JP4994639B2 - 光学絞り装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学的な絞り装置、特に小型な光学絞り装置に関するものである。

従来、固体撮像素子を用いた内視鏡装置では、固定焦点・固定絞りの光学系を用いるのが一般的であった。一方、半導体製造技術の進展に伴い、微細な画素を有する固体撮像素子が内視鏡にも適用可能となってきている。このような微細画素の個体撮像素子は、撮影対象までの距離による焦点位置の変化に敏感である。内視鏡装置による観察、検査では、撮影対象、例えば体腔内の壁面や患部までの距離を常に一定に維持することは難しい。このため、従来の光学系を備える内視鏡装置では、微細画素の特徴を活かした高精細画像を得るのは難しい状態にある。

この問題を回避するには、以下の（１）、（２）の２つの方法がある。
（１）レンズの一部または全部を撮影対象までの距離に応じて変位させる焦点調節機能を付加する方法
（２）光学系自体は固定焦点として、遠点の撮影対象に対して適正な結象が得られるように焦点調節しておき、近点撮影時には開口径を小さくして焦点深度を増大させることで良好な結像を得る方法

上述の（２）の方法の場合、可変絞り機構が必要となる。このため、近点撮影時には個体撮像素子に到達する光量が減少するといった問題がある。ここで、一般的に先端部の照明装置の光によって撮影する内視鏡において、近点撮像時には十分な光量が確保できる。このため、近点撮像時の光量減少は大きな問題とはならない。

このように、内視鏡装置において、微細画素の撮像素子の性能を活かすには、レンズ駆動装置及び可変絞り装置の少なくともいずれか一方が必要となる。光学的な性能の観点からは、（１）の方法が優れている。しかしながら、細径の内視鏡にレンズ駆動装置を組み込むのはかなり難しい。

このため、細径の内視鏡に対しては、超小型の可変絞り装置を適用することが望まれる。内視鏡に適用可能な超小型な可変絞り装置の例は、例えば特許文献１に提案されている。

特許文献１に開示されている構成について、図２１、２２を用いて説明する。光軸Ｌを中心として回転するリング状の回転円板３６が設けられている。回転円板３６の一面には、移動体３７が設けられている。そして、移動体３７には、積層型圧電素子３８が取付け固定されている。

圧電素子３８の伸縮軸方向は、光軸Ｌを中心とする仮想円の接線方向に向けて設置されている。圧電素子３８は、圧電素子枠３９に形成した溝４０内に配置されている。

そして、移動体３７は、回転円板３６と一体となって実質的な回転移動体を構成している。また、移動体３７は、鏡筒２１の枠部４１の壁面に圧接して摺動するように取り付けられている。さらに、回転円板３６は、圧電素子枠３９の壁面に対しても圧接して摺動するように取り付けられている。このように、鏡筒２１の枠部４１及び圧電素子枠３９は、一体的な静止部材を構成している。これにより、圧電素子３８に上述したような駆動電圧を印加することにより回転円板３６を回転できる。

絞り羽根３５は、３枚の羽根部材を等間隔に配置して構成されている。各絞り羽根３５は、絞り押え部材４０ａによって押えられている。そして、各絞り羽根３５は、絞り押え部材４０ａに立設された支持ピン４１ａによって中間部分が枢着されている。

絞り羽根３５の基端は、回転円板３６に立設した駆動ピン４２に連結されている。回転円板３６を回転すると、支持ピン４１ａを中心として絞り羽根３５が回転する。これにより、絞り量を調節できる。

回転円板３６には、圧電素子枠３９と絞り押え部材４０との間に架設したピン４３を嵌め込むガイド孔４４が設けられている。そして、ガイド孔４４の両端でピン４３の移動を規制し、回転円板３６の回動範囲を規制するように構成されている。

特許第３２０４７９３号公報

上述したような構成の可変絞りは、小型の圧電振動子を用いている。これによって、一般的なスチルカメラなどに用いられる電磁アクチュエータを用いた可変絞りと比較すると、大幅な小型化が可能となる。このため、比較的太径の内視鏡には十分に適用可能である。

