JP2017111193A - 撮像装置および内視鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】 移動レンズ枠を駆動する電磁コイルの発熱による高温化および電磁コイルの径方向の大型化を防止して安定した光学特性が得られる撮像装置および内視鏡の提供。【解決手段】 撮像装置1は、固定レンズ11を保持する固定保持枠12内で、撮影光軸Oに沿って進退自在に内包され、移動レンズ22を保持する移動枠21と、移動枠21の撮影光軸Oに沿った方向の2箇所に所定の離間距離を有して並設された少なくとも2つの磁石31,32と、固定保持枠12に巻回されて設けられ、通電に伴い少なくとも2つの磁石31,32に対する駆動力を発生して移動枠21に対して進退駆動力を発生させる3つ以上の駆動コイル33a〜33cと、3つ以上の駆動コイル33a〜33cのうち、少なくとも2つの駆動コイル33a〜33cに異なる方向の電流を通電するように制御する制御部50と、を備える。【選択図】図2
Description
本発明は、内部に光学系を有する移動枠を磁力によって前後に移動して光学機能を可変する撮像装置および内視鏡に関する。
内部に光学系を備えた移動枠を光学系の光軸方向の前後に移動させて、光学性能を切り替えることができる撮像装置が周知である。この撮像装置は、カメラの他、カメラ付き通信端末、内視鏡などに設けられている。
例えば、特許文献1には、移動レンズ枠に磁石が設けられ、この磁石に対向する位置に電磁コイルによる磁気的作用で移動レンズ枠の駆動を行う撮像装置および内視鏡が知られている。
ところで、内視鏡に設けられる撮像装置は、近年の高光学倍率化に伴い、移動レンズ枠の撮影光軸に沿った移動距離(ストローク)が長くなっている。そのため、撮像装置に設けられる電磁コイルも、撮影光軸方向に長くする必要がある。
しかしながら、電磁コイルを長くすると、その分だけ抵抗値があがるため消費電力が多くなり、電磁コイルの発熱量も増加する。そのため、撮像装置が高温化してしまい、各枠などの部材が膨張することで、光学特性に影響を及ぼすという問題があった。
また、電磁コイルの抵抗値を下げるため、コイル線を太径化すると、電磁コイルの外径が大きくなってしまい、撮像装置が大型化してしまう。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みなされたものあり、移動レンズ枠を駆動する電磁コイルの発熱による高温化および電磁コイルの径方向の大型化を防止して安定した光学特性が得られる撮像装置および内視鏡を提供することを目的とする。
本発明の一態様における撮像装置は、光学像を形成する光学系と、前記光学系を保持する固定保持枠と、前記固定保持枠内で、撮影光軸に沿って進退自在に内包され、前記光学系の少なくとも一部を保持する移動枠と、前記移動枠の前記撮影光軸に沿った方向の2箇所に所定の離間距離を有して並設された少なくとも2つの磁石と、前記固定保持枠に巻回されて設けられ、通電に伴い前記少なくとも2つの磁石に対する駆動力を発生して前記移動枠に対して進退駆動力を発生させる3つ以上の駆動コイルと、前記3つ以上の駆動コイルのうち、少なくとも2つの前記駆動コイルに反対方向の電流を通電するように制御する制御部と、を具備する。
本発明の一態様における内視鏡は、光学像を形成する光学系と、前記光学系を保持する固定保持枠と、前記固定保持枠内で、撮影光軸に沿って進退自在に内包され、前記光学系の少なくとも一部を保持する移動枠と、前記移動枠の前記撮影光軸に沿った方向の2箇所に所定の離間距離を有して並設された少なくとも2つの磁石と、前記固定保持枠に巻回されて設けられ、通電に伴い前記少なくとも2つの磁石に対する駆動力を発生して前記移動枠に対して進退駆動力を発生させる3つ以上の駆動コイルと、前記3つ以上の駆動コイルのうち、少なくとも2つの前記駆動コイルに反対方向の電流を通電するように制御する制御部と、を備える撮像装置と、前記撮像装置が内蔵される先端部を有する挿入部と、を具備する。
本発明によれば、移動レンズ枠を駆動する電磁コイルの発熱による高温化および電磁コイルの径方向の大型化を防止して安定した光学特性が得られる撮像装置および内視鏡を提供することができる。
ここでは、本発明である撮像装置を備えた内視鏡を例に挙げて説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
また、以下の構成説明における撮像装置を備えた内視鏡は、生体の上部または下部の消化器官に挿入するため挿入部が可撓性のある所謂軟性鏡を例に挙げて説明するが、これに限定されることなく、外科用に用いられる挿入部が硬質な所謂硬性鏡にも適用できる技術である。
さらに、撮像装置は、内視鏡などの医療機器に設けられるものに限定されることなく、例えば、カメラ付き携帯電話にも採用することができるものである。
以下、本発明の一態様の撮像装置および内視鏡について、図面に基づいて説明する。
なお、図1は、本発明の一態様の撮像装置を具備する内視鏡の外観を示す図、図2は移動レンズユニットがワイド端に移動した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図3は移動レンズユニットが中途に移動した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図4は移動レンズユニットがテレ端に移動した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図5はコイルを駆動する電気的構成を示すブロック図、図6はコイルと磁石の長さ関係の一例を説明するための断面図、図7はコイルと磁石の長さ関係の他の例を説明するための断面図、図8は移動レンズユニットをテレ方向へ駆動させる状態を示し、コイルと磁石の長さ関係の一例を説明するための断面図、図9は移動レンズユニットをテレ方向へ駆動させる状態を示し、コイルと磁石の長さ関係の他の例を説明するための断面図、図10は移動レンズユニットをワイド端で静止させた状態を示す断面図、図11は移動レンズユニットをテレ端で静止させた状態を示す断面図である。
