JP2013165885A - 拡大内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓管先端部の径が小さく、かつ、レンズの位置を正確に検出することが可能な拡大内視鏡を提供する。
【解決手段】拡大内視鏡は、先端部にコイル５２が同心的に設けられた挿入部可撓管を備える。可撓管の先端部は、コイル５２の軸心に沿って変位し、ズーミング動作するレンズ４８を備える。可撓管の先端部は、レンズ４８に連動してコイルの内側を変位する磁石３８を備える。拡大内視鏡の操作部は、レンズ４８が変位することによりコイル５２に発生するパルスを検出するパルス検出部を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、拡大内視鏡に関し、より詳しくは可撓管内のレンズの位置を検出する機能を備えた拡大内視鏡に関する。

従来、拡大内視鏡における可撓管先端部のレンズの位置を検出するための構成として、エンコーダやスイッチを先端部に設けるものが知られている（特許文献１）。また、レンズを光軸方向に駆動するためのワイヤのねじり量を検出することによって間接的にレンズの位置を検出する装置が知られている（特許文献２）。

特開２００１−１８８１８３号公報 特開２０１０−２８２０７３号公報

しかし、可撓管先端部にエンコーダやスイッチを設ける構成は、先端部の径が大きくなる。また、ワイヤのねじり量を検出する構成は、ワイヤが長いときは特に、レンズの停止時とワイヤのねじり終了時が正確に一致しない。このため、ワイヤのねじり量からレンズの位置が正確に検出できない。このため、レンズが可撓管の端部に当接している状態で、ワイヤが余分にねじられることによるワイヤの劣化も問題となる。

そこで、本発明は、可撓管先端部の構成が小さく、かつ、レンズの位置を正確に検出することが可能な拡大内視鏡を提供することを目的としている。

本発明に係る拡大内視鏡は、先端部にコイルが同心的に設けられた挿入部可撓管と、コイルの軸心に沿って変位し、ズーミング動作するレンズと、レンズに連動してコイルの内側を変位する磁石とを備え、レンズが変位することによりコイルに発生するパルスを検出するパルス検出部とを備えることを特徴とする。

また、コイルは、金属線が密に巻かれる第１の領域と疎に巻かれる第２の領域とを有する可撓管の先端部を備えることが好ましい。

また、コイルは、第１の領域と第２の領域とを２回以上繰り返すことが好ましい。

また、レンズは、１つ以上の第１の領域におけるパルスが第１の領域毎に発生する速度で第１の領域を通過するようにレンズを駆動することが好ましい。

また、パルスは正の電位または負の電位であって、パルス検出部において、パルス数は、パルスが正の電圧のとき加算され、負の電圧のときに減算されることが好ましい。

また、磁石は、レンズを駆動するカム環に備えられたカムピンであることが好ましい。

また、レンズを駆動するモータと、モータの回転回数をカウントする回転回数カウント部と、回転回数を記録する回転回数記録部とをさらに備え、モータがレンズをテレ方向へ駆動してパルスが検出されなくなるとき、回転回数を０とした後、モータがレンズをワイド方向へ駆動してパルスが検出されなくなるとき、回転回数を可動回転回数として回転回数記録部に記録することが好ましい。

また、回転回数カウント部において、回転回数は、モータがレンズをテレ方向へ駆動するとき加算され、モータがレンズをワイド方向へ駆動するとき減算されることにより、現在の回転回数がカウントされることを特徴とすることが好ましい。

また、現在の回転回数が可動回転回数と等しいとき、モータがレンズをテレ方向へ駆動し、パルスが検出されないときは現在のレンズはテレ端にあると判断されるとともに、モータの回転は停止され、現在の回転回数が０のとき、モータがレンズをワイド方向へ駆動し、パルスが検出されないときは現在のレンズはワイド端にあると判断されるとともに、モータの回転が停止されることが好ましい。

