內窺鏡的制作方法

專利名稱：內窺鏡的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用致動器來構成彎曲部的內窺鏡，所述致動器使用了 對應于驅動電壓的施加進行伸縮的導電性高分子部件。
背景技術：
以往，內窺鏡在醫療領域、工業領域等中廣泛使用。內窺鏡例如在 醫療領域中，在對作為患部的活體的體腔的部位、組織等進行各種處置 時使用。
在使用內窺鏡對患部進行各種處置的情況下，為了能夠使手術者可 靠地進行各種處置，在內窺鏡的彎曲部中設有通過使彎曲部進行彎曲動 作，而使彎曲部的前端部朝向期望的部位的機構。作為具有所述機構的
內窺鏡，例如有在日本特開2003-38418號公報中提出的內窺鏡。
所述日本特開2003-38418號公報中提出的內窺鏡所具有的彎曲部具 有以下結構該彎曲部具有多個彎曲塊，通過設置在內窺鏡操作部上的 彎曲部操作旋鈕的操作，使彎曲用線進退移動，從而其形狀發生變化。
為了實現該結構，需要在操作部、插入部和彎曲部上設置由電動機、 彎曲塊和彎曲用線等構成的彎曲機構。但是，由于在內窺鏡中設置所述 彎曲機構，內窺鏡本身重量化，其結果是，增大手術者進行長時間連續 使用內窺鏡的處置時的肉體上的負擔。
另一方面，例如在美國專利申請公開2003/0006669號公報中公開了，
將在薄板狀的導電性高分子的對置的兩面設置有電極的部件巻繞成圓筒 形狀，來形成輥狀導電性高分子部件，通過對對置的電極施加電壓，能 夠使其在厚度方向上伸縮，能夠使設有電極的部分彎曲。
并且，公開了在該輥狀導電性高分子部件的內側內設有螺旋狀彈簧， 確保了形狀復原功能的導電性高分子致動器。
該導電性高分子致動器在應用于內窺鏡的彎曲部的情況下，能夠使 彎曲機構輕量化來提高操作性。
并且，如果能夠進一步提高響應性，則操作性可進一步提高。

發明內容
本發明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種能夠提高用 于使彎曲部的形狀變化的操作性，并且能夠提高響應性的內窺鏡。
本發明的內窺鏡在插入部中設有彎曲部，其特征在于，該內窺鏡具 備致動器，其使用了使所述彎曲部根據驅動電壓的施加而伸縮的導電 性高分子部件；彎曲指示操作單元，其對所述致動器進行從基準方向向 任意方向彎曲的彎曲方向的指示操作；以及控制單元，其在檢測出所述 彎曲指示操作單元進行的所述彎曲方向的指示操作后，在檢測到向所述 基準方向返回的方向的指示操作時，進行下述控制相對于所述致動器 產生使其向所述返回的方向彎曲的驅動電壓。


圖1是具有本發明的內窺鏡系統的概略結構圖。
圖2是示出第1實施方式的內窺鏡的詳細結構的整體圖。
圖3是示出內窺鏡系統控制裝置和AWS單元的內部結構以及鏡體連
接器的連接部的結構的圖。
圖4是示出內窺鏡的插入部的前端側的內部結構的縱剖面圖。 圖5是沿圖4中的A-A線的剖面圖。
圖6是示出第1實施方式中的彎曲控制機構的概略結構的框圖。
圖7是示出圖6的更具體的結構的框圖。
圖8是示出圖7的更具體的結構的框圖。
圖9是圖6的彎曲控制機構的動作說明的時序圖。
圖IOA和圖10B是將改善了第1實施方式的響應性的情況的動作與
未改善的情況進行比較來表示的說明圖，圖IOA是示出改善了第1實施
方式的響應性的情況的說明圖。
圖10B是示出未改善第1實施方式的響應性的情況的說明圖。 圖11是第1實施方式的動作的流程圖。
圖12是示出變形例中的EPAM致動器的一部分的剖面圖。 圖13是示出本發明第2實施方式的內窺鏡的插入部的前端側的內部 結構的縱剖面圖。
具體實施例方式
下面，參照

本發明的實施方式。 (第1實施方式)
圖1 圖12涉及本發明的第1實施方式，圖1示出具有本發明的第 1實施方式的內窺鏡系統的概略結構，圖2示出第1實施方式的內窺鏡的 整體結構，圖3示出內窺鏡系統控制裝置和AWS單元的內部結構以及鏡 體連接器的連接部的結構，圖4示出插入部的前端側的內部結構，圖5 示出沿圖4中的A-A線的剖面結構。
并且，圖6示出第1實施方式中的彎曲控制機構部分的概略結構， 圖7示出圖6的更詳細的結構，圖8示出圖7的具體結構，圖9示出圖6 的彎曲控制機構的動作說明的時序，圖IOA和圖10B示出對改善了第1 實施方式的響應性的情況的動作和未改善的情況進行比較來表示的說明 圖，圖IOA示出改善了第1實施方式的響應性的情況，圖10B示出未改 善第1實施方式的響應性的情況，圖11示出第1實施方式的動作的流程， 圖12示出變形例中的EPAM致動器的一部分。
如圖1所示，具備本發明的第1實施方式的內窺鏡系統1具有第 l實施方式的軟性的內窺鏡(也稱為鏡體)3，其插入到躺在檢查床2上 未圖示的患者的體腔內，進行內窺鏡檢查；送氣/送水/抽吸單元(以下簡 稱為AWS單元)4，其與該內窺鏡3連接，具有送氣、送水以及抽吸功 能；內窺鏡系統控制裝置5，其進行對內置于內窺鏡3的攝像元件的信號 處理、對設置在內窺鏡3上的各種操作單元的控制處理和影像處理等； 以及液晶監視器等觀察監視器6，其顯示由該內窺鏡系統控制裝置5生成 的影像信號。另外，在該觀察監視器6上設有觸摸面板33。
