JP4060046B2 - Lens drive device - Google Patents
Lens drive device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4060046B2 JP4060046B2 JP2001139885A JP2001139885A JP4060046B2 JP 4060046 B2 JP4060046 B2 JP 4060046B2 JP 2001139885 A JP2001139885 A JP 2001139885A JP 2001139885 A JP2001139885 A JP 2001139885A JP 4060046 B2 JP4060046 B2 JP 4060046B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- driving device
- linkage member
- lens driving
- optical axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズ焦点調節機構として用いられるレンズ駆動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
内視鏡や顕微鏡等の観察装置や、電子スチルカメラやビデオカメラ等の撮影装置においては、一体的に組みこまれる対物レンズ機構の小型化が望まれている。具体的には、内視鏡においては体内器官に挿入される可撓管の先端面に対物レンズが組み込まれており、患者の苦痛を和らげるために可撓管の小径化、即ち対物レンズ機構の小径化が課題である。また、電子スチルカメラ等の撮影機器においてはカメラボディの小型化・軽量化、およびデザインの点から構成部品の配置の自由度の向上が常に要求されていることであり、これらの要求に応えるためには対物レンズ機構の小型化は必要である。
【0003】
内視鏡等では、対物レンズ機構は被写体深度の深い固定焦点レンズを組み付けることにより構成され、これにより小型化および構成の単純化を図っている。しかし固定焦点式の場合、被写体に近づいて被写体像を拡大するとピントが甘くなることが問題であり、小型のレンズ駆動装置による焦点調節機能やズーム機能が求められる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のレンズの焦点調節機構の場合、対物レンズの外周を保持するレンズ保持枠と、さらにその外側でレンズ保持枠を光軸に沿って進退させる駆動伝達機構、例えばモータの回転をレンズ保持枠に伝達させる複数の歯車とが必要であるため、小型化、特に小径化が難しいという問題がある。
【0005】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、対物レンズ焦点調節機構を小径化することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円筒形外筒の先端に支持され、円筒形外筒の軸心に一致する光軸に沿って進退可能な光学系と、円筒形外筒の内径より小径のロータを備え、ロータを円筒形外筒の内側で転動させると共に自転させるワブルモータ機構と、ロータの運動を光学系の光軸方向に沿う直進運動に変換する連係部材とを備えることを最も主要な特徴とする。
【0007】
ワブルモータ機構は、円筒形外筒の内周面に周方向に等分割された駆動電極と、駆動電極の内側に遊動自在に挿通する導電体のロータとを備え、駆動電極の電圧印加位置を周方向に順次移動させることによりロータを回転させる静電ワブルモータであってもよい。さらに、ワブルモータ機構が、円筒形外筒の内周面に固定されて内側にロータが挿通する環状の共通電極を備え、ロータに常時接するように構成してもよい。
【0008】
またワブルモータ機構は、円筒形外筒の内周面に周方向に均等に配設された複数の駆動磁極と、磁束を発生させるための界磁コイルと、駆動磁極の内側に遊動自在に挿通する磁性体のロータとを備え、磁束を発生させるべき駆動磁極を周方向に順次切り換えることによりロータを回転させる電磁ワブルモータであってもよい。
【0009】
レンズ駆動装置の連係部材は、ロータの偏心を打ち消し、ロータの自転運動のみを光軸方向の運動に変換して光学系に伝達することが好ましい。さらに詳しくは、例えば連係部材が、ロータに対して光軸に垂直な第1軸線に沿って相対移動自在に遊嵌する第1連係部材と、第1連係部材に対して光軸および第1軸線に垂直な第2軸線に沿って相対移動自在に遊嵌する第2連係部材と、第2連係部材に対して光軸方向に相対移動自在に遊嵌する第3連係部材とを備える。
【0010】
第1連係部材には第1軸線に沿って伸びる第1長穴が形成され、ロータには第1長穴にガイドされて第1軸線に沿って相対移動する第1ピンが設けられ、第2連係部材には第2軸線に沿って延びる第2長穴が形成され、第1連係部材には第2長穴にガイドされて第2軸線に沿って相対移動する第2ピンが設けられ、またさらに第2連係部材には光軸方向に伸びる第3長穴が形成され、第3連係部材には第3長穴にガイドされて光軸方向に相対移動する第3ピンが設けられることが好ましい。第3連係部材は、光学系を一体的に保持すると共に円筒形外筒によりヘリコイド支持されてもよい。また、これら連係部材が円筒形外筒により光軸方向に位置決めされていてもよい。
【0011】
レンズ駆動装置は内視鏡の先端に設けられてもよく、このときロータおよび連係部材にはイメージガイドファイバへ光を入射させるための円形穴がそれぞれ形成される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【0013】
図1は、本実施形態のレンズ駆動装置を適用した内視鏡を示す図であって、内視鏡の先端部を拡大して示す斜視図である。内視鏡10の先端面10aには、生体器官の内壁面などの被写体に照明光を供給するための2つの照明窓12と、これら照明窓12の間に設けられ被写体からの反射光が入射する観察窓14とが設けられる。さらに内視鏡先端面10aには、送気送水口16と、処置具を挿通させるための鉗子孔18とが設けられる。
【0014】
内視鏡10の内部には図示しない光源から照明光を照明窓12へ導くためのライトガイドファイバ(図示せず)と、反射光を図示しない接眼部へ導くためのイメージガイドファイバ20とが延在しており、イメージガイドファイバ先端面20aと観察窓14との間には焦点調節のための可動レンズ22を備えた対物レンズ系が設けられる。
【0015】
図2および図3は、本発明によるレンズ駆動装置の第1実施形態を示す図である。図2はレンズ駆動装置を光軸に平行な断面で切断したときの端面図であり、上半分は可動レンズ22の退避状態を示し、下半分は可動レンズ22の進出状態を示す。図3はレンズ駆動装置の外筒以外の構成を示す分解斜視図である。