本発明によって、可撓管先端部の径が小さく、かつ、レンズの位置を正確に検出することが可能な拡大内視鏡を提供することができる。

本発明の実施形態を適用した拡大内視鏡の全体図である。 図１における可撓管先端部に備えられたズーミング装置の概略図である。 図２におけるズーミング装置の断面図である。 図２におけるズーミング装置の電気的な構成を表すブロック図である。 本発明の実施形態を適用した拡大内視鏡の初期設定のフローチャートである。 図２におけるズーミング装置のパルス波形を表す図であり、（ａ）はモータの回転速度が適切な場合を表し、（ｂ）はモータの回転速度が速すぎる場合を表す。 本発明の実施形態を適用した拡大内視鏡の通常操作のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る拡大内視鏡の全体図である。拡大内視鏡は、ズーミング動作をするズーミングレンズによって体腔内の被観察部を拡大観察することが可能である。拡大内視鏡１０は、挿入部可撓管１２を操作するための操作部１４を有する。操作部１４は、可撓管先端部１６を湾曲させる湾曲ダイヤル１８と、可撓管先端部１６に備えられたズーミングレンズ（図示せず）を光軸方向に変位させるレンズダイヤル２０を有する。また、操作部１４には、レンズダイヤル２０の操作に連動してズーミングレンズを駆動するモータ（図示せず）及びモータの回転回数を記録する回転回数カウント部（図示せず）が備えられている。

湾曲ダイヤル１８は、図１において時計回り及び反時計回りに回転し、その回転に連動して可撓管先端部１６が湾曲する。レンズダイヤル２０は、時計回り及び反時計回りに回転され、その回転に連動してズーミングレンズが光軸方向に変位する。

図２を参照するとズーミング装置３０は、体腔内の被観察部を拡大観察するための装置である。モータ４４は、ワイヤ４２に連結される。ズーミングレンズの駆動源であるモータ４４の駆動力は、駆動力伝達部材であるワイヤ４２を介してギア４０に伝達され、ギア４０に噛合するギア３６が回転する。ギア３６にはカム環３４が一体的に連結されており、カム環３４は、ギア４０に連動して回転する。カム環３４には、らせん状溝３４ａが形成される。カム環３４の中には円筒状のフレーム３２が同心的に設けられ、フレーム３２には、光軸方向に延びる直線状溝３２ａが形成される。フレーム３２は、軸周りに回転不能である。カムピン３８は、らせん状溝３４ａと直線状溝３２ａの重合部分に嵌合される。ワイヤ４２が矢印Ｐの方向に回転されると、カム環３４は矢印Ｑの方向に回転され、これにより、溝３４ａ、３２ａの重合部分が変位し、カムピン３８は直線状溝３２ａに沿って、矢印Ｒの方向へ移動される。また、モータ４４の回転回数をカウントするための回転回数カウント部４６及び回転回数を記録するための回転回数記録部４７がモータ４４に連結される。

図３は、ズーミング装置３０の断面図である。ズーミングレンズ４８は、カムピン３８と一体的に連結される。つまり、上記のようにカムピン３８が挿入部可撓管１２の先端方向すなわち対物レンズ４５の方向へ移動されると、ズーミングレンズ４８は後述するコイル５２の軸心に沿ってテレ方向へ移動されて、被観察部は縮小観察される。また、カムピン３８が可撓管の先端とは反対の方向すなわち撮像素子７２の方向へ移動されると、ズーミングレンズ４８はコイル５２の軸心に沿ってワイド方向へ移動されて、被観察部は拡大観察される。

カム環３４は、ハウジング５０の中に設けられる。ハウジング５０の外周面には、コイル５２が巻きつけられる。すなわち、コイル５２は可撓管先端部１６に同心的に設けられる。コイル５２の両端は、撮像素子の電源線５４と接地線５６に各々接続される。また、コイル５２は、金属線が密に巻かれる領域すなわち第１の領域Ａ１と疎に巻かれる領域すなわち第２の領域Ａ２とを有する。本実施形態では、密に巻かれる領域Ａ１と疎に巻かれる領域Ａ２とが４回繰り返される。

カムピン３８は磁石である。カムピン３８は、ズーミングレンズ４８と連動して、コイル５２が巻かれる範囲内で且つコイルの内側を、コイルの軸心に沿って変位する。したがって、カムピン３８と連動してズーミングレンズ４８が変位する際、磁石であるカムピン３８が第１の領域Ａ１を通過し、誘導起電力と等しい大きさのパルスが発生する。これにより、パルスの発生を検出することにより、ズーミングレンズ４８が、第１の領域Ａ１を通過した時点が検出される。

