JP2011112861A - Lens position controller of endoscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トルクワイヤを用いて内視鏡のレンズ位置の制御を行うレンズ位置制御装置に関する。 The present invention relates to a lens position control device that controls a lens position of an endoscope using a torque wire.
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。内視鏡挿入部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の回転駆動力を、トルクワイヤを介して挿入部先端まで伝達することにより駆動される。ズームレンズの位置は、例えば挿入部先端に設けられたエンコーダを用いて検出される。しかし、センサを挿入部先端に設ける構成では、内視鏡挿入部の細径化において不利であり構造も複雑となる。このような問題に対して、ズームレンズが駆動端の間を移動するのに掛かる時間と、変倍スイッチの操作時間から、レンズ位置を把握する構成が提案されている(特許文献1)。 A magnifying endoscope in which an imaging optical system of an electronic endoscope is provided with a zoom mechanism and the observation magnification is variable is known. The zoom lens provided at the distal end of the endoscope insertion portion is driven, for example, by transmitting the rotational driving force of a motor provided at the operation portion to the distal end of the insertion portion via a torque wire. The position of the zoom lens is detected using, for example, an encoder provided at the distal end of the insertion portion. However, the configuration in which the sensor is provided at the distal end of the insertion portion is disadvantageous in reducing the diameter of the endoscope insertion portion, and the structure becomes complicated. In order to solve such a problem, a configuration has been proposed in which the lens position is grasped from the time required for the zoom lens to move between the driving ends and the operation time of the zoom switch (Patent Document 1).
しかし、トルクワイヤは数メートルもある挿入部の中を通されるため、トルクワイヤの回転には大きなトルクが必要とされる。トルクワイヤに加えられるトルクを大きくするには、モータ自身の出力トルクを大きくする方法や、モータを高速回転し減速機を用いる方法が考えられる。しかし、モータの出力トルクを大きくするには巻き線数を増やす必要があり、減速機を用いる場合にも、それなりに大きな減速機を用いる必要があるため小型化にとって不利である。一方、高速で回転するモータを直接用いると、撮像倍率が急激に変化し操作性が悪化する。例えば所望倍率での再撮影が必要な場合など、回転が速いと同じ倍率の撮影を再現することは困難である。 However, since the torque wire is passed through an insertion portion as long as several meters, a large torque is required to rotate the torque wire. In order to increase the torque applied to the torque wire, there are a method of increasing the output torque of the motor itself and a method of rotating the motor at a high speed and using a speed reducer. However, in order to increase the output torque of the motor, it is necessary to increase the number of windings, and even when using a reduction gear, it is necessary to use a large reduction gear as such, which is disadvantageous for downsizing. On the other hand, when a motor that rotates at high speed is used directly, the imaging magnification changes rapidly and the operability deteriorates. For example, when re-shooting at a desired magnification is necessary, it is difficult to reproduce shooting at the same magnification when the rotation is fast.
すなわち、トルクワイヤを用いて内視鏡のレンズを駆動する場合、トルク、レンズ移動速度、小型化を同時に満足することは困難である。 That is, when driving a lens of an endoscope using a torque wire, it is difficult to simultaneously satisfy torque, lens moving speed, and downsizing.
本発明は、トルクワイヤを用いてレンズを駆動する内視鏡装置において、トルクワイヤを回転するための十分なトルクを得ながらもレンズの位置調整が容易な小型なレンズ位置制御装置を得ることを課題としている。 The present invention provides an endoscope apparatus that drives a lens using a torque wire, and obtains a small lens position control device that can easily adjust the position of the lens while obtaining sufficient torque for rotating the torque wire. It is an issue.
本発明の内視鏡のレンズ位置制御装置は、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、モータに印加される電圧信号の周期、デューティ比の少なくとも一方を制御することによりトルクワイヤの先端を、モータの回転速度よりも低い回転速度で連続的に回転するモータ制御手段とを備えることを特徴としている。 The lens position control device for an endoscope of the present invention includes a lens position adjustment mechanism for adjusting the position of the lens, a motor that supplies power to the lens position adjustment mechanism, and the power of the motor is transmitted to the lens position adjustment mechanism. A torque wire and motor control means for continuously rotating the tip of the torque wire at a rotational speed lower than the rotational speed of the motor by controlling at least one of the period and duty ratio of the voltage signal applied to the motor. It is characterized by providing.
レンズ位置調整機構が撮像倍率を変更するズーム機構であって、モータ制御手段は、トルクワイヤ先端の回転速度は、先端の回転角に対して撮像倍率の変化が相対的に大きい区間では相対的に遅く、相対的に小さい区間では相対的に速く設定される。レンズ位置調整機構が撮像倍率を変更するズーム機構であって、モータ制御手段は、撮像倍率の変化が一定になる様に、各ステップのモータ作動回転数、モータ停止時間の少なくとも一方を制御する。モータ制御手段は複数の望遠(ズームイン/Tele)から広角(ズームアウト/Wide)までの移動時間モードを備え、トルクワイヤの先端の回転速度が各モードで異なる。 The lens position adjustment mechanism is a zoom mechanism that changes the imaging magnification, and the motor control means is configured such that the rotational speed of the tip of the torque wire is relatively high in a section where the change in imaging magnification is relatively large with respect to the rotation angle of the tip. Slow and relatively fast in relatively small sections. The lens position adjusting mechanism is a zoom mechanism that changes the imaging magnification, and the motor control unit controls at least one of the motor operation rotation speed and the motor stop time of each step so that the change in the imaging magnification becomes constant. The motor control means has a movement time mode from a plurality of telephoto (zoom in / tele) to wide angle (zoom out / wide), and the rotational speed of the tip of the torque wire is different in each mode.