【0016】
可動レンズ22は円筒状のレンズ保持枠30に嵌着され、このレンズ保持枠30は円筒形の外筒24の先端開口部にヘリコイド支持され、外筒24の軸心に一致する光軸L1に沿って進退可能である。即ち、レンズ駆動装置はレンズ保持枠30の外周面に形成された雄ねじ部32と、外筒先端部25の内周面に形成された雌ねじ部26とから成るヘリコイドねじ機構34を備え、レンズ保持枠30が光軸L1周りに相対回転すると、この回転運動がヘリコイドねじ機構34によって光軸L1に沿う直進運動に変換され、レンズ保持枠30即ち可動レンズ22が光軸L1に沿って進退してイメージガイドファイバ先端面20aとの距離を変化させる。
【0017】
イメージガイドファイバ20と外筒24との間には、可撓性合成樹脂素材から形成されるイメージファイバ支持筒28が設けられる。イメージファイバ支持筒28はイメージガイドファイバ20を物理的に保護するものであり、その先端面28aは光軸L1に垂直な環状面であり、イメージガイドファイバ先端面20aから後方(図2の右方)に位置している。レンズ保持枠30を支持する外筒先端部25は、外筒24の本体部分より小さい径で形成され、イメージファイバ支持筒28の先端面28aと外筒先端部25との間には、ワブルモータ機構40、このワブルモータ機構40の回転駆動力をレンズ保持枠30に伝達する第1連係部材50および第2連係部材60が設けられる。ワブルモータ機構40の回転駆動力は、第1連係部材50、第2連係部材60、第3連係部材であるレンズ保持枠30に順に伝達され、これにより可動レンズ22が回転しつつ進退し、対物レンズ系の焦点位置が調節される。
【0018】
ワブルモータ機構40は、外筒24の内周面に固定された駆動電極44および共通電極46からなる円筒状のステータと、導電体であるロータ42とを備える静電ワブルモータであり、駆動電極44の電圧印加位置を換えることによりロータ42を引き付ける静電吸引力を周方向に変化させてロータ42を転動させる。駆動電極44は周方向に6個の電極要素44a、44b、44c、44d、44eおよび44fに等分割されており、隣り合う電極要素間には所定の隙間が設けられて相互に電気的に絶縁されている。共通電極46は外筒24の内周面に設置された円環部材であり、駆動電極44から光軸L1方向にある程度離れている。駆動電極44の内径および共通電極46の内径は共に等しく、円筒状のロータ42の外径はこれら内径より小さい値に設定される。ロータ42の軸長さは駆動電極44および共通電極46の軸長さの合計より長く、ロータ42は駆動電極44および共通電極46の双方の内側に遊動自在に挿通する。
【0019】
ロータ42と駆動電極44とが電気的に導通しないように、ロータ42の駆動電極44に対向する部位は絶縁皮膜41によって被覆される。絶縁皮膜41は駆動電極44の内周面に設けても差し支えない。ロータ42の共通電極46に対向する部位には絶縁皮膜は設けられず、ロータ42と共通電極46とは常時接し、導通している。なお、駆動電極44と共通電極46との間、あるいは各電極要素44a〜f間には絶縁性スペーサを設けて電気的に絶縁してもよい。
【0020】
電極要素44a〜44fのいずれか1つと共通電極46とに電圧を印加すると、ロータ42と電圧が印加されている電極要素との間には静電力が発生し、ロータ42は電圧が印加されている電極要素に吸引される。従って、電圧を印加すべき電極要素を周方向、例えば矢印X方向(44a→44b→44c→44d→44e→44f)に順次切り換えると、ロータ42は光軸L1から偏心しつつX方向に転動し、同時にロータ軸心L2を中心に転動方向とは逆方向であるY方向に自転する。
【0021】
ロータ42のレンズ側端面43には、可動レンズ22側へ突出した一対の第1ピン45aおよび45bが植設される。この一対の第1ピン45aおよび45bはロータ軸心L2に垂直な第1軸線L3上にあって、かつロータ軸心L2に関して互いに点対称の位置にある。第1ピン45aおよび45bは、第1連係部材50に形成された一対の第1長穴52aおよび52bにそれぞれ遊嵌する。
【0022】
第1連係部材50は、中央に円形穴56が穿設された円板部材であり、その外径はロータ42の外径より大きく、外筒24の内径より小さい。第1連係部材50はロータ42のレンズ側端面43に密着し、このとき第1長穴52aおよび52bに第1ピン45aおよび45bが係合する。第1長穴52aおよび52bは第1連係部材50の中心に関して互いに点対称の位置にあり、径方向に沿って延び、その穴幅は第1ピン45aおよび45bの直径に略等しい。
【0023】
従って、ロータ42が転動しつつ自転すると、第1ピン45aおよび45bが第1長穴52aおよび52bにガイドされて、第1連係部材50は周方向に関してはロータ42とともに一体回転するが、第1ピン45aおよび45bの長手方向に一致する第1軸線L3に関してはレンズ側端面43に摺接しつつ相対移動する。このように、ロータ42の第1軸線L3方向に関する偏心は、第1ピン45aおよび45b、第1長穴52aおよび52bによって打ち消される。
【0024】
第1連係部材50のレンズ側端面53には、可動レンズ22側へ突出した一対の第2ピン54aおよび54bが植設され、この一対の第2ピン54aおよび54bは第1連係部材50の中心に関して互いに点対称の位置にある。第2ピン54aおよび54bを結ぶ直線は、第1軸線L3および光軸L1に垂直な第2軸線L4に沿って延びる、即ち第2ピン54aおよび54bは第1長穴52aおよび52bからそれぞれ周方向に90度離れた位置にある。第2ピン54aおよび54bは、第2連係部材60に形成された一対の第2長穴62aおよび62bにそれぞれ遊嵌する。
【0025】
第2連係部材60は、底面中央に円形穴66が穿設された有底筒状部材であり、その外径は外筒24の内径に略等しく、外筒24によって回転自在に支持される。第2連係部材60の環状底面部63は第1連係部材50のレンズ側端面53に密着し、このとき底面部63に穿設された第2長穴62aおよび62bに第2ピン54aおよび54bが係合する。第2長穴62aおよび62bは第2連係部材60の軸心に関して互いに点対称の位置にあり、径方向に沿って延び、その穴幅は第2ピン54aおよび54bの直径に略等しい。
【0026】
ロータ42とともに第1連係部材50が回転すると、第2ピン54aおよび54bが第2長穴62aおよび62bにガイドされて、第2連係部材60は周方向に関して第1連係部材50とともに一体回転する。第2連係部材60の円筒部61は外筒24の内周面に全周にわたって接しており、第2連係部材60の第2軸線L4に沿う相対移動は許容されていない。しかし、第1連係部材50が光軸L1に対して第2軸線L4方向へ偏心すると、第2ピン54aが第2長穴62a内で、また第2ピン54bが第2長穴62b内で第2軸線L4に沿って相対移動してこの偏心が打ち消さる。
