JP2010213969A - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】操作補助力を更に大きく、更に高精度に発生させる場合でも、本体操作部のサイズや重量を増加させずに、操作性の良いパワーアシスト機能を発揮できる内視鏡を提供する。
【解決手段】本体操作部１５に設けられ湾曲部１１を所望の方向へ湾曲させる手動操作を行う湾曲操作部１７と、湾曲操作部１７と湾曲部１１とを連結して、湾曲操作部１７への操作に応じて湾曲部１１を湾曲させる湾曲駆動部２５と、湾曲操作部１７に加えた操作力を検出する操作力検出部２１と、操作力検出部２１により検出された操作力に対応する操作補助力を求める制御部（操作補助力演算部）２３と、駆動力伝達機構３１を介して湾曲駆動部２５，１９に駆動力を印加して操作補助力演算部で求めた操作補助力を発生させる回転駆動力発生部２９とを備え、回転駆動力発生部２９を附帯部２７に配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡挿入部の先端に湾曲部を有する内視鏡に関する。

従来より、体腔内や構造物の管内等を観察する装置として内視鏡が広く利用されている。内視鏡は、被検体内に挿入される内視鏡挿入部と、内視鏡挿入部の基端に連設された本体操作部とを有しており、内視鏡挿入部の先端側に、内視鏡挿入部を挿通した操作ワイヤの牽引操作により湾曲する湾曲部を設けたものがある。操作ワイヤは、本体操作部に配置されたアングルノブの操作により所望の方向に牽引されて、湾曲部を所望の方向へ湾曲させることができる。このような内視鏡において、湾曲部を湾曲させるためのアングルノブの操作力を軽減するため、操作ワイヤを牽引する補助となる操作補助力をアシスト用の駆動モータによりワイヤ牽引部材に付与するパワーアシスト機能付き内視鏡が特許文献１に記載されている。この内視鏡によれば、内視鏡の術者によるアングルノブの操作力に加えて、本体操作部内に設けた駆動モータによる操作補助力がアングルノブに加えられるため、操作力を軽減しつつ湾曲部を所望の量だけ湾曲させることができる。

特開２００５−２８０１８号公報

本発明は、操作補助力を更に大きく、更に高精度に発生させる場合でも、本体操作部のサイズや重量を増加させずに、操作性の良いパワーアシスト機能を発揮できる内視鏡を提供することを目的としている。

本発明は下記構成からなる。
被検体内に挿入され先端部付近に湾曲自在な湾曲部を有する内視鏡挿入部と、該内視鏡挿入部の基端側に連設された本体操作部と、該本体操作部にフレキシブルな軟性部を介して接続された附帯部と、を有する内視鏡であって、
前記本体操作部に設けられ前記湾曲部を所望の方向へ湾曲させる手動操作を行う湾曲操作部と、
前記湾曲操作部と前記湾曲部とを連結して、前記湾曲操作部への操作に応じて前記湾曲部を湾曲させる湾曲駆動部と、
前記湾曲操作部に加えた操作力を検出する操作力検出部と、
前記操作力検出部により検出された操作力に対応する操作補助力を求める操作補助力演算部と、
駆動力伝達機構を介して前記湾曲駆動部に駆動力を印加して前記操作補助力演算部で求めた操作補助力を発生させる回転駆動力発生部と、
を備え、
前記回転駆動力発生部を前記附帯部に配置した内視鏡。

本発明の内視鏡によれば、本体操作部に軟性部を介して接続された附帯部に操作補助力を発生させる回転駆動力発生部を配置したので、操作補助力を大きく、高精度に発生させる場合に回転駆動力発生部を大型化しても、本体操作部と内視鏡挿入部のサイズや重量を増加させずに、操作性を損なうことなく操作補助力を湾曲操作部に付与できる。これにより、術者の操作疲労を低減した操作性の良いパワーアシスト機能を発揮できる。

本発明の実施形態を説明するための図で、内視鏡および内視鏡を含む内視鏡システムの概略的なブロック構成図である。 湾曲部の湾曲角度と湾曲駆動部における回転トルクとの関係を示す説明図である。 一例として示す内視鏡の全体構成を表す斜視図である。 駆動力伝達機構の具体的構成を模式的に表した説明図である。 ワイヤ部材の端部の内部構造を示す一部断面構成図（ａ）と、Ａ−Ａ断面図（ｂ）である。 駆動力伝達機構による回転力の伝達の様子（ａ），（ｂ）を示す説明図である。 各ワイヤ部材を単独で用いた場合のワイヤ回転角と伝達されたトルクとの関係を示すグラフ（ａ），（ｂ）である。 駆動モータの回転と伝達されるトルクとの関係を示すグラフである。 内視鏡の操作補助力の付与手順を示すフローチャートである。 ワイヤ回転角に対するトルクの関係を示すグラフである。 第１の変形例としての駆動力伝達機構の構成および動作例（ａ），（ｂ）を示す構成図である。 第２の変形例としてのライトガイド軟性部の断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、内視鏡および内視鏡を含む内視鏡システムの概略的なブロック構成図である。
同図に示すように、内視鏡１００は、被検体内に挿入され先端部付近に湾曲自在な湾曲部１１を有する内視鏡挿入部１３と、この内視鏡挿入部１３の基端側に連設された本体操作部１５とを有している。

本体操作部１５は、内視鏡の術者が湾曲部１１を所望の方向に湾曲させる手動操作を行うための湾曲操作部１７を有し、湾曲操作部１７の操作により、内視鏡挿入部１３に沿って内挿された一対の操作ワイヤ１９の牽引と繰り出しが行われる。この操作ワイヤ１９の牽引と繰り出しによって、湾曲部１１を所望の方向に湾曲させ、内視鏡の観察方向が変更可能となる。

