JP6654066B2 - 医療用観察装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の医療用観察装置は、関節部に動力を与え、当該関節部にて接続された2つのアーム部を相対的に回動させるモータと、互いに噛合する2つの歯車を有し、モータから当該関節部への動力伝達経路に設けられる歯車機構とを備える。そして、特許文献1に記載の医療用観察装置では、術者によるフットスイッチへの操作に応じて、モータが駆動し、当該モータからの動力が歯車機構を介して関節部に与えられる。これにより、当該関節部にて接続された2つのアーム部が相対的に回動し、拡大光学系の位置及び姿勢が変更される(視野が移動する)。
そして、このようにバックラッシが存在している場合には、以下の問題がある。
先ず、術者は、フットスイッチに操作を行い、モータを第1方向に回転(以下、順回転と記載)させ、拡大光学系の位置及び姿勢を変更する。このように動作が行われた場合には、2つの歯車において、モータの順回転に応じて互いに噛合しない側の各第1歯面間の第1距離は当該2つの歯車のバックラッシ量と同一の値となる。一方、モータの順回転に応じて互いに噛合する側の各第2歯面間の第2距離は0となる。
次に、術者は、フットスイッチに操作を行い、モータを第1方向とは逆方向に回転(以下、逆回転と記載)させる。この場合には、モータの逆回転に応じて互いに噛合する側の各第1歯面間の第1距離が2つの歯車のバックラッシ量と同一の値となっているため、当該第1距離が0となるまで(当該第1距離を詰めるまで)、2つの歯車は互いに噛合しない(空走する)。すなわち、拡大光学系の位置及び姿勢は変更されない。そして、当該第1距離が0となり、2つの歯車が互いに噛合してから、拡大光学系の位置及び姿勢が変更されることとなる。
以上のように、直前に動作した回転方向とは逆方向にモータを回転させる場合には、2つの歯車のバックラッシ量に応じた空走期間が存在し、視野移動を迅速に行うことができない、という問題がある。
このため、第1,第2制御を実行した後に、操作受付部にユーザ操作がなされ、当該第1制御時での回転方向とは逆方向にモータを回転させる第1制御を実行する場合には、2つの歯車のバックラッシ量よりも小さい第1距離だけ詰めれば、2つの歯車を互いに噛合させ、モータの回転を関節部に伝達する(撮像部の位置及び姿勢を変更する(視野移動を行う))ことができる。
したがって、本発明に係る医療用観察装置によれば、直前に実行した第1制御時での回転方向とは逆方向にモータを回転させる第1制御を実行する場合において、2つの歯車の空走期間を短縮し、視野移動を迅速に行うことができる、という効果を奏する。
図1は、本発明の実施の形態に係る医療用観察システム1の概略構成を示す図である。
医療用観察システム1は、手術時や検査時において術者が処置する対象となる部位(観察対象)を拡大して撮像し、当該撮像に応じた画像を表示するシステムである。この医療用観察システム1は、図1に示すように、観察対象を撮像して画像信号を出力する医療用観察装置2と、医療用観察装置2から出力された画像信号に基づく画像を表示する表示装置3とを備える。
顕微鏡部21は、観察対象を拡大して撮像し、当該撮像に応じた画像信号を出力する。この顕微鏡部21は、例えば、各種の公知の光学系と、当該光学系が集光した光を受光して電気信号に変換するCCD(Charge Coupled Device)センサやCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)センサ等の各種の公知の撮像素子とを備える。また、この顕微鏡部21には、AF(Auto Focus)機能や光学ズーム機能等の各種の機能も搭載されている。また、顕微鏡部21としては、一対の撮像素子を備えた所謂、ステレオカメラとして構成しても構わない。
ベース部22は、医療用観察装置2の基台であり、キャスター221(図1)を介して床面上を移動可能に構成されている。
なお、本実施の形態では、支持部23は、顕微鏡部21の移動に対して6自由度を有するように構成されているが、これに限られず、その他の異なる数の自由度を有するように構成しても構わない。
