TWI674874B - 內視鏡轉向裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種內視鏡轉向裝置，包括第一基座、第二基座、複數個彈性復位件與線體。第二基座沿著內視鏡中心軸方向而位於第一基座上方。彈性復位件嵌於第一與第二基座之間。各彈性復位件包括連接於第一基座之第一板體、連接於第二基座之第二板體，與連接於第一與第二板體間之波形條。各波形條之振幅方向不平行於內視鏡中心軸方向。線體平行於內視鏡中心軸方向而設置於各彈性復位件兩側，且線體與內視鏡中心軸間有一徑向間距。本發明利用具波形條之彈性復位件搭配線體進行轉向驅動，可精準控制內視鏡轉向操作，且能精簡裝置零件。

Description

內視鏡轉向裝置

本發明係關於一種內視鏡轉向裝置(deflection device of steerable endoscope)，特別關於一種利用形狀記憶合金(shape memory alloys，SMA)驅動的內視鏡轉向裝置。

內視鏡技術的發展，主要是為了使人觀察到人類或生物不易進入或無法進出的環境。為了便於進入各式環境或是觀察多個方位的影像，發展出一種彎折式內視鏡(steerable endoscope)結構，使得內視鏡頭具有轉向之功效。內視鏡之可撓性結構一般為使用環狀金屬與鉚釘的組合或是使用彈簧作為可撓元件，再搭配兩條線體與馬達驅動器對可撓元件進行拉扯，藉此使得內視鏡具有雙向轉向之功效，以控制內視鏡之鏡頭方向。

然而，此種內視鏡轉向裝置在使用上仍有若干問題需要克服。首先，習知內視鏡轉向裝置的環狀金屬、鉚孔、鉚釘、彈簧、線體與馬達驅動器等零件繁多。由於內視鏡技術對於整體尺寸微小的要求極高，因此繁多的零件數量會導致各元件精密度必須進一步提高，不但使生產程序更加繁瑣，且製作與組裝成本亦大幅增加，造價不菲，不利於技術普及。若製作與組裝技術無法滿足精密要求時，會導致習知內視鏡尺寸較大，應用不便。

再者，對於採用彈簧之內視鏡轉向裝置，彈簧容易造成彈簧與線體彈性疲乏與斷裂，對於彎折方向的控制程度亦不盡理想，進而影響轉向裝置的運作。這種內視鏡轉向裝置之方向控制能力較低，或是往往需要再進一步配置其他方向控制零件，導致成本更為增加。

此外，對於採用環狀金屬之內視鏡轉向裝置，由於 環狀金屬結構上之限制，使其轉折之角度有所限縮固定，而未達到大範圍之轉折角度，因此無法完整地觀察環境影像，造成遺漏影像的缺點。

因此，如何提供一種內視鏡轉向裝置，以改善精進上述之不足，實屬當前重要課題之一。

有鑒於此，本發明之一目的在於提供一種能夠精準控制鏡頭轉向，且具有較少零組件之內視鏡轉向裝置。

根據上述目的，本發明提供一種內視鏡轉向裝置，包括一第一基座、一第二基座、複數個彈性復位件與複數條線體。第二基座沿著一內視鏡中心軸方向而位於第一基座上方。彈性復位件嵌設於第一基座與第二基座之間。各彈性復位件包括一第一板體、一第二板體與一波形條。第一板體連接於第一基座。第二板體連接於第二基座。波形條連接於各第一板體與各第二板體之間。其中，各波形條之一振幅方向不平行於內視鏡中心軸方向。線體平行於內視鏡中心軸方向而設置於各彈性復位件兩側，且線體與一內視鏡中心軸間有一徑向間距。

於本發明之一實施例中，第一基座具有複數個第一卡合部，第二基座具有複數個第二卡合部，各第一板體具有一第三卡合部，各第二板體具有一第四卡合部，第三卡合部係與第一卡合部配合，使第一板體連接於第一基座，而第四卡合部係與第二卡合部配合，使第二板體連接於第二基座。

