JP2021151276A - 内視鏡システム及びモータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡の回転駆動系の劣化などの状態の診断を簡易にできる内視鏡システムを提供する。【解決手段】内視鏡システム１は、内視鏡１１と、コントローラ１２ｄと、モータ７１と、内視鏡１１に設けられかつモータ７１により駆動される、複数の歯車を有する歯車列７２と、コントローラ１２ｄに設けられた、モータ７１による歯車列７２の駆動時にモータ７１に流れる電流を検出する電流センサ１０３と、モータ７１に流れる電流の時間経過に伴う変化を示す波形をフーリエ変換し、周波数に応じた振幅の変化を分析する高速フーリエ変換部１１１と、高速フーリエ変換部１１１により得られた振幅の変化に基づいて、歯車列７２の状態を判定する判定部１１２と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、内視鏡システム及びモータ制御システムに関し、特に、内視鏡本体に設けられたモータにより被駆動機構が駆動される内視鏡システム及びモータ制御システムに関する。

従来、複数の歯車からなる回転駆動系の異常の有無を診断する場合、回転駆動系を内蔵するケースなどに、例えば加速度センサを固定し、その加速度センサの出力信号を、高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴという）アナライザーにより解析して、回転駆動系の状態を診断することが行われている。

また、例えば特開２０１５−２２７８８９号公報に開示のように、加速度センサなどを用いないで、モータ等の駆動源に流れる電流信号をＦＦＴにより得られたスペクトル信号に基づいて、回転駆動系の異常診断をする方法も提案されている。

ところで、従来から内視鏡は医療分野や工業分野において広く利用されている。内視鏡には、モータなどの駆動源の回転駆動力を利用する内視鏡もある。このような内視鏡では、モータなどの駆動源を、例えば管腔内を挿入部が推し進めるための挿入補助動作や、挿入部に設けられた湾曲部の湾曲動作等のために用いている。

内視鏡に用いられる回転駆動系の状態の診断のために、上述したような加速度センサを用いて、加速度センサの出力信号を解析したり、駆動源に流れる電流信号を解析したりすることはされていなかった。

特開２０１５−２２７８８９号公報

しかし、上述したような方法により内視鏡の回転駆動系の状態を診断するためには、診断設備を有する会社に内視鏡を送って診断を依頼しなければならず、時間が掛かってしまう。あるいは、内視鏡が使用される病院などの場所に診断設備を設置すれば、直ぐに診断をできるが、コストが掛かってしまう。

内視鏡の挿入補助機能のための挿入補助具の場合、挿入速度に応じて、回転駆動系の回転数が変化する場合がある。また、挿入部と管腔内壁との抵抗が大きくなるとき、内視鏡の挿入補助具に用いられるモータに大きな負荷が掛かる場合がある。
従来の技術では、このような場合も考慮して、内視鏡検査中に実際にモータに負荷が掛かったときの回転駆動系の状態を診断することはできない。

内視鏡の使用中に回転駆動系が故障すると、内視鏡検査のやり直しとなってしまうため、回転駆動系の劣化などの診断を頻繁に行う方が好ましいが、従来は、内視鏡の使用中の回転駆動系の状態を診断することは出来なかった。

そこで、本発明は、内視鏡の回転駆動系の劣化などの状態の診断を簡易にできる内視鏡システム及びモータ制御システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の内視鏡システムは、内視鏡本体と、前記内視鏡本体が使用されるときに接続される機器と、前記内視鏡本体に設けられたモータと、前記内視鏡本体に設けられかつ前記モータにより駆動される、複数の歯車を有する被駆動機構と、前記内視鏡本体と前記機器のいずれかに配置された若しくは前記内視鏡本体と前記機器との接続部に設けられた、前記モータによる前記被駆動機構の駆動時に前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、前記機器に設けられ、前記電流検出部により得られる前記モータに流れる電流の時間経過に伴う変化を示す波形をフーリエ変換し、周波数に応じた振幅の変化を分析する周波数分析部と、前記周波数分析部により得られた前記振幅の変化に基づいて、前記被駆動機構の状態を判定する判定部と、を有する。

本発明の一態様の内視鏡のモータ制御システムは、内視鏡本体に設けられたモータにより被駆動機構を駆動する内視鏡のモータ制御システムであって、前記内視鏡本体または前記内視鏡本体が使用時に接続される機器に配置された若しくは前記内視鏡本体と前記機器との接続部に設けられた、前記モータによる前記被駆動機構の駆動時に前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、前記機器に設けられ、前記電流検出部により得られる前記モータに流れる電流の時間経過に伴う変化を示す波形をフーリエ変換し、周波数に応じた振幅の変化を分析する周波数分析部と、を有する。

