WO2023084656A1 - 光学ユニット及び内視鏡 - Google Patents
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- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
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- G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
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- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
Definitions
- the present invention relates to optical units and endoscopes.
- the optical unit is required to smoothly move the movable part with respect to the fixed part.
- the present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide an optical unit and an endoscope that can smoothly move a movable part with respect to a fixed part.
- an optical unit includes a fixed portion having a cylindrical shape, a movable portion provided movably inside the fixed portion and holding a lens, a first sliding member that is interposed between the fixed portion and the movable portion and slides as the movable portion moves; and a first sliding member that is located between the fixed portion and the movable portion. and a second sliding member interposed at a position different from the above and sliding with the movement of the movable part, a coil, and a magnet, and fixing the movable part in the direction of the optical axis of the lens. and an urging member provided outside the movable portion for generating an urging force for urging the movable portion toward the fixed portion by causing the magnet to generate an urging force. , provided.
- the optical unit according to the present invention is arranged side by side in the optical axis direction of the optical unit with respect to the first sliding member, is interposed between the fixed portion and the movable portion, It further comprises a third sliding member that slides along with the movement of the movable part.
- the first to third sliding members are provided at positions where the center of gravity of the movable portion exists within a triangle formed by connecting the centers of gravity of the respective sliding members. be done.
- the magnet includes three sets of first and second magnets provided on different outer peripheral surfaces of the movable portion, and the first and second magnets are , are magnetized in the radial direction of the movable portion, and the magnetic poles are opposite to each other.
- the first sliding member rotates around the first sliding member in the movable portion by an urging force received by the magnet from the urging member. It is provided at a position where a moment is generated.
- the fixed portion includes first and second rail portions for guiding movement of the first and second sliding members, and the first and second rail portions.
- a through hole for accommodating a portion of the magnet is formed at a position facing the portion through the central axis of the fixed portion.
- the driving section has a plurality of the coils arranged in the optical axis direction of the optical unit, is provided between the coils, and detects the position of the movable section. a detection element for outputting a detection signal for detecting.
- an endoscope according to the present invention is an endoscope that is inserted into the inside of a subject to observe the inside of the subject, and comprises an optical unit, and a light guided by the optical unit into an electric signal.
- An imaging device that converts an image, and a control section that controls the driving of the optical unit.
- the optical unit is provided so as to be movable inside a fixing section having a cylindrical shape, and the fixing section, and holds a lens.
- a movable portion a first sliding member that is interposed between the fixed portion and the movable portion and slides as the movable portion moves; a second sliding member that is interposed at a position different from that of the first sliding member and that slides along with the movement of the movable portion; a coil; and a magnet; a drive unit that moves relative to the fixed portion; and a drive portion that is provided outside the movable portion and generates a biasing force that biases the movable portion toward the fixed portion by causing the magnet to generate a biasing force.
- a biasing member a biasing member.
- FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2 is an exploded perspective view (Part 1) showing the configuration of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 3 is an exploded perspective view (Part 2) showing the configuration of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 5 is a cross-sectional view (part 1) of the optical unit shown in FIG. 4 taken along the line AA.
- FIG. 6 is a cross-sectional view (part 2) of the optical unit shown in FIG. 4 taken along the line AA.
- FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2 is an exploded perspective view (Part 1) showing the configuration of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 3 is
- FIG. 7 is a perspective view (part 1) showing the configuration of the fixing portion main body of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 8 is an enlarged view of a part of the fixing portion main body of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- 9 is a perspective view (Part 2) showing the configuration of the fixing portion main body of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of a portion of the fixing portion main body of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- 11 is a perspective view (Part 1) showing the configuration of the movable portion of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 12 is a perspective view (Part 2) showing the configuration of the movable portion of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 13 is a perspective view (Part 3) showing the configuration of the movable portion of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 14 is a cross-sectional view of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 15 is a diagram illustrating movement of each ball and the center of gravity of the movable portion.
- FIG. 16 is a diagram showing the configuration of only the voice coil motor on a cross-sectional plane passing through the axis C and parallel to the axis C. As shown in FIG. FIG.
- FIG. 17 is a diagram for explaining the load applied to the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 18 is a diagram for explaining the positional relationship between each ball and the biasing force.
- 19A and 19B are diagrams for explaining the manufacture of the fixing portion main body of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 20 is a diagram showing the configuration of an endoscope system having an endoscope according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- 2 and 3 are exploded perspective views showing the configuration of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- 5 and 6 are cross-sectional views of the optical unit shown in FIG. 4 taken along the line AA.
- FIG. 5 shows an example when the movable portion 3 is moving toward the image side.
- FIG. 6 shows an example when the movable part 3 is moving toward the object.
- the optical unit 1 includes a fixed part 2 , a movable part 3 movable with respect to the fixed part 2 , and a voice coil motor 10 that generates driving force for moving the movable part 3 with respect to the fixed part 2 .
- a voice coil motor 10 that generates driving force for moving the movable part 3 with respect to the fixed part 2 .
- the fixed part 2 includes a fixed part main body 20 and a front frame that holds an object-side fixed lens group Gf attached to the object side of the fixed part main body 20 and positioned closer to the object side than the movable lens group Gv held by the movable part 3.
- a rear frame portion 5 that is attached to the image side of the fixed portion main body 20 and holds the image side fixed lens group Gb positioned closer to the image side than the movable lens group; the fixed portion main body 20; the movable portion 3; It has an accommodation portion 6 that accommodates the frame portion 5 .
- FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the fixing portion main body of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 8 is an enlarged view of a part of the fixing portion main body of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of the fixing portion main body of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of a portion of the fixing portion main body of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- the fixing portion main body 20 is made of a tubular member, and the axis C passes through the center of the tubular interior.
- the fixed portion main body 20 has a first tubular portion 21 having the axis C as a central axis and a second tubular portion 22 extending in the axis C direction from one end of the first tubular portion 21 .
- the first cylindrical portion 21 has a stepped shape in which the image-side end of the outer peripheral portion protrudes. A part of the first tubular portion 21 is accommodated in the accommodating portion 6 , and a stepped portion abuts on the accommodating portion 6 .
- the second cylindrical portion 22 has a cylindrical shape with a smaller outer diameter than the first cylindrical portion 21 .
- Three through-holes 20a are formed in the side surface of the second cylindrical portion 22 so as to penetrate in a direction perpendicular to the axis C (radial direction) (see FIG. 9).
- Three rail portions (rail portions 23 to 25) extending in the direction of the axis C are formed on the inner peripheral surface of the second cylindrical portion 22 (see FIG. 10).
- the through holes 30a and the rail portions 23 to 25 are formed at regular intervals of 120° along the circumferential direction in a cross section taken along a plane orthogonal to the axis C.
- the through holes 30a and the rail portions 23 to 25 are alternately arranged in the circumferential direction of the second tubular portion 22.
- the rail portions 23 to 25 face the through hole 20a with respect to the axis C.
- a ring-shaped member 7 surrounding the outer circumference of the second cylindrical portion 22 is provided at the central portion of the second cylindrical portion 22 in the direction of the axis C (see FIG. 7).
- a receiving groove 7a having a concave shape is formed in a part of the outer circumference of the ring-shaped member 7.
- a detection element 9 that outputs a detection signal for detecting the position of the movable portion 3 is arranged in the housing groove 7a. By providing the detection element 9 in the accommodation groove 7a, the detection element 9 is positioned between a first coil 11a and a second coil 11b, which will be described later, in the axis C direction.
- the sensing element 9 is connected to the substrate 9a.
- the board 9a is connected to a control board (not shown) that performs position detection.
