JP2013165892A - 拡大内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】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でき、レンズ駆動の追従性が高い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カウントするパルス数カウント部を備える。拡大内視鏡は、レンズ４８を駆動するモータ４４と、モータ４４の回転回数をカウントする回転回数カウント部４６と、回転回数を記録する回転回数記録部４７とを備える。拡大内視鏡は、モータ４４がレンズ４８をレンズ４８の初期位置から駆動し、パルスが初めて検出されるときのモータ４４の回転数を記憶する。
【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、ワイヤを用いてレンズを光軸方向に駆動し、その駆動時間を測定することによってレンズの位置を間接的に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２００１−２５５４７１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、レンズの位置をレンズの駆動時間から検出する構成は、ワイヤの劣化や可撓管の曲げ具合によってばらつきが生じるため、駆動時間とレンズの停止位置の関係が正確に一致しない。このため、レンズの駆動時間からその位置を正確に検出できない。さらに、ワイヤを介してレンズを駆動するため、操作部を操作してもレンズが即座に駆動されないというように、追従性にも問題がある。

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でき、レンズ駆動の追従性が高い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カウントするパルス数カウント部と、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備え、モータがレンズをレンズの初期位置から駆動し、パルスが初めて検出されるときのモータの回転数を記憶す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、パルス数カウント部において、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、モータがレンズをテレ及びワイド方向へ駆動し、パルスが初めて検出されるときの回転回数をテレ及びワイド方向それぞれ初期回転回数として記録することが好ましい。

また、モータがレンズを初期位置から初期回転回数駆動するとき、モータが相対的に高い電圧で駆動され、初期回転回数駆動後、モータが相対的に低い電圧で駆動されることが好ましい。

また、モータがレンズを初期位置からテレまたはワイド方向へ駆動してパルスが検出される時間を測定し、時間が所定の時間になるようにモータの初期駆動電圧を調整することが好ましい。

また、モータがレンズを初期位置から所定の時間駆動するとき、モータが相対的に高い電圧である初期駆動電圧で駆動され、所定の時間経過後、モータが相対的に低い電圧で駆動されることが好ましい。

本発明によって、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でき、レンズ駆動の追従性が高い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。 本発明の第１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。 本発明の第１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。 本発明の第２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。 本発明の第２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、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１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。このとき発生するパルスの数がカウントされることによって、後述のように、ズーミングレンズ４８の位置が間接的に検出される。

図４を用いてパルスの数のカウント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。

ここで、図５を参照してズーミングレンズ４８の追従性を確認する方法を説明する。具体的には、ステップＳ１０１からステップＳ１１９において、ズーミングレンズ４８が初期位置から動き出すまでに必要なモータ４４の回転回数が確認される。ここで、ズーミングレンズ４８の初期位置とは、前回の処置を終えて電源が落とされたとき等のズーミングレンズ４８の停止位置を指す。すなわち、ズーミングレンズ４８は、ワイド端又はテレ端にあるとは限らない。

ステップＳ１０１において、モータ４４の駆動が開始される。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Ｓ１０３では、回転回数カウント部４６においてモータ４４の回転回数のカウントが開始される。ステップＳ１０５において、パルスが検出されるか否かが判断される。パルスが検出されるとき、ステップＳ１０７においてモータ４４の動作は停止され、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、回転回数記録部４７においてモータ４４の回転回数がテレ方向への初期回転回数として記録されるとともに、回転回数はリセットされる。

さらに、同様の動作がワイド方向に対して実施される。ステップＳ１１１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に駆動される。ステップＳ１１３では、回転回数カウント部４６においてモータ４４の回転回数のカウントが開始される。ステップＳ１１５において、パルスが検出されるか否かが判断される。パルスが検出されるとき、ステップＳ１１７においてモータ４４の動作は停止され、ステップＳ１１９に進む。ステップＳ１１９では、回転回数記録部４７においてモータ４４の回転回数がワイド方向への初期回転回数として記録される。

