JP5393312B2 - 電子内視鏡のレンズ位置制御装置 - Google Patents

Description

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機構に関する。

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）。

特許第３９３６５１２号公報

しかし、特許文献１のような構成では、モータやトルクワイヤの経時的な劣化による速度変化に対応することはできない。また、モータの回転角からレンズ位置を把握することも考えられるが、ワイヤには捩りが発生するため、モータの回転範囲はレンズの機械的な可動範囲よりも広く、正確なレンズ位置の制御を行うにはこの点を考慮する必要がある。

本発明は、トルクワイヤを用いてレンズの駆動を行う電子内視鏡装置において、簡略・小型な構成で、挿入部の細径化を図るとともに、高い精度でのレンズ位置制御を行うことを課題としている。

本発明の電子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、モータの動力を前記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、モータの実回転速度を検知し、モータの回転速度が一定となるように制御を行う速度制御手段と、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前記モータの回転を制御してレンズの位置調整を行い、端点検出手段における端点の検出が、速度制御手段における指令信号の値に基づいて行われることを特徴としている。

端点検出手段は、例えば指令信号の値を閾値と比較することで端点を検出する。あるいは端点検出手段は、例えば指令信号の値の増減をモニタして端点を検出する。実回転速度は、例えばモータが所定回転する間に計数される基準クロックの数に基づいてモニタされる。

初期化手段において、レンズの可動範囲の中心がモータの可動範囲の中心に一致するものとして、レンズの可動範囲とモータの回転量の対応を特定することが好ましい。モータの回転が制御されるレンズの可動範囲に対応する回転範囲の両側にマージンとなる領域が設けられることが好ましい。

モータは小型化する上で、センサレスＤＣブラシレスモータもしくはＤＣブラシレスモータであることが好ましい。センサレスＤＣブラシレスモータの場合、モータの回転が、１つの相の誘導起電力に基づいて生成されるパルス信号を用いて検出されることが好ましい。

レンズ位置調整機構は、例えばズーム用のレンズ位置調整機構であり、このとき、初期化動作終了時に、レンズがレンズの可動範囲のズームアウト側の端に位置することが好ましい。

本発明によれば、トルクワイヤを用いてレンズの駆動を行う電子内視鏡装置において、簡略・小型な構成で、挿入部の細径化を図り、かつ高い精度でレンズ位置制御を行うことができる。

本発明の一実施形態である電子内視鏡システムの構成を示す概略図である。 本実施形態の電子内視鏡（スコープ本体）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。 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。 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。 １回転検出信号ＦＧと、一定周期で出力される基準クロック（パルス）信号ＣＬＫの関係を示すタイミングチャートである。 モータの速度制御に関わる制御ブロック図である。 初期化動作におけるモータの回転と、カム環の位置(レンズ位置)の関係を示す図である。 本実施形態の初期化動作処理のフローチャートである。 モータの回転が開始されてからトルクワイヤが捩られて停止するまでのモータ回転周波数の変化、およびモータ指令電圧の変化を示すグラフである。 第１実施形態におけるＴｅｌｅ／Ｗｉｄｅ端検出処理１のフローチャートである。 モータの回転が開始されてからトルクワイヤが捩られて停止するまでのモータ回転周波数の変化、およびモータ指令電圧の変化を示すグラフである。 第２実施形態におけるＴｅｌｅ／Ｗｉｄｅ端検出処理２のフローチャートである。

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。

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１１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。

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。

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。

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。

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に減速ギア２３を介して接続される。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。

モータ２２は、例えば３相のセンサレスＤＣブラシレスモータであり、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。

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。

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。

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。

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。

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相のデジタル値を生成し、ドライブ回路３３は、このデジタル値に基づいて、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Ｖ_ＲＥＦが入力される。

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。

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（または、ＦＰＧＡ）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。

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。図５は、１回転検出信号ＦＧと、基準クロック（パルス）信号ＣＬＫの関係を示すタイミングチャートであり、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）。

基準クロック計数回路３７で計数される基準クロック信号ＣＬＫの計数値は、モータ２２が一回転に要する時間に比例する。すなわち、回転周波数は、基準クロック信号ＣＬＫの計数値の逆数に対応する。したがって、マイコン３６では、基準クロック計数回路３７の計数値から、回転周波数、すなわち回転速度をモニタできる。

