(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲部を有する可橈管と、
上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤと、
上記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、
上記アングルワイヤの基準位置からの変位量を検出する変位検出手段と、
上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位方向検出手段と、
上記変位検出手段により検出された変位量及び上記変位方向検出手段により検出された変位方向に対応する座標軸によって表される座標空間において、上記変位量及び上記変位方向に基づいて、上記座標空間内における上記アングルワイヤの象限状態を判定して象限状態情報を生成する象限状態判定手段と、
上記象限状態判定手段により生成された象限状態情報に基づいて、上記アングルワイヤの弛みを制御する弛み制御手段と、
を具備することを特徴とする内視鏡。
【請求項２】
上記アングルワイヤの張力を検出する張力検出手段を含み、
上記弛み制御手段は、上記張力検出手段により検出された張力と、上記象限状態判定手段により生成された象限状態情報と、に基づいて、上記アングルワイヤの弛みを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
上記アングルワイヤを変位目標情報に基づいて操作する操作手段を含み、
上記変位方向検出手段は、上記変位目標情報に基づいて上記変位方向を検出する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡。
【請求項４】
上記変位方向検出手段は、入力された情報を微分処理する微分手段を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡。
【請求項５】
上記変位方向検出手段は、上記微分手段により上記変位目標情報を微分して変位方向情報を生成する
ことを特徴とする請求項４に記載の内視鏡。
【請求項６】
上記変位方向検出手段は、上記変位検出手段により検出された上記アングルワイヤの変位量を、上記微分手段により微分して変位方向情報を生成する
ことを特徴とする請求項４に記載の内視鏡。
【請求項７】
上記弛み制御手段は、弛み制御のレスポンスを緩和させるレスポンス緩和手段を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡。
【請求項８】
上記レスポンス緩和手段はローパスフィルタである
ことを特徴とする請求項７に記載の内視鏡。
【請求項９】
上記弛み制御手段は、弛み制御に用いる補正値を増幅する増幅手段を備え、
上記ローパスフィルタは、上記増幅手段の出力側に設けられている
ことを特徴とする請求項８に記載の内視鏡。
【請求項１０】
上記変位方向検出手段においては、上記微分手段の出力側にローパスフィルタが設けられている
ことを特徴とする請求項４に記載の内視鏡。
【請求項１１】
湾曲部を有する可撓管に配設された湾曲操作を行うためのアングルワイヤの駆動方法であって、
上記アングルワイヤを目標位置まで変位させるための変位目標値情報を入力する入力ステップと、
上記変位目標値情報に基づいて上記アングルワイヤを駆動する駆動ステップと、
上記アングルワイヤの駆動による基準位置からの変位を示す変位情報を生成する変位情報生成ステップと、
上記アングルワイヤの変位方向情報を生成する変位方向情報生成ステップと、
上記変位情報と、上記変位方向情報と、に対応する座標軸によって表される座標空間において、上記変位情報と、上記変位方向情報と、に基づいて、上記座標空間内における上記アングルワイヤの象限状態を判定して象限状態情報を生成する判定ステップと、
上記象限状態情報に基づいてアングルワイヤの弛みを制御する制御ステップと、
を有することを特徴とするアングルワイヤの駆動方法。
【請求項１２】
上記アングルワイヤの張力を検出して張力情報を生成する張力情報生成ステップを更に有し、
上記制御ステップにおいては、上記張力情報と上記象限情報とに基づいて上記アングルワイヤの弛みを制御する
ことを有する請求項１１に記載のアングルワイヤの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用・工業用として用いられる内視鏡において、アングルワイヤを用いて湾曲部を操作する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内視鏡において、アングルワイヤを用いて湾曲部を操作する機構の一例について図を参照して説明する。
【０００３】
図１３は従来の内視鏡の内部構造を説明する模式図であり、内視鏡を操作する機構に直接関係のない部分は省略して描いている。内視鏡は湾曲部を上下・左右に操作可能であるが、左右に操作する機構は上下に操作する機構と同様であるので、上下に操作するのに関する部分のみを記載して、左右に操作する機構に関しては記載を省略している。
【０００４】
内視鏡２０１は操作部２０２、蛇管２０３、湾曲部２０４の部分に大別される。操作部２０２は操作者が湾曲部２０４を操作したり、その他必要な操作をする部位である。操作部２０２には可撓性を有する材質より成る管状の部材である蛇管２０３が接続される。蛇管２０３には前口金２１０を介して湾曲部２０４が接続される。湾曲部２０４は多数の円筒形の湾曲駒２１１どうしが、上下と左右の回動軸を交互に介して連結された構造をしており、全体として上下左右に屈曲可能な管状の部材と成っている。湾曲部２０４の先端には、挿入方向を観察する図示しないレンズ光学系や、種々の処置具を延出させる図示しない開口部等が配設されている。
【０００５】
操作部２０２の内部には、図示しないアングルノブと同軸にスプロケット２０５が回転自在に取付けられており、スプロケット２０５の全外周には噛み合い歯２０６が複数立設されている。この噛み合い歯２０６に、スプロケット２０５の外周の約半周の部分で噛み合うようにして、チェーン２０７が係合しており、チェーン２０７の両端にそれぞれ、第１のアングルワイヤ２０８の一端と第２のアングルワイヤ２０９の一端が取付られている。第１のアングルワイヤ２０８及び第２のアングルワイヤ２０９は蛇管２０３と湾曲部２０４の内部を貫通し、湾曲部２０４の先端部の両側に各ワイヤの他端が各々取付けられている。また、第１のアングルワイヤ２０８及び第２のアングルワイヤ２０９は蛇管２０３内部において、それぞれＣＰ（コイルパイプ）２１２の内部を貫通している。ＣＰ２１２は、操作部２０２と蛇管２０３の境界に配設された仕切り板状の部材であるＣＰ止め金２１３の開口に取付けられた管状のＣＰ止め２１４に一端が取付けられ、他端が蛇管２０３と湾曲部２０４の境目にある前口金２１０に同様に取付けられたＣＰ止め２１４に取付けられている。