并且，該內窺鏡系統1具有圖像記錄單元7，其對由內窺鏡系統 控制裝置5生成的例如數字影像信號進行整理等；以及UPD線圈單元8，
其與AWS單元4連接，在內窺鏡3的插入部內內置有形狀檢測用線圈(以 下簡稱為UPD線圈)的情況下，用于通過該UPD線圈接收電磁場等， 檢測各UPD線圈的位置，顯示內窺鏡3的插入部的形狀。
在圖1的情況下，UPD線圈單元8設置成埋入檢查床2的上表面。 而且，該UPD線圈單元8通過電纜8a與AWS單元4連接。
并且，在第1實施方式中，在檢查床2的長度方向的一個端部及其 下部的位置上形成有收納用凹部，能夠收納托盤搬運用推車(trolley) 38。 在該托盤搬運用推車38的上部載置有收納水密結構的內窺鏡3的鏡體托 盤39。
而且，能夠利用托盤搬運用推車38搬運收納了已滅菌或消毒的內窺 鏡3的鏡體托盤39，并能夠將其收納在檢查床2的收納用凹部中。手術 者能夠從鏡體托盤39取出內窺鏡3用于內窺鏡檢査，并且在內窺鏡檢查 結束后再收納到該鏡體托盤39中即可。然后，利用托盤搬運用推車38 來搬運收納了使用后的內窺鏡3的鏡體托盤39，由此也能夠順利地進行 滅菌或消毒。
并且，在第l實施方式中，圖1所示的AWS單元4和內窺鏡系統控 制裝置5以無線的方式進行信息(數據)的收發。另外，在圖1中，內 窺鏡3通過管道單元19與AWS單元4連接，如后所述那樣以無線的方 式進行信息(數據)的收發(雙向的傳送)。并且，內窺鏡系統控制裝置 5也以無線的方式與內窺鏡3和AWS單元4進行信息的收發。
并且，如圖1所示，第1實施方式的內窺鏡3由內窺鏡主體18和管 道單元19構成，該管道單元19例如為用后即丟類型(一次性類型)，裝 卸自如地與該內窺鏡主體18連接。
內窺鏡主體18具有插入到體腔內的細長且軟性的插入部21;以 及設置在該插入部21的后端的操作部22，管道單元19的基端裝卸自如 地連接在該操作部22上。
并且，在插入部21的前端部24中，作為攝像元件，配置有使用了 在攝像元件內部使增益(gain)可變的電荷耦合器件(簡稱為CCD) 25 的攝像單元。
并且，在前端部24的后端設有以低力量就能夠彎曲的彎曲部27， 通過操作設置在操作部22上的作為彎曲量指示單元81 (參照圖6)的跟 蹤球(trackball) 69，能夠使彎曲部27彎曲。該跟蹤球69也在進行角度 操作(彎曲操作)和其他鏡體開關的功能的變更設定，例如角度靈敏度、 送氣量的設定等時使用。
并且，在插入部21的多個部位形成有設有硬度可變的硬度可變用致 動器(actuator) 54A、 54B的硬度可變部，能夠更順暢地進行插入操作等。
在第1實施方式中，例如如圖3所示，AWS單元4和內窺鏡系統控 制裝置5通過無線的收發單元177、 101進行數據的收發。并且，觀察監 視器6通過監視器電纜與內窺鏡系統控制裝置5的監視器用連接器35連 接。
另外，內窺鏡系統控制裝置5具有電源單元100;由該電源單元
100供給電力的收發單元101;進行圖像處理的圖像處理單元116;以及
進行系統整體的控制的系統控制單元117，收發單元101與天線部101a 連接。
并且，AWS單元4具有電源單元175;由該電源單元175供給電 力的收發單元177; UPD單元176，其生成使用UPD線圈單元8檢測出 的內窺鏡3的插入部形狀(UPD圖像)的圖像數據；以及進行AWS控 制的AWS單元66，收發單元177與天線部177a連接。
而且，如后所述，由CCD 25拍攝的圖像數據從內窺鏡3發送到內 窺鏡系統控制裝置5，并且UPD圖像的圖像數據從AWS單元4發送到 內窺鏡系統控制裝置5。從而，內窺鏡系統控制裝置5將與這些圖像數據 對應的影像信號發送到觀察監視器6， UPD圖像也能夠與內窺鏡圖像一 起顯示在其顯示面上。
觀察監視器6為了能夠這樣將多種圖像同時顯示在其顯示面上，而 利用高分辨率TV (HDTV)的監視器構成。
并且，如圖1所示，例如在AWS單元4上設有鏡體連接器40。而
且，內窺鏡3的鏡體連接器41裝卸自如地與該鏡體連接器40連接。
在該情況下，AWS單元4側的鏡體連接器40具有如下結構的AWS 適配器(adapter) 42:如第1實施方式的內窺鏡3所示，該AWS適配器 42能夠與僅設有管路的管道單元19的端部的連接器41連接，并且還能 夠與在管道單元19內貫穿有信號線的情況下的連接器(省略圖示)連接 (參照圖3)。
接著，參照圖2說明本發明的第1實施方式的內窺鏡3的具體結構。 在圖1中說明了其概略結構，軟性的內窺鏡3由內窺鏡主體18和用 后即丟類型(簡稱為一次性類型)的管道單元19構成，該內窺鏡主體18 具有細長且軟性的插入部21和設置在該插入部21的后端的操作部22， 該管道單元19的基端的連接器部52裝卸自如地連接在設置于該內窺鏡 主體18中的操作部22的基端(前端)附近的管道單元連接用的連接器 部51上。
