内窥镜的制作方法

专利名称：内窥镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用致动器来构成弯曲部的内窥镜，所述致动器使用了 对应于驱动电压的施加进行伸縮的导电性高分子部件。
背景技术：
以往，内窥镜在医疗领域、工业领域等中广泛使用。内窥镜例如在 医疗领域中，在对作为患部的活体的体腔的部位、组织等进行各种处置 时使用。
在使用内窥镜对患部进行各种处置的情况下，为了能够使手术者可 靠地进行各种处置，在内窥镜的弯曲部中设有通过使弯曲部进行弯曲动 作，而使弯曲部的前端部朝向期望的部位的机构。作为具有所述机构的
内窥镜，例如有在日本特开2003-38418号公报中提出的内窥镜。
所述日本特开2003-38418号公报中提出的内窥镜所具有的弯曲部具 有以下结构该弯曲部具有多个弯曲块，通过设置在内窥镜操作部上的 弯曲部操作旋钮的操作，使弯曲用线进退移动，从而其形状发生变化。
为了实现该结构，需要在操作部、插入部和弯曲部上设置由电动机、 弯曲块和弯曲用线等构成的弯曲机构。但是，由于在内窥镜中设置所述 弯曲机构，内窥镜本身重量化，其结果是，增大手术者进行长时间连续 使用内窥镜的处置时的肉体上的负担。
另一方面，例如在美国专利申请公开2003/0006669号公报中公开了，
将在薄板状的导电性高分子的对置的两面设置有电极的部件巻绕成圆筒 形状，来形成辊状导电性高分子部件，通过对对置的电极施加电压，能 够使其在厚度方向上伸縮，能够使设有电极的部分弯曲。
并且，公开了在该辊状导电性高分子部件的内侧内设有螺旋状弹簧， 确保了形状复原功能的导电性高分子致动器。
该导电性高分子致动器在应用于内窥镜的弯曲部的情况下，能够使 弯曲机构轻量化来提高操作性。
并且，如果能够进一步提高响应性，则操作性可进一步提高。

发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够提高用 于使弯曲部的形状变化的操作性，并且能够提高响应性的内窥镜。
本发明的内窥镜在插入部中设有弯曲部，其特征在于，该内窥镜具 备致动器，其使用了使所述弯曲部根据驱动电压的施加而伸縮的导电 性高分子部件；弯曲指示操作单元，其对所述致动器进行从基准方向向 任意方向弯曲的弯曲方向的指示操作；以及控制单元，其在检测出所述 弯曲指示操作单元进行的所述弯曲方向的指示操作后，在检测到向所述 基准方向返回的方向的指示操作时，进行下述控制相对于所述致动器 产生使其向所述返回的方向弯曲的驱动电压。


图1是具有本发明的内窥镜系统的概略结构图。
图2是示出第1实施方式的内窥镜的详细结构的整体图。
图3是示出内窥镜系统控制装置和AWS单元的内部结构以及镜体连
接器的连接部的结构的图。
图4是示出内窥镜的插入部的前端侧的内部结构的纵剖面图。 图5是沿图4中的A-A线的剖面图。
图6是示出第1实施方式中的弯曲控制机构的概略结构的框图。
图7是示出图6的更具体的结构的框图。
图8是示出图7的更具体的结构的框图。
图9是图6的弯曲控制机构的动作说明的时序图。
图IOA和图10B是将改善了第1实施方式的响应性的情况的动作与
未改善的情况进行比较来表示的说明图，图IOA是示出改善了第1实施
方式的响应性的情况的说明图。
图10B是示出未改善第1实施方式的响应性的情况的说明图。 图11是第1实施方式的动作的流程图。
图12是示出变形例中的EPAM致动器的一部分的剖面图。 图13是示出本发明第2实施方式的内窥镜的插入部的前端侧的内部 结构的纵剖面图。
具体实施例方式
下面，参照

本发明的实施方式。 (第1实施方式)
图1 图12涉及本发明的第1实施方式，图1示出具有本发明的第 1实施方式的内窥镜系统的概略结构，图2示出第1实施方式的内窥镜的 整体结构，图3示出内窥镜系统控制装置和AWS单元的内部结构以及镜 体连接器的连接部的结构，图4示出插入部的前端侧的内部结构，图5 示出沿图4中的A-A线的剖面结构。
并且，图6示出第1实施方式中的弯曲控制机构部分的概略结构， 图7示出图6的更详细的结构，图8示出图7的具体结构，图9示出图6 的弯曲控制机构的动作说明的时序，图IOA和图10B示出对改善了第1 实施方式的响应性的情况的动作和未改善的情况进行比较来表示的说明 图，图IOA示出改善了第1实施方式的响应性的情况，图10B示出未改 善第1实施方式的响应性的情况，图11示出第1实施方式的动作的流程， 图12示出变形例中的EPAM致动器的一部分。
如图1所示，具备本发明的第1实施方式的内窥镜系统1具有第 l实施方式的软性的内窥镜(也称为镜体)3，其插入到躺在检查床2上 未图示的患者的体腔内，进行内窥镜检查；送气/送水/抽吸单元(以下简 称为AWS单元)4，其与该内窥镜3连接，具有送气、送水以及抽吸功 能；内窥镜系统控制装置5，其进行对内置于内窥镜3的摄像元件的信号 处理、对设置在内窥镜3上的各种操作单元的控制处理和影像处理等； 以及液晶监视器等观察监视器6，其显示由该内窥镜系统控制装置5生成 的影像信号。另外，在该观察监视器6上设有触摸面板33。
