レンズ位置制御システムおよび内視鏡
【課題】トルクワイヤをねじることによりレンズを移動させる構成において、モータの停止後のレンズの変位量を低減化する。
【解決手段】電子内視鏡１０は撮影光学系１８、カム環１９、トルクワイヤ２１、モータ２２、モータ駆動回路２４、制御部２５を有する。撮影光学系１８は光軸に沿って変位可能なズーム光学系を有する。カム環１９を回動させることによりズーム光学系は変位する。モータ２２の回転をトルクワイヤ２１によりカム環１９に伝達する。モータ駆動回路２４がモータ２２を駆動する。制御部２５がモータ駆動回路２４を制御する。モータ２２に印加する駆動電圧のデューティー比を停止前に時間に応じて減少させる。また、駆動電圧のデューティー比の時間経過に対する変化割合を連続させる。
【解決手段】電子内視鏡１０は撮影光学系１８、カム環１９、トルクワイヤ２１、モータ２２、モータ駆動回路２４、制御部２５を有する。撮影光学系１８は光軸に沿って変位可能なズーム光学系を有する。カム環１９を回動させることによりズーム光学系は変位する。モータ２２の回転をトルクワイヤ２１によりカム環１９に伝達する。モータ駆動回路２４がモータ２２を駆動する。制御部２５がモータ駆動回路２４を制御する。モータ２２に印加する駆動電圧のデューティー比を停止前に時間に応じて減少させる。また、駆動電圧のデューティー比の時間経過に対する変化割合を連続させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系に移動機構を設けた電子内視鏡に関し、特にトルクワイヤを用いたレンズ位置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子内視鏡の撮像光学系にズーム機構を設け、観察倍率を可変とした拡大内視鏡が知られている（特許文献１参照）。内視鏡挿入管先端に設けられたズームレンズは、例えば操作部に設けられたモータによりトルクワイヤを軸方向に回転させ、挿入管先端においてトルクワイヤの回転運動を並進運動に変換させることにより、光軸に沿って変位する。撮影倍率が所定の撮影倍率となるように調整可能であることが好ましい。そのためには、ズームレンズを所定の位置で変位停止する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２４９８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内視鏡には剛性の強いトルクワイヤを用いることが困難であるため、トルクワイヤに捩れが生じることがある。それゆえ、トルクワイヤのモータ側の回転を先端側に即座に追従させることが困難である。追従困難であるため、ズームレンズの位置またはモータの回転量を検出し、モータを停止してもズームレンズが変位することがある。それゆえ、上述のような構成では、ズームレンズを所定の位置で変位停止させることは難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のレンズ位置制御システムは、内視鏡の先端に設けられるレンズの位置を調整するためのレンズ位置調整機構と、レンズ位置調整機構に動力を供給するモータと、モータの動力をレンズ位置調整機構に伝達するトルクワイヤと、モータの回転を検知し回転量を算出する回転量検出手段と、モータを停止状態から第１の回転量だけ回転させるようにＰＷＭ制御するモータ制御手段とを備え、モータ制御手段は第１の回転量より小さい第２の回転量から第１の回転量まで回転している期間にはモータに印加する駆動電圧のデューティー比を時間の経過に対するデューティー比の変化の割合を実質的に連続させながら時間の経過に応じて減少させることを特徴としている。
【０００６】
なお、レンズは第１の端部から第２の端部まで移動可能であり、第１、第２の端部に対応するモータの回転の位置である第１、第２の基準位置までの間に第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）のステップ位置が定められており、モータ制御手段はモータの回転駆動開始後第１、第２の基準位置および第１〜第ｎのステップ位置においてモータの回転を停止させ、第１の基準位置から第１のステップ位置、第（ｎ−１）のステップ位置から第ｎのステップ位置および第ｎのステップ位置から第２の基準位置までの回転量である第１の回転量は第１の基準位置と第１のステップ位置との間、第（ｎ−１）のステップ位置と第ｎのステップ位置との間および第ｎのステップ位置と第２の基準位置との間の回転駆動である第１の回転駆動、第ｎの回転駆動、終端回転駆動毎に定められることが好ましい。
【０００７】
また、第２の回転量は第１、第ｎの回転駆動および終端回転駆動毎に定められることが好ましい。
【０００８】
また、レンズを移動させる入力のＯＮとＯＦＦとを切替えるスイッチを備え、モータ制御手段はモータの停止状態においてスイッチをＯＮに切替えると第１の回転量だけ回転するまでモータを回転させ、モータが第１の回転量だけ回転するとモータの回転を一時停止させ、モータの一時停止中にスイッチのＯＮ状態が継続されている場合には再度モータの回転駆動を開始することが好ましい。
【０００９】
本発明の内視鏡は、挿入管の先端において光軸に沿って変位可能に設けられたレンズと、レンズの位置を調整するためのレンズ位置調整機構と、レンズ位置調整機構に動力を供給するモータと、モータの動力をレンズ位置調整機構に伝達するトルクワイヤと、モータの回転を検知し回転量を算出する回転量検出手段と、モータを停止状態から第１の回転量だけ回転させるようにＰＷＭ制御するモータ制御手段とを備え、モータ制御手段は第１の回転量より小さい第２の回転量から第１の回転量まで回転している期間にはモータに印加する駆動電圧のデューティー比を時間の経過に対するデューティー比の変化の割合を実質的に連続させながら時間の経過に応じて減少させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、駆動電圧のデューティー比が停止前に時間の経過に対するデューティー比の変化割合を連続させながら減少するので、トルクワイヤのトルクを徐々に開放させ、モータ２２の回転停止後のレンズの変位量を低減化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態であるレンズ位置制御システムを有する内視鏡を用いた電子内視鏡ユニットの構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態の電子内視鏡の電気的、機械的な構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】モータ駆動回路および制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】モータ駆動回路から出力される３相駆動信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）とモータ駆動回路において生成される１回転検出信号の対応を示すタイミングチャートである。
【図５】モータに印加する駆動電圧のデューティー比の時間変化とモータの回転量の時間変化との関係を示す図である。
【図６】レンズ位置制御処理のフローチャートである。
【図７】１段階のモータ回転制御のサブルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態であるレンズ位置制御システムを有する内視鏡を用いた電子内視鏡ユニットの構成を示す概略図である。
【００１３】
電子内視鏡システムは、電子内視鏡１０、内視鏡プロセッサ１１、およびモニタ１２によって構成される。電子内視鏡１０およびモニタ１２は内視鏡プロセッサ１１に着脱自在である。
【００１４】
電子内視鏡１０は、挿入管１３、操作部１４、コネクタ１５、およびユニバーサルコード１６によって構成される。挿入管１３は可撓管によって形成され、体内や管孔内に挿入される。
【００１５】
操作部１４は、ユーザにより把持・操作され、挿入管１３の基端部が連結される。コネクタ１５は、内視鏡プロセッサ１１に着脱され、電子内視鏡１０と内視鏡プロセッサ１１とを電気的、光学的に接続する。ユニバーサルコード１６は、操作部１４とコネクタ１５の間を連絡する。
【００１６】
内視鏡プロセッサ１１には、例えば、画像処理ユニット（図示せず）とともに光源部（図示せず）が設けられる。光源部からは照明光が出射される。照明光は、コネクタ部１５から挿入管１３の先端部まで配設されたライトガイドファイバ（図示せず）を介して先端部まで伝送され、先端部付近の被写体に照射される。