【０００６】
操作者が湾曲部２０４を操作する場合には、図示しないアングルノブを回動操作することにより、このアングルノブと同軸に形成されたスプロケット２０５を回動させる。例えば、図示したように矢印Ａ１の方向にスプロケット２０５が回動すると、この回動運動はスプロケット２０５と係合するチェーン２０７を介して第１のアングルワイヤ２０８と第２のアングルワイヤ２０９に伝えられ、第１のアングルワイヤ２０８は矢印Ｂ１の方向に変位し、第２のアングルワイヤ２０９は矢印Ｃ１の方向に変位する。この変位によって、湾曲部２０４において第１のアングルワイヤ２０８は蛇管２０３側に引き込まれて短くなり、この張力によって湾曲部２０４は上側に屈曲する。
【０００７】
いま、アングルノブを逆方向に回動させると、スプロケット２０５は矢印Ａ２の方向に回動し、この回動により第１のアングルワイヤ２０８は矢印Ｂ２の方向に変位し、第２のアングルワイヤ２０９は矢印Ｃ２の方向に変位する。この結果、湾曲部２０４において、第２のアングルワイヤ２０９は蛇管２０３側に引き込まれて短くなるので、湾曲部２０４は下側に屈曲する。
【０００８】
図示はしなかったが、湾曲部２０４を左右に屈曲させる機構も同様に構成されている。もちろん、実際の内視鏡では、観察用の光を光源より湾曲部４の先端に導く光ファイバーより成るライトガイドや、ＣＣＤ等の撮像素子で撮像した画像信号を導く信号線等も湾曲部２０４や蛇管２０３の内部を貫通していることは言うまでもない。
【０００９】
上述の従来技術では、アングルノブを手動で操作したが、電動の機構を用いて湾曲部２０４を操作してもよい。例えば、特開平５−３２９０９７号公報には、内視鏡の光源装置にモータを配置し、このモータの回転をクラッチ板を介して、ユニバーサルケーブル内の回転伝達部材に伝え、この回転伝達部材の回転でスプロケットを回転させる機構が開示されている。
【００１０】
また、特開平８−２８６１２３号公報及び特開平８−１９５１１号公報には、長期の繰り返し使用によって伸びてしまったアングルワイヤの張りを適切に再調整する技術が開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の内視鏡によって、アングルノブを一方向に回動させ、一方のアングルワイヤを蛇管側に引き込んで湾曲部を屈曲させると、他方のアングルワイヤに弛みが発生してしまう。これは、一方のアングルワイヤが蛇管側に引き込まれる量と理想的には同じだけ、他方のアングルワイヤがスプロケットによって送り出されるわけだが、主にアングルワイヤとＣＰの間の摩擦により、アングルワイヤが内視鏡先端までスムーズに送りだされず、途中で弛みが発生してしまうものである。
【００１２】
この弛みのため、アングルノブの回動方向を反転させて、内視鏡の先端を逆方向に振ろうとするばあい、アングルワイヤの弛みが解消されるまで内視鏡の先端が動かず、操作上の応答性を悪化させていた。また、アングルノブを使っての内視鏡の先端位置の微調整を困難にしていた。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑み、操作性のよい内視鏡を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の内視鏡は、湾曲部を有する可橈管と、上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤと、上記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、上記アングルワイヤの基準位置からの変位量を検出する変位検出手段と、上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位方向検出手段と、上記変位検出手段により検出された変位量及び上記変位方向検出手段により検出された変位方向に対応する座標軸によって表される座標空間において、上記変位量及び上記変位方向に基づいて、上記座標空間内における上記アングルワイヤの象限状態を判定して象限状態情報を生成する象限状態判定手段と、上記象限状態判定手段により生成された象限状態情報に基づいて、上記アングルワイヤの弛みを制御する弛み制御手段と、を具備する。
【００１５】
本発明の第２のアングルワイヤの駆動方法は、湾曲部を有する可撓管に配設された湾曲操作を行うためのアングルワイヤの駆動方法であって、上記アングルワイヤを目標位置まで変位させるための変位目標値情報を入力する入力ステップと、上記変位目標値情報に基づいて上記アングルワイヤを駆動する駆動ステップと、上記アングルワイヤの駆動による基準位置からの変位を示す変位情報を生成する変位情報生成ステップと、上記アングルワイヤの変位方向情報を生成する変位方向情報生成ステップと、上記変位情報と、上記変位方向情報と、に対応する座標軸によって表される座標空間において、上記変位情報と、上記変位方向情報と、に基づいて、上記座標空間内における上記アングルワイヤの象限状態を判定して象限状態情報を生成する判定ステップと、上記象限状態情報に基づいてアングルワイヤの弛みを制御する制御ステップと、を有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本実施の形態の内視鏡の説明図である。本実施の形態の関わる内視鏡は操作を電動化し、操作部に取付けたモータの回転を制御することによって湾曲部の操作をする、いわゆる電動内視鏡になっている。また、本実施の形態は操作部の構成及び制御方法に特徴があり、蛇管や湾曲部の構成は図１３を参照して説明した従来技術と同様であるので、これらの部分は説明を省略する。また、従来技術の説明と同様に、湾曲部を左右に屈曲させる構成については記述を省略している。
【００２０】
