CN101238967A - 致动器装置、摄像装置以及内窥镜装置 - Google Patents

致动器装置、摄像装置以及内窥镜装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供致动器装置、摄像装置以及内窥镜装置，通过实现结构简单且小型的致动器装置，从而实现使用该致动器装置的摄像装置以及内窥镜装置的细径化。本发明的致动器装置(2)的特征在于，该致动器装置(2)具有：进退自如的移动体(4)；对该移动体向一方施力的施力体(10)；以及固定在所述移动体上的丝(8、28)，所述丝的两端部与驱动源连接，该驱动源使所述移动体克服由所述施力体施加的作用力而向另一方移动。

Description

致动器装置、摄像装置以及内窥镜装置
技术领域
本发明涉及实现了细径化的致动器装置、摄像装置以及内窥镜装置。
背景技术
众所周知，内窥镜装置广泛用于人体体内(体腔内)的观察、处置等，或者工业用的设备内的检查、修理等。近年来，存在使用如下摄像装置的内窥镜装置，即，该摄像装置通过使观察光学系统在摄影光轴方向上移动，从而在对摄影像的对焦功能和变焦/望远功能上可变。
例如专利文献1公开了这种为了实现摄像装置的对焦功能等而使透镜框可变的技术。在该专利文献1中公开了以下技术：在一体地形成于安装有透镜的透镜框的突起部上，固定由形状记忆合金(Shape MemoryAlloys，以下称为“SMA”)丝形成的螺旋弹簧的一端，经由与该螺旋弹簧连接的2根导线成为通电或非通电，由此使透镜框移动。
专利文献1：日本特开平5-341209号公报
但是，在上述专利文献1的技术中，在由SMA材料形成的螺旋弹簧的前端部和基端部上分别设置接地用和驱动信号供给用的2根导线时，由于在致动器的驱动时透镜框移动，所以需要使与前端部连接的导线弯曲来进行布线，存在结构上复杂的问题。
并且，对于SMA，基于焊锡、粘接剂等的接合性差。因此，SMA丝与导线的连接部的小型化困难，进而为了设置使导线可动的空间，需要使导线弯曲。
由此，难以使摄像装置自身小型化，其结果是，存在内窥镜前端的小型化即细径化困难的课题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于通过实现结构简单且小型的致动器装置，从而实现使用该致动器装置的摄像装置以及内窥镜装置的细径化。
为了达到上述目的，本发明的致动器装置的特征在于，该致动器装置具有：进退自如的移动体；对该移动体向一方施力的施力体；以及固定在所述移动体上的丝，所述丝的两端部与驱动源连接，该驱动源使所述移动体克服由所述施力体施加的作用力而向另一方移动。
并且，本发明的摄像装置的特征在于，该摄像装置具有上述致动器装置，所述移动体具有光学透镜，所述丝连接成利用与所述移动体连接的钩挂部件折回。
进而，本发明的内窥镜装置具有上述摄像装置，从前端依次连接有硬质部、弯曲部和挠性管部，其特征在于，所述丝的一端在所述弯曲部的前方与所述电缆连接，另一端在弯曲部后方与所述电缆连接。
根据本发明，能够使致动器装置小型化，由此能够实现摄像装置以及内窥镜的前端部分的小型化和细径化。
附图说明
图1是第1实施方式的电子内窥镜的摄像装置的结构图。
图2是该实施方式的沿图3的II-II线的剖面图。
图3是该实施方式的内窥镜前端部的正面图。
图4是该实施方式的沿图1的IV-IV线的剖面图。
图5是该实施方式的图4的V部放大图。
图6是该实施方式的绝缘球的结构图。
图7是该实施方式的其他绝缘球的结构图。
图8是该实施方式的透镜移动部分的放大图。
图9是第2实施方式的相当于图4的剖面图。
图10是第3实施方式的相当于图4的剖面图。
图11是第4实施方式的相当于图4的剖面图。
图12是第5实施方式的相当于图4的剖面图。
符号说明
1…摄像单元
2…致动器
4、14…移动透镜框
5…连接杆
6…移动透镜
8…SMA丝
10…推压弹簧
12…绝缘环
15…绝缘管
16…第1铆接部
17…电缆
19…固定器
20…保护管道
