WO2019187188A1 - 内視鏡 - Google Patents

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WO2019187188A1
WO2019187188A1 PCT/JP2018/027927 JP2018027927W WO2019187188A1 WO 2019187188 A1 WO2019187188 A1 WO 2019187188A1 JP 2018027927 W JP2018027927 W JP 2018027927W WO 2019187188 A1 WO2019187188 A1 WO 2019187188A1
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endoscope
coil
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actuator
distal end
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永水 裕之
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オリンパス株式会社
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    • A61B1/04Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/05Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by the image sensor, e.g. camera, being in the distal end portion
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    • G02B7/04Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
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    • G02B7/04Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/08Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope including an optical unit that changes an optical focal position by moving a moving frame having an optical system inside back and forth by a magnetic force.
  • An imaging unit of an optical unit capable of switching a focal position by moving a moving frame provided with an optical system inside in the front and rear directions in the optical axis direction of the optical system is well known.
  • This imaging unit is provided in a camera, a communication terminal with a camera, an endoscope, and the like in addition to a camera.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2004-97292 discloses an imaging unit that is an optical unit whose optical characteristics such as depth of focus, imaging magnification, and viewing angle with respect to an observation target part can be changed depending on the observation site or the purpose of observation.
  • An endoscope in which a unit is provided at a distal end portion of an insertion portion is disclosed.
  • an imaging unit that is a conventional optical unit has a linear actuator for driving a moving lens having a coil and a ring-shaped magnet provided on the outer peripheral side of the coil.
  • These coil and magnet Depending on the thickness, there is a problem that there is a limit to downsizing (thinning) in the outer diameter direction, which is the outer circumferential direction orthogonal to the longitudinal direction.
  • the endoscope has a problem that the diameter of the insertion portion is limited depending on the outer diameter of the imaging unit mounted at the distal end portion of the insertion portion.
  • an optical unit including a linear actuator that drives a moving lens that can be reduced in diameter by reducing the outer diameter is mounted on the distal end portion of the insertion portion.
  • An object of the present invention is to provide an endoscope that can be further reduced in diameter.
  • an endoscope includes an optical unit mounted on a distal end portion of an insertion portion, and the optical unit holds a fixed frame formed of a nonmagnetic material and a moving lens.
  • a moving frame formed of a magnetic body disposed in the fixed frame so as to be movable back and forth, and an actuator that drives the moving frame to move back and forth along a photographing optical axis.
  • a space formed around the coil around the central axis in the range of the amount of protrusion of the magnet from the outer periphery of the coil in the tip, and disposed in the space.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the tip along the line III-III in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the tip along IV-IV in FIG.
  • an endoscope including an imaging unit in the following configuration description will be described by taking a so-called flexible mirror having an insertion portion as flexible for insertion into an upper or lower digestive organ of a living body.
  • the technique can be applied to a so-called rigid endoscope having a hard insertion portion used for surgery.
  • the imaging unit is not limited to those provided in medical devices such as endoscopes, and is small in size.
  • the imaging unit can also be employed in a camera-equipped mobile phone.
  • FIG. 1 is a diagram showing an external appearance of an endoscope including an imaging unit of one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front view showing a configuration of a distal end portion of an insertion portion
  • FIG. 3 is taken along a line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view of the tip along the line IV-IV in FIG. 3
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing the configuration of the actuator.
  • the endoscope 101 of this embodiment has a configuration that can be introduced into a subject such as a human body and optically images a predetermined observation site in the subject.
  • the subject into which the endoscope 101 is introduced is not limited to a human body, and may be another living body or an artificial object such as a machine or a building.
  • the endoscope 101 includes an insertion portion 102 introduced into the subject, an operation portion 103 located at the proximal end of the insertion portion 102, and a universal cord 104 extending from a side portion of the operation portion 103. It is mainly composed.
  • the insertion portion 102 includes a distal end portion 110 disposed at the distal end, a bendable bending portion 109 disposed on the proximal end side of the distal end portion 110, and an operation portion 103 disposed on the proximal end side of the bending portion 109.
  • a flexible tube portion 108 having flexibility is connected to the tip end side of the tube.
  • the imaging unit 1 is provided at the distal end portion 110.
  • the operation unit 103 is provided with an angle operation knob 106 for operating the bending of the bending unit 109.
  • an endoscope connector 105 connected to the external device 120 is provided.
  • the external device 120 to which the endoscope connector 105 is connected is connected to an image display unit 121 such as a monitor via a cable.
  • the endoscope 101 includes an optical fiber that transmits illumination light from a universal cable 104, an operation unit 103, a composite cable 115 (not shown) inserted into the insertion unit 102, and a light source unit provided in the external device 120. It has a bundle (not shown here).
  • the composite cable 115 is configured to electrically connect the endoscope connector 105 and the imaging unit 1. By connecting the endoscope connector 105 to the external device 120, the imaging unit 1 is electrically connected to the external device 120 via the composite cable 115.
  • the power supply from the external device 120 to the imaging unit 1 and the communication between the external device 120 and the imaging unit 1 are performed via the composite cable 115.
  • the external device 120 is provided with an image processing unit.