【0027】
このように、ロータ42は光軸L1に対して偏心しつつ自転するが、第1ピン45a、45bと第1長穴52a、52b、第2ピン54a、54bと第2長穴62a、62bによって、互いに直交する第1軸線L3方向および第2軸線L4方向についてそれぞれ自転中心の偏心が打ち消される、即ち光軸L1に垂直な2次元平面に関する偏心が打ち消されるので、レンズ保持枠30には光軸L1周りの回転のみが伝達される。
【0028】
ロータ42、第1連係部材50および第2連係部材60は、イメージファイバ支持筒28の先端面28aと外筒先端部25とによって挟持されており、光軸L1方向に位置決めされているが、ロータ42、第1連係部材50および第2連係部材60がそれぞれ円滑に相対回転できる程度のクリアランス(図示せず)が設けられる。
【0029】
第2連係部材60の円筒部61には、光軸L1に平行に延びる第3長穴64aおよび64bが穿設される。一対の第3長穴64aおよび64bは互いに光軸L1に関して点対称の位置にある。一方、第3連係部材であるレンズ保持枠30には、その外周面から径方向外側に突出する第3ピン34aおよび34bが植設される。第3ピン34aおよび34bはそれぞれ第3長穴64aおよび64bに遊嵌する。円筒部61の内径はレンズ保持枠30の外径より僅かに大きく、円筒部61およびレンズ保持枠30は第3長穴64aと第3ピン34a、第3長穴64bと第3ピン34bとにおいてのみ係合する。第3長穴64aおよび64bの幅は第3ピン34aおよび34bの直径に略等しく、周方向に関しては第2連係部材60およびレンズ保持枠30は一体的に回転する。
【0030】
第2連係部材60が回転すると、レンズ保持枠30は光軸L1周りに回転させられ、このときヘリコイドねじ機構34(雄ねじ部32および雌ねじ部26)によって、光軸L1方向への直進運動に変換される。このとき、第3ピン34aおよび34bはそれぞれ第3長穴64aおよび64bにガイドされつつ光軸L方向に相対移動し、レンズ保持枠30は光軸L方向に相対移動する。
【0031】
図4はワブルモータ機構40の駆動系を示す図である。ワブルモータ機構40の駆動系は、直流電源102、切換回路104および発振器(図示せず)を備えたシステムコントローラ106から成り、これらは内視鏡10に接続されるプロセッサ100に設けられる。駆動電極44の各電極要素44a〜fは駆動電極用ケーブル110を介して切換回路104にそれぞれ接続される。
【0032】
切換回路104が、システムコントローラ106の指令信号に基づいて直流電源102によって与えられる駆動電圧を各電極要素44a〜fに順次印加すると、ロータ42が転動する。システムコントローラ106から与えられる指令信号には、ロータ42の転動方向(電極要素に駆動電圧を印加する順番)および転動量(駆動電圧の切換回数)に関する情報が含まれる。
【0033】
共通電極46は直流電源102の接地端子に共通電極用ケーブル108を介して直接接続されている。これにより、ロータ42は常に駆動電極44のどれかに圧接されるので、滑り落ち等が防止され、トルクを確実に可動レンズ22側へ伝達できる。
【0034】
図5はワブルモータ機構40の各駆動電極44a〜fに印加する電圧および可動レンズ位置の変化の一例を示すタイミングチャート、図6は、図5に示す順番で電極要素に電圧を印加したときのロータ42の位置変化を示す図であって図2のVI−VI線断面における端面図である。図5の(A)〜(G)は、図6(A)〜図6(G)にそれぞれ対応する。なお、図6において電圧が印加されている電極要素はハッチングで示される。
【0035】
ロータ42の各電極要素44a〜fにはパルス状の電圧が印加される。ロータ42をY方向に自転させる場合には、電極要素44a→44b→44c→44d→44e→44f→44aの順(図6(A)→図6(G)の順)に、一定時間ずつ電圧を印加し、ロータ42をX方向に転動させる。ロータ42は電圧が切り換えられる毎にY方向に角度θ(rad)ずつ自転し、可動レンズ22が繰り出されて、より近距離の被写体にピントが合うようになる。角度θの自転を1ステップと定義すると、ロータ42は6ステップで1回公転し、角度6・θだけ自転する。角度θは、ロータ42の外径をr、駆動電極44および共通電極46の内径をRとすると、{6・θ=2π・(R−r)/r}となる。
【0036】
一方、ロータ42をX方向に自転させる場合には、図5の逆順、即ち44a→44f→44e→44d→44c→44b→44aの順(図6(G)→図6(A)の順)に電圧を印加し、ロータ42をY方向に転動させればよい。
【0037】
ロータ42と駆動電極44および共通電極46とは転がり接触するので、その間に発生する転がり摩擦力は極めて小さく、ロータ42と駆動電極44および共通電極46間の静止摩擦係数を大きくしておけば大きなトルクを出力できる。言い換えると、静止摩擦係数と静電力による接触力とを大きくして静止摩擦力を大きく設定しないとスリップを起こし、大きなトルクが出せない。
【0038】
ロータ42のレンズ側端面43には、イメージガイドファイバ20の直径よりも大きい直径の円形穴、具体的にはイメージガイドファイバ20の直径に最大偏心量を加算した値より大きい直径の円形穴47が形成される。これにより、ロータ42がいずれの位置にあってもレンズ側端面43がイメージガイドファイバ端面20aに至る光路を遮ることはない。
【0039】
図7は、図5に示す順番で電極要素に電圧を印加したときの第1連係部材50の位置変化を示す図であって図2のVII−VII線断面における端面図である。図7(A)〜図7(G)は、図5の(A)〜(G)にそれぞれ対応する。
【0040】
ロータ42が角度θずつ時計回り回転すると、第1ピン45aおよび45bが第1長穴52aおよび52bの側面を押し、第1連係部材50は角度θずつ時計回り回転する。第1軸線L3およびこれと直角を成す第2軸線L4も角度θずつ時計回り回転し、第2軸線L4上に位置する第2ピン54aおよび54bも第1連係部材50の中心周りに角度θずつ時計回り回転する。このとき、第1ピン45aおよび45bは第1長穴52aおよび52bにガイドされて第1軸線L3に沿って移動し、これにより第1連係部材50の回転中心の光軸L1に対する第1軸線L3に関するずれが打ち消される。
【0041】
第1連係部材50の円形穴56は可動レンズ22からイメージガイドファイバ20に至る光路より大きく、第1連係部材50がいずれの位置にあってもイメージガイドファイバ端面20aへ入射する光を遮ることはない。
【0042】
