JPH11258521A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内視鏡装置の対物光学系に可動部を設けるこ
となく焦点距離（視野角）を可変とする。 【解決手段】 先端硬性部１の第１の対物レンズ１５と
第２の対物レンズ１６との間に、屈折率が変化する屈折
率可変手段１３を設ける。この屈折率可変手段１３は、
透明導電膜及び配向膜がコートされた２枚のガラス基板
の間にネマティック液晶部材が封入されており、透明導
電膜間に所定以上の電圧が供給されると液晶分子の配向
方向が変化して屈折率が変化する。これにより、第１対
物レンズ１５と第２対物レンズ間１６の空気換算長を段
階的に変化させ、対物光学系の合成焦点距離を変化させ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用又は産業用
に用いられる電子内視鏡装置、ファイバスコープ装置等
の内視鏡装置に係り、特に、観察画像の倍率又は視野角
を変化させるために対物光学系の焦点距離調節機構を備
えた内視鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】主として医療用に用いられる電子内視鏡
装置は、人体内に挿入される導中管を含む内視鏡スコー
プと、この内視鏡スコープが撮影した画像を表示するＣ
ＲＴモニタを備える内視鏡本体装置とを備えている。内
視鏡スコープは、人体内に挿入される導中管と、この導
中管の先端部に設けられ体内の画像を撮像する先端硬性
部と、導中管の後端部が接続され先端硬性部のアングル
合わせや送気送水等の操作を行う操作部と、操作部と内
視鏡本体装置とを接続するユニバーサルコードとを備え
ている。

【０００３】通常、キセノンランプ等の光源は内視鏡本
体装置に内蔵され、この光源から発せられた照明光は、
内視鏡本体装置と内視鏡スコープとを接続するコネクタ
の一部である光コネクタを介して、内視鏡スコープのユ
ニバーサルコードに導光される。そして、ユニバーサル
コード、操作部、及び導中管の各内部に挿通された光ガ
イドにより先端硬性部まで導かれ、照明窓から被検体内
部を照明する。

【０００４】この照明光により照らされた被検体内部か
らの反射光は、先端硬性部に設けられた観察窓から取り
込まれ、対物光学系により固体撮像素子などの像取り込
み手段に結像する。固体撮像素子により変換された画像
信号は、導中管、操作部、ユニバーサルコードを経て、
内視鏡本体装置に取り込まれ、所定の信号処理が施され
て、被検体の体内画像としてＣＲＴに表示される。

【０００５】近年、このような内視鏡装置において、観
察対象に応じて視野角を変化させることができる焦点距
離調節機構を備えたものが実用化されている。内視鏡装
置に焦点調節機構を設けると、観察対象に応じて視野角
を変化させることができ、効率のよい観察が行える。す
なわち、最初に広角の視野で全体を観察し、次いで異常
の疑いのある部分を拡大して観察することにより、総合
的な観察時間が短縮される。

【０００６】従来の内視鏡装置の焦点距離調節機構は、
対物レンズ系を構成するレンズ（レンズ群）の一部を移
動させる手段により、各レンズ（レンズ群）間の主点間
距離を変えることにより、合成焦点距離を変えていた。

【０００７】一般に焦点距離調節機構を備えた内視鏡装
置では、先端硬性部の小型化と水密保持のために、対物
レンズの前玉は先端硬性部の前面に固定され、前玉以外
の可動レンズを移動させて焦点距離調節を行っている。
例えば、内視鏡手元操作部に設けられたレバーに連結さ
れたワイヤにより可動レンズを操作したり、超音波モー
ターにより可動レンズを駆動して焦点距離調節を行って
いた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の内視鏡装置においては、可動レンズを移動させるため
の空間と、この移動のための駆動手段とを内視鏡先端硬
性部に設ける必要があり、内視鏡先端硬性部の径が大き
くなったり、先端硬性部の長さが長くなったりして、内
視鏡導中部を被検体の管腔および管路への挿入が困難と
なるという問題点があった。

【０００９】また従来の内視鏡装置は、近景から遠景ま
での合焦機能を有するものは、近景及び遠景の観察対象
に焦点を合わせて鮮明な画像を得ることが出来るが、同
時に焦点距離調節機能を備えたものはなく、観察対象に
応じた視野角が得られないという問題点があった。

【００１０】さらに従来の内視鏡装置は、焦点距離調節
機能を有するものは、観察対象に応じて視野角を変える
ことが出来るので、最初に広角の視野で全体を観察し、
次いで異常の疑いのある部分を拡大して観察することに
より、能率のよい観察が行えるが、同時に合焦機能を備
えたものはなく、観察対象の鮮明な画像が得られないと
いう問題点があった。