【００１７】
挿入管１３の先端部に撮像素子（図１において図示せず）が設けられる。撮像素子により被写体が撮影される。撮像素子の撮影により被写体像に相当する画像信号が生成される。
【００１８】
生成された画像信号は、挿入管１３、操作部１４、ユニバーサルコード１６、およびコネクタ部１５を介して内視鏡プロセッサ１１に伝送される。内視鏡プロセッサ１１では、画像信号に対して所定の画像処理が施される。画像信号はモニタ１２に伝送され、画像信号に相当する画像が表示される。
【００１９】
次に、図２を用いて、電子内視鏡１０の構成を説明する。図２は、電子内視鏡１０の構成を模式的に示すブロック図である。
【００２０】
挿入管１３の先端部には、ＣＣＤである撮像素子１７および撮影光学系１８が配置される。撮影光学系１８により撮像素子１７の受光面に被写体像が結像される。撮影光学系１８は焦点距離を調整するズーム光学系（レンズ群）（図示せず）を有し、ズーム光学系は光軸にそって摺動自在なレンズ保持枠（図示せず）に保持される。
【００２１】
従来周知のように、レンズ保持枠に設けられたピン（図示せず）と、カム環１９に設けられたカム溝（図示せず）との係合により、カム環１９の光軸周りの回転運動が、レンズ保持枠の光軸方向の直線運動に変換され、ズーム光学系の位置が調整される（レンズ位置調整機構）。これにより、撮像素子１７ではズーム光学系の位置に応じた倍率の画像が撮影される。
【００２２】
また、カム環１９の外周面には周方向に沿ってギア部（図示せず）が形成され、ギア部には、ギア２０が係合される。ギア２０には、挿入部１１内に配設されるトルクワイヤ２１の一端が接続される。
【００２３】
トルクワイヤ２１の他端は操作部１４に設けられたモータ２２に減速ギア２３を介して接続される。したがって、モータ２２を回転させることによる回転力がトルクワイヤ２１を介してギア２０に伝達され、カム環１９は光軸周りに回転される。
【００２４】
モータ２２は、例えば３相のセンサレス・ブラシレス・ＤＣモータである。モータ２２はコネクタ部１５に設けられるモータ駆動回路２４からユニバーサルコード１６（図１参照）を介して送られる３相駆動信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）により制御される。
【００２５】
モータ駆動回路２４は、コネクタ部１５に設けられた制御部２５による制御に基づいて、３相駆動信号を出力する。なお、モータ駆動回路２４によりモータ２２の回転が検知され、制御部２５に伝達される。
【００２６】
なお、操作部１４には、Ｔｅｌｅボタン２６およびＷｉｄｅボタン２７を含む入力部２８が設けられる。Ｔｅｌｅボタン２６を押下することにより望遠（ズームイン）を実行する指示が入力可能である。また、Ｗｉｄｅボタン２７を押下することにより広角（ズームアウト）を実行する指示が入力可能である。
【００２７】
Ｔｅｌｅボタン２６、Ｗｉｄｅボタン２７の操作信号は、制御部２５へと送られる。制御部２５はこの操作信号に基づいてモータ駆動回路２４を制御し、モータ２２を回転させる。
【００２８】
撮像素子１７は、コネクタ部１５に設けられたＣＣＤ駆動回路２９から出力されるＣＣＤ駆動パルス信号により制御される。ＣＣＤ駆動回路２９は、制御部２５により制御される。撮像素子１７により生成された画像信号は、コネクタ部１５に設けられたＣＣＤ信号処理部３０に伝送される。
【００２９】
ＣＣＤ信号処理部３０はアナログフロントエンドであって、撮像素子１７が生成したアナログ画像信号に対して、初段増幅、相関二重サンプリング、ＡＤ変換を施し、制御部２５へと出力する。
【００３０】
また、制御部２５には、通信制御部３１が接続される。通信制御部３１は、制御部２５に入力されたデジタルの画像信号や各種制御信号を内視鏡プロセッサ１１の画像処理ユニットへ出力するとともに、内視鏡プロセッサ１１から受信した各種制御信号を制御部２５に伝送する。
【００３１】
次に、図３、図４を参照して、本実施形態におけるモータ駆動回路２４および制御部２５の構成の詳細について説明する。なお、図３は、モータ駆動回路２４および制御部２５の構成を示すブロック図である。図４は、モータ駆動回路２４から出力される３相駆動信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）とモータ駆動回路２４において生成される１回転検出信号の対応を示すタイミングチャートである。
【００３２】
モータ駆動回路２４は、３相センサレスモータ制御ロジック回路３２、ドライブ回路３３、位相検出回路３４などによって構成される。３相センサレスモータ制御ロジック回路３２により、モータ２２に与えるＵ、Ｖ、Ｗ相のパルス波形が生成される。ドライブ回路３３では、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のパルス波形に基づいて、モータ２２のＵ、Ｖ、Ｗ端子に印加されるＵ、Ｖ、Ｗ相の電圧が出力される。
【００３３】
モータ２２とドライブ回路３３とを結ぶＵ、Ｖ、Ｗ信号線は、コンパレータ３５Ｕ、３５Ｖ、３５Ｗの一方の入力端子にそれぞれ接続される。また、コンパレータ３５Ｕ、３５Ｖ、３５Ｗの他方の入力端子には参照電圧ＶＲＥＦが入力される。
【００３４】
ＵＶＷ各相に印加される電圧がオフ状態のとき、対応する相では逆起電力により負電圧が発生する。本実施形態では、コンパレータ３５Ｕ、３５Ｖ、３５Ｗの各々で、各相の逆起電力の発生を検知し位相検出回路３４においてモータ２２の位相が検出される。
【００３５】
また、ある１つの相に対する上記コンパレータからの出力は、モータ２２の一回転に対応する周期のパルス信号となるため、本実施形態ではこれを１回転検出信号ＦＧとして制御部２５へと出力する。なお図４には、各相における位相検出のタイミングも示される。
【００３６】
制御部２５には、マイコン３６および不揮発性メモリ３７が設けられる。マイコン３６により３相センサレスモータ制御ロジック回路３２は制御される。マイコン３６には、位相検出回路３４からＵ相に対応した逆気電力検出パルスが１回転検出信号として入力される。
【００３７】
マイコン３６では、１回転検出信号ＦＧに基づいてモータ２２の回転角に対応する回転量が算出される。なお、モータ２２の回転量は、１回転検出信号ＦＧのカウント値（例えば正転時に加算、反転時に減算して求めるパルス数）として求められる。電子内視鏡１０では、モータ回転量に基づいてレンズ位置の制御が行われる。
【００３８】
ズーム光学系をＴｅｌｅ端に位置付けるモータの回転位置が第１の基準位置に定められる。モータ２２を回転させるときに算出される第１の基準位置からの回転量に基づいてズーム光学系の現在位置が推定される。なお、算出される回転量は不揮発性メモリ３７にも格納される。
【００３９】
ズーム光学系をＷｉｄｅ端に位置させるときの原点位置からの回転量が第２の基準位置として予め算出され、不揮発性メモリ３７に格納される。また、第１の基準位置から第２の基準位置の間において、第１〜第８のステップ回転位置が予め定められ、不揮発性メモリ３７に格納される。
【００４０】
Ｔｅｌｅ端、第１〜第８のステップ回転位置に対応するズーム光学系の位置、およびＷｉｄｅ端のいずれかにズーム光学系が位置付けられるように、モータ駆動回路２４はモータ２２を駆動する。
【００４１】
すなわち、第１の基準位置および第１〜第８のステップ回転位置においてＴｅｌｅボタン２６を押下すると、第１〜第８のステップ回転位置および第２の基準位置に到達するまでモータ２２が回転するように駆動される。
【００４２】
また、Ｔｅｌｅボタン２６の押下状態を維持すると、それぞれのステップ回転位置においてモータ２２の回転を一時停止し、使用者に設定されたインターバル時間の経過後、回転が再開される。なお、インターバル時間は、例えば１０、４１、６０ｍｓｅｃの中から使用者が設定することが可能である。
【００４３】
また、Ｔｅｌｅボタン２６の押下解除後、第１〜第８のステップ回転位置または第２の基準位置の中で最初に到達する位置までモータ２２が回転するように駆動される。
【００４４】
同様に、第２の基準位置および第８〜第１のステップ回転位置においてＷｉｄｅボタン２７を押下すると、第８〜第１のステップ回転位置および第１の基準位置に到達するまでモータ２２が回転するように駆動される。
【００４５】
