JP5114031B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡装置、特に焦点調整機構を備える内視鏡装置に関する。

先端部に撮像ユニットを備え、湾曲部を有する可撓管を具備している内視鏡において、一般に、内視鏡像を最適な状態で観察するために、焦点レンズや撮像素子を移動して焦点調節を行う必要がある。このため、例えば特許文献１に開示されているような内視鏡用撮像装置が提案されている。特許文献１による内視鏡用撮像装置では、内視鏡先端部内において、光学素子と撮像素子との相対位置の可変手段として形状記憶合金を用いている。

特開２００４−１２９９５０号公報

特許文献１に開示された内視鏡装置では、硬性な内視鏡先端部内において、形状記憶合金を用いて光学素子と撮像素子との相対位置を変化させる。これにより焦点調節を行う構成である。

しかしながら、光学素子と撮像素子との相対位置の変化量は、硬性な内視鏡先端部内に備えた形状記憶合金の長さに起因する。内視鏡の機能上、硬性な内視鏡先端部自体の長さを大きくとることはできないため、内視鏡先端部内の形状記憶合金の長さは、制限されてしまう。このため、従来技術の構成では、焦点調整のための光学素子と撮像素子との相対位置の変化量を大きくすることについて対応できない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、形状記憶合金を用いて焦点調整を行うと共に、内視鏡先端部の径を太くすることなく、焦点調整のための光学素子と撮像素子との相対位置の変化量を大きくすることが可能である内視鏡装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、可動部を有する光学機構を有する硬性な先端部と、湾曲部を有する可撓管を具備する内視鏡装置において、可動部を有する光学機構を保持する鏡筒に湾曲可能なチューブ部材の一端を固定し、チューブ部材が内視鏡装置が有する可撓管の長手方向に延在し、チューブ部材内に形状記憶素子の少なくとも一部が内包され、形状記憶素子の一端がチューブ部材の鏡筒に固定されていない一端に固定され、形状記憶素子の他端が可動部を有する光学機構の可動部に機械的に連結され、形状記憶素子が伸縮することにより、可動部を有する光学機構の可動部と、鏡筒に固定されたチューブ部材の一端との相対位置が変化する構成を有することを特徴とする内視鏡装置を提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、可動部を有する光学機構の可動部が形状記憶素子の相転移による長さ変化により、可動部を有する光学機構の可動部と、鏡筒に固定されたチューブ部材の一端との相対位置が変化する方向と逆方向に力が働くようにバイアス用弾性体が鏡筒に配置されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、形状記憶素子の一端が可動部を有する光学機構の可動部と連結部を介して機械的に連結され、可動部は溝を有し、連結部が可動部の溝との間に間隙を介して連結されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、鏡筒に可動部を有している光学機構の可動部の可動可能領域を制限するためのストッパーが設置されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、形状記憶素子の一端を固定しているチューブ部材の一端に対して、形状記憶素子が相転移して長さが変化するときに生ずる力とは逆方向に力を作用させるバッファ用弾性体が設置されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、形状記憶素子の一端がチューブ部材の鏡筒に固定されていない一端に固定され、形状記憶素子の他端が、可動部を有する光学機構の可動部にバッファ用弾性体を介して機械的に連結され、形状記憶素子が伸縮することにより、可動部を有する光学機構の可動部と鏡筒に固定されたチューブ部材の一端の相対位置が変化し、形状記憶素子の相対位置の変化以上の過剰な伸縮をバッファ用弾性体が伸縮して吸収する構成を有することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、バッファ用弾性体が可動部を有する光学機構を有する硬性な先端部に配置されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、バッファ用弾性体と形状記憶素子が電気的に接続されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、バッファ用弾性体の軸方向と、バイアス用弾性体の軸方向が平行であり、バッファ用弾性体とバイアス用弾性体の少なくとも一部がバッファ弾性体の軸方向から垂直方向に射影して重なっていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、バッファ用弾性体のばね定数が、バイアス用弾性体のばね常数より大きいことが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、チューブ部材が絶縁性であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、チューブ部材は、チューブ部材よりも高い弾性率を有する中空形状のケーブル部材に内包され、チューブ部材の鏡筒に固定されていない側の高い弾性率を有する中空形状のケーブル部材の一端と形状記憶素子とが固定されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、中空形状のケーブル部材は、密着ばね、または複数のワイヤで構成されたケーブルであることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、チューブ部材は、内視鏡の管路に熱的に接続されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、管路は、送気管路または送水管路であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、可動部を有する光学機構は、撮像素子を有し、形状記憶素子の長さの半分以上が撮像素子の位置よりも可撓管側に配置されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、可動部を有する光学機構の可動部が撮像素子であることが望ましい。