なお、図1は、本発明の一態様の撮像装置を具備する内視鏡の外観を示す図、図2は移動レンズユニットがワイド端に移動した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図3は移動レンズユニットが中途に移動した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図4は移動レンズユニットがテレ端に移動した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図5はコイルを駆動する電気的構成を示すブロック図、図6はコイルと磁石の長さ関係の一例を説明するための断面図、図7はコイルと磁石の長さ関係の他の例を説明するための断面図、図8は移動レンズユニットをテレ方向へ駆動させる状態を示し、コイルと磁石の長さ関係の一例を説明するための断面図、図9は移動レンズユニットをテレ方向へ駆動させる状態を示し、コイルと磁石の長さ関係の他の例を説明するための断面図、図10は移動レンズユニットをワイド端で静止させた状態を示す断面図、図11は移動レンズユニットをテレ端で静止させた状態を示す断面図である。
先ず、図1を参照して、本発明に係る撮像装置1を具備する内視鏡101の構成の一例を説明する。
本実施形態の内視鏡101は、人体などの被検体内に導入可能であって被検体内の所定の観察部位を光学的に撮像する構成を有している。
本実施形態の内視鏡101は、人体などの被検体内に導入可能であって被検体内の所定の観察部位を光学的に撮像する構成を有している。
なお、内視鏡101が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体であっても良いし、機械、建造物などの人工物であっても良い。
内視鏡101は、被検体の内部に導入される挿入部102と、この挿入部102の基端に位置する操作部103と、この操作部103の側部から延出するユニバーサルコード104とで主に構成されている。
挿入部102は、先端に配設される先端部110、この先端部110の基端側に配設される湾曲自在な湾曲部109およびこの湾曲部109の基端側に配設され操作部103の先端側に接続される可撓性を有する可撓管部108が連設されて構成されている。
詳しくは後述するが、先端部110には、撮像装置1が設けられている。また、操作部103には、湾曲部109の湾曲を操作するためのアングル操作ノブ106が設けられている。
ユニバーサルコード104の基端部には、外部装置120に接続される内視鏡コネクタ105が設けられている。内視鏡コネクタ105が接続される外部装置120は、モニタなどの画像表示部121にケーブルを介して接続されている。
また、内視鏡101は、ユニバーサルコード104、操作部103および挿入部102内に挿通された複合ケーブル115(不図示)および外部装置120に設けられた光源部からの照明光を伝送する光ファイバ束(不図示)を有している。
複合ケーブル115は、内視鏡コネクタ105と撮像装置1とを電気的に接続するように構成されている。内視鏡コネクタ105が外部装置120に接続されることによって、撮像装置1は、複合ケーブル115を介して外部装置120に電気的に接続される。
この複合ケーブル115を介して、外部装置120から撮像装置1への電力の供給および外部装置120と撮像装置1との間の通信が行われる。
外部装置120には、画像処理部が設けられている。この画像処理部は、撮像装置1から出力された撮像素子出力信号に基づいて映像信号を生成し、画像表示部121に出力する。即ち、本実施形態では、撮像装置1により撮像された光学像(内視鏡像)が、映像として画像表示部121に表示される。
なお、内視鏡101は、外部装置120または画像表示部121に接続する構成に限定されず、例えば、画像処理部またはモニタの一部または全部を有する構成であっても良い。
また、光ファイバ束(不図示)は、外部装置120の光源部から発せられた光を、先端部110の照明光出射部としての照明窓まで伝送するように構成されている。さらに、光源部は、内視鏡101の操作部103または先端部110に配設される構成であってもよい。
次に、本実施の形態の撮像装置1の構成について以下に詳しく説明する。
図2から図4に示す撮像装置1は、固定レンズユニット10と、移動レンズユニット20と、駆動装置であるアクチュエータ30と、図示しない撮像素子などと、を主に有して構成されている。
図2から図4に示す撮像装置1は、固定レンズユニット10と、移動レンズユニット20と、駆動装置であるアクチュエータ30と、図示しない撮像素子などと、を主に有して構成されている。
この撮像装置1には、駆動装置であるアクチュエータ30の構成要素としての移動レンズユニット20を一方に引き寄せる磁性部材35よりなる片寄せ機構と、移動レンズユニット20の挙動を検出するため、FPC36上に設けられたホール素子などのここでは2つのセンサ37a,37bと、を有している。
なお、撮像素子(不図示)は、CCDまたはCMOSなどのイメージセンサであって、図示しない撮像素子保持枠に固定され、この撮像素子保持枠が固定レンズユニット10の後方に連設されている。