在該管道單元19的末端設有裝卸自如地與AWS單元4連接的上述 的鏡體連接器41。
插入部21由以下部分構成設置在該插入部21前端的硬質的前端 部24;設置在該前端部24的后端的彎曲自如的彎曲部27;以及從該彎 曲部27的后端到操作部22的細長的軟性部(蛇管部)53。
在該軟性部53的中途的多個部位、具體而言在2個部位設有硬度可 變用致動器54A、 54B，該硬度可變用致動器54A、 54B由通過施加電壓 而伸縮、并能夠改變硬度的導電性高分子人工肌肉(簡稱為EPAM)等 形成。
在設置于插入部21的前端部24中的照明窗的內側安裝有例如發光 二極管(簡稱為LED) 56作為照明單元，該LED 56的照明光經由一體 地安裝在該LED 56上的照明透鏡向前方射出，對患部等的被攝體進行照 明。另外，作為形成照明單元的發光元件，不限于LED56，也可以使用 LD (激光二極管)等形成。
并且，在與該照明窗鄰接設置的觀察窗上安裝有物鏡，在其成像位 置配置有內置了增益可變功能的CCD 25，形成對被攝體進行拍攝的攝像 單元。
一端分別與LED 56和CCD 25連接并貫穿插入部21內的信號線設 置在操作部22內部，與進行集中控制處理(匯集控制處理)的集中控制 電路57連接。
并且，在插入部21內沿其長度方向以預定間隔配置多個UPD線圈 58，與各UPD線圈58連接的信號線經由設置在操作部22內的UPD線 圈驅動單元59，與集中控制電路57連接。
并且，在彎曲部27的外皮內側的周方向的4個部位配置有作為角度 元件(彎曲元件)的EPAM致動器28，該EPAM致動器28在其長度方 向上配置EPAM而形成。并且，該EPAM致動器28以及硬度可變用致動 器54A、 54B也分別經由信號線與集中控制電路57連接。
在集中控制電路57內設置有后述的進行彎曲控制的彎曲控制機構70。
EPAM致動器28以及硬度可變用致動器54A、 54B所使用的EPAM 例如通過在板形狀的兩面安裝電極并對其施加電壓，從而能夠在厚度方 向上收縮，在長度方向上伸長。另外，該EPAM例如能夠與所施加的電 壓的大致平方成比例地改變變形量。
通過EPAM的伸長或收縮，能夠使其硬度可變，在硬度可變用致動 器54A、 54B中，利用該功能，能夠使該部分的硬度可變。
并且，在插入部21內貫穿有送氣送水管路60a和抽吸管路61a，其 后端成為在操作部22的前端附近開口的連接器部51。而且，在該連接器 部51上裝卸自如地連接有設置在管道單元19的基端的連接器部52。
而且，送氣送水管路60a與貫穿于管道單元19內的送氣送水管路60b 連接。抽吸管路61a與貫穿于管道單元19內的抽吸管路61b連接，并且 在連接器部52內分支而向外部開口，與可插入鉗子等處置器械的插入口 (也稱為鉗子口 )62連通。該鉗子口 62在不使用時通過鉗子塞62a封閉。
這些送氣送水管路60b和抽吸管路61b的后端在鏡體連接器41中成 為送氣送水接頭63和抽吸接頭64。
送氣送水接頭63和抽吸接頭64分別與圖3所示的AWS適配器42
10
的送氣送水接頭和抽吸接頭連接。而且，在該AWS適配器42的內部，
送氣送水接頭分支為送氣管路和送水管路，送氣管路通過插裝電磁閥Bl 而與AWS單元4內部的送氣用泵65連接，送水管路與送水罐48連接。 并且，該送水罐48也在中途經由電磁閥B2而與送氣用泵65連接。
送氣用泵65、電磁閥Bl和B2通過控制線(驅動線)與AWS控制 單元66連接，由該AWS控制單元66控制開閉，能夠進行送氣和送水。 另外，AWS控制單元66通過夾管閥(pinch valve) 45的開閉控制，也能 夠進行抽吸的動作控制。
如圖1和圖2所示，在內窺鏡主體18的操作部22中設有供手術者 把持的把持部68。在本實施方式中，如圖1所示，該把持部68由操作部 22中(插入部21側的相反側)的后端(基端)附近的、例如圓筒體形狀 的側面部分形成。
在該把持部68上，在包含該把持部68的周邊部，沿把持部68的長 度方向的軸設有進行釋放、定格等遠程控制操作(簡記為遙控操作)的 例如3個鏡體開關SW1、 SW2、 SW3，它們分別與集中控制電路57 (參 照圖2)連接。
進而，設置于把持部68 (或操作部22)的后端(基端)的基端面(通 常如圖1或圖2所示，由于基端側設定在上面，用于內窺鏡檢查，所以 也稱為上端面)Sa為傾斜面，在與設有鏡體開關SW1、 SW2、 SW3的位 置成為相反側的傾斜面上設有防水結構的跟蹤球69，該跟蹤球69用于進 行角度操作(彎曲操作)，或從角度操作進行切換來進行其他遙控操作的 設定等。另外，該情況下的防水結構實際為如下結構旋轉自如地保持 跟蹤球69，并利用防水膜覆蓋檢測其旋轉量的編碼器側，將跟蹤球69旋 轉自如地保持在編碼器的外側。
并且，在傾斜面上的跟蹤球69的兩側，左右對稱地配置有送氣送水 開關SW4、抽吸開關SW5。