また、本発明によれば、可動部を有する光学機構を有する硬性な先端部と、湾曲部を有する可撓管を具備する内視鏡装置において、可動部を有する光学機構を保持する鏡筒に湾曲可能な中空形状のケーブル部材の一端を固定し、中空形状のケーブル部材が内視鏡装置が有する可撓管の長手方向に延在し、中空形状のケーブル部材内に形状記憶素子の少なくとも一部が内包され、形状記憶素子の一端が中空形状のケーブル部材の鏡筒に固定されていない一端に固定され、形状記憶素子の他端が可動部を有する光学機構の可動部に機械的に連結され、形状記憶素子に通電し加熱する通電手段を有し、形状記憶素子は通電手段との電気的に接続された部位以外は絶縁コーティング処理が施され、通電手段による加熱により形状記憶素子の温度を変化させ、形状記憶素子が温度変化で伸縮することにより、可動部を有する光学機構の可動部と、鏡筒に固定された中空形状のケーブル部材の一端との相対位置が変化する構成を有することを特徴とする内視鏡装置を提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、可動部を有する光学機構の可動部が形状記憶素子の相転移による長さ変化により、可動部を有する光学機構の可動部と、鏡筒に固定された中空形状のケーブル部材の一端との相対位置が変化する方向と逆方向に力が働くようにバイアス用弾性体が鏡筒に配置されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、形状記憶素子の一端が可動部を有する光学機構の可動部と連結部を介して機械的に連結され、可動部は溝を有し、連結部が可動部の溝との間に間隙を介して連結されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、鏡筒に可動部を有している光学機構の可動部の可動可能領域を制限するためのストッパーが設置されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、中空形状のケーブル部材は、密着ばね、または複数のワイヤで構成されたケーブルであることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、中空形状のケーブル部材は、形状記憶素子が相転移して長さが変化するときに生ずる力とは逆方向に力が作用し、
前記形状記憶素子の相転移による長さ変化と同方向に長さ変化することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、中空形状のケーブル部材は、内視鏡の管路に熱的に接続されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、管路は、送気管路または送水管路であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、可動部を有する光学機構は、撮像素子を有し、形状記憶素子の長さの半分以上が撮像素子の位置よりも可撓管側に配置されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、可動部を有する光学機構の可動部が撮像素子であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、絶縁コーティング処理の材料がパリレンであることが望ましい。

本発明によれば、形状記憶合金を用いて焦点調整を行うと共に、内視鏡先端部の径を太くすることなく、焦点調整のための光学素子と撮像素子との相対位置の変化量を大きくすることが可能である内視鏡装置を提供できるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る内視鏡装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る内視鏡装置の概略構成を示している。図１に示すように内視鏡１は、湾曲操作や管路系の制御を行う操作部２と、その基端側が操作部２に接続されて被検体の体腔内に挿入される挿入部３を有する。

挿入部３は、軟性を有する可撓管部４と、その可撓管部４の先端側に設けられた湾曲可能な湾曲部５と、その湾曲部５の先端側に設けられた硬性な先端部６とを有して構成されている。先端部６には、体腔内の観察部位を撮像する撮像素子ユニット３２が内蔵されている。撮像素子ユニット３２については後述する。

図２は、図１の内視鏡１の挿入先端部の正面構成を示している。図２に示すように先端部６の先端面２１には、撮像ユニット３２を構成しているレンズとしての観察窓２２と、ライトガイドユニットをそれぞれ構成しているレンズとしての照明窓２３と、処置具挿通用チャンネルの開口部である処置具挿通用チャンネル開口部２４と、観察窓２２を洗滌するための送気送水チャンネル２５ａの開口部である送気送水ノズル２５と、被検者等の患部の血液、粘液等の体液を洗浄するための前方送水チャンネルの開口部である前方送水チャンネル開口部２６とが配設されている。

図３、図４は、それぞれ図２のＡ−Ａ線に沿った先端部の断面図を示している。図３に示すように、先端部６には、硬質な先端部本体が設けられている。先端部本体には、観察窓２２に対応する撮像ユニット３２や、照明窓２３に対応するライトガイドユニット３３等の内蔵物が配設されている。また、先端部本体は先端カバー３１によって被覆されている。

撮像ユニット３２は、観察窓２２と、その観察窓２２の基端側に設けられ、複数のレンズ群により形成される対物光学系３２ａと、対物光学系３２ａの基端側にはＣＣＤ（電荷結合素子）等の固体撮像素子である撮像素子３２ｃと、撮像素子３２ｃが接続されて信号増幅などの各種処理を行う回路基板３２ｄとを有して構成され、鏡筒７によって保持されている。

撮像ユニット３２には、回路基板３２ｄから延出する信号ケーブル３２ｅが挿入部３内を挿通されている。対物光学系３２ａは、移動可能な可動レンズ３４を含んでいる。そして、可動レンズ３４は、移動可能な可動レンズ鏡枠３５によって支持されている。可動レンズ鏡枠３５は、可動部に対応する。対物光学系３２ａと可動レンズ鏡枠３５とは、光学機構に対応する。

また、ワイヤ状の形状記憶素子４１の一端が可動レンズ鏡枠３５に固定されている。そして、形状記憶素子４１は、鏡筒７が有するチューブ固定部材３６に固定された湾曲可能なチューブ５１に内包されている。

チューブ固定部材３６には、バイアス用コイルばね６１の一端も固定されている。バイアス用コイルばね６１の他端は、可動レンズ鏡枠３５に固定されている。そして、可動レンズ鏡枠３５は、バイアス用コイルばね６１の応力（付勢力）によって押されている状態となっている。バイアス用コイルばね６１の応力により形状記憶素子４１が変形していない状態のときに可動レンズ３４は一定の位置に保持された状態となる。

形状記憶素子４１を内包したチューブ５１は、先端部６内から先端部６側が太くなるテーパ状に形成された湾曲部５内に挿通されている。可撓管部４内において、チューブ５１の一端が固定用カシメ５２により形状記憶素子４１の一端ごと圧着されている。これにより、形状記憶素子４１の一端が固定されている。形状記憶素子４１は、変態温度まで加熱すると収縮し、変態温度まで冷却すると弛緩する特性を有している。このように、形状記憶素子４１として、温度によって伸縮するワイヤ状の形状記憶合金を用いる。

