CN107427333A - 医疗用观察装置、手术用观察装置和医疗用观察*** - Google Patents

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小林素明
田村秀
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Abstract

提供一种医疗用观察装置，包括：成像单元，对观察部位成像并且输出图像信号；以及支撑单元，包括经由关节部彼此可旋转地连接的多个臂部并且支撑成像单元。该装置设有致动器，该致动器对围绕在构成支撑单元的多个关节部之中的调节成像单元的方向的至少一个关节部的旋转轴的旋转施加驱动力，并且至少一个关节部和致动器布置成彼此分离并且经由在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转运动的动力传送机构连接。

Description

医疗用观察装置、手术用观察装置和医疗用观察***
技术领域
本公开内容涉及医疗用观察装置、手术用观察装置和医疗用观察***。
背景技术
近些年，用于辅助手术和检查的支撑臂装置已开始用在医疗环境中。例如，对患者的手术部位的极小一部分执行放大观察的放大光学***设置在支撑臂装置的支撑单元的远端上的光学观察装置(观察装置)。当使用光学观察装置进行手术时，诸如医生的手术者在通过设置有放大光学***的目镜直接观察手术部位的同时进行手术。
利用这种观察装置，正在开发用于通过设计传送支撑单元中的组件的运动的诸如齿轮的动力传送机构的配置和构造来实现更好可操作性的各种技术。例如，专利文献1记载了用于保持诸如放大光学***等的医疗光学机器的机架装置。此机架装置包括：第一连杆，通过第一旋转关节枢转地安装至保持单元；以及第二连杆，经由第二旋转关节可旋转地耦接至第一连杆。第二连杆利用第二连杆前面部分的第三旋转关节支撑保持医疗光学机器的容纳单元。容纳单元具有前连杆，并且该前连杆经由第三连杆和第四连杆耦接至第二旋转关节。容纳单元和第四连杆通过齿轮传动装置连接，使得当第一连杆移动时前连杆的方向不改变。
根据专利文献1中记载的机架装置，经由齿轮传动装置连接的容纳单元和第四连杆获得具有高的内部摩擦的摩擦面接触。结果，例如，由布置有机架装置的地面(建筑)的摇动所引起的容纳单元的振动显著衰减，因此能够抑制由机架装置保持的医疗观察机器的振动。
文献列表
专利文献
专利文献1：JP 2004-267774A
发明内容
技术问题
近些年以来，已经提出了其中具有放大和捕捉手术部位的图像的功能的显微镜单元设置在这种医疗用观察装置的支撑单元的远端上的电子成像观察装置(观察装置)。在使用电子成像观察装置进行手术的情况下，通过显微镜单元捕捉的手术部位的图像显示在手术室内布置的显示装置上，并且手术者在观看显示装置上的图像的同时进行手术。
利用此种类型的电子成像观察装置，显微镜单元以及安装有显微镜单元的支撑单元的远端的位置靠近手术部位。因此，如果支撑单元的远端附近的结构较大，则手术者的工作空间将受到限制，这可能使得难以顺畅地进行手术。另外，利用电子成像观察装置，如上所述，手术者在观看布置在手术室内的显示装置上的图像的同时进行手术，因此支撑单元的位置可介于手术者与显示装置之间。因此，如果支撑单元的远端附近的结构较大，则观看显示装置的手术者的视野可能最终被阻断，这可能阻碍手术者的作业顺畅地进行。
这样，为了更顺畅地进行手术和检查，存在对医疗用观察装置，特别地是电子成像观察装置的支撑单元小型化的需求。然而，迄今为止，还没有充分检讨过电子成像观察装置的支撑单元的结构的缩小化。
具体地，近些年来，已经提出了其中针对形成支撑单元的各关节单元设置致动器并且支撑单元的运动通过由致动器可旋转地驱动关节单元来实现而实现的一种观察装置。在对关节单元设有致动器的这种观察装置中，存在支撑单元的尺寸将增加与安装致动器所需的空间相当的量的担忧。即，如果致动器为每个关节单元而设，则可以想到甚至更难以减小支撑单元的尺寸。
因此，本公开内容提出一种新的改进的医疗用观察装置、手术用观察装置和医疗用观察***，在它们中支撑单元的结构能够做的较小。
问题的解决方案
根据本公开内容，提供了一种医疗用观察装置，包括：成像单元，被配置为捕捉待观察对象的图像，并且输出视频信号；以及支撑单元，被配置有经由关节单元彼此可旋转地连接的多个臂单元，并且被配置为支撑成像单元。设置对围绕在形成支撑单元的多个关节单元之中的限定成像单元的姿势的至少一个关节单元的旋转轴的旋转施加驱动力的致动器。至少一个关节单元和致动器被布置为彼此分离，并且经由在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转运动的动力传送机构而彼此连接。
此外，根据本公开内容，提供了一种手术用观察装置，包括：显微镜单元，被配置为捕捉待观察对象的图像，并且输出视频信号；以及支撑单元，被配置有经由关节单元彼此可旋转地连接的多个臂单元，并且被配置为支撑显微镜单元。设置对围绕在形成支撑单元的多个关节单元之中的限定显微镜单元的姿势的至少一个关节单元的旋转轴的旋转施加驱动力的致动器。至少一个关节单元和致动器被布置为彼此分离，并且经由在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转运动的动力传送机构而彼此连接。
此外，根据本公开内容，提供了一种医疗用观察***，包括：观察装置，被配置为包括捕捉待观察对象的图像并且输出视频信号的成像单元、以及配置有经由关节单元彼此可旋转地连接的多个臂单元并且支撑成像单元的支撑单元；以及显示装置，被配置为基于视频信号显示通过成像单元捕捉的待观察对象的图像。在观察装置中，设置对围绕在形成支撑单元的多个关节单元之中的限定成像单元的姿势的至少一个关节单元的旋转轴的旋转施加驱动力的致动器，并且至少一个关节单元和致动器被布置为彼此分离，并且经由在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转运动的动力传送机构而彼此连接。
根据本公开内容，在能够限定显微镜单元的姿势的关节单元之中的至少一个关节单元与对至少一个关节单元施加驱动力的致动器被布置为经由动力传送机构彼此远离。能够限定显微镜单元的姿势的关节单元通常设置在显微镜单元附近，因此通过配置能够限定显微镜单元的姿势的关节单元之中的至少一个关节单元与致动器以此方式彼此分离，显微镜单元附近的结构甚至能够变得更小。
本发明的有利效果
根据如上所述的本公开内容，支撑单元的结构甚至能够变得更小。应注意，上面所描述的效果没有必要是限制性的。具有或者替代以上效果的情况下，本公开内容还实现本说明书中描述的效果中的任一个或者可以从本说明书掌握的其他效果。
附图说明
[图1]示意性地示出其中使用电子成像观察装置的手术情形的视图。
[图2]示意性地示出其中使用电子成像观察装置的手术情形的视图。
[图3]示出了设置有致动器的支撑单元的一般构造的示例的视图。
[图4]示出了根据第一实施方式的观察***的构造例的视图。
[图5]示出了图4中示出的致动器的构造例的截面图。
[图6]示出了第一实施方式中连接第二关节单元和致动器的动力传送机构的构造例的视图。
[图7]示出了根据第一实施方式的变形例的致动器的构造例的截面图。
[图8]示出了根据第一实施方式的变形例的致动器的构造例的截面图。
[图9]示出了根据第二实施方式的观察***的构造例的视图。
[图10]示出了第二实施方式中连接第二关节单元和致动器的动力传送机构的构造例的视图。
[图11]示出了在使用根据第二实施方式的观察装置手术期间支撑单元与手术者之间的位置关系的示意图。
[图12]示意性地示出了其中使用根据第一和第二实施方式的观察***的手术情形的视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本公开内容的一个或多个优选实施方式进行详细说明。在本说明书和附图中，用相同的参考标号指代具有基本上相同的功能和结构的结构元件，并且省略了这些结构元件的重复说明。
应注意，按以下顺序进行描述。
1.本公开内容的背景
1-1.有关电子成像观察装置的考虑
1-2.有关在关节单元处具有致动器的观察装置的考虑
2.第一实施方式
2-1.观察***和观察装置的结构
2-2.动力传送机构的结构
2-3.致动器的变形例
3.第二实施方式
3-1.观察***和观察装置的结构
3-2.动力传送机构的结构
4.第一和第二实施方式的比较
5.使用例
6.补充说明
应注意，在下文中，为了方便起见，对根据本公开内容的实施方式的观察装置执行各种操作的用户指定为外科医生。然而，这种指定不限制使用观察装置的用户，并且对观察装置的各种操作还可由任何用户执行，诸如，医务人员中的其他成员等。
(1.本公开内容的背景)
在详细地描述根据本公开内容的优选实施方式的观察装置和观察***的结构之前，发明人将首先描述本公开内容的背景以便使本公开内容更明确。
应注意，在以下描述中，设置在观察装置上的用于观察手术部位的单元，诸如电子成像观察装置的显微镜单元以及光学观察装置的放大光学***等，将统称为观察单元。
(1-1.有关电子成像观察装置的考虑)
如上所述，近年来，已经提出了其中具有放大和捕捉手术部位的图像的功能的显微镜单元设置在医疗用观察装置的支撑单元的远端上的电子成像观察装置(观察装置)。在使用电子成像观察装置进行手术的情况下，由显微镜单元捕捉的手术部位的图像显示在在手术室内所布置的显示装置上，并且外科医生在观看显示装置上的图像的同时进行手术。
图1和图2是示意性地示出了使用电子成像观察装置的手术情形的视图。图1示意性地示出了在手术期间，观察装置的支撑单元801的远端附近的结构、安装至支撑单元801的远端的显微镜单元802、其上显示通过显微镜单元802捕捉的图像的显示装置803以及显微镜单元802的图像捕捉范围805之间的位置关系。待观察的患者手术部位(即要进行手术的地方)的位置位于图像捕捉范围805中。
如图1所示，显微镜单元802可以定位在图像捕捉范围805附近，即，手术部位附近。如果为了使外科医生对手术部位进行各种手术，而使支撑显微镜单元802的支撑单元801的结构较大，则在进行手术的外科医生的手与支撑单元801之间可能存在干扰，这会阻碍作业顺畅地进行。
另一方面，如上所述，外科医生在观看显示在显示装置803上的图像的同时进行手术。在图2中，以模拟的方式，向图1所示的结构追加示出外科医生807的头部。如图2所示，考虑支撑单元801、显微镜单元802、显示装置803、图像捕捉范围805和外科医生807之间的位置关系来说，外科医生807观看在支撑单元801和显微镜单元802上方的显示装置803。因此，如果支撑单元801的结构大，则观看显示装置803的外科医生的视野可能最终被支撑单元801阻隔，这会阻碍外科医生807的作业顺畅地进行。
这样，为了保证外科医生807的工作空间和视野，电子成像观察装置中的支撑单元801的结构，特别是支撑单元801的远端附近的结构需要做得更小。尽管也可能存在类似减小光学观察装置的尺寸的需要，但假设利用电子成像观察装置，外科医生807如上述般地在观看显示装置803的同时进行手术，那么从保证外科医生807的视野的观点来说，减小支撑单元801的尺寸的这种需要甚至更多。
