JP2017111193A - 撮像装置および内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 移動レンズ枠を駆動する電磁コイルの発熱による高温化および電磁コイルの径方向の大型化を防止して安定した光学特性が得られる撮像装置および内視鏡の提供。【解決手段】 撮像装置１は、固定レンズ１１を保持する固定保持枠１２内で、撮影光軸Ｏに沿って進退自在に内包され、移動レンズ２２を保持する移動枠２１と、移動枠２１の撮影光軸Ｏに沿った方向の２箇所に所定の離間距離を有して並設された少なくとも２つの磁石３１，３２と、固定保持枠１２に巻回されて設けられ、通電に伴い少なくとも２つの磁石３１，３２に対する駆動力を発生して移動枠２１に対して進退駆動力を発生させる３つ以上の駆動コイル３３ａ〜３３ｃと、３つ以上の駆動コイル３３ａ〜３３ｃのうち、少なくとも２つの駆動コイル３３ａ〜３３ｃに異なる方向の電流を通電するように制御する制御部５０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、内部に光学系を有する移動枠を磁力によって前後に移動して光学機能を可変する撮像装置および内視鏡に関する。

内部に光学系を備えた移動枠を光学系の光軸方向の前後に移動させて、光学性能を切り替えることができる撮像装置が周知である。この撮像装置は、カメラの他、カメラ付き通信端末、内視鏡などに設けられている。

例えば、特許文献１には、移動レンズ枠に磁石が設けられ、この磁石に対向する位置に電磁コイルによる磁気的作用で移動レンズ枠の駆動を行う撮像装置および内視鏡が知られている。

特開２０１４−１０６３８９号公報

ところで、内視鏡に設けられる撮像装置は、近年の高光学倍率化に伴い、移動レンズ枠の撮影光軸に沿った移動距離（ストローク）が長くなっている。そのため、撮像装置に設けられる電磁コイルも、撮影光軸方向に長くする必要がある。

しかしながら、電磁コイルを長くすると、その分だけ抵抗値があがるため消費電力が多くなり、電磁コイルの発熱量も増加する。そのため、撮像装置が高温化してしまい、各枠などの部材が膨張することで、光学特性に影響を及ぼすという問題があった。

また、電磁コイルの抵抗値を下げるため、コイル線を太径化すると、電磁コイルの外径が大きくなってしまい、撮像装置が大型化してしまう。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みなされたものあり、移動レンズ枠を駆動する電磁コイルの発熱による高温化および電磁コイルの径方向の大型化を防止して安定した光学特性が得られる撮像装置および内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様における撮像装置は、光学像を形成する光学系と、前記光学系を保持する固定保持枠と、前記固定保持枠内で、撮影光軸に沿って進退自在に内包され、前記光学系の少なくとも一部を保持する移動枠と、前記移動枠の前記撮影光軸に沿った方向の２箇所に所定の離間距離を有して並設された少なくとも２つの磁石と、前記固定保持枠に巻回されて設けられ、通電に伴い前記少なくとも２つの磁石に対する駆動力を発生して前記移動枠に対して進退駆動力を発生させる３つ以上の駆動コイルと、前記３つ以上の駆動コイルのうち、少なくとも２つの前記駆動コイルに反対方向の電流を通電するように制御する制御部と、を具備する。

本発明の一態様における内視鏡は、光学像を形成する光学系と、前記光学系を保持する固定保持枠と、前記固定保持枠内で、撮影光軸に沿って進退自在に内包され、前記光学系の少なくとも一部を保持する移動枠と、前記移動枠の前記撮影光軸に沿った方向の２箇所に所定の離間距離を有して並設された少なくとも２つの磁石と、前記固定保持枠に巻回されて設けられ、通電に伴い前記少なくとも２つの磁石に対する駆動力を発生して前記移動枠に対して進退駆動力を発生させる３つ以上の駆動コイルと、前記３つ以上の駆動コイルのうち、少なくとも２つの前記駆動コイルに反対方向の電流を通電するように制御する制御部と、を備える撮像装置と、前記撮像装置が内蔵される先端部を有する挿入部と、を具備する。

本発明によれば、移動レンズ枠を駆動する電磁コイルの発熱による高温化および電磁コイルの径方向の大型化を防止して安定した光学特性が得られる撮像装置および内視鏡を提供することができる。