また、術者が湾曲操作部１７に加えた操作力は操作力検出部２１で検出され、制御部２３は、操作力検出部２１が検出した操作力に対応する操作補助力を湾曲駆動部２５に付与する。本内視鏡１００は、湾曲部１１を湾曲させるために湾曲操作部１７へ加える手動操作力を軽減するため、操作ワイヤ１９の牽引を補助する操作補助力を発生させ、この操作補助力を湾曲操作部１７に接続された湾曲駆動部２５に付与するパワーアシスト機能を有している。

この操作補助力は、制御部２３の指令によって、接続コネクタ２７に配置した回転駆動力発生部である駆動モータ２９を回転駆動し、その回転力を、駆動力伝達機構３１を介して湾曲駆動部２５に伝達することで得られる。ここで、接続コネクタ２７は、本体操作部１５にフレキシブルなライトガイド（ＬＧ）軟性部３３を介して接続され、本体操作部１５とは別体に構成される附帯部である。

この接続コネクタ２７は、内視鏡挿入部１３の先端に配置された不図示の照明光学系および撮像素子を含む撮像光学系に対し、照明光の供給および撮像素子からの観察画像の信号を入力する光源・信号処理装置３５に接続される。光源・信号処理装置３５は、内視鏡１００から出力された観察画像に、適宜な信号処理を施してモニタ３７に表示する。このように、内視鏡１００、光源・信号処理装置３５、およびモニタ３７を有する内視鏡システムは、湾曲操作のパワーアシスト機能を有する内視鏡１００により所望の観察画像を取得し、この取得した観察画像から画像診断を可能にしている。なお、制御部２３には後述する各種パラメータが記憶された記憶部３９が接続され、検出された操作力に対応する操作補助力を求める操作補助力演算部としても機能する。

ここで、湾曲操作のパワーアシスト機能について説明する。
図２に湾曲部の湾曲角度と湾曲駆動部における回転トルクとの関係を示した。図１の内視鏡挿入部１３の先端を湾曲部１１によってある湾曲角度θに湾曲させるためには、湾曲駆動部２５に所定のトルクＴＮを付与する必要がある。従前では術者が湾曲操作部１７にトルクＴＮ全てを付与することで、湾曲部１１を湾曲操作していた。その場合、術者の操作負担は大きく、内視鏡挿入部１３が体腔管壁に当接して受ける反力を、操作する指先で繊細に感じ取ることが難しくなる。そこで、湾曲操作のパワーアシスト機能を用いれば、術者の操作負担を軽減して、体腔管壁からの反力を確実に知覚させ、操作性や診断の正確性を高めることができる。特に、より大きな角度で湾曲させる場合や、より正確に湾曲させたい場合にその効果が大きく、有益となる。

具体的には、湾曲角度θの場合、湾曲に必要とされるトルクＴＮのうち、者の操作分をＴｗとし、残りのトルクＴａを操作補助力により補うことで、術者の操作するトルクＴｗを軽減する。操作補助力によるアシストトルクＴａは、湾曲部の湾曲角度θに応じて異なり、必要とされるトルクＴＮを超えないように設定する。アシストトルクＴａを、必要とされるトルクＴＮよりも常に小さく設定することで、湾曲操作の際に内視鏡挿入部１３が受ける反力が術者の手に知覚されるようになる。

上記構成の内視鏡１００によれば、図１に示す本体操作部１５にＬＧ軟性部３３を介して接続された接続コネクタ２７に、操作補助力を発生させる駆動モータ２９を配置しているので、駆動モータ２９によって本体操作部１５や内視鏡挿入部１３のサイズ、重量を増加させることがなく、操作性を高めたまま操作補助力を発生させることができる。つまり、操作補助力を更に大きくしたい場合や、更に高精度に発生させたい場合等に、駆動モータ２９の能力を高めたり、駆動モータ２９に接続される駆動機構を大型化したりしても、駆動モータ２９が本体操作部１５と内視鏡挿入部１３とは別体に配置されているので、内視鏡１００の操作性を損ねることがない。これによ、術者の操作疲労を低減した操作性の良いパワーアシスト機能を発揮することができる。

なお、上記構成例においては、トルクセンサ２１を用いて内視鏡のパワーアシストを行うことを説明しているが、これに限らず操作ワイヤ１９の移動量やアングルノブ４９Ａ，４９Ｂの回転角度を検出する回転角度センサなどで、湾曲部１１の湾曲角度を算出してパワーアシストを行う構成としても構わない。

次に、上記の基本構成を備えた内視鏡を、一適用例に基づいてより具体的に説明する。ここでは消化管用の電子内視鏡を例示して説明するが、これに限らず他の医用内視鏡、あるいは工業用内視鏡であっても構わない。

図３は一例として示す内視鏡の全体構成を表す斜視図である。
この内視鏡１００は、本体操作部１５と、この本体操作部１５に連設され被検体内に挿入される内視鏡挿入部１３とを備える。本体操作部１５には、フレキシブルなＬＧ軟性部となるユニバーサルコード４１が接続され、このユニバーサルコード４１の先端に、接続コネクタとしてのライトガイド（ＬＧ）コネクタ４３が配置されている。また、ＬＧコネクタ４３には同じく他の接続コネクタとしてのビデオコネクタ４５が接続されている。ＬＧコネクタ４３は図示しない光源装置に接続され、内視鏡挿入部１３先端に照明光を導入し、ビデオコネクタ４５は画像処理を行う図示しない信号処理装置に接続され、取得した観察画像を信号処理装置に出力する。

また、内視鏡１００の本体操作部１５には、内視鏡挿入部１３の先端側で吸引、送気、送水を実施するためのボタンや、撮像時のシャッターボタン等の各種操作ボタン４７が併設されるとともに、湾曲操作部１７である一対のアングルノブ４９Ａ，４９Ｂが設けられている。

内視鏡挿入部１３は、本体操作部１５側から順に軟性部５１、湾曲部１１、及び先端部５３で構成される。湾曲部１１は、前述したように本体操作部１５のアングルノブ４９Ａ，４９Ｂを回動することによって遠隔的に湾曲操作され、これにより、先端部５３を所望の方向に向けることができる。即ち、湾曲部１１は、アングルノブ４９Ｂの回動操作により、図３に点線で示す方向（左右湾曲方向と称する）へ湾曲し、アングルノブ４９Ａの回動操作により、前記左右方向と直交する方向（上下湾曲方向と称する）に湾曲する。