本発明によれば、内視鏡の回転駆動系の劣化などの状態の診断を簡易にできる内視鏡システム及びモータ制御システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係わる内視鏡システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施形態に係わる、操作部の長手軸方向に沿ったモータユニットの概略的な縦断面図である。 本発明の実施形態に係わるコントローラの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係わる回転駆動系診断部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係わる、モータがフルで回転した時における各歯車の回転数を示す表である。 本発明の実施形態に係わる、ある回転数でモータが回転しているときの電流センサの出力する電流値のグラフである。 本発明の実施形態に係わる、劣化した歯車がないときの高速フーリエ変換部の出力するスペクトルデータである。 本発明の実施形態に係わる、劣化した歯車があるときの高速フーリエ変換部の出力するスペクトルデータである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（構成）
図１は、本実施形態に係わる内視鏡システムの構成を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態の内視鏡システム１は、被検体の管腔内に挿入される内視鏡本体（以下、内視鏡ともいう）１１と、内視鏡１１に接続される複数のユニットからなるコントロールシステム１２とを有する。
内視鏡１１は、細長の挿入部２１と、挿入部２１の基端側に設けられた操作部２２と、操作部２２から延出するユニバーサルケーブル２３とを有する。コントロールシステム１２と内視鏡１１とは、操作部２２から延出されたユニバーサルケーブル２３により接続される。

挿入部２１は、長手軸方向に沿って延設される細長い挿入部本体３１と、回転部材３２とを有する。挿入部本体３１は、先端から順に、先端硬質部３１ａと、湾曲部３１ｂと、可撓管部３１ｃを有している。

可撓管部３１ｃは、被検体の管腔の曲がり形状に従う可撓性を有している。湾曲部３１ｂは、複数の湾曲駒を有する公知の構造で形成されている。湾曲部３１ｂは、操作部２２の操作に応じて、上下左右方向の４方向に湾曲可能である。

挿入部２１の先端硬質部３１ａには、図示しない観察窓と、図示しない照明窓が設けられている。先端硬質部３１ａの観察窓の後ろ側には、図示しない撮像部が設けられている。撮像部は、観察光学系と撮像素子を有する。

複数の光ファイバ束からなるライトガイド４１と撮像信号用の信号ケーブル４２が、内視鏡１１の挿入部２１、操作部２２及びユニバーサルケーブル２３に挿通されている。モータ駆動用ケーブル４３は、操作部２２及びユニバーサルケーブル２３に挿通されている。

ユニバーサルケーブル２３の先端には、コネクタ２３ａが設けられている。コネクタ２３ａは、ライトガイドコネクタ４１ａ、プロセッサ用ケーブル４１ｂ及びコントローラ用ケーブル４１ｃが設けられている。

コネクタ２３ａは、内部に基板を有し、その基板にはメモリ２３ｂが搭載されている。メモリ２３ｂは、書き換え可能な不揮発性メモリである。後述するように、コントロールシステム１２のコントローラ１２ｄは、コントローラ用ケーブル４１ｃを介してメモリ２３ｂにアクセス可能であり、図示しない信号線を介してデータを書き込むことができる。コントローラ１２ｄは、内視鏡のモータ制御システムを構成する。

信号ケーブル４２は、プロセッサ用ケーブル４１ｂ内に挿通され、プロセッサ１２ｂに接続可能となっている。モータ駆動用ケーブル４３は、コントローラ用ケーブル４１ｃに挿通され、コントローラ１２ｄに接続可能となっている。

操作部２２は、把持部５１と、挿入部２１の可撓管３１ｃの基端部を支持する折れ止め部５２と、把持部５１に設けられた２つのノブ５１ａ，５１ｂと、各種の指示が割り当てられる複数のボタンを有する操作部材部５３とを有する。操作部材部５３は、レリーズボタン、吸引ボタン、送気／送水ボタン等を含む。

折れ止め部５２は、挿入部２１の可撓管３１ｃが折れ曲がるのを防止する。内視鏡１１のユーザである、例えば術者は、ノブ５１ａを回動操作することにより、図１に示す挿入部２１の湾曲部３１ｂを上下方向に湾曲させることができる。ユーザは、ノブ５１ｂを回動操作することにより、湾曲部３１ｂを左右方向に湾曲させることができる。

図１に示すように、回転部材３２は、内視鏡１１の挿入部２１に配置されている。より具体的には、回転部材３２は、湾曲部３１ｂの基端側であって、可撓管３１ｃの例えば先端部近傍の外周面に、挿入部本体３１の先端側から着脱可能に取り付けられている。回転部材３２は、外周部に、螺旋状に突出したフィン３２ａを有する。回転部材３２は、挿入部本体３１の先端硬質部３１ａ及び湾曲部３１ｂを通して可撓管３１ｃの所定の位置に着脱可能である。回転部材３２は、モータ７１の駆動力によって挿入部２１の長手軸周りに回動する被駆動部材を構成する。