なお、第1〜第6関節部232A〜232Fは、具体的な図示を省略したが、固定部と、可動部と、固定部及び可動部に介装されるベアリングとをそれぞれ有し、ベアリングを介し、固定部に対して可動部が回転可能な構造になっている。
ここで、第1軸O1は、第1関節部232Aにおける円筒の中心軸であり、第1関節部232Aに保持された顕微鏡部21の光軸に一致する軸である。
すなわち、第1軸O1まわりに顕微鏡部21を回転させると、顕微鏡部21による撮像視野の向きが変更される。
第2関節部232Bは、先端側に位置する可動部(図示略)にて第1アーム部231Aの基端に接続し、基端側(ベース部22に近接する側)に位置する固定部(図示略)にて第2アーム部231Bに接続する。そして、第2関節部232Bにおいて、可動部は、ベアリング(図示略)を介し、固定部に対して、第2軸O2を中心として回転可能とする。このため、第2関節部232Bは、第2軸O2まわりに第1アーム部231A(顕微鏡部21)を回転可能とする。
ここで、第2軸O2は、第1軸O1に直交し、第1アーム部231Aの延在方向に平行な軸である。
すなわち、第2軸O2まわりに顕微鏡部21を回転させると、観察対象に対する顕微鏡部21の光軸の向きが変更される。言い換えれば、顕微鏡部21による撮像視野がX軸方向(図1)に移動する。このため、第2関節部232Bは、顕微鏡部21による撮像視野をX軸方向(+X軸方向または−X軸方向)に移動させる関節部である。
第3関節部232Cは、先端側に位置する可動部(図示略)にて第2アーム部231Bの基端に接続し、基端側に位置する固定部(図示略)にて第3アーム部231Cに接続する。そして、第3関節部232Cにおいて、可動部は、ベアリング(図示略)を介し、固定部に対して、第3軸O3を中心として回転可能とする。このため、第3関節部232Cは、第3軸O3まわりに第2アーム部231B(顕微鏡部21)を回転可能とする。
ここで、第3軸O3は、第1,第2軸O1,O2に直交(第2アーム部231Bの延在方向に平行)する軸である。
すなわち、第3軸O3まわりに顕微鏡部21を回転させると、観察対象に対する顕微鏡部21の光軸の向きが変更される。言い換えれば、顕微鏡部21による撮像視野がX軸方向に直交するY軸方向(図1)に移動する。このため、第3関節部232Cは、顕微鏡部21による撮像視野をY軸方向(+Y軸方向または−Y軸方向)に移動させる関節部である。
第4関節部232Dは、第2軸O2に略平行に延在し、一端側に位置する可動部(図示略)にて第3アーム部231Cの基端に接続し、他端側に位置する固定部(図示略)にて第4アーム部231Dに接続する。そして、第4関節部232Dにおいて、可動部は、ベアリング(図示略)を介し、固定部に対して、第4軸O4を中心として回転可能とする。このため、第4関節部232Dは、第4軸O4まわりに第3アーム部231C(顕微鏡部21)を回転可能とする。
ここで、第4軸O4は、第3軸O3に直交し、第2軸O2に平行な軸である。
すなわち、第4軸O4まわりに顕微鏡部21を回転させると、観察対象に対する顕微鏡部21の高さが調整される。
第5関節部232Eは、第4軸O4に略平行に延在し、一端側に位置する可動部(図示略)にて第4アーム部231Dの基端に接続し、他端側に位置する固定部(図示略)にて第5アーム部231Eに接続する。そして、第5関節部232Eにおいて、可動部は、ベアリング(図示略)を介し、固定部に対して、第5軸O5を中心として回転可能とする。このため、第5関節部232Eは、第5軸O5まわりに第4アーム部231D(顕微鏡部21)を回転可能とする。
ここで、第5軸O5は、第4軸O4に平行な軸である。
第6関節部232Fは、鉛直方向に延在し、一端側に位置する可動部(図示略)にて第5アーム部231Eの第2の部位に接続し、他端側に位置する固定部(図示略)がベース部22の上面に固定される。そして、第6関節部232Fにおいて、可動部は、ベアリング(図示略)を介し、固定部に対して、第6軸O6を中心として回転可能とする。このため、第6関節部232Fは、第6軸O6まわりに第5アーム部231E(顕微鏡部21)を回転可能とする。
ここで、第6軸O6は、鉛直方向に沿う軸である。
具体的に、制御部24は、顕微鏡部21に設けられた動作切替スイッチ(図示略)への術者によるユーザ操作に応じて支持部23の動作モードを切り替えるとともに、当該切り替えた動作モードに応じた処理を実行する。