【００１１】以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、内
視鏡装置の焦点距離調節機能を実現しながら先端硬性部
の径及びその長さを小さくして、被検体の管腔および管
路への挿入を容易にした内視鏡装置を提供することであ
る。また本発明の目的は、被検体への挿入時の苦痛を緩
和させた内視鏡装置を提供することである。

【００１２】また本発明の目的は、近景観察時には近景
に合焦するとともに、視野角を狭くして拡大観察を可能
とし、遠景観察時には遠景に合焦するとともに、視野角
を拡大し広範囲な観察を行うことのできる内視鏡装置を
提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、第１の対物レンズと第２の対物レンズとを
備え、前記第１および第２の対物レンズ間の空気換算長
を変えることにより対物光学系の焦点距離を可変とする
内視鏡装置であって、前記第１および第２の対物レンズ
間に屈折率を変化可能な屈折率可変部材を備えたことを
要旨とする内視鏡装置である。

【００１４】この空気換算長は、光の通る道筋に従って
屈折率の逆数を積分したものである。第１および第２の
対物レンズ間に屈折率可変部材を配設し、この屈折率可
変部材の屈折率を変えることにより、第１および第２の
対物レンズ間の空気換算距離を変化させることができ
る。これにより、第１及び第２の対物レンズの合成焦点
距離を変化させることができるので、対物光学系の焦点
距離を変化させることができる。

【００１５】また本発明においては、前記屈折率可変部
材は、液晶であり、２枚の透明電極に挟まれた前記液晶
に印加する電圧を制御することにより、前記液晶の分子
の配向方向が変化して見かけの屈折率が変化するものと
することができる。

【００１６】また本発明においては、前記屈折率可変部
材は、電解質液であり、この電解質液を封入した透明容
器に設けた電極に印加する電圧を制御することにより前
記電解質液中のイオン分布が変化して屈折率が変化する
ものとすることができる。

【００１７】また本発明は、被写体に対向するとともに
対物光学系の一部を構成する第１の対物レンズ群と、前
記被写体の光学像を取り込む光学像取込手段に対向する
とともに前記対物光学系の一部を構成する第２の対物レ
ンズ群と、前記光学像取込手段と第２の対物レンズ群も
しくはその一部とを一体化した複合光学モジュールと、
前記複合光学モジュールを光軸方向に駆動して、前記対
物光学系の焦点距離を可変とする焦点距離調節手段と、
を備えたことを要旨とする内視鏡装置である。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る内視
鏡装置の第１実施形態において屈折率可変素子による焦
点距離調節機構の原理を説明する原理説明図である。

【００１９】本実施形態は、少なくとも２つの対物レン
ズを有する対物光学系において、第１の対物レンズと第
２の対物レンズの間に屈折率可変部材を封入した屈折率
可変素子を配置し、この屈折率可変素子の屈折率を変化
させることにより、第１および第２の対物レンズ間の空
気換算長を変化させて、対物光学系の合成焦点距離を変
化させる。

【００２０】いま、第１の対物レンズ２０１の焦点距離
をｆ１、第２の対物レンズ２０２の焦点距離をｆ２、第
１及び第２の対物レンズ２０１、２０２間に設けられた
屈折率可変素子２０３の屈折率をｎ、その厚さをｄ、第
１の対物レンズ２０１の主点から屈折率可変素子２０３
までの距離をｌ１、屈折率可変素子２０３から第２の対
物レンズ２０２の主点までの距離をｌ２、第１及び第２
の対物レンズ２０１、２０２の各主点間の空気換算長を
Δとすると、第１及び第２の対物レンズ２０１、２０２
による対物光学系の合成焦点距離ｆは、次に示す式
（１）により示される。

【００２１】

【数１】 ｆ＝ｆ１×ｆ２／（ｆ１＋ｆ２−Δ） ｆ＝ｆ１×ｆ２／｛ｆ１＋ｆ２−（ｌ１＋ｄ／ｎ＋ｌ２）｝ …（１） ここで、Δ＝ｌ１＋ｄ／ｎ＋ｌ２である。

【００２２】そして、図１に示したように、屈折率可変
素子２０３に対して、電源２０４からスイッチ２０５を
介して印加電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御できるように回路接
続したとする。この電圧ＯＮ／ＯＦＦにより、屈折率可
変素子２０３の屈折率ｎが電圧印加状態の値ｎonから電
圧印加しない値ｎoff まで変化すると、これに対応して
合成焦点距離ｆの電圧印加時の値ｆonおよび同電圧印加
しない値ｆoff は、それぞれ次に示す式（２）、（３）
となる。