湾曲部１１の湾曲動作は、内視鏡挿入部１３に沿って内挿された一対の操作ワイヤ１９により行なわれ、アングルノブ４９Ａ，４９Ｂは、それぞれ個別でプーリ５５に接続されて、このプーリ５５に巻回される操作ワイヤ１９を牽引、繰り出し操作する。図３では簡単化のため、アングルノブ４９Ｂに接続されたプーリ５５と、プーリ５５に巻回された操作ワイヤ１９等の１系統のみ示しているが、この内視鏡１００は、アングルノブ４９Ａに対しても同様のプーリや操作ワイヤ等が設けられ、合計２系統の湾曲操作機構を備えている。そして、上記プーリ５５と操作ワイヤ１９は湾曲駆動部２５として機能する。

操作ワイヤ１９は、内視鏡挿入部１３の先端部５３に両端部が固定され、先端部５３とは反対側のループ部分がプーリ５５に巻回されている。このプーリ５５をアングルノブ４９Ｂの回動操作により回動駆動することで、操作ワイヤ１９の牽引と繰り出しが行われ、湾曲部１１が湾曲するようになっている。

次に、プーリ５５へ駆動モータ２９の回転力を伝達する駆動力伝達機構３１について説明する。
駆動力伝達機構３１は、本体操作部１５とＬＧコネクタ４３とを連結するように設けられ、駆動モータ２９の回転駆動軸に設けた入力側ギア５７と、プーリ５５を回動させる出力側ギア５９とを有し、これら入力側ギア５７と出力側ギア５９との間が少なくとも２本のワイヤ部材６１Ａ，６１Ｂで連結されている。ワイヤ部材６１Ａ，６１Ｂのそれぞれは、入力側ギア５７と螺合する駆動ギア６３Ａ，６３Ｂに一端側が接続され、出力側ギア５９と螺合する従動ギア６５Ａ，６５Ｂに他端側が接続されている。

また、アングルノブ４９Ｂ、プーリ５５、出力側ギア５９は同軸上に一体に接続され、アングルノブ４９Ｂを手動にて回動する操作力は、操作力検出部であるトルクセンサ２１により検出される。

ここで、上記の駆動力伝達機構３１の構成について、その具体的な構成を模式的に表した図４を参照して説明する。以降の説明では、図３に示す部材と同一の部材に対しては、同じ符号を付与することで、その説明は簡単化または省略する。

図４に示すように、ワイヤ部材６１Ａ，６１Ｂは、多数の細線を特定の撚り方向に撚り合わせて形成したワイヤ６７Ａ，６７Ｂを芯材とし、このワイヤ６７Ａ，６７Ｂの外周に、ワイヤ６７Ａ，６７Ｂを回転自在に被覆するアウターチューブ６９Ａ，６９Ｂを有するフレキシブルシャフトである。なお、図中、ワイヤ６７Ａ，６７Ｂは一部を露出させて表しているが、アウターチューブ６９Ａ，６９Ｂによって全長にわたり被覆されている。

駆動モータ２９が入力側ギア５７を回転駆動すると、入力側ギア５７に螺合する駆動ギア６３Ａ，６３Ｂが従動して回転し、駆動ギア６３Ａ，６３Ｂにそれぞれ接合されたワイヤ部材６１Ａ，６１Ｂを介して従動ギア６５Ａ，６５Ｂが回転駆動されて出力側ギア５９を回動させる。これによりプーリ５５に回転力が加わり、湾曲部１１（図１参照）を湾曲させる操作補助力が操作ワイヤ１９に付与される。

図５にワイヤ部材の端部の内部構造を示す一部断面構成図（ａ）と、Ａ−Ａ断面図（ｂ）を示した。
ワイヤ部材６１Ａ，６１Ｂは、回転自在なインナーシャフトとなるワイヤ６７Ａ，６７Ｂと、例えば網線７０の内外面を樹脂材料で被覆したアウターチューブ６９Ａ，６９Ｂとを有し、端部にはワイヤ６７Ａ，６７Ｂに接続され軸受部７１に支持された回転軸７３が設けられている。この回転軸７３は、駆動ギア６３Ａ，６３Ｂ、従動ギア６５Ａ，６５Ｂに接続される。また、ワイヤ６７Ａ，６７Ｂの外周面とアウターチューブ６９Ａ，６９Ｂの内周面との間には、グリース等の潤滑剤７５が封入されている。

このように、ワイヤ６７Ａ，６７Ｂがアウターチューブ６９Ａ，６９Ｂで被覆されることにより、ワイヤ６７Ａ，６７Ｂが他の部品に干渉することなく、供給された回転力を確実に相手側に伝達できる。

インナーシャフトであるワイヤ６７Ａ，６７Ｂは、図４に示すように、多数の細線を撚り合わせる撚り方向が、最外層で互いに異なる方向にされている。一般にインナーシャフトは１本のワイヤ上に複数層のワイヤを巻き付けて製作されており、このワイヤの最外層の撚り方向によって右回転用と左回転用が存在する。ワイヤの最外層の撚り方向を回転方向に合わせると、捻りに強くなり、回転精度が高められるとともに、ワイヤの捻り方向の角度誤差および経年変化が減少する。本構成例では、駆動モータ２９の回転方向が正逆いずれであっても、いずれかのワイヤ６７Ａ，６７Ｂがワイヤの最外層の撚り方向と回転方向とが一致するので、高い角度精度で回転駆動力の伝達が可能となる。

なお、ワイヤ部材６１Ａ，６１Ｂは２本に限らず、必要に応じて増設して複数本設けてもよい。本数を増やすことでより大きな駆動力を伝達でき、経年変化が低減され回転精度もより高められる。