図４を用いてパルスの検出方法について説明する。パルスは正の電位または負の電位である。パルスの数は、パルスが正の電圧のとき加算され、負の電圧のとき減算される。

コイル５２において発生したパルスＰ_０は、カップリングコンデンサ５３によって直流成分が除かれた後、撮像素子７２の電源線５４を通って、基板接続部７６に伝達される。パルスＰ_０は、基板接続部７６を介してアンプ７８によって増幅され、パルスＰ_１となる。パルスＰ_１は、逆方向にバイアスがかけられたダイオード８０を通って、正方向の電位のみ取り出されてパルスＰ_２となる。一方で、パルスＰ_１は順方向にバイアスをかけられたダイオード８２を通ってパルスＰ_３となる。パルスＰ_２及びＰ_３は、マイコン又はＦＰＧＡからなるパルス数カウント部８４においてカウントされる。このように、パルス数カウント部８４においてパルスの数が検出される。なお、ローパスフィルタ７４は、撮像素子７２の電源電圧を安定させるために備えられる。

パルスの数に応じたズーミングレンズ４８の位置が検出されるために、ズーミングレンズ４８は、初期位置を定められる必要がある。拡大内視鏡１０の電源投入時、ズーミングレンズ４８は、どの位置に停止しているか不明である。そこで、図５を用いてズーミングレンズ４８の初期位置の決定方法を説明する。

ステップＳ０１からステップＳ１１では、ズーミングレンズ４８の可動範囲の確認が行われる。可動範囲を確認するのは、ズーミングレンズ４８の初期位置をテレ端Ｔまたはワイド端Ｗに定めるためである。なお、テレ端Ｔは可動範囲において、対物レンズ４５側の端部であり、ワイド端Ｗは可動範囲において撮像素子７２側の端部である（図３参照）。テレ端Ｔまたはワイド端Ｗを初期位置とすることによって、パルスの数とズーミングレンズ４８の現在位置との関係が容易に把握できるという利点がある。また、別の効果として、ワイヤ４２の劣化を軽減することが可能となる。すなわち、可動範囲を確認することによって、ズーミングレンズ４８がテレ端Ｔまたはワイド端Ｗに当接しているにもかかわらず、さらに同方向にワイヤ４２がねじられることを未然に防止できる。

ステップＳ０１において、モータ４４は、ズーミングレンズ４８がテレ方向へ進むように間欠的に規定回転回数ずつ回転する。規定回転回数は、例えば数回転である。規定回転回数は、多くとも、第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２の軸心方向の長さに相当する回転数である。

パルスはズーミングレンズ４８が第１の領域Ａ１を通過する毎に検出される。本実施形態においては、第１の領域Ａ１が４箇所あるが、パルスは、ズーミングレンズ４８が第１の領域Ａ１を通過する度にパルスが発生する。換言すれば、ズーミングレンズ４８が第１の領域Ａ１を通過する間に、合計で４回パルスが発生する。そこで、モータ４４は、図６（ａ）のように４つの第１の領域Ａ１を通過する毎にそれぞれ、合計で４組のパルスが発生するような速度で駆動される必要がある。仮にモータ４４の回転速度が高過ぎる場合、図６（ｂ）に表されるように、パルスは第１の領域Ａ１を通過する毎に検出されない。このとき、ズーミングレンズ４８の位置が正確に検出されない問題が発生する。

ステップＳ０３において、パルスが検出されるか否か判断される。パルスが検出されるとき、ズーミングレンズ４８が第１の領域Ａ１を通過しているため、まだテレ端Ｔには達していないと判断されてステップＳ０１に戻る。一方、パルスが検出されないとき、ズーミングレンズ４８は第１の領域Ａ１を全て通過してテレ端Ｔに達したと判断されてステップＳ０５に進む。