本実施の形態では、支持部23の動作モードとして、固定モード、オールフリーモード、及びXY移動動作モードが設けられている。
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、第1〜第6関節部232A〜232Fにおける各固定部に対する各可動部の回転が許容された状態であり、術者による直接的な操作(術者が例えば手で顕微鏡部21を把持し、当該顕微鏡部21を直接移動させる操作)によって顕微鏡部21の位置及び姿勢を調整可能な動作モードである。
そして、制御部24は、XY移動動作モードにおいて、第1,第2制御を実行する。なお、第1,第2制御の詳細については、後述する。
すなわち、フットスイッチ25は、本発明に係る操作受付部としての機能を有する。
なお、本発明に係る操作受付部としては、フットスイッチ25に限られず、その他、術者が手で操作するスイッチ等を採用しても構わない。
次に、上述した医療用観察システム1の使用例について説明する。
図2は、医療用観察システム1を用いた手術の状況を模式的に示す図である。
先ず、術者OPは、手術台の上に横臥している患者PAの観察対象(図2の例では、患者PAの頭部)の上に顕微鏡部21を位置付ける。例えば、オールフリーモードでは、術者は、顕微鏡部21を把持し、支持部23における6自由度の動きを利用して、観察対象の上に顕微鏡部21を位置付ける。また、XY移動動作モードでは、術者は、フットスイッチ25に対して操作(+X軸方向、−X軸方向、+Y軸方向、または、−Y軸方向への撮像視野の移動指示)を行うことで、観察対象の上に顕微鏡部21を位置付ける。
顕微鏡部21にて撮像された画像は、顕微鏡部21における光学ズーム機能、及び制御部24による電子ズーム機能により、所定の倍率で拡大され、手術室の壁に取り付けられた表示装置3に表示される。
そして、術者OPは、表示装置3に表示された画像を確認しながら、手術を実行する。
次に、第2,第3関節部232B,232Cをそれぞれ動作させるアクチュエータ4の構成について説明する。
図3は、第2,第3関節部232B,232Cをそれぞれ動作させるアクチュエータ4の構成を模式的に示す図である。
なお、第2,第3関節部232B,232Cをそれぞれ動作させるアクチュエータ4の構成は、同一の構成であるため、同一の符号を付して説明する。
図4ないし図7は、モータ41及び減速機構42を示す図である。具体的に、図4及び図5は、アクチュエータ4が支持部23に組み込まれた状態を示す斜視図である。図6及び図7は、モータ41及び減速機構42の分解斜視図である。
モータ41は、制御部24にて制御される例えばステッピングモータで構成され、第2関節部232B(可動部)または第3関節部232C(可動部)に動力を与える動力源である。
本実施の形態では、第1〜第6歯車421〜426における互いに噛合する5組の歯車は、モータ41の出力軸側から順に、減速比が大きくなるように設定されている。すなわち、互いに噛合する第1,第2歯車421,422の減速比が最も小さく、互いに噛合する第5,第6歯車425,426の減速比が最も大きく設定されている。
そして、モータ41と減速機構42における第1〜第5歯車421〜425とは、図4ないし図7に示すように、第1支持部材46に支持されている。一方、第6歯車426は、図4または図5に示すように、第1支持部材46とは別体で構成された第2支持部材47に対して、当該第2支持部材47の端部471から外部に露出した状態で軸支されている。
そして、第1支持部材46の内部に第2支持部材47の端部471を挿入するように第1,第2支持部材46,47を互いに嵌合(接続)する(第1支持部材46における側壁部465(図4〜図7)の内面を第2支持部材47における端部471側の外周面472(図4,図5)に当接する)ことで、第1支持部材46に軸支された第5歯車425と、第2支持部材47に軸支された第6歯車426とが互いに噛合する。
図8及び図9は、バックラッシ低減機構48を用いたバックラッシ量を調整する方法を説明する図である。なお、図8では、第5,第6歯車425,426を仮想的に円で示している。また、図9では、バックラッシ量の調整前の状態を実線で示し、バックラッシ量の調整後の状態を二点鎖線で示している。