図8は、図5に示す順番で電極要素に電圧を印加したとき第2連係部材60の位置変化を示す図であって図2のVIII−VIII線断面における端面図である。図8(A)〜図8(G)は、図5の(A)〜(G)にそれぞれ対応する。第1連係部材50の位置は破線で示される。
【0043】
第1連係部材50が角度θずつ時計回り回転すると、第2ピン54aおよび54bが第2長穴62aおよび62bの側面を押し、第2連係部材60は角度θずつ時計回り回転する。このとき、第2ピン54aおよび54bは第2長穴62aおよび62bにガイドされて第2軸線L4に沿って移動し、これにより第2連係部材60の回転中心の光軸L1に対する第2軸線L4に関するずれが打ち消される。従って、第3ピン64a、64bおよびこれに係合するレンズ保持枠30は光軸L1を中心に角度θずつ時計回り回転する。
【0044】
第2連係部材60の円形穴66は可動レンズ22からイメージガイドファイバ20に至る光路より大きく、第2連係部材60がいずれの位置にあってもイメージガイドファイバ端面20aへ入射する光を遮ることはない。
【0045】
このように、第1実施形態においては、ステータ(44、46)の内径より小径のロータ42を転動させることによってロータ42を自転させ、この自転を駆動力として活用している。ロータ42から出力される回転駆動力の回転中心は光軸L1に対して偏心しているが、第1および第2連係部材50、60によってこの偏心が光軸L1に垂直な2次元方向に関して打ち消され、回転中心が光軸L1に一致させられるので、レンズ保持枠30に光軸L1を中心とする回転駆動力を与えることができる。従って、レンズ保持枠30は光軸L1を中心に1ステップ当たり角度θだけ回転することができる。
【0046】
第1実施形態によると、可動レンズ22を光軸L1方向に進退させる駆動機構にワブルモータ機構40を採用することにより高トルク出力が可能となり、内視鏡などに好適な小型のレンズ駆動装置が得られる。また、ロータ42およびステータである駆動電極44および共通電極46を環状に形成しているので、イメージガイドファイバ20をロータ42内に挿通させて外筒24内の空間を有効に利用でき、小径化、即ち外径寸法を抑えることが可能となる。さらに、第1連係部材50を円環板状部材、第2連携部材60を有底筒状部材に形成しているので、イメージガイドファイバ先端面20aと可動レンズ22との距離が縮まるので、光量のロスを少なくできる。
【0047】
なお、第1実施形態では電極要素は6個であるが、特に数に限定はなく6個より多くてもよい。電極要素数を多くすれば、ロータ42の1ステップ当たりの回転角度θが小さく成り、可動レンズ22を滑らかに進退させることができ、また高精度に位置決めできる。
【0048】
次に、図9および図10を参照して本発明によるレンズ駆動装置の第2実施形態を説明する。図9はレンズ駆動装置を光軸に平行な断面で切断したときの端面図であり、上半分は可動レンズの退避状態を示し、下半分は可動レンズの進出状態を示している。図10はレンズ駆動装置の構成を示す分解斜視図であり、可動レンズ、レンズ保持枠、第1および第2連係部材は図示されない。
【0049】
第2実施形態のレンズ駆動装置は、ワブルモータ機構が電磁ワブルモータである点以外は第1実施形態と同じ構成を備えており、同じ構成については符号に200を加算して示し、説明を省略する。
【0050】
ワブルモータ機構240は、外筒24の内周面に固定された駆動磁極244を有する円筒状のステータと、磁性体であるロータ242とを備える電磁ワブルモータであり、駆動磁極244の励磁位置を換えることによりロータ242を引き付ける磁気吸着力を周方向に変化させてロータ242を転動させる。駆動磁極244は周方向に均等に配された12個の磁極要素270N1、270S1、280N1、280S1、290N1、290S1、270N2、270S2、280N2、280S2、290N2および290S2から成り、隣り合う磁極要素間には所定の隙間が設けられる。円筒状のロータ242の外径は駆動磁極244の内径より小さく、ロータ242は駆動磁極244の内側に遊動自在に収容される。
【0051】
ロータ242の奥には、3つの同寸法形状のボビン部272、282および292が光軸L1に沿ってロータ242側から順に直列に配され、各ボビン部272、282および292の外周にはそれぞれ界磁コイル276、286および296が巻回される。第1、第2および第3ボビン部272、282および292は磁性体から形成され、ロータ242と第1ボビン部272との間、第1ボビン部272と第2ボビン部282との間、第2ボビン部282と第3ボビン部292との間にはそれぞれ絶縁体の円環スペーサ274が設けられ、相互間が磁気的に絶縁されている。3つの円環スペーサ274はそれぞれボビン部272、282および292の内径と等しい円形穴を有し、その外径はボビン部272、282および292の外径より大きい。
【0052】
4つの磁極要素270N1、270S1、270N2および270S2は、第1ボビン部276からそれぞれ光軸L1に平行に延びた扇形断面の短冊状磁性部材である。磁極要素270N1および270N2は、第1ボビン部276のロータ側フランジ(図10中左方側)の外周縁からロータ242に向かって延び、互いに光軸Lに関して点対称の位置にある。磁極要素270N1および270N2は共に等しい軸長さ即ち光軸L1方向に関する長さを有し、この軸長さはロータ242の外周を覆うのに十分な長さである。磁極要素270S1および270S2は、第1ボビン部276の内視鏡基端側フランジ(図10中右方側)の外周縁からロータ242に向かって延び、それらの軸長さは共に等しくかつ磁極要素270N1および270N2の軸長さよりボビン部272の軸長さ分だけ長い。即ち、4つの磁極要素270N1、270S1、270N2および270S2の先端面は光軸L1に垂直な同一平面上に位置する。
【0053】
第1界磁コイル276には一定方向の電流が流れ、このとき4つの磁極要素270N1、270S1、270N2および270S2は励磁されて、磁極要素270N1および270N2がN極に、磁極要素270S1および270S2がS極となる。極性の異なる磁極要素270N1(N極)と磁極要素270S1(S極)、あるいは磁極要素270N2(N極)と磁極要素270S2(S極)とが隣り合っているのでN極−S極間に磁束が発生し、磁性体であるロータ42が、磁極要素270N1および270S1、または磁極要素270N2および270S2に引き付けられる。
【0054】