しかしながら、慣性駆動に変位量を得るために必要な積層型圧電振動子の小型化には限界がある。さらに、絞りの駆動のために、絞り羽根にリンクした回転板が必要となってしまう。このため、積層型圧電振動子を、細径の内視鏡に適用するのは困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型な光学絞り装置、特に細径の内視鏡に適用可能な光学絞り装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光学開口を備えた絞り環と、回転軸と駆動軸と遮蔽部とを備えた絞り部材と、駆動軸に結合して絞り部材を回転軸を中心に回転させるアクチュエータと、アクチュエータを制御する制御手段と、を有し、アクチュエータは弾性部材によって構成され、かつ円弧形状を有し、アクチュエータの一端は駆動軸に結合され、制御手段は、アクチュエータの弦長を変化させ、アクチュエータの弦長の変化によって、アクチュエータが結合された駆動軸の回転軸に対する相対的な位置変化により遮蔽部が変位し、絞り部材が回転軸を中心に回転することによって、光学開口の一部が遮蔽部によって遮蔽されることで光学開口の開口径が変化することを特徴とする光学絞り装置を提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、円弧形状のアクチュエータの一端は駆動軸に結合され、アクチュエータの他端は絞り環に対して固定された部材に結合されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、絞り部材は、２つの部材からなる一対の絞り部材が配置されて構成され、円弧形状のアクチュエータの両端は、それぞれの絞り部材の駆動軸に結合されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、円弧形状のアクチュエータの端部は、絞り部材の駆動軸に対して回転可能な状態で結合されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、円弧形状のアクチュエータの端部は、絞り環に対して固定された部材に回転可能な状態で結合していることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、円弧形状のアクチュエータは、イオンを含有した高分子材料で構成され、円弧の中心側の第１面と、第１面に対向する第２面に一対の電極が形成され、制御手段によって電極間に電圧を印加してイオンを移動させ、弦長を変化させることが望ましい。

また、本発明によれば、光学開口を備えた絞り環と、回転軸と駆動軸と遮蔽部とを備えた絞り部材と、駆動軸に結合して絞り部材を回転軸を中心に回転させるアクチュエータと、アクチュエータを制御する制御手段と、を有し、アクチュエータは弾性部材によって構成され、かつ光学開口に沿った形状を有し、制御手段は、アクチュエータの光学開口に沿った形状における所定の２点間の距離を変化させ、アクチュエータの一端は駆動軸に結合され、アクチュエータの光学開口に沿った形状における所定の２点間の距離の変化によってアクチュエータが結合された駆動軸の回転軸に対する相対的な位置変化により遮蔽部が変位し、絞り部材が回転軸を中心に回転することによって、光学開口の一部が遮蔽部によって遮蔽されることで光学開口の開口径が変化することを特徴とする光学絞り装置を提供できる。

本発明に係る光学絞り装置では、円弧形状のアクチュエータの弦長を変化させている。弦長の変化により、絞り部材が移動する。絞り部材の移動により、光学開口の開口径を変えることができる。このように、アクチュエータの弦長、換言すると曲率を変えるだけで良いため、構成を非常に単純化できる。この結果、小型な光学絞り装置、特に細径の内視鏡に適用可能な光学絞り装置を提供できる。

以下に、本発明に係る光学絞り装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明の実施例１について図１から図９を用いて説明する。図１は、本実施例に係る光学絞り装置１００の斜視構成を示している。上部基板１０１と下部基板１０２とは、スペーサ１０３によって一定の間隔を保持して対向して配置されている。両基板間の間隙に絞り部材１０４が配置されている。

絞り部材１０４は、回転軸１０５を中心にして、上部基板１０１及び下部基板１０２の主面に沿った方向に回転可能である。また、絞り部材１０４に固定された駆動軸１０６と、スペーサ１０３に固定された固定軸１０７とが上部基板１０１から突出している。

イオン伝導高分子部材１１０は、対向する両面に電極が形成され、円弧形状を有している。イオン伝導高分子部材１１０は、アクチュエータに対応する。イオン伝導高分子部材１１０の両方の弧端には、リング状部材１０８、１０９が固定されている。また、リング状部材１０８は、駆動軸１０６に挿入されている。さらに、リング状部材１０９は、固定軸１０７に挿入されている。

次に、本実施例における各部品の組み付けについて、光学絞り装置１００の分解図である図２及び図３を用いて説明する。図２は斜視構成を示し、図３は側面（断面）構成をそれぞれ示している。

上部基板１０１及び下部基板１０２には、開放時の光学開口となる開口１１１と、回転軸１０５を挿入する回転軸穴１１３と、固定軸１０７を挿入させるための固定軸穴１１４と、駆動軸１０６を通すための円弧状の駆動軸穴１１５とがそれぞれ形成されている。上部基板１０１及び下部基板１０２は、絞り環に対応する。

また、板状の絞り部材１０４には、回転軸１０５と駆動軸１０６とが圧入によって組み付けられている。また、絞り部材１０４には、絞り込み時の光学開口となる開口１１２が形成されている。さらに、スペーサ１０３には、固定軸１０７が圧入されている。また、回転軸１０５と駆動軸１０６とは、それぞれ上部基板１０１の上部に突出している。そして、この突出部にリング状部材１０８及び１０９がそれぞれ挿入される。

図４は、上部基板１０１及び下部基板１０２を上面から見た構成を示している。ここで、回転軸穴１１３の径は、絞り部材１０４の回転軸１０５の径よりも僅かに大きいように形成されている。また、円弧状の駆動軸穴１１５の幅は、絞り部材１０４の駆動軸１０６の径よりも僅かに大きいように形成されている。このため、絞り部材１０４は、回転軸１０５を中心に円弧状の駆動軸穴１１５の長さによって規定される所定範囲で回転可能である。

