JP5275879B2

JP5275879B2 - 内視鏡装置

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Publication number: JP5275879B2
Application number: JP2009089519A
Authority: JP
Inventors: 健一膳
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-04-01
Also published as: JP2010243606A

Description

本発明は、内視鏡装置に関する。

従来、機械等の内部を検査する際に、内視鏡装置を機械等の内部に挿入して内視鏡的に検査する方法が知られている。内視鏡装置には、例えば遠位端と近位端とを有する長尺な挿入部が設けられ、挿入部の遠位端に対象物を撮像するための撮像機構が配置されたものが知られている。

また、このように対象物を撮像するための撮像機構として、複数の光学系を光軸に沿って相対移動させて焦点調整を行ったり、ズームレンズを光軸に沿って進退移動させて対象物を拡大して撮像したりするための駆動機構を有するものが提案されている。

このような駆動機構の例として、特許文献１にはレンズ駆動機構が開示されている。この特許文献１に記載のレンズ駆動機構は、圧電素子と、圧電素子に固定されレンズの光軸と平行に配置された駆動軸（駆動部材）と、駆動軸を通す貫通孔が形成された上突部を有するレンズホルダーと、レンズホルダーに設けられて駆動軸を押圧する板ばねと、を備えている。

このレンズ駆動機構によれば、圧電素子の伸縮動作によって駆動軸が光軸方向に変位することで駆動軸上でレンズホルダーが移動する。このレンズ駆動機構によれば圧電素子が用いられたことでレンズ駆動機構を小型化できる。

また、特許文献２には圧電素子を用いた駆動装置が開示されている。この特許文献２に記載の駆動装置は、圧電素子と、圧電素子に固定されるとともに移動体を摺動可能に支持する支持部材（駆動部材）とを備え、移動体は、移動体本体と、移動体本体に組みつけられて支持部材を挾持する挾持部材と、挾持部材を支持部材に向けて付勢する付勢部材を有している。

この駆動装置によれば、挾持部材と支持部材間および移動体本体と支持部材間での接触状態を複数の駆動装置間において略一定にすることができる。

特開２００２−１３１６１１号公報特開２００６−３１１７８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のレンズ駆動機構では、板ばねの取り付け状態の誤差で駆動部材への摩擦力が大きく変動することがある。このため、圧電素子の伸縮動作の一往復あたりのレンズホルダ（被駆動光学系）の移動量がばらついてしまうという問題があった。

また、特許文献２に記載の駆動装置では、付勢部材として引っ張りコイルバネが開示されている。しかしながら、内視鏡装置のように孔に挿入される挿入部を有する装置では挿入部の内部には撮像装置や照明、あるいは処置具を挿通するためのチャンネルなどが配置されており、コイルバネを配置するための空間的余裕が少ない。このためコイルバネを好適に伸縮させるような直線的な空間を確保することが困難であった。

また、特許文献２に記載の駆動装置では、コイルバネによって板状の挾持部材を引っ張る際には挾持部材の幅方向における一箇所で挾持部材が牽引されるため、この牽引部分を揺動の中心として挾持部材が揺動してしまう。このため、圧電素子が駆動されている際には挾持部材と支持部材間および移動体本体と支持部材間での接触状態が安定しないというおそれがあった。

また、上記特許文献１および特許文献２のいずれにおいても、駆動部材上を移動する部材は駆動部材の周方向に回転可能であるため、駆動部材の母線を旋回の中心とした位置ずれが生じる可能性があるというおそれがあった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は狭い空間において被駆動光学系を精度よく進退駆動できる内視鏡装置の提供を図ることにある。
また、本発明の第二の目的は、駆動部材上を移動する被駆動光学系の位置ずれを抑制して好適に対象物の光学像を撮像できる内視鏡装置の提供を図ることにある。

上記課題を解決するために、本実施態様によれば、以下の手段を提案している。
本発明の内視鏡装置は、近位端から遠位端に向かって延びる挿入部と、前記挿入部の前記遠位端で前記挿入部の内部に配置され対象物を撮像する撮像機構と、を備え、前記撮像機構は、中心軸線上に基端と先端とを有する駆動部材と、第一端と第二端とを有し前記駆動部材の前記先端と前記基端とのいずれか一方に前記第一端が接続され前記中心軸線の方向に伸縮動作可能な圧電アクチュエーターと、前記圧電アクチュエーターの前記第二端に対して位置関係が固定されて配置されて前記中心軸線の方向に第一光軸を有する固定光学系と、前記中心軸線に沿って相対移動可能となるように前記駆動部材に摩擦係合されて前記第一光軸と同軸上に第二光軸を有する被駆動光学系と、前記被駆動光学系に固定された固定部と、弾性を有し前記固定部から延びる弾性部と、前記弾性部の弾性によって前記駆動部材の外周面に対して摩擦係合された摩擦係合部と、を有する板バネと、を有し、前記弾性部は、前記中心軸線に直交する面内で自由曲線形状をなし、第一弾性領域と、当該第一弾性領域と平行に延在する第二弾性領域と、前記第一弾性領域と前記第二弾性領域とを曲線的に繋ぐ折り曲げ部と、を有し、前記第二弾性領域は、前記第一弾性領域よりも前記挿入部の径方向外側に位置すると共に、前記挿入部の内壁に沿って湾曲して延在し、前記第一弾性領域は、前記第二弾性領域に対して、前記挿入部の内部で相対的に内側に位置する。