このように、モータ４４の駆動開始からズーミングレンズ４８の変位開始までの初期回転回数が計測される。ここで、モータ４４が初期回転回数駆動している間、ズーミングレンズ４８は静止している状態である。ユーザが即座に体腔内を拡大または縮小観察したいとき、モータ４４が初期回転回数駆動している時間は余計である。本発明では、図７に示される構成をそなえることによって、この余計な時間を短縮することができる。

図７を用いて、初期回転回数の回転時間の短縮方法を説明する。ステップＳ１２１において、レンズダイヤル２０の操作の有無が判断される。レンズダイヤル２０が操作されたとき、ステップＳ１２３において、モータ４４の駆動電圧が初期駆動電圧にセットされる。初期駆動電圧は、通常観察時におけるユーザ操作電圧と比較して相対的に高い電圧である。例えば、通常操作時の電圧であるユーザ操作電圧を電源電圧の２０％とすると、初期駆動電圧は電源電圧の５０％である。

ステップＳ１２５において、初期駆動電圧でモータ４４が駆動される。ステップＳ１２７において、モータ４４の回転回数のカウントが開始される。ステップＳ１２９において、回転回数記録部４７において記録された初期回転回数と、現在の回転回数が比較される。現在の回転回数が初期回転回数より多いと判断されると、ステップＳ１３１に進む。

ステップＳ１３１では、モータ４４の駆動電圧がユーザ操作電圧にセットされる。モータ４４の電圧が相対的に低い電圧に設定されることにより、ズーミングレンズ４８は少しずつ変位することが可能となるからである。そして、ステップＳ１３３において、レンズダイヤル２０の操作が無いと判断されたとき、ステップＳ１３５においてモータ４４の駆動は停止される。

このように、モータ４４は、初期位置から初期回転回数分だけ高い電圧で駆動されることにより、ズーミングレンズ４８が駆動されない間の高速で回転される。したがって、ユーザのレンズダイヤル２０の操作に即座に追従してズーミングレンズ４８の駆動が開始される。また、初期回転回数駆動された後すなわちズーミングレンズ４８が変位し始めた後は、ズーミングレンズ４８が少しずつ変位されるようにモータ４４の電圧が相対的に低く設定される。これによって、ユーザは体腔内を精密に観察することが可能となる。

以上のように、上述のズーミングレンズ４８の初期回転回数のカウントは、パルスの検出によって計測される。初期回転回数のカウント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。

次に、本発明の第２の実施形態を図８及び図９を用いて説明する。第１の実施形態との差異は、初期駆動電圧が予め定められていないこと、及び、ズーミングレンズ４８が初期位置から動き出す時点が初期回転回数ではなくモータ４４の駆動開始からの経過時間によって検出されることである。

図８の初期設定において、ズーミングレンズ４８は、初期位置であるワイド端Ｗに停止しているものとする。ステップＳ２０１において、モータ４４の駆動電圧はデフォルトの値に設定される。ステップＳ２０３において、モータ４４はデフォルトの駆動電圧で駆動が開始される。ステップＳ２０５において、モータ４４の駆動開始からの経過時間の測定が開始される。

ステップＳ２０７において、パルスが検出されたか否かが判断される。パルスが検出されるとき、ズーミングレンズ４８は駆動されて第１の領域Ａ１を通過していることが判る。ズーミングレンズ４８が動き出したことが判ると、ステップＳ２０９においてモータは停止される。ステップＳ２１１において、このときの時間が所定の時間以内であるか判断される。所定の時間とは、例えば、１００ｍｓｅｃである。ズーミングレンズ４８が駆動されるまでの時間が１００ｍｓｅｃよりも短いとき、ステップＳ２１３に進む。ステップＳ２１３において、現在のモータ駆動電圧が初期駆動電圧として記憶される。