(1-2.有关在关节单元处具有致动器的观察装置的考虑)
另一方面，近年来，已经提出了其中对形成支撑单元的每个关节单元设置致动器的一种观察装置。在关节单元处具有致动器的这种观察装置中，例如，通过设置在由各种类型的控制方法(诸如，位置控制或者力控制等)中的任一种所控制的关节单元处的致动器的驱动，支撑单元的操作被控制使得安装至支撑单元的远端的观察单元呈期望位置和姿势。
在此，利用观察装置，在用于限定观察单元的姿势的三个彼此垂直的方向上的旋转轴通常为观察单元而设，使得可以通过观察单元从任何角度观察手术部位。在此，显微镜单元的姿势是指显微镜单元的光轴相对于被观察对象的方向(orientation)。因此，考虑到为针对与这些旋转轴对应的关节单元设置致动器，支撑单元的观察单元附近的结构最终会因为致动器布置在观察单元附近而相对较大。
图3中示出了设置有致动器的支撑单元的一般构造的实例。图3是示出了设置有致动器的支撑单元的一般构造的实例的视图。应注意，在以下描述中，为方便起见，观察装置的靠近观察单元的支撑单元区域还可以称为远端区域。
在图3中，仅摘出并示出设置有致动器的一般支撑单元820的远端区域的结构。参考图3，显微镜单元810、以使显微镜单元810能够围绕与作为基本平行于显微镜单元810的图像捕捉方向(光轴方向)的旋转轴的第一轴O1旋转的方式保持显微镜单元810的第一关节单元821、从第一关节单元821的侧表面沿基本垂直于第一轴O1的方向延伸出的第一臂单元822、以使第一关节单元821能够围绕作为与基本平行于第一臂单元822延伸的方向的旋转轴的第二轴O2旋转的方式保持第一关节单元821的第二关节单元823、以及一端被固定至第二关节单元823的近端侧并且沿与第一轴O1和第二轴O2两者垂直的方向延伸出的第二臂单元824被示出为一般支撑单元820的远端区域的构造例。在所示出的实例中，第一臂单元822和第二关节单元823被构造为一体构件。
另外，尽管未示出，但是以使第二臂单元824能够围绕作为基本平行第二臂单元824延伸的方向的旋转轴的第三轴O3旋转的方式保持第二臂单元824的第三关节单元可设置在第二臂单元824的近端侧上。通过控制围绕第一轴O1的旋转来控制通过显微镜单元810捕捉的图像的方向。另外，通过控制围绕第二轴O2的旋转和围绕第三轴O3的旋转来控制显微镜单元810的姿势。即，第二轴O2和第三轴O3可以是限定显微镜单元810的姿势的旋转轴。
对围绕第一轴O1和第二轴O2的旋转施加驱动力的致动器分别设置在第一关节单元821和第二关节单元823的内部。应注意，尽管其他关节单元未在图3中示出，但是致动器同样能够针对支撑单元820中的其他关节单元而设置。因为致动器的结果，第一关节单元821和第二关节单元823自然比如果不设置致动器时的第一关节单元821和第二关节单元823大。这样，利用一般的支撑单元820，远端区域的结构由于设置致动器而往往变得更大。
以上，发明人已经描述了有关电子成像观察装置、以及在关节单元处具有致动器的观察装置的考虑内容。现在将概述发明人考虑的结果。
如上所述，在电子成像观察装置中，为了保证外科医生的工作空间和视野，支撑单元的结构，特别是支撑单元的远端区域的结构需要做得更小。另一方面，如参考图3所描述的，在关节单元处具有致动器的观察装置的一般支撑单元的结构的情况下，作为设置致动器的结果，支撑单元的远端区域的结构最终倾向于变得更大。因此，假设在使用在支撑单元的关节单元处具有致动器的电子成像观察装置进行手术的情况下，可以想到的是将难以保证外科医生的工作空间和视野。
然而，到目前为止，还没有充分检讨过使在支撑单元的关节单元中具有致动器的观察装置的支撑单元的远端区域的结构缩小化。例如，使致动器本身变得更小是一个可以想到的使支撑单元的远端区域的结构变得更小的方式。然而，通常，根据致动器所需的输出，即，围绕旋转轴的旋转所需的驱动力能决定形成致动器的电机和减速器(reducer)等的尺寸。因此，为了维持用于使支撑单元执行期望操作的预定输出，存在致动器能够多么小的限制。
考虑到以上描述的情形，作为在支撑单元的关节单元中具有致动器的观察装置中，使支撑单元的远端区域的结构更小的技术的锐意研究的结果，发明人已经想到了如下所述的本公开内容的优选实施方式。在下文中，将描述发明人想到的本公开内容的优选实施方式。
(2.第一实施方式)
(2-1.观察***和观察装置的结构)
将参考图4描述根据本公开内容的第一实施方式的观察***的结构、以及形成观察***的观察装置。图4是示出了根据第一实施方式的观察***的构造例的视图。
参考图4，根据第一实施方式的观察***1包括：观察装置10及显示装置20，观察装置10支撑显微镜单元110并且利用显微镜单元110捕捉患者的手术部位的图像，显示装置20显示通过观察装置10捕捉的手术部位的图像。在手术期间，外科医生在参照由观察装置10捕捉的并且显示在显示装置20上的图像的同时，观察手术部位并且对手术部位进行各种手术。
(显示装置)
如上所述，显示装置20显示通过观察装置10捕捉的患者的手术部位的图像。例如，显示装置20安装在外科医生可看见的位置，诸如，手术室的墙壁上等。显示装置20的类型不受具体限制，并且可以使用任何各种已知类型的显示装置作为显示装置20，诸如，阴极射线管(CRT)显示装置、液晶显示装置、等离子显示装置或者电致发光(EL)显示装置。此外，不一定要求显示装置20安装在手术室内，并且显示装置20还可机载地安装在通过佩戴在外科医生的身体上而使用的装置上，诸如，头戴式显示器(HMD)或者眼镜型可穿戴装置等。
应注意，如随后将描述的，在观察装置10的显微镜单元110的成像单元111被配置为立体相机或者被配置使得高分辨率成像可行的情况下，相应地，可以使用能够3D显示或者能够显示高分辨率图像的显示装置20。(观察装置)
观察装置10配备有：用于执行患者的手术部位的放大观察的显微镜单元110、支撑显微镜单元110的支撑单元120(臂单元120)、与支撑单元120的一端连接并且支撑显微镜单元110和支撑单元120的底座单元130、以及控制观察装置10的操作的控制装置140。观察装置10是在手术或者检查期间利用显微镜单元110放大和观察外科医生治疗的部位的医疗用观察装置。
(底座单元)
底座单元130是观察装置10的支撑显微镜单元110和支撑单元120的底座。底座单元130包括具有平面形状的平台131、以及设置在平台131的底面上的多个轮脚132。支撑单元120的一端连接至平台131的顶面，而显微镜单元110连接至从平台131延伸出的支撑单元120的另一端(远端)。另外，观察装置10通过轮脚132与地面接触，并且被配置为通过轮脚132在地面上可移动。
应注意，在以下描述中，与在其上安装观察装置10的地面垂直的方向被定义为z轴方向。z轴方向还称为上下方向或者垂直方向。此外，与z轴方向相互垂直的两个方向被定义为x轴方向和y轴方向。平行于x-y平面的方向还称为水平方向。
(显微镜单元)
显微镜单元110由用于执行患者的手术部位的放大观察的显微镜镜体构成。在所示出的实例中，显微镜单元110的光轴方向大约与z轴方向一致。显微镜单元110具有与电子成像类型的显微镜单元对应的构造并且由具有略圆筒形状的筒状单元112以及设置在筒状单元112内部的成像单元111构成。此外，成像单元111由诸如物镜和变焦透镜等的光学***以及利用穿过光学***的光捕捉被摄体(也就是，手术部位)的图像的图像传感器构成。
筒状单元112的底端上的孔径(开口面)设置有用于保护成像单元111的保护玻璃。光源也设置在筒状单元112的内部，并且在图像捕捉期间，该被摄体利用从光源出射的透过保护玻璃的照明光照射。在该照明光中，从被射体反射回的光(观察光)经由保护玻璃入射在成像单元111上，结果，由成像单元111获取表示手术部位的图像的信号(视频信号)。
对于显微镜单元110，应用与任何各种已知类型的电子成像显微镜单元对应的构造就足够了，由此原因，在本文中将减少或者省略其详细描述。例如，可应用任何各种已知类型的图像传感器作为成像单元111的图像传感器，诸如电荷耦合器件(CCD)传感器或者互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器等。此外，成像单元111还可被配置为配备有一对图像传感器的立体相机。另外，任何各种已知类型的构造可被应用于成像单元111的光学***。此外，在电子成像显微镜单元中通常提供的任何各种类型的功能，诸如，自动聚焦(AF)功能和光学变焦功能等，可机载般地设置在成像单元111上。
另外，例如，成像单元111可被配置使得高分辨率成像，诸如4K或者8K成像等是可行的。例如，使成像单元111配置使得高分辨率成像可行，使得图像能够在保证预定分辨率(例如，全HD图像质量)的同时，在具有例如50英寸以上的大屏幕的显示装置20上显示，那么外科医生的可视性提高。另外，即使当图像在通过电子变焦功能适当放大后显示时，也能够保证预定分辨率。因此，显微镜单元110中不再需要光学变焦功能，因此显微镜单元110的光学***能够更简化。结果可以使显微镜单元110变得更小。
通过显微镜单元110获取的视频信号被传送至控制装置140。例如，在控制装置140中对视频信号执行各种类型的图像处理，诸如，图像灰度校正、白平衡调整以及关于电子变焦功能的放大和像素间校正等。在此图像处理情况下，为了使显示图像通常执行的各种图像处理可被执行。经受了各种类型的图像处理的视频信号被传送至设置在手术室内的显示装置20，并且例如，手术部位的图像通过光学变焦功能和/或电子变焦功能被适当放大期望的放大倍率，并且显示在显示装置20上。应注意，控制装置140与显示装置20之间的通信可通过各种众所周知的有线或者无线方法中的任一种来实现。
应注意，用于执行以上图像处理的处理电路可以设置在显微镜单元110中，并且以上图像处理可通过显微镜单元110的处理电路执行，而不由控制装置140执行。在这种情况下，图像信息在显微镜单元110自带的处理电路中已执行适当的图像处理之后，可从显微镜单元110传送至设置在手术室内的显示装置20。另外，在这种情况下，显微镜单元110与显示装置20之间的通信可通过任何各种已知的有线或者无线方法实现。
显微镜单元110的外表面设置有用于控制显微镜单元110的操作的各种类型的开关。例如，显微镜单元110设置有用于调整显微镜单元110的图像捕捉参数的放缩开关151(zoom SW 151)和对焦开关152(focus SW 152)以及用于切换支撑单元120的操作模式的操作模式切换开关153(operating mode toggle SW 153)。
通过操作放缩SW 151和对焦SW 152，外科医生能够分别调整显微镜单元110的放大倍率和焦距。另外，通过操作操作模式切换SW 153，外科医生能够在锁定模式与自由模式之间切换支撑单元120的操作模式。
在本文中，锁定模式是其中通过使用制动器遏制围绕设置在支撑单元120中的各个旋转轴的旋转来锁定显微镜单元110的位置和姿势的操作模式。自由模式是其中制动器被释放从而允许围绕设置在支撑单元120中的各个旋转轴自由旋转，并且使得外科医生能够利用直接操作调整显微镜单元110的位置和姿势的操作模式。在本文中，例如，直接操作是指其中外科医生用他的或者她的手把持显微镜单元110，并且直接移动显微镜单元110的操作。例如，当外科医生按压操作模式切换SW 153时，支撑单元120的操作模式变成自由模式，并且当外科医生从操作模式切换SW 153释放他的或者她的手时，支撑单元120的操作模式变成锁定模式。
