JP2000300511A - 内視鏡 - Google Patents

内視鏡

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JP2000300511A
JP2000300511A JP11116131A JP11613199A JP2000300511A JP 2000300511 A JP2000300511 A JP 2000300511A JP 11116131 A JP11116131 A JP 11116131A JP 11613199 A JP11613199 A JP 11613199A JP 2000300511 A JP2000300511 A JP 2000300511A
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tension
wire
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Kazuhiko Arai
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147Holding or positioning arrangements
    • A61B1/0016Holding or positioning arrangements using motor drive units
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005Flexible endoscopes
    • A61B1/009Flexible endoscopes with bending or curvature detection of the insertion part

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アングルワイヤの弛みを制御することによ、
操作性のよい内視鏡を提供する。 【解決手段】 内視鏡1に、アングルワイヤの変位およ
び変位方向を検出するロータリエンコーダ10、アング
ルワイヤの張力を検出するテンションセンサー13を具
備させる。アングルワイヤの弛みによる操作性の低下を
回避すべく、アングルワイヤの変位及び変位方向に応じ
て、アングルワイヤの変位・変位方向・張力を考慮した
制御でアングルワイヤを駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、医療用・工業用と
して用いられる内視鏡において、アングルワイヤを用い
て湾曲部を操作する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の内視鏡において、アングルワイヤ
を用いて湾曲部を操作する機構の一例について図を参照
して説明する。
【0003】図13は従来の内視鏡の内部構造を説明す
る模式図であり、内視鏡を操作する機構に直接関係のな
い部分は省略して描いている。内視鏡は湾曲部を上下・
左右に操作可能であるが、左右に操作する機構は上下に
操作する機構と同様であるので、上下に操作するのに関
する部分のみを記載して、左右に操作する機構に関して
は記載を省略している。
【0004】内視鏡201は操作部202、蛇管20
3、湾曲部204の部分に大別される。操作部202は
操作者が湾曲部204を操作したり、その他必要な操作
をする部位である。操作部202には可撓性を有する材
質より成る管状の部材である蛇管203が接続される。
蛇管203には前口金210を介して湾曲部204が接
続される。湾曲部204は多数の円筒形の湾曲駒211
どうしが、上下と左右の回動軸を交互に介して連結され
た構造をしており、全体として上下左右に屈曲可能な管
状の部材と成っている。湾曲部204の先端には、挿入
方向を観察する図示しないレンズ光学系や、種々の処置
具を延出させる図示しない開口部等が配設されている。
【0005】操作部202の内部には、図示しないアン
グルノブと同軸にスプロケット205が回転自在に取付
けられており、スプロケット205の全外周には噛み合
い歯206が複数立設されている。この噛み合い歯20
6に、スプロケット205の外周の約半周の部分で噛み
合うようにして、チェーン207が係合しており、チェ
ーン207の両端にそれぞれ、第1のアングルワイヤ2
08の一端と第2のアングルワイヤ209の一端が取付
られている。第1のアングルワイヤ208及び第2のア
ングルワイヤ209は蛇管203と湾曲部204の内部
を貫通し、湾曲部204の先端部の両側に各ワイヤの他
端が各々取付けられている。また、第1のアングルワイ
ヤ208及び第2のアングルワイヤ209は蛇管203
内部において、それぞれCP(コイルパイプ)212の
内部を貫通している。CP212は、操作部202と蛇
管203の境界に配設された仕切り板状の部材であるC
P止め金213の開口に取付けられた管状のCP止め2
14に一端が取付けられ、他端が蛇管203と湾曲部2
04の境目にある前口金210に同様に取付けられたC
P止め214に取付けられている。
【0006】操作者が湾曲部204を操作する場合に
は、図示しないアングルノブを回動操作することによ
り、このアングルノブと同軸に形成されたスプロケット
205を回動させる。例えば、図示したように矢印A1
の方向にスプロケット205が回動すると、この回動運
動はスプロケット205と係合するチェーン207を介
して第1のアングルワイヤ208と第2のアングルワイ
ヤ209に伝えられ、第1のアングルワイヤ208は矢
印B1の方向に変位し、第2のアングルワイヤ209は
矢印C1の方向に変位する。この変位によって、湾曲部
204において第1のアングルワイヤ208は蛇管20
3側に引き込まれて短くなり、この張力によって湾曲部
204は上側に屈曲する。
【0007】いま、アングルノブを逆方向に回動させる
と、スプロケット205は矢印A2の方向に回動し、こ
の回動により第1のアングルワイヤ208は矢印B2の
方向に変位し、第2のアングルワイヤ209は矢印C2
の方向に変位する。この結果、湾曲部204において、
第2のアングルワイヤ209は蛇管203側に引き込ま
れて短くなるので、湾曲部204は下側に屈曲する。
【0008】図示はしなかったが、湾曲部204を左右
に屈曲させる機構も同様に構成されている。もちろん、
実際の内視鏡では、観察用の光を光源より湾曲部4の先
