JPH10179506A - 内視鏡装置 - Google Patents

内視鏡装置

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JPH10179506A
JPH10179506A JP8340991A JP34099196A JPH10179506A JP H10179506 A JPH10179506 A JP H10179506A JP 8340991 A JP8340991 A JP 8340991A JP 34099196 A JP34099196 A JP 34099196A JP H10179506 A JPH10179506 A JP H10179506A
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JP
Japan
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actuator
endoscope
lens
zooming
optical axis
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Application number
JP8340991A
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English (en)
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Sakae Takehata
栄 竹端
Hisao Yabe
久雄 矢部
Koji Takamura
幸治 高村
Hiroshi Ishii
広 石井
Koichi Umeyama
広一 梅山
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、内視鏡先端に配設された対物光学系
によるズーミング及びフォーカシングの微調整が可能な
内視鏡装置を提供することにある。 【解決手段】本発明に、光軸方向に移動可能なフォーカ
スレンズ21を光軸方向に駆動するフォーカシング用ア
クチュエータユニット24と、光軸方向に移動可能なズ
ームレンズ群26を光軸方向に駆動するズーミング用ア
クチュエータユニット29を設け、ズーミング及びフォ
ーカシングの微調整を行うようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内視鏡先端に配設
された対物光学系によるズーミング及びフォーカシング
をアクチュエータを用いて行うようにした内視鏡装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、広く使用される内視鏡は体腔内に
挿入される細長い挿入部を有している。この挿入部を体
腔内に挿入して、体腔内の所望の位置の観察や、必要に
応じて処置具を用いた治療が行なわれている。
【0003】一般に、内視鏡は、挿入部先端に観察光学
系を構成する対物レンズが組み込まれイメージガイドや
固体撮像素子(CCD)に結像している。また、挿入部
先端に照明窓が設けられ、ライトガイドを用いて照明窓
に照明光を導びく構成となっている。そして、内視鏡に
接続された光源装置から照明光をライトガイドを介して
照明窓より体腔内の被観察部位に向けて照明光を照射す
る。対物レンズは照明された被観察部位の光像をイメー
ジガイドやCCDに結像する。イメージガイドに結像し
た光像は内視鏡の接眼部に導かれる。また、CCDで結
像した像は撮像信号に変換され内視鏡に接続されたカメ
ラコントロールユニットに伝送され、モニターの画面を
介して被観察部位の観察が行われる。なお、工業用に用
いられる内視鏡も同様である。
【0004】内視鏡の観察時における挿入部先端から被
観察部位までの距離は、近距離から遠距離まで極端に変
化するので、対物光学系のレンズを光軸方向に動かし、
フォーカス調整やズーム調整を行うことが考えられてい
る。特開平4−177214号公報には、圧電アクチュ
エータを用いて内視鏡の対物光学系を駆動させる技術が
開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の内視鏡では、ズ
ーミング時にフォーカス位置がずれてしまうという問題
があった。そこで、内視鏡の操作部に対物レンズを駆動