并且，该内窥镜系统1具有图像记录单元7，其对由内窥镜系统 控制装置5生成的例如数字影像信号进行整理等；以及UPD线圈单元8，
其与AWS单元4连接，在内窥镜3的插入部内内置有形状检测用线圈(以 下简称为UPD线圈)的情况下，用于通过该UPD线圈接收电磁场等， 检测各UPD线圈的位置，显示内窥镜3的插入部的形状。
在图1的情况下，UPD线圈单元8设置成埋入检查床2的上表面。 而且，该UPD线圈单元8通过电缆8a与AWS单元4连接。
并且，在第1实施方式中，在检查床2的长度方向的一个端部及其 下部的位置上形成有收纳用凹部，能够收纳托盘搬运用推车(trolley) 38。 在该托盘搬运用推车38的上部载置有收纳水密结构的内窥镜3的镜体托 盘39。
而且，能够利用托盘搬运用推车38搬运收纳了已灭菌或消毒的内窥 镜3的镜体托盘39，并能够将其收纳在检查床2的收纳用凹部中。手术 者能够从镜体托盘39取出内窥镜3用于内窥镜检査，并且在内窥镜检查 结束后再收纳到该镜体托盘39中即可。然后，利用托盘搬运用推车38 来搬运收纳了使用后的内窥镜3的镜体托盘39，由此也能够顺利地进行 灭菌或消毒。
并且，在第l实施方式中，图1所示的AWS单元4和内窥镜系统控 制装置5以无线的方式进行信息(数据)的收发。另外，在图1中，内 窥镜3通过管道单元19与AWS单元4连接，如后所述那样以无线的方 式进行信息(数据)的收发(双向的传送)。并且，内窥镜系统控制装置 5也以无线的方式与内窥镜3和AWS单元4进行信息的收发。
并且，如图1所示，第1实施方式的内窥镜3由内窥镜主体18和管 道单元19构成，该管道单元19例如为用后即丢类型(一次性类型)，装 卸自如地与该内窥镜主体18连接。
内窥镜主体18具有插入到体腔内的细长且软性的插入部21;以 及设置在该插入部21的后端的操作部22，管道单元19的基端装卸自如 地连接在该操作部22上。
并且，在插入部21的前端部24中，作为摄像元件，配置有使用了 在摄像元件内部使增益(gain)可变的电荷耦合器件(简称为CCD) 25 的摄像单元。
并且，在前端部24的后端设有以低力量就能够弯曲的弯曲部27， 通过操作设置在操作部22上的作为弯曲量指示单元81 (参照图6)的跟 踪球(trackball) 69，能够使弯曲部27弯曲。该跟踪球69也在进行角度 操作(弯曲操作)和其他镜体开关的功能的变更设定，例如角度灵敏度、 送气量的设定等时使用。
并且，在插入部21的多个部位形成有设有硬度可变的硬度可变用致 动器(actuator) 54A、 54B的硬度可变部，能够更顺畅地进行插入操作等。
在第1实施方式中，例如如图3所示，AWS单元4和内窥镜系统控 制装置5通过无线的收发单元177、 101进行数据的收发。并且，观察监 视器6通过监视器电缆与内窥镜系统控制装置5的监视器用连接器35连 接。
另外，内窥镜系统控制装置5具有电源单元100;由该电源单元
100供给电力的收发单元101;进行图像处理的图像处理单元116;以及
进行系统整体的控制的系统控制单元117，收发单元101与天线部101a 连接。
并且，AWS单元4具有电源单元175;由该电源单元175供给电 力的收发单元177; UPD单元176，其生成使用UPD线圈单元8检测出 的内窥镜3的插入部形状(UPD图像)的图像数据；以及进行AWS控 制的AWS单元66，收发单元177与天线部177a连接。
而且，如后所述，由CCD 25拍摄的图像数据从内窥镜3发送到内 窥镜系统控制装置5，并且UPD图像的图像数据从AWS单元4发送到 内窥镜系统控制装置5。从而，内窥镜系统控制装置5将与这些图像数据 对应的影像信号发送到观察监视器6， UPD图像也能够与内窥镜图像一 起显示在其显示面上。
观察监视器6为了能够这样将多种图像同时显示在其显示面上，而 利用高分辨率TV (HDTV)的监视器构成。
并且，如图1所示，例如在AWS单元4上设有镜体连接器40。而
且，内窥镜3的镜体连接器41装卸自如地与该镜体连接器40连接。
在该情况下，AWS单元4侧的镜体连接器40具有如下结构的AWS 适配器(adapter) 42:如第1实施方式的内窥镜3所示，该AWS适配器 42能够与仅设有管路的管道单元19的端部的连接器41连接，并且还能 够与在管道单元19内贯穿有信号线的情况下的连接器(省略图示)连接 (参照图3)。
接着，参照图2说明本发明的第1实施方式的内窥镜3的具体结构。 在图1中说明了其概略结构，软性的内窥镜3由内窥镜主体18和用 后即丢类型(简称为一次性类型)的管道单元19构成，该内窥镜主体18 具有细长且软性的插入部21和设置在该插入部21的后端的操作部22， 该管道单元19的基端的连接器部52装卸自如地连接在设置于该内窥镜 主体18中的操作部22的基端(前端)附近的管道单元连接用的连接器 部51上。
