JP2006346153A - 電子内視鏡用光源装置及び電子内視鏡装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第一遊星ギヤ機構の第一内歯ギヤ51を固定して、第一太陽ギヤ53を一方の開口角制御回転板42と一緒にモータM1で回転駆動し、第二太陽ギヤ66と他方の開口角制御回転板41とを一緒に回転させ、第二内歯ギヤ68の外周面に形成した入力用歯部72と、位相差モータの駆動軸75に直接固着した出力ギヤ73とに、弾性材料からなる環状の無端タイミングベルトBを緊張状態で掛け回し、該タイミングベルトの内周面に形成した噛合部B1を該入力用歯部及び出力ギヤに噛合する。
【選択図】 図4
Description
また、このような問題は、位相差モータと上記出力ギヤの間に複数のギヤからなるギヤ機構を介在させ、位相差モータの回転力を減速または増速させながら伝達する場合にも同様に生じる。
この態様では、ギヤ軸受によって第一内歯ギヤを回転自在に支持するのが好ましい。
図1に示すように、本実施形態の電子内視鏡1は、操作者が把持する操作部11と、この操作部11から延出する細長で可撓性を有する挿入部12と、操作部11から延出するユニバーサルチューブ13と、ユニバーサルチューブ13の端部に接続されたコネクタ部14と、を備えている。操作部11、挿入部12、ユニバーサルチューブ13、及びコネクタ部14の内部にはライトガイド(導光ファイバ)20が配設されており、ライトガイド20の先端は挿入部12の先端に設けられた照明光学系(図示略)に接続されており、照明光学系は電子内視鏡1外部に向けて照明光を発する。
電子内視鏡1のコネクタ部14は光源装置(ビデオプロセッサ)30に接続されている。光源装置30のケース33内にはランプ(光源)31が配置されており、このランプ31が出射した照明光は、ライトガイド20の入射端面20aからライトガイド20に入り、ライトガイド20を通って挿入部12先端の上記照明光学系から電子内視鏡1の外部へ出射される。観察部位によって反射された照明光(反射光)は、挿入部12先端にも受けられた対物光学系15から挿入部12内に入射して、挿入部12の先端部に内蔵されたCCD(固体撮像素子)16(図2参照)に電荷として蓄積される。CCD16の全画素データは画像処理装置18に送られ、この画素データは画像処理装置18で処理され、画素データに基づく画像が表示装置(ディスプレイ)19に表示される。
図3(a)に示す第一開口角制御回転板41は、光軸31aに対して直交するアルミニウム製の平板状部材であり、円形の円盤部41aと、これに連続する一対の遮光部41eと遮光部41fとを備える。円盤部41aの中心部には、円形の中心孔41bが穿設されている。遮光部41eと遮光部41fは、円盤部41aの中心41hに関して対称であり、それぞれ中心41hを中心とする中心角90°の略扇形をなしており、遮光部41eと遮光部41fの間には、中心41hを中心とする中心角90°の開口部41c、41dが形成されている。図3(a)に示すように、中心41hから遮光部41e及び遮光部41fの外周縁までの直線距離(=第一開口角制御回転板41の半径)はR41である。
ここで半径R41及び半径R42は、ランプ31からロータリシャッタ40に入射する照明光の光束の直径と同じ又はそれ以上として設定する。この条件を満たせばR41=R42であってもよいし、R41<R42であってもよい。また、図示した第一開口角制御回転板41及び第二開口角制御回転板42では、中心41hと中心42hを中心として中心角90°の開口部及び遮光部を構成したが、90°以外の中心角を備える円弧とすることもできるし、第一開口角制御回転板41と第二開口角制御回転板42の形状が異なっていてもよい。