本実施態様によれば、板バネにおける第一弾性領域と第二弾性領域とによって、固定部から摩擦係合部までの間の弾性領域の長さが、固定部と摩擦係合部との直線距離よりも延長されている。このため、駆動部材に対する板バネの追従性がよくなり駆動部材への摩擦力の変動が抑制できる。また、板バネの単位長さあたりの変形量が少なくできるので板バネが取り付けられる際に大きく変形されても塑性変形を抑制することができる。
また、固定部から摩擦係合部に至るまでの板バネが自由曲線形状に形成されているため、板バネの各部における応力集中を低減することができる。
さらに、板バネの第二弾性領域が挿入部の内壁に沿う形状に形成されていることで挿入部の内部における板バネの占有空間を低減しつつ第二弾性領域の長さを確保することができる。

また、内視鏡装置は、前記折り曲げ部の最大外径が、前記第一弾性領域と前記第二弾性領域とが平行な部分における前記第一弾性領域と前記第二弾性領域との間隔よりも広いことが好ましい。
この場合、第一弾性領域と第二弾性領域とが平行な部分の幅が相対的に狭いことで板バネが占有する空間を低減できる。また、折り曲げ部の最大外径が第一弾性領域と第二弾性領域との間の幅と等しい場合と比較して折り曲げ部の曲率が小さく（曲率半径が大きく）なっている。したがって、折り曲げ部に生じる応力集中を低減する事ができるので、弾性部に生じる応力を好適に分散して弾性変形させることができる。

本発明の内視鏡装置は、近位端から遠位端に向かって延びる挿入部と、前記挿入部の前記遠位端で前記挿入部の内部に配置され対象物を撮像する撮像機構と、を備え、前記撮像機構は、中心軸線上に基端と先端とを有する駆動部材と、第一端と第二端とを有し前記駆動部材の前記先端と前記基端とのいずれか一方に前記第一端が接続され前記中心軸線の方向に伸縮動作可能な圧電アクチュエーターと、前記圧電アクチュエーターの前記第二端に対して位置関係が固定されて配置されて前記中心軸線の方向に第一光軸を有する固定光学系と、前記中心軸線に沿って相対移動可能となるように前記駆動部材に摩擦係合されて前記第一光軸と同軸上に第二光軸を有する被駆動光学系と、前記被駆動光学系に固定された固定部と、弾性を有し前記固定部から延びる弾性部と、前記弾性部の弾性によって前記駆動部材の外周面に対して摩擦係合された摩擦係合部と、を有する板バネと、を有し、前記弾性部は前記中心軸線に直交する面内で自由曲線形状をなし、前記挿入部の内部で相対的に内側に位置する第一弾性領域と、少なくとも一部が前記第一弾性領域と平行に延び、前記第一弾性領域に対して相対的に外側に位置する第二弾性領域と、前記第一弾性領域と前記第二弾性領域とが曲線的につながれた折り曲げ部と、を有し、前記折り曲げ部の最大外径は、前記第一弾性領域と前記第二弾性領域とが平行な部分における前記第一弾性領域と前記第二弾性領域との間隔よりも広い。

また、内視鏡装置は、前記固定部が、前記被駆動光学系に嵌合された嵌合部を有することが好ましい。
この場合、固定部に設けられた嵌合部によって板バネと被駆動光学系とが固定されるため、板バネと被駆動光学系との位置決めが容易になると共に板バネが弾性変形された際のがたつきが抑制できる。

また、内視鏡装置は、前記固定部が、前記被駆動光学系に接着された接着部を有することが好ましい。
この場合、固定部と被駆動光学系とが接着されていることで板バネと被駆動光学系との間のズレが生じることを抑制できる。

また、内視鏡装置は、前記板バネが、前記摩擦係合部において前記駆動部材の径方向への付勢力と前記駆動部材の周方向一方への付勢力との合力によって前記駆動部材と摩擦係合されていることが好ましい。
この場合、摩擦係合部において駆動部材の周方向一方への付勢力が生じているため、板バネによって駆動部材と被駆動光学系との周方向の相対移動方向が一方向に向かいやすくなる。このため、駆動部材と被駆動光学系とが中心軸線を揺動の中心として揺動することが抑制され、駆動部材と被駆動光学系との位置決めが容易になる。

本実施態様にかかる内視鏡装置によれば、狭い空間において被駆動光学系を精度よく進退駆動できる。また、駆動部材上を移動する被駆動光学系の位置ずれを抑制して好適に対象物の光学像を撮像できる。

本発明の１実施形態の内視鏡装置を示す斜視図である。同内視鏡装置の一部の構成を分解して示す斜視図である。同内視鏡装置の一部の構成を示す正面図である。同内視鏡装置の一部の構成を分解して示す斜視図である。同内視鏡装置の一部の構成を示す正面図である。（ａ）および（ｂ）は同内視鏡装置の使用時の動作を示すグラフである。同内視鏡装置の使用時の動作を示す斜視図である。（ａ）は同内視鏡装置における板バネの作用を説明するために一部の構成を示す正面図、（ｂ）は同板バネの動作を示すグラフ、（ｃ）は同板バネの作用を説明するために一部の構成を示す正面図である。同板バネに生じる力の向きと大きさを示した図である。同実施形態の内視鏡装置の変形例を示す正面図である。