図４は、図３に示す状態から形状記憶素子４１を変形させて、可動レンズ３４を駆動させた状態を示している。通電装置（不図示）により、形状記憶素子４１の両端に電圧を印加し、形状記憶素子４１を変態温度を超えるまで加熱する。これにより、形状記憶素子４１は収縮する。

形状記憶素子４１の収縮発生力は、バイアス用コイルばね６１の応力よりも大きい。このため、形状記憶素子４１の長さが、チューブ５１の一端と固定された一端と、可動レンズ鏡枠３５との接続点の距離よりも短くなったときに可動レンズ３４は移動する。

本実施例では、チューブ５１と、形状記憶素子４１とは共に湾曲可能であり、それぞれが湾曲した状態であっても駆動部である可動レンズ３４の駆動には影響を与えないように構成されている。そして、形状記憶素子４１を、内視鏡の湾曲部５に挿通して、内視鏡の可撓管部４に延在させることが可能である。このため、形状記憶素子４１の長さを大きく確保することができる。

また、径の小さい形状記憶素子４１を用いることにより、可撓管部４の径を小さくすることが可能である。さらに、上述のように、形状記憶素子４１の長さを大きく確保することが可能である。このため、形状記憶素子４１の相転移による長さ変化量を大きくすることができる。この結果、可動レンズ３４とチューブ５１の一端の相対位置変化を大きくすることが可能となる。従って、焦点調節のための光学機構の可動部、例えば可動レンズ３４の位置変化量を大きくすることが可能な内視鏡装置を提供することができる。また、内視鏡の先端部６内での構成が形状記憶素子と光学機構の可動部との簡単な機械的連結であるため、先端部６の径方向を小さくすることができる。

また、本実施例では、形状記憶素子４１の相転移による長さ変化によって可動レンズ３４を移動させる場合、相転移した後に、また元の相に転移させることにより、可動レンズ３４を元の位置に戻すこととなる。形状記憶素子４１の性質として温度変化によって相転移が生じるため、温度変化の速度に伴って可動レンズ３４の移動速度が決定されることとなる。

バイアス用コイル６１ばねを用いて、形状記憶素子４１の相転移による可動レンズ３４が移動する方向とは反対方向に働く力を可動レンズ３４に与える。これによって、形状記憶素子４１が元の相に転移するときの速度を向上させることが可能になる。このため、可動レンズ３４の駆動速度が向上する。

また、形状記憶素子４１の先端と、チューブ５１の先端との相対的距離は、チューブ５１の内径と形状記憶素子４１の外径とのクリアランスに応じて変化する。このため、クリアランスに応じた変化量を見込んで設計することが望ましい。なお、径のクリアランスに依存する相対的距離の変化量は、形状記憶素子４１の先端が後述するようなストッパーに突き当たって止まる構成のときは、考慮する必要がなくなる。

また、通電による加熱によって形状記憶素子４１を変態させるとき、チューブ５１を絶縁性のものを用いることが望ましい。これによって、通電時に形状記憶素子４１は外部、または自身からの電気的な影響を受けない。このため、効率的な駆動を行うことが可能となる。また、当然ながら、形状記憶素子４１の加熱方法は通電とは限らず、その他の方法であっても良い。

図５は、本発明の実施例２に係る内視鏡装置の断面構成を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図５は、図２のＡ−Ａ線に沿った先端部の断面図の撮像ユニット３２付近を示している。

可動レンズ鏡枠３５は、溝３７を有している。形状記憶素子４１および、バイアス用コイルばね６１が連結部材３８に固定されている。そして、連結部材３８は溝３７に嵌め込まれている。また、連結部材３８と溝３７との間に微小な間隙が存在する構造となっている。

連結部材３８が可動レンズ鏡枠３５の溝との間に間隙を有することにより、可動レンズ鏡枠３５の駆動方向の軸と形状記憶素子４１の形状変化方向の軸とが少しずれていても、間隙がそのずれ分を吸収する。このため、可動レンズ鏡枠３５のひっかかりによる駆動停止、もしくは駆動速度低下を防ぐことができる。

即ち、間隙によって、鏡筒７によって決められる可動レンズ３４の可動方向軸と、形状記憶素子４１の熱変形方向軸とが正確に一致していない場合でも、駆動をスムーズに行うことが可能となる。また、図示していないが、溝３７を可動レンズ鏡枠３５の外周すべてにわたって形成しても良い。このとき、可動レンズ３４の駆動方向と垂直な方向に、連結部材３８がずれたときでも駆動をスムーズに行うことが可能となり、効率的な駆動を行なうことができる。

図６、図７は、本発明の実施例３に係る内視鏡装置の断面構成を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図６、図７は、図２のＡ−Ａ線に沿った先端部の断面図の撮像ユニット３２付近を示している。

本実施例では、鏡筒７内の可動レンズ３４の可動領域上にストッパー３９ａ、３９ｂが設置されている。ストッパー３９ａ、３９ｂは、形状記憶素子４１が弛緩している状態と、加熱されて収縮した状態との２つの状態のときの可動レンズ鏡枠３５に突き当たる位置に設置されている。

図６は、形状記憶素子４１が弛緩している状態のため、バイアス用コイルばね６１の応力により、図６において左側に示しているストッパー３９ａに可動レンズ鏡枠３５が突き当てられて制止している状態を示している。

これに対して、図７は、形状記憶素子４１が通電装置（不図示）により、両端に電圧を印加されたことによって、形状記憶素子４１が加熱されて相転移による収縮が生じ、形状記憶素子４１と連結している可動レンズ鏡枠３５が引っ張られている状態を示している。図７において右側に示しているストッパー３９ｂに可動レンズ鏡枠３５が突き当てられ制止している。ストッパー３９ａ、３９ｂによって少なくとも２つの位置で正確に可動レンズ３４は停止することが可能となる。なお、ストッパー３９ａ、３９ｂを設ける位置は、鏡筒内には限られない。