レンズ位置制御装置は更に、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、モータの可動範囲の端点を検出する端点検出手段と、端点検出手段により検出されたモータの可動範囲の一端から他端に渡りモータを駆動して、モータの可動範囲に対応する回転量を検出する初期化手段とを備え、レンズの可動範囲に対応する回転量とモータの可動範囲に対応する回転量とから、レンズの可動範囲に対応する回転範囲内でモータの回転を制御してレンズの位置調整を行う。 The lens position control device further includes a rotation amount detection unit that detects rotation of the motor and calculates a rotation amount, an end point detection unit that detects an end point of the movable range of the motor, and a movable range of the motor detected by the end point detection unit. And an initialization means for detecting a rotation amount corresponding to the movable range of the motor by driving the motor from one end to the other end of the lens, and a rotation amount corresponding to the movable range of the lens and a rotation corresponding to the movable range of the motor From the amount, the position of the lens is adjusted by controlling the rotation of the motor within the rotation range corresponding to the movable range of the lens.
本発明によれば、トルクワイヤを用いてレンズを駆動する内視鏡装置において、トルクワイヤを回転するための十分なトルクを得ながらも操作者において撮像倍率の変更・調整が容易な小型なレンズ位置制御装置を得ることができる。 According to the present invention, in an endoscope apparatus that drives a lens using a torque wire, a small lens that allows an operator to easily change and adjust an imaging magnification while obtaining sufficient torque for rotating the torque wire. A position control device can be obtained.
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、本発明の第1実施形態である電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the electronic endoscope system according to the first embodiment of the present invention.
電子内視鏡システムは、一般にスコープ本体(電子内視鏡)10と、スコープ本体が着脱自在に取り付けられるプロセッサ装置11と、内視鏡画像を表示するモニタ装置12を備える。スコープ本体10は、可撓管からなり体内や管孔内に挿入される挿入部13と、ユーザにより把持・操作され、挿入部13の基端部が連結される操作部14と、プロセッサ装置11に着脱され、スコープ本体10とプロセッサ装置11とを電気的、光学的に接続するコネクタ部15と、操作部14とコネクタ部15の間を連絡するユニバーサルコード16とから構成される。
The electronic endoscope system generally includes a scope main body (electronic endoscope) 10, a
プロセッサ装置11には、例えば、画像処理ユニットとともに光源部(図示せず)が設けられ、光源部からはコネクタ部15から挿入部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)を通して照明光が伝送され照射される。挿入部13の先端部に設けられた撮像素子で撮影された映像は、挿入部13、操作部14、ユニバーサルコード16、コネクタ部15を介してプロセッサ装置11へと送られ、所定の画像処理が施された後、モニタ装置12に表示される。
The
図2は、図1に示されたスコープ本体10の電気的な構成およびレンズ駆動系の機械的な構成を模式的に示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing the electrical configuration of the
挿入部13の先端部には、CCDやCMOSなどの撮像素子17が配置される。本実施形態において、撮像素子17はCCDであり、CCD17の撮像面には、レンズ(レンズ群)18を介した映像が投影される。レンズ18はズーム用のレンズ(レンズ群)を備え(図示せず)、ズーム用レンズは、光軸方向に摺動自在なレンズ保持枠(図示せず)に保持される。従来周知のように、レンズ保持枠に設けられたピンと、カム環19に設けられたカム溝との係合により、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、ズーム用レンズの位置が調整される(レンズ位置調整機構)。これにより、CCD17ではズーム用レンズ(図示せず)の位置に応じた倍率の画像が撮影される。
An
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13内に配設されるトルクワイヤ21の一端が接続され、他端は操作部14に設けられたモータ22に小型な減速ギア23を介して接続される(なお、減速ギア23は省略することも可能である)。すなわち、モータ22の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。
A gear portion (not shown) is formed on the outer peripheral surface of the
モータ22は、例えば3相のセンサレス・ブラシレス・DCモータであり、コネクタ部15に設けられたモータ駆動回路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。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により制御され、モータ駆動回路24は、後述するようにモータ22の回転を検知して制御部25へと出力する。
The
なお、操作部14には、ズーム機能における望遠(ズームイン/Tele)、広角(ズームアウト/Wide)をそれぞれ指示するためのTeleスイッチ26およびWideスイッチ27を含む入力部28が設けられる。Teleスイッチ26、Wideスイッチ27の操作信号は、制御部25へと送られ、制御部25はこの操作信号に従ってモータ駆動回路24を通して、モータ22の回転方向を含めた駆動を制御する。
The
