JP2020151044A

JP2020151044A - 医療用観察装置

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Publication number: JP2020151044A
Application number: JP2019050434A
Authority: JP
Inventors: 尚史岡田; Hisafumi Okada
Original assignee: Sony Olympus Medical Solutions Inc
Current assignee: Sony Olympus Medical Solutions Inc
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2020-09-24
Also published as: US11109748B2; US20200297200A1

Abstract

【課題】特殊光観察時の画質の低下を抑制することができる医療用観察装置を提供すること。【解決手段】被観察体を撮像することによって撮像信号を出力する撮像部と、撮像部を移動可能に保持する保持部と、白色光による通常観察モードから特殊光による特殊光観察モードに切り替える場合に、当該特殊光観察モードに対して設定される作動距離であって、通常観察モードの作動距離よりも短い作動距離となる位置に撮像部を移動させるよう制御する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、被観察体の微小部位を観察する医療用観察装置に関する。

従来、被観察体である患者の脳や心臓等における微小部位の手術を行う際に該微小部位を観察するための医療用観察システムとして、該微小部位を拡大する拡大光学系や撮像素子を有する顕微鏡部を備えた光学式の顕微鏡システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

近年、白色による通常観察とは別に、特殊光による特殊光観察を行なう観察方法が考案されている。具体的に、特殊光観察として、ＮＢＩ（Narrow Band Imaging）と呼ばれる技術、ＩＲＩ（Infra-Red Imaging）と呼ばれる技術、ＡＦＩ（Auto Fluorescence Imaging）と呼ばれる技術、ＰＤＤ（Photodynamic Diagnosis）と呼ばれる技術、などが挙げられる。
ＮＢＩでは、波長４１５ｎｍ及び５４０ｎｍを中心波長とする狭帯域の照明光を照射して、各波長の光のヘモグロビンに対する吸収の差を利用して粘膜表層とそれより深い層との血管の状態を観察する。ここで、４１５ｎｍの光は粘膜表層のヘモグロビンに吸収され、５４０ｎｍの光はそれよりやや深い層のヘモグロビンに吸収される。
ＩＲＩでは、血中内で波長８０５ｎｍ付近の近赤外光に吸収ピークを持つインドシアニングリーン（Indocyanine green：ＩＣＧ）という薬剤を造影剤として静脈注射し、中心波長が８０５ｎｍ近傍にある励起光を照射して、ＩＣＧからの蛍光を観察し、血流の有無を診断する。
ＡＦＩでは、蛍光剤を被検体内に予め投与しておき、励起光を照射することによって、被検体から発せられる蛍光像を観察し、その蛍光像の有無や、形状を観察することにより腫瘍部分を診断する。正常な組織では粘膜表層において蛍光剤からの蛍光が発せられ、病変による粘膜表層において血管の集積や粘膜の肥厚が起こると蛍光体からの蛍光が著しく低下する。
ＰＤＤでは、アミノレブリン酸（５−ＡＬＡ）の溶解液を患者に服用させると体内の正常組織では、血液原料（ヘム）に代謝されるが、癌細胞では、代謝されずに、その中間産物のＰｐIXという物質として蓄積され、このＰｐIXに青色光（中心波長４１０ｎｍ)を照射すると赤色（ピーク波長６３０ｎｍ）に蛍光発光するという性質を利用して、癌細胞と正常細胞を区別しやすい画像を得る。なお、正常細胞は、照射された青色光の光、例えば照射された青色光の裾野の４６０ｎｍの光を受けて青色の光を発する。

国際公開第２０１６／０１７５３２号

ところで、特殊光観察は、一般に通常観察と比べて顕微鏡部が検出できる光量が少ない。例えば、ＮＢＩでは照明光自体の光量が少なく、ＡＦＩでは励起光に対して観察部位が発する蛍光の光量が少ない。顕微鏡部が検出する光量が少ないと、撮像素子のノイズに対する検出信号の比（Ｓ／Ｎ）が悪くなり、生成される画質が低い。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、特殊光観察時の画質の低下を抑制することができる医療用観察装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる医療用観察装置は、被観察体を撮像することによって撮像信号を出力する撮像部と、前記撮像部を移動可能に保持する保持部と、白色光による通常観察モードから特殊光による特殊光観察モードに切り替える場合に、当該特殊光観察モードに対して設定される作動距離であって、通常観察モードの作動距離よりも短い作動距離となる位置に前記撮像部を移動させるよう保持部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本開示にかかる医療用観察装置は、上記開示において、前記撮像部は、ズーム倍率を変更可能な拡大光学系を有し、前記制御部は、前記特殊光観察モードに対応する作動距離に対して、前記通常観察モード時の視野と同一視野となるズーム倍率を算出し、前記特殊光観察モードに対応する作動距離となる位置に前記撮像部を移動させるとともに、前記拡大光学系の倍率を、算出したズーム倍率に変更することを特徴とする。

また、本開示にかかる医療用観察装置は、上記開示において、前記制御部は、前記特殊光観察モードに対応する作動距離と、最小の前記ズーム倍率とによって得られる前記特殊光観察モードの視野が、通常観察モード時の視野と同一視野ではない場合に、前記最小のズーム倍率において前記通常観察モード時の視野と同一視野となる作動距離を算出し、算出した作動距離となる位置に前記撮像部を移動させるとともに、前記拡大光学系の倍率を、最小のズーム倍率に変更することを特徴とする。

また、本開示にかかる医療用観察装置は、上記開示において、前記制御部は、前記特殊光観察モード時の作動距離を、前記撮像部が取り得る最小の作動距離に設定することを特徴とする。

また、本開示にかかる医療用観察装置は、上記開示において、前記保持部は、少なくとも６自由度で動作可能に回転軸が設けられ、前記保持部の各回転軸は、前記制御部の制御に基づいて駆動制御される能動軸であることを特徴とする。

本開示によれば、特殊光観察時の画質の低下を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る医療用観察装置の外観構成を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る医療用観察装置の顕微鏡部とその周辺の構成を示す拡大部分断面図である。図３は、図１に示す回転軸部のうち、能動軸に対応する回転軸部の一構成例を示す図である。図４は、実施の形態１に係る医療用観察装置の構成を示すブロック図である。図５は、実施の形態１に係る医療用観察装置が行う観察モード切り替え処理を示すフローチャートである。図６は、実施の形態１に係る医療用観察装置が行う観察モード切り替え時の作動距離の変更処理を説明する図である。図７は、実施の形態１の変形例に係る医療用観察装置が行う観察モード切り替え処理を示すフローチャートである。図８は、実施の形態２に係る医療用観察装置が行う観察モード切り替え処理を示すフローチャートである。図９は、実施の形態２に係る医療用観察装置が行う観察モード切り替え時の作動距離及びズーム倍率の設定処理を説明する図である。図１０は、実施の形態３に係る医療用観察装置が行う観察モード切り替え処理を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本開示を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、図面はあくまで模式的なものであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合がある。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る医療用観察装置の構成を示す図である。図２は、実施の形態１に係る医療用観察装置の顕微鏡部とその周辺の構成を示す拡大部分断面図である。

医療用観察装置１０は、被観察体である患者の術部を撮影する撮像部１１０と、撮像部１１０を保持する保持部１２０（アーム部１２０）と、保持部１２０の一端が接続され撮像部１１０及び保持部１２０を支持するベース１３０（基台１３０）と、医療用観察装置１０の動作を制御する制御コントローラ１４０と、を備える。また、医療用観察装置１０には、光ファイバ等によって構成されたライトガイド２０１を介して撮像部１１０に照明光を供給する光源装置２００が接続される。図２では、医療用観察装置１０の撮像部１１０によって、手術台７１０の上に横臥している患者７２０の術部７３０（観察点７３０）が撮影されている様子を図示している。なお、以下では、医療用観察装置１０に対して各種の操作を行うユーザのことを、便宜的に術者と記載する。ただし、当該記載は医療用観察装置１０を使用するユーザを限定するものではなく、医療用観察装置１０に対する各種の操作は、他の医療スタッフ等、あらゆるユーザによって実行されてよい。

ベース１３０は、撮像部１１０及び保持部１２０を支持する。ベース１３０は板状の形状を有し、その上面に保持部１２０の一端が接続される。医療用観察装置１０では、ベース１３０から延伸される保持部１２０の他端（先端）に撮像部１１０が接続される。ベース１３０の下面には複数のキャスター１３１が設けられており、医療用観察装置１０は、キャスター１３１を介して床面と接地する。医療用観察装置１０は、キャスター１３１によって床面上を移動可能に構成されている。

