CN112567277B - 光学装置及内窥镜 - Google Patents

Abstract

光学装置(2)具有：由磁性体形成的移动透镜框(21)；在内周面将移动透镜框(21)保持为能够沿光轴(O)移动的固定透镜框(12)；第1磁铁(33)和第2磁铁(34)，它们在光轴(O)的方向上隔开规定距离地配置在固定透镜框(12)的外周，并具有环形形状；以及线圈(35)，其在固定透镜框(12)的外周卷绕在第1磁铁(33)和第2磁铁(34)之间，移动透镜框(21)以在与透镜保持部(23)的中心轴(O1)成直角的至少一个方向上的部位从第1磁铁(33)、第2磁铁(34)和线圈(35)受到的磁力比在其他部位受到的磁力相对小的方式，呈绕中心轴O1非旋转对称的形状。

Description

光学装置及内窥镜

技术领域

本发明涉及通过磁力使保持光学部件的移动框沿光轴方向移动而使光学功能可变的光学装置。

背景技术

以往，在带照相机的便携终端或内窥镜等这样的特别要求小型化的摄像装置中，已知采用了二焦点切换式的光学装置的摄像装置，该光学装置可使用磁性致动器来切换摄像光学系统的焦点。

在这种光学装置中，为了使移动框在固定框的内部滑动，在固定框的内周面与移动框的外周面之间设置有规定的间隙。另一方面，这种间隙成为移动框晃动的主要原因，对光学特性产生影响。

与此相对，例如在日本特开2017-63845号公报中，公开了如下技术：光学装置具有物镜；移动透镜；由磁性体构成的移动框；保持移动框使其前后移动自如的保持框；设置在保持框的外周的一对磁铁；设置在一对磁铁之间的磁轭；以及设置在比磁轭更靠保持框侧的位置的线圈，在该光学装置中，通过具有覆盖线圈的外周的框部和在框部的周向上部分地形成的磁轭凸部来构成磁轭，其中，该磁轭凸部在框部的前端和后端向保持框的外周面突出从而缩短框部和外周面的距离，由此，利用简单的结构防止利用磁力使移动框移动时的晃动。

但是，所述日本特开2017-63845号公报所公开的技术是如下结构：在线圈通电时，主要仅在设置有磁轭凸部的偏向的部分进行各磁铁的磁力的增强或削减。因此，在没有设置磁轭凸部的部分，在线圈通电时，阻碍移动框的移动的磁力的削减等不充分，有可能难以对移动框产生充分的驱动力。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够通过充分的驱动力使移动框移动，并且能够可靠地防止移动框的晃动的光学装置和内窥镜。

发明内容

用于解决问题的手段

根据本发明的一个方式的光学装置具有：光学系统，其具有能够在光轴方向上移动的移动透镜；移动框，其由磁性体材料形成，具有保持所述移动透镜的透镜保持孔；保持框，其由非磁性体材料形成，呈筒状，在内周面将所述移动框保持为能够沿所述光轴移动；第1磁铁和第2磁铁，它们在所述光轴的方向上隔开规定距离地配置在所述保持框的外周，并具有圆环状的形状；以及线圈，其在所述保持框的外周卷绕在所述第1磁铁和第2磁铁之间，所述移动框以在与所述透镜保持孔的中心轴成直角的至少一个方向上的部位从所述第1磁铁、第2磁铁以及所述线圈受到的磁力比在其他部位受到的所述磁力相对小的方式，呈绕所述中心轴非旋转对称的形状。