図５は、絞り部材１０４の上面構成を示している。開口１１２の円環状外周部１０４ａの径は、上部基板１０１及び下部基板１０２の開口１１１よりも僅かに大きいように形成されている。

次に、図６に基づいて、アクチュエータであるイオン伝導高分子部材１１０近傍の詳細な構成を説明する。イオン伝導高分子部材１１０は、対向する両面に電極を形成した円弧形状を有している。イオン伝導高分子部材１１０は、円弧形状の基材となるイオン含有ポリマー１１０ａと、円弧形状の中心側の第１面に設けられた第１電極１１０ｂと、第１電極１１０ｂに対向する第２面に設けられた第２電極１１０ｃとの３層構造である。

円弧形状の両端には、リング状部材１０８及びリング状部材１０９が組み付けられている。ここで模式的に図示したように、第１電極１１０ｂと第２電極１１０ｃとには、それぞれ極細のリード線１１８とリード線１１９とがそれぞれ接続されている。リード線１１８とリード線１１９とは、外部電圧源１２０に接続されている。

外部電圧源１２０は、所定の電圧を出力する。所定の電圧により、第１電極１１０ｂと第２電極１１０ｃとの間に電位差を与えると、イオン含有ポリマー１１０ａの陽イオンがカソード側に移動する。この結果、イオン含有ポリマー１１０ａのカソード側が膨潤する。カソード側の膨潤により、円弧形状の曲率が変化する。これにより、円弧形状のイオン伝導高分子部材１１０の弦長が変化する。外部電圧源１２０は、制御手段に対応する。

このように、本実施例では、外部電圧源１２０の出力電圧によってイオン伝導高分子部材１１０の弦長を所定範囲で変化させることができる。また、上述したように、リング状部材１０８の貫通孔１１６の径は、固定軸１０７の径よりも僅かに大きい。同様に、リング状部材１０９の貫通孔１１７の径は、駆動軸１０６の径よりも僅かに大きい。このため、リング状部材１０８は、固定軸１０７に対して回転可能である。同様に、リング状部材１０９は、駆動軸１０６に対して回転可能である。

次に、図７、図８、図９に基づいて、本実施例の絞り機構の動作について説明する。なお、絞り部材１０４の動きの理解を容易にするため、上部基板１０１を省略した状態を図示する。また、特に図示しないが、イオン伝導高分子の第１電極１１０ｂと第２電極１１０ｃとには、それぞれ上述した極細のリード線が接続されている。そして、リード線は、外部の電圧源に接続されているものとする。

図７は、第１電極１１０ｂに負電圧、第２電極１１０ｃに正電圧をそれぞれ印加した状態を示している。イオン含有ポリマー１１０ａの第２電極１１０ｃの側が膨潤して、イオン伝導高分子部材１１０の弧長が小さくなる。これにより、駆動軸１０６を固定軸１０７との距離が小さくなるように変位させる。その結果、絞り部材１０４の円環部１０４ａは、下部基板１０２の開口１１１を覆う位置に移動する。このとき、開口径は、開口１１２によって規定される。円環部１０４ａは、遮蔽部に対応する。

図８は、第１電極１１０ｂと第２電極１１０ｃとを等電位とした状態を示している。この状態では、図７の状態よりもイオン伝導高分子部材１１０の弧長が大きくなる。このため、絞り部材１０４の円環部１０４ａは、下部基板１０２の開口１１１を部分的に覆う位置へ移動する。

図９は、第１電極１１０ｂに正電圧、第２電極１１０ｃに負電圧をそれぞれ印加した状態を示している。このとき、イオン含有ポリマー１１０ａの第１電極１１０ｂの側が膨潤して、イオン伝導高分子部材１１０の弧長が大きくなる。これにより、駆動軸１０６を固定軸１０７との距離が大きくなるように変位させる。その結果、絞り部材１０４の円環部１０４ａは、下部基板１０２の開口１１１から退避した位置に移動する。このとき、開口径は開口１１１によって規定される。

このように本実施例においては、第１電極１１０ｂと第２電極１１０ｃとに印加する電圧の正負を逆にするのみで、絞り開口を開口１１１の径と開口１１２の径とに切り替えることができる。本実施例のアクチュエータは、図６に示したような非常に単純な構成である。そして、慣性駆動式圧電アクチュエータや電磁式ロータリーソレノイドなどの回転型アクチュエータを用いる従来の方法と比較すると、本実施例のアクチュエータは大幅な小型化が可能である。

さらに、本実施例の利点について説明する。絞り部材１０４の回転移動によって開口径を切り替えるに際して、固定軸１０７と駆動軸１０６との距離を変位させるだけで良い。このため、本実施例では、回転型のアクチュエータよりも構造が単純な伸縮型または湾曲型のアクチュエータを適用することができるという利点がある。