端に導く光ファイバーより成るライトガイドや、CCD
等の撮像素子で撮像した画像信号を導く信号線等も湾曲
部204や蛇管203の内部を貫通していることは言う
までもない。
【0009】上述の従来技術では、アングルノブを手動
で操作したが、電動の機構を用いて湾曲部204を操作
してもよい。例えば、特開平5−329097号公報に
は、内視鏡の光源装置にモータを配置し、このモータの
回転をクラッチ板を介して、ユニバーサルケーブル内の
回転伝達部材に伝え、この回転伝達部材の回転でスプロ
ケットを回転させる機構が開示されている。
【0010】また、特開平8−286123号公報及び
特開平8−19511号公報には、長期の繰り返し使用
によって伸びてしまったアングルワイヤの張りを適切に
再調整する技術が開示されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の内視鏡によって、アングルノブを一方向に回動
させ、一方のアングルワイヤを蛇管側に引き込んで湾曲
部を屈曲させると、他方のアングルワイヤに弛みが発生
してしまう。これは、一方のアングルワイヤが蛇管側に
引き込まれる量と理想的には同じだけ、他方のアングル
ワイヤがスプロケットによって送り出されるわけだが、
主にアングルワイヤとCPの間の摩擦により、アングル
ワイヤが内視鏡先端までスムーズに送りだされず、途中
で弛みが発生してしまうものである。
【0012】この弛みのため、アングルノブの回動方向
を反転させて、内視鏡の先端を逆方向に振ろうとするば
あい、アングルワイヤの弛みが解消されるまで内視鏡の
先端が動かず、操作上の応答性を悪化させていた。ま
た、アングルノブを使っての内視鏡の先端位置の微調整
を困難にしていた。
【0013】本発明は上記課題に鑑み、操作性のよい内
視鏡を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の内視鏡は、湾曲部を有する可橈管
と、上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行
なうアングルワイヤと、上記アングルワイヤを駆動する
駆動手段とを具備する内視鏡において、上記アングルワ
イヤの弛みを制御する弛み制御手段をさらに具備するこ
とを特徴とする。
【0015】本発明の第2の内視鏡は、湾曲部を有する
可橈管と、上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操
作を行なうアングルワイヤと、上記アングルワイヤを駆
動する駆動手段と、上記アングルワイヤの基準位置から
の変位を検出する変位検出手段と、上記アングルワイヤ
の変位方向を検出する変位方向検出手段と、上記変位検
出手段と上記変位方向検出手段の出力を用いて、上記ア
ングルワイヤの弛みを制御する弛み制御手段とを具備す
ることを特徴とする。
【0016】本発明の第3の内視鏡は、湾曲部を有する
可橈管と、上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操
作を行なうアングルワイヤと、上記アングルワイヤを駆
動する駆動手段と、上記アングルワイヤの張力を検出す
る張力検出手段と、上記アングルワイヤの基準位置から
の変位を検出する変位検出手段と、上記アングルワイヤ
の変位方向を検出する変位方向検出手段と、上記張力検
出手段と上記変位検出手段と上記変位方向検出手段の出
力を用いて、上記アングルワイヤの弛みを制御する弛み
制御手段とを具備することを特徴とする。
【0017】すなわち、本発明の第1の内視鏡は、湾曲
部をアングルワイヤで駆動する場合に、アングルワイヤ
の弛みが制御される。本発明の第2の内視鏡は、湾曲部
をアングルワイヤで駆動する場合に、アングルワイヤの
基準位置からの変位とアングルワイヤの変位方向を検出
して、この出力をもとにアングルワイヤの弛みが制御さ
れる。
【0018】本発明の第3の内視鏡は、湾曲部をアング
ルワイヤで駆動する場合に、アングルワイヤの張力とア
ングルワイヤの基準位置からの変位とアングルワイヤの
変位方向を検出して、この出力をもとにアングルワイヤ
の弛みが制御される。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。 (第1の実施の形態)図1は本実施の形態の内視鏡の説
明図である。本実施の形態の関わる内視鏡は操作を電動
化し、操作部に取付けたモータの回転を制御することに
よって湾曲部の操作をする、いわゆる電動内視鏡になっ
ている。また、本実施の形態は操作部の構成及び制御方
法に特徴があり、蛇管や湾曲部の構成は図13を参照し
て説明した従来技術と同様であるので、これらの部分は
説明を省略する。また、従来技術の説明と同様に、湾曲
部を左右に屈曲させる構成については記述を省略してい
る。
【0020】内視鏡1は操作部2、蛇管3、湾曲部4に
大別され、蛇管3および湾曲部4は、上述した従来技術
と同様の構成である。操作部2の外部には、ロータリエ
ンコーダ10、モータ11、ギヤヘッド12が取付けら
れており、ギヤヘッド12の回転軸は操作部2内部のス
プロケット5とも同軸になっている。スプロケット5の
外周には、全外周に渡って噛み合い歯6が複数立設され
ており、スプロケット5の外周の約半周の部分で噛み合
うようにして、チェーン7が係合しており、チェーン7
の両端にそれぞれ、第1のアングルワイヤ8の一端と第
2のアングルワイヤ9の一端が取付られている。この第
1のアングルワイヤ8及び第2のアングルワイヤ9は蛇
管3の中に配設されたCP(コイルパイプ)の中を貫通
して、湾曲部4の先端に結合していることは従来技術と
同様である。また、各アングルワイヤの張力を検出する
テンションセンサー13が各々設置されている。
【0021】モータ11は駆動手段に対応し、図示しな
い制御回路によって制御され、ギヤヘッド12を介して
スプロケット5を自在に回動させることにより、第1の
アングルワイヤ8及び第2のアングルワイヤ9を駆動す
る。
【0022】ギヤヘッド12はモータ11の回動をスプ
ロケット5の回動に相応しい回動速度に変換する機構で
ある。ロータリエンコーダー10は変位検出手段および
変位方向検出手段に対応し、モータ11の回動量及び変
位目標との差異を検出することにより、アングルワイヤ
の基準位置よりの変位及びアングルワイヤの変位方向を
検出する部材である。もちろん、モータ11の回動量及
び変位目標との差異を検出する代わりに、スプロケット