次に図６を参照して、本実施形態におけるモータ２２の速度制御について説明する。図６は、モータ２２の速度制御に関わる制御ブロック図である。本実施形態のモータ２２の速度制御では、回転数を目標周波数（回転速度）ｖに維持するようにモータ２２に印加される電圧が制御される。上述したように位相検出回路３４で１回転検出信号ＦＧを生成し（ブロック４０）、この１回転検出信号ＦＧと基準クロック信号ＣＬＫから、マイコン３６においてモータ２２の回転周波数ｖｆを算出し(ブロック４１)、フィードバック信号として用いる。

すなわち、目標回転周波数(目標速度)ｖとモータ２２の回転周波数ｖｆの偏差が、例えばマイコン３６から３相センサレスモータ制御ロジック回路３２へ出力され、この偏差に対して所定の係数の下、比例演算Ｐおよび積分演算Ｉが施されて（ブロック４２）、モータ２２のＵＶＷ相に印加される電圧値を指示するデジタル値Ｍｖが算出される。また、デジタル値Ｍｖは、３相センサレスモータ制御ロジック回路３２に設けられたリミッタ（ブロック４３）においてその値を所定値（上限値）以下に制限され、回転方向に合わせてＵＶＷ相毎のタイミングでドライブ回路３３へと出力される。

ドライブ回路３３では、デジタル値Ｍｖの値が、モータ２２のＵＶＷ相の各々に実際に印加される電圧に変換され（ブロック４４）、図４に示されるタイミングでモータ２２のＵＶＷの各相に出力される。またこのとき、図３を参照して説明したように、モータ２２の各ＵＶＷ相各端子電圧が位相検出回路３４に入力され、モータ２２の位相が検出される（ブロック４０）とともに、ＦＧパルスが生成される。なお、上記制御は、基準クロック計数回路３７を３相センサレスモータ制御ロジック回路３２に組み込み、例えば目標回転速度のみマイコン３６から入力する構成とすることもでき、また逆にＰ演算、Ｉ演算をマイコン（または、ＦＰＧＡ）３６において実行することも可能であり、様々な配置と構成が考えられる。

以上の構成により、モータ２２は、設定された所定の回転周波数で回転するように制御され、例えば、負荷トルクの増減に合わせてモータ２２に印加される電圧が増減する。また、リミッタにより印加電圧が所定電圧以上にならないように制限される。

次に図７、図８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７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８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。

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）。

図７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。

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。

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。

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７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。

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。

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。

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。

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１１８．５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、１６８パルス（２０＋１１８＋３０）分の区間となる。

次に、図９を参照して、本実施形態のＴｅｌｅ側端点およびＷｉｄｅ側端点の検出処理（Ｔｅｌｅ／Ｗｉｄｅ端検出処理）における端点検出の原理について説明する。

図９（ａ）は、図６を参照して説明された制御の下、モータ２２のＴｅｌｅ方向、あるいはＷｉｄｅ方向への回転駆動が開始されてからカム環１９の回転が係止機構により停止され、トルクワイヤ２１が捻られてモータ２２の回転が略停止されるまでのモータ２２の回転周波数（回転速度）の時間変化を模式的に示すグラフである。すなわち、図９（ａ）において、横軸は時間、縦軸はモータ２２の回転周波数を示す。一方、図９（ｂ）は、図９（ａ）のモータ制御に対応するモータ指令電圧Ｍｖの時系列変化を示すグラフである。

モータ２２の回転が開始されると、モータ指令電圧Ｍｖが急速に上昇し、これに合わせて回転周波数（回転速度）も急激に上昇する（モータの立ち上がり時間Ｔ_０）。モータ２２の回転周波数が目標回転周波数ｖに達すると、モータ指令電圧も略一定となり、回転は略目標回転周波数ｖで安定する。その後、ｔ_０においてカム環１９が係止機構に突き当たり、カム環１９の回転が停止されると、トルクワイヤ２１が捻られ始め、モータ２２の負荷トルクが増大し始める。

このときモータ指令電圧Ｍｖは、回転周波数を目標回転周波数ｖに維持するため増大され、速度保持可能領域Ｔ_１の間、モータ指令電圧Ｍｖが急速に増大する。その後、トルクワイヤ２１の捩りトルクが所定値に達すると、モータ指令電圧Ｍｖを上げても回転周波数（回転速度）は低下し始める（区間Ｔ_２）。なお、実際にはモータ指令電圧Ｍｖは、リミッタにより所定値以下に制限される。