应注意，不一定要求将这些开关设置在显微镜单元110上。在第一实施方式中，观察装置10设置有用于接收具有的功能与这些开关类似的操作输入的机构就足够了，并且这种机构的特定构造不受限制。例如，这些开关还可以设置在观察装置10的其他部位上。作为另一实例，可以使用诸如遥控器、脚踏开关等输入装置，并且对应于这些开关的命令可远程输入到观察装置10中。
另外，尽管为了简化起见，在图4中，显微镜单元110的筒状单元112被示出为单纯的圆筒形状构件，但是筒状单元112还可以设置有由外科医生抓握的把持单元。这种把持单元可通过使由外科医生抓握的诸如把手的结构形成在筒状单元112的外周周围来实现。可替换地，这种把持单元可通过使筒状单元112的形状形成为由外科医生容易抓握的形状来实现。例如，如上所述，当在自由模式中时，可以预期通过外科医生用手直接抓握筒状单元112来移动显微镜单元110的操作。在这点上，因为外科医生在按压操作模式切换SW 153的同时执行移动显微镜单元110的操作，因此可考虑外科医生在自由模式中的可操作性来适当确定筒状单元112的形状和操作模式切换SW 153的配置位置。此外，可类似考虑外科医生的可操作性，适当确定放缩SW 151和对焦SW 152的配置位置。
(控制装置)
控制装置140可以是处理器，诸如，中央处理单元(CPU)或者数字信号处理器(DSP)，例如，或者是控制基板，这些处理器与诸如存储器等组件一起搭载在该控制基板上。通过根据预定程序执行计算处理，控制装置140控制观察装置10的操作。控制装置140的各种功能通过处理器来实现，处理器形成根据预定程序执行计算处理的控制装置140。
例如，控制装置140通过控制每个关节单元的旋转角来控制支撑单元120的操作，这通过控制针对形成随后描述的支撑单元120的关节单元(第一关节单元210至第六关节单元260)设置的致动器321至326的驱动来实现。如随后将描述的，用于检测每个关节单元的旋转角的编码器以及检测作用于每个关节单元的扭矩的扭矩传感器设置在致动器321至326的每一个中。控制装置140基于来自这些编码器和扭矩传感器的检测值来断定支撑单元120的当前状态(位置、姿势和速度等)，并且能够基于断定出的支撑单元120的状态，计算每个关节单元的控制量(例如，如果控制方法是力控制时的旋转扭矩)用于实现由外科医生指示的支撑单元120的操作。通过根据控制量驱动关节单元来控制支撑单元120。
通过力控制适当地控制支撑单元120的操作。例如，响应于外科医生的直接操作(例如，外科医生手握显微镜单元110并且直接移动显微镜单元110的操作)，可以通过力控制来控制支撑单元120的操作，使得支撑单元120沿作用于支撑单元120上的力的方向移动。通过控制支撑单元120的操作执行这种所谓的助力操作，外科医生能够用较少的力直观地移动支撑单元120，因此提高外科医生的可操作性。然而，支撑单元120的控制方法不受具体限制。例如，可通过各种控制方法(诸如，位置控制)中的任何一种来控制支撑单元120的操作。如果通过位置控制来控制支撑单元120的操作，则观察装置10可以设置有诸如用于操作支撑单元120的控制器的输入装置。任何各种已知方法可以用作支撑单元120的特定控制方法，因此将省略控制方法的详细描述。
例如，控制装置140包括通过响应于外科医生经由上述操作模式切换SW 153执行的操作输入，控制设置在支撑单元120的每个关节单元中的制动器的驱动来切换早先讨论的支撑单元120的操作模式的功能。如另一实例，控制装置140包括响应于外科医生经由上述放缩SW 151和对焦SW 152执行的操作输入而适当地驱动显微镜单元110的成像单元111中的光学***以调整显微镜单元110的放大倍率和焦距的功能。另外，例如，控制装置140控制安装至显微镜单元110的成像单元111的图像传感器的驱动，并且控制图像捕捉的开始和结束的定时。另外，控制装置140具有对通过显微镜单元110获取的视频信号执行各种类型的图像处理，并且在显示装置20上显示基于处理后的视频信号的图像的功能。此外，控制装置140可具有在一般观察装置的控制装置中设置的各种功能。
在此，例如，在电缆上通过有线执行观察装置10的各组件之间的通信(例如，显微镜单元110与控制装置140之间的通信、以及控制装置140与随后描述的支撑单元120的关节单元210至260的致动器321至326之间的通信等)。电缆在控制装置140与关节单元210至260之间以及在控制装置140与显微镜单元110之间延伸，因此如果电缆暴露于外，则可能阻断外科医生的工作空间和视野。因此，在第一实施方式中，电缆优选地在支撑单元120的内部延伸。结果，能够避免其中外科医生的工作空间和视野被电缆阻断的情形，因此提高外科医生的便利。
应注意，在示出的实例中，控制装置140被设置为与显微镜单元110、支撑单元120和底座单元130分离的构造，并且通过电缆连接至底座单元130。然而，第一实施方式不限于这种实例。例如，还可在底座单元130的内部布置实现与控制装置140类似功能的处理器、控制基板等。此外，通过将实现与控制装置140类似功能的处理器、控制基板等搭载到显微镜单元110内部中，控制装置140和显微镜单元110可以集成方式进行配置。可替换地，可通过布置在形成支撑单元120的每个关节单元中的处理器或者控制基板等实现与控制装置140的功能类似功能，并且使这些多个处理器或者控制基板等一起工作。
(支撑单元)
支撑单元120保持显微镜单元110并且三维地移动显微镜单元110，以及在移动显微镜单元110之后固定显微镜单元110的位置和姿势。在第一实施方式中，支撑单元120被配置为具有六自由度的平衡臂。然而，第一实施方式不限于这个实例。支撑单元120还可被配置为具有其他不同数量的自由度。通过将支撑单元120配置为平衡臂并且使显微镜单元110和支撑单元120的力矩整体上平衡，外科医生能够在直接操作中利用较小的力移动显微镜单元110，看起来好像显微镜单元110无重力一般。
支撑单元120具有对应于六自由度的六个旋转轴(第一轴O1、第二轴O2、第三轴O2、第四轴O4、第五轴O5和第六轴O6)。在本说明书中，为了描述的目的，形成旋转轴并且可旋转地连接各构件的部位将称为关节单元。例如，关节单元可以由轴承以及可旋转地***轴承中的轴等形成。随后描述的平行四边形连杆机构240也可以被视为是单个关节单元。
支撑单元120包括对应于旋转轴的第一关节单元210、第二关节单元220、第三关节单元230、第四关节单元240、第五关节单元250和第六关节单元260；通过第一关节单元210至第六关节单元260可旋转地连接在一起的第一臂单元271、第二臂单元272、第三臂单元273、第四臂单元274和第五臂单元275；以及用于平衡显微镜单元110和支撑单元120的全体力矩的平衡物280。然而，第四关节单元240对应于平行四边形连杆机构240。
应注意，在以下描述中，当描述支撑单元120的结构时，设置有显微镜单元110的一侧也将称为远端侧或者远端部等，并且底座单元130附近的一侧还将称为近端侧或者近端部等。
第一关节单元210具有大致圆筒形状，并且连接至显微镜单元110的筒状单元112的近端部，使得第一关节单元210的中心轴与显微镜单元110的筒状单元112的中心轴基本上一致。第一关节单元210以与显微镜单元110的光轴基本上一致的方向作为旋转轴方向(第一轴O1的方向)，可旋转地支撑显微镜单元110。在图1中示出的实例中，第一轴O1被设置为基本平行于z轴的旋转轴。通过第一关节单元210关于第一轴O1使显微镜单元110旋转来调整由显微镜单元110捕捉的图像的方向。
应注意，在所示出的实例中，显微镜单元110的成像单元111的一部分被容纳在形成第一关节单元210的大致圆筒的壳体内。即，显微镜单元110和第一关节单元210被配置为一体构件。然而，第一实施方式不限于这个实例。第一关节单元210和显微镜单元110还可被配置为分离构件。
沿与第一轴O1基本垂直的方向延伸的第一臂单元271的远端连接至第一关节单元210。另外，以与第一臂单元271延伸的方向基本平行的方向作为旋转轴方向(第二轴O2的方向)，可旋转地支撑第一臂单元271的第二关节单元220设置在第一臂单元271的近端上。第二轴O2是与第一轴O1基本垂直的旋转轴，并且被设置为基本平行于图1中示出的实例中的y轴的旋转轴。由第二关节单元220通过以第二轴O2作为旋转轴旋转显微镜单元110和第一臂单元271，来调整显微镜单元110在x轴方向上的位置。
沿与第一轴O1和第二轴O2两者基本垂直的方向延伸的第二臂单元272的远端连接至第二关节单元220。以与第二臂单元272延伸的方向基本平行的方向作为旋转轴方向(第三轴O3的方向)可旋转地支撑第二臂单元272的第三关节单元230，设置在第二臂单元272的近端上。应注意，此时，如附图所示，第二臂单元272和第三关节单元230以第二臂单元272和第三关节单元230的中心轴偏移的状态连接。即，第二臂单元272和第三关节单元230的连接部位形成所谓的曲拐形状。
第三轴O3是与第一轴O1和第二轴O2两者基本垂直的旋转轴，并且被设置为基本平行于图1中示出的实例中的x轴的旋转轴。由第三关节单元230利用第三轴O3作为旋转轴旋转显微镜单元110、第一臂单元271和第二臂单元272来调整显微镜单元110的在y轴方向上的位置。
这样，支撑单元120被配置使得通过控制关于第二轴O2和第三轴O3两者的旋转来控制显微镜单元110的姿势。即，第二关节单元220和第三关节单元230可以是限定显微镜单元110的姿势的关节。
沿基本平行于第三轴O3的方向延伸的第三臂单元273的远端连接至第三关节单元230。另外，平行四边形连杆机构240的上边远端连接至第三臂单元273的近端。
平行四边形连杆机构240具有以平行四边形的形状布置的四个臂(臂241、242、243和244)、以及均设置在基本上对应于平行四边形的顶点的位置中的四个旋转部(旋转部245、246、247和248)。旋转部245至248是将两个构件可旋转地连接在一起的机构。
沿基本平行于第三轴O3的方向延伸的臂241的远端连接至第三臂单元273的近端。旋转部245设置在臂241的远端附近，并且旋转部246设置在臂241的近端附近。臂242和243的远端以能够使臂242和243的远端关于与臂241延伸的方向基本垂直的旋转轴(第四轴O4)旋转的方式分别连接至旋转部245和246，并且彼此基本平行。此外，旋转部247和248分别设置在臂242和243的近端上。臂244的远端和近端以能够关于第四轴O4旋转并且基本平行于臂241的方式分别连接至这些旋转部247和248。
以此方式，形成平行四边形连杆机构240的四个旋转部245至248具有在基本上彼此平行的大致相同的方向上的旋转轴(第四轴O4)，并且关于第四轴O4彼此联动操作。在图1中示出的实例中，第四轴O4被设置为基本平行于y轴的旋转轴。即，平行四边形连杆机构240被配置为具有彼此布置在不同位置中的多个旋转部，并且在相同方向上的旋转轴上彼此联动旋转，使得平行四边形连杆机构240运转为将一端处的操作传送至另一端的传动机构。