【００２３】

【数２】 ｆon ＝ｆ１×ｆ２／｛ｆ１＋ｆ２−（ｌ１＋ｄ／ｎon ＋ｌ２）｝ …（２） ｆoff ＝ｆ１×ｆ２／｛ｆ１＋ｆ２−（ｌ１＋ｄ／ｎoff ＋ｌ２）｝ …（３） このように、第１および第２の対物レンズ２０１、２０
２間に配置された屈折率可変素子２０３の屈折率ｎを変
化させることにより、対物レンズ系を機械的に動かさず
に空気換算長を変化させることが出来るので、結果とし
て合成焦点距離ｆを変化させることができる。

【００２４】なお、図１の原理説明図では、対物レンズ
系が２枚の凸レンズで構成されるとしたが、本発明はこ
れに限定されるものではない。例えば、第１および第２
のレンズに代えて、第１のレンズ群および第２のレンズ
としてもよいし、第１のレンズ群と第２のレンズ群との
間に屈折率可変素子を配置したり、ガラス基板と１つの
レンズとの間に屈折率可変部材を封入することにより第
１の対物レンズまたは第２の対物レンズが屈折率可変素
子の一部を形成しても同様の効果が得られることは明ら
かである。また印加電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御ではなく、
連続変化させることにより、連続的に合成焦点距離を変
化させることもできる。

【００２５】図２は、本発明に係る内視鏡装置の第１の
実施形態である先端硬性部の構成を示す正面図（ａ）及
び縦断面図（ｂ）である。

【００２６】図２において、先端硬性部１は、図示され
ない被検体の像を後述されるＣＣＤに結像させる観察光
学系２と、被検体を照明する照明光学系３と、鉗子等の
操作器具を被検体内へ突出させるための鉗子口４と、送
水ノズル５と、送気ノズル６と、空間周波数の低域フィ
ルタである水晶フィルタ７と、光路変換用のプリズム８
と、カバーガラス９と、固体撮像素子としてのＣＣＤ１
０と、ＣＣＤ１０の信号線を束ねたケーブル１１と、観
察光学系を保持するフレーム１２と、観察光学系の焦点
距離を変化させるための屈折率可変手段１３と、屈折率
可変手段１３を駆動するための信号線１４ａ，１４ｂ
と、第１の対物レンズ（前玉）１５と、第２の対物レン
ズ（後玉）１６と、を備えている。

【００２７】図３は、観察光学系２およびその制御系を
説明する制御システムの構成図である。屈折率可変手段
１３は、第１の対物レンズ１５と第２の対物レンズ１６
との間に配置される。これにより、観察光学系２の構成
要素には可動部を必要としない。

【００２８】屈折率可変手段１３は、それぞれ対向する
面に透明導電膜及び配向膜が順次重ねて形成された２枚
の薄いガラス板１８ａ，１８ｂの間に液晶部材１７を挟
み、その周囲を図示しないシール剤で密封するととも
に、各透明導電膜からそれぞれ信号線１４ａ，１４ｂが
引き出されている。信号線１４ａ，１４ｂは、制御部１
９に接続され、また制御部１９には、視野角を望遠・広
角相互間を切り換える望遠・広角制御スイッチ２０が接
続されている。望遠・広角制御スイッチ２０は、例え
ば、内視鏡スコープの操作部等に設けられている。

【００２９】この屈折率可変手段１３の信号線１４ａ，
１４ｂに電圧を印加すると、透明電極を介してガラス板
に垂直な方向の電界が生じ、この電界の方向と同じ方向
へ液晶分子の長軸方向が向かう力を受ける。これによ
り、ネマティック液晶分子の長軸方向がガラス板と平行
の方向からガラス板に垂直の方向へ変化し、屈折率可変
手段の屈折率が変化する。

【００３０】透明導電膜の材料には、酸化錫（ＳｎＯ2
）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、ＩＴＯ（Indium Ti
n Oxide，錫を微量添加した酸化インジウム）等があ
る。ＩＴＯ膜を形成する場合、スパッタ法や真空蒸着法
が用いられる。