なお、以下の説明では、医療用観察装置１０が設置される床面に対して鉛直方向をｚ軸方向と定義する。また、ｚ軸方向と互いに直交する２方向を、それぞれ、ｘ軸方向及びｙ軸方向と定義する。図示する例では、撮像部１１０の光軸方向は、ｚ軸方向と略一致している。

制御コントローラ１４０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサ、又はこれらのプロセッサが搭載されたマイコン等によって構成され、所定のプログラムに従った演算処理を実行することにより、医療用観察装置１０の動作を制御する。例えば、実施の形態１では、制御コントローラ１４０によって、複数の観察モード（白色光による通常観察モード、特殊光による特殊光観察モード）のうちのいずれかのモードが設定される。制御コントローラ１４０は、術者の操作入力に応じて、観察モードを切り替えることができる。
ここで、特殊光観察モードとしては、
波長４１５ｎｍ及び５４０ｎｍを中心波長とする狭帯域の照明光を照射して、各波長の光のヘモグロビンに対する吸収の差を利用して粘膜表層とそれより深い層との血管の状態を観察するＮＢＩ、
血中内で波長８０５ｎｍ付近の近赤外光に吸収ピークを持つインドシアニングリーン（Indocyanine green：ＩＣＧ）という薬剤を造影剤として静脈注射し、中心波長が８０５ｎｍ近傍にある励起光を照射して、ＩＣＧからの蛍光を観察し、血流の有無を診断するＩＲＩ、
蛍光剤を被検体内に予め投与しておき、励起光を照射することによって、被検体から発せられる蛍光像を観察し、その蛍光像の有無や、形状を観察することにより腫瘍部分を診断するＡＦＩ、
アミノレブリン酸（５−ＡＬＡ）の溶解液を患者に服用させると体内の正常組織では、血液原料（ヘム）に代謝されるが、癌細胞では、代謝されずに、その中間産物のＰｐIXという物質として蓄積され、このＰｐIXに青色光（中心波長４１０ｎｍ)を照射すると赤色（ピーク波長６３０ｎｍ）に蛍光発光するという性質を利用して、癌細胞と正常細胞を区別しやすい画像を得るＰＤＤ、
のいずれか一つが設定される。
実施の形態１において、通常観察モードでは、光源装置２００から白色光が出射され、特殊光観察モードでは、光源装置２００から設定される観察モードに応じた波長の光が出射される。

また、制御コントローラ１４０は、上述した観察モードの切り替え時における能動軸の駆動を制御する。具体的には、制御コントローラ１４０は、撮像部１１０における焦点距離についての情報に基づいて、撮像部１１０から観察点７３０までの距離を算出することができる。また、保持部１２０の各回転軸には、当該回転軸の回転角度を検出するエンコーダ（後述するエンコーダ２１２、２２２、２３２、２５２、２６２、２９２）が設けられており、制御コントローラ１４０は、これらのエンコーダの検出値に基づいて、撮像部１１０の３次元的な位置及び姿勢を算出することができる。制御コントローラ１４０は、算出した撮像部１１０から観察点７３０までの距離と、撮像部１１０の３次元的な位置及び姿勢と、に基づいて、移動後の撮像部１１０による観察点７３０が移動前の撮像部１１０による観察点７３０と一致するように、能動軸に設けられるアクチュエータの駆動を制御する。

また、制御コントローラ１４０が設定するモードとして、保持部１２０の動作モード（固定モード及びオールフリーモード）がある。
固定モードは、保持部１２０に設けられる各回転軸における回転がブレーキにより規制されることにより、撮像部１１０の位置及び姿勢が固定される動作モードである。
オールフリーモードは、ブレーキが解除されることにより、保持部１２０に設けられる各回転軸における回転が自由に可能な状態であり、術者による手動での直接的な操作によって撮像部１１０の位置及び姿勢を調整可能な動作モードである。ここで、直接的な操作とは、術者が例えば手を撮像部１１０に接触させて当該撮像部１１０を移動させる操作のことを意味する。
なお、制御コントローラ１４０の機能の詳細については、後述する。

撮像部１１０は、例えば顕微鏡であり、患者の術部を撮影する。撮像部１１０は、ディスプレイ装置等の表示装置（図示せず）に対して撮影した画像情報を送信可能に構成される。術者は、撮像部１１０によって撮影され、当該表示装置に表示された撮像画像を参照しながら、術部を観察し、当該術部に対して各種の処置を行う。

撮像部１１０には、撮像部１１０の撮影条件を調整するためのズームスイッチ１５１（ズームＳＷ１５１）及びフォーカススイッチ１５２（フォーカスＳＷ１５２）、並びに、保持部１２０の動作モードを変更するためのオールフリースイッチ１５３（オールフリーＳＷ１５３）が設けられる。術者は、ズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２を操作することにより、撮像部１１０の倍率及び焦点距離を、それぞれ調整することができる。なお、撮像部１１０の倍率及び焦点距離は、制御コントローラ１４０の制御によって調整することが可能である。
また、術者は、オールフリーＳＷ１５３を操作することにより、保持部１２０の動作モードを、固定モード及びオールフリーモードのいずれかに切り替えることができる。

なお、これらのスイッチは必ずしも撮像部１１０に設けられなくてもよい。実施の形態１では、これらのスイッチと同等の機能を有する、操作入力を受け付けるための機構が医療用観察装置１０に設けられればよく、当該機構の具体的な構成は限定されない。例えば、これらのスイッチは、医療用観察装置１０の他の部位に設けられてもよい。また、例えば、リモコン等の入力装置を用いて、これらのスイッチに対応する命令が、遠隔的に医療用観察装置１０に対して入力されてもよい。

また、図面が煩雑になることを避けるために図２では図示を省略しているが、撮像部１１０の一部領域には、術者によって把持される把持部が設けられ得る。術者は、当該把持部を手で握り、撮像部を手動で平行移動及び傾斜移動させることができる。なお、実施の形態１では、術者は把持部を握った状態で、オールフリーＳＷ１５３を操作する。従って、把持部、オールフリーＳＷ１５３の配置位置は、互いの相対的な位置関係と術者の操作性を考慮して決定されることが好ましい。

撮像部１１０の構成について、図２を参照して説明する。図２は、撮像部１１０の、光軸を通過しかつ光軸と平行な平面で切断した断面図を示す。撮像部１１０の筐体１１５の内部には、いわゆるステレオカメラに対応して、１対の撮像素子１１１ａ、１１１ｂが設けられる。撮像素子１１１ａ、１１１ｂとしては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）センサ等の公知の各種の撮像素子を用いることができる。撮像素子１１１ａ、１１１ｂによって撮影された画像についての情報が、手術室内に設けられる表示装置に送信されることにより、術部の撮像画像が当該表示装置に表示されることとなる。

撮像素子１１１ａ、１１１ｂの前段には、対物光学系１１２を構成する１対の凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂ、変倍光学系１１３を構成する凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び凸レンズ１１３ｃ、並びに、結像光学系を構成する凸レンズ１１４ａが配置される。また、凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び凸レンズ１１３ｃ、並びに、凸レンズ１１４ａは、各撮像素子１１１ａ、１１１ｂに対応して、２組設けられる。対物光学系１１２を構成する凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂを通過して撮像部１１０に入射した光は、各撮像素子１１１ａ、１１１ｂに対応して設けられる変倍光学系１１３を構成する凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び凸レンズ１１３ｃ、並びに、結像光学系を構成する凸レンズ１１４ａをこの順に配置して、撮像素子１１１ａ、１１１ｂ上に結像されることとなる。なお、図面が煩雑になることを避けるために図２では図示を省略しているが、撮像部１１０の筐体１１５内に設けられる各構成部材は、各種の支持部材によって筐体１１５に対して適宜支持されている。

対物光学系１１２を構成する凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂのうちの一方、例えば筐体１１５に対してより外側に配置される凹レンズ１１２ａは、筐体１１５に固定されている。他方、例えば、筐体１１５に対してより内側に配置される凸レンズ１１２ｂは、ｚ軸方向（光軸方向）に移動可能に構成される。

図２に示すように、凸レンズ１１２ｂを筐体１１５に対して支持する支持部材１１６には、当該支持部材１１６及び凸レンズ１１２ｂをｚ軸方向に移動させるためのリードねじ１１７、及び、当該リードねじ１１７を、ｚ軸方向を回転軸方向として回転させるモータ１１８が配置される。上述したフォーカスＳＷ１５２に対する操作入力に応じてモータ１１８が駆動されることにより、凸レンズ１１２ｂの光軸上での位置が移動し、撮像部１１０の焦点距離が調整されることとなる。
また、モータ１１８には、モータ１１８の回転数を検出するためのエンコーダ１１９が設けられる。エンコーダ１１９による検出値は、制御コントローラ１４０に随時提供され得る。エンコーダ１１９による検出値は、凸レンズ１１２ｂの光軸上の位置を示す値であるため、制御コントローラ１４０は、エンコーダ１１９による検出値に基づいて、撮像部１１０の焦点距離及び／又は作動距離（Working Distance：ＷＤ）を算出することができる。