挿入部２１と操作部２２との境界付近から可撓管３１ｃの例えば先端部にかけての部位には、回転部材３２を駆動するための駆動ユニット６１が設けられている。回転部材３２は、駆動ユニット６１の駆動力により回転可能である。回転部材３２の回転方向は、挿入部本体３１の中心軸ＣＯの軸周りの両方向である。そして、回転部材３２は、挿入部本体３１の管腔内への挿入を補助するとともに、挿入した状態から抜去するのを補助する、管路に対する挿抜用の補助具として用いられる。
駆動ユニット６１は、挿入部２１と操作部２２との境界付近に配設されるモータユニット６２と、可撓管３１ｃの例えば先端部に配設される歯車６３と、モータユニット６２と歯車６３との間に配設されるドライブシャフト６４とを有する。モータユニット６２は、回転駆動力発生部である。歯車６３は、回転駆動力出力部である。

図１に示すように、ドライブシャフト６４は、可撓管３１ｃ内に挿通されている。回転駆動力伝達部であるドライブシャフト６４は、その基端部に支持部６５を有する。支持部６５は、モータユニット６２の出力端６２ａを貫通して支持される。支持部６５は、出力端６２ａの軸方向の長さに対して長く形成されている。

ドライブシャフト６４の外側には チャンネル６６が配設されている。チャンネル６６は、チューブ本体６６ａと固定部６６ｂとを有する。チューブ本体６６ａには、ドライブシャフト６４が挿通され、チューブ本体６６ａは、ドライブシャフト６４の外側を略全長にわたって保護する。固定部６６ｂは、チューブ本体６６ａの基端に固定されるとともに、硬質管８４（図２参照）に固定される。

硬質管８４（図２参照）は、折れ止め部５２内において、可撓管３１ｃの基端に固定された口金３１ｃ４（図２参照）に対して固定されている。ドライブシャフト６４は、チューブ本体６６ａだけでなく、円筒状の固定部６６ｂ内にも挿通されている。チューブ本体６６ａは電気絶縁性を有するとともに、耐摩耗性を有するフレキシブル性を有する樹脂材で形成されている。

支持部６５は、その横断面が例えばＤ形状に形成されている。ドライブシャフト６４のうち、出力端６２ａにより支持された部分よりも先端側は、適宜のコシを有するとともに可撓性を有する。ドライブシャフト６４の先端に、歯車６３が固定されている。

支持部６５には、歯車９０（図２）が固定されている。支持部６５は、歯車９０に形成されたＤ形状の孔に挿通されて歯車９０に固定されている。モータユニット６２内のモータが回転すると、歯車９０が回転し、その結果、ドライブシャフト６４が、ドライブシャフト６４の軸周りに回転する。

回転部材３２は、円筒形状を有しており、内周面に歯部（以下、内周歯部という）３２ｂを有している。内周歯部３２ｂは、回転部材３２の内周面に形成されていてもよいし、回転部材３２の内周面に固定された円筒部材の内周面に形成されていてもよい。

回転部材３２が可撓管３１ｃの所定位置に配置されたときに、歯車６３は、内周歯部６３ｂと噛み合う。よって、ドライブシャフト６４が軸周りに回転すると、歯車６３の回転に伴い、回転部材３２は、可撓管３１ｃの長手軸周りに回転する。

図２は、実施形態に係る、操作部の長手軸方向に沿ったモータユニット６２の概略的な縦断面図である。
図１及び図２に示すように、モータユニット６２は、駆動源としてのモータ７１と、歯車列７２とを有する。モータ７１及び歯車列７２は、挿入部２１の基端側に配置されている。
モータユニット６２は、挿入部２１と操作部２２との境界付近から挿入部２１の長手方向に対して直交する方向に突出した状態で、歯車支持フレームであるギアボックス７３内に収納されている。ギアボックス７３内には、回路基板７４も配設されている。

図１及び図２に示すように、モータ７１は、内視鏡本体である内視鏡１１に内蔵されて設けられている。歯車列７２は、内視鏡１１に内蔵されたモータ７１からの回転駆動力を伝達する、複数の歯車を有している。歯車列７２の複数の歯車の歯車比の調整により、モータ７１の駆動軸７１ａの回転速度は、出力端６２ａにおけるドライブシャフト６４の適宜のトルク及び適宜の回転速度に変換される。
すなわち、歯車列７２は、内視鏡１１に設けられかつモータ７１により駆動される、複数の歯車を有する被駆動機構を構成する。
ギアボックス７３は、ベースプレート８１、支持体８２及び外装ケース８３を有する。外装ケース８３は、ケース本体８３ａとキャップ８３ｂにより構成されている。支持体８２は、ネジによりベースプレート８１に固定されている。ベースプレート８１及び支持体８２は、協働して、歯車列７２の各歯車及びモータ７１を支持する。支持体８２は、折れ止め部５２内の硬質管８４に固定される。
なお、モータ７１は、後述する絶縁プレート８５により支持体８２に固定される。

