JP3352154B2 - 光学要素駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカメラや内視鏡のズーム
やアイリス、フォーカス機構を構成する光学要素を駆動
する光学要素駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カメラや内視鏡のズームやアイリス、フ
ォーカス機構を構成する光学要素を駆動する光学要素駆
動装置の従来例として、例えば特開平４−６９０７０号
に開示されているように圧電素子の一部が光学装置本体
の一部に固定されていて圧電素子の他の部分に取り付け
られた振動軸と光学要素が摩擦係合されていて圧電素子
により衝撃力を発生させて光学要素と振動軸に滑りを起
こして光学要素を駆動するものがあった。

【０００３】又、特開平４−６９０７１号に開示されて
いるように圧電素子の一部に光学要素を固定し圧電素子
の他の部分にオモリを固定し、光学要素は光学装置本体
の一部と摩擦係合した状態でやはり圧電素子により衝撃
力を発生させて光学要素と光学装置本体間に滑りを起こ
して光学要素を駆動するものがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置では、圧電
素子の衝撃力を光学要素に伝達するために振動軸と光学
要素を摩擦係合させたり、圧電素子と直接光学要素をく
っつけていたために光学要素が光学装置内で元の状態か
ら傾くと圧電素子まで傾いてしまい、駆動装置の特性が
大きく変わることがあった。もっとも悪い時には圧電素
子の力が光学要素を光学装置に喰い込ませるように働
き、駆動装置の機能が全く失くなってしまうこともあっ
た。

【０００５】本発明は上述した点に鑑み点されたもの
で、光学要素が移動するべき方向から傾いても、その傾
きによる力成分を吸収して傾きが移動体に伝達されない
ようにし、衝撃力により駆動される移動体にかかる摩擦
力が変化することがなく、その結果衝撃力付与手段が傾
くことがなく、衝撃力による駆動特性が変化しないよう
にした光学要素駆動装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の光学要素駆動装置は、圧電又は電歪特性を備え
た圧電/電歪素子の伸縮による衝撃力を使って光学要素
を駆動する光学要素駆動装置において、所定の光学要素
を進退自在に保持する基体と、前記基体に対して摩擦結
合され、所定の衝撃力を受けることで前記摩擦係合に抗
して進退自在な移動体と、前記移動体に対して前記所定
の衝撃を付与する、前記移動体に固定された衝撃付与手
段と、前記移動体と前記光学要素とを連結するための、
前記光学要素に設けられた光学要素側連結手段と、前記
光学要素側連結手段に対し所定の隙間を設けて連結され
る、前記移動体に設けられた移動体側連結手段と、を有
することを特徴とする。

【０００７】

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を具体
的に説明する。図１ないし図３は本発明の第１実施例に
係り、図１は内視鏡先端部に設けられた第１実施例のフ
ォーカス駆動機構部分を示し、図２はフォーカス駆動機
構の信号処理系のブロック構成を示し、図３は駆動信号
の波形を示す。

【０００９】図１は内視鏡先端部の撮像装置１における
第１実施例のフォーカス駆動機構部分を示す。この撮像
装置１は挿入部の先端側の先端部本体部２の中空部に収
納した鏡筒３には、フォーカスレンズ４が可動レンズ枠
５を介して取り付けられ、このレンズ４の光軸方向の後
方側にＣＣＤ６がＣＣＤ固定枠７を介して鏡筒３に固定
されている。

【００１０】可動レンズ枠５は鏡筒３に設けた切り欠き
８を貫通し、光軸方向と直交する方向に延びるアーム９
が突設され、このアーム９の末端は、例えば円柱状の中
空部に収納され、フォーカスアクチュエータと係合して
いる。つまり、アーム９の末端は圧電素子１１に取り付
けた移動体１２に取り付けられ、断面がＨ型状のピン１
３と係合している。

【００１１】水晶、ロッシェル塩等の圧電特性を有する
圧電性結晶で形成された圧電素子１１は信号線１４を介
してこの圧電素子１１に取り付けた電極に駆動信号を印
加することにより、前後方向（光軸と平行な方向）に伸
張或いは収縮するようにしてある。

【００１２】圧電素子１１の先端に取り付けられた移動
体１２は円筒状に梁１５が設けられ、該梁１５の末端部
分は鏡筒３及び先端部本体部２の壁面と摩擦係合してい
る。この圧電素子１１の先端には移動体１２が取り付け
られ、後端側は自由端にされ、従って圧電素子１１を急
激に伸張あるいは収縮させると、移動体１２を圧電素子
１１の伸張あるいは収縮に応じて移動させることができ
るようにしてある。この移動体１２はピン１３及びアー
ム９を介して可動レンズ枠５と接続されているので、移
動体１２の移動と共に、可動レンズ枠５及びフォーカス
レンズ４を移動する。