  • the image processing unit generates a video signal based on the image sensor output signal output from the imaging unit 1 and outputs the video signal to the image display unit 121. That is, in this embodiment, an optical image (endoscopic image) captured by the imaging unit 1 is displayed on the image display unit 121 as a video.
  • the endoscope 101 is not limited to the configuration connected to the external device 120 or the image display unit 121, and may be configured to include a part or all of the image processing unit or the monitor, for example.
  • a light guide (not shown here), which will be described later, which is an optical fiber bundle, is configured to transmit light emitted from the light source unit of the external device 120 to an illumination window serving as an illumination light emitting unit of the tip 110.
  • the light source unit may be arranged on the operation unit 103 or the distal end portion 110 of the endoscope 101.
  • the light guide is one of the built-in endoscopes.
  • the distal end portion 110 of the insertion portion 102 is provided with an observation window 11 having a substantially circular surface as an objective optical system provided at the forefront of the imaging unit 1 at the center of the distal end surface 110a.
  • an observation window 11 having a substantially circular surface as an objective optical system provided at the forefront of the imaging unit 1 at the center of the distal end surface 110a.
  • a flat ring-shaped illumination window 13 having a substantially ring surface as an illumination optical system around the cylindrical first fixed frame 12 holding the observation window 11 at the distal end. It has been.
  • the illumination window 13 is fitted to the tip portion of the tip component portion 21.
  • the tip component 21 is inserted and held in the rear side of the illumination window 13 so that the light guide 31 has an arc shape.
  • a hard tube 22 formed of a metal, a hard resin, or the like as a reinforcing tube is connected to the distal end constituting portion 21 so as to extend rearward, and a curved rubber 23 that is an outer skin is coated on the outer periphery of the hard tube 22. Yes.
  • the distal end portion of the curved rubber 23 is fixed by a bobbin adhering portion 24 so as to cover the distal end portion of the hard tube 22.
  • the curved rubber 23 also covers the outer periphery of the curved portion 109, which is illustrated here.
  • the imaging unit 1 that is the optical unit of the present embodiment will be described in detail below.
  • the imaging unit 1 constituting the optical unit is mounted on the distal end portion 110 so that the photographing optical axis O coincides with the longitudinal center axis X of the distal end portion 110 of the insertion portion 102. ing. That is, the imaging unit 1 is disposed at the distal end portion 110 so that the central axis X of the distal end portion 110 and the photographing optical axis O are coaxial.
  • the imaging unit 1 is provided with a plurality of objective lenses (partially not shown) including an observation window 11 and a cylindrical first fixed frame 12 that holds the plurality of objective lenses.
  • a cylindrical second fixed frame 32 formed of a nonmagnetic material is connected to the rear of the first fixed frame 12.
  • the imaging unit 1 has an actuator (linear actuator) 40, an imaging element 50, and the like.
  • the image sensor 50 is a CCD, a CMOS, or the like that condenses photographing light of the photographing optical axis O and performs photoelectric conversion.
  • the actuator 40 moves a moving lens frame 47, which is a cylindrical moving frame formed of a magnetic body movably disposed inside the second fixed frame 32, back and forth along the photographic optical axis O (in FIG. 3). Drive in the FB direction).
  • the moving lens frame 47 holds a moving lens 48 that is one of the objective optical systems.
  • the imaging unit 1 of the present embodiment is configured to change the focal position of the subject by driving the moving lens 48 back and forth.
  • the optical characteristics depending on the driving position of the moving lens 48 may be a focus switching during near-point observation and far-point observation with respect to the subject in the endoscope 101, or tele / wide zoom switching.
  • the actuator 40 includes a coil 41 in which a metal wire such as a copper wire is wound around the outer periphery of the second fixed frame 32, and a rod-like shape, which is a rectangular parallelepiped here. It has a magnet 43 having a shape, and yokes 44 and 45 made of a magnetic material for increasing the magnetic permeability, which are disposed at both front and rear ends of the coil 41 and the magnet 43.
  • the coil 41 is connected to a power supply line (not shown), and the energization direction of the supplied power is switched. Note that the switching of the energization direction to the coil 41 is energized and controlled by a control unit provided in the external device 120 based on an operation of a switch or the like provided in the operation unit 103 of the endoscope 101.
  • the yokes 44 and 45 are formed in a torus (doughnut) shape having hole portions 44a and 45a formed in the center and substantially rectangular convex portions 44b and 45b in which front and rear end faces of the magnet 43 are opposed to each other from the outer peripheral portion. It is a magnetic plate body.
  • the yokes 44 and 45 are disposed opposite to the front and rear end surfaces of the coil 41 with the second fixed frame 32 inserted through the holes 44 a and 44 b.
  • the moving lens frame 47 made of magnetic material moves back and forth due to the induction effect caused by the magnetic field switched in different directions generated by the energization control of the coil 41 and the magnetic field from the magnet 43 having different magnetic poles in the front-rear direction.
  • Drive control is performed in the FB direction).
  • the imaging unit 1 configured as described above is mounted on the distal end portion 110 so that the central axis X of the distal end portion 110 coincides with the photographing optical axis O.
  • a space A (see FIGS. 3 and 4) in which the distal end portion 110 has an arcuate cross section is formed between the distal end portion 110 and the hard tube 23 around the coil 41 of the actuator 40.