5の回動量及び回動方向を検出してもよいし、アングル
ワイヤの変位および変位方向を直接検出する構成として
もよい。
【0023】テンションセンサー13は張力検出手段に
対応し、各アングルワイヤに対応して設けられている。
構造としては、アングルワイヤを一方より2つの定滑車
で、他方より1つの動滑車で挟み込む。動滑車はアング
ルワイヤへの垂線方向に所定距離移動可能であり、アン
グルワイヤに押し付く方向に付勢されている。アングル
ワイヤからはその張力に応じて、上記付勢方向と逆方向
の反発力が滑車に伝わるので、この反発力によって動滑
車がアングルワイヤから遠ざかる方向に移動する量を測
定することにより、アングルワイヤの張力を検出するこ
とができる。
【0024】また、図1には示されていない制御部は、
弛み制御手段及び駆動制御手段に対応し、モータ11の
駆動速度を変化させることにより弛みを制御する。制御
部の制御内容は図6を用いて後述する。
【0025】操作者が湾曲部4を操作しようとする場
合、図示しない操作入力部を操作して、変位目標情報を
含む操作指令信号を図示しない制御部に送る。入力操作
部は操作手段に対応し、アンクルワイヤの駆動指令を発
生する部位である。制御部はこの操作指令信号に対応し
たモータの制御命令を生成して、モータ11へ制御命令
を送る。モータ11は制御命令に基づいて回転軸を回動
させ、その回動はギヤヘッド12により異なる速度に変
更され、スプロケット5が回動する。スプロケット5の
回動は係合するチェーン7を経由して第1のアングルワ
イヤ8及び第2のアングルワイヤ9に伝達され、第1の
アングルワイヤ8と第2のアングルワイヤ9は逆方向に
変位する。この変位により、湾曲部4の先端が上下に屈
曲する。
【0026】ロータリエンコーダ10は、モータ11の
回転および変位目標との差異を測定することにより、第
1のアングルワイヤ8及び第2のアングルワイヤ9の変
位及び変位方向を検出する。また、テンションセンサ1
3は各アングルワイヤの張力を検出する。
【0027】次に、図2を用いて、この内視鏡1の内部
で発生するアングルワイヤの弛みを説明する。図2はア
ングルワイヤの弛みの発生を説明する模式図である。図
2(a)はアングルワイヤに弛みが無く、湾曲部4も屈
曲していない初期状態を示してる。スプロケット5には
チェーン7が係合し、チェーン7の一端に第1のアング
ルワイヤ8の一端が結合され、第1のアングルワイヤ8
の他端は、内視鏡の湾曲部を近似する弾性梁20の先端
部21に固定されている。チェーン7の他端に第2のア
ングルワイヤ9の一端が結合され、第2のアングルワイ
ヤ9の他端は、弾性梁20の先端部21に固定されてい
る。弾性梁20は固定部22のみが空間的に固定され、
それ以外の部位は弾性をもって屈曲するようになってい
るので、第1のアングルワイヤ8あるいは第2のアング
ルワイヤ9に引っ張られることにより屈曲可能になって
いる。
【0028】各アングルワイヤの途中には、アングルワ
イヤが受ける摩擦抵抗を近似するため、パッド23が両
側からアングルワイヤを挟むように複数配設されてい
る。また、弾性梁20とアングルワイヤの角度を適切に
し、弾性梁を容易に屈曲可能にするための、ガイド滑車
24が複数配設されている。各アングルワイヤの途中に
は変位を検出するための仮想的なマーク26及び27が
つけられており、初期状態では、各マークは基準線25
上に位置している。
【0029】いま、図2(a)の状態では、スプロケッ
ト5が回動しておらず、各アングルワイヤに弛みはな
く、弾性梁20も真っ直ぐになっている。ここで、スプ
ロケット5を矢印Lの方向にθだけ回動させて、各アン
グルワイヤを変位させた場合の様子を図2(b)に示
す。スプロケット5の回動にともない、チェーン7を通
じて第1のアングルワイヤ8がスプロケット5側に巻き
取られる。この場合、スプロケット5の半径をrとする
と、rθの長さが巻き取られることになる。これによ
り、第1のアングルワイヤのマーク26は基準線25よ
りrθだけ左側に変位する。
【0030】一方、第2のアングルワイヤ9は、スプロ
ケット5の回動によってrθだけスプロケット5より押
し出される。しかし、アングルワイヤは可撓性をもつた
め、パッド23で近似される周囲との摩擦によって途中
で弛みを発生させる。この弛み量を△xとすると、第2
のアングルワイヤのマーク27は基準線25より、rθ
―△xしか右に変位しない。この弛み量△xは、アング
ルワイヤと周囲との摩擦を低減すれば軽減されるが、こ
れは困難である。また、このときの弾性梁20の先端2
1の屈曲量をhとする。
【0031】次に、スプロケット5を反転させて、矢印
Rの方向に初期状態よりθだけ回動させ、各アングルワ
イヤを変位させたときの状態を図2(c)に示す。この
場合は、スプロケット5の回動に伴い、徐々に第2のア
ングルワイヤの弛みが解消されてゆくが、弛みが残って
いるうちは、第2のアングルワイヤには張力が発生しな
い。このため、弾性梁20の屈曲を戻して逆方向に屈曲
させてゆく力も、弾性梁20の弾性力のみで第2のアン
グルワイヤの張力の寄与分がない。このため、アングル
ワイヤと周囲との摩擦にもよるが、この区間での弾性梁
20の屈曲は、第2のアングルワイヤに初めから弛みが
無かった場合に比較して、かなり小さなものになる。通
常では、アングルワイヤと周囲の摩擦が十分高いので、
この区間では弾性梁20は屈曲しない不感区間となって
いる。
【0032】さらに、スプロケット5を回動させてゆく
と、第2のアングルワイヤの弛みも解消され、弾性梁2
0は屈曲を開始する。スプロケット5が基準位置よりθ
だけ矢印Rの方向に変位した位置では、弾性梁20は図
2(b)の時とは逆に下方向に屈曲しているが、この時
の屈曲量h'は、屈曲開始が遅れる分だけ少なくなり、
h'は図2(b)の時の屈曲量hより小さくなる。
【0033】このように、一旦アングルワイヤに弛みが
発生すると、この弛みにより、スプロケット5の回動に
湾曲部4が追従して屈曲しない不感区間が発生する。こ
のため、スプロケット5の回動動作と湾曲部4の屈曲は
ヒステリシスを有するようになり、スプロケットを逆方
向に同量だけ回動させた場合でも、湾曲部4の屈曲は異
なる量となる。
【0034】この様子を図3〜図5で説明する。アング
ルワイヤの弛みは基準位置よりの変位量(基準位置より
右、あるいは左にどの程度変位しているか)及び、変位
運動の方向(右に変位中か、左に変位中か)に大きく関
係する。しかし、内視鏡には複数のアングルワイヤが使