また、Ｗｉｄｅボタン２７の押下状態を維持すると、それぞれのステップ回転位置においてモータ２２の回転を一時停止し、使用者に設定されたインターバル時間の経過後、回転が再開される。また、Ｗｉｄｅボタン２７の押下解除後、第８〜第１のステップ回転位置または第１の基準位置の中で最初に到達する位置までモータ２２が回転するように駆動される。
【００４６】
次に、モータ２２の駆動について図５のタイミングチャートを用いて説明する。図５はモータ２２に印加する駆動電圧のデューティー比の時間変化と、モータ２２の回転量の時間変化との関係を示すグラフである。
【００４７】
モータ２２のトルクはＰＷＭ制御により調整される。すなわち、モータ２２の駆動電圧のデューティー比を変えることによりトルクが調整される。
【００４８】
Ｔｅｌｅボタン２６およびＷｉｄｅボタン２７の押下前には、駆動電圧のデューティー比はゼロに維持され、モータ２２は第１、第２の基準位置または第１〜第８のステップ回転位置のいずれかの位置において回転を停止している。
【００４９】
第１の基準位置および第１〜第８のステップ回転位置のいずれかにおいてＷｉｄｅボタン２７を押下時に駆動電圧のデューティー比が最低駆動値に切替えられる。元の位置から隣接するステップ回転位置または第２の基準位置までの間、駆動電圧のデューティー比Ｄは、（１）式を満たすように、制御される。
【００５０】
【数１】
【００５１】
（１）式において、Ｄｍｉｎは最低駆動値、ＤＡは定数であって、実験などにより最適な値に定められる。また、（１）式における時間定数Ｔは、（２）式を満たすように定められた定数であって、第１の基準位置と第１のステップ回転位置との間、第ｎ、第（ｎ＋１）のステップ回転位置の間（ｎは１〜７の整数）、および第８のステップ回転位置と第２の基準位置との間別に定められ、不揮発性メモリ３７に格納される。
【００５２】
【数２】
【００５３】
（２）式において、ΔＦＧは第1の基準位置および第１のステップ回転位置のように互いに隣接する基準位置とステップ回転位置または互いに隣接するステップ回転位置間の回転量（第１の回転量）である。
【００５４】
モータ２２の回転位置が第１の基準位置においてＷｉｄｅボタンが押下されたときに、第１の基準位置と第１のステップ回転位置との間に対して定められる時間定数Ｔがマイコン３６に読出され、駆動電圧のデューティー比が（１）式を満たすように制御される。
【００５５】
モータ２２の回転位置が第ｎのステップ回転位置（ｎは１〜７の整数）においてＷｉｄｅボタンが押下されたときに、第ｎ、第（ｎ＋１）のステップ回転位置との間に対して定められる時間定数Ｔがマイコン３６に読出され、駆動電圧のデューティー比が（１）式を満たすように制御される。
【００５６】
モータ２２の回転位置が第８のステップ位置においてＷｉｄｅボタンが押下されたときに、第８のステップ回転位置と第２の基準位置との間に対して定められる時間定数Ｔがマイコン３６に読出され、駆動電圧のデューティー比が（１）式を満たすように制御される。
【００５７】
モータ２２が元の位置から隣接するステップ回転位置または第２の基準位置に到達すると、駆動電圧のデューティー比がゼロに切替えられる。
【００５８】
モータ２２の回転中にＷｉｄｅボタン２７の押下が解除されると、駆動電圧のデューティー比はゼロのまま維持される。モータ２２の回転停止後にもＷｉｄｅボタン２７が押下されている場合には、モータ２２の回転停止時から設定されたインターバル時間の経過時に、駆動電圧のデューティー比が最低駆動値に切替えられ、上述と同様に駆動電圧のデューティー比が調整される。
【００５９】
第２の基準位置および第８〜第１のステップ回転位置のいずれかにおいてＴｅｌｅボタン２６を押下時に駆動電圧のデューティー比が最低駆動値に切替えられる。なお、Ｗｉｄｅボタン２７の押下時とは、駆動電圧の正相と逆相とが入替えられる。
【００６０】
元の位置から隣接するステップ回転位置または第１の基準位置までの間、駆動電圧のデューティー比Ｄは、（１）式を満たすように、制御される。
【００６１】
なお、モータ２２の回転位置が第２の基準位置においてＴｅｌｅボタンが押下されたときに、第８のステップ回転位置と第２の基準位置との間に対して定められる時間定数Ｔがマイコン３６に読出され、駆動電圧のデューティー比が（１）式を満たすように制御される。
【００６２】
モータ２２の回転位置が第ｎのステップ回転位置（ｎは２〜８の整数）においてＴｅｌｅボタンが押下されたときに、第（ｎ−１）、第ｎのステップ回転位置との間に対して定められている時間定数Ｔがマイコン３６に読出され、駆動電圧のデューティー比が（１）式を満たすように制御される。
【００６３】
モータ２２の回転位置が第１のステップ回転位置においてＴｅｌｅボタンが押下されたときに、第１の基準位置と第１のステップ回転位置との間に対して定められている時間定数Ｔがマイコン３６に読出され、駆動電圧のデューティー比が（１）式を満たすように制御される。
【００６４】
モータ２２が元の位置から隣接するステップ回転位置または第１の基準位置に到達すると、駆動電圧のデューティー比がゼロに切替えられる。
【００６５】
モータ２２の回転中にＴｅｌｅボタン２６の押下が解除されると、駆動電圧のデューティー比はゼロのまま維持される。モータ２２の回転停止後にもＴｅｌｅボタン２６が押下されている場合には、モータ２２の回転停止時から設定されたインターバル時間の経過時に、駆動電圧のデューティー比が最低駆動値に切替えられ、上述と同様に駆動電圧のデューティー比が調整される。
【００６６】
次に、初期化動作後にマイコン３６により実行されるレンズ位置制御処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。図６はレンズ位置制御処理のフローチャートであり、Ｔｅｌｅボタン２６およびＷｉｄｅボタン２７の何れか一方が押下されるときにマイコン３６により実行される。
【００６７】
ステップＳ１００では、Ｔｅｌｅボタン２６およびＷｉｄｅボタン２７の何れのボタンが押下されたかを判別する。Ｔｅｌｅボタン２６が押されている場合には、ステップＳ１０１に進む。Ｗｉｄｅボタン２７が押下されている場合には、ステップＳ１０３に進む。
【００６８】
ステップＳ１０１では、モータ２２の回転位置が第１の基準位置であるか否かを判別する。第１の基準位置である場合には、Ｔｅｌｅ方向に回転させることが出来ないので、ステップＳ１００に戻る。第１の基準位置以外の位置である場合には、ステップＳ１０２に進む。
【００６９】
ステップＳ１０２では、モータ２２の回転方向をＴｅｌｅ方向に設定する。回転方向の設定後、ステップＳ２００に進む。
【００７０】
一方、ステップＳ１０３では、モータ２２の回転位置が第２の基準位置であるか否かを判別する。第２の基準位置である場合には、Ｗｉｄｅ方向に回転させることが出来ないので、ステップＳ１００に戻る。第２の基準位置以外の位置である場合には、ステップＳ１０４に進む。
【００７１】
ステップＳ１０４では、モータ２２の回転方向をＷｉｄｅ方向に設定する。回転方向の設定後、ステップＳ２００に進む。
【００７２】
ステップＳ１０２またはステップＳ１０４の終了後のステップＳ２００では、モータ２２の現在の回転位置から設定された回転方向における隣接する回転位置まで回転するようにモータ２２を駆動させる。モータ２２の回転制御後、ステップＳ１０５に進む。
【００７３】
ステップＳ１０５では、モータ２２の回転を停止させる。モータ２２の停止後、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、インターバルタイマを起動する。インターバルタイマの起動後、ステップＳ１０７に進む。
【００７４】
ステップＳ１０７では、設定されたインターバル時間が経過しているか否かを判別する。設定されたインターバル時間を経過していない場合はステップＳ１０７に戻り、インターバル時間が経過するまでステップＳ１０７を繰返す。インターバル時間の経過時に、ステップＳ１００に戻る。
【００７５】
次に、ステップＳ２００で実行される１段階のモータ２２回転制御について図７のフローチャートを用いて説明する。図７は、１段階のモータ２２回転制御のサブルーチンである。
【００７６】
ステップＳ２０１では、モータ２２の現在の回転位置およびステップＳ１０２またはステップＳ１０４において設定された回転方向に基づいて、対応する時間定数Ｔを不揮発性メモリ３７から読出す。時間定数Ｔの読出し後、ステップＳ２０２に進む。
【００７７】
ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１において読出した時間定数Ｔを用いて、時間経過に対する駆動電圧のデューティー比の関数を定める。デューティー比の設定後、ステップＳ２０３に進む。