第一開口角制御回転板41及び第二開口角制御回転板42に対して直交する(光軸31aと平行な)駆動軸(回転軸)50は、第一開口角制御回転板41の中心に穿設された中心孔41bを相対回転可能に貫通しており(駆動軸50上と駆動軸50の延長線上に上記中心41hと中心42hがそれぞれ位置する)、その一端が第二開口角制御回転板42の中心42hに固着されている。駆動軸50の他端には、光源装置30のケース33に固定されたパルスモータからなるチョッパモータ(モータ)M1の駆動軸が同心的に固着され(矢印A方向に見たときに同心をなす。以下、同心という場合は矢印A方向に見たときをいう)、チョッパモータM1が駆動すると駆動軸50がその軸心回りに回転する。駆動軸50の周囲には、駆動軸50と同心をなす円環状をなし、かつ、光源装置30のケース33に固定された内歯ギヤ(第一内歯ギヤ)51が位置している(内歯ギヤ51が固定部材であることを示すために、図4では内歯ギヤ51にハッチングを付している)。この内歯ギヤ51は、その内周面全体に等ピッチの60枚の内周歯52を具備している(内周歯52の具体的な形状の図示は便宜上省略している。後述する他のギヤ部材の歯についても同様である)。駆動軸50は、内歯ギヤ51より小径で、かつ内歯ギヤ51と同一平面上に位置する円形の第一太陽ギヤ53の中心部を貫通しており、第一太陽ギヤ53は駆動軸50に同軸的に固着されている。この第一太陽ギヤ53の外周面全体には等ピッチ間隔で24枚の外周歯54が形成されている。さらに内歯ギヤ51と第一太陽ギヤ53の間には、第一太陽ギヤ53と同径で、かつ、等ピッチ間隔で18枚の外周歯56を具備する2つの第一遊星ギヤ55が、第一太陽ギヤ53に関して対称な位置に位置しており、両第一遊星ギヤ55の外周歯56は、内歯ギヤ51の内周歯52と第一太陽ギヤ53の外周歯54にそれぞれ噛合している。2つの第一遊星ギヤ55の中心部には円形の取付孔55aがそれぞれ穿設されており、各取付孔55aには、駆動軸50と平行な従動軸57のチョッパモータM1側の端部近傍が嵌合固定されている。内歯ギヤ51、第一太陽ギヤ53、及び第一遊星ギヤ55とチョッパモータM1の間には、内歯ギヤ51の径方向を向く第一キャリア(キャリア)58が位置しており、第一キャリア58の中心部(回転中心)に穿設された円形の中心孔59を駆動軸50が相対回転可能に貫通している。第一キャリア58の両端部には、両従動軸57のチョッパモータM1側の端部が相対回転可能に嵌合する係合孔60が穿設されている。
そして、内歯ギヤ51、第一太陽ギヤ53、及び第一遊星ギヤ55によって第一遊星ギヤ機構GM1が構成されている。
そして、第二太陽ギヤ66、内外両歯ギヤ68、及び第二遊星ギヤ70によって第二遊星ギヤ機構GM2が構成されている。
駆動機構DM1の各構成要素には、チョッパモータM1及び位相差モータM2の駆動力が伝達されるが、駆動機構DM1の動作を理解し易くするために、まずはチョッパモータM1の駆動力のみを考える。
チョッパモータM1にパルス信号を送ってチョッパモータM1を時計方向に回転させると、駆動軸50と第一太陽ギヤ53が時計方向に速度SP1で回転する。すると、2つの第一遊星ギヤ55が従動軸57回りに反時計方向に自転し、かつ、駆動軸50を中心に時計方向に公転する。さらに、従動軸57によって第一キャリア58との同期がとられている(内歯ギヤ51と内外両歯ギヤ68に対して常に同一位相位置に位置する)第二キャリア61が時計方向に回転し、2つの第二遊星ギヤ70が、従動軸57回りに反時計方向に自転すると共に駆動軸50回りに時計方向に公転する。このときの第二遊星ギヤ70の自転速度及び公転速度は第一遊星ギヤ55と同じである。従って、第二太陽ギヤ66は時計方向に速度SP1で回転する。
即ち、位相差モータM2にパルス信号を送って位相差モータM2をチョッパモータM1と同方向に回転させると、この回転力が内周歯B1を介して外周歯72に伝わり、内外両歯ギヤ68が時計方向に回転する。すると、内外両歯ギヤ68の回転力が第二遊星ギヤ70に伝達され、第二遊星ギヤ70の反時計方向の自転速度及び時計方向の公転速度が、チョッパモータM1からの駆動力だけで回転する場合に比べて速くなる。従って、第二遊星ギヤ70と噛合している第二太陽ギヤ66は、第一太陽ギヤ53の回転速度SP1より速い回転速度SP2で時計方向に回転する。
一方、位相差モータM2をチョッパモータM1と逆方向に回転させると、内外両歯ギヤ68が反時計方向に回転し、第二遊星ギヤ70の反時計方向の自転速度及び時計方向の公転速度がチョッパモータM1の駆動力のみを受ける場合より遅くなるので、第二太陽ギヤ66の時計方向の自転速度は、上記SP1より遅いSP3となる。