用されているので、変位を説明するばあい、どのアング
ルワイヤの変位かをいちいち記述しなければならず繁雑
である。一方、これらのアングルワイヤの変位はスプロ
ケット5の回動に連動するので、アングルワイヤの変位
量や変位方向を記述する場合、スプロケットの回動量や
方向を代わりに記載すれば、アングルワイヤを特定する
必要もなく、簡潔にアングルワイヤの変位状態を説明で
きる。このため、図3〜図5では、アングルワイヤの基
準位置からの変位の代わりにスプロケットの基準位置よ
りの回動量を用い、アングルワイヤの変位方向の代わり
にスプロケットの回動方向を用いて説明している。
【0035】図3で横軸はスプロケット5の基準位置よ
りの回動角度であり、左回り(反時計回り)方向の回動
を正とし、右回り(時計回り)の回動を負としている。
これは即ち、アングルワイヤの基準位置よりの変位量に
対応する量である。縦軸はスプロケット5の回動速度で
あり、水平座標軸より上にあれば左回りに回動中であ
り、下にあれば右回りに回動中である。これは即ち、ア
ングルワイヤの変位方向に対応している。
【0036】このように座標軸をとると、図3の象限
ではスプロケットは基準位置より左(正)に回動してお
り、回動運動の方向は左である。このため、第1のアン
グルワイヤ8は基準位置より左にあり、左に変位中であ
る。第2のアングルワイヤ9は基準位置より右にあり、
右に変位中である。
【0037】象限では、スプロケットは基準位置より
左に回動しており、回動運動の方向は右である。このた
め、第1のアングルワイヤ8は基準位置より左にあり、
右に変位中である。第2のアングルワイヤ9は基準位置
より右にあり、左に変位中である。
【0038】象限では、スプロケットは基準位置より
右に回動しており、回動運動の方向は右である。このた
め、第1のアングルワイヤ8は基準位置より右にあり、
右に変位中である。第2のアングルワイヤ9は基準位置
より左にあり、左に変位中である。
【0039】象限では、スプロケットは基準位置より
右に回動しており、回動運動の方向は左である。このた
め、第1のアングルワイヤ8は基準位置より右にあり、
左に変位中である。第2のアングルワイヤ9は基準位置
より左にあり、右に変位中である。
【0040】いま、スプロケット5を象限、、、
の順に回動させてゆくとする。この様子を図4に示
す。まず、象限では第2のアングルワイヤ9がスプロ
ケット5より押し出されつつあるので、第2のアングル
ワイヤ9に弛みが蓄積されつつある。次に、スプロケッ
ト5の回動方向が反転し、象限に移ると、第2のアン
グルワイヤ9の弛みが解消され、その後、第2のアング
ルワイヤに張力が発生する。各アングルワイヤの回動位
置が基準位置を越えて、象限に移ると、今度は第1の
アングルワイヤ8がスプロケット5により押し出される
ので、第1のアングルワイヤ8に弛みが蓄積されてゆ
く。そして、スプロケット5の回動方向が反転し、象限
に移ると、第1のアングルワイヤ8の弛みが解消さ
れ、その後、第1のアングルワイヤ8に張力が発生す
る。
【0041】上述したように、発生した弛みが解消する
までの区間は、スプロケット5の回動に湾曲部4の屈曲
が追従しない不感区間となるので、図4の象限及び象
限で不感区間が存在することになる。すなわち、基準
位置よりある角度スプロケットを回動させ、その回動位
置からスプロケット5を逆転させて基準位置まで戻すば
あい、基準位置まで戻る区間で不感区間が存在し、内視
鏡の操作性が悪化する。
【0042】図5は実際の内視鏡のスプロケットの操作
に近づけるため、スプロケット5の回動を小刻みに切り
換えた場合の説明図だが、図のの部分は内視鏡の操
作性が悪化する区間である。このように、実際の内視鏡
の操作において、頻繁に操作性が悪化する現象が発生し
ている。
【0043】次に、本実施の形態におけるアングルワイ
ヤの弛みの制御を説明する。図6は本実施の形態の内視
鏡各部における制御情報の流れを示すブロック図であ
る。この図では、アングルワイヤの変位目標値情報を入
力とし、この変位目標値情報にアンクルワイヤの実際の
変位を近づけるべく、情報を帰還させて制御する様子を
描いている。
【0044】操作者より与えられたアングルワイヤの変
位目標値情報は入力ブロック101に入力され、加算器
102、差分器103、補償器104、増幅器105を
経由してモータの制御電圧情報としてモータブロック1
06に入力する。モータブロック106では、この情報
からモータの回動によって回動角情報と回動トルク情報
が発生し、スプロケット・チェーンブロック107に入
力される。スプロケット・チェーンブロック107で
は、これらの情報から、スプロケット5の回動によりス
プロケットに係合するチェーン7の張力情報と変位情報
が発生し、内視鏡ブロック108に入力する。内視鏡ブ
ロック108ではこれらの情報から、チェーン7と接続
された第1及び第2のアングルワイヤが駆動され、第1
のアングルワイヤの張力情報と、第2のアングルワイヤ
の張力情報と、湾曲部4先端の屈曲変位情報が発生す
る。
【0045】また、モータブロック106で発生した回
動角情報は、アングルワイヤの基準位置からの変位を示
す情報として、差分器103の減算入力側と状態判定ブ
ロック109にも入力される。さらに系への入力である
変位目標情報は、微分ブロック112で変位方向情報に
変換され、変位方向の情報として状態判定ブロック10
9に入力される。このように、状況判定ブロック109
には、アングルワイヤの基準位置からの変位を示す情報
と、アングルワイヤの変位方向を示す情報が入力され、
状況判定ブロックではこれらの情報から、図3で説明し
た象限のうち、現在どの象限にアングルワイヤがあるか
を示す象限状態情報を発生する。
【0046】この象限状態情報と、内視鏡ブロック10
8で発生した、第1のアングルワイヤの張力情報と、第
2のアングルワイヤの張力情報は張力補償ブロック11
0に入力される。張力補正ブロックではこれらの情報か
ら、補償情報を発生させ、加算器102に入力すること
で帰還が完成する。
【0047】次に、状況判定ブロック109の処理の内
容を説明する。まず、状況判定ブロック109でアング
ルワイヤの基準位置からの変位を示す情報と、アングル
ワイヤの変位方向を示す情報を用いて、図3で説明した
象限のうち、現在どの象限にアングルワイヤがあるかを
判断する。すなわち、図3の説明で記載したように、ス
プロケットの回動角θ、回動方向をθとすると、正なら