該跟蹤球69和鏡體開關SW4、 SW5也與集中控制電路57連接。
并且，如圖2所示，本實施方式的內窺鏡3例如在操作部22的后端 附近的內部設有天線部141，通過該天線部141進行信號數據的收發，并
且，在操作部22內設置有電池151、與該電池151連接的充電電路152 和非接觸充電用線圈153。
因此，第1實施方式的操作部22的連接器部51僅通過由送氣送水 連接器和抽吸連接器構成的管路連接器部形成。
而且，在第1實施方式的內窺鏡主體18上裝卸自如地連接的管道單 元19，無需使現有的通用電纜所需的信號線貫穿其中，而成為僅貫穿有 送氣送水管路60b和抽吸管路61b的管路管道的結構。
上述電池151由鋰電池等的可充電的二次電池構成，該電池151經 由充電電路152與內置于接近操作部22的外表面的部分的水密結構的非 接觸充電用線圈153連接。而且，在內置有該非接觸充電用線圈153的 部分的外表面上，對置配置有設置在外部的充電裝置上的未圖示的非接 觸供電用線圈，通過對該非接觸供電用線圈供給交流電流，能夠對電池 151進行充電。
艮口，通過對配置于操作部22的外表面側的非接觸供電用線圈供給交 流電力，從而能夠通過電磁耦合以非接觸的方式對操作部22內部的非接 觸充電用線圈153傳遞交流電力。該交流電力還由充電電路152轉換為 對電池151進行充電的直流電壓，供給到電池151，電池151被充電。
在第1實施方式中，由于采用LED56作為照明單元，所以與使用燈 的情況相比，能夠大大降低電力消耗，并且由于采用(內置有增益可變 功能的)超高靈敏度的CCD 25作為攝像元件，所以即使在照明光量小的 狀態下，也能夠獲得S/N良好的明亮的圖像。
因此，即使在采用電池151的情況下，也能夠在比現有例長得多的 時間下，進行內窺鏡檢査。并且，電池151與現有例的情況相比，也能 夠采用小型、輕量的電池，能夠使操作部22輕量化，確保良好的操作性。
根據第l實施方式，管道單元19僅由管路系統構成，成為更加適合 于用后即丟類型的結構。并且，在重復利用(再利用)的情況下，由于 管道單元19內沒有電線，所以也易于重復利用。
并且，在不使用管路系統的情況下，也能夠從內窺鏡主體18取下管 道單元19來使用。即，在該情況下，由于能夠不需要管道單元19，所以 能夠消除管道單元19對操作的妨礙，能夠提高操作性。并且，由于能夠 使內窺鏡主體18的管路系統變短，所以能夠用短時間進行清洗等。
這樣，內窺鏡主體18與僅貫穿有管路系統的管道單元19裝卸自如，
構成為提高了操作性和清洗性的結構。
圖4示出第1實施方式的內窺鏡3的前端側的內部結構，圖5示出 沿圖4的A-A線的剖面。在插入部21的前端部24中，例如在其中央附 近設置的觀察窗中安裝有物鏡23，在其成像位置配置有CCD 25。
并且，在與該觀察窗鄰接的例如2個部位設置的照明窗中，與透鏡 一體地安裝有作為照明單元的例如發出白色光的LED56。除此之外，與 觀察窗鄰接地設置有送氣送水管路60b和抽吸管路61b。
形成彎曲部27的外皮的、具有適度彈性的橡膠管道71的前端緊固 在該前端部24的后端，該橡膠管道71的后端與軟性部53的外皮管道72 的前端連接。
在該橡膠管道71的內側配置有圓筒形狀的EPAM致動器28。該圓 筒形狀的EPAM致動器28的前端緊固在前端部24上，并且，EPAM致 動器28的后端嵌入并緊固在外皮管道72前端的凹部內。
該圓筒形狀的EPAM致動器28包括圓筒形狀的EPAM73;設置 在該圓筒形狀的EPAM73的內周面中的相當于下、上、右、左4個部位 的上、下、左、右的彎曲用電極74u、 74d、 741、 74r;以及分別與這些電 極74u、 74d、 741、 74r對置的設置在外周面的4個電極75。
另外，在圖4中，紙面的上側為彎曲方向的上側。由于采用通過施 加電壓而在面方向上拉伸的特性的致動器作為第1實施方式的EPAM致 動器28，所以例如在向上方向彎曲的情況下，對設置在上方向的相反側 的下方向的電極74u以及(與其對置的部分的)電極75施加驅動電壓。 并且，外周面的4個電極75也可以是設置在整個面上的電極。
另外，設置在該EPAM致動器28的外側的橡膠管道71具有如下功 能在EPAM致動器28位移并彎曲的情況下，借助于該橡膠管道71的 彈性力，要使EPAM致動器28返回到沒有彎曲的原來的筆直狀態的復原 力發揮作用。為了進一步增大該復原力，例如也可以在EPAM致動器28
的內周側配置螺旋彈簧等。
并且，電極74u、 74d、 741、 74r和電極75傳送用于驅動EPAM致 動器28的驅動信號，并且經由用于傳送對應于位移量的信號的信號線76、 77，與圖6所示的彎曲控制機構70連接。在圖6中，電極74u、 74d和 電極75連接在與上下方向相關的彎曲控制機構70中的EPAM驅動單元 78u、 EPAM驅動單元78d、以及位移量檢測單元79u、位移量檢測單元 79d上。
另外，在圖6中，為了簡化，僅示出了與上下方向相關的彎曲控制 機構70，但實際上也設置有與左右方向相關的彎曲控制機構。
