(57)【要約】  光学ユニット（１）は、物体側固定レンズ群を保持する前枠部（４）、像側固定レンズ群又は撮像素子を保持する後枠部（５）、並びに前枠部（４）及び後枠部（５）を保持する固定部本体（２０）を有する固定部と、物体側固定レンズ群と、像側固定レンズ群又は撮像素子との間で可動レンズ群を保持し、固定部本体（２０）の径方向内側に該固定部本体（２０）に対して摺動可能に配置される可動部と、可動部に配置されて物体側固定レンズ群の光軸と交差する方向に磁気分極された磁性部、及び固定部本体（２０）に配置されて磁石の径方向外側に位置するコイル（１１）を有し、可動部を光軸の方向に沿って固定部本体（２０）に対して相対移動させることが可能なボイスコイルモータと、を備え、固定部本体（２０）は、磁性部の磁化方向と平行な第１の方向の最大寸法が、第１の方向及び光軸の方向と直交する第２の方向の最大寸法と比して長い。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側固定レンズ群を保持する前枠部、像側固定レンズ群又は撮像素子を保持する後枠部、並びに前記前枠部及び前記後枠部を保持する固定部本体を有する固定部と、
前記物体側固定レンズ群と、前記像側固定レンズ群又は前記撮像素子との間で可動レンズ群を保持し、前記固定部本体の径方向内側に該固定部本体に対して摺動可能に配置される可動部と、
前記可動部に配置されて前記物体側固定レンズ群の光軸と交差する方向に磁気分極された磁性部、及び前記固定部本体に配置されて磁石の径方向外側に位置するコイルを有し、前記可動部を前記光軸の方向に沿って前記固定部本体に対して相対移動させることが可能なボイスコイルモータと、
を備え、
前記固定部本体は、前記磁性部の磁化方向と平行な第１の方向の最大寸法が、前記第１の方向及び前記光軸の方向と直交する第２の方向の最大寸法と比して長い
ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記コイルは、
前記光軸のまわりに巻回されてなり、
前記第１の方向の最大寸法が、前記第２の方向の最大寸法と比して長い
ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記前枠部は、前記第１の方向の最大寸法が、前記第２の方向の最大寸法と比して長い
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記後枠部は、前記第１の方向の最大寸法が、前記第２の方向の最大寸法と比して長い
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記光軸の方向でみた形状において、前記第１の方向の最大寸法が、前記第２の方向の最大寸法と比して長い
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記可動部は、前記第１の方向の最大寸法が、前記第２の方向の最大寸法と比して長い
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記固定部本体は、
筒状をなす筒部と、
前記筒部から前記光軸に沿って延び、前記コイルを支持する支持部と、
を有し、
前記固定部は、前記光軸の方向の一端側で周方向に沿って分割されており、
前記一端側と他端側とで、前記前枠部と前記後枠部とを保持する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記支持部は、少なくとも一部に肉抜き部が形成されたことを特徴とする請求項７に記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記可動部は、一端から前記光軸に沿って切り欠かれてなる切欠き部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１０】
前記可動部の可動側摺動面の端部であって、前記磁性部を配置する側の端部を通過する平面が、前記磁性部と交わる
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１１】
前記光軸に沿った方向において、前記可動部の可動側摺動面における最も物体側の位置から最も像側の位置までの距離が、前記固定部が保持する前記物体側固定レンズ群の射出面から、前記像側固定レンズ群の入射面、又は撮像素子の受光面までの距離よりも長い
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１２】
前記磁性部は、前記光軸に対して対向する位置に配置される二つの磁石からなり、
前記コイルは、前記磁性部の各磁石に対向するコイルである
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１３】
前記光軸に沿って隣り合い、前記磁性部の磁気分極方向と逆の磁気分極方向である第２の磁性部と、
前記第２の磁性部の各磁石に対向し、前記コイルに接続される第２コイルと、
をさらに有し、
前記磁性部の二つの磁石は、前記光軸に対して同一の磁気分極方向を有し、
前記第２の磁性部の二つの磁石は、前記光軸に対して同一の磁気分極方向を有し、
前記コイルと前記第２のコイルとは、電流の流れる方向が互いに逆である
ことを特徴とする請求項１２に記載の光学ユニット。
【請求項１４】
前記第１の方向の最大寸法に対する前記第２の方向の最大寸法の比が、０．４以上０．８以下であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１５】
被検体の内部に挿入されて該被検体の内部を観察する内視鏡であって、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学ユニットと、
前記光学ユニットが集光した光を電気信号に変換する撮像素子と、