モータ７１の駆動軸７１ａに取り付けられたピニオンギア９１には、被駆動機構である歯車列７２の第１ギアアッセンブリ９２の大歯車９２ａが噛み合わせられる。第１ギアアッセンブリ９２は、大歯車９２ａと小歯車９２ｂとを有する。第１ギアアッセンブリ９２は、ベースプレート８１及び支持体８２の両者に支持されている。

第１ギアアッセンブリ９２の大歯車９２ａと一緒に回転する小歯車９２ｂには歯車列７２の第２ギアアッセンブリ９３の大歯車９３ａが噛み合わせられる。第２ギアアッセンブリ９３は、大歯車９３ａと小歯車９３ｂとを有する。第２ギアアッセンブリ９３は、ベースプレート８１及び支持体８２の両者に支持されている。

第２ギアアッセンブリ９３の大歯車９３ａと一緒に回転する小歯車９３ｂには、歯車列７２の第３ギアアッセンブリ９４が噛み合わせられる。第３ギアアッセンブリ９４は、支持体８２に支持されている。
第３ギアアッセンブリ９４には歯車列７２の第４ギアアッセンブリとしての筒状の歯車９０が噛み合わせられる。歯車９０は、支持体８２に支持されている。

なお、第１ギアアッセンブリ９２の大歯車９２ａは、電気絶縁性を有する、例えば硬質の樹脂材等で形成されている。モータ７１は電気絶縁性を有する絶縁プレート８５を介して支持体８２に支持されている。 このため、モータ７１及び内視鏡１１は電気的に絶縁されている。そして、内視鏡１１の撮像部のグランド（ＧＮＤ）とモータ７１のグランド（ＧＮＤ）とを電気的に絶縁し、分離している。

第１ギアアッセンブリ９２の回転軸の一端及び第２ギアアッセンブリ９３の回転軸の一端は、ベースプレート８１に対してボールベアリングにより支持されている。このため、第１ギアアッセンブリ９２の回転軸の中心軸と第２ギアアッセンブリ９３の回転軸の中心軸とが平行となる。
なお、第１ギアアッセンブリ９２の回転軸の他端及び第２ギアアッセンブリ９３の回転軸の他端は、支持体８２に対してボールベアリングで支持されている。

第３ギアアッセンブリ９４の回転軸の一端及び他端は、支持体８２に対してボールベアリングで支持されている。歯車９０の一端及び他端は、支持体８２に対して セラミック材の滑り軸受で支持されている。

なお、第２ギアアッセンブリ９３から回転駆動力が伝達される第３ギアアッセンブリ９４の回転軸の中心軸も、第１ギアアッセンブリ９２の回転軸の中心軸と第２ギアアッセンブリ９３の回転軸の中心軸と平行となる。

以上のように、モータ７１の回転駆動力は、歯車列７２によりドライブシャフト６４を回転させる。歯車６３は、回転部材３２の内周歯部３２ｂと噛み合っている。回転するドライブシャフト６４は、歯車６３により回転部材３２を回転させる。
すなわち、被駆動機構である歯車列７２は、内視鏡１１に設けられた回転部材３２とモータ７１との間に介在し、モータ７１の回転駆動力を回転部材３２に伝達する。

コントロールシステム１２は、光源ユニット１２ａと、プロセッサ１２ｂと、モニタ１２ｃと、コントローラ１２ｄと、入力ユニット１２ｅとを有する。光源ユニット１２ａとプロセッサ１２ｂは接続されている。プロセッサ１２ｂとモニタ１２ｃも接続されている。光源ユニット１２ａとコントローラ１２ｄも接続されている。コントローラ１２ｄと入力ユニット１２ｅも接続されている。

光源ユニット１２ａは、観察対象を照明するための照明光を出射する。光源ユニット１２ａの照明光は、ライトガイドコネクタ４１ａに入射する。

プロセッサ１２ｂは、観察光学系の撮像部により撮像された画像を処理して内視鏡画像を生成する画像処理ユニットを有する。プロセッサ１２ｂは、プロセッサ用ケーブル４１ｂを介して内視鏡１１の撮像部と接続される。
モニタ１２ｃは、生成された内視鏡画像を表示する表示部である。
コントローラ１２ｄは、内視鏡システム１全体を制御する。コントローラ１２ｄは、内視鏡本体である内視鏡１１が使用されるときに接続される周辺機器である。

入力ユニット１２ｅは、コントローラ１２ｄに指示等を入力する装置である。入力ユニット１２ｅは、例えば図示しないキーボードやフットスイッチ等である。入力ユニット１２ｅは、上述したモータ７１を制御し、挿入部２１の体腔内に対する進退動作を指示する、前進スイッチＦＳ及び後退スイッチＢＳを有する。
コントローラ１２ｄは、専用装置だけではなく、例えば、任意のプログラムを搭載するパーソナルコンピュータ等の汎用的な処理装置であってもよい。