次に、上記駆動力伝達機構３１によるプーリ５５の回転駆動動作について詳細に説明する。
図６は駆動力伝達機構による回転力の伝達の様子（ａ），（ｂ）を示す説明図である。図６（ａ）に示すように、駆動モータ２９を駆動して入力側ギア５７をＲ１方向に回転させると、駆動ギア６３ＡがＲ２方向に回転し、これがワイヤ部材６１Ａを介して従動ギア６５ＡをＲ３方向に駆動する。すると、出力側ギア５９はＲ４方向に回転してプーリ５５を回転させ、図中矢印で示すように操作ワイヤ１９の牽引および繰り出しが行われる。このとき、駆動ギア６３Ａの回転方向はワイヤ部材６１Ａのワイヤ最外層における撚り方向と一致（図４参照）しており、駆動モータ２９からの回転力は確実かつ高精度で出力側ギア５９に伝達される。

一方、駆動ギア６３ＢはＲ５方向に回転して、その回転力がワイヤ部材６１Ｂと従動ギア６５Ｂを介して出力側ギア５９に伝達されるが、この場合の回転方向は、ワイヤ部材６１Ｂのワイヤ最外層における撚り方向とは逆方向であるため、伝達効率が低く、ワイヤ部材６１Ａによる駆動力伝達が支配的となる。

また、図６（ｂ）に示すように、駆動モータ２９を駆動して入力側ギア５７を前述のＲ１方向とは逆のＲ６方向に回転させると、駆動ギア６３ＢがＲ７方向に回転し、これがワイヤ部材６１Ｂを介して従動ギア６５ＢをＲ８方向に駆動する。すると、出力側ギア５９はＲ９方向に回転してプーリ５５を回転させ、図中矢印で示すように、上記図６（ａ）の場合とは反対方向の操作ワイヤ１９の牽引および繰り出しが行われる。このとき、駆動ギア６３Ｂの回転方向はワイヤ部材６１Ｂのワイヤ最外層における撚り方向と一致（図４参照）しており、駆動モータ２９からの回転力は確実かつ高精度で出力側ギア５９に伝達される。

一方、駆動ギア６３ＡはＲ１０方向に回転して、その回転力がワイヤ部材６１Ａと従動ギア６５Ａを介して出力側ギア５９に伝達されるが、この場合の回転方向は、ワイヤ部材６１Ａのワイヤ最外層における撚り方向とは逆方向であるため、伝達効率が低く、ワイヤ部材６１Ｂによる駆動力伝達が支配的となる。

上記のように、出力側ギア５９を回転させる主な駆動力伝達経路は、ワイヤ部材６１Ａ，６１Ｂのいずれか一方の経路となるため、主な駆動力伝達経路でない側は、駆動モータ２９の回転力を出力側ギア５９に伝達する機能を停止させてもよい。例えば、駆動ギア６３Ａ，６３Ｂにワンウェイクラッチを配置して、駆動ギア６３ＡはＲ２方向のみ回転力をワイヤ部材６１Ａに伝達し、駆動ギア６３ＢはＲ７方向のみ回転力をワイヤ部材６１Ｂに伝達する構成とする。この場合、駆動モータ２９の負荷が軽減される。また、ワンウェイクラッチは従動ギア６５Ａ，６５Ｂ側に設けてもよく、その場合は湾曲操作部１７（図４参照）に加える操作力を軽減できる。

次に、ワイヤ部材６１Ａ，６１Ｂによる回転力の伝達特性について説明する。
図７は各ワイヤ部材を単独で用いた場合のワイヤ回転角と伝達されたトルクとの関係を示すグラフ（ａ），（ｂ）である。図７（ａ）に示すように、図４，６に示したワイヤ６７Ａの駆動ギア６３Ａ側で加えるワイヤ回転角φに対して従動ギア６５Ａ側で発生するトルクは、回転方向がＲ２方向（ワイヤ６７Ａの最外層における撚り方向）では略比例的に増加する特性となるが、逆の回転方向では階段状となって、回転の伝達精度が低下する。ワイヤ６７Ｂも同様で、図７（ｂ）に示すように、回転方向がＲ７方向（ワイヤ６７Ｂの最外層における撚り方向）では略比例的に増加する特性となるが、逆の回転方向では階段状となって、回転の伝達精度が低下する。

そこで、前述したように最外層の撚り方向が互いに異なる少なくとも２本のワイヤを併用して駆動モータ２９の回転力を伝達することで、最外層の撚り方向が回転方向と一致するワイヤが主な駆動力伝達ワイヤとなる。これにより、駆動モータ２９の回転と伝達されるトルクとの関係は、図８のように主な駆動力伝達ワイヤの伝達特性を合成した関係となり、回転方向の正逆ともに階段状にならない略比例的な関係を呈する。

また、主な駆動力伝達経路でない側を前述のワンウェイクラッチ等により回転力伝達機能を停止した場合、図８に示す伝達トルクの特性は、より一層線形性が高められる。

次に、以上説明した内視鏡１００の構成により、湾曲操作部１７に操作補助力を付与するための具体的な制御について説明する。
図９に内視鏡１００の操作補助力の付与手順をフローチャートで示した。内視鏡１００を使用可能な状態にしたときに、次の手順で操作補助力を発生させ、パワーアシスト機能を発揮する。

まず、内視鏡１００の制御部２３に、この内視鏡１００固有の各種パラメータを設定する（Ｓ１）。各種パラメータには、図３に示すトルクセンサ２１により検出された術者の手動操作力に対する、発生させる操作補助力の大きさを表す対応テーブル情報、および、駆動モータ２９への入力電力と、駆動モータ２９をこの入力電力で駆動させて発生する実操作補助力との関係の情報が少なくとも含まれる。