在该管道单元19的末端设有装卸自如地与AWS单元4连接的上述 的镜体连接器41。
插入部21由以下部分构成设置在该插入部21前端的硬质的前端 部24;设置在该前端部24的后端的弯曲自如的弯曲部27;以及从该弯 曲部27的后端到操作部22的细长的软性部(蛇管部)53。
在该软性部53的中途的多个部位、具体而言在2个部位设有硬度可 变用致动器54A、 54B，该硬度可变用致动器54A、 54B由通过施加电压 而伸縮、并能够改变硬度的导电性高分子人工肌肉(简称为EPAM)等 形成。
在设置于插入部21的前端部24中的照明窗的内侧安装有例如发光 二极管(简称为LED) 56作为照明单元，该LED 56的照明光经由一体 地安装在该LED 56上的照明透镜向前方射出，对患部等的被摄体进行照 明。另外，作为形成照明单元的发光元件，不限于LED56，也可以使用 LD (激光二极管)等形成。
并且，在与该照明窗邻接设置的观察窗上安装有物镜，在其成像位 置配置有内置了增益可变功能的CCD 25，形成对被摄体进行拍摄的摄像 单元。
一端分别与LED 56和CCD 25连接并贯穿插入部21内的信号线设 置在操作部22内部，与进行集中控制处理(汇集控制处理)的集中控制 电路57连接。
并且，在插入部21内沿其长度方向以预定间隔配置多个UPD线圈 58，与各UPD线圈58连接的信号线经由设置在操作部22内的UPD线 圈驱动单元59，与集中控制电路57连接。
并且，在弯曲部27的外皮内侧的周方向的4个部位配置有作为角度 元件(弯曲元件)的EPAM致动器28，该EPAM致动器28在其长度方 向上配置EPAM而形成。并且，该EPAM致动器28以及硬度可变用致动 器54A、 54B也分别经由信号线与集中控制电路57连接。
在集中控制电路57内设置有后述的进行弯曲控制的弯曲控制机构70。
EPAM致动器28以及硬度可变用致动器54A、 54B所使用的EPAM 例如通过在板形状的两面安装电极并对其施加电压，从而能够在厚度方 向上收縮，在长度方向上伸长。另外，该EPAM例如能够与所施加的电 压的大致平方成比例地改变变形量。
通过EPAM的伸长或收縮，能够使其硬度可变，在硬度可变用致动 器54A、 54B中，利用该功能，能够使该部分的硬度可变。
并且，在插入部21内贯穿有送气送水管路60a和抽吸管路61a，其 后端成为在操作部22的前端附近开口的连接器部51。而且，在该连接器 部51上装卸自如地连接有设置在管道单元19的基端的连接器部52。
而且，送气送水管路60a与贯穿于管道单元19内的送气送水管路60b 连接。抽吸管路61a与贯穿于管道单元19内的抽吸管路61b连接，并且 在连接器部52内分支而向外部开口，与可插入钳子等处置器械的插入口 (也称为钳子口 )62连通。该钳子口 62在不使用时通过钳子塞62a封闭。
这些送气送水管路60b和抽吸管路61b的后端在镜体连接器41中成 为送气送水接头63和抽吸接头64。
送气送水接头63和抽吸接头64分别与图3所示的AWS适配器42
10
的送气送水接头和抽吸接头连接。而且，在该AWS适配器42的内部，
送气送水接头分支为送气管路和送水管路，送气管路通过插装电磁阀Bl 而与AWS单元4内部的送气用泵65连接，送水管路与送水罐48连接。 并且，该送水罐48也在中途经由电磁阀B2而与送气用泵65连接。
送气用泵65、电磁阀Bl和B2通过控制线(驱动线)与AWS控制 单元66连接，由该AWS控制单元66控制开闭，能够进行送气和送水。 另外，AWS控制单元66通过夹管阀(pinch valve) 45的开闭控制，也能 够进行抽吸的动作控制。
如图1和图2所示，在内窥镜主体18的操作部22中设有供手术者 把持的把持部68。在本实施方式中，如图1所示，该把持部68由操作部 22中(插入部21侧的相反侧)的后端(基端)附近的、例如圆筒体形状 的侧面部分形成。
在该把持部68上，在包含该把持部68的周边部，沿把持部68的长 度方向的轴设有进行释放、定格等远程控制操作(简记为遥控操作)的 例如3个镜体开关SW1、 SW2、 SW3，它们分别与集中控制电路57 (参 照图2)连接。
进而，设置于把持部68 (或操作部22)的后端(基端)的基端面(通 常如图1或图2所示，由于基端侧设定在上面，用于内窥镜检查，所以 也称为上端面)Sa为倾斜面，在与设有镜体开关SW1、 SW2、 SW3的位 置成为相反侧的倾斜面上设有防水结构的跟踪球69，该跟踪球69用于进 行角度操作(弯曲操作)，或从角度操作进行切换来进行其他遥控操作的 设定等。另外，该情况下的防水结构实际为如下结构旋转自如地保持 跟踪球69，并利用防水膜覆盖检测其旋转量的编码器侧，将跟踪球69旋 转自如地保持在编码器的外侧。
并且，在倾斜面上的跟踪球69的两侧，左右对称地配置有送气送水 开关SW4、抽吸开关SW5。
该跟踪球69和镜体开关SW4、 SW5也与集中控制电路57连接。