承上所述，本發明提供一種內視鏡轉向裝置，其利用具波形條之彈性復位件搭配形狀記憶合金線體進行轉向驅動，可精準控制內視鏡彎折操作、精簡轉向裝置之零件、適用於小尺寸內視鏡，且降低製造成本。

10‧‧‧第一基座

11‧‧‧第一卡合部

13‧‧‧突出肋條

20‧‧‧第二基座

22‧‧‧第二卡合部

30‧‧‧第三基座

40‧‧‧彈性復位件

41‧‧‧第一板體

42‧‧‧第二板體

43‧‧‧第三卡合部

44‧‧‧第四卡合部

45‧‧‧波形條

46‧‧‧振幅方向

47‧‧‧凹槽

50、350‧‧‧線體

51‧‧‧第一終端件

52、352‧‧‧第二終端件

60‧‧‧控制部

62‧‧‧接頭

64‧‧‧彎折段

91‧‧‧八角柱體

92‧‧‧鋸齒環帶

93‧‧‧容置空間

94‧‧‧突起結構

95‧‧‧凹槽結構

100、200、300‧‧‧內視鏡轉向裝置

101‧‧‧內視鏡中心軸

111、113‧‧‧開孔

900‧‧‧彎折式內視鏡

911‧‧‧管體

913‧‧‧發光模組

914‧‧‧影像擷取模組

915‧‧‧外部裝置

第1圖繪示的是本發明第一較佳實施例之彎折式內視鏡之結構示意圖。

第2圖繪示的是本發明第一較佳實施例之內視鏡轉向裝置之***示意圖。

第3圖繪示的是本發明第一較佳實施例之內視鏡轉向裝置之外觀示意圖。

第4圖繪示的是本發明第一較佳實施例之內視鏡轉向裝置部分組成之放大示意圖。

第5圖繪示的是本發明第二較佳實施例之內視鏡轉向裝置之***示意圖。

第6圖繪示的是本發明第二較佳實施例之內視鏡轉向裝置之外觀示意圖。

第7圖繪示的是本發明第二較佳實施例之內視鏡轉向裝置部分組成之放大示意圖。

第8圖繪示的是本發明第三較佳實施例之內視鏡轉向裝置部分組成之放大示意圖。

以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。須說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。另外，以下實施例中，相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

請參閱第1圖。第1圖繪示的是本發明第一較佳實施例之彎折式內視鏡900之結構示意圖。如第1圖所示，彎折式內視鏡900包括一內視鏡轉向裝置100、一管體911、一發光模組913、一影像擷取模組914與一接頭62。

影像擷取模組914設置於彎折式內視鏡900之一終端(前端)，用以擷取目標影像，例如是人體內部影像或設備內裝影像。影像擷取模組914例如包括電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)或互補性氧化金屬半導體(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)等影像感測器。發光模組913用以提供影像擷取模組914所需之光線，例如發光模組913可包括發光二極體(LED)或有機發光二極體(OLED)光源。發光模組913之光源可設置於影像擷取模組914後方，並利用開孔111或導光元件將光線引導至彎折式內視鏡900之前端，但不以此為限。管體911係用以容置內視鏡轉向裝置100、發光模組913與影像擷取模組914。管體911於彎折式內視鏡900之前端處可具有開孔113，用以供影像擷取模組914捕獲影像光線。管體911之材質例如可為金屬、塑膠、矽膠、不鏽鋼、塑鋼或上述組合。

內視鏡轉向裝置100可包括一控制部60與一彎折段64。彎折段64可朝向多方向進行多角度彎曲操作。以本發明之彎折式內視鏡900為例，內視鏡轉向裝置100之彎折範圍可自由控制在與內視鏡中心軸101夾角30度至90度內。控制部60內可包括電子裝置用以控制內視鏡轉向裝置100之彎折操作，亦可控制影像擷取模組914與發光模組913之操作。接頭62設置於彎折式內視鏡900之另一終端(後端)，用以電性連接至外部裝置915，例如顯示器或電腦。