バックラッシ低減機構48は、「互いに噛合する歯車の中心間の距離を変更すると、当該歯車のバックラッシ量が調整される」点に着目した機構である。
具体的に、第1,第2支持部材46,47において、互いに当接する面(第1支持部材46における側壁部465の内面と、第2支持部材47における外周面472)は、第5歯車425の回転軸Ax5(図8)と第6歯車426の回転軸Ax6(図8)とは独立し、当該各回転軸Ax5,Ax6にそれぞれ平行となる軸Ax0(図8)を中心とする回転軌跡を描くように形成されている。そして、第1支持部材46は、側壁部465の内面が第2支持部材47における外周面472上を摺動することで、軸Ax0(以下、回転軸Ax0と記載)を中心として、第2支持部材47に対して回転可能に構成されている。
このように回転軸Ax0を中心として第1支持部材46を回転させた場合には、上述したように回転軸Ax0が回転軸Ax6に対して偏心しているため、図8に示すように、第5歯車425の中心が回転軌跡RTを描くように移動する。すなわち、図8または図9に示すように、第5,第6歯車425,426の中心間の距離が変更され(図9では、中心間の距離の変化量をDCとして図示)、第5,第6歯車425,426のバックラッシ量が調整される。
そして、第5,第6歯車425,426のバックラッシ量の調整は、以下に示すように実行される。
先ず、作業者は、所望のバックラッシ量と同一の厚み寸法を有するテープを第5歯車425の歯面に貼り付ける。
次に、作業者は、第1,第2支持部材46,47を互いに嵌合させる。そして、作業者は、3つの長穴4651を介して、3つの固定ネジSc(図4,図6,図7)を緩めた状態(回転軸Ax0を中心として第1支持部材46を回転可能な状態)で3つの固定用孔4721にそれぞれ螺合する。
次に、作業者は、上述したテープを介して第5,第6歯車425,426の各歯面同士が互いに当接するまで、第2支持部材47に対し、回転軸Ax0を中心として第1支持部材46を回転させる。
次に、作業者は、3つの固定ネジScを3つの固定用孔4721に締結し、第2支持部材47に対して第1支持部材46を固定する。
最後に、作業者は、側壁部465に形成された切欠部4652(図4〜図7)を介して、第5歯車425の歯面に貼り付けたテープを剥がす。
クラッチ44は、制御部24にて制御される電磁クラッチ(例えば、励磁作動型クラッチ)で構成され、アーマチュア441(図3)をドライブシャフト43の軸方向に移動することにより、減速機構42とドライブシャフト43とを接続してモータ41からドライブシャフト43への動力の伝達を許容した許容状態、または、減速機構42とドライブシャフト43との接続を解除して当該伝達を遮断した遮断状態に切り替える。
すなわち、クラッチ44は、本発明に係る状態切替部としての機能を有する。
ブレーキ45は、制御部24による制御の下、アーマチュア451(図3)をドライブシャフト43の軸方向に移動することにより、電気的にドライブシャフト43の解放及び拘束を切り替える電磁ブレーキ(例えば、無励磁作動型ブレーキ)で構成される。
制御部24は、XY移動動作モードにおいて、以下に示す第1,第2制御を実行する。
第1制御は、術者によるフットスイッチ25への操作(+X軸方向、−X軸方向、+Y軸方向、または、−Y軸方向への撮像視野の移動指示)に応じて、モータ41を動作させる制御である。
具体的に、フットスイッチ25への操作が+X軸方向への撮像視野の移動指示であった場合には、制御部24は、第2関節部232B(可動部)の動力源となるモータ41を第1方向に回転(以下、順回転と記載)させる。一方、フットスイッチ25への操作が−X軸方向への撮像視野の移動指示であった場合には、制御部24は、第2関節部232Bの動力源となるモータ41を第1方向とは逆方向の第2方向に回転(以下、逆回転と記載)させる。また、フットスイッチ25への操作が+Y軸方向への撮像視野の移動指示であった場合には、制御部24は、第3関節部232C(可動部)の動力源となるモータ41を順回転させる。一方、フットスイッチ25への操作が−Y軸方向への撮像視野の移動指示であった場合には、制御部24は、第3関節部232C(可動部)の動力源となるモータ41を逆回転させる。