一方、ステップＳ２１１において、ズーミングレンズ４８が動き出すまでの時間が１００ｍｓｅｃよりも長いと判断されたとき、ズーミングレンズ４８が動き出すまでの時間が１００ｍｓｅｃよりも短くなるような初期駆動電圧の調整が行われる。ステップＳ２１５において、ズーミングレンズ４８はワイド端Ｗへ移動される。ステップＳ２１７において、モータ４４の駆動電圧は現在の駆動電圧よりも相対的に高い電圧に設定される。その後、ズーミングレンズ４８が駆動されるまでの時間が１００ｍｓｅｃよりも短くなるまで、ステップＳ２０３からステップＳ２１７までの処理が繰り返されて、ステップＳ２１１において初期駆動電圧が記憶される。

このように、モータ４４の駆動電圧を調整することによって、ズーミングレンズ４８が所定の時間内に駆動される電圧すなわち初期駆動電圧が決定される。次に、この初期駆動電圧を用いた通常操作の工程を図９を用いて説明する。

図９を参照すると、ステップＳ２１９において、レンズダイヤル２０の操作の有無が検出される。操作があったとき、ステップＳ２２１においてズーミングレンズ４８がワイド端Ｗにあるか否かが判断される。ズーミングレンズ４８が初期位置であるワイド端Ｗにあると判断されると、ステップＳ２２３においてモータ４４の駆動電圧は初期駆動電圧にセットされ、ステップＳ２２５においてモータ４４は駆動開始される。

ステップＳ２２７において、モータ４４の駆動開始からの経過時間の測定が開始される。ステップＳ２２９において、経過時間が１００ｍｓｅｃ以内であるか否かが判断される。ステップＳ２３１において、１００ｍｓｅｃが経過したとき、すなわち、ズーミングレンズ４８が即座に動き出す状態であるとき、モータ４４の電圧は相対的に低い電圧であるユーザ操作電圧に設定される。ステップＳ２３５において、レンズダイヤル２０の操作が無くなったと判断されると、ステップＳ２３７においてモータ４４は停止される。

一方で、ステップＳ２１１においてズーミングレンズ４８が初期位置であるワイド端Ｗに無い場合は、ズーミングレンズ４８が即座に動き出す状態であると判断される。したがって、ステップＳ２１１に進み、モータ４４の駆動電圧は、相対的に低いユーザ操作電圧に設定されて、ステップＳ２２３以降の処理が行われる。ステップＳ２３５において、レンズダイヤル２０の操作が無くなったと判断されると、ステップＳ２３７においてモータ４４は停止される。

このように、第１の実施形態の効果に加えて第２の実施形態では、ズーミングレンズ４８が動き出すまでの時間を任意に決定することができる。すなわち、第１の実施形態では、ズーミングレンズ４８が動き出すまでの時間は一定であるが、第２の実施形態では、ズーミングレンズ４８が動き出すまでの時間は初期駆動電圧を変化させることにより任意の時間に設定される。

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 加撓管先端部
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 パルス数カウント部
Ａ１ 第１の領域
Ｐ_０〜Ｐ_２ パルス

Claims (10)

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カウントするパルス数カウント部と、
   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備え、
   前記モータが前記レンズを前記レンズの初期位置から駆動し、前記パルスが初めて検出されるときの前記モータの回転数を記憶す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、
   前記パルス数カウント部において、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. 前記モータが前記レンズを前記初期位置からテレ及びワイド方向へ駆動し、前記パルスが初めて検出されるときの回転回数をテレ及びワイド方向それぞれ初期回転回数として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. 前記モータが前記レンズを前記初期位置から前記初期回転回数駆動するとき、前記モータが相対的に高い電圧で駆動され、前記初期回転回数駆動後、前記モータが相対的に低い電圧で駆動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. 前記モータが前記レンズを前記初期位置からテレまたはワイド方向へ駆動して前記パルスが検出される時間を測定し、前記時間が所定の時間になるように前記モータの初期駆動電圧を調整することを特徴とする請求項１に記載の拡大内視鏡。
10. 前記モータが前記レンズを前記初期位置から前記所定の時間駆動するとき、前記モータが相対的に高い電圧である前記初期駆動電圧で駆動され、前記所定の時間経過後、前記モータが相対的に低い電圧で駆動されることを特徴とする請求項９に記載の拡大内視鏡。

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