内視鏡１は操作部２、蛇管３、湾曲部４に大別され、蛇管３および湾曲部４は、上述した従来技術と同様の構成である。操作部２の外部には、ロータリエンコーダ１０、モータ１１、ギヤヘッド１２が取付けられており、ギヤヘッド１２の回転軸は操作部２内部のスプロケット５とも同軸になっている。スプロケット５の外周には、全外周に渡って噛み合い歯６が複数立設されており、スプロケット５の外周の約半周の部分で噛み合うようにして、チェーン７が係合しており、チェーン７の両端にそれぞれ、第１のアングルワイヤ８の一端と第２のアングルワイヤ９の一端が取付られている。この第１のアングルワイヤ８及び第２のアングルワイヤ９は蛇管３の中に配設されたＣＰ（コイルパイプ）の中を貫通して、湾曲部４の先端に結合していることは従来技術と同様である。また、各アングルワイヤの張力を検出するテンションセンサー１３が各々設置されている。
【００２１】
モータ１１は駆動手段に対応し、図示しない制御回路によって制御され、ギヤヘッド１２を介してスプロケット５を自在に回動させることにより、第１のアングルワイヤ８及び第２のアングルワイヤ９を駆動する。
【００２２】
ギヤヘッド１２はモータ１１の回動をスプロケット５の回動に相応しい回動速度に変換する機構である。
ロータリエンコーダー１０は変位検出手段および変位方向検出手段に対応し、モータ１１の回動量及び変位目標との差異を検出することにより、アングルワイヤの基準位置よりの変位及びアングルワイヤの変位方向を検出する部材である。もちろん、モータ１１の回動量及び変位目標との差異を検出する代わりに、スプロケット５の回動量及び回動方向を検出してもよいし、アングルワイヤの変位および変位方向を直接検出する構成としてもよい。
【００２３】
テンションセンサー１３は張力検出手段に対応し、各アングルワイヤに対応して設けられている。構造としては、アングルワイヤを一方より２つの定滑車で、他方より１つの動滑車で挟み込む。動滑車はアングルワイヤへの垂線方向に所定距離移動可能であり、アングルワイヤに押し付く方向に付勢されている。アングルワイヤからはその張力に応じて、上記付勢方向と逆方向の反発力が滑車に伝わるので、この反発力によって動滑車がアングルワイヤから遠ざかる方向に移動する量を測定することにより、アングルワイヤの張力を検出することができる。
【００２４】
また、図１には示されていない制御部は、弛み制御手段及び駆動制御手段に対応し、モータ１１の駆動速度を変化させることにより弛みを制御する。制御部の制御内容は図６を用いて後述する。
【００２５】
操作者が湾曲部４を操作しようとする場合、図示しない操作入力部を操作して、変位目標情報を含む操作指令信号を図示しない制御部に送る。入力操作部は操作手段に対応し、アンクルワイヤの駆動指令を発生する部位である。制御部はこの操作指令信号に対応したモータの制御命令を生成して、モータ１１へ制御命令を送る。モータ１１は制御命令に基づいて回転軸を回動させ、その回動はギヤヘッド１２により異なる速度に変更され、スプロケット５が回動する。スプロケット５の回動は係合するチェーン７を経由して第１のアングルワイヤ８及び第２のアングルワイヤ９に伝達され、第１のアングルワイヤ８と第２のアングルワイヤ９は逆方向に変位する。この変位により、湾曲部４の先端が上下に屈曲する。
【００２６】
ロータリエンコーダ１０は、モータ１１の回転および変位目標との差異を測定することにより、第１のアングルワイヤ８及び第２のアングルワイヤ９の変位及び変位方向を検出する。また、テンションセンサ１３は各アングルワイヤの張力を検出する。
【００２７】
次に、図２を用いて、この内視鏡１の内部で発生するアングルワイヤの弛みを説明する。
図２はアングルワイヤの弛みの発生を説明する模式図である。図２（ａ）はアングルワイヤに弛みが無く、湾曲部４も屈曲していない初期状態を示してる。スプロケット５にはチェーン７が係合し、チェーン７の一端に第１のアングルワイヤ８の一端が結合され、第１のアングルワイヤ８の他端は、内視鏡の湾曲部を近似する弾性梁２０の先端部２１に固定されている。チェーン７の他端に第２のアングルワイヤ９の一端が結合され、第２のアングルワイヤ９の他端は、弾性梁２０の先端部２１に固定されている。弾性梁２０は固定部２２のみが空間的に固定され、それ以外の部位は弾性をもって屈曲するようになっているので、第１のアングルワイヤ８あるいは第２のアングルワイヤ９に引っ張られることにより屈曲可能になっている。
【００２８】
各アングルワイヤの途中には、アングルワイヤが受ける摩擦抵抗を近似するため、パッド２３が両側からアングルワイヤを挟むように複数配設されている。また、弾性梁２０とアングルワイヤの角度を適切にし、弾性梁を容易に屈曲可能にするための、ガイド滑車２４が複数配設されている。各アングルワイヤの途中には変位を検出するための仮想的なマーク２６及び２７がつけられており、初期状態では、各マークは基準線２５上に位置している。
【００２９】
いま、図２（ａ）の状態では、スプロケット５が回動しておらず、各アングルワイヤに弛みはなく、弾性梁２０も真っ直ぐになっている。
ここで、スプロケット５を矢印Ｌの方向にθだけ回動させて、各アングルワイヤを変位させた場合の様子を図２（ｂ）に示す。スプロケット５の回動にともない、チェーン７を通じて第１のアングルワイヤ８がスプロケット５側に巻き取られる。この場合、スプロケット５の半径をｒとすると、ｒθの長さが巻き取られることになる。これにより、第１のアングルワイヤのマーク２６は基準線２５よりｒθだけ左側に変位する。
【００３０】
一方、第２のアングルワイヤ９は、スプロケット５の回動によってｒθだけスプロケット５より押し出される。しかし、アングルワイヤは可撓性をもつため、パッド２３で近似される周囲との摩擦によって途中で弛みを発生させる。この弛み量を△ｘとすると、第２のアングルワイヤのマーク２７は基準線２５より、ｒθ―△ｘしか右に変位しない。この弛み量△ｘは、アングルワイヤと周囲との摩擦を低減すれば軽減されるが、これは困難である。また、このときの弾性梁２０の先端２１の屈曲量をｈとする。
【００３１】
次に、スプロケット５を反転させて、矢印Ｒの方向に初期状態よりθだけ回動させ、各アングルワイヤを変位させたときの状態を図２（ｃ）に示す。この場合は、スプロケット５の回動に伴い、徐々に第２のアングルワイヤの弛みが解消されてゆくが、弛みが残っているうちは、第２のアングルワイヤには張力が発生しない。このため、弾性梁２０の屈曲を戻して逆方向に屈曲させてゆく力も、弾性梁２０の弾性力のみで第２のアングルワイヤの張力の寄与分がない。このため、アングルワイヤと周囲との摩擦にもよるが、この区間での弾性梁２０の屈曲は、第２のアングルワイヤに初めから弛みが無かった場合に比較して、かなり小さなものになる。通常では、アングルワイヤと周囲の摩擦が十分高いので、この区間では弾性梁２０は屈曲しない不感区間となっている。