なお、上記の例では、凹レンズ１１２ａが固定され、凸レンズ１１２ｂが移動可能に構成されることにより、撮像部１１０の焦点距離が調整される場合について説明したが、例には限定されない。撮像部１１０の焦点距離を調整するためには、凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂの光軸上における相対距離が調整されればよいため、凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂのいずれか又は双方が移動可能に構成されてよく、その具体的な構成は限定されない。また、凹レンズ１１２ａ及び凸レンズ１１２ｂのいずれか又は双方を移動させるための移動機構も、上述した例に限定されず、あらゆる公知の機構が用いられてよい。

変倍光学系１３を構成する凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び凸レンズ１１３ｃも、その一部のレンズ又は全てのレンズが、ｚ軸方向に移動可能に構成される。凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び／又は凸レンズ１１３ｃを光軸上で移動させることにより、撮像部１１０による撮像画像の倍率を調整することができる。なお、簡単のため図２では図示を省略しているが、凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び／又は凸レンズ１１３ｃに対しても、凸レンズ１１２ｂと同様に、これらのレンズをｚ軸方向に移動させるための移動機構が設けられる。上述したズームＳＷ１５１に対する操作入力やズーム倍率の設定値に応じて、制御コントローラ１４０の制御のもと、当該移動機構が駆動されることにより、凸レンズ１１３ａ、凹レンズ１１３ｂ及び／又は凸レンズ１１３ｃの光軸上での位置が移動し、撮像部１１０のズーム倍率が調整され得る。

図１に戻り、保持部１２０は、撮像部１１０を保持し、撮像部１１０を３次元的に移動させるとともに、移動後の撮像部１１０の位置及び姿勢を固定する。図示される例では、保持部１２０は、６自由度を有するバランスアームとして構成されている。ただし、実施の形態１はかかる例に限定されない。保持部１２０は、少なくとも６自由度を有するように構成されればよく、７自由度以上で、いわゆる冗長自由度を有するように構成されてもよい。また、保持部１２０は、必ずしもバランスアームとして構成されなくてもよい。ただし、保持部１２０をバランスアームとして構成し、撮像部１１０及び保持部１２０全体としてモーメントの釣り合いが取れた構成とすることにより、より軽い外力で撮像部１１０を移動させることが可能となり、術者の操作性をより向上させることができる。

保持部１２０には、６自由度を実現する６軸の回転軸が設けられる。以下では、説明のため便宜的に、各回転軸を構成する部材をまとめて、回転軸部と呼称することとする。例えば、回転軸部は、軸受（ベアリング）、当該軸受に回動可能に挿通されるシャフト、回転軸の状態（例えば回転角度等）を検出するセンサ部材、回転軸における回転を規制するブレーキ等によって構成され得る。回転軸部の構成は、その回転軸が後述する能動軸であるか又は受動軸であるかに応じて異なっていてよい。また、後述する平行四辺形リンク機構２４０は、当該平行四辺形リンク機構２４０が回転軸を構成し得るため、平行四辺形リンク機構２４０を回転軸部とみなすことができる。

保持部１２０は、各回転軸に対応する回転軸部２１０、２２０、２３０、２５０、２６０（以下、回転軸部２１０〜２６０と略記する。）及び平行四辺形リンク機構２４０と、回転軸部２１０〜２６０及び平行四辺形リンク機構２４０の間を接続するアーム２７１〜２７４と、撮像部１１０及び保持部１２０全体としてのモーメントの釣り合いを取るためのカウンターウエイト２８０と、によって構成される。以下では、各回転軸に対して、第１軸Ｏ１〜第６軸Ｏ６までの名称を付して説明を行う。撮像部１１０に最も近い回転軸が第１軸Ｏ１であり、ベース１３０に最も近い回転軸が第６軸Ｏ６である。

回転軸部２１０は、撮像部１１０の光軸と略一致する回転軸（第１軸Ｏ１）を回転軸方向として、撮像部１１０を回動可能に設けられる。回転軸部２１０によって、第１軸Ｏ１のまわりに撮像部１１０が回動することにより、撮像部１１０による撮像画像の向きが調整されることとなる。

回転軸部２１０には、ブレーキ２１１、エンコーダ２１２及びアクチュエータ２１３が搭載される。エンコーダ２１２は、第１軸Ｏ１における回転角度を検出する。ブレーキ２１１は、上述したオールフリーＳＷ１５３に対する操作によって駆動され、必要に応じて第１軸Ｏ１における回転を規制する。アクチュエータ２１３は、例えばサーボモータ等の電動モータによって構成され、制御コントローラ１４０からの制御により駆動され、回転軸部２１０における回転を所定の角度だけ生じさせる。回転軸部２１０における回転角度は、例えば撮像部１１０の移動の前後において観察点７３０が変化しないように撮像部１１０を移動させるために必要な値として、各回転軸Ｏ１〜Ｏ６における回転角度に基づいて制御コントローラ１４０によって設定される。回転軸部２１０のように、アクチュエータ等の能動的な駆動機構が設けられる回転軸部は、当該アクチュエータの駆動が制御されることにより能動的に回転する回転軸を構成し得る。本明細書では、このような、駆動機構によって回転駆動が能動的に制御される回転軸のことを能動軸とも呼称する。
また、ブレーキ２１１が機能している間は、例えば術者によって手動で外力が加えられた場合であっても、第１軸Ｏ１における撮像部１１０の回転が生じないようにすることができる。回転軸部２１０では、アクチュエータ２１３等の能動的な駆動機構へのエネルギー供給を停止することによって、ブレーキが機能していない場合（例えば上述したオールフリーモード）であれば、例えば術者による手動での直接的な操作に従って回転する回転軸を構成し得る。本明細書では、このような直接的な動作に従って回転する回転軸のことを受動軸とも呼称する。

回転軸部２１０には、第１軸Ｏ１とは略垂直な方向に延伸するアーム２７１の一端が接続される。また、アーム２７１の他端には、当該アーム２７１の延伸方向を回転軸方向（第２軸Ｏ２方向）としてアーム２７１を回動可能に構成される回転軸部２２０が設けられる。第２軸Ｏ２は、第１軸Ｏ１とは略垂直に配置されており、図１に示す例ではｙ軸と略平行な回転軸として設けられている。回転軸部２２０によって、第２軸Ｏ２を回転軸として撮像部１１０及びアーム２７１が回動することにより、撮像部１１０のｘ軸方向の位置が調整されることとなる。

回転軸部２２０は、ブレーキ２２１、エンコーダ２２２及びアクチュエータ２２３を有する。ブレーキ２２１、エンコーダ２２２及びアクチュエータ２２３の機能は、回転軸部２１０に設けられるブレーキ２１１、エンコーダ２１２及びアクチュエータ２１３の機能と同様であるため、詳細な説明は省略する。

回転軸部２２０には、第１軸Ｏ１及び第２軸Ｏ２と互いに略垂直な方向に延伸するアーム２７２の一端が接続される。また、アーム２７２の他端には、当該アーム２７２の延伸方向を回転軸方向（第３軸Ｏ３方向）としてアーム２７２を回動可能に構成される回転軸部２３０が設けられる。第３軸Ｏ３は、第１軸Ｏ１及び第２軸Ｏ２とは略垂直に配置されており、図１に示す例ではｘ軸と略平行な回転軸として設けられている。回転軸部２３０によって、第３軸Ｏ３を回転軸として撮像部１１０、アーム２７１及びアーム２７２が回動することにより、撮像部１１０のｙ軸方向の位置が調整されることとなる。回転軸部２３０は、回転軸部２２０と同様に、ブレーキ２３１、エンコーダ２３２及びアクチュエータ２３３を有する。このように、回転軸部２３０に対応する回転軸である第３軸Ｏ３は能動軸として振る舞う。

実施の形態１では、保持部１２０は、回転軸（第１軸Ｏ１〜第６軸Ｏ６）のすべてが能動軸として機能し、少なくとも１軸が受動軸として機能可能に構成される。図１に示す例では、例えば、受動軸に制御時、第１軸Ｏ１〜第６軸Ｏ６の少なくとも一つが受動軸となるように制御される。

ここで、図３を参照して、回転軸部２３０を例に挙げて、回転軸部２１０〜２６０の構成について説明する。図３では、回転軸部２３０を例に、回転軸部２３０の、回転軸（第３軸Ｏ３）を通過し、かつこの回転軸と平行な平面を切断面とする断面図を示している。

