WO2021176655A1 - 光学ユニット、撮像装置、内視鏡および光学ユニットの駆動方法 - Google Patents

光学ユニット、撮像装置、内視鏡および光学ユニットの駆動方法 Download PDF

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祐一 綿谷
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an imaging device provided in an endoscope, and more particularly to an optical unit, an imaging device, an endoscope, and a method of driving the optical unit provided at the tip of an insertion portion to be inserted into a subject.
  • endoscopes are widely used for observing and treating the inside of a living body (inside the body cavity), or for inspection and repair in industrial plant equipment.
  • Such an endoscope has a long insertion portion for insertion into the body cavity, abdominal cavity, duct, or the like of a subject.
  • an electronic endoscope having an imaging device built in at the tip of an insertion portion has been known.
  • the imaging device provided in such an endoscope is, for example, as described in International Patent Publication No. WO2016 / 09842, using an electromagnet to move the movable frame of the magnetic material by an actuator that moves the movable frame of the magnetic material.
  • an electromagnet to move the movable frame of the magnetic material by an actuator that moves the movable frame of the magnetic material.
  • the movable lens is moved by advancing and retreating.
  • this conventional imaging device realizes functions such as zooming and focusing by providing an actuator using an electromagnet in the lens unit and moving the movable lens forward and backward.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and is an optical unit, an imaging device, and an endoscope capable of reducing power consumption by suppressing deterioration of image quality and short life of parts due to heat generation of an actuator that drives a moving frame. It is an object of the present invention to provide a method of driving a mirror and an optical unit.
  • the optical unit according to one aspect of the present invention is formed of a moving frame holding an optical element constituting a lens unit forming a subject image and a non-magnetic material, and the moving frame is oriented along the optical axis of the lens unit.
  • the first magnet held at position 1 and the magnetic field generated by energization attract the moving frame in the second direction opposite to the first direction along the optical axis.
  • a coil for holding the second position is provided.
  • the imaging device is an imaging device mounted on the tip of an insertion portion of an endoscope, and has a moving frame for holding an optical element constituting a lens unit forming a subject image and a non-magnetic image device.
  • a fixed frame formed from the body and accommodating the moving frame freely between the first position and the second position in the direction along the optical axis of the lens unit, and the fixed frame provided on the fixed frame.
  • the moving frame is moved along the optical axis by the first magnet that attracts the moving frame in the first direction along the optical axis and holds it in the first position, and the magnetic field generated by energization.
  • An optical unit including a coil that attracts light in a second direction opposite to the first direction and holds it in the second position, and receives light collected and formed by the optical element. It includes an image pickup element that performs photoelectric conversion.
  • the endoscope is an imaging device mounted on the tip of an insertion portion of the endoscope, and has a moving frame for holding an optical element constituting a lens unit forming a subject image and a non-moving frame.
  • a fixed frame formed of a magnetic material and accommodating the moving frame freely between a first position and a second position in a direction along the optical axis of the lens unit, and a fixed frame provided on the fixed frame.
  • the moving frame is moved to the optical axis by the first magnet that attracts the moving frame in the first direction along the optical axis and holds it at the first position, and the magnetic field generated by energization.
  • An optical unit including a coil that attracts light in a second direction opposite to the first direction along the line and holds the light at the second position, and receives light collected and formed by the optical element. It includes an image pickup device including an image pickup element that performs photoelectric conversion, and an insertion portion in which the image pickup device is mounted on the tip end portion.
  • a current in a predetermined direction is applied to the coil.
  • a second magnetic force stronger than the first magnetic force is generated, the moving frame is attracted and moved to the second position by the second magnetic force, and the moving frame is moved by the second magnetic force.
  • a current in a direction opposite to the predetermined direction is applied to the coil for a predetermined time.
  • the second magnetic force is reversed, the moving frame is attracted and moved to the first position by a repulsive force, and after the energization of the coil is stopped, the moving frame is moved only by the attractive force by the first magnetic force of the magnet. Includes a step of holding the frame in the first position.
  • a method for driving an optical unit, an image pickup device, an endoscope, and an optical unit capable of suppressing image quality deterioration and short life of parts due to heat generation of an actuator that drives a moving frame and reducing power consumption. can do.
  • the figure which shows the appearance of the endoscope of one aspect of this invention The same is a schematic view showing the configuration of the tip portion of the insertion portion. Similarly, a cross-sectional view showing the configuration of a lens unit in which the movable lens frame is moved to the tip side. Similarly, a cross-sectional view showing the configuration of a lens unit in which the movable lens frame is moved to the proximal end side. A cross-sectional view showing the configuration of a lens unit when the movable lens frame of the first modification is moved from the base end side to the tip end side. Cross-sectional view showing the configuration of the lens unit in which the movable lens frame of the second modification is moved to the tip side.
  • the imaging device provided in the endoscope according to one aspect of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the drawings based on each embodiment are schematic, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio of the thickness of each part, and the like are different from the actual ones. It should be noted that there may be parts where the dimensional relationships and ratios of the drawings are different from each other.
  • the endoscope in the following configuration description exemplifies a so-called flexible endoscope having a flexible insertion portion for insertion into a body cavity such as the stomach, small intestine, and large intestine from the bronchus, urinary system, and esophagus of a living body. It can also be applied to a so-called rigid endoscope in which an insertion portion having a curved portion used for surgery is hard.
  • the endoscope 1 of the present embodiment includes a long and slender insertion portion 2 to be inserted into a subject, an operation portion 3, and a universal cable 4 which is a composite cable. It is composed of.
  • the insertion portion 2 of the endoscope 1 is configured to include a tip portion 6, a curved portion 7, and a flexible tube portion 8 in order from the tip.
  • a bending operation knob 14 for bending the bending part 7 of the insertion part 2 is rotatably arranged in the operation part 3, and various endoscopic functions, near-point observation, far-point observation, release, and so on.
  • Switches 15 and 16 for switching an observation image such as a still image, a fixing lever 17 for fixing the rotation of the bending operation knob 14, and the like are provided.
  • the bending operation knob 14 has two substantially disk shapes, a UD bending operation knob 12 for bending the curved portion 7 in the vertical direction and an RL bending operation knob 13 for bending the curved portion 7 in the left-right direction.