并且，如图2所示，本实施方式的内窥镜3例如在操作部22的后端 附近的内部设有天线部141，通过该天线部141进行信号数据的收发，并
且，在操作部22内设置有电池151、与该电池151连接的充电电路152 和非接触充电用线圈153。
因此，第1实施方式的操作部22的连接器部51仅通过由送气送水 连接器和抽吸连接器构成的管路连接器部形成。
而且，在第1实施方式的内窥镜主体18上装卸自如地连接的管道单 元19，无需使现有的通用电缆所需的信号线贯穿其中，而成为仅贯穿有 送气送水管路60b和抽吸管路61b的管路管道的结构。
上述电池151由锂电池等的可充电的二次电池构成，该电池151经 由充电电路152与内置于接近操作部22的外表面的部分的水密结构的非 接触充电用线圈153连接。而且，在内置有该非接触充电用线圈153的 部分的外表面上，对置配置有设置在外部的充电装置上的未图示的非接 触供电用线圈，通过对该非接触供电用线圈供给交流电流，能够对电池 151进行充电。
艮口，通过对配置于操作部22的外表面侧的非接触供电用线圈供给交 流电力，从而能够通过电磁耦合以非接触的方式对操作部22内部的非接 触充电用线圈153传递交流电力。该交流电力还由充电电路152转换为 对电池151进行充电的直流电压，供给到电池151，电池151被充电。
在第1实施方式中，由于采用LED56作为照明单元，所以与使用灯 的情况相比，能够大大降低电力消耗，并且由于采用(内置有增益可变 功能的)超高灵敏度的CCD 25作为摄像元件，所以即使在照明光量小的 状态下，也能够获得S/N良好的明亮的图像。
因此，即使在采用电池151的情况下，也能够在比现有例长得多的 时间下，进行内窥镜检査。并且，电池151与现有例的情况相比，也能 够采用小型、轻量的电池，能够使操作部22轻量化，确保良好的操作性。
根据第l实施方式，管道单元19仅由管路系统构成，成为更加适合 于用后即丢类型的结构。并且，在重复利用(再利用)的情况下，由于 管道单元19内没有电线，所以也易于重复利用。
并且，在不使用管路系统的情况下，也能够从内窥镜主体18取下管 道单元19来使用。即，在该情况下，由于能够不需要管道单元19，所以 能够消除管道单元19对操作的妨碍，能够提高操作性。并且，由于能够 使内窥镜主体18的管路系统变短，所以能够用短时间进行清洗等。
这样，内窥镜主体18与仅贯穿有管路系统的管道单元19装卸自如，
构成为提高了操作性和清洗性的结构。
图4示出第1实施方式的内窥镜3的前端侧的内部结构，图5示出 沿图4的A-A线的剖面。在插入部21的前端部24中，例如在其中央附 近设置的观察窗中安装有物镜23，在其成像位置配置有CCD 25。
并且，在与该观察窗邻接的例如2个部位设置的照明窗中，与透镜 一体地安装有作为照明单元的例如发出白色光的LED56。除此之外，与 观察窗邻接地设置有送气送水管路60b和抽吸管路61b。
形成弯曲部27的外皮的、具有适度弹性的橡胶管道71的前端紧固 在该前端部24的后端，该橡胶管道71的后端与软性部53的外皮管道72 的前端连接。
在该橡胶管道71的内侧配置有圆筒形状的EPAM致动器28。该圆 筒形状的EPAM致动器28的前端紧固在前端部24上，并且，EPAM致 动器28的后端嵌入并紧固在外皮管道72前端的凹部内。
该圆筒形状的EPAM致动器28包括圆筒形状的EPAM73;设置 在该圆筒形状的EPAM73的内周面中的相当于下、上、右、左4个部位 的上、下、左、右的弯曲用电极74u、 74d、 741、 74r;以及分别与这些电 极74u、 74d、 741、 74r对置的设置在外周面的4个电极75。
另外，在图4中，纸面的上侧为弯曲方向的上侧。由于采用通过施 加电压而在面方向上拉伸的特性的致动器作为第1实施方式的EPAM致 动器28，所以例如在向上方向弯曲的情况下，对设置在上方向的相反侧 的下方向的电极74u以及(与其对置的部分的)电极75施加驱动电压。 并且，外周面的4个电极75也可以是设置在整个面上的电极。
另外，设置在该EPAM致动器28的外侧的橡胶管道71具有如下功 能在EPAM致动器28位移并弯曲的情况下，借助于该橡胶管道71的 弹性力，要使EPAM致动器28返回到没有弯曲的原来的笔直状态的复原 力发挥作用。为了进一步增大该复原力，例如也可以在EPAM致动器28
的内周侧配置螺旋弹簧等。
并且，电极74u、 74d、 741、 74r和电极75传送用于驱动EPAM致 动器28的驱动信号，并且经由用于传送对应于位移量的信号的信号线76、 77，与图6所示的弯曲控制机构70连接。在图6中，电极74u、 74d和 电极75连接在与上下方向相关的弯曲控制机构70中的EPAM驱动单元 78u、 EPAM驱动单元78d、以及位移量检测单元79u、位移量检测单元 79d上。
另外，在图6中，为了简化，仅示出了与上下方向相关的弯曲控制 机构70，但实际上也设置有与左右方向相关的弯曲控制机构。