【００１３】又、圧電素子１１をゆっくりと伸張あるい
は収縮させた場合には、梁１５の末端部分による壁面と
の摩擦係合により、移動体１２を移動させない状態に保
持して圧電素子１１をゆっくりと伸張あるいは収縮させ
ることができるようにしてある。

【００１４】梁１５の末端部分には移動子１６を介し
て、先端部本体部２の壁面に固定されたリニアエンコー
ダ１７が接続され、梁１５の末端部分の移動を検出する
ようになっている。

【００１５】この実施例ではアーム９の末端の孔に、ピ
ン１３の段差状の細径部１８が僅かに隙間を有する状態
で係入されてアーム９とピン１３との係合が行われ、図
１に示すように細径部１８の光軸方向の幅（長さ）はア
ーム９の末端の幅より長く形成されて小さな隙間Δ（例
えば、Δ＝０、０５ｍｍ程度）が形成してあり、アーム
９或いは可動レンズ枠５が（本来可動されるべき方向か
ら）若干傾いても、ピン１３を介した移動体１２側には
その傾きによる力成分は伝達されないで、例えばレンズ
枠５と鏡筒３との接触部分でその力を吸収するようにし
ている。

【００１６】つまり、圧電素子１１による駆動力を可動
レンズ枠５に伝達する伝達機構を形成するピン１３とア
ーム９との接続部において隙間Δが設けてあり、可動レ
ンズ枠５側が傾いても、隙間Δのためにその傾きによる
力成分をピン１３或いは移動体１２側には伝達されない
ようにしている。

【００１７】従って、この場合には、傾きが移動体１２
に伝達されないので、（梁１５の末端部分の）摩擦力が
変化しないことになる。伝達されない力成分はレンズ枠
５と鏡筒３との接触部分で吸収されることになる。この
場合、移動体１２側が移動してピン１３の細径部１８の
両側の段差部（皿部）がアーム９の末端部分を押すこと
により、可動レンズ枠５がフォーカスレンズ４の光軸に
平行な方向に移動する。

【００１８】図２は圧電素子１１の駆動係の構成を示
す。ＣＣＤ６の出力信号は映像信号処理回路２１に入力
され、映像信号が生成され、図示しないモニタに出力さ
れる。また、映像信号の輝度信号成分が圧電素子制御回
路２２に入力される。この圧電素子制御回路２２にはリ
ニアエンコーダ１７で検出された移動情報も入力され
る。

【００１９】圧電素子制御回路２２は輝度信号成分から
空間周波数の高域成分を抽出し、フォーカス状態か否か
の判断を行う。フォーカス状態でないと、圧電素子１１
を駆動する駆動信号を圧電素子１１に印加する。フォー
カス状態に設定されると、駆動信号の出力を停止する。

【００２０】次に作用を説明する。圧電素子１１に図３
（ａ）又は（ｂ）のような電圧パルスを駆動信号として
印加すると、圧電素子１１により移動体１２に衝撃力が
与えられて移動体１２は鏡筒３に対してわずかに滑る。
電圧パルスを連続して印加すると移動体１２を長距離移
動させることができる。

【００２１】レンズ４はレンズ枠５のアーム９がピン１
３の皿部分に押されることにより移動体１２の移動に伴
い移動する。この時図２に示すようにＣＣＤ６からの映
像情報とリニアエンコーダ１７からの移動体１２の位置
情報より圧電素子１１への電圧パルスの印加が制御さ
れ、自動的にフォーカス状態に設定できる。なお、フォ
ーカスに限定されるものでなく、ズームの場合にも適用
できる。

【００２２】この実施例の効果は次のようになる。レン
ズ枠４のアーム９は、ピン１３に対して非常にゆるく係
合しているのでレンズ枠５が傾いても圧電素子１１は傾
かない。よってフォーカス駆動機構として作用するアク
チュエータの性能は変わらない。

【００２３】図４は本発明の第２実施例の撮像装置３１
を示す。第１実施例と同様に、先端部本体２には鏡筒３
が収納され、フォーカスレンズ４はレンズ枠５を介して
鏡筒３に取り付けられ、フォーカスレンズ４の後方にＣ
ＣＤ６がＣＣＤ枠７を介して固定されている。レンズ枠
５は鏡筒３の切り欠き８を貫通するアーム３２が突設さ
れ、フォーカスアクチュエータ収納部（以下収納部と記
す）３３に収納されたフォーカスアクチュエータと接続
されている。

【００２４】収納部３３には第１の圧電素子３４が収納
され、この圧電素子３４はその後端が取付台３５に接着
固定され、この取付台３５は鏡筒３に固定されている。
この圧電素子３４の先端にはＬ字状に成形されたＬ字状
部材３６が取り付けられている。