前者の対応テーブル情報は、図１に示す記憶部３９に記憶されており、図２に示される湾曲部の湾曲角度と湾曲に必要となるトルクとの関係において、操作補助力であるアシストトルクの大きさが湾曲角度毎に規定されている。このテーブル情報は、術者にとって良好な操作性が得られるように任意に設定できる。また、内視鏡１００の手技内容に応じて適宜テーブル情報を変更し、内視鏡の使用目的に応じた適切な操作性を得るようにしてもよい。

一方、後者の実操作補助力との関係の情報は、駆動モータ２９の種類や駆動力伝達機構３１等によって決まり、また、経時的な変化も生じる。この情報には、図４に示すワイヤ部材６１Ａ，６１Ｂの一端側の回転駆動側（入力側ギア５７）と、他端側の回転力伝達側（出力側ギア５９）との間の回転角度の誤差情報が含まれる。

次に、図３に示す内視鏡挿入部１３を観察対象の体腔内に挿入して、先端部５３を所望の方向に向ける際に、術者は湾曲操作部１７としてのアングルノブ４９Ａ，４９Ｂを手動操作する（Ｓ２）。

このときのアングルノブ４９Ｂ（４９Ａも同様）への操作力をトルクセンサ２１で検出する（Ｓ３）。そして、図２に示すようなテーブル情報を記憶部３９から参照して、検出した操作力（トルクＴｗ）に対応する湾曲部１１の湾曲角度θを求め、この湾曲角度θに至らせるに必要なアシストトルクＴａを求める（Ｓ４）。

そして、この必要なアシストトルクＴａを得るために、駆動モータ２９の駆動条件を決定する（Ｓ５）。具体的には、アシストトルクＴａが得られるワイヤ６７Ａ，６７Ｂのワイヤ回転角φを求め、このワイヤ回転角φが得られるように駆動モータ２９を駆動する。このとき、図１０にワイヤ回転角に対するトルクの関係を示すように、内視鏡１００の個体差の他に、ワイヤ６７Ａ，６７Ｂの経年変化等によっても回転角度の誤差が生じるため、所望のトルクが得られるワイヤ回転角φを都度補正して求める。

つまり、ワイヤ回転角と発生するトルクの特性曲線は常に一定ではなく、内視鏡の使用頻度等に応じて異なるため、最新の特性曲線に基づいて駆動モータ２９の駆動条件を決定し、駆動モータ２９を駆動する（Ｓ６）。

これにより、駆動モータ２９の駆動により発生するアシストトルクＴａと、実際に湾曲操作部１７に加えた操作力によるトルクＴｗとを合わせたトルクがプーリ５５に付与される。そして、プーリ５５の回動による操作ワイヤ１９の牽引および繰り出しによって、内視鏡挿入部１３の湾曲部１１が湾曲し、先端部５３を所望の湾曲角度に正確に湾曲させることができる。

この内視鏡によれば、トルクセンサ２１で検出された手動操作の操作力に基づき、記憶部３９の対応テーブル情報を参照して、対応する操作補助力を求め、この操作補助力を駆動モータ２９を駆動して、いち早く手動操作の操作力に加えることができる。そのため、必要な操作補助力を高精度で、かつ、応答性よく作用させることができ、良好な操作性が得られる。

ここで、図１０に示す特性曲線は、内視鏡使用前に予め設定することが望ましい。例えば、内視鏡使用前に、駆動モータ２９への入力電力と、この入力電力による駆動モータ２９の駆動によってプーリ５５で実際に発生する実操作補助力との関係を測定して求め、得られた情報に基づく特性曲線を記憶部３９に記憶しておく。そして内視鏡使用時に、アングルノブ４９Ｂ（４９Ａも同様）への操作力をトルクセンサ２１で検出して、必要なアシストトルクＴａを求め、このアシストトルクＴａを得るために必要な駆動モータ２９の入力電力を、記憶部３９に記憶された上記の特性曲線に基づいて決定する。これによれば、駆動力伝達機構の伝達効率や、ワイヤ６７Ａ，６７Ｂの経年変化等の変動が加味された適正なアシストトルクを発生させることができ、常に最新の状態に対する補正情報を用いた高精度な駆動が可能となる。

なお、入力電力としては、回転駆動力発生部である駆動モータ２９が直流モータや交流モータ、サーボモータである場合は電圧値、電流値等を制御パラメータとし、ステッピングモータである場合はパルス数やデューティ比等を制御パラメータとすることができる。さらに回転駆動力発生部は、モータに限らず他のアクチュエータで代用することも可能である。

以上説明した内視鏡の制御は、湾曲部１１の上下湾曲方向と左右湾曲方向の異なる２方向に対して同時に適用できる。その場合、アングルノブ４９Ａ，４９Ｂのそれぞれに対応させて、上述したトルクセンサ２１、プーリ５５、操作ワイヤ１９、駆動モータ２９とこれに接続される駆動力伝達機構３１、および制御部２３、等を備えた構成にすればよい。

なお、駆動モータ２９は、上記例ではＬＧコネクタ４３内に配置しているが、ビデオコネクタ４５内に配置してもよく、複数の駆動モータを使用する場合等にはＬＧコネクタ４３とビデオコネクタ４５の双方に分散配置してもよい。いずれの場合も、内視鏡に現存する附帯部である接続コネクタを利用した簡単な配置構成にできる。

さらに、駆動モータを、本体操作部１５にフレキシブルな軟性部を介して接続される専用の附帯部（図示せず）を別途に設け、この附帯部内に配置してもよい。その場合、駆動モータやこれに接続される駆動機構のサイズや重量の制約が緩和されて、より大きな操作補助力、より正確な操作補助力を発生させることができる。

また、図１に示す制御部２３、記憶部３９は、本体操作部１５内に配置する以外にも、例えば接続コネクタ２７等の他の部位に配置してもよく、さらには、内視鏡の個体識別を可能にして、光源・信号処理装置３５等の他の部位に配置してもよい。