する移動操作発生機構を設け、移動レンズ(対物レン
ズ)を遠隔的に操作し、ズーミング時にズーミングとフ
ォーカシングを併せ持つ装置を設けることが考えられ
る。このような装置においては、遠隔的に力を伝達し操
作するので、機構が複雑となり故障の原因となってしま
う。特に、内視鏡操作部に移動操作発生機構を設けた方
式では、挿入部が長尺であるために微妙な操作力が先端
に伝わらず、ズーミングやフォーカシングの微調整は極
めて困難になる。
【0006】また、ズーミングもしくはフォーカシング
のためのアクチュエータの一方のみを先端に設けた場合
も、操作部側に設けられたアクチュエータの微調整は困
難であるので、先端にアクチュエータを設けたズーミン
グあるいはフォーカシングの微調整はできても他方の微
調整はできない、といった不具合がある。
【0007】本発明は、このような問題点に着目して成
されたものであり、内視鏡先端に配設された対物光学系
によるズーミング及びフォーカシングの微調整が可能な
内視鏡装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による内視鏡装置
は、光軸方向に移動可能な第1のレンズ系と、光軸方向
に移動可能な第2のレンズ系を含む対物光学系を内視鏡
先端に配設した内視鏡装置において、内視鏡先端に設け
られ第1のレンズ系を光軸方向に駆動する第1のアクチ
ュエータと、内視鏡先端に設けられ第2のレンズ系を光
軸方向に駆動する第2のアクチュエータを具備したもの
である。
【0009】
【作用】この構成により、第1及び第2のアクチュエー
タによって、第1及び第2のレンズ系を光軸方向に移動
し、ズーミング及びフォーカシングの微調整を行う。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。 <第1の実施形態>図1乃至図4は本発明の第1の実施
形態に係り、図1は内視鏡装置の構成を示す説明図、図
2は圧電式アクチュエータの構成を示す説明図、図3は
圧電素子に印加する駆動電圧を示す説明図、図4は圧電
式アクチュエータの動作を示す説明図である。
【0011】図1に示す内視鏡1は、先端構成部2と、
この先端構成部2に連結された長尺な可撓性の挿入部3
と、この挿入部3に連結され湾曲操作を行うための湾曲
ノブや画像処理スイッチ4を備えた操作部5と、この操
作部5に連結され画像処理装置や光源装置に接続するた
めのコネクタ6を備えたライトガイドケーブル7で構成
される。先端構成部2から操作部5にかけては処置具挿
通チャンネル8が配設されている。また、先端構成部2
には照明窓9が設けられ、この照明窓9に一端が対向し
て配置され他端が光源装置に接続されるコネクタ6まで
延在するライトガイド10が配設されている。これによ
り、コネクタ6に接続された光源装置からの照明光をラ
イトガイド10で伝送し照明窓9より体腔内へ照射され
る。
【0012】先端構成部2には観察窓11を形成するレ
ンズ及び光学部材12を保持する第1レンズ枠13が固
定ビス14により固定されている。そして、先端構成部
2には円筒部材15が設けられている。円筒部材15内
には光学部材12に対向するレンズ16を保持する第2
レンズ枠17が配設されている。円筒部材15と第2レ
ンズ枠17との間には空間が形成され後述するアクチュ
エータユニットを装着するためのアクチュエータ装着孔
18を形成している。そして、第2レンズ枠17のアク
チュエータ装着孔18側には、光軸方向に延びるスリッ
ト19が設けられている。
【0013】レンズ16の後方には、レンズ16に対向
するフォーカスレンズ21を保持する第3レンズ枠22
が第2レンズ枠17内に配設されている。第3レンズ枠
22には第2レンズ枠17のスリット19よりアクチュ
エータ装着孔18内へ突出する連結アーム23が形成さ
れている。そして、連結アーム23はスリット19をガ
イドとして、第3レンズ枠22が第2レンズ枠17に対
して光軸方向に移動可能に構成され、フォーカシングを
可能にしている。そして、アクチュエータ装着孔18に
位置する連結アーム23には、第3レンズ枠22を駆動
する圧電素子あるいは電歪素子からなるアクチュエータ
ユニット24が設けられている。アクチュエータユニッ
ト24には図示しない駆動制御用のリード線が接続さ
れ、コネクタ6に接続される制御部25によりこのアク
チュエータユニット24が駆動制御される。
