WO2012005063A1 - 内視鏡システム及び内視鏡アクチュエータの制御方法 - Google Patents

内視鏡システム及び内視鏡アクチュエータの制御方法 Download PDF

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WO2012005063A1 PCT/JP2011/061988 JP2011061988W WO2012005063A1 WO 2012005063 A1 WO2012005063 A1 WO 2012005063A1 JP 2011061988 W JP2011061988 W JP 2011061988W WO 2012005063 A1 WO2012005063 A1 WO 2012005063A1
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resistance value
shape memory
current
memory element
value
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正一 天野
公幸 矢吹
藤澤　豊
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オリンパスメディカルシステムズ株式会社
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    • F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
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    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2423—Optical details of the distal end

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope system and an endoscope actuator control method, and more particularly, to an endoscope system having an actuator having a shape memory element for moving an objective optical system, and an endoscope actuator control method. .
  • endoscope systems have been widely used in the medical field and the industrial field.
  • the subject is imaged by an imaging element provided at the distal end of the endoscope insertion portion, and the subject image is displayed on the monitor device.
  • the surgeon can observe the image of the subject displayed on the monitor.
  • An image sensor and an observation optical system are built in the distal end portion of the endoscope insertion portion.
  • the shape memory alloy wire expands and contracts by controlling the current flowing through the wire. For example, a shape memory alloy wire generates heat when a current flows, shrinks when it reaches a high temperature state, and expands by releasing heat when no current flows.
  • the focusing function of the observation optical system is realized by utilizing such characteristics of the shape memory alloy.
  • an actuator using a shape memory alloy for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-48120, the maximum resistance value and the minimum resistance value when current is passed through the shape memory alloy wire are stored.
  • an actuator system that performs resistance control based on a resistance value flowing through the shape memory alloy wire has been proposed.
  • the minimum resistance value in the moving range of the actuator is detected and calibrated, and resistance control is performed using the calibration correction value.
  • the use of the actuator system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-48120 in an endoscope system is in terms of focus responsiveness, power saving and shape memory alloy durability in the focus function. ,There's a problem.
  • the actuator system is applied to the endoscope system, there is a problem that the response when moving the lens from the second position to the first position is poor when there are two focal positions. For example, when controlling the supply of current from the second position in a state where the wire is contracted by flowing current to change to the first position in a state where the wire is extended, even if the supply of current is controlled, There is a possibility that the lens does not immediately move to the first position.
  • the same current must always be supplied to the wire in order to hold it at the position of the second lens, so that a constant amount of power consumption is always generated, which causes a problem in terms of power saving. is there.
  • the actuator system has a problem that the durability of the shape memory element is deteriorated because the minimum resistance value is detected every time calibration is performed.
  • the present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and an endoscope system that improves lens movement responsiveness, power saving in lens drive control, and durability of a shape memory element. And it aims at providing the control method of an endoscope actuator.
  • An endoscope system is an endoscope system including an imaging element that captures an image of a subject and an objective optical system, and includes a shape memory element, and the movement for moving the objective optical system
  • An actuator for driving a member; an actuator driving unit for driving the actuator; a resistance value detecting unit for detecting a resistance value of the shape memory element to detect a position of the moving member; and moving the objective optical system
  • An instruction input unit for inputting an instruction, an instruction input to the instruction input unit, and a drive signal to the actuator driving unit based on the position of the moving member corresponding to the resistance value detected by the resistance value detecting unit
  • a control unit for outputting.
  • the control unit is configured to move from the first position to the second position beyond the second position based on the movement instruction from the first position to the second position of the objective optical system input to the instruction input unit.
  • the driving signal is output so that a current for moving the moving member to the position 3 flows to the shape memory element, and a resistance value of the shape memory element is larger than a minimum resistance value of the shape memory element.
  • the drive signal is output so that a first constant current flows through the shape memory element until the resistance value becomes 1, and when the resistance value of the shape memory element reaches the first resistance value, the shape memory element
  • the resistance value of the shape memory element is the second
  • the resistance value of the shape memory element is the minimum resistance value. In a range that does not reach, the current for holding the movable member at a position farther from the first position than the second position, and outputs the drive signal to flow into said shape memory element.
  • An endoscope actuator control method includes an actuator drive for driving an actuator that has a shape memory element and drives a moving member for moving an objective optical system for an imaging element that images a subject.
  • a resistance value detection unit that detects a resistance value of the shape memory element to detect a position of the moving member, an instruction input unit that inputs an instruction to move the objective optical system, and an instruction input unit Based on the input instruction and a control unit that outputs a driving signal to the actuator driving unit based on the position of the moving member corresponding to the resistance value detected by the resistance value detecting unit, the actuator of the endoscope
  • the control unit is configured to control the first optical system based on a movement instruction from the first position to the second position of the objective optical system input to the instruction input unit.
  • the actuator drive unit drives the actuator so that a first constant current flows through the shape memory element until a resistance value of the shape memory element becomes a first resistance value larger than a minimum resistance value of the shape memory element.
  • a signal is output, and when the resistance value of the shape memory element reaches the first resistance value, the control unit supplies the actuator driving unit with the first constant current for holding to the shape memory element.
  • the control unit When the resistance value of the shape memory element becomes a second resistance value when the control unit outputs a first holding constant current to the shape memory element, the control unit outputs the drive signal.
  • the resistance value of the element is
  • the actuator driving unit is configured to supply a current for holding the moving member at a position farther from the first position than the second position to the shape memory element within a range not reaching a small resistance value.
  • a drive signal is output.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an endoscope system according to the present embodiment.
  • An electronic endoscope system (hereinafter simply referred to as an endoscope system) 1 according to the present embodiment includes an electronic endoscope (hereinafter simply referred to as an endoscope) 2, a light source device 3, and a video processor (hereinafter referred to as a processor). 5) and a color monitor (hereinafter referred to as a monitor) 6 are electrically connected.
  • the endoscope 2 includes an insertion portion 7 and an operation portion 8 in which the insertion portion 7 is extended.
  • a universal cord 9 extending from the operation portion 8 is connected to the light source device 3 via a scope connector 10. It is connected.
  • an electrical connector at one end of the scope cable 4 is detachably connected to the scope connector 10. The electrical connector at the other end of the scope cable 4 is connected to the processor 5.
  • the insertion portion 7 includes a distal end portion 12, a bending portion 13, and a flexible tube portion 21 that are arranged in order from the distal end.
  • a distal end opening, an observation window, two illumination windows, an observation window cleaning port, and an observation object cleaning port are disposed on the distal end surface of the distal end portion 12.
  • An imaging device built in the distal end portion 12 is disposed on the back side of the observation window of the distal end portion 12 of the insertion portion 7.
  • the imaging apparatus includes an imaging element that images a subject and an objective optical system. Further, on the back side of the two illumination windows, a light guide bundle (not shown) that transmits illumination light from the light source device 3 and that is inserted from the distal end portion 12 into the universal cord 9 is provided.
  • the operation unit 8 includes a forceps port 11b disposed on the lower side, a middle grip unit 18, two bending operation units 14 provided on the upper side, an air / water supply control unit 15,
  • the suction control unit 16 includes a switch unit 17 that mainly includes an imaging function and includes a plurality of switches 17a. Among the plurality of switches 17a, there are one or two switches for the focus function, which constitutes an instruction input unit for inputting an instruction to move the objective optical system.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the actuator of the objective optical system at the distal end portion 12 of the insertion portion 7.
  • the actuator 20 shown in FIG. 2 is an actuator that is provided on the distal end side of the insertion portion 7 and that has a shape memory element and drives a moving member for moving the objective optical system within the insertion portion 7.
  • a shape memory alloy (Shape Memory Alloys, hereinafter abbreviated as SMA) wire 21 which is a shape memory element for driving the actuator 20 has a diameter of several tens of micrometers (micrometers) and is flexible.
  • the tube 22 is inserted into the tube 22 having the property.
  • the proximal end portion of the SMA wire 21 is fixed to a fixing member 23 in the insertion portion 7.
  • the lens 24 which is one objective optical system in the lens group of the observation optical system is fixed to the lens frame 25.
  • the lens 24 moves as the lens frame 25 moves.
  • a first coil spring 26 is disposed between the spring fixing member 27 and the lens frame 25, and the spring fixing member 27 is fixed to a distal end hard member (not shown) of the distal end portion 12 of the insertion portion 7.
  • the lens frame 25 is pressed to the proximal end side of the insertion portion 7 by a coil spring 26 that is an elastic member.
  • the tip of the wire 21 is connected to one end of a wire 29 made of stainless steel (SUS) by a caulking member 28.
  • the other end of the wire 29 is bonded and fixed to a moving member 30 that moves forward and backward, that is, moves toward the lens frame 25. That is, the SMA wire 21 is connected to the moving member 30 via the wire 29.
  • the reason why the SMA wire 21 is not directly connected to the moving member 30 is to prevent the imaging element (not shown) provided at the distal end portion 12 of the insertion portion 7 from being affected by the heat generated by the SMA wire 21. .
  • One end of the pipe 31 is connected and fixed to the base end portion of the moving member 30.
  • the other end of the pipe 31 is inserted into the inside of the distal end side of the pipe 32 and is in contact with the distal end portion of the second coil spring 33 inserted into the pipe 32.
  • the pipe 32 is fixed to a distal end hard member (not shown).
  • the pipe 31 is slidably inserted in the pipe 32 along the axial direction.
  • the moving member 30 in contact with the lens frame 25 is pressed toward the tip end side by a coil spring 33 that is an elastic member.
  • the spring force amount of the coil spring 33 is larger than the spring force amount of the coil spring 26.
  • the coil springs 26 and 33 are provided in the spring fixing member 27 and the pipe 32 in a compressed state.
  • the proximal end portion of the pipe 34 is inserted and fixed to the distal end portion of the tube 22.
  • the distal end portion of the pipe 34 is inserted and fixed inside the base end side of the pipe 32.
  • the distal end portion of the pipe 34 is in contact with the proximal end portion of the coil spring 33 in the pipe 32.
  • the wire 29 is inserted into the inner space of the pipes 22, 31, 32, 34 and the coil spring 33, and the SMA wire 21 connected via the caulking member 28 is also inserted into the pipe 22.
  • the SMA wire 21 is provided with two terminal portions (not shown) so that a current can flow through the two terminal portions as will be described later.
  • a lens stopper 35 is fixedly provided in the distal end hard member. The lens stopper 35 is a member for preventing the lens frame 25 from moving beyond a predetermined lens position by abutting against the lens frame 25 when the moving member 30 moves to the proximal end side.
  • a state SS1 shows a state when no current flows through the SMA wire 21.
  • the SMA wire 21 is in an extended state in the tube 22 with some slack.
  • the pipe 31 is pressed to the tip side by the amount of spring force of the coil spring 33. Since the amount of spring force that the coil spring 33 tries to extend is larger than the amount of spring force that the coil spring 26 tries to extend, the pipe 31 presses the moving member 30 toward the tip side. At this time, since the moving member 30 presses the lens frame 25 toward the distal end side, the lens frame 25 is in contact with the spring fixing member 27 and presses the spring fixing member 27 toward the distal end.
  • the tip of the moving member 30 is located at the first position P1. When the tip of the moving member 30 is at the first position P1, the position of the lens 24 fixed to the lens frame 25 is the far point focus position of the objective optical system.