固定レンズユニット10は、対物レンズであって被写体像(光学像)の光を撮像素子(不図示)に向けて集束させて光学像を形成する光学系である第1の固定レンズ11と、この第1の固定レンズ11を保持する筒状の保持枠としての第1のレンズ保持枠であって非磁性部材から形成された固定保持枠として第1の固定レンズ枠12と、固定レンズ枠12の後方に内嵌された第2のレンズ保持枠であって非磁性部材から形成された固定保持枠としての略筒状の第2の固定レンズ枠13と、この第2の固定レンズ枠13に保持された第2の固定レンズ14と、を有している。
第1の固定レンズ枠12は、撮影光軸Oに沿って細長な筒状に形成されていると共に、撮影光軸Oの先端部分に撮像光学部材として、光学絞り11aが設けられた第1の固定レンズ11を保持している。なお、第1の固定レンズ11は、複数のレンズ群から構成されていてもよい。
移動レンズユニット20は、磁性部材から形成された略筒状の移動枠である移動レンズ枠21と、被写体像の光を撮像素子の受光部に集束させて光学像を形成する光学系である移動レンズ22と、を有している。
移動レンズ枠21は、前後に外向フランジ23,24が形成されており、内部に移動レンズ22を保持している。なお、移動レンズ22も、複数のレンズ群から構成されていてもよい。
また、移動レンズ枠21には、これら外向フランジ23,24の対向面側に第1の磁石31および第2の磁石32が設けられている。
この移動レンズユニット20は、固定レンズユニット10の固定レンズ枠12に内包され、撮影光軸Oに沿った前後方向に移動自在に設けられている。
第2の固定レンズ枠12は、撮影光軸Oに沿って細長な筒状に形成されていると共に、被写体像の光を撮像素子の受光部に集束させて光学像を形成する第2の固定レンズ14を保持している。なお、第2の固定レンズ14は、複数のレンズ群から構成されていてもよい。
また、第2の固定レンズ枠12の後方には、ここでは撮像素子などを保持する図示しない撮像素子保持枠が嵌合される。
本実施の形態の駆動装置としてのアクチュエータ30は、移動枠の移動レンズ枠21と、移動レンズ枠21に設けられた例えば、リング状の第1の磁石31および第2の磁石32と、固定レンズ枠12の外周部に巻回固定された巻方向が同一に設定された駆動コイルとしての電磁コイルである、ここでは3つのソレノイドコイル(以下、単に第1〜第3のコイルという)33a,33b,33cと、2つのセンサ37a,37bと、これらセンサ37a,37bが設けられたFPC36と、磁性部材35と、を有し構成されている。
なお、移動レンズ枠21の前方側に設けられる第1の磁石31が外周側にN極が着磁され、内周側にS極が着磁されており、移動レンズ枠21の後方側に設けられる第2の磁石32が外周側にS極が着磁され、内周側にN極が着磁された永久磁石である。
即ち、第1の磁石31と、第2の磁石32とでは着磁方向が反対となっている。なお、第1の磁石31と、第2の磁石32とで着磁方向が反対となっていれば、第1の磁石31が内周側にN極が着磁されていると共に外周側にS極が着磁され、第2の磁石32が内周側にS極が着磁されていると共に外周側にN極が着磁されていてもよい。
さらに、第1の磁石31および第2の磁石32は、リング状に限定されることなく、移動レンズ枠21の周方向に沿って周状に複数設けた構成としてもよい。
即ち、第1の磁石31および第2の磁石32は、移動レンズ枠21が進退移動する撮影光軸Oに沿った方向に沿って所定の離間距離を有する2箇所において、着磁方向が反対となるように少なくとも2つが並設されていれば良い。
第1の固定レンズ枠12の外周面に設けられた、駆動コイルを構成している第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cは、互いが電気的に独立しており、それぞれが同一方向に巻回されている。なお、第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cは、隣り合うコイルに対して反対方向に巻回された構成としてもよい。
これら第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cは、いずれかの少なくとも2つのコイルへ異なる方向の通電に伴った磁場の発生により、移動レンズユニット20の第1の磁石31および第2の磁石32に対するフレミングの左手の法則によって移動レンズユニット20に対し駆動力を発生させることで前後に進退駆動させる。
つまり、第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cは、それぞれの間に第1の固定レンズ枠12を介在した状態で、移動レンズユニット20の移動レンズ枠21に設けられた第1の磁石31および第2の磁石32に対して、いずれか2つへ異なる方向の通電により生じる誘導磁場からフレミングの左手の法則によって移動レンズユニット20を進退駆動するように対向して設けられている。
なお、固定レンズ枠12の外周面において、第1のコイル33aは、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cよりも先端側に巻回されており、第2のコイル33bが第3のコイル33cよりも先端側に巻回されている。
即ち、第1のコイル33a、第2のコイル33bまたは第3のコイル33cのいずれか2つにそれぞれ向きの異なる電流が通電されると、第1の磁石31および第2の磁石32の着磁方向が反対となっているため、第1の磁石31および第2の磁石32に対して発生する誘導磁場によって駆動力がフレミングの左手の法則により同一方向に作用することになる。