  • the tip portion 110 has a predetermined width W (long) around the outer peripheral surface of the coil 41 from the one side portion B to the other side portion C of the magnet 43 of the actuator 40 and the convex portions 44b and 45b of the yokes 44 and 45.
  • a circular arc-shaped space A having a thickness (S) is formed.
  • the light guide 31 is arrange
  • the light guide 31 has the protruding amount of the projections 44b and 45b of the magnet 43 and the yokes 44 and 45 projecting in the outer diameter direction orthogonal to the photographing optical axis O in the actuator 40 of the imaging unit 1 at the distal end portion 110. Is contained within the range of
  • the endoscope 101 including the imaging unit according to the present embodiment places the imaging unit 1 in the distal end portion 110 so that the photographing optical axis O coincides with the central axis X of the distal end portion 110 of the insertion portion 102. It is installed.
  • a light guide 31 having an arcuate cross section is disposed along a space A having an arcuate cross section formed around the coil 41 of the actuator 40 of the imaging unit 1 in the distal end portion 110.
  • the endoscope 101 can prevent the enlargement of the outer diameter direction as the outer peripheral direction orthogonal to the longitudinal direction along the central axis X of the distal end portion 110 as compared with the conventional configuration.
  • the diameter can be increased.
  • the endoscope 101 can prevent the diameter of the distal end portion 110 from being increased, the endoscope 101 can be prevented from being increased in diameter and can be reduced in diameter.
  • the outer diameter of the imaging unit 1 that is an optical unit including the actuator 40 that drives the moving lens frame 47 that holds the moving lens 48 forward and backward can be reduced and the diameter of the imaging unit 1 can be reduced.
  • the endoscope 101 that can further reduce the diameter of the insertion portion 102.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the actuator of the imaging unit according to the first modification
  • FIG. 7 is an exploded perspective view illustrating the configuration of the actuator according to the first modification.
  • the actuator 40 of the imaging unit 1 of the present modification includes two coils 41 a and 41 b in which a metal wire such as a copper wire is wound around the outer periphery of the second fixed frame 32.
  • the two magnets 43a and 43b which are rod-shaped, here rectangular parallelepiped, disposed on the coils 41a and 41b, and the convex portions 44b disposed on the front and rear ends of the coils 41a and 41b and the magnets 43a and 43b,
  • the three yokes 44, 45, 46 having 45b, 46b are provided.
  • the actuator 40 can increase the magnetic permeability and increase the driving force for driving the moving lens frame 47 by increasing the number of the yokes 44, 45, 46.
  • three yokes are exemplified here, three or more yokes may be used, and the number of magnets and coils may be increased in accordance with the number of yokes.
  • FIG. 8 is a front view showing the configuration of the distal end portion of the insertion portion of the second modified example
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the actuator of the imaging unit along the IX-IX line of the second modified example
  • 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the tip portion of the second modification
  • FIG. 11 is an exploded perspective view showing the configuration of the actuator of the second modification.
  • the actuator 40 of the imaging unit 1 of this modification example is point-symmetric in addition to the configuration of the first modification example, along which the central axis X (imaging optical axis O) of the distal end portion 110 passes. Further, the magnets 43a ′ and 43b ′ are provided at the position of, and the protrusions 44b ′, 45b ′ and 46b ′ facing the end surfaces of the magnets 43a ′ and 43b ′ are provided on the yokes 44, 45 and 46, respectively. Yes.
  • the actuator 40 is provided with the magnets 43a ′ and 43b ′ at the point symmetrical positions in addition to the magnets 43a and 43b, thereby further increasing the magnetic permeability and increasing the driving force for driving the movable lens frame 47. Can do.
  • the imaging unit 1 here is mounted on the distal end portion 110 so that the central axis X of the distal end portion 110 and the photographing optical axis O coincide with each other, and the distal end portion 110 has a periphery of the coil 41 of the actuator 40.
  • Spaces A and A ′ (see FIG. 10) having a cross-sectional arc shape are formed between the hard tube 22 and the hard tube 22.
  • the tip portion 110 here includes the magnets 43a, 43b, 43a ′, 43b ′ of the actuator 40 and the one side portion B of each of the projections 44b, 45b, 46b of the yokes 44, 45, 46 to the yoke 44 ′,
  • An arcuate space A having a predetermined width W (length) is formed around the outer peripheral surface of the coil 41 up to one side B ′ of the convex portions 44b ′, 45b ′, and 46b ′ of 45 ′ and 46 ′. It is formed.
  • the tip portion 110 includes a magnet 43 of the actuator 40 and one side portion C of the convex portions 44b, 45b, 46b of the yokes 44, 45, 46 to each convex portion 44b 'of the yokes 44', 45 ', 46'. , 45b ′ and 46b ′, a space A ′ having a circular arc shape having a predetermined width W (length) is formed around the outer peripheral surface of the coil 41 up to one side C ′.
  • These spaces A and A ′ have a circular arc shape formed at a point-symmetrical position through which the central axis X (imaging optical axis O) passes.
  • tip part 110 is arrange
  • the light guide 31a may be disposed only in the space A, and other endoscope built-in items such as the treatment instrument insertion channel, the air / water supply channel, and the front water supply channel may be disposed in the space A ′.