利用与臂242延伸的方向垂直的方向作为旋转轴方向(第五轴O5的方向)可旋转地支撑平行四边形连杆机构240的第五关节单元250，设置在远离臂242的近端预定距离的部位。第五轴O5是基本平行于第四轴O4的旋转轴，并且被设置为基本平行于图1示出的实例中的y轴的旋转轴。沿z轴方向延伸的第四臂单元274的远端连接至第五关节单元250。根据此构造，利用第五轴O5作为旋转轴，平行四边形连杆机构240的远端侧上的结构经由第五关节单元250相对于第四臂单元274旋转。
第四臂单元274是大致L型的，并且第四臂单元274的近端侧是弯曲的，以基本平行于地面。能够使第四臂单元274关于平行于垂直方向的旋转轴(第六轴O6)旋转的第六关节单元260连接至基本平行于地面的第四臂单元274的面。
在所示出的实例中，第六关节单元260与在垂直方向上延伸的第五臂单元275一体形成。即，第五臂单元275的远端连接至第四臂单元274的近端的基本平行于地面的面。另外，第五臂单元275的近端连接至底座单元130的平台131的顶面。根据此构造，利用第六轴O6作为旋转轴，第四臂单元274的远端侧上的结构经由第六关节单元260相对于底座单元130旋转。
形成平行四边形连杆机构240的下边的臂244形成为比形成平行四边形连杆机构240的上边的臂241长，并且设置位置与第三关节单元230连接的平行四边形连杆机构240的部位对角相对的臂242的端部延伸至平行四边形连杆机构240的外部。平衡物280设置在臂244的延伸端部上。调整平衡物280的质量和配置位置使得关于第四轴O4产生的旋扭矩和关于第五轴O5产生的旋扭矩能够与布置在平衡物280本身的远端侧的结构(即，显微镜单元110、第一关节单元210、第二关节单元220、第三关节单元230、第一臂单元271、第二臂单元272、第三臂单元273和平行四边形连杆机构240)的质量彼此抵消掉。
另外，调整第五关节单元250的配置位置使得布置至第五关节单元250的远端侧的各个结构的重心位置位于第五轴O5上。此外，调整第六关节单元260的配置位置使得布置至第六关节单元260的远端侧的各个结构的重心位置位于第六轴O6上。通过使平衡物280的质量和配置位置、第五关节单元250的配置位置以及第六关节单元260的配置位置以此方式进行配置，支撑单元120可以被配置为其中显微镜单元110和支撑单元120的力矩整体平衡的平衡臂。
在此，在第一实施方式中，构件关于支撑单元120的旋转轴(第一轴O1至第六轴O6)的旋转能够由致动器驱动。因此，对关于旋转轴的旋转施加驱动力的致动器321、322、323、324、325和326分别设置在第一关节单元210至第六关节单元260中。
在所示出的实例中，致动器321、323、325和326分别设置关于第一轴O1、第三轴O2、第五轴O5和第六轴O6的第一关节单元210、第三关节单元230、第五关节单元250和第六关节单元260的内部。另外，对应于第四关节单元240的平行四边形连杆机构240的四个旋转部(旋转部245至248)彼此联动旋转，因此致动器324设置在这些旋转部245至248中的任一个中。在示出的实例中，致动器324设置在旋转部245中(严格来说，致动器324可以设置在臂241的内部，但是为简便起见这未在图4中示出)。然而，第一实施方式不限于这个实例。致动器324还可以设置在平行四边形连杆机构240的其他旋转部246至248中的任一个中。
另一方面，如附图所示，致动器322设置在远离关于第二轴O2的第二关节单元220的位置处。更具体地，致动器322布置在第二臂单元272的近端部位，并且第二关节单元220布置在第二臂单元272的远端部位中。另外，第二关节单元220和致动器322通过设置在第二臂单元272的内部的动力传送机构(未示出)连接，并且致动器322的驱动力通过动力传送机构传送至第二关节单元220。在第一实施方式中，第二关节单元220以及对第二关节单元220的关于第二轴O2的旋转施加驱动力的致动器322经由动力传送机构以此方式彼此分离布置。根据此构造，致动器322能够被布置在更远离第二关节单元220的位置中，因此第二关节单元220，即，远端区域的结构能够更小。因此，能够更好地保证外科医生的工作空间和外科医生的视野。
另外，在第一实施方式中，此时，能够在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转运动的动力传送机构被用作将第二关节单元220和致动器322连接的动力传送机构。结果，致动器322能够被布置为使得作为第二关节单元220的旋转轴的第二轴O2与致动器322的驱动轴(为方便起见，在下文中，也称为旋转轴)彼此垂直。即，致动器322可以被布置为使得致动器322的旋转轴面向与第二臂单元272延伸的方向基本平行的方向。结果，致动器322沿与第二臂单元272延伸的方向基本垂直的方向突出的量能够被抑制。
如以下(4.第一和第二实施方式的比较)中详细描述的，如果致动器322被布置为使得致动器322的旋转轴面向与第二臂单元272延伸的方向基本垂直的方向，致动器322可朝向外科医生的身体突出，并且因此可妨碍外科医生的工作。通过布置致动器322使得第二轴O2和致动器322的旋转轴彼此基本垂直，如在第一实施方式中一般，可以基本上消除这种突出部，因此能够为外科医生进一步提高便利。
另外，尽管未示出，但是阻止关节单元的旋转的制动器可设置在第一关节单元210至第六关节单元260中。应注意，第四关节单元240(即，平行四边形连杆机构240)的四个旋转部245至248彼此联动旋转，因此制动器被设置在这些旋转部245至248中的至少一个中。应注意，制动器可设置在与第一关节单元210至第六关节单元260对应的致动器321至326中的每一个中。
通过控制装置140控制这些制动器的驱动。当将支撑单元120的操作模式切换至锁定模式的指令经由操作模式切换SW 153输入时，这些制动器在控制装置140的控制下立刻全部激活，从而抑制相应的旋转轴。另外，当将支撑单元120的操作模式切换至自由模式的指令经由操作模式切换SW 153输入时，在控制装置140的控制下这些制动器被立即全部释放。
例如，当通电时释放并且当断电时作用的致动器，诸如非激励致动的电磁制动器等，优选地用作这些制动器。因此，即使在诸如电源中断的紧急情况下，也能够保持支撑单元120的姿势。另外，因为没有必要在其中制动器处于作用中的锁定模式中供应电力，因此功耗能够减少。然而，第一实施方式不限于这个实例。一般平衡臂中使用的任何各种制动机构可应用为这些电子控制的制动机构。例如，这些电子控制的制动机构可以是电磁制动器或者机械驱动的制动器。
在此，在第一实施方式中，能够实现取决于力控制的伺服机构的致动器，用作致动器321至326。图5是示出了图4中示出的致动器321至326的构造例的截面图。应注意，所有致动器321至326具有基本上类似的构造，因此在图5中，可旋转地驱动第二关节单元220的致动器322的构造被示出为一个实例。另外，图5示出了穿过致动器322的旋转轴的横截面的视图。
参考图5，致动器322具有电机331、电机驱动器332、减速器333、编码器334和扭矩传感器335。
电机331是致动器322的驱动电机，并且产生旋转扭矩。通常用作伺服电机的任何各种电机可被用作电机331。例如，电机331是无刷DC电机。
电机驱动器332是通过将电流供应至电机331来可旋转地驱动电机331的驱动器电路(驱动器集成电路(驱动器IC))。电机驱动器332根据通过控制装置140计算的第二关节单元220的控制量来调节供应至电机331的电流量，并且使电机331旋转。
减速器333设置在电机331的输出侧上的驱动轴(输出轴)上，并且通过以预定减速比减缓电机331产生的输出轴的旋转，来产生预定的旋转扭矩。为了精确定位，无侧隙高性能减速器优选地用作减速器333。另外，从安全的观点来看，例如，具有约1/100的相对大的减速比的减速器优选地用作减速器333，使得第二关节单元220的转速不变得过高。谐波传动(注册商标)减速器，例如作为可以满足这些要求的减速器，可以用作减速器333。通过减速器333产生的旋转扭矩经由上述的动力传送机构传送至第二关节单元220，使得第二关节单元220旋转。
编码器334设置在电机331的输入侧上的驱动轴(输入轴)上，并且检测输入轴的转速。来自编码器334的检测值被传送至控制装置140，并且用于断定支撑单元120的状态。更具体地，控制装置140能够基于编码器334检测的输入轴的转速、减速器333的减速比和动力传送机构的齿轮比等之间的关系，获得第二关节单元220的诸如旋转角、旋转角速度和旋转角加速度的信息。
扭矩传感器335被设置在减速器333的输出轴上，并且检测通过减速器333生成的扭矩，即，通过致动器322生成的旋转扭矩(生成的扭矩)。另外，扭矩传感器335不仅能够检测从致动器322生成的扭矩，而且能够检测外部施加的外部扭矩。来自扭矩传感器335的检测值被传送至控制装置140，并且用于断定支撑单元120的状态。
应注意，图5中示出的构造例对应于力控制。在根据位置控制执行第二关节单元220的驱动控制的情况下，扭矩传感器335不一定必须设置在致动器322上。
(2-2.动力传送机构的结构)
将参考图6更详细地描述将第二关节单元220连接至致动器322的动力传送机构的结构。图6是示出了在第一实施方式中将第二关节单元220连接至致动器322的动力传送机构的构造例的视图。在图6中，仅摘出和示出了图4中示出的观察装置10的支撑单元120的结构中的第二关节单元220、第二臂单元272和致动器322附近的结构。另外，在图6中，第二臂单元272的侧壁以模拟方式被示出为透明的，以便示出设置在第二臂单元272的内部的结构。
参考图6，第二关节单元220以使得第二轴O2与第二臂单元272延伸的方向基本垂直的方式布置在第二臂单元272的远端侧上。另外，致动器322以使得致动器322的旋转轴基本平行与第二臂单元272延伸的方向的方式布置在第二臂单元272的近端侧上。
设置在第二臂单元272的内部的动力传送机构330包括：驱动轴235，沿着基本平行于致动器322的旋转轴的方向(即，沿第二臂单元272延伸的方向)延伸，并且其一端连接至致动器322的旋转轴并且与旋转轴在同轴上旋转；第一锥齿轮233，设置在驱动轴235的另一端上并且与致动器322的旋转轴在同轴上旋转；以及第二锥齿轮231，对应于第二臂单元272的第二轴O2、与第一锥齿轮233啮合并且与在同轴上旋转。以此方式，在第一实施方式中，致动器322的旋转轴的旋转通过第一锥齿轮233和第二锥齿轮231传送至第二关节单元220。
此时，致动器322的旋转轴的旋转通过沿着第二臂单元272延伸的方向延伸的驱动轴235传送至第一锥齿轮233，因此致动器322和第二关节单元220可以预定距离分离。因此，致动器322可被布置为远离支撑单元120的远端区域，因此远端区域的结构可以变得更小。
另外，通过使用第一锥齿轮233和第二锥齿轮231可以在彼此垂直的两个旋转轴之间传送旋转。因此，根据动力传送机构330，致动器322能够被布置为使得致动器322的旋转轴基本平行于第二臂单元272延伸的方向。结果，能够抑制致动器322沿与第二臂单元272延伸的方向基本垂直的方向突出的量，因此突出的致动器322将不干扰外科医生的身体。因此，可以避免外科医生的工作被妨碍而不能顺畅执行的情况。