【００３１】透明導電膜の上に形成される配向膜の材料
としては、ポリイミドやポリビニルアルコールが使用さ
れる。ポリイミド樹脂は、熱硬化性樹脂で、その前駆体
であるポリアミド酸の溶液を塗布し、脱水縮合反応によ
り形成しても良いし、市販の溶液型ポリイミドを塗布乾
燥してイミド化させることもできる。

【００３２】こうして形成されたポリイミド膜やポリビ
ニルアルコール膜は、ナイロンやレーヨンなどの布で擦
り（ラビング）ポリマー鎖を並べ揃えることにより、液
晶分子をこのポリマー鎖と同じ方向に配向する配向膜と
なる。

【００３３】２枚のガラス板に挟まれた液晶分子は、電
圧が印加されないときには、それぞれのガラス板の表面
に形成された配向膜のラビング方向と液晶分子の長軸方
向とが一致するように配向する。

【００３４】液晶部材１７としては、液晶分子の長軸方
向に対応する方向に光軸を有する一軸性光学結晶と同様
の複屈折と呼ばれる屈折率異方性を有するネマティック
液晶を使用する。より具体的には、シアノビフェニル系
液晶、シアノフェニルエステル系混合液晶、シアノフェ
ニルピリミジン系混合液晶、シアノフェニルシクロヘキ
サン系混合液晶等を用いることができる。

【００３５】このようなネマティック液晶は、液晶分子
の長軸方向に対応する方向に光軸を有する一軸性光学結
晶と同様の複屈折と呼ばれる屈折率異方性Δｎ＝ｎe −
ｎoを示すことが知られている。ここで、ｎe は異常光
すなわち液晶分子の長軸方向に平行に振動する成分（偏
光）に対する屈折率であり、ｎo はこれと垂直な方向に
振動する成分である常光に対する屈折率である。ｎe と
ｎo とは通常互いに異なるので、異常光と常光との間に
位相のずれが生じ、屈折率可変手段を透過した光は一般
に楕円偏光となる。

【００３６】ネマティック液晶において、液晶分子の長
軸方向の誘電率ε１と、それに直交する方向の誘電率ε
２とは一般に異なる場合が多い。この差Δε＝ε１−ε
２は、誘電異方性と呼ばれ、Δεが正の場合には屈折率
可変手段にしきい値以上の電圧を加えると、電気的なエ
ネルギーが小さくなるような方向、すなわち液晶分子の
長軸方向が電界の方向に向くような力を受ける。一方、
Δεが負の場合には逆に電界と垂直な方向に向くような
力を受けることになる。

【００３７】従って、Δεが正のネマティック液晶を用
いたホモジニアス配向の屈折率可変手段にしきい値以上
の電圧を加えると、液晶分子が基板に平行な方向から垂
直な方向に徐々に変化するので、液晶の見かけの屈折率
が変わることとなり、電界制御屈折効果と呼ぶこともで
きる。

【００３８】本第１実施形態の内視鏡装置は、このよう
な液晶の電界制御屈折効果を利用してレンズ間の空気換
算長を変えることにより、内視鏡装置の撮像系の焦点距
離を変えるものである。

【００３９】図４は、図３の屈折率可変手段１３を用い
た場合の印加電圧に対する焦点距離特性の例を示すグラ
フである。図３において、説明したように、屈折率可変
手段に印加する電圧をｏｎ／ｏｆｆ制御するだけでもよ
いし、印加電圧を連続可変として、連続的な視野角の変
化（ズーム特性）を得ることもできる。

【００４０】図５は、液晶を用いた屈折率可変手段の変
形例を示す断面図である。図５（ａ）は、平面ガラス板
３２と平凹レンズ３１とにより液晶３３を挟んだ液晶凸
レンズによる可変屈折率素子、図５（ｂ）は、平面ガラ
ス板３２と平凸レンズ４１とにより液晶３３を挟んだ液
晶凹レンズによる屈折率可変手段、をそれぞれ示してい
る。

【００４１】いずれの屈折率可変手段も、それぞれのガ
ラス板またはレンズの内面には透明導電膜と配向膜とが
順次重ねて形成され、透明導電膜間に電圧を印加するこ
とにより液晶の屈折率を変化させ、内視鏡装置の撮像系
の焦点距離を変えることができる。

【００４２】なお、図５（ａ）の場合には液晶レンズの
中央部が周辺部に比べて厚いため電界が弱くなり、図５
（ｂ）の場合には液晶レンズの周辺部が中央部に比べて
厚いため電界が弱くなり、屈折率変化の応答が遅くなる
場合がある。このような場合には、図５（ｃ），図５
（ｄ）に示すように、平凹レンズまたは平凸レンズをフ
レネル構造とすることにより、中央部と周辺部との厚さ
の差を小さくすることができ、液晶部材の厚さを薄く
し、応答速度を高めることができる。