本実施例において、ストッパー３９ａ、３９ｂによって、可動レンズ鏡枠３５の駆動領域が制限され、簡単な機構で正確に少なくとも２点の位置制御を行うことが可能となる。また、バイアス用コイルばね６１があるとき、形状記憶素子４１の形状変化による可動レンズ鏡枠３５の駆動をおこなっていない場合は、ストッパー３９ａにより保持することが可能となる。この結果、簡単な機構で正確に位置制御を行うことが可能となる。

図８、図９は、本発明の実施例４に係る内視鏡装置の断面構成を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図８、図９は、図２のＡ−Ａ線に沿った先端部の断面図の撮像ユニット３２付近を示している。

図８は、チューブ５１の一端と、固定用カシメ５２の間にバッファ用コイルばね６２が設置されている構成を示している。バッファ用コイルばね６２は、チューブ５１の一端と固定用カシメ５２の一端で固定されるように設置されている。また、形状記憶素子４１は、固定用カシメ５２により一端が固定されている。

図８は、形状記憶素子４１が弛緩し、バイアス用コイルばね６１と、バッファ用コイルばね６２の応力（付勢力）が働いて可動レンズ鏡枠３５が押されている状態を示している。図９は、形状記憶素子４１が加熱されて相転移による収縮が生じて、可動レンズ鏡枠３５が引っ張られている状態を示している。この状態では、ストッパー３９ｂに突き当たっている。可動レンズ鏡枠３５は、ストッパー３９ｂの位置を越えて、図９においてさらに右方向へ移動することはできない。このため、形状記憶素子４１がさらに収縮できる温度で加熱されたとき、形状記憶素子４１に過荷重がかかることになり、寿命を縮める状態、又は破壊を生じてしまう。

本実施例では、このような過荷重が形状記憶素子４１に加わることを防止するために、形状記憶素子４１が収縮する長さの変位量をバッファ用コイルばね６２が縮むことによって吸収する構成となっている。

なお、バッファ用コイルばね６２のばね定数がバイアス用コイルばね６１のばね定数よりも大きいとき、可動レンズ３４が駆動している場合、バイアス用コイルばね６１のみが縮む。このため、形状記憶素子４１の収縮による発生力が効率的に可動レンズ３４に伝わる。この結果、駆動効率が向上する。

光学機構の可動レンズ鏡枠３５の構成上、例えば、可動レンズ鏡枠３５が突き当てによって強制的に駆動を停止させられた状態において、加熱による形状記憶素子４１の相転移の変化長よりも短い長さで形状記憶素子４１が支持される場合、形状記憶素子４１に過荷重が加わることになる。この結果、形状記憶素子４１の寿命が短くなる。本実施例では、バッファ用コイルばね６２によって、相転移の変化長分の変化長さを吸収することにより、形状記憶素子４１に過荷重が加わることを防ぐことができる。さらに、形状記憶素子４１の長さ変化の大半を可動レンズ鏡枠３５の変位に転化することが可能となる。

図１０は、本発明の実施例５に係る内視鏡装置の断面構成を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１０は、図２のＡ−Ａ線に沿った先端部の断面図の撮像ユニット３２付近を示している。

本実施例では、形状記憶素子４１がＵ字型に折り返した状態で可動レンズ鏡枠３５に連結されている。折り返されて２本になった形状記憶素子４１は、それぞれが、チューブ５１によって内包されている。チューブ５１は、チューブ固定部材３６によって鏡筒７に固定されている。そして、形状記憶素子４１の両端は、固定用カシメ５２により圧着されてチューブ５１の一端に固定されている。

通電装置（不図示）によって、形状記憶素子４１に電圧を印加して加熱し、可動レンズ３４を駆動させる。このとき、形状記憶素子４１の両端を１箇所に配置できる。このため、通電機構を簡便化できる。また、形状記憶素子４１について、２本の径の合計断面積と同等の径の断面積を有する一本の場合と比べて、折り返された２本の形状記憶素子４１は、表面積が大きい。このため、駆動に伴う温度変化に対して放熱効果を高めて、効率的な駆動を行うことができる。さらに、形状記憶素子４１の径を細くできるので、内視鏡装置の組立ても容易となる。

さらに、形状記憶素子４１を通電加熱によって形状変化させて可動レンズ鏡枠３５を駆動させる場合、形状記憶素子４１を折り返して連結させることにより、駆動に関する形状記憶素子が２本となる。このため、駆動力が増加する。

図１１、図１２は、本発明の実施例６に係る内視鏡装置の断面構成を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１１は、図２のＡ−Ａ線に沿った先端部の断面図の撮像ユニット３２付近を示している。図１２は、図１１のＢ−Ｂ線に沿った断面構成を示している。

図１１は、チューブ５１が、チューブ５１よりも弾性率の高い密着ばね５３に内包されている構成を示している。密着ばね５３の一端は、チューブ５１と共にチューブ固定部材３６によって鏡筒７に固定されている。密着ばね５３の他端は、固定用カシメ５２で圧着され、チューブ５１と形状記憶素子４１の一端を固定している。

形状記憶素子４１の相転移による長さ変化の発生力が強いとき、チューブ５１が変形する。そして、チューブ５１の長さが変化する。このため、効率よく形状記憶素子４１の長さ変化による発生力を可動レンズ３４に伝えるには、形状記憶素子４１の発生力によりチューブ５１の長さが変化してはならない。