図３を参照すると、回転軸部２３０の筐体２３４の内部には、回転軸（出力軸）が第３軸Ｏ３と平行となるように、アクチュエータ２３３が設けられる。アクチュエータ２３３の側面と筐体２３４の内壁との間にはベアリング２３５が配置されており、後述するブレーキ２３１が解除されている場合には、アクチュエータ２３３は、筐体２３４に対して回動可能に構成される。

アクチュエータ２３３の出力軸は、ブレーキ２３１を介して筐体２３４の第３軸Ｏ３方向の内壁に接続される。このように、筐体２３４は、アクチュエータ２３３の駆動に応じて回転する回転体として機能する。筐体２３４の第３軸Ｏ３方向の壁面の外壁には、アーム２７２が接続されており、アクチュエータ２３３の駆動に応じて、筐体２３４とともにアーム２７２が回動することになる。なお、ブレーキ２３１は、例えば機械的なクラッチ機構によって構成される。ブレーキ２３１を機能させる場合には、当該クラッチ機構によってアクチュエータ２３３の出力軸と筐体２３４の内壁との機械的な接続が解除されることにより、アクチュエータ２３３の駆動が回転体である筐体２３４に伝達されない。一方、ブレーキ２３１を解除する場合には、当該クラッチ機構によってアクチュエータ２３３の出力軸と筐体２３４の内壁とが機械的に接続されることにより、外力によっては筐体２３４が回転せず、アクチュエータ２３３の駆動によって筐体２３４が回転することになる。ただし、ブレーキ２３１の構成はかかる例に限定されず、ブレーキ２３１としては、電気的に筐体２３４の回転を規制する電磁ブレーキ等、他のブレーキ機構が用いられてもよい。

アクチュエータ２３３の出力軸とは逆側の端には、後述する平行四辺形リンク機構２４０を構成するアーム２４１が、例えば図示しないベアリングを介して接続される。つまり、アクチュエータ２３３は、アーム２４１に対して回動可能に接続される。これにより、アーム２７２が、回転軸部２３０を介して、アーム２４１に対して回動可能に接続されることとなる。

また、アクチュエータ２３３の、アーム２４１が接続される側の回転軸には、支持部材２３６を介してエンコーダ２３２が接続される。エンコーダ２３２によって、アクチュエータ２３３の回転数及び／又は回転角度が検出される。エンコーダ２３２による検出値は制御コントローラ１４０に提供される。制御コントローラ１４０は、エンコーダ２３２による検出値に基づいて、基準位置に対する、例えばアーム２４１に対する、第３軸Ｏ３における回転角度を算出することができる。

なお、上記では回転軸部２１０〜２６０の一例として、回転軸部２３０の構成について説明したが、例えば回転軸部２３０と同じく能動軸に対応する回転軸部２２０は、図３に示す構成と同様の構成であってよい。また、受動軸に対応する回転軸部２１０、２５０、２６０は、図３に示す構成からアクチュエータ２３３を取り除いたものと同様の構成を有してよい。ただし、回転軸部２１０、２５０、２６０においては、アクチュエータ２３３が設けられないため、上述したような機械的なクラッチ機構からなるブレーキ２３１は用いることができないので、そのブレーキ機構としては、当該回転軸部２１０、２５０、２６０における回転運動を好適に停止可能な、各種の機構が適宜用いられ得る。例えば、回転軸部２１０、２５０、２６０におけるブレーキ機構として電磁ブレーキを用いてもよい。

図１に戻り、保持部１２０の構成についての説明を続ける。回転軸部２３０の、アーム２７２が接続されない方向の端には、平行四辺形リンク機構２４０が接続される。平行四辺形リンク機構２４０は、平行四辺形の形状に配置される４つのアーム２４１、２４２、２４３、２４４と、当該平行四辺形の略頂点に対応する位置にそれぞれ設けられる軸受部２４５、２４６、２４７、２４８と、によって構成される。

具体的には、回転軸部２３０に対して、第３軸Ｏ３と略平行な方向に延伸するアーム２４１の一端が接続される。つまり、アーム２７２とアーム２４１とは、略同一の方向に延伸するアームとして配置される。アーム２４１の一端には軸受部２４５が、他端には軸受部２４６がそれぞれ設けられる。軸受部２４５、２４６には、これら軸受部２４５、２４６を挿通する互いに略平行な回転軸（第４軸Ｏ４）のまわりに回動可能に、それぞれ、アーム２４２、２４３の一端が接続されている。

更に、アーム２４２、２４３の他端には、それぞれ、軸受部２４７、２４８が設けられる。これら軸受部２４７、２４８には、軸受部２４７、２４８を挿通する回転軸（第４軸Ｏ４）回りに回動可能に、かつ、アーム２４１に対して略平行に、アーム２４４が連接されている。このように、これら４つのアーム２４１〜２４４と、４つの軸受部２４５〜２４８とにより、平行四辺形リンク機構２４０が構成されることとなる。

ここで、アーム２４４は、アーム２４１よりも長尺に形成され、その一端は平行四辺形リンク機構２４０の外部に延出されている。また、アーム２４２、２４３は、それぞれ、アーム２４４の軸受部２４７、２４８間よりも長尺に形成されていることが好適である。すなわち、アーム２４２、２４３は、アーム２４１よりも長尺に形成されていることが好適である。

平行四辺形リンク機構２４０は、回転軸部２１０と同様に、平行四辺形リンク機構２４０には、ブレーキ２９１、エンコーダ２９２及びアクチュエータ２９３が設けられる。図２に示す例では、軸受部２４７に、第４軸Ｏ４のまわりの平行四辺形リンク機構２４０の回転を規制するためのブレーキ２９１が設けられている。また、平行四辺形リンク機構２４０の軸受部２４５に、第４軸Ｏ４のまわりの平行四辺形リンク機構２４０の回転角度を検出するためのエンコーダ２９２が設けられている。アクチュエータ２９３の出力軸は、ブレーキ２９１を介して筐体の第４軸Ｏ４方向の内壁に接続される。ただし、ブレーキ２９１、エンコーダ２９２及びアクチュエータ２９３の配置位置はかかる例に限定されず、平行四辺形リンク機構２４０における４つの軸受部２４５〜２４８のいずれに設けられてもよい。

アーム２４２の、軸受部２４７が設けられる端から所定の距離離れた部位には、当該アーム２４２の延伸方向と垂直な方向を回転軸方向（第５軸Ｏ５方向）として、平行四辺形リンク機構２４０を回動可能に支持する回転軸部２５０が設けられる。第５軸Ｏ５は、第４軸Ｏ４と略平行な回転軸であり、図１に示す例ではｙ軸と略平行な回転軸として設けられている。回転軸部２５０には、第５軸Ｏ５における回転を規制するブレーキ２５１、第５軸Ｏ５における回転角度を検出するエンコーダ２５２、及び、アクチュエータ２５３が搭載される。回転軸部２５０には、ｚ軸方向に延設するアーム２７３の一端が接続されており、平行四辺形リンク機構２４０は、回転軸部２５０を介して、アーム２７３に対して回動可能に構成される。

アーム２７３は略Ｌ字型の形状を有しており、回転軸部２５０が設けられる側とは逆側は、床面と略平行になるように折り曲げられている。アーム２７３の、当該床面と略平行な面には、第５軸Ｏ５と直交する回転軸（第６軸Ｏ６）のまわりにアーム２７３を回動可能な回転軸部２６０が設けられる。図１に示す例では、第６軸Ｏ６は、ｚ軸と略平行な回転軸として設けられている。回転軸部２６０には、第６軸Ｏ６における回転を規制するブレーキ２６１、第６軸Ｏ６における回転角度を検出するエンコーダ２６２、及びアクチュエータ２６３が搭載される。回転軸部２６０には、鉛直方向に延伸するアーム２７４の一端が挿通され、アーム２７４の他端はベース１３０に接続される。

ここで、平行四辺形リンク機構２４０の回転軸部２３０が接続される側に設けられる軸受部２４５に対して対角上に位置する軸受部２４８よりも外方に延出されたアーム２４４の端には、カウンターウエイト２８０（カウンターバランス２８０）が一体的に取り付けられる。カウンターウエイト２８０は、平行四辺形リンク機構２４０よりも先端側に配置される各構成（すなわち、撮像部１１０、回転軸部２１０、２２０、２３０及びアーム２７１、２７２）の質量によって、第４軸Ｏ４回りに発生する回転モーメント及び第５軸Ｏ５回りに発生する回転モーメントを相殺可能なように、その質量及び配置位置が調整されている。なお、カウンターウエイト２８０は着脱可能であってよい。例えば、互いに異なる質量を有するいくつかの種類のカウンターウエイト２８０が準備されており、平行四辺形リンク機構２４０よりも先端側に配置される構成が変更された場合には、当該変更に応じて、回転モーメントを相殺し得るカウンターウエイト２８０が適宜選択されてよい。