并且，输出上下方向的EPAM驱动信号的EPAM驱动单元78u、 78d 以及检测上下方向的EPAM位移量的位移量检测单元79u、 79d与弯曲量 控制单元80连接，该弯曲量控制单元80与基于跟踪球69的弯曲量指示 单元81的弯曲量指示操作对应地控制EPAM驱动单元78u、 78d的驱动 动作。在该情况下，弯曲量控制单元80根据由位移量检测单元79u、 79d 所检测出的上下方向的EPAM位移量，控制EPAM驱动单元78u、 78d 的驱动动作。
在第l实施方式中，弯曲量控制单元80如后所述，对弯曲量指示单 元81的弯曲量的指示信号进行监视，当进行从没有弯曲的笔直方向(也 称为基准方向)向任意方向的弯曲指示时，该弯曲量控制单元80进行与 弯曲指示对应的弯曲控制。弯曲量控制单元80内置有反转指示检测单元 80a，该反转指示检测单元80a检测从此时的弯曲方向向返回基准方向的 方向、即向之前的弯曲方向的相反方向(反方向)弯曲的反转指示信号。 而且，弯曲量控制单元80在检测出向该相反方向弯曲的指示信号时，进 行与该指示操作对应的弯曲控制。
另外，在跟踪球69的情况下，弯曲量的指示信号通过弯曲量指示单 元81，使跟踪球69旋转的方向与弯曲方向对应，跟踪球69的旋转量成 为弯曲量(弯曲角)的指示量。在该情况下，通过正交配置的2个旋转 编码器等，进行弯曲方向的检测和弯曲量的检测。另外，作为弯曲量指 示单元81，除了跟踪球69以外，还可以采用操纵杆、鼠标、十字按钮等。图7示出图6的更具体的结构，图8示出实现图7的电路结构。如
图7所示，与图6的结构的情况同样，弯曲量指示单元81的弯曲量的指 示信号被输入到弯曲量控制单元80。
该弯曲量控制单元80根据弯曲量的指示信号，控制相当于图6的 EPAM驱动单元78u、 78d等的高电压施加单元83i进行的高电压施加。 另夕卜，在图8中，83i 86i实际上分别对应于4个方向设置。例如，高电 压施加单元83i表示上方向弯曲用高电压施加单元83u、下方向弯曲用高 电压施加单元83d、左方向弯曲用高电压施加单元831、右方向弯曲用高 电压施加单元83r中的一个。
对于该高电压施加单元83i施加的高电压，通过限制流过预定电流 值以上的过电流，从而经由防止产生过电流的过电流限制单元84i，对 EPAM致动器28的电极74i施加高电压，使EPAM致动器28以向所指 示的方向弯曲的方式发生位移。
并且，EPAM致动器28的位移量通过相当于图6的位移量检测单元 79u、 79d等的电容测定单元85i，进行伴随位移而变化的电容的测定，通 过该电容的测定来检测位移量。
由该电容测定单元85i所测定(检测)的电容测定值被输入到弯曲 量控制单元80，该弯曲量控制单元80控制高电压施加单元83i进行的高 电压施加，以使所测定的电容测定值成为与弯曲量指示单元81所指示的 弯曲方向和弯曲量一致的值。
并且，第1实施方式中的EPAM致动器28具有接近具有大绝缘电阻 值的电容器的特性，为了使响应性良好，而与使电容器所保持的电荷放 电的放电单元86i连接。如图8所示，该放电单元86i实际上由放电用电 阻Rb形成。
下面，通过图8说明实现图7的具体的电路系统的结构。 弯曲量指示单元81的指示信号被输入到构成弯曲量控制单元80的 例如由CPU构成的控制电路90中，同时也被输入到相当于反转指示检 测单元80a的反转指示检测电路91。弯曲量指示单元81的指示信号是伴 随弯曲方向和相对于弯曲方向的弯曲量的信号。该反转指示检测电路91
监视指示信号，当检测出(与前面的指示信号)反转的指示信号以使得 之前的指示信号的弯曲方向向基准方向返回时，将反转检测信号输出到 控制电路90。
通常，控制电路90对高电压施加单元83i根据指示信号向指示信号 中的弯曲方向施加高电压的动作进行控制，但如后所述，当被输入反转 检测信号时，通过进行下述控制，即，施加向与之前的指示信号的弯曲 方向相反的方向弯曲的极性的高电压，从而改善响应速度。
如图8所示，高电压施加单元83i具有开关电路92，其通过未图 示的开关元件产生开关电压；升压变压器93，其通过对一次绕组供给开 关电压，从而产生由二次绕组升压的高电压；计测基准信号产生电路94, 其对该升压变压器93中的第2 —次绕组施加计测基准信号；整流平滑电 路95，其与升压变压器93的二次绕组连接，进行整流和平滑化；以及恒 压电路96，其进行电压控制，以使来自该整流平滑电路95的输出电压为 恒压。另外，图8中虚线所示的符号F为使计测基准信号旁通的滤波器。
控制电路90对应于指示信号对开关电路92施加负载控制信号，控 制经由升压变压器93供给整流平滑电路95侧的电力。并且，控制电路 90对计测基准信号产生电路94施加同步信号，与该同步信号同步地从计 测基准信号产生电路94产生计测基准信号。
从该恒压电路96的一个输出端输出的直流电压经由构成过电流限 制单元84i的电流限制电阻Ra，施加到EPAM致动器28的电极(例如一 个电极74i)上。