モータユニット６２の回路基板７４の回路は、コントローラ１２ｄからのコマンドに応じて、モータ７１の回転速度をサーボ制御などにより制御する。コントローラ１２ｄは、モータ７１の回転方向及び回転方向を制御する。術者が、前進スイッチＦＳあるいは後退スイッチＢＳを押下することにより、挿入部２１は、被検体の管腔内を前進あるいは後退する。

図３は、コントローラ１２ｄの構成を示すブロック図である。

コントローラ１２ｄは、制御部１０１と、モータ駆動制御回路１０２と、電流センサ１０３と、メモリ１０４と、３つのインターフェース回路（以下、Ｉ／Ｆと略す）１０５，１０６，１０７を有する。制御部１０１と、３つのＩ／Ｆ１０５，１０６，１０７は、バス１０８により信号の送受信が可能に接続されている。

制御部１０１は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）、ＲＯＭ、ＲＯＭなどを含むプロセッサである。
なお、制御部１０１は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのハードウエア回路により構成してもよい。

モータ駆動制御回路１０２は、入力ユニット１２ｅからの前進スイッチＦＳ又は後退スイッチＢＳの押下に応じた指示信号を受信して、その指示信号に応じた駆動信号を生成して、モータ駆動用ケーブル４３へ出力するハードウエア回路である。モータ駆動制御回路１０２により生成された駆動信号は、電流センサ１０３を介してモータ７１へ供給される。

電流センサ１０３は、モータ駆動用ケーブル４３の途中に配置され、モータ駆動用ケーブル４３に流れる電流を検出する。電流センサ１０３の検出信号は、モータ駆動制御回路１０２にフィードバックされると共に、Ｉ／Ｆ１０５を介して制御部１０１に供給される。

なお、ここでは、電流センサ１０３は、コントローラ１２ｄ内に設けられているが、図１において一点鎖線で示すように、電流センサ１０３ａとして内視鏡１１内に設けてもよく、あるいは図１において二点鎖線で示すように、電流センサ１０３ｂとして内視鏡１１とコントローラ１２ｄの間に設けられた接続装置１２ｆ内に設けてもよい。
よって、電流センサ１０３は、内視鏡１１とコントローラ１２ｄのいずれかに配置された若しくは内視鏡１１とコントローラ１２ｄとの接続部である接続装置１２ｆに設けられた、モータ７１による歯車列７２の駆動時にモータ７１に流れる電流を検出する電流検出部を構成する。

制御部１０１は、Ｉ／Ｆ１０５及びバス１０８を介して、電流センサ１０３の検出値を受信する。制御部１０１は、メモリ１０４に記憶された各種処理プログラムを実行し、内視鏡システム１全体の制御を行うと共に、後述する回転駆動系診断プログラムを実行する。なお、後述する閾値ＴＨのデータもメモリ１０４に記憶されている。

制御部１０１で生成された各種コマンドは、Ｉ／Ｆ１０６を通して光源ユニット１２ａへ供給される。後述するように、制御部１０１で生成された画像信号などは、光源ユニット１２ａからプロセッサ１２ｂへ供給され、プロセッサ１２ｂからモニタ１２ｃへ供給される。プロセッサ１２ｂは、光源ユニット１２ａを介してコントローラ１２ｄと接続されているので、制御部１０１で生成された画像信号は、コントローラ１２ｄを介してモニタ１２ｃに表示可能となっている。

さらに、制御部１０１は、後述するように、Ｉ／Ｆ１０７を通して内視鏡１１のメモリ２３ｂにデータを書き込むことができる。
（作用）
次に、コントローラ１２ｄの制御部１０１における回転駆動系診断処理について説明する。

図４は、回転駆動系診断部の構成を示すブロック図である。
回転駆動系診断部Ｐは、ＦＦＴ部１１１、判定部１１２、告知部１１３及び書き込み部１１４を有する回転駆動系診断プログラムである。回転駆動系診断部Ｐは、メモリ１０４に格納される。ＦＦＴ部１１１、判定部１１２、告知部１１３及び書き込み部１１４の各々は、制御部１０１のＣＰＵにより読み込まれて、各部の機能が実現される。

電流センサ１０３の電流値Ｉのデータは、ＦＦＴ部１１１及び判定部１１２に供給される。上述したように、電流センサ１０３は、モータ７１に流れる電流の大きさを検出する。
ＦＦＴ部１１１は、電流値Ｉのデータに対して高速フーリエ変換処理を行い、スペクトルデータを出力する。
ここでは、ＦＦＴ部１１１は、コントローラ１２ｄに設けられ、モータ７１に流れる電流の時間経過に伴う変化を示す波形をフーリエ変換し、周波数に応じた振幅の変化を分析する周波数分析部を構成する。ＦＦＴ部１１１は、波形をフーリエ変換して周波数分析する機能はソフトウエアで構築されている。