を備えることを特徴とする内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイスコイルモータを用いて可動部を進退駆動する光学ユニット及び内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、可動レンズ群が設けられた可動レンズ枠を有し、この可動レンズ枠を進退移動させることによって撮影倍率を変更するズーム機能やフォーカスをあわせるフォーカシング機能として、コイル及び磁石を用いた電磁駆動式アクチュエータ、すなわちボイスコイルモータを利用した技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。このズーム機能やフォーカス機能は、例えば、被検体内に挿入する挿入部を備えた内視鏡に設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０３１６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、可動部の摺動軸に対して、ボイスコイルモータにより発生される推進力の作用軸がオフセットしている為、可動部が摺動軸に対して斜めになる、いわゆるこじりが生じやすく可動部を駆動させるために必要な力量が大きくなってしまう。このため、高出力なボイスコイルモータが必要となり、ボイスコイルモータの大型化及び重量化を招いてしまう。このため、例えば内視鏡の挿入部に配設するために、光学ユニットの小型化及び軽量化するのには不向きである。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、可動レンズを進退移動させるアクチュエータの小型化及び軽量化を実現することができる光学ユニット及び内視鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学ユニットは、物体側固定レンズ群を保持する前枠部、像側固定レンズ群又は撮像素子を保持する後枠部、並びに前記前枠部及び前記後枠部を保持する固定部本体を有する固定部と、前記物体側固定レンズ群と、前記像側固定レンズ群又は前記撮像素子との間で可動レンズ群を保持し、前記固定部本体の径方向内側に該固定部本体に対して摺動可能に配置される可動部と、前記可動部に配置されて前記物体側固定レンズ群の光軸と交差する方向に磁気分極された磁性部、及び前記固定部本体に配置されて磁石の径方向外側に位置するコイルを有し、前記可動部を前記光軸の方向に沿って前記固定部本体に対して相対移動させることが可能なボイスコイルモータと、を備え、前記固定部本体は、前記磁性部の磁化方向と平行な第１の方向の最大寸法が、前記第１の方向及び前記光軸の方向と直交する第２の方向の最大寸法と比して長いことを特徴とする。【０００７】
本発明に係る内視鏡は、被検体の内部に挿入されて該被検体の内部を観察する内視鏡であって、上記の発明に係る光学ユニットと、前記光学ユニットが集光した光を電気信号に変換する撮像素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、可動レンズを進退移動させるアクチュエータの小型化及び軽量化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの構成を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの要部の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、図３のI−I線を通過する切断面で見たときの光学ユニットの断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの固定部本体の構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの可動部の構成を示す斜視図である。
【図７】図７は、図４に示すII−II線を通過する切断面で見たときのボイスコイルモータのみの構成を示した図である。
【図８】図８は、図４と同じ断面でボイスコイルモータのみを示した図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの固定部本体の構成を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２に係る光学ユニットの構成を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態３に係る光学ユニットの構成を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態４に係る内視鏡を備えた内視鏡システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの構成を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの構成を示す分解斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの要部の構成を示す断面図である。図４は、図３のI−I線を通過する切断面で見たときの光学ユニットの断面図である。なお、図３は、図４のII−II線を通過する切断面で見たときの光学ユニットの断面図でもある。
【００１２】
図１〜図４に示す光学ユニット１は、固定部２と、固定部２に対して移動可能な可動部３と、固定部２に対して可動部３を移動させる駆動力を発生するボイスコイルモータ１０と、を備える。以下、軸Ｃ方向に沿って一方を物体側、他方であって物体側と反対側のことを像側という。本明細書では、軸Ｃは、光学ユニット１の光軸と一致するものとして説明する。
【００１３】
固定部２は、固定部本体２０と、可動部３が保持する可動レンズ群Ｇｖよりも物体側の物体側固定レンズ群Ｇｆを保持し固定部本体２０の物体側に取り付けられた前枠部４と、可動レンズ群Ｇｖよりも像側の像側固定レンズ群Ｇｂを保持し固定部本体２０の像側に取り付けられた後枠部５と、を有する。
【００１４】
図５は、固定部本体２０の構成を示す斜視図である。同図に示す固定部本体２０は、所定の軸Ｃを中心とした筒形状の部材からなる。固定部本体２０は、軸Ｃ方向からみた平面視で小判形状をなし、軸Ｃを通過し、該軸Ｃと平行な平面に対して略対称な筒形状をなしている。固定部本体２０は、軸Ｃを中心軸とする筒状をなす筒部２１と、筒部２１に対して軸Ｃ方向に沿って像側に延び、ボイスコイルモータ１０のコイル１１（図１等参照）を支持する支持部２２と、を有する。以下、軸Ｃを通過する平面とは、軸Ｃを通過し、該軸Ｃと平行な平面のことをいう。ここで、上述した小判形状とは、例えば、固定部本体２０のように軸Ｃ方向からみた平面視において、矩形の四隅をＣ面取りした八角形状をなす。なお、本明細書でいう「小判形状」は、上述した四隅をＣ面取りした形状のほか、矩形の四隅をＲ面取りした形状や、後述する後枠部５のように軸Ｃ方向からみた平面視において円弧部と直線部からなる形状などを含み、後述するような、軸Ｃ方向と直交する平面において、ボイスコイルモータ１０の磁化方向および、該磁化方向と直交する二つの方向の寸法が異なる形状のことをいう。また、固定部本体２０は軸Ｃを通過し、該軸Ｃと平行な平面に対して、対称な筒形状をなしていることが望ましいが、完全に対称である必要はなく、例えば、Ｒ面取りにおける各隅のＲが異なっていてもよい。
【００１５】
筒部２１は、軸Ｃ方向から投影した形状（外周のなす形状及び内周のなす形状）が、小判形をなしている。筒部２１は、支持部２２よりも径方向外側に突出して形成される。筒部２１の径方向内側の固定側摺動面２３には、溝２１ａが形成される。可動部３を組み付ける際、後述する磁石１２がこの溝２１ａを通過する。したがって、固定部本体２０に対して可動部３を円滑に組み立てることが可能となる。なお、筒部２１を支持部２２と別体に形成し、組立時に支持部２２へ取り付ける構造としてもよい。
【００１６】
支持部２２には、一部を肉抜きしてなる肉抜き部２２ａが形成される。具体的には、支持部２２の長手方向の軸Ｃ（中心軸）に対して対向する位置に、支持部２２の径方向にそれぞれ貫通した２つの肉抜き部２２ａが形成される。肉抜き部２２ａを除いた支持部２２の径方向内側の面は円弧楕円形状に沿った形状をなし、可動部３を案内支持する固定側摺動面２３となっている。固定側摺動面２３は、肉抜き部２２ａにより、周方向に分割された形状をなす。また、肉抜き部２２ａを除いた支持部２２の径方向内側の面は、球面でなくとも、平面であってもよいし、周方向に沿ってＲが異なる曲面であってもよい。
【００１７】
前枠部４は、軸Ｃ方向から投影した形状が小判形状をなし、軸Ｃと平行な平面に対して略対称な筒形状をなしている。前枠部４は、先端部４１と基端部４２とを有する段付き形状をなす筒状の部材である。先端部４１は、開口を有し、物体側の先端面の外縁が筒部２１の外縁と同等の小判形状をなす第１先端部４３と、第１先端部４３から軸Ｃ方向に延びる筒状の第２先端部４４と、を有する。基端部４２は、第２先端部４４から延びる筒状をなす。先端部４１の内周面４１ａは、物体側の径が大きい凸状の中空空間を形成する。なお、図２などで前枠部４の中心軸を軸Ｃと称しているのは、組み付け時に固定部本体２０の中心軸と一致するためである。また、前枠部４は、軸Ｃと平行な平面に対して、対称な筒形状をなしていることが望ましいが、完全に対称である必要はない。
【００１８】
前枠部４は、物体側固定レンズ群Ｇｆを保持する。物体側固定レンズ群Ｇｆは、前第１レンズＬｆ１及び前第２レンズＬｆ２を有し、物体側からこの順に並んでいる。先端部４１の内周面４１ａが前第１レンズＬｆ１を保持し、基端部４２の内周部４２ａが前第２レンズＬｆ２を保持する。
【００１９】
前枠部４を固定部本体２０へ挿入する際には、固定部本体２０の支持部２２の物体側の先端部に第２先端部４４を嵌め合わせながら挿入し、第１先端部４３を固定部本体２０の支持部２２の先端に当接させる。
【００２０】
後枠部５は、軸Ｃ方向からみた平面視で小判形状をなし、外周部５１と内周部５２とを有する筒状の部材である。外周部５１には、固定部本体２０との嵌合用の切欠き部５１ａを有する。後枠部５は、軸Ｃを通過する平面に対して略対称な筒形状をなしている。なお、後枠部５の中心軸を軸Ｃと称しているのは、前枠部４と同様、組み付け時に固定部本体２０の中心軸と一致するためである。また、後枠部５は、軸Ｃを通過する平面に対して、対称な筒形状をなしていることが望ましいが、完全に対称である必要はない。
【００２１】
後枠部５は、像側固定レンズ群Ｇｂを保持する。像側固定レンズ群Ｇｂは、後第１レンズＬｂ１、後第２レンズＬｂ２及び後第３レンズＬｂ３を有する。内周部５２は、後第１レンズＬｂ１、後第２レンズＬｂ２及び後第３レンズＬｂ３を物体側からこの順序で保持する。後枠部５を固定部本体２０へ挿入する際には、筒部２１の固定側摺動面２３の側部２１ｂに切欠き部５１ａを嵌め合わせながら挿入する。
【００２２】
以上の構成を有する固定部２は、例えば非磁性体材料で構成される。このような材料として、非磁性である材料のうち、比透磁率が１．０より大きいオーステナイト系ステンレスや、アルミニウムや樹脂を挙げることができる。
【００２３】
図６は、可動部３の構成を示す斜視図である。同図に示す可動部３は、外周部３１と内周部３２とを有する片側有底筒形状の部材からなる。以下、可動部３の中心軸も軸Ｃと称する。これは、組み付け時に可動部３の中心軸と固定部本体２０の中心軸が一致するためである。
【００２４】
外周部３１は、軸Ｃ方向から投影した形状が小判形状をなし、固定部本体２０と接する外周面からなる可動側摺動面３１ａと、可動側摺動面３１ａに連なる平面部３１ｂとを有する。図６に示す場合、可動部３は、平面部３１ｂの法線と直交する方向には、径方向に貫通した二つの肉抜き部３１ｃが設けられる。また、可動部３は、軸Ｃ方向の一方の面（片側有底筒形状の底部）に設けられ、内周部３２の一部をなす開口部３１ｄと、可動側摺動面３１ａの一部を軸Ｃ方向に沿って切り欠いた切欠き部３１ｅと、を有する。
【００２５】
肉抜き部３１ｃは、外周部３１の可動側摺動面３１ａに連なる側部３１１と、内周部３２側に設けられ、側部３１１と略直交する表面を有する底部３１２と、を有する。肉抜き部３１ｃは、後述する磁石１２を保持する。可動部３は、外周部３１の磁石１２が配設されている側の端部（肉抜き部３１ｃ側の端部）を通過する平面が、磁石１２と交わる。これにより、可動部３における可動側摺動面３１ａの径方向の肉厚を、他の部分と比して厚くすることができ、剛性及び加工精度を向上することができる。
【００２６】
可動部３は、可動レンズ群Ｇｖを保持する。具体的には、可動部３の内周部３２は、可動レンズ群Ｇｖが有する可動第１レンズＬｖ１を保持する。
【００２７】
可動部３は、可動側摺動面３１ａが固定側摺動面２３と接触しながら固定部本体２０に挿入される。本実施の形態１において、可動部３が最も物体側に移動した場合には、物体側固定レンズ群Ｇｆが可動部３の可動レンズ群Ｇｖに近接した配置となる。
【００２８】
以上の構成を有する可動部３は、例えばステンレス、アルミニウム又は樹脂等の材料を用いて構成される。
【００２９】
光学ユニット１では、図４に示すように、軸Ｃに沿った方向において、可動部３の可動側摺動面３１ａにおける最も物体側の位置から最も像側の位置までの距離Ｌ１が、前枠部４が保持する物体側固定レンズ群Ｇｆの射出面から後枠部５が保持する像側固定レンズ群Ｇｂの入射面までの距離Ｌ２よりも長い（Ｌ１＞Ｌ２）。なお、可動部３の可動側摺動面３１ａの最も物体側の位置から最も像側の位置までの距離は、面取り部分を含まない。
【００３０】
次に、ボイスコイルモータ１０の構成を説明する。ボイスコイルモータ１０は、図３に示すように、固定部２の固定部本体２０に配置されたコイル１１と、コイル１１に対向するように可動部３に配置された磁石１２と、を有する。
【００３１】
コイル１１は、図３及び図４に示すように、固定部本体２０の支持部２２の外周に巻かれる第１コイル１１ａと、第１コイル１１ａの軸Ｃ方向に沿って並べて配置され、固定部本体２０の支持部２２の外周に巻かれる第２コイル１１ｂと、を有する。なお、コイル１１は、予め巻かれたものを後から配設してもよいし、支持部２２に直接巻き付けるものであってもよい。軸Ｃ方向に沿って隣り合う第１コイル１１ａと第２コイル１１ｂとは、直列で接続されることが好ましいが、並列に接続されてもよい。
【００３２】
第１コイル１１ａ及び第２コイル１１ｂは、図３に示すように、それぞれ固定部本体２０の肉抜き部２２ａに対向する平面部１１ａｐ及び１１ｂｐをそれぞれ有する（図３では、第２コイル１１ｂを例示）。また、第１コイル１１ａ及び第２コイル１１ｂは、支持部２２に対向する筒部１１ａｔ及び１１ｂｔをそれぞれ有する。第１コイル１１ａは、軸Ｃと直交する断面において、４つの平面部１１ａｐと４つの筒部１１ａｔとが交互に配置される。同様に、第２コイル１１ｂは、軸Ｃと直交する断面において、４つの平面部１１ｂｐと４つの筒部１１ｂｔとが交互に配置される（図３を参照）。
【００３３】
磁石１２は、図２〜図４に示すように、第１コイル１１ａの平面部１１ａｐ及び第２コイル１１ｂの平面部１１ｂｐの内側に、平面部１１ａｐ及び１１ｂｐとそれぞれ対向するとともに、軸Ｃ方向に沿って並べて配置される第１磁石１２ａ及び第２磁石１２ｂを２つずつ有する。軸Ｃ方向に沿って並んだ２つの第１磁石１２ａ（磁性部）及び第２磁石１２ｂ（第２の磁性部）は、軸Ｃと直交する断面において、対向する位置にそれぞれ設けられる。なお、第１磁石１２ａ及び第２磁石１２ｂにおいて、各々が、軸Ｃに対して対向する位置、例えば対向する第１磁石１２ａの各中心と軸Ｃとを結ぶ二つの線分のなす角度が１８０°であってもよいし、１８０°以外の角度であってもよい。
【００３４】
図４に示すように、第１磁石１２ａと第２磁石１２ｂの軸Ｃ方向の幅の合計は、第１コイル１１ａと第２コイル１１ｂの軸Ｃ方向の幅の合計よりも短い。これにより、可動部３の移動範囲内で、第１磁石１２ａと第２磁石１２ｂを常に第１コイル１１ａと第２コイル１１ｂの軸Ｃ方向の幅内にそれぞれ存在させることができる。
【００３５】
図７は、図４に示すII−II線を通過する切断面で見たときのボイスコイルモータのみの構成を示した図である。図８は、図４と同じ断面でボイスコイルモータのみを示した図である。
【００３６】
図７及び図８に示すように、軸Ｃ方向に沿って組をなす第１磁石１２ａと第２磁石１２ｂは離間して配置されている。第１磁石１２ａの組と第２磁石１２ｂの組は、それぞれ径方向に着磁され、磁極が互いに逆向きである。図７及び図８に示す場合、第１磁石１２ａは、第１コイル１１ａ側をＮ極、その反対側をＳ極とし、第２磁石１２ｂは、第２コイル１１ｂ側をＳ極、その反対側をＮ極としている。この場合、第１磁石１２ａ及び第２磁石１２ｂの磁気分極方向は、図７及び図８に示す白抜き矢印Ａのように、軸Ｃに対して直交する。なお、より一般に第１磁石１２ａ及び第２磁石１２ｂの磁気分極方向は、軸Ｃと交差する方向であればよい。
【００３７】
本実施の形態１において、コイル１１は、第１磁石１２ａの組と第２磁石１２ｂの組の間で巻回方向が反転することが好ましい。例えば、図７に示すように、第１コイル１１ａを矢印Ｂの方向に巻いた場合、第２コイル１１ｂは逆方向に巻けばよい。或いは、第１コイル１１ａと第２コイル１１ｂの巻回方向を同一とし、電流方向が逆になるように第１コイル１１ａと第２コイル１１ｂを接続してもよい。この場合、図７に示すように、第１コイル１１ａに矢印Ｂの方向に電流を流したとき、第２コイル１１ｂには矢印Ｂと逆方向に電流が流れるようになっていればよい。
【００３８】
以上の構成を有する光学ユニット１では、第１コイル１１ａの巻かれた固定部本体２０の径方向内側に、それぞれ第１コイル１１ａに対向して第１磁石１２ａを設置した可動部３が配置される。したがって、第１コイル１１ａの平面部１１ａｐは、それぞれ第１磁石１２ａの径方向の外側の面１２１ａに直交する方向の磁界の中に存在する。なお、第２磁石１２ｂも同様に構成される。したがって、駆動効率が向上し、可動部３を迅速に移動させることが可能となる。また、第１磁石１２ａの径方向の外側の面１２１ａ及び第２磁石１２ｂの径方向の外側の面１２１ｂを平面状とすることで、光学ユニット１の組み立てを容易に行うことが可能となる。
【００３９】
また、光学ユニット１のコイル１１に電流を流すと、磁石１２の磁界の影響によって、可動部３に軸Ｃ方向の力が発生し、固定部２に対して可動部３が軸Ｃ方向に移動する。例えば、第１コイル１１ａ及び第２コイル１１ｂにそれぞれ流す電流を制御することによって、可動部３を固定部２に対して移動させることができる。可動部３が固定部２に対して移動している状態でも、磁石１２の径方向の外側の面は、固定部本体２０の肉抜き部２２ａ内に配置される。
【００４０】
また、光学ユニット１において、可動部３の外周面は、図４に示すように、固定部本体２０の固定側摺動面２３に接触する可動側摺動面３１ａを構成する。固定部本体２０の固定側摺動面２３と可動部３の可動側摺動面３１ａを接触させることで、固定部本体２０に対して可動部３を常に接触した状態で移動させるとともに、固定部２に対する可動部３の傾斜を抑制することができ、可動部３を的確に移動させることが可能となる。
【００４１】
図９は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの固定部本体の構成を示す平面図であって、物体側から軸Ｃ方向でみた筒部２１を示す図である。本実施の形態１において、第１先端部４３は、図１に示すように、磁石１２の磁化方向（磁石１２が対向する方向：第１の方向）の最大寸法Ｄ１が、磁化方向及び軸Ｃ方向と直交する方向（第２の方向）の最大寸法Ｄ２よりも長い。また、固定部本体２０の筒部２１は、図９に示すように、磁石１２の磁化方向の最大寸法Ｄ３が、磁化方向及び軸Ｃ方向と直交する方向の最大寸法Ｄ４よりも長い。なお、コイル１１（第１コイル１１ａおよび第２コイル１１ｂ）は、支持部２２に巻回されるため、巻回により形成される形状（軸Ｃ方向でみた形状）において、磁石１２の磁化方向の最大寸法が、磁化方向及び軸Ｃ方向と直交する方向の最大寸法よりも長い。
【００４２】
最大寸法Ｄ１に対する最大寸法Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）は、０．４≦（Ｄ２／Ｄ１）≦０．８であることが好ましく、０．５≦（Ｄ２／Ｄ１）≦０．７であることがさらに好ましい。同様に、最大寸法Ｄ３に対する最大寸法Ｄ４の比（Ｄ４／Ｄ３）は、０．４≦（Ｄ４／Ｄ３）≦０．８であることが好ましく、０．５≦（Ｄ４／Ｄ３）≦０．７であることがさらに好ましい。上述したように、本実施の形態１に係る光学ユニット１は、軸Ｃ方向でみた平面視で小判形状をなしている。同様に、可動部３、第２先端部４４及び後枠部５についても、軸Ｃ方向（各部の中心軸方向）でみた形状（平面視）において、磁石１２の磁化方向の最大寸法が、磁化方向及び軸Ｃ方向と直交する方向の最大寸法よりも長い小判形状をなすことが好ましい。ここで、光学ユニット１においては、少なくとも固定部本体２０の筒部２１の外周のなす形状（軸Ｃ方向から見た外周のなす形状）が小判形状をなしていればよい。この場合、固定部本体２０以外の構成要素は、それぞれが互いに組み付け可能な形状をなしていれば、小判形状に限らない。
【００４３】
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、固定部２に配置されたコイル１１、及び可動部３に配置されて軸Ｃと直交する方向に磁気分極された磁石１２を有し、可動部３を軸Ｃ方向に沿って固定部２に対して相対移動させることが可能なボイスコイルモータ１０を備えるため、駆動効率が向上し、可動部３を迅速に作動させることが可能となる。また、可動部３の作動中も固定部本体２０の固定側摺動面２３と可動部３の可動側摺動面３１ａが接触することで、固定部２に対する可動部３の傾斜を抑制することができ、可動部３を的確に移動させることが可能となる。したがって、可動レンズを進退移動させるアクチュエータの小型化及び軽量化を実現することができる。
【００４４】
また、本実施の形態１によれば、固定部本体２０の内径側（内周面）に固定側摺動面２３を設け、可動部３を、固定部２（固定部本体２０）の内径側に配置するようにしたので、径方向の小型化を実現することができる。
【００４５】
また、本実施の形態１によれば、固定部２の中心軸と、可動部３の中心軸とがそれぞれ軸Ｃに一致し、互いに同一の中心軸を有しているため、固定部２に対する可動部３の傾きを抑制することができる。これにより、光学ユニット１の駆動を安定化するとともに、径方向の小型化を実現することができる。
【００４６】
また、本実施の形態１によれば、光学ユニット１は、軸Ｃ方向からみた平面視が小判形状をなすようにしたので、径方向、具体的には、２組の磁石１２が対向する方向と直交する方向の小型化を実現することができる。
【００４７】
また、本実施の形態１によれば、可動部３の肉抜き部３１ｃに磁石１２を配設するようにしたので、２組の磁石１２が対向する方向の小型化を実現することができる。
【００４８】
また、本実施の形態１によれば、固定部２を固定部本体２０、前枠部４及び後枠部５を用いて構成することにより、部品点数及び組み立て工程を少なくするとともに設計の自由度を増加させることができ、低コスト化を実現することが可能となる。
【００４９】
また、本実施の形態１によれば、光学ユニット１では、軸Ｃに沿った方向において、可動部３の可動側摺動面３１ａにおける最も物体側の位置から最も像側の位置までの距離Ｌ１が、前枠部４が保持する物体側固定レンズ群Ｇｆの射出面から後枠部５が保持する像側固定レンズ群Ｇｂの入射面までの距離Ｌ２よりも長いため、固定部２に対する可動部３の傾斜を抑制することができる。これにより、光学ユニット１の駆動を安定化するとともに、軸方向の小型化を実現することができる。
【００５０】
また、本実施の形態１によれば、コイル１１は、軸Ｃを中心に巻かれているので、可動部３の摺動軸とボイスコイルモータ１０により発生される推進力の作用軸とを同一にすることができ、安定して駆動することが可能となる。
【００５１】
また、本実施の形態１によれば、固定部２の固定側摺動面２３は、周方向に分割して形成されるので、簡単な構造で光学ユニット１を小型化することが可能となる。
【００５２】
また、本実施の形態１によれば、固定部本体２０が、軸Ｃ方向の一端側で周方向に沿って分割された形状をなすとともに、前枠部４を保持している。これにより、径方向のサイズを増大させることなく固定部２の剛性を高めることができる。また、固定部本体２０の一端側を前枠部４に密着させて保持することで、支持部２２における筒部２１に連なる側と異なる側の端部の形状が固定され、固定側摺動面２３の形状を安定化することができる。これにより、光学ユニット１の駆動を安定化するとともに、径方向の小型化を実現することができる。
【００５３】
また、本実施の形態１によれば、磁石１２は、軸Ｃに対して対称に複数配置されるので、安定して駆動力を増加させることが可能となる。
【００５４】
また、本実施の形態１によれば、磁石１２は、軸Ｃ方向に沿って隣り合い、磁気分極方向が互いに反対方向である第１磁石１２ａ及び第２磁石１２ｂからなる組を複数有し、複数の第１磁石１２ａは、同一の磁気分極方向を有し、コイル１１は、複数の第１磁石１２ａに対向する第１コイル１１ａと、複数の第２磁石１２ｂに対向し、第１コイル１１ａに接続される第２コイル１１ｂと、を有し、第１コイル１１ａと第２コイル１１ｂは、電流の流れる方向が逆であるため、駆動力を増加させることが可能となる。
【００５５】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２に係る光学ユニットの構成を示す図であって、図３のI−I線を通過する切断面に応じた光学ユニットの断面図である。なお、上述した構成と同じ構成要素には、同一の符号が付してある。上述した実施の形態１では、軸Ｃ方向に沿って並んだ巻回方向の異なる第１コイル１１ａ及び第２コイル１１ｂ、並びに２組の第１磁石１２ａ及び第２磁石１２ｂを有するものとして説明したが、磁石（磁性部）は、一組であってもよいし、三組以上であってもよい。本実施の形態２では、一組の磁石を有するものを例に説明する。図１０に示す光学ユニット１Ａは、固定部２と、固定部２に対して移動可能な可動部３と、固定部２に対して可動部３を移動させる駆動力を発生するボイスコイルモータ１０Ａと、を備える。
【００５６】
ボイスコイルモータ１０Ａは、図１０に示すように、固定部２の固定部本体２０に配置されたコイル１１Ａと、コイル１１Ａに対向するように可動部３に配置された磁石１２Ａと、を有する。
【００５７】
コイル１１Ａは、図１０に示すように、固定部本体２０の支持部２２の外周に、所定の方向に沿って巻かれたコイルからなる。なお、コイル１１Ａは、予め巻かれたものを後から配設してもよいし、支持部２２に直接巻き付けるものであってもよい。コイルの巻回数以外（軸Ｃ方向からみた形状など）は、上述した第１コイル１１ａ及び第２コイル１１ｂと同様の形状をなす。
【００５８】
磁石１２Ａは、図１０に示すように、コイル１１Ａの内側に、コイル１１Ａの平面部と対向する一対の磁石からなる。一対の磁石１２Ａ（磁性部）は、軸Ｃと直交する断面において、対向する位置に配設される。なお、本実施の形態２では、軸Ｃに対して対向する位置に磁石１２Ａを設置したが、１８０°以外の角度をなすように磁石１２Ａを設置してもよい。
【００５９】
図１０に示すように、磁石１２Ａの軸Ｃ方向の幅は、コイル１１Ａの軸Ｃ方向の幅よりも短い。これにより、可動部３の移動範囲内で、磁石１２Ａを常にコイル１１Ａの軸Ｃ方向の幅内にそれぞれ存在させることができる。
【００６０】
光学ユニット１Ａでは、実施の形態１と同様、図１０に示すように、軸Ｃに沿った方向において、可動部３の可動側摺動面３１ａにおける最も物体側の位置から最も像側の位置までの距離Ｌ１が、前枠部４が保持する物体側固定レンズ群Ｇｆの射出面から後枠部５が保持する像側固定レンズ群Ｇｂの入射面までの距離Ｌ２よりも長い（Ｌ１＞Ｌ２）。
【００６１】
（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３に係る光学ユニットの構成を示す図であって、図３のI−I線を通過する切断面に応じた光学ユニットの断面図である。なお、上述した構成と同じ構成要素には、同一の符号が付してある。図１１に示す光学ユニット１Ｂは、固定部２Ａと、固定部２Ａに対して移動可能な可動部３と、固定部２Ａに対して可動部３を移動させる駆動力を発生するボイスコイルモータ１０と、を備える。
【００６２】
固定部２Ａは、固定部本体２０と、前枠部４と、撮像素子６を保持し固定部本体２０の像側に取り付けられた後枠部５Ａと、を有する。撮像素子６は、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）又はＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）を用いて構成され、可動レンズ群Ｇｖを透過した光を受光して、光電変換処理を行なう。
【００６３】
光学ユニット１Ｂでは、図１１に示すように、軸Ｃに沿った方向において、可動部３の可動側摺動面３１ａにおける最も物体側の位置から最も像側の位置までの距離Ｌ３が、前枠部４が保持する物体側固定レンズ群Ｇｆの射出面から後枠部５Ａが保持する撮像素子６の受光面６ａまでの距離Ｌ４よりも長い（Ｌ３＞Ｌ４）。
【００６４】
（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４に係る内視鏡を備えた内視鏡システムの構成を示す図である。同図に示す内視鏡システム１００は、内視鏡９０と、制御装置９４と、表示装置９６とを備える。内視鏡９０は、上述した実施の形態１に係る光学ユニット１、１Ａ又は１Ｂを備える。
【００６５】
内視鏡９０は、人体等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。なお、内視鏡９０が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体でもよく、機械、建造物等の人工物でもよい。換言すれば、内視鏡９０は、医療用内視鏡でもよいし、工業用内視鏡でもよい。
【００６６】
内視鏡９０は、被検体の内部に導入される挿入部９１と、挿入部９１の基端に位置する操作部９２と、操作部９２から延出される複合ケーブルとしてのユニバーサルコード９３と、を備える。
【００６７】
挿入部９１は、先端に配設される先端部９１ａ、先端部９１ａの基端側に配設される湾曲自在な湾曲部９１ｂ、及び湾曲部９１ｂの基端側に配設されて操作部９２の先端側に接続され可撓性を有する可撓管部９１ｃを有する。先端部９１ａには、被写体からの光を集光して該被写体を撮像する撮像部８０が設けられている。撮像部８０は、被写体からの光を集光する光学ユニット１又は１Ａと、光学ユニット１又は１Ａが集光した光を光電変換して出力する撮像素子とを有する。なお、光学ユニット１Ｂを用いる場合は、撮像素子６が光学ユニット１Ｂ内に設けられているものとなる。撮像素子は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳを用いて構成される。なお、内視鏡９０は、挿入部９１に可撓管部９１ｃを有しない硬性内視鏡でもよい。
【００６８】
操作部９２は、湾曲部９１ｂの湾曲状態を操作するアングル操作部９２ａと、上述したボイスコイルモータ１０の作動を指示し、光学ユニット１におけるズーム作動を行うズーム操作部９２ｂと、を有する。アングル操作部９２ａはノブ形状で形成され、ズーム操作部９２ｂはレバー形状で形成されているが、それぞれボリュームスイッチ、プッシュスイッチ等の他の形式であってもよい。
【００６９】
ユニバーサルコード９３は、操作部９２と制御装置９４とを接続する部材である。内視鏡９０は、ユニバーサルコード９３の基端部に設けられるコネクタ９３ａを介して制御装置９４に接続される。
【００７０】
挿入部９１、操作部９２及びユニバーサルコード９３には、ワイヤ、電気線及び光ファイバ等のケーブル９５が挿通される。
【００７１】
制御装置９４は、湾曲部９１ｂの湾曲状態を制御する駆動制御部９４ａと、撮像部８０を制御する画像制御部９４ｂと、図示しない光源装置を制御する光源制御部９４ｃと、を有する。制御装置９４は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等のプロセッサを有し、内視鏡システム１００の全体を統括して制御する。
【００７２】
駆動制御部９４ａは、アクチュエータを有し、ワイヤを介して操作部９２及び湾曲部９１ｂと機械的に接続される。駆動制御部９４ａは、ワイヤを進退させることで湾曲部９１ｂの湾曲状態を制御する。
【００７３】
画像制御部９４ｂは、電気線を介して撮像部８０及び操作部９２と電気的に接続される。画像制御部９４ｂは、撮像部８０が有するボイスコイルモータ１０又は１０Ａの駆動制御及び撮像部８０が撮像した画像の処理を行う。画像制御部９４ｂが処理した画像は、表示装置９６で表示される。
【００７４】
光源制御部９４ｃは、光ファイバを介して光源及び操作部９２と光学的に接続される。光源制御部９４ｃは、先端部９１ａから照射される光源の明るさ等を制御する。
【００７５】
なお、操作部９２を挿入部９１と別体で形成し、遠隔操作によって挿入部９１の操作を行う構成としてもよい。
【００７６】
以上の構成を有する内視鏡システム１００は、上述した光学ユニット１、１Ａ又は１Ｂを有する撮像部８０を備えるため、小型で迅速にズーム変更することができ、動画撮像に好適である。
【００７７】
また、内視鏡システム１００において、光学ユニット１、１Ａ又は１Ｂが、軸Ｃ方向からみた平面視が小判形状をなすようにしたので、径方向、具体的には、２組の磁石１２が対向する方向と直交する方向の小型化し、撮像部８０の細径化を実現することができる。
【００７８】
また、内視鏡システム１００によれば、可動部３に磁石１２を設ける一方、固定部２にコイル１１を設けているため、コイル１１に接続されるケーブルを動かす必要がない。このため、内視鏡９０の先端部の限られたスペースにおいてケーブルが動いて断線を生じてしまうおそれがなく、耐久性にも優れている。
【００７９】
（その他の実施の形態）
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、上述した光学ユニット１に対し、磁気を検出する少なくとも１つの磁気検出器と、磁気検出器の検出結果に基づいてコイル１１に流れる電流を制御する電流制御部をさらに具備させてもよい。磁気検出器は、例えばホール素子や磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いて実現される。磁気検出器は、コイル１１の径方向外周側に設けられる支持部材に固設される。磁気検出器が検出した磁気に基づいてコイル１１に流れる電流を制御することにより、可動部３の駆動速度及び停止位置を一段と的確に制御することが可能となる。
【００８０】
また、可動部に配設する磁石の数は、実施の形態１に記載したものに限定されるわけではない。
【００８１】
また、固定部に設けられる肉抜き部は、磁石を組み付けることができればよく、径方向外周側まで貫通していなくてもよい。
【００８２】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含み得るものであり、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において適宜設計変更等を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１，１Ａ，１Ｂ  光学ユニット
２，２Ａ  固定部
３  可動部
４  前枠部
５  後枠部
６  撮像素子
１０，１０Ａ  ボイスコイルモータ
１１，１１Ａ  コイル
１１ａ  第１コイル
１１ｂ  第２コイル
１２，１２Ａ  磁石
１２ａ  第１磁石
１２ｂ  第２磁石
２０  固定部本体
８０  撮像部
９０  内視鏡
９１  挿入部
１００  内視鏡システム
Ｃ  軸
Ｇｂ  像側固定レンズ群
Ｇｆ  物体側固定レンズ群
Ｇｖ  可動レンズ群
【図１】
2016194128.tif 000003
【図２】
2016194128.tif 000004
【図３】
2016194128.tif 000005
【図４】
2016194128.tif 000006
【図５】
2016194128.tif 000007
【図６】
2016194128.tif 000008
【図７】
2016194128.tif 000009
【図８】
2016194128.tif 000010
【図９】
2016194128.tif 000011
【図１０】
2016194128.tif 000012
【図１１】
2016194128.tif 000013
【図１２】
2016194128.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月9日(2015.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側固定レンズ群を保持する前枠部、像側固定レンズ群又は撮像素子を保持する後枠部、並びに前記前枠部及び前記後枠部を保持する固定部本体を有する固定部と、
前記物体側固定レンズ群と、前記像側固定レンズ群又は前記撮像素子との間で可動レンズ群を保持し、前記固定部本体の径方向内側に該固定部本体に対して摺動可能に配置される可動部と、
前記可動部に配置されて前記物体側固定レンズ群の光軸と交差する方向に磁気分極された磁性部、及び前記固定部本体に配置され、前記磁性部に対して前記固定部本体の径方向外側に位置するコイルを有し、前記可動部を前記光軸の方向に沿って前記固定部本体に対して相対移動させることが可能なボイスコイルモータと、
を備え、
前記固定部本体は、前記磁性部の磁化方向と平行な第１の方向の最大寸法が、前記第１の方向及び前記光軸の方向と直交する第２の方向の最大寸法と比して長い
ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記コイルは、
前記光軸のまわりに巻回されてなり、
前記第１の方向の最大寸法が、前記第２の方向の最大寸法と比して長い
ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記前枠部は、前記第１の方向の最大寸法が、前記第２の方向の最大寸法と比して長い
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記後枠部は、前記第１の方向の最大寸法が、前記第２の方向の最大寸法と比して長い
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記光軸の方向でみた形状において、前記第１の方向の最大寸法が、前記第２の方向の最大寸法と比して長い
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記可動部は、前記第１の方向の最大寸法が、前記第２の方向の最大寸法と比して長い
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記固定部本体は、
筒状をなす筒部と、
前記筒部から前記光軸に沿って延び、前記コイルを支持する支持部と、
を有し、
前記固定部は、前記光軸の方向の一端側で周方向に沿って分割されており、
前記一端側と他端側とで、前記前枠部と前記後枠部とを保持する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記支持部は、少なくとも一部に肉抜き部が形成されたことを特徴とする請求項７に記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記可動部は、一端から前記光軸に沿って切り欠かれてなる切欠き部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１０】
前記可動部の可動側摺動面の端部であって、前記磁性部を配置する側の端部を通過する平面が、前記磁性部と交わる
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１１】
前記光軸に沿った方向において、前記可動部の可動側摺動面における最も物体側の位置から最も像側の位置までの距離が、前記固定部が保持する前記物体側固定レンズ群の射出面から、前記像側固定レンズ群の入射面、又は撮像素子の受光面までの距離よりも長い
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１２】
前記磁性部は、前記第１の方向に対向する位置に配置される二つの磁石からなり、
前記コイルは、前記磁性部の各磁石に対向するコイルである
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１３】
前記光軸に沿って隣り合い、前記磁性部の磁気分極方向と逆の磁気分極方向である第２の磁性部と、
前記第２の磁性部の各磁石に対向し、前記コイルに接続される第２コイルと、
をさらに有し、
前記磁性部の二つの磁石は、前記光軸に対して同一の磁気分極方向を有し、
前記第２の磁性部の二つの磁石は、前記光軸に対して同一の磁気分極方向を有し、
前記コイルと前記第２のコイルとは、電流の流れる方向が互いに逆である
ことを特徴とする請求項１２に記載の光学ユニット。
【請求項１４】
前記第１の方向の最大寸法に対する前記第２の方向の最大寸法の比が、０．４以上０．８以下であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１５】
被検体の内部に挿入されて該被検体の内部を観察する内視鏡であって、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学ユニットと、
前記光学ユニットが集光した光を電気信号に変換する撮像素子と、
を備えることを特徴とする内視鏡。
【国際調査報告】
2016194128.tif 000015
2016194128.tif 000016
2016194128.tif 000017
2016194128.tif 000018