- the detection element 9 is configured by, for example, a magnetic detector.
- a magnetic detector is implemented using, for example, a Hall element or a magnetoresistive element (MR element).
- the magnetic detector is accommodated and fixed in the accommodation groove 7a.
- the position of the movable portion 3 can be accurately detected based on the detection signal detected by the magnetic detector.
- the detection signal relates to the magnetism of the magnet 12 and includes, for example, information indicating the direction of the magnetic field and the strength of the magnetic field.
- the front frame portion 4 holds the object-side fixed lens group Gf.
- the object-side fixed lens group Gf includes a plurality of lenses (here, the objective lens Lf1 and the lens Lf2) including the objective lens Lf1 arranged side by side in the axis C direction.
- the rear frame portion 5 holds the image side fixed lens group Gb.
- the image-side fixed lens group Gb includes a plurality of lenses (lenses Lb1 and Lb2) arranged in the axis C direction.
- the movable portion 3 is formed of a cylindrical member having a hexagonal outer edge when viewed from the direction of the axis C. As shown in FIG.
- the movable portion 3 holds the movable lens group Gv.
- the movable lens group Gv includes, for example, one or more lenses (here, lens Lv1) arranged in the axis C direction.
- the movable part 3 has a first protrusion 30, a second protrusion 31 and a third protrusion 32 which are provided on the outer surface and protrude outward.
- the first protrusion 30 , the second protrusion 31 , and the third protrusion 32 are provided on surfaces that are different from each other and are not adjacent to each other among the six surfaces forming the outer surface of the movable portion 3 . That is, the first protrusion 30 , the second protrusion 31 and the third protrusion 32 are arranged with one plane spaced apart from the six planes forming the outer surface of the movable section 3 .
- the first projecting portion 30 is accommodated in the rail portion 23 when assembled to the optical unit 1 .
- the first protrusion 30 has a recess 30a.
- the concave portion 30a has a groove shape in which one end in the circumferential direction of the movable portion 3 is open.
- Two first protrusions 30 are provided side by side in the axis C direction.
- the second projecting portion 31 is accommodated in the rail portion 24 when assembled to the optical unit 1 .
- the second protrusion 31 has a recess 31a.
- the concave portion 31a has a groove shape in which one end in the circumferential direction of the movable portion 3 is open.
- a distance d 1 of the concave portion 30a in the direction of the axis C is set to be equal to or greater than the moving distance of the movable portion 3 .
- the distance d 2 of the concave portion 31 a in the direction of the axis C is set to be greater than or equal to the moving distance of the movable portion 3 .
- the distances d 1 and d 2 may be the same or different from each other as long as they are set to be equal to or greater than the movement distance.
- the third protrusion 32 has a columnar shape extending in a direction perpendicular to the axis C.
- FIG. 14 is a cross-sectional view of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention. Note that FIG. 14 shows cross sections having different cross-sectional planes with the axis N perpendicular to the axis C as a boundary.
- a first ball 8a is interposed between each recess 30a and the rail portion 23, respectively. The first ball 8a accommodated in one recess 30a corresponds to the first sliding member, and the first ball 8a accommodated in the other recess 30a corresponds to the third sliding member.
- a second ball 8b is interposed between the recess 31a and the rail portion 24. As shown in FIG. The second ball 8b accommodated in the recess 31a corresponds to the second sliding member.
- each first ball 8a is sandwiched between the recessed part 30a and the rail part 23 of the second cylindrical part 22. At this time, one first ball 8 a contacts the wall surface of the rail portion 23 , and the other first ball 8 a also contacts the wall surface of the rail portion 23 .
- the third projecting portion 32 is positioned within the rail portion 25 when the movable portion 3 is housed in the fixed portion main body 20 .
- the voice coil motor 10 has a coil 11 arranged in a fixed portion main body 20 of the fixed portion 2 and a magnet 12 arranged in the movable portion 3 so as to face the coil 11 (for example, FIGS. 2, 3 and 3). See Figure 14).
- Voice coil motor 10 functions as a driving unit.
- the coil 11 is arranged side by side in the direction of the axis C of the first coil 11a wound around the outer circumference of the second tubular portion 22 of the fixing portion main body 20, and and a second coil 11b wound around (see, for example, FIG. 7).
- a ring-shaped member 7 is arranged between the first coil 11a and the second coil 11b. It should be noted that the coil 11 may be wound in advance and disposed later.
- the first coil 11a and the second coil 11b adjacent to each other in the direction of the axis C are preferably electrically connected in series, but may be connected in parallel.
- the first coil 11a and the second coil 11b have flat portions 11ap and 11bp, respectively, which face the through holes 20a of the fixing portion body 20, respectively. Also, the first coil 11a and the second coil 11b have cylindrical portions 11at and 11bt facing the second cylindrical portion 22, respectively.
- the first coil 11a has a shape in which three flat portions 11ap and three cylindrical portions 11bt are alternately arranged in a cross section orthogonal to the axis C. As shown in FIG. Similarly, the second coil 11b has a shape in which three flat portions 11bp and three cylindrical portions 11bt are alternately arranged in a cross section perpendicular to the axis C. As shown in FIG.
- the magnet 12 faces the flat portions 11ap and 11bp inside the flat portion 11ap of the first coil 11a and the flat portion 11bp of the second coil 11b, respectively, and is arranged side by side in the axis C direction. and three second magnets 12b.
- the three sets of the first magnets 12a and the second magnets 12b are arranged at regular intervals of 120° along the circumferential direction in a cross section taken along a plane orthogonal to the axis C. As shown in FIG. By arranging the magnets of each set at equal intervals, the first magnets 12a and the second magnets 12b can be stably installed.
- FIG. 12 Although the magnets 12 are arranged at intervals of 120° around the axis C in the first embodiment, the magnets 12 may be arranged at different angular intervals.
- the total width of the first magnet 12a and the second magnet 12b in the direction of the axis C is preferably shorter than the total width of the direction of the axis C of the first coil 11a and the second coil 11b.
- the first magnet 12a and the second magnet 12b can always exist within the width of the first coil 11a and the second coil 11b in the direction of the axis C within the moving range of the movable portion 3, respectively. .
- FIG. 15 is a diagram explaining the movement of each ball and the center of gravity of the movable part.
- FIG. 15 shows a direction perpendicular to the axis C and a line segment connecting the center of gravity of the first ball 8a and the center of gravity of the second ball 8b (for example, the line segment Q shown in FIG. 14) (for example, diagonally upper left in FIG. 14). direction toward the axis C), showing an example of the arrangement of the balls after the movable part 3 has been moved.
- FIG. 15 shows the ball (solid line) positioned at the center of the movement range of the movable portion 3 and the balls (broken line) at positions where the movable portion 3 has moved from the center toward the image side and the object side.
- the two first balls 8a and the second balls 8b are movable inside the triangle formed by connecting the center of gravity of each first ball 8a and the center of gravity of the second ball 8b regardless of the position of the movable part 3. It is provided at a position where the center of gravity B of the portion 3 exists.
- FIG. 16 is a diagram showing the configuration of only the voice coil motor on a cut plane passing through the axis C and parallel to the axis C. As shown in FIG. FIG. 16 has a different cross section with the axis C as a boundary.
- the first magnet 12a and the second magnet 12b that form a pair in the direction of the axis C are spaced apart.
- the set of the first magnets 12a and the set of the second magnets 12b are each magnetized in the radial direction, and the magnetic poles are opposite to each other.
- the first magnet 12a has an N pole on the first coil 11a side and an S pole on the opposite side
- the second magnet 12b has an S pole on the second coil 11b side and an N pole on the opposite side.