22…导管
23…引导槽
25…绝缘管道
26…可动绝缘管道
27…GND用电缆
28…GND用SMA丝
29…第2铆接部
30、30’…绝缘球
200…内窥镜
210…硬质部
220…弯曲部
230…挠性管部
具体实施方式
以下，通过基于附图的实施方式对本发明进行说明。
(第1实施方式)
首先，使用图1～图8对本发明进行说明。图1～图8涉及本发明的第1实施方式，图1是电子内窥镜的摄像装置的结构图，图2是沿图3的II-II线的剖面图，图3是内窥镜前端部的正面图，图4是沿图1的IV-IV线的剖面图，图5是图4的V部放大图，图6是绝缘球的结构图，图7是其他绝缘球的结构图，图8是透镜移动部分的放大图。
在本实施方式中，对图1所示的使内部的透镜进退移动的摄像单元1进行说明，该摄像单元1构成在内窥镜中使用的摄像装置，用于实现对焦功能或变焦/望远功能。在该摄像单元1中，在安装有前后移动的光学透镜即移动透镜6的移动透镜框4上，设有用于使该移动透镜框4进退的致动器2。为了在该移动透镜框4上安装构成致动器装置的致动器2，在摄像单元1内设有长圆柱状的连接杆5，该连接杆5与用于钩挂后述的丝的钩挂部件连接。
移动透镜框4在保持前方的透镜组的透镜框和保持配置在后方的透镜组的大致圆环状的固定透镜框3的内部，配设成沿摄影光轴进退自如。并且，在固定透镜框3的外周部，在长轴方向形成有供连接杆5移动的槽，并嵌装有移动挡环7，该移动挡环7用于限制连接杆5和移动透镜框4的进退移动。
接着，说明安装于摄像单元1的致动器2的结构。
在该致动器2中，以贯穿于设置在连接杆5上的槽中、并在连接杆5的位置折回的方式紧固有SMA丝8，该SMA丝8是由一加热就收缩、一冷却就膨胀的形状记忆合金(Shape Memory Alloys，以下称为“SMA”)构成的、直径为几十微米的丝。
在SMA丝8上，从基端到朝向前端的中途部外插有第1绝缘管道9。该第1绝缘管道9以局部插入导管22的基端部的方式紧固。
并且，在第1绝缘管道9和连接杆5之间，在导管22中插设有构成施力体即弹性体的推压弹簧10，以向前方推压连接杆5。
在导管22中设有引导槽23，连接杆5在构成引导槽23的缺口部内进退移动。
SMA丝8的端部通过由圆筒状的金属环构成的第1铆接部16铆接加工。在该第1铆接部16上通过焊锡安装有第1电缆17，该第1电缆17对SMA丝8施加电流。并且，虽然没有图示，但是第1铆接部16与第1电缆17的连接部的周围通过粘接剂等加强粘接。
如图2所示，该第1铆接部16的安装位置设置在越过内窥镜200的弯曲部220(通过弯曲块32进行角度操作的位置)的挠性管部230的前端部分的位置。
另外，摄像单元1固定在内窥镜200的硬质部210内。并且，如图3所示，在内窥镜200的硬质部210的前端面，在预定位置配设有：作为摄像单元1的前端的观察窗201；向该观察窗201喷出流体来进行洗涤的洗涤喷嘴202；两个照明窗204、203；以及用于使处置器械贯穿的通道的开口部205。
返回图1、图2，环状的固定器(anchor)19穿过第1绝缘管道9和GND用电缆27并被粘接固定在其上。而且在第1绝缘管道9和GND用电缆27上安装有保护管道20，以覆盖固定器19、第1绝缘管道9和可动绝缘管道26。该保护管道20的前端侧通过天蚕丝等的绕线21固定在第1绝缘管道9上。
接着，说明SMA丝8和连接杆5的固定方法。
如图5所示，SMA丝8的前端部分贯穿细的第2绝缘管道11。而且，第2绝缘管道11贯穿连接杆5并与连接杆5粘接固定，以使SMA丝8和连接杆5不导通(参照图8)。
并且，SMA丝8以在绝缘环12上绕一圈的方式贯穿绝缘环12，该绝缘环12是由宽度窄的固定用绝缘管道构成的钩挂部件(参照图6)。该绝缘环12通过粘接剂配置在固定为球状的绝缘球30内。该绝缘球30钩挂在连接杆5上，并利用粘接剂等连接固定。
并且，如图5所示，SMA丝8的比绝缘球30靠前的部分的GND用SMA丝28穿过可动绝缘管道26和第3绝缘管道25的内部而折回。即，SMA丝8成为通过第1绝缘管道9、第2绝缘管道11、绝缘环12、绝缘盖13、绝缘管15、可动绝缘管道26、第3绝缘管道25和第2热收缩管道24保持电绝缘的结构。