【００４３】本実施形態では、合成焦点距離の調整を、
２つの対物レンズの間に配置した液晶部材を用いて行っ
ているので、レンズを移動するためのスペースを省くこ
とができ、先端硬性部長を短くすることができる。また
機械的駆動系と比し精度を向上させることができる。

【００４４】次に、本発明に係る内視鏡装置の第２の実
施形態を説明する。第１の実施形態では屈折率可変部材
として液晶を用いたが、本第２実施形態では、電解質液
を用いる。電解質を適当な溶媒に溶かした電解質液は、
その電解質濃度が高ければ屈折率が大きく、電解質濃度
が低ければ屈折率が小さいことが知られている。また電
解質液に外部から電圧を印加すると、電極の極性の逆極
性のイオンが電極表面付近に引きつけられ、残りの溶液
中のイオン濃度が低下することが知られている。

【００４５】そこで、両者を結びつけて、少なくとも２
つの電極を有する透明容器に電解質を満たし、電極間に
印加する電圧を変化させると、電圧の変化に応じて電極
に引きつけられるイオン数が変化することにより溶液中
のイオン濃度が変化し、屈折率が変化する。

【００４６】図６は、第２実施形態の要部である電解質
液を用いた屈折率可変素子の構成を示す斜視図（ａ）お
よび側面図（ｂ）である。屈折率可変素子以外の構成
は、第１の実施形態と同様である。

【００４７】図６において、屈折率可変素子１３は、表
面及び裏面がそれぞれ所望の曲率を有する２枚のガラス
部材５２、５３と、この２枚のガラス部材５２、５３を
中空部を形成するように突き合わせた際に、各ガラス部
材の外周部を覆うようにして各ガラス部材を密封接続す
る覆部材５１と、この覆部材５１で覆われた各ガラス部
材の外周部に、それぞれ相対向するように設けられた陰
極電極５５及び陽極電極５６と、各ガラス部材が突き合
わされることにより形成された中空部に封入された電解
質液５４とで構成されている。

【００４８】電解質液５４としては、例えば硝酸タリウ
ム（ＴｌＮＯ3 ）や硝酸セシウム（Ｃｓ ＮＯ3 ）等の
光透過性を有するとともに、電気分解により気体を生じ
ない電解質の水溶液を用いる。これらの電解質は、水溶
液中で正の電荷を帯びた金属イオン（Ｔｌ⁺ ，Ｃｓ⁺ な
ど）６０と、負の電荷を帯びた硝酸イオン（ＮＯ3^-）５
９とに解離する。

【００４９】このような屈折率可変素子１３は、各電極
を介して電圧が供給される前は、電解質中に均一にイオ
ンが分布しているので、大きな屈折率を有している。ま
た、電圧を徐々に供給すると、この供給した電圧値に応
じて電解質液中の各イオンが極性の異なる各電極に引き
寄せられ、屈折率可変素子１３の中央部に存在するイオ
ンが徐々に減少し、屈折率が徐々に低下する。

【００５０】これにより、対物光学系の焦点距離を可変
制御することができ、上述の第１の実施形態と同様の効
果を得ることができる。

【００５１】なお、この第２の実施形態に用いた屈折率
可変素子１３には、直流電源５７から印加される電圧を
スイッチ５８を介してＯＮ／ＯＦＦ制御することによ
り、焦点距離を２段階（電圧印加時及び電圧非印加時）
に可変制御し、広角と望遠とを切り換えるとしたが、連
続的に電圧値を変化させて屈折率を徐々に可変制御する
ようにしてもよい。

【００５２】図７は、本発明に係る内視鏡装置の第３の
実施形態を説明する内視鏡スコープの先端硬性部の正面
図（ａ）および縦断面図（ｂ）である。

【００５３】図７において、先端硬性部１は、図示しな
い被検体からの反射光を取り込む観察窓２、被検体を照
明する照明窓系３、鉗子口４、送水ノズル５、送気ノズ
ル６、凸レンズを用いた第１の対物レンズ１５、凸レン
ズを用いた第２の対物レンズ１６、入射光の空間的ロー
パスフィルタである水晶フィルタ７、光路を直角に変換
するためのプリズム８、カバーガラス９、固体撮像素子
１０、固体撮像素子１０の電源および信号ケーブル１
１、先端硬性部１に固定された観察光学系の外筒１２、
対物レンズ１６から固体撮像素子１０までの観察光学系
の各構成要素が一体として固定されているとともに外筒
１４に対して光軸方向に滑動可能な観察光学系の内筒１
７、を備えている。