次に、上記構成の内視鏡１００の変形例について以下に説明する。
図１１は第１の変形例としての駆動力伝達機構の構成および動作例（ａ），（ｂ）を示す構成図である。同図において、図６に示す部材と同一の部材は同一の符号を付与している。
この変形例における駆動力伝達機構３１Ａは、駆動ギア６３Ａ、６３Ｂのそれぞれ個別に駆動モータ２９Ａ，２９Ｂを備えている。即ち、駆動力伝達機構３１Ａは、湾曲操作部を回動させる出力側ギア５９を有し、ワイヤ部材６１Ａ，６１Ｂが出力側ギア５９と螺合する従動ギア６５Ａ，６５Ｂにそれぞれ接続されている。また、ワイヤ部材６１Ａ，６１Ｂの従動ギア６５Ａ．６５Ｂの接続側とは反対側の端部には、それぞれ対応する駆動モータ２９Ａ，２９Ｂの回転駆動軸が接続されている。

この駆動力伝達機構３１Ａによれば、各ワイヤ部材６１Ａ，６１Ｂを個別に駆動モータ２９Ａ，２９Ｂにより駆動するので、種々の制御パターンを予め用意し、これを任意に適用することが可能となり、複雑な駆動動作を簡単に実現できる。例えば、図１１（ａ）に示すように、駆動モータ２９Ａの駆動により、ワイヤ部材６１Ａを介して出力側ギア５９をＲ４方向に回転駆動しているときに、図１１（ｂ）に示すように、駆動モータ２９Ａを停止して出力側ギア５９を停止駆動するとともに、駆動モータ２９ＢをＲ６方向に駆動して、ワイヤ部材６１Ｂを介して出力側ギア５９にブレーキ力を発生させることができる。これによれば、プーリ５５と操作ワイヤ１９の動作を瞬時に停止させることができる。また、出力側ギア５９を逆回転させる場合も同様に、ブレーキ力の発生が可能となる。これにより、発生させる補助操作力の応答性を高めることができ、湾曲操作の操作性を更に向上できる。

図１２は第２の変形例としてのライトガイド軟性部の断面図である。
この変形例におけるＬＧ軟性部３３は、図３に示されるユニバーサルコード４１であり、ワイヤ部材６１Ａ，６１ＢのアウターチューブをＬＧ軟性部３３自体で形成している。ＬＧ軟性部３３は、一般には照明光を伝送するライトガイド７７、内視鏡挿入部の先端からエアや水を噴出させる送気・送水チューブ７９、吸引を行うための吸引チューブ８１、各種信号線等のケーブル８３類が内包されており、アウターチューブを有するワイヤ部材を更に組み入れると、ＬＧ軟性部３３の大径化が避けられない。

そこで、ワイヤ部材のうち比較的大きな断面積を有するアウターチューブをＬＧ軟性部３３で形成する、つまり、ＬＧ軟性部３３の一部をアウターチューブとして利用して、ワイヤ６７Ａ，６７Ｂのみ挿通させることで、ＬＧ軟性部３３の径を小さく抑え、経済的な構成にできる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 被検体内に挿入され先端部付近に湾曲自在な湾曲部を有する内視鏡挿入部と、該内視鏡挿入部の基端側に連設された本体操作部と、該本体操作部にフレキシブルな軟性部を介して接続された附帯部と、を有する内視鏡であって、
前記本体操作部に設けられ前記湾曲部を所望の方向へ湾曲させる手動操作を行う湾曲操作部と、
前記湾曲操作部と前記湾曲部とを連結して、前記湾曲操作部への操作に応じて前記湾曲部を湾曲させる湾曲駆動部と、
前記湾曲操作部に加えた操作力を検出する操作力検出部と、
前記操作力検出部により検出された操作力に対応する操作補助力を求める操作補助力演算部と、
駆動力伝達機構を介して前記湾曲駆動部に駆動力を印加して前記操作補助力演算部で求めた操作補助力を発生させる回転駆動力発生部と、
を備え、
前記回転駆動力発生部を前記附帯部に配置した内視鏡。
この内視鏡によれば、本体操作部に軟性部を介して接続された附帯部に回転駆動力発生部が配置されるので、湾曲部の湾曲させる操作補助力を大きく、高精度に発生させるために回転駆動力発生部の能力を高める場合でも、回転駆動力発生部の大型化、重量化する影響を受けることがない。そのため、本体操作部はサイズや重量を増加させることなく、高い操作性を維持して操作補助力を湾曲駆動部に付与できる。これにより、本体操作部が軽量に維持されて、術者の操作疲労を低減した操作性の良いパワーアシスト機能を発揮できる。

（２） （１）の内視鏡であって、
前記駆動力伝達機構が、多数の細線を撚り合わせて形成したワイヤを用い、該ワイヤの細線のうち最外層の撚り方向を回転方向にして前記回転駆動力発生部の回転力を伝達する内視鏡。
この内視鏡によれば、附帯部と本体操作部との間の軟性部でワイヤにより駆動力が伝達されるため、軟性部を細径にでき、また、捻り力に強いワイヤを介して回転力を伝達するため、回転駆動の角度精度が高められ、しかもワイヤの経年変化を低減できる。

（３） （２）の内視鏡であって、
前記駆動力伝達機構が、前記第１のワイヤと、該第１のワイヤとは前記最外層の撚り方向が異なる第２のワイヤとの少なくとも２本のワイヤを併用して前記回転力を伝達する内視鏡。
この内視鏡によれば、回転方向が正逆いずれであっても、捻り方向に強い撚り方向のいずれかのワイヤが回転力を伝達するため、いずれの回転方向であっても回転駆動時の角度精度が高められる。また、操作補助力となる駆動力を複数のワイヤにより伝達するため、より大きな駆動力を伝達でき、回転精度もより高められる。