判定部１１２は、ＦＦＴ部１１１により得られたスペクトルデータの振幅の変化に基づいて、歯車列７２の状態を判定する。ここでは、判定部１１２は、ＦＦＴ部１１１の出力から、所定の閾値ＴＨを超える周波数があるか否かを判定すると共に、劣化状態を示す歯車を特定する。判定部１１２には、メモリ１０４から読み出された閾値ＴＨが入力される。

各歯車は、入力ユニット１２ｅからの動作指示に応じた回転数となる。
図５は、モータ７１がフルで回転した時における各歯車の回転数を示す表である。ここでは、回転数は、１秒間の回転数である。図５において、歯車Ａは、上述した歯車９０に対応する。歯車Ｂは、上述したギアアッセンブリ９４に対応する。歯車Ｃは、上述した小歯車９３ｂに対応する。歯車Ｄは、上述した大歯車９３ａに対応する。歯車Ｅは、上述した小歯車９２ｂに対応する。歯車Ｆは、上述した大歯車９２ａに対応する。歯車Ｇは、上述したピニオンギア９１に対応する。

よって、ユーザが、入力ユニット１２ｅの前進スイッチＦＳあるいは後退スイッチＢＳを最も深く押下したときモータ７１はフルで回転する。モータ７１はフルで回転するとき、歯車Ａの回転数はｆ１であり、歯車Ｂの回転数はｆ２であり、歯車Ｃの回転数はｆ３であり、歯車Ｄの回転数はｆ４であり、歯車Ｅの回転数はｆ５であり、歯車Ｆの回転数はｆ６であり、歯車Ｇの回転数はｆ７である。

図６は、ある回転数でモータ７１が回転しているときの電流センサの出力する電流値のグラフである。図６において、横軸は、時間であり、縦軸は、電流値である。図６では、時間は、秒（ｓ）であり、電流値は、ミリアンペア（ｍＡ）である。図６に示すように、電流センサ１０３の検出したモータ７１へ供給される電流の電流値は、時間経過と共に変化する。

図７は、劣化した歯車がないときのＦＦＴ部１１１の出力するスペクトルピークデータである。図７において、横軸は、周波数であり、縦軸は、スペクトルピークデータの正規化された振幅値（Ａ）である。図７に示すように、閾値ＴＨを超えているスペクトルピークデータはない。

内視鏡１１の場合、挿入部２１と管腔内壁との抵抗が大きくなったり、小さくなったりするため、モータ７１に掛かる負荷は変化する。しかし、ある回転数でモータ７１が回転しているとき、回転駆動系に劣化がなければ、モータに掛かる負荷が変化しても、閾値ＴＨを超えるスペクトルピークデータは、現れない。

図８は、劣化した歯車があるときのＦＦＴ部１１１の出力するスペクトルピークデータである。図８において、横軸は、周波数であり、縦軸は、スペクトルピークデータの正規化された振幅値（Ａ）である。図８に示すように、特定の周波数のスペクトルピークデータの振幅が大きく、閾値ＴＨを超えている。

なお、上述したように、ユーザは、例えば前進スイッチＦＳあるいは後退スイッチＢＳの押下量に応じて、回転部材３２の回転量を変化させることができる。

入力ユニット１２ｅからの動作指示に応じた回転数でモータ７１が回転しているとき、歯車列７２中のある歯車が劣化すると、その歯車の現時点の回転数に対応するスペクトルデータの振幅が大きくなる。各歯車の現時点の回転数は、図５に示すモータ７１がフルで回転した時の回転数以下である。

判定部１１２は、電流センサ１０３の検出信号から、モータ７１の回転数を検出することができる。よって、判定部１１２は、電流センサ１０３の検出信号に基づいて、各歯車の現時点の回転数ｆを算出することができる。

例えば、図５は、モータ７１のフル出力時の各歯車の回転数のパラメータデータを示しているので、判定部１１２は、電流センサ１０３により検出された現時点の検出信号と、モータ７１のフル出力時おける電流センサ１０３の検出信号とに基づいて、各歯車の現時点の回転数を決定することができる。

すなわち、入力ユニット１２ｅからの指示信号に応じて各歯車の回転数は変わるので、判定部１１２は、電流センサ１０３の検出信号に基づいて、各歯車の現時点の回転数を算出し、そのスペクトルデータ中の閾値ＴＨを超えた周波数に対応する歯車を特定することができる。
よって、ＦＦＴ部１１１は、図５に示す、複数の歯車の各々のパラメータデータを用いて、周波数に応じた振幅を算出する。