また、本実施例では、円弧形状のアクチュエータの湾曲による弦長の変化を利用している。このため、単純な棒状またはプレート状のアクチュエータの伸縮を利用する場合と比較して、小さな歪みで大きな変位を得ることができるという利点がある。このことは、イオン伝導型アクチュエータ等のように素材の歪みによって変位するアクチュエータを用いる場合は特に大きな利点となる。

また、本実施例では、イオン伝導高分子部材１１０（アクチュエータ）が円弧形状を有しているので、イオン伝導高分子部材１１０を絞り機構の外周部に沿って配置することが容易である。従って、絞りの開口１１１がイオン伝導高分子部材１１０自体によって遮蔽されないようにするための駆動軸１０６及び固定軸１０７の配置の自由度を大きくできるという利点がある。

また、イオン伝導高分子部材１１０の両端に配置されたリング状部材１０８、１０９は、固定軸１０７及び駆動軸１０６に対して回転可能な状態で組み付けられている。このため、円弧形状のイオン伝導高分子部材１１０の湾曲変化（曲率変化）によって並進変位を得る場合、リング状部材１０８、１０９近傍の取り付け部においてイオン伝導高分子部材１１０に大きな歪みが発生しないという利点がある。

また、イオン伝導高分子部材１１０を、固定軸１０７及び駆動軸１０６のうちの一方の軸に対しては固定し、他方の軸に対しては回転自由であると共に、並進方向に直交する方向に若干の変位自由度を持たせる構成とすることもできる。このような構成により、イオン伝導高分子部材１１０に大きな歪みが生じないという点では類似の効果を得ることができる。これは、例えばリング状部材１０８、１０９の開口を正円ではなく、並進変位の方向に直交する方向に長円の開口とすることで実現できる。

なお、大きな歪みが発生しないという利点は、駆動軸１０６とスペーサ１０３とが回転自由に組み付けられて、駆動軸１０６が絞り部材１０４に回転自由に組み付けられている場合でも同様に得られる。これにより、絞りの開閉、即ち絞り部材１０４の並進移動に必要な力を非常に小さくすることができる。このため、イオン伝導高分子部材１１０（イオン伝導アクチュエータ）のサイズ、特に高さを小さくすることができる。この結果、光学絞り装置１００の厚さを小さくできる。

また、本実施例において、アクチュエータとしてイオン伝導アクチュエータを用いている。しかしながら、これに限られるものではなく、円弧形状に加工可能であり、かつ素材の歪みにより湾曲する形態のアクチュエータであれば、上述の利点のいくつかを享受できる。例としては、バイモルフ型の圧電アクチュエータや形状記憶合金が挙げられる。ただし、イオン伝導アクチュエータは、バイモルフ型の圧電アクチュエータや形状記憶合金と比較すると、駆動電圧が小さく、微細形状が比較的容易に得られる点で特に好適である。

次に、本実施例の光学絞り装置１００の寸法を以下に掲げる。
絞り開放時の開口径を規定する開口１１１の径・・・０．６４ｍｍ
絞り込み時の開口径を規定する開口１１２の径・・・０．３２ｍｍ
開口１１１の中心から回転軸１０５までの距離・・・０．９ｍｍ
回転軸１０５と駆動軸１０６の距離 ・・・０．４ｍｍ

また、この時、絞り部材１０４が開口１１１から完全に退避するのに必要な絞り部材１０４の回転角は４６度である。そして、その中間である回転角２３度の時、駆動軸１０６の変位方向と開口１１１の方向とが正確に一致するように駆動軸１０６の位置を最適化する。この状態において、駆動軸１０６の位置に対して開口１１１の中心に対称な部位に固定軸１０５を配置したとき、固定軸１０７と駆動軸１０６との距離は、１．６１２ｍｍとなる。これは回転角２３度の時の値である。また、回転角０度（絞り込み時）と、回転角４６度（絞り開放時）とにおける固定軸１０７と駆動軸１０６の距離は、それぞれ１．４５７ｍｍ、１．７６９ｍｍとなる。

また、回転角２３度の時に円弧形状のイオン伝導高分子部材１１０の円周角を１８０度となるように設計すると、円周長は２．５３３ｍｍとなる。ここで、イオン伝導高分子部材１１０の厚さ（第１電極１０１ｂと第２電極１０１ｃとの距離）を０．１ｍｍとする。そして、イオン伝導高分子部材１１０の湾曲（曲率）が変化して回転角０度（絞り込み時）から回転角４６度（絞り開放時）まで変化するときの表面歪みを計算すると１．２０％となる。

これに対して、単純な棒状の伸縮型アクチュエータにより固定軸１０７と駆動軸１０６との距離を変化させる場合、棒状の伸縮型アクチュエータの表面歪みは１９．４％となる。両者を比較すると、円弧形状のイオン伝導高分子部材１１０を用いるときの表面歪みは、著しく小さな値である。

このように、円弧形状の湾曲型アクチュエータを用いることによって非常に小さな歪みで絞りを駆動させることができる。このため、応答性やアクチュエータの選択肢の広さの点で大いに有利である。なお、一般的に湾曲型のアクチュエータは、同じ体積であれば伸縮型のアクチュエータよりも発生力は小さい。しかしながら、軽量の絞り部材を変位させるだけでよい絞り装置においては、この発生力の点は、あまり問題とならない。

