JP3955471B2 - 回転式カラーフィルタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば面順次方式で被観察体を撮像する電子内視鏡等に用いられる回転式カラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、撮像手段として固体撮像素子を備え、この固体撮像素子を面順次方式で駆動して被観察体を撮像する電子内視鏡が知られている。面順次方式の電子内視鏡では、被写体に照射する照明光を供給するための光源と照明光を先端部に導くライトガイドの入射端面との間に、集光レンズと共に回転式カラーフィルタが設けられる。回転式カラーフィルタは、円板上の支持板に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色のフィルターが設けられた構成を有している。この支持板をその中心でモータの回転軸により軸支し、モータの回転に応じて周方向に回転させることにより、光源から出射される白色光の光路上に各色のフィルターが順次介在させられ、白色光が色分解されるよう構成されている。このような構成により、ＲＧＢ各色の照明光が順次、被観察体に照射され、ＲＧＢ各色の光学像が固体撮像素子で光電変換される。
【０００３】
一般に固体撮像素子のＲＧＢ各色に対する感度は異なっている。したがって、ＴＶモニタ等の出力装置において良好な色再現性を得るために、ＲＧＢ各色の照明光の照射時間は固体撮像素子の各色に対する感度に応じて調節される。具体的には、ＲＧＢ各色の透過光量を調節すべく回転式カラーフィルタに設けられるカラーフィルタが占める面積が定められている。すなわち、回転式カラーフィルタにおいて各色のカラーフィルタが配設される開口部分の面積は均一ではなく、そのため回転式カラーフィルタの重心が上述の回転中心とずれてしまう。したがって、上述のモータの回転軸には、回転時のバランスを得るための重りが設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回転体の重心が回転軸の回転中心に存在しない状態において回転軸を回転させると回転に応じて回転軸がたわむ、いわゆる「ふれまわり現象」が発生する。ふれまわり現象が発生している状態で回転速度を上げていくと、回転軸のたわみ具合は次第に激しくなり、破壊されてしまう。上述の回転式カラーフィルタの回転時においても、重りの遠心力と支持板の遠心力により偶力のモーメントが発生し、この「ふれまわり現象」が発生する。その結果、モータの回転軸に曲げモーメント等の負荷がかかったり、モータに振動が発生するという問題がある。
【０００５】
一方、このような偶力のモーメントの発生を防止すべく回転時の重りの遠心力と支持板の遠心力とを釣り合わせるためには、重りと支持板を同一平面上に設けることが望ましい。しかし、支持板は薄板状の部材であり、重りを支持板と同一平面上に配設するのは極めて困難である。
【０００６】
本発明は以上の問題を解決するものであり、面順次方式の電子内視鏡等に設けられる回転式カラーフィルタの回転時の安定性を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る回転式カラーフィルターは、白色光を波長領域の異なる光に色分解する複数のカラーフィルタを備え、光源からの出射光の光軸に対して略垂直な面内において回転することにより、複数のカラーフィルタが順次、出射光の光路上に介在させられるよう構成された回転式カラーフィルタであって、回転時の回転中心が回転式カラーフィルタの重心を通るよう、全体の重量バランスを調節するための開口部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
回転式カラーフィルタは、例えば面順次方式の電子内視鏡において観察体にそれぞれ波長領域の異なる照明光を順次照射するために設けられるカラーフィルタであり、好ましくは、同一寸法、同一形状であり、周方向において等間隔に形成された複数のフィルタ開口部に複数のカラーフィルタが取り付けられる第１の円板と、複数のカラーフィルタを透過する光の光量を調節するための複数の光量調節開口部とバランス開口部とが形成された第２の円板とを有し、第２の円板において、電子内視鏡に設けられる固体撮像素子の波長領域の異なる光に対する感度に応じて、複数の光量調節開口部の開口面積が規定され、バランス開口部は、第２の円板の回転中心が第２の円板の重心を通るよう形成される。
【０００９】
第２の円板において、複数の光量調節開口部とバランス開口部は、例えば周方向に沿って形成される。
【００１０】
好ましくは、第２の円板において、バランス開口部は第１の円板の複数のフィルタ開口部と重なり合わない位置に形成される。
【００１１】