而且，如图4所示，GND(接地)用SMA丝28的端部利用第2铆接部29铆接加工。而且，GND(接地)用电缆27锡焊在第2铆接部29的侧面。
这里，如上所述，对于本实施方式的摄像单元1的致动器2，紧固于SMA丝8的端部的第1铆接部16与第1电缆17的导线之间的基于锡焊的连接位置、以及紧固于GND用SMA丝28的端部的第2铆接部29与GND用电缆27的导线之间的基于锡焊的连接位置在长轴方向上间隔开。
即，如图2所示，紧固于SMA丝8的端部的第1铆接部16与第1电缆17的导线之间的基于锡焊的连接位置，从紧固于GND用SMA丝28的端部的第2铆接部29与GND用电缆27的导线之间的基于锡焊的连接位置朝向基端方向具有预定的间隔距离，成为错开的位置。
具体而言，在本实施方式中，紧固于GND用SMA丝28的端部的第2铆接部29与GND用电缆27的导线之间的锡焊连接位置存在于内窥镜200的硬质部210和弯曲部220的边界部分周围。而且，紧固于SMA丝8的端部的第1铆接部16与第1电缆17的导线之间的锡焊连接位置存在于内窥镜200的挠性管部230的前端附近。
并且，若设SMA丝8的直径为α，绝缘环12的轴向长度为t1，则尺寸设定成t1＜10α(参照图6)。
如图6的t1所示，如果绝缘环12的轴向长度相对于SMA丝8的直径足够短，则绝缘环12被SMA丝8牵引而倾倒，SMA丝8通过绝缘球30的大致中心。因此，防止绝缘球30挂在导管22上。
另一方面，在设SMA丝8的直径为α，绝缘环12的长度为t2，且将尺寸设定成t2＞10α(比10倍长)时，如图7所示，如果相对于SMA丝8的直径，绝缘环12的长度较长，则绝缘环12不能旋转，而被SMA丝8的回弹力按压，SMA丝8通过绝缘球30’的球形的一端(y1＞y2)。在这样的结构中，SMA丝8相对于绝缘球30偏心，绝缘球30挂在导管22上，成为SMA丝8滑动不良的原因。
因此，在本实施方式中，如图6所示，相对于SMA丝8的直径α，将绝缘环12的轴向长度t1设定成小于10倍。
接着，对以上说明的结构的本实施方式的摄像单元1的作用进行说明。
在通过内窥镜200驱动摄像单元1的致动器2，以实现对被摄体的对焦功能或变焦/望远功能的情况下，根据未图示的内窥镜操作部的预定操作，电流从未图示的构成驱动源的电源流到电缆17。于是，电流依次流过电缆17、SMA丝8、GND用SMA丝28以及GND用电缆27，SMA丝8以及GND用SMA丝28发热而收缩。
于是，可动绝缘管道26被牵引，移动到虚线所示的可动绝缘管道26’的状态。此时，在连接杆5的前方钩挂的绝缘球30克服推压弹簧10的作用力被SMA丝8牵引，移动透镜框4向基端方向的移动与连接杆5连动，移动到虚线所示的移动透镜框14的位置。
并且，SMA丝8以及GND用SMA丝28示出同样的收缩动作，因此，在SMA丝8以及GND用SMA丝28的前端部分不会施加多余的负荷，能够得到稳定的动作。
这里，若停止使电流流向电缆17，则SMA丝8以及GND用SMA丝28自然冷却而恢复到原来的长度。此时，连接杆5借助于推压弹簧10的力，被向前方推压而移动。由此，向基端方向移动的移动透镜框14从虚线所示的位置移动到移动透镜框4的位置。
这样，根据本实施方式，形成如下结构：在前端折回SMA丝8，电缆17的导线和SMA丝8的连接位置在长轴方向上，从GND用电缆27的导线和GND用SMA丝28的连接位置向基端侧间隔开，由于在摄像单元1的后方的外形细的位置连接，所以能够实现内窥镜200的成为前端部的硬质部210的细径化。
并且，不在SMA丝8的前端设置电缆17的导线与SMA丝8的连接部，从而能够实现内窥镜200的前端部分的细径化。进而，由于SMA丝8非常细，为几十微米，焊锡的接合性、所谓的粘接性(ノリ)也差，所以接合第1铆接部16，防止电缆17与导线的基于焊锡的连接部变粗。
(第2实施方式)