なお、上述した逆方向へのモータ41の回転に応じて互いに噛合する側の各歯面は、図9に示すように、各歯面4251,4261、及び各歯面4252,4262の一方の各歯面に相当する。そして、当該一方の各歯面が本発明に係る第1歯面に相当し、当該一方の各歯面間の距離が本発明に係る第1距離に相当する。また、上述した逆方向へのモータ41の回転に応じて互いに噛合しない側の各歯面は、各歯面4251,4261、及び、各歯面4252,4262の他方の各歯面に相当する。そして、当該他方の各歯面が本発明に係る第2歯面に相当し、当該他方の各歯面間の距離が本発明に係る第2距離に相当する。すなわち、第2制御では、各歯面4251,4261間の距離と各歯面4252,4262間の距離とを第5,第6歯車425,426のバックラッシ量の半分の値にする(第1,第2距離をバックラッシ量の半分の値にする)。
図10は、制御部24による第1,第2制御を示すフローチャートである。
第1制御は、図10に示すステップS1〜S7に相当する。また、第2制御は、図10に示すステップS8〜S11に相当する。
以下では、説明の便宜上、第2制御によるモータ41の回転に応じて互いに噛合する側の各歯面を各歯面4251,4261(以下、各第1歯面4251,4261と記載)とし、当該各第1歯面4251,4261間の距離を第1距離と記載する。また、第2制御によるモータ41の回転に応じて互いに噛合しない側の各歯面を各歯面4252,4262(以下、各第2歯面4252,4262と記載)とし、当該各第2歯面4252,4262間の距離を第2距離と記載する。なお、第2制御の直前に実行される第1制御と当該第2制御とでは上述したようにモータ41の回転方向が逆方向であるため、当該第1制御によるモータ41の回転に応じて互いに噛合する側の各歯面は各第2歯面4252,4262となり、噛合しない側の各歯面は各第1歯面4251,4261となる。
また、以下では、既に第2制御(ステップS8〜S11)が実行され、第1,第2距離が同一の値(第5,第6歯車425,426のバックラッシ量の半分の値)に設定されているものとして説明を開始する。説明の便宜上、当該バックラッシ量を「1.0mm」とする。また、既に第2制御(ステップS8〜S11)が実行され、遮断状態に切り替えられている(クラッチOFF)とともに、ブレーキ45が作動している(ドライブシャフト43が拘束されている)状態から説明を開始する。
フットスイッチ25がONしたと判断した場合(ステップS1:Yes)には、制御部24は、ステップS1での移動指示に応じたモータ41を第1回転速度で当該移動指示に応じた回転方向に回転させる(ステップS2)。例えば、制御部24は、ステップS2において、モータ41に対して1秒間に2000パルスのパルス信号を0.25秒間、出力し、当該モータ41を第1回転速度で回転させる。
これにより、第1,第2距離が第5,第6歯車425,426のバックラッシ量の半分の値「0.5mm」であったところ、第2歯面4252,4262同士が互いに当接し、第2距離が「0」となり、第1距離がバックラッシ量と同一の値「1.0mm」となる。
そして、制御部24は、ステップS1での術者によるフットスイッチ25への操作が解除されたか否か(フットスイッチ25がOFFしたか否か)を常時、監視し(ステップS6)、当該操作が継続している間、ステップS5の処理を継続する。一方、フットスイッチ25がOFFしたと判断した場合(ステップS6:Yes)には、制御部24は、ステップS5の処理を完了(第2回転速度でのモータ41の回転を停止)する(ステップS7)。
すなわち、ステップS3〜S7の処理により、術者によりフットスイッチ25がONしている間、モータ41の回転が第2関節部232B(可動部)または第3関節部232C(可動部)に伝達され、顕微鏡部21による撮像視野が+X軸方向、−X軸方向、+Y軸方向、または−Y軸方向に移動することとなる。
先ず、制御部24は、クラッチ44の動作を制御して許容状態(クラッチON)から遮断状態(クラッチOFF)に切り替え(ステップS8)、ブレーキ45の動作を制御してブレーキ45を作動(ドライブシャフト43を拘束)する(ステップS9)。