需注意的是，對應包覆內視鏡轉向裝置100之彎折段64的管體911須為可撓結構，以配合內視鏡轉向裝置100之彎折，但其結構與材質不受本實施例所侷限。而對應包覆內視鏡轉向裝置100之控制部60的管體911可作為使用者操作之手持部。

內視鏡轉向裝置100之詳細結構請進一步參閱第2圖至第4圖。第2圖至第4圖繪示的分別是本發明第一較佳實施例之內視鏡轉向裝置100之***示意圖、外觀示意圖與部分組成之放大示意圖。如第2圖至第4圖所示，內視鏡轉向裝置100包括一第一基座10、一第二基座20、四個彈性復位件40、四條線體50、四個第一終端件51與四個第二終端件52。

本實施例之第一基座10為一長式基座，可設置於第1圖之控制部60內。更具體地說，第一基座10大致上包括一個八角柱體91、一個鋸齒環帶92與八個突出肋條13。八角柱體91的柱體 中心軸本質上係位於內視鏡中心軸101，且第一基座10於八角柱體91的中心定義有一容置空間93。容置空間93貫穿八角柱體91，可供纜線與電線穿越。於本實施例中，容置空間93係為一圓柱空間，且圓柱空間之中心軸本質上係位於內視鏡中心軸101，但不限於此。

鋸齒環帶92環繞於八角柱體91外表面，距離八角柱體91的兩終端皆有一間隙。鋸齒環帶92對應於八角柱體91之其中四個間隔之表面為突起結構94，而鋸齒環帶92對應於八角柱體91之另外四個間隔之表面為凹槽結構95。凹槽結構95可供線體50穿越。

第一基座10之八個突出肋條13本質上均平行於內視鏡中心軸101方向。其中四個突出肋條13自鋸齒環帶92之突起結構94上表面向上延伸，作為第一基座10之四個第一卡合部11，另外四個突出肋條13自鋸齒環帶92之突起結構94下表面向下延伸。

第二基座20係沿著內視鏡中心軸101方向而位於第一基座10上方。本實施例之第二基座20為一短式基座，可設置於第1圖之彎折段64內。更具體地說，第二基座20之結構與配置大致上與第一基座10相同，而第二基座20與第一基座10之主要差異在於，第二基座20的八角柱體91與鋸齒環帶92較第一基座10的短(沿著內視鏡中心軸101方向上)，且第二基座20之四個第二卡合部22係為自鋸齒環帶92之突起結構94下表面向下延伸之四個突出肋條13。

本實施例之各彈性復位件40均係嵌設於第一基座10與第二基座20之間。各彈性復位件40大致上係為一長式薄板，平行於內視鏡中心軸101，而與內視鏡中心軸101間有一徑向間隙。四個彈性復位件40兩兩垂直，圍繞成空心正方柱的四個側壁。更具體地說，各彈性復位件40由下而上包括一第一板體41、一波形條45與一第二板體42。

各第一板體41與各第二板體42各具有一凹槽47，且各彈性復位件40之第一板體41的凹槽47與第二板體42的凹槽47係 分別位於所述彈性復位件40之兩終端。據此，使第一板體41與第二板體42成為兩個缺口向外的C形板。第一板體41的凹槽47與第二板體42的凹槽47分別為第一板體41的第三卡合部43與第二板體42的第四卡合部44。第三卡合部43之形狀係與第一卡合部11配合，使第一板體41連接於第一基座10，而第四卡合部44之形狀係與第二卡合部22配合，使第二板體42連接於第二基座20。

波形條45連接於各第一板體41與各第二板體42之間，亦稱為S形彈力結構。其中各波形條45之振幅方向46本質上不平行內視鏡中心軸101方向。例如，各波形條45之振幅方向46本質上垂直於內視鏡中心軸101方向，亦即波形條45之波形前進方向平行於內視鏡中心軸101方向，但不限於此。具體地說，本實施例之波形條45包括20個C形條與19個長直條，以C形條與長直條交錯之順序彼此連接，並以兩個終端之C形條分別連接第一板體41與第二板體42。