并且，輸出上下方向的EPAM驅動信號的EPAM驅動單元78u、 78d 以及檢測上下方向的EPAM位移量的位移量檢測單元79u、 79d與彎曲量 控制單元80連接，該彎曲量控制單元80與基于跟蹤球69的彎曲量指示 單元81的彎曲量指示操作對應地控制EPAM驅動單元78u、 78d的驅動 動作。在該情況下，彎曲量控制單元80根據由位移量檢測單元79u、 79d 所檢測出的上下方向的EPAM位移量，控制EPAM驅動單元78u、 78d 的驅動動作。
在第l實施方式中，彎曲量控制單元80如后所述，對彎曲量指示單 元81的彎曲量的指示信號進行監視，當進行從沒有彎曲的筆直方向(也 稱為基準方向)向任意方向的彎曲指示時，該彎曲量控制單元80進行與 彎曲指示對應的彎曲控制。彎曲量控制單元80內置有反轉指示檢測單元 80a，該反轉指示檢測單元80a檢測從此時的彎曲方向向返回基準方向的 方向、即向之前的彎曲方向的相反方向(反方向)彎曲的反轉指示信號。 而且，彎曲量控制單元80在檢測出向該相反方向彎曲的指示信號時，進 行與該指示操作對應的彎曲控制。
另外，在跟蹤球69的情況下，彎曲量的指示信號通過彎曲量指示單 元81，使跟蹤球69旋轉的方向與彎曲方向對應，跟蹤球69的旋轉量成 為彎曲量(彎曲角)的指示量。在該情況下，通過正交配置的2個旋轉 編碼器等，進行彎曲方向的檢測和彎曲量的檢測。另外，作為彎曲量指 示單元81，除了跟蹤球69以外，還可以采用操縱桿、鼠標、十字按鈕等。圖7示出圖6的更具體的結構，圖8示出實現圖7的電路結構。如
圖7所示，與圖6的結構的情況同樣，彎曲量指示單元81的彎曲量的指 示信號被輸入到彎曲量控制單元80。
該彎曲量控制單元80根據彎曲量的指示信號，控制相當于圖6的 EPAM驅動單元78u、 78d等的高電壓施加單元83i進行的高電壓施加。 另夕卜，在圖8中，83i 86i實際上分別對應于4個方向設置。例如，高電 壓施加單元83i表示上方向彎曲用高電壓施加單元83u、下方向彎曲用高 電壓施加單元83d、左方向彎曲用高電壓施加單元831、右方向彎曲用高 電壓施加單元83r中的一個。
對于該高電壓施加單元83i施加的高電壓，通過限制流過預定電流 值以上的過電流，從而經由防止產生過電流的過電流限制單元84i，對 EPAM致動器28的電極74i施加高電壓，使EPAM致動器28以向所指 示的方向彎曲的方式發生位移。
并且，EPAM致動器28的位移量通過相當于圖6的位移量檢測單元 79u、 79d等的電容測定單元85i，進行伴隨位移而變化的電容的測定，通 過該電容的測定來檢測位移量。
由該電容測定單元85i所測定(檢測)的電容測定值被輸入到彎曲 量控制單元80，該彎曲量控制單元80控制高電壓施加單元83i進行的高 電壓施加，以使所測定的電容測定值成為與彎曲量指示單元81所指示的 彎曲方向和彎曲量一致的值。
并且，第1實施方式中的EPAM致動器28具有接近具有大絕緣電阻 值的電容器的特性，為了使響應性良好，而與使電容器所保持的電荷放 電的放電單元86i連接。如圖8所示，該放電單元86i實際上由放電用電 阻Rb形成。
下面，通過圖8說明實現圖7的具體的電路系統的結構。 彎曲量指示單元81的指示信號被輸入到構成彎曲量控制單元80的 例如由CPU構成的控制電路90中，同時也被輸入到相當于反轉指示檢 測單元80a的反轉指示檢測電路91。彎曲量指示單元81的指示信號是伴 隨彎曲方向和相對于彎曲方向的彎曲量的信號。該反轉指示檢測電路91
監視指示信號，當檢測出(與前面的指示信號)反轉的指示信號以使得 之前的指示信號的彎曲方向向基準方向返回時，將反轉檢測信號輸出到 控制電路90。
通常，控制電路90對高電壓施加單元83i根據指示信號向指示信號 中的彎曲方向施加高電壓的動作進行控制，但如后所述，當被輸入反轉 檢測信號時，通過進行下述控制，即，施加向與之前的指示信號的彎曲 方向相反的方向彎曲的極性的高電壓，從而改善響應速度。
如圖8所示，高電壓施加單元83i具有開關電路92，其通過未圖 示的開關元件產生開關電壓；升壓變壓器93，其通過對一次繞組供給開 關電壓，從而產生由二次繞組升壓的高電壓；計測基準信號產生電路94, 其對該升壓變壓器93中的第2 —次繞組施加計測基準信號；整流平滑電 路95，其與升壓變壓器93的二次繞組連接，進行整流和平滑化；以及恒 壓電路96，其進行電壓控制，以使來自該整流平滑電路95的輸出電壓為 恒壓。另外，圖8中虛線所示的符號F為使計測基準信號旁通的濾波器。
控制電路90對應于指示信號對開關電路92施加負載控制信號，控 制經由升壓變壓器93供給整流平滑電路95側的電力。并且，控制電路 90對計測基準信號產生電路94施加同步信號，與該同步信號同步地從計 測基準信號產生電路94產生計測基準信號。
從該恒壓電路96的一個輸出端輸出的直流電壓經由構成過電流限 制單元84i的電流限制電阻Ra，施加到EPAM致動器28的電極(例如一 個電極74i)上。