  • the SMA wire 21 When a current is passed through the SMA wire 21 in the state SS1, the SMA wire 21 generates heat and starts to contract. As the SMA wire 21 contracts, the amount of slack in the wire 21 is removed, and the force that pulls the wire 29 toward the proximal end gradually increases. When it becomes larger than the force, the wire 29 connected to the wire 21 moves to the proximal end side.
  • the lens frame 25 comes into contact with the lens stopper 35 in the middle of the movement of the wire 29, the movement of the lens 24 toward the base end side is stopped as shown in a state SS2 in FIG.
  • the tip of the moving member 30 is located at the second position P2.
  • the position of the lens 24 fixed to the lens frame 25 is the near point focus position of the objective optical system.
  • the SMA wire 21 Even after the lens frame 25 comes into contact with the lens stopper 35, if an electric current continues to flow through the wire 21, the SMA wire 21 further generates heat and contracts. As the SMA wire 21 contracts, the wire 29 moves to the proximal end side, so that the moving member 30 also moves to the proximal end side. The moving member 30 comes into contact with the tip of the pipe 32 and stops (state SS3). In the state SS3, the tip of the moving member 30 is located at the third position P3. Even if the moving member 30 moves from the second position P2 to the third position P3, the movement of the lens frame 25 is blocked by the lens stopper 35. Therefore, the position of the lens 24 fixed to the lens frame 25 is The near focus position remains unchanged.
  • the lens frame 25 In the state SS3, the lens frame 25 is in a stationary state while being pressed by the lens stopper 35 toward the proximal direction by the coil spring 26. After the moving member 30 comes into contact with the tip end of the pipe 32 and stops, even if a current is continuously supplied to the SMA wire 21, the SMA wire 21 cannot contract because the wire 29 does not extend (state SS3). .
  • the tip of the moving member 30 can move within the range of the difference between the first position P1 and the third position P3.
  • the operating range of the lens frame 25 that is, the operating range of the lens 24 is between the first position P1 and the second position P2.
  • the tube 22 is bent under the influence of the bending operation of the bending portion 13. Since the SMA wire 21 and the wire 29 are tensioned to be contracted as described above, they always try to be linear. Since the SMA wire 21 and the wire 29 are thin, the SMA wire 21 and the wire 29 can move in a direction perpendicular to the axis in the tube 22 and the pipes 31, 32, and 34. Therefore, when the tube 22 is curved, the curved shapes of the SMA wire 21 and the wire 29 are not the same as the curved shape of the tube 22.
  • the distal end of the moving member 30 when the distal end of the moving member 30 is at the third position P3, if the tube 22 is bent, it is caused by a difference between the curvature radius of the tube 22 and the curvature radii of the wires 21 and 29 (hereinafter referred to as a curvature radius difference).
  • a curvature radius difference a difference between the curvature radius of the tube 22 and the curvature radii of the wires 21 and 29
  • a clearance region Lc is provided in advance to prevent the moving member 30 from moving the lens frame 25 even if the moving member 30 moves so as to be pushed to the distal end side due to the bending operation.
  • the clearance region Lc is between the positions P2 and P3.
  • the clearance region Lc is set to be greater than or equal to the moving amount of the moving member 30 due to the difference in curvature radius.
  • the tip 30 of the moving member moves toward the position P2.
  • the tip of the moving member 30 moves back to the position P1 beyond the position P2. As a result, the lens 24 is in the far point focus position.
  • the range between the position P1 and the position P2 is the lens operating range, that is, the lens operating region Lm
  • the range between the position P2 and the position P3 is the clearance range, that is, the clearance region Lc.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a control circuit that controls the expansion and contraction of the SMA wire 21.
  • the control circuit 41 is included in the processor 5.
  • FIG. 3 shows only a control circuit that controls the expansion and contraction of the SMA wire 21 in the processor 5.
  • the control circuit 41 includes a central processing unit (hereinafter referred to as a CPU) 51 as a control unit, an output control circuit 52 as an actuator driving unit, a detection circuit 53 as a resistance value detection unit, and a switching circuit 54.
  • An SMA wire 21 is connected to the switching circuit.
  • the output control circuit 52 constitutes an actuator driving unit that drives the actuator 20.
  • the detection circuit 53 constitutes a resistance value detection unit that detects the resistance value of the SMA wire 21 for detecting the position of the moving member 30.
  • the CPU 51 as a control unit executes drive control of the actuator 20 based on a control program (not shown) in accordance with a user operation on the switch 17a of the operation unit 8.
  • the CPU 51 supplies the drive signal Dr to the output control circuit 52, and the output control circuit 52 outputs a current signal to the switching circuit 54.
  • the CPU 51 controls the supply current to the SMA wire 21 by repeating a basic control period including a heating control period and a resistance value detection period. That is, the CPU 51 supplies the switching signal Sw to the switching circuit 54 so as to repeat the heating control period T1 and the resistance value detection period T2.
  • the switching circuit 54 outputs the current signal from the output control circuit 52 to the SMA wire 21 in the heating control period T1, and supplies a predetermined resistance detection voltage to the SMA in the resistance value detection period T2. It switches so that the resistance value of SMA wire 21 may be detected from the voltage drop value produced at both ends of 21.
  • the basic control period is 12 milliseconds, of which the first 10 milliseconds is the heating control period T1, and the subsequent 2 milliseconds is the resistance value detection period T2. Therefore, the supply or stop of the current to the SMA wire 21 is intermittently performed only during the heating control period T1, and the detection of the resistance value of the SMA wire 21, that is, the measurement is also intermittently performed during the resistance value detection period T2. Done.
  • the basic control period, the heating control period T1, and the resistance value detection period T2 are not limited to the values exemplified here, but may be, for example, values of 6 milliseconds, 5 milliseconds, and 1 millisecond.
  • the CPU 51 supplies a predetermined driving current to the SMA wire 21 during the heating control period T1 and drives the resistance value when driving the lens 24 to the near-point focus position in accordance with the operation of the predetermined switch of the operation unit 8.
  • a predetermined detection current is supplied to the SMA wire 21, and the resistance value of the SMA wire 21 is detected.
  • the detection circuit 53 supplies the detected resistance value to the CPU 51 as the detection signal Ds.
  • the CPU 51 When the movement of the lens 24 to the far-point focus position is instructed by a predetermined switch of the operation unit 8, the CPU 51 does not supply a predetermined driving current to the SMA wire 21 in the heating control period T1, but in the resistance value detection period T2. A predetermined resistance detection voltage is supplied to the SMA wire 21 to detect the resistance value of the SMA wire 21. Since no heating current is supplied, the SMA wire 21 cannot contract, and the lens 24 is in the far point focus position.
  • the position of the lens 24 is controlled by controlling the current supply to the SMA wire 21 while referring to the resistance value of the SMA wire 21.
  • the state of the actuator is state SS1.
  • the length of the SMA wire 21 when not heated is the maximum length L1
  • the resistance value at that time is the maximum resistance value Rmax.
  • the length of the SMA wire 21 is the minimum length L3
  • the resistance value at that time is the minimum resistance value Rmin.
  • the length of the SMA wire 21 is L2, and the resistance value at that time is (Rmin + ⁇ ).
  • the lens 24 moves in the range of the maximum resistance value Rmax and the resistance value (Rmin + ⁇ ).
  • the minimum resistance value Rmin and the maximum resistance value Rmax vary depending on the actuator because there are variations in the wire diameter of the SMA wire 21, variations in the wire length at the time of cutting, variations in the assembly dimensions when assembled as an actuator, and so on. Is the characteristic value.
  • the measurement of the characteristic value is performed at the time of factory shipment as a calibration process. Note that this calibration processing may be performed after the factory shipment and before the user starts use.
  • the minimum resistance value Rmin and the maximum resistance value Rmax measured by the calibration process are stored in a non-volatile memory 2 a built in the endoscope 2.
  • the nonvolatile memory 2 a is arranged in the operation unit 7.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the calibration process. This process is executed before the factory shipment when the processor 5 is activated with the endoscope 2 and the processor 5 connected, or when the user activates the processor 5 after the factory shipment. .
  • the processor 51 executes a startup process of the processor 5 (S1). After the activation process, the CPU 51 determines whether or not information on the minimum resistance value Rmin and the maximum resistance value Rmax of the memory wire 21 is stored in the memory 2a of the endoscope 2 (S2). This determination is performed by the CPU 51 reading data in a predetermined storage area of the memory 2a. When information on the minimum resistance value Rmin and the maximum resistance value Rmax is stored in the memory 2a (S2: YES), the process ends without doing anything.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating transition of screens displayed on the monitor 6 in the calibration process.
  • a screen G1 in FIG. 5 is an example of a screen displayed by the process of S3.
  • the screen G1 displays a message notifying that the minimum resistance value Rmin and maximum resistance value Rmax by calibration are not set, and an “Execute” button for outputting a calibration execution command.
  • the CPU 51 can be instructed to execute the calibration.
  • a screen G3 in FIG. 5 is an example of a message screen of the calibration completion. Screen G3 includes a message that the calibration is complete. As described above, the calibration processing for acquiring the data of the minimum resistance value Rmin and the maximum resistance value Rmax and storing it in the memory 2a is executed.
  • the data of the minimum resistance value Rmin and the maximum resistance value Rmax stored in the memory 2a is read out from the memory 2a by the CPU 51 when the endoscope system is used, and used during focus control described later.
  • the minimum resistance value Rmin and the maximum resistance value Rmax are eigenvalues of the actuator 20 inserted in the endoscope 2, and are stored in the memory 2a provided in the endoscope 2.
  • the memory 2a also stores parameters for setting target resistance values, upper limit current values, current values for each constant current, parameters for changing each constant current, and the like used in focus control described later. Also good.
  • the focus control of the endoscope 2 is control of two positions, that is, a near point focus position and a far point focus position. While viewing the subject image displayed on the monitor 6 of the endoscope 2, the user operates a predetermined switch among the plurality of operation switches 17 a of the operation unit 8 to change the focus position of the subject image to the near point. It can be set to either the focus position or the far point focus position. When the far-point focus position is selected, no current flows through the SMA wire 21, and the SMA wire 21 is in an extended state. When the near point focus position is selected, a current is passed through the SMA wire 21, and the SMA wire 21 is in a contracted state.
  • the CPU 51 sends the drive signal Dr to the output control circuit 52 based on the instructions input to the switches of the plurality of switches 17a that are the instruction input unit and the position of the moving member 30 corresponding to the resistance value detected by the detection circuit 53.
  • the control part which outputs is comprised.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a flow of switching control to the near point focus position.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the minimum resistance value Rmin, the maximum resistance value Rmax, each target resistance value, and the contents of each process in association with each other.
  • FIG. 8 is a diagram showing a time-series change in the supply current to the SMA wire 21.
  • the control of the near point focus position is mainly divided into a near point focus switching initial control SC1 and a near point focus holding control SC2.
  • the main control status is first the near-point focus switching initial control SC1, and then the near-point focus holding control SC2.
  • the CPU 51 determines whether or not the user has instructed the near point focus (S11). If there is no near focus instruction (S11: NO), no processing is performed. When there is a near-focus instruction (S11: YES), the CPU 51 as the control unit calculates a current value to be supplied to the SMA wire 21 from the resistance value information, and outputs a drive signal Dr for supplying the current value. Output (S12). Specifically, the CPU 51 calculates the current value of the current flowing through the SMA wire 21 from information on the resistance value of the wire 21 detected by the detection circuit 53 and the predetermined target resistance value 1, and calculates the calculated current. Is supplied to the output control circuit 52 so as to output within the heating control period T1 described above.
  • the target resistance value 1 is a resistance value obtained by adding a predetermined parameter Param1 to the minimum resistance value Rmin.