  • the rotary knobs are arranged so as to overlap each other.
  • the connecting portion between the insertion portion 2 and the operation portion 3 is a grip portion 11 gripped by the user, and a treatment tool insertion that is arranged in the grip portion 11 and inserts various treatment tools arranged in the insertion portion 2. It is configured to have a treatment tool insertion channel insertion portion 18 which is an opening of the channel.
  • the universal cable 4 extended from the operation unit 3 has a light source device (not shown) and a detachable endoscope connector 20 at the extending end.
  • the endoscope 1 of the present embodiment has a tip from a light source device (not shown) by a light guide bundle (not shown) of a lighting means inserted and arranged through an insertion unit 2, an operation unit 3, and a universal cable 4. The illumination light is transmitted to the unit 6.
  • a coil-shaped coil cable is connected to the endoscope connector 20 (not shown here), and a video processor (not shown) and a detachable electric connector are provided at the extending end of the coil cable.
  • an image pickup apparatus 30 is mounted on the tip portion 6 of the insertion portion 2.
  • the image pickup device 30 has a lens unit 40 which is an optical unit, and includes a solid-state image sensor 31 which is an image sensor such as a CCD or CMOS that receives and photoelectrically converts a subject image formed by the lens unit 40. ..
  • the lens unit 40 is composed of at least one optical element.
  • the lens unit 40 of the present embodiment is fixed by fitting the first lens holding frame 41, which is a fixed frame on the tip side, and the base end side of the first lens holding frame 41. It has a second lens holding frame 42 which is a frame, and a movable lens frame 43 which is a moving frame housed in the first lens holding frame 41 so as to be able to move forward and backward.
  • the movable lens frame 43 moves along the optical axis O of the lens unit 40.
  • the first lens holding frame 41 is made of a non-magnetic material such as hard resin, non-magnetic stainless steel, and aluminum, and is a fixed lens group, which is composed of two optical elements, which are objective optical systems. It holds the front lens group 44.
  • a first magnet 53 which is a permanent magnet, is arranged on the outer circumference of a halfway portion on the tip side.
  • the first magnet 53 is arranged, for example, in a state where the tip end side is magnetized to the N pole and the proximal end side is magnetized to the S pole, and may be in the shape of a ring covering the circumferential direction of the first lens holding frame 41.
  • a plurality of lenses may be provided along the circumferential direction of the lens holding frame 41 of 1.
  • the magnetization direction of the first magnet 53 may have opposite S / N poles.
  • the first lens holding frame 41 is provided with an actuator 50 on the outer peripheral portion on the proximal end side of the first magnet 53.
  • the actuator 50 is arranged so as to cover a coil portion 51 in which a metal wire such as copper is wound around a base end outer peripheral portion of the first lens holding frame 41 in a predetermined direction, and the coil portion 51.
  • It is an electromagnet composed of a metal yoke 52 such as iron or copper that amplifies a magnetic attraction force.
  • the actuator 50 is electrically connected to the control unit 60 that controls the energization of the current to the coil unit 51.
  • the control unit 60 is provided in an external device and controls the energization ON / OFF and the energization direction of the actuator 50 by the user operation of the switches 15 and 16 provided in the operation unit 3 of the endoscope 1. Is.
  • the second lens holding frame 42 is also made of a non-magnetic material such as hard resin, non-magnetic stainless steel, and aluminum, and is a fixed lens group, which is composed of three optical elements, which are objective optical systems. It holds the rear lens group 45.
  • the movable lens frame 43 is made of, for example, a non-magnetic material of aluminum, and here holds the movable lens 46 of an optical element which is one objective optical system.
  • a second magnet 54 which is a permanent magnet attracted by the first magnet 53 provided on the first lens holding frame 41, is arranged on the inner circumference of the middle portion of the movable lens frame 43.
  • the second magnet 54 is also arranged, for example, in a state where the tip end side is magnetized to the N pole and the proximal end side is magnetized to the S pole.
  • the magnetization direction of the second magnet 54 may have opposite S / N poles.
  • the first magnet 53 and the second magnet 54 are arranged so that the opposing magnetic poles (S / N) are in opposite directions in the front-rear direction along the optical axis O of the lens unit 40.
  • the first magnet 53 and the second magnet 54 are arranged so that the S / N poles in the front-rear direction along the optical axis O have opposite polarities.
  • the second magnet 54 may have a ring shape provided in the inner peripheral direction of the movable lens frame 43, or a plurality of second magnets 54 may be provided along the inner peripheral direction of the movable lens frame 43.
  • the lens unit 40 of the image pickup apparatus 30 configured as described above has a first magnet 53 having a different orientation when no current is applied to the coil portion 51 of the actuator 50 (when it is OFF).
  • the magnetic force generated by the magnetic field (magnetic field) of the first magnet 54 and the magnetic force generated by the magnetic field (magnetic field) of the second magnet 54 cause a stress that attracts the first magnet 53 and the second magnet 54 to each other.
  • the second magnet 54 is attracted toward the first magnet 53 fixed to the first lens holding frame 41, and the front of the tip side is forward along the optical axis O. It is attracted to the group lens 44 side.
  • the movable lens frame 43 is given a force F that is attracted to the tip side by the magnetic force of the first magnet 53.
  • the tip surface 43a of the movable lens frame 43 comes into contact with the end surface 41a serving as the tip end side stopper of the inward flange provided on the inner circumference of the first lens holding frame 41, and the movement stop position toward the tip side is set. Is regulated.
  • the lens unit 40 of the image pickup apparatus 30 is predetermined to the coil unit 51 of the actuator 50 as shown in FIG. A current is applied in the direction (when ON).
  • the actuator 50 generates a magnetic field (magnetic field) amplified by the yoke 52 that attracts the second magnet 54. That is, the actuator 50, which is an electromagnet, is magnetized.
  • the actuator 50 is along the optical axis O of the lens unit 40 with respect to the magnetic pole (S / N) of the second magnet 54 of the movable lens frame 43 by flowing a current in the coil portion 51 in a predetermined direction. It magnetizes to the opposite magnetic poles (S / N) before and after. That is, in the actuator 50, the magnetic field (magnetic field) generated from the coil portion 51 is amplified by the yoke 52, and here, the tip end side of the yoke 52 is magnetized to the north pole attracting the magnetized S pole on the proximal end side of the second magnet 54. Then, the proximal end side of the yoke 52 is magnetized to the S pole.