これにより、第1制御によって第2距離が「0」であり、第1距離が第5,第6歯車425,426のバックラッシ量と同一の値「1.0mm」であったところ、第1,第2距離がバックラッシ量の半分の値「0.5mm」となる。
このため、第1,第2制御を実行した後に、フットスイッチ25にユーザ操作がなされ、当該第1制御時での回転方向とは逆方向(当該第2制御時での回転方向と同一方向)にモータ41を回転させる第1制御を実行する場合には、第5,第6歯車425,426のバックラッシ量の半分の値である第1距離だけ詰めれば、第5,第6歯車425,426を互いに噛合させ、モータ41の回転を第2関節部232B(可動部)または第3関節部232C(可動部)に伝達する(顕微鏡部21の位置及び姿勢を変更する(顕微鏡部21による撮像視野を移動する))ことができる。
したがって、本実施の形態に係る医療用観察装置2によれば、直前に実行した第1制御時での回転方向とは逆方向にモータ41を回転させる第1制御を実行する場合において、第5,第6歯車425,426の空走期間を短縮し、撮像視野を迅速に移動することができる、という効果を奏する。
このため、直前に実行した第1制御時での回転方向とは逆方向にモータ41を回転させる第1制御を実行する場合と、直前に実行した第1制御時での回転方向と同一方向にモータ41を回転させる第1制御を実行する場合とで、第5,第6歯車425,426の空走期間を同一にすることができる。したがって、当該各場合での操作に対して、術者は違和感を覚えることがない。
このため、第2制御の後に第1制御を実行する際、比較的に速い第1回転速度でモータ41を回転させるので、第5,第6歯車425,426の空走期間をさらに短縮し、撮像視野をさらに迅速に移動することができる。
本実施の形態に係る医療用観察装置2では、第1制御を実行する際、遮断状態(クラッチOFF、モータ41に過大な負荷が掛からない状態)において、比較的に速い第1回転速度でモータ41を回転させている。このため、脱調する恐れがない。
このため、簡単な構造で第5,第6歯車425,426のバックラッシ量を低減することができる。また、当該バックラッシ量を低減することで、第5,第6歯車425,426の空走期間をさらに短縮し、撮像視野をさらに迅速に移動することができる。
特に、機械的にバックラッシ量を低減するバックラッシ低減機構48と、第2制御により第1,第2距離をバックラッシ量の半分の値とする構成とを併用することにより、第5,第6歯車425,426の空走期間を効率的に短縮することができる。
また、バックラッシ低減機構48は、第1〜第6歯車421〜426における互いに噛合する5組の歯車のうち、減速比が最も大きい組である第5,第6歯車425,426のバックラッシ量を低減する。すなわち、減速比の小さい他の組の各歯車のバックラッシ量を低減する構成と比較して、減速比を考慮して最も高い効果を得ることができる。
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明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。
上述した実施の形態に係る第2制御(ステップS8〜S11)では、第1,第2距離をバックラッシ量の半分の値としていたが、第1,第2距離がバックラッシ量よりも小さい値となるように制御していればよく、第1,第2距離をバックラッシ量の半分の値以外のその他の値とするように制御しても構わない。
また、上述した実施の形態に係る第2制御(ステップS8〜S11)では、ステップS10において、第1回転速度でモータ41を回転させていたが、これに限られず、第2回転速度でモータ41を回転させても構わない。
上述した実施の形態において、XY移動動作モードでの制御部24の動作として、図11に示すように動作しても構わない。
以下では、各歯面4251,4261間の距離、及び各歯面4252,4262間の距離の一方の距離が「0」となっており、他方の距離が第5,第6歯車425,426のバックラッシ量と同一の値になっているものとして説明を開始する。説明の便宜上、上述した実施の形態と同様に、当該バックラッシ量を「1.0mm」とする。また、上述した実施の形態と同様に、遮断状態に切り替えられている(クラッチOFF)とともに、ブレーキ45が作動している(ドライブシャフト43が拘束されている)状態から説明を開始する。