自動調光スイッチS1をONにすると、自動調光スイッチS1から指令を受けたコントローラ35が、CCD16からの輝度信号に基づいてチョッパモータM1及び位相差モータM2にパルス信号を自動送信し、チョッパモータM1及び位相差モータM2の回転速度及び回転方向を自動制御する。すると、開口部40cと開口部40dの開口角θが0°〜90°の間で変化するので、ロータリシャッタ40を通過する照明光量が変化して、観察部位の輝度値が常に所望値となる。
この場合はまず、チョッパモータ制御ボタンS2と位相差モータ制御ボタンS3を手動操作して、チョッパモータM1及び位相差モータM2を回転させる。そして、開口部40cと開口部40dの開口角θが所望値となったら、位相差モータ制御ボタンS3により位相差モータM2を停止させ、開口部40cと開口部40dの開口角θを該所望値に保持する。このように位相差モータM2から第二太陽ギヤ66への駆動力を遮断し、チョッパモータM1だけで第二太陽ギヤ66を回転させると、第一開口角制御回転板41と第二開口角制御回転板42は所望の開口角θを保ったまま同じ方向に同じ速度で回転する。さらに、チョッパモータ制御ボタンS2と位相差モータ制御ボタンS3を操作することにより、チョッパモータM1と位相差モータM2の回転速度を調整できるので、術者はライトガイド20に送る照明光の光量を手動により自由に調整できる。
さらにステップ角の小さいパルスモータ(例えばステップ角1.8°)を位相差モータM2として利用すれば、位相差モータM2と駆動ギヤ73の間にギヤ機構(減速機構)を介在させなくても、位相差モータM2の回転力を低い回転速度として内外両歯ギヤ68(外周歯72)に伝達できる。ギヤ機構(減速機構)を利用する場合は、ギヤ機構を構成するギヤ同士のバックラッシュ、及びギヤ機構の出力ギヤと駆動ギヤ73の間のバックラッシュによって、第一開口角制御回転板41と第二開口角制御回転板42の回転制御の正確性が低下してしまう。しかし、ステップ角の小さいパルスモータを利用すれば、駆動ギヤ73の低速回転を可能にしつつパルスモータ(位相差モータM2)の駆動軸75に駆動ギヤ73を直接固着できるので、位相差モータM2と駆動ギヤ73の間にバックラッシュが存在しなくなるというメリットが得られる。
さらに、駆動機構DM1のチョッパモータM1と位相差モータM2の本体は回転せず、それぞれのハーネス(配線)M1a、M2aがチョッパモータM1及び位相差モータM2の回転に伴って捻れたり曲折したりしないので、ハーネスM1a、M2aに対して特別な処理を行う必要がなくなる。
駆動軸50及びチョッパモータM1の駆動軸の周囲には、光源装置30のケース33に固定された固定軸受(ギヤ軸受)ASが位置している。固定軸受ASは、駆動軸50及びチョッパモータM1の駆動軸と同心をなし両端が開口する円筒形状の部材である。内外両歯ギヤ(第一内歯ギヤ)80は略円筒形状であり、そのチョッパモータM1側の壁面の中心部には、駆動軸50と同心をなす円筒状嵌合部80aが一体的に形成されている。そして、この円筒状嵌合部80aが固定軸受ASに、駆動軸50回りに相対回転可能として嵌合している(円筒状嵌合部80aの内径と固定軸受ASの外径は同一である)。内外両歯ギヤ80は内歯ギヤ51と同径であり、その第一開口角制御回転板41側の端面には、駆動軸50と同心をなす円形開口が形成されている。そして、この円形開口全周には内周歯52と同一仕様の内周歯81が形成されており、第一開口角制御回転板41側の端部の外周面全体には、外周歯72と同一仕様の外周歯82が形成されている。
本実施形態では、内外両歯ギヤ80、第一太陽ギヤ53、及び第一遊星ギヤ55によって第一遊星ギヤ機構GM1が構成されており、第二太陽ギヤ66、内外両歯ギヤ83、及び第二遊星ギヤ70によって第二遊星ギヤ機構GM2が構成されている。
まず、自動調光スイッチS1をONにした場合について説明する。