本発明の一態様の撮像装置を具備する内視鏡の外観を示す図 同、移動レンズユニットがワイド端に移動した状態の撮像装置の構成を示す断面図 同、移動レンズユニットが中途に移動した状態の撮像装置の構成を示す断面図 同、移動レンズユニットがテレ端に移動した状態の撮像装置の構成を示す断面図 同、コイルを駆動する電気的構成を示すブロック図 同、コイルと磁石の長さ関係の一例を説明するための断面図 同、コイルと磁石の長さ関係の他の例を説明するための断面図 同、移動レンズユニットをテレ方向へ駆動させる状態を示し、コイルと磁石の長さ関係の一例を説明するための断面図 同、移動レンズユニットをテレ方向へ駆動させる状態を示し、コイルと磁石の長さ関係の他の例を説明するための断面図 同、移動レンズユニットをワイド端で静止させた状態を示す断面図 同、移動レンズユニットをテレ端で静止させた状態を示す断面図 同、第１の変形例の撮像装置の構成を示す断面図 同、第１の変形例に係るコイルと磁石の長さ関係の一例を説明するための断面図 同、第１の変形例に係り、移動レンズユニットをワイド端からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図 同、第１の変形例に係り、移動レンズユニットを図１４の状態からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図 同、第１の変形例に係り、移動レンズユニットを図１５の状態からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図 同、第１の変形例に係り、移動レンズユニットを図１６の状態からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図 同、第２の変形例のコイルを駆動する電気的構成を示すブロック図 同、第３の変形例の移動レンズユニットがワイド端で静止した状態の撮像装置の構成を示す断面図 同、第３の変形例の移動レンズユニットが中途で静止した状態の撮像装置の構成を示す断面図 同、第３の変形例の移動レンズユニットがテレ端で静止した状態の撮像装置の構成を示す断面図 同、第４の変形例の１つのセンサの配置位置を説明するための模式図

ここでは、本発明である撮像装置を備えた内視鏡を例に挙げて説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

また、以下の構成説明における撮像装置を備えた内視鏡は、生体の上部または下部の消化器官に挿入するため挿入部が可撓性のある所謂軟性鏡を例に挙げて説明するが、これに限定されることなく、外科用に用いられる挿入部が硬質な所謂硬性鏡にも適用できる技術である。

さらに、撮像装置は、内視鏡などの医療機器に設けられるものに限定されることなく、例えば、カメラ付き携帯電話にも採用することができるものである。

以下、本発明の一態様の撮像装置および内視鏡について、図面に基づいて説明する。
なお、図１は、本発明の一態様の撮像装置を具備する内視鏡の外観を示す図、図２は移動レンズユニットがワイド端に移動した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図３は移動レンズユニットが中途に移動した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図４は移動レンズユニットがテレ端に移動した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図５はコイルを駆動する電気的構成を示すブロック図、図６はコイルと磁石の長さ関係の一例を説明するための断面図、図７はコイルと磁石の長さ関係の他の例を説明するための断面図、図８は移動レンズユニットをテレ方向へ駆動させる状態を示し、コイルと磁石の長さ関係の一例を説明するための断面図、図９は移動レンズユニットをテレ方向へ駆動させる状態を示し、コイルと磁石の長さ関係の他の例を説明するための断面図、図１０は移動レンズユニットをワイド端で静止させた状態を示す断面図、図１１は移動レンズユニットをテレ端で静止させた状態を示す断面図である。

先ず、図１を参照して、本発明に係る撮像装置１を具備する内視鏡１０１の構成の一例を説明する。
本実施形態の内視鏡１０１は、人体など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構成を有している。

なお、内視鏡１０１が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体であっても良いし、機械、建造物などの人工物であっても良い。

内視鏡１０１は、被検体の内部に導入される挿入部１０２と、この挿入部１０２の基端に位置する操作部１０３と、この操作部１０３の側部から延出するユニバーサルコード１０４とで主に構成されている。

挿入部１０２は、先端に配設される先端部１１０、この先端部１１０の基端側に配設される湾曲自在な湾曲部１０９およびこの湾曲部１０９の基端側に配設され操作部１０３の先端側に接続される可撓性を有する可撓管部１０８が連設されて構成されている。

詳しくは後述するが、先端部１１０には、撮像装置１が設けられている。また、操作部１０３には、湾曲部１０９の湾曲を操作するためのアングル操作ノブ１０６が設けられている。

ユニバーサルコード１０４の基端部には、外部装置１２０に接続される内視鏡コネクタ１０５が設けられている。内視鏡コネクタ１０５が接続される外部装置１２０は、モニタなどの画像表示部１２１にケーブルを介して接続されている。

また、内視鏡１０１は、ユニバーサルコード１０４、操作部１０３および挿入部１０２内に挿通された複合ケーブル１１５（不図示）および外部装置１２０に設けられた光源部からの照明光を伝送する光ファイバ束（不図示）を有している。

複合ケーブル１１５は、内視鏡コネクタ１０５と撮像装置１とを電気的に接続するように構成されている。内視鏡コネクタ１０５が外部装置１２０に接続されることによって、撮像装置１は、複合ケーブル１１５を介して外部装置１２０に電気的に接続される。

この複合ケーブル１１５を介して、外部装置１２０から撮像装置１への電力の供給および外部装置１２０と撮像装置１との間の通信が行われる。

外部装置１２０には、画像処理部が設けられている。この画像処理部は、撮像装置１から出力された撮像素子出力信号に基づいて映像信号を生成し、画像表示部１２１に出力する。即ち、本実施形態では、撮像装置１により撮像された光学像（内視鏡像）が、映像として画像表示部１２１に表示される。