CCD17の駆動は、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、CCD駆動回路29は、制御部25により制御される。またCCD17で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へと出力される。CCD信号処理部30はアナログフロントエンドに対応し、CCD17からの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。
The driving of the
また、制御部25には、通信制御部31が接続されており、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プロセッサ装置11(図1参照)の画像処理ユニットへ出力するとともに、プロセッサ装置11から受信した各種制御信号を制御部25へ入力する。
In addition, a
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り、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FGの対応を示すタイミングチャートである。
Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, the details of the configuration of the
本実施形態において、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などから構成される。3相センサレスモータ制御ロジック回路32は、モータ22の起動シーケンス及びモータ22に与えるU、V、W相のパルス波形を生成し、ドライブ回路33は、このパルス波形に基づいて、モータ22のU、V、W端子に実際に印加されるU、V、W相の電圧を出力する。また、モータ22と3相センサレスモータ制御ロジック回路32を結ぶU、V、W信号線は、3つのコンパレータ35U、35V、35Wの一方の入力端子にそれぞれ接続され、他方の入力端子には参照電圧VREFが入力される。
In the present embodiment, the
UVW各相に印加される電圧がオフ状態のとき、対応する相では回転速度に応じた誘導起電力により電圧が発生する。本実施形態では、コンパレータ35U、35V、35Wの各々で、各相の誘導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の位相を検出する。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。
When the voltage applied to each phase of the UVW is in an off state, a voltage is generated by an induced electromotive force corresponding to the rotation speed in the corresponding phase. In the present embodiment, each of the
制御部25は、マイコン(または、FPGA)36、基準クロック計数回路37を備え、3相センサレスモータ制御ロジック回路32は、マイコン36によって制御される。マイコン36には位相検出回路34から、例えばUVWの各相に対応した誘導起電力検出パルスのうちの少なくとも1つが入力される。本実施形態ではU相が1回転検出信号FGとして利用され、マイコン36に入力される。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、モータ回転量からレンズ位置の制御が行われる。
The
また、基準クロック計数回路37には、タイミングジェネレータ(図示せず)から基準クロック信号CLKが入力されるとともに、位相検出回路34から1回転検出信号FGが入力される。基準クロック計数回路37では、モータ22が1回転し、FGパルスの立ち上がりが検出される毎に、その間のクロックパルス数が計数され、1回転の間の基準クロック信号CLKのパルス数がマイコン36へと出力される(なお、FGパルスの立下りを利用してもよい)。なお、この計数値は、モータ22の回転速度や回転周波数に対応し、後述する端点P1、P2の検出処理において利用される。
The reference
次に図5、図6を参照して、本実施形態におけるレンズ位置の初期化動作について説明する。図5は、初期化動作におけるモータ22の回転と、カム環19の位置(レンズ位置)の関係を示すもので、横軸はモータ22の回転量に対応し、縦軸は時間に対応する。また、図6は本実施形態の初期化動作処理のフローチャートである。初期化動作は、電子内視鏡の電源投入時など、レンズ位置制御処理に先立ってマイコン36において実行される。
Next, with reference to FIGS. 5 and 6, the lens position initialization operation in the present embodiment will be described. FIG. 5 shows the relationship between the rotation of the
トルクワイヤを用いて回転力をレンズ駆動機構に伝達する構成では、レンズの移動(本実施形態ではカム環の回転)が係止機構により停止しても、モータはワイヤが捻られて一定のトルクが発生するまで回転する。このため、モータの回転範囲(可動範囲)はレンズの機械的な可動範囲よりも広くなる。すなわち、モータ22の回転量からレンズ位置を制御する場合、モータ22の回転量とカム環19の位置(レンズ位置)の間の対応を求める必要がある(図2参照)。
In the configuration in which the rotational force is transmitted to the lens driving mechanism using the torque wire, even if the movement of the lens (rotation of the cam ring in this embodiment) is stopped by the locking mechanism, the motor is twisted to a constant torque. Rotates until occurs. For this reason, the rotation range (movable range) of the motor is wider than the mechanical movable range of the lens. That is, when the lens position is controlled from the rotation amount of the
図5において、左側はTele(望遠)側、右側はWide(広角)側に対応し、時間は上から下へと経過する。また、本実施形態では、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Tele側への回転時に加算、反転時Wide側への回転時に減算して求めるパルス数)として求められる。
In FIG. 5, the left side corresponds to the Tele (telephoto) side, the right side corresponds to the Wide (wide angle) side, and time elapses from top to bottom. In the present embodiment, the rotation amount of the