（４） （３）の内視鏡であって、
前記駆動力伝達機構が、前記回転駆動力発生部の回転駆動軸に設けた入力側ギアと、前記湾曲駆動部を回動させる出力側ギアとを有し、前記入力側ギアと前記出力側ギアとの間が複数本の前記ワイヤで連結されるとともに、該ワイヤのそれぞれが、前記入力側ギアと螺合する駆動ギアに一端側が接続され、前記出力側ギアと螺合する従動ギアに他端側が接続されている内視鏡。
この内視鏡によれば、回転駆動力発生部が入力側ギアを回転駆動すると、入力側ギアに螺合する駆動ギアが回転し、駆動ギアに接合されたワイヤを介して従動ギアが回転駆動されて出力側ギアを回動させる。これにより、湾曲駆動部を駆動する操作補助力が発生して湾曲部の湾曲操作が補助される。

（５） （３）の内視鏡であって、
前記駆動力伝達機構が、前記湾曲操作部を回動させる出力側ギアを有し、複数の前記ワイヤが前記出力側ギアと螺合する複数の従動ギアにそれぞれ接続され、前記ワイヤの前記従動ギアの接続側とは反対側の端部に、複数の回転駆動力発生部のうち、それぞれ対応する回転駆動力発生部の回転駆動軸が接続された内視鏡。
この内視鏡によれば、各ワイヤをそれぞれ個別に用意された回転駆動力発生部により駆動するので、複雑な駆動動作を簡単に実現できる。例えば一方のワイヤにより湾曲駆動部の駆動を停止させるとともに、他方のワイヤによりブレーキ力を発生させて、瞬時に湾曲駆動を停止する等の多彩な制御が可能となる。

（６） （２）〜（５）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記ワイヤの外周に、該ワイヤを回転自在に被覆するアウターチューブを配置した内視鏡。
この内視鏡によれば、ワイヤをアウターチューブで被覆することにより、ワイヤが他の部品に干渉することなく、伝達された回転力を確実に湾曲駆動部に伝えることができる。

（７） （６）の内視鏡であって、
前記アウターチューブが前記本体操作部と前記附帯部とを接続する軟性部で形成された内視鏡。
この内視鏡によれば、軟性部自体でアウターチューブを形成することで、軟性部の径を小さく抑え、経済的な構成にできる。

（８） （１）〜（７）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記附帯部が、前記内視鏡挿入部の先端に照明光を供給する照明装置との接続用コネクタである内視鏡。
この内視鏡によれば、照明装置との接続用コネクタに回転駆動力発生部を配置することで、内視鏡に現存する附帯部を利用した、簡単な回転駆動力発生部の配置構成にできる。

（９） （１）〜（７）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記附帯部が、前記内視鏡挿入部の先端の撮像部から出力される撮像信号を処理する信号処理装置との接続用コネクタである内視鏡。
この内視鏡によれば、信号処理装置との接続用コネクタに回転駆動力発生部を配置することで、内視鏡に現存する附帯部を利用した、簡単な回転駆動力発生部の配置構成にできる。

（１０） （２）〜（９）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記操作補助力演算部が前記検出された操作力に応じた操作保持力を求める際に参照され、前記検出された操作力に対応する操作補助力の大きさを表す対応テーブル情報の記憶された記憶部を更に備えた内視鏡。
この内視鏡によれば、記憶部の対応テーブル情報を参照して、検出された操作力に対応する操作補助力を求めるため、必要な操作補助力を的確に発生させることができる。また、術者が加える操作力に対応する操作補助力を、対応テーブル情報の変更により任意に設定できるので、術者が良好な操作性が得られるよう、容易に調整が可能になる。

（１１） （１０）の内視鏡であって、
前記記憶部がさらに、前記回転駆動力発生部への入力電力と、前記回転駆動力発生部を前記入力電力で駆動させて発生する実操作補助力との関係の情報を記憶し、
前記操作補助力演算部が前記関係に基づいて前記回転駆動力発生部の駆動電力を決定する内視鏡。
この内視鏡によれば、回転駆動力発生部への入力電力と、実際に発生する操作補助力との関係から回転駆動力発生部の駆動電力を決定するため、駆動力伝達機構の伝達効率等を加味した駆動制御が行え、操作補助力を高精度に湾曲駆動部へ付与できる。

（１２） （１１）の内視鏡であって、
前記回転駆動力発生部への入力電力と前記実操作補助力との関係の情報が、前記ワイヤの一端側の回転駆動側と、他端側の回転力伝達側との間の回転角度の誤差情報を含む内視鏡。
この内視鏡によれば、操作補助力の変動要因であるワイヤの経年変化に起因した回転角度の誤差情報に基づいて実操作補助力を求めることで、操作補助力を簡単にしかも正確に求めることができる。

（１３） （１１）または（１２）の内視鏡であって、
前記回転駆動力発生部への入力電力と前記実操作補助力との関係の情報を内視鏡使用前に更新する情報更新手段を備えた内視鏡。
この内視鏡によれば、回転駆動力発生部への入力電力と実操作補助力との関係を内視鏡使用前に求めて更新することで、常に最新の状態における情報を用いて高精度に操作補助力を発生させることが可能となる。

（１４） （１）〜（１３）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記湾曲操作部が、前記内視鏡挿入部に沿って内挿された一対の操作ワイヤの牽引と繰り出し操作により前記湾曲部を湾曲させる内視鏡。
この内視鏡によれば、湾曲操作部の回動操作が操作ワイヤに伝達されて、湾曲部を所望の方向に湾曲させることができる。

（１５） （１４）の内視鏡であって、
前記湾曲操作部が、前記湾曲部の上下湾曲方向と左右湾曲方向のそれぞれに対して設けられ、各湾曲操作部に対応して、前記操作力検出部、前記湾曲駆動部、前記操作補助力演算部、前記駆動力伝達機構、および前記回転駆動力発生部を設けた内視鏡。
この内視鏡によれば、湾曲部の上下湾曲方向、左右湾曲方向のそれぞれに対して同時に駆動が行え、任意の方向の湾曲操作を簡単に行うことができる。