そして、第1のコイル33a、第2のコイル33bまたは第3のコイル33cのいずれか2つに流す電流の向きを切り替えることで、移動レンズユニット20が固定レンズ枠12内において、図3に示すように前方または図4に示すように後方に進退移動する。移動レンズユニット20の進退移動に伴い、撮像装置1における光学特性が切り替えられる。
さらに、第1のコイル33a、第2のコイル33bまたは第3のコイル33cのいずれか2つに流す電流方向を頻繁に切り替える高周波電流とすることで、移動レンズユニット20が固定レンズ枠12内において、所定の位置で静止させることができる。
なお、ここでの撮像装置1は、アクチュエータ30の駆動によって、移動レンズユニット20を前後に移動させて、例えば、図3に示すように移動レンズユニット20が前方(図中矢印F方向)に移動した状態のワイドおよび図4に示すように移動レンズユニット20が後方(図中矢印B方向)に移動した状態のテレの光学特性に切り替える構成となっている。
また、撮像装置1は、固定レンズ11および移動レンズ22のレンズ設計などによって、移動レンズユニット20の前後の停止(静止)位置によるワイドおよびテレの2つの光学特性を逆にしてもよい。
さらに、移動レンズユニット20を前後に移動させるズーム機能に限定されることなく、被写体のピント調整のための焦点位置を切り替える構成としてもよい。
なお、第1のコイル33a、第2のコイル33bまたは第3のコイル33cからの誘導磁場を受けて、第1の磁石31および第2の磁石32を用いた移動レンズユニット20の撮影光軸O方向への進退移動構成については周知であるため、その詳しい説明は省略する。
磁性部材35は、第1の固定レンズ枠12の外向フランジ部の外周部に固定され、例えば平板状をしており、固定レンズ枠12の外周に設けられた第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cよりも外径方向に所定の距離離間した位置に配設されている。
そして、磁性部材35は、移動レンズ枠21に設けられた第1の磁石31および第2の磁石32に対向して設けられることにより、これら第1の磁石31および第2の磁石32の間で引力を発生させる。
即ち、磁性部材35は、移動レンズユニット20を固定レンズ枠12の内周面の一方向側に押し付けるように、第1の磁石31および第2の磁石32を引き寄せる。
これにより、移動レンズユニット20は、磁性部材35との引力によって固定レンズ枠12の内周面の一方向側に押し付けられた状態で撮影光軸Oに沿って前後に移動する。
そのため、撮像装置1は、固定レンズ枠12の内周面と移動レンズ枠21の外向フランジ23,24の外周面との間に間隙が形成されていたとしても、磁性部材35による第1の磁石31および第2の磁石32との引力により、固定レンズ枠12内において、移動レンズユニット20がガタ付くことなく前後に進退移動する構成とすることができる。
なお、2つのセンサ37a,37bが設けられたFPC36は、固定レンズ枠12の外周に設けられた第1のコイル33a,第2のコイル33bおよび第3のコイル33cと、磁性部材35と、の間に介装されている。なお、FPC36は、磁性部材35に貼着した構成としてもよい。
また、FPC36に実装される2つのセンサ37a,37bは、ここでは移動レンズユニット20の移動レンズ枠21に設けられた第1の磁石31および第2の磁石32の磁力を検出して撮影光軸Oに沿った移動位置、移動速度などの挙動を検出するホール素子などが用いられるが、これに限定されることなく、レーザセンサなどの各種センサであってもよい。
ここで、以上のように構成された撮像装置1において、FPC36に実装された2つのセンサ37a,37bからの検出信号に基づいて、第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cを駆動制御する電気的構成要素について以下に簡単に説明する。
図5に示すように、撮像装置1に設けられる第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cのぞれぞれは、制御部50によって制御されるコイルドライバ回路51とそれぞれ独立して電気的に接続されている。
図5に示すように、撮像装置1に設けられる第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cのぞれぞれは、制御部50によって制御されるコイルドライバ回路51とそれぞれ独立して電気的に接続されている。
なお、制御部50およびコイルドライバ回路51は、図1に示した外部装置120に搭載してもよいし、内視鏡101側の操作部103、撮像素子を駆動する撮像素子回路などに搭載してもよい。
コイルドライバ回路51は、制御部50からの制御信号に基づいて、第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cにそれぞれ供給/停止する電流値および通電方向が制御される。
具体的には、先ず、制御部50には、ユーザによって、内視鏡101の操作部103に設けられたスイッチ操作によるワイドまたはテレを切り替える目標位置を指定する制御信号が入力される。
そして、制御部50は、第1のセンサ37aおよび第2のセンサ37bから入力される移動レンズユニット20の移動位置情報などの検出信号に基づき、コイルドライバ回路51に第1のコイル33a、第2のコイル33bまたは第3のコイル33cに供給する電流の通電方向を可変または停止させる制御信号を出力する。
これによりコイルドライバ回路51は、制御部50による制御に基づいて、第1のコイル33a、第2のコイル33bまたは第3のコイル33cのいずれか2つに異なる方向の電流を供給する。