并且，在连接恒压电路96的另一个输出端(地线)与EPAM致动器 28的电极75的信号线77的中途，连接有形成电容测定单元85i的降压 变压器97的一次绕组，在通过该降压变压器97降压的二次绕组上，连 接有使计测基准信号的频率通过的带通滤波器特性的滤波器电路98。而 且，通过该滤波器电路98提取计测基准信号，输入到有效值检测电路(图 中简记为RMS检测电路)99。
该有效值检测电路99计算出检测到的计测基准信号的电压的有效 值，将该有效值作为检测信号输出给控制电路90。
EPAM致动器28通过被施加电压而以拉伸的方式位移，因此，电极 间的电容发生变化。进而，通过该电容变化，相对于计测基准信号的阻 抗发生变化，由有效值检测电路99检测出的有效值根据EPAM致动器 28的位移量即弯曲量而发生变化。
控制电路90以下述方式进行控制动作与同步信号同步地根据检测 到的有效值的值计算出弯曲量，变更对开关电路92施加负载控制信号的 负载值等，以使该检测到的弯曲量与指示信号的弯曲量一致。
下面说明这种结构的第1实施方式的内窥镜3中的进行弯曲指示的 操作的情况下的动作。为了易于理解第1实施方式的基本动作，参照表 示其动作定时的图9，对如图6所示那样向上方向(在图6中简记为UP) 和下方向(在图6中简记为D0WN)弯曲的情况进行说明。
对弯曲量指示单元81进行操作，在例如图9中的时刻tl t2，进行 向上方向弯曲的操作，使该情况的(指示信号中的)上方向的弯曲量指 示信息例如如图9 (A)所示那样变化。
在该情况下，为了以大致追随该弯曲量指示信息的方式向上方向弯 曲，弯曲量控制单元80驱动控制EPAM驱动单元78u， EPAM驱动单元 78u对电极74u施加图9 (C)所示的电压(电位)。
因此，弯曲部27 (的EPAM致动器28)的位移量如图9 (B)所示 那样变化。
向上方向弯曲后，对弯曲量指示单元81进行操作，为了解除上方向 的弯曲，进行向成为该上方向的反方向的下方向弯曲、例如成为笔直的 操作(时刻t2 t3)。进行该操作时，弯曲量控制单元80内的反转指示检 测单元80a对向相反方向的弯曲指示进行检测。进而，该弯曲量控制单 元80对应于该检测，如图9 (D)所示，进行向下方向弯曲的驱动控制。
艮口，为了快速(响应性良好)地解除上方向的弯曲，驱动控制下方 向的EPAM驱动单元78d， EPAM驱动单元78d对电极74d施加图9 (D) 所示的电压(电位)。
这样，如图9 (B)中实线所示，能够提高响应速度。
另外，在不利用反转指示检测单元80a的检测结果进行这种向相反 方向弯曲驱动的控制动作的情况下，图9 (D)中的时刻t2 t3的期间如
虚线所示不输出施加电压。
在该情况下，位移量如图9 (B)中虚线所示那样，与实线所示的情 况相比，响应速度降低。
并且，当在进行这样返回笔直的操作后，使用者如图9 (A)所示在 时刻t4 t5，向下方向进行弯曲量指示操作，之后在时刻t5 t6进行返回 笔直的弯曲量指示操作时，在该情况下，弯曲量控制单元80如图9 (D) 和图9 (C)所示那样进行驱动控制。
并且，当在从时刻t7到时刻t8，向上方向进行弯曲量指示操作，之 后在时刻t8 t9进行返回笔直的弯曲量指示操作时，在该情况下，弯曲 量控制单元80如图9 (C)和图9 (D)所示那样进行驱动控制。
相对于时刻t7 t9的操作的控制动作除了弯曲量的指示值变大以 外，与时刻tl t3的情况相同。
在该情况下，也在时刻t8 t9，检测向相反方向的弯曲指示操作， 进行相反方向的弯曲驱动控制，由此，与不进行该动作的虚线所示的情 况相比，提高了响应速度。
并且，时刻t4 t6中的控制动作除了与时刻t7 t9时的弯曲方向相 反以外，为同样的控制动作。在该情况下，在时刻t5 t6，也检测向相反 方向的弯曲指示操作，进行相反方向的弯曲驱动控制，由此，与不进行 该动作的虚线所示的情况相比，提高了响应速度。
图IOA和图IOB示出对这样检测向相反方向的弯曲指示操作以提高
响应速度的情况下的动作和不进行该动作的情况进行比较的动作说明 图。
图IOA示出例如图9的时刻tl t3的第1实施方式的动作概略，图 10B示出例如图9的时刻tl t3的不进行向相反方向的弯曲驱动控制时 的动作概略。图IOA和图10B中的左侧示出对通过弯曲指示向上方向弯 曲的电极74u施加了电压的状态。通过电压施加，电极74u侧的EPAM 如箭头A1所示拉伸。此时，通过电极74u侧的EPAM的拉伸，电极74d 侧的EPAM如箭头A2所示压缩。此时的动作在图10A和图10B中是相
同的。
图IOA和图10B的右侧部分示出之后进行使向上方向弯曲的状态返 回笔直的弯曲指示操作的情况下的动作。
图10B的情况为电压施加停止后的状态，利用EPAM致动器28和 橡胶管道71等的复原力恢复(返回)原样。停止电压施加时，电极74u 侧的EPAM如箭头A3所示要返回原样。此时，电极74d侧的EPAM也 如箭头A4所示要返回原样。
