JPS6137927B2

JPS6137927B2 -

Info

Publication number: JPS6137927B2
Application number: JP53158870A
Authority: JP
Inventors: Mototsugu Ogawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1986-08-26
Also published as: DE2951764A1; DE2951764C2; JPS5586436A; US4286585A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は屈曲の多い管内に挿入される内視鏡
に関する。

診断等のために、手動で内視鏡を生体の消化管
に挿入することは困難なことである。この困難
は、前記消化管たとえば大腸が複雑に曲りくねつ
ていることに起因している。このことから、従来
は、内視鏡たとえば大腸スコープを十分挿入する
には、その先端を腸管の屈曲に合わせて頻繁に調
節しなければならなかつた。このようにわずらわ
しいのみならず、往々にして内視鏡の先端が腸管
を押圧し、患者に苦痛を与え、検査時間も長びき
やすかつた。

この発明は上記事情にかんがみなされたもの
で、内視鏡の先端部が常に体腔管壁の中心に向く
よう自動制御される内視鏡を提供することを目的
とする。

次に図面を参照してこの発明の一実施例を説明
しよう。第１図は内視鏡の内部構造例を示す側断
面図である。操作部８に連結された可撓管１０に
は、彎曲部１２を介して、先端構成部１４が結合
されている。構成部１４の先端には、ライトガイ
ド１６および観察光学系の対物レンズ１８が設け
られている。ライトガイド１６は、ライトガイ
ド・フアイバ２０を介して、図示されない光源に
接続される。一方、対物レンズ１８は、イメージ
ガイド・フアイバ２２を介して、接眼部２４に接
続される。接眼部２４に接続される。接眼部２４
内において、フアイバ２２の端面に対向して素子
受け２６が取付けられる。素子受け２６面の垂直
軸上には、接眼光学系２８が設けられている。観
察時には、外部操作によつて、素子受け２６は前
記フアイバ２２の端面上から除去される。

第２図は、第１図のイメージガイド・フアイバ
２２の端面および素子受け２６が配設された部分
を拡大した図である。フアイバ２２の端面に対向
する素子受け２６の面上には、光電素子３０_１〜
３０_４が取付けられている。この光電素子として
は、たとえば硫化カドミウム・セル、太陽電池あ
るいはフオト・トランジスタを利用することがで
きる。素子受け２６上における光電素子３０_１〜
３０_４の配置状態は、たとえば第３図に示され
る。ここでは、光電素子の数を４個としている。
しかしながら、もつと多数の光電素子をマトリク
ス状に配置してもよい。これら光電素子個々の大
きさや配列法は色々と変更されてもよい。

第４図は、第１図に示された内視鏡が、たとえ
ば大腸３２内に挿入されたときの状態を示してい
る。構成部１４の先端に設けられたライトガイド
１６からは、照明用の光が放射される。この光は
大腸３２の管壁に反射されて対物レンズ１８にも
どつてくる。対物レンズ１８に入射された前記管
壁の像は、イメージガイド・フアイバ２２を介し
て、光電素子３０_１〜３０_４へ伝送される。ここ
で、前記反射光の強さは、反射壁の距離に逆比例
することに注意していただきたい。すなわち、第
４図でいえば、構成部１４端面の左側反射光は強
く、右側反射光は弱い。

第５図は、このときの素子受け２６部における
状態を示している。構成部１４の右側反射光は弱
いので、素子受け２６の右側は、斜線で示すよう
に暗くなる。すなわち、光電素子３０_１，３０_２
と光電素子３０_３，３０_４とから取出される光量
に対応した電気信号は、互いに異なつたものとな
る。この互いに異なつた電気信号の差分すなわち
偏差が極小となるよう彎曲部１２が自動制御され
ると、第４図の構成部１４は、破線に示す方向を
向く。構成部１４が破線で示される方向を向く
と、素子受け２６面上における明るさは、ほぼ均
一となり、自動制御系は、その制御目標に達す
る。このあと、矢印方向に力が加えられると、構
成部１４が大腸３２の管壁につかえることなく、
内視鏡はスムースに挿込されて行く。