好ましくは、光量調節開口部のうち開口面積が最も大きい光量調節開口部と同一形状、同一寸法の複数の開口部が周方向において等間隔で形成された第３の円板を備え、第１の円板が第２および第３の円板により挟持される。
【００１２】
また、本発明に係る回転式カラーフィルタは、白色光を波長領域の異なる光に色分解する複数のカラーフィルタを備え、光源からの出射光の光軸に対して略垂直な面内において回転することにより、複数のカラーフィルタが順次、出射光の光路上に介在させられるよう構成された回転式カラーフィルタであって、回転時の回転式カラーフィルタに対する慣性モーメントの中心が回転中心に一致するよう、全体の重量バランスを調節するためのバランス開口部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
以上のように、本発明によれば、回転式カラーフィルタの重量バランスを調節するための重りを必要としないため、部品点数の削減が図られると共に、重りを設ける工程が省略される。したがって、回転式カラーフィルタの製造コストの削減が図られる。
【００１４】
また、回転式カラーフィルタの重量バランスを調節するための、回転式カラーフィルタとは別体の部材が用いられないため、モータの回転軸に上述の偶力のモーメントが発生することがない。したがって、モータの振動やモータの回転軸における曲げモーメントの発生が防止される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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、本発明に係る実施形態が適用される電子内視鏡の画像信号処理プロセッサの内部を模式的に示す一部断面図である。画像信号処理プロセッサ１０内には光源ユニット２０が設けられる。光源ユニット２０はキセノンランプやハロゲンランプ等の放電管を備えており、白色光が出射される。尚、キセノンランプ等に変えてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いてもよい。モータ３０は画像信号処理プロセッサの筐体内部に固定された取付台３１に固定される。モータ３０の回転軸３２には回転式カラーフィルタ４０が取り付けられている。回転式カラーフィルタ４０は、第１〜第３の円板４１、４２、４３を有する。第１〜第３の円板４１、４２、４３は、横断面が同一形状、同一寸法の薄板状の円板である。第１〜第３の円板４１、４２、４３の中心には後述する中心孔が形成されており、第１〜第３の円板４１、４２、４３は、それぞれの中心孔が一致するよう重ね合わせて接着されている。
【００１６】
第３の円板４３の中心には、円柱状の取付部４３Ａが一体的に設けられており、取付部４３Ａの軸心には上述の中心孔と連続する貫通孔が形成されている。モータ３０の回転軸３２は、第１〜第３の円板の中心孔および取付部４３Ａの貫通孔に嵌合している。取付部４３Ａには、貫通孔と交差するビス受孔が形成されており、このビス受孔に螺合する取付ビス３３を締め付けることにより、回転式カラーフィルタ４０は回転軸３２に固定される。
【００１７】
画像信号処理プロセッサ１０の筐体側面に設けられた取付口１０Ａには、スコープ５０がコネクタ５１を介して取り付けられる。コネクタ５１の内部には超微細径のファイバーを多数束ねて構成されるファイバーバンドルであるライトガイド（図示せず）が挿通している。光源ユニット２０から射出された白色光は、回転式カラーフィルタ４０の後述するカラーフィルタを介してライトガイドの入射端面に入射し、ライトガイドによりスコープ５０の挿入部先端（図示せず）に導かれ、被観察体に照明光として照射される。また、スコープ５０には被観察体の光学像が形成され、その光学像を光電変換するＣＣＤ（図示せず）が設けられている。
【００１８】
図２は、回転式カラーフィルタ４０の第１の円板４１を示す平面図である。第１の円板４１の中心には、上述のモータ３０の回転軸３２が挿通する中心孔４１Ｃが形成されている。赤色光（Ｒ）を透過させる赤色フィルタ４１Ｒ、緑色光（Ｇ）を透過させる緑色フィルタ４１Ｇ、青色光（Ｂ）を透過させる青色フィルタ４１Ｂは、それぞれフィルタ取付開口部４１１、４１２、４１３に取り付けられる。フィルタ取付開口部４１１、４１２、４１３は、第１の円板４１の周方向に沿って等間隔に形成されている。フィルタ取付開口部４１１、４１２、４１３は略セクタ状を呈しており、内周側の縁部は略直線状に形成され、外周側の縁部は円周に沿って円弧状に形成されている。フィルタ取付開口部４１１、４１２、４１３は、いずれも同一寸法で形成されている。したがって、第１の円板４１の回転中心、すなわち中心孔４１Ｃに第１の円板４１の重心が存在しており、第１の円板４１がモータ３０により回転させられる際、その慣性モーメントの中心が回転中心に一致することとなり、動的バランスが保たれている。
【００１９】