なお、内視鏡１０１は、外部装置１２０または画像表示部１２１に接続する構成に限定されず、例えば、画像処理部またはモニタの一部または全部を有する構成であっても良い。

また、光ファイバ束（不図示）は、外部装置１２０の光源部から発せられた光を、先端部１１０の照明光出射部としての照明窓まで伝送するように構成されている。さらに、光源部は、内視鏡１０１の操作部１０３または先端部１１０に配設される構成であってもよい。

次に、本実施の形態の撮像装置１の構成について以下に詳しく説明する。
図２から図４に示す撮像装置１は、固定レンズユニット１０と、移動レンズユニット２０と、駆動装置であるアクチュエータ３０と、図示しない撮像素子などと、を主に有して構成されている。

この撮像装置１には、駆動装置であるアクチュエータ３０の構成要素としての移動レンズユニット２０を一方に引き寄せる磁性部材３５よりなる片寄せ機構と、移動レンズユニット２０の挙動を検出するため、ＦＰＣ３６上に設けられたホール素子などのここでは２つのセンサ３７ａ，３７ｂと、を有している。

なお、撮像素子（不図示）は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどのイメージセンサであって、図示しない撮像素子保持枠に固定され、この撮像素子保持枠が固定レンズユニット１０の後方に連設されている。

固定レンズユニット１０は、対物レンズであって被写体像（光学像）の光を撮像素子（不図示）に向けて集束させて光学像を形成する光学系である第１の固定レンズ１１と、この第１の固定レンズ１１を保持する筒状の保持枠としての第１のレンズ保持枠であって非磁性部材から形成された固定保持枠として第１の固定レンズ枠１２と、固定レンズ枠１２の後方に内嵌された第２のレンズ保持枠であって非磁性部材から形成された固定保持枠としての略筒状の第２の固定レンズ枠１３と、この第２の固定レンズ枠１３に保持された第２の固定レンズ１４と、を有している。

第１の固定レンズ枠１２は、撮影光軸Ｏに沿って細長な筒状に形成されていると共に、撮影光軸Ｏの先端部分に撮像光学部材として、光学絞り１１ａが設けられた第１の固定レンズ１１を保持している。なお、第１の固定レンズ１１は、複数のレンズ群から構成されていてもよい。

移動レンズユニット２０は、磁性部材から形成された略筒状の移動枠である移動レンズ枠２１と、被写体像の光を撮像素子の受光部に集束させて光学像を形成する光学系である移動レンズ２２と、を有している。

移動レンズ枠２１は、前後に外向フランジ２３，２４が形成されており、内部に移動レンズ２２を保持している。なお、移動レンズ２２も、複数のレンズ群から構成されていてもよい。

また、移動レンズ枠２１には、これら外向フランジ２３，２４の対向面側に第１の磁石３１および第２の磁石３２が設けられている。

この移動レンズユニット２０は、固定レンズユニット１０の固定レンズ枠１２に内包され、撮影光軸Ｏに沿った前後方向に移動自在に設けられている。

第２の固定レンズ枠１２は、撮影光軸Ｏに沿って細長な筒状に形成されていると共に、被写体像の光を撮像素子の受光部に集束させて光学像を形成する第２の固定レンズ１４を保持している。なお、第２の固定レンズ１４は、複数のレンズ群から構成されていてもよい。

また、第２の固定レンズ枠１２の後方には、ここでは撮像素子などを保持する図示しない撮像素子保持枠が嵌合される。

本実施の形態の駆動装置としてのアクチュエータ３０は、移動枠の移動レンズ枠２１と、移動レンズ枠２１に設けられた例えば、リング状の第１の磁石３１および第２の磁石３２と、固定レンズ枠１２の外周部に巻回固定された巻方向が同一に設定された駆動コイルとしての電磁コイルである、ここでは３つのソレノイドコイル（以下、単に第１〜第３のコイルという）３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、２つのセンサ３７ａ，３７ｂと、これらセンサ３７ａ，３７ｂが設けられたＦＰＣ３６と、磁性部材３５と、を有し構成されている。

なお、移動レンズ枠２１の前方側に設けられる第１の磁石３１が外周側にＮ極が着磁され、内周側にＳ極が着磁されており、移動レンズ枠２１の後方側に設けられる第２の磁石３２が外周側にＳ極が着磁され、内周側にＮ極が着磁された永久磁石である。

即ち、第１の磁石３１と、第２の磁石３２とでは着磁方向が反対となっている。なお、第１の磁石３１と、第２の磁石３２とで着磁方向が反対となっていれば、第１の磁石３１が内周側にＮ極が着磁されていると共に外周側にＳ極が着磁され、第２の磁石３２が内周側にＳ極が着磁されていると共に外周側にＮ極が着磁されていてもよい。

さらに、第１の磁石３１および第２の磁石３２は、リング状に限定されることなく、移動レンズ枠２１の周方向に沿って周状に複数設けた構成としてもよい。

即ち、第１の磁石３１および第２の磁石３２は、移動レンズ枠２１が進退移動する撮影光軸Ｏに沿った方向に沿って所定の離間距離を有する２箇所において、着磁方向が反対となるように少なくとも２つが並設されていれば良い。