また、第５軸Ｏ５に対応する回転軸部２５０の配置位置は、当該回転軸部２５０よりも先端側に配置される各構成（すなわち、撮像部１１０、回転軸部２１０、２２０、２３０、アーム２７１、２７２及び平行四辺形リンク機構２４０）の重心が当該第５軸Ｏ５上に位置するように、調整されている。更に、第６軸Ｏ６に対応する回転軸部２６０の配置位置は、当該回転軸部２６０よりも先端側に配置される各構成（すなわち、撮像部１１０、回転軸部２１０、２２０、２３０、２５０、アーム２７１、２７２、２７３及び平行四辺形リンク機構２４０）の重心が当該第６軸Ｏ６上に位置するように、調整されている。カウンターウエイト２８０及び回転軸部２５０、２６０がこのように構成されることにより、術者が撮像部１１０を手動で直接的に移動させようとした場合に、あたかも無重力であるかのような軽い力で撮像部１１０を移動させることが可能となる。従って、ユーザの操作性を向上させることができる。

以上、保持部１２０の構成について説明した。以上説明したように、保持部１２０の各回転軸には、当該回転軸における回転を規制するブレーキ２１１、２２１、２３１、２９１、２５１、２６１（以下、ブレーキ２１１〜２６１と略記することがある）が設けられる。制御コントローラ１４０からの制御によりこれらブレーキ２１１〜２６１が制御されることにより、保持部１２０の動作モードが切り替えられる。なお、能動軸には、ブレーキは必ずしも設けられなくてもよい。ブレーキが設けられない場合には、回転軸部の位置（回転角度）をその状態で保持するようなトルクを発生させるようにアクチュエータの駆動を制御することにより、回転軸部における回転を固定することができる。このように、実施の形態１では、能動軸において機械的なブレーキ機構は設けられなくてもよく、アクチュエータを駆動させることによってブレーキ機能が実現されてもよい。

また、保持部１２０の各回転軸には、当該回転軸における回転角度を検出するエンコーダ２１２、２２２、２３２、２９２、２５２、２６２（以下、エンコーダ２１２〜２６２と略記することがある）が設けられる。更に、保持部１２０の各回転軸には、アクチュエータ２１３、２２３、２３３、２９３、２５３、２６３（以下、アクチュエータ２１３〜２６３と略記することがある）が設けられる。エンコーダ２１２〜２６２による検出値は制御コントローラ１４０に所定の間隔で随時提供されており、制御コントローラ１４０は、各回転軸における回転角度を常時モニタする。制御コントローラ１４０は、各回転軸における回転角度に基づいて、現在の撮像部１１０及び保持部１２０の状態、すなわち、撮像部１１０及び保持部１２０の位置及び姿勢を算出することができる。観察モード切り替え時には、制御コントローラ１４０は、算出した撮像部１１０及び保持部１２０の位置及び姿勢に基づいて、撮像部１１０と観察点７３０との間の作動距離が設定された作動距離となるように、回転軸部のアクチュエータの駆動を制御する。

また、実施の形態１に係る保持部１２０はバランスアームとして構成され得る。従って、オールフリーモードにおいて撮像部１１０を術者が移動させる際にも、軽い力で容易に移動させることが可能となる。このように、実施の形態１によれば、より小型で簡易な構成によって、高い操作性を確保することが可能となる。

なお、上記では図示及び説明を省略したが、医療用観察装置１０は、一般的な既存の医療用観察装置が備え得る他の構成を更に備えてもよい。例えば、医療用観察装置１０は、手術に用いられる情報や医療用観察装置１０の駆動制御に必要な情報等の各種の情報を当該医療用観察装置１０に入力可能な入力部、上記各種の情報を視覚的、聴覚的に術者に対して提示する出力部、上記各種の情報を外部の機器との間で送受信する通信部、上記各種の情報を記憶する記憶部、及び、上記各種の情報をリムーバブル記録媒体に書き込んだりリムーバブル記録媒体から読み出したりする記録部等の構成を備え得る。

次に、以上説明した実施の形態１に係る医療用観察装置１０の使用時の動作について説明する。まず、使用前（手術前）の準備として、キャスター１３１を使い、医療用観察装置１０全体を手術台７１０の近くまで移動させる。

手術が開始されると、まず、術者は、撮像部１１０の把持部を握った状態で、オールフリーＳＷ１５３を押下する。例えば、医療用観察装置１０の保持部１２０の動作モードは、オールフリーＳＷ１５３が押下されていない状態では固定モードであり、オールフリーＳＷ１５３が押下されている間は、オールフリーモードとなるように構成されている。オールフリーＳＷ１５３が押下されることにより、各回転軸部２１０〜２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のブレーキ２１１〜２６１が解除され、術者による手動での直接的な操作によって、撮像部１１０を自由に移動させることができるようになる。このように、オールフリーモードでは、あたかも全ての回転軸が受動軸であるかのように振る舞う。

術者は、例えばディスプレイ装置に表示される、撮像部１１０による撮像画像を参照しながら、術部が撮像部１１０の視野内に位置するように、オールフリーＳＷ１５３を押下した状態で撮像部１１０を移動させる。上述したように、医療用観察装置１０はバランスアームであるため、術者は、軽い力で容易に撮像部１１０を移動させることができる。撮像部１１０を適切な位置、例えば術部（観察点）が視野の中心となる位置まで移動させたら、術者はオールフリーＳＷ１５３を離す。これにより、各回転軸部２１０〜２６０及び平行四辺形リンク機構２４０のブレーキ２１１〜２６１が機能し、保持部１２０の動作モードが固定モードに移行する。

この状態で、術者は、ズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２を操作して、撮像部１１０の倍率及び焦点距離を適宜調整する。術者は、調整後の撮像画像を参照しながら、術部に対して各種の処置を行う。
術者は、オールフリーＳＷ１５３を押下した状態で、撮像部１１０を移動させ視野の調整を行うため、オールフリーＳＷ１５３は、撮像部１１０の把持部を握った状態で押下しやすい位置に配置されることが望ましい。

次に、図４を参照して、図１を参照して説明した実施の形態１に係る医療用観察装置１０の機能構成について説明する。図４は、実施の形態１に係る医療用観察装置１０の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。医療用観察装置１０は、撮像部１１０と、操作部１５０と、回転軸部１７０と、記憶部１８０と、制御部１９０と、を備える。

撮像部１１０は、例えば顕微鏡であり、患者の術部を撮影する。撮像部１１０は、図１及び図２に示す撮像部１１０に対応するものである。撮像部１１０には、対物光学系の凸レンズ１１２ｂの光軸上の位置を移動させるためのモータ１１８と、当該モータ１１８の回転数を検出するエンコーダ１１９が設けられる（図２参照）。撮像部１１０では、操作部１５０に対する操作入力（具体的に、ズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２に対する操作）に応じて、その倍率及び焦点距離が調整される。例えば、ズームＳＷ１５１の押下に応じて、モータ１１８が駆動され、撮像部１１０の焦点距離が調整されることとなる。エンコーダ１１９は、モータ１１８の回転数を検出し、その検出値を後述する制御部１９０の作動距離設定部１９３に提供する。なお、実施の形態１では、撮像部１１０は顕微鏡によって構成されなくてもよく、カメラ等、撮像機能を有する他の装置によって構成されてもよい。

操作部１５０は、術者による医療用観察装置１０への操作入力を受け付ける入力インターフェースである。操作部１５０は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバー等、術者によって操作される装置によって構成される。術者は、操作部１５０を介して、医療用観察装置１０に対して各種の情報を入力したり、各種の指示を入力したりすることができる。操作部１５０は、図１に示す構成においては、ズームＳＷ１５１、フォーカスＳＷ１５２及びオールフリーＳＷ１５３に対応する。例えば、ユーザによりズームＳＷ１５１又はフォーカスＳＷ１５２が押下された場合には、当該操作に応じて撮像部１１０の倍率又は焦点距離が調整され得る。また、ユーザによりオールフリーＳＷ１５３が押下された場合には、これらのスイッチが押下された旨の情報が、後述する制御部１９０の動作モード制御部１９１に提供され、医療用観察装置１０の保持部（アーム部）の動作モードが制御される。

回転軸部１７０は、医療用観察装置１０の保持部に設けられる回転軸を構成する部材に対応する機能を示している。回転軸部１７０は、能動軸に対応する各回転軸部の機能を表している。