図３は、回転式カラーフィルタ４０の第２の円板４２を示す平面図である。第２の円板４２の中心には、上述のモータ３０の回転軸３２が挿通する中心孔４２Ｃが形成されている。第２の円板４２には、セクタ状の３つの光量調節開口部４２１、４２２、４２３が周方向に沿って形成されている。光量調節開口部４２１、４２２、４２３は、それぞれ赤色光、緑色光、青色光の光量を調節するための開口部である。これらの光量調節開口部の開口面積は、上述のＣＣＤのＲＧＢ各色に対する感度の違いに応じて定められている。すなわち、光量調節開口部４２２の開口面積は光量調節開口部４２１の開口面積より大きく、光量調節開口部４２３の開口面積は光量調節開口部４２２の開口面積より大きい。
【００２０】
さらに、光量調節開口部４２１、４２２の間には、中心孔４２Ｃを回転中心とする第２の円板４２の回転時の動的バランスを保つためのバランス開口部４２４が形成されている。上述のように、各光量調節開口部４２１、４２２、４２３の開口面積は異なっている。したがって、光量調節開口部４２１、４２２、４２３および中心孔４２Ｃのみが形成された状態では、第２の円板４２の重心は中心孔４２Ｃからずれたところに存在し、第２の円板４２の回転時の慣性モーメントの中心が回転中心に一致しないこととなり、動的バランスが保たれない。しかし、バランス開口部４２４を形成することにより第２の円板４２の重心を中心孔４２Ｃに存在させられる。したがって、第２の円板４２の回転時の動的バランスを保つことができる。
【００２１】
図４は、回転式カラーフィルタ４０の第３の円板４３を示す平面図である。第３の円板４３の中心には、上述のモータ３０の回転軸３２が挿通する中心孔４３Ｃが形成されている。第３の円板４３には、同一のセクタ状を呈する同一寸法の３つの開口部４３１、４３２、４３３が周方向に沿って等間隔に形成されている。したがって、第３の円板４３の回転中心、すなわち中心孔４３Ｃに第３の円板４３の重心が存在しており、第３の円板４３がモータ３０により回転させられる際、その慣性モーメントの中心が回転中心に一致することとなり、動的バランスが保たれる。
【００２２】
第１〜第３の円板４１、４２、４３は、第１及び第３の円板４１、４３が第２の円板４２を挟持するよう接着される。さらに、各円板の周方向における相対的位置関係は、上述の各開口部が以下のように位置付けられるよう定められている。すなわち、第１および第２の円板４１、４２は、光量調節開口部４２１がフィルタ取付開口部４１１に、光量調節開口部４２２がフィルタ取付開口部４１２に、光量調節開口部４２３がフィルタ取付開口部４１３に重なり合い、かつバランス開口部４２４がフィルタ取付開口部４１１とフィルタ取付開口部４１２との間に重なり合っている。さらに、開口部４３１はフィルタ取付開口部４１１に、開口部４３２はフィルタ取付開口部４１２に、開口部４３３はフィルタ取付開口部４１３に重なり合っている。バランス開口部４２４は、フィルタ取付開口部４１１およびフィルタ取付開口部４１２のいずれとも重なり合わず、また、開口部４３１および開口部４３２にいずれとも重なり合わなよう設けられている。
【００２３】
図５は、回転式カラーフィルタ４０を第２の円板４２の側から示す図であり、第１〜第３の円板４１、４２、４３の相対的位置関係を明示するため、第１の円板４１のフィルタ取付開口部４１１〜４１３の位置が一点鎖線で、第３の円板４３の開口部４３１〜４３３の位置が点線で示される。
【００２４】
以上のように本実施形態によれば、第１〜第３の円板４１〜４３のそれぞれにおいて回転時の動的バランスがとれており、回転式カラーフィルタ４０全体としても回転時の動的バランスがとれている。したがって、モータ３０の回転に応じて回転式カラーフィルタ４０が回転するとき、ふれまわり現象が発生せず、回転軸３２に曲げモーメントがかかったり、モータ３０に振動が生じたりしない。
【００２５】
また、回転式カラーフィルタ４０の動的バランスをとるための重りが不要となるため、部品点数が削減されると共に重量バランスをとるために重りの取付具合を調節する工程が省略される。したがって、回転式カラーフィルタ４０の生産コストを下げることができる。
【００２６】
尚、本実施形態では、第２の円板４２において、バランス開口部４２４を光量調節開口部４２１、４２２の間の周方向に沿った位置に形成しているがこれに限るものではない。第２の円板４２のバランスが保持され、かつ第１の円板のフィルタ開口部４１１、４１２、および第３の円板の開口部４３１、４３２と重なり合わない位置（例えば中心孔４２Ｃの近傍等）に形成されればよい。
【００２７】