第１の固定レンズ枠１２の外周面に設けられた、駆動コイルを構成している第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃは、互いが電気的に独立しており、それぞれが同一方向に巻回されている。なお、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃは、隣り合うコイルに対して反対方向に巻回された構成としてもよい。

これら第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃは、いずれかの少なくとも２つのコイルへ異なる方向の通電に伴った磁場の発生により、移動レンズユニット２０の第１の磁石３１および第２の磁石３２に対するフレミングの左手の法則によって移動レンズユニット２０に対し駆動力を発生させることで前後に進退駆動させる。

つまり、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃは、それぞれの間に第１の固定レンズ枠１２を介在した状態で、移動レンズユニット２０の移動レンズ枠２１に設けられた第１の磁石３１および第２の磁石３２に対して、いずれか２つへ異なる方向の通電により生じる誘導磁場からフレミングの左手の法則によって移動レンズユニット２０を進退駆動するように対向して設けられている。

なお、固定レンズ枠１２の外周面において、第１のコイル３３ａは、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃよりも先端側に巻回されており、第２のコイル３３ｂが第３のコイル３３ｃよりも先端側に巻回されている。

即ち、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂまたは第３のコイル３３ｃのいずれか２つにそれぞれ向きの異なる電流が通電されると、第１の磁石３１および第２の磁石３２の着磁方向が反対となっているため、第１の磁石３１および第２の磁石３２に対して発生する誘導磁場によって駆動力がフレミングの左手の法則により同一方向に作用することになる。

そして、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂまたは第３のコイル３３ｃのいずれか２つに流す電流の向きを切り替えることで、移動レンズユニット２０が固定レンズ枠１２内において、図３に示すように前方または図４に示すように後方に進退移動する。移動レンズユニット２０の進退移動に伴い、撮像装置１における光学特性が切り替えられる。

さらに、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂまたは第３のコイル３３ｃのいずれか２つに流す電流方向を頻繁に切り替える高周波電流とすることで、移動レンズユニット２０が固定レンズ枠１２内において、所定の位置で静止させることができる。

なお、ここでの撮像装置１は、アクチュエータ３０の駆動によって、移動レンズユニット２０を前後に移動させて、例えば、図３に示すように移動レンズユニット２０が前方（図中矢印Ｆ方向）に移動した状態のワイドおよび図４に示すように移動レンズユニット２０が後方（図中矢印Ｂ方向）に移動した状態のテレの光学特性に切り替える構成となっている。

また、撮像装置１は、固定レンズ１１および移動レンズ２２のレンズ設計などによって、移動レンズユニット２０の前後の停止（静止）位置によるワイドおよびテレの２つの光学特性を逆にしてもよい。

さらに、移動レンズユニット２０を前後に移動させるズーム機能に限定されることなく、被写体のピント調整のための焦点位置を切り替える構成としてもよい。

なお、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂまたは第３のコイル３３ｃからの誘導磁場を受けて、第１の磁石３１および第２の磁石３２を用いた移動レンズユニット２０の撮影光軸Ｏ方向への進退移動構成については周知であるため、その詳しい説明は省略する。

磁性部材３５は、第１の固定レンズ枠１２の外向フランジ部の外周部に固定され、例えば平板状をしており、固定レンズ枠１２の外周に設けられた第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃよりも外径方向に所定の距離離間した位置に配設されている。

そして、磁性部材３５は、移動レンズ枠２１に設けられた第１の磁石３１および第２の磁石３２に対向して設けられることにより、これら第１の磁石３１および第２の磁石３２の間で引力を発生させる。

即ち、磁性部材３５は、移動レンズユニット２０を固定レンズ枠１２の内周面の一方向側に押し付けるように、第１の磁石３１および第２の磁石３２を引き寄せる。

これにより、移動レンズユニット２０は、磁性部材３５との引力によって固定レンズ枠１２の内周面の一方向側に押し付けられた状態で撮影光軸Ｏに沿って前後に移動する。

そのため、撮像装置１は、固定レンズ枠１２の内周面と移動レンズ枠２１の外向フランジ２３，２４の外周面との間に間隙が形成されていたとしても、磁性部材３５による第１の磁石３１および第２の磁石３２との引力により、固定レンズ枠１２内において、移動レンズユニット２０がガタ付くことなく前後に進退移動する構成とすることができる。

なお、２つのセンサ３７ａ，３７ｂが設けられたＦＰＣ３６は、固定レンズ枠１２の外周に設けられた第１のコイル３３ａ，第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃと、磁性部材３５と、の間に介装されている。なお、ＦＰＣ３６は、磁性部材３５に貼着した構成としてもよい。

また、ＦＰＣ３６に実装される２つのセンサ３７ａ，３７ｂは、ここでは移動レンズユニット２０の移動レンズ枠２１に設けられた第１の磁石３１および第２の磁石３２の磁力を検出して撮影光軸Ｏに沿った移動位置、移動速度などの挙動を検出するホール素子などが用いられるが、これに限定されることなく、レーザセンサなどの各種センサであってもよい。