即ち、第1のコイル33a、第2のコイル33bまたは第3のコイル33cは、コイルドライバ回路51から出力された電流の通電によって発生する誘導磁場によってフレミングの左手の法則に基づいた方向の力を第1の磁石31および第2の磁石32に与えて移動レンズユニット20に駆動力を発生させて前後に進退駆動させる。
なお、制御部50は、移動レンズユニット20の位置(第1の磁石31および第2の磁石32の位置)によって、第1のコイル33a、第2のコイル33bまたは第3のコイル33cで発生する誘導磁場によって生じる推力が安定しないため、各コイル33a〜33cに通電させる電流値を移動レンズユニット20の位置に応じて変化させる制御を行う。これにより、移動レンズユニット20の移動速度が一定となるため、操作時の違和感を低減させることができる。
ここで、移動レンズユニット20を前後に駆動させるための第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cと、第1の磁石31および第2の磁石32と、第1の磁石31および第2の磁石32の離間距離の長さの関係について、以下に説明する。
詳述すると、図6に示すように、第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cの撮影光軸Oに沿った方向の長さCLとし、第1の磁石31および第2の磁石32の撮影光軸Oに沿った方向の長さMLとし、これら第1の磁石31および第2の磁石32の撮影光軸Oに沿った方向の離間距離dとした場合、各コイル33a〜33cの長さCLが各磁石31,32の長さMLとそれらの離間距離dの合計(2ML+d)よりも短く(CL<2ML+d)なるように設定される。
その理由として、各コイル33a〜33cの長さCLが各磁石31,32の長さMLと離間距離dの合計(2ML+d)以上(CL≧2ML+d)にすると、図7に示すように、例えば第2のコイル33bの長さCL範囲内に第1の磁石31および第2の磁石32が入ってしまうことで、第2のコイル33bで発生する誘導磁場から第1の磁石31に生じる前方への推力Ffと第2の磁石32に生じる後方への推力Fbの向きが逆となり、作用する力も略同じ(Ff≒Fb)であるため、それぞれの推力Ff,Fbが反発し合って駆動力を打ち消し合ってしまうためである。
そのため、1つのコイルの長さ範囲内に第1の磁石31および第2の磁石32が入ってしまうと、移動レンズユニット20が動かなくなってしまうためである。
さらに、図8に示すように、各コイル33a〜33cの長さCLは、第1の磁石31および第2の磁石32の1つの長さMLと離間距離dの合計(ML+d)以下(CL≦ML+d)となるように設定される。
その理由として、各コイル33a〜33cの長さCLが各磁石31,32の1つの長さMLと離間距離dの合計(ML+d)よりも長く(CL>ML+d)すると、図9に示すように、例えば、第1のコイル33aおよび第2のコイル33bに跨った位置に第1の磁石31が移動すると、第1のコイル33aで発生する誘導磁場を受けて第1の磁石31に生じる前方への推力Ffと、第2のコイル33bで発生する誘導磁場を受けて第1の磁石31に生じる後方への推力Fbと、が反発し合って安定した駆動力が得られなくなるためである。
このように各コイル33a〜33cと、各磁石31,32と、これら各磁石31,32の離間距離を設定することで、撮像装置1は、移動レンズユニット20に対して前後の一方向にのみに推力が発生するため、移動レンズユニット20を安定した推力バランスで駆動させることができる。
さらに、図10および図11に示すように、例えば、ワイド端およびテレ端の位置で移動レンズユニット20を停止(静止)保持する状態において、通電している各コイル33a〜33cと各磁石31,32の対向している面積A1,A2が最大となるように各コイル33a〜33cおよび移動レンズユニット20における各磁石31,32の位置が設定されている。
これにより、各コイル33a〜33cから発生する誘導磁場を小さくすることができ、各コイル33a〜33cに高周波電流を供給して移動レンズユニット20を停止させて保持するときの消費電力を低下させることができる。
特に、内視鏡101は、移動レンズユニット20を移動させる時間よりも、移動レンズユニット20を一定の位置に停止保持する時間が長く、そのときの消費電力を抑えることができる。
なお、移動レンズユニット20を停止保持する位置は、ワイド端およびテレ端だけでなく、数箇所設定して、その停止位置で通電している各コイル33a〜33cと各磁石31,32の対向している面積A1,A2が最大となるように構成することもできる。
以上に説明したように、本実施の形態の内視鏡101に設けられる撮像装置1は、高光学倍率化に伴って移動レンズユニット20の撮影光軸Oに沿った移動距離(ストローク)が長くなったとしても、第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cを複数、ここでは3つに分けて、いずれか2つのコイルに通電して移動レンズユニット20を駆動する構成であるため、消費電力も小さくすることができ、各コイル33a〜33cの発熱量も抑制することができる。
したがって、撮像装置1は、各コイル33a〜33cの発熱による高温化が防止され、各枠などの部材が膨張することによる光学特性への影響も低減することができる。
さらに、撮像装置1は、第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cを複数、ここでは3つに分けているため、各コイル33a〜33cのコイル線を太径化する必要もなく、各コイル33a〜33cの外径が大きくなることがないため、大型化も防止することができる。