【００７８】
ステップＳ２０３では、モータ２２に印加する駆動電圧のデューティー比を最低駆動値に設定し、モータ２２の回転を開始させる。モータ２２の回転開始後、ステップＳ２０４に進む。
【００７９】
ステップＳ２０４では、時間の経過に対してステップＳ２０２において設定した関数によって変動するようにデューティー比の調整を開始する。デューティー比の調整開始後、ステップＳ２０５に進む。
【００８０】
ステップＳ２０５では、モータ２２の回転位置が、設定された回転方向における元の位置に隣接する基準位置またはステップ回転位置に到達しているか否かを判別する。到達していない場合はステップＳ２０５に戻り、隣接する回転位置に到達するまでステップＳ２０５を繰返す。隣接する回転位置に到達している場合には、ステップＳ１０５に進む。
【００８１】
以上のように、本実施形態のレンズ位置制御システムによれば、モータ２２の回転を停止させる前に駆動電圧のデューティー比を通常駆動電圧から減少させることにより、トルクを徐々に開放させることが出来る。トルクを徐々に開放することにより、モータ２２の回転停止後のズーム光学系の変位量を低減化することが可能である。
【００８２】
また、本実施形態によれば、時間の経過に対して正弦関数状にデューティー比が変動される。したがって、デューティー比を最小値から最低駆動値まで減少させる際に、時間の経過に対するデューティー比の変化の割合を連続させることが可能である。
【００８３】
時間の経過に対するデューティー比の変化の割合を連続させることにより、一定の割合で変化させる場合に比べてさらにゆっくりとトルクを開放することが可能となる。したがって、モータ２２の回転停止後のズーム光学系の変位量をさらに低減化することが可能である。
【００８４】
モータ２２の回転停止後のズーム光学系の変位量を低減化出来るので、所定の位置により近い位置でズーム光学系の変位を停止可能である。それゆえ、正確な位置調整が可能となるため、ズーム光学系の位置検出センサを挿入管１３の先端に設ける必要が無い。
【００８５】
なお、本実施形態では、駆動電圧のデューティー比を、時間の経過に対して正弦関数状に変化させる構成であるが、デューティー比の時間に対する変化は正弦関数状に限定されない。元の回転位置から隣接する回転位置までの間の回転位置（第２の回転量）から回転停止するまでの間に、時間の経過に対するデューティー比の変化の割合を実質的に連続させながら、デューティー比を減少させる構成であれば、本実施形態と同様の効果を得ることは可能である。
【００８６】
また、本実施形態では、モータ２２の回転開始、駆動電圧のデューティー比を徐々に増加するように制御されるが、回転開始時に一定の値に昇圧する構成であってもよい。すなわち、回転開始時にＤｍｉｎ＋ＤＡに昇圧し、回転開始後Ｔ／２経過後に（１）式に応じて変化するようにデューティー比を調整することによっても本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００８７】
また、本実施形態では、第１〜第８のステップ回転位置でモータ２２の回転を停止させる構成であるが、第１〜第８のステップ回転位置に限られない。第１〜第ｎのステップ回転位置（ｎは２以上の整数）でモータ２２の回転を停止させる構成であってもよい。
【００８８】
第１、第２の基準位置の間の第１〜第ｎのステップ回転位置においてモータ２２の回転を停止させることにより、所定の撮影倍率で被写体を観察可能となる。また、それぞれのステップ回転位置でモータ２２の回転を設定したインターバル時間だけ停止させる構成により、使用者の所望の倍率でズーム光学系の変位を停止させることが可能になる。
【００８９】
また、本実施形態では、第１〜第８のステップ回転位置でモータ２２の回転を停止させる構成であるが、いずれの位置において停止させなくてもよい。すなわち、第１、第２の基準位置でのみモータ２２の回転を停止させる構成であってもよい。第１、第２の基準位置のみでモータ２２の回転を停止させる構成であっても、回転停止後のズーム光学系の変位量を減少させる効果を得ることは可能である。
【００９０】
また、本実施形態では、モータ制御回路２４から出力される３相駆動信号の位相からモータ２２の回転量を検出する構成であるが、他のいかなる方法によってモータ２２の回転量を検出してもよい。例えば、モータ２２の回転位置を検出するエンコーダなどの位置検出センサによって回転量を検出する構成であってもよい。
【００９１】
また、本実施形態では、ズーム光学系を変位させる構成であるが、トルクワイヤによって駆動されるものはズーム光学系に限定されない。フォーカスレンズなどの他のレンズが駆動される構成であってもよい。
【００９２】
また、本実施形態では、レンズの駆動にカム環を用いる構成であるが、トルクワイヤを回転させることにより駆動力が伝達される構成であれば従来周知の他の機構を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 電子内視鏡
１１ 内視鏡プロセッサ
１２ モニタ
１３ 挿入管
１４ 操作部
１７ 撮像素子
１８ 撮影光学系
１９ カム環（レンズ位置調整機構）
２０ ギア
２１ トルクワイヤ
２２ モータ
２４ モータ駆動回路
２５ 制御部
２６ Ｔｅｌｅボタン
２７ Ｗｉｄｅボタン
３４ 位相検出回路
３６ マイコン
３７ 不揮発性メモリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系に移動機構を設けた電子内視鏡に関し、特にトルクワイヤを用いたレンズ位置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子内視鏡の撮像光学系にズーム機構を設け、観察倍率を可変とした拡大内視鏡が知られている（特許文献１参照）。内視鏡挿入管先端に設けられたズームレンズは、例えば操作部に設けられたモータによりトルクワイヤを軸方向に回転させ、挿入管先端においてトルクワイヤの回転運動を並進運動に変換させることにより、光軸に沿って変位する。撮影倍率が所定の撮影倍率となるように調整可能であることが好ましい。そのためには、ズームレンズを所定の位置で変位停止する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２４９８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内視鏡には剛性の強いトルクワイヤを用いることが困難であるため、トルクワイヤに捩れが生じることがある。それゆえ、トルクワイヤのモータ側の回転を先端側に即座に追従させることが困難である。追従困難であるため、ズームレンズの位置またはモータの回転量を検出し、モータを停止してもズームレンズが変位することがある。それゆえ、上述のような構成では、ズームレンズを所定の位置で変位停止させることは難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のレンズ位置制御システムは、内視鏡の先端に設けられるレンズの位置を調整するためのレンズ位置調整機構と、レンズ位置調整機構に動力を供給するモータと、モータの動力をレンズ位置調整機構に伝達するトルクワイヤと、モータの回転を検知し回転量を算出する回転量検出手段と、モータを停止状態から第１の回転量だけ回転させるようにＰＷＭ制御するモータ制御手段とを備え、モータ制御手段は第１の回転量より小さい第２の回転量から第１の回転量まで回転している期間にはモータに印加する駆動電圧のデューティー比を時間の経過に対するデューティー比の変化の割合を実質的に連続させながら時間の経過に応じて減少させることを特徴としている。
【０００６】
なお、レンズは第１の端部から第２の端部まで移動可能であり、第１、第２の端部に対応するモータの回転の位置である第１、第２の基準位置までの間に第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）のステップ位置が定められており、モータ制御手段はモータの回転駆動開始後第１、第２の基準位置および第１〜第ｎのステップ位置においてモータの回転を停止させ、第１の基準位置から第１のステップ位置、第（ｎ−１）のステップ位置から第ｎのステップ位置および第ｎのステップ位置から第２の基準位置までの回転量である第１の回転量は第１の基準位置と第１のステップ位置との間、第（ｎ−１）のステップ位置と第ｎのステップ位置との間および第ｎのステップ位置と第２の基準位置との間の回転駆動である第１の回転駆動、第ｎの回転駆動、終端回転駆動毎に定められることが好ましい。
