(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形外筒の先端に支持され、前記円筒形外筒の軸心に一致する光軸に沿って進退可能な光学系と、
前記円筒形外筒の内径より小径のロータを備え、前記ロータを前記円筒形外筒の内側で転動させると共に自転させるワブルモータ機構と、
前記ロータの運動を前記光学系の光軸方向に沿う直進運動に変換する連係部材とを備え、
前記連係部材が、前記ロータに対して前記光軸に垂直な第１軸線に沿って相対移動自在に遊嵌する第１連係部材と、前記第１連係部材に対して前記光軸および前記第１軸線に垂直な第２軸線に沿って相対移動自在に遊嵌する第２連係部材と、前記第２連係部材に対して前記光軸方向に相対移動自在に遊嵌する第３連係部材とを備えることを特徴とするレンズ駆動装置。
【請求項２】
前記ワブルモータ機構が、前記円筒形外筒の内周面に周方向に等分割された駆動電極と、前記駆動電極の内側に遊動自在に挿通する導電体のロータとを備え、前記駆動電極の電圧印加位置を周方向に順次移動させることにより前記ロータを回転させる静電ワブルモータであることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【請求項３】
前記ワブルモータ機構がさらに、前記円筒形外筒の内周面に固定されて内側に前記ロータが挿通する環状の共通電極を備え、前記ロータに常時接することを特徴とする請求項２に記載のレンズ駆動装置。
【請求項４】
前記ワブルモータ機構が、前記円筒形外筒の内周面に周方向に均等に配設された複数の駆動磁極と、磁束を発生させるための界磁コイルと、前記駆動磁極の内側に遊動自在に挿通する磁性体のロータとを備え、磁束を発生させるべき駆動磁極を周方向に順次切り換えることにより前記ロータを回転させる電磁ワブルモータであることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【請求項５】
前記連係部材が前記ロータの偏心を打ち消し、前記ロータの自転運動のみを前記光軸方向の運動に変換して前記光学系に伝達することを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【請求項６】
前記第１連係部材には前記第１軸線に沿って伸びる第１長穴が形成され、前記ロータには前記第１長穴にガイドされて前記第１軸線に沿って相対移動する第１ピンが設けられることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【請求項７】
前記第２連係部材には前記第２軸線に沿って延びる第２長穴が形成され、前記第１連係部材には前記第２長穴にガイドされて前記第２軸線に沿って相対移動する第２ピンが設けられることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【請求項８】
前記第２連係部材には前記光軸方向に伸びる第３長穴が形成され、前記第３連係部材には前記第３長穴にガイドされて前記光軸方向に相対移動する第３ピンが設けられることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【請求項９】
前記第３連係部材が、前記光学系を一体的に保持すると共に前記円筒形外筒によりヘリコイド支持されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【請求項１０】
前記第１ないし第３連係部材が、前記円筒形外筒により光軸方向に位置決めされていることを特徴とする請求項９に記載のレンズ駆動装置。
【請求項１１】