左、負なら右であるので、 θ>0 かつ θ>0 象限 θ>0 かつ θ<0 象限 θ<0 かつ θ<0 象限 θ<0 かつ θ>0 象限 このように象限を判断し、象限状態情報を発生する。
【0048】つぎに、張力補償ブロック110の処理の
内容を説明する。張力補償ブロック110では、次の式
により補償情報である補正値を生成している。 象限において T2<Thのとき TC=T2−Th T2≧Thのとき TC=0 象限において T1<Thのとき TC=―(T1−Th) T1≧Thのとき TC=0 上記以外の象限 TC=0 ここで、TCは補正値、T1は第1のアングルワイヤの
張力、T2は第2アングルワイヤの張力、Thはワイヤ
の弛みを判断するスレッシュホールド値である。Thは
例えば200gf程度に設定されている。
【0049】この式を説明する。例えば象限は基準位
置より左に振られたスプロケットが基準位置に戻って行
く方向に移動する象限である。ここでは、始め第2のア
ングルワイヤには弛みがあり、それがスプロケットの回
動により解消されてゆく。また、第1のアングルワイヤ
の張力T1は始めは強いが、変位が基準位置に近づくに
つれて減少してゆく。このため、初期のT2<Thの区
間では、補正値TCをT2−Thとしている。この場合
TCは負の値となるが、スプロケットは回動角θが減少
する方向で回動中なので、負の補正値をとることは、よ
り回動の速度を速める方向に補正することを意味する。
また、T2がスプロケットの回動につれて増加し、T2
=Thとなった後は、TC=0としている。
【0050】このTCは増幅器111で所定の倍率に増
幅され、加算器102で変位目標値情報と加算され、差
分器で103でモータの回動角情報との差分が取られ
て、補償器104に入力され、モータの制御電圧信号が
生成される。補償器104への入力PIDは、 PID=θd−θ+a×TC となる。但し、θdは変位目標情報、θは回動角情報、
aは増幅器111の増幅率であり、
【0051】
【数1】
【0052】という一般的なPIDフィルターを構成す
ることも可能である。ここで、PはPゲイン、IはIゲイ
ン、DはDゲインである。この式より分かるように、象限
では変位目標と現在の回動角情報の差に基づいてモ
ータが制御されるが、象限ではアングルワイヤの張
力に基づいた数値a×TCだけ制御量が変化する。TC
は始め象限では負、象限では正であり、徐々に絶対
値が減少して0になるので、モータの駆動速度が始めは
速く、後半には通常の速度になるように制御される。こ
のため、始めの速い動きの分、アングルワイヤの張力が
速く回復し、アングルワイヤの弛みが早く解消される。
【0053】このように、本制御では、アングルワイヤ
の基準位置からの変位情報と、アングルワイヤの変位方
向情報と、アングルワイヤの張力情報を用いて、補償情
報を発生し、これを帰還させてアングルワイヤの張力を
制御し、弛みを制御している。
【0054】なお、アングルワイヤの基準位置からの変
位情報はロータリエンコーダ10の出力を用いて検出
し、アングルワイヤの変位方向情報は変位目標入力を微
分して検出し、アングルワイヤの張力情報はテンション
センサー13で検出することは上述した通りである。
【0055】本実施形態の制御結果を実測結果で説明す
る。図7はスプロケット5を回動させて、象限から、
象限、象限、象限と操作した場合の、各アングル
ワイヤに加わる張力の変化を示すものである。象限に
おいて、スプロケットの回動を表わす曲線31の変化に
ともなって、操作部2に近い部位の第1のアングルワイ
ヤの張力曲線32及び湾曲部4に近い部位の第1のアン
グルワイヤの張力曲線33が上昇している。象限に入
ると第1のアングルワイヤの張力曲線32・33は初期
に急激に減少し、その後徐々に減少している。これは、
本実施形態の弛み制御をすることにより、象限のの初
期でモータが素早く駆動され、この結果、第1のアング
ルワイヤの張力が急激に変化しているものである。同様
に、象限において、スプロケットの回動を表わす曲線
31の変化にともなって、操作部2に近い部位の第2の
アングルワイヤの張力曲線34及び湾曲部4に近い部位
の第2のアングルワイヤの張力曲線35が上昇してい
る。象限に入ると第2のアングルワイヤの張力曲線3
4・35は初期に急激に減少し、その後徐々に減少して
いる。これも、本実施形態の弛み制御をすることによ
り、象限の初期でモータが素早く駆動され、この結
果、第2のアングルワイヤの張力が急激に変化している
ものである。
【0056】なお、図7のグラフにおいて、波形の乱れ
(小さなリップル)が見られるが、これはローパスフィ
ルター等のレスポンスを緩和する手段を追加することに
より改善可能である。例えば、図6のブロック図におい
て、増幅器111の出力側と微分器112の出力側にロ
ーパスフィルタを挿入すれば、より好ましい特性が得ら
れる。
【0057】図8はスプロケット5を回動させて、象限
から、象限、象限、象限と操作した場合の、各
アングルワイヤの変位位置を、本実施形態の制御をした
場合と制御をしなかった場合で比較した図である。湾曲
部4はアングルワイヤに引っ張られて屈曲するため、張
力を持っている方のアングルワイヤの変位量と湾曲部4
の屈曲量は対応している。このため、象限とでは第
1のアングルワイヤの変位量が、象限とでは第2の
アングルワイヤの変位量が湾曲部4の屈曲に対応する。
【0058】制御を実施しなかった場合は、象限でス
プロケット5の回動を示す曲線41とともに第1のアン
グルワイヤの変位曲線42が上昇している。しかし、象
限に入るとスプロケット5の回動を示す曲線41の減
少するタイミングより、第1のアングルワイヤの変位曲
線42が減少するタイミングが遅れてる。また、象限
でスプロケット5の回動を示す曲線41とともに第2の
アングルワイヤの変位曲線42が減少している。しか
し、象限に入るとスプロケット5の回動を示す曲線4
1の上昇するタイミングより、第2のアングルワイヤの
変位曲線43が上昇するタイミングが遅れてる。このよ
うに、制御を実施していない場合には、スプロケット5
の回動の反転のタイミングと、張力をもつ方のアングル
ワイヤ(象限では第1、象限では第2)の変位
の反転のタイミングがずれている。
【0059】制御を実施した場合には、スプロケット5
の回動を示す曲線41の反転のタイミングに合わせて、
第1のアングルワイヤの変位曲線44の反転のタイミン
グや第2のアングルワイヤの変位曲線45の反転のタイ
ミングが来ている。