なお、本変形例に係るフローは、図11に示すように、上述した実施の形態で説明したフロー(図10)に対して、ステップS10,S11が省略され、ステップS2の代わりにステップS2Aが採用され、さらに、ステップS12〜S16が追加されている点が異なる。
このため、以下では、ステップS2A,S12〜S16のみを説明する。
具体的に、制御部24は、ステップS12において、ステップS1での移動指示が直前に動作させた回転方向とは逆方向にモータ41を回転させる移動指示であるか否かを判断する。
例えば、直前にモータ41を「順回転」させており、ステップS1での移動指示が当該モータ41を「逆回転」させる移動指示であった場合には、制御部24は、ステップS12において、「Yes」と判断する。一方、直前にモータ41を「順回転」させており、ステップ1での移動指示が当該モータ41を「順回転」させる移動指示であった場合には、制御部24は、ステップS12において、「No」と判断する。
具体的に、制御部24は、ステップS2Aにおいて、ステップS1での移動指示に応じたモータ41を第1回転速度で当該移動指示に応じた回転方向に回転させる。例えば、制御部24は、モータ41に対して1秒間に2000パルスのパルス信号を0.5秒間、出力し、当該モータ41を第1回転速度で回転させる。
これにより、各歯面4251,4261間の距離、及び各歯面4252,4262間の距離の一方の距離が「0」であり、他方の距離が第5,第6歯車425,426のバックラッシ量と同一の値「1.0mm」であったところ、各歯面4251,4261、及び各歯面4252,4262のうち、互いに離間していた歯面同士が互いに当接し、当該他方の距離が「0」となり、当該一方の距離がバックラッシ量と同一の値「1.0mm」となる。
ステップS2Aの後、制御部24は、上述した実施の形態で説明したステップS3〜S9を実行し、ステップS1に戻る。
そして、フットスイッチ25がOFFしたと判断した場合(ステップS16:Yes)には、制御部24は、ステップS7に移行する。
すなわち、ステップS13〜S16では、直前に動作させた回転方向と同一の方向にモータ41を回転させているため、各歯面4251,4261間の距離、及び各歯面4252,4262間の距離の一方の距離は「0」の状態が維持され、他方の距離は第5,第6歯車425,426のバックラッシ量と同一の値「1.0mm」の状態が維持される。
このような構成であっても、上述したバックラッシに起因した問題が生じる。例えば、直前の移動指示が−X軸方向への移動指示であり、当該移動指示の後、+X軸方向に5mm、撮像視野を移動させる移動指示があった場合には、直前に動作させた回転方向とは逆方向にモータ41を回転させることとなるため、バックラッシにより第5,第6歯車425,426の空走期間が存在し、指示通りに撮像視野を移動させることができない(5mmではなく、例えば、4mmしか+X軸方向に移動しない)。
この際、制御部24は、直前の移動指示と現在の移動指示とを比較して直前に動作させた回転方向とは逆方向にモータ41を回転させることを把握した場合には、現在の移動指示に含まれる移動量をバックラッシ量分、加算した移動量に補正(例えば、5mmの移動量である場合にはバックラッシ量を加算した6mmに補正)し、当該補正した移動量だけ撮像視野を移動するように構成する。このように構成すれば、指示通りに撮像視野を移動させることができる。
2 医療用観察装置
3 表示装置
4 アクチュエータ
21 顕微鏡部
22 ベース部
23 支持部
24 制御部
25 フットスイッチ
41 モータ
42 減速機構
43 ドライブシャフト
44 クラッチ
45 ブレーキ
46,47 第1,第2支持部材
48 バックラッシ低減機構
221 キャスター
231A〜231E 第1〜第5アーム部
232A〜232F 第1〜第6関節部
421〜426 第1〜第6歯車
441,451 アーマチュア
461〜464 第1〜第4軸支部
465 側壁部
471 端部
472 外周面
4651 長穴
4652 切欠部
4721 固定用孔
Ax0,Ax5,Ax6 回転軸