コントローラ35がCCD16からの輝度信号に基づいてチョッパモータM1を回転させると、チョッパモータM1の回転力は、第一の実施形態と同じ経路で第二太陽ギヤ66に伝わるので、第一太陽ギヤ53、第二太陽ギヤ66、及び第二開口角制御回転板42が全てSP1の速度で回転する。コントローラ35がCCD16からの輝度信号に基づいて、位相差モータM2をチョッパモータM1と同方向に回転させると、内外両歯ギヤ80が第一遊星ギヤ55の自転方向とは逆向きに回転し、第一遊星ギヤ55の自転速度及び公転速度が増速されるので、第一太陽ギヤ53及び駆動軸50の回転速度は第二太陽ギヤ66の自転速度SP1より速いSP2となる。すると、第一開口角制御回転板41と第二開口角制御回転板42の間に回転速度差が生じ、開口部40cと開口部40dの開口角θが0°〜90°の範囲で変化するので、ロータリシャッタ40を透過する照明光量が自動的に変化し、観察部位が常に所望の輝度値となる。
一方、コントローラ35がCCD16からの輝度信号に基づいて位相差モータM2をチョッパモータM1と逆方向に回転させると、内外両歯ギヤ80の回転方向と第一遊星ギヤ55の自転方向が同じになり、第一遊星ギヤ55の自転速度及び公転速度は位相差モータM2が停止している場合より遅くなり、第一太陽ギヤ53及び駆動軸50の回転速度SP3はSP1より遅くなる。すると、第一開口角制御回転板41と第二開口角制御回転板42の間に回転速度差が生じ、開口部40cと開口部40dの開口角θが0°〜90°の範囲で変化するので、ロータリシャッタ40を透過する照明光量が自動的に変化し、観察部位が常に所望の輝度値となる。
チョッパモータ制御ボタンS2と位相差モータ制御ボタンS3を手動操作して、チョッパモータM1及び位相差モータM2を回転させ、開口部40cと開口部40dの開口角θが所望値となったら、位相差モータ制御ボタンS3を操作して位相差モータM2を停止させ、その後はチョッパモータM1のみによって第一太陽ギヤ53を回転させる。このように位相差モータM2が停止して内外両歯ギヤ80を固定し、チョッパモータM1の駆動力のみによって駆動機構DM2を動作させると、上述のように第一太陽ギヤ53と第二太陽ギヤ66が同じ方向に同じ速度SP1で回転し、第一開口角制御回転板41と第二開口角制御回転板42が所望の開口角θを保ったまま同方向に回転する。従って、術者はライトガイド20に送る照明光の光量を手動により自由に調整できる。
例えば、第一の実施形態において、内外両歯ギヤ68を第二の実施形態の内外両歯ギヤ80と同様に略円筒形状とし、その円筒状嵌合部を、回転筒64で回転自在に支持してもよい。このようにすれば、内外両歯ギヤ68の重量が第二遊星ギヤ70を介して駆動軸50に伝わらなくなるので、駆動軸50やチョッパモータM1に掛かる負荷を軽減できる。
15 対物光学系(撮像手段)
16 CCD(撮像手段)
18 画像処理装置
19 表示装置
20 ライトガイド
22 23 環状段部(回転中心突部)
25 環状突部
26 中心孔
27 環状凹部
28 円弧状接触部材(円弧状支持部材)
29 円弧状溝
30 光源装置
31 ランプ(光源)
31a 光軸
33 ケース
35 コントローラ(制御手段)
36 固定軸受
37 回転軸受
38 回転軸受
40 ロータリシャッタ
41 第一開口角制御回転板
41a 円盤部
41b 中心孔
41c 41d 開口部
41e 41f 遮光部
41h 中心
42 第二開口角制御回転板
42a 円盤部
42b 中心孔
42c 42d 開口部
42e 42f 遮光部
42h 中心
50 駆動軸(回転軸)
51 内歯ギヤ(第一内歯ギヤ)
52 内周歯
53 第一太陽ギヤ
54 外周歯
55 第一遊星ギヤ
55a 取付孔
56 外周歯
57 従動軸
58 第一キャリア(キャリア)
59 中心孔
60 係合孔
61 第二キャリア(キャリア)
62 係合孔
63 取付孔
64 回転筒(キャリア軸受)
64a 中心孔
65 外周歯
66 第二太陽ギヤ
66a 取付孔
67 中心孔
68 内外両歯ギヤ(第二内歯ギヤ)
69 内周歯
70 第二遊星ギヤ
70a 中心孔
71 外周歯
72 外周歯(入力用歯部)
73 駆動ギヤ(出力ギヤ)
74 外周歯
75 駆動軸
80 内外両歯ギヤ(第一内歯ギヤ)
80a 円筒状嵌合部
81 内周歯
82 外周歯
83 内歯ギヤ(第二内歯ギヤ)
84 内周歯
AS 固定軸受(ギヤ軸受)
B 無端タイミングベルト
B1 内周歯(噛合部)
DM1 DM2 駆動機構
GM1 第一遊星ギヤ機構
GM2 第二遊星ギヤ機構