【００３２】
さらに、スプロケット５を回動させてゆくと、第２のアングルワイヤの弛みも解消され、弾性梁２０は屈曲を開始する。スプロケット５が基準位置よりθだけ矢印Ｒの方向に変位した位置では、弾性梁２０は図２（ｂ）の時とは逆に下方向に屈曲しているが、この時の屈曲量ｈ'は、屈曲開始が遅れる分だけ少なくなり、ｈ'は図２（ｂ）の時の屈曲量ｈより小さくなる。
【００３３】
このように、一旦アングルワイヤに弛みが発生すると、この弛みにより、スプロケット５の回動に湾曲部４が追従して屈曲しない不感区間が発生する。このため、スプロケット５の回動動作と湾曲部４の屈曲はヒステリシスを有するようになり、スプロケットを逆方向に同量だけ回動させた場合でも、湾曲部４の屈曲は異なる量となる。
【００３４】
この様子を図３〜図５で説明する。
アングルワイヤの弛みは基準位置よりの変位量（基準位置より右、あるいは左にどの程度変位しているか）及び、変位運動の方向（右に変位中か、左に変位中か）に大きく関係する。しかし、内視鏡には複数のアングルワイヤが使用されているので、変位を説明するばあい、どのアングルワイヤの変位かをいちいち記述しなければならず繁雑である。一方、これらのアングルワイヤの変位はスプロケット５の回動に連動するので、アングルワイヤの変位量や変位方向を記述する場合、スプロケットの回動量や方向を代わりに記載すれば、アングルワイヤを特定する必要もなく、簡潔にアングルワイヤの変位状態を説明できる。このため、図３〜図５では、アングルワイヤの基準位置からの変位の代わりにスプロケットの基準位置よりの回動量を用い、アングルワイヤの変位方向の代わりにスプロケットの回動方向を用いて説明している。
【００３５】
図３で横軸はスプロケット５の基準位置よりの回動角度であり、左回り（反時計回り）方向の回動を正とし、右回り（時計回り）の回動を負としている。これは即ち、アングルワイヤの基準位置よりの変位量に対応する量である。縦軸はスプロケット５の回動速度であり、水平座標軸より上にあれば左回りに回動中であり、下にあれば右回りに回動中である。これは即ち、アングルワイヤの変位方向に対応している。
【００３６】
このように座標軸をとると、図３の象限▲１▼ではスプロケットは基準位置より左（正）に回動しており、回動運動の方向は左である。このため、第１のアングルワイヤ８は基準位置より左にあり、左に変位中である。第２のアングルワイヤ９は基準位置より右にあり、右に変位中である。
【００３７】
象限▲２▼では、スプロケットは基準位置より左に回動しており、回動運動の方向は右である。このため、第１のアングルワイヤ８は基準位置より左にあり、右に変位中である。第２のアングルワイヤ９は基準位置より右にあり、左に変位中である。
【００３８】
象限▲３▼では、スプロケットは基準位置より右に回動しており、回動運動の方向は右である。このため、第１のアングルワイヤ８は基準位置より右にあり、右に変位中である。第２のアングルワイヤ９は基準位置より左にあり、左に変位中である。
【００３９】
象限▲４▼では、スプロケットは基準位置より右に回動しており、回動運動の方向は左である。このため、第１のアングルワイヤ８は基準位置より右にあり、左に変位中である。第２のアングルワイヤ９は基準位置より左にあり、右に変位中である。
【００４０】
いま、スプロケット５を象限▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼の順に回動させてゆくとする。この様子を図４に示す。
まず、象限▲１▼では第２のアングルワイヤ９がスプロケット５より押し出されつつあるので、第２のアングルワイヤ９に弛みが蓄積されつつある。次に、スプロケット５の回動方向が反転し、象限▲２▼に移ると、第２のアングルワイヤ９の弛みが解消され、その後、第２のアングルワイヤに張力が発生する。各アングルワイヤの回動位置が基準位置を越えて、象限▲３▼に移ると、今度は第１のアングルワイヤ８がスプロケット５により押し出されるので、第１のアングルワイヤ８に弛みが蓄積されてゆく。そして、スプロケット５の回動方向が反転し、象限▲４▼に移ると、第１のアングルワイヤ８の弛みが解消され、その後、第１のアングルワイヤ８に張力が発生する。
【００４１】
上述したように、発生した弛みが解消するまでの区間は、スプロケット５の回動に湾曲部４の屈曲が追従しない不感区間となるので、図４の象限▲２▼及び象限▲４▼で不感区間が存在することになる。すなわち、基準位置よりある角度スプロケットを回動させ、その回動位置からスプロケット５を逆転させて基準位置まで戻すばあい、基準位置まで戻る区間で不感区間が存在し、内視鏡の操作性が悪化する。
【００４２】
図５は実際の内視鏡のスプロケットの操作に近づけるため、スプロケット５の回動を小刻みに切り換えた場合の説明図だが、図の▲２▼▲４▼の部分は内視鏡の操作性が悪化する区間である。このように、実際の内視鏡の操作において、頻繁に操作性が悪化する現象が発生している。
【００４３】
次に、本実施の形態におけるアングルワイヤの弛みの制御を説明する。
図６は本実施の形態の内視鏡各部における制御情報の流れを示すブロック図である。この図では、アングルワイヤの変位目標値情報を入力とし、この変位目標値情報にアンクルワイヤの実際の変位を近づけるべく、情報を帰還させて制御する様子を描いている。
【００４４】
操作者より与えられたアングルワイヤの変位目標値情報は入力ブロック１０１に入力され、加算器１０２、差分器１０３、補償器１０４、増幅器１０５を経由してモータの制御電圧情報としてモータブロック１０６に入力する。モータブロック１０６では、この情報からモータの回動によって回動角情報と回動トルク情報が発生し、スプロケット・チェーンブロック１０７に入力される。スプロケット・チェーンブロック１０７では、これらの情報から、スプロケット５の回動によりスプロケットに係合するチェーン７の張力情報と変位情報が発生し、内視鏡ブロック１０８に入力する。内視鏡ブロック１０８ではこれらの情報から、チェーン７と接続された第１及び第２のアングルワイヤが駆動され、第１のアングルワイヤの張力情報と、第２のアングルワイヤの張力情報と、湾曲部４先端の屈曲変位情報が発生する。