区間A1は、トルクワイヤ21の捩りによる変位も含めたモータ22の可動領域(回転可能な範囲)を示し、区間A3は、モータ22とカム環19の回転比(ギア20、23を含めたギア比)から計算されるカム環19の可動範囲に対応するモータ22の回転範囲である。例えば、モータ側ギア比が1:79である時、モータ22は79回転に付きカム環19が1回転し、トルクワイヤとカム環のギア比が1:3である場合、カム環19が機械的に回転可能な範囲が0.5回転(180°)の時、トルクワイヤは、1.5回転を要する。上記例の場合、カム環19の可動範囲に渡る1回転検出信号FGのカウント数は118.5(=79×1.5)となる。
Section A1 shows the movable range of the
また区間A2は、モータ22の回転制御に使用される領域を示す。すなわち、カム環19をTele端やWide端の機械的可動範囲を確実に動作させる為に、機械的可動範囲に対して、Tele側やWide側に余分な可動範囲を設ける事が望ましい。本実施形態では、設計値から計算されるカム環19の回転可能範囲は、Tele端側に20パルス分、Wide端側に30パルス分のマージンを設けている。
Section A 2 indicates an area used for rotation control of the
内視鏡起動時などの初期状態において、レンズ18やカム環19の位置は不明である。カム環19が起動時に図5の点P0にあるとき、本実施形態の初期化動作処理では、まずステップS100において、モータ22のTele方向へ回転が開始される。次にステップS102において、Tele側端点P1の検出処理が開始され、モータ22は、Tele側端点P1が検出されるまで、Tele方向へと回転される。ステップS102において、Tele側端点P1が検出されると、モータのTele方向への回転は停止される。
In an initial state such as when the endoscope is activated, the positions of the
次にステップS104において、Wide方向へモータ22を回転させ、略同時にステップS106において、1回転検出信号(パルス信号)FGの計数が開始される。また、ステップS108において、Wide側端点P2の検出処理が開始される。モータ22は、Wide側端点P2が検出されるまで、Wide方向へと回転され、Wide側端点P2が検出されると、モータのWide方向への回転が停止される。このとき点P1〜点P2へ至るまでのFGパルスの数が計数される。
Next, in step S104, the
Tele側端点P1およびWide側端点P2の間のパルス数は、略ワイヤ可動領域A1に対応し、トルクワイヤ21の捩り特性は左右の回転に対して対称なので、カム環19の機械的な可動範囲A3の中心は、点P1、P2の中心に一致する。このことから、本実施形態の初期化動作では、ステップS110において、端点P1、P2間の中心からWide側へ90パルス(可動範囲A3の半分である60パルス+Wide側マージン30パルス)移動した位置P3をレンズ位置制御処理における原点とし、モータ22をこの位置まで回転する。
The number of pulses between the tele-side end point P1 and the wide-side end point P2 substantially corresponds to the wire movable region A1, and the torsional characteristics of the
すなわち、モータ22は、Wide側端点P2から再びTele側へ回転され、端点P1、P2間の全パルス数からカム環可動範囲A3の半分の区間のパルス数とWide側マージンのパル数とを差し引いたパルス数分、モータ22の回転が戻され、このときのFGパルスのカウント値が位置情報として不揮発性メモリ等に記憶されこの初期化動作処理は終了する。
That is, the
なお、Tele端およびWide端の検出処理(ステップS102、S108)は、例えば、モータ回転速度をモニタし、閾値を設けて速度低下を検出したり、変化の割合を算出したりする事で行われる。 The Tele end and Wide end detection processing (steps S102 and S108) is performed, for example, by monitoring the motor rotation speed, setting a threshold value to detect a decrease in speed, or calculating the rate of change. .
この後、点P3を原点として、Tele/Wideスイッチ26、27の操作に基づいて、区間A2でレンズ位置制御が実行され、FGパルスのカウント値は、位置情報としてメモリに随時更新、記憶される。なお、カム環19の可動範囲に渡る1回転検出信号FGのカウント数が120で、Tele端側マージンが20パルス、Wide端側マージンが30パルスのとき、制御に使用される領域(区間A2)は、170パルス(20+120+30)分の区間となる。
Thereafter, the point P3 as the origin, on the basis of the operation of the Tele /
次に、図7〜図9を参照して、第1実施形態における点P3を原点とするTele/Wideスイッチ26、27の操作に基づく区間(使用領域)A2でのレンズ位置制御について説明する。
Next, with reference to FIGS, illustrating a lens position control in the Tele /
トルクワイヤは数メートルもある可撓管の中を通されるので、これを回転するには十分なトルクが必要である。しかし、大きなトルクを得るにはモータの巻き線数を増やす必要があるため大型化する。小型モータでも回転速度を増大すれば大きなトルクが得られるが、回転速度が速いと撮像倍率の微調整を行うことが困難になり操作性が悪化する。また、回転速度を落とすには、大きな減速機を用いる必要があり、やはり小型化に不利である。すなわち、従来、小型な構成で低速・高トルクを同時に実現することは困難であった。 Since the torque wire is passed through a flexible tube of several meters, sufficient torque is required to rotate it. However, since it is necessary to increase the number of windings of the motor to obtain a large torque, the size is increased. Even with a small motor, if the rotational speed is increased, a large torque can be obtained. However, if the rotational speed is fast, fine adjustment of the imaging magnification becomes difficult and the operability deteriorates. In order to reduce the rotational speed, it is necessary to use a large speed reducer, which is also disadvantageous for miniaturization. That is, conventionally, it has been difficult to simultaneously realize low speed and high torque with a small configuration.