以上のことから、本実施形態では、モータ２２の回転周波数を一定に維持する制御を行うとともに、モータ指令電圧の上昇をモニタして、カム環への当て付けを検知し、Ｔｅｌｅ側端点Ｐ１、Ｗｉｄｅ側端点Ｐ２の検出を行う。

次に図９（ｂ）、図１０を参照して、第１実施形態のＴｅｌｅ側、Ｗｉｄｅ側端点の検出方法（Ｔｅｌｅ／Ｗｉｄｅ端検出処理１）について説明する。なお、図１０は、Ｔｅｌｅ／Ｗｉｄｅ端検出処理１のフローチャートであり、図１０のＴｅｌｅ／Ｗｉｄｅ端検出処理１は、図８のＴｅｌｅ端検出処理（ステップＳ１０２）およびＷｉｄｅ端検出処理（ステップＳ１０８）の双方に対応する。

図９（ｂ）に示されるように、第１実施形態では、モータ２２の指令電圧Ｍｖが上昇し、所定の指令電圧Ｍｖｃとなったときに端点(検出点)Ｐ１、Ｐ２に達したものとする。

図１０に示されるように、まずステップＳ２００では、ＦＧパルスが検出されたか否かが判定され、モータ２２の回転が開始されてから最初のＦＧパルスが検出されるまでのあいだ待機状態とされる。モータ２２の始動後、最初のＦＧパルスが検出されると、ステップＳ２０２において、モータ指令電圧Ｍｖの値がマイコン３６（図３）において更新される。すなわち、本実施形態では、図３に示される３相センサレスモータ制御ロジック回路３２からモータ指令電圧Ｍｖがマイコン３６に入力され、更新される。

ステップＳ２０４では、モータ指令電圧Ｍｖが所定値（閾値）Ｍｖｃよりも大きいか否かが判定される。なお、回転周波数の閾値Ｍｖｃは、トルクワイヤが捻られる区間における端部近傍でのモータ２２の挙動を予め調べることにより設定される。モータ指令電圧Ｍｖが所定値Ｍｖｃ以下のときには、まだ端点に達しているとは言えず、処理はステップＳ２０２に戻され、モータ指令電圧Ｍｖの更新が行われる。

ステップＳ２０２、２０４の処理は、ステップＳ２０４において、モータ指令電圧Ｍｖが閾値Ｍｖｃよりも大きいと判定されるまで続けられる。Ｍｖ＞Ｍｖｃとなると、モータ２２の負荷トルクが一定値以上になったことを意味し、端点Ｐ１またはＰ２に達したと判断される。すなわち、ステップＳ２０６において、モータ２２の駆動が停止され、このＴｅｌｅ／Ｗｉｄｅ端検出処理１は終了する。

以上のように、本発明の第１実施形態によれば、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。

また、本実施形態では、モータ指令電圧をモニタすることで、トルクワイヤの負荷増大を検出するこができるので、カム環が当て付けられる位置をより正確に検知できる。これにより、トルクワイヤに負荷を掛け過ぎることなく端点の検出を行うことができ、端点検出に係るモータやトルクワイヤの負担を抑え、耐久性を向上させることができる。

次に、図１１、図１２を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態におけるＴｅｌｅ側端点およびＷｉｄｅ側端点の検出方法が異なるのみで、機械的、電気的な構成は第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

図１１は、第１実施形態における図９に対応し、図１１（ａ）は、モータ２２の駆動開始から、一方の端点に至るまでのモータ２２の回転周波数の時間的な変化を示すグラフであり、図１１（ｂ）は、そのときのモータ指令電圧Ｍｖの変化を示すグラフである。第１実施形態では、現在のモータ指令電圧Ｍｖのみをモニタしたが、第２実施形態では、モータ指令電圧Ｍｖの差分値をモニタして端点の検出を行う。すなわち、図１１（ｂ）に示されるように、モータ指令電圧Ｍｖの値の増大を検知して端点の検出を行う。