内視鏡の先端に設けられ、前記ロータおよび前記連係部材にはイメージガイドファイバへ光を入射させるための円形穴がそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズ焦点調節機構として用いられるレンズ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡や顕微鏡等の観察装置や、電子スチルカメラやビデオカメラ等の撮影装置においては、一体的に組みこまれる対物レンズ機構の小型化が望まれている。具体的には、内視鏡においては体内器官に挿入される可撓管の先端面に対物レンズが組み込まれており、患者の苦痛を和らげるために可撓管の小径化、即ち対物レンズ機構の小径化が課題である。また、電子スチルカメラ等の撮影機器においてはカメラボディの小型化・軽量化、およびデザインの点から構成部品の配置の自由度の向上が常に要求されていることであり、これらの要求に応えるためには対物レンズ機構の小型化は必要である。
【０００３】
内視鏡等では、対物レンズ機構は被写体深度の深い固定焦点レンズを組み付けることにより構成され、これにより小型化および構成の単純化を図っている。しかし固定焦点式の場合、被写体に近づいて被写体像を拡大するとピントが甘くなることが問題であり、小型のレンズ駆動装置による焦点調節機能やズーム機能が求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のレンズの焦点調節機構の場合、対物レンズの外周を保持するレンズ保持枠と、さらにその外側でレンズ保持枠を光軸に沿って進退させる駆動伝達機構、例えばモータの回転をレンズ保持枠に伝達させる複数の歯車とが必要であるため、小型化、特に小径化が難しいという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、対物レンズ焦点調節機構を小径化することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円筒形外筒の先端に支持され、円筒形外筒の軸心に一致する光軸に沿って進退可能な光学系と、円筒形外筒の内径より小径のロータを備え、ロータを円筒形外筒の内側で転動させると共に自転させるワブルモータ機構と、ロータの運動を光学系の光軸方向に沿う直進運動に変換する連係部材とを備えることを最も主要な特徴とする。
【０００７】
ワブルモータ機構は、円筒形外筒の内周面に周方向に等分割された駆動電極と、駆動電極の内側に遊動自在に挿通する導電体のロータとを備え、駆動電極の電圧印加位置を周方向に順次移動させることによりロータを回転させる静電ワブルモータであってもよい。さらに、ワブルモータ機構が、円筒形外筒の内周面に固定されて内側にロータが挿通する環状の共通電極を備え、ロータに常時接するように構成してもよい。
【０００８】
またワブルモータ機構は、円筒形外筒の内周面に周方向に均等に配設された複数の駆動磁極と、磁束を発生させるための界磁コイルと、駆動磁極の内側に遊動自在に挿通する磁性体のロータとを備え、磁束を発生させるべき駆動磁極を周方向に順次切り換えることによりロータを回転させる電磁ワブルモータであってもよい。
【０００９】
レンズ駆動装置の連係部材は、ロータの偏心を打ち消し、ロータの自転運動のみを光軸方向の運動に変換して光学系に伝達することが好ましい。さらに詳しくは、例えば連係部材が、ロータに対して光軸に垂直な第１軸線に沿って相対移動自在に遊嵌する第１連係部材と、第１連係部材に対して光軸および第１軸線に垂直な第２軸線に沿って相対移動自在に遊嵌する第２連係部材と、第２連係部材に対して光軸方向に相対移動自在に遊嵌する第３連係部材とを備える。
【００１０】
第１連係部材には第１軸線に沿って伸びる第１長穴が形成され、ロータには第１長穴にガイドされて第１軸線に沿って相対移動する第１ピンが設けられ、第２連係部材には第２軸線に沿って延びる第２長穴が形成され、第１連係部材には第２長穴にガイドされて第２軸線に沿って相対移動する第２ピンが設けられ、またさらに第２連係部材には光軸方向に伸びる第３長穴が形成され、第３連係部材には第３長穴にガイドされて光軸方向に相対移動する第３ピンが設けられることが好ましい。第３連係部材は、光学系を一体的に保持すると共に円筒形外筒によりヘリコイド支持されてもよい。また、これら連係部材が円筒形外筒により光軸方向に位置決めされていてもよい。