本実施形態のレンズ位置制御では、モータの駆動にインターバル期間を設けてモータを間欠的に駆動しながらもトルクワイヤの回転を略一定に保つことで、小型モータで、低速回転・高トルクを実現している。図7には、モータ22の駆動指令(駆動信号)の出力タイミングと、これに対応したトルクワイヤ21のモータ側(基端側)のある位置における回転速度変化と、トルクワイヤ21のカム環側の先端における回転速度変化が示される。
In the lens position control of the present embodiment, an interval period is provided for driving the motor, and the rotation of the torque wire is kept substantially constant while driving the motor intermittently, thereby realizing low-speed rotation and high torque with a small motor. is doing. FIG. 7 shows the output timing of the drive command (drive signal) for the
図7に示されるように、モータ駆動指令は、所定のデューティ比で周期的に出力される。すなわち、モータ駆動指令が出力されている間(パルスが立ち上がっている間)、3相駆動信号(U、V、W)がモータ22へと出力される。モータ駆動指令のパルスの立ち上がりとともに、トルクワイヤ21の基端側の回転速度は設定されたモータ22の回転速度に向けて徐々に増大する。一方、モータ駆動指令がインターバル期間に入り、駆動信号の出力が停止されると、トルクワイヤ21の回転は徐々に減速する。
As shown in FIG. 7, the motor drive command is periodically output at a predetermined duty ratio. That is, the three-phase drive signals (U, V, W) are output to the
また、トルクワイヤ21の先端の回転速度は、ワイヤやカム環の慣性モーメントや抵抗の影響を受けて、基端側の速度変化に対して更に遅れを生じ、その変化も更に緩やかになる。したがって、トルクワイヤ21の回転がモータ22の回転速度に達する前にモータ22の駆動を停止し、回転が大きく減速する前にモータ22の回転を再開することを繰り返すことで、図7に示されるように、トルクワイヤ21の先端はモータ22の速度よりも低い略一定の速度で滑らかに連続的に回転される。したがって、モータ22を高速で回転させて高いトルクを得ながらも(すなわち印加電圧を下げずに)、減速機を用いることなく、モータ駆動指令の周期、デューティ比を制御することで、実際のカム環19の回転速度を十分に落とすことが可能である。
Further, the rotational speed of the distal end of the
図8のグラフは、使用領域A2(図5参照)における第1実施形態のレンズ位置制御(モータ22の回転制御)の具体例を示す。図8において横軸は時間(s)であり、縦軸の左側の目盛りはFGパルスのカウント値、縦軸の右側の目盛りはレンズ群18の撮像倍率である。また、図8では、グラフの下側に、このレンズ位置制御におけるFGパルスの検出状況、すなわちモータ22の駆動、停止状態が時間軸に沿って示される(図7のモータ駆動指令のパルスに対応する)。
The graph of FIG. 8 shows a specific example of lens position control (rotation control of the motor 22) of the first embodiment in the use region A2 (see FIG. 5). In FIG. 8, the horizontal axis is time (s), the scale on the left side of the vertical axis is the count value of the FG pulse, and the scale on the right side of the vertical axis is the imaging magnification of the
FGパルスは斜線が施された期間に検出され、所定の電圧がモータ22に印加される。すなわち、モータ22はこの期間、一定の速度、トルクで回転駆動される。一方、それ以外の期間では、モータ22への電圧印加が停止され、モータ22の回転駆動が停止される。
The FG pulse is detected during the hatched period, and a predetermined voltage is applied to the
折れ線L1は、点P3からTeleスイッチ26が押し続けられた場合の経過時間(s)と検出されたFGパルスの累計値(レンズ位置に対応するFGパルスのカウント値)の関係を示すグラフである。また曲線Sは、モータ22を点Q1から上記一定速度で連続的に回転させたときの撮像光学系の倍率の変化を示す。なお点Q1(FGパルス数=30)は、レンズ位置制御処理における原点P3(図5参照)からTele側へマージンとしての30パルス分移動した位置に対応する。また、折れ線L1において、点Q2(FGパルス数=150)は、点Q1からTele側へ120パルス分(可動範囲A3分)移動した位置に対応する。すなわち、点Q1〜Q2の範囲がカム環可動範囲A3に対応する。また、FGパルス数が0〜170の範囲が使用領域A2に対応する。
A polygonal line L1 is a graph showing the relationship between the elapsed time (s) when the
撮像倍率の特性を表す曲線Sは、点Q1において最小倍率の13倍であり、点Q3でカム環19のTele側可動限界であるFGパルス数150に達し、撮像倍率は最大値の99倍となる。一般にカム環の位置(FGパルス数)と撮像倍率の関係は非線形であり、倍率が小さい区間ではカム環の移動距離(FGパルスの変化量)に略比例して増大するが、倍率が大きくなると徐々に増加率が減少する。
Curve S representing the characteristic of the imaging magnification is 13 times the minimum magnification at the point Q 1, reaches the
図8のグラフの例では、曲線SはWide側の点Q1〜点Q4で略線形に増大し、Tele側の点Q4〜点Q3において増加率が徐々に減少する非線形な増大を示す。したがって、点Q4〜点Q3に対応する区間は、点Q1〜点Q4に対応する区間に比べ、カム環19の回転(レンズの移動)に対する撮像倍率の増大が小さい。したがって、調整を容易にし操作性を向上するには、点Q1〜点Q4の領域におけるカム環19の回転速度を点Q4〜点Q3の回転速度よりも遅くすることが望ましい。
In the example of the graph of FIG. 8, the curve S increases in a substantially linear manner at points Q 1 to Q 4 on the Wide side, and exhibits a non-linear increase in which the increase rate gradually decreases at points Q 4 to Q 3 on the Tele side. Show. Therefore, in the section corresponding to the points Q 4 to Q 3 , the increase in imaging magnification with respect to the rotation of the cam ring 19 (lens movement) is smaller than in the section corresponding to the points Q 1 to Q 4 . Therefore, in order to facilitate the adjustment and improve the operability, it is desirable that the rotational speed of the
したがって、第1実施形態では、FGパルス数30〜95の区間に対応する区間B1と、FGパルス数95〜150の区間に対応する区間B2とでは、モータ駆動指令のパルス信号の周期を異ならせ、トルクワイヤ21の先端での回転速度(カム環19の回転速度)を異ならせている。すなわち、モータ22の回転速度は区間B1、B2で同じであるが、区間B1ではデューティ制御の周期が相対的に短く(トルクワイヤ先端の回転は相対的に低速)、領域B2ではデューティ制御の周期が相対的に長く(トルクワイヤ先端の回転は相対的に高速)設定される。これにより、カム環19の可動範囲A3全体に渡ってTele/Wideスイッチ26、27(図2)の操作に対する撮像倍率の変化が一定となるように構成される。なお、両区間B1、B2においてモータ22に印加される電圧値は等しい。