そこで、本実施例のように、弾性率の高い密着ばね５３でチューブ５１を覆う構成とする。これにより、形状記憶素子の発生力が強いときに、チューブ５１の変形を防止できる。また、形状記憶素子４１を固定しているチューブ５１の一端と、形状記憶素子４１と可動レンズ鏡枠３５との連結部位との距離を保持することができる。このため、効率よく可動部の駆動を行うことが出来る。

また、密着ばね５３は自由に湾曲可能であり、かつ長手方向の長さ変化が小さい。このため、可動レンズ３４の駆動の重要な要因である形状記憶素子４１を固定しているチューブ５１の一端と、形状記憶素子４１と可動レンズ鏡枠３５の連結部位との距離を維持すること、即ち耐久性を向上させることができる。

また、密着ばね５３は、ワイヤで構成されたケーブルとしても同様の効果を得る。図１２は、形状記憶素子４１がチューブ５１と密着ばね５３で覆われている断面構成を示している。密着ばね５３が金属性の場合、熱伝導率はチューブ５１よりも高い。このため、放熱作用が働く。この結果、可動レンズ３４の駆動のために加熱され収縮した形状記憶素子４１の温度を低下させ弛緩させるとき、形状記憶素子が冷却される速度（温度低下速度）が向上する。この結果、冷却による相転移の速度が大きくなるため、形状記憶素子４１を加熱したときと反対方向への可動レンズ３４の駆動速度が向上する。

図１３は、本発明の実施例７に係る内視鏡装置の断面構成を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１３は、図２のＡ−Ａ線に沿った先端部の断面図を示している。

送気送水チューブ２５ｃがチューブ５１に部分的に接触している構成を示している。チューブ５１内に存在している熱は、接触している送気送水チューブ２５ｃへ伝達される。従って、可動レンズ３４を駆動する際に加熱された形状記憶素子４１の熱は、チューブ５１を介して送気送水チューブ２５ｃに伝達される。

送気送水チューブ２５ｃは、液体、又は気体が流れる構成であるため放熱作用が高い。即ち、加熱された形状記憶素子４１の熱がチューブ５１を介して送気送水チューブ２５ｃにより放熱又は冷却される。このため、可動レンズ３４の駆動のために加熱され収縮した形状記憶素子４１の温度を低下させ弛緩させる際、温度低下速度が向上する。この結果、形状記憶素子４１を加熱したときと反対方向の可動レンズ３４の駆動速度が向上する。

なお、送気送水チューブ２５ｃは、送気管路、送水管路に対応する。また、チューブ５１が接触するのは送気送水チューブ２５ｃの限られず、例えば、紺子チャンネルのような管路でも良い。

図１４は、本発明の実施例８に係る内視鏡装置の断面構成を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１４は図２のＡ−Ａ線に沿った先端部の断面図の撮像ユニット３２付近を示している。

可動レンズ鏡枠３５に接続ワイヤ４２が連結されている。接続ワイヤ４２は、先端部６の径方向からみて、撮像素子３２ｃよりも可撓管部４側の位置において、形状記憶素子４１に連結している。従って、形状記憶素子４１は、撮像素子３２ｃから離れた位置に配置される。形状記憶素子４１は、変態温度付近では形状が変化し収縮してしまう。

撮像素子３２ｃから形状記憶素子４１を十分に離して配置することによって、撮像素子３２ｃからの発熱に起因して形状記憶素子４１が加熱され、形状記憶素子が相転移して長さが変化することによる形状変化することを防止できる。この結果、撮像素子３２ｃの発熱による可動レンズ３４の誤作動を防ぐことができる。

図１５は、本発明の実施例９に係る内視鏡装置の断面構成を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１５は、図２のＡ−Ａ線に沿った先端部の断面図の撮像ユニット３２付近を示している。

撮像素子３２ｃは、可動な可動撮像素子枠４３に支持されている。そして、可動撮像素子枠４３に形状記憶素子４１が連結している。可動撮像素子枠４３とチューブ固定部材３６とには、それぞれバイアス用コイルばね６１の両端が固定されている。また、チューブ固定部材３６は、鏡筒７に固定されている。このため、バイアス用コイルばね６１の応力により、可動撮像素子枠４３は押されている状態となる。

通電装置（不図示）により、形状記憶素子４１の両端に電圧を印加して、相転移を生じる温度以上に加熱し、形状記憶素子４１を収縮させる。これにより、可動撮像素子枠４３は、形状記憶素子４１の収縮による発生力により引っ張られ、駆動される。可動撮像素子枠４３を移動させることにより、撮像素子３２ｃと対物光学系３２ａとの相対位置を変化させ焦点調節を行うことが出来る。

本実施例では、撮像素子３２ｃに近い部分で形状記憶素子４１は、撮像素子枠４３と連結する。このため、形状記憶素子４１の面積のほとんどが撮像素子３２ｃから離れた位置に配置される構成となる。従って、撮像素子３２ｃからの発熱に起因して形状記憶素子４１が収縮してしまい可動撮像素子枠４３が誤作動を起こすことを防ぐことができる。

このように、本実施例では、形状記憶素子４１の一端と撮像素子枠４３を機械的に連結させている。これにより、機械的に撮像素子３２ｃから形状記憶素子４１が熱的に影響を受ける面積部位を非常に小さくすることが出来る。このため、撮像素子３２ｃからの熱的な影響を防ぐことができる。