  • the resistance value and the length of the SMA wire 21 have a predetermined relationship.
  • the SMA wire 21 has a predetermined relationship between the applied current and the resistance value. The relationship is that when the current is applied and contracted from the state where the SMA wire 21 is stretched, and when the amount of applied current is decreased and stretched from the state where the SMA wire 21 is contracted. And have a so-called hysteresis characteristic in which the relationship between the current value and the resistance value is different.
  • the target resistance value 1 can be changed by changing the parameter Param1.
  • the target resistance value 1 in S12 is preset in consideration of this hysteresis characteristic. Furthermore, the target resistance value 1 is a resistance value corresponding to a predetermined position of the moving member 30 in the clearance region Lc.
  • the target resistance value 1 exceeds the lens operating region Lm between the positions P1 and P2, which is the operating range of the objective lens 24, and is within the radius of curvature difference in the clearance region Lc. It is set to a resistance value corresponding to a position that is greater than or equal to the resulting movement amount of the moving member 30.
  • the current value of the current applied to the SMA wire 21 is determined by calculation of PD (proportional and differential) control based on the resistance value of the wire 21 detected by the detection circuit 53 and the predetermined target resistance value 1.
  • the CPU 51 controls the resistance value detected by the detection circuit 53 to flow the current to the SMA wire 21 to heat the moving member 30 from the position P1 to the position of the target resistance value 1.
  • PD proportional and differential control based on the resistance value corresponding to the position of the target resistance value 1 of the SMA wire 21.
  • an upper limit current value is set in advance to prevent a current exceeding a predetermined current value from flowing, and the current value of the current supplied to the SMA wire 21 exceeds the upper limit current value. So that the supply current is limited.
  • the CPU 51 determines the far-point position P1 based on the movement instruction from the far-point position P1 to the near-point position P2 of the lens 24 input to the operation unit 8 serving as an instruction input unit.
  • a drive signal Dr is output so that a current for moving the moving member 30 is passed through the SMA wire 21 and heated to a position corresponding to the target resistance value 1 beyond the near-point position P2.
  • the initial resistance control (A) in FIG. 7 switches the heating and resistance value detection periods by supplying current to the SMA wire 21 alternately. The current is supplied.
  • the CPU 51 preheats the SMA wire 21 with the first constant current (S14). Specifically, the CPU 51 outputs a drive signal Dr for constant current control for supplying a constant current having a first constant current value to the SMA wire 21.
  • the process returns to S14.
  • the target resistance value 2 is a value obtained by adding a predetermined parameter Param2 to the minimum resistance value Rmin.
  • the value of the parameter Param2 is smaller than the value of the parameter Param1.
  • the CPU 51 causes the first constant current to flow through the SMA wire 21 until the resistance value of the SMA wire 21 reaches a target resistance value 2 that is larger than the minimum resistance value Rmin of the SMA wire 21.
  • a drive signal Dr is output so as to heat 21.
  • the target resistance value 2 can be changed by changing the parameter Param2.
  • the current resistance value becomes the target resistance value 2 while the heating and resistance value detection periods by the supply of the first constant current are alternately switched. Until then, the preheating control (B) for preheating the SMA wire 21 is performed.
  • the reason why the SMA wire 21 is not performed only by PD control until the target resistance value is 2 is to prevent the oscillation from occurring due to the responsiveness of the SMA wire 21 and the influence of the oscillation from reaching the lens operating range Lm. It is.
  • the reason why the target resistance value 2 is not set to the minimum resistance value Rmin in the preheating control (B) is that if the wire 21 is contracted to the minimum resistance value Rmin, the durability of the SMA wire 21 is deteriorated. It is. Therefore, the target resistance value 2 is not set to the minimum resistance value Rmin.
  • the CPU 51 reduces the supply current to the SMA wire 21 up to the holding current (initial value), and the holding current.
  • the drive signal Dr is output so as to maintain the value (S16).
  • the processing of S16 constitutes holding constant current transfer control (C).
  • the CPU 51 shifts to holding constant current transfer control (C), and sets the current value of the current flowing through the SMA wire 21 from the current value of the first constant current.
  • the drive signal Dr is output so as to decrease the current value to a smaller second current value.
  • the constant current is supplied until the holding current (initial value) is reached while the period of heating and resistance value detection by supplying a constant current value are alternately switched.
  • the initial resistance control (A), the preheating control (B), and the holding constant current transfer control (C) described above constitute the near point focus switching initial control SC1. That is, the near point focus switching initial control SC1, which is one of the main controls, includes three sub-controls: initial resistance control (A), preheating control (B), and holding constant current transfer control (C).
  • the initial resistance control (A) is executed based on the current value calculated under the PD control.
  • a straight line portion marked with “ ⁇ ” indicates a period during which the SMA wire 21 is actively heated
  • a straight line portion not marked with “ ⁇ ” indicates the period of the SMA wire 21. Indicates the period during which the heating amount is reduced or adjusted.
  • the holding constant current transfer control (C) is executed with the initial value for performing the holding constant current control after the supply current is reduced to the holding current value.
  • the CPU 51 After the near-point focus switching initial control SC1, the CPU 51 passes the first holding current of the second current value through the SMA wire 21, and when the resistance value of the SMA wire 21 reaches the target resistance value 3, Reheating the SMA wire 21 with a current for holding the moving member 30 at a position farther from the far point position P1 than the near point position P2 within a range where the resistance value of the wire 21 does not reach the minimum resistance value Rmin.
  • the reheating process is performed to output the drive signal Dr.
  • the target resistance value 3 is a value obtained by adding a predetermined parameter Param3 to the target resistance value 2. As shown in FIG. 7, the target resistance value 3 is slightly larger than the target resistance value 1, but is sufficiently larger than the resistance value (Rmin + ⁇ ) corresponding to the position P2. The target resistance value 3 can be changed by changing the parameter Param3.
  • the CPU 51 reheats the SMA wire 21 with the second constant current (S18). . Specifically, the CPU 51 outputs a drive signal Dr for constant current control for supplying a constant current having a second constant current value to the SMA wire 21.
  • the current value of the second constant current is smaller than the current value of the first constant current.
  • the SMA wire 21 contracts again and the resistance value starts to decrease. Then, it is determined whether or not the current resistance value of the wire 21 detected by the detection circuit 53 has reached the target resistance value 2 (S19). When the current resistance value has not reached the target resistance value 2, the process returns to S18.
  • the CPU 51 reduces the supply current to the SMA wire 21 up to the holding current, but the current value of the supply current is higher than the previous or initial holding current value by a first predetermined value, that is, the first
  • the drive signal Dr is output so as to decrease the holding current value increased by a predetermined value and output a holding constant current of the holding current value (S20). This is because, for example, when the ambient temperature is low, the number of occurrences of reheating (D) is reduced. Thereafter, the process proceeds to S17.
  • the current value of the holding constant current output in S20 is stored in a RAM (not shown) once it is output. Thereafter, when the near-point focus holding control SC2 is being executed, when S20 is executed again, or when S22 described later is executed, the CPU 51 determines the previous holding constant current stored in the RAM. Can be referred to.
  • Whether or not the current resistance value has reached the target resistance value 3 is determined in S17, and if the current resistance value has not reached the target resistance value 3 (S17: NO), whether or not a predetermined time has elapsed Is determined (S21).
  • the predetermined time is an elapsed time after the output of the holding constant current is started, and is set in advance.
  • the process returns to S17.
  • a predetermined time elapses in S21 (S21: YES)
  • the current value of the holding current is decreased by the second predetermined value and the reduced holding current is maintained (S22). That is, when the CPU 51 takes a predetermined time or longer until the resistance value of the SMA wire 21 reaches the target resistance value 3 after passing the holding constant current through the SMA wire 21 during reheating, the CPU 51 holds the holding current.
  • the current value of the constant current for use is decreased by a second predetermined value.
  • the process returns to S17. This is to reduce the value of the holding constant current when the ambient temperature is high.
  • the processes from S19 to S22 constitute holding current change control (D-2). Also in the reheating control in S18, the constant current is supplied while the heating by the constant current value supply and the period of resistance detection are alternately switched.
  • the above-described reheating control during holding (D-1) and holding current change control (D-2) constitute near-point focus holding control SC2. That is, the near-point focus holding control SC2, which is one of the main controls, includes two sub-controls, that is, reheating control (D-1) during holding and holding current change control (D-2).
  • the supply current to the SMA wire 21 is the previous holding current. After that, the current value is maintained at the previous holding current value. Thereafter, the supply current to the SMA wire 21 is changed by holding current change control (D-2).
  • the holding current change control (D-2) when the ambient temperature is low due to the processing of S19 and S20, the temperature of the actuator 20 is increased quickly and the resistance value of the SMA wire 21 decreases to the target resistance value 3.
  • the number of occurrences of reheating can be reduced by lengthening the length.
  • the holding current change control (D-2) by the processing of S21 and S22, when the ambient temperature is high, the current value of the holding current is reduced as much as possible to save power.
  • the CPU 51 heats the SMA wire 21 by supplying the second constant current until the resistance value of the SMA wire 21 reaches the target resistance value 2, and the SMA wire 21.
  • the resistance value of the SMA wire 21 reaches the target resistance value 2
  • the current flowing through the SMA wire 21 is decreased until the holding current value of the current value smaller than the current value of the second constant current is reduced.
  • the SMA wire 21 is reheated so as to hold the member 30 at a position farther from the far point position P1 than the near point position P2.
  • FIG. 9 is a table TBL that summarizes the start condition, end condition, control method, and drive current for each control described above.
  • the start condition is a near point switching instruction
  • the end condition is the arrival of the target resistance value 1
  • the control method is PD. (Proportional and differential) control
  • the drive current is a current value calculated in the PD control.
  • the start condition is to reach the target resistance value 1
  • the end condition is to reach the target resistance value 2
  • the control method is constant current control
  • the drive current is the first constant value. Current.
  • the start condition is the arrival of the target resistance value 2
  • the end condition is the arrival of the target resistance value 3
  • the control method is the constant current control
  • the drive current is for holding Constant current (initial value).
  • the start condition is the arrival of the target resistance value 3
  • the end condition is the arrival of the target resistance value 2
  • the control method is fixed.
  • Current control is performed, and the drive current is a second constant current.
  • the start condition is the arrival of the target resistance value 2
  • the end condition is the arrival of the target resistance value 3
  • the control method is constant current control (variable)
  • the drive current is A constant current having a current value changed from the previous holding current by a predetermined value.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a display example of the monitor of the endoscope system.
  • the display screen 61 of the monitor 6 displays a display “Near Focus” indicating that the endoscopic image 62 on the monitor 6 is an image in the near focus state. ”Is displayed on the display screen 61 of the monitor 6. Since the depth of field of the image is different between the near-point focus state and the far-point focus state, the observer can know or confirm that the depth of field of the endoscopic image 62 is shallow during near-point focus. it can.
  • the CPU 51 controls the initial resistance control (A) so that it is less than the minimum resistance value Rmin. Heat to shrink to a target resistance value of 1 which is a large resistance value by PD control.
  • the moving member 30 quickly moves to the position corresponding to the target resistance value 2 by the initial resistance control (A), and the lens 24 as the objective lens also moves quickly to the near point focus position in the middle.
  • the control is changed from the initial resistance control (A) to the preheating control (B).
  • the SMA wire 21 of the SMA wire 21 is further heated and contracted by the constant current control of the first constant current value in the preheating control (B).