図１２は、第２実施形態において採用されるＴｅｌｅ／Ｗｉｄｅ端検出処理２のフローチャートである。ステップＳ３００では、第１実施形態のステップＳ２００（図１０）と同様に、モータ２２の回転が開始されてからの最初のＦＧパルスが検出（波形立ち上がり又は、立ち下がり）されたか否かが判定され、最初のＦＧパルスが検出されるまでこの処理が繰り返される。

次に、ステップＳ３０２では、ステップＳ３０４の条件が満たされるまで、マイコン３６における４つのモータ指令電圧Ｍｖ_０、Ｍｖ_−１、Ｍｖ_−２、Ｍｖ_−３の値が更新し続けられる。ここでモータ指令電圧Ｍｖ_０、Ｍｖ_−１、Ｍｖ_−２、Ｍｖ_−３は、時系列に検出されるモータ指令電圧Ｍｖの値で、添え字０が最新の値を表し、Ｍｖ_−１、Ｍｖ_−２、Ｍｖ_−３の順で古い値を表す。

ステップＳ３０４の条件が満たされると、ステップＳ３０６においてモータ２２の駆動が停止されて、この処理を終了する。すなわち、第２実施形態のＴｅｌｅ／Ｗｉｄｅ端検出処理２では、ステップＳ３０４の条件、Ｍｖ_０＞Ｍｖ_−１＞Ｍｖ_−２＞Ｍｖ_−３が満たされるとき、すなわち、モータ指令電圧Ｍｖの値が一定期間単調に増大し続けるときに端点（Ｐ１またはＰ２）が検出されたものとする。

なお、マイコン３６においてＭｖ_０、Ｍｖ_−１、Ｍｖ_−２、Ｍｖ_−３には、初期値として０が与えられており、最初のステップＳ３０２では、モータ指令電圧Ｍｖ_０に基準クロック計数回路３７（図３）からの値が入力され、その後、モータ指令電圧Ｍｖ_０が更新されると、古いモータ指令電圧Ｍｖ_０の値は順次Ｍｖ_−１、Ｍｖ_−２、Ｍｖ_−３へとシフトされる。

以上により、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第２実施形態において使用される時系列のモータ指令電圧の数は４つに限定されるものではなく、これよりも多くとも少なくともよい。また、複数のモータ指令電圧間の差分の比較から端点を検知することも可能であり、これらや実施形態で説明された方法を組み合わせることも可能である。

また、本実施形態では、ズームレンズを例に説明を行ったが、トルクワイヤを用いてレンズの駆動を行う構成であれば、ズームレンズの駆動に限定されるものではない。また、本実施形態ではレンズ駆動にカム環を用いたが、従来周知の他の方式であってもトルクワイヤを用いる構成であれば本願発明を適用することができる。

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。

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

Claims (8)

1. 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、
   前記モータの実回転速度を検知し、前記モータの回転速度が一定となるように制御を行う速度制御手段と、
   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い、
   前記端点検出手段における前記端点の検出が、前記速度制御手段における指令信号の値に基づいて行われ、
   前記初期化手段において、前記レンズの可動範囲の中心が前記モータの可動範囲の中心に一致するものとして、前記レンズの可動範囲と前記モータの回転量の対応を特定する
   ことを特徴とする電子内視鏡のレンズ位置制御装置。
2. 前記端点検出手段が、前記指令信号の値を閾値と比較することで前記端点を検出することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡のレンズ位置制御装置。
3. 前記端点検出手段が、前記指令信号の値の増減をモニタして前記端点を検出することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡のレンズ位置制御装置。
4. 前記実回転速度が、前記モータが所定回転する間に計数される基準クロックの数に基づいてモニタされることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電子内視鏡のレンズ位置制御装置。
5. 前記モータの回転が制御される前記レンズの可動範囲に対応する前記回転範囲の両側にマージンとなる領域が設けられることを特徴とする請求項４に記載の電子内視鏡のレンズ位置制御装置。
6. 前記モータがセンサレスＤＣモータであり、前記モータの回転が、１つの相の誘導起電力に基づいて生成されるパルス信号を用いて検出されることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電子内視鏡のレンズ位置制御装置。
7. 前記レンズ位置調整機構がズーム用のレンズ位置調整機構であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の電子内視鏡のレンズ位置制御装置。
8. 前記初期化手段による回転量検出後、前記レンズが前記レンズの可動範囲の前記ズームアウト側の端に位置することを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡のレンズ位置制御装置。

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