  • the actuator 50 has a magnitude of current to be passed from the control unit 60 to the coil unit 51 so that the magnetic force generated by the magnetic field (magnetic field) is stronger (larger) than the magnetic force generated by the magnetic field (magnetic field) of the first magnet 53. Is set.
  • the movable lens frame 43 is attracted by the magnetic force magnetized by the actuator 50 against the attractive force toward the tip side by the first magnet 53, and is given a force B to move to the proximal end side.
  • the movable lens frame 43 is formed on the contact surface 42a whose base end surface 43b is formed to be convex in the inner diameter direction to serve as the base end side stopper of the first lens holding frame 41 and serves as a movement position restricting portion toward the base end side.
  • the contact stops and the movement stop position toward the base end side is defined.
  • the lens unit 40 of the image pickup apparatus 30 is along the optical axis O by the attractive force of the first magnet 53 that magnetically acts on the second magnet 54 when the energization of the actuator 50 is stopped.
  • the movable lens frame 43 that moves forward and backward is moved to the tip side.
  • the lens unit 40 of the image pickup apparatus 30 generates a magnetic force larger than the magnetic force of the first magnet 53 by the actuator 50 when a current in a predetermined direction is applied to the actuator 50, so that the actuator 50 generates a magnetic force of the first magnet 53.
  • the movable lens frame 43 which moves forward and backward along the optical axis O, is moved to the proximal end side by the attractive force of the actuator 50 that opposes the attractive force.
  • the image pickup apparatus 30 mounted on the tip portion 6 of the insertion portion 2 of the endoscope 1 of the present embodiment is arranged in the lens unit 40 when the actuator 50 is not energized.
  • the movable lens frame 43 is moved and held toward the tip side by the magnetic force of the magnet 53 of the above.
  • the image pickup apparatus 30 magnetizes the actuator 50, which is an electromagnet, by energizing the actuator 50, which is an electromagnet, against the magnetic force of the first magnet 53 arranged on the first lens holding frame 41 when the actuator 50 of the lens unit 40 is energized.
  • the movable lens frame 43 is moved and held toward the base end side by the magnetic force generated by the movement.
  • the actuator 50 is not energized when the movable lens frame 43 of the lens unit 40 is moved to the tip side and held, so that the heat generation of the actuator is reduced and the image sensor is used.
  • the configuration is such that the deterioration of image quality and the shortening of the life of various parts due to the high temperature of a certain solid-state image sensor 31 can be suppressed, and the power consumption can be reduced.
  • the image pickup apparatus 30 can suppress deterioration of image quality and short life of parts due to heat generation of the actuator 50 that drives the movable lens frame 43, which is a moving frame, and can reduce power consumption.
  • the actuator 50 provided in the lens unit 40 of the imaging device 30 is the tip of the tip portion 6. Since it is built in the middle position on the proximal end side rather than the side, cracks and the like are less likely to occur, the failure of the actuator 50 in particular of the image pickup apparatus 30 is reduced, and the resistance to the impact load on the tip portion 6 is improved.
  • the state where the movable lens frame 43 of the lens unit 40 is located on the tip end side is defined as far point observation (WIDE), and the state where the movable lens frame 43 is located on the proximal end side is the near point. It is preferable to set the observation (TELE) optically.
  • the image pickup device 30 sets the movable lens frame 43 to the distal end side according to the optical lens setting of the lens unit 40, and sets the movable lens frame 43 to be near-point observation (TELE), and the movable lens frame 43 is located to the proximal end side.
  • the time of may be optically set for apogee observation (WIDE).
  • the movable lens frame 43 is not limited to the one that can be moved only between the holding positions of the two points, the far point and the near point.
  • a third holding position of the movable lens frame 43 may be added so that the movable lens frame 43 can be moved to a farther point observation or a closer near point observation.
  • the image pickup apparatus 30 may be configured to adjust the focus in addition to the optical zoom for switching between far-point observation and near-point observation by moving the movable lens frame 43 of the lens unit 40 back and forth.
  • the image pickup apparatus 30 determines the direction of energization of the current flowing through the actuator 50 when the movable lens frame 43 of the lens unit 40 is moved from the state where it is located on the proximal end side to the distal end side.
  • the control unit 60 may control and drive the movable lens frame 43 toward the tip end side in the opposite direction for a certain amount of time.
  • the actuator 50 generates a magnetic field (magnetic field) in the opposite direction amplified by the yoke 52 that repels the second magnet 54 of the movable lens frame 43.
  • the actuator 50 generates a repulsive force (S / N) with respect to the magnetic pole (S / N) of the second magnet 54 of the movable lens frame 43 when a current flows through the coil portion 51 in a direction opposite to the predetermined direction. Magnetized to / N). That is, in the actuator 50, the magnetic field (magnetic field) generated from the coil portion 51 is amplified by the yoke 52, and here the tip end side of the yoke 52 repels the magnetized S pole on the proximal end side of the second magnet 54. , And the proximal end side of the yoke 52 is magnetized to the north pole.
  • the actuator 50 and the second magnet 54 repel each other due to the magnetic action of the magnetic force generated by the magnetic field (magnetic field) generated by the actuator 50 and the magnetic force generated by the magnetic field (magnetic field) of the second magnet 54 of the movable lens frame 43. A matching stress is generated.
  • the movable lens frame 43 is given a force F that starts toward the tip side by the magnetic force of the actuator 50 for a predetermined time, and is further attracted to the tip side by the magnetic force of the first magnet 53.
  • the movable lens frame 43 located on the proximal end side can be smoothly moved to the distal end side.
  • the base end surface of the second magnet 54 is the base end.
  • the configuration may also serve as a positioning member for the tip surface of the movable lens 47 on the side.
  • the base end surface of the second magnet 54 may be positioned in contact with the optical diaphragm 48 provided on the tip surface of the movable lens 47.