  • the control is changed from the preheating control (B) to the holding constant current transfer control (C).
  • the target resistance value 2 is a resistance value larger than the minimum resistance value Rmin, it is not contracted until the resistance value of the SMA wire 21 reaches the minimum resistance value Rmin in the preheating control (B). Therefore, the durability of the SMA wire 21 is not deteriorated.
  • the supply current to the SMA wire 21 gradually decreases until the holding constant current value is reached, and when the current value of the supply current becomes the holding constant current value, the holding current is supplied. Maintain a constant current value. Thereafter, when the resistance value of the SMA wire 21 reaches the target resistance value 3, the main control status shifts to the near-point focus holding control SC2.
  • the near-point focus holding control SC2 when the switching from the near-point focus to the far-point focus is instructed, the moving member 30 is curved so that the radius of curvature at the time of bending can be quickly moved to the far-point focus position. Control is performed so that it is in the vicinity of a position that takes into account the amount of movement of the moving member 30 due to the difference.
  • the control is performed by reheating control (D-1).
  • the SMA wire 21 of the SMA wire 21 is further heated and contracted by the constant current control of the second constant current value.
  • the control shifts from the reheating control (D-1) to the holding current changing control (D-2).
  • the supply current to the SMA wire 21 is lowered to a current value higher than the previous holding current value by a first predetermined value. Further, when the time required for the resistance value of the SMA wire 21 to reach the target resistance value 3 is longer than a predetermined time, the holding current value is decreased to the second predetermined value.
  • reheating is performed when the resistance value of the SMA wire 21 is increased to the target resistance value 3, and the current value of the holding current is changed every time reheating is performed. Increase by a predetermined value of 1.
  • the resistance value of the SMA wire 21 does not reach the target resistance value 3 even after a predetermined time has elapsed, the current value of the holding current is decreased by a second predetermined value.

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Abstract

　内視鏡システム１は、SMAワイヤ２１を有し、レンズ２４を移動させるための移動部材３０を駆動するアクチュエータ２０と、出力制御回路５２と、検出回路５３と、CPU５１を有する。CPU５１は、レンズ２４を移動する指示と、検出回路５３により検出された抵抗値に対応する移動部材３０の位置に基づいて、出力制御回路５２へ駆動信号を出力する。CPU５１は、レンズ２４の遠点から近点の位置への移動指示に基づいて、遠点位置から近点位置を超えた位置へ、移動部材３０を移動させるための電流をSMAワイヤ２１へ流して加熱するように駆動信号を出力する。その後、CPU５１は、予備加熱制御、保持用定電流移行制御、及び再加熱制御を行う。

Description

内視鏡システム及び内視鏡アクチュエータの制御方法
　本発明は、内視鏡システム及び内視鏡アクチュエータの制御方法に関し、特に、対物光学系を移動させるために形状記憶素子を備えたアクチュエータを有する内視鏡システム及び内視鏡アクチュエータの制御方法に関する。
　従来より、内視鏡システムは、医療分野及び工業分野において広く用いられている。被写体は、内視鏡挿入部の先端部に設けられた撮像素子により撮像され、被写体像がモニタ装置に表示される。術者等は、そのモニタに映し出された被写体の画像を見て、観察を行うことができる。撮像素子と観察光学系が、内視鏡挿入部の先端部に内蔵されている。
　近年、日本国特開２００９－１４８３６９号公報に開示されているように、被写体像のフォーカシング機能のために、観察光学系のレンズ枠を光軸方向に移動させる機構を挿入部内に有している内視鏡装置が提案されている。そこでは、そのレンズ枠を移動させるアクチュエータとして、形状記憶合金が用いられている。
　その形状記憶合金ワイヤは、ワイヤに流れる電流を制御することによって伸縮する。例えば、形状記憶合金ワイヤは、電流が流れることにより発熱し、高温状態になると縮み、電流が流れないと、放熱することにより伸びる。形状記憶合金のこのような特性を利用して、観察光学系のフォーカシング機能が実現されている。
　また、形状記憶合金を用いたアクチュエータに関しては、例えば日本国特開２０１０－４８１２０号公報に開示されているように、形状記憶合金ワイヤに電流を流したときにおける最大抵抗値と最小抵抗値を記憶して、形状記憶合金ワイヤに流れる抵抗値に基づく抵抗制御を行うアクチュエータシステムが提案されている。
　そのアクチュエータシステムでは、アクチュエータシステムの起動時に、アクチュエータの移動範囲における最小抵抗値を検出してキャリブレーションを行い、そのキャリブレーションの補正値を用いて、抵抗制御が行われる。
　しかし、内視鏡システムにおいて、上記日本国特開２０１０－４８１２０号公報に開示のアクチュエータシステムを利用することは、フォーカス機能におけるフォーカスの応答性、省電力性及び形状記憶合金の耐久性の点で、問題がある。　
　まず、内視鏡システムにそのアクチュエータシステムを適用したとすると、２つの焦点位置がある場合に、レンズを第２の位置から第１の位置に移動させるときの応答性が悪いという問題がある。例えば、電流を流してワイヤを収縮させた状態の第２の位置から電流の供給を制御してワイヤを伸長させた状態の第１の位置に変化させる場合、電流の供給を制御しても、直ちにレンズが第１の位置に直ぐに移動しない虞がある。
　さらに、そのアクチュエータシステムでは、第２のレンズの位置に保持するために、常にワイヤに同じ電流を供給しなければならず、消費電力が常に一定量発生して、省電力性の点で問題がある。
　また、そのアクチュエータシステムでは、キャリブレーションの度に最小抵抗値の検出が行われるため、形状記憶素子の耐久性の劣化が進むという問題があった。
　そこで、本発明は、上述したこれらの問題を考慮してなされたもので、レンズ移動の応答性、レンズ駆動制御における省電力性、及び形状記憶素子の耐久性の向上を図った内視鏡システム及び内視鏡アクチュエータの制御方法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、被写体を撮像する撮像素子と対物光学系を備えた内視鏡システムであって、形状記憶素子を有し、前記対物光学系を移動させるための移動部材を駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動部と、前記移動部材の位置を検出するために前記形状記憶素子の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、前記対物光学系を移動する指示を入力する指示入力部と、前記指示入力部に入力された指示と、前記抵抗値検出部により検出された抵抗値に対応する前記移動部材の位置に基づいて、前記アクチュエータ駆動部へ駆動信号を出力する制御部とを備える。前記制御部は、前記指示入力部に入力された前記対物光学系の第１の位置から第２の位置への移動指示に基づいて、前記第１の位置から前記第２の位置を超えて第３の位置へ、前記移動部材を移動させる為の電流を前記形状記憶素子へ流すように前記駆動信号を出力し、前記形状記憶素子の抵抗値が前記形状記憶素子の最小抵抗値よりも大きい第１の抵抗値になるまで前記形状記憶素子に第１の定電流を流すように前記駆動信号を出力し、前記形状記憶素子の抵抗値が前記第１の抵抗値になると、前記形状記憶素子に、第１の保持用定電流を流すように前記駆動信号を出力し、前記形状記憶素子に前記第１の保持用定電流を流しているときに、前記形状記憶素子の抵抗値が第２の抵抗値になると、前記形状記憶素子の抵抗値が前記最小抵抗値に到達しない範囲で、前記移動部材を前記第２の位置よりも前記第１の位置から遠い位置に保持する為の電流を、前記形状記憶素子へ流すように前記駆動信号を出力する。
　本発明の一態様の内視鏡アクチュエータの制御方法は、形状記憶素子を有し、被写体を撮像する撮像素子のための対物光学系を移動させるための移動部材を駆動するアクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動部と、前記移動部材の位置を検出するために前記形状記憶素子の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、前記対物光学系を移動する指示を入力する指示入力部と、前記指示入力部に入力された指示と、前記抵抗値検出部により検出された抵抗値に対応する前記移動部材の位置に基づいて、前記アクチュエータ駆動部へ駆動信号を出力する制御部とにより、内視鏡の前記アクチュエータを制御する方法であって、前記制御部は、前記指示入力部に入力された前記対物光学系の第１の位置から第２の位置への移動指示に基づいて、前記第１の位置から前記第２の位置を超えて第３の位置へ、前記移動部材を移動させる為の電流を前記形状記憶素子へ流すように前記アクチュエータ駆動部に前記駆動信号を出力し、前記制御部は、前記形状記憶素子の抵抗値が前記形状記憶素子の最小抵抗値よりも大きい第１の抵抗値になるまで前記形状記憶素子に第１の定電流を流すように前記アクチュエータ駆動部に前記駆動信号を出力し、前記制御部は、前記形状記憶素子の抵抗値が前記第１の抵抗値になると、前記形状記憶素子に、第１の保持用定電流を流すように前記アクチュエータ駆動部に前記駆動信号を出力し、前記制御部は、前記形状記憶素子に前記第１の保持用定電流を流しているときに、前記形状記憶素子の抵抗値が第２の抵抗値になると、前記形状記憶素子の抵抗値が前記最小抵抗値に到達しない範囲で、前記移動部材を前記第２の位置よりも前記第１の位置から遠い位置に保持する為の電流を、前記形状記憶素子へ流すように前記アクチュエータ駆動部に前記駆動信号を出力する。