次に、図１０から図１８を用いて本発明の実施例２に係る光学絞り装置２００ついて説明する。図１０は本実施例の光学絞り装置２００の斜視構成を示している。図１１は本実施例の光学絞り装置２００の構造を示すために分解した状態を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

下部基板２０１と、中間基板２０２と、上部基板２０３との３枚の基板が積層されている。そして、各基板の間隙については、下部基板２０１と中間基板２０２との間は一対の第１スペーサ２０８により規定され、中間基板２０２と上部基板２０３との間は一対の第２スペーサ２１４によって規定されている。

絞り機構を駆動するアクチュエータは、対向する両面に電極を形成した円弧形状のイオン伝導高分子部材２１５である。そして、イオン伝導高分子部材２１５の両方の弧端に、それぞれリング状部材２１６とリング状部材２１７とが固定されている。

絞り部材は、下部基板２０１と中間基板２０２の間に配置された第１絞り部材２０４と、中間基板２０２と上部基板２０３の間に配置された第２絞り部材２１０の２つの部材に分割されて構成されている。

第１スペーサ２０８には、２つのスペーサ軸２０９が圧入されている。スペーサ軸２０９は、下部基板２０１の貫通孔２２３ａと、中間基板２０２の貫通孔２２３ｂに挿入される。そして、スペーサ軸２０９は、中間基板２０２側では更に上部に突出し、第２スペーサ２１４に形成された貫通孔２２６及び上部基板２０３の貫通孔２２３ｃに挿入されている。

このように、２つのスペーサ軸２０９によって、下部基板２０１と、中間基板２０２と、上部基板２０３との位置が規定されている。なお、２つの第１スペーサ２０８は、下部基板２０１と中間基板２０２とに接着されている。２つの第２スペーサ２１４は、中間基板２０２と上部基板２０３とに接着されている。また、下部基板２０１と、中間基板２０２と、上部基板２０３との中央部には、それぞれ開口２１８ａ、２１８ｂ、２１９ｃが形成されている。

下部基板２０１と中間基板２０２との間には、第１絞り部材２０４と第２駆動軸用リング２０６とが配置されている。第１絞り部材２０４には、第１回転軸２０５が圧入されている。また、第２駆動軸用リング２０６には、第２駆動軸２０７が圧入されている。

第１回転軸２０５は、下部基板２０１の回転軸穴２１９ａと、中間基板２０２の回転軸穴２１９ｂに挿入され、中間基板側では更に上部に突出し、上部基板２０３の回転軸穴２１９ｃに挿入されている。

第２駆動軸２０７は、下部基板２０１の円弧状の駆動軸穴２２２ａと、中間基板２０２の円弧状の駆動軸穴２２２ｂに挿入され、中間基板２０２側では更に上部に突出し、第２絞り部材２１０の駆動軸穴２２５に挿入されている。そして、第２駆動軸２０７は、さらに、その上部の上部基板２０３の円弧状の駆動軸穴２２２ｃに挿入され、更に上部に突出してリング状部材２１６に挿入されている。

中間基板２０２と上部基板２０３との間には、第２絞り部材２１０と第１駆動軸用リング２１２とが配置されている。第２絞り部材２１０には、第２回転軸２１１が圧入されている。また、第１駆動軸用リング２１２には、第１駆動軸２１３が圧入されている。

第２回転軸２１１は、中間基板２０２の回転軸穴２２１ｂと、上部基板２０３の回転軸穴２２１ｃに挿入されている。そして、第２回転軸２１１は、中間基板２０２側では更に下部に突出し、下部基板２０１の回転軸穴２２１ａに挿入されている。

第１駆動軸２１３は、中間基板２０２の円弧状の駆動軸穴２２０ｂと、上部基板２０３の円弧状の駆動軸穴２２０ｃに挿入されている。そして、第１駆動軸２１３は、中間基板２０２側では更に下部に突出し、第１絞り部材２０４の駆動軸穴２２４と、更にその下部の下部基板２０１の円弧状の駆動軸穴２２０ａに挿入されている。また、第１駆動軸２１３は、上部基板２０１側でも更に上部に突出してリング状部材２１７に挿入されている。

なお、円弧状の駆動軸穴２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃの幅と、第２絞り部材２１０の駆動軸穴２２５の径とは、それぞれ第２駆動軸２０７の径よりも僅かに大きくなるように形成されている。

また、円弧状の駆動軸穴２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃの幅と、第１絞り部材２０４の駆動軸穴２２４の径とは、それぞれ第１駆動軸２１３の径よりも僅かに大きくなるように構成されている。

さらに、回転軸穴２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃの径は、第１絞り部材２０４の第１回転軸２０５の径よりも僅かに大きくなるように構成されている。また、回転軸穴２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃの径は、第２絞り部材２１０の第２回転軸２１１の径よりも僅かに大きくなるように構成されている。