【0014】フォーカスレンズ21の後方には、フォー
カスレンズ21に対向するズームレンズ群26を保持す
る第4レンズ枠27が配設されている。第4レンズ枠2
7には第2レンズ枠17のスリット19よりアクチュエ
ータ装着孔18内へ突出する連結アーム28が形成され
る。そして、連結アーム28はスリット19をガイドし
て、第4レンズ枠27が第2レンズ枠17に対して光軸
方向に移動可能に構成され、ズーミングを可能にしてい
る。そして、アクチュエータ装着孔18に位置する突出
片28には、第4レンズ枠27を駆動する圧電素子ある
いは電歪素子からなるアクチュエータユニット29が設
けられている。アクチュエータユニット29には駆動制
御用のリード線30が接続され、コネクタ6に接続され
る制御部25によりこのアクチュエータユニット29が
駆動制御される。なお、フォーカシング用アクチュエー
タユニット24とズーミング用アクチュエータ29は同
軸に並置したり、対物光学系の周方向に隣接するように
配置し細径化が図られている。
【0015】ズームレンズ群26の後方の結像位置に配
置されるCCD等の固体撮像素子32を保持するCCD
ホルダー33が、固定部材34を介して円筒部材15に
固定されている。固体撮像素子32は回路基板を介して
信号ケーブル35に接続されている。信号ケーブル35
はシールド保護チューブ36及び電気絶縁チューブ37
で被覆されている。そして、固体撮像素子32に結像さ
れた像は電気信号に変換され、電気信号は信号ケーブル
35を介してコネクタ6に接続される映像信号処理部に
より映像信号に変換されモニタに画像が出力される。
【0016】次に図2を用いてアクチュエータユニット
の代表としてフォーカシング用アクチュエータユニット
24について詳述する。アクチュエータユニット24
は、第3レンズ枠22の連結アーム23に連結された連
結部材41と、この連結部材41を介して連結された重
い移動体42と、移動体42に固定された圧電素子(あ
るいは電歪素子)43から構成される。
【0017】移動体42に前端面に凹陥部44が形成さ
れ、この凹陥部44に連結部材41の後端部を嵌合接着
している。移動体41の後端面に凹陥部45が形成さ
れ、この凹陥部45に圧電素子43の前端部を嵌合接着
している。移動体42の外周部位には後方に向けて延出
された梁部46が突設されている。この梁部46は第3
レンズ枠22及び先端構成部2に固定された円筒部材1
5に圧接し、適当な摩擦力で摩擦係合している。なお、
梁部46は移動体42の外周部位に突設された複数の延
出部で形成されても、移動体42の外周部位に突設され
た円管状に形成されても良い。
【0018】圧電素子43の後端部は、アクチュエータ
装着孔18に対して緩めの填め合いにより填め込まれた
状態で保持されている。圧電素子(あるいは電歪素子)
43は電圧をかけることで伸縮動作をし、この伸縮動作
により移動体42に衝撃力を与える衝撃力発生部として
の機能を有する。さらに詳述すれば、圧電素子及び電歪
素子は、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコンサ
ン鉛、磁気等のセラミックスに電極を形成し、この電極
に直流電流を加えることにより、機械的な伸び変形を生
じるものである。そして、圧電素子は逆圧電効果により
電界強度に比例した歪みが生じる素子である。また、電
歪素子は駆動電圧を印可した際に電界強度の2乗に比例
した歪みが生じる素子である。
【0019】次に、アクチュエータユニット24,29
を制御する制御部25について説明する。制御部25
は、例えば図3(A)に示す第1の駆動波形及び図3
(B)に示す第2の駆動波形を持つ電圧を、圧電素子4
3に印可する電圧印可手段が設けられている。
【0020】図3及び図4を用いてアクチュエータユニ
ット24を代表として各駆動波形による圧電素子43の
動作を詳述する。図3(A)に示す第1の駆動波形につ
いて説明する。初期の状態すなわちアクチュエータユニ
ット24の停止時には、移動体42は第2レンズ枠17
及び円筒部材15に圧接され、適当な摩擦力で摩擦係合
された状態で保持されている。そして、アクチュエータ
ユニット24の圧電素子43に図3(A)に示される第
1の駆動波形を持つ電圧が印可されると、この第1の駆
動波形のaの勾配領域では圧電素子43はゆっくり縮