【０００７】
また、第２の回転量は第１、第ｎの回転駆動および終端回転駆動毎に定められることが好ましい。
【０００８】
また、レンズを移動させる入力のＯＮとＯＦＦとを切替えるスイッチを備え、モータ制御手段はモータの停止状態においてスイッチをＯＮに切替えると第１の回転量だけ回転するまでモータを回転させ、モータが第１の回転量だけ回転するとモータの回転を一時停止させ、モータの一時停止中にスイッチのＯＮ状態が継続されている場合には再度モータの回転駆動を開始することが好ましい。
【０００９】
本発明の内視鏡は、挿入管の先端において光軸に沿って変位可能に設けられたレンズと、レンズの位置を調整するためのレンズ位置調整機構と、レンズ位置調整機構に動力を供給するモータと、モータの動力をレンズ位置調整機構に伝達するトルクワイヤと、モータの回転を検知し回転量を算出する回転量検出手段と、モータを停止状態から第１の回転量だけ回転させるようにＰＷＭ制御するモータ制御手段とを備え、モータ制御手段は第１の回転量より小さい第２の回転量から第１の回転量まで回転している期間にはモータに印加する駆動電圧のデューティー比を時間の経過に対するデューティー比の変化の割合を実質的に連続させながら時間の経過に応じて減少させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、駆動電圧のデューティー比が停止前に時間の経過に対するデューティー比の変化割合を連続させながら減少するので、トルクワイヤのトルクを徐々に開放させ、モータ２２の回転停止後のレンズの変位量を低減化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態であるレンズ位置制御システムを有する内視鏡を用いた電子内視鏡ユニットの構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態の電子内視鏡の電気的、機械的な構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】モータ駆動回路および制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】モータ駆動回路から出力される３相駆動信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）とモータ駆動回路において生成される１回転検出信号の対応を示すタイミングチャートである。
【図５】モータに印加する駆動電圧のデューティー比の時間変化とモータの回転量の時間変化との関係を示す図である。
【図６】レンズ位置制御処理のフローチャートである。
【図７】１段階のモータ回転制御のサブルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態であるレンズ位置制御システムを有する内視鏡を用いた電子内視鏡ユニットの構成を示す概略図である。
【００１３】
電子内視鏡システムは、電子内視鏡１０、内視鏡プロセッサ１１、およびモニタ１２によって構成される。電子内視鏡１０およびモニタ１２は内視鏡プロセッサ１１に着脱自在である。
【００１４】
電子内視鏡１０は、挿入管１３、操作部１４、コネクタ１５、およびユニバーサルコード１６によって構成される。挿入管１３は可撓管によって形成され、体内や管孔内に挿入される。
【００１５】
操作部１４は、ユーザにより把持・操作され、挿入管１３の基端部が連結される。コネクタ１５は、内視鏡プロセッサ１１に着脱され、電子内視鏡１０と内視鏡プロセッサ１１とを電気的、光学的に接続する。ユニバーサルコード１６は、操作部１４とコネクタ１５の間を連絡する。
【００１６】
内視鏡プロセッサ１１には、例えば、画像処理ユニット（図示せず）とともに光源部（図示せず）が設けられる。光源部からは照明光が出射される。照明光は、コネクタ部１５から挿入管１３の先端部まで配設されたライトガイドファイバ（図示せず）を介して先端部まで伝送され、先端部付近の被写体に照射される。
【００１７】
挿入管１３の先端部に撮像素子（図１において図示せず）が設けられる。撮像素子により被写体が撮影される。撮像素子の撮影により被写体像に相当する画像信号が生成される。
【００１８】
生成された画像信号は、挿入管１３、操作部１４、ユニバーサルコード１６、およびコネクタ部１５を介して内視鏡プロセッサ１１に伝送される。内視鏡プロセッサ１１では、画像信号に対して所定の画像処理が施される。画像信号はモニタ１２に伝送され、画像信号に相当する画像が表示される。
【００１９】
次に、図２を用いて、電子内視鏡１０の構成を説明する。図２は、電子内視鏡１０の構成を模式的に示すブロック図である。
【００２０】
挿入管１３の先端部には、ＣＣＤである撮像素子１７および撮影光学系１８が配置される。撮影光学系１８により撮像素子１７の受光面に被写体像が結像される。撮影光学系１８は焦点距離を調整するズーム光学系（レンズ群）（図示せず）を有し、ズーム光学系は光軸にそって摺動自在なレンズ保持枠（図示せず）に保持される。
【００２１】
従来周知のように、レンズ保持枠に設けられたピン（図示せず）と、カム環１９に設けられたカム溝（図示せず）との係合により、カム環１９の光軸周りの回転運動が、レンズ保持枠の光軸方向の直線運動に変換され、ズーム光学系の位置が調整される（レンズ位置調整機構）。これにより、撮像素子１７ではズーム光学系の位置に応じた倍率の画像が撮影される。
【００２２】
また、カム環１９の外周面には周方向に沿ってギア部（図示せず）が形成され、ギア部には、ギア２０が係合される。ギア２０には、挿入部１１内に配設されるトルクワイヤ２１の一端が接続される。
【００２３】
トルクワイヤ２１の他端は操作部１４に設けられたモータ２２に減速ギア２３を介して接続される。したがって、モータ２２を回転させることによる回転力がトルクワイヤ２１を介してギア２０に伝達され、カム環１９は光軸周りに回転される。
【００２４】
モータ２２は、例えば３相のセンサレス・ブラシレス・ＤＣモータである。モータ２２はコネクタ部１５に設けられるモータ駆動回路２４からユニバーサルコード１６（図１参照）を介して送られる３相駆動信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）により制御される。
【００２５】
モータ駆動回路２４は、コネクタ部１５に設けられた制御部２５による制御に基づいて、３相駆動信号を出力する。なお、モータ駆動回路２４によりモータ２２の回転が検知され、制御部２５に伝達される。
【００２６】
なお、操作部１４には、Ｔｅｌｅボタン２６およびＷｉｄｅボタン２７を含む入力部２８が設けられる。Ｔｅｌｅボタン２６を押下することにより望遠（ズームイン）を実行する指示が入力可能である。また、Ｗｉｄｅボタン２７を押下することにより広角（ズームアウト）を実行する指示が入力可能である。
【００２７】
Ｔｅｌｅボタン２６、Ｗｉｄｅボタン２７の操作信号は、制御部２５へと送られる。制御部２５はこの操作信号に基づいてモータ駆動回路２４を制御し、モータ２２を回転させる。
【００２８】
撮像素子１７は、コネクタ部１５に設けられたＣＣＤ駆動回路２９から出力されるＣＣＤ駆動パルス信号により制御される。ＣＣＤ駆動回路２９は、制御部２５により制御される。撮像素子１７により生成された画像信号は、コネクタ部１５に設けられたＣＣＤ信号処理部３０に伝送される。
【００２９】
ＣＣＤ信号処理部３０はアナログフロントエンドであって、撮像素子１７が生成したアナログ画像信号に対して、初段増幅、相関二重サンプリング、ＡＤ変換を施し、制御部２５へと出力する。
【００３０】
また、制御部２５には、通信制御部３１が接続される。通信制御部３１は、制御部２５に入力されたデジタルの画像信号や各種制御信号を内視鏡プロセッサ１１の画像処理ユニットへ出力するとともに、内視鏡プロセッサ１１から受信した各種制御信号を制御部２５に伝送する。
【００３１】
次に、図３、図４を参照して、本実施形態におけるモータ駆動回路２４および制御部２５の構成の詳細について説明する。なお、図３は、モータ駆動回路２４および制御部２５の構成を示すブロック図である。図４は、モータ駆動回路２４から出力される３相駆動信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）とモータ駆動回路２４において生成される１回転検出信号の対応を示すタイミングチャートである。
【００３２】