本発明の実施の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。 本発明の実施の形態に係わる対物光学系のアクチュエータの構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係わる、SMAワイヤ２１の伸縮を制御する制御回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係わるキャリブレーション処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係わる、キャリブレーション処理において、モニタ６に表示される画面の遷移を示す図である。 本発明の実施の形態に係わる近点フォーカス位置への切替制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係わる、最小抵抗値Rmin、最大抵抗値Rmax及び各目標抵抗値と、各処理との内容を対応付けて説明するための図である。 本発明の実施の形態に係わるSMAワイヤ２１への供給電流の時系列変化を示す図である。 本発明の実施の形態に係わる、各制御について、開始条件、終了条件、制御方式及び駆動電流を纏めた表TBLである。 本発明の実施の形態に係わる内視鏡システムのモニタの表示例を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（全体構成）
　まず図１に基づき、本実施の形態に係わる内視鏡システムの構成を説明する。図１は、本実施の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。
　本実施の形態の電子内視鏡システム（以下、単に内視鏡システムという）１は、電子内視鏡（以下、単に内視鏡という）２と、光源装置３と、ビデオプロセッサ（以下、プロセッサという）５と、カラーモニタ（以下、モニタという）６と、が電気的に接続されて構成されている。
　内視鏡２は、挿入部７と、この挿入部７が延設された操作部８とを有し、操作部８から延出するユニバーサルコード９が、スコープコネクタ１０を介して光源装置３に接続されている。また、スコープコネクタ１０には、スコープケーブル４の一端部の電気コネクタが着脱自在に接続されている。そして、このスコープケーブル４の他端部の電気コネクタは、プロセッサ５に接続されている。
　挿入部７は、先端から順に、先端部１２と、湾曲部１３と、可撓管部２１と、が連設されて構成されている。先端部１２の先端面には、先端開口部、観察窓、２つの照明窓、観察窓洗浄口、及び観察物洗浄口が配設されている。
　挿入部７の先端部１２の観察窓の背面側には、先端部１２に内蔵される撮像装置が配設されている。撮像装置は、被写体を撮像する撮像素子と、対物光学系とを有する。また、２つの照明窓の背面側には、光源装置３からの照明光を伝送する、先端部１２からユニバーサルコード９の内部に挿通する、図示しないライトガイドバンドルが設けられている。
　操作部８は、下部側の側部に配設される鉗子口１１ｂと、中途部のグリップ部１８と、上部側に設けられた２つの湾曲操作部１４と、送気送水制御部１５と、吸引制御部１６と、複数のスイッチ１７ａから構成された主に撮像機能を操作するスイッチ部１７と、から構成されている。　
　複数のスイッチ１７ａの中には、フォーカス機能のための１つあるいは２つのスイッチがあり、対物光学系を移動する指示を入力するための指示入力部を構成する。
（先端部におけるアクチュエータの構成）
　図２は、挿入部７の先端部１２における対物光学系のアクチュエータの構成を説明するための図である。図２に示すアクチュエータ２０は、挿入部７の先端側に設けられ、形状記憶素子を有し対物光学系を挿入部７内で移動させるための移動部材を駆動するアクチュエータである。　
　図２に示すように、アクチュエータ２０の駆動用の形状記憶素子である形状記憶合金（Shape Memory Alloys。以下、SMAと略す）のワイヤ２１は、直径が数十μｍ（マイクロメートル）で、可撓性を有するチューブ２２内に挿通されている。SMAワイヤ２１の基端部は、挿入部７内の固定部材２３に固定されている。
　一方、観察光学系のレンズ群の中の１つの対物光学系であるレンズ２４は、レンズ枠２５に固定されている。レンズ２４は、レンズ枠２５の移動に伴い移動する。第１のコイルバネ２６が、バネ固定部材２７とレンズ枠２５の間に配置されており、バネ固定部材２７は、挿入部７の先端部１２の図示しない先端硬質部材に固定されている。本構造により、レンズ枠２５は、弾性部材であるコイルバネ２６により、挿入部７の基端側に押圧されている。
　ワイヤ２１の先端部は、カシメ部材２８により、ステンレス（SUS）製のワイヤ２９の一端に接続されている。ワイヤ２９の他端は、レンズ枠２５に向かって進退すなわち移動する移動部材３０に接着され固定されている。すなわち、SMAワイヤ２１は、ワイヤ２９を介して移動部材３０に接続されている。SMAワイヤ２１を移動部材３０に直接接続しないのは、挿入部７の先端部1２に設けられている撮像素子（図示せず）がSMAワイヤ２１の発熱の影響を受けないようにするためである。
　パイプ３１の一端は、移動部材３０の基端部に接続され固定されている。パイプ３１の他端は、パイプ３２の先端側内部に挿通されて、パイプ３２内に挿通されている第２のコイルバネ３３の先端部に接触している。パイプ３２は、図示しない先端硬質部材に対して固定されている。パイプ３１は、パイプ３２内において、軸方向に沿って摺動可能に挿通されている。レンズ枠２５に当接する移動部材３０は、弾性部材であるコイルバネ３３により、先端側へ押圧されている。コイルバネ３３のバネ力量は、コイルバネ２６のバネ力量よりも大きい。コイルバネ２６と３３は、共に圧縮された状態で、バネ固定部材２７とパイプ３２内に設けられる。
　パイプ３４の基端部が、チューブ２２の先端部に挿通されて固定されている。パイプ３４の先端部が、パイプ３２の基端側において、内部に挿通されて固定されている。パイプ３４の先端部は、パイプ３２内においてコイルバネ３３の基端部に当接している。
　ワイヤ２９は、パイプ２２，３１，３２，３４及びコイルバネ３３の内側空間内に挿通され、カシメ部材２８を介して接続されたSMAワイヤ２１も、パイプ２２内に挿通されている。SMAワイヤ２１には、２つの端子部（図示せず）が設けられ、後述するように、２つの端子部を介して電流が流せるようになっている。　
　また、先端硬質部材内には、レンズストッパー３５が固定されて設けられている。レンズストッパー３５は、移動部材３０が基端側に移動したときにレンズ枠２５と突き当たって、レンズ枠２５が所定のレンズ位置を超えて動かないようにするための部材である。
　図２において、状態SS1は、SMAワイヤ２１に電流が流れていないときの状態を示す。SMAワイヤ２１は、チューブ２２内で、いくらかの弛みを持ちながら、伸びた状態にある。パイプ３１がコイルバネ３３のバネ力量により先端側に押圧されている。コイルバネ３３の伸びようとするバネ力量は、コイルバネ２６の伸びようとするバネ力量よりも大きいので、パイプ３１は、移動部材３０を先端側に押圧する。そのとき、移動部材３０がレンズ枠２５を先端側に押圧するため、レンズ枠２５はバネ固定部材２７に当接し、先端方向に向かってバネ固定部材２７を押圧している状態にある。状態SS1では、移動部材３０の先端が、第１の位置P1に位置している。移動部材３０の先端が第１の位置P1にあるとき、レンズ枠２５に固定されたレンズ２４の位置は、対物光学系の遠点フォーカス位置である。
　状態SS1においてSMAワイヤ２１に電流を流すと、SMAワイヤ２１は発熱し、収縮を開始する。SMAワイヤ２１の収縮につれて、ワイヤ２１の弛み分がとれ、ワイヤ２９を基端側へ引っ張る力が次第に大きくなり、その引っ張る力とコイルバネ２６のバネ力量の和が、コイルバネ３３の伸びようとするバネ力量よりも大きくなると、ワイヤ２１に連結されたワイヤ２９が基端側に移動する。
　ワイヤ２９の移動の途中で、レンズ枠２５が、レンズストッパー３５に当接すると、図２において状態SS2として示すように、レンズ２４の基端側への移動は停止する。状態SS2では、移動部材３０の先端が、第２の位置P2に位置している。移動部材３０が第２の位置P2にあるとき、レンズ枠２５に固定されたレンズ２４の位置は、対物光学系の近点フォーカス位置である。
　レンズ枠２５がレンズストッパー３５に当接した後も、ワイヤ２１に電流を流し続けると、SMAワイヤ２１はさらに発熱して収縮する。SMAワイヤ２１の収縮により、ワイヤ２９が基端側に移動するため、移動部材３０も基端側に移動する。移動部材３０は、パイプ３２の先端部に当接して、停止する（状態SS3）。状態SS3では、移動部材３０の先端が、第３の位置P3に位置している。移動部材３０が第２の位置P2から第３の位置P3に移動しても、レンズ枠２５の移動は、レンズストッパー３５により阻止されているので、レンズ枠２５に固定されたレンズ２４の位置は、近点フォーカス位置のままである。状態SS3では、レンズ枠２５は、コイルバネ２６により基端方向に向かってレンズストッパー３５に押圧された状態で静止した状態にある。　
　移動部材３０がパイプ３２の先端部に当接して停止した後、SMAワイヤ２１に電流を流し続けても、SMAワイヤ２１は、ワイヤ２９が伸びないため、収縮することが出来ない（状態SS3）。
　よって、SMAワイヤ２１への電流を制御することにより、移動部材３０の先端は、第１の位置P1から第３の位置P3の差の範囲で移動可能である。しかし、上述したように、レンズ枠２５の稼動範囲（すなわちレンズ２４の稼動範囲）は、第１の位置P1と第２の位置P2の間である。
　内視鏡２の挿入部７の先端側には、湾曲部１３がある。よって、チューブ２２は、湾曲部１３の湾曲動作の影響を受けて湾曲する。SMAワイヤ２１とワイヤ２９には、上述したように縮もうとするテンションがかかっているため、常に直線状になろうとする。SMAワイヤ２１とワイヤ２９は、細いため、チューブ２２及びパイプ３１，３２，３４内で軸に直交する方向に移動可能である。よって、チューブ２２が湾曲したときに、SMAワイヤ２１とワイヤ２９の湾曲形状は、チューブ２２の湾曲形状と同様とならない。そのため、移動部材３０の先端が第３の位置P3にあるとき、チューブ２２が湾曲すると、そのチューブ２２の曲率半径とワイヤ２１と２９の曲率半径の差（以下、曲率半径差という）に起因して、移動部材３０が先端側に押し出される現象が発生し得る。
　そのため、移動部材３０が湾曲動作に起因して先端側に押し出されるように移動しても、移動部材３０がレンズ枠２５を動かさないようにするためのクリアランス領域Lcが、予め設けられている。クリアランス領域Lcは、位置P2とP3間である。クリアランス領域Lcは、曲率半径差に起因する移動部材３０の移動量以上に設定される。
　ここで、状態SS3においてSMAワイヤ２１へ供給する電流値を下げると、移動部材の先端３０は、位置P2に向かって移動する。SMAワイヤ２１への供給電流の電流値をさらに下げる、あるいはその供給電流を０にすると、移動部材３０の先端は、位置P2を越えて位置P1まで移動して戻る。その結果、レンズ２４は、遠点フォーカス位置になる。
　従って、位置P1と位置P2の範囲は、レンズ稼動範囲すなわちレンズ稼働領域Lmであり、位置P2と位置P3の範囲は、クリアランス範囲すなわちクリアランス領域Lcである。