第６図は、前記彎曲部１２に対する自動制御機
構を示している。判りやすくするために、第６図
の内視鏡からは、フアイバ２０および２２が省略
されている。構成部１４の外周寄りの一端は彎曲
ワイヤ３４を介してワイヤドラム３６の一側に接
続される。構成部１４の外周寄りの他端は、彎曲
ワイヤ３８を介して、ワイヤドラム３６の他側に
接続される。ワイヤドラム３６は、第７図に示す
ように、サーボモータ４０のシヤフトに取付けら
れている。サーボモータ４０が矢印Ａ方向に回転
すると、構成部１４は矢印ａ方向へ彎曲される。
また、サーボモータ４０が矢印Ｂ方向に回転する
と、構成部１４は矢印ｂ方向へ彎曲される。すな
わち、サーボモータ４０の回転方向および回転角
度に応じて、構成部１４が彎曲される。サーボモ
ータ４０としては、電気サーボモータのみでな
く、油圧サーボモータも利用できる。また、彎曲
角を変更する力の伝達法としては、彎曲ワイヤ３
４，３８の代りに流体（油圧）を用いてもよい。
第６図においては、図面に対して水平な方向の制
御機構のみが示されている。しかしながら、実際
はこれと全く同じ機構がさらに一組、第６図の紙
面に対して垂直な方向に設けられている。これら
２組の制御機構を組合わせることによつて、彎曲
部１２を任意方向に彎曲させることができる。

第８図は第６図に示されるような制御機構に適
用される彎曲制御装置の一例を示す。基準入力発
生装置４２から導出された基準信号E₄₂は偏差検
出部４４へ加算入力される。この基準信号E₄₂に
は、通常ゼロ電位が用いられる。検出部４４は、
偏差信号E₄₄を、増幅回路４６へ与える。増幅回
路４６は、偏差信号E₄₄を電力増幅し、駆動信号
E₄₅をサーボモータ４０に供給する。サーボモー
タ４０は、駆動信号E₄₆の大きさおよびその極性
（あるいは位相）に応じて、彎曲機構４８を、機
械的に駆動する。彎曲機構４８は、第１図、第２
図および第６図でいえば、構成要素１２，１４，
１８，２２，３０，３４，３６，３８および４０
に対応する。彎曲機構４８によつて与えられた構
成部１４の彎曲角に対応した制御信号E₄₈は、彎
曲角電圧変換回路５０に伝えられる。この変換回
路５０は、制御信号E₄₈に対応した比較信号E₅₀を
前記偏差検出部４４へ提供する。偏差検出部４４
においては、基準信号E₄₂に対する比較信号E₅₀の
減算が行なわれる。すなわち、前記偏差信号E₄₄
は、基準信号E₄₂と比較信号E₅₀との差分に等し
い。第８図は、基準信号E₄₂によつて定常偏差が
与えられるサーボ機構を形成している。したがつ
て、基準信号E₄₂を手動で変更すれば、前記彎曲
角を手動で変更することができる。

第９図は、第８図に示された制御信号E₄₈を合
成する構成例を示す。光電素子３０_１および３０
_２の出力信号は、加算回路５２において加算合成
される。光電素子３０_３および３０_４の出力信号
は、加算回路５４において加算合成される。加算
回路５２および５４の合成出力は、偏差検出回路
５６において、減算合成される。この検出回路５
６から導出される偏差が制御信号E₄₈となる。第
９図は一次元的な彎曲角の制御を行なう場合に用
いられる。二次元的な彎曲角の制御を行なう場合
は、光電素子３０_１および３０_３から第１の制御
信号を合成し、光電素子３０_２および３０_４から
第２の制御信号を合成する。そして、第６図およ
び第８図に示されるサーボ機構を２組用意し、そ
れぞれのサーボ機構に、前記第１および第２制御
信号を与えればよい。

第１０図は、彎曲制御のための光学情報を光電
素子３０へ伝達させる光学系の変形例を示す。第
１図の構成では、彎曲角の自動制御が行なわれて
いる間は観察が行なえない欠点がある。自動制御
中において、素子受け２６がフアイバ２２から接
眼光学系２８までの光路をさえぎるからである。
これに対し第１０図の構成を第１図に適用する
と、観察と彎曲角の自動制御を同時に行なうこと
ができる。すなわち、イメージガイド・フアイバ
２２から放出された光学情報は、ハーフミラー５
８を介して接眼光学系２８に伝達される。前記光
学情報の一部は、ハーフミラー５８によつて反射
され、レンズ系６０を介して光電素子３０が配設
された素子受け２６へも伝達される。