以下、本発明の１実施形態の内視鏡装置について図１から図１０を参照して説明する。
図１は本実施形態の駆動機構を搭載する内視鏡装置を示す斜視図である。図１に示すように、内視鏡装置１は、近位端から遠位端に向かって延びるシース２と、シース２の遠位端に配置され対象物を撮影する撮像機構３と、シース２内で撮像機構３の近位端側に配置されシース２を湾曲動作させる湾曲駆動部３ａと、シース２の近位端に配置されて湾曲駆動部３ａを湾曲動作させるための操作部４と、操作部４からさらに近位端側に延びて接続された本体５とを備えている。
シース２と撮像機構３と湾曲駆動部３ａとは検査対象となる物体の内部に挿入される挿入部を構成している。

シース２は、詳細は図示しないが可撓性を有する筒状に形成され、その内部には操作部４および本体５から撮像機構３および湾曲駆動部３ａまで延びる配線路が挿通されている。

操作部４には、湾曲駆動部３ａを湾曲させるために使用者が湾曲方向を入力するためのジョイスティック４ａが設けられている。本実施形態の内視鏡装置１では、ジョイスティック４ａは所定の中立位置に対して傾けられた方向が湾曲駆動部３ａを湾曲させる方向として本体５に入力される。本体５ではジョイスティック４ａからの入力に基づいて湾曲駆動部３ａを湾曲動作させる。

本体５は、撮像機構３によって取得された画像を表示するためのディスプレイ５ａを備えている。また、本体５の内部には、撮像機構３や湾曲駆動部３ａの動作を制御するための制御部５０が設けられている。

図２は、内視鏡装置１の一部の構成を示す斜視図で、撮像機構３の構成を分解して示している。図２に示すように、撮像機構３は、図１に示すシース２の遠位端に取り付け可能なケース３１と、ケース３１より遠位端側でケース３１に被せられて固定されたキャップ３２とを備えている。

撮像機構３は、中心軸線Ｏ１方向に延びる駆動部材６１と、駆動部材６１に接続され中心軸線Ｏ１の方向に伸縮動作可能な圧電アクチュエーター６２と、圧電アクチュエーター６２に対して位置関係が固定されて配置された固定光学系７０と、中心軸線Ｏ１に沿って相対移動可能となるように駆動部材６１に摩擦係合された被駆動光学系６３と、駆動部材６１と被駆動光学系６３との間に設けられた板バネ１００とを備えている。

また、撮像機構３には、所定の光軸Ｌが設定されている。この光軸Ｌに沿って、キャップ３２に設けられたカバーガラス３２ａと、光軸Ｌに沿って進退動作可能な被駆動光学系６３と、カバーガラス３２ａに対して位置関係が固定されて配置された固定光学系７０とがこの順に配置されている。本実施形態では、カバーガラス３２ａは円盤状に形成されたガラス板である。

駆動部材６１は、中心軸線Ｏ１に沿う母線を有する円柱状に形成されている。駆動部材６１はケース３１に形成された孔３１ａに挿通されており、駆動部材６１の先端６１ａが遠位端方向、駆動部材６１の基端６１ｂが近位端方向にそれぞれ向けられて支持されている。また、駆動部材６１の外周面には被駆動光学系６３が摩擦係合されている。

圧電アクチュエーター６２は、第一端６２ａと第二端６２ｂとを有し、第一端６２ａにおいて駆動部材６１に固定されている。また、圧電アクチュエーター６２は、たとえばピエゾ素子など電圧印加によって変形する圧電素子を用いて動作するアクチュエーターである。本実施形態では、圧電アクチュエーター６２は、駆動パルスが印加された際には中心軸線Ｏ１方向に伸長し、駆動パルスの印加が停止された際には自然状態に戻るように中心軸線Ｏ１方向に収縮する。

詳細は図示しないが圧電アクチュエーター６２は第二端６２ｂが固定端とされており、第二端６２ｂとケース３１との位置関係が固定されている。したがって、圧電アクチュエーター６２が伸縮動作すると第二端６２ｂを固定端として圧電アクチュエーター６２の第一端６２ａが中心軸線Ｏ１方向に振動する。詳細は図示しないが、圧電アクチュエーター６２は、図１に示すシース２の内部を通じて本体５に電気的に接続されており、制御部５０から送信される後述する駆動パルスによって伸縮動作される。

固定光学系７０には、カバーガラス３２ａ側から入射した光が光学像として撮像される固体撮像素子７２と、固体撮像素子７２に光学像を結像させるための結像レンズ群７１とが設けられている。

詳細は図示していないが、固体撮像素子７２としては、周知のＣＣＤやＣＭＯＳエリアイメージセンサを適宜採用することができる。また、固体撮像素子７２は図１に示す本体５と電気的に接続されており、固体撮像素子７２によって撮像された画像がディスプレイ５ａに表示される。