　図３は、SMAワイヤ２１の伸縮を制御する制御回路の構成を示すブロック図である。制御回路４１は、プロセッサ５に含まれる。図３は、プロセッサ５内のSMAワイヤ２１の伸縮を制御する制御回路だけを示している。制御回路４１は、制御部としての中央処理装置（以下、CPUという）５１と、アクチュエータ駆動部としての出力制御回路５２と、抵抗値検出部としての検出回路５３と、切替回路５４とを含む。切替回路に、SMAワイヤ２１が接続されている。出力制御回路５２は、アクチュエータ２０を駆動するアクチュエータ駆動部を構成する。検出回路５３は、移動部材３０の位置を検出するためのSMAワイヤ２１の抵抗値を検出する抵抗値検出部を構成する。
　制御部としてのCPU５１は、ユーザによる操作部８のスイッチ１７ａへの操作に応じて、図示しない制御プログラムに基づき、上記アクチュエータ２０の駆動制御を実行する。　
　CPU５１は、出力制御回路５２に駆動信号Drを供給し、出力制御回路５２は、切替回路５４に電流信号を出力する。また、CPU５１は、加熱制御期間と抵抗値検出期間とからなる基本制御期間を繰り返すことにより、SMAワイヤ２１への供給電流の制御を行う。すなわち、CPU５１は、加熱制御期間T1と抵抗値検出期間T2を繰り返すように、切替回路５４に切替信号Swを供給する。よって、切替回路５４は、加熱制御期間T1では、出力制御回路５２からの電流信号をSMAワイヤ２１に出力し、抵抗値検出期間T2では、所定の抵抗検出用電圧をSMAに供給し、SMAワイヤ２１の両端で生じる電圧降下値からSMAワイヤ２１の抵抗値を検出するように、切り替わる。
　例えば、基本制御期間は、１２ミリ秒であり、そのうち最初の１０ミリ秒が加熱制御期間T1であり、続く２ミリ秒が抵抗値検出期間T2である。よって、SMAワイヤ２１への電流の供給あるいは停止は、間欠的に、加熱制御期間T1の間だけ行われ、SMAワイヤ２１の抵抗値の検出すなわち測定も、間欠的に、抵抗値検出期間T2に行われる。　
　なお、基本制御期間、加熱制御期間T1及び抵抗値検出期間T2は、それぞれ、ここに例示した値に限定されず、例えば、６ミリ秒、５ミリ秒、１ミリ秒の値でもよい。
　従って、CPU５１は、操作部８の所定のスイッチの操作に応じて、レンズ２４を近点フォーカス位置に駆動するときは、加熱制御期間T1にSMAワイヤ２１に所定の駆動電流を供給し、抵抗値検出期間T2に所定の検出用電流をSMAワイヤ２１に供給してSMAワイヤ２１の抵抗値を検出する。検出回路５３は、検出された抵抗値を、検出信号DsとしてCPU５１に供給する。
　操作部８の所定のスイッチによりレンズ２４の遠点フォーカス位置へ移動が指示されると、CPU５１は、加熱制御期間T1にSMAワイヤ２１に所定の駆動電流を供給せず、抵抗値検出期間T2に所定の抵抗検出用電圧をSMAワイヤ２１に供給してSMAワイヤ２１の抵抗値を検出する。加熱用の電流が供給されないため、SMAワイヤ２１は収縮することが出来ず、レンズ２４は、遠点フォーカス位置になる。
（キャリブレーション処理）
　次に、SMAワイヤ２１の最小抵抗値と最大抵抗値の測定と記憶の処理について説明する。本実施形態では、SMAワイヤ２１の抵抗値を参照しながら、SMAワイヤ２１への電流供給を制御することによって、レンズ２４の位置の制御が行われる。非加熱時、アクチュエータの状態は、状態SS1である。状態SS1のとき、非加熱時のSMAワイヤ２１の長さは、最大長L1であり、そのときの抵抗値は、最大抵抗値Rmaxである。加熱時でかつアクチュエータの状態が状態SS3のとき、SMAワイヤ２１の長さは、最小長L3であり、そのときの抵抗値は、最小抵抗値Rminである。状態SS2のとき、SMAワイヤ２１の長さは、L2であり、そのときの抵抗値は、（Rmin+α）である。レンズ２４は、最大抵抗値Rmaxと抵抗値（Rmin＋α）の範囲で移動する。
　最小抵抗値Rminと最大抵抗値Rmaxは、SMAワイヤ２１の線径のバラツキ、カット時のワイヤ長のバラツキ、アクチュエータとして組み立て時の組み込み寸法のバラツキ等があるため、アクチュエータ毎に異なるので、アクチュエータ固有の特性値である。その特性値の測定は、キャリブレーション処理として、工場出荷時に行われる。なお、このキャリブレーション処理は、工場出荷後にユーザが使用を開始する前に行うようにしてもよい。
　キャリブレーション処理により測定された最小抵抗値Rminと最大抵抗値Rmaxは、内視鏡２に内蔵された不揮発性のメモリ２ａに記憶される。図１では、不揮発性のメモリ２ａは、操作部７内に配置されている。
　図４は、そのキャリブレーション処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、内視鏡２とプロセッサ５を接続した状態でプロセッサ５を起動したときに、工場出荷前に実行されるか、あるいは工場出荷後にユーザがプロセッサ５を起動したときに、実行される。
　まず、プロセッサ５は、電源スイッチ（図示せず）がオンされると、CPU５１は、プロセッサ５の起動処理を実行する（S1）。その起動処理後、CPU５１は、内視鏡２のメモリ２ａ内に、メモリワイヤ２１の最小抵抗値Rminと最大抵抗値Rmaxの情報が記憶されているか否かを判定する（S2）。この判定は、CPU５１が、メモリ２ａの所定の記憶領域のデータを読み出すことによって行われる。最小抵抗値Rminと最大抵抗値Rmaxの情報がメモリ２ａに記憶されているとき（S2：YES）、処理は、何もせず終了する。
　最小抵抗値Rminと最大抵抗値Rmaxの情報がメモリ２ａに記憶されていないとき（S2：NO）、CPU５１は、モニタ６に所定のメッセージ画面を表示する（S3）。図５は、キャリブレーション処理において、モニタ６に表示される画面の遷移を示す図である。図５の画面G1は、S3の処理により表示される画面の例である。画面G1には、キャリブレーションによる最小抵抗値Rminと最大抵抗値Rmaxが未設定であることを告知するメッセージが表示されると共に、キャリブレーションの実行コマンドを出力するための「実行」ボタンが表示される。出荷検査者あるいはユーザは、画面上のカーソルを移動させて、実行ボタンを選択すると、キャリブレーションの実行をCPU５１に対して指示することができる。
　S3の後、その実行が指示されたか否かが判定され（S4）、指示されないと（S4:NO）、処理は、S3に戻る。　
　その実行が指示されると（S4:YES）、CPU５１は、キャリブレーション処理を実行する（S5）。キャリブレーション処理のとき、挿入部７を真っ直ぐに伸ばした状態で、ワイヤー２１に電流を流す前のSMAワイヤ２１の抵抗値を測定して、最大抵抗値Rmaxのデータを取得する。その後、SMAワイヤ２１に電流を流し、移動部材３０が位置P3にあるときに、SMAワイヤ２１の抵抗値を測定して、最小抵抗値Rminのデータを取得する。S5の処理を実行中、CPU５１は、図５の画面G2をモニタ６に表示する。画面G2には、現在キャリブレーション処理が実行中であるため、しばらく待つことをユーザ等に告知するメッセージが表示される。
　S5の処理が終了すると、CPU５１は、キャリブレーション完了のメッセージ画面をモニタ６に表示する（S6）。図５の画面G3は、そのキャリブレーション完了のメッセージ画面の例である。画面G3には、キャリブレーションが完了したことのメッセージが含まれる。　
　以上のようにして、最小抵抗値Rminと最大抵抗値Rmaxのデータを取得して、メモリ２ａに記憶するキャリブレーション処理が実行される。
　メモリ２ａに記憶された最小抵抗値Rminと最大抵抗値Rmaxのデータは、内視鏡システムの使用時に、CPU５１がメモリ２ａから読み出して、後述するフォーカス制御時に用いられる。
　なお、最小抵抗値Rminと最大抵抗値Rmaxは、内視鏡２に内挿されたアクチュエータ２０の固有値であるため、内視鏡２内部に具備されたメモリ２ａに記憶される。メモリ２ａには、後述するフォーカス制御において用いられる各目標抵抗値設定用のパラメータ、上限電流値、各定電流の電流値、及び各定電流変更用のパラメータ等も、併せて記憶するようにしてもよい。
（フォーカス切替制御）
　内視鏡２のフォーカス制御は、２つの位置、すなわち近点フォーカス位置と遠点フォーカス位置の制御である。ユーザは、内視鏡２のモニタ６に表示される被写体像を見ながら、操作部８の複数の操作スイッチ１７ａの中の所定のスイッチを操作することによって、被写体像のフォーカス位置を、近点フォーカス位置と遠点フォーカス位置のいずれかに設定することができる。遠点フォーカス位置が選択されているときは、SMAワイヤ２１に電流が流れておらず、SMAワイヤ２１は伸びた状態にある。近点フォーカス位置が選択されると、SMAワイヤ２１に電流が流されて、SMAワイヤ２１は縮んだ状態にある。
　CPU５１は、指示入力部である複数のスイッチ１７ａのスイッチに入力された指示と、検出回路５３により検出された抵抗値に対応する移動部材３０の位置に基づいて、出力制御回路５２へ駆動信号Drを出力する制御部を構成する。
（近点フォーカス位置の制御）
　図６は、近点フォーカス位置への切替制御の流れを示すフローチャートである。図７は、最小抵抗値Rmin、最大抵抗値Rmax及び各目標抵抗値と、各処理との内容を対応付けて説明するための図である。図８は、SMAワイヤ２１への供給電流の時系列変化を示す図である。近点フォーカス位置の制御は、主として、近点フォーカス切替初期制御SC1と、近点フォーカス保持制御SC2に分けられる。近点フォーカスの指示があると、メイン制御ステータスは、まず、近点フォーカス切替初期制御SC1になり、その後近点フォーカス保持制御SC2に移行する。
（近点フォーカス切替初期制御SC1）
　CPU５１は、ユーザが近点フォーカスの指示を行ったか否かを判定する（S11）。近点フォーカスの指示がなければ（S11:NO）、処理は何もしない。　
　近点フォーカスの指示があると（S11:YES）、制御部であるCPU５１は、抵抗値情報からSMAワイヤ２１に供給する電流値を算出して、その電流値を供給するための駆動信号Drを出力する（S12）。具体的には、CPU５１は、検出回路５３により検出されたワイヤ２１の抵抗値と、所定の目標抵抗値１との情報からSMAワイヤ２１に流す電流の電流値を算出して、算出された電流を上述した加熱制御期間T1内に出力するように出力制御回路５２に駆動信号Drを供給する。
　目標抵抗値１は、図７に示すように、最小抵抗値Rminに所定のパラメータParam1を加算した抵抗値である。SMAワイヤ２１の抵抗値と長さは、所定の関係を有する。さらに、SMAワイヤ２１は、印加電流と抵抗値の間に所定の関係を有する。その関係は、SMAワイヤ２１が伸びた状態から電流が印加されて収縮していく状態になる場合と、SMAワイヤ２１が収縮した状態から電流の印加量が減少して伸びていく状態になる場合とで、電流値と抵抗値の関係が異なる、所謂ヒステリシス特性を有する。　
　なお、目標抵抗値１は、パラメータParam1の変更により変更可能となっている。
　S12における目標抵抗値１は、このヒステリシス特性を考慮して予め設定されている。さらに、目標抵抗値１は、移動部材３０がクリアランス領域Lc内の所定の位置に対応する抵抗値である。
　具体的には、目標抵抗値１は、図７に示すように、対物レンズ２４の稼働範囲である位置P1とP2間のレンズ稼働領域Lmを超えて、クリアランス領域Lc内において、曲率半径差に起因する移動部材３０の移動量以上の位置に対応する抵抗値に設定される。
　ここでは、SMAワイヤ２１に印加する電流の電流値は、検出回路５３により検出されたワイヤ２１の抵抗値と、所定の目標抵抗値１とに基づくPD（比例及び微分）制御の演算により決定される。具体的には、CPU５１は、位置P1から目標抵抗値１の位置へ移動部材３０を移動させるためにSMAワイヤ２１へ電流を流して加熱するために制御を、検出回路５３により検出された抵抗値と、SMAワイヤ２１の目標抵抗値１の位置に対応する抵抗値に基づいてPD(比例及び微分)制御により行う。なお、PD制御時、所定の電流値以上の電流が流れないようにするために、上限電流値が予め設定されており、SMAワイヤ２１への供給電流の電流値が、その上限電流値を越えないように、供給電流が制限される。
　そして、検出回路５３により検出されたワイヤ２１の現在の抵抗値が、目標抵抗値１に到達したか否かが判定される（S13）。現在の抵抗値が目標抵抗値１に到達していないときは、処理は、S12に戻る。S11からS13の処理が、初期抵抗制御（A）を構成する。