上述の構成において、第１駆動軸２１３を円弧状の駆動軸穴２２０ｃに沿って上部基板２０３の中心方向に変位させる。これにより、第１絞り部材２０４を、第１回転軸２０５を中心にして下部基板２０１の主面に沿って回転変位させることができる。

また、第２駆動軸２０７を円弧状の駆動軸穴２２２ｃに沿って上部基板２０３の中心方向に変位させる。これにより、第２絞り部材２１０を、第２回転軸２１１を中心にして中間基板２０２の主面に沿って回転変位させることができる。

次に、図１２に基づいて、本実施例の駆動用アクチュエータ部分について説明する。円弧形状のイオン伝導高分子部材２１５は、円弧の基材となるイオン含有ポリマー２１５ａと、円弧の中心側の第１面に設けられた第１電極２１５ｂと、円弧の中心側の第１面に対向する第２面に設けられた第２電極２１５ｃとの３層構造を有している。

イオン伝導高分子部材２１５の両端には、それぞれリング状部材２１６及びリング状部材２１７が組み付けられている。模式的に図示したように、第１電極２１５ｂと第２電極２１５ｃとには、それぞれ極細のリード線２２９、２３０が接続されている。リード線２２９、２３０は、外部電圧源２３１に接続されている。

外部電圧源２３１は、所定の電圧を出力する。所定の電圧により、第１電極２１５ｂと第２電極２１５ｃとの間に電位差が発生する。これにより、イオン含有ポリマー２１５ａの陽イオンがカソード側に移動する。この結果、イオン含有ポリマー２１５ａのカソード側が膨潤する。このため、円弧形状のイオン伝導高分子部材２１５の曲率が変化して、弦長が変化する。このように、外部電圧源２３１の出力電圧によってイオン伝導高分子部材２１５の弦長を所定範囲で変化させることができる。

また、リング状部材２１６の貫通孔２２７の径は、第２駆動軸２０７の径よりも僅かに大きくなるように形成されている。同様に、リング状部材２１７の貫通孔２２８の径は、第１駆動軸２１３の径よりも僅かに大きくなるように形成されている。このため、リング状部材２１６は、第２駆動軸２０７に対して回転可能である。また、リング状部材２１７は、第１駆動軸２１３に対して回転可能である。

この構成により、イオン伝導高分子部材２１５の弦長を変化させて、第１駆動軸２１３を円弧状の駆動軸穴２２０ｃに沿って変位させることができる。同様に、第２駆動軸２０７を円弧状の駆動軸穴２２２ｃに沿って変位させることができる。これにより、第１絞り部材２０４を第１回転軸２０５を中心に回転させることができる。同様に、第２絞り部材２１０を第２回転軸２１１を中心に回転させることができる。

次に、図１３〜図１８を用いて本実施例の光学絞り装置２００の動作について説明する。図１３は、絞り込まれた状態の斜視構成を示している。図１４は、絞り込まれた状態の上面構成を示している。図１５は、中間状態の斜視構成を示している。図１６は、中間状態の上面構成を示している。図１７は、開放時の状態の斜視構成を示している。図１８は、開放時の状態の上面構成を示している。

図１３〜図１８において、絞り羽根の状態を見やすくするために中間基板２０２と上部基板２０３との図示を省略している。また、特に図示しないが、イオン伝導高分子部材２１５の第１電極２１５ｂと第２電極２１５ｃとには、それぞれ上述した極細のリード線が接続されている。リード線は、外部の電圧源に接続されている。

図１３、図１４は、第１電極２１５ｂに負電圧、第２電極２１５ｃに正電圧をそれぞれ印加した状態を示している。イオン含有ポリマー２１５ａの第２電極２１５ｃの側が膨潤してイオン伝導高分子部材２１５の弧長が小さくなる。このため、イオン伝導高分子部材２１５は、第１駆動軸２１３と第２駆動軸２０７との距離が小さくなるように変位する。この結果、第１絞り部材２０４の半円状切り欠き部と第２絞り部材２１０の半円状切り欠き部とによって開口径は規定される。

図１５、図１６は、第１電極１１０ｂと第２電極１１０ｃとを等電位とした状態を示している。この状態では、図１３、図１４の状態よりもイオン伝導高分子部材１１０の弧長が大きくなる。このため、第１絞り部材２０４と第２絞り部材２１０とは、下部基板２０２の開口２１８ａを部分的に覆う状態となる。

さらに、図１７、図１８は、第１電極２１５ｂに正電圧、第２電極２１５ｃに負電圧をそれぞれ印加した場合である。イオン含有ポリマー２１５ａの第１電極２１５ｂの側が膨潤してイオン伝導高分子部材２１５の弧長が大きくなる。このため、イオン伝導高分子部材２１５は、第１駆動軸２１３と第２駆動軸２０７との距離が大きくなるように変位する。この結果、第１絞り部材２０４と第２絞り部材２１０とは、下部基板２０１の開口２１８ａの上部から退避して光学絞り装置２００の開口は開口２１８ａによって規定される。