み、bの立ち上がり領域では圧電素子43は急激に伸び
るサイクルTを繰り返す。
【0021】すなわち、図4(A)に照らしてアクチュ
エータユニット24の動作を説明すると、第1の駆動波
形のaの勾配領域では、図4(A)のaに示すように、
圧電素子43がゆっくり縮み、移動体42は第2レンズ
枠17及び円筒部材15との接触面の摩擦力で静止した
ままの状態で保持される。そして、第1の駆動波形のb
の立ち上がり領域では、圧電素子43が急激に伸び、そ
の急激な伸び動作により移動体42を図4(A)中の左
方向に押圧する衝撃力が発生する。そのため、移動体4
2はこの圧電素子43の衝撃力により、圧電素子43の
自重と移動体の質量とで決まる重心を不動点として、図
4(A)のbに示すように、第2レンズ枠17及び円筒
部材15の摩擦力に打ち勝って左方向に移動する。この
第1の駆動波形のaの勾配領域とbの立ち上がり領域の
サイクルTを繰り返すことにより、移動体42を左方向
に制御できる。
【0022】次にアクチュエータユニット24の圧電素
子43に図3(B)に示される第2の駆動波形を持つ電
圧が印可されると、この第2の駆動波形のcの勾配領域
では圧電素子43はゆっくり伸び、dの立ち下がり領域
では圧電素子は急激に縮むサイクルTを繰り返す。
【0023】すなわち、図4(B)に照らしてアクチュ
エータユニット24の動作を説明すると、第2の駆動波
形のcの勾配領域では、図4(B)のcに示すように、
圧電素子43がゆっくり伸び、移動体42は第2レンズ
枠17及び円筒部材15との接触面の摩擦力で静止した
ままの状態で保持される。そして、第2の駆動波形のd
の立ち下がり領域では、圧電素子43が急激に縮み、そ
の急激な縮み動作により移動体42を図4(B)中の右
方向に押圧する衝撃力が発生する。そのため、移動体4
2はこの圧電素子43の衝撃力により、圧電素子43の
自重と移動体の質量で決まる重心を不動点として、図4
(B)のdに示すように、第2レンズ枠17及び円筒部
材15の摩擦力に打ち勝って右方向に移動する。この第
2の駆動波形のcの勾配領域とdの立ち下がり領域のサ
イクルTを繰り返すことにより、移動体42を右方向に
制御できる。
【0024】このように、アクチュエータユニット24
の圧電素子43を第1の駆動波形及び第2の駆動波形で
複合的に制御することにより、移動体42を左右方向す
なわち前後動(光軸方向)に微小制御することができ
る。
【0025】図1及び図2を参照して具体的に説明する
と、アクチュエータユニット24の移動体42の前後動
の動作に連動して、連結アーム23を介して第3レンズ
枠22が同方向に前後動する。これにより、フォーカス
レンズ21の位置が前後方向に移動し、観察光学系の対
物レンズ群の焦点位置を調整することができる。同様
に、アクチュエータユニット29の移動体42の前後動
の動作に連動して第4レンズ枠27が同方向に前後動す
る。これにより、ズームレンズ群26の位置が前後方向
に移動し所望のズーム位置に調整することができる。
【0026】これらを制御するために、内視鏡1の操作
部5にズームスイッチ50とフォーカススイッチ51を
設けて、ズーム及びフォーカスをそれぞれ調節すること
ができる。ズームスイッチ50によりズームを所望の位
置に調節すると、オートフォーカス回路により自動的に
フォーカス調整が行われる。なお、オートフォーカス回
路を設けず各々単独で調節するようにしてもよい。
【0027】このように、先端構成部2にフォーカシン
グ用アクチュエータユニット24とズーミング用アクチ
ュエータ29を設けることにより、各々の微調整が可能
となり、良好な画像を得ることができ、操作性も向上す
る。そして、ズーミングによるフォーカス位置のずれを
補正し常に最良のフォーカスを得ることができる。ま
た、圧電素子あるいは電歪素子を用いた超小型のアクチ
ュエータユニットを用いることで先端構成部2の細径化
を図ることができる。また、2つのアクチュエータユニ
ットを同軸上あるいは周方向に配置することで細径化を
図ることができる。
【0028】<第2の実施形態>図5は本発明の第2の
実施形態に係り、第1の実施形態のアクチュエータユニ
ットの他の駆動波形を示すものである。図5に示す駆動
波形は、フォーカシング用アクチュエータユニット24
とズーミング用アクチュエータ29を1つの駆動回路に
より制御するための、駆動波形を示している。図5のA