ここで、以上のように構成された撮像装置１において、ＦＰＣ３６に実装された２つのセンサ３７ａ，３７ｂからの検出信号に基づいて、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃを駆動制御する電気的構成要素について以下に簡単に説明する。
図５に示すように、撮像装置１に設けられる第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃのぞれぞれは、制御部５０によって制御されるコイルドライバ回路５１とそれぞれ独立して電気的に接続されている。

なお、制御部５０およびコイルドライバ回路５１は、図１に示した外部装置１２０に搭載してもよいし、内視鏡１０１側の操作部１０３、撮像素子を駆動する撮像素子回路などに搭載してもよい。

コイルドライバ回路５１は、制御部５０からの制御信号に基づいて、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃにそれぞれ供給／停止する電流値および通電方向が制御される。

具体的には、先ず、制御部５０には、ユーザによって、内視鏡１０１の操作部１０３に設けられたスイッチ操作によるワイドまたはテレを切り替える目標位置を指定する制御信号が入力される。

そして、制御部５０は、第１のセンサ３７ａおよび第２のセンサ３７ｂから入力される移動レンズユニット２０の移動位置情報などの検出信号に基づき、コイルドライバ回路５１に第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂまたは第３のコイル３３ｃに供給する電流の通電方向を可変または停止させる制御信号を出力する。

これによりコイルドライバ回路５１は、制御部５０による制御に基づいて、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂまたは第３のコイル３３ｃのいずれか２つに異なる方向の電流を供給する。

即ち、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂまたは第３のコイル３３ｃは、コイルドライバ回路５１から出力された電流の通電によって発生する誘導磁場によってフレミングの左手の法則に基づいた方向の力を第１の磁石３１および第２の磁石３２に与えて移動レンズユニット２０に駆動力を発生させて前後に進退駆動させる。

なお、制御部５０は、移動レンズユニット２０の位置（第１の磁石３１および第２の磁石３２の位置）によって、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂまたは第３のコイル３３ｃで発生する誘導磁場によって生じる推力が安定しないため、各コイル３３ａ〜３３ｃに通電させる電流値を移動レンズユニット２０の位置に応じて変化させる制御を行う。これにより、移動レンズユニット２０の移動速度が一定となるため、操作時の違和感を低減させることができる。

ここで、移動レンズユニット２０を前後に駆動させるための第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃと、第１の磁石３１および第２の磁石３２と、第１の磁石３１および第２の磁石３２の離間距離の長さの関係について、以下に説明する。

詳述すると、図６に示すように、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃの撮影光軸Ｏに沿った方向の長さＣＬとし、第１の磁石３１および第２の磁石３２の撮影光軸Ｏに沿った方向の長さＭＬとし、これら第１の磁石３１および第２の磁石３２の撮影光軸Ｏに沿った方向の離間距離ｄとした場合、各コイル３３ａ〜３３ｃの長さＣＬが各磁石３１，３２の長さＭＬとそれらの離間距離ｄの合計（２ＭＬ+ｄ）よりも短く（ＣＬ＜２ＭＬ+ｄ）なるように設定される。

その理由として、各コイル３３ａ〜３３ｃの長さＣＬが各磁石３１，３２の長さＭＬと離間距離ｄの合計（２ＭＬ+ｄ）以上（ＣＬ≧２ＭＬ+ｄ）にすると、図７に示すように、例えば第２のコイル３３ｂの長さＣＬ範囲内に第１の磁石３１および第２の磁石３２が入ってしまうことで、第２のコイル３３ｂで発生する誘導磁場から第１の磁石３１に生じる前方への推力Ｆｆと第２の磁石３２に生じる後方への推力Ｆｂの向きが逆となり、作用する力も略同じ（Ｆｆ≒Ｆｂ）であるため、それぞれの推力Ｆｆ，Ｆｂが反発し合って駆動力を打ち消し合ってしまうためである。

そのため、１つのコイルの長さ範囲内に第１の磁石３１および第２の磁石３２が入ってしまうと、移動レンズユニット２０が動かなくなってしまうためである。

さらに、図８に示すように、各コイル３３ａ〜３３ｃの長さＣＬは、第１の磁石３１および第２の磁石３２の１つの長さＭＬと離間距離ｄの合計（ＭＬ+ｄ）以下（ＣＬ≦ＭＬ+ｄ）となるように設定される。

その理由として、各コイル３３ａ〜３３ｃの長さＣＬが各磁石３１，３２の１つの長さＭＬと離間距離ｄの合計（ＭＬ+ｄ）よりも長く（ＣＬ＞ＭＬ+ｄ）すると、図９に示すように、例えば、第１のコイル３３ａおよび第２のコイル３３ｂに跨った位置に第１の磁石３１が移動すると、第１のコイル３３ａで発生する誘導磁場を受けて第１の磁石３１に生じる前方への推力Ｆｆと、第２のコイル３３ｂで発生する誘導磁場を受けて第１の磁石３１に生じる後方への推力Ｆｂと、が反発し合って安定した駆動力が得られなくなるためである。