- the magnetic polarization directions of the first magnet 12a and the second magnet 12b are orthogonal to the axis C (see white arrow S shown in FIG. 16). More generally, the magnetic polarization direction of the first magnet 12a and the second magnet 12b may be the direction intersecting the axis C.
- the winding direction of the coil 11 is preferably reversed between the set of the first magnets 12a and the set of the second magnets 12b.
- the second coil 11b may be wound in the opposite direction.
- the winding directions of the first coil 11a and the second coil 11b may be the same, and the current direction may be reversed to connect the first coil 11a and the second coil 11b. In this case, when a current is passed through the first coil 11a in the direction of arrow B shown in FIG.
- an accommodation groove 6a is formed on the outside of the accommodation portion 6.
- a magnetic body 13, which is an urging member, is provided in the accommodation groove 6a.
- the magnetic body 13 attracts the movable portion 3 to the fixed portion main body 20 side by attracting the magnet 12 with magnetic force.
- the urging member is not limited to this, as long as it can attract the movable portion 3 toward the fixed portion main body 20 side.
- it may be a metal such as iron.
- the biasing member may be configured to apply a biasing force to the biasing member in a direction in which the magnet 12 moves away, thereby attracting the movable portion 3 toward the fixed portion main body 20 side.
- the movable part 3 when the movable part 3 is accommodated in the fixed part main body 20, the movable part 3 and the fixed part main body 20 are not in direct contact, and the relative positional relationship seen from the direction of the axis C is The positions of the movable portion 3 and the fixed portion main body 20 are fixed via the first ball 8a and the second ball 8b.
- FIG. 17 is a diagram for explaining the load applied to the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention. Note that FIG. 17 shows cross sections having different cross-sectional planes with the axis N orthogonal to the axis C as a boundary, as in FIG. 14 .
- the magnet 12 (the first magnet 12a in FIG. 17) receives a biasing force Y 0 due to the magnetic force of the magnetic body 13 and is attracted to the magnetic body 13 side. Due to this attraction, a rotational moment Y 1 around the first ball 8a is applied to the movable portion 3 .
- a pressing force Y2 is applied to the movable portion 3 by the urging force Y0 , which presses the first ball 8a against the rail portion 23, and the rotational moment Y1 causes the second protrusion to 31 applies a pressing force Y3 that presses the second ball 8b toward the rail portion 24 side.
- FIG. 18 is a diagram for explaining the positional relationship between each ball and the biasing force.
- FIG. 18 is a diagram showing an example of the positional relationship between the two first balls 8a and the second ball 8b projected in the Y0 direction onto a plane N parallel to the axis N and passing through the axis C.
- FIG. In the triangle (broken line in FIG. 18) formed by the line segment connecting the centers of gravity of the two first balls 8a and the second ball 8b, only the component perpendicular to the biasing force Y0 is applied to the second ball 8b. (pressing force Y3 only) is applied. Therefore, the biasing force Y 0 is applied to each first ball 8a from a position on the segment (broken line) between the first balls 8a.
- the component ratio of the biasing force Y 0 applied to each first ball 8a varies depending on the relative position of each first ball 8a (the position of the movable portion 3). By locating the point of action of the biasing force Y 0 at the central position in the direction of the axis C with respect to the position of each first ball 8a, the component ratio of the biasing force Y 0 applied to each first ball 8a is made uniform. be able to. By applying this pressing force Y 2 , the component in the direction of pressing force Y 2 of the biasing force Y 0 from the magnetic body 13 is efficiently used to stabilize the position of the movable part 3 with respect to the fixed part main body 20 . be able to.
- the movable portion 3 having the first magnets 12a installed facing the first coils 11a is disposed radially inside the fixed portion main body 20 around which the first coils 11a are wound. be. Therefore, the plane portion 11ap of the first coil 11a is present in a magnetic field in a direction perpendicular to the radially outer surface 121a (see FIG. 16) of the first magnet 12a.
- the second magnet 12b is similarly configured. Therefore, driving efficiency is improved, and the movable portion 3 can be moved quickly. Further, by making the radially outer surface 121a of the first magnet 12a and the radially outer surface 121b of the second magnet 12b planar, the optical unit 1 can be easily assembled.
- the movable part 3 can be moved with respect to the fixed part 2 by controlling the currents respectively flowing through the first coil 11a and the second coil 11b.
- the first ball 8a and the second ball 8b slide (here, rotate) in conjunction with the movement of the movable portion 3 .
- Rotation of the first ball 8a and the second ball 8b reduces the friction between the fixed portion main body 20 and the movable portion 3 .
- FIG. 19A and 19B are diagrams for explaining the manufacture of the fixing portion main body of the optical unit according to Embodiment 1 of the present invention.
- Rail portions 23 to 25 are formed in the fixed portion main body 20 by, for example, a cutting member 50 . Since the rail portions 23 to 25 are formed opposite the through hole 20a of the fixed portion main body 20, the rail portions 23 to 25 are formed by inserting the cutting member 50 into the through hole 20a to form the rail portions 23 to 25. 25 can be easily formed.
- the first ball 8a and the second ball 8b are interposed between the fixed part 2 and the movable part 3, and the ball rotates to move the ball relative to the fixed part 2.
- the movable portion 3 (movable lens) portion can be smoothly moved with respect to the fixed portion 2 .
- the detection element 9 since the detection element 9 is positioned between the first coil 11a and the second coil 11b in the direction of the axis C, the influence of the leakage magnetic field of the coil 11 is reduced, and the Therefore, a decrease in detection accuracy is suppressed.
- the detection element 9 and the magnet 12 are separated from each other due to the movement of the movable part 3, the influence of the leakage magnetic field increases. Detection accuracy can be ensured because 9 is arranged to be less susceptible to leakage magnetic fields. Further, by providing the detection element 9 between the coils, the size can be reduced as compared with the case where the detection element 9 is arranged outside the coil 11 in the radial direction.
- the fixing portion 2 is configured by using the fixing portion main body 20, the front frame portion 4, and the rear frame portion 5, thereby reducing the number of parts and the number of assembly processes, as well as the degree of freedom in design. can be increased, and cost reduction can be achieved.
- the sliding axis of the movable part 3 and the action axis of the driving force generated by the voice coil motor 10 are the same. can be made, and stable driving becomes possible.
- the magnet 12 has a plurality of sets of the first magnets 12a and the second magnets 12b, which are adjacent to each other in the direction of the axis C and whose magnetic polarization directions are opposite to each other.
- the first magnets 12a have the same magnetic polarization direction
- the coils 11 are connected to the first coils 11a facing the plurality of first magnets 12a and the plurality of second magnets 12b facing the first coils 11a. Since the first coil 11a and the second coil 11b have opposite current flowing directions, it is possible to increase the driving force.
- FIG. 20 is a diagram showing the configuration of an endoscope system having an endoscope according to Embodiment 2 of the present invention.
- An endoscope system 100 shown in the figure includes an endoscope 90 , a control device 94 and a display device 96 .
- An endoscope 90 includes the optical unit 1 described above. In the second embodiment, for example, the optical unit 1 according to the first embodiment is provided.
- the endoscope 90 can be introduced into a subject such as a human body, and optically images a predetermined observation site within the subject.
- the subject into which the endoscope 90 is introduced is not limited to the human body, and may be other living organisms or artificial objects such as machines and buildings.
- endoscope 90 may be a medical endoscope or an industrial endoscope.
- An endoscope 90 includes an insertion section 91 introduced into the subject, an operation section 92 positioned at the proximal end of the insertion section 91, and a universal cord 93 as a composite cable extending from the operation section 92. Prepare.