  • the image pickup apparatus 30 separately uses the second magnet 54 provided in the movable lens frame 43 of the lens unit 40 as a positioning member for the second movable lens 47 and / or the optical diaphragm 48. Since it is not necessary to provide a positioning member such as a spacer, the number of parts can be reduced and the movable lens frame 43 can be downsized (shortened).
  • the first lens has the actuator 50 composed of the first coil portion 51 and the yoke 52 as the tip end side and the first magnet 53 as the base end side.
  • the configuration may be provided on the holding frame 41.
  • the lens unit 40 of the image pickup apparatus 30 may have a configuration in which two magnets 53a and 53b are provided in the front-rear direction on the first lens holding frame 41 and a coil portion 51 is provided on the movable lens frame 43. good.
  • the movable lens frame 43 may function as a yoke that amplifies the magnetic field (magnetic field) generated from the coil portion 51 by making the movable lens frame 43 a magnetic material using a metal such as iron.
  • the lens unit 40 of the image pickup apparatus 30 of the present modification is in a state where the base end surface 43b of the movable lens frame 43 comes into contact with the contact surface 42a of the first lens holding frame 41 and the movement toward the base end side is stopped.
  • the end face on the tip end side of the yoke 52 of the actuator 50 and the end face on the base end side of the second magnet 54 of the movable lens frame 43 are orthogonal to the optical axis O.
  • the yoke 52 and the second magnet 54 are provided at positions that coincide with each other along the direction of the lens.
  • the lens unit 40 holds the movable lens frame 43 at the position moved to the proximal end side, the proximal end surface of the magnet 54 mounted on the movable lens frame 43 is moved in the inner diameter direction of the distal end surface of the yoke 52.
  • the movable lens frame 43 is moved to the proximal end side.
  • the yoke 52 and the first lens are located at positions where the end face of the yoke 52 of the actuator 50 on the distal end side and the end face of the movable lens frame 43 on the proximal end side coincide with each other along the direction orthogonal to the optical axis O.
  • the position of the contact surface 42a of the holding frame 41 may be set.
  • the tip of the yoke 52 matches the contact surface 42a of the first lens holding frame 41 with which the base end surface 43b of the movable lens frame 43 abuts, and high accuracy.
  • the yoke 52 can be arranged in the lens.
  • the lens unit 40 has a limit on the processing tolerance of various parts, and the smaller the lens unit 40, the larger the tolerance has a relative influence.
  • the yoke 54, the movable lens frame 43, the first lens holding frame 41, and the second lens It is affected by the integrated tolerance due to a plurality of members such as the holding frame 42.