  • FIG. 12 is a front view showing the configuration of the distal end portion of the insertion portion of the third modified example
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the distal end portion of the third modified example.
  • the imaging unit 1 of the present modification performs a bending operation in the vertical direction (UP-DOWN) of the bending portion 109 of the insertion unit 102 in addition to the configuration of the second modification.
  • the convex portions 44b, 45b, 46b, and 44b of the magnets 43a, 43b, 43a ′, and 43b ′ of the actuator 40 and the yokes 44, 45, and 46 so as to avoid the bending operation wires 51 and 52 as the endoscope built-in objects.
  • the bending operation wire 51 that bends the bending portion 109 upward (UP) is arranged in the space A ′, and the bending operation wire 52 that bends the bending portion 109 downward (DOWN) is arranged.
  • UP the bending operation wire 51 that bends the bending portion 109 upward
  • DOWN the bending operation wire 52 that bends the bending portion 109 downward
  • FIG. 14 is a front view showing the configuration of the distal end portion of the insertion portion of the fourth modified example
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of the distal end portion of the fourth modified example
  • FIG. 16 is an actuator of the fourth modified example. It is a disassembled perspective view which shows the structure.
  • the magnets 43a, 43b, 43a ′, 43b ′ of the actuator 40 and the convex portions 44b, 45b, 46b, 44b ′, 45b ′, 46b ′ of the yokes 44, 45, 46 are Four structures may be provided at equal intervals (up and down, left and right) around the central axis X (imaging optical axis O) of the tip portion 110.
  • four light guides 31a, 31b, 31c, and 31d are disposed around the actuator 40.
  • the number of light guides 31 a, 31 b, 31 c, and 31 d may be reduced and other endoscope built-in items may be arranged in a vacant space formed around the actuator 40.
  • FIG. 17 is a front view showing the configuration of the distal end portion of the insertion portion of the fifth modified example
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing the configuration of the distal end portion of the fifth modified example
  • FIG. 19 is an actuator of the fifth modified example. It is a disassembled perspective view which shows the structure.
  • the magnets 43a, 43b, 43a ′, 43b ′ of the actuator 40 and the convex portions 44b, 45b, 46b, 44b ′, 45b ′, 46b ′ of the yokes 44, 45, 46 are Three structures may be provided at regular intervals (every 60 °) around the central axis X (imaging optical axis O) of the distal end portion 110. In this case, three light guides 31a, 31b, and 31c are arranged around the actuator 40.