１１ 湾曲部
１３ 内視鏡挿入部
１５ 本体操作部
１７ 湾曲操作部
１９ 操作ワイヤ
２１ トルクセンサ（操作力検出部）
２３ 制御部（操作補助力演算部）
２５ 湾曲駆動部
２７ 接続コネクタ
２９、２９Ａ，２９Ｂ 駆動モータ（回転駆動力発生部）
３１，３１Ａ 駆動力伝達機構
３３ ライトガイド軟性部
３５ 光源・信号処理装置
３９ 記憶部
４１ ユニバーサルコード
４３ ライトガイドコネクタ
４５ ビデオコネクタ
４７ 操作ボタン
４９Ａ，４９Ｂ アングルノブ
５１ 軟性部
５３ 先端部
５５ プーリ
５７ 入力側ギア
５９ 出力側ギア
６１Ａ，６１Ｂ ワイヤ部材
６３Ａ，６３Ｂ 駆動ギア
６５Ａ，６５Ｂ 従動ギア
６７Ａ，６７Ｂ ワイヤ
６９Ａ，６９Ｂ アウターチューブ

Claims (15)

1. 被検体内に挿入され先端部付近に湾曲自在な湾曲部を有する内視鏡挿入部と、該内視鏡挿入部の基端側に連設された本体操作部と、該本体操作部にフレキシブルな軟性部を介して接続された附帯部と、を有する内視鏡であって、
   前記本体操作部に設けられ前記湾曲部を所望の方向へ湾曲させる手動操作を行う湾曲操作部と、
   前記湾曲操作部と前記湾曲部とを連結して、前記湾曲操作部への操作に応じて前記湾曲部を湾曲させる湾曲駆動部と、
   前記湾曲操作部に加えた操作力を検出する操作力検出部と、
   前記操作力検出部により検出された操作力に対応する操作補助力を求める操作補助力演算部と、
   駆動力伝達機構を介して前記湾曲駆動部に駆動力を印加して前記操作補助力演算部で求めた操作補助力を発生させる回転駆動力発生部と、
   を備え、
   前記回転駆動力発生部を前記附帯部に配置した内視鏡。
2. 請求項１記載の内視鏡であって、
   前記駆動力伝達機構が、多数の細線を撚り合わせて形成したワイヤを用い、該ワイヤの細線のうち最外層の撚り方向を回転方向にして前記回転駆動力発生部の回転力を伝達する内視鏡。
3. 請求項２記載の内視鏡であって、
   前記駆動力伝達機構が、前記第１のワイヤと、該第１のワイヤとは前記最外層の撚り方向が異なる第２のワイヤとの少なくとも２本のワイヤを併用して前記回転力を伝達する内視鏡。
4. 請求項３記載の内視鏡であって、
   前記駆動力伝達機構が、前記回転駆動力発生部の回転駆動軸に設けた入力側ギアと、前記湾曲駆動部を回動させる出力側ギアとを有し、前記入力側ギアと前記出力側ギアとの間が複数本の前記ワイヤで連結されるとともに、該ワイヤのそれぞれが、前記入力側ギアと螺合する駆動ギアに一端側が接続され、前記出力側ギアと螺合する従動ギアに他端側が接続されている内視鏡。
5. 請求項３記載の内視鏡であって、
   前記駆動力伝達機構が、前記湾曲操作部を回動させる出力側ギアを有し、複数の前記ワイヤが前記出力側ギアと螺合する複数の従動ギアにそれぞれ接続され、前記ワイヤの前記従動ギアの接続側とは反対側の端部に、複数の回転駆動力発生部のうち、それぞれ対応する回転駆動力発生部の回転駆動軸が接続された内視鏡。
6. 請求項２〜請求項５のいずれか１項記載の内視鏡であって、
   前記ワイヤの外周に、該ワイヤを回転自在に被覆するアウターチューブを配置した内視鏡。
7. 請求項６記載の内視鏡であって、
   前記アウターチューブが前記本体操作部と前記附帯部とを接続する軟性部で形成された内視鏡。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の内視鏡であって、
   前記附帯部が、前記内視鏡挿入部の先端に照明光を供給する照明装置との接続用コネクタである内視鏡。
9. 請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の内視鏡であって、
   前記附帯部が、前記内視鏡挿入部の先端の撮像部から出力される撮像信号を処理する信号処理装置との接続用コネクタである内視鏡。
10. 請求項２〜請求項９のいずれか１項記載の内視鏡であって、
    前記操作補助力演算部が前記検出された操作力に応じた操作保持力を求める際に参照され、前記検出された操作力に対応する操作補助力の大きさを表す対応テーブル情報の記憶された記憶部を更に備えた内視鏡。
11. 請求項１０記載の内視鏡であって、
    前記記憶部が更に、前記回転駆動力発生部への入力電力と、前記回転駆動力発生部を前記入力電力で駆動させて発生する実操作補助力との関係の情報を記憶し、
    前記操作補助力演算部が前記関係に基づいて前記回転駆動力発生部の駆動電力を決定する内視鏡。
12. 請求項１１記載の内視鏡であって、
    前記回転駆動力発生部への入力電力と前記実操作補助力との関係の情報が、前記ワイヤの一端側の回転駆動側と、他端側の回転力伝達側との間の回転角度の誤差情報を含む内視鏡。
13. 請求項１１または請求項１２記載の内視鏡であって、
    前記回転駆動力発生部への入力電力と前記実操作補助力との関係の情報を内視鏡使用前に更新する情報更新手段を備えた内視鏡。
14. 請求項１〜請求項１３のいずれか１項記載の内視鏡であって、
    前記湾曲操作部が、前記内視鏡挿入部に沿って内挿された一対の操作ワイヤの牽引と繰り出し操作により前記湾曲部を湾曲させる内視鏡。
15. 請求項１４記載の内視鏡であって、
    前記湾曲操作部が、前記湾曲部の上下湾曲方向と左右湾曲方向のそれぞれに対して設けられ、各湾曲操作部に対応して、前記操作力検出部、前記湾曲駆動部、前記操作補助力演算部、前記駆動力伝達機構、および前記回転駆動力発生部を設けた内視鏡。

Images