JP2010240136A - 磁気結合型レンズ駆動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの移動量と形状記憶合金ワイヤの伸縮量を同等にすることによって、形状記憶合金ワイヤの伸縮量を軽減することによって耐久性を更に向上させる。
【解決手段】撮像素子と、光軸方向に移動可能な可動レンズと、可動レンズに結合した磁性体と、撮像素子、可動レンズ、及び磁性体を気密封止して収容する鏡筒と、鏡筒の外側に配置され、光軸方向に移動可能に設置された磁界発生手段と、磁界発生手段にその一端が結合し、磁界発生手段を光軸方向に移動させるワイヤ部材と、を備え、磁界発生手段は、光軸方向に沿って所定の間隔で２つ配置され、所定の間隔に対向する位置に磁性体が存在し、ワイヤ部材の変形もしくは移動により可動レンズを移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気結合型レンズ駆動アクチュエータに関するものである。

従来、内視鏡においてフォーカシング、ズーミング機能を発揮することのできる光学系は、レンズを鏡筒内において光軸方向に移動させるための機構が必要である。レンズを移動させるにはアクチュエータが必要となるが、アクチュエータの変位量はその長さによって限られており、例えば、内視鏡の先端の硬性部内に配置するような大きさのアクチュエータの変位は大きくできないため、光学系の設計自由度が奪われてしまう。

そこで、これを回避する構成の一例として、例えば、特許文献１（特開２００８−１９４３２６号公報）に示される磁気結合型アクチュエータが提案されている。
図３は、従来の磁気結合型アクチュエータの構成を示す断面図である。この磁気結合型アクチュエータにおいては、レンズ９０２を保持している鏡枠９０３は磁性体で形成されており、鏡筒９０４内に収納されている。鏡枠９０３は光軸９００の方向に沿って移動可能に配置されており、レンズ９０２が光軸９００の方向に移動することによってフォーカシング、ズーミングを行うことができる。

鏡筒９０４の外側には鏡枠９０３に対向して永久磁石９０５が配置されている。鏡枠９０３と永久磁石９０５は鏡筒９０４を介して磁気結合されている。永久磁石９０５の一端には形状記憶合金ワイヤ９０６が接続され、形状記憶合金ワイヤ９０６の伸縮により永久磁石９０５は光軸９００の方向に沿った方向Ｍに沿って移動する。

永久磁石９０５が移動するとこれに追従するように、磁気結合された鏡枠９０３も光軸９００の方向に沿って移動する。形状記憶合金ワイヤ９０６は湾曲可能なチューブ９０８に内包されている。チューブ９０８および形状記憶合金ワイヤ９０６は湾曲可能であるため、内視鏡の湾曲する部位にも配置することが可能になり、これにより形状記憶合金ワイヤ９０６の長さの制限が緩和される。したがって、レンズ９０２を移動させるのに十分な変位量が得られる長さの形状記憶合金ワイヤ９０６を配置することができる。

特開２００８−１９４３２６号公報

しかしながら、図４に示すように鏡枠９０３を永久磁石９０５（吸引力Ｆ（水平成分Ｆｈ、垂直成分Ｆｖ））で移動させるには、磁石による吸引力（吸着力）Ｆの水平線分Ｆｈと静止摩擦力Ｆｓとが釣り合う位置に永久磁石９０５が移動しなければ、鏡枠９０３は移動しないため、レンズ９０２の移動量に対して、形状記憶合金ワイヤ９０６の伸縮量は大きくなってしまう。ここで、図４は、従来の磁気結合型アクチュエータの動作状態を示す断面図である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レンズの移動量と形状記憶合金ワイヤの伸縮量を同等にすることによって、形状記憶合金ワイヤの伸縮量を軽減することによって耐久性を更に向上させることを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータは、撮像素子と、光軸方向に移動可能な可動レンズと、可動レンズに結合した磁性体と、撮像素子、可動レンズ、及び磁性体を気密封止して収容する鏡筒と、鏡筒の外側に配置され、光軸方向に移動可能に設置された磁界発生手段と、磁界発生手段にその一端が結合し、磁界発生手段を光軸方向に移動させるワイヤ部材と、を備え、磁界発生手段は、光軸方向に沿って所定の間隔で２つ配置され、所定の間隔に対向する位置に磁性体が存在し、ワイヤ部材の変形もしくは移動により可動レンズを移動させることを特徴としている。

本発明に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータにおいて、磁界発生手段は永久磁石であることが好ましい。

本発明に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータにおいて、所定の間隔は磁性体の光軸方向の幅と同一であることが好ましい。

