JPH04177214A

JPH04177214A - 内視鏡

Info

Publication number: JPH04177214A
Application number: JP2305182A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Suzuki; 克哉鈴木; Yasuhiro Ueda; 康弘植田; Hibiki Imagawa; 今川　響; Toshihiko Suzuta; 敏彦鈴田; Yorio Matsui; 頼夫松井; Koichi Tatsumi; 巽　康一; Eiichi Fuse; 栄一布施
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 1992-06-24
Anticipated expiration: 2015-10-16
Also published as: JP3100055B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明はレンズを移動することによりフォーカシングや
ズーミング等を行うようにした内視鏡に関する。

［従来の技術］内視鏡における対物光学系のレンズを手元側操作部での
操作でフォーカシングを行うものが、特開昭６３−１８
９８２１号公報で知られている。

これは対物光学系にあるレンズの保持枠を長尺な挿入部
に挿通した操作ワイヤを介して遠隔的に操作する方式に
なっている。このため、操作ワイヤをガイドする能力の
ある案内管を必要とするとともに、操作ワイヤを押し引
きする操作機構等においてかなり複雑な構成が必要であ
った。

［発明が解決しようとする課題］このように従来のものにあっては、レンズを移動操作す
る機構が複雑になり、部品点数がかなり多くなる。また
、それらを設置するスペースがかなり必要であり、この
ため、大形化する。特に、挿入部の大径化する点が問題
であった。さらに、操作ワイヤを介しての遠隔的な押引
き操作を行うため、操作追従性および応答性が゛悪い傾
向があった。

本発明は前記課題に着目してなされたもので、その目的
とするところは、コンパクトで簡単な構成によってレン
ズの移動操作が迅速かつ確実に行うことができる内視鏡
を提供することにある。

［課題を解決するための手段および作用コ前記課題を解
決するために本発明の内視鏡は、対物光学系を構成する
レンズ群における移動レンズを保持するレンズ枠に移動
体を連結（兼用を含む）し、前記レンズ枠を移動させる
べき向きに沿って軸方向を配置したその軸方向へ伸縮可
能な圧電素子を設け、この圧電素子の一端を前記移動体
に実質的に固定するとともに、前記圧電素子の他端に慣
性体を取着し、前記圧電素子に印加する駆動電圧を制御
手段で制御して前記圧電素子がその軸方向へ伸縮すると
きの前記慣性体の慣性力と前記移動体が受ける摩擦力を
利用しながら前記レンズ枠を移動させて位置調整を行う
。

［実施例］第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を示すもの
である。

第１図で示すように内視ｍｌは、長尺な挿入部２、操作
部３、およびライトガイドケーブル４を有している。挿
入部２は、曲り自在な可撓管５、強制的に湾曲操作され
る湾曲管６、および先端構成部７からなっている。操作
部３には送気送水釦８、吸引釦９、および電子観察系の
操作スイッチ１０が設けられている。

挿入部２の先端構成部７には対物光学系１２か組み込ま
れ、この対物光学系１２は観察窓１３を通じて観察され
る視野を固体撮像素子１４の撮像面に結像するようにな
っている。また、先端構成部７には図示しない照明窓、
鉗子口、送気送水ノズル等が設けられている。この照明
窓は同じく図示しないライトガイドファイバを通じて送
られてきた照明光を視野内に照射する。鉗子口にはチャ
ンネルチューブ１６が接続され、送気送水ノズルには送
気チューブ１７と送水チューブ１８が接続されている。

固体撮像素子１４には信号ケーブル１９が接続されてい
る。

対物光学系１２は筒状の鏡筒２１に複数の固定レンズ２
２を組み込んでなり、さらに鏡筒２１内には合焦レンズ
２３を保持する筒状のレンズ枠２４が光軸方向へスライ
ド自在に装着されている。

すなわち、合焦レンズ２３を光軸方向へ移動することに
より固体撮像素子１４の撮像面に結像させるピント調整
作用を行う。また、筒状のレンズ枠２４の外周の一部（
この実施例では下面）にはアーム２５が突き出している
。このアーム２５は鏡筒２１に形成したスライド孔２６
を通じて貫通して鏡筒２１の側方へ突出している。スラ
イド孔２６は対物光学系１２の光軸方向へ沿って細長く
形成されている。つまり、レンズ枠２４はアーム２５は
スライド孔２６によって光軸方向へスライドされ、回転
することなく直線的に移動する。