　初期抵抗制御（A）では、CPU５１は、指示入力部である操作部８に入力されたレンズ２４の遠点の位置P1から近点の位置P2への移動指示に基づいて、遠点の位置P1から近点の位置P2を超えて目標抵抗値１に対応する位置へ、移動部材３０を移動させるための電流をSMAワイヤ２１に流して加熱するように駆動信号Drを出力する。
　以上のように、レンズ２４を近点フォーカス位置に駆動するときは、図７の初期抵抗制御（A）により、電流の供給による加熱と抵抗値検出の期間が交互に切り替わりながら、SMAワイヤ２１への電流の供給は行われる。
　検出回路５３により検出されたワイヤ２１の現在の抵抗値が、目標抵抗値１に到達すると、CPU５１は、第１の定電流によりSMAワイヤ２１を予備加熱する（S14）。具体的にはCPU５１が、第１の定電流値の定電流をSMAワイヤ２１に供給する定電流制御のための駆動信号Drを出力する。
　そして、検出回路５３により検出されたワイヤ２１の現在の抵抗値が、目標抵抗値２に到達したか否かが判定される（S15）。現在の抵抗値が目標抵抗値２に到達していないときは、処理は、S14に戻る。目標抵抗値２は、最小抵抗値Rminに所定のパラメータParam２を加算した値である。パラメータParam２の値は、パラメータParam１の値よりも小さい。S14とS15の処理が、予備加熱制御（B）を構成する。
　予備加熱制御（B）では、CPU５１は、SMAワイヤ２１の抵抗値がSMAワイヤ２１の最小抵抗値Rminよりも大きい目標抵抗値２になるまでSMAワイヤ２１に第１の定電流を流してSMAワイヤ２１を加熱するように駆動信号Drを出力する。　
　なお、目標抵抗値２は、パラメータParam２の変更により変更可能となっている。
　以上のように、図７の初期抵抗制御（A）の後も、第１の定電流の供給による加熱と抵抗値検出の期間が交互に切り替わりながら、現在の抵抗値が目標抵抗値２になるまで、SMAワイヤ２１の予備加熱を行う予備加熱制御（B）が行われる。
　ここで、SMAワイヤ２１を目標抵抗値２まで、PD制御だけで行わないのは、SMAワイヤ２１の応答性により、発振が発生して、発振の影響がレンズ稼働範囲Lmまで及ぶのを防ぐためである。
　さらに、ここで、予備加熱制御（B）において目標抵抗値２を最小抵抗値Rminにしないのは、ワイヤ２１を最小抵抗値Rminまで収縮させると、SMAワイヤ２１の耐久性を劣化させてしまうからである。よって、目標抵抗値２は、最小抵抗値Rminには設定されない。
　検出回路５３により検出されたワイヤ２１の現在の抵抗値が、目標抵抗値２に到達すると、CPU５１は、保持用電流（初期値）までSMAワイヤ２１への供給電流を低下させ、その保持用電流値を維持するように駆動信号Drを出力する（S16）。S16の処理が、保持用定電流移行制御（C）を構成する。
　CPU５１は、SMAワイヤ２１の抵抗値が目標抵抗値２になると、保持用定電流移行制御（C）に移行し、SMAワイヤ２１に流れる電流の電流値を、第１の定電流の電流値よりも小さい第２の電流値まで減少させるように駆動信号Drを出力する。
　この保持用定電流移行制御（C）においても、定電流値の供給による加熱と抵抗値検出の期間が交互に切り替わりながら、定電流が、保持用電流（初期値）になるまで供給される。
　上述した初期抵抗制御（A）、予備加熱制御（B）及び保持用定電流移行制御（C）は、近点フォーカス切替初期制御SC1を構成する。すなわち、メイン制御の１つである近点フォーカス切替初期制御SC1は、初期抵抗制御（A）、予備加熱制御（B）及び保持用定電流移行制御（C）の３つのサブ制御からなる。
　ここまでのSMAワイヤ２１への供給電流の電流値の変化の例を説明する。図８に示すように、近点フォーカスへの切替指示があると、PD制御下で算出された電流値により初期抵抗制御（A）が実行される。なお、図８において、電流波形中、○印の付けられた直線部分は、SMAワイヤ２１が積極的に加熱されている期間を示し、○印の付けられていない直線部分は、SMAワイヤ２１の加熱量が低減あるいは調整されている期間を示す。　
　抵抗値が目標抵抗値１に到達すると、第１の定電流値による定電流制御の予備加熱制御（B）が実行される。
　抵抗値が目標抵抗値２に到達すると、供給電流を保持用電流値まで低下させた後に、保持用の定電流制御を行う初期値による保持用定電流移行制御（C）が実行される。
　近点フォーカス切替初期制御SC1の後、CPU５１は、SMAワイヤ２１に第２の電流値の第１の保持電流を流しているときに、SMAワイヤ２１の抵抗値が目標抵抗値３になると、SMAワイヤ２１の抵抗値が最小抵抗値Rminに到達しない範囲で、移動部材３０を近点の位置P2よりも遠点の位置P1から遠い位置に保持するための電流をSMAワイヤ２１に流して再加熱する駆動信号Drを出力する再加熱処理を行う。
（近点フォーカス保持制御SC2）
　図６に戻り、現在の抵抗値が目標抵抗値３に到達したか否かが判定される（S17）。現在の抵抗値が目標抵抗値３に到達していないときは（S17:NO）、処理は、S21に移行する。目標抵抗値３は、目標抵抗値２に所定のパラメータParam３を加算した値である。　
　目標抵抗値３は、図７に示すように、目標抵抗値１よりもやや大きな値であるが、位置P2に対応する抵抗値（Rmin+α）よりは、十分に大きな値である。　
　なお、目標抵抗値３は、パラメータParam３の変更により変更可能となっている。
　検出回路５３により検出されたSMAワイヤ２１の現在の抵抗値が、目標抵抗値３に到達すると（S17:YES）、CPU５１は、第２の定電流にてSMAワイヤ２１を再加熱する（S18）。具体的には　CPU５１が、第２の定電流値の定電流をSMAワイヤ２１に供給する定電流制御のための駆動信号Drを出力する。ここでは、第２の定電流の電流値は、第１の定電流の電流値よりも小さい。
　再加熱により、SMAワイヤ２１は、再び収縮して抵抗値が低下し始める。　
　そして、検出回路５３により検出されたワイヤ２１の現在の抵抗値が、目標抵抗値２に到達したか否かが判定される（S19）。現在の抵抗値が目標抵抗値２に到達していないときは、処理は、S18に戻る。S17とS18の処理が、保持中の再加熱制御（D-1）を構成する　検出回路５３により検出されたワイヤ２１の現在の抵抗値が、目標抵抗値２に到達すると（S19:YES）、CPU５１は、保持用電流までSMAワイヤ２１への供給電流を低下させるが、その供給電流の電流値を前回のあるいは初期値の保持用電流値よりも、第１の所定値だけ高いすなわち第１の所定値分だけ増加させた保持用電流値まで低下させて、その保持用電流値の保持用定電流を出力するように駆動信号Drを出力する（S20）。　
　これは、例えば、周囲温度が低いような場合に、再加熱（D）の発生回数を少なくするためである。その後、処理は、S17に移行する。
　なお、S20において出力された保持用定電流の電流値は、一旦出力されると、図示しないRAMに記憶される。その後、近点フォーカス保持制御SC2が実行されているときに、再度S20が実行されるとき、あるいは後述するS22が実行されるとき、CPU５１は、そのRAMに記憶されている前回の保持用定電流の電流値を参照することができる。
　S17で現在の抵抗値が目標抵抗値３に到達したか否かが判定され、現在の抵抗値が目標抵抗値３に到達していないとき（S17:NO）、所定の時間が経過したか否かが判定される（S21）。その所定の時間は、保持用定電流の出力が開始されてからの経過時間であり、予め設定される。
　S21で所定の時間が経過していなければ（S21：NO）、処理は、S17へ戻る。
　S21で所定の時間が経過すると（S21:YES）、保持用電流の電流値を、第２の所定値だけ低下させてその低下した保持用電流を維持する（S22）。すなわち、CPU５１は、再加熱時に、SMAワイヤ２１に上記の保持用定電流を流してからSMAワイヤ２１の抵抗値が目標抵抗値３になるまでの時間が所定時間以上かかったときは、その保持用定電流の電流値を第２の所定値だけ減少させる。S22の後は、処理は、S17へ戻る。　
　これは、周囲温度が高いような場合に、保持用定電流の値を少なくするためである。S19からS22までの処理は、保持電流変更制御（D-2）を構成する。
　このS18における再加熱制御においても、定電流値の供給による加熱と抵抗値検出の期間が交互に切り替わりながら、定電流が供給される。
　上述した保持中の再加熱制御（D-1）及び保持電流変更制御（D-2）は、近点フォーカス保持制御SC2を構成する。すなわち、メイン制御の１つである近点フォーカス保持制御SC2は、保持中の再加熱制御（D-1）及び保持電流変更制御（D-2）の２つのサブ制御からなる。
　ここまでのSMAワイヤ２１への供給電流の電流値の変化の例を説明する。図８に示すように、再加熱制御（D-1）により、SMAワイヤ２１の抵抗値が目標抵抗値３から目標抵抗値２まで低下すると、SMAワイヤ２１への供給電流は、保持電流変更制御（D-2）により、前回の保持電流値よりも第１の所定値だけ高い保持用電流値まで低下し、その後は、その前回の保持電流値よりも第１の所定値だけ高い保持用電流値に維持される。
　その後、所定時間が経過すると（S21:YES）、SMAワイヤ２１への供給電流は、第２の所定値だけ低下し（S22）、図８では、その後、所定時間が経過する前に、現在の抵抗値が目標抵抗値３に到達している。
　さらにその後に、再加熱制御（D-1）が実行されて、SMAワイヤ２１の抵抗値が目標抵抗値３から目標抵抗値２まで低下すると、SMAワイヤ２１への供給電流は、前回の保持電流値まで低下し、その後は、その前回の保持電流値に維持される。その後は、SMAワイヤ２１への供給電流は、保持電流変更制御（D-2）により、変更される。
　従って、保持電流変更制御（D-2）において、S19とS20の処理により、周囲温度が低いときに、速めにアクチュエータ２０の温度を上げ、SMAワイヤ２１の抵抗値が目標抵抗値３まで下がる時間を長くして、再加熱の発生回数を少なくすることができる。
　また、保持電流変更制御（D-2）において、S21とS22の処理により、周囲温度が高いときには、可能な限り保持電流の電流値を下げるようにして、省電力を図っている。
　以上のように、近点フォーカス保持制御SC2では、CPU５１は、SMAワイヤ２１の抵抗値が目標抵抗値２になるまでSMAワイヤ２１に第２の定電流を流して加熱することと、SMAワイヤ２１の抵抗値が目標抵抗値２になると、SMAワイヤ２１に流れる電流を、第２の定電流の電流値よりも小さい電流値の保持電流値になるまで減少させることと、を繰り返すことによって、移動部材３０を近点の位置P2よりも遠点の位置P1から遠い位置に保持するように、SMAワイヤ２１の再加熱を行う。
　図９は、上述した各制御について、開始条件、終了条件、制御方式及び駆動電流を纏めた表TBLである。　
　表TBLに示すように、近点フォーカス切替初期制御SC1において、初期抵抗制御（A）は、開始条件が近点切替指示であり、終了条件が目標抵抗値１の到達であり、制御方式がPD（比例及び微分）制御であり、駆動電流は、PD制御において算出された電流値である。
　予備加熱制御（B）は、開始条件が目標抵抗値１への到達であり、終了条件が目標抵抗値２の到達であり、制御方式が定電流制御であり、駆動電流は、第１の定電流である。
　保持用定電流移行制御（C）は、開始条件が目標抵抗値２の到達であり、終了条件が目標抵抗値３の到達であり、制御方式が定電流制御であり、駆動電流は、保持用定電流（初期値）である。
　近点フォーカス保持制御SC2において、再加熱制御（保持中）（D-1）は、開始条件が目標抵抗値３の到達であり、終了条件が目標抵抗値２の到達であり、制御方式が定電流制御であり、駆動電流は、第２の定電流である。
　保持電流変更制御（D-2）は、開始条件が目標抵抗値２の到達であり、終了条件が目標抵抗値３の到達であり、制御方式が定電流制御（可変）であり、駆動電流は、前回の保持電流から所定値だけ変化した電流値の定電流である。
　図１０は、内視鏡システムのモニタの表示例を示す図である。　
　フォーカス位置が近点フォーカス位置に切り替えられたとき、モニタ６の表示画面６１には、モニタ６上の内視鏡画像６２が近点フォーカス状態の画像であること示す表示「近点（Near Focus）」を含む近点状態表示部６３が、モニタ６の表示画面６１上に表示される。近点フォーカス状態と遠点フォーカス状態では、画像の被写界深度が異なるので、観察者が、近点フォーカス時に、内視鏡画像６２の被写界深度が浅いことを知るあるいは確認することができる。