  • the number of light guides 31 a, 31 b, and 31 c may be reduced and other endoscope built-in objects may be arranged in a vacant space formed around the actuator 40.
  • the magnets 43 a, 43 b, 43 a ′, 43 b ′ of the actuator 40 and the convex portions 44 b, 45 b, 46 b, 44 b ′, 45 b ′, 46 b ′ of the yokes 44, 45, 46 are not necessarily the central axis X of the tip 110. It does not have to be provided at equal intervals (up and down, left and right, every 60 °, etc.) around (imaging optical axis O).
  • the actuators 44, 45, 46 may not necessarily be provided.
  • the stated requirements can be deleted if the stated problem can be solved and the stated effect can be obtained.
  • the structure thus constructed can be extracted as an invention.
  • an endoscope capable of reducing the diameter of the insertion portion by mounting an optical unit including a linear actuator that drives a moving lens that can be reduced in diameter by reducing the outer diameter.

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Abstract

内視鏡101は、非磁性体の固定枠32と、移動レンズ48を保持し固定枠32内に進退自在に配設された磁性体の移動枠47と、移動枠47を撮影光軸Oに沿って進退駆動するアクチュエータ40と、を含む光学ユニット1と、固定枠32に巻回されたコイル41と、コイル41の外周上に撮影光軸Oに沿って配設された磁石43と、を含むアクチュエータ40と、を備え、光学ユニット1が撮影光軸Oと先端部110の中心軸Xが同軸上となるように先端部110に搭載され、先端部110内にコイル41の外周から磁石43の突出量の範囲で中心軸X回りにコイル41の周囲に形成される空間Aと、空間Aに配設された内視鏡内蔵物31と、を有する。

Description

内視鏡
 本発明は、内部に光学系を有する移動枠を磁力によって前後に移動して光学的焦点位置を可変する光学ユニットを備えた内視鏡に関する。
 内部に光学系を備えた移動枠を光学系の光軸方向の前後に移動させて、焦点位置を切り替えることができる光学ユニットの撮像ユニットが周知である。この撮像ユニットは、カメラの他、カメラ付き通信端末、内視鏡などに設けられている。
 例えば、日本国特開2004-97292号公報には、観察部位、或いは、観察の目的等によって観察対象部に対する焦点深度、結像倍率、視野角などの光学特性を変更自在な光学ユニットである撮像ユニットが挿入部の先端部に設けられた内視鏡が開示されている。
 しかしながら、従来の光学ユニットである撮像ユニットは、移動レンズを駆動するためのリニアアクチュエータがコイルと、このコイルの外周側に設けられたリング状の磁石と、を有しており、これらコイルと磁石の厚みによって、長手方向に直交する外周方向である外径方向の小型化(細径化)に限界があるという問題があった。
 また、内視鏡は、挿入部の先端部に搭載される撮像ユニットの外径に応じて、挿入部の細径化にも限界が生じてしまうという課題がある。
 そこで、本発明は、上記事情に鑑みなされたものあり、外径を小さくして細径化できる移動レンズを駆動するリニアアクチュエータを備えた光学ユニットを挿入部の先端部に搭載することで、挿入部をより細径化できる内視鏡を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため本発明の一態様における内視鏡は、挿入部の先端部に光学ユニットが搭載され、前記光学ユニットは、非磁性体から形成された固定枠と、移動レンズを保持し、前記固定枠内に進退自在に配設された磁性体から形成された移動枠と、前記移動枠を撮影光軸に沿って進退駆動するアクチュエータと、を含み、前記アクチュエータは、前記固定枠に巻回されたコイルと、前記コイルの外周上に前記撮影光軸に沿って配設された棒状の磁石と、を含み、前記光学ユニットは、前記撮影光軸と前記先端部の中心軸が同軸上となるように前記先端部に搭載され、前記先端部内に前記コイルの外周から前記磁石の突出量の範囲で前記中心軸回りに前記コイルの周囲に形成される空間と、前記空間に配設される内視鏡内蔵物と、を備えている。
同、本発明の一態様の光学ユニットである撮像ユニットを具備する内視鏡の外観を示す図 同、挿入部の先端部の構成を示す正面図 同、図2のIII-III線に沿った先端部の断面図 同、図3のIV-IVに沿った先端部の断面図 同、アクチュエータの構成を示す分解斜視図 同、第1の変形例の第1の変形例の撮像ユニットのアクチュエータの構成を示す断面図 同、第1の変形例のアクチュエータの構成を示す分解斜視図 同、第2の変形例の挿入部の先端部の構成を示す正面図 同、第2の変形例のIX-IX線に沿った撮像ユニットのアクチュエータの構成を示す断面図 同、第2の変形例の先端部の構成を示す断面図 同、第2の変形例のアクチュエータの構成を示す分解斜視図 同、第3の変形例の挿入部の先端部の構成を示す正面図 同、第3の変形例の先端部の構成を示す断面図 同、第4の変形例の挿入部の先端部の構成を示す正面図 同、第4の変形例の先端部の構成を示す断面図 同、第4の変形例のアクチュエータの構成を示す分解斜視図 同、第5の変形例の挿入部の先端部の構成を示す正面図 同、第5の変形例の先端部の構成を示す断面図 同、第5の変形例のアクチュエータの構成を示す分解斜視図