ステップＳ０５において、すなわち、テレ端Ｔに達したとき、モータ４４の回転回数のカウントがリセットされる。つまり、テレ端Ｔにおけるモータの回転回数は０とされる。

次に、ステップＳ０７において、モータ４４は、ズーミングレンズ４８がワイド方向へ進むような回転方向へ、規定回転回数分回転される。このとき、モータ４４は、ズーミングレンズ４８が第１の領域Ａ１を通過する毎にパルスが検出されるような速度で駆動される。ステップＳ０９において、パルスが検出されるか否か判断される。パルスが検出されるとき、ズーミングレンズ４８が第１の領域Ａ１を通過しているため、まだワイド端Ｗには達していないと判断されてステップＳ０７に戻る。一方、パルスが検出されないとき、ズーミングレンズ４８は第１の領域Ａ１を全て通過してワイド端Ｗに達したと判断されてステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１において、すなわち、ワイド端Ｗに達したときモータ４４の回転回数が回転回数記録部４７に格納される。このときのワイド端Ｗにおけるモータ回転回数は、テレ端Ｔからワイド端Ｗまでの可動回転回数である。ステップＳ１１の処理を終えた後、初期設定は終了する。ステップＳ０１からステップＳ１１の処理によって、ズーミングレンズ４８は初期位置であるワイド端Ｗに停止される。また、ワイド端Ｗにおいて、後述する現在の回転回数は０と定められる。

このように、初期位置決定処理において、ズーミングレンズ４８の位置（ワイド端Ｗに達したか否か、テレ端Ｔに達したか否か）は、パルスの発生の有無によって検出される。位置検出のために追加される部材はコイルだけである。すなわち、パルスの出力先は撮像素子の電源線５４であり、パルスを発生させるための磁石はカムピン３８であるため、これらが別途設けられる必要は無い。したがって、ズーミング装置３０は簡易な構成とすることができる。この結果、可撓管先端部は小さく設計されるという効果が得られる。

また、本実施形態において、ズーミングレンズ４８の位置は、モータ４４の回転回数によって検出されることを前提としているが、ワイド端Ｗおよびテレ端Ｔの端点保証を行うためのパルス発生の有無を検出することで、端点保証の精度が向上する。これにより、精度良く、テレ端Ｔまたはワイド端Ｗにズーミングレンズ４８が停止される。

図７を用いて、初期設定後の通常のズーミング動作を説明する。通常のズーミング動作時、モータ４４の回転回数がカウントされることによって、ズーミングレンズ４８の位置が検出される。ステップＳ３０において、レンズダイヤル２０の操作があったか否かが判断される。操作があった場合は、ステップＳ３３へ進み、ズーミングレンズ４８がテレまたはワイド方向へ進むような回転方向へモータ４４の動作が開始される。このときのモータ４４の回転速度は、初期設定時と同様に、パルスが第１の領域Ａ１毎に検出されるような速度である。

このとき、モータ４４が回転するとともに、ステップＳ３５において、モータ４４の回転数によって、ズーミングレンズ４８の現在の位置が検出される。つまり、現在の回転回数は、モータ４４がズーミングレンズ４８をテレ方向へ駆動するとき加算され、モータ４４がズーミングレンズ４８をワイド方向へ駆動するとき減算されることによってカウントされる。

ステップＳ３７において、現在の回転回数が０または可動回転回数に等しいか否かが判断される。すなわち、現在の回転回数が０のときズーミングレンズ４８はワイド端Ｗに当接している状態であり、現在の回転回数が可動回転回数のときズーミングレンズ４８はテレ端Ｔに当接している状態である。

ステップＳ３７において、現在の回転回数が０または可動回転回数と等しいとき、ワイド端Ｗまたはテレ端Ｔに当接している状態であり、ズーミングレンズ４８はこれ以上同方向へ（ワイド端Ｗに当接している状態では更にワイド方向へ、テレ端Ｔに当接している状態では更にテレ方向へ）移動出来ない。ここで、回転回数記録部４７に記録されている現在の回転回数に誤りがある場合を考慮して、端点保証が行われる。ステップＳ４３において、同方向へズーミングレンズ４８が駆動されるように、モータ４４が規定回転回数回転される。このとき、ステップＳ４５において、パルスが検出されるか否か判断される。パルスが検出されるとき、ズーミングレンズ４８が端点に無いと判断されてステップＳ４３に戻り、規定回転回数回転される。パルスが検出されないとき、ズーミングレンズ４８が端点にあると判断されて、モータ４４は停止される。

ステップＳ３７において、現在の回転回数が０または可動回転回数と異なるとき、ズーミングレンズ４８は同方向及び反対方向へ可動である。このとき、ステップＳ３９において、レンズダイヤル２０の操作の有無が判断される。所定時間内に操作があるとき、ステップＳ３３に戻り、ズーミングレンズ４８はモータ４４によって駆動される。所定時間内に操作がないとき、ステップＳ４１において、モータ４４は停止される。