このように各コイル３３ａ〜３３ｃと、各磁石３１，３２と、これら各磁石３１，３２の離間距離を設定することで、撮像装置１は、移動レンズユニット２０に対して前後の一方向にのみに推力が発生するため、移動レンズユニット２０を安定した推力バランスで駆動させることができる。

さらに、図１０および図１１に示すように、例えば、ワイド端およびテレ端の位置で移動レンズユニット２０を停止（静止）保持する状態において、通電している各コイル３３ａ〜３３ｃと各磁石３１，３２の対向している面積Ａ１，Ａ２が最大となるように各コイル３３ａ〜３３ｃおよび移動レンズユニット２０における各磁石３１，３２の位置が設定されている。

これにより、各コイル３３ａ〜３３ｃから発生する誘導磁場を小さくすることができ、各コイル３３ａ〜３３ｃに高周波電流を供給して移動レンズユニット２０を停止させて保持するときの消費電力を低下させることができる。

特に、内視鏡１０１は、移動レンズユニット２０を移動させる時間よりも、移動レンズユニット２０を一定の位置に停止保持する時間が長く、そのときの消費電力を抑えることができる。

なお、移動レンズユニット２０を停止保持する位置は、ワイド端およびテレ端だけでなく、数箇所設定して、その停止位置で通電している各コイル３３ａ〜３３ｃと各磁石３１，３２の対向している面積Ａ１，Ａ２が最大となるように構成することもできる。

以上に説明したように、本実施の形態の内視鏡１０１に設けられる撮像装置１は、高光学倍率化に伴って移動レンズユニット２０の撮影光軸Ｏに沿った移動距離（ストローク）が長くなったとしても、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃを複数、ここでは３つに分けて、いずれか２つのコイルに通電して移動レンズユニット２０を駆動する構成であるため、消費電力も小さくすることができ、各コイル３３ａ〜３３ｃの発熱量も抑制することができる。

したがって、撮像装置１は、各コイル３３ａ〜３３ｃの発熱による高温化が防止され、各枠などの部材が膨張することによる光学特性への影響も低減することができる。

さらに、撮像装置１は、第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃを複数、ここでは３つに分けているため、各コイル３３ａ〜３３ｃのコイル線を太径化する必要もなく、各コイル３３ａ〜３３ｃの外径が大きくなることがないため、大型化も防止することができる。

以上から、本実施の形態の内視鏡１０１に設けられた撮像装置１は、移動レンズユニット２０を駆動する各コイル３３ａ〜３３ｃの発熱による高温化および各コイル３３ａ〜３３ｃの径方向の大型化を防止して安定した光学特性が得られる構成とすることができる。

（第１の変形例）
図１２は、第１の変形例の撮像装置の構成を示す断面図、図１３はコイルと磁石の長さ関係の一例を説明するための断面図、図１４は移動レンズユニットをワイド端からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図、図１５は第１の変形例に係り、移動レンズユニットを図１４の状態からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図、図１６は第１の変形例に係り、移動レンズユニットを図１５の状態からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図、図１７は第１の変形例に係り、移動レンズユニットを図１６の状態からテレ方向へ駆動させる状態を説明するための部分断面図である。

本変形例の撮像装置１は、図１２に示すように、移動レンズユニット２０を駆動する第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂおよび第３のコイル３３ｃは、３つに限定されることなく、複数、第ｎのコイル３３ｎとして、常に移動レンズユニット２０に一定の推力が与えられるような構成としてもよい。

具体的には、図１３に示すように、第１〜第ｎのコイル３３ａ〜３３ｎの撮影光軸Ｏに沿った方向の長さＣＬが第１の磁石３１および第２の磁石３２の１つの長さＭＬの１/２よりも短く（ＣＬ＜ＭＬ/２）、且つ、各磁石３１，３２の離間距離ｄを長さＣＬの整数倍（ｄ＝ｎ×ＣＬ、ｎは自然数）となるように設定されている。

なお、ここでは、各磁石３１，３２の離間距離ｄが第１〜第ｎのコイル３３ａ〜３３ｎの長さＣＬと同じ長さ（ｄ＝ＣＬ）となっている。

このように構成された撮像装置１では、図１４に示すように、移動レンズユニット２０が前方に位置するワイド端から後方のテレ側に移動するとき、第１のコイル３３ａと、第２〜第３のコイル３３ｂ〜３３ｃを飛ばして第４のコイル３３ｄと、に電流が通電され、移動レンズユニット２０が後方に移動し始めると、第２のコイル３３ｂと、第３〜第４のコイル３３ｃ〜３３ｄを飛ばして第５のコイル３３ｅと、に電流が通電するように切替えられる。

そして、センサ３７ａ，３７ｂによる移動レンズユニット２０の位置検出により、図１６に示すように、第２のコイル３３ｂと第５のコイル３３ｅの先端位置と第１の磁石３１および第２の磁石３２の先端位置が一致したとき、図１７に示すように、第３のコイル３３ｃと、第４〜第５のコイル３３ｄ〜３３ｅを飛ばして第６のコイル３３ｆと、に電流が通電するように切替えられる。