- the insertion portion 91 includes a distal end portion 91a disposed at the distal end, a bendable bending portion 91b disposed on the proximal side of the distal end portion 91a, and an operation portion 92 disposed on the proximal side of the bending portion 91b.
- the distal end portion 91a is provided with an imaging section 80 for condensing light from a subject and capturing an image of the subject.
- the imaging section 80 has an optical unit 1 that collects light from a subject, and an imaging element that photoelectrically converts the light collected by the optical unit 1 and outputs the converted light.
- the imaging device is configured using a CCD or CMOS.
- the endoscope 90 may be a rigid endoscope that does not have the flexible tube portion 91c in the insertion portion 91 .
- the operation section 92 has an angle operation section 92a that operates the bending state of the bending section 91b, and a zoom operation section 92b that instructs the operation of the voice coil motor 10 described above and performs the zoom operation in the optical unit 1.
- the angle operation portion 92a is formed in a knob shape and the zoom operation portion 92b is formed in a lever shape, they may be in other forms such as a volume switch and a push switch.
- the universal cord 93 is a member that connects the operation unit 92 and the control device 94 .
- the endoscope 90 is connected to a control device 94 via a connector 93a provided at the proximal end of a universal cord 93. As shown in FIG.
- a cable 95 such as a wire, an electric wire and an optical fiber is inserted through the insertion portion 91 , the operation portion 92 and the universal cord 93 .
- the control device 94 has a drive control section 94a that controls the bending state of the bending portion 91b, an image control section 94b that controls the imaging section 80, and a light source control section 94c that controls a light source device (not shown).
- the control device 94 has a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and controls the endoscope system 100 as a whole.
- CPU Central Processing Unit
- the drive control section 94a has an actuator and is mechanically connected to the operation section 92 and the bending section 91b via wires.
- the drive control section 94a controls the bending state of the bending section 91b by advancing and retreating the wire.
- the image control unit 94b is electrically connected to the imaging unit 80 and the operation unit 92 via electric wires.
- the image control unit 94b performs drive control of the voice coil motor 10 included in the imaging unit 80 and processing of images captured by the imaging unit 80 .
- the image processed by the image control section 94b is displayed on the display device 96. FIG.
- the light source control section 94c is optically connected to the light source and the operation section 92 via an optical fiber.
- the light source control section 94c controls the brightness and the like of the light source emitted from the tip portion 91a.
- operation section 92 may be formed separately from the insertion section 91, and the insertion section 91 may be operated by remote control.
- the endoscope system 100 having the above configuration includes the imaging section 80 having the optical unit 1 described above, it is compact and can quickly change the zoom, and is suitable for moving image imaging.
- the endoscope system 100 since the magnet 12 is provided in the movable part 3 and the coil 11 is provided in the fixed part 2, there is no need to move the cable connected to the coil 11. Therefore, there is no fear that the cable will move and break in the limited space of the distal end portion 91a of the endoscope 90, and the durability is excellent.
- the present invention should not be limited only to the above-described embodiments.
- the number of magnets arranged in the movable part 3 is not limited to the three sets described in the first embodiment, and may be one set, or a plurality of sets such as two sets or four sets. may be set.
- the optical unit 1 is provided with three balls (the two first balls 8a and the second ball 8b) as sliding members that slide in conjunction with the movement of the movable part 3 .
- the two or more balls can be applied if they are interposed between the fixed part main body 20 and the movable part 3 and can move the movable part 3 smoothly.