1及びA2の領域の駆動波形はフォーカシング用アクチ
ュエータユニット24を駆動する波形であり、B1及び
B2の領域の駆動波形はズーミング用アクチュエータ2
9を駆動する波形である。
【0029】このように、一定期間毎にフォーカシング
用アクチュエータユニット24とズーミング用アクチュ
エータ29を交互に制御することにより、駆動回路を1
つで共用することが可能になり、その構成が簡単にでき
る。
【0030】<第3の実施形態>図6は本発明の第3の
実施形態に係り、第1の実施形態のアクチュエータユニ
ットの他の駆動波形を示すものである。図6に示す駆動
波形は、フォーカシング用アクチュエータユニット24
とズーミング用アクチュエータ29を1つの駆動回路に
より制御するための、駆動波形を示している。図5のA
1及びA2の領域の駆動波形はフォーカシング用アクチ
ュエータユニット24を駆動する波形であり、B1及び
B2の領域の駆動波形はズーミング用アクチュエータ2
9を駆動する波形である。そして、駆動波形の極性を各
々のアクチュエータユニットで切り換えている。
【0031】これにより、共通のリード線によりアクチ
ュエータユニットを制御することが可能になる。よっ
て、リード線の本数が減ることで内視鏡1の挿入部3の
細径化を実現できる。
【0032】<第4の実施形態>図7は本発明の第4の
実施形態に係り、静止画像を取り込むためのブロック図
を示す。その構成は、CCD61と、CCD61から出
力された画像を取り込み合焦を判断し例えば図1に示す
フォーカスレンズ21を駆動するアクチュエータユニッ
ト62を制御するオートフォーカスユニット63と、オ
ートフォーカスユニット63から出力された信号に基づ
いてアクチュエータユニット62を合焦するよう制御す
るアクチュエータ制御部64と、オートフォーカスユニ
ット63から合焦された画像を記録する画像メモリー6
5と、合焦された画像を表示するモニター66と、内視
鏡の操作部あるいは制御装置に設けられたフリーズスイ
ッチ67と、フリーズスイッチ67からの信号により画
像メモリー65を制御するタイミングコントローラ68
からなる。なお、アクチュエータユニット63はフォー
カス用アクチュエータユニットだけでなくズーム用アク
チュエータユニットでもよい。
【0033】この構成により、通常、CCD61から得
られる画像はオートフォーカスユニット63を介してア
クチュエータユニット62は常に合焦されるようアクチ
ュエータ制御部64により制御されている。アクチュエ
ータユニット62の動作中にフリーズスイッチ67を押
すと、アクチュエータが動作しているために必ずしも最
良の合焦画像は得られない。しかし、第4の実施形態に
よれば、フリーズスイッチ67が押されると、アクチュ
エータ制御部64は、アクチュエータが合焦した後に、
アクチュエータユニット62の駆動を停止させるように
駆動波形の停止信号を送る。タイミングコントローラ6
8は、このアクチュエータ制御部64がアクチュエータ
を合焦制御するまでの遅延したタイミングで画像メモリ
ー65に信号を送る。これにより、画像メモリー65は
アクチュエータが合焦したタイミングでオートフォーカ
スユニット63から完全に合焦した画像信号を取り込
む。
【0034】これにより、アクチュエータユニット62
の動作中にフリーズスイッチ67を押しても常に最良な
合焦画像を得ることができる。また、フリーズスイッチ
67を押した際に、光源の光量を制御して最適な調光を
得るよう、自動調光信号を光源に送信するよう構成し、
フォーカスが合焦した時には、ピント及び明るさがとも
に最適にし、最適な静止画像を得るようにしてもよい。
なお、フリーズスイッチ67に連動することなく、常に
自動調光するようにしてもよいし、マニュアルフォーカ
スと組み合わせて、マニュアルフォーカスの操作時に調
光機能を働かせる構成としてもよい。
【0035】以上詳述した発明の実施の形態より、以下
に本発明の技術思想を付記項として示す。 <付記項1>光軸方向に移動可能な第1のレンズ系と、
光軸方向に移動可能な第2のレンズ系を含む対物光学系
を内視鏡先端に配設した内視鏡装置において、前記内視
鏡先端に設けられ前記第1のレンズ系を光軸方向に駆動
する第1のアクチュエータと、前記内視鏡先端に設けら
れ前記第2のレンズ系を光軸方向に駆動する第2のアク