本発明に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータにおいて、鏡筒内に第１の位置規制部材と第２の位置規制部材とが設置されており、可動レンズの変位は、第１の位置規制部材と第２の位置規制部材との間の機械的拘束によって制限されることが好ましい。

本発明に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータにおいて、ワイヤ部材は形状記憶合金ワイヤからなることが好ましい。

本発明に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータは、形状記憶合金ワイヤを内包する湾曲可能なチューブ部材を有し、チューブの一端は鏡筒に固定され、チューブの他端は形状記憶合金ワイヤの磁界発生手段に固定されていない一端に固定され、形状記憶合金ワイヤが伸縮することにより、磁界発生手段と鏡筒に固定されたチューブ部材の一端の相対位置が変化する構成からなる駆動機構を有することが好ましい。

本発明に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータにおいて、駆動機構は、形状記憶合金ワイヤの伸縮により磁界発生手段と鏡筒に固定されたチューブ部材の一端との相対位置が変化する方向と逆方向に力が働くバイアス用弾性体を有することが好ましい。

本発明に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータは、レンズの移動量と形状記憶合金ワイヤの伸縮量を同等にすることによって、形状記憶合金ワイヤの伸縮量を軽減することによって耐久性を更に向上させることができる、という効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータの構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータの構成を示す断面図である。 従来の磁気結合型アクチュエータの構成を示す断面図である。 従来の磁気結合型アクチュエータの動作状態を示す断面図である。

以下に、本発明に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータの構成を示す断面図である。
第１実施形態に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータにおいて、レンズ１０２（可動レンズ）を保持している鏡枠１０３は磁性体（例えば鉄、ステンレス）からなる。鏡枠１０３は、鏡筒１０４の内側に収納され、レンズ１０２を保持する内部空間１０３ａを維持しつつ光軸１００の方向に沿って移動可能に設置されている。鏡枠１０３とともにレンズ１０２が光軸１００の方向に沿って移動することによって、フォーカシング、ズーミングを行うことができ、撮像素子１０１で電気信号に変換される。

鏡筒１０４の外側には、光軸１００の方向に沿って２つの永久磁石（磁界発生手段）１０５ａ、１０５ｂが順に配置され、鏡枠１０３と永久磁石１０５は鏡筒１０４を介して磁気結合されている。永久磁石１０５ａ、１０５ｂは、所定の間隔を置いて移動体への磁束が移動体の移動方向に対して最も大きくなるよう配置され、磁石支持部材１１０を介してワイヤ１０６（ワイヤ部材）が接続されている。鏡枠１０３は、永久磁石１０５ａ、１０５ｂの間の所定の間隔に対向する位置に配置されている。なお、この所定の間隔は、磁石による吸引力の水平成分と静止摩擦力との関係で決められ、鏡枠１０３の光軸１００の方向における幅と同一とすると、永久磁石１０５ａ、１０５ｂの移動により直ちに鏡枠１０３も移動するようになるため好ましい。

ワイヤ１０６は光軸１００の方向に沿って延在しており、このワイヤ１０６を外部より引張あるいは押しこむことによって、永久磁石１０５ａ、１０５ｂを光軸１００の方向へ移動させ、磁気結合している鏡枠１０３を鏡筒１０４内で移動させることが出来る。すなわち、ワイヤ１０６を移動させることによって、鏡枠１０３を鏡筒１０４内で移動させることが出来る。

なお、ワイヤ１０６を通電加熱によって伸縮する形状記憶合金ワイヤにすれば、外部からの通電動作による形状記憶合金ワイヤの伸縮で永久磁石１０５を移動させることができるため、ワイヤを押し引きする操作よりも操作性が向上する。すなわち、ワイヤ１０６を変形させることによって、鏡枠１０３を移動させることができる。

永久磁石１０５ａは、レンズ１０２を図１の紙面左側へ移動する場合に作用し、永久磁石１０５ｂは、レンズ１０２を図１の紙面右側へ移動させる場合に作用する。このように構成すれば、レンズ１０２の移動に対して、アクチュエータの移動量が少なく設定できるため、ワイヤへの負担が軽くなり更に長期間の耐久性の確保が可能となる。なお、鏡枠１０３は、磁性体に代えて永久磁石としてもかまわない。

図３、図４に示す、従来技術では、レンズ９０２を光軸９００の方向に沿って移動させる場合、鏡枠９０３と永久磁石９０５を連結部材によって互いに連結させた状態でワイヤ９０６を押し引きして行っていた。したがって、鏡筒９０４に連結させるための穴および溝をあける必要があるため、この部分の気密封止は困難であった。