 ここでは、本発明である光学ユニットである撮像ユニットを備えた内視鏡を例に挙げて説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
 また、以下の構成説明における撮像ユニットを備えた内視鏡は、生体の上部または下部の消化器官に挿入するため挿入部が可撓性のある所謂軟性鏡を例に挙げて説明するが、これに限定されることなく、外科用に用いられる挿入部が硬質な所謂硬性鏡にも適用できる技術である。 
 さらに、撮像ユニットは、内視鏡などの医療機器に設けられるものに限定されることなく、小型となるため、例えば、カメラ付き携帯電話にも採用することができるものである。
 以下、本発明の一態様の撮像ユニットおよび内視鏡について、図面に基づいて説明する。 
 図1は、本発明の一態様の撮像ユニットを具備する内視鏡の外観を示す図、図2は挿入部の先端部の構成を示す正面図、図3は図2のIII-III線に沿った先端部の断面図、図4は図3のIV-IVに沿った先端部の断面図、図5はアクチュエータの構成を示す分解斜視図である。
 先ず、図1を参照して、本発明に係る撮像ユニット1を具備する内視鏡101の構成の一例を説明する。 
 本実施形態の内視鏡101は、人体などの被検体内に導入可能であって被検体内の所定の観察部位を光学的に撮像する構成を有している。
 なお、内視鏡101が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体であっても良いし、機械、建造物などの人工物であっても良い。
 内視鏡101は、被検体の内部に導入される挿入部102と、この挿入部102の基端に位置する操作部103と、この操作部103の側部から延出するユニバーサルコード104とで主に構成されている。
 挿入部102は、先端に配設される先端部110、この先端部110の基端側に配設される湾曲自在な湾曲部109およびこの湾曲部109の基端側に配設され操作部103の先端側に接続される可撓性を有する可撓管部108が連設されて構成されている。
 詳しくは後述するが、先端部110には、撮像ユニット1が設けられている。また、操作部103には、湾曲部109の湾曲を操作するためのアングル操作ノブ106が設けられている。
 ユニバーサルコード104の基端部には、外部装置120に接続される内視鏡コネクタ105が設けられている。内視鏡コネクタ105が接続される外部装置120は、モニタなどの画像表示部121にケーブルを介して接続されている。
 また、内視鏡101は、ユニバーサルコード104、操作部103および挿入部102内に挿通された複合ケーブル115(不図示)および外部装置120に設けられた光源部からの照明光を伝送する光ファイバ束(ここでは不図示)を有している。
 複合ケーブル115は、内視鏡コネクタ105と撮像ユニット1とを電気的に接続するように構成されている。内視鏡コネクタ105が外部装置120に接続されることによって、撮像ユニット1は、複合ケーブル115を介して外部装置120に電気的に接続される。
 この複合ケーブル115を介して、外部装置120から撮像ユニット1への電力の供給および外部装置120と撮像ユニット1との間の通信が行われる。
 外部装置120には、画像処理部が設けられている。この画像処理部は、撮像ユニット1から出力された撮像素子出力信号に基づいて映像信号を生成し、画像表示部121に出力する。即ち、本実施形態では、撮像ユニット1により撮像された光学像(内視鏡像)が、映像として画像表示部121に表示される。
 なお、内視鏡101は、外部装置120または画像表示部121に接続する構成に限定されず、例えば、画像処理部またはモニタの一部または全部を有する構成であっても良い。
 また、光ファイバ束である後述するライトガイド(ここでは不図示)は、外部装置120の光源部から発せられた光を、先端部110の照明光出射部としての照明窓まで伝送するように構成されている。さらに、光源部は、内視鏡101の操作部103または先端部110に配設される構成であってもよい。なお、ライトガイドは内視鏡内蔵物の1つのである。
 図2に示すように、挿入部102の先端部110は、先端面110aの中央に撮像ユニット1の最先端に設けられる対物光学系としての表面略真円状の観察窓11が設けられている。また、先端部110の先端面110aには、観察窓11を先端で保持する筒状の第1の固定枠12の周囲に照明光学系としての表面略リング状の平板形状の照明窓13が設けられている。
 なお、照明窓13は、先端構成部21の先端部分に嵌合されている。この先端構成部21は、照明窓13の後方側の内部において、ライトガイド31が円弧状となるように挿通保持している。
 先端構成部21は、後方に延設するように補強管としての金属、硬質樹脂などから形成される硬質管22が接続され、この硬質管22の外周に外皮である湾曲ゴム23が被覆されている。湾曲ゴム23の先端部分は、硬質管22の先端部分を覆うように糸巻接着部24によって固定されている。なお、湾曲ゴム23は、ここでは図示していが、湾曲部109の外周も被覆している。
 次に、本実施の形態の光学ユニットである撮像ユニット1について、以下に詳しく説明する。 
 図3および図4に示すように、光学ユニットを構成する撮像ユニット1は、挿入部102の先端部110の長手方向の中心軸Xに撮影光軸Oが一致するように先端部110に搭載されている。即ち、撮像ユニット1は、先端部110の中心軸Xと撮影光軸Oが同軸上となるように先端部110に配設されている。
 撮像ユニット1は、観察窓11を含む複数の対物レンズ(一部不図示)が配設されており、これら複数の対物レンズを保持する筒状の第1の固定枠12が設けられている。この第1の固定枠12の後方には、非磁性体から形成された筒状の第2の固定枠32が接続されている。
 撮像ユニット1には、アクチュエータ(リニアアクチュエータ)40、撮像素子50などを有している。撮像素子50は、撮影光軸Oの撮影光が集光されて光電変換するCCD、CMOSなどである。
 アクチュエータ40は、第2の固定枠32の内部に進退自在に配設された磁性体から形成された筒状の移動枠である移動レンズ枠47を撮影光軸Oに沿った前後(図3のF-B方向)に駆動する。なお、移動レンズ枠47は、対物光学系の1つである移動レンズ48を保持している。
 即ち、本実施の形態の撮像ユニット1は、移動レンズ48を前後に駆動することで、被写体の焦点位置を変更できる構成となっている。なお、移動レンズ48の駆動位置による光学特性は、内視鏡101における被検体に対する近点観察時と遠点観察時の焦点切り替えでもよいし、テレ/ワイドのズーム切り替えとしてもよい。