このように、本実施例においては、第１電極１１０ｂと第２電極１１０ｃとに印加する電圧の正負を逆にするのみで、絞り開口を、開口２１８の径と、第１絞り部材２０４と第２絞り部材２１０の半円状切り欠き部で構成される径とに切り替えることができる。

また、アクチュエータは、図１２に示したような非常に単純な構成である。このため、本実施例の光学絞り装置２００は、慣性駆動式圧電アクチュエータや電磁式ロータリーソレノイドなどの回転型アクチュエータを用いる従来の方法と比較すると大幅な小型化が可能である。

さらに、本実施例では、一対の第１絞り部材２０４と第２絞り部材２１０との２つの部材で絞り部材を構成している。これにより、より少ない回転角で第１絞り部材２０４と第２絞り部材２１０とを開口２１８の上部から退避させることができる。

次に、本実施例の数値例を以下に掲げる。開口２１８で規定される開放時の開口は、０．６２ｍｍである。また、第１絞り部材２０４と第２絞り部材２１０の半円状切り欠き部で構成される絞り込み時の径は、０．３２ｍｍである。これらの数値は、実施例１と同じである。

さらに、開口２１８の中心から第１回転軸２０５及び第２回転軸２１１までの距離は０．７ｍｍである。この値は、実施例１においては０．９ｍｍである。本実施例では、この距離は、実施例１に比較して短いにもかかわらず、開放時から絞り込み時までの絞り部材の回転角は３０度である。このように本実施例の回転角は、実施例１の回転角４６度よりも小さい。この結果、実施例１の基板外形が２．２ｍｍであるのに対して、実施例２の絞り外形は１．７ｍｍと、より小さい外径を有する光学絞り装置２００を実現できる。

図１９は、本発明の実施例３に係る光学絞り装置３００の斜視構成を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例では、イオン伝導高分子部材３１０は、開口１１１に沿った形状、例えば、板状（直線状）のイオン含有ポリマーを中央部３１０ａ近傍で折り曲げた形状を有している。

イオン伝導高分子部材３１０の両端部には、それぞれリング状部材１０８、１０９が設けられている。そして、実施例１、実施例２と同様の原理により、２点間の距離、即ちリング状部材１０８、１０９間の距離を変化させることができる。

本実施例のアクチュエータは、非常に単純な構成である。そして、慣性駆動式圧電アクチュエータや電磁式ロータリーソレノイドなどの回転型アクチュエータを用いる従来の方法と比較すると大幅な小型化が可能である。

（変形例）
図２０は、本実施例の変形例に係る光学絞り装置４００の斜視構成を示している。本変形例において、イオン伝導高分子部材４１０は、正６角形を半分に切り取った形状、例えば台形形状の一部の形状を有している。このような形状によっても、実施例１、実施例２と同様の原理により、２点間の距離、即ちリング状部材１０８、１０９間の距離を変化させることができる。

このため、非常に単純な構成のアクチュエータにより、光学絞り装置４００の大幅な小型化が可能である。

なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形例をとることができる。

以上のように、本発明に係る光学絞り装置は、小型な光学絞り装置、特に細径の内視鏡に有用な光学絞り装置に適している。

本発明の実施例１に係る光学絞り装置の斜視構成を示す図である。 実施例１の光学絞り装置を分解したときの斜視構成を示す図である。 実施例１の光学絞り装置を分解したときの断面構成を示す図である。 実施例１の上部基板の概略構成を示す図である。 実施例１の絞り部材の概略構成を示す図である。 実施例１のイオン伝導高分子部材の概略構成を示す図である。 実施例１のイオン伝導高分子部材近傍の詳細な構成を示す図である。 実施例１のイオン伝導高分子部材近傍の詳細な構成を示す他の図である。 実施例１のイオン伝導高分子部材近傍の詳細な構成を示すさらに他の図である。 本発明の実施例２に係る光学絞り装置の斜視構成を示す図である。 実施例２に係る光学絞り装置を分解したときの斜視構成を示す図である。 実施例２のイオン伝導高分子部材近傍の詳細な構成を示す図である。 実施例２において絞り込まれた状態の斜視構成を示す図である。 実施例２において絞り込まれた状態の上面構成を示す図である。 実施例２において中間状態の斜視構成を示す図である。 実施例２において中間状態の上面構成を示す図である。 実施例２において開放状態の斜視構成を示す図である。 実施例２において開放状態の上面構成を示す図である。 本発明の実施例３に係る光学絞り装置の斜視構成を示す図である。 実施例３の変形例に係る光学絞り装置の斜視構成を示す図である。 従来技術の光学絞り装置の概略構成を示す図である。 従来技術の光学絞り装置の概略構成を示す他の図である。