- rollers, caterpillars, and the like can be applied as long as they can move the movable part 3 smoothly in conjunction with the movement of the movable part 3 .
- the through hole 20a provided in the fixing portion main body 20 only needs to be able to assemble the magnet 12, and does not have to penetrate to the radially outer peripheral side.
- the arrangement of the coil 11 and the magnet 12 may be reversed. That is, a configuration in which the coil 11 is arranged in the movable portion 3 and the magnet 12 is arranged in the fixed portion 2 may be employed.
- the present invention can include various embodiments and the like that are not described here, and it is possible to make appropriate design changes and the like within the scope that does not deviate from the technical ideas described in the claims.
- the optical unit and endoscope according to the present invention are useful for smoothly moving the movable part with respect to the fixed part.
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Abstract
本発明の光学ユニットは、筒状をなす固定部と、固定部の内部を移動可能に設けられ、レンズを保持する筒状の可動部と、固定部と可動部との間に介在し、可動部の移動に伴って摺動する第1摺動部材と、固定部と可動部との間、かつ第1摺動部材とは異なる位置に介在し、可動部の移動に伴って摺動する第2摺動部材と、固定部に設けられるコイル、及び、可動部に設けられる磁石を有し、可動部を前記レンズの光軸の方向に、固定部に対して移動させる駆動部と、可動部の外部に設けられ、磁石に付勢力を発生させることによって可動部を固定部側に引き付ける付勢力を発生させる付勢部材と、を備える。
Description
本発明は、光学ユニット及び内視鏡に関する。
従来、可動レンズが設けられた可動部を有し、この可動レンズ部を固定部に対して進退移動させることによって撮影倍率を変更するズーム機能やフォーカスを合わせるフォーカシング機能として、コイル及び磁石を用いた電磁駆動式アクチュエータ、すなわちボイスコイルモータを利用した技術が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。
ところで、光学ユニットには、耐久性や移動精度の観点から、固定部に対して可動部を円滑に移動させることが求められる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、固定部に対して可動部を円滑に移動させることができる光学ユニット及び内視鏡を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光学ユニットは、筒状をなす固定部と、前記固定部の内部を移動可能に設けられ、レンズを保持する可動部と、前記固定部と前記可動部との間に介在し、前記可動部の移動に伴って摺動する第1摺動部材と、前記固定部と前記可動部との間、かつ前記第1摺動部材とは異なる位置に介在し、前記可動部の移動に伴って摺動する第2摺動部材と、コイル、及び、磁石を有し、前記可動部を前記レンズの光軸の方向に、前記固定部に対して移動させる駆動部と、前記可動部の外部に設けられ、前記磁石に付勢力を発生させることによって前記可動部を前記固定部側に付勢する付勢力を発生させる付勢部材と、を備える。
また、本発明にかかる光学ユニットは、上記発明において、前記第1摺動部材に対して当該光学ユニットの光軸方向に並べて設けられ、前記固定部と前記可動部との間に介在し、前記可動部の移動に伴って摺動する第3摺動部材、をさらに備える。
また、本発明にかかる光学ユニットは、上記発明において、前記第1~第3摺動部材は、各摺動部材の重心を結んでなる三角形内に、前記可動部の重心が存在する位置に設けられる。
また、本発明にかかる光学ユニットは、上記発明において、前記磁石は、前記可動部の互いに異なる外周面に設けられる三組の第1及び第2磁石を有し、前記第1及び第2磁石は、それぞれ前記可動部の径方向に着磁され、磁極が互いに逆向きである。
また、本発明にかかる光学ユニットは、上記発明において、前記第1摺動部材は、前記付勢部材から前記磁石が受ける付勢力によって、前記可動部において、当該第1摺動部材のまわりの回転モーメントが発生する位置に設けられる。
また、本発明にかかる光学ユニットは、上記発明において、前記固定部には、前記第1及び第2摺動部材の移動を案内する第1及び第2レール部と、該第1及び第2レール部に対し、当該固定部の中心軸を経て対向する位置に、前記磁石の一部を収容する貫通孔とが形成される。
また、本発明にかかる光学ユニットは、上記発明において、前記駆動部は、当該光学ユニットの光軸方向に並ぶ複数の前記コイルを有し、前記コイル間に設けられ、前記可動部の位置を検出するための検出信号を出力する検出素子、を備える。
また、本発明にかかる内視鏡は、被検体の内部に挿入されて該被検体の内部を観察する内視鏡であって、光学ユニットと、前記光学ユニットが導光した光を電気信号に変換する撮像素子と、前記光学ユニットの駆動を制御する制御部と、を備え、前記光学ユニットは、筒状をなす固定部と、前記固定部の内部を移動可能に設けられ、レンズを保持する可動部と、前記固定部と前記可動部との間に介在し、前記可動部の移動に伴って摺動する第1摺動部材と、前記固定部と前記可動部との間、かつ前記第1摺動部材とは異なる位置に介在し、前記可動部の移動に伴って摺動する第2摺動部材と、コイル、及び、磁石を有し、前記可動部を前記レンズの光軸の方向に、前記固定部に対して移動させる駆動部と、前記可動部の外部に設けられ、前記磁石に付勢力を発生させることによって前記可動部を前記固定部側に付勢する付勢力を発生させる付勢部材と、を備える。
本発明によれば、固定部に対して可動部を円滑に移動させることができるという効果を奏する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの構成を示す斜視図である。図2及び図3は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの構成を示す分解斜視図である。図4は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの構成を示す平面図である。図5及び図6は、図4に示す光学ユニットのA-A線断面図である。図5は、可動部3が像側に移動している場合の一例を示す。図6は、可動部3が物体側に移動している場合の一例を示す。
図1は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの構成を示す斜視図である。図2及び図3は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの構成を示す分解斜視図である。図4は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの構成を示す平面図である。図5及び図6は、図4に示す光学ユニットのA-A線断面図である。図5は、可動部3が像側に移動している場合の一例を示す。図6は、可動部3が物体側に移動している場合の一例を示す。
光学ユニット1は、固定部2と、固定部2に対して移動可能な可動部3と、固定部2に対して可動部3を移動させる駆動力を発生するボイスコイルモータ10と、を備える。以下、光学ユニット1を通過する軸Cが、当該光学ユニット1の光軸と一致する例について説明する。以下、軸C方向において、物体側と反対側のことを像側という。図1に示す光学ユニット1では、左側を物体側、右側を像側とする。また、各部材の中心軸も軸Cと称することがある。これは、組み付け時に当該部材の中心軸が軸Cと一致するためである。
固定部2は、固定部本体20と、固定部本体20の物体側に取り付けられ、可動部3が保持する可動レンズ群Gvよりも物体側に位置する物体側固定レンズ群Gfを保持する前枠部4と、固定部本体20の像側に取り付けられ、可動レンズ群よりも像側に位置する像側固定レンズ群Gbを保持する後枠部5と、固定部本体20、可動部3及び後枠部5を収容する収容部6とを有する。
図7は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの固定部本体の構成を示す斜視図である。図8は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの固定部本体の一部を拡大した図である。図9は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの固定部本体の構成を示す斜視図である。図10は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの固定部本体の一部の構成を示す斜視図である。固定部本体20は、筒形状の部材からなり、軸Cが筒内部の中心を通過する。固定部本体20は、軸Cを中心軸とする第1筒部21と、第1筒部21の一端から軸C方向に延びる第2筒部22とを有する。