また、本実施形態では、回転式カラーフィルタ４０を３枚の円板からなる構成としたがこれに限るものではない。例えば、第３の円板４３の開口部４３１、４３２、４３３にＲＧＢのカラーフィルタ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂをそれぞれ取り付け、第２の円板４２と共に２枚で構成としてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、面順次方式の電子内視鏡に用いられる回転式カラーフィルタの光学的特性や回転時の力学的特性を低下させることなく部品点数を削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態が適用される電子内視鏡の画像信号処理プロセッサの内部を模式的に示す一部断面図である。
【図２】回転式カラーフィルタの第１の円板を示す平面図である。
【図３】回転式カラーフィルタの第２の円板を示す平面図である。
【図４】回転式カラーフィルタの第３の円板を示す平面図である。
【図５】回転式カラーフィルタを第２の円板の側から示す平面図である。
【符号の説明】
１０ 画像信号処理プロセッサ
２０ 光源ユニット
３０ モータ
４０ 回転式カラーフィルタ
４１ 第１の円板
４２ 第２の円板
４３ 第３の円板
４１Ｒ 赤色カラーフィルタ
４１Ｇ 緑色カラーフィルタ
４１Ｂ 青色カラーフィルタ
５０ スコープ
４２１、４２２、４２３ 光量調節開口部
４２４ バランス開口部

Claims (7)

1. 白色光を波長領域の異なる光に色分解する複数のカラーフィルタを備え、光源からの出射光の光軸に対して略垂直な面内において回転することにより、前記複数のカラーフィルタが順次、前記出射光の光路上に介在させられるよう構成される回転式カラーフィルタであって、
   複数のフィルタ開口部に前記複数のカラーフィルタが取り付けられる第１の円板と、前記複数のカラーフィルタを透過する光の光量を調節するための複数の光量調節開口部とバランス開口部とが形成された第２の円板とを有し、前記第１の円板において、前記複数のフィルタ開口部は、前記第１の円板の回転中心が前記第１の円板の重心を通るよう形成され、前記第２の円板において、前記波長領域に応じて前記複数の光量調節開口部の開口面積が規定され、前記バランス開口部は、前記第２の円板の回転中心が前記第２の円板の重心を通るよう形成されることにより、前記回転時の回転中心が前記回転式カラーフィルタの重心を通るよう、全体の重量バランスが前記バランス開口部により調節されていることを特徴とする回転式カラーフィルタ。
2. 前記第１の円板において、同一寸法、同一形状の前記複数のフィルタ開口部が、周方向において等間隔に形成されることを特徴とする請求項１に記載の回転式カラーフィルタ。
3. 前記第２の円板において、前記複数の光量調節開口部と前記バランス開口部とが周方向に沿って形成されることを特徴とする請求項１に記載の回転式カラーフィルタ。
4. 前記第２の円板において、前記バランス開口部は前記第１の円板の前記複数のフィルタ開口部と重なり合わない位置に形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転式カラーフィルタ。
5. 前記光量調節開口部のうち開口面積が最も大きい光量調節開口部と同一形状、同一寸法の複数の開口部が周方向において等間隔で形成された第３の円板を備え、
   前記第１の円板が前記第２および第３の円板により挟持されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の回転式カラーフィルタ。
6. 白色光を波長領域の異なる光に色分解する複数のカラーフィルタを備え、光源からの出射光の光軸に対して略垂直な面内において回転することにより、前記複数のカラーフィルタが順次、前記出射光の光路上に介在させられるよう構成された回転式カラーフィルタであって、
   複数のフィルタ開口部に前記複数のカラーフィルタが取り付けられる第１の円板と、前記複数のカラーフィルタを透過する光の光量を調節するための複数の光量調節開口部とバランス開口部とが形成された第２の円板とを有し、前記第１の円板において、前記複数のフィルタ開口部は、前記第１の円板の回転中心が前記第１の円板の重心を通るよう形成され、前記第２の円板において、前記波長領域に応じて前記複数の光量調節開口部の開口面積が規定され、前記バランス開口部は、前記第２の円板の回転中心が前記第２の円板の重心を通るよう形成されることにより、前記回転時の前記回転式カラーフィルタに対する慣性モーメントの中心が回転中心に一致するよう、全体の重量バランスが前記バランス開口部により調節されていることを特徴とする回転式カラーフィルタ。
7. 前記回転式カラーフィルタは、面順次方式の電子内視鏡において観察体にそれぞれ波長領域の異なる照明光を順次照射するために設けられるカラーフィルタであり、前記第２の円板において、電子内視鏡に設けられる固体撮像素子の前記波長領域の異なる光に対する感度に応じて、前記複数の光量調節開口部の開口面積が規定されることを特徴とする請求項１に記載の回転式カラーフィルタ。

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