  • the lens unit 40 only needs to align the contact surface 42a of the first lens holding frame 41 with which the tip of the yoke 54 and the base end surface 43b of the movable lens frame 43 abut, and the adjustment at the time of assembling the yoke 54 is easy. become.

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Abstract

光学ユニット４０は、被写体像を形成するレンズユニット４０を構成する光学エレメント４６を保持する移動枠４３と、非磁性体から形成され、移動枠４３をレンズユニット４０の光軸Ｏに沿った方向の第１の位置と第２の位置との間で進退自在に収容する固定枠４１と、固定枠４１に設けられ、移動枠４３を光軸Ｏに沿った第１の方向へ誘引して第１の位置に保持する第１の磁石５３と、通電されることで発生する磁界により、移動枠４３を光軸Ｏに沿った第１の方向とは反対側の第２の方向へ誘引して第２の位置に保持するコイル５１と、を有する。

Description

光学ユニット、撮像装置、内視鏡および光学ユニットの駆動方法
　本発明は、内視鏡に設けられる撮像装置において、特に、被検体内に挿入する挿入部の先端部に設けられる光学ユニット、撮像装置、内視鏡および光学ユニットの駆動方法に関する。
　周知の如く、内視鏡は、生体の体内（体腔内）の観察、処置など、または工業用のプラント設備内の検査、修理などのため広く用いられている。このような、内視鏡は、被検体の体腔、腹腔、管路内などに挿入するための長尺な挿入部を有している。そして、近年では、挿入部の先端部に撮像装置が内蔵された電子内視鏡が知られている。
　このような内視鏡に設けられる撮像装置は、例えば、国際特許公開ＷＯ２０１６／００９８４２号公報に記載されるように、電磁石を用いて、磁性体の可動枠を動かすアクチュエータにより、磁性体の可動枠を進退させて可動レンズを移動させる構成がある。
　この従来の撮像装置は、レンズユニットに電磁石を用いたアクチュエータを設けて、可動レンズを進退させることでズーム、フォーカスなどの機能を実現させるものが知られている。
　しかしながら、従来の撮像装置は、電磁石への通電を常時行って、可動枠を保持する電流を流し続けることによって発熱し、この熱によりイメージセンサが高温となり画質劣化が生じたり、部品の寿命が短縮したりすると共に、消費電力が増加するなどの課題があった。
　そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、移動枠を駆動させるアクチュエータの発熱による画質劣化および部品の短寿命を抑制し、低電力化することができる光学ユニット、撮像装置、内視鏡および光学ユニットの駆動方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様における光学ユニットは、被写体像を形成するレンズユニットを構成する光学エレメントを保持する移動枠と、非磁性体から形成され、上記移動枠を上記レンズユニットの光軸に沿った方向の第１の位置と第２の位置との間で進退自在に収容する固定枠と、上記固定枠に設けられ、上記移動枠を上記光軸に沿った第１の方向へ誘引して上記第１の位置に保持する第１の磁石と、通電されることで発生する磁界により、上記移動枠を上記光軸に沿った上記第１の方向とは反対側の第２の方向へ誘引して上記第２の位置に保持するコイルと、を備える。
　本発明の一態様における撮像装置は、内視鏡の挿入部の先端部に搭載される撮像装置であって、被写体像を形成するレンズユニットを構成する光学エレメントを保持する移動枠と、非磁性体から形成され、上記移動枠を上記レンズユニットの光軸に沿った方向の第１の位置と第２の位置との間で進退自在に収容する固定枠と、上記固定枠に設けられ、上記移動枠を上記光軸に沿った第１の方向へ誘引して上記第１の位置に保持する第１の磁石と、通電されることで発生する磁界により、上記移動枠を上記光軸に沿った上記第１の方向とは反対側の第２の方向へ誘引して上記第２の位置に保持するコイルと、を備える光学ユニットと、上記光学エレメントによって集光形成された光を受光して光電変換する撮像素子と、を具備する。
　本発明の一態様における内視鏡は、内視鏡の挿入部の先端部に搭載される撮像装置であって、被写体像を形成するレンズユニットを構成する光学エレメントを保持する移動枠と、非磁性体から形成され、上記移動枠を上記レンズユニットの光軸に沿った方向の第１の位置と第２の位置との間で進退自在に収容する固定枠と、上記固定枠に設けられ、上記移動枠を上記光軸に沿った第１の方向へ誘引して上記第１の位置に保持する第１の磁石と、通電されることで発生する磁界により、上記移動枠を上記光軸に沿った上記第１の方向とは反対側の第２の方向へ誘引して上記第２の位置に保持するコイルと、を備える光学ユニットと、上記光学エレメントによって集光形成された光を受光して光電変換する撮像素子と、を備える撮像装置と、上記撮像装置が上記先端部に搭載された上記挿入部と、を具備する。
　本発明の一態様における光学ユニットの駆動方法は、磁石の第１の磁力により第１の位置に保持された移動枠を第２の位置へ移動する際、コイルに所定方向の電流を通電して、上記第１の磁力よりも強い第２の磁力を発生させ、上記第２の磁力により上記移動枠を上記第２の位置へ誘引して移動させ、上記移動枠を上記第２の磁力によって上記第２の位置に保持するステップと、上記第２の位置から上記移動枠を上記第１の位置へ移動する際、上記コイルに所定の時間だけ上記所定方向とは逆方向の電流を通電して、上記第２の磁力を反転させて、斥力により上記移動枠を上記第１の位置へ誘引して移動させ、上記コイルへの通電停止後に上記磁石の第１の磁力による誘引力のみで上記移動枠を上記第１の位置に保持するステップと、を含む。
　本発明によれば、移動枠を駆動させるアクチュエータの発熱による画質劣化および部品の短寿命を抑制し、低電力化することができる光学ユニット、撮像装置、内視鏡および光学ユニットの駆動方法を提供することができる。
本発明の一態様の内視鏡の外観を示す図 同、挿入部の先端部分の構成を示す模式図 同、可動レンズ枠が先端側に移動したレンズユニットの構成を示す断面図 同、可動レンズ枠が基端側に移動したレンズユニットの構成を示す断面図 第１の変形例の可動レンズ枠を基端側から先端側に移動させるときのレンズユニットの構成を示す断面図 第２の変形例の可動レンズ枠が先端側に移動したレンズユニットの構成を示す断面図 第３の変形例の可動レンズ枠が先端側に移動したレンズユニットの構成を示す断面図 第４の変形例の可動レンズ枠が先端側に移動したレンズユニットの構成を示す断面図 第５の変形例の可動レンズ枠が基端側に移動したレンズユニットの構成を示す断面図 第５の変形例の磁性体から形成された可動レンズ枠が基端側に移動したレンズユニットの構成を示す断面図
　以下、本発明の一態様の内視鏡に設けられる撮像装置について、図面に基づいて説明する。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内視鏡は、生体の気管支、泌尿器、食道から胃や小腸、大腸などの体腔に挿入するため挿入部が可撓性のある所謂軟性鏡を例示しているが、外科用に用いられる湾曲部を有する挿入部が硬質な所謂硬性鏡にも適用できるものである。