このような一連の第１〜第ｎのコイル３３ａ〜３３ｎへの通電制御が行われて、移動レンズユニット２０がワイド端からテレ端に移動する。なお、移動レンズユニット２０をテレ端からワイド端へ移動させるときは、第１〜第ｎのコイル３３ａ〜３３ｎへ逆の通電制御が行われる。

このように移動レンズユニット２０の駆動時において、通電されている２つのコイル（３３ａ〜３３ｎ）と、第１の磁石３１および第２の磁石３２と、が対向している面積Ａ１，Ａ２が常に一定であり、且つ、通電されている２つのコイル（３３ａ〜３３ｎ）と、第１の磁石３１および第２の磁石３２と、が対向する距離が一定となっているため、移動レンズユニット２０に常に一定の推力を生じさせることができる。

また、移動レンズユニット２０を一定の距離移動させるために必要な第１〜第ｎのコイル３３ａ〜３３ｎへ供給する電流値も一定となるため、その通電制御が容易となる。

（第２の変形例）
図１８は、第２の変形例のコイルを駆動する電気的構成を示すブロック図である。
本変形例の撮像装置１は、さらに、図１８に示すように、第１の変形例のようにコイルの数を増やした構成において、コイルドライバ回路５１をＦＰＣ３６に搭載することで、コイル駆動用の通電ケーブルを削減することができる。

これにより、内視鏡１０１に撮像ユニット１を設けても、挿入部１０２の太径化を防止することができる。

なお、コイルの数が３つの撮像装置１の場合においても、コイルドライバ回路５１をＦＰＣ３６に搭載する構成としてもよいことは勿論である。

（第３の変形例）
図１９は、第３の変形例の移動レンズユニットがワイド端で静止した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図２０は移動レンズユニットが中途で静止した状態の撮像装置の構成を示す断面図、図２１は移動レンズユニットがテレ端で静止した状態の撮像装置の構成を示す断面図である。

本変形例の撮像装置１は、図１９に示すように移動レンズユニット２０がワイド端に位置する通常倍率、図２０に示すように、移動レンズユニット２０が中途に位置する例えば、５０倍ズームおよび図２１に示すように、移動レンズユニット２０がテレ端に位置する例えば、１００倍ズームの３箇所に移動レンズユニット２０を移動して３段階に切り替えるズーム光学系を備えた構成となっている。

ところで、通常、５０倍ズームおよび１００倍ズームの３段階に切り替えた構成の撮像装置１では、移動レンズユニット２０の移動量が、通常から５０倍ズームに移動する距離に対して、５０倍ズームから１００倍ズームに移動する距離が短くなる。

そのため、ここでの撮像装置１は、４つのコイル３３ａ〜３３ｄの撮影光軸Ｏに沿った方向の長さがワイド側から望遠ズーム側のテレ側へ短くなるように設定されている。即ち、ワイド側からテレ側に向かって第１のコイル３３ａ、第２のコイル３３ｂ、第３のコイル３３ｃおよび第４のコイル３３ｄの順で、撮影光軸Ｏに沿った方向の長さが短くなっている。

また、最も望遠ズーム側のテレ端側に配置される第４のコイル３３ｄと第１の磁石３１および第２の磁石３２の撮影光軸Ｏに沿った方向の長さ関係は、第４のコイル３３ｄの長さＣＬ１（図１９参照）が第１の磁石３１および第２の磁石３２の長さＭＬ（図１９参照）以上（ＣＬ１≧ＭＬ）に設定されている。

さらに、最も望遠ズーム側のテレ端側から１つ手前のワイド側に配置される第３のコイル３３ｃと第１の磁石３１および第２の磁石３２の撮影光軸Ｏに沿った方向の長さ関係は、第３のコイル３３ｃの長さＣＬ２（図１９参照）が第１の磁石３１および第２の磁石３２の１つの長さＭＬとそれらの離間距離ｄ（図１９参照）の合計（ＭＬ+ｄ）以上（ＣＬ２≧ＭＬ+ｄ）に設定されている。

このように構成することで、上記実施の形態の図１０および図１１で説明したように、例えば、倍率通常のワイド端、倍率５０倍ズームおよび倍率１００倍ズームのテレ端のそれぞれの位置で移動レンズユニット２０を停止保持する状態において、通電している各コイル３３ａ〜３３ｄと各磁石３１，３２の対向している面積が最大にすることができる。

これにより、各コイル３３ａ〜３３ｄから発生する誘導磁場を小さくすることができ、各コイル３３ａ〜３３ｃに高周波電流を供給して移動レンズユニット２０を停止させて保持するときの消費電力を低下させることができる。

さらに、第１の変形例のように、撮影光軸Ｏに沿った方向の長さが短いコイルを多く配置する構成に比して、コイル数が減るため通電する配線数を削減することができる。

なお、ここでは、通常、５０倍ズームおよび１００倍ズームの３段階に切り替える構成を説明したが、これに限定されることなく、複数段階に切り替えるズーム光学系としてもよい。