【0060】これより、内視鏡の応答性が改善され、ス
プロケット5の回動運動に湾曲部4の屈曲運動がレスポ
ンス良く追従するようになったことが判る。 (第2の実施の形態)次に、本発明の第2の実施の形態
を説明する。第1の実施の形態はアングルワイヤの変位
情報と変位方向情報と張力情報を用いて、アングルワイ
ヤの弛みを制御しているが、本第2の実施の形態は、ア
ングルワイヤの張力情報は用いていないことを特徴とす
る。
【0061】本実施の形態は、アングルワイヤの張力情
報を用いない点のみが第1の実施の形態と異なり、他の
点は同様であるので、以下の説明では、重複部分の説明
を省略し、差異の部分のみ説明する。
【0062】図9は本実施の形態の内視鏡の説明図であ
る。図1に比較して、テンションセンサーが無い点のみ
が異なっており、後は同様である。図10は本実施の形
態の内視鏡各部における制御情報の流れを示すブロック
図である。図6に比較して、内視鏡ブロック108より
の各アングルワイヤの張力情報を示す矢印が無い点が異
なり、後は同様である。
【0063】本実施の形態では張力補償ブロック110
の作用のみが異なっているので、この点を説明する。ア
ングルワイヤの弛みを制御するには、現在の弛みの状態
を推定し、弛みが多い状態ではスプロケットを素早く回
動させて弛みを速く巻き取り、弛みが無い状態ではスプ
ロケットを遅く回動させて、前に速く回動させた分とバ
ランスをとる必要がある。このように弛みの状態を推定
するには張力を使う方法もあるが、アングルワイヤの変
位情報と変位方向情報を用いても推定することができ
る。本実施の形態においては、張力補償ブロック110
は、次の式により補償情報である補正値TCを生成して
いる。
【0064】象限において
【0065】
【数2】
【0066】上記以外の象限 TC=0 θはロータリエンコーダ10で測定される基準位置より
のモータの回動量であり、アングルワイヤの変位量に対
応する。また、Tは張力補償量の減衰率を決める量、t
は判定によって張力補償が行なわれている経過時間
を示す。
【0067】この式においては、象限においてモー
タの回動がまだ大きい区間では、まだアングルワイヤの
変位量も大きく、蓄積された弛みも大きいので、補正値
TCが大きな値をとるようになっている。また、象限が
切り換ってからの時間が経過するとともに、モータが回
動して基準位置に近づくにつれ、補正量TCはゼロに漸
近してゆくことになる。
【0068】この補償値TCを用いて、補償器104へ
の入力PIDを PID=θd−θ+a×TC としているのは、第1の実施の形態を同じである。但
し、θdは変位目標情報、θは回動角情報、aは増幅器
111の増幅率である。
【0069】本実施の形態では、テンションセンサーを
不要にして構成したので、部品数の削減、調整の簡易化
等に優れたものである。 (第3の実施の形態)次に、本発明の第3の実施の形態
を説明する。第3の実施の形態はアングルワイヤの変位
情報と変位方向情報と張力情報を用いてアングルワイヤ
の弛みを制御しているが、この際、張力は所定の張力以
上か以下かを検出するスイッチで2値的に測定するにと
どまり、構成の簡易化を図っている。
【0070】本実施の形態は、アングルワイヤのアナロ
グ張力情報を用いない点のみが第1の実施の形態と異な
り、他の点は同様であるので、以下の説明では、重複部
分の説明を省略し、差異の部分のみ説明する。
【0071】内視鏡の説明図は、第1の実施形態と同様
に図1で表わされるが、テンションセンサー13がテン
ションスイッチである点が異なっている。内視鏡各部に
おける制御情報の流れを示すブロック図は、第1の実施
の形態と同様に図6で表わされるが、張力情報の矢印の
中身が2値である点が異なっている。
【0072】図11は本実施の形態における、テンショ
ンスイッチを示している。構造としては、アングルワイ
ヤを一方より2つ、他方より1つの滑車51で挟み込
み、この他方よりの1つ滑車51がアングルワイヤへの
垂線方向に移動可能であり、アングルワイヤに押し付く
方向に付勢されている。この移動可能な1つの滑車の移
動経路中にリミットスイッチ52を設け、アングルワイ
ヤに加わる張力が所定の値以上の場合は、滑車51が移
動して、このリミットスイッチ52が押下されるように
構成されている。このようなテンションスイッチを用い
て、アングルワイヤの張力の所定の値、例えば400g
f以上になったことを検出することができる。
【0073】このテンションスイッチよりの情報を用い
て、以下のように補償値TCを作成している。 象限において TC=k (スイッチオン) TC=−k (スイッチオフ) 上記以外の象限 TC=0 ここで、kは予め決めておいた値であり、良好な特性が
えられるように実験的に求めたものである。また、テン
ションスイッチが入る張力も実験的に求められている。
【0074】本実施の形態は他の点では第1の実施の形
態を同様である。本実施の形態においては、テンション
スイッチのオン・オフで簡易に制御しているので、回路
が簡易化できる。また、テンションセンサーの調整等が
不要になり、メンテナンスが容易となる。
【0075】上記各実施の形態では、アングルワイヤの
変位を検出するのに、モータ11の回動量をエンコーダ
10で検出し、これよりギヤヘッド12の変速比を考慮
してスプロケット5の回動量を計算し、これをスプロケ
ット5の半径rを考慮してアングルワイヤの変位量にし
ている。しかし、アングルワイヤの変位を直接検出して
もよいのはもちろんである。例えば、アングルワイヤの
表面に反射率の異なる縞模様を周期的につけ、この縞模
様に光を照射し、反射光の強度変化を検出すれば、変位
方向が既知ならアングルワイヤの変位を検出することが
できる。また、ラックピニオン的な機構をアングルワイ
ヤに設けて、アングルワイヤの直線運動を回転運動に変
換し、ロータリエンコーダで検出してもよい。
【0076】また、図12に示すように、スプロケット
5にポテンショメータ53を取付け、より精密に測定す
るように構成してもよい。また、ポテンショメータを絶
対値型にして、パワーシャットダウン後もゼロ点を失わ
ないように構成することも可能である。
【0077】また、テンションセンサーは、圧力スイッ
チ・テンションアーム・ピエゾ圧電素子・歪みゲージ等
を用いて構成可能であり、さらには、モータの電流値よ
り推定してもよい。
【0078】上記各実施の形態では、アングルワイヤの
変位目標情報よりアングルワイヤの変位方向を判断し検