モータ駆動回路２４は、３相センサレスモータ制御ロジック回路３２、ドライブ回路３３、位相検出回路３４などによって構成される。３相センサレスモータ制御ロジック回路３２により、モータ２２に与えるＵ、Ｖ、Ｗ相のパルス波形が生成される。ドライブ回路３３では、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のパルス波形に基づいて、モータ２２のＵ、Ｖ、Ｗ端子に印加されるＵ、Ｖ、Ｗ相の電圧が出力される。
【００３３】
モータ２２とドライブ回路３３とを結ぶＵ、Ｖ、Ｗ信号線は、コンパレータ３５Ｕ、３５Ｖ、３５Ｗの一方の入力端子にそれぞれ接続される。また、コンパレータ３５Ｕ、３５Ｖ、３５Ｗの他方の入力端子には参照電圧ＶＲＥＦが入力される。
【００３４】
ＵＶＷ各相に印加される電圧がオフ状態のとき、対応する相では逆起電力により負電圧が発生する。本実施形態では、コンパレータ３５Ｕ、３５Ｖ、３５Ｗの各々で、各相の逆起電力の発生を検知し位相検出回路３４においてモータ２２の位相が検出される。
【００３５】
また、ある１つの相に対する上記コンパレータからの出力は、モータ２２の一回転に対応する周期のパルス信号となるため、本実施形態ではこれを１回転検出信号ＦＧとして制御部２５へと出力する。なお図４には、各相における位相検出のタイミングも示される。
【００３６】
制御部２５には、マイコン３６および不揮発性メモリ３７が設けられる。マイコン３６により３相センサレスモータ制御ロジック回路３２は制御される。マイコン３６には、位相検出回路３４からＵ相に対応した逆気電力検出パルスが１回転検出信号として入力される。
【００３７】
マイコン３６では、１回転検出信号ＦＧに基づいてモータ２２の回転角に対応する回転量が算出される。なお、モータ２２の回転量は、１回転検出信号ＦＧのカウント値（例えば正転時に加算、反転時に減算して求めるパルス数）として求められる。電子内視鏡１０では、モータ回転量に基づいてレンズ位置の制御が行われる。
【００３８】
ズーム光学系をＴｅｌｅ端に位置付けるモータの回転位置が第１の基準位置に定められる。モータ２２を回転させるときに算出される第１の基準位置からの回転量に基づいてズーム光学系の現在位置が推定される。なお、算出される回転量は不揮発性メモリ３７にも格納される。
【００３９】
ズーム光学系をＷｉｄｅ端に位置させるときの原点位置からの回転量が第２の基準位置として予め算出され、不揮発性メモリ３７に格納される。また、第１の基準位置から第２の基準位置の間において、第１〜第８のステップ回転位置が予め定められ、不揮発性メモリ３７に格納される。
【００４０】
Ｔｅｌｅ端、第１〜第８のステップ回転位置に対応するズーム光学系の位置、およびＷｉｄｅ端のいずれかにズーム光学系が位置付けられるように、モータ駆動回路２４はモータ２２を駆動する。
【００４１】
すなわち、第１の基準位置および第１〜第８のステップ回転位置においてＴｅｌｅボタン２６を押下すると、第１〜第８のステップ回転位置および第２の基準位置に到達するまでモータ２２が回転するように駆動される。
【００４２】
また、Ｔｅｌｅボタン２６の押下状態を維持すると、それぞれのステップ回転位置においてモータ２２の回転を一時停止し、使用者に設定されたインターバル時間の経過後、回転が再開される。なお、インターバル時間は、例えば１０、４１、６０ｍｓｅｃの中から使用者が設定することが可能である。
【００４３】
また、Ｔｅｌｅボタン２６の押下解除後、第１〜第８のステップ回転位置または第２の基準位置の中で最初に到達する位置までモータ２２が回転するように駆動される。
【００４４】
同様に、第２の基準位置および第８〜第１のステップ回転位置においてＷｉｄｅボタン２７を押下すると、第８〜第１のステップ回転位置および第１の基準位置に到達するまでモータ２２が回転するように駆動される。
【００４５】
また、Ｗｉｄｅボタン２７の押下状態を維持すると、それぞれのステップ回転位置においてモータ２２の回転を一時停止し、使用者に設定されたインターバル時間の経過後、回転が再開される。また、Ｗｉｄｅボタン２７の押下解除後、第８〜第１のステップ回転位置または第１の基準位置の中で最初に到達する位置までモータ２２が回転するように駆動される。
【００４６】
次に、モータ２２の駆動について図５のタイミングチャートを用いて説明する。図５はモータ２２に印加する駆動電圧のデューティー比の時間変化と、モータ２２の回転量の時間変化との関係を示すグラフである。
【００４７】
モータ２２のトルクはＰＷＭ制御により調整される。すなわち、モータ２２の駆動電圧のデューティー比を変えることによりトルクが調整される。
【００４８】
Ｔｅｌｅボタン２６およびＷｉｄｅボタン２７の押下前には、駆動電圧のデューティー比はゼロに維持され、モータ２２は第１、第２の基準位置または第１〜第８のステップ回転位置のいずれかの位置において回転を停止している。
【００４９】
第１の基準位置および第１〜第８のステップ回転位置のいずれかにおいてＷｉｄｅボタン２７を押下時に駆動電圧のデューティー比が最低駆動値に切替えられる。元の位置から隣接するステップ回転位置または第２の基準位置までの間、駆動電圧のデューティー比Ｄは、（１）式を満たすように、制御される。
【００５０】
【数１】
【００５１】
（１）式において、Ｄｍｉｎは最低駆動値、ＤＡは定数であって、実験などにより最適な値に定められる。また、（１）式における時間定数Ｔは、（２）式を満たすように定められた定数であって、第１の基準位置と第１のステップ回転位置との間、第ｎ、第（ｎ＋１）のステップ回転位置の間（ｎは１〜７の整数）、および第８のステップ回転位置と第２の基準位置との間別に定められ、不揮発性メモリ３７に格納される。
【００５２】
【数２】
【００５３】
（２）式において、ΔＦＧは第1の基準位置および第１のステップ回転位置のように互いに隣接する基準位置とステップ回転位置または互いに隣接するステップ回転位置間の回転量（第１の回転量）である。
【００５４】
モータ２２の回転位置が第１の基準位置においてＷｉｄｅボタンが押下されたときに、第１の基準位置と第１のステップ回転位置との間に対して定められる時間定数Ｔがマイコン３６に読出され、駆動電圧のデューティー比が（１）式を満たすように制御される。
【００５５】
モータ２２の回転位置が第ｎのステップ回転位置（ｎは１〜７の整数）においてＷｉｄｅボタンが押下されたときに、第ｎ、第（ｎ＋１）のステップ回転位置との間に対して定められる時間定数Ｔがマイコン３６に読出され、駆動電圧のデューティー比が（１）式を満たすように制御される。
【００５６】
モータ２２の回転位置が第８のステップ位置においてＷｉｄｅボタンが押下されたときに、第８のステップ回転位置と第２の基準位置との間に対して定められる時間定数Ｔがマイコン３６に読出され、駆動電圧のデューティー比が（１）式を満たすように制御される。
【００５７】
モータ２２が元の位置から隣接するステップ回転位置または第２の基準位置に到達すると、駆動電圧のデューティー比がゼロに切替えられる。
【００５８】
モータ２２の回転中にＷｉｄｅボタン２７の押下が解除されると、駆動電圧のデューティー比はゼロのまま維持される。モータ２２の回転停止後にもＷｉｄｅボタン２７が押下されている場合には、モータ２２の回転停止時から設定されたインターバル時間の経過時に、駆動電圧のデューティー比が最低駆動値に切替えられ、上述と同様に駆動電圧のデューティー比が調整される。
【００５９】
第２の基準位置および第８〜第１のステップ回転位置のいずれかにおいてＴｅｌｅボタン２６を押下時に駆動電圧のデューティー比が最低駆動値に切替えられる。なお、Ｗｉｄｅボタン２７の押下時とは、駆動電圧の正相と逆相とが入替えられる。
【００６０】
元の位置から隣接するステップ回転位置または第１の基準位置までの間、駆動電圧のデューティー比Ｄは、（１）式を満たすように、制御される。
【００６１】
なお、モータ２２の回転位置が第２の基準位置においてＴｅｌｅボタンが押下されたときに、第８のステップ回転位置と第２の基準位置との間に対して定められる時間定数Ｔがマイコン３６に読出され、駆動電圧のデューティー比が（１）式を満たすように制御される。
【００６２】
モータ２２の回転位置が第ｎのステップ回転位置（ｎは２〜８の整数）においてＴｅｌｅボタンが押下されたときに、第（ｎ−１）、第ｎのステップ回転位置との間に対して定められている時間定数Ｔがマイコン３６に読出され、駆動電圧のデューティー比が（１）式を満たすように制御される。
【００６３】