　以上のように、上述した実施の形態の制御によれば、遠点フォーカス位置から近点フォーカスへの切替が指示されると、CPU５１は、初期抵抗制御（A）により、最小抵抗値Rminよりも大きな抵抗値である目標抵抗値１まで、PD制御により加熱して収縮させる。　
　移動部材３０は、初期抵抗制御（A）により目標抵抗値２に対応する位置まで速やかに移動し、その途中で、対物レンズであるレンズ２４も、近点フォーカスの位置まで速やかに移動する。
　SMAワイヤ２１の抵抗値が目標抵抗値１になると、制御は、初期抵抗制御（A）から予備加熱制御（B）に変更される。　
　SMAワイヤ２１のSMAワイヤ２１は、予備加熱制御（B）における第１の定電流値の定電流制御により、さらに加熱され収縮する。SMAワイヤ２１の抵抗値が、目標抵抗値２になると、制御は、予備加熱制御（B）から保持用定電流移行制御（C）に変更される。
　この目標抵抗値２は、最小抵抗値Rminよりも大きな抵抗値であるので、予備加熱制御（B）において、SMAワイヤ２１の抵抗値が最小抵抗値Rminになるまで収縮されない。よって、SMAワイヤ２１の耐久性を劣化させない。
　保持用定電流移行制御（C）において、SMAワイヤ２１への供給電流は、保持用定電流値になるまで徐々に低下し、供給電流の電流値が保持用定電流値になると、その保持用定電流値を維持する。　
　その後、SMAワイヤ２１の抵抗値が目標抵抗値３に到達すると、制御は、メイン制御ステータスが、近点フォーカス保持制御SC2に移行する。近点フォーカス保持制御SC2では、近点フォーカスから遠点フォーカスへの切替が指示されたときに、速やかにレンズ２４を遠点フォーカス位置に移動できるように、移動部材３０を、湾曲時の曲率半径差に起因する移動部材３０の移動量を加味した位置の近辺にあるように、制御が行われる。
　近点フォーカス保持制御SC2では、まず、制御は、再加熱制御（D-1）を実施する。再加熱制御（D-1）においては、第２の定電流値の定電流制御により、さらにSMAワイヤ２１のSMAワイヤ２１は加熱され収縮する。SMAワイヤ２１の抵抗値が、目標抵抗値２になると、制御は、再加熱制御（D-1）から保持電流変更制御（D-2）に移行する。
　保持電流変更制御（D-2）においては、SMAワイヤ２１への供給電流は、前回の保持電流値よりも、第１の所定値だけ高い電流値まで低下させる。　
　さらに、SMAワイヤ２１の抵抗値が目標抵抗値３までに到達する時間が、所定時間以上かかる場合は、保持用電流値を、第２の所定値まで低下させる。
　以上のように、近点フォーカス保持制御SC2では、SMAワイヤ２１の抵抗値が目標抵抗値３まで上昇した際には再加熱を行い、再加熱が行われる毎に、保持電流の電流値を第１の所定値分だけ高くする。これにより、挿入部７の先端部１２の周囲温度が低い場合を考慮して、なるべくSMAワイヤ２１の抵抗値が速く安定状態となるように制御される。
　また、SMAワイヤ２１の抵抗値が所定の時間以上経過しても目標抵抗値３に到達しないときは、保持電流の電流値を第２の所定値だけ低下させる。これにより、挿入部７の先端部１２内の温度のバランスが保たれているときは、なるべく再加熱の回数が少なくなるように制御される。再加熱の回数が減少すると、SMAワイヤ２１の耐久性の低下をより防ぐことができる。
　以上のように、上述した実施の形態の内視鏡システムによれば、レンズ移動の応答性、レンズ駆動制御における省電力性、及び形状記憶素子の耐久性の向上を図ることができる。
　本発明は、上述した実施の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。
　本出願は、２０１０年７月８日に日本国に出願された特願２０１０－１５６１５６号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。

Claims (13)

  1. 　被写体を撮像する撮像素子と対物光学系を備えた内視鏡システムであって、
    　形状記憶素子を有し、前記対物光学系を移動させるための移動部材を駆動するアクチュエータと、
    　前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動部と、
    　前記移動部材の位置を検出するために前記形状記憶素子の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
    　前記対物光学系を移動する指示を入力する指示入力部と、
    　前記指示入力部に入力された指示と、前記抵抗値検出部により検出された抵抗値に対応する前記移動部材の位置に基づいて、前記アクチュエータ駆動部へ駆動信号を出力する制御部とを備え、
    　前記制御部は、
    　前記指示入力部に入力された前記対物光学系の第１の位置から第２の位置への移動指示に基づいて、前記第１の位置から前記第２の位置を超えて第３の位置へ、前記移動部材を移動させる為の電流を前記形状記憶素子へ流すように前記駆動信号を出力し、
    　前記形状記憶素子の抵抗値が前記形状記憶素子の最小抵抗値よりも大きい第１の抵抗値になるまで前記形状記憶素子に第１の定電流を流すように前記駆動信号を出力し、
    　前記形状記憶素子の抵抗値が前記第１の抵抗値になると、前記形状記憶素子に、第１の保持用定電流を流すように前記駆動信号を出力し、
    　前記形状記憶素子に前記第１の保持用定電流を流しているときに、前記形状記憶素子の抵抗値が第２の抵抗値になると、前記形状記憶素子の抵抗値が前記最小抵抗値に到達しない範囲で、前記移動部材を前記第２の位置よりも前記第１の位置から遠い位置に保持する為の電流を、前記形状記憶素子へ流すように前記駆動信号を出力する、
    ことを特徴とする内視鏡システム。
  2. 　前記制御部は、前記形状記憶素子の抵抗値が前記第１の抵抗値になるまで前記形状記憶素子に第２の定電流を流すことと、前記形状記憶素子の抵抗値が前記第１の抵抗値になると、前記形状記憶素子に流れる電流を、前記第２の定電流の電流値よりも小さい第３の電流値になるまで減少させて第２の保持用定電流を流すことと、を繰り返すことによって、前記移動部材を前記第２の位置よりも前記第１の位置から遠い位置に保持することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
  3. 　前記第２の定電流の電流値は、前記第１の定電流の電流値よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
  4. 　前記制御部は、前記移動部材を前記第２の位置よりも前記第１の位置から遠い位置に保持するときに、前記形状記憶素子の抵抗値が前記第１の抵抗値になると、前記第２の保持用定電流の電流値を第１の所定値だけ増加させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の内視鏡システム。
  5. 　前記制御部は、前記移動部材を前記第２の位置よりも前記第１の位置から遠い位置に保持するときに、前記形状記憶素子に前記第２の保持用定電流を流してから前記形状記憶素子の抵抗値が前記第２の抵抗値になるまでの時間が所定時間以上かかったときは、前記第２の保持用定電流の電流値を第２の所定値だけ減少させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の内視鏡システム。
  6. 　前記形状記憶素子の最小抵抗値を記憶する不揮発性のメモリを有することを特徴する請求項１から３のいずれか１つに記載の内視鏡システム。
  7. 　前記制御部は、前記第１の位置から第３の位置へ前記移動部材を移動させるために前記形状記憶素子へ電流を流す制御を、前記抵抗値検出部により検出された抵抗値と、前記形状記憶素子の前記第３の位置に対応する抵抗値に基づく比例及び微分制御により行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の内視鏡システム。
  8. 　形状記憶素子を有し、被写体を撮像する撮像素子のための対物光学系を移動させるための移動部材を駆動するアクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動部と、前記移動部材の位置を検出するために前記形状記憶素子の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、前記対物光学系を移動する指示を入力する指示入力部と、前記指示入力部に入力された指示と、前記抵抗値検出部により検出された抵抗値に対応する前記移動部材の位置に基づいて、前記アクチュエータ駆動部へ駆動信号を出力する制御部とにより、内視鏡の前記アクチュエータを制御する方法であって、
    　前記制御部は、前記指示入力部に入力された前記対物光学系の第１の位置から第２の位置への移動指示に基づいて、前記第１の位置から前記第２の位置を超えて第３の位置へ、前記移動部材を移動させる為の電流を前記形状記憶素子へ流すように前記アクチュエータ駆動部に前記駆動信号を出力し、
    　前記制御部は、前記形状記憶素子の抵抗値が前記形状記憶素子の最小抵抗値よりも大きい第１の抵抗値になるまで前記形状記憶素子に第１の定電流を流すように前記アクチュエータ駆動部に前記駆動信号を出力し、
    　前記制御部は、前記形状記憶素子の抵抗値が前記第１の抵抗値になると、前記形状記憶素子に、第１の保持用定電流を流すように前記アクチュエータ駆動部に前記駆動信号を出力し、
    　前記制御部は、前記形状記憶素子に前記第１の保持用定電流を流しているときに、前記形状記憶素子の抵抗値が第２の抵抗値になると、前記形状記憶素子の抵抗値が前記最小抵抗値に到達しない範囲で、前記移動部材を前記第２の位置よりも前記第１の位置から遠い位置に保持する為の電流を、前記形状記憶素子へ流すように前記アクチュエータ駆動部に前記駆動信号を出力する、
    ことを特徴とする内視鏡アクチュエータの制御方法。
  9. 　前記制御部は、前記形状記憶素子の抵抗値が前記第１の抵抗値になるまで前記形状記憶素子に第２の定電流を流すことと、前記形状記憶素子の抵抗値が前記第１の抵抗値になると、前記形状記憶素子に流れる電流を、前記第２の定電流の電流値よりも小さい第３の電流値になるまで減少させて第２の保持用定電流を流すことと、を繰り返すことによって、前記移動部材を前記第２の位置よりも前記第１の位置から遠い位置に保持することを特徴とする請求項８に記載の内視鏡アクチュエータの制御方法。
  10. 　前記第２の定電流の電流値は、前記第１の定電流の電流値よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の内視鏡アクチュエータの制御方法。
  11. 　前記制御部は、前記移動部材を前記第２の位置よりも前記第１の位置から遠い位置に保持するときに、前記形状記憶素子の抵抗値が前記第１の抵抗値になると、前記第２の保持用定電流の電流値を第１の所定値だけ増加させることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１つに記載の内視鏡アクチュエータの制御方法。
  12. 　前記制御部は、前記移動部材を前記第２の位置よりも前記第１の位置から遠い位置に保持するときに、前記形状記憶素子に前記第２の保持用定電流を流してから前記形状記憶素子の抵抗値が前記第２の抵抗値になるまでの時間が所定時間以上かかったときは、前記第２の保持用定電流の電流値を第２の所定値だけ減少させることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１つに記載の内視鏡アクチュエータの制御方法。
  13. 　前記制御部は、前記第１の位置から第３の位置へ前記移動部材を移動させるために前記形状記憶素子へ電流を流す制御を、前記抵抗値検出部により検出された抵抗値と、前記形状記憶素子の前記第３の位置に対応する抵抗値に基づく比例及び微分制御により行うことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１つに記載の内視鏡アクチュエータの制御方法。
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