出している。しかし、変位検出手段で検出したアングル
ワイヤの変位量を微分して変位速度を求め、変位方向を
検出してもよい。
【0079】また、上記各実施の形態では、アングルワ
イヤの変位量と変位方向で象限を4つに区分して、各象
限に応じて制御を切り換えたが、これに限定されず、よ
り細かな条件を設けてアングルワイヤの弛みを精密に制
御してもよいことはもちろんである。また、この際、ア
ングルワイヤの変位速度や変位加速度など、他のパラメ
ータを追加してもよい。
【0080】さらに、スプロケットはアングルノブで手
動によって回動させ、弛み調整用にモータで回動動作を
補助させてもよい。本発明には以下の構成も含まれる。 (付記1) 湾曲部を有する可橈管と、上記可橈管に配
設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤ
と、上記アングルワイヤを駆動する駆動手段とを具備す
る内視鏡において、上記アングルワイヤの弛みを制御す
る弛み制御手段をさらに具備することを特徴とする内視
鏡。
【0081】この構成においては、湾曲部をアングルワ
イヤで駆動する場合に、アングルワイヤの弛みが制御さ
れる。これによって操作性の優れた内視鏡が提供でき
る。 (付記2) 湾曲部を有する可橈管と、上記可橈管に配
設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤ
と、上記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、上記ア
ングルワイヤの基準位置からの変位を検出する変位検出
手段と、上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位
方向検出手段と、上記変位検出手段と上記変位方向検出
手段の出力を用いて、上記アングルワイヤの弛みを制御
する弛み制御手段とを具備することを特徴とする内視鏡
この構成においては、湾曲部をアングルワイヤで駆動す
る場合に、アングルワイヤの基準位置からの変位と変位
方向を検出して、変位と変位方向をもとにアングルワイ
ヤの弛みが制御される。これによって操作性の優れた内
視鏡が提供できる。 (付記3) 湾曲部を有する可橈管と、上記可橈管に配
設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤ
と、上記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、上記ア
ングルワイヤの張力を検出する張力検出手段と、上記ア
ングルワイヤの基準位置からの変位を検出する変位検出
手段と、上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位
方向検出手段と、上記張力検出手段と上記変位検出手段
と上記変位方向検出手段の出力を用いて、上記アングル
ワイヤの弛みを制御する弛み制御手段とを具備すること
を特徴とする内視鏡。
【0082】この構成においては、操作部をアングルワ
イヤで駆動する場合にアングルワイヤの張力と基準位置
からの変位と変位方向を検出して、張力と変位と変位方
向をもとにアングルワイヤの弛みが制御される。これに
よって操作性の優れた内視鏡が提供できる。 (付記4) 湾曲部を有する可橈管と、上記可橈管に配
設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤ
と、上記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、上記ア
ングルワイヤの基準位置からの変位を検出する変位検出
手段と、上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位
方向検出手段と、上記駆動手段を制御する駆動制御手段
とを具備し、上記駆動制御手段は、上記変位検出手段と
上記変位方向検出手段の出力が所定の条件を満足した場
合とそれ以外の場合では、異なる制御をすることを特徴
とする内視鏡。
【0083】この構成においては、操作部をアングルワ
イヤで駆動する場合にアングルワイヤの基準位置からの
変位と変位方向を検出して、変位と変位方向が所定の条
件を満足した場合とそれ以外の場合ではアングルワイヤ
の駆動が異なるように制御される。これによって操作性
の優れた内視鏡が提供できる。 (付記5) 湾曲部を有する可橈管と、上記可橈管に配
設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤ
と、上記アングルワイヤの駆動指令を発生させる操作手
段と、上記操作手段の駆動指令に従って上記アングルワ
イヤを駆動する駆動手段と、上記アングルワイヤの張力
を検出する張力検出手段と、上記アングルワイヤの基準
位置からの変位を検出する変位検出手段と、上記アング
ルワイヤの変位方向を検出する変位方向検出手段と、上
記駆動手段を制御する駆動制御手段とを具備し、上記駆
動制御手段は、上記変位検出手段と上記変位方向検出手
段の出力が所定の条件を満足した場合は、上記駆動指令
による変位目標と上記張力検出手段の出力と上記変位検
出手段の出力と上記変位方向検出手段の出力に基づいて
制御し、それ以外の場合では、上記駆動指令による変位
目標と上記変位検出手段の出力に基づいて制御をするこ
とを特徴とする内視鏡。
【0084】この構成においては、操作部をアングルワ
イヤで駆動する場合にアングルワイヤの張力と基準位置
からの変位と変位方向を検出して、変位と変位方向が所
定の条件を満足した場合に変位目標と張力と変位と変位
方向に基づいてアングルワイヤの駆動を制御し、それ以
外の場合では変位目標と変位に基づいてアングルワイヤ
の駆動が制御される。これによって操作性の優れた内視
鏡が提供できる。
【0085】(付記6) 湾曲部を有する可橈管と、上
記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうア
ングルワイヤと、上記アングルワイヤの駆動指令を発生
させる操作手段と、上記操作手段の駆動指令に従って上
記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、上記アングル
ワイヤの張力を検出する張力検出手段と、上記アングル
ワイヤの基準位置からの変位を検出する変位検出手段
と、上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位方向