并且，本发明的一个方式的内窥镜具有所述光学装置。

附图说明

图1是内窥镜的概略结构图。

图2是表示移动透镜单元移动到前端侧的摄像装置的结构的剖视图。

图3是表示移动透镜单元向基端侧移动的摄像装置的结构的剖视图。

图4是移动透镜单元的立体图。

图5是示意性地表示移动透镜框在固定透镜框的内部受到的磁力的说明图。

图6涉及第1变形例，是移动透镜单元的立体图。

图7涉及第2变形例，是移动透镜单元的立体图。

图8涉及第3变形例，是沿与光轴成直角的方向剖切光学装置的主要部分剖视图。

图9涉及第4变形例，是沿与光轴成直角的方向剖切光学装置的主要部分剖视图。

图10涉及第5变形例，是沿与光轴成直角的方向剖切光学装置的主要部分剖视图

图11涉及第6变形例，是沿与光轴成直角的方向剖切光学装置的主要部分剖视图。

图12涉及第7变形例，是沿与光轴成直角的方向剖切光学装置的主要部分剖视图。

图13涉及第8变形例，是移动透镜单元的立体图。

图14涉及第9变形例，是移动透镜单元的立体图。

图15涉及第10变形例，是移动透镜单元的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。附图涉及本发明的一个实施方式，图1是内窥镜的概略结构图，图2是表示移动透镜单元移动到前端侧的摄像装置的结构的剖视图，图3是表示移动透镜单元移动到基端侧的摄像装置的结构的剖视图，图4是移动透镜单元的立体图，图5是示意性地表示移动透镜框在固定透镜框的内部受到的磁力的说明图。

本实施方式的内窥镜101具有能够导入到人体等被检体内对被检体内的规定观察部位进行光学摄像的结构。

另外，供内窥镜101导入的被检体不限于人体，也可以是其他生物体，还可以是机械、建筑物等人造物。

内窥镜101主要由导入到被检体内部的插入部102、位于该插入部102的基端的操作部103、以及从该操作部103的侧部延伸出的通用软线104构成。

插入部102通过配设在前端的前端部110、配设在该前端部110的基端侧的弯曲自如的弯曲部109、和配设在该弯曲部109的基端侧并与操作部103的前端侧连接的具有挠性的挠性管部108连接设置而构成。

在前端部110设置有摄像装置1，详细情况将在后面叙述。并且，在操作部103上设置有用于对弯曲部109的弯曲进行操作的角度操作旋钮106。

在通用软线104的基端部设置有与外部装置120连接的内窥镜连接器105。连接有内窥镜连接器105的外部装置120经由缆线与监视器等图像显示部121连接。

另外，内窥镜101具有通用软线104、贯穿插入到操作部103和插入部102内的复合线缆115、以及对来自光源部的照明光进行传输的光纤束(未图示)，该光源部设置于外部装置120。

复合缆线115构成为电连接内窥镜连接器105和摄像装置1。通过内窥镜连接器105与外部装置120连接，摄像装置1经由复合缆线115与外部装置120电连接。

经由该复合缆线115，进行从外部装置120向摄像装置1的电力供给以及外部装置120与摄像装置1之间的通信。

在外部装置120中设置有图像处理部。该图像处理部根据从摄像装置1输出的摄像元件输出信号生成影像信号，并输出到图像显示部121。即，在本实施方式中，由摄像装置1拍摄的光学像(内窥镜像)作为影像显示在图像显示部121上。

另外，内窥镜101不限于与外部装置120或图像显示部121连接的结构，例如也可以是具有图像处理部或监视器的一部分或全部的结构。

另外，光纤束(未图示)构成为将从外部装置120的光源部发出的光传输至前端部110的作为照明光射出部的照明窗。并且，光源部可以是配设在内窥镜101的操作部103或前端部110上的结构。

接着，以下详细说明本实施方式的摄像装置1的结构。

如图2和图3所示，摄像装置1例如构成为具有双焦点切换式的光学装置2和连接设置在该光学装置2后方的摄像元件3。

另外，摄像元件3是CCD或CMOS等图像传感器，固定在未图示的摄像元件保持框上，经由该摄像元件保持框连接设置在光学装置2的后方。

光学装置2具有固定透镜单元10、移动透镜单元20和作为驱动机构的致动器30。

固定透镜单元10具有：固定透镜11，其是物镜，且是使被摄体像(光学像)的光朝向摄像元件3会聚的光学系统；大致筒状的固定透镜框12，其是透镜保持框，且是由非磁性部件形成的保持框；以及两个圆环形状的限制部件13a和13b。另外，限制部件13a、13b中的一方也可以是透镜保持框12的一部分(即，也可以与透镜保持框12一体形成)。