　図面に基づいて本発明の一態様の内視鏡を説明する。　
　図１に示すように、本実施の形態の内視鏡１は、被検体に挿入される長尺で細長な挿入部２と、操作部３と、複合ケーブルであるユニバーサルケーブル４と、を有して構成されている。内視鏡１の挿入部２は、先端から順に先端部６と、湾曲部７と、可撓管部８と、を有して構成されている。
　操作部３には、挿入部２の湾曲部７を湾曲操作するための湾曲操作ノブ１４が回動自在に配設されると共に、各種内視鏡機能、近点観察、遠点観察、レリーズ、静止画などの観察画像を切換えるスイッチ類１５，１６、湾曲操作ノブ１４の回動を固定する固定レバー１７などが設けられている。
　なお、湾曲操作ノブ１４は、湾曲部７を上下方向に湾曲操作するためのＵＤ湾曲操作ノブ１２および湾曲部７を左右方向に湾曲操作するためのＲＬ湾曲操作ノブ１３の２つの略円盤状の回転ノブが重畳するように配設されている。
　また、挿入部２と操作部３の連結部は、ユーザによる把持される把持部１１と、この把持部１１に配置されて、挿入部２に配設された各種処置具を挿通する処置具挿通チャンネルの開口部となる処置具挿通チャンネル挿通部１８と、を有して構成されている。
　操作部３から延設されたユニバーサルケーブル４は、延出端に図示しない光源装置と着脱自在な内視鏡コネクタ２０を有している。なお、本実施の形態の内視鏡１は、挿入部２、操作部３およびユニバーサルケーブル４に挿通配設された照明手段のライトガイドバンドル（不図示）によって、光源装置（不図示）から先端部６まで照明光を伝送するものである。
　また、内視鏡コネクタ２０は、ここでは図示しないがコイル状のコイルケーブルが接続され、このコイルケーブルの延出端にビデオプロセッサ（不図示）と着脱自在な電気コネクタが設けられている。
　挿入部２の先端部６には、図２に示すように、撮像装置３０が搭載されている。　
　撮像装置３０は、光学ユニットであるレンズユニット４０を有し、このレンズユニット４０によって形成された被写体像を受光して光電変換するＣＣＤ、ＣＭＯＳなどのイメージセンサである固体撮像素子３１を備えている。レンズユニット４０は少なくとも一つの光学エレメントから構成されている。
　本実施の形態のレンズユニット４０は、図３に示すように、先端側の固定枠である第１のレンズ保持枠４１と、この第１のレンズ保持枠４１の基端側に嵌合する固定枠である第２のレンズ保持枠４２と、第１のレンズ保持枠４１内に進退自在に収容された移動枠である可動レンズ枠４３と、を有している。可動レンズ枠４３はレンズユニット４０の光軸Ｏに沿って移動する。
　第１のレンズ保持枠４１は、硬質樹脂、非磁性ステンレス鋼、アルミニウムなどの非磁性材から形成されており、固定レンズ群である、ここでは２つの対物光学系である光学エレメントから構成された前群レンズ４４を保持している。
　第１のレンズ保持枠４１は、先端側の中途部分の外周に永久磁石である第１のマグネット５３が配設されている。この第１のマグネット５３は、例えば、先端側がＮ極、基端側がＳ極に磁化した状態で配設されており、第１のレンズ保持枠４１の周方向を覆うリング状でもよいし、第１のレンズ保持枠４１の周方向に沿って複数設けられる構成としてもよい。なお、第１のマグネット５３の磁化方向は、Ｓ/Ｎ極が逆であってあってもよい。
　また、第１のレンズ保持枠４１は、第１のマグネット５３よりも基端側の外周部にアクチュエータ５０が設けられている。このアクチュエータ５０は、第１のレンズ保持枠４１の基端外周部分に銅などの金属素線が所定の方向に巻回されたコイル部５１と、このコイル部５１を覆うように配設され、磁気誘引力を増幅する鉄、銅などの金属性のヨーク５２と、を有して構成された電磁石である。
　また、アクチュエータ５０は、コイル部５１への電流を通電制御する制御部６０と電気的に接続されている。なお、制御部６０は、外部機器に設けられ、内視鏡１の操作部３に設けられたスイッチ類１５，１６のユーザ操作により、アクチュエータ５０への通電ＯＮ／ＯＦＦおよび通電方向を制御するものである。
　第２のレンズ保持枠４２も、硬質樹脂、非磁性ステンレス鋼、アルミニウムなどの非磁性材から形成されており、固定レンズ群である、ここでは３つの対物光学系である光学エレメントから構成された後群レンズ４５を保持している。
　可動レンズ枠４３は、例えば、アルミニウムの非磁性材から形成されており、ここでは１つの対物光学系である光学エレメントの可動レンズ４６を保持している。この可動レンズ枠４３の中途部分の内周に、第１のレンズ保持枠４１に設けられた第１のマグネット５３に誘引される永久磁石である第２のマグネット５４が配設されている。
　第２のマグネット５４も、例えば、先端側がＮ極、基端側がＳ極に磁化した状態で配設されている。なお、第２のマグネット５４の磁化方向は、Ｓ/Ｎ極が逆であってあってもよい。
　第１のマグネット５３および第２のマグネット５４は、対向する磁極（Ｓ／Ｎ）がレンズユニット４０の光軸Ｏに沿った前後に相反する方向となるように配設される。換言すると、第１のマグネット５３および第２のマグネット５４は、光軸Ｏに沿った前後方向のＳ／Ｎ極が逆の極性となるように配設されている。
　なお、第２のマグネット５４は、可動レンズ枠４３の内周方向に設けられるリング状でもよいし、可動レンズ枠４３の内周方向に沿って複数設けられる構成としてもよい。
　以上のように構成された撮像装置３０のレンズユニット４０は、図３に示すように、アクチュエータ５０のコイル部５１に電流が通電されていないとき（ＯＦＦ時）、向きが異なる第１のマグネット５３の磁場（磁界）による磁力と第２のマグネット５４の磁場（磁界）による磁力によって磁気的作用により、第１のマグネット５３および第２のマグネット５４が互いに引き合う応力が生じている。
　これにより、可動レンズ枠４３は、第１のレンズ保持枠４１に固定された第１のマグネット５３に向けて第２のマグネット５４が誘引され、光軸Ｏに沿って前方となる先端側の前群レンズ４４側へ引き寄せられる。この状態において、可動レンズ枠４３は、第１のマグネット５３の磁力により先端側に引き寄せられる力Ｆが与えられる。
　そして、可動レンズ枠４３は、先端面４３ａが第１のレンズ保持枠４１の中途内周に設けられた内向フランジの先端側ストッパとなる端面４１ａに当接して、先端側への移動停止位置が規定される。
　一方、スイッチ類１５，１６のユーザ操作により、制御部６０からアクチュエータ５０が駆動制御されると、撮像装置３０のレンズユニット４０は、図４に示すように、アクチュエータ５０のコイル部５１へ所定の方向に電流が通電される（ＯＮ時）。
　これにより、アクチュエータ５０は、第２のマグネット５４を誘引するヨーク５２によって増幅された磁場（磁界）が発生する。即ち、電磁石であるアクチュエータ５０が磁化する。