四個第一終端件51連接於第一基座10，分別位於第一基座10的鋸齒環帶92之四個凹槽結構95下方，跨越並抵靠兩旁之相鄰兩個突起結構94下表面。另一方面，四個第二終端件52連接於第二基座20，分別位於第二基座20的鋸齒環帶92之四個凹槽結構95上方，跨越並抵靠兩旁之相鄰兩個突起結構94上表面。

線體50平行於內視鏡中心軸101方向而設置於各彈性復位件40兩側，且線體50與一內視鏡中心軸101間有一徑向間距。亦即，當四個彈性復位件40兩兩垂直圍繞成空心正方柱的四個側壁時，四個線體50大致上位於空心正方柱的四個角落。各線體50之兩端分別固定並電性連接至第一終端件51與第二終端件52，例如利用金屬板件壓合(crimping)連接固定。本發明利用線體50提供內視鏡彎折所需之拉力。由於線體50固定至第二終端件52，且第二終端件52固定於第二基座20，因此線體50施加之拉力可以帶動內視鏡轉向裝置100彎折。

本實施例之線體50包括形狀記憶合金，而控制部60電性連接至線體50，以電流控制線體50之收縮，將電流切斷後則 透過波型條作為彈力復位，將內視鏡歸位。內視鏡轉向裝置100之操作例如是，當控制部60施加電流於對應之彈性復位件40兩側的第一終端件51與第二終端件52時，對應彈性復位件40兩側的線體50根據接收之電流而產生收縮力，線體50之收縮帶動第二基座20與第二終端件52朝向作動之彈性復位件40彎曲。當控制部60停止施加電流於上述彈性復位件40兩側的第一終端件51與第二終端件52，上述彈性復位件40本身的彈力可帶動內視鏡轉向裝置100回復原位。反之，當控制部60改而施加電流於對向彈性復位件40兩側的第一終端件51與第二終端件52時，對向線體50之收縮帶動彈性復位件40朝向對向彎曲。

本實施例係以形狀記憶合金之線體50為例進行說明，其優點是簡化內視鏡轉向裝置100之零件與操作。本實施例之控制部60可利用電流、形狀記憶合金線體50與具波形條45之彈性復位件40輕易控制內視鏡轉向裝置100之彎曲與復位，因此不需要繁瑣的環狀金屬、鉚孔、鉚釘、彈簧與馬達驅動器等零件，然本發明不限於此。於其他實施例中，本發明之線體50亦可為其他金屬、塑膠或纖維。此時，各線體50之兩端分別固定至第一終端件51與第二終端件52，但不需進行電性連接。控制部60利用機械作動方式，例如利用微型馬達牽引線體50之方式，來提供內視鏡轉向裝置100彎曲所需之拉力。

由於本發明之彈性復位件具有波形條，且各彈性復位件兩側各搭配一條線體進行轉向驅動，因此可簡單精準控制內視鏡彎折方向與彎折程度。首先，由於本實施例具有四個方向的彈性復位件，當使用者要讓內視鏡轉向裝置100朝向這四個方向彎曲時(四個方向操作方式符合一般使用者的控制習慣)，僅需按照上述方式作動，內視鏡轉向裝置100受到彈性復位件方向與線體結構的牽引，較不易偏移至其他方向，具有較高的方向精準度。亦即，內視鏡轉向裝置100易於朝向四個兩兩垂直的方向進行彎折，且這四個兩兩垂直的方向本質上均垂直於內視鏡中心軸101方向。換言之，內視鏡轉向裝置100之四個彎折方向與內視鏡中心軸 101之兩個延伸方向，本質上構成三維空間的六個空間軸方向。

再者，本發明實際上亦可提供360度的彎折方向。當使用者要讓內視鏡轉向裝置100朝向非前述方向彎曲時，控制部60僅需在對應之彈性復位件40兩側的第一終端件51與第二終端件52施加不同大小的電流即可調整方向，具有易於精準控制彎折方向與角度之優點。