【００４５】
また、モータブロック１０６で発生した回動角情報は、アングルワイヤの基準位置からの変位を示す情報として、差分器１０３の減算入力側と状態判定ブロック１０９にも入力される。さらに系への入力である変位目標情報は、微分ブロック１１２で変位方向情報に変換され、変位方向の情報として状態判定ブロック１０９に入力される。このように、状態判定ブロック１０９には、アングルワイヤの基準位置からの変位を示す情報と、アングルワイヤの変位方向を示す情報が入力され、状態判定ブロックではこれらの情報から、図３で説明した象限のうち、現在どの象限にアングルワイヤがあるかを示す象限状態情報を発生する。
【００４６】
この象限状態情報と、内視鏡ブロック１０８で発生した、第１のアングルワイヤの張力情報と、第２のアングルワイヤの張力情報は張力補償ブロック１１０に入力される。張力補正ブロックではこれらの情報から、補償情報を発生させ、加算器１０２に入力することで帰還が完成する。
【００４７】
次に、状態判定ブロック１０９の処理の内容を説明する。まず、状態判定ブロック１０９でアングルワイヤの基準位置からの変位を示す情報と、アングルワイヤの変位方向を示す情報を用いて、図３で説明した象限のうち、現在どの象限にアングルワイヤがあるかを判断する。すなわち、図３の説明で記載したように、スプロケットの回動角θ、回動方向をθとすると、正なら左、負なら右であるので、
【数１】
0004436479.tif 000002
このように象限を判断し、象限状態情報を発生する。
【００４８】
つぎに、張力補償ブロック１１０の処理の内容を説明する。張力補償ブロック１１０では、次の式により補償情報である補正値を生成している。
0004436479.tif 000003
ここで、ＴＣは補正値、Ｔ１は第１のアングルワイヤの張力、Ｔ２は第２アングルワイヤの張力、Ｔｈはワイヤの弛みを判断するスレッシュホールド値である。Ｔｈは例えば２００ｇｆ程度に設定されている。
【００４９】
この式を説明する。例えば象限▲２▼は基準位置より左に振られたスプロケットが基準位置に戻って行く方向に移動する象限である。ここでは、始め第２のアングルワイヤには弛みがあり、それがスプロケットの回動により解消されてゆく。また、第１のアングルワイヤの張力Ｔ１は始めは強いが、変位が基準位置に近づくにつれて減少してゆく。このため、初期のＴ２＜Ｔｈの区間では、補正値ＴＣをＴ２−Ｔｈとしている。この場合ＴＣは負の値となるが、スプロケットは回動角θが減少する方向で回動中なので、負の補正値をとることは、より回動の速度を速める方向に補正することを意味する。また、Ｔ２がスプロケットの回動につれて増加し、Ｔ２＝Ｔｈとなった後は、ＴＣ＝０としている。
【００５０】
このＴＣは増幅器１１１で所定の倍率に増幅され、加算器１０２で変位目標値情報と加算され、差分器で１０３でモータの回動角情報との差分が取られて、補償器１０４に入力され、モータの制御電圧信号が生成される。補償器１０４への入力ＰＩＤは、
ＰＩＤ＝θｄ−θ＋ａ×ＴＣ
となる。但し、θｄは変位目標情報、θは回動角情報、ａは増幅器１１１の増幅率であり、
【００５１】
【数１】
0004436479.tif 000004
【００５２】
という一般的なＰＩＤフィルターを構成することも可能である。ここで、PはPゲイン、IはIゲイン、DはDゲインである。
この式より分かるように、象限▲１▼▲３▼では変位目標と現在の回動角情報の差に基づいてモータが制御されるが、象限▲２▼▲４▼ではアングルワイヤの張力に基づいた数値ａ×ＴＣだけ制御量が変化する。ＴＣは始め象限▲２▼では負、象限▲４▼では正であり、徐々に絶対値が減少して０になるので、モータの駆動速度が始めは速く、後半には通常の速度になるように制御される。このため、始めの速い動きの分、アングルワイヤの張力が速く回復し、アングルワイヤの弛みが早く解消される。
【００５３】
このように、本制御では、アングルワイヤの基準位置からの変位情報と、アングルワイヤの変位方向情報と、アングルワイヤの張力情報を用いて、補償情報を発生し、これを帰還させてアングルワイヤの張力を制御し、弛みを制御している。
【００５４】
なお、アングルワイヤの基準位置からの変位情報はロータリエンコーダ１０の出力を用いて検出し、アングルワイヤの変位方向情報は変位目標入力を微分して検出し、アングルワイヤの張力情報はテンションセンサー１３で検出することは上述した通りである。
【００５５】
本実施形態の制御結果を実測結果で説明する。
図７はスプロケット５を回動させて、象限▲１▼から、象限▲２▼、象限▲３▼、象限▲４▼と操作した場合の、各アングルワイヤに加わる張力の変化を示すものである。象限▲１▼において、スプロケットの回動を表わす曲線３１の変化にともなって、操作部２に近い部位の第1のアングルワイヤの張力曲線３２及び湾曲部４に近い部位の第１のアングルワイヤの張力曲線３３が上昇している。象限▲２▼に入ると第１のアングルワイヤの張力曲線３２・３３は初期に急激に減少し、その後徐々に減少している。これは、本実施形態の弛み制御をすることにより、象限▲２▼のの初期でモータが素早く駆動され、この結果、第１のアングルワイヤの張力が急激に変化しているものである。
同様に、象限▲３▼において、スプロケットの回動を表わす曲線３１の変化にともなって、操作部２に近い部位の第２のアングルワイヤの張力曲線３４及び湾曲部４に近い部位の第２のアングルワイヤの張力曲線３５が上昇している。象限▲４▼に入ると第２のアングルワイヤの張力曲線３４・３５は初期に急激に減少し、その後徐々に減少している。これも、本実施形態の弛み制御をすることにより、象限▲４▼の初期でモータが素早く駆動され、この結果、第２のアングルワイヤの張力が急激に変化しているものである。
【００５６】
なお、図７のグラフにおいて、波形の乱れ（小さなリップル）が見られるが、これはローパスフィルター等のレスポンスを緩和する手段を追加することにより改善可能である。例えば、図６のブロック図において、増幅器１１１の出力側と微分器１１２の出力側にローパスフィルタを挿入すれば、より好ましい特性が得られる。
【００５７】