レンズ枠２４から突き出すアーム２５の先端には後述す
る走行アクチュエータの移動体Ｍが取着固定されている
。レンズ枠２４はこの移動体Ｍによって移動させられる
。移動体Ｍにはその積層方向に沿う軸方向へ伸縮する積
層型圧電素子（ＰＺＴ）Ｐの一端が固定されている。圧
電素子Ｐの他端には慣性体ｍが固着しである。この慣性
体ｍの質量は前記移動体Ｍの質量より大きい。もちろん
、レンズ枠２４と一体化してこれらが実質的な移動体と
して機能するその総和たる質量も前記慣性体ｍの質量よ
りも大きい。前記圧電素子Ｐの電極に接続したリード線
２７は保護チューブ２８内を通じて、前記挿入部２、操
作部３、およびライトガイドケーブル４の各内部を通り
、外部に設けられる駆動電源２９に接続される。また、
この駆動電源２９による圧電素子Ｐに対する印加通電は
制御回路（制御手段）３０によって制御される。なお、
この制御回路３０を内視鏡１の操作部３内に組み込む構
成としてもよい。

そして、圧電素子Ｐに所定の波形で電圧を印加すると、
その圧電素子Ｐはその軸方向へ伸縮して移動体Ｍを移動
し、合焦レンズ２３を保持したレンズ枠２４を移動する
合焦動作を行うようになっている。

この移動原理は第２図および第３図で概念的に示される
。すなわち、第２図で示すように質量の大きな移動体Ｍ
、質量の小さな慣性体ｍ１移動体Ｍと慣性体ｍを連結す
る積層型圧電素子Ｐからなる走行アクチュエータかベー
スＢの上に乗っているとする。

そして、圧電素子Ｐに第３図で示すような波形の駆動電
圧を印加することによりその走行アクチュエータの全体
が前進または後退する動作を行うのである。

まず、前進（左方）移動するときの動作について説明す
る。第２図左側の図で示すように動作スタート前におい
て移動体ＭはベースＢ上におかれて静摩擦力で保持され
、圧電素子Ｐは縮んだ状態にある。このため、慣性体ｍ
は前方の移動体Ｍに引き寄せられて待機している。

この状態から圧電素子Ｐに高圧の駆動電圧を瞬時に印加
して圧電素子Ｐを急激に伸ばすと、移動体Ｍと慣性体ｍ
が互いに逆方向へ同時に移動する。

このとき、移動体Ｍは動摩擦力を受けながら前方へ距離
６ｍ１移動する。

ついて、圧電素子Ｐに対する印加電圧を比較的ゆっくり
と低減させて圧電素子Ｐを縮めて移動体Ｍ側へ慣性体ｍ
を一定の加速度で引き戻す。このとき、移動体Ｍはベー
スＢとの静摩擦力で保持されて静止するようにその加速
度による慣性力がその摩擦力より小さくなる印加電圧に
調整しておく。

圧電素子Ｐが充分に縮んだところで、通電を急に止めて
慣性体ｍの動きを急に止める。つまり、引き戻し動作を
急に停止させる。すると、慣性体ｍが移動体Ｍに衝突す
る作用となり、これによって、この走行アクチュエータ
の全体が、前記摩擦力に打ち勝って前進を始め、運動エ
ネルギを移動体Ｍの動摩擦力によって失われるまで移動
して停止する。この動作によって前方へ距離６ｍ２移動
する。

しかして、この１サイクル動作で（Δｍ、＋Δｍ２）の
距離を前進（粗動）することができる。

この微動前進を繰り返すことにより大きく前進させるこ
とができる。

一方、後退、つまり、右方向べ移動するときには、前記
動作パターンの逆動作を行なわせる。すなわち、第２図
右側の図で示すように動作スタート前において移動体Ｍ
はベースＢ上におかれて摩擦力で保持され、圧電素子Ｐ
は伸びた状態にある。