固定透镜框12沿摄像光轴O形成为细长的筒状，并且在摄像光轴O的前端部分保持有固定透镜11，该固定透镜11作为构成光学系统的光学部件，并设置有光学光圈14。另外，固定透镜11也可以由多个透镜组构成。

并且，在固定透镜框12的内周部，在固定透镜11的后方以与固定透镜11夹着光学光圈14的方式固定有限制部件13a，该限制部件13a限制移动透镜单元20的前端侧的位置，在摄像元件3的前方固定有限制移动透镜单元20的后端侧的位置的限制部件13b。

移动透镜单元20具有：由磁性部件形成的以大致筒形状为基本形状的作为移动框的移动透镜框21；以及使被摄体像的光会聚到摄像元件3的受光部的、作为构成光学系统的光学部件的移动透镜22。

如图2～4所示，移动透镜框21中，透镜保持部23、与该透镜保持部23的前端侧连接设置的作为滑动部的第1滑动部24、以及与透镜保持部23的基端侧连接设置的作为滑动部的第2滑动部25由磁性体一体形成。

透镜保持部23呈内周形成为透镜保持孔23a的大致圆环状，在该透镜保持部23的透镜保持孔23a中保持有移动透镜22。另外，移动透镜22也可以由多个透镜组构成。

第1滑动部24、第2滑动部25被配置为，与透镜保持部23的透镜保持孔23a的中心轴O1同轴地连接设置。

这些第1滑动部24、第2滑动部25由大致圆环状的部件构成，该部件具有比透镜保持部23的外径大、且比固定透镜框12的内径稍小的外径。因此，第1滑动部24、第2滑动部25的外周面被设定为相对于固定透镜框12的内周面滑动自如的滑动面。

另外，在本实施方式中，滑动部24、25的外径例如为1.3mm～1.5mm左右，例如形成为与固定透镜框12的内径相比直径小0.02mm左右。

该移动透镜单元20被内包于固定透镜单元10的固定透镜框12中，并被设置成通过滑动部24、25的滑动而在沿着摄像光轴O的前后方向上移动自如。

在此，本实施方式的移动透镜框21在与中心轴O1的轴线成直角的方向上具有切口部26，该切口部26是通过切削等将透镜保持部23以及第1滑动部24、第2滑动部25的一部分切成一体的平面状而形成的，由此，移动透镜框21成为绕中心轴O1非旋转对称的形状。

在该情况下，例如，如图5所示，切口部26在第1滑动部24、第2滑动部25的圆周上形成在中心角为120°以下的范围内。

由此，各滑动部24、25的滑动面至少能够使绕中心轴O1的每隔120°的3点与固定透镜框12的内周面接触，实现移动透镜单元20在固定透镜框12内的稳定的进退移动。

致动器30具有：磁轭31，其设置在固定透镜框12的外周；第1磁铁33，其一体地固定在磁轭31的前端部，具有圆环状的形状；第2磁铁34，其一体地固定在磁轭31的后端部，具有圆环状的形状；以及螺线管线圈(以下简称为线圈)35，其卷绕固定在磁轭31的内周和固定透镜框12的外周之间。

在此，本实施方式的磁轭31由呈大致圆筒形状的第1磁轭部件36及第2磁轭部件37分割形成。在第1磁轭部件36的前端遍及整周形成有内向凸缘36a，在该内向凸缘36a上固定有第1磁铁33。另外，在第2磁轭部件37的后端遍及整周地形成内向凸缘37a，在该内向凸缘37a上固定有第2磁铁34。这些第1磁轭部件36和第2磁轭部件37以内包覆盖整个线圈35的方式分别从固定透镜框12的前端侧和后端侧外插于固定透镜框12，对置的端部通过粘接剂、焊接等彼此一体地连接固定。

这些第1磁轭部件36及第2磁轭部件37是用于放大在第1磁铁33、第2磁铁34及线圈35中产生的磁力的软铁等磁性部件。

另外，第1磁轭部件36及第2磁轭部件37为了覆盖卷绕固定在固定透镜框12的外周的线圈35，在组装上是分体的，只要是能够以覆盖线圈35的方式进行组装的结构，也可以是一体的一个磁轭。