図８はスプロケット５を回動させて、象限▲１▼から、象限▲２▼、象限▲３▼、象限▲４▼と操作した場合の、各アングルワイヤの変位位置を、本実施形態の制御をした場合と制御をしなかった場合で比較した図である。湾曲部４はアングルワイヤに引っ張られて屈曲するため、張力を持っている方のアングルワイヤの変位量と湾曲部４の屈曲量は対応している。このため、象限▲１▼と▲２▼では第１のアングルワイヤの変位量が、象限▲３▼と▲４▼では第２のアングルワイヤの変位量が湾曲部４の屈曲に対応する。
【００５８】
制御を実施しなかった場合は、象限▲１▼でスプロケット５の回動を示す曲線４１とともに第１のアングルワイヤの変位曲線４２が上昇している。しかし、象限▲２▼に入るとスプロケット５の回動を示す曲線４１の減少するタイミングより、第１のアングルワイヤの変位曲線４２が減少するタイミングが遅れてる。また、象限▲３▼でスプロケット５の回動を示す曲線４１とともに第２のアングルワイヤの変位曲線４２が減少している。しかし、象限▲４▼に入るとスプロケット５の回動を示す曲線４１の上昇するタイミングより、第２のアングルワイヤの変位曲線４３が上昇するタイミングが遅れてる。このように、制御を実施していない場合には、スプロケット５の回動の反転のタイミングと、張力をもつ方のアングルワイヤ（象限▲１▼▲２▼では第１、象限▲３▼▲４▼では第２）の変位の反転のタイミングがずれている。
【００５９】
制御を実施した場合には、スプロケット５の回動を示す曲線４１の反転のタイミングに合わせて、第１のアングルワイヤの変位曲線４４の反転のタイミングや第２のアングルワイヤの変位曲線４５の反転のタイミングが来ている。
【００６０】
これより、内視鏡の応答性が改善され、スプロケット５の回動運動に湾曲部４の屈曲運動がレスポンス良く追従するようになったことが判る。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態はアングルワイヤの変位情報と変位方向情報と張力情報を用いて、アングルワイヤの弛みを制御しているが、本第２の実施の形態は、アングルワイヤの張力情報は用いていないことを特徴とする。
【００６１】
本実施の形態は、アングルワイヤの張力情報を用いない点のみが第１の実施の形態と異なり、他の点は同様であるので、以下の説明では、重複部分の説明を省略し、差異の部分のみ説明する。
【００６２】
図９は本実施の形態の内視鏡の説明図である。図１に比較して、テンションセンサーが無い点のみが異なっており、後は同様である。
図１０は本実施の形態の内視鏡各部における制御情報の流れを示すブロック図である。図６に比較して、内視鏡ブロック１０８よりの各アングルワイヤの張力情報を示す矢印が無い点が異なり、後は同様である。
【００６３】
本実施の形態では張力補償ブロック１１０の作用のみが異なっているので、この点を説明する。
アングルワイヤの弛みを制御するには、現在の弛みの状態を推定し、弛みが多い状態ではスプロケットを素早く回動させて弛みを速く巻き取り、弛みが無い状態ではスプロケットを遅く回動させて、前に速く回動させた分とバランスをとる必要がある。このように弛みの状態を推定するには張力を使う方法もあるが、アングルワイヤの変位情報と変位方向情報を用いても推定することができる。本実施の形態においては、張力補償ブロック１１０は、次の式により補償情報である補正値ＴＣを生成している。
【００６４】
象限▲２▼▲４▼において
【００６５】
【数２】
0004436479.tif 000005
【００６６】
上記以外の象限      ＴＣ＝０
θはロータリエンコーダ１０で測定される基準位置よりのモータの回動量であり、アングルワイヤの変位量に対応する。また、Tは張力補償量の減衰率を決める量、ｔは判定▲２▼▲４▼によって張力補償が行なわれている経過時間を示す。
【００６７】
この式においては、象限▲２▼▲４▼においてモータの回動がまだ大きい区間では、まだアングルワイヤの変位量も大きく、蓄積された弛みも大きいので、補正値ＴＣが大きな値をとるようになっている。また、象限が切り換ってからの時間が経過するとともに、モータが回動して基準位置に近づくにつれ、補正量ＴＣはゼロに漸近してゆくことになる。
【００６８】
この補償値ＴＣを用いて、補償器１０４への入力ＰＩＤを
ＰＩＤ＝θｄ−θ＋ａ×ＴＣ
としているのは、第１の実施の形態を同じである。但し、θｄは変位目標情報、θは回動角情報、ａは増幅器１１１の増幅率である。
【００６９】
本実施の形態では、テンションセンサーを不要にして構成したので、部品数の削減、調整の簡易化等に優れたものである。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。第３の実施の形態はアングルワイヤの変位情報と変位方向情報と張力情報を用いてアングルワイヤの弛みを制御しているが、この際、張力は所定の張力以上か以下かを検出するスイッチで2値的に測定するにとどまり、構成の簡易化を図っている。
【００７０】
本実施の形態は、アングルワイヤのアナログ張力情報を用いない点のみが第１の実施の形態と異なり、他の点は同様であるので、以下の説明では、重複部分の説明を省略し、差異の部分のみ説明する。
【００７１】
内視鏡の説明図は、第１の実施形態と同様に図１で表わされるが、テンションセンサー１３がテンションスイッチである点が異なっている。
内視鏡各部における制御情報の流れを示すブロック図は、第１の実施の形態と同様に図６で表わされるが、張力情報の矢印の中身が２値である点が異なっている。
【００７２】
図１１は本実施の形態における、テンションスイッチを示している。構造としては、アングルワイヤを一方より２つ、他方より１つの滑車５１で挟み込み、この他方よりの１つ滑車５１がアングルワイヤへの垂線方向に移動可能であり、アングルワイヤに押し付く方向に付勢されている。この移動可能な１つの滑車の移動経路中にリミットスイッチ５２を設け、アングルワイヤに加わる張力が所定の値以上の場合は、滑車５１が移動して、このリミットスイッチ５２が押下されるように構成されている。このようなテンションスイッチを用いて、アングルワイヤの張力の所定の値、例えば４００ｇｆ以上になったことを検出することができる。
【００７３】
このテンションスイッチよりの情報を用いて、以下のように補償値ＴＣを作成している。
0004436479.tif 000006
ここで、ｋは予め決めておいた値であり、良好な特性がえられるように実験的に求めたものである。また、テンションスイッチが入る張力も実験的に求められている。
【００７４】
本実施の形態は他の点では第１の実施の形態を同様である。