回転軸部１７０は、その機能として、状態検出部１７１及び動作部１７３を有する。状態検出部１７１は、回転軸部１７０の状態、すなわち、回転軸部１７０の回転角度を検出する。状態検出部１７１は、回転軸部１７０の回転角度を検出可能なエンコーダ１７２によって構成される。状態検出部１７１は、エンコーダ１７２によって検出された回転角度の値を、後述する制御部１９０のアーム状態取得部１９２に提供する。

動作部１７３は、回転軸部１７０における回転動作に関する機能を有する。動作部１７３は、回転軸部１７０を回転軸回りに回転駆動するアクチュエータ１７４、及び、回転軸部１７０の回転を規制するブレーキ１７５によって構成される。このように、動作部１７３には、アクチュエータ１７４のように回転軸部１７０を能動的に駆動させる機能が備えられる。

動作部１７３は、後述する制御部１９０の動作モード制御部１９１からの指示により、選択された動作モードに応じて、各部の動作を制御する。動作部１７３は、例えば、観察モードが、通常観察モードから特殊光観察モードに切り替わる場合、撮像部１１０や保持部１２０を駆動して、撮像部１１０の作動距離が、設定されている作動距離となる位置まで移動させる。
また、動作部１７３は、例えば、動作モードに応じてブレーキ１７５を機能させ、又は解除する。具体的には、動作モードが固定モードである場合には、動作部１７３は、ブレーキ１７５を機能させ、回転軸部１７０が外力に応じて自由に回転しないようにする。一方、動作モードがオールフリーモードである場合には、動作部１７３は、ブレーキ１７５を解除し、術者の直接的な操作に従って回転軸部１７０が自由に回転するようにする。

記憶部１８０は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等により構成され、医療用観察装置１０によって処理される各種の情報を記憶する。例えば、記憶部１８０は、医療用観察装置１０の保持部の駆動制御に係る各種の情報を記憶することができる。駆動制御に係る各種の情報とは、例えば、保持部に対応する内部モデルや、撮像部１１０のエンコーダ１１９による検出値及び状態検出部１７１のエンコーダ１７２による検出値、後述するアーム状態についての情報、観察点の位置情報、観察モードごとの作動距離、並びに、動作部１７３のアクチュエータ１７４の制御量についての情報等の各種の情報を含む。制御部１９０は、記憶部１８０にアクセス可能に構成されており、制御部１９０は、記憶部１８０に記憶されている各種の情報を用いて各種の演算処理を行うことができる。

制御部１９０は、例えばＣＰＵやＤＳＰ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、医療用観察装置１０の動作を制御する。なお、制御部１９０及び記憶部１８０は、図１に示す制御コントローラ１４０によって実現されてよい。例えば、制御コントローラ１４０に設けられるメモリ等の記憶装置によって記憶部１８０の機能が実現され、制御コントローラ１４０に設けられるプロセッサによって制御部１９０の機能が実現されてよい。

制御部１９０は、その機能として、動作モード制御部１９１、アーム状態取得部１９２、作動距離設定部１９３及び駆動制御部１９４を有する。

動作モード制御部１９１は、医療用観察装置１０の観察モードや、保持部１２０の動作モードを制御する。動作モード制御部１９１は、操作部１５０を介した術者による操作入力に応じて、通常観察又は特殊光観察のいずれかの観察モードを決定し、決定した観察モードが実現されるように各種処理の設定、例えば撮像条件や画像処理パラメータの変更を行う。
また、動作モード制御部１９１は、操作部１５０を介した術者による操作入力に応じて、保持部１２０の動作モードを決定し、決定した動作モードが実現されるように回転軸部１７０の動作部１７３に対して指示を出す。例えば、オールフリーＳＷ１５３が押下されていない場合には、動作モード制御部１９１は、保持部の動作モードを固定モードにすることを決定し、ブレーキ１７５を機能させるように、動作部１７３に対して指示を出す。また、例えば、オールフリーＳＷ１５３が押下されている場合には、動作モード制御部１９１は、保持部の動作モードをオールフリーモードにすることを決定し、ブレーキ１７５を解除するように、動作部１７３に対して指示を出す。

アーム状態取得部１９２は、回転軸部１７０の状態に基づいて、保持部の状態（アーム状態）を取得する。ここで、アーム状態は、保持部１２０の位置及び姿勢を表すものであってよい。アーム状態取得部１９２は、状態検出部１７１から提供される、エンコーダ１７２の検出値（すなわち、回転軸部１７０の回転角度）と、記憶部１８０に記憶されている内部モデルと、に基づいて、アーム状態を取得する。内部モデルには、保持部の幾何学的パラメータ、すなわち、保持部における回転軸の配置位置やアーム２７１〜２７４の長さ、形状等についての情報が含まれるため、アーム状態取得部１９２は、エンコーダ１７２の検出値と内部モデルとに基づいて、アーム状態を取得することができるのである。

作動距離設定部１９３は、記憶部１８０に記憶されている作動距離、操作部１５０を介して入力、設定された作動距離から、設定される観察モードの作動距離を抽出する。作動距離設定部１９３は、術者の観察モード切り替え操作後などに入力される作動距離を、切り替え先の観察モードの作動距離に設定してもよい。作動距離設定部１９３は、設定した作動距離の情報を、駆動制御部１９４に提供する。

駆動制御部１９４は、観察モードに切り替えによって撮像部１１０と観察対象（観察点７３０）との間の距離を、観察モードに応じた作動距離となるように、撮像部１１０や保持部１２０を移動させる。駆動制御部１９４は、観察モードの切り替え指示があった場合、例えば、記憶部１８０を参照して、設定する観察モードに応じた作動距離を抽出し、撮像部１１０と観察対象との間の距離が、抽出した作動距離となるように撮像部１１０や保持部１２０を駆動制御する。また、駆動制御部１９４は、光源装置２００に対し、観察モードに応じた波長帯域の光を出射させる制御を行う。

続いて、医療用観察装置が行う観察モード切り替え処理について、図５を参照して説明する。図５は、実施の形態１に係る医療用観察装置が行う観察モード切り替え処理を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、観察モードが通常観察モードから特殊光観察モード（例えば、上述したＮＢＩ、ＩＲＩ、ＡＦＩ、ＰＤＤのいずれか）に切り替える旨の指示が入力された後の処理の流れを示している。

まず、作動距離設定部１９３は、切り替え対象の観察モードの作動距離の設定を行う（ステップＳ１０１）。作動距離設定部１９３は、記憶部１８０を参照し、当該観察モードの作動距離を設定する。この際、制御部１９０は、設定対象の観察モードの作動距離が設定されていない場合、術者に、作動距離が未設定である旨を報知する。

その後、動作モード制御部１９１は、通常光観察モードから特殊光観察モードに切り替える（ステップＳ１０２）。具体的に、動作モード制御部１９１は、特殊光観察モードに対応する撮像条件（例えば露光時間やフレームレート、ゲイン）や、光源装置２００が出射する照明光の波長帯域、画像処理条件を設定する。この際、動作モード制御部１９１は、設定する観察モードに応じた作動距離を取得する。

動作モード制御部１９１によって観察モードの各条件の設定が完了すると、駆動制御部１９４が、撮像部１１０と観察対象との間の距離が、取得した作動距離となるように撮像部１１０の位置を移動させる（ステップＳ１０３）。この際、制御部１９０の制御のもとと、アーム状態取得部１９２が取得した保持部１２０の姿勢に基づいて、撮像部１１０とともに保持部１２０も駆動させる。

図６は、実施の形態１に係る医療用観察装置が行う観察モード切り替え時の作動距離の変更処理を説明する図である。図６において、実線で示す撮像部１１０は特殊光観察モード時の配置を示し、破線Ｑは通常観察モード時の撮像部１１０の位置を示す。
一般に、特殊光観察は、通常観察と比べて顕微鏡部が検出できる光量が少ない。上述したように、例えば、ＮＢＩでは照明光自体の光量が少なく、ＡＦＩでは励起光に対して観察部位が発する蛍光の光量が少ない。このため、実施の形態１では、特殊光観察モードにおける作動距離を、通常観察モードにおける作動距離よりも短くして、撮像面における照度を大きくする。具体的に、通常観察モードにおける作動距離をＷＤ₁、特殊光観察モードにおける作動距離をＷＤ₂とすると、ＷＤ₁＞ＷＤ₂となる。ここでの作動距離は、撮像部１１０における観察光の受光面側の端部から、観察点Ｐまでの距離である。作動距離ＷＤ₂は、例えば、撮像部１１０が取り得る最小の作動距離が設定される。また、作動距離ＷＤ₂は、例えば、ＮＢＩ、ＩＲＩ、ＡＦＩ、ＰＤＤごとに設定され得る。
その後、光源装置２００から出射される特殊光によって、特殊光観察が実施される。