これに対して、第１実施形態に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータでは、鏡枠１０３と永久磁石１０５は鏡筒１０４を介して磁気結合しているため、連結のための穴や溝が不要である。これにより、レンズ１０２が鏡筒１０４内に納まって、このレンズ１０２以外のレンズＬ１、Ｌ２とともに鏡筒１０４内の気密封止が可能になる。従って、光学系の耐環境性が向上し、例えば、高温高圧蒸気滅菌などのような環境下においても光学系に損傷を与えることもなくなる。

また、第１実施形態の磁気結合型レンズ駆動アクチュエータにおいて、永久磁石１０５ａ、１０５ｂの移動量は特に規制していないが、レンズ１０２の移動は規制手段１０７ａ（第１の位置規制部材）及び規制手段１０７ｂ（第２の位置規制部材）によって規制されている。この規制手段でレンズ１０２の移動を制限することにより、永久磁石１０５ａ、１０５ｂの光軸１００の方向における位置は正確に決めなくてもよい。ここで、規制手段１０７ａ、１０７ｂは、鏡筒１０４内に設けた突起構造であるが、レンズ１０２の移動を規制できれば、別の構成をとることもできる。

以上説明したように、第１実施形態の磁気結合型レンズ駆動アクチュエータによれば、磁性体としての鏡枠１０３と、磁界発生手段としての永久磁石１０５ａ、１０５ｂと、が鏡筒１０４をはさんで配置され、互いに磁気結合している。永久磁石１０５ａ、１０５ｂをワイヤ１０６で引っ張るまたはワイヤが変形することによって移動させ、磁気結合している鏡枠１０３、及び、それに支持されたレンズ１０２を移動させることができる。

また、永久磁石１０５ａ、１０５ｂを光軸１００の方向に沿って２つ配置することによって、ワイヤの移動量と磁性体の移動量とを同一にすることができる。

さらにまた、磁界発生手段として永久磁石１０５ａ、１０５ｂを用いたことにより、電磁石のような配線が不要となり、組立が容易で、構成が簡単になるなどの効果がある。

また、永久磁石１０５ａ、１０５ｂの間の所定の間隔を、磁性体としての鏡枠１０３の光軸１００の方向における幅と同一にすることにより、移動効率を向上させることができる。

さらに、撮像素子１０１および鏡枠１０３は、鏡筒１０４および鏡筒１０４の外側を覆う封止部材によって気密封止される。これにより、光学系の耐環境性を向上させることができる。

また、鏡筒１０４内には、第１の位置規制部材、第２の位置規制部材としての規制手段１０７ａ、１０７ｂが設置されており、レンズ１０２の変位は、規制手段１０７ａ、１０７ｂの間の機械的拘束によって制限される。このように、レンズ１０２側に突き当てを設けることによって、第２の磁性体としての永久磁石１０５ａ、１０５ｂの移動の精度に問わずレンズ１０２の位置決めが可能になる。

さらに、ワイヤ１０６を形状記憶合金ワイヤにすることによって、外部よりワイヤを押し引きするものに比べてレンズを動かす際の駆動力が小さく、操作性が向上する。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータの構成を示す断面図である。第２実施形態において、第１実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。
第２実施形態の磁気結合型レンズ駆動アクチュエータでは、形状記憶合金ワイヤ１１６（ワイヤ部材）を内包するように湾曲可能なチューブ１０８（チューブ部材）が設置されている。チューブの一端は、鏡筒１０４に固定され、他端は形状記憶合金ワイヤ１１６と接続されている。

永久磁石１０５ａ、１０５ｂとチューブ１０８との間には、永久磁石１０５ａ、１０５ｂの移動方向とは反対方向の力を有するバイアスバネ１０９（バイアス用弾性体）を配置している。なお、バイアス用弾性体としては、永久磁石１０５ａ、１０５ｂの移動方向とは反対方向の力を有するものであれば、例えばゴムを用いることができる。

チューブ１０８の固定されていない端部を形状記憶合金ワイヤ１１６の一端と接続することによって、アクチュエータそのものが長く、かつ、しなやかになるため、レンズ１０２の移動量を稼げるだけでなく、アクチュエータを湾曲するような部位に収納することも可能になる。形状記憶合金ワイヤ１１６の伸縮量はその長さによって決まるため、この構成であれば、形状記憶合金ワイヤ１１６を長く配置できレンズ１０２の移動量も大きくすることが可能になる。