另外，这里的致动器30中，第1磁铁33是前方侧被磁化成S极、后方侧被磁化成N极的永久磁铁，第2磁铁34是前方侧被磁化成N极、后方侧被磁化成S极的永久磁铁。即，第1磁铁33及第2磁铁34以同一磁极(在此为N极)彼此对置的方式配设。

这样构成的致动器30切换对线圈35的通电方向，从而相对于第1磁铁33及第2磁铁34的磁场切换线圈35产生的磁场的方向，由此，能够产生对移动透镜单元20的驱动力。

即，如果沿将该线圈35的前端侧励磁为S极，将基端侧励磁为N极的第1方向对线圈35通电，则在致动器30的前端侧，第1磁铁33的磁场通过在线圈35中产生的同一方向的磁场而增强。另一方面，在致动器30的后端侧，第2磁铁34的磁场被在线圈35中产生的反方向的磁场抵消而减弱。

由此，在致动器30中，作为整体产生将移动透镜框21拉向前端侧的驱动力(磁力)，移动透镜框21(移动透镜单元20)移动到由限制部件13a限定的前方移动位置。

另外，在对线圈35的通电被解除后，移动到前端侧后的移动透镜框21也由第1磁铁33的磁力保持。

另一方面，如果沿将该线圈35的前端侧励磁为N极，将基端侧励磁为S极的第2方向对线圈35通电，则在致动器30的前端侧，第1磁铁33的磁场被在线圈35中产生的反方向的磁场抵消而减弱。另一方面，在致动器30的后端侧，第2磁铁34的磁场通过在线圈35中产生的同一方向的磁场而增强。

由此，在致动器30中，作为整体产生将移动透镜框21向基端侧拉近的驱动力(磁力)，移动透镜框21(移动透镜单元20)移动到由限制部件13b限定的后方侧移动位置。

另外，在解除对线圈35的通电后，移动到后端侧后的移动透镜框21也由第2磁铁34的磁力保持。

另外，在此处的摄像装置1中，移动透镜单元20前进并停止在前方的状态成为作为第1停止位置的广角端，移动透镜单元20后退并停止在后方的状态成为作为第2停止位置的望远端。

这样，摄像装置1构成为，通过致动器30的驱动使移动透镜单元20前后移动而切换为广角和望远这两个光学特性。

另外，摄像装置1也可以通过固定透镜11及移动透镜22的透镜设计等，使移动透镜单元20的前后的停止位置决定的广角及望远这两个光学特性相反。

在这种移动透镜框21(移动透镜单元20)向前方移动位置的移动及保持，或者向后方移动位置的移动及保持中，由于移动透镜框21形成为绕透镜保持部23(透镜保持孔23a)的中心轴非旋转对称的形状，因此移动透镜框21在与中心轴的轴线成直角的各方向上从第1磁铁33、第2磁铁34和线圈35受到的磁力变得不均匀。

即，由于设置有切口部26的部位的体积比其他部位小，所以在设置有切口部26的部位，移动透镜框21受到的磁力(引力)与在其他方向的部位移动透镜框21受到的磁力(引力)相比相对变小(参照图5)。

因此，移动透镜框21(移动透镜单元20)的与设置有切口部26的部位相反侧的部位以被按压于固定透镜框12的内周面的方式被拉近。并且，通过这样将移动透镜框21拉近，进行所谓的有间隙地靠近(ガタ寄せ)，从而可靠地防止移动透镜单元20的晃动。

此时，优选考虑移动透镜单元20受到的重力来设定移动透镜框21的切口部26。即，优选设定切口部26的切口量，使得移动透镜框21被磁力向切口部26的相反侧的方向吸引的引力和移动透镜框21被磁力向切口部26的方向吸引的引力之差(相对引力)比重力大。