図１６、図１７、図１８は、本発明の実施例１０に係る内視鏡装置の断面構成を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１６、図１７、図１８は、図２のＡ−Ａ線に沿った先端部の断面図の撮像素子ユニット３２付近を示している。

図１６は、可動レンズ鏡枠３５に接続ワイヤ４２の一端が固定され、接続ワイヤ４２の他端がバッファ用コイルばね６２の一端に接続されている。バッファ用コイルばね６２の他端が形状記憶素子４１に接続されている。接続ワイヤ４２は、形状記憶素子であってもよい。

さらに、接続ワイヤ４２、バイアス用コイルばね６１、形状記憶素子４１が電気的に接続された構成であれば、通電加熱により接続ワイヤ４２、形状記憶素子４１両方を加熱し、相転移させることが可能となる。

図１６は、形状記憶素子４１が弛緩し、バイアス用コイルばね６１の応力（付勢力）が働いて可動レンズ鏡枠３５が押されている状態を示している。図１７は、形状記憶素子４１が加熱されて相転移による収縮が生じて、可動レンズ鏡枠３５が引っ張られている状態を示している。この状態では、ストッパー３９ｂに突き当たっている。

図１８は、形状記憶素子４１が図１７の状態よりもさらに収縮し、その収縮量をバッファ用コイルばね６２が延伸することにより吸収した状態を示している。図１７において、可動レンズ鏡枠３５は、ストッパー３９ｂの位置を越えて、図１７においてさらに右方向へ移動することはできない。

このため、形状記憶素子４１がさらに収縮できる温度で加熱されたとき、形状記憶素子４１に過荷重が加わることになり、内部に格子欠陥が生じて性能が劣化する。本実施例では、このような過荷重が形状記憶素子４１に加わることを防止するために、形状記憶素子４１が収縮する長さの変位量をバッファ用コイルばね６２が伸びることによって吸収する構成としている。

さらに、バッファ用コイルばね６２は、チューブ固定部材３６よりも可動鏡枠３５側で形状記憶素子４１の過剰な収縮を吸収する。このため、チューブ固定部材３６から絶縁チューブ４１を介して固定用カシメ５２までの全体長さが保持される。

したがって、内視鏡の可撓管部４内にて、チューブ固定部材３６から絶縁チューブ４１を介した固定用カシメ５２までの長さの変化による、他管、他線材への損傷、破壊を防ぐことが出来る。

また、形状記憶素子４１の加熱を通電で行い、通電用の電線を固定用カシメ５２に接続した場合、チューブ固定部材３６から絶縁チューブ４１を介した固定用カシメ５２までの長さの変化による、通電用の電線接続部の損傷、破断、通電用電線の破壊を防ぐことができる。

尚、バッファ用コイルばね６２が内視鏡の硬性な先端部６内に配置することにより、バッファ用コイルばね６２の軸が直線に保持され、常にバッファ用コイルばね６２は、湾曲していない状態での特性を保って機能することが出来る。

図１９は、本発明の実施例１１に係る内視鏡装置の断面構成を示している。実施例１０と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１９に示すように、可動レンズ鏡枠３５にバッファ用コイルばね６２の一端が固定され、バッファ用コイルばね６２の他端が形状記憶素子４１の一端に接続されている。バイアス用コイルばね６１の内径がバッファ用コイルばね６２の外径より大きく、バイアス用コイルばね６１はバッファ用コイルばね６２を包むように配置されている。

この配置は、バイアス用コイルばね６１の長さにバッファ用コイルばね６２の長さが内包されることになり、バイアス用コイルばね６１とバッファ用コイルばね６２を合わせた軸方向の構成長を小さくすることが出来る。また、内視鏡の硬性な先端部６内に、バッファ用コイルばね６２を配置した場合、内視鏡の構成な先端部６の軸方向の長さを小さくすることが出来る。

図２０は、本発明の実施例１２に係る内視鏡装置の断面構成を示している。実施例１乃至実施例４乃至実施例６と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図２０は、図２のＡ−Ａ線に沿った先端部の撮像ユニット３２付近を示している。

図２０は、チューブ５１が、バイアス用ばね６１よりもバネ定数が大きい保護用ばね５４に内包されている構成を示している。保護用ばね５４の一端は、チューブ固定部材３６によって鏡筒７に固定されている。保護用ばね５４の他端は、固定用カシメ５２で圧着され、チューブ５１と形状記憶素子４１の一端を固定している。

形状記憶素子４１の相転移による長さ変化により、可動レンズ鏡枠３５が引っ張られ、ストッパー３９ｂに突き当たるまで移動する。ストッパー３９ｂに突き当たっている状態では、可動レンズ鏡枠３５は、ストッパー３９ｂの位置を越えて、図２０においてさらに右方向へ移動することはできない。このため、形状記憶素子４１がさらに収縮できる温度で加熱されたとき、形状記憶素子４１に過荷重がかかることになり、形状記憶素子４１の寿命を縮めてしまう。

本実施例では、このような過荷重が形状記憶素子４１に加わることを防止するために、形状記憶素子４１が収縮する長さの変位量を保護用ばね５４が縮むことによって吸収する構成となっている。また、チューブ５１は、保護用ばね５４の縮み量の分、保護用ばね５４よりも短い構成となっている。

形状記憶素子４１の加熱を通電によって行う場合は、チューブ５１を絶縁部材とすることにより形状記憶素子４１の通電の効率が高まり、さらに保護用ばね５４が金属製であることにより、放熱効果が高まるため、非加熱時の冷却効果を高めることができる。