このため、慣性体ｍは前方の移動体Ｍから離れている。

この状態から圧電素子Ｐに対する高電圧の印加を瞬時に
消去し、圧電素子Ｐを急激に縮小すると、移動体Ｍの摩
擦力に比べて慣性体ｍの慣性力が相対的に大きくなり、
移動体Ｍと慣性体ｍが互いに逆方向へ同時に移動する。

このとき、移動体Ｍは後方へ距離６ｍ１移動する。

ついで、圧電素子Ｐに対する印加電圧を次第に増加させ
て圧電素子Ｐを伸ばして移動体Ｍ側がら慣性体ｍを一定
の加速度で後退させる。このとき、移動体ＭはベースＢ
との摩擦力で保持されて静止するようにその加速度によ
る慣性力がその摩擦力より小さくなるようにしておく。

圧電素子Ｐが充分に伸びたところで、慣性体ｍの動きを
急に止める。これによって、大きな慣性力が生じて自走
装置全体が、前記摩擦力に打ち勝って後退を始め、その
自走装置全体の運動エネルギが移動体Ｍの動摩擦力によ
って失われるまで移動して停止する。この動作によって
後方へ距離６ｍ２移動する。

しかして、この１サイクル動作で（Δｍ、＋Δｍ２）の
距離を後退させることができる。この微動後退を繰り返
すことにより大きく後退させることができる。

なお、２回の電圧出力でこれを単一のサイクルとしての
移動運動を行わせ、電圧を引き下げた直後にすぐ立ち上
げることによって急速変形時に発生したエネルギを次の
急速変形時の運動に加味してより大きな運動量を得るこ
とができる。

このような原理で移動体Ｍ１またはこの移動体Ｍおよび
レンズ枠２４を前進または後退させることができるので
ある。

合焦レンズ２３を保持したレンズ枠２４の前進または後
退の選択は操作部３の電子観察用操作スイッチ１０を操
作して行う。そして、観察対象物との距離に応じて対物
光学系１２の合焦を行うことができる。

このピント：ＪＲ整方式の構成によれば、合焦レンズ２
３を保持したレンズ枠２４を移動する走行アクチュエー
タを挿入部２の先端構成部７内にコンパクトに組み込む
ことができる。また、操作ワイヤが不要で挿入部２には
リード線２７を通すだけで済むので、挿入部２の細径化
を図ることができる。

第４図ないし第５図は本発明の第２の実施例を示すもの
である。この実施例は前記レンズ枠２４自体を移動体Ｍ
として兼用する方式である。この場合、慣性体ｍと圧電
素子Ｐは第５図で示すように円筒状に形成され、対物光
学系１２の光軸に対して同軸的に配置される。また、慣
性体ｍと圧電素子Ｐは鏡筒２１の壁部に形成したスペー
ス３５内に配置される。このため、その走行アクチユエ
ータをコンパクトに設けることができる。また、レンズ
枠２４の移動が安定する。その他は前記実施例の構成と
同様である。

なお、この実施例の構成において、特に圧電素子Ｐを第
６図で示すように棒状の積層型のものとして、これが複
数本、移動体Ｍと慣性体ｍとの間に架設するようにして
もよい。この際、光軸に対して各圧電素子Ｐを対称的に
設けるとよい。

また、第７図で示すように慣性体ｍも光軸に対して同軸
の筒状ではなく、短い柱状体のものとしてこれを棒状の
圧電素子Ｐの後端に固着するようにしてもよい。

第８図で示す実施例は移動体Ｍと慣性体ｍを鏡筒２１に
対してそれぞれ移動するレンズ枠として構成し、対物光
学系１２のレンズ群のうち移動すべき合焦レンズ２３を
その移動体Ｍと慣性体ｍにそれぞれ保持するようにした
ものである。このようにすれば、対物光学系１２のレン
ズ群のうちのあるレンズ群を１かたまりとして移動し、
ズーム機構として構成することができる。その他の構成
は前述した通りである。

また、第９図で示すようにレンズ群を動かすためのレン
ズ枠を２重構造としてズーム機構を構成してもよい。す
なわち、その外枠４１に移動体Ｍを固定してその外枠４
１を回転してこれに設けた溝４２で内枠４３のピン４４
を前後に移動するズーム機構を構成するようにした。