被駆動光学系６３は、駆動部材６１に接触する接触部６３ａと、光軸Ｌ方向に貫通孔を有するレンズ保持枠６３ｂと、レンズ保持枠６３ｂから突出されてケース３１に形成された溝３１ｂに摺動自在に嵌合する突起６４とが形成されている。レンズ保持枠６３ｂには、光軸Ｌ上に光軸を有する移動レンズ８１がはめ込まれて固定されている。

図３は内視鏡装置１における撮像機構３の部分の一部の構成を示す正面図である。また、図４は撮像機構３の一部の構成を分解して示す斜視図である。また、図５は撮像機構３の一部の構成を示す正面図である。

図３に示すように、レンズ保持枠６３ｂに形成された突起６４は、ケース３１の溝３１ｂにおいてケース３１の周方向に離間する第一壁３１ｄと第二壁３１ｅとのうち第一壁３１ｄに接触する。これにより、被駆動光学系６３は駆動部材６１と第一壁３１ｄとの二軸線によって周方向の位置決めがされている。
この位置決めによって、固定光学系７０の光軸（第一光軸Ｏ２）と被駆動光学系６３の光軸（第二光軸Ｏ３）とが光軸Ｌ上に合わせられている。

図３ないし図５に示すように、板バネ１００は、被駆動光学系６３に固定された固定部１０１と、弾性を有し固定部１０１から延びる弾性部１０２と、駆動部材６１の外周面に摩擦係合された摩擦係合部１０３とを有している。

固定部１０１は、被駆動光学系６３に対して面接触する接触面１１１と、被駆動光学系６３に嵌合する嵌合部１０７を有している。また、被駆動光学系６３には接触面１１１と接触する接触面６３ｃと、嵌合部１０７の形状に対応して形成された被嵌合部６３ｄ、６３ｅとが形成されている。

嵌合部１０７には、被嵌合部６３ｄに面接触するように中心軸線Ｏ１方向で対向する二面を支持するアーム１０７２と、アーム１０７２の一部で中心軸線Ｏ１方向で互いに近接する方向にずれて設けられた係留部１０７１とが形成されている。係留部１０７１が被嵌合部６３ｅに嵌合されることで板バネ１００と被駆動光学系６３との位置決めがなされている。

弾性部１０２は、中心軸線Ｏ１に直交する面内で自由曲線形状をなし、ケース３１の内部で相対的に内側に位置する第一弾性領域１０４と、一部が第一弾性領域１０４と平行に延び、第一弾性領域１０４に対して相対的に外側に位置する第二弾性領域１０５と、第一弾性領域１０４と第二弾性領域１０５とが曲線的につながれた折り曲げ部１０６と、を有する。

また、摩擦係合部１０３には、駆動部材６１の外周面において中心軸線Ｏ１方向に延びる線が接線となるように駆動部材６１に接触するアタッチメント１０８が設けられている。アタッチメント１０８は板バネ１００に設定された支持部１０３ｂにおいて支持されている。

第一弾性領域１０４と第二弾性領域１０５とが平行に配置されている部分では、互いの距離は距離ｄ１だけ離間している。また折り曲げ部１０６では、第一弾性領域１０４と第二弾性領域１０５とが曲線的につながれており、折り曲げ部１０６の最大外径ｄ２は距離ｄ１よりも広く形成されている。

また、折り曲げ部１０６の第二弾性領域１０５側はケース３１の内壁３１ｃに沿っており、折り曲げ部１０６の第一弾性領域１０４側はケース３１の径方向内方にむかって隆起して形成されている。これは、第二弾性領域１０５とケース３１との間のデッドスペースを廃すると共に被駆動光学系６３と第一弾性領域１０４との間に生じる空間を用いて折り曲げ部１０６の最大外径を大きくするためのものである。

また、第二弾性領域１０５は、その全域にわたってケース３１の内壁３１ｃに沿って延びて設けられている。なお、第二弾性領域１０５はケース３１の内壁から離間していることが好ましく、板バネ１００の弾性変形の大きさに基づいて所定のクリアランスを有することが好ましい。

板バネ１００は、アタッチメント１０８を介して駆動部材６１に対して付勢力を生じさせている。例えば、図５に示すように、板バネ１００は自然状態において二点鎖線で示すように駆動部材６１に接し、アタッチメント１０８が取り付けられることで弾性変形されて駆動部材６１への付勢力を有する構成とすることができる。

本実施形態では、板バネ１００は固定部１０１が固定端であり摩擦係合部１０３が自由端である。したがって、板バネ１００は、固定部１０１を旋回の中心として摩擦係合部１０３が旋回動作するような弾性変形の方向成分を有している。

以上に説明する構成の、本実施形態の内視鏡装置の作用について、図６から図１０を参照しながら説明を行う。
図６（ａ）および図６（ｂ）は、制御部５０において生成される駆動パルスを示すグラフである。図６（ａ）に示すグラフは、圧電アクチュエーター６２を伸縮動作させるための第一駆動パルスの波形を示している。図６（ａ）において、横軸は駆動パルスが印加される時間を示しており、縦軸は駆動パルスの電圧を示している。