保護用ばね５４と形状記憶素子４１が固定されている一端と形状記憶素子４１の他端と可動レンズ鏡枠３５が固定されている部位との距離よりも、相転移による長さ変化で形状記憶素子４１の長さが短くなったときに可動レンズ鏡枠３５は移動する。

この移動に影響を与える長さを決定する役割と、形状記憶素子４１の過剰な収縮量を吸収する役割を保護用ばね５４が兼ねることにより、構成が簡便化される。

なお、本実施例では、チューブ５１は保護用ばね５４よりも長さが短い構成としているが、チューブ５１が十分な収縮性を持つ場合は、保護用ばね５４と同等の長さとして、チューブ固定部材３６に保護用ばね５４とともに固定して同じ効果を得られる。

図２１は、本発明の実施例１３に係る内視鏡装置の断面構成を示している。上記各実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図２２は、図２１のＡ−Ａ線に沿った先端部の撮像ユニット３２付近を示している。

本実施例では、形状記憶素子４１に絶縁コーティング処理が施されており、例えば絶縁コーティング材としてパリレンを用いている。例えば、形状記憶素子４１の外周に絶縁膜５５が積層されている。さらに、弾性率の高い密着ばね５３が形状記憶素子４１を内包している。

図２１に示すように、通電装置（不図示）によって、通電による加熱で形状記憶素子４１を変態させる。このとき、形状記憶素子４１は、バイアスばね６１と径方向で重なる位置から、密着ばね５３の一端と固定されている固定用カシメ５２までの領域で絶縁膜５５が外周に成膜されている。このため、形状記憶素子４１と密着ばね５３とは電気的に繋がっていない状態となる。これによって、通電時に形状記憶素子４１は、密着ばね５３、または自分自身から電気的な影響を受けず、効率的な駆動が可能となる。

なお、絶縁コーティング処理による絶縁膜５５は、一般的に膜厚が数１０μｍと非常に小さい膜である。このことから、密着ばね５３の内径は形状記憶素子４１の外径よりも数１０μｍのスケールで大きければ良い。このため、形状記憶素子４１、絶縁膜５５、密着ばね５３での構成部の総外径を小さくできる。

また、密着ばね５３を金属製の材料にすることで、放熱効果を高めることができる。これにより、安定した駆動が可能となる。
なお、保護用ばね５４、密着ばね５３は、高い弾性率を有する中空形状のケーブル部材に対応する。

本発明は、内視鏡に限られず、例えば、顕微鏡等の光学機器に用いる光学素子や撮像素子の駆動機構に対して提供することができる。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。

以上のように、本発明に係る内視鏡装置は、内視鏡先端部の径を太くすることなく、焦点調整を行なう場合に有用である。

本発明の実施例１に係る内視鏡装置の全体の概略構成を示す図である。 実施例１に係る内視鏡装置の正面構成を示す図である。 実施例１に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例１に係る内視鏡装置の断面構成を示す他の図である。 実施例２に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例３に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例３に係る内視鏡装置の断面構成を示す他の図である。 実施例４に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例４に係る内視鏡装置の断面構成を示す他の図である。 実施例５に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例６に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例６に係る内視鏡装置の断面構成を示す他の図である。 実施例７に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例８に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例９に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例１０に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例１０に係る内視鏡装置の断面構成を示す他の図である。 実施例１０に係る内視鏡装置の断面構成を示すさらに他の図である。 実施例１１に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例１２に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例１３に係る内視鏡装置の断面構成を示す図である。 実施例１３に係る内視鏡装置の断面構成を示す他の図である。

符号の説明

１ 内視鏡
２ 操作部
３ 挿入部
４ 可撓管
５ 湾曲部
６ 先端部
７ 鏡筒
２２ 観察窓
２３ 照明窓
２４ 処置具挿通用チャンネル開口部
２５ａ 送気送水チャンネル
２５ｃ 送気送水チューブ
２５ 送気送水ノズル
２６ 前方送水チャンネル開口部
３２ 撮像素子ユニット
３２ａ 対物光学系
３２ｃ 撮像素子
３２ｄ 回路基板
３２ｅ 信号ケーブル
３３ ライトガイドユニット
３４ 可動レンズ
３５ 可動レンズ鏡枠
３６ チューブ固定部材
３７ 溝
３９ａ、３９ｂ ストッパー
４１ 形状記憶素子
４２ 接続ワイヤ
４３ 可動撮像素子枠
５１ チューブ
５２ 固定用カシメ
５３ 密着ばね
５４ 保護用ばね
５５ 絶縁膜
６１ バイアス用コイルばね
６２ バッファ用コイルばね

Claims (28)