以上説明した実施の形態１では、通常観察モードから特殊光観察モードに切り替わる際に、撮像部１１０と観察点との間の距離（作動距離）を、観察モードに応じて設定されている作動距離、例えば、通常観察モードの作動距離と比して、特殊光観察モードの作動距離が短くなるように制御するようにしたので、特殊光観察モード時の撮像面の照度が大きくなり、特殊光観察時の画質の低下を抑制することができる。また、撮像面の照度が大きくなれば、作動距離が大きい場合と比して時間当たりの信号値が大きくなるため、撮像時間が短縮され、フレームレートを大きくすることができる。

（実施の形態１の変形例）
続いて、上述した実施の形態１の変形例について説明する。図７は、実施の形態１の変形例に係る医療用観察装置が行う観察モード切り替え処理を示すフローチャートである。変形例において、医療用観察装置が行う観察モード切り替え処理以外は、上述した実施の形態１と同じであるため、構成等の説明を省略する。

制御部１９０は、観察モードが通常観察モードから特殊光観察モード（例えば、上述したＮＢＩ、ＩＲＩ、ＡＦＩ、ＰＤＤのいずれか）に切り替える旨の指示が入力されか否かを判断する（ステップＳ２０１）。制御部１９０は、特殊光観察モードへの切り替え指示がない場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、観察モードの切り替え指示の確認を繰り返す。これに対し、制御部１９０は、特殊光観察モードへの切り替え指示があった場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２に移行する。

ステップＳ２０２において、作動距離設定部１９３が、作動距離を、切り替える特殊光観察モードに対応する作動距離に設定し、駆動制御部１９４が、設定した作動距離となる位置に、撮像部１１０を移動させる。

その後、駆動制御部１９４は、オートフォーカス処理を実施して、移動後の撮像部１１０において、観察点に合焦させる（ステップＳ２０３）。この際、オートフォーカス処理は、通常観察モード（白色光）にて実施される。

その後、動作モード制御部１９１は、観察モードを、通常光観察モードから特殊光観察モードに切り替える（ステップＳ２０４）。具体的に、動作モード制御部１９１は、特殊光観察モードに対応する撮像条件（例えば露光時間やフレームレート）や、光源装置２００が出射する照明光の波長帯域、画像処理条件を設定する。

以上説明した変形例では、通常観察モードから特殊光観察モードに切り替わる際に、作動距離が、特殊光観察モードに応じて設定されている作動距離に撮像部１１０を移動後、白色光にてオートフォーカス処理を実施して、特殊光観察モードに移行する前に、白色光で合焦するように制御するようにしたので、特殊光観察モード時の撮像面の照度が大きくなり、特殊光観察時の画質の低下を抑制することができるとともに、特殊光観察モードに移行後の合焦状態を確保することができる。

（実施の形態２）
続いて、上述した実施の形態２について説明する。図８は、実施の形態２に係る医療用観察装置が行う観察モード切り替え処理を示すフローチャートである。実施の形態２において、医療用観察装置が行う観察モード切り替え処理以外は、上述した実施の形態１と同じであるため、構成等の説明を省略する。図８に示すフローチャートは、観察モードが通常観察モードから特殊光観察モード（例えば、上述したＮＢＩ、ＩＲＩ、ＡＦＩ、ＰＤＤのいずれか）に切り替える旨の指示が入力された後の処理の流れを示している。実施の形態２では、特殊光観察モードに切り替える場合に、作動距離を、撮像部１１０が取り得る最小の作動距離とする。なお、最小の作動距離に限らず、通常観察モードよりも小さい作動距離に設定してもよい。

動作モード制御部１９１は、観察モードを、通常光観察モードから特殊光観察モードに切り替える（ステップＳ３０１）。具体的に、動作モード制御部１９１は、特殊光観察モードに対応する撮像条件（例えば露光時間やフレームレート）や、光源装置２００が出射する照明光の波長帯域、画像処理条件を設定する。

その後、動作モード制御部１９１は、現在のズーム倍率及び作動距離を記憶部１８０に記憶させる（ステップＳ３０２）。この際、動作モード制御部１９１は、通常観察モードから特殊光観察モードへの切り替え直前のズーム倍率及び作動距離を記憶部１８０に記憶させることとなる。

ステップＳ３０２に続くステップＳ３０３において、動作モード制御部１９１は、ステップＳ３０２で記憶したズーム倍率が撮像部１１０において取り得る最小の倍率であるか否かを判断する。動作モード制御部１９１は、ズーム倍率が最小である場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、観察モードに応じた作動距離の調整は行わずに観察モード切り替え処理を終了する。これに対し、動作モード制御部１９１は、ズーム倍率が最小ではない場合（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、ステップＳ３０４に移行する。

ステップＳ３０４において、動作モード制御部１９１は、現在の作動距離が撮像部１１０において取り得る最小の作動距離であるか否かを判断する。動作モード制御部１９１は、作動距離が最小である場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、観察モードに応じた作動距離の調整は行わずに観察モード切り替え処理を終了する。これに対し、動作モード制御部１９１は、作動距離が最小ではない場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、ステップＳ３０５に移行する。

ステップＳ３０５において、動作モード制御部１９１は、作動距離を特殊光観察モードに応じて小さくしても、通常観察モード時の視野と同じ視野が得られるか否かを判断する。動作モード制御部１９１は、作動距離を小さくすると、通常観察モード時の視野と同じ視野が得られないと判断した場合（ステップＳ３０５：Ｎｏ）、観察モードに応じた作動距離の調整は行わずに観察モード切り替え処理を終了する。これに対し、動作モード制御部１９１は、作動距離を小さくしても、通常観察モード時の視野と同じ視野が得られると判断した場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０６に移行する。

ここで、ステップＳ３０５における、同一視野の判断処理について、図９を参照して説明する。図９は、実施の形態２に係る医療用観察装置が行う観察モード切り替え時の作動距離及びズーム倍率の設定処理を説明する図である。図９では、撮像部１１０の作動距離を、２００ｍｍ〜６００ｍｍに設定することが可能であり、ズーム倍率を、１倍〜６倍まで設定することが可能な場合を考える。この際、図９に示す領域Ｒ₁は、作動距離を最小にした際でも、通常観察時と同一の視野が得られる領域である。例えば、作動距離が４００ｍｍ、ズーム倍率が４倍に対する点Ｐ₁は、領域Ｒ₁内に位置しているため、動作モード制御部１９１は、作動距離を特殊光観察モードに応じて小さくしても、通常観察モード時の視野と同じ視野が得られると判断する。一方、作動距離が６００ｍｍ、ズーム倍率が２倍に対する点Ｐ₂は、領域Ｒ₁の外に位置しているため、動作モード制御部１９１は、作動距離を小さくすると、通常観察モード時の視野と同じ視野が得られないと判断する。

ステップＳ３０６において、動作モード制御部１９１は、作動距離を特殊光観察モードに応じて小さくした場合に、通常観察時と同じ視野となるズーム倍率を算出する。動作モード制御部１９１は、設定する作動距離と、その際の各ズーム倍率の画角とに基づいて、同一視野となるズーム倍率を算出する。この際、特殊光観察では、通常観察時に比べて作動距離が短くなるため、撮像部１１０と観察点との距離が近くなり、同一の視野を得るには、通常観察時よりも小さいズーム倍率が算出されることとなる。

ステップＳ３０６に続くステップＳ３０７において、作動距離設定部１９３は、作動距離を、切り替える特殊光観察モードに対応する作動距離に設定し、駆動制御部１９４が、設定した作動距離となる位置に、撮像部１１０を移動させる。さらに、動作モード制御部１９１は、ズーム倍率を、ステップＳ３０６で算出したズーム倍率に設定し、駆動制御部１９４が、設定したズーム倍率となるように撮像部１１０の光学系を制御する。

以上説明した実施の形態２では、通常観察モードから特殊光観察モードに切り替わる際に、撮像部１１０と観察点との間の距離（作動距離）を、観察モードに応じて設定されている作動距離、例えば、通常観察モードの作動距離と比して、特殊光観察モードの作動距離が短くなるように制御するようにしたので、特殊光観察モード時の撮像面の照度が大きくなり、特殊光観察時の画質の低下を抑制することができる。

さらに、実施の形態２では、通常観察モードから特殊光観察モードに切り替わる際に、ズーム倍率を調整することによって、通常観察時と同一の視野となるように制御するようにしたので、通常観察時の視野を維持した特殊光観察を行うことができる。

（実施の形態３）
続いて、上述した実施の形態３について説明する。図１０は、実施の形態３に係る医療用観察装置が行う観察モード切り替え処理を示すフローチャートである。実施の形態３において、医療用観察装置が行う観察モード切り替え処理以外は、上述した実施の形態１と同じであるため、構成等の説明を省略する。図１０に示すフローチャートは、観察モードが通常観察モードから特殊光観察モード（例えば、上述したＮＢＩ、ＩＲＩ、ＡＦＩ、ＰＤＤのいずれか）に切り替える旨の指示が入力された後の処理の流れを示している。