另外，例如，如图2、3所示，优选移动透镜框21被设计成，该移动透镜框21有间隙地靠近时的中心轴O1与光学装置2的中心轴O一致。

根据这样的实施方式，具有：移动透镜框21，其由磁性体形成且具有保持移动透镜22的透镜保持孔23a；由非磁性体形成的呈筒状的固定透镜框12，其在内周面将移动透镜框21保持为可沿光轴O移动；第1磁铁33和第2磁铁34，它们在光轴O的方向上隔开规定距离地配置在固定透镜框12的外周，具有圆环状的形状；以及线圈35，其在固定透镜框12的外周卷绕在第1磁铁33和第2磁铁34之间，移动透镜框21以在与镜头保持孔23a的中心轴O1成直角的至少一个方向上的部位从第1磁铁33、第2磁铁34以及线圈35受到的磁力与在其他部位受到的磁力相比相对较小的方式，呈绕中心轴O1非旋转对称的形状，由此能够通过充分的驱动力使移动透镜框21移动，并且，能够可靠地防止移动透镜框21的晃动。

即，将移动透镜框21设为绕中心轴O1非旋转对称的形状，在与中心轴O1成直角的至少一个方向的部位从第1磁铁33、第2磁铁34以及线圈35受到的磁力比在其他部位受到的磁力相对小，通过这种结构，能够进行移动透镜框21的有间隙地靠近，而不用仅在线圈35通电时偏向的部分进行第1磁铁33、第2磁铁34的磁力的增强或减小等。并且，在线圈35通电时，通过在整周上增强或减小第1磁铁33、第2磁铁34的磁力，可对移动透镜框21产生足够的驱动力。

在该情况下，由于切口部26是将透镜保持部23、第1滑动部24、以及第2滑动部25的一部分切成平面状而形成的，因此能够容易地将移动透镜框21形成为非旋转对称的形状。

这里，例如，如图6所示，也可以在移动透镜框21中，仅在透镜保持单元23、第1滑动部24、第2滑动部25中的第1滑动部24、第2滑动部25上形成切口部40。

根据这种结构，能够确保移动透镜22的保持强度，并且能够使切口部更深，因此用于使移动透镜框21有间隙地靠近的引力量设计的自由度提高。

另外，例如，如图7所示，在移动透镜框21中，也可以仅在透镜保持部23、第1滑动部24、以及第2滑动部25中的透镜保持部23上形成切口部41。

根据这种结构，能够针对固定透镜框12的内周，确保第1滑动部24、第2滑动部25的滑动性，同时防止移动透镜框21的晃动。

另外，例如，如图8所示，也可以代替切口部，通过在移动透镜框21上穿设孔部42，使移动透镜框21成为绕中心轴O1非旋转对称的形状。

根据这种结构，能够防止移动透镜框21的晃动，而不会影响移动透镜框21的外形形状。

另外，例如，如图9所示，通过使透镜保持孔23a的中心轴O1相对于第1滑动部24、第2滑动部25等的中心轴O2偏心，也可以将移动透镜框21设为绕中心轴O1非旋转对称的形状。

此时，通过将中心轴O1相对于中心轴O2的偏心量e设为移动透镜框21被推压到固定透镜框12的内周时的最大间隙c的半值(即，e＝c/2)，即使在移动透镜框21在固定透镜框12的内部旋转的情况下，也能够使移动透镜框21以中心轴O1始终位于固定透镜框12的中心的方式有间隙地靠近。因此，如果将光学装置2的光轴O设定在固定透镜框12的中心，则始终能够使光轴O和中心轴O1一致。

另外，也可以对移动透镜框21设置多个切口部。例如，在图10中示出如下结构：对移动透镜框21在与中心轴O1成直角的一个方向的部位设置第1切口部45，以该第1切口部45为基准，在绕中心轴O1的每120°的旋转位置设置有比第1切口部45小的第2切口部46、第3切口部47。