并且，在連接恒壓電路96的另一個輸出端(地線)與EPAM致動器 28的電極75的信號線77的中途，連接有形成電容測定單元85i的降壓 變壓器97的一次繞組，在通過該降壓變壓器97降壓的二次繞組上，連 接有使計測基準信號的頻率通過的帶通濾波器特性的濾波器電路98。而 且，通過該濾波器電路98提取計測基準信號，輸入到有效值檢測電路(圖 中簡記為RMS檢測電路)99。
該有效值檢測電路99計算出檢測到的計測基準信號的電壓的有效 值，將該有效值作為檢測信號輸出給控制電路90。
EPAM致動器28通過被施加電壓而以拉伸的方式位移，因此，電極 間的電容發生變化。進而，通過該電容變化，相對于計測基準信號的阻 抗發生變化，由有效值檢測電路99檢測出的有效值根據EPAM致動器 28的位移量即彎曲量而發生變化。
控制電路90以下述方式進行控制動作與同步信號同步地根據檢測 到的有效值的值計算出彎曲量，變更對開關電路92施加負載控制信號的 負載值等，以使該檢測到的彎曲量與指示信號的彎曲量一致。
下面說明這種結構的第1實施方式的內窺鏡3中的進行彎曲指示的 操作的情況下的動作。為了易于理解第1實施方式的基本動作，參照表 示其動作定時的圖9，對如圖6所示那樣向上方向(在圖6中簡記為UP) 和下方向(在圖6中簡記為D0WN)彎曲的情況進行說明。
對彎曲量指示單元81進行操作，在例如圖9中的時刻tl t2，進行 向上方向彎曲的操作，使該情況的(指示信號中的)上方向的彎曲量指 示信息例如如圖9 (A)所示那樣變化。
在該情況下，為了以大致追隨該彎曲量指示信息的方式向上方向彎 曲，彎曲量控制單元80驅動控制EPAM驅動單元78u， EPAM驅動單元 78u對電極74u施加圖9 (C)所示的電壓(電位)。
因此，彎曲部27 (的EPAM致動器28)的位移量如圖9 (B)所示 那樣變化。
向上方向彎曲后，對彎曲量指示單元81進行操作，為了解除上方向 的彎曲，進行向成為該上方向的反方向的下方向彎曲、例如成為筆直的 操作(時刻t2 t3)。進行該操作時，彎曲量控制單元80內的反轉指示檢 測單元80a對向相反方向的彎曲指示進行檢測。進而，該彎曲量控制單 元80對應于該檢測，如圖9 (D)所示，進行向下方向彎曲的驅動控制。
艮口，為了快速(響應性良好)地解除上方向的彎曲，驅動控制下方 向的EPAM驅動單元78d， EPAM驅動單元78d對電極74d施加圖9 (D) 所示的電壓(電位)。
這樣，如圖9 (B)中實線所示，能夠提高響應速度。
另外，在不利用反轉指示檢測單元80a的檢測結果進行這種向相反 方向彎曲驅動的控制動作的情況下，圖9 (D)中的時刻t2 t3的期間如
虛線所示不輸出施加電壓。
在該情況下，位移量如圖9 (B)中虛線所示那樣，與實線所示的情 況相比，響應速度降低。
并且，當在進行這樣返回筆直的操作后，使用者如圖9 (A)所示在 時刻t4 t5，向下方向進行彎曲量指示操作，之后在時刻t5 t6進行返回 筆直的彎曲量指示操作時，在該情況下，彎曲量控制單元80如圖9 (D) 和圖9 (C)所示那樣進行驅動控制。
并且，當在從時刻t7到時刻t8，向上方向進行彎曲量指示操作，之 后在時刻t8 t9進行返回筆直的彎曲量指示操作時，在該情況下，彎曲 量控制單元80如圖9 (C)和圖9 (D)所示那樣進行驅動控制。
相對于時刻t7 t9的操作的控制動作除了彎曲量的指示值變大以 外，與時刻tl t3的情況相同。
在該情況下，也在時刻t8 t9，檢測向相反方向的彎曲指示操作， 進行相反方向的彎曲驅動控制，由此，與不進行該動作的虛線所示的情 況相比，提高了響應速度。
并且，時刻t4 t6中的控制動作除了與時刻t7 t9時的彎曲方向相 反以外，為同樣的控制動作。在該情況下，在時刻t5 t6，也檢測向相反 方向的彎曲指示操作，進行相反方向的彎曲驅動控制，由此，與不進行 該動作的虛線所示的情況相比，提高了響應速度。
圖IOA和圖IOB示出對這樣檢測向相反方向的彎曲指示操作以提高
響應速度的情況下的動作和不進行該動作的情況進行比較的動作說明 圖。
圖IOA示出例如圖9的時刻tl t3的第1實施方式的動作概略，圖 10B示出例如圖9的時刻tl t3的不進行向相反方向的彎曲驅動控制時 的動作概略。圖IOA和圖10B中的左側示出對通過彎曲指示向上方向彎 曲的電極74u施加了電壓的狀態。通過電壓施加，電極74u側的EPAM 如箭頭A1所示拉伸。此時，通過電極74u側的EPAM的拉伸，電極74d 側的EPAM如箭頭A2所示壓縮。此時的動作在圖10A和圖10B中是相
同的。
圖IOA和圖10B的右側部分示出之后進行使向上方向彎曲的狀態返 回筆直的彎曲指示操作的情況下的動作。
圖10B的情況為電壓施加停止后的狀態，利用EPAM致動器28和 橡膠管道71等的復原力恢復(返回)原樣。停止電壓施加時，電極74u 側的EPAM如箭頭A3所示要返回原樣。此時，電極74d側的EPAM也 如箭頭A4所示要返回原樣。