此外，如附图中所示，诸如无侧隙(backlash-less)机构237、推力轴承239、直线导轨(linear guide)251和253以及欧氏联轴节255的结构可设置在动力传送机构330中。
无侧隙机构237设置在驱动轴235的端部上，并且由朝减少第一锥齿轮233与第二锥齿轮231之间的间隙的方向(即，朝向第二锥齿轮231推压第一锥齿轮233的方向)对第一锥齿轮233施力的弹簧形成。因为第一锥齿轮233与第二锥齿轮231之间的间隙通过弹簧朝向第二锥齿轮231推压第一锥齿轮233而减少，因此抑制第一锥齿轮233和第二锥齿轮231的啮合中的侧隙。
在电子成像观察装置10中，存在通过显微镜单元110以高放大倍率捕捉手术部位的图像的情况，因此如果在支撑单元120的驱动中发生侧隙，则将难以高精度地定位显微镜单元110，并且不能够顺畅地观察所期望的部位。在示出的构造例中，无侧隙机构237设置在动力传送机构330中，因此能够抑制侧隙的出现，并且因此，能够更精确地控制显微镜单元110的位置。
然而，因为设置了无侧隙机构237，第一锥齿轮233与第二锥齿轮231之间的间隙小，因此当第一锥齿轮233和第二锥齿轮231旋转时，齿面被强烈地按压在一起，并且力在驱动轴235延伸的方向上被加载在第一锥齿轮233以及与第一锥齿轮233连接的驱动轴235上。因此，在示出的构造例中，引导驱动轴235在延伸方向上移动的直线导轨251和253设置在驱动轴235上。
任何各种众所周知的导轨可以用作直线导轨251和253。例如，直线导轨251和253由板形构件和轴承形成，该板形构件具有驱动轴235***所经过的开口，轴承使驱动轴235能够在驱动轴235***的方向上滑动，并且在开口的内周(即，在与驱动轴235的外周接触的部位处)附接至该板形构件。设置直线导轨251和253使驱动轴235能够伴随第一锥齿轮233和第二锥齿轮231的顺畅旋转而在驱动轴235延伸的方向上移动。结果，第一锥齿轮233和第二锥齿轮231的旋转是顺畅的，因此支撑单元120的操作是顺畅的。因此，提高显微镜单元110的定位准确度。另外，提高操作支撑单元120时的可操作性。
此外，推力轴承239可设置在驱动轴235上。推力轴承239抑制驱动轴235旋转时，由于随着第一锥齿轮233旋转而作用于第一锥齿轮233和驱动轴235的推力负载所产生的摩擦损耗。因此，第一锥齿轮233和第二锥齿轮231的旋转能够更顺畅。
另外，欧氏联轴节255可用于将致动器322的旋转轴连接至驱动轴235。任何各种众所周知的构造可以用于欧氏联轴节255的具体构造。使用欧氏联轴节255使致动器322的旋转轴与驱动轴235之间的旋转的传动更顺畅(圆滑)，即，使来自致动器322的动力能够更圆滑地传送至第二关节单元220。
以上，参考图4描述了根据第一实施方式的观察***1和观察装置10的结构。另外，参考图6描述了将第二关节单元220连接至致动器322的动力传送机构330的结构。
如上所述，在第一实施方式中，对能够限定显微镜单元110的姿势的第二关节单元220的关于第二轴O2的旋转施加驱动力的致动器322与第二关节单元220经由动力传送机构330被布置为彼此分离。能够限定显微镜单元110的姿势的旋转轴通常设置在显微镜单元110附近，因此通过以此方式将致动器322和第二关节单元220布置为彼此远离，显微镜单元110附近的结构能够变得更小。因此，当使用根据第一实施方式的观察装置10践行医学，诸如进行手术或者检查时，能够更好地保证外科医生的工作空间和视野。
另外，在第一实施方式中，能够在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转的动力传送机构用作动力传送机构330。因此，致动器322可以被布置为使得第二轴O2以及致动器322的旋转轴彼此垂直，即，使得致动器322的旋转轴指向与第二臂单元272延伸的方向基本平行的方向。因此，能够优选地防止致动器322在与第二臂单元272延伸的方向垂直的方向上过多突出和突出部干涉外科医生的情况。
在此，通常，作为在两个旋转轴之间传送旋转的动力传送机构的其他结构，可以想到的是其中连杆或者连线等架设在旋转轴之间并且一个旋转轴的旋转经由在连杆或者连线延伸的方向上的线性运动被传送至另一旋转轴的结构。然而，在使用这种连杆或者连线等的动力传送机构中，可能限制可传动的旋转角。因此，如果使用连杆或者连线等的动力传送机构被应用于在上述致动器322与第二关节单元220之间传送旋转运动，则会将第二轴O2的旋转角限制至预定范围。为了能够从任何方向捕捉到待观察的对象的图像，显微镜单元110的移动范围需要尽可能宽，因此不期望以此方式限制第二轴O2的旋转角。
另一方面，利用根据第一实施方式的动力传送机构330，与致动器322的旋转轴的旋转同步旋转的驱动轴235的旋转经由第一锥齿轮233和第二锥齿轮231被传送至第二关节单元220。因此，因为可传动的旋转角不受限制，第二轴O2的可旋转的角度范围能够更宽，因此能够保证显微镜单元110更宽的运动范围。
应注意，在上述实施方式中，动力传送机构330设置在第二关节单元220与对第二关节单元220的关于作为旋转轴的第二轴O2的旋转施加驱动力的致动器322之间，但是第一实施方式不限于这个实例。在设置在支撑单元120中的关节单元之中，布置为在关节单元与致动器之间***有动力传送机构330的情况下与致动器分离的关节单元不限于第二关节单元220，并且只要关节单元能够限定显微镜单元110的姿势并且布置在显微镜单元110的附近，其他关节单元也可行。例如，动力传送机构330可设置在第三关节单元230与对第三关节单元230关于作为旋转轴的第三轴O3的旋转施加驱动力的致动器323之间，并且第三关节单元230和致动器323可布置为彼此分离。
可替换地，例如，可设置其中经由动力传送机构330致动器与诸如第二关节单元220和第三关节单元230等的多个关节单元分离的构造。对于能够限定显微镜单元110的姿势的至少一个关节单元，通过使用其中关节单元和致动器被布置为经由动力传送机构330彼此分离的构造，靠近显微镜单元110的结构能够变得更小。
另外，在上述实施方式中，第一锥齿轮233和第二锥齿轮231被用作动力传送机构330。然而，第一实施方式不限于这个实例。动力传送机构330仅需要被配置为能够在彼此垂直的旋转轴之间传送旋转。其他机械元件也可以用作特定结构。例如，动力传送机构330可由涡轮蜗杆机构形成。涡轮蜗杆机构可以由蜗杆和蜗轮形成，蜗杆一端连接至致动器322的旋转轴并且与致动器322的旋转轴在同轴上旋转，蜗轮与蜗杆的齿面啮合并且与第二轴O2在同轴上旋转。
(2-3.致动器的变形例)
参考图5描述的致动器322响应于所谓的比较高级的控制，并且能够实现伺服机构。然而，被配置为能够响应于这种高级控制的致动器322相对昂贵，并且具有大型化的倾向，特别是在径向(与驱动轴垂直的面内方向)上大型化的倾向。如参考图6所描述的，致动器322的驱动轴(旋转轴)被布置在第二臂单元272的内部，使得指向与第二臂单元272延伸的方向基本平行的方向。因此，如果致动器322的外径变得较大，则第二臂单元272的外径也将变得较大。因此，显微镜单元110附近的结构不能够有效地变得更小。
另一方面，如果仅需要执行较简单的控制，则致动器322的尺寸，特别是在径向上的尺寸可以变得更小。因此，如果仅在需要变得更小的第二关节单元220和/或第三关节单元230执行简单控制，则设置在这些关节单元中的致动器322和323可变得更小。在此，将更小的致动器322a和323a的一种构造例描述为致动器322和323的变形例。
图7和图8是示出了根据第一实施方式的变形例的致动器322a和323a的构造例的截面图。图7示出了在沿着穿过第二臂单元272延伸的方向和第二关节单元220的旋转轴方向的横截面切割的状态下的第二臂单元272以及第二臂单元272附近的结构。图8示出了在沿着穿过第三臂单元273延伸的方向和第三关节单元230的旋转轴方向的横截面切割的状态下的第三臂单元273以及第三臂单元273附近的结构。
应注意，在本变形例中，根据上述实施方式的结构中的致动器322和323已经由致动器322a和323a替换，并且诸如动力传送机构330的其他结构基本上与上述实施方式的结构类似。因此，在以下本变形例的描述中，将主要描述与上述实施方式不同的致动器322a和323a的结构。将省略其他结构的详细描述。应注意，在图7中，为简单起见省略了图6中示出的一些构件。
在此，在本变形例中，致动器322a和323a被配置为使得可以在第二关节单元220和第三关节单元230中至少执行xy移动操作。因此，图7和图8中示出的致动器322a和323a的构造例还对应于xy移动操作。在此，例如，xy移动操作是其中控制装置140根据经由诸如箭头键或者操纵杆的输入装置由外科医生指示的方向的操作，通过驱动第二关节单元220和第三关节单元230移动显微镜单元110，使得显示装置20的显示器平行于左右方向或者上下方向移动的操作。
例如，例如，对应于伺服机构的相对较大且昂贵的致动器322和323，诸如，上述图5中示出的致动器，对执行要求诸如枢转操作(移动显微镜单元110使得显微镜单元110的光轴始终指向空间中的预定点的操作)的高级控制的操作来说是必需的。另一方面，xy移动操作能够通过更便宜、更小的致动器322a和323a实现。另外，根据手术的类型等，经常存在只要xy移动操作能够执行，xy移动操作实际上就足够，并且不必执行诸如枢转操作的要求高级控制的操作的情况。因此，本变形例示出了能够至少实现xy移动操作的致动器322a和323a的构造例，作为更便宜、更小的致动器的一个实例。
首先，将描述设置在第二关节单元220中的致动器322a的构造。参考图7，根据本变形例的致动器322a配置有以以下顺序串联连接(即，在一个方向上排开)的电机341、减速机构342、离合器343和制动器344。应注意，如上所述，在第一实施方式中，可以为第二关节单元220设置制动器，但是在使用根据本变形例的致动器322a的情况下，致动器322a本身配备有制动器344，因此无需为第二关节单元220提供单独的制动器。
电机341的输出轴的旋转通过减速机构342被适当减慢并且经由离合器343传送至驱动轴345。动力传送机构330的驱动轴235的一端经由欧氏联轴节255连接至驱动轴345的远端。驱动轴345的旋转经由驱动轴235、第一锥齿轮233和第二锥齿轮231传送至第二关节单元220。此外，制动器344设置在驱动轴345上，并且第二关节单元220的旋转和停止分别通过制动器344释放和遏制驱动轴345来控制。
例如，步进电机用作电机341。尽管旋转角的分解力较低，但是步进电机没有上述致动器322中使用的无刷直流电机昂贵。旋转角的分解力无需用来精确执行xy移动操作，因此可以优选不昂贵的步进电机用作电机341。应注意，在本变形例中，将电机341优选地配置为使得电机341在径向上的尺寸(在与驱动轴345延伸的方向垂直的面内面积)小于离合器343或者制动器344在径向上的尺寸。随后将描述这种原因。