M1 チョッパモータ(モータ)
M2 位相差モータ
S1 自動調光スイッチ
S2 チョッパモータ制御ボタン
S3 位相差モータ制御ボタン
Claims (4)
- 光源と、回転軸が前記光源の光軸と平行に配置され、前記光源から入射した照明光を遮光しまたはライトガイドへ向けて出射するロータリシャッタと、を備え、前記ロータリシャッタは、相対回転と一体回転が選択して可能でそれぞれが回転方向に遮光部と開口部を交互に備えた一対の同軸の開口角制御回転板を有し、前記一対の開口角制御回転板を相対回転させて前記ロータリシャッタ全体としての開口部の開口角を変更させ一体化して回転させることにより出射光量を調整する電子内視鏡用光源装置であって、
ロータリシャッタの回転軸と同軸の固定ギヤである第一内歯ギヤ、この第一内歯ギヤと同軸でありモータにより一方の開口角制御回転板と一緒に回転させられる第一太陽ギヤ、及びこの第一内歯ギヤと第一太陽ギヤに同時に噛み合う第一遊星ギヤ、を有する第一遊星ギヤ機構と;
ロータリシャッタの回転軸と同軸で第一内歯ギヤと同一仕様の第二内歯ギヤ、この第二内歯ギヤと同軸で第一太陽ギヤと同一仕様であり他方の開口角制御回転板とを一緒に回転する第二太陽ギヤ、及びこの第二内歯ギヤと第二太陽ギヤに同時に噛み合う第一遊星ギヤと同一仕様の第二遊星ギヤを有する第二遊星ギヤ機構と;
第一と第二の遊星ギヤを、第一と第二の内歯ギヤに対して同一位相位置に保持しかつ該第一と第二の遊星ギヤの相対回転を自由にして支持する、ロータリシャッタの回転軸を中心に回動自由なキャリアと;
を有し、
上記モータとは別個の位相差モータの駆動軸に固着した出力ギヤと、第二内歯ギヤの外周面に形成した入力用歯部とに、弾性材料からなる無端タイミングベルトを掛け回し、該タイミングベルトの内周面に形成した噛合部を該入力用歯部及び出力ギヤに噛合したことを特徴とする電子内視鏡用光源装置。 - 光源と、回転軸が前記光源の光軸と平行に配置され、前記光源から入射した照明光を遮光しまたはライトガイドへ向けて出射するロータリシャッタと、を備え、前記ロータリシャッタは、相対回転と一体回転が選択して可能でそれぞれが回転方向に遮光部と開口部を交互に備えた一対の同軸の開口角制御回転板を有し、前記一対の開口角制御回転板を相対回転させて前記ロータリシャッタ全体としての開口部の開口角を変更させ一体化して回転させることにより出射光量を調整する電子内視鏡用光源装置であって、
ロータリシャッタの回転軸と同軸の第一内歯ギヤ、この第一内歯ギヤと同軸でありモータにより一方の開口角制御回転板と一緒に原動駆動される第一太陽ギヤ、及びこの第一内歯ギヤと第一太陽ギヤに同時に噛み合う第一遊星ギヤを有する第一遊星ギヤ機構と;
ロータリシャッタの回転軸と同軸で第一内歯ギヤと同一仕様の固定ギヤである第二内歯ギヤ、この第二内歯ギヤと同軸で第一太陽ギヤと同一仕様であり他方の開口角制御回転板と一緒に回転する第二太陽ギヤ、及びこの第二内歯ギヤと第二太陽ギヤに同時に噛み合う第一遊星ギヤと同一仕様の第二遊星ギヤを有する第二遊星ギヤ機構と;
第一と第二の遊星ギヤを、第一と第二の内歯ギヤに対して同一位相位置に保持しかつ該第一と第二の遊星ギヤの相対回転を自由にして支持する、ロータリシャッタの回転軸を中心に回動自由なキャリアと;
を有し、
上記モータとは別個の位相差モータの駆動軸に固着した出力ギヤと、第一内歯ギヤの外周面に形成した入力用歯部とに、弾性材料からなる無端タイミングベルトを掛け回し、該タイミングベルトの内周面に形成した噛合部を該入力用歯部及び出力ギヤに噛合したことを特徴とする電子内視鏡用光源装置。 - 請求項2記載の電子内視鏡用光源装置において、
ギヤ軸受によって第一内歯ギヤを回転自在に支持した電子内視鏡用光源装置。 - 請求項1から3のいずれか1項記載の電子内視鏡用光源装置を備える電子内視鏡装置であって、
操作部と、
該操作部から延び、観察対象内部に挿入される挿入部と、
前記操作部及び前記挿入部に内挿され、その先端が前記挿入部先端まで延びるライトガイドと、
前記ライトガイドに照明光を与える前記光源装置と、を備えることを特徴とする電子内視鏡装置。
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