【００１１】
レンズ駆動装置は内視鏡の先端に設けられてもよく、このときロータおよび連係部材にはイメージガイドファイバへ光を入射させるための円形穴がそれぞれ形成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態のレンズ駆動装置を適用した内視鏡を示す図であって、内視鏡の先端部を拡大して示す斜視図である。内視鏡１０の先端面１０ａには、生体器官の内壁面などの被写体に照明光を供給するための２つの照明窓１２と、これら照明窓１２の間に設けられ被写体からの反射光が入射する観察窓１４とが設けられる。さらに内視鏡先端面１０ａには、送気送水口１６と、処置具を挿通させるための鉗子孔１８とが設けられる。
【００１４】
内視鏡１０の内部には図示しない光源から照明光を照明窓１２へ導くためのライトガイドファイバ（図示せず）と、反射光を図示しない接眼部へ導くためのイメージガイドファイバ２０とが延在しており、イメージガイドファイバ先端面２０ａと観察窓１４との間には焦点調節のための可動レンズ２２を備えた対物レンズ系が設けられる。
【００１５】
図２および図３は、本発明によるレンズ駆動装置の第１実施形態を示す図である。図２はレンズ駆動装置を光軸に平行な断面で切断したときの端面図であり、上半分は可動レンズ２２の退避状態を示し、下半分は可動レンズ２２の進出状態を示す。図３はレンズ駆動装置の外筒以外の構成を示す分解斜視図である。
【００１６】
可動レンズ２２は円筒状のレンズ保持枠３０に嵌着され、このレンズ保持枠３０は円筒形の外筒２４の先端開口部にヘリコイド支持され、外筒２４の軸心に一致する光軸Ｌ１に沿って進退可能である。即ち、レンズ駆動装置はレンズ保持枠３０の外周面に形成された雄ねじ部３２と、外筒先端部２５の内周面に形成された雌ねじ部２６とから成るヘリコイドねじ機構３４を備え、レンズ保持枠３０が光軸Ｌ１周りに相対回転すると、この回転運動がヘリコイドねじ機構３４によって光軸Ｌ１に沿う直進運動に変換され、レンズ保持枠３０即ち可動レンズ２２が光軸Ｌ１に沿って進退してイメージガイドファイバ先端面２０ａとの距離を変化させる。
【００１７】
イメージガイドファイバ２０と外筒２４との間には、可撓性合成樹脂素材から形成されるイメージファイバ支持筒２８が設けられる。イメージファイバ支持筒２８はイメージガイドファイバ２０を物理的に保護するものであり、その先端面２８ａは光軸Ｌ１に垂直な環状面であり、イメージガイドファイバ先端面２０ａから後方（図２の右方）に位置している。レンズ保持枠３０を支持する外筒先端部２５は、外筒２４の本体部分より小さい径で形成され、イメージファイバ支持筒２８の先端面２８ａと外筒先端部２５との間には、ワブルモータ機構４０、このワブルモータ機構４０の回転駆動力をレンズ保持枠３０に伝達する第１連係部材５０および第２連係部材６０が設けられる。ワブルモータ機構４０の回転駆動力は、第１連係部材５０、第２連係部材６０、第３連係部材であるレンズ保持枠３０に順に伝達され、これにより可動レンズ２２が回転しつつ進退し、対物レンズ系の焦点位置が調節される。
【００１８】