与此相对，在图10A的情况下，由于电极74d侧也被施加电压，所 以以下方向侧拉伸的方式被驱动，能够更快地返回原样。当停止电压施 加时，电极74u侧的EPAM如箭头A3所示要返回原样。此时，通过进 行电压施加，电极74d侧的EPAM拉伸，如箭头A5所示很快地返回。
图11示出第1实施方式的进行了弯曲指示操作的情况下的控制内容 的流程。
当接通电源成为动作状态时，如步骤S1所示，控制电路90进行初 始设定。例如，进行由反转指示检测电路91检测反转检测信号时的阈值 vth和视为相反方向的情况下的最小角度e的设定。并且，在弯曲量指示 单元81为跟踪球69的情况下，将初始设定的状态下的其位置数据设定 成弯曲量为O的状态(笔直状态)。
在初始设定的处理之后，如步骤S2所示，控制电路90监视来自弯 曲量指示单元81的指示信号，成为指示信号的输入等待状态。
然后，当通过弯曲量指示单元81进行弯曲指示操作时，与该操作对 应的指示信号输入到控制电路90。然后，如步骤S3所示，控制电路90 向与对应于该指示信号的弯曲方向以及对应于该弯曲方向的弯曲指示量 对应的控制信号(图8的负载控制信号)输出到高电压施加单元83i，使 EPAM致动器28向与指示信号对应的方向弯曲。
此时，电容测定单元85i利用电容伴随EPAM致动器28的弯曲而变 化的情况，测定对与恒定值的电阻Ra串联连接的EPAM致动器28侧施 加的计测基准信号的有效值，如步骤S4所示，将与弯曲量对应的检测信 号输出到控制电路90。
然后，如步骤S5所示，控制电路90对检测信号和指示量之间的差 分值进行检测，进行伺服控制，以使该差分值成为预定值以下。
之后，如步骤S6所示，控制电路90成为指示信号的变化等待状态。 然后，当通过弯曲量指示单元81进行弯曲指示操作时，如步骤S7所示， 控制电路卯的反转指示检测电路91判定是否是相当于进行了之前的指 示信号中的弯曲方向向相反方向返回的操作时的指示信号。即，向相反 方向返回的操作的指示信号的值在阈值Vth以上时，判定为检测出相反 方向的指示信号，在小于阈值Vth时，判定为没有检测出该信号。
然后，通过该判定，在检测出相反方向的指示信号时，如步骤S8所 示，控制电路90对相当于该相反方向的电极施加来自高电压施加单元83i 的电压(以使EPAM致动器28向该相反方向弯曲)。关于该情况时施加 的电压值，例如如图9所示那样进行。
艮口，如图9A所示，在向某个方向弯曲的弯曲指示信息向为了返回笔 直状态而从峰值减少的方向变化的情况下，对相反方向的电极施加与该 峰值成比例的值作为初始值，使该施加的值根据弯曲指示信息的大小而 变化。
之后，返回步骤S4的处理，电容测定单元85i利用电容伴随EPAM 致动器28的弯曲而变化的情况，测定计测基准信号的有效值，将与弯曲 量对应的检测信号输出到控制电路90。
然后，如步骤S5所示，控制电路90对检测信号和指示量之间的差 分值进行检测，进行伺服控制，以使该差分值成为预定值以下。
另一方面，在步骤S7的判定处理中，在不是相反方向的指示信号的 情况下，返回步骤S3，进行上述的处理。
通过进行这种弯曲驱动控制，相对于弯曲操作能够实现响应速度良 好的弯曲机构。
并且，由于形成通过EPAM致动器28使弯曲部27弯曲的弯曲机构， 所以通过进行施加作为驱动信号的高电压的操作，能够简单且容易地使 弯曲部27向期望的方向弯曲，并且能够使弯曲机构轻量化。并且，通过 操作跟踪球69等，能够简单且容易地向期望的方向弯曲，能够提高弯曲
的操作性。
另外，作为本实施方式的EPAM致动器28的变形例，也可以是图 12示出其一部分那样使EPAM主体73部分和电极层叠化的结构。艮P， 使电极74d—1、 EPAM主体层73 — 1、电极74d—2、 EPAM主体层73—2、 电极74d—3、…、电极74d—6为层叠结构，电极74d—l、 74d—3、 74d —5与信号线76连接，电极74d—2、 74d—4、 74d—6与信号线77连接。
也可以这样构成，能够通过施加更低的电压，使EPAM致动器28 弯曲。在该情况下，施加比第1实施方式的情况低得多的电压，就能够 使EPAM致动器28弯曲。另外，在图12中示出5层的情况，但不限于 此。
(第2实施方式)
下面，参照图13说明本发明的第2实施方式的内窥镜。第2实施方 式为在插入部的长度方向设置了多个、在本实施方式中为2个EPAM致 动器的弯曲部的内窥镜的示例。图13示出第2实施方式的内窥镜3B的 插入部21的前端侧的结构。在第l实施方式中，例如如图4所示，在弯 曲部27的内侧设置有向上下、左右方向弯曲的EPAM致动器28，但是， 在第2实施方式的内窥镜3B中，如图13所示，在弯曲部27的后端侧还 设置有第2弯曲部27B。
该第2弯曲部27B由设置在弯曲部27内的EPAM致动器28、以及 例如相同结构的EPAM致动器28B形成。在图示的例子中，EPAM主体 73部分形成为EPAM致动器28、 28B共用(也可以分开构成)。