図８においては、周波数ｆ１とｆ２において、振幅が大きく、閾値ＴＨを超えている。ｆ１は、算出された歯車Ａすなわち歯車９０の現時点の回転数であり、ｆ２は、算出された歯車Ｂすなわちギアアッセンブリ９４の現時点の回転数である。
よって、判定部１１２は、歯車ＡとＢが劣化していると判定することができる。すなわち、判定部１１２は、複数の歯車の各々の回転周波数と、振幅の変化が起こっている周波数とを比較することによって、劣化している歯車を判定することができる。判定部１１２は、複数の歯車の各々の回転周波数における振幅の変化の大きさに基づいて、歯車列７２の各歯車の劣化を判定する。特に、判定部１１２は、振幅と所定の閾値ＴＨとを比較することにより、歯車列７１の状態が、劣化状態であるかを判定する。

判定部１１２が、歯車ＡとＢが劣化していると判定すると、告知部１１３へ劣化歯車が歯車ＡとＢであることを通知する。
告知部１１３は、判定部１１２の判定結果において劣化を示す歯車が判定されたときに、劣化を示す歯車をユーザに告知するためのメッセージデータを生成し、プロセッサ１２ｂへ出力する。

書き込み部１１４は、判定部１１２の判定結果において劣化を示す歯車があることを、内視鏡１１のメモリ２３ｂに記録する処理を行う。よって、書き込み部１１４は、判定部１１２において判定された歯車列７２の状態についての情報を、内視鏡１１に設けられたメモリ２３ｂに書き込む書き込み部を構成する。例えば、メモリ２３ｂには、劣化した歯車を特定する情報を格納してもよい。
告知部１１３は、歯車ＡとＢが劣化しているとのデータを受けると、例えば、モニタ１２ｃに表示するメッセージを生成する。そのメッセージは、例えば「歯車ＡとＢが劣化しています。点検して下さい。」のテキストである。なお、テキストは、劣化及びその箇所を示すコードでもよい。
よって、告知部１１３は、判定部１１２において判定された歯車列７２の状態を表示するための表示情報を生成する表示情報生成部を構成する。

そのメッセージデータは、光源ユニット１２ａを介してプロセッサ１２ｄへ供給され、プロセッサ１２ｄは、そのメッセージを表示する画像信号を生成して、あるいはそのメッセージを重畳した画像信号を生成して、モニタ１２ｃに出力する。

その結果、ユーザは、内視鏡システム１の動作中に歯車の劣化があることを知って、関連する者に点検などを指示することができる。
歯車の故障まで至っていない、歯車が劣化している状態が検出されるので、ユーザが内視鏡検査中に、回転駆動系が故障して内視鏡検査ができなくなる確率は低下する。

例えば、ユーザは、内視鏡システム１の動作を開始した直後に、回転駆動系を試しに動作させることで、動作直後における劣化の有無を知ることができる場合がある。
よって、ユーザは、内視鏡システム１の動作を開始した直後に、回転駆動系の劣化の有無を知ることができる。その場合、ユーザは、内視鏡を交換して別の内視鏡を用いて検査を行うという選択手段をとることもできる。

また、メモリ２３ｂには、劣化の有無のデータが書き込まれているので、内視鏡システム１の動作を開始した直後に、プロセッサ１２ｂがメモリ２３ｂからデータを読み出して、過去の動作時において劣化があれば、所定のメッセージを表示することができる。所定のメッセージは、例えば、「本内視鏡の回転駆動系に劣化がみられるので、メーカのサービスを依頼して下さい。」である。

あるいは、劣化の有無のデータ等がメモリ２３ｂにログデータとして書き込まれているので、内視鏡１１のメーカのサービスマンが、内視鏡１１のメンテナンスを行うときに、劣化の進行具合を確認することもできる。

以上のように、上述した実施形態によれば、内視鏡の回転駆動系の劣化などの状態の診断を簡易にできる内視鏡システム及びモータ制御システムを提供することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

１ 内視鏡システム、１１ 内視鏡、１２ コントロールシステム、１２ａ 光源ユニット、１２ｂ プロセッサ、１２ｃ モニタ、１２ｄ コントローラ、１２ｄ プロセッサ、１２ｅ 入力ユニット、１２ｆ 接続装置、２１ 挿入部、２２ 操作部、２３ ユニバーサルケーブル、２３ａ コネクタ、２３ｂ メモリ、３１ 挿入部本体、３１ａ 先端硬質部、３１ｂ 湾曲部、３１ｃ 可撓管部、３１ｃ 可撓管、３１ｃ４ 口金、３２ 回転部材、３２ａ フィン、３２ｂ 内周歯部、４１ ライトガイド、４１ａ ライトガイドコネクタ、４１ｂ プロセッサ用ケーブル、４１ｃ コントローラ用ケーブル、４２ 信号ケーブル、４３ モータ駆動用ケーブル、５１ 把持部、５１ａ，５１ｂ ノブ、５２ 折れ止め部、５３ 操作部材部、６１ 駆動ユニット、６２ モータユニット、６２ａ 出力端、６３ 歯車、６３ｂ 内周歯部、６４ ドライブシャフト、６５ 支持部、６６ チャンネル、６６ａ チューブ本体、６６ｂ 固定部、７１ モータ、７１ａ 駆動軸、７２ 歯車列、７３ ギアボックス、７４ 回路基板、８１ ベースプレート、８２ 支持体、８３ 外装ケース、８３ａ ケース本体、８３ｂ キャップ、８４ 硬質管、８５ 絶縁プレート、９０ 歯車、９１ ピニオンギア、９２ ギアアッセンブリ、９２ａ 大歯車、９２ｂ 小歯車、９３ ギアアッセンブリ、９３ａ 大歯車、９３ｂ 小歯車、９４ ギアアッセンブリ、１０１ 制御部、１０２ モータ駆動制御回路、１０３、１０３ａ、１０３ｂ 電流センサ、１０４ メモリ、１０８ バス、１１１ ＦＦＴ部、１１２ 判定部、１１３ 告知部、１１４ 書き込み部。