ワブルモータ機構４０は、外筒２４の内周面に固定された駆動電極４４および共通電極４６からなる円筒状のステータと、導電体であるロータ４２とを備える静電ワブルモータであり、駆動電極４４の電圧印加位置を換えることによりロータ４２を引き付ける静電吸引力を周方向に変化させてロータ４２を転動させる。駆動電極４４は周方向に６個の電極要素４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅおよび４４ｆに等分割されており、隣り合う電極要素間には所定の隙間が設けられて相互に電気的に絶縁されている。共通電極４６は外筒２４の内周面に設置された円環部材であり、駆動電極４４から光軸Ｌ１方向にある程度離れている。駆動電極４４の内径および共通電極４６の内径は共に等しく、円筒状のロータ４２の外径はこれら内径より小さい値に設定される。ロータ４２の軸長さは駆動電極４４および共通電極４６の軸長さの合計より長く、ロータ４２は駆動電極４４および共通電極４６の双方の内側に遊動自在に挿通する。
【００１９】
ロータ４２と駆動電極４４とが電気的に導通しないように、ロータ４２の駆動電極４４に対向する部位は絶縁皮膜４１によって被覆される。絶縁皮膜４１は駆動電極４４の内周面に設けても差し支えない。ロータ４２の共通電極４６に対向する部位には絶縁皮膜は設けられず、ロータ４２と共通電極４６とは常時接し、導通している。なお、駆動電極４４と共通電極４６との間、あるいは各電極要素４４ａ〜ｆ間には絶縁性スペーサを設けて電気的に絶縁してもよい。
【００２０】
電極要素４４ａ〜４４ｆのいずれか１つと共通電極４６とに電圧を印加すると、ロータ４２と電圧が印加されている電極要素との間には静電力が発生し、ロータ４２は電圧が印加されている電極要素に吸引される。従って、電圧を印加すべき電極要素を周方向、例えば矢印Ｘ方向（４４ａ→４４ｂ→４４ｃ→４４ｄ→４４ｅ→４４ｆ）に順次切り換えると、ロータ４２は光軸Ｌ１から偏心しつつＸ方向に転動し、同時にロータ軸心Ｌ２を中心に転動方向とは逆方向であるＹ方向に自転する。
【００２１】
ロータ４２のレンズ側端面４３には、可動レンズ２２側へ突出した一対の第１ピン４５ａおよび４５ｂが植設される。この一対の第１ピン４５ａおよび４５ｂはロータ軸心Ｌ２に垂直な第１軸線Ｌ３上にあって、かつロータ軸心Ｌ２に関して互いに点対称の位置にある。第１ピン４５ａおよび４５ｂは、第１連係部材５０に形成された一対の第１長穴５２ａおよび５２ｂにそれぞれ遊嵌する。
【００２２】
第１連係部材５０は、中央に円形穴５６が穿設された円板部材であり、その外径はロータ４２の外径より大きく、外筒２４の内径より小さい。第１連係部材５０はロータ４２のレンズ側端面４３に密着し、このとき第１長穴５２ａおよび５２ｂに第１ピン４５ａおよび４５ｂが係合する。第１長穴５２ａおよび５２ｂは第１連係部材５０の中心に関して互いに点対称の位置にあり、径方向に沿って延び、その穴幅は第１ピン４５ａおよび４５ｂの直径に略等しい。
【００２３】
従って、ロータ４２が転動しつつ自転すると、第１ピン４５ａおよび４５ｂが第１長穴５２ａおよび５２ｂにガイドされて、第１連係部材５０は周方向に関してはロータ４２とともに一体回転するが、第１ピン４５ａおよび４５ｂの長手方向に一致する第１軸線Ｌ３に関してはレンズ側端面４３に摺接しつつ相対移動する。このように、ロータ４２の第１軸線Ｌ３方向に関する偏心は、第１ピン４５ａおよび４５ｂ、第１長穴５２ａおよび５２ｂによって打ち消される。
【００２４】
第１連係部材５０のレンズ側端面５３には、可動レンズ２２側へ突出した一対の第２ピン５４ａおよび５４ｂが植設され、この一対の第２ピン５４ａおよび５４ｂは第１連係部材５０の中心に関して互いに点対称の位置にある。第２ピン５４ａおよび５４ｂを結ぶ直線は、第１軸線Ｌ３および光軸Ｌ１に垂直な第２軸線Ｌ４に沿って延びる、即ち第２ピン５４ａおよび５４ｂは第１長穴５２ａおよび５２ｂからそれぞれ周方向に９０度離れた位置にある。第２ピン５４ａおよび５４ｂは、第２連係部材６０に形成された一対の第２長穴６２ａおよび６２ｂにそれぞれ遊嵌する。
【００２５】