第1筒部21は、外周部の像側の端部が、突出してなる段付き形状をなす。第1筒部21は、一部が収容部6に収容されるとともに、段部が収容部6に当接する。
第2筒部22は、外周のなす径が、第1筒部21の外周のなす径よりも小さい筒状をなす。第2筒部22の側面には、軸Cと直交する方向(径方向)に貫通する三つの貫通孔20aが形成される(図9参照)。また、第2筒部22の内周面には、軸C方向に延びる三つのレール部(レール部23~25)が形成される(図10参照)。貫通孔30a及びレール部23~25は、軸Cと直交する平面を切断面とする断面において、周方向に沿って120°ごとに等間隔でそれぞれ形成される。貫通孔30a及びレール部23~25は、第2筒部22の周方向において交互に配設される。レール部23~25は、軸Cに対して貫通孔20aと対向する。
また、第2筒部22の軸C方向の中央部には、該第2筒部22の外周を取り囲むリング状部材7が設けられる(図7参照)。リング状部材7の外周の一部には、凹形状をなす収容溝7aが形成される。収容溝7aには、可動部3の位置を検出するための検出信号を出力する検出素子9が配設される。検出素子9が収容溝7aに設けられることによって、検出素子9は、軸C方向において、後述する第1コイル11a及び第2コイル11bの間に位置する。検出素子9は、基板9aに接続する。基板9aは、位置検出を実行する制御基板(図示略)に接続する。検出素子9は、例えば磁気検出器によって構成される。磁気検出器は、例えばホール素子や磁気抵抗効果素子(MR素子)を用いて実現される。磁気検出器は、収容溝7a収容されて固設される。磁気検出器が検出した検出信号に基づいて可動部3の位置を的確に検出することができる。検出信号は、磁石12の磁気に関するものであり、例えば磁界方向や、磁界強度を示す情報を含む。
前枠部4は、物体側固定レンズ群Gfを保持する。物体側固定レンズ群Gfは、対物レンズLf1を含む複数のレンズ(ここでは対物レンズLf1及びレンズLf2)が、軸C方向に並んでなる。
後枠部5は、像側固定レンズ群Gbを保持する。像側固定レンズ群Gbは、複数のレンズ(レンズLb1、Lb2)が、軸C方向に並んでなる。
図11~図13は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの可動部の構成を示す斜視図である。可動部3は、軸C方向から見て外縁が六角形状をなす筒形状の部材からなる。可動部3は、可動レンズ群Gvを保持する。可動レンズ群Gvは、例えば一つ又は複数のレンズ(ここではレンズLv1)が、軸C方向に並んでなる。
可動部3は、外表面に設けられ、外部に向けて突出する第1突起部30、第2突起部31及び第3突起部32を有する。第1突起部30、第2突起部31及び第3突起部32は、可動部3の外表面を構成する六つの面のうち、互いに異なる面であって、互いに隣接しない面にそれぞれ設けられる。すなわち、第1突起部30、第2突起部31及び第3突起部32は、可動部3の外表面を構成する六つの面に対し、一面の間隔を空けて配置される。
第1突起部30は、光学ユニット1に組付けられた際に、レール部23に収容される。第1突起部30は、凹部30aを有する。凹部30aは、可動部3の周方向の一端が開放する溝形状をなす。第1突起部30は、軸C方向に二つ並べて設けられる。
第2突起部31は、光学ユニット1に組付けられた際に、レール部24に収容される。第2突起部31は、凹部31aを有する。凹部31aは、可動部3の周方向の一端が開放する溝形状をなす。
凹部30aの軸C方向の距離d1は、可動部3の移動距離以上に設定される。
また、凹部31aの軸C方向の距離d2は、可動部3の移動距離以上に設定される。
なお、距離d1及びd2は、移動距離以上に設定されていれば、互いに同じであってもよいし、互いに異なる距離であってもよい。
また、凹部31aの軸C方向の距離d2は、可動部3の移動距離以上に設定される。
なお、距離d1及びd2は、移動距離以上に設定されていれば、互いに同じであってもよいし、互いに異なる距離であってもよい。
第3突起部32は、軸Cに対して垂直な方向に延びる柱状をなす。
図14は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの断面図である。なお、図14は、軸Cと直交する軸Nを境界として切断面が異なる断面を示す。
各凹部30aと、レール部23との間には、第1ボール8aがそれぞれ介在する。なお、一方の凹部30aに収容される第1ボール8aが第1摺動部材に相当し、他方の凹部30aに収容される第1ボール8aが第3摺動部材に相当する。
また、凹部31aとレール部24との間には、第2ボール8bが介在する。凹部31aに収容される第2ボール8bが第2摺動部材に相当する。
各凹部30aと、レール部23との間には、第1ボール8aがそれぞれ介在する。なお、一方の凹部30aに収容される第1ボール8aが第1摺動部材に相当し、他方の凹部30aに収容される第1ボール8aが第3摺動部材に相当する。
また、凹部31aとレール部24との間には、第2ボール8bが介在する。凹部31aに収容される第2ボール8bが第2摺動部材に相当する。
可動部3が固定部本体20に収容された状態では、各第1ボール8aが、凹部30aと、第2筒部22のレール部23とに挟み込まれる。この際、一方の第1ボール8aが、レール部23の壁面に当接し、他方の第1ボール8aもレール部23の壁面に当接する。
第3突起部32は、可動部3が固定部本体20に収容される状態において、レール部25内に位置する。
続いて、ボイスコイルモータ10の構成を説明する。ボイスコイルモータ10は、固定部2の固定部本体20に配置されたコイル11と、コイル11に対向して可動部3に配置された磁石12と、を有する(例えば、図2、図3及び図14を参照)。ボイスコイルモータ10は、駆動部として機能する。
コイル11は、固定部本体20の第2筒部22の外周に巻かれる第1コイル11aと、第1コイル11aの軸C方向に並べて配置され、固定部本体20の第2筒部22の外周に巻かれる第2コイル11bと、を有する(例えば、図7参照)。第1コイル11aと第2コイル11bとの間には、リング状部材7が配置される。なお、コイル11は、予め巻かれたものを後から配設してもよい。軸C方向に隣り合う第1コイル11aと第2コイル11bは、電気的に直列で接続されることが好ましいが、並列に接続されてもよい。
第1コイル11a及び第2コイル11bは、それぞれ固定部本体20の貫通孔20aに対向する平面部11ap及び11bpをそれぞれ有する。また、第1コイル11a及び第2コイル11bは、第2筒部22に対向する円筒部11at及び11btをそれぞれ有する。第1コイル11aは、軸Cと直交する断面において、三つの平面部11apと三つの円筒部11btとが交互に配置される形状をなす。同様に、第2コイル11bは、軸Cと直交する断面において、三つの平面部11bpと三つの円筒部11btとが交互に配置される形状をなす。
磁石12は、第1コイル11aの平面部11ap及び第2コイル11bの平面部11bpの内側において平面部11ap及び11bpとそれぞれ対向するとともに、軸C方向に並べて配置される平板状の第1磁石12a及び第2磁石12bを三つずつ有する。三組の第1磁石12a及び第2磁石12bは、軸Cと直交する平面を切断面とする断面において、周方向に沿って120°ごとに等間隔で配設される。各組の磁石が等間隔な配置を取ることによって、第1磁石12aと第2磁石12bを安定して設置することができる。その結果、ボイスコイルモータ10では安定した磁界が形成され、固定部2に対して移動する可動部3のブレを抑制することが可能となる。なお、本実施の形態1では、軸Cのまわりに120°毎に磁石12を設置したが、異なる角度間隔で磁石12を設置してもよい。
第1磁石12aと第2磁石12bの軸C方向の幅の合計は、第1コイル11aと第2コイル11bの軸C方向の幅の合計よりも短いことが好ましい。この条件を満たすことによって、可動部3の移動範囲内で、第1磁石12aと第2磁石12bを常に第1コイル11aと第2コイル11bの軸C方向の幅内にそれぞれ存在させることができる。
図15は、各ボールの移動と、可動部の重心とについて説明する図である。図15は、軸Cと、第1ボール8aの重心及び第2ボール8bの重心を結ぶ線分(例えば図14に示す線分Q)とに対して垂直な方向(例えば図14の左斜め上から軸Cに向かう方向)からみた各ボールの配置であって、可動部3の移動後の各ボールの配置の一例を示す。図15では、可動部3の移動範囲における中央に位置するボール(実線)と、可動部3が中央から像側及び物体側にそれぞれ移動した位置のボール(破線)とを示している。二つの第1ボール8a及び第2ボール8bは、各第1ボール8aの重心と、第2ボール8bの重心とを結んでなる三角形において、可動部3の位置によらず、三角形の内部に可動部3の重心Bが存在する位置に設けられる。
図16は、軸Cを通過し、かつ軸Cと平行な平面を切断面とする切断面におけるボイスコイルモータのみの構成を示した図である。図16は、軸Cを境界として切断面が異なる。軸C方向に組をなす第1磁石12aと第2磁石12bとは離間して配置されている。第1磁石12aの組と第2磁石12bの組は、それぞれ径方向に着磁され、磁極が互いに逆向きである。図16に示す場合、第1磁石12aは、第1コイル11a側をN極、その反対側をS極とし、第2磁石12bは、第2コイル11b側をS極、その反対側をN極としている。この場合、第1磁石12a及び第2磁石12bの磁気分極方向は、軸Cに対して直交する(図16に示す白抜き矢印S参照)。なお、一層一般に第1磁石12a及び第2磁石12bの磁気分極方向は、軸Cと交差する方向であればよい。
本実施の形態1において、コイル11は、第1磁石12aの組と第2磁石12bの組の間で巻回方向が反転することが好ましい。例えば、第1コイル11aを矢印Bの方向に巻いた場合、第2コイル11bは逆方向に巻けばよい。又は、第1コイル11aと第2コイル11bとの巻回方向を同一とし、電流方向を逆にして第1コイル11aと第2コイル11bとを接続してもよい。この場合、第1コイル11aを、図11に示す矢印Bの方向に電流を流したとき、第2コイル11bには矢印Bと逆方向に電流が流れればよい。