本実施の形態においては、テンションスイッチのオン・オフで簡易に制御しているので、回路が簡易化できる。また、テンションセンサーの調整等が不要になり、メンテナンスが容易となる。
【００７５】
上記各実施の形態では、アングルワイヤの変位を検出するのに、モータ１１の回動量をエンコーダ１０で検出し、これよりギヤヘッド１２の変速比を考慮してスプロケット５の回動量を計算し、これをスプロケット５の半径ｒを考慮してアングルワイヤの変位量にしている。しかし、アングルワイヤの変位を直接検出してもよいのはもちろんである。例えば、アングルワイヤの表面に反射率の異なる縞模様を周期的につけ、この縞模様に光を照射し、反射光の強度変化を検出すれば、変位方向が既知ならアングルワイヤの変位を検出することができる。また、ラックピニオン的な機構をアングルワイヤに設けて、アングルワイヤの直線運動を回転運動に変換し、ロータリエンコーダで検出してもよい。
【００７６】
また、図１２に示すように、スプロケット５にポテンショメータ５３を取付け、より精密に測定するように構成してもよい。また、ポテンショメータを絶対値型にして、パワーシャットダウン後もゼロ点を失わないように構成することも可能である。
【００７７】
また、テンションセンサーは、圧力スイッチ・テンションアーム・ピエゾ圧電素子・歪みゲージ等を用いて構成可能であり、さらには、モータの電流値より推定してもよい。
【００７８】
上記各実施の形態では、アングルワイヤの変位目標情報よりアングルワイヤの変位方向を判断し検出している。しかし、変位検出手段で検出したアングルワイヤの変位量を微分して変位速度を求め、変位方向を検出してもよい。
【００７９】
また、上記各実施の形態では、アングルワイヤの変位量と変位方向で象限を４つに区分して、各象限に応じて制御を切り換えたが、これに限定されず、より細かな条件を設けてアングルワイヤの弛みを精密に制御してもよいことはもちろんである。また、この際、アングルワイヤの変位速度や変位加速度など、他のパラメータを追加してもよい。
【００８０】
さらに、スプロケットはアングルノブで手動によって回動させ、弛み調整用にモータで回動動作を補助させてもよい。
本発明には以下の構成も含まれる。
（付記１）  湾曲部を有する可橈管と、
上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤと、
上記アングルワイヤを駆動する駆動手段とを具備する内視鏡において、
上記アングルワイヤの弛みを制御する弛み制御手段をさらに具備することを特徴とする内視鏡。
【００８１】
この構成においては、湾曲部をアングルワイヤで駆動する場合に、アングルワイヤの弛みが制御される。これによって操作性の優れた内視鏡が提供できる。
（付記２）  湾曲部を有する可橈管と、
上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤと、
上記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、
上記アングルワイヤの基準位置からの変位を検出する変位検出手段と、
上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位方向検出手段と、
上記変位検出手段と上記変位方向検出手段の出力を用いて、上記アングルワイヤの弛みを制御する弛み制御手段とを具備することを特徴とする内視鏡
この構成においては、湾曲部をアングルワイヤで駆動する場合に、アングルワイヤの基準位置からの変位と変位方向を検出して、変位と変位方向をもとにアングルワイヤの弛みが制御される。これによって操作性の優れた内視鏡が提供できる。
（付記３）  湾曲部を有する可橈管と、
上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤと、
上記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、
上記アングルワイヤの張力を検出する張力検出手段と、
上記アングルワイヤの基準位置からの変位を検出する変位検出手段と、
上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位方向検出手段と、
上記張力検出手段と上記変位検出手段と上記変位方向検出手段の出力を用いて、上記アングルワイヤの弛みを制御する弛み制御手段とを具備することを特徴とする内視鏡。
【００８２】
この構成においては、操作部をアングルワイヤで駆動する場合にアングルワイヤの張力と基準位置からの変位と変位方向を検出して、張力と変位と変位方向をもとにアングルワイヤの弛みが制御される。これによって操作性の優れた内視鏡が提供できる。
（付記４）  湾曲部を有する可橈管と、
上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤと、
上記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、
上記アングルワイヤの基準位置からの変位を検出する変位検出手段と、
上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位方向検出手段と、
上記駆動手段を制御する駆動制御手段とを具備し、
上記駆動制御手段は、上記変位検出手段と上記変位方向検出手段の出力が所定の条件を満足した場合とそれ以外の場合では、異なる制御をすることを特徴とする内視鏡。
【００８３】
この構成においては、操作部をアングルワイヤで駆動する場合にアングルワイヤの基準位置からの変位と変位方向を検出して、変位と変位方向が所定の条件を満足した場合とそれ以外の場合ではアングルワイヤの駆動が異なるように制御される。これによって操作性の優れた内視鏡が提供できる。
（付記５）  湾曲部を有する可橈管と、
上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤと、
上記アングルワイヤの駆動指令を発生させる操作手段と、
上記操作手段の駆動指令に従って上記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、
上記アングルワイヤの張力を検出する張力検出手段と、
上記アングルワイヤの基準位置からの変位を検出する変位検出手段と、