第２連係部材６０は、底面中央に円形穴６６が穿設された有底筒状部材であり、その外径は外筒２４の内径に略等しく、外筒２４によって回転自在に支持される。第２連係部材６０の環状底面部６３は第１連係部材５０のレンズ側端面５３に密着し、このとき底面部６３に穿設された第２長穴６２ａおよび６２ｂに第２ピン５４ａおよび５４ｂが係合する。第２長穴６２ａおよび６２ｂは第２連係部材６０の軸心に関して互いに点対称の位置にあり、径方向に沿って延び、その穴幅は第２ピン５４ａおよび５４ｂの直径に略等しい。
【００２６】
ロータ４２とともに第１連係部材５０が回転すると、第２ピン５４ａおよび５４ｂが第２長穴６２ａおよび６２ｂにガイドされて、第２連係部材６０は周方向に関して第１連係部材５０とともに一体回転する。第２連係部材６０の円筒部６１は外筒２４の内周面に全周にわたって接しており、第２連係部材６０の第２軸線Ｌ４に沿う相対移動は許容されていない。しかし、第１連係部材５０が光軸Ｌ１に対して第２軸線Ｌ４方向へ偏心すると、第２ピン５４ａが第２長穴６２ａ内で、また第２ピン５４ｂが第２長穴６２ｂ内で第２軸線Ｌ４に沿って相対移動してこの偏心が打ち消さる。
【００２７】
このように、ロータ４２は光軸Ｌ１に対して偏心しつつ自転するが、第１ピン４５ａ、４５ｂと第１長穴５２ａ、５２ｂ、第２ピン５４ａ、５４ｂと第２長穴６２ａ、６２ｂによって、互いに直交する第１軸線Ｌ３方向および第２軸線Ｌ４方向についてそれぞれ自転中心の偏心が打ち消される、即ち光軸Ｌ１に垂直な２次元平面に関する偏心が打ち消されるので、レンズ保持枠３０には光軸Ｌ１周りの回転のみが伝達される。
【００２８】
ロータ４２、第１連係部材５０および第２連係部材６０は、イメージファイバ支持筒２８の先端面２８ａと外筒先端部２５とによって挟持されており、光軸Ｌ１方向に位置決めされているが、ロータ４２、第１連係部材５０および第２連係部材６０がそれぞれ円滑に相対回転できる程度のクリアランス（図示せず）が設けられる。
【００２９】
第２連係部材６０の円筒部６１には、光軸Ｌ１に平行に延びる第３長穴６４ａおよび６４ｂが穿設される。一対の第３長穴６４ａおよび６４ｂは互いに光軸Ｌ１に関して点対称の位置にある。一方、第３連係部材であるレンズ保持枠３０には、その外周面から径方向外側に突出する第３ピン３４ａおよび３４ｂが植設される。第３ピン３４ａおよび３４ｂはそれぞれ第３長穴６４ａおよび６４ｂに遊嵌する。円筒部６１の内径はレンズ保持枠３０の外径より僅かに大きく、円筒部６１およびレンズ保持枠３０は第３長穴６４ａと第３ピン３４ａ、第３長穴６４ｂと第３ピン３４ｂとにおいてのみ係合する。第３長穴６４ａおよび６４ｂの幅は第３ピン３４ａおよび３４ｂの直径に略等しく、周方向に関しては第２連係部材６０およびレンズ保持枠３０は一体的に回転する。
【００３０】
第２連係部材６０が回転すると、レンズ保持枠３０は光軸Ｌ１周りに回転させられ、このときヘリコイドねじ機構３４（雄ねじ部３２および雌ねじ部２６）によって、光軸Ｌ１方向への直進運動に変換される。このとき、第３ピン３４ａおよび３４ｂはそれぞれ第３長穴６４ａおよび６４ｂにガイドされつつ光軸Ｌ方向に相対移動し、レンズ保持枠３０は光軸Ｌ方向に相対移動する。
【００３１】
図４はワブルモータ機構４０の駆動系を示す図である。ワブルモータ機構４０の駆動系は、直流電源１０２、切換回路１０４および発振器（図示せず）を備えたシステムコントローラ１０６から成り、これらは内視鏡１０に接続されるプロセッサ１００に設けられる。駆動電極４４の各電極要素４４ａ〜ｆは駆動電極用ケーブル１１０を介して切換回路１０４にそれぞれ接続される。
【００３２】
切換回路１０４が、システムコントローラ１０６の指令信号に基づいて直流電源１０２によって与えられる駆動電圧を各電極要素４４ａ〜ｆに順次印加すると、ロータ４２が転動する。システムコントローラ１０６から与えられる指令信号には、ロータ４２の転動方向（電極要素に駆動電圧を印加する順番）および転動量（駆動電圧の切換回数）に関する情報が含まれる。