第１０図ないし！１ｌｉｌ１図は対物光学系１２におけ
る移動レンズ５０を保持する移動レンズ枠５１を、フォ
ーカシング用操作ワイヤ５２を介して上述したような走
行アクチュエータ（移動体Ｍ１慣性体ｍ、圧電素子Ｐ）
で駆動する例である。移動レンズ枠５１は鏡筒２１内に
嵌挿されて摺動自在に設けられている。さらに、移動レ
ンズ枠５１には鏡筒５２に形成した切欠き溝５３を通じ
て側方へ突き出す支持突起部５４が設けられている。支
持突起部５４には切欠き凹部５５を形成し、この前後一
対の立上り壁部５６にわたりフォーカシング用操作ワイ
ヤ５２の先端を貫通して接着剤５７によって固定してい
る。また、操作ワイヤ５２の先端の切欠き凹部５５に位
置する部分には係止部材５８が固着されている。そして
、この係止部材５βを前後一対の立上り壁部５６で挟み
込んで接着することにより固定する。このようにすれば
、フォーカシング用操作ワイヤ５２の進退による力はそ
の係止部材５８のどちらか一方の端面が必ず圧縮の力で
受ける作用をすることになるため、強度が高まる。

鏡筒２１の前端部外周には補強リング５９を密に被嵌し
ている。この補強リング５９は切欠き溝５３を設けたこ
とにより楕円形に変形することを防止する。このため、
レンズ枠５１の円滑な移動が確保される。

また、対物光学系１２における最先端のレンズ６０（窓
ガラス）の内面は防曇コーティングを施している。なお
、図示しないが接眼部のレンズにも同様の防曇コーティ
ングを施してもよい。

レンズ枠５１を移動操作するフォーカシング用操作ワイ
ヤ５２の基端は走行アクチュエータの移動体Ｍに連結さ
れている。この移動体Ｍは内視鏡のガイド孔６１に嵌挿
されている。圧電素子Ｐには駆動電圧を印加するリード
線６２が接続されている。この走行アクチュエータを前
述した通りに駆動すれば、操作ワイヤ５２を進退してフ
ォーカレンズを行うことができる。なお、６３はイメー
ジガイドファイバである。

第１２図ないし第１４図は本発明の第３の実施例を示す
ものである。この実施例は前述した第２の実施例の構成
に自動絞り機構７０を付加したものである。すなわち、
移動体Ｍとともに移動するレンズ枠２４にテーバビン７
１を取り付け、このテーバピン７１をレンズ枠２４とと
もに移動するようにする。テーバビン７１は光軸に平行
で前方へ突出して配置される。絞り７２は２枚の絞り羽
根７３からなり、この２枚の絞り羽根７３は交差点を固
定軸７４に枢着してなり、その脚部７５間にテーバピン
７１のテーバ部７６が嵌入している。

各脚部７５はスプリング７７によって閉じる向きに付勢
され、テーバビン７１のテーバ部７６１７）外周面に対
して常に追従して圧接して２枚の絞り羽根７３の角度を
決定している。つまり、絞り７２の絞り部７８の開度は
その各脚部７５が圧接するテーバビン７１のテーバ部７
６の径の大きさによって定まる。このため、テーバビン
７１が前進すれば開き、後退すれば閉じ込む。つまり、
移動体Ｍによりレンズ枠２４が移動すると、それに伴っ
て合焦レンズ２３が移動して合焦するとともに絞り７２
の開度が調節される。合焦操作に追従してそれに適した
絞り７２の開度か自動的に決まる。

なお、絞り７２のみを操作する走行アクチュエータを別
に設けることによって行ってもよい。

また、第１５図ないし第１６図は虹彩絞り８０を上述し
たような走行アクチュエータ（移動体Ｍ１慣性体ｍ５圧
電素子Ｐ）で操作する例である。すなわち、第１６図で
示すように複数の絞り羽根８１をリング板状の支持部材
８２に枢着し、各絞り羽根８１に設けたピン８３を矢車
８４の対応する溝８５に係止し、その矢車８４に設けた
絞り操作レバー８６に操作ワイヤ８７を連結し、この操
作ワイヤ８７を介して走行アクチュエータの移動体Ｍに
連結したものである。移動体Ｍは内視鏡本体側のスライ
ド孔８８内を摺動する。なお、図中８９は絞りカバー、
９０はワイヤ案内用柱、９１は操作ワイヤ８７の牽引方
向とは逆向きに矢車８４を押すコイルである。