第１１図は、第８図に示された彎曲制御装置の
変形例を示す。第１１図においては、基準入力発
生装置４２および偏差検出部４４が省略されてい
る。第１１図のサーポ機構においては、前記彎曲
角の手動調整は行なわれない。しかしながら、第
１１図の構成によつても、構成部１４の先端が大
腸３２などの被観察系の周壁に突き当ることを自
動的に避ける彎曲制御を行なうことができる。

第１２図は第８図に示された彎曲制御装置のさ
らに他の変形例を示す。第８図の構成では前記彎
曲角の制御が連続的に行なわれる。これに対し、
第１２図の構成では、前記彎曲角の制御が断続的
に行なわれる。偏差検出部４４から導出された偏
差信号E₄₄は、選択回路５２に入力される。選択
回路５２は駆動信号E₅₂をサーボモータ４０に供
給する。この駆動信号E₅₂は振幅は一定である
が、偏差信号E₄₄に応じて符号が切換えられる。
たとえば、構成部１４の先端が大腸３２の管壁に
突き当つたとき（あるいは突き当たる直前に）、
E₄₂−E₅₀＜０となつたとしよう。このとき、E₄₄
は負となり、選択回路５２は負の駆動信号E₅₂―
をサーボモータ４０に供給する。するとサーボモ
ータ４０は、比較信号E₅₀が減少するよう逆回転
される。この動作によつて、E₄₂−E₅₀＞０となる
と、E₄₄は正となつて選択回路５２は正の駆動信
号E₅₂＋をサーボモータ４０に提供する。すると
サーボモータ４０は、比較信号E₅₀が増加するよ
う正回転される。この動作によつてE₄₂−E₅₀＜０
となると、再び上述した制御がくり返えされる。
結極、選択回路５２が前記切換動作を反復するこ
とによつて、｜E₄₂−E₅₀｜は、平均的にみてゼロ
となるよう自動制御される。したがつて、第１２
図のサーボ機構は第８図のサーボ機構と実質的に
同じ彎曲制御を行うことができる。

第１３図乃至第２０図は、第１０図に示された
光学系の変形例を示している。第１３図では、フ
アイバ２２の端部から放出された光学情報を、レ
ンズ系６２を介して、直線的に光電素子３０側へ
導びいている。第１４図では、レンズ系６４を通
過し、ハーフミラー５８で反射された光学情報を
光電素子３０側へ導びいている。第１５図では、
フアイバ２２から導出される光学情報をプリズム
６６を介して二分割している。すなわち、フアイ
バ２２の上半分側の光学情報は光電素子３０_bへ
伝達され、フアイバ２２の下半分側の光学情報は
光電素子３０_aへ伝達される。第１６図では、フ
アイバ２２から導出される光学情報を、レンズ系
６８を介して、プリズム６６へ与えている。上述
したプリズム６６は移動可能となつており、観察
時には、光路から除去される。

第１７図では、フアイバ２２から導出された光
学情報を写真撮影する場合の構成を示している。
すなわちフアイバ２２から放出された光は、撮影
光学系７０を介して写真フイルム７２の感光面上
に導びかれる。この感光面で反射された光は、フ
アイバ２２の中心軸上の線を境にして上下二分さ
れ、それぞれ光電素子３０_aプリズムおよび３０_b
へ導びかれる。

第１８図では、フアイバ２２の端面に、その中
心線に関して対称にハーフミラー７４が配設され
ている。フアイバ２２が導出される上半分の光学
情報は光電素子３０_a側へ反射され、下半分の光
学情報は光電素子３０_b側へ反射される。第１９
図では、フアイバ２２から導出れる光学情報を、
レンズ系７６を介して、ハーフミラー７４へ与え
ている。第２０図では、フアイバ２２の端面から
斜め方向に放出された光学情報をレンズ系８を介
して、光電素子３０へ与えている。