【００５４】そして、外筒１２の内面および内筒１７の
外面には、それぞれ複数の電極形成され、これらの電極
間に電圧を印加することにより、静電モータとして作動
するようになっている。すなわち、外筒１２および内筒
１７が、対物レンズ１６、水晶フィルタ７、プリズム
８、カバーガラス９、固体撮像素子１０、の観察光学系
の各構成要素を一体として光軸方向に動かすアクチュエ
ータを構成している。

【００５５】図８は、本第３実施形態の制御系統を説明
する図である。図８に示すように、第１の対物レンズ１
５が先端部に固定された外筒６２の中に、内筒６１が納
められている。外筒６２と内筒６１との間には、図示さ
れないポリエチレン等の絶縁性のスペーサが設けられ、
外筒６２と内筒６１を接触しないように一定間隔で滑動
可能に保持している。

【００５６】内筒６１の外周面には電極群６３ａが設け
られ、外筒６２の内周面には電極群６３ｂが設けられ、
これらの電極群は静電モータ６３を構成している。そし
て、制御部６８より信号線６４、６５、６６、６７によ
り各電極群に電圧が印加され、静電モータ６３が駆動さ
れるようになっている。また制御部６８には、例えば図
示しない内視鏡スコープ操作部や操作パネル等に設けら
れた望遠・広角切換スイッチ６９が接続されている。そ
して、この望遠・広角切換スイッチ６９による視野角切
換の指示にしたがって、静電モータ６３が駆動され焦点
距離とともに合焦位置が切り換えられるようになってい
る。

【００５７】図９は、対向する外筒の内面および内筒の
外面に設けられた電極群による静電気駆動の３相リニア
静電ステップモータ（以下、単に静電モータと省略す
る）の構造および動作原理を説明する原理説明図であ
る。

【００５８】図９において、絶縁性基材により形成され
た外筒である固定子１０５の表面には、ある一定間隔
（これを基準ピッチＰとする）で、薄い電極１５１、１
５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１５７、１５
８、１５９、が設けられている。これら固定子１０５の
電極数には特に制限がなく、内筒を移動させたい方向に
必要数だけ並べることができる。これらの電極群の形成
には、スパッタリング法、メッキ等を利用したり、ある
いはこれらとリソグラフィを併用することもできる。

【００５９】また、絶縁性基材により形成された内筒で
ある可動子１０４の表面には、前記基準ピッチＰの１．
５倍の間隔である１．５Ｐのピッチで電極、１６１、１
６２、１６３、１６４が同様な方法で形成されている。
固定子１０５側の電極の数は、２以上の整数でもよい
が、モータの位相によるトルク変動を小さくするには、
偶数が好ましい。

【００６０】電極群１５１〜１５９の各電極は、順次３
種類の信号線φｂ，φａ，φｃに接続されている。すな
わち、電極１５１、１５４、１５７は信号線φｂに接続
され、電極１５２、１５５、１５８は信号線φａに接続
され、電極１５３、１５６、１５９は信号線φｃに接続
されている。可動子１０４側の電極１６１、１６２、１
６３、１６４は全て同一電位であるＧＮＤに接続されて
いる。

【００６１】次に、この静電モータの動作原理を説明す
る。まず最初に、図９（ａ）に示すように、信号線φａ
に＋の直流高電圧が印加され、信号線φｂ、信号線φｃ
はともに０Ｖであるとする。このとき、信号線φａに接
続された電極１５２、１５５、１５８に高電圧がかかる
ので、可動子１０４の電極１６１、１６３は、それぞれ
固定子１０５の電極１５２、１５５と静電引力により引
き合い、互いの電極同士が上下方向に重なり合う位置に
駆動される。

【００６２】次いで、図９（ｂ）に示すように、直流高
電圧を印加する信号線をφａからφｂに切り替えると、
信号線φｂに接続されている電極１５１、１５４、１５
７に高電圧が印加されるので、固定子１０５の電極１５
４、１５７と、可動子１０４の電極１６２、１６４とが
それぞれ静電引力により引き合い、互いの電極同士が重
なり合う位置に駆動される。図９（ａ）の状態から図９
（ｂ）の状態までの可動子１０４の移動量は、前記基準
ピッチＰの１／２である。