Therefore, in the first embodiment, the period of the pulse signal of the motor drive command is made different between the section B1 corresponding to the section with the
図9は、図7、8を参照して説明されたTele/Wideスイッチ26、27の操作に基づくレンズ位置制御のフローチャートである。なお、本制御は制御部25のマイコン36等(図2、3)において実行される。
FIG. 9 is a flowchart of lens position control based on the operation of the Tele / Wide switches 26 and 27 described with reference to FIGS. This control is executed in the
ステップS200では、Tele/Wideスイッチ26、27の何れかからの操作信号の有無が判断される。何れのスイッチも操作されず、操作信号がない場合には、ステップS210においてモータ22の駆動が停止され、再びステップS200において操作信号の有無が判断される。一方、ステップS200において、Tele/Wideスイッチ26、27の何れかが操作され、操作信号が得られた場合には、ステップS201において、入力された操作信号がTele/Wideスイッチ26、27の何であるかが判断される。
In step S200, the presence / absence of an operation signal from any of the tele /
操作信号がWideスイッチ27のものであると判断された場合には、ステップS202において現在の位置が使用領域A2のWide側端点に対応するか否かが、例えばFGパルス数から判断される。端点であると判断された場合には、ステップS200に戻り同様の処理が繰り返され、端点でないと判断された場合には、ステップS203において、Wide側へ向けたモータ22の駆動が開始される。すなわち、モータ22に三相駆動信号(U、V、W)が供給され、モータ22はWide側に対応する方向に回転される。その後、ステップS204では、図7で示されるモータ駆動指令の1パルス分の出力が終了したか否かが判定され、ステップS204の判定は、1パルス分の出力が終了するまで繰り返される。なお、この判定においてパルスの幅は、FGパルス数に基づいて各区間に対応した値が設定される。
If it is determined that the operation signal is for the
一方、ステップS201において、入力された操作信号がTeleスイッチ26のものであると判断された場合には、ステップS207において現在の位置が使用領域A2のTele側端点に対応するか否かが、例えばFGパルス数から判断される。端点であると判断された場合には、ステップS200に戻り同様の処理が繰り返され、端点でないと判断された場合には、ステップS208において、Tele側へ向けたモータ22の駆動が開始される。すなわち、モータ22に三相駆動信号(U、V、W)が供給され、モータ22はTele側に対応する方向に回転される。またその後、ステップS209では、図7で示されるモータ駆動指令の1パルス分の出力が終了したか否かが判定され、ステップS209の判定は、1パルス分の出力が終了するまで繰り返される。なお、この判定においてパルスの幅は、FGパルス数に基づいて各区間に対応した値が設定される。
On the other hand, if it is determined in step S201 that the input operation signal is for the
ステップS204、S209において1パルス分の出力が終了したと判定されると、処理はステップS205に移り、制御部25(図2)などに内蔵されるインターバルタイマ(図示せず)が起動され、ステップS206においてタイマの終了が判定される。すなわち、インターバルタイマは、図7のインターバル期間に時間に設定され、ステップS206では、インターバル期間が経過したか否かが繰り返し判定される。 If it is determined in steps S204 and S209 that the output of one pulse has been completed, the process proceeds to step S205, and an interval timer (not shown) built in the control unit 25 (FIG. 2) or the like is started. In S206, the end of the timer is determined. That is, the interval timer is set to the time in the interval period of FIG. 7, and in step S206, it is repeatedly determined whether or not the interval period has elapsed.
ステップS206において、インターバル期間が経過したと判定されると、処理はステップS200に戻り、上述された各処理が繰り返し実行される。以上により、本実施形態のレンズ位置制御処理は終了する。 If it is determined in step S206 that the interval period has elapsed, the process returns to step S200, and the above-described processes are repeatedly executed. Thus, the lens position control process of the present embodiment ends.
以上のように、本発明の第1実施形態によれば、内視鏡挿入部を通したトルクワイヤを介して内視鏡先端のレンズの位置制御に用いられる機構(ズーム機構など)を小型モータで駆動する構成において、トルクワイヤを回転するのに十分なトルクが得られる回転速度で小型モータを回転しながらも、減速機などの構成を用いずにトルクワイヤの先端の回転速度を十分に減速することができ、極めて小型な構成で、レンズ位置の調整(撮像倍率調整)を容易にすることができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, a mechanism (such as a zoom mechanism) used for position control of the lens at the distal end of the endoscope via the torque wire that has passed through the endoscope insertion portion is a small motor. In the configuration driven by, the rotational speed of the tip of the torque wire is sufficiently decelerated without using a configuration such as a speed reducer while rotating a small motor at a rotational speed at which sufficient torque can be obtained to rotate the torque wire. The lens position can be easily adjusted (imaging magnification adjustment) with an extremely small configuration.
また、本実施形態によれば、小型なセンサレス、DCブラシレスモータを利用しながらも、簡略な構成でモータの回転を把握し、ワイヤの捩りを考慮してカム環あるいはレンズの位置との対応を取ることができるので、挿入部先端にエンコーダなどのセンサを設けることなく、高い精度でレンズ位置の制御を行うことができ、挿入部の細径化を図るとともに、駆動部の小型化も図ることができる。 Further, according to the present embodiment, while using a small sensorless and DC brushless motor, the rotation of the motor is grasped with a simple configuration, and the correspondence to the position of the cam ring or the lens is taken into consideration in consideration of the twist of the wire. Therefore, it is possible to control the lens position with high accuracy without providing a sensor such as an encoder at the distal end of the insertion section, to reduce the diameter of the insertion section and to reduce the size of the drive section. Can do.