以上述べたこの発明に係る内視鏡においては、
構成部１４の先端が体腔管壁を押圧しないよう自
動制御される。すなわち、構成部１４の先端方向
は、体腔管壁の彎曲に応じて自動的に変更され
る。したがつて、大腸のように複雑に曲りくねつ
ている管腔を観察する場合、単に押し込んで行く
だけでこの内視鏡はスムースに挿入されて行く。
このため、内視鏡操作の未熟な者でも、内視鏡の
挿入を容易に行なうことができる。また、構成部
１４の先端によつて管壁が押圧されることがない
ので、被検者が受ける苦痛は非常に少なくなる。
さらに、操作がスムースに行なわれるため体腔の
深部まで短時間に挿入することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内視鏡の内部構造例を示す側断面図、
第２図は第１図のフアイバ２２および素子受け２
６が配置された部分を拡大した図、第３図は第２
図の素子受け２６上に取付けられた光電素子３０
の配置状態を示す図、第４図は第１図に示された
内視鏡が大腸に挿入されたときの先端構成部１４
の近鈞の状態を示す図、第５図は第４図に示され
た状態において素子受け２部において観察される
明るさ分布を例示する図、第６図は第１図に示さ
れた内視鏡に設けられる彎曲制御機構を示す図、
第７図は第６図に示されたワイヤドラム３６とサ
ーボモータ４０との結合状態を例示する斜視図、
第８図は第６図に示された制御機構に適用される
彎曲制御装置を例示するブロツク図、第９図は第
８図に示された制御信号E₄₈を合成する構成例を
示す図、第１０図は彎曲制御のための光学情報を
光電素子３０へ伝達させる光学系の変形例を示す
図、第１１図および第１２図は第８図に示された
彎曲制御装置の変形例を示すブロツク図、第１３
図乃至第２０図は第１０図に示された光学系の変
形例を示す図である。８…操作部、１０…可撓管、１２…彎曲部、１
４…先端構成部、１６…ライトガイド、１８…対
物レンズ（観察光学系）、２０…ライトガイド・
フアイバ、２２…イメージガイド・フアイバ、２
４…接眼部、２６…素子受け、２８…接眼光学
系、３０…光電素子、３２…大腸、３４，３８…
彎曲ワイヤ、３６…ワイヤドラム、４０…サーボ
モータ（彎曲部駆動装置）、２…基準入力発生装
置、４４…偏差検出部、４６…増幅回路、４８…
彎曲機構、５０…彎曲角電圧変換回路、５２，５
４…加算回路、５６…偏差検出回路、５８，７４
…ハーフミラー、６０，６２，６４，６８，７
６，７８…レンズ系、６６…リズム、７０…撮影
光学系、７２…写真フイルム。

Claims

【特許請求の範囲】１観察光学系を有する先端構成部と、可撓管
と、前記先端構成部および前記可撓管を接続する
屈曲自在な湾曲部と、前記観察光学系によつて結
像される像が入力されこの入力像を光学伝送手段
とを備えたものにおいて、前記光学伝送手段の伝
送像出力側に前記光学系の像の明るさ分布を検出
する複数の光電素子を配設し、これらの光電素子
から得られる情報にもとづいて前記先端構成部が
被観察系の周壁の実質的中心方向に向かうように
前記湾曲部の湾曲角を制御する湾曲部制御装置を
設けたことを特徴とする前方視型の内視鏡。２前記湾曲制御装置は、基準入力発生装置と、
前記光電素子から得られる情報にもとづいく複数
信号の偏差を検出する偏差検出部と、この偏差検
出部から与えられる前記偏差に対応した偏差信号
を増幅する増幅部と、この増幅部から与えられる
駆動信号によつて作動される湾曲部駆動装置とを
含み、前記複数信号の偏差が前記基準入力発生装
置によつて与えられる基準信号に追従するサーボ
機構を前記湾曲制御装置が形成することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の内視鏡。３前記湾曲制御装置は、基準入力発生装置と、
前記光電素子から得られる情報にもとづく複数信
号の偏差を検出する偏差検出部と、この偏差検出
部から与えられる前記偏差に対応して複数種の駆
動信号を選択する選択部と、この選択部によつて
選択された駆動信号によつて作動される湾曲部駆
動装置とを含み、前記複数信号の偏差が前記基準
入力発生装置によつて与えられる基準信号に追従
するサーボ機構を前記湾曲制御装置が形成するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内視
鏡。４前記湾曲部駆動装置が、前記湾曲部の湾曲角
を制御するサーボモータを有することを特徴とす
る特許請求の範囲第２項あるいは第３項記載の内
視鏡。