【００６３】次いで、図９（ｃ）に示すように、直流高
電圧を印加する信号線をφｂからφｃに切り替えると、
信号線φｃに接続されている電極１５３、１５６、１５
９に高電圧が印加されるので、固定子１０５の電極１５
３、１５６と、可動子１０４の電極１６１、１６３とが
それぞれ静電引力により引き合い、互いの電極同士が上
下方向に重なり合う位置に駆動される。図９（ｂ）の状
態から（ｃ）の状態までの可動子１０４の移動量は、同
様に前記基準ピッチＰの１／２である。

【００６４】以下同様にして、信号線φａ，φｂ，φｃ
に順次印加する電圧を切り替えると、可動子１０４は，
０．５ピッチづつ右へ移動する。これとは逆に可動子１
０４を左へ駆動する場合には、信号線φｃ，φｂ，φａ
に順次駆動電圧を印加していけばよい。

【００６５】この静電モータの駆動原理は、固定子と可
動子にそれぞれ設けた電極間の静電気による吸引力を利
用するものであるので、駆動力は電極面積に依存する
が、電極間に形成される等価コンデンサの充放電抵抗が
問題とならない限り、電極自体の厚さには関係がない。

【００６６】このため、この３相リニア静電ステップモ
ータに限らず、静電気を利用するアクチュエータは、そ
の厚さを非常に薄く作成することができ、実装スペース
に関する制限を満足しつつ目的の作動機構を構成するこ
とができる。

【００６７】なお、このような静電アクチュエータの電
極を薄く作製するには、真空蒸着法、スパッタリング
法、メッキ法等により絶縁体の基板の表面に金属薄膜を
形成する技術を利用することができる。またこれらの方
法とリソグラフとを併用することにより、微細なパター
ンを有する電極を正確に作製することができる。

【００６８】次に図１０を参照して、本実施の形態にお
ける観察光学系の焦点距離と合焦位置との関係を説明す
る。なお、以下の説明を簡略化するために、対物光学系
の水晶フィルタ及びプリズムは省略してある。

【００６９】さて、図１０において、第１群レンズ２８
に対して、第２群レンズ２９および固体撮像素子９が一
体となって移動可能となっていて、図１０（ａ）は広角
時、図１０（ｂ）は望遠時である。また、第１群レンズ
２８の焦点距離ｆ１、および第２群レンズ２９の焦点距
離ｆ２は、ともに正である。これらのレンズ群の前側主
点位置、及び後側主点位置を記号と共に図１０（ｃ）に
示す。

【００７０】ここで、レンズ系全体の合成焦点距離ｆ
は、次の式（４）となる。

【数３】 ｆ＝（ｆ１・ｆ２）／（ｆ１＋ｆ２−ｄ） …（４） ここで、ｄは、第１群レンズ２８の後側主点Ｈ１’から
第２群レンズ２９の前側主点Ｈ２までの距離である。

【００７１】また、このレンズ系においては、以下の式
を満足するように、第２群レンズ２９の最終面から撮像
面までの距離ｂが設定されている。

【００７２】

【数４】 ｆ＜ｂ …（５） ｆ２＋ｄＨ２＞ｂ …（６） ここで、ｄＨ２は、第２群レンズ最終面から第２群レン
ズの後側主点までの距離である。

【００７３】このようなレンズ系において、ｄを小さい
値から大きくすることにより、レンズ系全体の焦点距離
を大きく（広角から望遠になる）させると同時に、レン
ズ系全体の後側主点位置Ｈ’は、撮像面より遠ざかる方
向に移動する。このため、ｄを小さい値から大きくする
ことにより、合焦状態となる第１群レンズ前面から被写
体までの距離ａは、広角状態のａｗから望遠状態のａｔ
（ａｗ＞ａｔ）に変化し、望遠状態で近接観察が可能と
なる。

【００７４】またレンズの焦点距離が大きい程、結像倍
率は大きくなるので、図１０に示した構成を採ることに
より、望遠時に大きな倍率にて観察（拡大近接撮影）を
行うことが出来る。

【００７５】なお、以上説明した第１または第２の実施
形態と、第３の実施形態とを組み合わせることも可能で
ある。この場合には、内視鏡スコープ先端硬性部内に可
動部を全く設けることなく、広角撮影から拡大近接撮影
まで行うことのできる内視鏡装置を提供することができ
る。