以上から、本実施の形態の内視鏡101に設けられた撮像装置1は、移動レンズユニット20を駆動する各コイル33a〜33cの発熱による高温化および各コイル33a〜33cの径方向の大型化を防止して安定した光学特性が得られる構成とすることができる。
(第1の変形例)
図12は、第1の変形例の撮像装置の構成を示す断面図、図13はコイルと磁石の長さ関係の一例を説明するための断面図、図14は移動レンズユニットをワイド端からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図、図15は第1の変形例に係り、移動レンズユニットを図14の状態からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図、図16は第1の変形例に係り、移動レンズユニットを図15の状態からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図、図17は第1の変形例に係り、移動レンズユニットを図16の状態からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図である。
図12は、第1の変形例の撮像装置の構成を示す断面図、図13はコイルと磁石の長さ関係の一例を説明するための断面図、図14は移動レンズユニットをワイド端からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図、図15は第1の変形例に係り、移動レンズユニットを図14の状態からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図、図16は第1の変形例に係り、移動レンズユニットを図15の状態からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図、図17は第1の変形例に係り、移動レンズユニットを図16の状態からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図である。
本変形例の撮像装置1は、図12に示すように、移動レンズユニット20を駆動する第1のコイル33a、第2のコイル33bおよび第3のコイル33cは、3つに限定されることなく、複数、第nのコイル33nとして、常に移動レンズユニット20に一定の推力が与えられるような構成としてもよい。
具体的には、図13に示すように、第1〜第nのコイル33a〜33nの撮影光軸Oに沿った方向の長さCLが第1の磁石31および第2の磁石32の1つの長さMLの1/2よりも短く(CL<ML/2)、且つ、各磁石31,32の離間距離dを長さCLの整数倍(d=n×CL、nは自然数)となるように設定されている。
なお、ここでは、各磁石31,32の離間距離dが第1〜第nのコイル33a〜33nの長さCLと同じ長さ(d=CL)となっている。
このように構成された撮像装置1では、図14に示すように、移動レンズユニット20が前方に位置するワイド端から後方のテレ側に移動するとき、第1のコイル33aと、第2〜第3のコイル33b〜33cを飛ばして第4のコイル33dと、に電流が通電され、移動レンズユニット20が後方に移動し始めると、第2のコイル33bと、第3〜第4のコイル33c〜33dを飛ばして第5のコイル33eと、に電流が通電するように切替えられる。
そして、センサ37a,37bによる移動レンズユニット20の位置検出により、図16に示すように、第2のコイル33bと第5のコイル33eの先端位置と第1の磁石31および第2の磁石32の先端位置が一致したとき、図17に示すように、第3のコイル33cと、第4〜第5のコイル33d〜33eを飛ばして第6のコイル33fと、に電流が通電するように切替えられる。
このような一連の第1〜第nのコイル33a〜33nへの通電制御が行われて、移動レンズユニット20がワイド端からテレ端に移動する。なお、移動レンズユニット20をテレ端からワイド端へ移動させるときは、第1〜第nのコイル33a〜33nへ逆の通電制御が行われる。
このように移動レンズユニット20の駆動時において、通電されている2つのコイル(33a〜33n)と、第1の磁石31および第2の磁石32と、が対向している面積A1,A2が常に一定であり、且つ、通電されている2つのコイル(33a〜33n)と、第1の磁石31および第2の磁石32と、が対向する距離が一定となっているため、移動レンズユニット20に常に一定の推力を生じさせることができる。
また、移動レンズユニット20を一定の距離移動させるために必要な第1〜第nのコイル33a〜33nへ供給する電流値も一定となるため、その通電制御が容易となる。
(第2の変形例)
図18は、第2の変形例のコイルを駆動する電気的構成を示すブロック図である。
本変形例の撮像装置1は、さらに、図18に示すように、第1の変形例のようにコイルの数を増やした構成において、コイルドライバ回路51をFPC36に搭載することで、コイル駆動用の通電ケーブルを削減することができる。
図18は、第2の変形例のコイルを駆動する電気的構成を示すブロック図である。
本変形例の撮像装置1は、さらに、図18に示すように、第1の変形例のようにコイルの数を増やした構成において、コイルドライバ回路51をFPC36に搭載することで、コイル駆動用の通電ケーブルを削減することができる。
これにより、内視鏡101に撮像ユニット1を設けても、挿入部102の太径化を防止することができる。