根据这种结构，关于从第1磁铁33、第2磁铁34及线圈35受到的磁力，在移动透镜框21的周向上设置有第1切口部45的部位最小，其次是设置有第2切口部46、第3切口部47的部位变小。因此，移动透镜框21在隔着中心轴O1与第1切口部45相反的一侧的方向上有间隙地靠近的同时，还向隔着中心轴O1与第2切口部46、第3切口部47相反的一侧拉近。由此，移动透镜框21以与固定透镜框12抵接的抵接部位(即，隔着移动透镜框21的中心轴O1与第1切口部45相反侧的部位)为支点的摇摆也被可靠地防止。

另外，例如，如图11所示，也可以在固定透镜框12的内周，在与移动透镜框21的切口部26对置的位置设置旋转限制部50。

根据这种结构，能够使移动透镜框21相对于固定透镜框12的旋转位置始终恒定。

另外，例如，如图12所示，作为切口部的形状，也可以取代平面状的切口部26，而采用沿光轴O(中心轴O1)方向延伸的槽状的切口部51。

在该情况下，在固定透镜框12的内周，在与移动透镜框21的切口部51对置的位置，也可以设置键状的旋转限制部52。

根据这种结构，能够使移动透镜框21相对于固定透镜框12的旋转位置始终恒定。

另外，例如，如图13～15所示，也可以将透镜保持部23的外径形成为与第1滑动部24、第2滑动部25的外径相同。

根据这种结构，透镜保持部23的外周面也能够作为相对于固定透镜框12的内周滑动的滑动面起作用。因此，即使在对第1滑动部24、第2滑动部25形成有切去任意的量而得到的切口部55的情况下，移动透镜框21的滑动面也至少在绕中心轴O1的每隔120°的3点能够与固定透镜框12的内周面接触。

另外，本发明不限于以上说明的各实施方式，可以进行各种变形或变更，它们也在本发明的技术范围内。例如，当然也可以适当组合上述实施方式的结构以及各变形例的结构。

本申请以2018年8月27日在日本申请的日本特愿2018-158411号为优先权主张的基础进行申请，上述公开内容引用于本申请说明书，权利要求书。

Claims (9)

1.一种光学装置，其特征在于，具有：

光学系统，其具有能够在光轴方向上移动的移动透镜；

移动框，其由磁性体材料形成，具有保持所述移动透镜的透镜保持孔；

保持框，其由非磁性体材料形成，呈筒状，在内周面将所述移动框保持为能够沿所述光轴移动；

第1磁铁和第2磁铁，它们在所述光轴的方向上隔开规定距离地配置在所述保持框的外周，并具有圆环状的形状；以及

线圈，其在所述保持框的外周卷绕在所述第1磁铁和所述第2磁铁之间，

所述移动框具有：

透镜保持部，其呈圆环状，且内周形成为所述透镜保持孔；

滑动部，其呈直径比所述透镜保持部大的圆环状，与所述透镜保持部连接设置，能够相对于所述保持框的内周面滑动；以及

切口部，其通过在与所述透镜保持孔的中心轴的轴线成直角的方向上，切去所述透镜保持部和所述滑动部中的至少任一方的一部分而形成；

所述移动框以在与所述透镜保持孔的中心轴成直角的至少一个方向上的部位从所述第1磁铁、第2磁铁以及所述线圈受到的磁力比在其他部位受到的所述磁力相对小的方式，呈绕所述中心轴非旋转对称的形状。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，

所述滑动部具有：

第1滑动部，其在所述透镜保持部的前端侧能够相对于所述保持框的内周面滑动；以及

第2滑动部，其在所述透镜保持部的基端侧能够相对于所述保持框的内周面滑动。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，

所述切口部在所述滑动部的圆周上形成在中心角为120°以下的范围内。

4.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，

所述切口部呈平面状。

5.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，

所述切口部呈沿着所述光轴方向延伸的槽状。

6.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，

所述保持框在内周具有与所述切口部对置的旋转限制部。

7.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，

所述透镜保持孔的所述中心轴相对于所述移动框的外周的中心轴偏心。

8.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，

在所述保持框的外周具有磁轭，该磁轭设置在所述线圈的外周，对在所述第1磁铁、所述第2磁铁以及所述线圈中产生的磁力进行放大。

9.一种内窥镜，其特征在于，具有权利要求1所述的光学装置。

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