【００７６】以上好ましい実施の形態について説明した
が、これらは本発明を限定するものではない。例えば、
実施形態では光路変換用のプリズムを用いた固体撮像素
子が縦置きの電子内視鏡装置について説明したが、光路
変換用のプリズムを用いることなく直接固体撮像素子に
結像させる横置きの電子内視鏡装置に適用できることは
明らかである。

【００７７】また光学像取込手段として、固体撮像素子
を用いた電子内視鏡装置以外に、イメージガイドを用い
たファイバー内視鏡やフィルムに撮像する胃カメラ等に
対しても本発明を適用することができる。さらに、観察
光学系のレンズ構成を３群以上としてもよい。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、先
端硬性部の外径を大きくすることなく、また先端部硬性
部長を長くすることなく、簡単な構成で、固定焦点式の
対物光学系を用いながらにして近景、遠景の観察を可能
とすることができる。

【００７９】また本発明によれば、近景に合焦位置を合
わせる場合には、対物光学系の視野角を狭角として拡大
観察が可能となり、逆に遠景に合焦位置を合わせる場合
には対物光学系の視野角を広角として広い領域の観察が
可能となる内視鏡装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内視鏡装置に用いられる屈折率可
変素子による焦点距離の変化を説明する原理図である。

【図２】本発明に係る内視鏡装置の第１の実施形態の構
成を示す先端硬性部の正面図（ａ）および縦断面図
（ｂ）である。

【図３】第１実施形態の制御系統を説明する図である。

【図４】第１実施形態に用いた屈折率可変素子の特性例
を示すグラフである。

【図５】第１実施形態の屈折率可変素子の変形例を示す
断面図である。

【図６】第２実施形態に用いた屈折率可変素子の構成を
示す斜視図（ａ）、側面図（ｂ）、及びＣＣ’線断面図
（ｃ）である。

【図７】本発明に係る内視鏡装置の第３の実施形態の構
成を示す先端硬性部の正面図（ａ）および縦断面図
（ｂ）である。

【図８】第３実施形態の制御系統を説明する図である。

【図９】第３実施形態に用いた静電モータの動作説明図
である。

【図１０】第３実施形態の光学特性を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１…内視鏡先端硬性部、２…観察光学系、３…照明光学
系、４…鉗子口、５…送水ノズル、６…送気ノズル、７
…水晶フィルタ、８…プリズム、９…カバーガラス、１
０…ＣＣＤ、１１…信号ケーブル、１２…フレーム、１
３…屈折率可変手段、１４ａ，１４ｂ…信号線、１５…
第１の対物レンズ、１６…第２の対物レンズ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の対物レンズと第２の対物レンズと
   を備え、前記第１および第２の対物レンズ間の空気換算
   長を変えることにより対物光学系の焦点距離を可変とす
   る内視鏡装置であって、前記第１および第２の対物レン
   ズ間に屈折率を変化可能な屈折率可変部材を備えたこと
   を特徴とする内視鏡装置。
2. 【請求項２】 前記屈折率可変部材は、液晶であり、２
   枚の透明電極に挟まれた前記液晶に印加する電圧を制御
   することにより、前記液晶の分子の配向方向が変化して
   見かけの屈折率が変化するものであることを特徴とする
   請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 【請求項３】 前記屈折率可変部材は、電解質液であ
   り、この電解質液を封入した透明容器に設けた電極に印
   加する電圧を制御することにより前記電解質液中のイオ
   ン分布が変化して屈折率が変化するものであることを特
   徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
4. 【請求項４】 被写体に対向するとともに対物光学系の
   一部を構成する第１の対物レンズ群と、 前記被写体の光学像を取り込む光学像取込手段に対向す
   るとともに前記対物光学系の一部を構成する第２の対物
   レンズ群と、 前記光学像取込手段と第２の対物レンズ群もしくはその
   一部とを一体化した複合光学モジュールと、 前記複合光学モジュールを光軸方向に駆動して、前記対
   物光学系の焦点距離を可変とする焦点距離調節手段と、 を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
5. 【請求項５】 前記複合光学モジュールを前記対物光学
   系の焦点距離が長くなる方向に駆動するに従って、合焦
   する被写体から第１の対物レンズ群の前面までの距離が
   短くなるように構成されたことを特徴とする請求項４に
   記載の内視鏡装置。
6. 【請求項６】 前記焦点距離調節手段は、静電アクチュ
   エータであることを特徴とする請求項４または請求項５
   に記載の内視鏡装置。
7. 【請求項７】 前記光学像取込手段は、固体撮像素子で
   あることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれ
   か１項に記載の内視鏡装置。