 アクチュエータ40は、図5に示すように、第2の固定枠32の外周に銅線などの金属素線が巻回されたコイル41と、このコイル41上に配設された棒状、ここでは直方体形状の磁石43と、コイル41と磁石43の前後両端に配設された透磁率を高める磁性体から形成されたヨーク44,45と、を有している。
 コイル41は、図示しない電力供給線が接続され、供給される電力の通電方向が切り替えられる。なお、コイル41への通電方向の切り替えは、内視鏡101の操作部103に設けられるスイッチなどの操作に基づいて、外部装置120に設けられた制御部によって通電制御される。
 なお、ヨーク44,45は、中央に孔部44a,45aが形成され、外周部から磁石43の前後の端面が対向配置される略矩形状の凸部44b,45bを有したトーラス(ドーナッツ)形状の磁性板体である。これらヨーク44,45は、孔部44a,44bに第2の固定枠32が挿通され、コイル41の前後の端面に対向配置される。
 このように、コイル41の通電制御により発生する異なる方向に切り替えられた磁界と、前後方向に異なる磁極を有する磁石43からの磁界と、によって生じる誘導効果によって磁性体の移動レンズ枠47が前後(F-B方向)に駆動制御される。
 以上のように構成された撮像ユニット1は、上述したように、先端部110の中心軸Xと撮影光軸Oが一致するように、先端部110に搭載される。
 この状態において、先端部110は、アクチュエータ40のコイル41の周囲における硬質管23との間に断面方向が円弧状の空間A(図3および図4参照)が形成される。
 即ち、先端部110には、アクチュエータ40の磁石43およびヨーク44,45の凸部44b,45bの一側部Bから他側部Cまでのコイル41の外周面の周囲に所定の幅W(長さ)を有した円弧状の空間Aが形成される。
 そして、先端部110は、空間Aの円弧状に沿ってライトガイド31が配設される。このように、ライトガイド31は、先端部110において、撮像ユニット1のアクチュエータ40における撮影光軸Oに直交した外径方向に突出する磁石43およびヨーク44,45の凸部44b,45bの突出量の範囲内に収容される。
 以上の説明により、本実施の形態の撮像ユニットを備えた内視鏡101は、撮像ユニット1を挿入部102の先端部110の中心軸Xに撮影光軸Oが一致するように先端部110に搭載している。そして、内視鏡101は、先端部110内に撮像ユニット1のアクチュエータ40のコイル41の周囲に形成された断面円弧状の空間Aに沿って断面円弧状のライトガイド31が配置されている。
 従って、本実施の形態の内視鏡101は、従来の構成に比して、先端部110の中心軸Xに沿った長手方向に直交する外周方向としての外径方向の大型化を防止でき細径化することができる。その結果、内視鏡101は、先端部110の太径化を防止できるため、挿入部102の太径化も防止でき細径化することができる。
 以上により、移動レンズ48を保持する移動レンズ枠47を進退駆動するアクチュエータ40を備えた光学ユニットである撮像ユニット1の外径を小さくして細径化でき、この撮像ユニット1を挿入部102の先端部に搭載することで、挿入部102をより細径化できる内視鏡101を実現することができる。
(第1の変形例)
 図6は、第1の変形例の撮像ユニットのアクチュエータの構成を示す断面図、図7は第1の変形例のアクチュエータの構成を示す分解斜視図である。
 本変形例の撮像ユニット1のアクチュエータ40は、図6および図7に示すように、第2の固定枠32の外周に銅線などの金属素線が巻回された2つのコイル41a,41bと、これらコイル41a,41b上に配設された棒状、ここでは直方体形状の2つの磁石43a,43bと、各コイル41a,41bと各磁石43a,43bの前後両端に配設された凸部44b,45b,46bを有する3つのヨーク44,45,46と、を有した構成となっている。
 このように、アクチュエータ40は、ヨーク44,45,46の数を増やすことで、さらに透磁率を高めて移動レンズ枠47を駆動する駆動力を大きくすることができる。なお、ヨークは、ここでは3つを例示したが、3つ以上でもよく、ヨークの数に合わせて、磁石とコイルの数を増やせばよい。
(第2の変形例)
 図8は、第2の変形例の挿入部の先端部の構成を示す正面図、図9は第2の変形例のIX-IX線に沿った撮像ユニットのアクチュエータの構成を示す断面図、図10は第2の変形例の先端部の構成を示す断面図、図11は第2の変形例のアクチュエータの構成を示す分解斜視図である。
 本変形例の撮像ユニット1のアクチュエータ40は、図8から図11に示すように、第1の変形例の構成に加えて、先端部110の中心軸X(撮影光軸O)が通る点対称の位置に、さらに磁石43a´,43b´を設けて、ヨーク44,45,46に磁石43a´,43b´の端面に対向する凸部44b´,45b´,46b´を設けた構成となっている。
 このように、アクチュエータ40は、磁石43a,43bに加え、点対称位置に磁石43a´,43b´を設けることで、さらに透磁率を高めて、移動レンズ枠47を駆動する駆動力を大きくすることができる。
 また、ここでの撮像ユニット1は、先端部110の中心軸Xと撮影光軸Oが一致するように、先端部110に搭載された状態において、先端部110にはアクチュエータ40のコイル41の周囲における硬質管22との間に断面方向が断面円弧状の空間A,A´(図10参照)が形成される。
 即ち、ここでの先端部110には、アクチュエータ40の磁石43a,43b,43a´,43b´およびヨーク44,45,46の各凸部44b,45b,46bの一側部Bからヨーク44´,45´,46´の各凸部44b´,45b´,46b´の一側部B´までのコイル41の外周面の周囲に所定の幅W(長さ)を有した円弧状の空間Aが形成される。
 そして、先端部110には、アクチュエータ40の磁石43およびヨーク44,45,46の各凸部44b,45b,46bの一側部Cからヨーク44´,45´,46´の各凸部44b´,45b´,46b´の一側部C´までのコイル41の外周面の周囲に所定の幅W(長さ)を有した断面円弧状の空間A´が形成される。
 これら空間A,A´は、中心軸X(撮影光軸O)が通る点対称の位置に形成された断面円弧状をしている。
 そして、先端部110は、各空間A,A´の円弧状に沿って2つのライトガイド31a,31bが配設される。即ち、ここでは、円弧状の2つのライトガイド31a,31bが中心軸Xを点とする点対称位置に配置される。