まず、作動距離設定部１９３は、切り替え対象の観察モードの作動距離の設定を行う（ステップＳ４０１）。作動距離設定部１９３は、ステップＳ１０１と同様にして、記憶部１８０を参照し、当該観察モードの作動距離を設定する。

動作モード制御部１９１は、観察モードを、通常光観察モードから特殊光観察モードに切り替える（ステップＳ４０２）。具体的に、動作モード制御部１９１は、特殊光観察モードに対応する撮像条件（例えば露光時間やフレームレート）や、光源装置２００が出射する照明光の波長帯域、画像処理条件を設定する。

その後、動作モード制御部１９１は、現在のズーム倍率及び作動距離を記憶部１８０に記憶させる（ステップＳ４０３）。この際、動作モード制御部１９１は、通常観察モードから特殊光観察モードへの切り替え直前のズーム倍率及び作動距離を記憶部１８０に記憶させることとなる。

ステップＳ４０３に続くステップＳ４０４において、動作モード制御部１９１は、ステップＳ４０３で記憶したズーム倍率が撮像部１１０において取り得る最小の倍率であるか否かを判断する。動作モード制御部１９１は、ズーム倍率が最小である場合（ステップＳ４０４：Ｙｅｓ）、観察モードに応じた作動距離の調整は行わずに観察モード切り替え処理を終了する。これに対し、動作モード制御部１９１は、ズーム倍率が最小ではない場合（ステップＳ４０４：Ｎｏ）、ステップＳ４０５に移行する。

ステップＳ４０５において、動作モード制御部１９１は、現在の作動距離が撮像部１１０において取り得る最小の作動距離であるか否かを判断する。動作モード制御部１９１は、作動距離が最小である場合（ステップＳ４０５：Ｙｅｓ）、観察モードに応じた作動距離の調整は行わずに観察モード切り替え処理を終了する。これに対し、動作モード制御部１９１は、作動距離が最小ではない場合（ステップＳ４０５：Ｎｏ）、ステップＳ４０６に移行する。

ステップＳ４０６において、動作モード制御部１９１は、作動距離を特殊光観察モードに応じて小さくしても、通常観察モード時の視野と同じ視野が得られるか否かを判断する。動作モード制御部１９１は、作動距離を小さくすると、通常観察モード時の視野と同じ視野が得られないと判断した場合（ステップＳ４０６：Ｎｏ）、ステップＳ４０７に移行する。これに対し、動作モード制御部１９１は、作動距離を小さくしても、通常観察モード時の視野と同じ視野が得られると判断した場合（ステップＳ４０６：Ｙｅｓ）、ステップＳ４０９に移行する。

ステップＳ４０７において、作動距離設定部１９３は、ズーム倍率を最小にしたときに、通常観察時の視野と同じ視野となる作動距離を算出する。

ステップＳ４０７に続くステップＳ４０８において、作動距離設定部１９３は、作動距離を、ステップＳ４０７で算出した作動距離に設定し、駆動制御部１９４が、設定した作動距離となる位置に、撮像部１１０を移動させる。さらに、動作モード制御部１９１は、ズーム倍率を、最小のズーム倍率に設定し、駆動制御部１９４が、設定したズーム倍率となるように撮像部１１０の光学系を制御する。

また、ステップＳ４０９において、動作モード制御部１９１は、ステップＳ３０６と同様に、作動距離を特殊光観察モードに応じて小さくした場合に、通常観察時と同じ視野となるズーム倍率を算出する。

ステップＳ４０９に続くステップＳ４１０において、作動距離設定部１９３は、作動距離を、切り替える特殊光観察モードに対応する作動距離に設定し、駆動制御部１９４が、設定した作動距離となる位置に、撮像部１１０を移動させる。さらに、動作モード制御部１９１は、ズーム倍率を、ステップＳ４０９で算出したズーム倍率に設定し、駆動制御部１９４が、設定したズーム倍率となるように撮像部１１０の光学系を制御する。

以上説明した実施の形態３では、通常観察モードから特殊光観察モードに切り替わる際に、撮像部１１０と観察点との間の距離（作動距離）を、観察モードに応じて設定されている作動距離、例えば、通常観察モードの作動距離と比して、特殊光観察モードの作動距離が短くなるように制御するようにしたので、特殊光観察モード時の撮像面の照度が大きくなり、特殊光観察時の画質の低下を抑制することができる。

さらに、実施の形態３では、通常観察モードから特殊光観察モードに切り替わる際に、ズーム倍率を調整することによって、通常観察時と同一の視野となるように制御するようにしたので、通常観察時の視野を維持した特殊光観察を行うことができる。なお、特殊光観察モードに対して設定されている作動距離と、ズーム倍率とによって通常観察時の視野と同一視野を得ることができない場合であっても、ズーム倍率を最小にした際に同一視野となる作動距離を設定することによって、通常観察時の視野を維持した特殊光観察を行うことができる。

ここまで、本開示を実施するための形態を説明してきたが、本開示は、上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、保持部１２０は、２つのアーム部及び該２つのアーム部の一方を他方に対して回動可能に連結する関節部からなる組を少なくとも１組有していればよい。

また、実施の形態１〜３では、観察モードの切り替え指示をトリガとして作動距離を変更する例を説明したが、例えば、術者が行う作業に応じて作動距離を変更してもよい。例えば、術者が、画像を観察する場合と、実際に施術する場合とで、設定する作動距離を変更してもよい。例えば、設定される作動距離は、観察時の画質の確保のため、観察用の作動距離の方が、施術用の作動距離よりも短くする。この場合、制御コントローラ１４０には、観察モードおよび作業内容に関する指示情報が入力される。

また、撮像部１１０は、撮像素子を１つまたは３つ以上有する構成としてもよい。このうち、撮像部１１０が撮像素子を１つだけ有する場合、表示される画像は２次元画像となる。

また、実施の形態１では、制御コントローラ１４０が、エンコーダ１１９による検出値に基づいて、撮像部１１０の焦点距離及び／又は作動距離（ＷＤ）を算出する例を説明したが、赤外線レーザ等を用いて距離を算出する構成としてもよい。

また、医療用観察装置を、設置場所の天井から吊り下げて配置する構成としてもよい。

このように、本開示は、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、さまざまな実施の形態等を含み得るものである。

以上のように、本開示にかかる医療用観察装置は、特殊光観察時の画質の低下を抑制するのに有用である。

１０医療用観察装置
１１０撮像部
１２０保持部
１３０ベース
１４０制御コントローラ
１５０操作部
１７０、２１０、２２０、２３０、２５０、２６０回転軸部
１８０記憶部
１９０制御部
１９１動作モード制御部
１９２アーム状態取得部
１９３作動距離設置部
１９４駆動制御部
２００光源装置
２７１〜２７４アーム
２８０カウンターウエイト

Claims

被観察体を撮像することによって撮像信号を出力する撮像部と、
前記撮像部を移動可能に保持する保持部と、
白色光による通常観察モードから特殊光による特殊光観察モードに切り替える場合に、当該特殊光観察モードに対して設定される作動距離であって、通常観察モードの作動距離よりも短い作動距離となる位置に前記撮像部を移動させるよう保持部を制御する制御部と、
を備える医療用観察装置。
前記撮像部は、ズーム倍率を変更可能な拡大光学系を有し、
前記制御部は、
前記特殊光観察モードに対応する作動距離に対して、前記通常観察モード時の視野と同一視野となるズーム倍率を算出し、
前記特殊光観察モードに対応する作動距離となる位置に前記撮像部を移動させるとともに、前記拡大光学系の倍率を、算出したズーム倍率に変更する、
請求項１に記載の医療用観察装置。
前記制御部は、
前記特殊光観察モードに対応する作動距離と、最小の前記ズーム倍率とによって得られる前記特殊光観察モードの視野が、通常観察モード時の視野と同一視野ではない場合に、前記最小のズーム倍率において前記通常観察モード時の視野と同一視野となる作動距離を算出し、
算出した作動距離となる位置に前記撮像部を移動させるとともに、前記拡大光学系の倍率を、最小のズーム倍率に変更する、
請求項２に記載の医療用観察装置。
前記制御部は、前記特殊光観察モード時の作動距離を、前記撮像部が取り得る最小の作動距離に設定する、
請求項１に記載の医療用観察装置。
前記保持部は、少なくとも６自由度で動作可能に回転軸が設けられ、
前記保持部の各回転軸は、前記制御部の制御に基づいて駆動制御される能動軸である、
請求項１に記載の医療用観察装置。