図６（ａ）に示すように、第一駆動パルスは電圧Ｖ０から電圧Ｖ１へと上昇する速度が相対的に遅く、電圧Ｖ１から電圧Ｖ０へと下降する速度が相対的に速くなるように波形が設定されている。したがって、電圧Ｖ０から電圧Ｖ１になるまでの時間Ｔ１は、電圧Ｖ１から電圧Ｖ０になるまでの時間Ｔ２よりも長い。

図６（ｂ）に示すように、第二駆動パルスは第一駆動パルスと異なり、電圧Ｖ０から電圧Ｖ１へと上昇する速度が相対的に速く、電圧Ｖ１から電圧Ｖ０へと下降する速度が相対的に遅くなるように波形が設定されている。したがって、電圧Ｖ０から電圧Ｖ１になるまでの時間Ｔ３は、電圧Ｖ１から電圧Ｖ０になるまでの時間Ｔ４よりも短い。

図７は、上述した第一駆動パルスあるいは第二駆動パルスが圧電アクチュエーター６２に印加された際の駆動機構６０の動作を示す斜視図である。図７に示すように、圧電アクチュエーター６２が伸縮動作されると駆動部材６１は図中ＡＢ方向へと振動する。このとき、駆動部材６１に摩擦係合されている被駆動光学系６３および板バネ１００は、駆動部材６１との間に生じる摩擦によって以下に説明するように動作する。

まず、第一駆動パルスによって圧電アクチュエーター６２が駆動された場合には、時間Ｔ１だけ圧電アクチュエーター６２が伸長動作される。すると、第一駆動パルスの電圧が上昇するのに応じて駆動部材６１が中心軸線Ｏ１方向で遠位端側へと移動される。
このとき、圧電アクチュエーター６２が伸長動作する時間Ｔ１は、後述する圧電アクチュエーター６２が伸縮動作する時間Ｔ２よりも遅い。それゆえ、駆動部材６１に摩擦係合された被駆動光学系６３および板バネ１００は、駆動部材６１と摩擦係合されたまま一体的に遠位端側（図中Ａ方向）へと移動される。

時間Ｔ１の経過後、続いて時間Ｔ２の間に駆動パルスの電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ０まで下降する。すると、伸長されていた圧電アクチュエーター６２は自然状態となるように中心軸線Ｏ１に沿って収縮動作される。その結果、駆動部材６１は近位端側（図中Ｂ方向）へと移動される。

このとき、駆動部材６１が近位端側へと移動される移動速度は上述の遠位端側への移動速度よりも速い。これは、時間Ｔ２が時間Ｔ１よりも短く、圧電アクチュエーター６２に印加される電圧が相対的に短時間のうちに降下するためである。この場合、被駆動光学系６３および板バネ１００は、駆動部材６１上を滑ることとなる。その結果、第一駆動パルスにおける時間Ｔ２の間では、被駆動光学系６３および板バネ１００は駆動部材６１が近位端側に移動される前の位置に留まり、駆動部材６１のみが近位端側に移動される。

時間Ｔ１と時間Ｔ２とが一回ずつ行われる時間Ｔ１＋時間Ｔ２が第一駆動パルスの一単位になる。この一単位によって駆動部材６１と被駆動光学系６３との相対位置は所定幅だけ遠位端側へずれた位置関係になる。第一駆動パルスが継続して印加されると上述の一単位が繰り返されるので、駆動部材６１上を被駆動光学系６３が遠位端方向へと移動する。

第二駆動パルスによって圧電アクチュエーター６２が移動される際には、詳細は省略するが上述と逆の作用によって駆動部材６１上を被駆動光学系６３が近位端方向へと移動される。

図８は被駆動光学系６３が駆動部材６１上を移動する際の板バネ１００の作用を示す図である。図８（ａ）は、本実施形態の板バネ１００と、板バネ１００と形状が異なる板バネ８０、９０とを重ねて示す正面図である。また、図８（ｂ）は、本実施形態の板バネ１００と、前述の板バネ８０、９０との作用を比較して示すグラフである。また、図８（ｃ）は、本実施形態の板バネ１００の作用を示すための図である。

図８（ａ）に示すように、本実施形態では、板バネ１００には、第一弾性領域１０４と第二弾性領域１０５とが設けられている。また、比較として示す板バネ８０は、第一弾性領域１０４および第二弾性領域１０５に相当するように互いに平行に延びる部分を有していない。また、比較として示す板バネ９０は、第一弾性領域１０４および第二弾性領域１０５に相当するように平行に伸びる部分を有している。ただし板バネ９０では、板バネ１００よりも第一弾性領域１０４および第二弾性領域１０５に相当する部分が短く構成されている。

図７に示すように駆動部材６１上を被駆動光学系６３が進退動作される際には、駆動部材６１と板バネ１００との間で摺動が生じる。ここで、駆動部材６１上を被駆動光学系６３が精度よく進退動作するためには、駆動部材６１とアタッチメント１０８との間の摩擦力および駆動部材６１と接触部６３ａとの間の摩擦力がそれぞれ一定に保たれていることが好ましい。接触部６３ａは弾性変形する部材ではないため、前述の摩擦力を一定に調整するための機能は主に板バネ１００の押圧力によってなされる。