このように、第1界磁コイル274と、第1ボビン部276と、4つの磁極要素270N1、270S1、270N2および270S2とによって第1ステータ270が構成される。第2ステータ280および第3ステータ290についても同様の構成であるため詳述はしないが、全磁極要素の先端面が光軸L1に垂直な同一平面に一致するように各磁極要素の軸長さはそれぞれ異なっており、ロータ242から最も遠い第3ステータ290の内視鏡基端側フランジから延びる290S1および290S2の軸長さが最も長い。光軸L1周りにおいては、N極となるべき磁極要素とS極となるべき磁極要素とが交互に並ぶように配される、例えばX方向に沿って第1ステータ270の磁極要素270S1の隣には第2ステータ280の磁極要素280N1、280S1が順に配され、さらにその隣に第3ステータ290の磁極要素290N1、290S1が順に配される。
【0055】
図11はワブルモータ機構240の駆動系を示す図である。なお、図11では円環スペーサ274は省略される。ワブルモータ機構240の駆動系は、プロセッサ300に設けられた直流電源302、切換回路304および発振器(図示せず)を備えたシステムコントローラ306から成る。第1〜第3界磁コイル276、286、296は、切換回路304を介してそれぞれ直流電源302に接続される。
【0056】
切換回路304が、システムコントローラ306の指令信号に基づいて各界磁コイル276、286、296を順に通電するとロータ242が転動する。システムコントローラ306から与えられる指令信号には、ロータ242の転動方向(駆動電流を流すべき界磁コイルの順番)および転動量(駆動電流の切換回数)に関する情報が含まれる。
【0057】
図12はワブルモータ機構240の各界磁コイル276、286、296に流れる駆動電流および可動レンズ位置の変化の一例を示すタイミングチャート、図13はレンズ駆動装置の図9のXIII−XIII線断面における端面図である。
【0058】
界磁コイルのいずれか1つ、例えば第1界磁コイル276を通電すると、この第1界磁コイル276を収容する第1ボビン部272から延び隣り合う一対の磁極要素270N1および270S1間、および磁極要素270N2および270S2間に磁束が発生する。ロータ242は通電時点での位置から距離の近いほうの磁極要素、例えば図13に示すように破線位置にあった場合には磁極要素270N2および270S2に引き付けられる。
【0059】
続いて、第1界磁コイル276への通電を停止し、第2界磁コイル286を通電すると、今度は第2ステータ280の磁極要素280N1、280S1、280N2および280S2が励磁され、磁極要素280N1および280S1間、および280N2および280S2間に磁束が発生する。すると、ロータ242は現在位置から近い磁極要素280N2および280S2に引き寄せられる。
【0060】
このように、通電すべき界磁コイルを276、286、296の順に切り換えると、ロータ242はX方向に転動し、同時に光軸L1から偏心したロータ軸心L2を中心に転動方向とは逆方向であるY方向に自転する。一方、界磁コイル296、286、276の順に通電すると、ロータ242はY方向に転動し、X方向に自転する。
【0061】
ロータ242の自転運動は、第1連係部材250、第2連係部材260およびレンズ保持枠230によって光軸L1方向の直線運動に変換され、これにより可動レンズ222が光軸L1に沿って進退する。
【0062】
第2実施形態においても、第1実施形態と同様、ワブルモータ機構を採用することにより高トルク出力が可能となり、内視鏡などに好適な小型のレンズ駆動装置が得られる。また、ロータ242およびステータ270、280、290を円筒状に形成しており、光量ロスを防止できる。
【0063】
なお、ワブルモータ機構として、第1実施形態と異なる構成の静電ワブルモータを用いてもよいし、第2実施形態と異なる構成の電磁ワブルモータを用いてもよい。
【0064】
以上説明したように、本実施形態のレンズ駆動装置は、可動レンズを駆動するロータおよびロータを転動させるステータを円筒状に形成したワブルモータ機構と、ロータの自転運動を光軸方向の直進運動に変換する第1、第2連係部材およびレンズ保持枠を設けることにより、レンズ駆動装置全体を小径化できる。
【0065】
【発明の効果】
本発明のレンズ駆動装置は、対物レンズの焦点調節機構を小径化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態のレンズ駆動装置を適用した内視鏡を示す図であって、内視鏡の先端部を拡大して示す斜視図である。
【図2】第1実施形態のレンズ駆動装置を光軸に平行な断面で切断したときの端面図であり、上半分は可動レンズの退避状態を示し、下半分は可動レンズの進出状態を示す。
【図3】図2のレンズ駆動装置の内部構成を示す分解斜視図である。
【図4】図2の静電ワブルモータの概略構成を示す図である。
【図5】図2の静電ワブルモータの各駆動電極および共通電極に印加する電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図6】図2のロータの運動を段階的に示す図であって、図2のVI−VI線断面図である。
【図7】図2の第1連係部材の運動を段階的に示す図であって、図2のVII−VII線断面図である。
【図8】図2の第2連係部材の運動を段階的に示す図であって、図2のVIII−VIII線断面図である。
【図9】第2実施形態のレンズ駆動装置を光軸に平行な断面で切断したときの端面図であり、上半分は可動レンズの退避状態を示し、下半分は可動レンズの進出状態を示す。
【図10】図9のレンズ駆動装置の構成を示す分解斜視図である。
【図11】図9の電磁ワブルモータの概略構成を示す図である。
【図12】図9の電磁ワブルモータの各駆動電極に流す電流の変化を示すタイミングチャートである。
【図13】図9のロータの運動を段階的に示す図であって、図9のXIII−XIII線断面図である。
【符号の説明】
22、222 可動レンズ(光学系)
24、224 外筒
40、240 ワブルモータ機構
42、242 ロータ
30 レンズ保持枠(第3連係部材)
50 第1連係部材
60 第2連係部材
L1 光軸
L3 第1軸線
L4 第2軸線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lens driving device used as an objective lens focus adjustment mechanism.
[0002]
[Prior art]