なお、コイルの数が3つの撮像装置1の場合においても、コイルドライバ回路51をFPC36に搭載する構成としてもよいことは勿論である。
(第3の変形例)
図19は、第3の変形例の移動レンズユニットがワイド端で静止した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図20は移動レンズユニットが中途で静止した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図21は移動レンズユニットがテレ端で静止した状態の撮像装置の構成を示す断面図である。
図19は、第3の変形例の移動レンズユニットがワイド端で静止した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図20は移動レンズユニットが中途で静止した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図21は移動レンズユニットがテレ端で静止した状態の撮像装置の構成を示す断面図である。
本変形例の撮像装置1は、図19に示すように移動レンズユニット20がワイド端に位置する通常倍率、図20に示すように、移動レンズユニット20が中途に位置する例えば、50倍ズームおよび図21に示すように、移動レンズユニット20がテレ端に位置する例えば、100倍ズームの3箇所に移動レンズユニット20を移動して3段階に切り替えるズーム光学系を備えた構成となっている。
ところで、通常、50倍ズームおよび100倍ズームの3段階に切り替えた構成の撮像装置1では、移動レンズユニット20の移動量が、通常から50倍ズームに移動する距離に対して、50倍ズームから100倍ズームに移動する距離が短くなる。
そのため、ここでの撮像装置1は、4つのコイル33a〜33dの撮影光軸Oに沿った方向の長さがワイド側から望遠ズーム側のテレ側へ短くなるように設定されている。即ち、ワイド側からテレ側に向かって第1のコイル33a、第2のコイル33b、第3のコイル33cおよび第4のコイル33dの順で、撮影光軸Oに沿った方向の長さが短くなっている。
また、最も望遠ズーム側のテレ端側に配置される第4のコイル33dと第1の磁石31および第2の磁石32の撮影光軸Oに沿った方向の長さ関係は、第4のコイル33dの長さCL1(図19参照)が第1の磁石31および第2の磁石32の長さML(図19参照)以上(CL1≧ML)に設定されている。
さらに、最も望遠ズーム側のテレ端側から1つ手前のワイド側に配置される第3のコイル33cと第1の磁石31および第2の磁石32の撮影光軸Oに沿った方向の長さ関係は、第3のコイル33cの長さCL2(図19参照)が第1の磁石31および第2の磁石32の1つの長さMLとそれらの離間距離d(図19参照)の合計(ML+d)以上(CL2≧ML+d)に設定されている。
このように構成することで、上記実施の形態の図10および図11で説明したように、例えば、倍率通常のワイド端、倍率50倍ズームおよび倍率100倍ズームのテレ端のそれぞれの位置で移動レンズユニット20を停止保持する状態において、通電している各コイル33a〜33dと各磁石31,32の対向している面積が最大にすることができる。
これにより、各コイル33a〜33dから発生する誘導磁場を小さくすることができ、各コイル33a〜33cに高周波電流を供給して移動レンズユニット20を停止させて保持するときの消費電力を低下させることができる。
さらに、第1の変形例のように、撮影光軸Oに沿った方向の長さが短いコイルを多く配置する構成に比して、コイル数が減るため通電する配線数を削減することができる。
なお、ここでは、通常、50倍ズームおよび100倍ズームの3段階に切り替える構成を説明したが、これに限定されることなく、複数段階に切り替えるズーム光学系としてもよい。
(第4の変形例)
図22は、第4の変形例の1つのセンサの配置位置を説明するための模式図である。
本変形例では、第1の磁石31および第2の磁石32の磁界を検出して、移動レンズユニット20の位置を検出するセンサ37(a,b)を1つにして、消費電力を低減させる構成について図22に基づいて説明する。
図22は、第4の変形例の1つのセンサの配置位置を説明するための模式図である。
本変形例では、第1の磁石31および第2の磁石32の磁界を検出して、移動レンズユニット20の位置を検出するセンサ37(a,b)を1つにして、消費電力を低減させる構成について図22に基づいて説明する。
移動レンズユニット20の移動する距離が長く、第1の磁石31および第2の磁石32の磁界検出範囲が広がると、位置検出精度が低下するホール素子などセンサ37を用いる場合、センサ37を移動レンズ22の位置の変化によって画像への影響が大きいテレ端側に配置することで、センサ37が1つでも所望の画質を得られる構成とすることができる。
即ち、図22に示すように、移動レンズユニット20に設けられる第1の磁石31および第2の磁石32の可動範囲において、センサ37の検出精度が高い範囲でテレ端に移動した第1の磁石31および第2の磁石32の磁界を検出できる位置にセンサ37が配置される。
なお、第1の磁石31および第2の磁石32の可動範囲において、ワイド端側にセンサ37の検出精度が低い範囲が含まれるが、移動レンズユニット20がワイド端に移動したときに検出する粗い位置精度でも画像への影響が少ない。
このように、センサ37は、1つでも、画像への影響が大きいテレ端側に配置して、移動レンズユニット20がテレ端に移動したときに検出する位置精度が高ければ、所望の画質を得られる構成となる。
このようにセンサ37を1つとすることで、複数のセンサ37を駆動させる場合に比して、消費電力を低減させることができる。