接着，使用图9对第2实施方式的摄像单元1的致动器2进行说明。另外，在以下的说明中，对与第1实施方式相同的结构要素赋予相同标号并省略说明，仅说明不同的部分。并且，图9涉及本发明的第2实施方式，是相当于第1实施方式的图4的剖面图。
在本实施方式中构成为，代替第1实施方式中的GND用SMA丝28，使用由不锈钢、钢铁等的导电性材料构成的丝51。该丝51的基端侧的一端被第2铆接部29铆接加工，通过焊锡与GND用电缆27电连接。另一方面，丝51的前端侧的另一端与第1实施方式的SMA丝8同样，利用绝缘环12挂住并折回(参照图6)，贯穿绝缘管道11，丝51和SMA丝8通过金属制的丝铆接部52铆接加工而连接起来。
另外，在本实施方式中，在导管22的内部，通过丝铆接部52将丝51和SMA丝8以电连接的方式连接。
在这样的结构中，施加给电缆17的电流也按照第1铆接部16、SMA丝8、丝铆接部52、丝51、第2铆接部29以及GND用电缆27的顺序流过。这样，在本实施方式中，通过SMA丝8的发热或向常温的冷却，移动透镜框4与连接杆5连动，克服推压弹簧10的作用力，被SMA丝8牵引向基端方向移动，或借助于推压弹簧10的力，被向前方推压而移动。
因此，与第1实施方式相同，能够通过内窥镜200驱动摄像单元1的致动器2，以实现对被摄体的对焦功能、或变焦/望远功能。
以上说明的本实施方式的致动器2的结构也能够得到与上述第1实施方式相同的作用效果。
(第3实施方式)
接着，使用图10对第3实施方式的摄像单元1的致动器2进行说明。另外，在以下的说明中，对与第1和第2实施方式相同的结构要素赋予相同标号并省略说明，仅说明不同的部分。并且，图10涉及本发明的第3实施方式，是相当于第1实施方式的图4的剖面图。
本实施方式的致动器2构成为，在第2实施方式的丝51的GND侧连接SMA丝54。另外，本实施方式的SMA丝54也可以代替第1实施方式的GND用SMA丝28。
SMA丝54的基端侧的一端被第2铆接部29铆接加工，与GND用电缆27电连接。并且，SMA丝54的前端侧的另一端利用金属制的铆接部53与丝51一起被铆接加工而连接起来。其他结构与第2实施方式相同。
在这样的结构中，施加给电缆17的电流也按照第1铆接部16、SMA丝8、丝铆接部52、丝51、铆接部53、SMA丝54、第2铆接部29以及GND用电缆27的顺序流过。
这样，在本实施方式中，通过SMA丝8、54的发热或向常温的冷却，移动透镜框4与连接杆5连动，克服推压弹簧10的作用力，被SMA丝8、54牵引向基端方向移动，或借助于推压弹簧10的力，被向前方推压而移动。
因此，与第1实施方式相同，能够通过内窥镜200驱动摄像单元1的致动器2，以实现对被摄体的对焦功能、或变焦/望远功能。
以上说明的本实施方式的致动器2的结构也能够得到与上述第1和第2实施方式相同的作用效果。
(第4实施方式)
接着，使用图11对第4实施方式的摄像单元1的致动器2进行说明。另外，在以下的说明中，对与第1～第3实施方式相同的结构要素赋予相同标号并省略说明，仅说明不同的部分。并且，图11涉及本发明的第4实施方式，是相当于第1实施方式的图4的剖面图。
在本实施方式中，将绝缘管道9作为具有两个丝贯穿孔的多腔管道，从前端侧分别将SMA丝8的两端部贯穿到这些贯穿孔中。
具体而言，在固定于绝缘管道9的导管22的前端侧，SMA丝8利用绝缘环12折回而成为环状。而且，SMA丝8的两端分别通过铆接部16、29在距前端相同的位置(距离)铆接加工。
这些铆接部16、29的位置为第1实施方式中的内窥镜200的挠性管部230的前端附近的连接位置。
并且，折回的SMA丝8的两根丝借助于由通电引起的发热，以克服推压弹簧10的作用力来牵引绝缘环12的方式经由绝缘管道9固定。
根据这样构成的本实施方式的致动器2，与上述第1实施方式相比，能够以大致一倍的力量牵引绝缘环12。其结果是，为了实现对被摄体的对焦功能或变焦/望远功能，致动器2能够瞬时(短时间)地使移动透镜框4进退移动。
(第5实施方式)