【００２５】このＬ字状部材３６には第１の圧電素子３
４の伸縮方向（光軸と平行な方向）と平行な面に板状の
弾性体３７が貼り付けられ、さらにこの弾性体３７に
は、光軸方向と直交する方向に延びる圧接材３８が取り
付けられている。この圧接材３８をＬ字状部材３６と共
に円管３９に圧入され、円管３９とＬ字状部材３６及び
圧接材３８は摩擦係合することになる。Ｌ字状部材３６
には圧電素子３４の伸縮方向に垂直な面と圧接材３８に
は第２の圧電素子４１が取り付けられている。

【００２６】この圧電素子４１の伸縮により圧接材３８
は円管３９内でレンズ４の移動方向へ傾くことができ
る。円管３９の先端は、レンズ枠５のアーム３２と接し
ている。レンズ枠５のアーム３２をはさんで円管３９の
対面にはバネ４２の一端が接し、このバネ１８の他端は
鏡筒３に固定されている。

【００２７】次に作用を説明する。圧電素子４１にＤＣ
電圧を印加すると圧接材３８はレンズ４の進行方向に例
えばθだけ傾くと、円管３９にはｆ（圧接材３８を傾け
る前の圧接材３８と円管３９との間に加わっていた力）
×ｓｉｎθの力がレンズ４の進行方向に加わることにな
り、円管３９はｆｓｉｎθの力が加わっている方向には
滑りやすくなるが逆方向には滑りにくくなる。

【００２８】この状態で圧電素子３４に方形波パルスを
印加すると、圧電素子３４よりＬ字状部材３６に衝撃力
が与えられて、Ｌ字状部材３６及び圧接材３８は円管３
９と滑りを起こすが圧接材３８の傾きにより滑りやすさ
に極性が与えられているので円管３９はトータルとして
一方にのみ滑る。

【００２９】方形波パルスを連続して印加すれば円管３
９は長距離移動することができる。その結果、レンズ４
は円管３９やバネ４２に押されて光軸上を移動し、フォ
ーカスが行われる。

【００３０】この実施例ではアーム３２は一端が接触す
るバネ４２によって光軸と平行な方向に付勢された状態
で保持されているので、レンズ枠５が傾こうとしてもバ
ネ４２の付勢力で傾く力が抑制される。

【００３１】なお、フォーカス駆動機構の代わりにズー
ム機構に適用することも可能である。又、 第２実施例
のアクチュエータを使って鉗子起上台の駆動や処置具の
湾曲、鉗子の開閉を行うことも考えられる。

【００３２】次に本発明の第３実施例を説明する。図５
は内視鏡接眼部５１に装着される外付けカメラ５２を示
し、この外付けカメラ５２の対物レンズ系５３の前には
第３実施例の絞り装置５４が設けてある。対物レンズ系
５３の後方には光学フィルタ５５、ＣＣＤ５６が取り付
けられている。

【００３３】図６は絞り装置５４の構造を示す。この絞
り装置５４は、以下の構成よりなる。中央に絞り孔６０
が設けられ、外付けカメラ５２の本体に対して回動可能
な回転板６１と、この回転板６１に対し、回動可能に取
り付けられた絞り羽根６２（１つのみ示している）と、
回転板６１をはさんで絞り羽根６２と反対面にやはり回
動可能に取り付けられかつ回転板６１と若干の隙間を有
する衝突子６３と、回転板６１に取付けられて衝突子６
３と衝突して回転板６１に回転力を与える突起６４、６
４と、衝突子６３の円弧状溝６３ａに圧入されて摩擦係
合することにより圧電素子６６の衝撃力を衝突子６３に
与える振動軸６５と、この振動軸６５とその伸縮方向の
一端を固定され、他の一端を外付けカメラ５２に固定さ
れている圧電素子６６と回転板６１の辺に設けられたエ
ンコーダ６７から成る。

【００３４】絞り羽根６２は止めピン６８で回転板６１
に回動可能に固定されていて外付けカメラ５２に固定さ
れた駆動ピン６９で回転駆動される。回転板６１は外付
けカメラ５２と若干の摩擦係合をしている。

【００３５】次に作用を説明する。圧電素子６６に図３
に示すような電圧パルスを印加すると振動軸６５と衝突
子６３は滑りを起こして衝突子６３は回転移動し、一方
の突起６４に衝突する。すると回転板６１は突起６４よ
り回転力を受け回転する。

【００３６】その結果、駆動ピン６９は止まっているの
で絞り羽根６２は回転力を受けて、止めピン６８を中心
に回転し、絞り孔６０を開閉する。又、本実施例でも図
２に示すような制御システムを設けることで自動的に絞
り調整が行われる。

【００３７】この実施例の効果は以下のようになる。光
学要素に圧電素子の力を伝達する部材と光学要素に隙間
があり光学要素が光学装置内で傾いても圧電素子は傾か
ないので駆動装置の特性が大きく変わることはない。