能够电控制旋转的传送和中断的电磁离合器被用作离合器343。例如，离合器343是通电时传送旋转的所谓的激励致动离合器。离合器343的操作通过控制装置140进行控制。应注意，离合器343的类型不受限制。可以使用任何各种众所周知的电磁离合器。然而，如在实施方式中一般使用激励致动离合器能够进一步增加手术和检查的安全性。例如，在由于某种原因电源丧失的不可能事件中，如果电机341通过离合器343连接至下游构件，则将锁定第二关节单元220的旋转，并且支撑单元120将不能够手动移动，这可使得难以继续手术或者检查。另一方面，如果使用激励致动离合器，则电机341将在电源丧失时与下游构件断开，因此可以手动移动支撑单元120，因此使得可以继续手术或者检查，因此可以实现更大的安全性。
能够电控制驱动轴345的释放和抑制的电磁制动器被用作制动器344。例如，制动器344是断电时抑制驱动轴345的非激励致动制动器。制动器344的操作通过控制装置140进行控制。应注意，制动器344的类型不受限制。可以使用任何各种众所周知的电磁制动器。然而，如在第一实施方式中一般，使用非激励致动制动器使得可以增加手术和检查的安全性，因为即使在由于某种原因电源丧失的不可能事件中，例如，将应用制动器344并且将停止第二关节单元220的旋转。另外，因为在手术或者检查期间，支撑单元120的姿势被固定期间的时间(即，制动器344以及另一关节单元的制动器被应用期间的时间)比支撑单元120移动期间的时间更长，因此使用非激励致动制动器使得可以减少功耗以及增加制动器344的寿命。
减速机构342由多个齿轮形成，并且以预定的减速比减缓电机341的输出轴的旋转。在此，减速机构342仅需要被配置为具有能够实现最终期望获得的旋转扭矩的预定减速比。减速机构342的具体构造不受限制。然而，在本变形例中，与电机341类似，减速机构342优选地被配置为使得减速机构342在径向上的尺寸(与驱动轴345延伸的方向垂直的平内面积)小于离合器343或者制动器344在径向上的尺寸。
以此方式配置电机341和减速机构342的理由是因为在使用步进电机用作电机341，使用激励致动离合器作为离合器343，并且使用非激励致动制动器作为如上所述的制动器344实际设计致动器322a的情况下，致动器322a的外径取决于离合器343或者制动器344的外径。即，致动器322a的外径可以通过配置电机341和减速机构342使得电机341和减速机构342在径向上的尺寸小于离合器343或者制动器344在径向上的尺寸来最小化。如图7所示，致动器322a设置在第二臂单元272的内部，使得致动器322a的驱动轴345基本平行于第二臂单元272延伸的方向。因此，如果可以使致动器322a的外径最小化，则可以使第二臂单元272的外径最小化。即，第二臂单元272甚至可以变得更小。
在此，与上述图5中示出的致动器322的减速器333类似，例如，在减速机构342中需要诸如1/100的相对大的减速比，以便实现第二关节单元220甚至更慢的旋转。即，减速机构342需要具有大的减速比同时在径向上较小。发明人的研究揭示，这可以通过使形成减速机构342的所有齿轮都是正齿轮来实现。即，形成仅具有正齿轮的减速机构342使得可以实现更小的并且具有相对大的减速比的减速机构342。
应注意，例如，如果使用除了正齿轮之外的齿轮(诸如，涡轮蜗杆机构)形成减速机构342，则可以通过由于存在较少齿轮而导致的较简单的构造来实现大的减速比。然而，发明人的研究揭示在包括齿轮的旋转轴彼此垂直的构造的情况下，如它们利用了涡轮蜗杆机构，因此极难使得减速机构342在径向上的尺寸小于离合器343或者制动器344在径向上的尺寸。因此，为了使减速机构342最小化，减速机构342优选地配置为使得形成减速机构342的多个齿轮的所有旋转轴基本平行，如它们具有其中仅利用正齿轮形成减速机构342的上述构造。
迄今为止，已经描述了设置在第二关节单元220中的致动器322a的构造。应注意，在如本变形例中一般配置致动器322a的情况下，与上述实施方式的致动器322相比，驱动轴345延伸的方向上的长度可以更长，同时径向上的尺寸可以更小。然而，如图7所示，致动器322a设置在第二臂单元272的内部，使得致动器322a的驱动轴345基本平行于第二臂单元272延伸的方向。第二臂单元272因为“臂”的性质原本就是长构件，因此即使致动器322a布置在第二臂单元272的内部使得驱动轴345基本平行第二臂单元272延伸的方向，也不影响第二臂单元272本身延伸的方向上的尺寸(长度)。以此方式，具有其中驱动轴345延伸的方向上的长度可以更长但是径向上的尺寸可以变得更小的特性的致动器322a的构造优选地适合根据第一实施方式的构造，其中，致动器322a和第二关节单元220彼此分离并且致动器322a和第二关节单元220的旋转轴被布置为彼此垂直。
接下来，将描述设置在第三关节单元230中的致动器323a的构造。应注意，致动器323a的构造与上述致动器322a的构造基本上类似。更具体地，参考图8，根据本变形例的致动器323a配置有以以下顺序串联连接(即，在一个方向上并排)的电机351、减速机构352、离合器353和制动器354。应注意，与第二关节单元220类似，在使用根据本变形例的致动器323a的情况下，致动器323a本身配备有制动器354，因此没有必要为第三关节单元230设置单独的制动器。
电机351的输出轴的旋转通过减速机构352被适当减慢并且经由离合器353传送至驱动轴355。驱动轴355的旋转经由传送构件被传送至第三关节单元230。制动器354设置在驱动轴355上，并且第三关节单元230的旋转和停止分别通过制动器354释放和抑制驱动轴355进行控制。
电机351、减速机构352、离合器353和制动器354的构造与致动器322a的电机341、减速机构342、离合器343和制动器344的构造类似，因此将省略这些的详细说明。与致动器322a类似，可以将致动器322a配置为使得外径尽可能小，因此可以使第三臂单元273的外径最小化，即，第三臂单元273可以更小。通过以此方式将致动器322a应用为设置在第二关节单元220中的致动器并且将致动器323a应用为设置在第三关节单元230中的致动器，可以使第二臂单元272和第三臂单元273做的更小，因此与上述实施方式相比，显微镜单元110附近的结构甚至可以更小。
在此，在示出的构造例中，编码器不设置在致动器322a和323a上，这与根据上述实施方式的致动器322不同。然而，为了执行xy移动操作，必须检测第二关节单元220和第三关节单元230的旋转角。因此，在本变形例中，用于检测第二关节单元220的旋转角的电位器346设置在第二关节单元220附近，而不是将编码器设置在致动器322a上。另外，尽管未示出，但是对于第三关节单元230同样，用于检测第三关节单元230的旋转角的电位器设置在第三关节单元230附近，而不是将编码器设置在致动器323a上。
来自这些电位器的检测值被传送至控制装置140。控制装置140能够基于这些检测值以及来自其他关节单元的致动器321、324、325和326的编码器的检测值，断定支撑单元120的状态并且计算关节单元210至260的控制量以便响应于外科医生的操作实现xy移动。然后，可以通过控制装置140根据这些控制量驱动关节单元210至260的致动器321、322a、323a、324、325和326来实现xy移动操作。
在本变形例中，支撑单元120的操作模式通过上述致动器322a和323a的操作、以及设置在其他关节单元210和240至260上的致动器321、324、325和326以及制动器，在锁定模式、全自由模式以及用于执行xy移动操作的xy移动操作模式之间切换。应注意，通过外科医生经由上述操作模式切换SW或者其他合适的输入装置输入命令完成这些操作模式之间的切换。
在此，将描述锁定模式、全自由模式以及xy移动操作模式的每一个中的致动器322a和323a的控制。如以下表1中所示，根据每个模式，控制装置140切换致动器322a和323a的电机341和351、离合器343和353以及制动器344和354的驱动。应注意，在下表1中，离合器343和353被假设为激励致动离合器，因此“ON”表示旋转被传送的状态，并且制动器344和354被假设为非激励致动制动器，因此“ON”表示驱动轴345和355被释放的状态。
[表1]
锁定模式 全自由模式 xy移动操作模式
电机 OFF OFF ON
离合器 OFF OFF ON
制动器 OFF ON ON
如上表1中所示，在本变形例中，在锁定模式和全自由模式中，离合器343和353被释放并且第二关节单元220和第三关节单元230分别不连接至致动器322a和323a。因此，第二关节单元220和第三关节单元230分别与电动机341和351以及减速机构342和352分离，因此在全自由模式中，第二关节单元220和第三关节单元230将不受电机341和351的启动扭矩的影响并且因此可以更轻快地移动。另外，在锁定模式中，离合器343和353以及制动器344和354未通电，并且在全自由模式中，离合器343和353未通电，因此可以减少这些模式中的功耗。
仅在xy移动操作模式中第二关节单元220和第三关节单元230通过离合器343和353连接至致动器322a和323a，第二关节单元220和第三关节单元230由致动器322a和323a驱动。应注意，更具体地，当模式从锁定模式或者全自由模式切换至xy移动操作模式时，按以下顺序，在电机341和351通电之后电机341和351开始旋转，离合器343和353被连接，并且制动器344和354被释放。相反地，当模式从xy移动操作模式切换至锁定模式或者全自由模式时，按以下顺序，在电机341和351停止旋转之后，电机341和351的激励停止，驱动轴345和355被制动器344和354抑制，并且离合器343和353被释放。模式之间的转换能够通过以此次序在模式间转换来更安全地执行。
(3.第二实施方式)
现在将描述本公开内容的第二实施方式。与第一实施方式类似，同样在第二实施方式中，可以通过将第二关节单元布置为远离对第二关节单元关于作为旋转轴的第二轴O2的旋转施加驱动力的致动器来实现远端区域的结构更小的观察装置。然而，在第二实施方式中，将致动器的驱动力传送至第二关节单元的动力传送机构的结构不同于第一实施方式中的结构。在第二实施方式中，除了动力传送机构的结构之外的结构可以与第一实施方式中的结构类似，因此在以下第二实施方式的描述中，将主要描述不同于第一实施方式的那些内容。将省略与第一实施方式的内容类似的内容的详细说明。
(3-1.观察***和观察装置的结构)
将参考图9描述根据本公开内容的第二实施方式的观察***的结构、以及形成观察***的观察装置的结构。图9是示出了根据第二实施方式的观察***的构造例的视图。
参考图9，根据第二实施方式的观察***2包括：观察装置30，支撑显微镜单元110并且利用显微镜单元110捕捉患者的手术部位的图像；以及显示装置20，显示通过观察装置30捕捉的手术部位的图像。应注意，显示装置20的结构和功能与第一实施方式中的结构和功能类似，因此在此将省略结构和功能的详细说明。
观察装置30包括用于执行患者的手术部位的放大观察的显微镜单元110、支撑显微镜单元110的支撑单元420(臂单元420)、与支撑单元420的一端连接并且支撑显微镜单元110和支撑单元420的底座单元130、以及控制观察装置30的操作的控制装置140。在此，显微镜单元110、底座单元130和控制装置140的结构和功能与第一实施方式中的结构和功能类似，因此在此将省略结构和功能的详细说明。