接着，使用图12对第5实施方式的摄像单元1的致动器2进行说明。另外，在以下的说明中，对与第1～第4实施方式相同的结构要素赋予相同标号并省略说明，仅说明不同的部分。并且，图12涉及本发明的第5实施方式，是相当于第1实施方式的图4的剖面图。
本实施方式的致动器2不使用SMA丝，仅构成为利用不锈钢、钢铁等的丝55来牵引和松弛绝缘环12。
本实施方式的丝55与第4实施方式的SMA丝8同样，其两端贯穿于具有两个丝贯穿孔的绝缘管道9中，在导管22的前端侧利用绝缘环12折回。该丝55的两端固定在电动机头(motor head)56上，该电动机头56安装在构成驱动源的电动机(未图示)上。
这样构成的致动器2利用电动机旋转驱动电动机头56，将丝55卷绕在电动机头56上，从而克服推压弹簧10的作用力，使绝缘环12向后方移动。并且，当使电动机反转时，卷绕在电动机头56上的丝55退回，绝缘环12借助于推压弹簧10的作用力向前方移动。
根据这样构成的本实施方式的致动器2，与上述第4实施方式的效果相同，为了实现对被摄体的对焦功能、或变焦/望远功能，能够瞬时(短时间)地使移动透镜框4进退移动。并且，由于致动器2不使用SMA丝，所以成为防止了由SMA丝发热引起的高温化的结构。
另外，在上述各实施方式中，对将致动器2安装在移动透镜框4上来使透镜移动的方式进行了说明，但不限于使透镜移动，在工厂等的生产线中，也可以用于部件的搬运。

Claims (13)

1.一种致动器装置，其特征在于，该致动器装置具有：
进退自如的移动体；
对该移动体向一方施力的施力体；以及
固定在所述移动体上的丝，
所述丝的两端部与驱动源连接，该驱动源使所述移动体克服由所述施力体施加的作用力而向另一方移动。
2.根据权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，
所述施力体由弹性体构成。
3.根据权利要求1或2所述的致动器装置，其特征在于，
所述丝的至少一部分由形状记忆合金材料构成，
所述丝的两端部与传递来自电源的电的电缆连接。
4.根据权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，
所述丝与所述电缆连接的两端部的位置相互不同。
5.根据权利要求2所述的致动器装置，其特征在于，
所述丝与所述电缆连接的两端部的位置相互不同。
6.根据权利要求3所述的致动器装置，其特征在于，
所述丝与所述电缆连接的两端部的位置相互不同。
7.一种摄像装置，该摄像装置具有权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，
所述移动体具有光学透镜，
所述丝连接成利用与所述移动体连接的钩挂部件折回。
8.一种摄像装置，该摄像装置具有权利要求2所述的致动器装置，其特征在于，
所述移动体具有光学透镜，
所述丝连接成利用与所述移动体连接的钩挂部件折回。
9.一种摄像装置，该摄像装置具有权利要求3所述的致动器装置，其特征在于，
所述移动体具有光学透镜，
所述丝连接成利用与所述移动体连接的钩挂部件折回。
10.一种摄像装置，该摄像装置具有权利要求4所述的致动器装置，其特征在于，
所述移动体具有光学透镜，
所述丝连接成利用与所述移动体连接的钩挂部件折回。
11.一种摄像装置，该摄像装置具有权利要求5所述的致动器装置，其特征在于，
所述移动体具有光学透镜，
所述丝连接成利用与所述移动体连接的钩挂部件折回。
12.一种摄像装置，该摄像装置具有权利要求6所述的致动器装置，其特征在于，
所述移动体具有光学透镜，
所述丝连接成利用与所述移动体连接的钩挂部件折回。
13.一种内窥镜装置，该内窥镜装置具有权利要求7～12中的任一项所述的摄像装置，从前端依次连接有硬质部、弯曲部和挠性管部，其特征在于，
所述丝的一端在所述弯曲部的前方与所述电缆连接，另一端在弯曲部后方与所述电缆连接。
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