また、本実施形態によれば、モータ駆動指令(駆動信号)の周期とデューティ比を調整することで、簡単かつ自由にトルクワイヤ先端(カム環)の回転速度を制御でき、レンズ移動速度を調整できる。更に、本実施形態では、レンズ位置(カム環、トルクワイヤ先端の回転位置)に対する撮像倍率の変化の仕方に合わせて、トルクワイヤ先端の低倍率側の区間における回転速度を高倍率側の区間における回転速度よりも遅く設定することで、撮像倍率の変化をなるべく一定にしている。これにより、ズーム操作の操作性が向上され、例えば、同じ倍率での撮影を後日行う場合などでも、容易に同じ倍率での撮影が可能になる。 In addition, according to this embodiment, by adjusting the cycle and duty ratio of the motor drive command (drive signal), the rotational speed of the torque wire tip (cam ring) can be controlled easily and freely, and the lens moving speed can be adjusted. it can. Furthermore, in the present embodiment, the rotational speed in the section on the low magnification side of the tip of the torque wire is adjusted in the section on the high magnification side in accordance with how the imaging magnification changes with respect to the lens position (cam ring, rotational position of the tip of the torque wire). By setting it slower than the rotation speed, the change in imaging magnification is made as constant as possible. Thereby, the operability of the zoom operation is improved. For example, even when shooting at the same magnification is performed at a later date, it is possible to easily perform shooting at the same magnification.
次に図10を参照して、第1実施形態の変形例について説明する。図10は、第1実施形態の図8に対応するもので、使用領域A2(図5参照)における変形例のレンズ位置制御(モータ22の回転制御)の具体例を示すグラフである。第1実施形態では、カム環19の可動区間A3が、低倍率側と高倍率側の2区間に分割されてモータ駆動指令の周期、デューティ比が設定された。しかし、変形例では、曲線Sに対応して区間をより細かく分割し、スイッチ操作による撮像倍率の増減の速さの変化を更になくしたものである。なおその他の構成は、第1実施形態と同様である。
Next, a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 corresponds to FIG. 8 of the first embodiment, and is a graph showing a specific example of lens position control (rotation control of the motor 22) in a modified example in the use region A2 (see FIG. 5). In the first embodiment, the movable section A 3 of the
図10の例では、FGパルス数:30〜55に対応する区間B3、FGパルス数:55〜85に対応する区間B4、FGパルス数:85〜95に対応する区間B5、FGパルス数:95〜150に対応する区間B6の4つの区間が設けられる。各区間におけるモータ駆動指令の周期は、Tele側(高倍率側)に域ほど長くなり、トルクワイヤ先端での回転速度は速くなる。 In the example of FIG. 10, the section B3 corresponding to the number of FG pulses: 30 to 55, the section B4 corresponding to the number of FG pulses: 55 to 85, the section B5 corresponding to the number of FG pulses: 85 to 95, the number of FG pulses: 95. Four sections of section B6 corresponding to ˜150 are provided. The period of the motor drive command in each section becomes longer toward the Tele side (high magnification side), and the rotation speed at the tip of the torque wire becomes faster.
以上のように、第1実施形態の変形例によれば、より曲線Sに適合した制御が可能となり、スイッチ操作による撮像倍率の増減の速さをより安定させることができ、操作性が向上する。 As described above, according to the modification of the first embodiment, it is possible to perform control conforming to the curve S, to stabilize the speed of increase / decrease of the imaging magnification by the switch operation, and to improve operability. .
次に図11を参照して第2実施形態のレンズ位置制御装置について説明する。第2実施形態のレンズ位置制御装置も、第1実施形態と同様の構成を備えるが、第2実施形態のレンズ位置制御では、例えば、モータ駆動指令の周期やデューティ比に複数のパターンを設け、撮像倍率の変更速度、すなわちカム環回転速度(レンズ移動速度)に、複数のモードを設ける。 Next, the lens position control apparatus of the second embodiment will be described with reference to FIG. The lens position control device of the second embodiment also has the same configuration as that of the first embodiment. However, in the lens position control of the second embodiment, for example, a plurality of patterns are provided in the cycle and duty ratio of the motor drive command, A plurality of modes are provided for the imaging magnification changing speed, that is, the cam ring rotation speed (lens moving speed).