 なお、空間Aのみにライトガイド31aを配置し、空間A´に処置具挿通チャンネル、送気送水チャンネル、前方送水チャンネルなどの他の内視鏡内蔵物を配置する構成とすることもできる。
(第3の変形例)
 図12は、第3の変形例の挿入部の先端部の構成を示す正面図、図13は第3の変形例の先端部の構成を示す断面図である。
 本変形例の撮像ユニット1は、図12および図13に示すように、第2の変形例の構成に加えて、挿入部102の湾曲部109の上下方向(UP-DOWN)の湾曲操作を行う内視鏡内蔵物としての湾曲操作ワイヤ51,52を回避するように、アクチュエータ40の磁石43a,43b,43a´,43b´およびヨーク44,45,46の各凸部44b,45b,46b,44b´,45b´,46b´を先端部110の中心軸X(撮影光軸O)回りに所定の角度θを有して回転させた位置となるように、先端部110に搭載された構成となっている。
 即ち、牽引されることで湾曲部109を上方(UP)へ湾曲させる湾曲操作ワイヤ51が空間A´に配置され、牽引されることで湾曲部109を下方(DOWN)へ湾曲させる湾曲操作ワイヤ52が空間Aに配置されている。
(第4の変形例)
 図14は、第4の変形例の挿入部の先端部の構成を示す正面図、図15は第4の変形例の先端部の構成を示す断面図、図16は第4の変形例のアクチュエータの構成を示す分解斜視図である。
 図14から図16に示すように、アクチュエータ40の磁石43a,43b,43a´,43b´およびヨーク44,45,46の各凸部44b,45b,46b,44b´,45b´,46b´は、先端部110の中心軸X(撮影光軸O)回りの等間隔(上下左右)に4つ設けた構成としてもよい。この場合、アクチュエータ40の周囲には、4つのライトガイド31a,31b,31c,31dが配置されることとなる。
 なお、ライトガイド31a,31b,31c,31dの数を減らして、その他の内視鏡内蔵物をアクチュエータ40の周囲に形成される空いた空間に配置してもよい。
(第5の変形例)
 図17は、第5の変形例の挿入部の先端部の構成を示す正面図、図18は第5の変形例の先端部の構成を示す断面図、図19は第5の変形例のアクチュエータの構成を示す分解斜視図である。
 図17から図19に示すように、アクチュエータ40の磁石43a,43b,43a´,43b´およびヨーク44,45,46の各凸部44b,45b,46b,44b´,45b´,46b´は、先端部110の中心軸X(撮影光軸O)回りの等間隔(60°毎)に3つ設けた構成としてもよい。この場合、アクチュエータ40の周囲には、3つのライトガイド31a,31b,31cが配置されることとなる。
 ここでも、ライトガイド31a,31b,31cの数を減らして、その他の内視鏡内蔵物をアクチュエータ40の周囲に形成される空いた空間に配置してもよい。
 なお、アクチュエータ40の磁石43a,43b,43a´,43b´およびヨーク44,45,46の各凸部44b,45b,46b,44b´,45b´,46b´は、必ずしも先端部110の中心軸X(撮影光軸O)回りの等間隔(上下左右、60°毎など)に設けなくてもよい。
 さらに、アクチュエータ40は、コイル41から発生する磁界と、磁石43からの磁界と、によって生じる誘導効果によって移動レンズ枠47を駆動できれば、ヨーク44,45,46が必ずしも設けられていなくてもよい。
 以上の各実施の形態に記載した発明は、それら実施の形態および変形例に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。
 例えば、各実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。
 本発明によれば、外径を小さくして細径化できる移動レンズを駆動するリニアアクチュエータを備えた光学ユニットを搭載することで挿入部を細径化できる内視鏡を提供することができる。
 本出願は、2018年3月26日に日本国に出願された特願2018-058798号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。

Claims (6)

  1.  挿入部の先端部に光学ユニットが搭載される内視鏡であって、
     前記光学ユニットは、
     非磁性体の固定枠と、
     移動レンズを保持し、前記固定枠内に進退自在に配設された磁性体の移動枠と、
     前記移動枠を撮影光軸に沿って進退駆動するアクチュエータと、
     を含み、
     前記アクチュエータは、
     前記固定枠に巻回されたコイルと、
     前記コイルの外周上に前記撮影光軸に沿って配設された磁石と、
     を含み、
     前記光学ユニットが前記撮影光軸と前記先端部の中心軸が同軸上となるように前記先端部に搭載され、
     前記先端部内に前記コイルの外周からの前記磁石の突出量の範囲で前記中心軸回りに前記コイルの周囲に形成される空間と、
     前記空間に配設された内視鏡内蔵物と、
     を備えたことを特徴とする内視鏡。
  2.  前記コイルおよび前記磁石の前記撮影光軸に直交する両端面に対向配置され、前記磁石との対向位置に凸部が形成されたヨークを備えたことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡。
  3.  前記内視鏡内蔵物は、照明光を導光するライトガイドであることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡。
  4.  前記磁石は、前記コイルの前記外周上に複数配設されていることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡。
  5.  前記コイルおよび複数の前記磁石の前記撮影光軸に直交する両端面に対向配置され、前記磁石との対向位置に凸部が形成されたヨークを備えたことを特徴とする請求項4に記載の内視鏡。
  6.  前記コイルおよび前記磁石が前記撮影光軸方向に沿って複数配設され、
     複数の前記ヨークが複数の前記コイルおよび前記磁石のそれぞれの前記両端面に対向配置されていることを特徴とする請求項2に記載の内視鏡。
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