與此相對，在圖10A的情況下，由于電極74d側也被施加電壓，所 以以下方向側拉伸的方式被驅動，能夠更快地返回原樣。當停止電壓施 加時，電極74u側的EPAM如箭頭A3所示要返回原樣。此時，通過進 行電壓施加，電極74d側的EPAM拉伸，如箭頭A5所示很快地返回。
圖11示出第1實施方式的進行了彎曲指示操作的情況下的控制內容 的流程。
當接通電源成為動作狀態時，如步驟S1所示，控制電路90進行初 始設定。例如，進行由反轉指示檢測電路91檢測反轉檢測信號時的閾值 vth和視為相反方向的情況下的最小角度e的設定。并且，在彎曲量指示 單元81為跟蹤球69的情況下，將初始設定的狀態下的其位置數據設定 成彎曲量為O的狀態(筆直狀態)。
在初始設定的處理之后，如步驟S2所示，控制電路90監視來自彎 曲量指示單元81的指示信號，成為指示信號的輸入等待狀態。
然后，當通過彎曲量指示單元81進行彎曲指示操作時，與該操作對 應的指示信號輸入到控制電路90。然后，如步驟S3所示，控制電路90 向與對應于該指示信號的彎曲方向以及對應于該彎曲方向的彎曲指示量 對應的控制信號(圖8的負載控制信號)輸出到高電壓施加單元83i，使 EPAM致動器28向與指示信號對應的方向彎曲。
此時，電容測定單元85i利用電容伴隨EPAM致動器28的彎曲而變 化的情況，測定對與恒定值的電阻Ra串聯連接的EPAM致動器28側施 加的計測基準信號的有效值，如步驟S4所示，將與彎曲量對應的檢測信 號輸出到控制電路90。
然后，如步驟S5所示，控制電路90對檢測信號和指示量之間的差 分值進行檢測，進行伺服控制，以使該差分值成為預定值以下。
之后，如步驟S6所示，控制電路90成為指示信號的變化等待狀態。 然后，當通過彎曲量指示單元81進行彎曲指示操作時，如步驟S7所示， 控制電路卯的反轉指示檢測電路91判定是否是相當于進行了之前的指 示信號中的彎曲方向向相反方向返回的操作時的指示信號。即，向相反 方向返回的操作的指示信號的值在閾值Vth以上時，判定為檢測出相反 方向的指示信號，在小于閾值Vth時，判定為沒有檢測出該信號。
然后，通過該判定，在檢測出相反方向的指示信號時，如步驟S8所 示，控制電路90對相當于該相反方向的電極施加來自高電壓施加單元83i 的電壓(以使EPAM致動器28向該相反方向彎曲)。關于該情況時施加 的電壓值，例如如圖9所示那樣進行。
艮口，如圖9A所示，在向某個方向彎曲的彎曲指示信息向為了返回筆 直狀態而從峰值減少的方向變化的情況下，對相反方向的電極施加與該 峰值成比例的值作為初始值，使該施加的值根據彎曲指示信息的大小而 變化。
之后，返回步驟S4的處理，電容測定單元85i利用電容伴隨EPAM 致動器28的彎曲而變化的情況，測定計測基準信號的有效值，將與彎曲 量對應的檢測信號輸出到控制電路90。
然后，如步驟S5所示，控制電路90對檢測信號和指示量之間的差 分值進行檢測，進行伺服控制，以使該差分值成為預定值以下。
另一方面，在步驟S7的判定處理中，在不是相反方向的指示信號的 情況下，返回步驟S3，進行上述的處理。
通過進行這種彎曲驅動控制，相對于彎曲操作能夠實現響應速度良 好的彎曲機構。
并且，由于形成通過EPAM致動器28使彎曲部27彎曲的彎曲機構， 所以通過進行施加作為驅動信號的高電壓的操作，能夠簡單且容易地使 彎曲部27向期望的方向彎曲，并且能夠使彎曲機構輕量化。并且，通過 操作跟蹤球69等，能夠簡單且容易地向期望的方向彎曲，能夠提高彎曲
的操作性。
另外，作為本實施方式的EPAM致動器28的變形例，也可以是圖 12示出其一部分那樣使EPAM主體73部分和電極層疊化的結構。艮P， 使電極74d—1、 EPAM主體層73 — 1、電極74d—2、 EPAM主體層73—2、 電極74d—3、…、電極74d—6為層疊結構，電極74d—l、 74d—3、 74d —5與信號線76連接，電極74d—2、 74d—4、 74d—6與信號線77連接。
也可以這樣構成，能夠通過施加更低的電壓，使EPAM致動器28 彎曲。在該情況下，施加比第1實施方式的情況低得多的電壓，就能夠 使EPAM致動器28彎曲。另外，在圖12中示出5層的情況，但不限于 此。
(第2實施方式)
下面，參照圖13說明本發明的第2實施方式的內窺鏡。第2實施方 式為在插入部的長度方向設置了多個、在本實施方式中為2個EPAM致 動器的彎曲部的內窺鏡的示例。圖13示出第2實施方式的內窺鏡3B的 插入部21的前端側的結構。在第l實施方式中，例如如圖4所示，在彎 曲部27的內側設置有向上下、左右方向彎曲的EPAM致動器28，但是， 在第2實施方式的內窺鏡3B中，如圖13所示，在彎曲部27的后端側還 設置有第2彎曲部27B。
該第2彎曲部27B由設置在彎曲部27內的EPAM致動器28、以及 例如相同結構的EPAM致動器28B形成。在圖示的例子中，EPAM主體 73部分形成為EPAM致動器28、 28B共用(也可以分開構成)。