また、収容部6の外部には、収容溝6aが形成される。収容溝6aには、付勢部材である磁性体13が設けられる。磁性体13は、磁力によって磁石12を引き付けることによって、可動部3を固定部本体20側に引き付ける。なお、付勢部材としてはこれに限らず、可動部3を固定部本体20側に引き付けることができればよい。例えば、鉄などの金属であってもよい。また、付勢部材は、当該付勢部材に対して磁石12が離れる方向に付勢力を加えて、可動部3を固定部本体20側に引き付ける構成としてもよい。
ここで、可動部3が固定部本体20に収容された状態では、可動部3と固定部本体20とは直接接触しておらず、軸C方向からみた相対的な位置関係は、二つの第1ボール8a及び第2ボール8bを経て可動部3と固定部本体20との位置が固定される。
図17は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットにおいて加わる荷重の説明をするための図である。なお、図17は、図14と同様、軸Cと直交する軸Nを境界として切断面が異なる断面を示す。光学ユニット1では、磁石12(図17では第1磁石12a)が、磁性体13の磁力によって付勢力Y0を受け、磁性体13側に引き付けられる。この引き付けによって、可動部3には、第1ボール8aのまわりの回転モーメントY1が加わる。この際、可動部3には、付勢力Y0によって、第1突起部30が第1ボール8aをレール部23側に押し付ける押圧力Y2が加わるとともに、回転モーメントY1によって、第2突起部31が第2ボール8bをレール部24側に押し付ける押圧力Y3が加わる。
図18は、各ボールと、付勢力との位置関係を説明するための図である。図18は、軸Nと平行かつ軸Cを通過する平面NへY0方向に投影した、二つの第1ボール8aと、第2ボール8bとの位置関係の一例を示す図である。二つの第1ボール8aと、第2ボール8bとのの重心同士を結ぶ線分によって形成される三角形(図18の破線)において、第2ボール8bには、付勢力Y0と直交する成分のみ(押圧力Y3のみ)が加わる。このため、付勢力Y0が、第1ボール8a間の線分(破線)上の位置から、各第1ボール8aに対して加わることになる。なお、各第1ボール8aに対して加わる付勢力Y0の成分比は、各第1ボール8aの相対的な位置(可動部3の位置)によって変わる。各第1ボール8aの位置に対し、軸C方向の中央位置に付勢力Y0の作用点が位置することによって、各第1ボール8aに対して加わる付勢力Y0の成分比が均等にすることができる。この押圧力Y2の付加によって、磁性体13からの付勢力Y0のうちの押圧力Y2方向の成分を効率的に利用し、固定部本体20に対して可動部3の位置を安定させることができる。
以上の構成を有する光学ユニット1では、第1コイル11aの巻かれた固定部本体20の径方向内側に、それぞれ第1コイル11aに対向して第1磁石12aを設置した可動部3が配置される。したがって、第1コイル11aの平面部11apは、それぞれ第1磁石12aの径方向の外側の面121a(図16参照)に直交する方向の磁界の中に存在する。なお、第2磁石12bも同様に構成される。したがって、駆動効率が向上し、可動部3を迅速に移動させることが可能となる。また、第1磁石12aの径方向の外側の面121a及び第2磁石12bの径方向の外側の面121bを平面状とすることで、光学ユニット1の組み立てを容易に行うことが可能となる。
また、光学ユニット1のコイル11に電流を流すと、磁石12の磁界の影響によって、可動部3に軸C方向の力が発生し、固定部2に対して可動部3が軸C方向に移動する。例えば、第1コイル11a及び第2コイル11bにそれぞれ流す電流を制御することによって、可動部3を固定部2に対して移動させることができる。この際、可動部3の移動に連動して、第1ボール8a及び第2ボール8bが摺動(ここでは回転)する。第1ボール8a及び第2ボール8bの回転によって、固定部本体20と可動部3との間の摩擦が軽減される。なお、可動部3が固定部2に対して移動している状態でも、磁石12の径方向の外側の面は、固定部本体20の貫通孔20a内に配置される。
ここで、固定部本体20の製造について、図19を参照して説明する。図19は、本発明の実施の形態1に係る光学ユニットの固定部本体の製造について説明するための図である。固定部本体20において、例えば、切削部材50によって、レール部23~25を形成する。固定部本体20は、貫通孔20aの向かいにレール部23~25がそれぞれ形成されるため、貫通孔20aに切削部材50を挿入してレール部23~25を形成することによって、レール部23~25を簡易に形成することができる。
以上説明した本発明の実施の形態1によれば、固定部2と可動部3との間に第1ボール8a及び第2ボール8bを介在させて、ボールの回転によって固定部2に対して可動部3が移動させることによって、固定部2に対して可動部3(可動レンズ)部を円滑に移動させることができる。
また、本実施の形態1によれば、検出素子9が軸C方向において第1コイル11a及び第2コイル11bの間に位置するため、コイル11の漏れ磁界の影響が低減され、漏れ磁界に起因する検出精度の低下が抑制される。特に、可動部3の移動によって検出素子9と磁石12(第1磁石12a又は第2磁石12b)とが離れた場合に、漏れ磁界の影響が大きくなるが、本実施の形態1では、検出素子9が漏れ磁界の影響を受けにくい配置のため、検出精度を確保することができる。また、検出素子9をコイル間に設けることによって、検出素子9がコイル11の径方向外側に配置される場合と比して小型化することができる。
また、本実施の形態1によれば、固定部2を固定部本体20、前枠部4及び後枠部5を用いて構成することによって、部品点数及び組み立て工程を少なくするとともに設計の自由度を増加させることができ、低コスト化を実現することが可能となる。
また、本実施の形態1によれば、コイル11は、軸Cを中心に巻かれているので、可動部3の摺動軸とボイスコイルモータ10によって発生される推進力の作用軸とを同一にすることができ、安定して駆動することが可能となる。
また、本実施の形態1によれば、磁石12は、軸Cに対して対称に複数配置されるので、安定して駆動力を増加させることが可能となる。
また、本実施の形態1によれば、磁石12は、軸C方向に隣り合い、磁気分極方向が互いに反対方向である第1磁石12a及び第2磁石12bからなる組を複数有し、複数の第1磁石12aは、同一の磁気分極方向を有し、コイル11は、複数の第1磁石12aに対向する第1コイル11aと、複数の第2磁石12bに対向し、第1コイル11aに接続される第2コイル11bと、を有し、第1コイル11aと第2コイル11bは、電流の流れる方向が逆であるため、駆動力を増加させることが可能となる。
(実施の形態2)
図20は、本発明の実施の形態2に係る内視鏡を備えた内視鏡システムの構成を示す図である。同図に示す内視鏡システム100は、内視鏡90と、制御装置94と、表示装置96とを備える。内視鏡90は、上述した光学ユニット1を備える。本実施の形態2では、例えば実施の形態1に係る光学ユニット1を備えるものとして説明する。
図20は、本発明の実施の形態2に係る内視鏡を備えた内視鏡システムの構成を示す図である。同図に示す内視鏡システム100は、内視鏡90と、制御装置94と、表示装置96とを備える。内視鏡90は、上述した光学ユニット1を備える。本実施の形態2では、例えば実施の形態1に係る光学ユニット1を備えるものとして説明する。
内視鏡90は、人体等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。なお、内視鏡90が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体でもよく、機械、建造物等の人工物でもよい。換言すれば、内視鏡90は、医療用内視鏡でもよいし、工業用内視鏡でもよい。
内視鏡90は、被検体の内部に導入される挿入部91と、挿入部91の基端に位置する操作部92と、操作部92から延出される複合ケーブルとしてのユニバーサルコード93と、を備える。
挿入部91は、先端に配設される先端部91a、先端部91aの基端側に配設される湾曲自在な湾曲部91b、及び湾曲部91bの基端側に配設されて操作部92の先端側に接続され可撓性を有する可撓管部91cを有する。先端部91aには、被写体からの光を集光して該被写体を撮像する撮像部80が設けられている。撮像部80は、被写体からの光を集光する光学ユニット1と、光学ユニット1が集光した光を光電変換して出力する撮像素子とを有する。撮像素子は、CCD又はCMOSを用いて構成される。なお、内視鏡90は、挿入部91に可撓管部91cを有しない硬性内視鏡でもよい。
操作部92は、湾曲部91bの湾曲状態を操作するアングル操作部92aと、上述したボイスコイルモータ10の作動を指示し、光学ユニット1におけるズーム作動を行うズーム操作部92bと、を有する。アングル操作部92aはノブ形状で形成され、ズーム操作部92bはレバー形状で形成されているが、それぞれボリュームスイッチ、プッシュスイッチ等の他の形式であってもよい。
ユニバーサルコード93は、操作部92と制御装置94とを接続する部材である。内視鏡90は、ユニバーサルコード93の基端部に設けられるコネクタ93aを経て制御装置94に接続される。
挿入部91、操作部92及びユニバーサルコード93には、ワイヤ、電気線及び光ファイバ等のケーブル95が挿通される。
制御装置94は、湾曲部91bの湾曲状態を制御する駆動制御部94aと、撮像部80を制御する画像制御部94bと、図示しない光源装置を制御する光源制御部94cと、を有する。制御装置94は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサを有し、内視鏡システム100の全体を統括して制御する。
駆動制御部94aは、アクチュエータを有し、ワイヤを経て操作部92及び湾曲部91bと機械的に接続される。駆動制御部94aは、ワイヤを進退させることで湾曲部91bの湾曲状態を制御する。