　このとき、アクチュエータ５０は、コイル部５１に所定の方向の電流が流れることで、可動レンズ枠４３の第２のマグネット５４の磁極（Ｓ／Ｎ）に対してレンズユニット４０の光軸Ｏに沿った前後に相反する磁極（Ｓ/Ｎ）に磁化する。即ち、アクチュエータ５０は、コイル部５１から発生する磁場(磁界)がヨーク５２によって増幅され、ここではヨーク５２の先端側が第２のマグネット５４の基端側の磁化したＳ極と引き合うＮ極に磁化し、ヨーク５２の基端側がＳ極に磁化した状態となる。
　そのため、アクチュエータ５０から発生した磁場（磁界）による磁力と第２のマグネット５４の磁場（磁界）による磁力との磁気的作用により、アクチュエータ５０と第２のマグネット５４が互いに引き合う応力が生じる。
　なお、アクチュエータ５０は、発生させる磁場（磁界）による磁力が第１のマグネット５３の磁場（磁界）による磁力より強く（大きく）なるように、制御部６０からコイル部５１に流させる電流の大きさが設定されている。
　この状態において、可動レンズ枠４３は、第１のマグネット５３による先端側への誘引力に抗して、アクチュエータ５０が磁化した磁力によって誘引されて、基端側に移動する力Ｂが与えられる。
　そして、可動レンズ枠４３は、基端面４３ｂが第１のレンズ保持枠４１の基端側ストッパとなる内径方向に凸状形成された基端側への移動位置規制部となる当接面４２ａに当接して、基端側への移動停止位置が規定される。
　このように、撮像装置３０のレンズユニット４０は、アクチュエータ５０への通電が停止されることで、第２のマグネット５４に磁気的作用する第１のマグネット５３の誘引力により光軸Ｏに沿って進退移動する可動レンズ枠４３を先端側に移動させる。
　また、撮像装置３０のレンズユニット４０は、アクチュエータ５０へ所定方向の電流が通電されることで、第１のマグネット５３の磁力よりも大きな磁力をアクチュエータ５０によって発生させて、第１のマグネット５３の誘引力に抗するアクチュエータ５０の誘引力によって光軸Ｏに沿って進退移動する可動レンズ枠４３を基端側に移動させる。
　以上に説明したように、本実施の形態の内視鏡１の挿入部２の先端部６に搭載される撮像装置３０は、アクチュエータ５０への非通電時にレンズユニット４０に配設される第１のマグネット５３の磁力によって、可動レンズ枠４３を先端側に移動保持する構成となっている。
　そして、撮像装置３０は、レンズユニット４０のアクチュエータ５０への通電時に第１のレンズ保持枠４１に配設された第１のマグネット５３の磁力に抗して、電磁石であるアクチュエータ５０を通電により磁化させて発生する磁力により可動レンズ枠４３を基端側に移動保持する構成となっている。
　これにより、撮像装置３０は、レンズユニット４０の可動レンズ枠４３を先端側に移動して保持した状態においてはアクチュエータ５０への通電が行われていないため、アクチュエータの発熱を低減し、イメージセンサである固体撮像素子３１の高温化による画質劣化および各種部品の短寿命化を抑制し、消費電力を低減することができる構成となる。
　したがって、撮像装置３０は、移動枠である可動レンズ枠４３を駆動させるアクチュエータ５０の発熱による画質劣化および部品の短寿命を抑制し、低電力化することができる。
　さらに、内視鏡１は、ユーザの取り扱いにより、時として挿入部２の先端部６に大きな衝撃負荷が加えられても、撮像装置３０のレンズユニット４０に設けられるアクチュエータ５０が先端部６の先端側よりも基端側の中途位置に内蔵されているため、クラックなどが生じ難く、撮像装置３０の特にアクチュエータ５０の故障を軽減し、先端部６への衝撃負荷への耐性が向上する。
　ところで、撮像装置３０は、レンズユニット４０の可動レンズ枠４３が先端側に位置した状態のときを遠点観察（ＷＩＤＥ）とし、可動レンズ枠４３が基端側に位置した状態のときを近点観察（ＴＥＬＥ）に光学設定することが好ましい。
　これにより、内視鏡１による観察時においては、遠点観察の使用頻度が高いため、アクチュエータ５０への通電が行われていない状態を主とすることで、消費電力およびコイル部５１の高温化によるアクチュエータ５０の発熱を低減させることができる。
　なお、撮像装置３０は、レンズユニット４０の光学レンズ設定により、可動レンズ枠４３が先端側に位置した状態のときを近点観察（ＴＥＬＥ）とし、可動レンズ枠４３が基端側に位置した状態のときを遠点観察（ＷＩＤＥ）に光学設定してもよい。
　また、可動レンズ枠４３は、遠点と近点の２点の保持位置の間でのみ移動可能なものに限らない。例えば、より遠い遠点観察や、より近い近点観察が可能なよう可動レンズ枠４３の第３の保持位置を追加し、そこへ移動可能な構成にして良いのは言うまでもない。
　また、撮像装置３０は、レンズユニット４０の可動レンズ枠４３を進退させることで、遠点観察と近点観察を切換える光学ズームの他、フォーカス調整する構成としてもよい。
（第１の変形例）
　撮像装置３０は、図５に示すように、レンズユニット４０の可動レンズ枠４３を基端側に位置した状態のときから先端側に移動させるときに、アクチュエータ５０に流れる電流の通電方向を所定の時間だけ逆向きにして、可動レンズ枠４３を先端側に制御部６０が制御駆動する構成としてもよい。
　即ち、アクチュエータ５０に可動レンズ枠４３の第２のマグネット５４を反発するヨーク５２によって増幅された逆向きの磁場（磁界）を発生させる。
　アクチュエータ５０は、コイル部５１に上記所定の方向とは反対方向の電流が流れることで、可動レンズ枠４３の第２のマグネット５４の磁極（Ｓ／Ｎ）に対して斥力を発生する磁極（Ｓ/Ｎ）に磁化する。即ち、アクチュエータ５０は、コイル部５１から発生する磁場(磁界)がヨーク５２によって増幅され、ここではヨーク５２の先端側が第２のマグネット５４の基端側の磁化したＳ極と反発し合うＳ極に磁化し、ヨーク５２の基端側がＮ極に磁化した状態となる。
　そのため、アクチュエータ５０から発生した磁場（磁界）による磁力と可動レンズ枠４３の第２のマグネット５４の磁場（磁界）による磁力との磁気的作用により、アクチュエータ５０と第２のマグネット５４が互いに反発し合う応力が生じる。
　これにより、可動レンズ枠４３は、所定の時間だけアクチュエータ５０の磁力により先端側に向けて始動する力Ｆが与えられ、加えて第１のマグネット５３の磁力により先端側に引き寄せられる。このように、アクチュエータ５０への電流の向きを変えることで、基端側に位置した可動レンズ枠４３をスムーズに先端側に移動させることができる。
（第２の変形例）
　図６に示すように、撮像装置３０のレンズユニット４０は、可動レンズ枠４３が複数、ここでは２つの可動レンズ４６，４７を備えた構成の場合、第２のマグネット５４の基端面が基端側の可動レンズ４７の先端面の位置決め部材を兼ねる構成としてもよい。なお、第２のマグネット５４の基端面は、図６に示したように、可動レンズ４７の先端面に設けられる光学絞り４８に当接して位置決めする構成としてもよい。
　このような構成により、撮像装置３０は、レンズユニット４０の可動レンズ枠４３に設けられる第２のマグネット５４を第２の可動レンズ４７および／または光学絞り４８の位置決め部材とすることで、別途、スペーサなどの位置決め部材を設ける必要がないため、部品点数の削減および可動レンズ枠４３を小型化（短尺化）することができる。
（第３の変形例）