図８（ｂ）は、板バネ８０、９０、１００のそれぞれについて板バネによって生じる力と板バネの撓み量との関係を示すグラフである。縦軸には板バネが駆動部材６１に作用する力を示し、横軸には板バネの撓み量を示している。なお、図８（ｂ）に示すＦｍｉｎおよびＦｍａｘは、板バネが好適に弾性変形される適正力量の下限と上限とを示しており、これらの値は板バネとして使用される材料の物性で規定される。

板バネ８０、９０、１００は、固定部１０１から摩擦係合部１０３に至るまでの板バネの面に沿った長さ（以下「実質長」と称する。）が異なっている。このため図８（ｂ）に示すように、板バネ８０、９０、１００の間で板バネにかかる力と撓み量との関係が異なっている。なお、板バネ８０、９０、１００は、実質長が同一で、その厚みが異なっている場合であっても、板バネ８０、９０、１００の間で板バネにかかる力と撓み量との関係が異なっている。

実質長が短い板バネ８０では、板バネにかかる力の最小値Ｆｍｉｎと最大値Ｆｍａｘとの間で幅Ｗ１で示す範囲の撓みを生じる。また、実質長が長くなるにしたがって、板バネの厚みを厚くすれば、目標値Ｆｔｇに近づけることができる。
例えば、板バネ１００では板バネ８０と同じ力を受けた際の撓みが幅Ｗ１よりも広い幅Ｗ３の範囲で生じるように、板バネにかかる力の変化に対して撓み量がより大きく変化する。

このように、板バネ１００は、第一弾性領域１０４と第二弾性領域１０５とを有しない板バネ８０に対して適正力量の範囲に対応する撓み量の範囲が広い。また、第一弾性領域１０４および第二弾性領域１０５の長さが長い方が適正力量の範囲に対応する撓み量の範囲が広い。
つまり、板バネ１００では撓み量の変動が大きい場合にもＦｍｉｎからＦｍａｘの間の適正力量で駆動部材６１を付勢している。

図８（ｃ）は、板バネ１００による付勢力が駆動部材６１に伝わる際の作用を示した図である。図８（ｃ）に示すように、板バネ１００によって生じる付勢力は、アタッチメント１０８を介して駆動部材６１へと伝達されている。この時アタッチメント１０８と駆動部材６１とは中心軸線Ｏ１方向に延び駆動部材６１の外周面に沿う接線Ｐ１、Ｐ２で接触している。

板バネ１００が駆動部材６１に付勢力を生じる向きは、図中Ｆで示す矢印方向である。
すなわち、接触点Ｐ１及びＰ２には、付勢力Ｆの分力Ｆ_１とＦ_２とがそれぞれ掛かっている。接触点Ｐ１において、付勢力Ｆの分力Ｆ_１は、反力Ｎ_１及び静止摩擦力Ｑ_１と釣り合っている。ここで、アクチュエーターによる振動が加わり、被駆動光学系６３が中心軸線Ｏ１方向に動作を始めると、静止摩擦力Ｑ_１及びＱ_２は、動摩擦力に変わる。その結果、接触点Ｐ１において、付勢力Ｆの分力Ｆ_１と、反力Ｎ_１及び静止摩擦力Ｑ_１との釣り合いのバランスが崩れ、被駆動光学系６３は中心軸線Ｏ１方向に移動するとともに図８（ｃ）に示す正面視で反時計回りに回転をする。なお、接触点Ｐ２において、付勢力Ｆの分力Ｆ_２と、反力Ｎ_２及び静止摩擦力Ｑ_２との釣り合いのバランスが崩れることは言うまでもない。

本実施形態では、被駆動光学系６３は駆動部材６１に対して図８（ｃ）に示す正面視で反時計回りに向かうように相対回転し、被駆動光学系６３は図３に示すように突起６４がケース３１の溝３１ｂの第一壁３１ｄに接触して支持される。

図９は、板バネ１００と被駆動光学系６３とを固定面１０１により固定した状態で、摩擦係合部１０３に生じる力による板バネ１００の弾性変形の向きと大きさを示す静解析シミュレーションした図である。この場合の押圧力は、アタッチメント１０８を設ける前の板バネ１００の状態から、アタッチメント１０８を設けた後の板バネ１００の形状へ変化させるものである。また、押圧方向は、図９に示した通り、第二弾性領域１０５の外郭に対して傾斜を有している。なお、図中、矢印の長さは、第一弾性領域１０４と第２弾性領域１０５とが変形する大きさを示すものである。

以上説明したように、本実施形態の内視鏡装置によれば、板バネ１００は、固定部１０１と摩擦係合部１０３との間の弾性部１０２に第一弾性領域１０４と第二弾性領域１０５とを有している。第一弾性領域１０４と第二弾性領域１０５とは互いに平行な部分を有するので、固定部１０１から摩擦係合部１０３までの間の弾性部１０２の長さは固定部１０１と摩擦係合部１０３との直線距離よりも長い。その結果、駆動部材６１に対する板バネ１００の追従性がよくなり駆動部材６１への摩擦力の変動が抑制できる。

また、板バネ１００の単位長さあたりの変形量が少なくできるので板バネ１００が取り付けられる際に大きく変形されても塑性変形を抑制することができる。

また、固定部１０１から摩擦係合部１０３に至るまでの板バネ１００の弾性部１０２が自由曲線形状に形成されているため、板バネ１００の各部における応力集中を低減することができる。