In an observation apparatus such as an endoscope and a microscope, and a photographing apparatus such as an electronic still camera and a video camera, it is desired to reduce the size of an objective lens mechanism that is integrally incorporated. Specifically, in an endoscope, an objective lens is incorporated in the distal end surface of a flexible tube inserted into a body organ, and the diameter of the flexible tube is reduced in order to relieve pain of the patient, that is, the objective lens mechanism. Small diameter is a problem. In order to meet these demands, photographing devices such as electronic still cameras are always required to be smaller and lighter in camera body and to be more flexible in the arrangement of components in terms of design. For this purpose, it is necessary to reduce the size of the objective lens mechanism.
[0003]
In an endoscope or the like, the objective lens mechanism is configured by assembling a fixed focus lens having a deep subject depth, thereby reducing the size and simplifying the configuration. However, in the case of the fixed focus type, there is a problem that the focus is reduced when the subject image is enlarged close to the subject, and a focus adjustment function and a zoom function by a small lens driving device are required.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of a conventional lens focus adjustment mechanism, a lens holding frame that holds the outer periphery of the objective lens, and a drive transmission mechanism that moves the lens holding frame forward and backward along the optical axis outside the objective lens, for example, the rotation of the motor is held by the lens. Since a plurality of gears to be transmitted to the frame are necessary, there is a problem that it is difficult to reduce the size, particularly to reduce the diameter.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to reduce the diameter of the objective lens focus adjustment mechanism.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes an optical system supported at the tip of a cylindrical outer cylinder and capable of moving back and forth along an optical axis that coincides with the axial center of the cylindrical outer cylinder, and a rotor having a smaller diameter than the inner diameter of the cylindrical outer cylinder. And a wobble motor mechanism that causes the rotor to rotate and rotate inside the cylindrical outer cylinder, and a linkage member that converts the motion of the rotor into a linear motion along the optical axis direction of the optical system.
[0007]
The wobble motor mechanism includes a drive electrode that is equally divided in the circumferential direction on the inner peripheral surface of a cylindrical outer cylinder, and a conductive rotor that is freely inserted inside the drive electrode. It may be an electrostatic wobble motor that rotates the rotor by sequentially moving in the direction. Furthermore, the wobble motor mechanism may be configured to include an annular common electrode that is fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical outer cylinder and through which the rotor is inserted, and is always in contact with the rotor.