支撑单元420的结构也与根据第一实施方式的支撑单元120的结构基本上类似。然而，如上所述，在支撑单元420中，将致动器的驱动力传送至第二关节单元220的动力传送机构的结构不同于第一实施方式中的结构。因此，在支撑单元420中，代替为支撑单元120中的第二关节单元220设置的致动器322，设置了致动器327。
当详细地描述致动器327的配置时，与第一实施方式类似，在第二实施方式中，致动器327也设置在与第二关节单元220分离的位置中。更具体地，致动器327设置在第二臂单元272的近端部上，并且通过设置在第二臂单元272的内部的动力传送机构(未示出)连接至设置在第二臂单元272的远端部上的第二关节单元220。以此方式，在第二实施方式中，与第一实施方式类似，第二关节单元220与对第二关节单元220的关于作为旋转轴的第二轴O2的旋转施加驱动力的致动器327经由动力传送机构被布置为彼此分离。因此，致动器327能够被布置在远离第二关节单元220的位置，因此第二关节单元220，即，远端区域的结构能够更小。
然而，在第二实施方式中，与第一实施方式不同的能够在基本上彼此平行的两个旋转轴之间传送旋转的动力传送机构被用作连接第二关节单元220和致动器327的动力传送机构。因此，致动器327被布置为使得第二轴O2与致动器327的旋转轴基本平行。即，在第一实施方式中，致动器322被布置为使得致动器322的旋转轴的方向平行于第二臂单元272延伸的方向，但是在第二实施方式中，由于动力传送机构的结构的差异，致动器327被布置为使得致动器327的旋转轴的方向基本垂直于第二臂单元272延伸的方向，如附图中所示。
应注意，尽管配置不同，但是致动器327的结构本身可以与致动器323的结构类似。即，例如，致动器327具有图5中示出的结构。
(3-2.动力传送机构的结构)
将参考图10更详细地描述将第二关节单元220连接至致动器327的动力传送机构的结构。图10是示出了在第二实施方式中将第二关节单元220连接至致动器327的动力传送机构的构造例的视图。在图10中，仅摘出和示出了图10和图11中示出的支撑单元420的结构中的第二关节单元220、第二臂单元272和致动器327附近的结构。另外，在图10中，第二臂单元272的侧壁以模拟方式被示出为透明的，以便示出设置在第二臂单元272的内部的结构。另外，为了说明性的目的，第二臂单元272的侧壁的一部分以模拟方式被示出为有开口。
参考图10，设置在第二臂单元272的内部的动力传送机构360包括沿着第二臂单元272延伸的方向延伸并且在致动器327的旋转轴与第二关节单元220的驱动轴(即，对应于第二轴O2的驱动轴)之间卷回的传动带361。以此方式，在第二实施方式中，致动器327的旋转轴的旋转通过传动带361被传送至第二关节单元220。
致动器327的旋转轴的旋转通过沿着第二臂单元272延伸的方向延伸的传动带361被传送至第二关节单元220，因此在致动器327与第二关节单元220之间能够存在预定距离。因此，致动器327可被布置为远离支撑单元420的远端区域，因此远端区域的结构可以变得更小。
以上，参考图10描述了将第二关节单元220连接至致动器327的动力传送机构360的结构。应注意，在第二实施方式中为关节单元210至260设置的致动器可具有与参考图5描述的致动器322的结构类似的结构，或者可具有与以上(2-3.致动器的变形例)中描述的致动器322a和323a的结构类似的结构。在图10中，其中致动器327具有与图5中示出的致动器322的结构类似的结构的情况的构造例被示出为实例。
如上所述，在第二实施方式中，对能够限定显微镜单元110的姿势的第二关节单元220关于作为旋转轴的第二轴O2的旋转施加驱动力的致动器327与第二关节单元220被布置为经由动力传送机构360彼此分离。因此，与第一实施方式类似，靠近显微镜单元110的结构可以变得更小，因此当使用根据第二实施方式的观察装置30践行医学，诸如进行手术或者检查时，能够更好地保证外科医生的工作空间和视野。
应注意，在第二实施方式中，致动器327的旋转轴的旋转通过传动带361被直接传送至第二关节单元220，因此如在第一实施方式中一般，第二轴O2的可旋转角范围能够比使用连杆或者连线等的动力传送机构被使用时的情况下能够达到的角度更宽。因此，显微镜单元110的运动范围能够更宽。
另外，与第一实施方式类似，在第二实施方式中，在设置在支撑单元420中的关节单元210至260之中，被布置为在关节单元与致动器之间***动力传送机构360的情况下与致动器分离的关节单元也不限于第二关节单元220，并且只要关节单元能够限定显微镜单元110的姿势就可以成为另一关节单元。另外，动力传送机构360的具体构造不限于使用上述传动带361。动力传送机构360仅需要被配置为能够在彼此基本平行的旋转轴之间传送旋转。其他机械元件还可以用作具体结构。
(4.第一和第二实施方式的比较)
如上所述，在第一和第二实施方式中，第二关节单元220与致动器322和327能够通过在其间***动力传送机构330和360被布置为彼此分离，这使远端区域的结构能够变得更小。然而，在第一和第二实施方式中，动力传送机构330和360的构造不同，因此第二臂单元272中的致动器322和327的配置也不同。
更具体地，根据第一实施方式的动力传送机构330被配置为能够在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转。因此，致动器322可以相对第二臂单元272布置为使得第二臂单元272延伸的方向与致动器322的旋转轴方向基本平行。结果，可以将致动器322和第二臂单元272布置为使得致动器322从第二臂单元272突出的量较少。
另一方面，根据第二实施方式的动力传送机构360被配置为能够在彼此基本平行的两个旋转轴之间传送旋转。因此，致动器327可以相对第二臂单元272布置使得第二臂单元272延伸的方向与致动器327的旋转轴方向基本垂直。结果，存在致动器327将从第二臂单元272沿与第二臂单元272延伸的方向垂直的方向大大突出的可能性。当使用根据第二实施方式的观察装置30进行手术或者检查时，这种突出部分可阻挡外科医生的操作。
在图11中示意性地示出了使用根据第二实施方式的观察装置30的手术的状态。图11是示出了在使用根据第二实施方式的观察装置30手术期间支撑单元420与外科医生之间的位置关系的示意图。在图11中，示意性地示出了：观察装置30的支撑单元420的第二臂单元272的远端侧上的结构与在参考通过观察装置10的显微镜单元110捕捉的手术部位的图像同时进行手术的外科医生701之间的位置关系。
如附图中所示，当使用观察装置30进行手术时，第二臂单元272和致动器327的位置可能位于外科医生的身体(示出的实例中的面部)附近。在手术期间，观察装置的支撑单元420必须保持所谓的清洁，但是外科医生701的身体属于不洁净的区域，因此不允许支撑单元420与外科医生701的身体相互接触。然而，在第二实施方式中，致动器327可以在与第二臂单元272延伸的方向垂直的方向上大大突出，因此致动器327与外科医生701的身体之间的接触风险增加。另外，例如，外科医生701必须在避开致动器327的同时工作，以便当他或者她为了工作移动时他的或者她的身体不与致动器327接触。因此，外科医生701不能顺畅地进行工作。
另一方面，在第一实施方式中，可以将致动器322和第二臂单元272布置为使得致动器322从第二臂单元272突出的量更少。因此，能够减少外科医生701的身体与支撑单元120之间的接触风险。以此方式，从可靠地保证清洁区域的观点来说，如在第一实施方式中，优选地使用能够传送彼此基本垂直的两个旋转轴之间的旋转的动力传送机构330。
然而，通过传动带361的相对简单的结构实现根据第二实施方式的动力传送机构360时，如以上(2-2.动力传送机构的结构)中所描述的，在使用与根据第一实施方式的动力传送机构330类似的锥齿轮传送动力的情况下，为了更顺畅地传送旋转可能设置诸如无侧隙机构237和直线导轨251和253的结构。因此，动力传送机构330的构造可变得复杂并且最终还可增加成本。
综合考虑诸如观察装置的制造成本、支撑单元120和420的可操作性、以及在手术期间轻松地保证清洁区域等各种条件，可适当地确定采用根据第一实施方式的动力传送机构330以及根据第二实施方式的动力传送机构360的哪一种。
(5.使用例)
参考图12，使用观察***1和2执行的手术的总览将描述为根据第一和第二实施方式的观察***1和2的使用例。图12是示意性地示出了其中使用根据第一和第二实施方式的观察***1和2的手术情形的视图。在图12中，其中使用根据第一实施方式的观察***1的手术情形被示出为实例，但是除了观察装置10的结构被修改之外，其中使用根据第二实施方式的观察***2的手术情形是类似的。
参考图12，示出了其中外科医生701对躺在手术台上的患者703的头部操作的情形。观察装置10被布置为紧挨着手术台，并且显微镜单元110的位置和姿势通过控制针对支撑单元120的关节单元设置的致动器的驱动来进行控制，以利用附着于支撑单元120的远端的显微镜单元110捕捉患者703的头部的手术部位的图像。应注意，尽管在图12中以简化的方式示出，但是图12中示出的观察装置10具有与参考图4描述的观察装置10的结构类似的结构。
显示装置20设置在手术室中，并且通过观察装置10的显微镜单元110捕捉的手术部位的图像以预定放大倍率被放大并且显示在显示装置20上。外科医生701在观看着显示在显示装置20上的图像的同时判定手术部位的状态并且用手对手术部位执行各种程序。
此时，如附图中所示，观察装置10的显微镜单元110可以放置在手术部位附近，即，外科医生701的手附近。另外，观察装置10的支撑单元120的远端区域可以放置在外科医生701与显示装置20之间。
然而，如以上(2.第一实施方式)中描述的，在第一实施方式中，第二关节单元220与对关于作为支撑单元120的旋转轴的第二轴O2的旋转施加驱动力的致动器322被布置为位置经由支撑单元120中的动力传送机构330彼此分离。因此，支撑单元120的远端区域的结构更小。因此，可以更好地保证外科医生701的工作空间和视野，因此可以顺畅地进行手术。在示出的实例中，示出了根据第一实施方式的观察装置10，但是即使在使用根据第二实施方式的观察装置30的情况下，支撑单元420的远端区域的结构可以类似地变得更小，因此可以更好地保证外科医生701的工作空间和可视性领域，从而使手术能够顺畅地进行，如以上(3.第二实施方式)中描述的。
(6.补充说明)
以上参考附图描述了本公开内容的优选实施方式，然而本公开内容并不限于以上实例。在所附权利要求的范围内，本领域的技术人员可以找到各种变化和修改，并且应当理解的是，它们将自然地归入本公开内容的技术范围内。
进一步地，在本说明书中描述的效果仅是说明性或者示例性效果，并且不是限制性的。即，具有上述效果或者替代上述效果的情况下，根据本公开内容的技术可从本说明书的描述中实现对于本领域的技术人员来说明确的其他效果。