チュエータを具備したことを特徴とする内視鏡装置。 <付記項2>前記第1のアクチュエータ及び第2のアク
チュエータは、フォーカシング用レンズを駆動するアク
チュエータ及びズーミング用レンズを駆動するアクチュ
エータであることを特徴とする付記項1の内視鏡装置。
【0036】<付記項3>前記第1のアクチュエータ及
び第2のアクチュエータは、同軸方向に並設したことを
特徴とする付記項1の内視鏡装置。 <付記項4>前記第1のアクチュエータ及び第2のアク
チュエータは、対物光学系の周方向に配設したことを特
徴とする付記項1の内視鏡装置。 <付記項5>前記第1のアクチュエータ及び第2のアク
チュエータは、前記第1のレンズ系及び前記第2のレン
ズ系の周囲に形成された装着孔に設けられたことを特徴
とする付記項1の内視鏡装置。
【0037】<付記項6>前記アクチュエータは、圧電
素子あるいは電歪素子を用いたアクチュエータユニット
で形成されることを特徴とする付記項1の内視鏡装置。 <付記項7>前記第1のアクチュエータ及び第2のアク
チュエータは、一定期間毎に各々のアクチュエータに対
する駆動信号を出力する駆動回路を有する制御部によっ
て制御されることを特徴とする付記項1の内視鏡装置。 <付記項8>前記アクチュエータの動作中に、光源の調
光を行う調光回路を有することを特徴とする付記項1の
内視鏡装置。
【0038】<付記項9>合焦レンズを有した対物光学
系と、前記対物光学系からの光像を電気信号に変換する
固体撮像素子と、前記合焦レンズを駆動するアクチュエ
ータユニットと、前記アクチュエータユニットを制御す
るオートフォーカスユニットと、前記固体撮像素子から
の画像信号を格納する画像メモリーと、静止画像を得る
ためのフリーズスイッチを備えた内視鏡装置において、
前記フリーズスイッチの操作に基づいて、前記オートフ
ォーカスユニットは所定の期間内に合焦させ、その合焦
された画像信号を前記画像メモリーに格納することを特
徴とする内視鏡装置。 <付記項10>前記フリーズスイッチの操作に基づい
て、光源の光量を制御する調光回路を有することを特徴
とする付記項9の内視鏡装置。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、内
視鏡先端に設けられ第1のレンズ系を光軸方向に駆動す
る第1のアクチュエータと、内視鏡先端に設けられ第2
のレンズ系を光軸方向に駆動する第2のアクチュエータ
を設けたので、ズーミング及びフォーカシングの微調整
が行え、良好な画像を得ることができるとともに操作性
を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における内視鏡装置の
構成を示す説明図。
【図2】本発明の第1の実施形態における圧電式アクチ
ュエータの構成を示す説明図。
【図3】本発明の第1の実施形態における圧電素子に印
加する駆動電圧を示す説明図。
【図4】本発明の第1の実施形態における圧電式アクチ
ュエータの動作を示す説明図。
【図5】本発明の第2の実施形態におけるアクチュエー
タユニットの駆動波形を示す説明図。
【図6】本発明の第3の実施形態におけるアクチュエー
タユニットの駆動波形を示す説明図。
【図7】本発明の第4の実施形態における静止画像を取
り込むためのブロック図。
【符号の説明】
1 内視鏡 2 先端構成部内視鏡 21 フォーカスレンズ 24 アクチュエータユニット 26 ズームレンズ群 29 アクチュエータユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 広 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 梅山 広一 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光軸方向に移動可能な第1のレンズ系と、
    光軸方向に移動可能な第2のレンズ系を含む対物光学系
    を内視鏡先端に配設した内視鏡装置において、前記内視
    鏡先端に設けられ前記第1のレンズ系を光軸方向に駆動
    する第1のアクチュエータと、前記内視鏡先端に設けら
    れ前記第2のレンズ系を光軸方向に駆動する第2のアク
    チュエータを具備したことを特徴とする内視鏡装置。
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