Claims (16)

1. 内視鏡本体と、
   前記内視鏡本体が使用されるときに接続される機器と、
   前記内視鏡本体に設けられたモータと、
   前記内視鏡本体に設けられかつ前記モータにより駆動される、複数の歯車を有する被駆動機構と、
   前記内視鏡本体と前記機器のいずれかに配置された若しくは前記内視鏡本体と前記機器との接続部に設けられた、前記モータによる前記被駆動機構の駆動時に前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記機器に設けられ、前記電流検出部により得られる前記モータに流れる電流の時間経過に伴う変化を示す波形をフーリエ変換し、周波数に応じた振幅の変化を分析する周波数分析部と、
   前記周波数分析部により得られた前記振幅の変化に基づいて、前記被駆動機構の状態を判定する判定部と、
   を有する、内視鏡システム。
2. 前記判定部は、前記複数の歯車の各々の回転周波数と、前記振幅の変化が起こっている周波数とを比較することによって、劣化している歯車を判定する、請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記判定部は、前記複数の歯車の各々の回転周波数における前記振幅の変化の大きさに基づいて、前記被駆動機構の劣化を判定する、請求項２に記載の内視鏡システム。
4. 前記被駆動機構は、前記内視鏡本体に設けられた被駆動部材と前記モータとの間に介在し、前記モータの駆動力を前記被駆動部材に伝達する、請求項１に記載の内視鏡システム。
5. 前記被駆動部材は、前記内視鏡本体の挿入部に配置されており、前記モータ及び前記被駆動機構は前記挿入部の基端側に配置されている、請求項３に記載の内視鏡システム。
6. 前記被駆動部材は、前記モータの駆動力によって前記挿入部の長手軸周りに回動する、請求項５に記載の内視鏡システム。
7. 前記被駆動部材は、外周部に螺旋状のフィンを備えている、請求項６に記載の内視鏡システム。
8. 前記周波数分析部は、前記波形をフーリエ変換して周波数分析する機能はソフトウエアで構築され、
   前記ソフトウエアは、前記複数の歯車の各々のパラメータデータを用いて、前記周波数に応じた前記振幅を算出する、請求項１に記載の内視鏡システム。
9. 前記判定部は、前記振幅と所定の閾値とを比較することにより、前記被駆動機構の状態が、劣化状態であるかを判定する、請求項１に記載の内視鏡システム。
10. 前記判定部において判定された前記被駆動機構の状態を表示するための表示情報を生成する表示情報生成部を有する、請求項１に記載に内視鏡システム。
11. 前記判定部において判定された前記被駆動機構の状態についての情報を、前記内視鏡本体に設けられた不揮発性メモリに書き込む書き込み部を有する、請求項１に記載の内視鏡システム。
12. 内視鏡本体に設けられたモータにより被駆動機構を駆動する内視鏡のモータ制御システムであって、
    前記内視鏡本体または前記内視鏡本体が使用時に接続される機器に配置された若しくは前記内視鏡本体と前記機器との接続部に設けられた、前記モータによる前記被駆動機構の駆動時に前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、
    前記機器に設けられ、前記電流検出部により得られる前記モータに流れる電流の時間経過に伴う変化を示す波形をフーリエ変換し、周波数に応じた振幅の変化を分析する周波数分析部と、
    を有する、内視鏡のモータ制御システム。
13. 前記被駆動機構は、前記内視鏡本体に設けられた被駆動部材と前記モータとの間に介在し、前記モータの駆動力を前記被駆動部材に伝達する、請求項１２に記載の内視鏡のモータ制御システム。
14. 前記被駆動部材は、前記内視鏡本体の挿入部に配置されており、前記モータ及び前記被駆動機構は前記挿入部の基端側に配置されている、請求項１３に記載の内視鏡のモータ制御システム。
15. 前記被駆動部材は、前記モータの駆動力によって前記挿入部の長手軸周りに回動する、請求項１４に記載の内視鏡のモータ制御システム。
16. 前記被駆動部材は、外周部に螺旋状のフィンを備えている、請求項１５に記載の内視鏡のモータ制御システム。

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