（第４の変形例）
図２２は、第４の変形例の１つのセンサの配置位置を説明するための模式図である。
本変形例では、第１の磁石３１および第２の磁石３２の磁界を検出して、移動レンズユニット２０の位置を検出するセンサ３７（ａ，ｂ）を１つにして、消費電力を低減させる構成について図２２に基づいて説明する。

移動レンズユニット２０の移動する距離が長く、第１の磁石３１および第２の磁石３２の磁界検出範囲が広がると、位置検出精度が低下するホール素子などセンサ３７を用いる場合、センサ３７を移動レンズ２２の位置の変化によって画像への影響が大きいテレ端側に配置することで、センサ３７が１つでも所望の画質を得られる構成とすることができる。

即ち、図２２に示すように、移動レンズユニット２０に設けられる第１の磁石３１および第２の磁石３２の可動範囲において、センサ３７の検出精度が高い範囲でテレ端に移動した第１の磁石３１および第２の磁石３２の磁界を検出できる位置にセンサ３７が配置される。

なお、第１の磁石３１および第２の磁石３２の可動範囲において、ワイド端側にセンサ３７の検出精度が低い範囲が含まれるが、移動レンズユニット２０がワイド端に移動したときに検出する粗い位置精度でも画像への影響が少ない。

このように、センサ３７は、１つでも、画像への影響が大きいテレ端側に配置して、移動レンズユニット２０がテレ端に移動したときに検出する位置精度が高ければ、所望の画質を得られる構成となる。

このようにセンサ３７を１つとすることで、複数のセンサ３７を駆動させる場合に比して、消費電力を低減させることができる。
なお、本実施例で述べた片寄せ機構は、磁性部材３５に限定されるものでは無く、バネにより直接移動レンズユニット２０を一方に押し付ける構成であっても良い。

以上の各実施の形態に記載した発明は、それら実施の形態および変形例に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。

例えば、各実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。

１…撮像装置
１０…固定レンズユニット
１１…第１の固定レンズ
１２…第１の固定レンズ枠
１３…第２の固定レンズ枠
１４…第２の固定レンズ
２０…移動レンズユニット
２１…移動レンズ枠
２２…移動レンズ
２３，２４…外向フランジ
３０…アクチュエータ
３１…第１の磁石
３２…第２の磁石
３３ａ…第１のコイル（ソレノイドコイル）
３３ｂ…第２のコイル（ソレノイドコイル）
３３ｃ…第３のコイル（ソレノイドコイル）
３５…磁性部材
３７ａ，３７ｂ…センサ
５０…制御部
５１…コイルドライバ回路
１０１…内視鏡
１０２…挿入部
１０３…操作部
１０４…ユニバーサルコード
１０５…内視鏡コネクタ
１０６…アングル操作ノブ
１０８…可撓管部
１０９…湾曲部
１１０…先端部
１１５…複合ケーブル
１２０…外部装置
１２１…画像表示部
Ｏ…撮影光軸

Claims (9)

1. 光学像を形成する光学系と、
   前記光学系を保持する固定保持枠と、
   前記固定保持枠内で、撮影光軸に沿って進退自在に内包され、前記光学系の少なくとも一部を保持する移動枠と、
   前記移動枠の前記撮影光軸に沿った方向の２箇所に所定の離間距離を有して並設された少なくとも２つの磁石と、
   前記固定保持枠に巻回されて設けられ、通電に伴い前記少なくとも２つの磁石に対する駆動力を発生して前記移動枠に対して進退駆動力を発生させる３つ以上の駆動コイルと、
   前記３つ以上の駆動コイルのうち、少なくとも２つの前記駆動コイルに反対方向の電流を通電するように制御する制御部と、
   を具備することを特徴とする撮像装置。
2. 前記駆動コイルが３つであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. １つの前記駆動コイルの前記撮影光軸に沿った方向の長さが前記２つの磁石の前記撮影光軸に沿った方向の長さと前記少なくとも２つの磁石の前記所定の離間距離の合計よりも短く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. １つの前記駆動コイルの前記撮影光軸に沿った方向の長さが前記少なくとも２つの磁石の１つの前記撮影光軸に沿った方向の長さと前記所定の離間距離の合計以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記３つ以上の駆動コイルの少なくとも２つに高周波電流を通電させて前記移動枠を停止保持した状態において、通電している少なくとも２つの前記駆動コイルと前記少なくとも２つの磁石とが対向している面積が最大となるように前記３つ以上の駆動コイルおよび前記移動枠における前記少なくとも２つの磁石の位置が設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記撮影光軸に直交する方向に前記移動枠を前記保持枠の前記一方向側に寄せる片寄せ機構を備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記少なくとも２つの磁石の磁力を検出することにより前記移動枠の移動位置を検出するセンサを有していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記移動枠の移動によってワイドとテレを切り替えるズーム光学系を備え、
   前記センサは、１つであって、前記移動枠がテレ端に移動したときに、前記少なくとも２つの磁石の磁界を検出精度が高い範囲内で検出できるテレ側の位置に配設されていることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の撮像装置と、
   前記撮像装置が内蔵される先端部を有する挿入部と、
   を具備することを特徴とする内視鏡。

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