画像制御部94bは、電気線を経て撮像部80及び操作部92と電気的に接続される。画像制御部94bは、撮像部80が有するボイスコイルモータ10の駆動制御及び撮像部80が撮像した画像の処理を行う。画像制御部94bが処理した画像は、表示装置96で表示される。
光源制御部94cは、光ファイバを経て光源及び操作部92と光学的に接続される。光源制御部94cは、先端部91aから照射される光源の明るさ等を制御する。
なお、操作部92を挿入部91と別体で形成し、遠隔操作によって挿入部91の操作を行う構成としてもよい。
以上の構成を有する内視鏡システム100は、上述した光学ユニット1を有する撮像部80を備えるため、小型で迅速にズーム変更することができ、動画撮像に好適である。
また、内視鏡システム100によれば、可動部3に磁石12を設ける一方、固定部2にコイル11を設けているため、コイル11に接続されるケーブルを動かす必要がない。このため、内視鏡90の先端部91aの限られたスペースにおいてケーブルが動いて断線を生じてしまうおそれがなく、耐久性にも優れている。
(その他の実施の形態)
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、可動部3に配設する磁石の数は、実施の形態1に記載した三組に限定されるわけではなく、一組であってもよいし、二組や四組等、複数組配設されてもよい。
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、可動部3に配設する磁石の数は、実施の形態1に記載した三組に限定されるわけではなく、一組であってもよいし、二組や四組等、複数組配設されてもよい。
また、光学ユニット1には、可動部3が移動する際に連動して摺動する摺動部材として、三つのボール(二つの第1ボール8a、及び第2ボール8b)を備える例について説明したが、固定部本体20と可動部3との間に介在し、可動部3を円滑に移動させることができれば、摺動部材として、二つ以上のボールを備えていれば適用できる。また、ボールのほか、ローラーやキャタピラ等、可動部3の移動に連動して、当該可動部3の移動を円滑にできるものであれば適用できる。
また、固定部本体20に設けられる貫通孔20aは、磁石12を組み付けることができればよく、径方向外周側まで貫通していなくてもよい。
また、光学ユニット1において、コイル11及び磁石12の配置は逆であってもよい。すなわち、可動部3にコイル11が配設され、固定部2に磁石12が配設された構成であってもよい。
本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含み得るものであり、請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において適宜設計変更等を行うことが可能である。
以上の説明したように、本発明にかかる光学ユニット及び内視鏡は、固定部に対して可動部を円滑に移動させるのに有用である。
1 光学ユニット
2 固定部
3 可動部
4 前枠部
5 後枠部
6 収容部
7 リング状部材
8a 第1ボール
8b 第2ボール
9 検出素子
10 ボイスコイルモータ
11 コイル
11a 第1コイル
11b 第2コイル
12 磁石
12a 第1磁石
12b 第2磁石
20 固定部本体
21 第1筒部
22 第2筒部
23~25 レール部
30 第1突起部
30a、31a 凹部
31 第2突起部
32 第3突起部
80 撮像部
90 内視鏡
91 挿入部
100 内視鏡システム
C 軸
2 固定部
3 可動部
4 前枠部
5 後枠部
6 収容部
7 リング状部材
8a 第1ボール
8b 第2ボール
9 検出素子
10 ボイスコイルモータ
11 コイル
11a 第1コイル
11b 第2コイル
12 磁石
12a 第1磁石
12b 第2磁石
20 固定部本体
21 第1筒部
22 第2筒部
23~25 レール部
30 第1突起部
30a、31a 凹部
31 第2突起部
32 第3突起部
80 撮像部
90 内視鏡
91 挿入部
100 内視鏡システム
C 軸
Claims (8)
- 筒状をなす固定部と、
前記固定部の内部を移動可能に設けられ、レンズを保持する可動部と、
前記固定部と前記可動部との間に介在し、前記可動部の移動に伴って摺動する第1摺動部材と、
前記固定部と前記可動部との間、かつ前記第1摺動部材とは異なる位置に介在し、前記可動部の移動に伴って摺動する第2摺動部材と、
コイル、及び、磁石を有し、前記可動部を前記レンズの光軸の方向に、前記固定部に対して移動させる駆動部と、
前記可動部の外部に設けられ、前記磁石に付勢力を発生させることによって前記可動部を前記固定部側に付勢する付勢力を発生させる付勢部材と、
を備える光学ユニット。 - 前記第1摺動部材に対して当該光学ユニットの光軸方向に並べて設けられ、前記固定部と前記可動部との間に介在し、前記可動部の移動に伴って摺動する第3摺動部材、
をさらに備える請求項1に記載の光学ユニット。 - 前記第1~第3摺動部材は、各摺動部材の重心を結んでなる三角形内に、前記可動部の重心が存在する位置に設けられる、
請求項2に記載の光学ユニット。 - 前記磁石は、前記可動部の互いに異なる外周面に設けられる三組の第1及び第2磁石を有し、
前記第1及び第2磁石は、それぞれ前記可動部の径方向に着磁され、磁極が互いに逆向きである、
請求項1に記載の光学ユニット。 - 前記第1摺動部材は、前記付勢部材から前記磁石が受ける付勢力によって、前記可動部において、当該第1摺動部材のまわりの回転モーメントが発生する位置に設けられる、
請求項1に記載の光学ユニット。 - 前記固定部には、前記第1及び第2摺動部材の移動を案内する第1及び第2レール部と、該第1及び第2レール部に対し、当該固定部の中心軸を経て対向する位置に、前記磁石の一部を収容する貫通孔とが形成される、
請求項1に記載の光学ユニット。 - 前記駆動部は、当該光学ユニットの光軸方向に並ぶ複数の前記コイルを有し、
前記コイル間に設けられ、前記可動部の位置を検出するための検出信号を出力する検出素子、
を備える請求項1に記載の光学ユニット。 - 被検体の内部に挿入されて該被検体の内部を観察する内視鏡であって、
光学ユニットと、
前記光学ユニットが導光した光を電気信号に変換する撮像素子と、
前記光学ユニットの駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記光学ユニットは、
筒状をなす固定部と、
前記固定部の内部を移動可能に設けられ、レンズを保持する可動部と、
前記固定部と前記可動部との間に介在し、前記可動部の移動に伴って摺動する第1摺動部材と、
前記固定部と前記可動部との間、かつ前記第1摺動部材とは異なる位置に介在し、前記可動部の移動に伴って摺動する第2摺動部材と、
コイル、及び、磁石を有し、前記可動部を前記レンズの光軸の方向に、前記固定部に対して摺動させる駆動部と、
前記可動部の外部に設けられ、前記磁石に付勢力を発生させることによって前記可動部を前記固定部側に付勢する付勢力を発生させる付勢部材と、
を備える内視鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2021/041420 WO2023084656A1 (ja) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 光学ユニット及び内視鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2021/041420 WO2023084656A1 (ja) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 光学ユニット及び内視鏡 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2023084656A1 true WO2023084656A1 (ja) | 2023-05-19 |
Family
ID=86335365
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2021/041420 WO2023084656A1 (ja) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 光学ユニット及び内視鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
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WO (1) | WO2023084656A1 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006227062A (ja) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Tamron Co Ltd | 進退動駆動装置 |
JP2013210420A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Nidec Sankyo Corp | レンズ駆動装置 |
JP2014197067A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | Tdk株式会社 | レンズ駆動装置 |
-
2021
- 2021-11-10 WO PCT/JP2021/041420 patent/WO2023084656A1/ja unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006227062A (ja) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Tamron Co Ltd | 進退動駆動装置 |
JP2013210420A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Nidec Sankyo Corp | レンズ駆動装置 |
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