1. 可動部を有する光学機構を有する硬性な先端部と、湾曲部を有する可撓管を具備する内視鏡装置において、
   前記可動部を有する前記光学機構を保持する鏡筒に湾曲可能なチューブ部材の一端を固定し、
   前記チューブ部材が前記内視鏡装置が有する前記可撓管の長手方向に延在し、
   前記チューブ部材内に形状記憶素子の少なくとも一部が内包され、
   前記形状記憶素子の一端が前記チューブ部材の前記鏡筒に固定されていない一端に固定され、
   前記形状記憶素子の他端が前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部に機械的に連結され、
   前記形状記憶素子が伸縮することにより、前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部と、前記鏡筒に固定された前記チューブ部材の一端との相対位置が変化する構成を有することを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部が前記形状記憶素子の相転移による長さ変化により、
   前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部と、前記鏡筒に固定された前記チューブ部材の一端との相対位置が変化する方向と逆方向に力が働くようにバイアス用弾性体が前記鏡筒に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記形状記憶素子の一端が前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部と連結部を介して機械的に連結され、
   前記可動部は溝を有し、
   前記連結部が前記可動部の前記溝との間に間隙を介して連結されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
4. 前記鏡筒に前記可動部を有している前記光学機構の前記可動部の可動可能領域を制限するためのストッパーが設置されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
5. 前記形状記憶素子の一端を固定している前記チューブ部材の一端に対して、前記形状記憶素子が相転移して長さが変化するときに生ずる力とは逆方向に力を作用させるバッファ用弾性体が設置されていることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
6. 前記形状記憶素子の一端が前記チューブ部材の前記鏡筒に固定されていない一端に固定され、
   前記形状記憶素子の他端が、前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部にバッファ用弾性体を介して機械的に連結され、
   前記形状記憶素子が伸縮することにより、前記可動部を有する光学機構の可動部と前記鏡筒に固定された前記チューブ部材の一端の相対位置が変化し、
   前記形状記憶素子の前記相対位置の変化以上の過剰な伸縮を前記バッファ用弾性体が伸縮して吸収する構成を有することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
7. 前記バッファ用弾性体が前記可動部を有する前記光学機構を有する硬性な前記先端部に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡装置。
8. 前記バッファ用弾性体と前記形状記憶素子が電気的に接続されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の内視鏡装置。
9. 前記バッファ用弾性体の軸方向と、前記バイアス用弾性体の軸方向が平行であり、
   前記バッファ用弾性体と前記バイアス用弾性体の少なくとも一部が前記バッファ弾性体の軸方向から垂直方向に射影して重なっていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の内視鏡装置。
10. 前記バッファ用弾性体のばね定数が、前記バイアス用弾性体のばね常数より大きいことを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載の内視鏡装置。
11. 前記チューブ部材が絶縁性であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
12. 前記チューブ部材は、前記チューブ部材よりも高い弾性率を有する中空形状のケーブル部材に内包され、
    前記チューブ部材の前記鏡筒に固定されていない側の前記高い弾性率を有する中空形状のケーブル部材の一端と前記形状記憶素子とが固定されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
13. 前記中空形状のケーブル部材は、密着ばね、または複数のワイヤで構成されたケーブルであることを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡装置。
14. 前記チューブ部材は、内視鏡の管路に熱的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
15. 前記管路は、送気管路または送水管路であることを特徴とする請求項１４に記載の内視鏡装置。
16. 前記可動部を有する前記光学機構は、撮像素子を有し、
    前記形状記憶素子の長さの半分以上が前記撮像素子の位置よりも前記可撓管側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
17. 前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部が撮像素子であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
18. 可動部を有する光学機構を有する硬性な先端部と、湾曲部を有する可撓管を具備する内視鏡装置において、
    前記可動部を有する前記光学機構を保持する鏡筒に湾曲可能な中空形状のケーブル部材の一端を固定し、
    前記中空形状のケーブル部材が前記内視鏡装置が有する前記可撓管の長手方向に延在し、
    前記中空形状のケーブル部材内に形状記憶素子の少なくとも一部が内包され、
    前記形状記憶素子の一端が前記中空形状のケーブル部材の前記鏡筒に固定されていない一端に固定され、
    前記形状記憶素子の他端が前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部に機械的に連結され、
    前記形状記憶素子に通電し加熱する通電手段を有し、
    前記形状記憶素子は前記通電手段との電気的に接続された部位以外は絶縁コーティング処理が施され、
    前記通電手段による加熱により前記形状記憶素子の温度を変化させ、
    前記形状記憶素子が温度変化で伸縮することにより、前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部と、前記鏡筒に固定された前記中空形状のケーブル部材の一端との相対位置が変化する構成を有することを特徴とする内視鏡装置。
19. 前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部が前記形状記憶素子の相転移による長さ変化により、前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部と、前記鏡筒に固定された前記中空形状のケーブル部材の一端との相対位置が変化する方向と逆方向に力が働くようにバイアス用弾性体が前記鏡筒に配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の内視鏡装置。
20. 前記形状記憶素子の一端が前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部と連結部を介して機械的に連結され、
    前記可動部は溝を有し、
    前記連結部が前記可動部の前記溝との間に間隙を介して連結されていることを特徴とする請求項１８に記載の内視鏡装置。
21. 前記鏡筒に前記可動部を有している前記光学機構の前記可動部の可動可能領域を制限するためのストッパーが設置されていることを特徴とする請求項１８に記載の内視鏡装置。
22. 前記中空形状のケーブル部材は、密着ばね、または複数のワイヤで構成されたケーブルであることを特徴とする請求項１８に記載の内視鏡装置。
23. 前記中空形状のケーブル部材は、前記形状記憶素子が相転移して長さが変化するときに生ずる力とは逆方向に力が作用し、
    前記形状記憶素子の相転移による長さ変化と同方向に長さ変化することを特徴とする請求項１８に記載の内視鏡装置。
24. 前記中空形状のケーブル部材は、内視鏡の管路に熱的に接続されていることを特徴とする請求項１８に記載の内視鏡装置。
25. 前記管路は、送気管路または送水管路であることを特徴とする請求項２４に記載の内視鏡装置。
26. 前記可動部を有する前記光学機構は、撮像素子を有し、
    前記形状記憶素子の長さの半分以上が前記撮像素子の位置よりも前記可撓管側に配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の内視鏡装置。
27. 前記可動部を有する前記光学機構の前記可動部が撮像素子であることを特徴とする請求項１８に記載の内視鏡装置。
28. 前記絶縁コーティング処理の材料がパリレンであることを特徴とする請求項１８に記載の内視鏡装置。

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