上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位方向検出手段と、
上記駆動手段を制御する駆動制御手段とを具備し、
上記駆動制御手段は、上記変位検出手段と上記変位方向検出手段の出力が所定の条件を満足した場合は、上記駆動指令による変位目標と上記張力検出手段の出力と上記変位検出手段の出力と上記変位方向検出手段の出力に基づいて制御し、それ以外の場合では、上記駆動指令による変位目標と上記変位検出手段の出力に基づいて制御をすることを特徴とする内視鏡。
【００８４】
この構成においては、操作部をアングルワイヤで駆動する場合にアングルワイヤの張力と基準位置からの変位と変位方向を検出して、変位と変位方向が所定の条件を満足した場合に変位目標と張力と変位と変位方向に基づいてアングルワイヤの駆動を制御し、それ以外の場合では変位目標と変位に基づいてアングルワイヤの駆動が制御される。これによって操作性の優れた内視鏡が提供できる。
【００８５】
（付記６）  湾曲部を有する可橈管と、
上記可橈管に配設され、上記湾曲部の湾曲操作を行なうアングルワイヤと、
上記アングルワイヤの駆動指令を発生させる操作手段と、
上記操作手段の駆動指令に従って上記アングルワイヤを駆動する駆動手段と、
上記アングルワイヤの張力を検出する張力検出手段と、
上記アングルワイヤの基準位置からの変位を検出する変位検出手段と、
上記アングルワイヤの変位方向を検出する変位方向検出手段と、
上記駆動手段を制御する駆動制御手段とを具備し、
上記駆動制御手段は、上記変位検出手段と上記変位方向検出手段の出力より、変位が基準位置に近づくように変化していれば上記駆動指令による変位目標と上記張力検出手段の出力と上記変位検出手段の出力と上記変位方向検出手段の出力に基づいて制御をし、変位が基準位置から遠ざかるように変化していれば上記駆動指令による変位目標と上記変位検出手段の出力に基づいて制御をすることを特徴とする内視鏡。
【００８６】
この構成においては、操作部をアングルワイヤで駆動する場合にアングルワイヤの張力と基準位置からの変位と変位方向を検出して、変位と変位方向より変位が基準位置に近づくように変化してれば変位目標と張力と変位と変位方向に基づいてアングルワイヤの駆動を制御し、変位が基準位置から遠ざかるように変化していれば変位目標と変位に基づいてアングルワイヤの駆動が制御される。これによって操作性の優れた内視鏡が提供できる。（付記７）  上記張力制御手段または駆動制御手段は、レスポンスを緩和する緩和手段をさらに具備することを特徴とする付記１から付記６の何れかに記載の内視鏡。
【００８７】
この構成においては、付記１〜付記６記載の内視鏡において、さらに特性が優れた制御ができる。
（付記８）  内視鏡のアングルワイヤの駆動を制御する方法であり、
アングルワイヤの駆動指令を発生し、
アングルワイヤの基準位置からの変位を検出し、
アングルワイヤの変位方向を検出し、
上記駆動指定に従って、上記変位と変位方向に基づいてアングルワイヤの弛みを抑制するようにアングルワイヤを駆動する
ことを特徴とする内視鏡のアングルワイヤ駆動方法。
【００８８】
この方法によれば、操作性のよい、内視鏡のアングルワイヤの駆動方法を提供できる。（付記９）  内視鏡のアングルワイヤの駆動を制御する方法であり、
アングルワイヤの駆動指令を発生し、
アングルワイヤの張力を検出し、
アングルワイヤの基準位置からの変位を検出し、
アングルワイヤの変位方向を検出し、
上記駆動指定に従って、上記張力と上記変位と変位方向に基づいてアングルワイヤの弛みを抑制するようにアングルワイヤを駆動する
ことを特徴とする内視鏡のアングルワイヤ駆動方法。
【００８９】
この方法によれば、操作性のよい、内視鏡のアングルワイヤの駆動方法を提供できる。
【発明の効果】
本発明の内視鏡及びアングルワイヤの駆動方法によれば、操作性に優れた内視鏡及びアングルワイヤの駆動方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１および第３の実施の形態の内視鏡を説明する模式図である。
【図２】アングルワイヤの弛みの発生を説明する模式図である。
【図３】アングルワイヤの基準位置よりの変位と変位方向の区分を説明する図である。
【図４】アングルワイヤの変位と変位方向の切り換えを説明する図である。
【図５】アングルワイヤの変位と変位方向の実際場面での切り換えを説明する図である。
【図６】本発明の第１および第３の実施の形態における制御情報の流れを示すブロック図である。
【図７】スプロケットの回動にともなうアングルワイヤの張力の変化を示す実験結果の図である。
【図８】スプロケットの回動にともなうアングルワイヤの変位の応答について、本発明の制御をしない場合とした場合を比較した実験結果の図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の内視鏡を説明する模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における制御情報の流れを示すブロック図である。
【図１１】テンションスイッチの構造を説明する図である。
【図１２】ポテンショメータの取付けを説明する図である。
【図１３】従来技術の内視鏡を説明する図である。
【符号の説明】
１      内視鏡
２      操作部
３      蛇管
４      湾曲部
５      スプロケット
７      チェーン
８      第１のアングルワイヤ
９      第２のアングルワイヤ
１０    ポテンショメータ
１１    モータ
１３    テンションメータ
【図１】
0004436479.tif 000007
【図２】
0004436479.tif 000008
【図３】
0004436479.tif 000009
【図４】
0004436479.tif 000010
【図５】
0004436479.tif 000011
【図６】
0004436479.tif 000012
【図７】
0004436479.tif 000013
【図８】
0004436479.tif 000014
【図９】
0004436479.tif 000015
【図１０】
0004436479.tif 000016
【図１１】
0004436479.tif 000017
【図１２】
0004436479.tif 000018
【図１３】
0004436479.tif 000019