前述實施例係以單段彎折機構為例進行說明，而本發明於其他實施例中亦可具有多段彎折機構。請參閱第5圖至第7圖。第5圖至第7圖繪示的分別是本發明第二較佳實施例之內視鏡轉向裝置200之***示意圖、外觀示意圖與部分組成之放大示意圖。第二較佳實施例與第一較佳實施例之主要差別在於，第二較佳實施例具有雙段彎折機構。第一較佳實施例係利用四個彈性復位件40夾設於第一基座10與第二基座20之間，形成單段彎折機構；而第二較佳實施例在此之上另包括再四個彈性復位件40夾設於第二基座20與第三基座30之間，形成雙段彎折機構。

如第5圖至第7圖所示，內視鏡轉向裝置200包括一第一基座10、一第二基座20、一第三基座30、八個彈性復位件40、四條線體50、四個第一終端件51與四個第二終端件52。第三基座30沿著內視鏡中心軸101方向而位於第二基座20上方，且第三基座30之結構與第二基座20之結構相同。其中，原先之四個彈性復位件40仍嵌設於第二基座20與第一基座10之間，而另外四個彈性復位件40則嵌設於第三基座30與第二基座20之間。

此時，四個第二終端件52改而連接於第三基座30，而線體50自第一基座10向上延伸，跨越第二基座20，延伸至第三基座30。第一基座10與第二基座20之向上延伸突出肋條13係作為第一卡合部11，而第二基座20與第三基座30之向下延伸突出肋條13係作為第二卡合部22。第一卡合部11之形狀係與第三卡合部43之凹槽47配合，而第二卡合部22之形狀係與第四卡合部44之凹槽47配合。

位於第一基座10與第二基座20間之四個彈性復位件 40可作為第一段彎折機構，而位於第二基座20與第三基座30間之四個彈性復位件40作為第二段彎折機構。相較於單段彎折機構，雙段彎折機構之內視鏡轉向裝置200可以提供更大之彎折角度範圍。舉例說明，假設每一段彎折機構容許30度角的彎折角度，則具有單段彎折機構的內視鏡轉向裝置最大可以提供30度的彎折角度，而具有雙段彎折機構的內視鏡轉向裝置200則能夠提供60度的彎折角度，而可以適用於需要大角度轉向的應用場合。上述的角度僅為舉例說明，而非為限制。另外，僅需簡單增加基座與彈性復位件40數量，本發明更可於其他實施例中提供更多段彎折機構。

此外，前述實施例係以單個彈性復位件40之操作對應於兩個第二終端件52為例進行說明，而本發明之單個彈性復位件40之操作亦可僅對應一個第二終端件52或僅對應於第一終端件51。請參閱第8圖，並一併參閱第2圖與第3圖，第8圖繪示的是本發明第三較佳實施例之內視鏡轉向裝置300部分組成之放大示意圖。如第8圖所示，內視鏡轉向裝置300包括一第一基座10、一第二基座20、四個彈性復位件40、四條線體350、四個第二終端件352與四個第一終端件51(第一終端件51位置請參閱第2圖與第3圖)。

第三較佳實施例與前述實施例之主要差別在於，第三較佳實施例之各第二終端件352係位於各彈性復位件40正上方，且各線體350係自第一基座10之一第一終端件51向上延伸，跨越並連接至第二基座20之一第二終端件352，再向下延伸至第一基座10之另一第一終端件51。亦即，各線體350係呈ㄇ字型而圍繞於各彈性復位件40之三個邊緣。

據此，當操作內視鏡轉向裝置300時，第1圖之控制部60施加電流於對應之彈性復位件40兩側的兩個第一終端件51(可不需施加電壓於第二終端件352)，對應所述彈性復位件40的單一ㄇ字型線體350根據接收之電流而產生收縮力，線體350之收縮帶動第二基座20與第二終端件352朝向作動之彈性復位件40彎曲。

由於內視鏡轉向裝置300之操作可不需施加電壓於 第二終端件352，因此第1圖之控制部60可不需電性連接至第二終端件352，更進一步簡化電路結構的連接與控制，進一步簡化內視鏡轉向裝置300之零件，提升機械可靠度。再者，由於第1圖之控制部60，僅需控制兩個第一終端件51之電流即可控制一彈性復位件40的彎折，因此可簡化操作流程。此外，由於單一彈性復位件40兩側的電流本質上一致，因此在四個彈性復位件40方向上的彎折方向控制也就隨之更為精準。