　図７に示すように、撮像装置３０のレンズユニット４０は、第１のコイル部５１とヨーク５２から構成されるアクチュエータ５０を先端側とし、第１のマグネット５３を基端側として第１のレンズ保持枠４１に設けた構成としてもよい。
（第４の変形例）
　図８に示すように、撮像装置３０のレンズユニット４０は、第１のレンズ保持枠４１に２つのマグネット５３ａ，５３ｂを前後方向に設け、可動レンズ枠４３にコイル部５１を設けた構成としてもよい。なお、可動レンズ枠４３は、鉄などの金属を用いて磁性体とすることで、コイル部５１から発生する磁場（磁界）を増幅させるヨークとして機能させてもよい。
（第５の変形例）
　本変形例の撮像装置３０のレンズユニット４０は、可動レンズ枠４３の基端面４３ｂが第１のレンズ保持枠４１の当接面４２ａに当接して基端側への移動が停止された状態において、図９の一点鎖線の仮想線Ｘで示すように、アクチュエータ５０のヨーク５２の先端側の端面と、可動レンズ枠４３の第２のマグネット５４の基端側の端面とが光軸Ｏに直交する方向に沿って一致する位置にヨーク５２および第２のマグネット５４が設けられている。
　このように、レンズユニット４０は、可動レンズ枠４３を基端側に移動した位置で保持するときに、ヨーク５２の先端面の内径方向に可動レンズ枠４３に搭載されるマグネット５４の基端面が配置される構成により、コイル部５１に流す電流を少なくしても充分に可動レンズ枠４３を基端側で保持する磁力を得ることができる。
　なお、レンズユニット４０は、図１０に示すように、第２のマグネット５４を設けず、可動レンズ枠４３を鉄などの磁性体とした場合、可動レンズ枠４３を基端側に移動した位置で保持する状態において、アクチュエータ５０のヨーク５２の先端側の端面と、可動レンズ枠４３の基端側の端面とが光軸Ｏに直交する方向に沿って一致する位置にヨーク５２と第１のレンズ保持枠４１の当接面４２ａの位置を設定するとよい。
　この構成においては、ヨーク５２の先端を可動レンズ枠４３の基端面４３ｂが当接する第１のレンズ保持枠４１の当接面４２ａと一致させるように組付時の調整が容易に行え、高精度にヨーク５２を配設することができる。
　即ち、レンズユニット４０は、各種部品の加工公差には限界があり、小型になるほど相対的に公差が大きく影響し、ヨーク５４、可動レンズ枠４３、第１のレンズ保持枠４１および第２のレンズ保持枠４２などの複数の部材に依る積算公差の影響を受ける。
　そのため、レンズユニット４０は、ヨーク５４の先端と可動レンズ枠４３の基端面４３ｂが当接する第１のレンズ保持枠４１の当接面４２ａを合わせるだけよく、ヨーク５４の組付時の調整が容易になる。
　以上の実施の形態および変形例に記載した発明は、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、上記実施の形態および変形例には、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、実施の形態および変形例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。

Claims (11)

  1. 　被写体像を形成するレンズユニットを構成する光学エレメントを保持する移動枠と、
    　上記移動枠を上記レンズユニットの光軸に沿った方向の第１の位置と第２の位置との間で進退自在に収容する固定枠と、
    　上記固定枠に設けられ、上記移動枠を上記光軸に沿った第１の方向へ誘引して上記第１の位置に保持する第１の磁石と、
    　通電されることで発生する磁界により、上記移動枠を上記光軸に沿った上記第１の方向とは反対側の第２の方向へ誘引して上記第２の位置に保持するコイルと、
    　を具備することを特徴とする光学ユニット。
  2. 　上記第１の磁石の第１の磁力よりも上記コイルから発生する第２の磁力が大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
  3. 　上記コイルの磁界を増大させるヨークを有することを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
  4. 　上記移動枠は、非磁性体から形成され、上記第１の磁石および上記コイルの上記磁界に誘引される第２の磁石を有していることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
  5. 　上記第１の磁石が上記固定枠の先端側に設けられ、上記コイルが上記固定枠の基端側に設けられ、
    　上記コイルの磁界を増大させるヨークを有し、
    　上記移動枠が上記第２の位置に保持された状態において、上記ヨークの先端面と上記第２の磁石の基端面が上記光軸に直交する方向に一致する位置に、上記ヨークおよび上記第２の磁石が配設されていることを特徴とする請求項４に記載の光学ユニット。
  6. 　上記移動枠は、磁性体から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
  7. 　上記第１の磁石が上記固定枠の先端側に設けられ、上記コイルが上記固定枠の基端側に設けられ、
    　上記コイルの磁界を増大させるヨークを有し、
    　上記移動枠が上記第２の位置に保持された状態において、上記ヨークの先端面と上記移動枠の基端面が上記光軸に直交する方向に一致する位置に、上記ヨークが配設されていることを特徴とする請求項６に記載の光学ユニット。
  8. 　上記移動枠が上記第１の位置に保持された状態が遠点観察となり、上記第２の位置に保持された状態が近点観察となるように、上記光学エレメントが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
  9. 　内視鏡の挿入部の先端部に搭載される撮像装置であって、
    　請求項１に記載の光学ユニットと、
    　上記光学エレメントによって集光形成された光を受光して光電変換する撮像素子と、
    　を具備することを特徴とする撮像装置。
  10. 　請求項９に記載の撮像装置と、
    　上記撮像装置が上記先端部に搭載された上記挿入部と、
    　を有することを特徴とする内視鏡。
  11. 　光学ユニットの駆動方法は、以下を含む、
    　磁石の第１の磁力により第１の位置に保持された移動枠を第２の位置へ移動する際、コイルに所定方向の電流を通電して、上記第１の磁力よりも強い第２の磁力を発生させ、上記第２の磁力により上記移動枠を上記第２の位置へ誘引して移動させ、上記移動枠を上記第２の磁力によって上記第２の位置に保持するステップと、
    　上記第２の位置から上記移動枠を上記第１の位置へ移動する際、上記コイルに所定の時間だけ上記所定方向とは逆方向の電流を通電して、上記第２の磁力を反転させて、斥力により上記移動枠を上記第１の位置へ誘引して移動させ、上記コイルへの通電停止後に上記磁石の第１の磁力による誘引力のみで上記移動枠を上記第１の位置に保持するステップと、
    　を備えることを特徴とする光学ユニットの駆動方法。
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