[0008]
Further, the wobble motor mechanism is freely inserted into a plurality of drive magnetic poles uniformly disposed in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the cylindrical outer cylinder, a field coil for generating a magnetic flux, and the drive magnetic poles. It may be an electromagnetic wobble motor that includes a magnetic rotor and rotates the rotor by sequentially switching drive magnetic poles to generate magnetic flux in the circumferential direction.
[0009]
It is preferable that the linkage member of the lens driving device cancels the eccentricity of the rotor, converts only the rotation of the rotor into motion in the optical axis direction, and transmits the motion to the optical system. More specifically, for example, the first linkage member in which the linkage member loosely fits along the first axis perpendicular to the optical axis with respect to the rotor, and the optical axis and the first axis with respect to the first linkage member. A second linkage member that is loosely fitted along a second axis perpendicular to the second axis, and a third linkage member that is loosely fitted relative to the second linkage member in the direction of the optical axis.
[0010]
The first linkage member is formed with a first elongated hole extending along the first axis, and the rotor is provided with a first pin guided by the first elongated hole and relatively moved along the first axis. A second elongated hole extending along the second axis is formed in the linkage member, a second pin guided by the second elongated hole and relatively moved along the second axis is provided on the first linkage member, and Further, it is preferable that a third elongated hole extending in the optical axis direction is formed in the second linkage member, and a third pin guided by the third elongated hole and relatively moved in the optical axis direction is provided in the third linkage member. . The third linkage member may hold the optical system integrally and be helicoidally supported by a cylindrical outer cylinder. Further, these linking members may be positioned in the optical axis direction by a cylindrical outer cylinder.
[0011]
The lens driving device may be provided at the distal end of the endoscope. At this time, the rotor and the linking member are respectively formed with circular holes for allowing light to enter the image guide fiber.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0013]
FIG. 1 is a view showing an endoscope to which the lens driving device of the present embodiment is applied, and is an enlarged perspective view showing a distal end portion of the endoscope. On the
[0014]
Inside the
[0015]
2 and 3 are views showing a first embodiment of the lens driving device according to the present invention. FIG. 2 is an end view when the lens driving device is cut in a cross section parallel to the optical axis. The upper half shows the retracted state of the
[0016]
The
[0017]
An image
[0018]
The
[0019]
A portion of the
[0020]
When a voltage is applied to any one of the
[0021]
A pair of
[0022]
The
[0023]
Accordingly, when the
[0024]
A pair of
[0025]
The
[0026]
When the
[0027]
As described above, the
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
When the
[0031]
FIG. 4 is a diagram showing a drive system of the
[0032]
When the
[0033]
The
[0034]
FIG. 5 is a timing chart showing an example of changes in voltage and movable lens position applied to the
[0035]
A pulsed voltage is applied to each
[0036]
On the other hand, when rotating the
[0037]
Since the
[0038]
A
[0039]
7 is a view showing a change in position of the
[0040]
When the
[0041]
The
[0042]
8 is a diagram showing a change in the position of the
[0043]
When the
[0044]
The
[0045]
Thus, in the first embodiment, the
[0046]
According to the first embodiment, by adopting the
[0047]
In the first embodiment, the number of electrode elements is six, but the number is not particularly limited and may be more than six. If the number of electrode elements is increased, the rotation angle θ per step of the
[0048]
Next, a second embodiment of the lens driving device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is an end view when the lens driving device is cut in a cross section parallel to the optical axis. The upper half shows the retracted state of the movable lens, and the lower half shows the advanced state of the movable lens. FIG. 10 is an exploded perspective view showing the configuration of the lens driving device, and the movable lens, the lens holding frame, and the first and second linking members are not shown.
[0049]
The lens driving device of the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the wobble motor mechanism is an electromagnetic wobble motor. The same configuration is indicated by adding 200 to the reference numerals, and description thereof is omitted.
[0050]
The
[0051]
In the back of the
[0052]
The four magnetic pole elements 270N1, 270S1, 270N2 and 270S2 are strip-shaped magnetic members having a sector cross section extending from the
[0053]
A current in a fixed direction flows through the
[0054]
In this way, the
[0055]
FIG. 11 is a diagram showing a drive system of the
[0056]
When switching
[0057]
FIG. 12 is a timing chart showing an example of changes in driving current and movable lens position flowing through the field coils 276, 286, and 296 of the
[0058]
When one of the field coils, for example, the
[0059]
Subsequently, when the energization of the
[0060]
Thus, when the field coils to be energized are switched in the order of 276, 286, and 296, the
[0061]
The rotation movement of the
[0062]
Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, by adopting a wobble motor mechanism, high torque output is possible, and a small lens driving device suitable for an endoscope or the like is obtained. Further, the
[0063]
As the wobble motor mechanism, an electrostatic wobble motor having a configuration different from that of the first embodiment may be used, or an electromagnetic wobble motor having a configuration different from that of the second embodiment may be used.
[0064]
As described above, the lens driving device of this embodiment includes the wobble motor mechanism in which the rotor that drives the movable lens and the stator that rolls the rotor are formed in a cylindrical shape, and the rotational motion of the rotor is converted into a linear motion in the optical axis direction. By providing the first and second linking members and the lens holding frame to be converted, the entire lens driving device can be reduced in diameter.
[0065]
【The invention's effect】
The lens driving device of the present invention can reduce the diameter of the focus adjustment mechanism of the objective lens.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an endoscope to which a lens driving device of the present embodiment is applied, and is an enlarged perspective view showing a distal end portion of the endoscope.
FIGS. 2A and 2B are end views when the lens driving device according to the first embodiment is cut in a cross section parallel to the optical axis. The upper half shows a retracted state of the movable lens, and the lower half shows an advanced state of the movable lens. .
3 is an exploded perspective view showing an internal configuration of the lens driving device of FIG. 2. FIG.