図11は、第1実施形態やその変形例の図8、図10に対応するもので、点P3からTeleスイッチ26が押し続けられた場合の経過時間(s)とFGパルス数(レンズ位置)の関係を示すグラフである。第2実施形態では、例えば高速、中速、低速の3つのモードが設けられ、図11には、各モードに対応する折れ線M1、M2、M3が示される。
FIG. 11 corresponds to FIG. 8 and FIG. 10 of the first embodiment and its modifications. The elapsed time (s) and the number of FG pulses (lens position) when the
第2実施形態では、各モードにおいてモータ駆動指令のインターバル期間を各モードで異ならせることで、撮像倍率の変更速度を異ならせている。すなわち、各区間においてモータ駆動指令のパルス幅は同じ幅に設定されるが、インターバル期間は高速モード(10ms)よりも中速モード(41ms)の方が長く設定され、中速モード(41ms)よりも低速モード(60ms)の方が長く設定される。また、モードの選択は、例えばプロセッサ装置11に設けられた操作スイッチ(図示せず)を操作することにより行われる。なお、第2実施形態のその他の構成は第1実施形態と同様である。
In the second embodiment, the change rate of the imaging magnification is varied by varying the interval period of the motor drive command in each mode. That is, the pulse width of the motor drive command is set to the same width in each section, but the interval period is set to be longer in the medium speed mode (41 ms) than in the high speed mode (10 ms) and more than in the medium speed mode (41 ms). Also, the low speed mode (60 ms) is set longer. The mode is selected by, for example, operating an operation switch (not shown) provided in the
以上のように第2実施形態においても第1実施形態と同様の効果が得られるとともに、撮像倍率の変更速度として異なる速度モードを設けることができるので、ユーザの好みや状況に応じた最適なモード選択が可能となる。また、本実施形態では、モータ駆動信号の印加電圧及びパルス幅は変えずにインターバルのみを異ならせることで、モード毎に速度を異ならせているが、モードの違いは、モータ駆動信号の印加電圧の変更の組合せを含むものであってもよい。なお、これらの値は例えば内視鏡操作部、コネクタ部、あるいはプロセッサ装置などに設けられたメモリに記憶される。 As described above, in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and different speed modes can be provided as the changing speed of the imaging magnification. Therefore, the optimum mode according to the user's preference and situation Selection becomes possible. Further, in this embodiment, the speed is changed for each mode by changing only the interval without changing the applied voltage and pulse width of the motor drive signal. However, the difference in the mode is the applied voltage of the motor drive signal. A combination of changes may be included. These values are stored in, for example, a memory provided in the endoscope operation unit, the connector unit, or the processor device.
また、第1実施形態の変形例を第2実施形態の各モード、あるいは一部モードとして採用することも可能である。更に、ユーザが、モータ駆動指令の周期やインターバル、モータへの印加電圧(折れ線グラフの傾きに対応)等を自由に設定できる構成とすることもできる。また、本実施形態は、ズーム機構以外のレンズ移動機構にも用いることが可能である。 Moreover, the modification of 1st Embodiment can also be employ | adopted as each mode of 2nd Embodiment, or a partial mode. Furthermore, the configuration can be such that the user can freely set the cycle and interval of the motor drive command, the voltage applied to the motor (corresponding to the slope of the line graph), and the like. The present embodiment can also be used for a lens moving mechanism other than the zoom mechanism.
なお、本実施形態では、3相ブラシレス、センサレスDCモータの1回転毎の回転を検知する構成としたが、n相のモータにおいて1回転毎にn個のパルスを検出する構成とすることもでき、この場合には、モータの回転速度(回転周波数)の検出に1/n回転中に計数される基準クロックのパルス数を用いることも可能である。またモータの回転速度(回転周波数)の検出に、2パルス以上の1回転検出信号の間の基準クロックのパルスの計数値を用いることもできる。更に、センサ付のモータを用いることも可能であるが、この場合には、センサ検出信号を用いる。 In this embodiment, the rotation of each rotation of the three-phase brushless and sensorless DC motor is detected. However, the n-phase motor may be configured to detect n pulses for each rotation. In this case, it is also possible to use the number of pulses of the reference clock counted during 1 / n rotation for detecting the rotation speed (rotation frequency) of the motor. In addition, the count value of the reference clock pulse between two or more single rotation detection signals can be used for detecting the rotation speed (rotation frequency) of the motor. Further, a motor with a sensor can be used. In this case, a sensor detection signal is used.
10 スコープ本体(電子内視鏡)
11 プロセッサ装置
12 モニタ装置
13 挿入部
14 操作部
15 コネクタ部
17 撮像素子(CCD)
18 レンズ
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スイッチ
27 Wideスイッチ
34 位相検出回路
36 マイコン
37 基準クロック計数回路
10 Scope body (electronic endoscope)
DESCRIPTION OF
18
20
Claims (5)
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、
前記モータに印加される電圧信号の周期、デューティ比の少なくとも一方を制御することにより前記トルクワイヤの先端を、前記モータの回転速度よりも低い回転速度で連続的に回転するモータ制御手段と
を備えることを特徴とする内視鏡のレンズ位置制御装置。 A lens position adjustment mechanism for adjusting the position of the lens;
A motor for supplying power to the lens position adjusting mechanism;
A torque wire that transmits the power of the motor to the lens position adjusting mechanism;
Motor control means for continuously rotating the tip of the torque wire at a rotational speed lower than the rotational speed of the motor by controlling at least one of a period and a duty ratio of a voltage signal applied to the motor. An endoscope lens position control device characterized by the above.
前記モータの可動範囲の端点を検出する端点検出手段と、
前記端点検出手段により検出された前記モータの可動範囲の一端から他端に渡り前記モータを駆動して、前記モータの可動範囲に対応する回転量を検出する初期化手段とを備え、
前記レンズの可動範囲に対応する回転量と前記モータの可動範囲に対応する回転量とから、前記レンズの可動範囲に対応する回転範囲内で前記モータの回転を制御して前記レンズの位置調整を行う
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の内視鏡のレンズ位置制御装置。 The lens position control device detects rotation of the motor and calculates a rotation amount;
End point detecting means for detecting an end point of the movable range of the motor;
Initialization means for detecting the amount of rotation corresponding to the movable range of the motor by driving the motor across one end of the movable range of the motor detected by the end point detecting means;
From the amount of rotation corresponding to the movable range of the lens and the amount of rotation corresponding to the movable range of the motor, the rotation of the motor is controlled within the rotational range corresponding to the movable range of the lens to adjust the position of the lens. It performs. The lens position control apparatus of the endoscope as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
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