しかして、走行アクチュエータを前述したように駆動し
て操作ワイヤ８７を牽引すれば、矢車８４を回転して各
絞り羽根８１を開閉し、絞り量を調整することができる
。なお、移動体Ｍを前進させれば、操作ワイヤ８７が緩
み、コイル９１が作用して元に戻る。

第１７図ないし第１８図は超弾性素子を利用した絞りを
上述したような走行アクチュエータを操作するようにし
た例である。超弾性素子からなる絞り板９５が第１７図
で示すように光軸上に配置され、絞り板９５の中心部に
は絞り孔９６を形成している。また、第１８図で示すよ
うに絞り板９５の上下左右の各位置の部分は走行アクチ
ュエータの移動体Ｍと固定リング片９７とによって挾み
込まれている。

そして、走行アクチュエータを同時に駆動することによ
りその移動体Ｍを前進すると固定リング片９７との間で
絞り板９５を圧縮し、移動体Ｍを後退させると固定リン
グ片９７との間での絞り板９５の圧縮力を低減する。こ
のようにして絞り板９５に対する圧縮力を調節すること
によりその絞り板９５の厚さを変え、第１８図中矢印で
示すように絞り孔９６の径を調節できる。

なお、本発明は前記各実施例のものに限定されるもので
はなく、種々の変形例が考えられるものである。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、圧電素子を急速変
形と慣性体の慣性を利用した走行アクチュエータを用い
るから、コンパクトで簡単な構成によってレンズの移動
操作が迅速かつ確実に行うことができる内視鏡を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図はその内視鏡の断面図、第２図は圧電式走行アクチ
ュエータの駆動原理の動作説明図、第３図は圧電素子に
印加する駆動電圧の波形図、第４図ないし第５図は本発
明の第２の実施例を示し、第４図はその内視鏡の先端部
の断面図、第５図はレンズ枠の斜視図、第６図ないし第
９図は各種レンズ枠の変形例を示す斜視図、第１０図は
内視鏡の先端部の断面図、第１１図は第１０図中Ａ−Ａ
線に沿う断面図、第１２図ないし第１４図は本発明の第
３の実施例を示し、第１２図はその内視鏡の先端部の断
面図、第１３図および第１４図はその絞り部の断面図、
第１５図は他の絞り機構の概略図、第１６図はその絞り
機構の斜視図、第１７図はさらに他の絞り機構の概略図
、第１８図はその絞り部分の正面図である。Ｍ・・・移動体、ｍ・・・慣性体、Ｐ・・・圧電素子、
Ｂ・・・ベース、１２・・・対物光学系、２１・・・鏡
筒、２４・・・レンズ枠、３０・・・制御回路。出願人代理人　弁理士　坪井　淳第４図第５図　　　　　第６凶（ズ辷力＋シ會力（４）第２ｒ第３ｔ（石方科勧晴）をｉｔ↑間禎第７図第８図第９図１１３図　　　　　　　　第１４図第１５図第１６図第１７図　　　　　　第１８　［］

Claims

【特許請求の範囲】

　対物光学系を構成するレンズ群における移動レンズを
保持するレンズ枠と、このレンズ枠に連結した移動体と
、前記レンズ枠を移動させるべき向きに沿って軸方向を
配置しその軸方向の一端を前記移動体に実質的に固定す
る軸方向へ伸縮可能な圧電素子と、この圧電素子の軸方
向の他端に取着した慣性体と、前記圧電素子に印加する
駆動電圧を制御して前記圧電素子がその軸方向へ伸縮す
るときの前記慣性体の慣性力と前記移動体が受ける摩擦
力を利用して前記レンズ枠を移動させる走行動作を制御
する制御手段とを設けたことを特徴とする内視鏡。