また、折り曲げ部１０６の最大外径ｄ２が第一弾性領域１０４と第二弾性領域１０５との間の幅ｄ１よりも大きく構成されている。このため、第一弾性領域１０４と第二弾性領域１０５とが平行な部分の幅が相対的に狭いことで板バネ１００が占有する空間を低減できる。

さらに、折り曲げ部１０６の最大外径が幅ｄ１と等しい場合と比較して折り曲げ部１０６の曲率が小さく（曲率半径が大きく）なっている。したがって、折り曲げ部１０６における特定の点への応力集中を抑制することができる。
これは、板バネ１００の弾性変形が多数回にわたって繰り返された場合でも折り曲げ部１０６における金属疲労が低減できるという効果を奏する。

また、折り曲げ部１０６における応力集中が抑制されていることで、第一弾性領域１０４と第二弾性領域１０５とをともに好適に弾性変形させることができ、ケース３１の内部の狭い領域において効果的に付勢力を生じさせることができる。

また、本実施形態では板バネ１００の第二弾性領域１０５がケース３１の内壁に沿う形状に形成されている。これは板バネ１００が板状に形成されたバネであって湾曲されて形成されていても好適に弾性変形できるためであり、例えばコイルバネなどに比べて配置の自由度が高い。したがって、ケース３１の内部における板バネの占有空間を低減しつつ第二弾性領域の長さを確保することができる。

また、固定部１０１に設けられた嵌合部１０７によって板バネ１００と被駆動光学系６３とが固定されるため、板バネ１００と被駆動光学系６３との位置決めが容易になると共に板バネ１００が弾性変形された際のがたつきが抑制できる。その結果、板バネ１００から駆動部材６１に作用する付勢力のばらつきを抑えて駆動部材６１上での被駆動光学系６３の移動精度を高めることができる。

レンズ保持枠６３ｂに形成された突起６４は、ケース３１の溝３１ｂにおいてケース３１の周方向に離間する第一壁３１ｄと第二壁３１ｅとのうち第一壁３１ｄに接触する。これにより、突起６４は、第一壁３１ｄに位置決めされた状態で移動することとなり、第一壁３１ｄと第二壁３１ｅとの間で生じる光学系の偏心を抑制することができる。
また、摩擦係合部１０３において駆動部材６１の周方向一方への付勢力が生じているため、板バネ１００によって駆動部材６１と被駆動光学系６３との周方向の相対移動方向が一方向に向かいやすくなる。このため、駆動部材６１と被駆動光学系６３とが中心軸線Ｏ１を揺動の中心として揺動することが抑制され、駆動部材６１と被駆動光学系６３との位置決めが容易になる。

（変形例）
以下では本実施形態の内視鏡装置１の変形例について図１０を参照して説明する。図１０は、本変形例の内視鏡装置２００の一部の構成を示す正面図である。

図１０に示すように、本変形例では、被駆動光学系６３に加えて被駆動光学系１６３をさらに備えている。本変形例では、例えば被駆動光学系６３は固体撮像素子７２に結像する光学像の焦点調整を行うために設けられ、被駆動光学系１６３は対象物の拡大像を得るためのズームを行うためにズームレンズ１８１が設けられた光学系である。

また、内視鏡装置２００は被駆動光学系１６３を光軸Ｌに沿って進退動作させるための駆動機構１６０を備えている。

駆動機構６０と駆動機構１６０とは図１０に示す正面視では符号Ｏ５で示す線を対象の軸として線対称に構成されている。また本実施形態では被駆動光学系１６３は光軸Ｌ上で被駆動光学系６３よりも遠位端に位置している。

駆動機構１６０は、駆動機構６０と同様に駆動部材１６１と、圧電アクチュエーター（不図示）とを有して構成され、上述の内視鏡装置１と同様に制御部５０に電気的に接続されて動作される。

また、駆動機構１６０は、板バネ１００と同形同大の板バネ１００ａが設けられており、板バネ１００と同様に固定部１０１ａ、弾性部１０２ａ、摩擦係合部１０３ａを有している。

本変形例では、板バネ１００と板バネ１００ａとは図１０に示す正面視でケース３１の内部で径方向に対向するように向きを違えた位置関係になっている。その結果、被駆動光学系１６３のレンズ保持枠１６３ｂに形成された突起１６４はケース３１の溝３１ｂのうち第二壁３１ｅに接触している。被駆動光学系１６３は、突起１６４が第二壁３１ｅに接触された状態でズームレンズ１８１の光軸（第三光軸Ｏ４）が光軸Ｌに合わせられている。
このような構成であっても、上述の内視鏡装置１と同様の効果を奏することができる。

さらに、本変形例ではケース３１の内部に被駆動光学系６３と被駆動光学系１６３とがともに光軸Ｌに沿って進退動作可能に配置されている。ここで、板バネ１００と板バネ１００ａとがケース３１の径方向に対向して配置されている。したがって互いの動作の干渉が抑制され、被駆動光学系６３と被駆動光学系１６３との動作精度を高く保つことができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の実施形態では、固定部１０１は嵌合部１０７を有して被駆動光学系６３に嵌合されている例を示したが、これに限らず固定部１０１を被駆動光学系６３に接着により固定してもよい。また、板バネと被駆動光学系との固定方法には嵌合による固定と接着による固定とが併用されても良い。