モータ２２の回転位置が第１のステップ回転位置においてＴｅｌｅボタンが押下されたときに、第１の基準位置と第１のステップ回転位置との間に対して定められている時間定数Ｔがマイコン３６に読出され、駆動電圧のデューティー比が（１）式を満たすように制御される。
【００６４】
モータ２２が元の位置から隣接するステップ回転位置または第１の基準位置に到達すると、駆動電圧のデューティー比がゼロに切替えられる。
【００６５】
モータ２２の回転中にＴｅｌｅボタン２６の押下が解除されると、駆動電圧のデューティー比はゼロのまま維持される。モータ２２の回転停止後にもＴｅｌｅボタン２６が押下されている場合には、モータ２２の回転停止時から設定されたインターバル時間の経過時に、駆動電圧のデューティー比が最低駆動値に切替えられ、上述と同様に駆動電圧のデューティー比が調整される。
【００６６】
次に、初期化動作後にマイコン３６により実行されるレンズ位置制御処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。図６はレンズ位置制御処理のフローチャートであり、Ｔｅｌｅボタン２６およびＷｉｄｅボタン２７の何れか一方が押下されるときにマイコン３６により実行される。
【００６７】
ステップＳ１００では、Ｔｅｌｅボタン２６およびＷｉｄｅボタン２７の何れのボタンが押下されたかを判別する。Ｔｅｌｅボタン２６が押されている場合には、ステップＳ１０１に進む。Ｗｉｄｅボタン２７が押下されている場合には、ステップＳ１０３に進む。
【００６８】
ステップＳ１０１では、モータ２２の回転位置が第１の基準位置であるか否かを判別する。第１の基準位置である場合には、Ｔｅｌｅ方向に回転させることが出来ないので、ステップＳ１００に戻る。第１の基準位置以外の位置である場合には、ステップＳ１０２に進む。
【００６９】
ステップＳ１０２では、モータ２２の回転方向をＴｅｌｅ方向に設定する。回転方向の設定後、ステップＳ２００に進む。
【００７０】
一方、ステップＳ１０３では、モータ２２の回転位置が第２の基準位置であるか否かを判別する。第２の基準位置である場合には、Ｗｉｄｅ方向に回転させることが出来ないので、ステップＳ１００に戻る。第２の基準位置以外の位置である場合には、ステップＳ１０４に進む。
【００７１】
ステップＳ１０４では、モータ２２の回転方向をＷｉｄｅ方向に設定する。回転方向の設定後、ステップＳ２００に進む。
【００７２】
ステップＳ１０２またはステップＳ１０４の終了後のステップＳ２００では、モータ２２の現在の回転位置から設定された回転方向における隣接する回転位置まで回転するようにモータ２２を駆動させる。モータ２２の回転制御後、ステップＳ１０５に進む。
【００７３】
ステップＳ１０５では、モータ２２の回転を停止させる。モータ２２の停止後、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、インターバルタイマを起動する。インターバルタイマの起動後、ステップＳ１０７に進む。
【００７４】
ステップＳ１０７では、設定されたインターバル時間が経過しているか否かを判別する。設定されたインターバル時間を経過していない場合はステップＳ１０７に戻り、インターバル時間が経過するまでステップＳ１０７を繰返す。インターバル時間の経過時に、ステップＳ１００に戻る。
【００７５】
次に、ステップＳ２００で実行される１段階のモータ２２回転制御について図７のフローチャートを用いて説明する。図７は、１段階のモータ２２回転制御のサブルーチンである。
【００７６】
ステップＳ２０１では、モータ２２の現在の回転位置およびステップＳ１０２またはステップＳ１０４において設定された回転方向に基づいて、対応する時間定数Ｔを不揮発性メモリ３７から読出す。時間定数Ｔの読出し後、ステップＳ２０２に進む。
【００７７】
ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１において読出した時間定数Ｔを用いて、時間経過に対する駆動電圧のデューティー比の関数を定める。デューティー比の設定後、ステップＳ２０３に進む。
【００７８】
ステップＳ２０３では、モータ２２に印加する駆動電圧のデューティー比を最低駆動値に設定し、モータ２２の回転を開始させる。モータ２２の回転開始後、ステップＳ２０４に進む。
【００７９】
ステップＳ２０４では、時間の経過に対してステップＳ２０２において設定した関数によって変動するようにデューティー比の調整を開始する。デューティー比の調整開始後、ステップＳ２０５に進む。
【００８０】
ステップＳ２０５では、モータ２２の回転位置が、設定された回転方向における元の位置に隣接する基準位置またはステップ回転位置に到達しているか否かを判別する。到達していない場合はステップＳ２０５に戻り、隣接する回転位置に到達するまでステップＳ２０５を繰返す。隣接する回転位置に到達している場合には、ステップＳ１０５に進む。
【００８１】
以上のように、本実施形態のレンズ位置制御システムによれば、モータ２２の回転を停止させる前に駆動電圧のデューティー比を通常駆動電圧から減少させることにより、トルクを徐々に開放させることが出来る。トルクを徐々に開放することにより、モータ２２の回転停止後のズーム光学系の変位量を低減化することが可能である。
【００８２】
また、本実施形態によれば、時間の経過に対して正弦関数状にデューティー比が変動される。したがって、デューティー比を最小値から最低駆動値まで減少させる際に、時間の経過に対するデューティー比の変化の割合を連続させることが可能である。
【００８３】
時間の経過に対するデューティー比の変化の割合を連続させることにより、一定の割合で変化させる場合に比べてさらにゆっくりとトルクを開放することが可能となる。したがって、モータ２２の回転停止後のズーム光学系の変位量をさらに低減化することが可能である。
【００８４】
モータ２２の回転停止後のズーム光学系の変位量を低減化出来るので、所定の位置により近い位置でズーム光学系の変位を停止可能である。それゆえ、正確な位置調整が可能となるため、ズーム光学系の位置検出センサを挿入管１３の先端に設ける必要が無い。
【００８５】
なお、本実施形態では、駆動電圧のデューティー比を、時間の経過に対して正弦関数状に変化させる構成であるが、デューティー比の時間に対する変化は正弦関数状に限定されない。元の回転位置から隣接する回転位置までの間の回転位置（第２の回転量）から回転停止するまでの間に、時間の経過に対するデューティー比の変化の割合を実質的に連続させながら、デューティー比を減少させる構成であれば、本実施形態と同様の効果を得ることは可能である。
【００８６】
また、本実施形態では、モータ２２の回転開始、駆動電圧のデューティー比を徐々に増加するように制御されるが、回転開始時に一定の値に昇圧する構成であってもよい。すなわち、回転開始時にＤｍｉｎ＋ＤＡに昇圧し、回転開始後Ｔ／２経過後に（１）式に応じて変化するようにデューティー比を調整することによっても本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００８７】
また、本実施形態では、第１〜第８のステップ回転位置でモータ２２の回転を停止させる構成であるが、第１〜第８のステップ回転位置に限られない。第１〜第ｎのステップ回転位置（ｎは２以上の整数）でモータ２２の回転を停止させる構成であってもよい。
【００８８】
第１、第２の基準位置の間の第１〜第ｎのステップ回転位置においてモータ２２の回転を停止させることにより、所定の撮影倍率で被写体を観察可能となる。また、それぞれのステップ回転位置でモータ２２の回転を設定したインターバル時間だけ停止させる構成により、使用者の所望の倍率でズーム光学系の変位を停止させることが可能になる。
【００８９】
また、本実施形態では、第１〜第８のステップ回転位置でモータ２２の回転を停止させる構成であるが、いずれの位置において停止させなくてもよい。すなわち、第１、第２の基準位置でのみモータ２２の回転を停止させる構成であってもよい。第１、第２の基準位置のみでモータ２２の回転を停止させる構成であっても、回転停止後のズーム光学系の変位量を減少させる効果を得ることは可能である。
【００９０】
また、本実施形態では、モータ制御回路２４から出力される３相駆動信号の位相からモータ２２の回転量を検出する構成であるが、他のいかなる方法によってモータ２２の回転量を検出してもよい。例えば、モータ２２の回転位置を検出するエンコーダなどの位置検出センサによって回転量を検出する構成であってもよい。
【００９１】