検出手段と、上記駆動手段を制御する駆動制御手段とを
具備し、上記駆動制御手段は、上記変位検出手段と上記
変位方向検出手段の出力より、変位が基準位置に近づく
ように変化していれば上記駆動指令による変位目標と上
記張力検出手段の出力と上記変位検出手段の出力と上記
変位方向検出手段の出力に基づいて制御をし、変位が基
準位置から遠ざかるように変化していれば上記駆動指令
による変位目標と上記変位検出手段の出力に基づいて制
御をすることを特徴とする内視鏡。
【0086】この構成においては、操作部をアングルワ
イヤで駆動する場合にアングルワイヤの張力と基準位置
からの変位と変位方向を検出して、変位と変位方向より
変位が基準位置に近づくように変化してれば変位目標と
張力と変位と変位方向に基づいてアングルワイヤの駆動
を制御し、変位が基準位置から遠ざかるように変化して
いれば変位目標と変位に基づいてアングルワイヤの駆動
が制御される。これによって操作性の優れた内視鏡が提
供できる。(付記7) 上記張力制御手段または駆動制
御手段は、レスポンスを緩和する緩和手段をさらに具備
することを特徴とする付記1から付記6の何れかに記載
の内視鏡。
【0087】この構成においては、付記1〜付記6記載
の内視鏡において、さらに特性が優れた制御ができる。 (付記8) 内視鏡のアングルワイヤの駆動を制御する
方法であり、アングルワイヤの駆動指令を発生し、アン
グルワイヤの基準位置からの変位を検出し、アングルワ
イヤの変位方向を検出し、上記駆動指定に従って、上記
変位と変位方向に基づいてアングルワイヤの弛みを抑制
するようにアングルワイヤを駆動することを特徴とする
内視鏡のアングルワイヤ駆動方法。
【0088】この方法によれば、操作性のよい、内視鏡
のアングルワイヤの駆動方法を提供できる。(付記9)
内視鏡のアングルワイヤの駆動を制御する方法であ
り、アングルワイヤの駆動指令を発生し、アングルワイ
ヤの張力を検出し、アングルワイヤの基準位置からの変
位を検出し、アングルワイヤの変位方向を検出し、上記
駆動指定に従って、上記張力と上記変位と変位方向に基
づいてアングルワイヤの弛みを抑制するようにアングル
ワイヤを駆動することを特徴とする内視鏡のアングルワ
イヤ駆動方法。
【0089】この方法によれば、操作性のよい、内視鏡
のアングルワイヤの駆動方法を提供できる。
【発明の効果】本発明の内視鏡によれば、操作性に優れ
た内視鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1および第3の実施の形態の内視鏡
を説明する模式図である。
【図2】アングルワイヤの弛みの発生を説明する模式図
である。
【図3】アングルワイヤの基準位置よりの変位と変位方
向の区分を説明する図である。
【図4】アングルワイヤの変位と変位方向の切り換えを
説明する図である。
【図5】アングルワイヤの変位と変位方向の実際場面で
の切り換えを説明する図である。
【図6】本発明の第1および第3の実施の形態における
制御情報の流れを示すブロック図である。
【図7】スプロケットの回動にともなうアングルワイヤ
の張力の変化を示す実験結果の図である。
【図8】スプロケットの回動にともなうアングルワイヤ
の変位の応答について、本発明の制御をしない場合とし
た場合を比較した実験結果の図である。
【図9】本発明の第2の実施の形態の内視鏡を説明する
模式図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態における制御情報
の流れを示すブロック図である。
【図11】テンションスイッチの構造を説明する図であ
る。
【図12】ポテンショメータの取付けを説明する図であ
る。
【図13】従来技術の内視鏡を説明する図である。
【符号の説明】
1 内視鏡 2 操作部 3 蛇管 4 湾曲部 5 スプロケット 7 チェーン 8 第1のアングルワイヤ 9 第2のアングルワイヤ 10 ポテンショメータ 11 モータ 13 テンションメータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】湾曲部を有する可橈管と、 上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なう
    アングルワイヤと、 上記アングルワイヤを駆動する駆動手段とを具備する内
    視鏡において、 上記アングルワイヤの弛みを制御する弛み制御手段をさ
    らに具備することを特徴とする内視鏡。
  2. 【請求項2】 湾曲部を有する可橈管と、 上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なう
    アングルワイヤと、 上記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、 上記アングルワイヤの基準位置からの変位を検出する変
    位検出手段と、 上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位方向検出
    手段と、 上記変位検出手段と上記変位方向検出手段の出力を用い
    て、上記アングルワイヤの弛みを制御する弛み制御手段
    とを具備することを特徴とする内視鏡。
  3. 【請求項3】 湾曲部を有する可橈管と、 上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なう
    アングルワイヤと、 上記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、 上記アングルワイヤの張力を検出する張力検出手段と、 上記アングルワイヤの基準位置からの変位を検出する変
    位検出手段と、 上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位方向検出
    手段と、 上記張力検出手段と上記変位検出手段と上記変位方向検
    出手段の出力を用いて、上記アングルワイヤの弛みを制
    御する弛み制御手段とを具備することを特徴とする内視
    鏡。
JP11613199A 1999-04-23 1999-04-23 内視鏡、及びアングルワイヤの駆動方法 Expired - Fee Related JP4436479B2 (ja)

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