また、上述の実施形態では、板バネ１００と駆動部材６１との間にはアタッチメント１０８が介在されて、板バネ１００がアタッチメント１０８を介して駆動部材６１を付勢している例を示した。これに限らず、アタッチメントを備えずに板バネが駆動部材に直接接触して駆動部材を付勢する構成が採用されてもよい。この場合でも本発明と同様の効果を奏することができる。

また、上述の実施形態では板バネ１００とアタッチメント１０８とがそれぞれ設けられている例を示したが、これに限らず板バネとアタッチメントとが一体成形されて一部材として構成されていてもよい。

１、２００内視鏡装置
２シース（挿入部）
３撮像機構
６１、１６１駆動部材
６２圧電アクチュエーター
６３、１６３被駆動光学系
７０固定光学系
Ｏ１中心軸線
Ｏ２第一光軸
Ｏ３第二光軸
１００、１００ａ板バネ
１０１、１０１ａ固定部
１０２、１０２ａ弾性部
１０３、１０３ａ摩擦係合部
１０４、１０４ａ第一弾性領域
１０５、１０５ａ第二弾性領域
１０６、１０６ａ折り曲げ部
１０７嵌合部

Claims

近位端から遠位端に向かって延びる挿入部と、
前記挿入部の前記遠位端で前記挿入部の内部に配置され対象物を撮像する撮像機構と、
を備え、
前記撮像機構は、
中心軸線上に基端と先端とを有する駆動部材と、
第一端と第二端とを有し前記駆動部材の前記先端と前記基端とのいずれか一方に前記第一端が接続され前記中心軸線の方向に伸縮動作可能な圧電アクチュエーターと、
前記圧電アクチュエーターの前記第二端に対して位置関係が固定されて配置されて前記中心軸線の方向に第一光軸を有する固定光学系と、
前記中心軸線に沿って相対移動可能となるように前記駆動部材に摩擦係合されて前記第一光軸と同軸上に第二光軸を有する被駆動光学系と、
前記被駆動光学系に固定された固定部と、弾性を有し前記固定部から延びる弾性部と、前記弾性部の弾性によって前記駆動部材の外周面に対して摩擦係合された摩擦係合部と、を有する板バネと、
を有し、
前記弾性部は、
前記中心軸線に直交する面内で自由曲線形状をなし、第一弾性領域と、当該第一弾性領域と平行に延在する第二弾性領域と、前記第一弾性領域と前記第二弾性領域とを曲線的に繋ぐ折り曲げ部と、を有し、
前記第二弾性領域は、前記第一弾性領域よりも前記挿入部の径方向外側に位置すると共に、前記挿入部の内壁に沿って湾曲して延在し、
前記第一弾性領域は、前記第二弾性領域に対して、前記挿入部の内部で相対的に内側に位置する
内視鏡装置。
前記折り曲げ部の最大外径が、前記第一弾性領域と前記第二弾性領域とが平行な部分における前記第一弾性領域と前記第二弾性領域との間隔よりも広い請求項１に記載の内視鏡装置。
近位端から遠位端に向かって延びる挿入部と、
前記挿入部の前記遠位端で前記挿入部の内部に配置され対象物を撮像する撮像機構と、
を備え、
前記撮像機構は、
中心軸線上に基端と先端とを有する駆動部材と、
第一端と第二端とを有し前記駆動部材の前記先端と前記基端とのいずれか一方に前記第一端が接続され前記中心軸線の方向に伸縮動作可能な圧電アクチュエーターと、
前記圧電アクチュエーターの前記第二端に対して位置関係が固定されて配置されて前記中心軸線の方向に第一光軸を有する固定光学系と、
前記中心軸線に沿って相対移動可能となるように前記駆動部材に摩擦係合されて前記第一光軸と同軸上に第二光軸を有する被駆動光学系と、
前記被駆動光学系に固定された固定部と、弾性を有し前記固定部から延びる弾性部と、前記弾性部の弾性によって前記駆動部材の外周面に対して摩擦係合された摩擦係合部と、を有する板バネと、
を有し、
前記弾性部は前記中心軸線に直交する面内で自由曲線形状をなし、
前記挿入部の内部で相対的に内側に位置する第一弾性領域と、
少なくとも一部が前記第一弾性領域と平行に延び、前記第一弾性領域に対して相対的に外側に位置する第二弾性領域と、
前記第一弾性領域と前記第二弾性領域とが曲線的につながれた折り曲げ部と、
を有し、
前記折り曲げ部の最大外径は、前記第一弾性領域と前記第二弾性領域とが平行な部分における前記第一弾性領域と前記第二弾性領域との間隔よりも広い
内視鏡装置。
前記固定部が、前記被駆動光学系に嵌合された嵌合部を有する請求項１に記載の内視鏡装置。
前記固定部が、前記被駆動光学系に接着された接着部を有する請求項１または４に記載の内視鏡装置。
前記板バネが、前記摩擦係合部において前記駆動部材の径方向への付勢力と前記駆動部材の周方向一方への付勢力との合力によって前記駆動部材と摩擦係合されている請求項１に記載の内視鏡装置。