4 is a diagram showing a schematic configuration of the electrostatic wobble motor of FIG. 2;
5 is a timing chart showing changes in voltage applied to each drive electrode and common electrode of the electrostatic wobble motor of FIG. 2; FIG.
6 is a view showing the movement of the rotor of FIG. 2 in stages, and is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG.
7 is a view showing the movement of the first linkage member of FIG. 2 in stages, and is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 2;
8 is a view showing the movement of the second linkage member of FIG. 2 in stages, and is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII of FIG.
FIG. 9 is an end view when the lens driving device of the second embodiment is cut in a cross section parallel to the optical axis, with the upper half showing the retracted state of the movable lens and the lower half showing the advanced state of the movable lens. .
10 is an exploded perspective view showing a configuration of the lens driving device of FIG. 9. FIG.
11 is a diagram showing a schematic configuration of the electromagnetic wobble motor of FIG. 9;
12 is a timing chart showing a change in current flowing through each drive electrode of the electromagnetic wobble motor shown in FIG. 9;
13 is a view showing the movement of the rotor of FIG. 9 in stages, and is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII of FIG. 9;
[Explanation of symbols]
22, 222 Movable lens (optical system)
24, 224 outer cylinder
40, 240 Wobble motor mechanism
42, 242 Rotor
30 Lens holding frame (third linkage member)
50 First linkage member
60 Second linkage member
L1 optical axis
L3 1st axis
L4 Second axis
Claims (11)
前記円筒形外筒の内径より小径のロータを備え、前記ロータを前記円筒形外筒の内側で転動させると共に自転させるワブルモータ機構と、
前記ロータの運動を前記光学系の光軸方向に沿う直進運動に変換する連係部材とを備え、
前記連係部材が、前記ロータに対して前記光軸に垂直な第1軸線に沿って相対移動自在に遊嵌する第1連係部材と、前記第1連係部材に対して前記光軸および前記第1軸線に垂直な第2軸線に沿って相対移動自在に遊嵌する第2連係部材と、前記第2連係部材に対して前記光軸方向に相対移動自在に遊嵌する第3連係部材とを備えることを特徴とするレンズ駆動装置。An optical system supported at the tip of a cylindrical outer cylinder and capable of moving back and forth along an optical axis coinciding with the axial center of the cylindrical outer cylinder;
A wobble motor mechanism comprising a rotor having a smaller diameter than an inner diameter of the cylindrical outer cylinder, and rotating the rotor inside the cylindrical outer cylinder and rotating the rotor;
A linkage member that converts the movement of the rotor into a linear movement along the optical axis direction of the optical system ;
The linkage member is loosely fitted to the rotor so as to be relatively movable along a first axis perpendicular to the optical axis, and the optical axis and the first linkage with respect to the first linkage member. A second linkage member that is loosely fitted along a second axis perpendicular to the axis so as to be relatively movable; and a third linkage member that is loosely fitted relative to the second linkage member so as to be relatively movable in the optical axis direction. A lens driving device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001139885A JP4060046B2 (en) | 2001-05-10 | 2001-05-10 | Lens drive device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001139885A JP4060046B2 (en) | 2001-05-10 | 2001-05-10 | Lens drive device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002333565A JP2002333565A (en) | 2002-11-22 |
JP4060046B2 true JP4060046B2 (en) | 2008-03-12 |
Family
ID=18986586
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001139885A Expired - Fee Related JP4060046B2 (en) | 2001-05-10 | 2001-05-10 | Lens drive device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4060046B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4731725B2 (en) * | 2001-05-30 | 2011-07-27 | キヤノン株式会社 | Lens barrel and optical equipment |
TW200643502A (en) * | 2005-03-31 | 2006-12-16 | Sony Corp | Housing tube device and imaging device |
-
2001
- 2001-05-10 JP JP2001139885A patent/JP4060046B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002333565A (en) | 2002-11-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7064912B2 (en) | Lens driving apparatus, thin camera, and a cellular phone having a thin camera | |
KR19980076197A (en) | Motor and advance device | |
US8599503B2 (en) | Barrel unit and image pickup apparatus | |
JP3133270B2 (en) | Motor and feeding device | |
CN113576379B (en) | Snake bone unit, snake bone, endoscope and bending control method | |
JP4060046B2 (en) | Lens drive device | |
KR20040011379A (en) | Driving apparatus, light-amount regulating apparatus, and lens driving apparatus | |
KR100567483B1 (en) | Driving apparatus, light-amount regulating apparatus, and lens driving apparatus | |
US8310773B2 (en) | Toric motor and lens barrel having the same incorporated therein | |
WO2018105044A1 (en) | Stereoscopic imaging device and stereoscopic endoscope | |
JP4669436B2 (en) | Lens barrel drive | |
KR20040005696A (en) | Driving apparatus, light-amount regulating apparatus, and lens driving apparatus | |
WO2017094126A1 (en) | Optical unit and endoscope | |
JP2002065579A (en) | Linear transmission member driving device for endoscope | |
US7945147B2 (en) | Image pick up unit | |
JP2005122026A (en) | Lens barrel and imaging apparatus | |
JP2002189162A (en) | Lens driving device | |
US20180055346A1 (en) | Light control device and diagnostic device | |
JP2010226922A (en) | Air core stepping motor and lens device | |
JP4649293B2 (en) | Lens drive device | |
JP2006171346A (en) | Lens drive device and imaging apparatus equipped with device | |
JP2011013535A (en) | Light controlling apparatus and optical system | |
WO2023084656A1 (en) | Optical unit and endoscope | |
JP2000352656A (en) | Camera apparatus incorporating motor | |
US20200319448A1 (en) | Optical unit for endoscope and endoscope |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050304 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070829 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070911 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071106 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071211 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071219 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101228 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |