(57)【要約】【課題】小型化に適した撮像装置を提供し、以て、より細径な内視鏡装置の提供を可能にする。【解決手段】撮像装置１００は、光学部材１７を光軸に沿って移動させることで、近景撮影用の近点合焦範囲、遠景撮影用の遠点合焦範囲のいずれかに切り換える。撮像装置１００は、光学部材を光軸に沿って移動自在に保持する保持部材２５と、光軸方向と平行に配置され、回転駆動により光学部材を光軸に沿って移動させるための回転シャフト３３とを備える。回転シャフトは、その周面の一部に、互いに異なる軸方向位置及び互いに異なる周位置に配置される複数の第１磁性体４３，４５を有し、保持部材は、その一部に第１磁性体との間で磁力を発生させる第２磁性体４７，４９を有する。回転シャフトの回転駆動によって第１磁性体と第２磁性体とが対面し、この磁性体間で発生する磁力により保持部材が光軸に沿って移動する。【選択図】図１
2014094033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光路上に配置される光学部材を光軸に沿って移動させることで、近景撮影用の近点合焦範囲と、遠景撮影用の遠点合焦範囲とのいずれかの合焦範囲に切り換える撮像装置であって、
前記光学部材を前記光軸に沿って移動自在に保持する保持部材と、
前記光軸方向と平行に配置され、回転駆動により前記光学部材を前記光軸に沿って移動させるための回転シャフトと、
を備え、
前記回転シャフトは、該回転シャフトの周面の一部に、互いに異なる軸方向位置及び互いに異なる周位置に配置される複数の第１磁性体を有し、
前記保持部材は、該保持部材の一部に前記第１磁性体との間で磁力を発生させる第２磁性体を有し、
前記回転シャフトの回転駆動によっていずれか一方の前記第１磁性体と前記第２磁性体とが対面し、該磁性体間で発生する磁力により前記保持部材が前記光軸に沿って移動する撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記第１磁性体は、前記回転シャフトの１８０度毎の周位置で一対配置される撮像装置。
【請求項３】
請求項２記載の撮像装置であって、
前記保持部材は、一対の前記第１磁性体に対する前記光軸方向の配置範囲の内側に設けられている撮像装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記第１磁性体と前記第２磁性体は、少なくとも一方が永久磁石である撮像装置。
【請求項５】
請求項４記載の撮像装置であって、
前記発生する磁力は、互いに吸引し合う磁力である撮像装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記第２磁性体は、前記保持部材の前記光軸方向の両端部にそれぞれ設けられた撮像装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記回転シャフトは、前記保持部材を前記光軸方向に移動自在に軸支する撮像装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項記載の撮像装置が内視鏡先端部に配置された内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な内視鏡装置には、近点から遠点まで合焦できるパンフォーカスの撮像装置が搭載されている。この撮像装置では、例えば６ｍｍ〜１００ｍｍの広い合焦範囲を有する。近年、被検体を近接観察したいニーズがあることから、例えば特許文献１に開示されるような遠距離物点用の通常観察と、近距離物点用の近接観察が選択的に行える内視鏡が提案されている。この内視鏡においては、撮影距離が２〜５ｍｍの近点合焦範囲と、５〜１００ｍｍの遠点合焦範囲との２種類の合焦範囲が選択的に使用できる。
また、ズーミングやフォーカシングのためにレンズを光軸方向に移動させるレンズ移動手段としては、図７に内視鏡先端部の断面図を示すように、カム軸８１が広く使用されている。図７に示す撮像装置によれば、カム軸８１は、モータＭの回転駆動力がギア８３、中間軸８５等を介して伝達されて回転駆動される。レンズ８７，８９を保持するレンズ保持部材９１，９３は、カム軸８１に軸支されており、カム溝９５，９７に挿入するピン９９，１０１を有している。カム軸８１が回転駆動されると、カム溝９５，９７に沿ってピン９９，１０１が光軸方向に移動する。これらピン９９，１０１の移動により、レンズ保持部材９１，９３に保持されるレンズ８７，８９がそれぞれ光軸方向の所望の位置に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８１９９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、レンズ８７，８９を移動させる手段としてカム軸８１を用いると、撮像装置の小型化が難しくなる不利がある。即ち、カム軸８１を小径化すると、カム溝９５，９７に挿入されるピン９９，１０１がカム溝９５，９７に固着してしまうことがある。また、カム軸８１を小径化すると、カム溝９５，９７の深さが十分に確保できなくなる。
本発明は、レンズ移動手段としてカム軸を使用せず、より小型化に適した撮像装置を提供し、以て、更に細径な内視鏡装置の提供を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、下記構成からなる。
（１）  撮像光路上に配置される光学部材を光軸に沿って移動させることで、近景撮影用の近点合焦範囲と、遠景撮影用の遠点合焦範囲とのいずれかの合焦範囲に切り換える撮像装置であって、
上記光学部材を上記光軸に沿って移動自在に保持する保持部材と、
上記光軸方向と平行に配置され、回転駆動により上記光学部材を上記光軸に沿って移動させるための回転シャフトと、
を備え、
上記回転シャフトは、その回転シャフトの周面の一部に、互いに異なる軸方向位置及び互いに異なる周位置に配置される複数の第１磁性体を有し、
上記保持部材は、その保持部材の一部に上記第１磁性体との間で磁力を発生させる第２磁性体を有し、
上記回転シャフトの回転駆動によっていずれか一方の上記第１磁性体と上記第２磁性体とが対面し、その磁性体間で発生する磁力により上記保持部材が上記光軸に沿って移動する撮像装置。
（２）  （１）の撮像装置が内視鏡先端部に配置された内視鏡装置。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、レンズ移動手段としてカム軸を使用せず、より小型化に適した撮像装置が得られる。これにより、更に細径な内視鏡装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図で、内視鏡先端部に配置される撮像装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図３】（Ａ）は可動レンズが後端側に移動した状態の遠焦点モード、（Ｂ）は可動レンズが先端側に移動した状態の近焦点モードの様子を示す説明図である。
【図４】観察対象までの物面距離に対する矩形チャートによる特定周波数のＭＴＦの分布を示すグラフである。
【図５】他の撮像装置の構成を示す一部断面図である。
【図６】他の撮像装置の構成を示す一部断面図である。
【図７】従来の内視鏡先端部における撮像装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、内視鏡先端部に配置される撮像装置の概略構成を示す断面図である。
撮像装置１００は、最近点を合焦させることができる近点合焦範囲と、最遠点を合焦させることができる遠点合焦範囲とのいずれかの合焦範囲に切り換え可能な機能を有する。撮像装置１００は、撮像部１１と、レンズ駆動部１３とを有する。撮像部１１は、対物レンズ１５と、可動レンズ１７と、三角プリズム１９と、撮像素子２１を含む電子部品を実装する回路基板２３とを備える。
【０００９】
光学部材としての可動レンズ１７は、合焦範囲を切り換えるレンズであって、レンズ保持部材２５により対物レンズ１５の光軸に沿って移動自在に保持されている。三角プリズム１９は、可動レンズ１７の光軸を全反射面１９ａで直角に曲げて、撮像素子２１上で光学像が結像されるようにする。
【００１０】
回路基板２３は、電子部品２７が実装されリード線２９が半田付けされたフレキシブル回路基板３１が接続され、撮像素子２１と外部との信号の授受が行われるようになっている。
【００１１】
レンズ駆動部１３は、可動レンズ１７の光軸方向と平行に配置され、図示しない駆動手段により回転駆動される回転シャフト３３と、前述のレンズ保持部材２５と、回転シャフト３３を回転自在に支持する先端側支持部３７及び後端側支持部３９を有するシャフト支持部材４１とを備える。
【００１２】
回転シャフト３３は、その後端接続部３３ａに図示しない小型モータ等の回転アクチュエータが取り付けられて、軸Ｌを中心とする所望の回転位置に回転駆動される。レンズ保持部材２５は、回転シャフト３３を挿通する挿通孔３５を有し、回転シャフト３３の軸方向に移動自在に支持される。なお、レンズ保持部材２５は、回転シャフト３３の代わりに図示しない他の軸や溝に沿って移動する構成としてもよいが、回転シャフト３３に挿通させて軸支した構成にすることで部品点数が削減され、より小型化に適した構成にできる。
【００１３】
回転シャフト３３は、その周面の一部に、互いに異なる軸方向位置及び互いに異なる周位置に配置される２つの駆動用磁石（第１磁性体）４３，４５を有する。図２は図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。駆動用磁石４３は、回転シャフト３３の穿設孔３５ｂ内に挿入される先端部４３ａと、穿設孔３５ｂの外側に表出される頭部４３ｂとを有する。図２に点線で示すように、本構成においては駆動用磁石４３，４５を回転シャフト３３の１８０度毎の周位置（中心角度φ＝１８０°の位置）に配置している。図１に示すように、これら一対の駆動用磁石４３の頭部４３ｂと駆動用磁石４５の頭部４５ｂとの間の軸方向距離Ｗmと、レンズ保持部材２５の幅Ｗｈとの差は、可動レンズ１７の光軸方向への移動距離となる。
【００１４】
レンズ保持部材２５は、回転シャフト３３の回転により交互に現れる駆動用磁石４３，４５の出没位置に対向して、従動用磁石（第２磁性体）４７，４９がそれぞれ設けられている。従動用磁石４７，４９は、駆動用磁石４３，４５と当接しないようにレンズ保持部材２５の側面に形成された凹部５１，５３内に収容される。
【００１５】
これらの駆動用磁石４３，４５及び従動用磁石４７，４９は、それぞれ永久磁石からなり、互いに対面する駆動用磁石４３と従動用磁石４７との対と、駆動用磁石４５と従動用磁石４９との対は、互いに吸引し合う異なる極性を外側に表出させた対として配置されている。例えば、駆動用磁石４３，４５はＮ極を表出させ、従動用磁石４７，４９はＳ極を表出させて配置されている。
【００１６】
次に、上記構成の撮像装置１００の作用を説明する。
図３（Ａ）は可動レンズ１７が後端側（図中右側）に移動した状態の遠点合焦範囲のモード、（Ｂ）は可動レンズ１７が先端側（図中左側）に移動した状態の近点合焦範囲のモードの様子を示す説明図である。なお、以降の説明では、同一の部材に対しては同じ符号を付与することで、その説明を簡単又は省略する。
図３（Ａ）に示すように、回転シャフト３３を回転駆動して、駆動用磁石４３を図中最下点位置に配置する。すると、駆動用磁石４３に対面する側の従動用磁石４７が磁力ｆ１によって駆動用磁石４３側に引き寄せられ、レンズ保持部材２５が図中Ｄ１方向に移動する。このレンズ保持部材２５の、撮像装置１００による観察方向の背面側に向かう移動は、レンズ保持部材２５の端部２５ｃが駆動用磁石４３の頭部４３ｂに当接する位置で停止する。このときのレンズ保持部材２５の停止位置が、撮像装置１００の遠点合焦範囲のモードとなる可動レンズ１７の位置である。
【００１７】
なお、このときの駆動用磁石４５は、図中最上点位置の従動用磁石４９から遠い位置に配置されるため、駆動用磁石４５と従動用磁石４９との間に磁力が実質的に作用しなくなる。
【００１８】
図３（Ｂ）に示すように、図３（Ａ）の状態から回転シャフト３３を回転駆動して、駆動用磁石４５を図中最下点位置に配置する。すると、駆動用磁石４５に対面する側の従動用磁石４９が磁力ｆ２によって駆動用磁石４５側に引き寄せられ、レンズ保持部材２５が図中Ｄ２方向に移動する。このレンズ保持部材２５の、撮像装置１００による観察方向の先方側に向かう移動は、レンズ保持部材２５の端部２５ｃが駆動用磁石４５の頭部４５ｂに当接する位置で停止する。このときのレンズ保持部材２５の停止位置が、撮像装置１００の近点合焦範囲のモードとなる可動レンズ１７の位置である。
【００１９】
図４に観察対象までの物面距離に対する矩形チャートによる特定周波数のＭＴＦの分布を示した。遠点合焦範囲のモードでは、物面距離が６ｍｍ以上の範囲でコントラストが高くなり、近点合焦範囲のモードでは２〜５ｍｍの範囲でコントラストが高くなる特性を有する。そのため、観察対象までの距離が短い場合に近点合焦範囲のモードに設定し、遠い場合に遠点合焦範囲のモードに設定することで、常に高解像度の合焦画像を取得できる。
【００２０】
回転シャフト３３の回転駆動は、内視鏡の術者がモニタに映出される観察対象の映像を見て、小型モータ等の回転アクチュエータを制御する制御信号をボタン操作により出力させることにより行ってもよく、回転シャフト３３に回転ワイヤを接続して、術者がこの回転ワイヤを回転操作することで行ってもよい。また、撮像装置１００が取得する観察画像の画像データから、観察対象までの距離を制御回路による推定演算により求め、この推定された距離に応じて回転シャフト３３を制御回路により回転駆動制御してもよい。観察対象までの距離の推定は、例えば、画像データの輝度情報と画像撮影時の絞りやシャッタ速度などのＡＥ情報とから求めることができる。
【００２１】
上記のように、本構成の撮像装置１００は、回転シャフト３３が１８０度回転する度に可動レンズ１７の軸方向位置が変化して、遠点合焦範囲のモードと近点合焦範囲のモードとが切り替わる。また、撮像装置１００は、可動レンズ１７が永久磁石の磁力を駆動源として移動する構成のため、簡単で故障の少ない駆動機能にでき、常に確実に各モードへの切り替えを行うことができる。
【００２２】
本構成の撮像装置１００は、図７に示すカム軸を用いずに回転シャフト３３を用いて構成しており、回転シャフト３３を更に細径化した場合でも、レンズ保持部材２５の軸方向移動に支障が生じることがない。よって、撮像装置１００の一層の小型化が可能となり、内視鏡先端部をより細径化できる。
【００２３】
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【００２４】
例えば、撮像装置１００は、図５に示すように、回転シャフト３３に設けた駆動用磁石４３．４５の極性を互いに異なる極性とし、レンズ保持部材２５側の従動用磁石を、対面する駆動用磁石４３，４５との極性が異なるように配置された単一の磁石で構成した撮像装置１００Ａであってもよい。この場合、部品点数が削減され、レンズ保持部材２５の薄型化が図れる。
【００２５】
また、撮像装置１００は、図６に示すように、回転シャフト３３に前述同様の駆動用磁石４３，４５を設けることに加え、更に反発力を作用させる補助駆動用磁石６５，６７を設けてもよい。即ち、駆動用磁石４３の１８０度反対側の同じ軸方向位置の回転シャフト３３の周面に、駆動用磁石４３とは極性の異なる補助駆動用磁石６３を設け、同様に、駆動用磁石４５の１８０度反対側の回転シャフト３３の周面に、駆動用磁石４５とは極性の異なる補助駆動用磁石６５を設けた撮像装置１００Ｂであってもよい。
【００２６】
この場合、駆動用磁石４３と従動用磁石４７との間に吸引力が発生することに加え、補助駆動用磁石６５と従動用磁石４９との間に反発力が生じる。これら吸引力と反発力とがレンズ保持部材２５に同時に作用して、レンズ保持部材２５を同じ方向に駆動する。これにより、遠点合焦範囲のモードと近点合焦範囲のモードとの切り換えがより高速に行える。また、外部からの衝撃や振動により、意図せずにレンズ保持部材２５が移動先位置から外れることを確実に防止できる。
【００２７】
上記撮像装置は、被写界深度の２段階切り換えの構成例として説明したが、３段階以上に切り換える構成にも適用可能である。３段階に切り換える場合は、駆動用磁石の周方向への配置を中心角１２０度毎に配置すればよい。
【００２８】
また、駆動用磁石４３と従動用磁石４７は、いずれか一方を永久磁石、他方を鋼材等の強磁性体として、回転シャフト３３を非磁性体とした構成にしてもよい。この構成であっても、永久磁石と強磁性体との間に生じる磁力によって、レンズ保持部材２５を移動させることができる。
【００２９】
本発明の撮像装置は、被写界深度の切り換え以外にも、ズーム位置、フォーカス位置の切り換え用としても、発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば利用可能である。
更に、本発明の撮像装置は、内視鏡装置に限らす、他の医療用機器、産業用機器等にも適用が可能である。
【００３０】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）  撮像光路上に配置される光学部材を光軸に沿って移動させることで、近景撮影用の近点合焦範囲と、遠景撮影用の遠点合焦範囲とのいずれかの合焦範囲に切り換える撮像装置であって、
上記光学部材を上記光軸に沿って移動自在に保持する保持部材と、
上記光軸方向と平行に配置され、回転駆動により上記光学部材を上記光軸に沿って移動させるための回転シャフトと、
を備え、
上記回転シャフトは、その回転シャフトの周面の一部に、互いに異なる軸方向位置及び互いに異なる周位置に配置される複数の第１磁性体を有し、
上記保持部材は、その保持部材の一部に上記第１磁性体との間で磁力を発生させる第２磁性体を有し、
上記回転シャフトの回転駆動によっていずれか一方の上記第１磁性体と上記第２磁性体とが対面し、その磁性体間で発生する磁力により上記保持部材が上記光軸に沿って移動する撮像装置。
（２）  （１）記載の撮像装置であって、
上記第１磁性体は、上記回転シャフトの１８０度毎の周位置で一対配置される撮像装置。
（３）  （２）記載の撮像装置であって、
上記保持部材は、一対の上記第１磁性体に対する上記光軸方向の配置範囲の内側に設けられている撮像装置。
（４）  （１）乃至（３）のいずれか一項記載の撮像装置であって、
上記第１磁性体と上記第２磁性体は、少なくとも一方が永久磁石である撮像装置。
（５）  （４）記載の撮像装置であって、
上記発生する磁力は、互いに吸引し合う磁力である撮像装置。
（６）  （１）乃至（５）のいずれか一項記載の撮像装置であって、
上記第２磁性体は、上記保持部材の上記光軸方向の両端部にそれぞれ設けられた撮像装置。
（７）  （１）乃至（６）のいずれか一項記載の撮像装置であって、
上記回転シャフトは、上記保持部材を上記光軸方向に移動自在に軸支する撮像装置。
（８）  （１）乃至（７）のいずれか一項記載の撮像装置が内視鏡先端部に配置された内視鏡装置。
【符号の説明】
【００３１】
１１  撮像部
１３  レンズ駆動部
１５  対物レンズ
１７  可動レンズ
２１  撮像素子
２５  レンズ保持部材
３３  回転シャフト
４３，４５  駆動用磁石
４７，４９  従動用磁石
６１  従動用磁石
６３，６５  補助駆動用磁石
１００  撮像装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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