例如，在上述第一和第二实施方式中，显微镜单元110设置在支撑单元120和420的远端上，但是本技术不限于这个实例。例如，显微镜单元110可保持在沿着支撑单元120和420中间的位置中。即使在这种情况下，通过对能够限定显微镜单元110的姿势的至少一个关节单元提供其中该关节单元和致动器经由动力传送机构330和360而分离的构造，显微镜单元110附近的结构也能够变得更小，因此可以获得与第一和第二实施方式的效果类似的效果。
另外，在上述第一和第二实施方式中，为形成支撑单元120的所有关节单元210至260设置了致动器，而是本技术不限于这个实例。例如，只有形成支撑单元120和420的关节单元210至260中的一个可设置有对关节单元的旋转施加驱动力的致动器。在针对能够限定显微镜单元的姿势的关节单元中的至少一个关节单元设置致动器的情况下，本技术可以应用于该至少一个关节单元和致动器。因此，在本技术可以应用于支撑单元的构造中，致动器相对于除了能够限定显微镜单元的姿势的关节单元之外的关节单元的配置可以是任意的。
另外，本技术还可以配置如下。
(1)一种医疗用观察装置，包括：成像单元，被配置为捕捉待观察对象的图像，并且输出视频信号；以及
支撑单元，被配置有经由关节单元彼此可旋转地连接的多个臂单元，并且被配置为支撑成像单元，
其中，设置对围绕在形成支撑单元的多个关节单元之中的限定成像单元的姿势的至少一个关节单元的旋转轴的旋转施加驱动力的致动器，并且
至少一个关节单元和致动器被布置为彼此分离，并且经由在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转运动的动力传送机构而彼此连接。
(2)根据项(1)所述的医疗用观察装置，
其中，至少一个关节单元以旋转轴与在形成支撑单元的臂单元之中的一个预定臂单元延伸的方向基本垂直的方式被布置在该预定臂单元的一侧上，
致动器以旋转轴基本平行于预定臂单元延伸的方向的方式被布置在预定臂单元的另一侧上，并且
动力传送机构设置在预定臂单元的内部。
(3)根据项(2)所述的医疗用观察装置，
其中，致动器被配置有以以下顺序串联布置的电机、减速机构、离合器和制动器。
(4)根据项(3)所述的医疗用观察装置，
其中，致动器被配置使得电机和减速机构在与预定臂单元延伸的方向垂直的面内方向上的尺寸小于离合器或者制动器在与预定臂单元延伸的方向垂直的面内方向上的尺寸。
(5)根据项(3)或(4)所述的医疗用观察装置，
其中，被配置为检测至少一个关节单元的旋转角的电位器设置在至少一个关节单元中，并且
基于来自电位器的检测值，控制对至少一个关节单元的驱动使得由成像单元捕捉的待观察对象的图像的显示在左右方向或者上下方向上移动。
(6)根据项(1)至(5)中任一项所述的医疗用观察装置，
其中，动力传送机构包括：
驱动轴，一端连接在致动器的旋转轴上并且在基本平行于致动器的旋转轴的方向上延伸，
第一锥齿轮，设置在驱动轴的另一端上并且与致动器的旋转轴在同轴上旋转，以及
第二锥齿轮，与第一锥齿轮啮合并且与至少一个关节单元的旋转轴在同轴上旋转。
(7)根据项(6)所述的医疗用观察装置，
其中，动力传送机构进一步包括朝减小第一锥齿轮与第二锥齿轮之间的间隙的方向对第一锥齿轮施力的弹簧。
(8)根据项(6)或(7)所述的医疗用观察装置，
其中，动力传送机构进一步包括引导驱动轴在轴向方向上移动的直线导轨。
(9)根据项(6)至(8)中任一项所述的医疗用观察装置，
其中，动力传送机构进一步包括设置在驱动轴上的推力轴承。
(10)根据项(6)至(9)中任一项所述的医疗用观察装置，
其中，动力传送机构进一步包括将致动器的旋转轴连接至驱动轴的欧氏联轴节。
(11)根据项(1)至(10)中任一项所述的医疗用观察装置，
其中，成像单元设置在支撑单元的远端上，并且
至少一个关节单元是支撑单元中从设置成像单元的远端侧起第二个设置的关节单元。
(12)根据项(1)至(5)中任一项所述的医疗用观察装置，
其中，动力传送机构包括：
涡轮蜗杆机构，所述涡轮蜗杆机构由以下项形成
蜗杆，一端连接至致动器的旋转轴并且与致动器的旋转轴在同轴上旋转，以及
蜗轮，与蜗杆的齿面啮合并且与至少一个关节单元的旋转轴在同轴上旋转。
(13)一种手术用观察装置，包括：
显微镜单元，被配置为捕捉待观察对象的图像，并且输出视频信号；以及
支撑单元，被配置有经由关节单元可旋转地彼此连接的多个臂单元，并且被配置为支撑显微镜单元，
其中，设置相对于围绕在形成支撑单元的多个关节单元之中的限定显微镜单元的姿势的至少一个关节单元的旋转轴的旋转施加驱动力的致动器，并且
至少一个关节单元和致动器被布置为彼此分离，并且经由在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转运动的动力传送机构彼此连接。
(14)一种医疗用观察***，包括：
观察装置，被配置为包括捕捉待观察对象的图像并且输出视频信号的成像单元、以及配置有经由关节单元能旋转地彼此连接的多个臂单元并且支撑成像单元的支撑单元；以及
显示装置，被配置为基于视频信号显示通过成像单元捕捉的待观察对象的图像，
其中，在观察装置中，
设置相对于围绕在形成支撑单元的多个关节单元之中的限定成像单元的姿势的至少一个关节单元的旋转轴的旋转施加驱动力的致动器，并且
至少一个关节单元和致动器被布置为彼此分离，并且经由在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转运动的动力传送机构彼此连接。
参考符号列表
1、2 观察***
10、30 观察装置
20 显示装置
110 显微镜单元
120、420 支撑单元
130 底座单元
140 控制装置
210 第一关节单元
220 第二关节单元
230 第三关节单元
240 第四关节单元
250 第五关节单元
260 第六关节单元
271 第一臂单元
272 第二臂单元
273 第三臂单元
274 第四臂单元
275 第五臂单元
330、360 动力传送机构
231 第二锥齿轮
233 第一锥齿轮
235 驱动轴
237 无侧隙机构
239 推力轴承
251、253 直线导轨
255 欧氏联轴节
321、322、322a、323、323a、324、325、326、327 致动器
341、351 电机
342、352 减速机构
343、353 离合器
344、354 制动器
345、355 驱动轴
346 电位器
361 传动带

Claims (14)

1.一种医疗用观察装置，包括：
成像单元，被配置为捕捉待观察对象的图像并且输出视频信号；以及
支撑单元，被配置有经由关节单元彼此可旋转地连接的多个臂单元，并且被配置为支撑所述成像单元，
其中，设置对围绕在形成所述支撑单元的多个所述关节单元之中的限定所述成像单元的姿势的至少一个关节单元的旋转轴的旋转施加驱动力的致动器，并且
所述至少一个关节单元与所述致动器被布置为彼此分离，并且经由在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转运动的动力传送机构而彼此连接。
2.根据权利要求1所述的医疗用观察装置，
其中，所述至少一个关节单元以旋转轴与在形成所述支撑单元的所述臂单元之中的一个预定臂单元延伸的方向基本垂直的方式布置在所述预定臂单元的一侧上，
所述致动器以旋转轴与所述预定臂单元延伸的方向基本平行的方式布置在所述预定臂单元的另一侧上，并且
所述动力传送机构设置在所述预定臂单元的内部。
3.根据权利要求2所述的医疗用观察装置，
其中，所述致动器被配置有以以下顺序串联布置的电机、减速机构、离合器和制动器。
4.根据权利要求3所述的医疗用观察装置，
其中，所述致动器被配置使得所述电机和所述减速机构在与所述预定臂单元延伸的方向垂直的面内方向上的尺寸小于所述离合器或者所述制动器在与所述预定臂单元延伸的方向垂直的所述面内方向上的尺寸。
5.根据权利要求3所述的医疗用观察装置，
其中，被配置为检测所述至少一个关节单元的旋转角的电位器设置在所述至少一个关节单元内，并且
基于来自所述电位器的检测值，控制对所述至少一个关节单元的驱动使得由所述成像单元捕捉的所述待观察对象的图像的显示沿左右方向或者上下方向移动。
6.根据权利要求1所述的医疗用观察装置，
其中，所述动力传送机构包括：
驱动轴，一端连接至所述致动器的旋转轴并且在与所述致动器的所述旋转轴基本平行的方向上延伸，
第一锥齿轮，设置在所述驱动轴的另一端上并且与所述致动器的所述旋转轴在同轴上旋转，以及
第二锥齿轮，与所述第一锥齿轮啮合并且与所述至少一个关节单元的所述旋转轴在同轴上旋转。
7.根据权利要求6所述的医疗用观察装置，
其中，所述动力传送机构进一步包括朝减小所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮之间的间隙的方向对所述第一锥齿轮施力的弹簧。
8.根据权利要求7所述的医疗用观察装置，
其中，所述动力传送机构进一步包括引导所述驱动轴在轴向方向上运动的直线导轨。
9.根据权利要求7所述的医疗用观察装置，
其中，所述动力传送机构进一步包括设置在所述驱动轴上的推力轴承。
10.根据权利要求6所述的医疗用观察装置，
其中，所述动力传送机构进一步包括将所述致动器的所述旋转轴连接至所述驱动轴的欧氏联轴节。
11.根据权利要求1所述的医疗用观察装置，
其中，所述成像单元设置在所述支撑单元的远端上，并且
所述至少一个关节单元是所述支撑单元中从设置所述成像单元的远端侧起第二个设置的关节单元。
12.根据权利要求1所述的医疗用观察装置，
其中，所述动力传送机构包括：
涡轮蜗杆机构，所述涡轮蜗杆机构由以下项形成：
蜗杆，一端连接至所述致动器的旋转轴并且与所述致动器的所述旋转轴在同轴上旋转，以及
蜗轮，与所述蜗杆的齿面啮合并且与所述至少一个关节单元的所述旋转轴在同轴上旋转。
13.一种手术用观察装置，包括：
显微镜单元，被配置为捕捉待观察对象的图像并且输出视频信号；以及
支撑单元，被配置有经由关节单元彼此可旋转地连接的多个臂单元，并且被配置为支撑所述显微镜单元，
其中，设置相对于围绕在形成所述支撑单元的多个所述关节单元之中的限定所述显微镜单元的姿势的至少一个关节单元的旋转轴的旋转施加驱动力的致动器，并且
所述至少一个关节单元与所述致动器被布置为彼此分离，并且经由在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转运动的动力传送机构而彼此连接。
14.一种医疗用观察***，包括：
观察装置，被配置为包括成像单元和支撑单元，所述成像单元捕捉待观察对象的图像并且输出视频信号，所述支撑单元被配置有经由关节单元彼此可旋转地连接的多个臂单元并且支撑所述成像单元；以及
显示装置，被配置为基于所述视频信号显示由所述成像单元捕捉的所述待观察对象的图像，
其中，在所述观察装置中，
设置相对于围绕在形成所述支撑单元的多个所述关节单元之中的限定所述成像单元的姿势的至少一个关节单元的旋转轴的旋转施加驱动力的致动器，并且
所述至少一个关节单元与所述致动器被布置为彼此分离，并且经由在彼此基本垂直的两个旋转轴之间传送旋转运动的动力传送机构而彼此连接。
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