【００３８】なお、振動軸６５と回転板６１を直接摩擦
係合しても同様の絞り機構を実現できる。また、振動軸
６５を磁石にしても同様の絞り機構は実現できる。

【００３９】次に本発明の第４実施例を図７を参照して
説明する。この実施例は第３実施例と同様に絞り機構に
関するものである。従って、第３実施例と異なる所のみ
示す。

【００４０】この実施例における衝突子７１には取付台
７２が設けられていて、圧電素子７３がその伸縮方向の
一端を固定されている。圧電素子７３の他端には摩擦部
材７４が取り付けられていて、この摩擦部材７４は、外
付けカメラ５２に摩擦係合している。

【００４１】次に作用を説明する。圧電素子７３に図３
に示すような電圧パルスを印加すると衝突子７１の慣性
力による衝撃力が摩擦部材７４に与えられ、摩擦部材７
４は外付けカメラ５２に対して滑り、衝突子７１は回転
する。連続的にパルスを印加すると、衝突子７１は突起
６４にぶつかって回転板６１が回転し、絞り孔６０が絞
り羽根６２によりその遮光面積が変化して絞りが開閉さ
れる。

【００４２】この実施例の効果は以下のようになる。光
学要素に圧電素子の力を伝達する部材と光学要素に隙間
があり、光学要素が光学装置内で傾いても圧電素子は傾
かないので駆動装置の特性が大きくかわることはない。

【００４３】次に本発明の第５実施例を図８を参照して
説明する。第３実施例と異なる所のみを示す。バイモル
フ素子７５の一端は外付けカメラ５２に固定されてい
る。バイモルフ素子７５の他端には振動軸７７の基端が
固定されている。振動軸７７の先端は衝突子７８に圧入
により摩擦係合している。バイモルフ素子７５の屈曲方
向は回転板６１の回転方向と同じである。

【００４４】次に作用を説明する。バイモルフ素子７５
に図３に示すような電圧パルスを正印加すると振動軸７
７に衝撃力が与えられ、振動軸７７の先端は衝突子７８
の接線方向に滑りを起こす。連続してパルスを印加する
と衝突子７８が突起６４に衝突して回転板６１は回転す
る。その結果、絞り羽根は開閉する。

【００４５】この実施例の効果は以下のようになる。光
学要素に圧電素子の力を伝達する部材と光学要素に隙間
があり光学要素が光学装置内で傾いても圧電素子は傾か
ないので駆動装置の特性が大きくかわることはない。

【００４６】なお、上述の実施例では圧電特性を有する
圧電素子を駆動力を発生するために用いているが、圧電
素子の代わりに電歪特性を有する電歪素子を用いるよう
にしても良い。また、磁歪特性を利用した磁歪素子を用
いるようにしても良い。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
学要素が移動するべき方向から傾いても、その傾きによ
る力成分を吸収して傾きが移動体に伝達されないように
し、衝撃力により駆動される移動体にかかる摩擦力が変
化することがなく、その結果衝撃力付与手段が傾くこと
がなく、衝撃力による駆動特性が変化しないという効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のフォーカス駆動機構部分
を示す断面図。

【図２】フォーカス駆動機構の信号処理系の構成を示す
ブロック図。

【図３】駆動信号の波形を示す波形図。

【図４】本発明の第２実施例のフォーカス駆動機構部分
を示す断面図。

【図５】本発明の第３実施例の絞り装置を備えた外付け
カメラを示す断面図。

【図６】第３実施例の絞り装置を示す図。

【図７】本発明の第４実施例の絞り装置を示す図。

【図８】本発明の第５実施例の絞り装置を示す図。

【符号の説明】

１…撮像装置 ２…先端部本体 ３…鏡筒 ４…フォーカスレンズ ５…レンズ枠 ６…ＣＣＤ ８…切り欠き ９…アーム １１…圧電素子 １２…移動体 １３…ピン １４…信号線 １５…梁 １６…移動子 １８…細径部 ２１…映像信号処理回路 ２２…圧電素子制御回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電又は電歪特性を備えた圧電/電歪素子
   の伸縮による衝撃力を使って光学要素を駆動する光学要
   素駆動装置において、 所定の光学要素を進退自在に保持する基体と、 前記基体に対して摩擦結合され、所定の衝撃力を受ける
   ことで前記摩擦係合に抗して進退自在な移動体と、 前記移動体に対して前記所定の衝撃を付与する、前記移
   動体に固定された衝撃付与手段と、 前記移動体と前記光学要素とを連結するための、前記光
   学要素に設けられた光学要素側連結手段と、 前記光学要素側連結手段に対し所定の隙間を設けて連結
   される、前記移動体に設けられた移動体側連結手段と、 を有することを特徴とする光学要素駆動装置。