於其他實施例中，上述ㄇ字型線體350亦可以兩條直線型線體50取代，亦即各第二終端件352電性連接並固定至兩條線體50，兩條線體50再分別向下電性連接並固定至兩個第一終端件51。此時，內視鏡轉向裝置300包括八條線體350。此外，本發明亦可省略第一終端件51與第二終端件52、352，亦即直接將第一終端件51與第二終端件52、352之結構與功能整合於第一基座10、第二基座20與第三基座30上，進一步精簡元件。另外，前述實施例所示之線體50、350均位於第一終端件51與第二終端件52、352外側，但不限於此。本發明之線體50、350亦可位於第一終端件51與第二終端件52、352之內側。

綜上所述，本發明提供一種內視鏡轉向裝置，其利用具波形條之彈性復位件搭配形狀記憶合金線體進行轉向驅動，可精準控制內視鏡彎折操作、精簡轉向裝置之零件、簡化生產程序、降低製作與組裝成本、適用於小尺寸內視鏡，且利於技術普及。

本發明符合發明專利之要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士，爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包括於以下之申請專利範圍內。

Claims (9)

1. 一種內視鏡轉向裝置，包括：一第一基座；一第二基座，該第二基座沿著一內視鏡中心軸方向而位於該第一基座上方；複數個彈性復位件，嵌設於該第一基座與該第二基座之間，各該彈性復位件呈薄板狀，並且包括：一第一板體，連接於該第一基座；一第二板體，連接於該第二基座；以及一波形條，連接於該第一板體與該第二板體之間，其中該波形條之一振幅方向不平行於該內視鏡中心軸方向；以及複數條線體，包括形狀記憶合金，並延著該內視鏡中心軸方向而分別設置於各該彈性復位件兩側，且該等線體與該內視鏡中心軸間有一徑向間距。
2. 如申請專利範圍第1項所述之內視鏡轉向裝置，其中該第一基座具有複數個第一卡合部，該第二基座具有複數個第二卡合部，各該第一板體具有一第三卡合部，各該第二板體具有一第四卡合部，該等第三卡合部係與該等第一卡合部配合，使該等第一板體連接於該第一基座，而該等第四卡合部係與該等第二卡合部配合，使該等第二板體連接於該第二基座。
3. 如申請專利範圍第2項所述之內視鏡轉向裝置，其中該等第一卡合部與該等第二卡合部包括複數個突出肋條，而該等第三卡合部與該等第四卡合部包括配合之複數個凹槽。
4. 如申請專利範圍第1項所述之內視鏡轉向裝置，其中各該波形條之各該振幅方向本質上垂直於該內視鏡中心軸方向。
5. 如申請專利範圍第1項所述之內視鏡轉向裝置，更包括一控制部，該控制部電性連接至該等線體，以一電流控制該等線體之收縮與舒張。
6. 如申請專利範圍第1項所述之內視鏡轉向裝置，另包括：複數個第一終端件，連接於該第一基座；以及 複數個第二終端件，連接於該第二基座，且該等線體之兩端分別固定並電性連接至該等第一終端件與該等第二終端件。
7. 如申請專利範圍第1項所述之內視鏡轉向裝置，另包括：一第三基座，該第三基座沿著該內視鏡中心軸方向而位於該第二基座上方，其中部分之該等彈性復位件嵌設於該第三基座與該第二基座之間，而部分之該等彈性復位件嵌設於該第二基座與該第一基座之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之內視鏡轉向裝置，另包括：複數個第一終端件，連接於該第一基座；以及複數個第二終端件，連接於該第三基座；其中，該等線體自該第一基座向上延伸，跨越該第二基座，延伸至該第三基座，且該等線體之兩端分別固定並電性連接至該等第一終端件與該等第二終端件。
9. 如申請專利範圍第7項所述之內視鏡轉向裝置，其中各該第二終端件係電性連接至兩該線體。