このように、ズーミングレンズ４８がテレ端またはワイド端にあるか否かは、パルスの発生が検出されることによって検出可能である。したがって、端点において、ワイヤ４２がモータ４４によって余分にねじられて劣化する現象を防ぐことが可能となる。

初期処理において、モータ４４の回転数とコイルからのパルスの発生のタイミングとを関連付けて記憶させておいてもよい。モータ４４の回転数とパルス発生のタイミングとの組み合わせに基づいて、ズーミングレンズ４８の位置の特定がより正確に行われる。

なお、パルスは電気的なパルスではなく、光信号を用いたパルスであっても良い。さらに、コイルの巻き数や巻きつけ方向を領域毎に変えても良い。コイルの巻き方を変化させることによって、パルスの大きさやパルスの正負が第１の領域Ａ１毎に変化し、さらに精度良く位置検出をすることが可能となる。例えば、コイルの巻き数が他の領域よりも相対的に多いときその領域のパルスの電圧は相対的に高くなり、また、コイルの巻きつけ方向が他の領域と相対的に反対であるとき、その領域のパルスは他の領域と相対的に正負が反対になる。

１０ 拡大内視鏡
１２ 挿入部可撓管
１６ 可撓管先端部
３４ カム環
３８ カムピン（磁石）
４４ モータ
４６ 回転回数カウント部
４７ 回転回数記録部
４８ ズーミングレンズ（レンズ）
５２ コイル
８４ パルス検出部
Ａ１ 第１の領域
Ｔ テレ端
Ｗ ワイド端
Ｐ_０〜Ｐ_２ パルス

Claims (9)

1. 先端部にコイルが同心的に設けられた挿入部可撓管と、
   前記コイルの軸心に沿って変位し、ズーミング動作するレンズと、
   前記レンズに連動して前記コイルの内側を変位する磁石とを備え、
   前記レンズが変位することにより前記コイルに発生するパルスを検出するパルス検出部とを備えることを特徴とする拡大内視鏡。
2. 前記コイルは、金属線が密に巻かれる第１の領域と疎に巻かれる第２の領域とを有する前記可撓管の先端部を備えることを特徴とする請求項１に記載の拡大内視鏡。
3. 前記コイルは、前記第１の領域と前記第２の領域とを２回以上繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の拡大内視鏡。
4. 前記レンズは、前記１つ以上の第１の領域におけるパルスが前記第１の領域毎に発生する速度で前記第１の領域を通過するように前記レンズを駆動することを特徴とする請求項２に記載の拡大内視鏡。
5. 前記パルスは正の電位または負の電位であって、
   前記パルス検出部において、前記パルス数は、前記パルスが正の電圧のとき加算され、負の電圧のときに減算されることを特徴とする請求項１に記載の拡大内視鏡。
6. 前記磁石は、前記レンズを駆動するカム環に備えられたカムピンであることを特徴とする請求項１に記載の拡大内視鏡。
7. 前記レンズを駆動するモータと、
   前記モータの回転回数をカウントする回転回数カウント部と、
   前記回転回数を記録する回転回数記録部とをさらに備え、
   前記モータが前記レンズをテレ方向へ駆動して前記パルスが検出されなくなるとき、前記回転回数を０とした後、前記モータが前記レンズをワイド方向へ駆動して前記パルスが検出されなくなるとき、前記回転回数を可動回転回数として前記回転回数記録部に記録することを特徴とする請求項１に記載の拡大内視鏡。
8. 前記回転回数カウント部において、前記回転回数は、前記モータが前記レンズをテレ方向へ駆動するとき加算され、前記モータが前記レンズをワイド方向へ駆動するとき減算されることにより、現在の回転回数がカウントされることを特徴とする請求項７に記載の拡大内視鏡。
9. 前記現在の回転回数が前記可動回転回数と等しいとき、前記モータが前記レンズをテレ方向へ駆動し、パルスが検出されないときは現在の前記レンズはテレ端にあると判断されるとともに、前記モータの回転は停止され、
   前記現在の回転回数が０のとき、前記モータが前記レンズをワイド方向へ駆動し、パルスが検出されないときは現在の前記レンズはワイド端にあると判断されるとともに、前記モータの回転が停止されることを特徴とする請求項８に記載の拡大内視鏡。

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