另外，在EPAM致動器28的情況的符號中附加符號B來表示EPAM 致動器28B側的電極、信號線。例如，用74uB表示上彎曲用的電極，用 74dB表示下彎曲用的電極，用76B表示與這些電極74uB、 74dB連接的 信號線，用77B表示與設置在外周側的共用的電極75B連接的信號線。
并且，EPAM致動器28B的外周側的電極75B與EPAM致動器28 的外周側的電極75導通，構成為利用共用的信號線77B來導通它們。
EPAM致動器28B的電極74uB、 74dB等經由信號線76B與設置在 操作部22上的未圖示的第2彎曲控制裝置連接，通過由第2彎曲控制裝
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置中的未圖示的第2跟蹤球等構成的彎曲量指示單元，能夠使第2彎曲
部27B獨立于彎曲量指示單元81彎曲。
并且，在第2實施方式中，例如在EPAM致動器28的前端附近，以 分別導通電極74d、 75之間、和74u、 75之間的方式，連接有構成放電 單元86i的電阻Rb。同樣，在EPAM致動器28B中，例如在其后端附近， 也以分別導通電極74dB、 75B之間、和74uB、 75B之間的方式，連接有 構成放電單元86i的電阻Rb。其他結構與第1實施方式大致相同。
根據第2實施方式，由于在插入部21的長度方向的前端部24的后 端附近獨立地設有能夠分別向上下、左右的任意方向彎曲的彎曲部27和 27B，所以，例如在將插入部21插入到體腔內的曲折的部位的情況下， 與第1實施方式相比，也能夠更大地彎曲，或彎曲成不同的形狀，能夠 更順滑地進行插入操作。
在上述的說明中，以在內窺鏡3、 3B內內置了例如圖6的EPAM驅 動單元78u、 78d以及位移量檢測單元79u、 79d等的結構進行了說明， 但是也可以構成為將它們設置在內窺鏡的外部。
根據上述2個實施方式，能夠實現如下的內窺鏡通過使用了導電 性高分子部件的致動器來確保操作性，并且也能夠提高進行彎曲操作時 的響應性。
并且，將上述的實施方式等部分地組合或變形后的結構也屬于本發明。
產業上的可利用性
使用EPAM致動器來形成設置于插入部的前端側的彎曲部，通過施 加驅動電壓，能夠確保簡單且良好的操作性來對彎曲部進行彎曲驅動。
權利要求
1.一種內窺鏡，該內窺鏡在插入部中設有彎曲部，其特征在于，該內窺鏡具備致動器，其使用了使所述彎曲部根據驅動電壓的施加而伸縮的導電性高分子部件；彎曲指示操作單元，其對所述致動器進行從基準方向向任意方向彎曲的彎曲方向的指示操作；以及控制單元，其在檢測出所述彎曲指示操作單元進行的所述彎曲方向的指示操作后，在檢測到向所述基準方向返回的方向的指示操作時，進行下述控制相對于所述致動器產生使其向所述返回的方向彎曲的驅動電壓。
2. 根據權利要求l所述的內窺鏡，其特征在于，該內窺鏡還具備 驅動電壓施加單元，其對應于所述彎曲指示操作單元進行的彎曲方向的指示操作，對所述致動器施加驅動電壓；以及檢測單元，其通過所述驅動電壓施加單元進行的所述驅動電壓的施加，來檢測所述致動器的位移量。
3. 根據權利要求l所述的內窺鏡，其特征在于，在檢測出向所述基準方向返回的方向的指示操作時，在向所述返回 的方向的指示操作量為預先設定的閾值以上的情況下，所述控制單元判 定為進行了向所述返回的方向的指示操作。
4. 根據權利要求2所述的內窺鏡，其特征在于，所述檢測單元通過對在所述致動器的電極間施加驅動電壓時的電極 間的電容進行測定，來檢測所述位移量。
5. 根據權利要求1 4中的任一項所述的內窺鏡，其特征在于， 該內窺鏡具有電流限制單元，該電流限制單元限制對所述致動器施加驅動電壓時流過所述致動器的電流。
6. 根據權利要求1 5中的任一項所述的內窺鏡，其特征在于， 該內窺鏡具有放電單元，該放電單元使所述致動器的電極間的電荷 放電。
7.根據權利要求1 6中的任一項所述的內窺鏡，其特征在于，所述致動器的彎曲部在所述插入部的長度方向上設有多個。
全文摘要
本發明提供一種內窺鏡，該內窺鏡能夠確保用于使彎曲部的形狀變化的操作性并能夠提高響應性。插入部的前端附近的彎曲部(27)由EPAM致動器(28)形成，當通過彎曲量指示單元(81)進行向任意方向、例如向上方向的彎曲指示時，彎曲量控制單元(80)根據該指示，驅動EPAM驅動單元(78u)，在電極(74u、75)之間施加驅動電壓，使EPAM致動器(28)向上方向彎曲。當為了解除該上方向的彎曲而進行使彎曲量指示單元(81)成為筆直的指示操作時，反轉指示檢測單元(80a)進行檢測，施加向下方向彎曲的驅動電壓，將EPAM致動器(28)快速設定為所指示的狀態。
文檔編號A61B1/00GK101179980SQ200680017659
公開日2008年5月14日 申請日期2006年5月23日 優先權日2005年5月24日
發明者內村澄洋 申請人:奧林巴斯醫療株式會社