また、本実施形態では、ズーム光学系を変位させる構成であるが、トルクワイヤによって駆動されるものはズーム光学系に限定されない。フォーカスレンズなどの他のレンズが駆動される構成であってもよい。
【００９２】
また、本実施形態では、レンズの駆動にカム環を用いる構成であるが、トルクワイヤを回転させることにより駆動力が伝達される構成であれば従来周知の他の機構を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 電子内視鏡
１１ 内視鏡プロセッサ
１２ モニタ
１３ 挿入管
１４ 操作部
１７ 撮像素子
１８ 撮影光学系
１９ カム環（レンズ位置調整機構）
２０ ギア
２１ トルクワイヤ
２２ モータ
２４ モータ駆動回路
２５ 制御部
２６ Ｔｅｌｅボタン
２７ Ｗｉｄｅボタン
３４ 位相検出回路
３６ マイコン
３７ 不揮発性メモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡の先端に設けられるレンズの位置を調整するためのレンズ位置調整機構と、
前記レンズ位置調整機構に動力を供給するモータと、
前記モータの動力を前記レンズ位置調整機構に伝達するトルクワイヤと、
前記モータの回転を検知し、回転量を算出する回転量検出手段と、
前記モータを、停止状態から第１の回転量だけ回転させるように、ＰＷＭ制御するモータ制御手段とを備え、
前記モータ制御手段は、前記第１の回転量より小さい第２の回転量から前記第１の回転量まで回転している期間には、前記モータに印加する駆動電圧のデューティー比を、時間の経過に対する前記デューティー比の変化の割合を実質的に連続させながら、時間の経過に応じて減少させる
ことを特徴とするレンズ位置制御システム。
【請求項２】
前記レンズは、第１の端部から第２の端部まで移動可能であり、
前記第１、第２の端部に対応する前記モータの回転の位置である第１、第２の基準位置までの間に第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）のステップ位置が定められており、
前記モータ制御手段は、前記モータの回転駆動開始後、前記第１、第２の基準位置、および前記第１〜第ｎのステップ位置において前記モータの回転を停止させ、
前記第１の基準位置から前記第１のステップ位置、前記第（ｎ−１）のステップ位置から前記第ｎのステップ位置、および前記第ｎのステップ位置から前記第２の基準位置までの回転量である前記第１の回転量は、前記第１の基準位置と前記第１のステップ位置との間、前記第（ｎ−１）のステップ位置と前記第ｎのステップ位置との間、および前記第ｎのステップ位置と前記第２の基準位置との間の回転駆動である第１の回転駆動、第ｎの回転駆動、終端回転駆動毎に定められる
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ位置制御システム。
【請求項３】
前記第２の回転量は、前記第１、第ｎの回転駆動、および前記終端回転駆動毎に定められることを特徴とする請求項２に記載のレンズ位置制御システム。
【請求項４】
前記レンズを移動させる入力のＯＮとＯＦＦとを切替えるスイッチを備え、
前記モータ制御手段は、
前記モータの停止状態において前記スイッチをＯＮに切替えると、前記第１の回転量だけ回転するまで前記モータを回転させ、
前記モータが前記第１の回転量だけ回転すると、前記モータの回転を一時停止させ、
前記モータの一時停止中に前記スイッチのＯＮ状態が継続されている場合には、再度前記モータの回転駆動を開始する
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のレンズ位置制御システム。
【請求項５】
挿入管の先端において、光軸に沿って変位可能に設けられたレンズと、
前記レンズの位置を調整するためのレンズ位置調整機構と、
前記レンズ位置調整機構に動力を供給するモータと、
前記モータの動力を前記レンズ位置調整機構に伝達するトルクワイヤと、
前記モータの回転を検知し、回転量を算出する回転量検出手段と、
前記モータを、停止状態から第１の回転量だけ回転させるように、ＰＷＭ制御するモータ制御手段とを備え、
前記モータ制御手段は、前記第１の回転量より小さい第２の回転量から前記第１の回転量まで回転している期間には、前記モータに印加する駆動電圧のデューティー比を、時間の経過に対する前記デューティー比の変化の割合を実質的に連続させながら、時間の経過に応じて減少させる
ことを特徴とする内視鏡。
【請求項１】
内視鏡の先端に設けられるレンズの位置を調整するためのレンズ位置調整機構と、
前記レンズ位置調整機構に動力を供給するモータと、
前記モータの動力を前記レンズ位置調整機構に伝達するトルクワイヤと、
前記モータの回転を検知し、回転量を算出する回転量検出手段と、
前記モータを、停止状態から第１の回転量だけ回転させるように、ＰＷＭ制御するモータ制御手段とを備え、
前記モータ制御手段は、前記第１の回転量より小さい第２の回転量から前記第１の回転量まで回転している期間には、前記モータに印加する駆動電圧のデューティー比を、時間の経過に対する前記デューティー比の変化の割合を実質的に連続させながら、時間の経過に応じて減少させる
ことを特徴とするレンズ位置制御システム。
【請求項２】
前記レンズは、第１の端部から第２の端部まで移動可能であり、
前記第１、第２の端部に対応する前記モータの回転の位置である第１、第２の基準位置までの間に第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）のステップ位置が定められており、
前記モータ制御手段は、前記モータの回転駆動開始後、前記第１、第２の基準位置、および前記第１〜第ｎのステップ位置において前記モータの回転を停止させ、
前記第１の基準位置から前記第１のステップ位置、前記第（ｎ−１）のステップ位置から前記第ｎのステップ位置、および前記第ｎのステップ位置から前記第２の基準位置までの回転量である前記第１の回転量は、前記第１の基準位置と前記第１のステップ位置との間、前記第（ｎ−１）のステップ位置と前記第ｎのステップ位置との間、および前記第ｎのステップ位置と前記第２の基準位置との間の回転駆動である第１の回転駆動、第ｎの回転駆動、終端回転駆動毎に定められる
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ位置制御システム。
【請求項３】
前記第２の回転量は、前記第１、第ｎの回転駆動、および前記終端回転駆動毎に定められることを特徴とする請求項２に記載のレンズ位置制御システム。
【請求項４】
前記レンズを移動させる入力のＯＮとＯＦＦとを切替えるスイッチを備え、
前記モータ制御手段は、
前記モータの停止状態において前記スイッチをＯＮに切替えると、前記第１の回転量だけ回転するまで前記モータを回転させ、
前記モータが前記第１の回転量だけ回転すると、前記モータの回転を一時停止させ、
前記モータの一時停止中に前記スイッチのＯＮ状態が継続されている場合には、再度前記モータの回転駆動を開始する
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のレンズ位置制御システム。
【請求項５】
挿入管の先端において、光軸に沿って変位可能に設けられたレンズと、
前記レンズの位置を調整するためのレンズ位置調整機構と、
前記レンズ位置調整機構に動力を供給するモータと、
前記モータの動力を前記レンズ位置調整機構に伝達するトルクワイヤと、
前記モータの回転を検知し、回転量を算出する回転量検出手段と、
前記モータを、停止状態から第１の回転量だけ回転させるように、ＰＷＭ制御するモータ制御手段とを備え、
前記モータ制御手段は、前記第１の回転量より小さい第２の回転量から前記第１の回転量まで回転している期間には、前記モータに印加する駆動電圧のデューティー比を、時間の経過に対する前記デューティー比の変化の割合を実質的に連続させながら、時間の経過に応じて減少させる
ことを特徴とする内視鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−７５７８６（Ｐ２０１２−７５７８６Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２５８６３（Ｐ２０１０−２２５８６３）
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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