DC 中心間の距離の変化量
O1〜O6 第1〜第6軸
OP 術者
PA 患者
RT 回転軌跡
Sc 固定ネジ
Claims (7)
- 観察対象を拡大して撮像可能な撮像部と、
複数のアーム部、及び当該複数のアーム部を互いに回動可能に接続する複数の関節部を有し、先端で前記撮像部を支持する支持部と、
前記支持部に設けられ、前記複数の関節部の少なくとも一つの関節部に動力を与え、当該関節部にて接続された2つの前記アーム部を相対的に回動させるモータと、
互いに噛合する2つの歯車を有し、前記モータから前記少なくとも一つの関節部への動力伝達経路に設けられる歯車機構と、
ユーザ操作を受け付ける操作受付部と、
前記操作受付部が受け付けた前記ユーザ操作に応じて前記モータを動作させる第1制御を実行するとともに、当該第1制御を完了して当該モータの動作を停止させた後、第2制御を実行する制御部とを備え、
前記動力伝達経路には、
前記歯車機構と前記少なくとも一つの関節部との間に、当該歯車機構から当該少なくとも一つの関節部への動力の伝達を遮断した遮断状態、または当該伝達を許容した許容状態に切り替える状態切替部が設けられ、
前記支持部は、
前記撮像部の位置及び姿勢を固定する固定モードと、ユーザによる当該支持部への手動操作に応じて前記撮像部の位置及び姿勢を調整可能とするオールフリーモードと、前記操作受付部が受け付けた前記ユーザ操作に応じて前記撮像部による撮像視野を移動させる移動動作モードとのいずれかの動作モードで動作し、
前記制御部は、
前記移動動作モードにおいて、前記第1制御及び前記第2制御を実行し、前記第2制御を実行することで、前記第1制御時での前記モータの回転方向とは逆方向に当該モータを回転させ、前記2つの歯車において、当該逆方向への当該モータの回転に応じて互いに噛合する側の各第1歯面間の第1距離と、噛合しない側の各第2歯面間の第2距離とを当該2つの歯車のバックラッシ量よりもそれぞれ小さくするとともに、
前記オールフリーモードにおいて、前記状態切替部を前記遮断状態に設定する
ことを特徴とする医療用観察装置。 - 前記制御部は、
前記第2制御を実行することで、前記第1距離と前記第2距離とを前記バックラッシ量の半分の値にする
ことを特徴とする請求項1に記載の医療用観察装置。 - 前記制御部は、
前記第2制御の後に前記第1制御を実行する際、前記第2距離が0になるまで第1回転速度で前記モータを回転させ、当該0になった後に当該第1回転速度よりも低い第2回転速度で当該モータを回転させる
ことを特徴とする請求項1または2に記載の医療用観察装置。 - 前記制御部は、
前記遮断状態において、前記第1回転速度で前記モータを回転させ、
前記許容状態において、前記第2回転速度で前記モータを回転させる
ことを特徴とする請求項3に記載の医療用観察装置。 - 前記2つの歯車の一方の歯車を回転可能に軸支する第1支持部材と、
前記第1支持部材とは別体で構成され、前記2つの歯車の他方の歯車を回転可能に軸支する第2支持部材とを備え、
前記第1支持部材及び前記第2支持部材は、
互いに接続することで、前記2つの歯車を互いに噛合させ、
前記第1支持部材は、
前記第2支持部材に対して移動可能とし、当該第2支持部材に対して移動することで前記2つの歯車のバックラッシ量を変更可能とする
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の医療用観察装置。 - 前記2つの歯車は、
平歯車でそれぞれ構成され、
前記第1支持部材は、
前記第2支持部材に対して回転可能とし、当該第2支持部材に対して回転することで前記2つの歯車のバックラッシ量を変更可能とし、
前記第1支持部材の回転軸は、
前記2つの歯車の各回転軸とは独立し、当該各回転軸にそれぞれ平行となる軸である
ことを特徴とする請求項5に記載の医療用観察装置。 - 前記歯車機構は、
前記2つの歯車を含む3つ以上の歯車を有し、前記モータの回転を減速する減速機構であり、
前記2つの歯車は、
前記減速機構における互いに噛合する複数組の歯車のうち、減速比が最も大きい組の歯車である
ことを特徴とする請求項5または6に記載の医療用観察装置。
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