第２実施形態の磁気結合型レンズ駆動アクチュエータでは、形状記憶合金ワイヤ１１６に通電過熱することによって形状記憶合金ワイヤ１１６が収縮し、永久磁石１０５ａ、１０５ｂが撮像素子１０１側に移動する。このとき、永久磁石１０５ａ、１０５ｂの移動方向とは反対方向の力を有するバイアスバネ１０９を、永久磁石１０５ａ、１０５ｂとチューブ１０８との間に配置していることにより、通電加熱をやめた後の形状記憶合金ワイヤ１１６の伸長速度をバイアスバネ１０９によって速くすることが可能になる。

このような構成とすると、形状記憶合金ワイヤ１１６が伸縮することにより、磁界発生手段としての永久磁石１０５ａ、１０５ｂと、鏡筒１０４に固定されたチューブ部材としてのチューブ１０８の一端の相対位置が変化する駆動機構が形成され、内視鏡の湾曲部に形状記憶合金ワイヤ１１６を配置でき、磁界発生手段の変位量を大きくすることが可能になる。

また、永久磁石１０５ａ、１０５ｂとチューブ１０８との間にバイアスバネ１０９を設置することによって、形状記憶合金ワイヤ１１６への通電加熱を止めたときの復帰速度が向上する。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

以上のように、本発明に係る磁気結合型レンズ駆動アクチュエータは、フォーカシング、ズーミング機能を発揮することのできる光学系が必要な内視鏡に有用である。

１００ 光軸
１０１ 撮像素子
１０２ レンズ（可動レンズ）
１０３ 鏡枠（磁性体）
１０４ 鏡筒
１０５ａ、１０５ｂ 永久磁石（磁界発生手段）
１０６ ワイヤ（ワイヤ部材）
１０７ａ 規制手段（第１の位置規制部材）
１０７ｂ 規制手段（第２の位置規制部材）
１０８ チューブ（チューブ部材）
１０９ バイアスバネ（バイアス用弾性体）
１１０ 磁石支持部材
１１６ 形状記憶合金ワイヤ（ワイヤ部材）

Claims (7)

1. 撮像素子と、
   光軸方向に移動可能な可動レンズと、
   前記可動レンズに結合した磁性体と、
   前記撮像素子、前記可動レンズ、及び前記磁性体を気密封止して収容する鏡筒と、
   前記鏡筒の外側に配置され、光軸方向に移動可能に設置された磁界発生手段と、
   前記磁界発生手段にその一端が結合し、前記磁界発生手段を前記光軸方向に移動させるワイヤ部材と、
   を備え、
   前記磁界発生手段は、前記光軸方向に沿って所定の間隔で２つ配置され、前記所定の間隔に対向する位置に前記磁性体が存在し、前記ワイヤ部材の変形もしくは移動により前記可動レンズを移動させることを特徴とする磁気結合型レンズ駆動アクチュエータ。
2. 前記磁界発生手段は永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載の磁気結合型レンズ駆動アクチュエータ。
3. 前記所定の間隔は前記磁性体の光軸方向の幅と同一であることを特徴とする請求項１に記載の磁気結合型レンズ駆動アクチュエータ。
4. 前記鏡筒内に第１の位置規制部材と第２の位置規制部材とが設置されており、前記可動レンズの変位は、前記第１の位置規制部材と前記第２の位置規制部材との間の機械的拘束によって制限されることを特徴とする請求項１に記載の磁気結合型レンズ駆動アクチュエータ。
5. 前記ワイヤ部材は形状記憶合金ワイヤからなることを特徴とする請求項１に記載の磁気結合型レンズ駆動アクチュエータ。
6. 前記磁気結合型レンズ駆動アクチュエータは、
   更に、前記形状記憶合金ワイヤを内包する湾曲可能なチューブ部材を有し、
   前記チューブの一端は前記鏡筒に固定され、
   前記チューブの他端は前記形状記憶合金ワイヤの前記磁界発生手段に固定されていない一端に固定され、
   前記形状記憶合金ワイヤが伸縮することにより、前記磁界発生手段と前記鏡筒に固定された前記チューブ部材の一端の相対位置が変化する構成からなる駆動機構を有することを特徴とする請求項４に記載の磁気結合型レンズ駆動アクチュエータ。
7. 前記駆動機構は、前記形状記憶合金ワイヤの伸縮により前記磁界発生手段と前記鏡筒に固定された前記チューブ部材の一端との相対位置が変化する方向と逆方向に力が働くバイアス用弾性体を有することを特徴とする請求項５に記載の磁気結合型レンズ駆動アクチュエータ。

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