另外，在EPAM致动器28的情况的符号中附加符号B来表示EPAM 致动器28B侧的电极、信号线。例如，用74uB表示上弯曲用的电极，用 74dB表示下弯曲用的电极，用76B表示与这些电极74uB、 74dB连接的 信号线，用77B表示与设置在外周侧的共用的电极75B连接的信号线。
并且，EPAM致动器28B的外周侧的电极75B与EPAM致动器28 的外周侧的电极75导通，构成为利用共用的信号线77B来导通它们。
EPAM致动器28B的电极74uB、 74dB等经由信号线76B与设置在 操作部22上的未图示的第2弯曲控制装置连接，通过由第2弯曲控制装
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置中的未图示的第2跟踪球等构成的弯曲量指示单元，能够使第2弯曲
部27B独立于弯曲量指示单元81弯曲。
并且，在第2实施方式中，例如在EPAM致动器28的前端附近，以 分别导通电极74d、 75之间、和74u、 75之间的方式，连接有构成放电 单元86i的电阻Rb。同样，在EPAM致动器28B中，例如在其后端附近， 也以分别导通电极74dB、 75B之间、和74uB、 75B之间的方式，连接有 构成放电单元86i的电阻Rb。其他结构与第1实施方式大致相同。
根据第2实施方式，由于在插入部21的长度方向的前端部24的后 端附近独立地设有能够分别向上下、左右的任意方向弯曲的弯曲部27和 27B，所以，例如在将插入部21插入到体腔内的曲折的部位的情况下， 与第1实施方式相比，也能够更大地弯曲，或弯曲成不同的形状，能够 更顺滑地进行插入操作。
在上述的说明中，以在内窥镜3、 3B内内置了例如图6的EPAM驱 动单元78u、 78d以及位移量检测单元79u、 79d等的结构进行了说明， 但是也可以构成为将它们设置在内窥镜的外部。
根据上述2个实施方式，能够实现如下的内窥镜通过使用了导电 性高分子部件的致动器来确保操作性，并且也能够提高进行弯曲操作时 的响应性。
并且，将上述的实施方式等部分地组合或变形后的结构也属于本发明。
产业上的可利用性
使用EPAM致动器来形成设置于插入部的前端侧的弯曲部，通过施 加驱动电压，能够确保简单且良好的操作性来对弯曲部进行弯曲驱动。
权利要求
1.一种内窥镜，该内窥镜在插入部中设有弯曲部，其特征在于，该内窥镜具备致动器，其使用了使所述弯曲部根据驱动电压的施加而伸缩的导电性高分子部件；弯曲指示操作单元，其对所述致动器进行从基准方向向任意方向弯曲的弯曲方向的指示操作；以及控制单元，其在检测出所述弯曲指示操作单元进行的所述弯曲方向的指示操作后，在检测到向所述基准方向返回的方向的指示操作时，进行下述控制相对于所述致动器产生使其向所述返回的方向弯曲的驱动电压。
2. 根据权利要求l所述的内窥镜，其特征在于，该内窥镜还具备 驱动电压施加单元，其对应于所述弯曲指示操作单元进行的弯曲方向的指示操作，对所述致动器施加驱动电压；以及检测单元，其通过所述驱动电压施加单元进行的所述驱动电压的施加，来检测所述致动器的位移量。
3. 根据权利要求l所述的内窥镜，其特征在于，在检测出向所述基准方向返回的方向的指示操作时，在向所述返回 的方向的指示操作量为预先设定的阈值以上的情况下，所述控制单元判 定为进行了向所述返回的方向的指示操作。
4. 根据权利要求2所述的内窥镜，其特征在于，所述检测单元通过对在所述致动器的电极间施加驱动电压时的电极 间的电容进行测定，来检测所述位移量。
5. 根据权利要求1 4中的任一项所述的内窥镜，其特征在于， 该内窥镜具有电流限制单元，该电流限制单元限制对所述致动器施加驱动电压时流过所述致动器的电流。
6. 根据权利要求1 5中的任一项所述的内窥镜，其特征在于， 该内窥镜具有放电单元，该放电单元使所述致动器的电极间的电荷 放电。
7.根据权利要求1 6中的任一项所述的内窥镜，其特征在于，所述致动器的弯曲部在所述插入部的长度方向上设有多个。
全文摘要
本发明提供一种内窥镜，该内窥镜能够确保用于使弯曲部的形状变化的操作性并能够提高响应性。插入部的前端附近的弯曲部(27)由EPAM致动器(28)形成，当通过弯曲量指示单元(81)进行向任意方向、例如向上方向的弯曲指示时，弯曲量控制单元(80)根据该指示，驱动EPAM驱动单元(78u)，在电极(74u、75)之间施加驱动电压，使EPAM致动器(28)向上方向弯曲。当为了解除该上方向的弯曲而进行使弯曲量指示单元(81)成为笔直的指示操作时，反转指示检测单元(80a)进行检测，施加向下方向弯曲的驱动电压，将EPAM致动器(28)快速设定为所指示的状态。
文档编号A61B1/00GK101179980SQ200680017659
公开日2008年5月14日 申请日期2006年5月23日 优先权日2005年5月24日
发明者内村澄洋 申请人:奥林巴斯医疗株式会社