なお、本実施例で述べた片寄せ機構は、磁性部材35に限定されるものでは無く、バネにより直接移動レンズユニット20を一方に押し付ける構成であっても良い。
なお、本実施例で述べた片寄せ機構は、磁性部材35に限定されるものでは無く、バネにより直接移動レンズユニット20を一方に押し付ける構成であっても良い。
以上の各実施の形態に記載した発明は、それら実施の形態および変形例に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。
例えば、各実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。
1…撮像装置
10…固定レンズユニット
11…第1の固定レンズ
12…第1の固定レンズ枠
13…第2の固定レンズ枠
14…第2の固定レンズ
20…移動レンズユニット
21…移動レンズ枠
22…移動レンズ
23,24…外向フランジ
30…アクチュエータ
31…第1の磁石
32…第2の磁石
33a…第1のコイル(ソレノイドコイル)
33b…第2のコイル(ソレノイドコイル)
33c…第3のコイル(ソレノイドコイル)
35…磁性部材
37a,37b…センサ
50…制御部
51…コイルドライバ回路
101…内視鏡
102…挿入部
103…操作部
104…ユニバーサルコード
105…内視鏡コネクタ
106…アングル操作ノブ
108…可撓管部
109…湾曲部
110…先端部
115…複合ケーブル
120…外部装置
121…画像表示部
O…撮影光軸
10…固定レンズユニット
11…第1の固定レンズ
12…第1の固定レンズ枠
13…第2の固定レンズ枠
14…第2の固定レンズ
20…移動レンズユニット
21…移動レンズ枠
22…移動レンズ
23,24…外向フランジ
30…アクチュエータ
31…第1の磁石
32…第2の磁石
33a…第1のコイル(ソレノイドコイル)
33b…第2のコイル(ソレノイドコイル)
33c…第3のコイル(ソレノイドコイル)
35…磁性部材
37a,37b…センサ
50…制御部
51…コイルドライバ回路
101…内視鏡
102…挿入部
103…操作部
104…ユニバーサルコード
105…内視鏡コネクタ
106…アングル操作ノブ
108…可撓管部
109…湾曲部
110…先端部
115…複合ケーブル
120…外部装置
121…画像表示部
O…撮影光軸
Claims (9)
- 光学像を形成する光学系と、
前記光学系を保持する固定保持枠と、
前記固定保持枠内で、撮影光軸に沿って進退自在に内包され、前記光学系の少なくとも一部を保持する移動枠と、
前記移動枠の前記撮影光軸に沿った方向の2箇所に所定の離間距離を有して並設された少なくとも2つの磁石と、
前記固定保持枠に巻回されて設けられ、通電に伴い前記少なくとも2つの磁石に対する駆動力を発生して前記移動枠に対して進退駆動力を発生させる3つ以上の駆動コイルと、
前記3つ以上の駆動コイルのうち、少なくとも2つの前記駆動コイルに反対方向の電流を通電するように制御する制御部と、
を具備することを特徴とする撮像装置。 - 前記駆動コイルが3つであることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 1つの前記駆動コイルの前記撮影光軸に沿った方向の長さが前記2つの磁石の前記撮影光軸に沿った方向の長さと前記少なくとも2つの磁石の前記所定の離間距離の合計よりも短く設定されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 1つの前記駆動コイルの前記撮影光軸に沿った方向の長さが前記少なくとも2つの磁石の1つの前記撮影光軸に沿った方向の長さと前記所定の離間距離の合計以下に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記3つ以上の駆動コイルの少なくとも2つに高周波電流を通電させて前記移動枠を停止保持した状態において、通電している少なくとも2つの前記駆動コイルと前記少なくとも2つの磁石とが対向している面積が最大となるように前記3つ以上の駆動コイルおよび前記移動枠における前記少なくとも2つの磁石の位置が設定されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記撮影光軸に直交する方向に前記移動枠を前記保持枠の前記一方向側に寄せる片寄せ機構を備えていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記少なくとも2つの磁石の磁力を検出することにより前記移動枠の移動位置を検出するセンサを有していることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記移動枠の移動によってワイドとテレを切り替えるズーム光学系を備え、
前記センサは、1つであって、前記移動枠がテレ端に移動したときに、前記少なくとも2つの磁石の磁界を検出精度が高い範囲内で検出できるテレ側の位置に配設されていることを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置が内蔵される先端部を有する挿入部と、
を具備することを特徴とする内視鏡。
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- 2015-12-14 JP JP2015243283A patent/JP2017111193A/ja active Pending
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