符号の説明

１００ 光学絞り装置
１０１ 上部基板
１０２ 下部基板
１０３ スペーサ
１０４ 絞り部材
１０５ 回転軸
１０６ 駆動軸
１０７ 固定軸
１０８、１０９ リング状部材
１１０ イオン伝導高分子材料
１１０ａ イオン含有ポリマー
１１０ｂ 第１電極
１１０ｃ 第２電極
１１１、１１２ 開口
１１３ 回転軸穴
１１４ 固定軸穴
１１５ 駆動軸穴
１１６ 貫通穴
１１８、１１９ リード線
１２０ 外部電圧源
２００ 光学絞り装置
２０１ 下部基板
２０２ 中間基板
２０３ 上部基板
２０４ 第１絞り部材
２０５ 第１回転軸
２０６ 第２駆動軸用リング
２０７ 第２駆動軸
２０８ 第１スペーサ
２０９ スペーサ軸
２１０ 第２絞り部材
２１１ 第２回転軸
２１２ 第１駆動軸用リング
２１３ 第１駆動軸
２１４ 第２スペーサ
２１５ イオン伝導高分子部材
２１５ａ イオン含有ポリマー
２１５ｂ 第１電極
２１５ｃ 第２電極
２１６ リング状部材
２１７ リング状部材
２１８ 開口
２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃ 回転軸穴
２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ 駆動軸穴
２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ 回転軸穴
２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ 駆動軸穴
２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ 貫通穴
２２４ 駆動軸穴
２２５ 駆動軸穴
２２６、２２７、２２８ 貫通穴
２２９、２３０ リード線
２３１ 外部電圧源
３００ 光学絞り装置
３１０ イオン伝導高分子材料
３１０ａ 中央部
４００ 光学絞り装置
４１０ イオン伝導高分子材料
２１ 鏡筒
３５絞り羽根
３６ 回転円板
３７ 移動体
３８ 圧電素子
３９ 圧電素子枠
４０ 溝
４０ａ 絞り押え部材
４１ 枠部
４１ａ ピン
４２ 駆動ピン
４３ ピン
４４ ガイド孔

Claims (7)

1. 光学開口を備えた絞り環と、
   回転軸と駆動軸と遮蔽部とを備えた絞り部材と、
   前記駆動軸に結合して前記絞り部材を前記回転軸を中心に回転させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータを制御する制御手段と、を有し、
   前記アクチュエータは弾性部材によって構成され、かつ円弧形状を有し、前記アクチュエータの一端は前記駆動軸に結合され、
   前記制御手段は、前記アクチュエータの弦長を変化させ、
   前記アクチュエータの弦長の変化によって、前記アクチュエータが結合された前記駆動軸の前記回転軸に対する相対的な位置変化により前記遮蔽部が変位し、
   前記絞り部材が前記回転軸を中心に回転することによって、前記光学開口の一部が前記遮蔽部によって遮蔽されることで前記光学開口の開口径が変化することを特徴とする光学絞り装置。
2. 前記円弧形状の前記アクチュエータの一端は前記駆動軸に結合され、
   前記アクチュエータの他端は前記絞り環に対して固定された部材に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の光学絞り装置。
3. 前記絞り部材は、２つの部材からなる一対の絞り部材が配置されて構成され、
   前記円弧形状の前記アクチュエータの両端は、それぞれの前記絞り部材の前記駆動軸に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の光学絞り装置。
4. 円弧形状の前記アクチュエータの端部は、前記絞り部材の前記駆動軸に対して回転可能な状態で結合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学絞り装置。
5. 円弧形状の前記アクチュエータの端部は、前記絞り環に対して固定された部材に回転可能な状態で結合していることを特徴とする請求項２に記載の光学絞り装置。
6. 円弧形状の前記アクチュエータは、イオンを含有した高分子材料で構成され、
   円弧の中心側の第１面と、前記第１面に対向する第２面とに一対の電極が形成され、
   前記制御手段によって前記電極間に電圧を印加して高分子材料内のイオンを移動させ、弦長を変化させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学絞り装置。
7. 光学開口を備えた絞り環と、
   回転軸と駆動軸と遮蔽部とを備えた絞り部材と、
   前記駆動軸に結合して前記絞り部材を前記回転軸を中心に回転させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータを制御する制御手段と、を有し、
   前記アクチュエータは弾性部材によって構成され、かつ前記光学開口に沿った形状を有し、
   前記制御手段は、前記アクチュエータの前記光学開口に沿った形状における所定の２点間の距離を変化させ、
   前記アクチュエータの一端は前記駆動軸に結合され、前記アクチュエータの前記光学開口に沿った形状における所定の２点間の距離の変化によって前記アクチュエータが結合された前記駆動軸の前記回転軸に対する相対的な位置変化により前記遮蔽部が変位し、
   前記絞り部材が前記回転軸を中心に回転することによって、前記光学開口の一部が前記遮蔽部によって遮蔽されることで前記光学開口の開口径が変化することを特徴とする光学絞り装置。

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