【００３３】
共通電極４６は直流電源１０２の接地端子に共通電極用ケーブル１０８を介して直接接続されている。これにより、ロータ４２は常に駆動電極４４のどれかに圧接されるので、滑り落ち等が防止され、トルクを確実に可動レンズ２２側へ伝達できる。
【００３４】
図５はワブルモータ機構４０の各駆動電極４４ａ〜ｆに印加する電圧および可動レンズ位置の変化の一例を示すタイミングチャート、図６は、図５に示す順番で電極要素に電圧を印加したときのロータ４２の位置変化を示す図であって図２のＶＩ−ＶＩ線断面における端面図である。図５の（Ａ）〜（Ｇ）は、図６（Ａ）〜図６（Ｇ）にそれぞれ対応する。なお、図６において電圧が印加されている電極要素はハッチングで示される。
【００３５】
ロータ４２の各電極要素４４ａ〜ｆにはパルス状の電圧が印加される。ロータ４２をＹ方向に自転させる場合には、電極要素４４ａ→４４ｂ→４４ｃ→４４ｄ→４４ｅ→４４ｆ→４４ａの順（図６（Ａ）→図６（Ｇ）の順）に、一定時間ずつ電圧を印加し、ロータ４２をＸ方向に転動させる。ロータ４２は電圧が切り換えられる毎にＹ方向に角度θ（ｒａｄ）ずつ自転し、可動レンズ２２が繰り出されて、より近距離の被写体にピントが合うようになる。角度θの自転を１ステップと定義すると、ロータ４２は６ステップで１回公転し、角度６・θだけ自転する。角度θは、ロータ４２の外径をｒ、駆動電極４４および共通電極４６の内径をＲとすると、｛６・θ＝２π・（Ｒ−ｒ）／ｒ｝となる。
【００３６】
一方、ロータ４２をＸ方向に自転させる場合には、図５の逆順、即ち４４ａ→４４ｆ→４４ｅ→４４ｄ→４４ｃ→４４ｂ→４４ａの順（図６（Ｇ）→図６（Ａ）の順）に電圧を印加し、ロータ４２をＹ方向に転動させればよい。
【００３７】
ロータ４２と駆動電極４４および共通電極４６とは転がり接触するので、その間に発生する転がり摩擦力は極めて小さく、ロータ４２と駆動電極４４および共通電極４６間の静止摩擦係数を大きくしておけば大きなトルクを出力できる。言い換えると、静止摩擦係数と静電力による接触力とを大きくして静止摩擦力を大きく設定しないとスリップを起こし、大きなトルクが出せない。
【００３８】
ロータ４２のレンズ側端面４３には、イメージガイドファイバ２０の直径よりも大きい直径の円形穴、具体的にはイメージガイドファイバ２０の直径に最大偏心量を加算した値より大きい直径の円形穴４７が形成される。これにより、ロータ４２がいずれの位置にあってもレンズ側端面４３がイメージガイドファイバ端面２０ａに至る光路を遮ることはない。
【００３９】
図７は、図５に示す順番で電極要素に電圧を印加したときの第１連係部材５０の位置変化を示す図であって図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面における端面図である。図７（Ａ）〜図７（Ｇ）は、図５の（Ａ）〜（Ｇ）にそれぞれ対応する。
【００４０】
ロータ４２が角度θずつ時計回り回転すると、第１ピン４５ａおよび４５ｂが第１長穴５２ａおよび５２ｂの側面を押し、第１連係部材５０は角度θずつ時計回り回転する。第１軸線Ｌ３およびこれと直角を成す第２軸線Ｌ４も角度θずつ時計回り回転し、第２軸線Ｌ４上に位置する第２ピン５４ａおよび５４ｂも第１連係部材５０の中心周りに角度θずつ時計回り回転する。このとき、第１ピン４５ａおよび４５ｂは第１長穴５２ａおよび５２ｂにガイドされて第１軸線Ｌ３に沿って移動し、これにより第１連係部材５０の回転中心の光軸Ｌ１に対する第１軸線Ｌ３に関するずれが打ち消される。
【００４１】
第１連係部材５０の円形穴５６は可動レンズ２２からイメージガイドファイバ２０に至る光路より大きく、第１連係部材５０がいずれの位置にあってもイメージガイドファイバ端面２０ａへ入射する光を遮ることはない。
【００４２】
図８は、図５に示す順番で電極要素に電圧を印加したとき第２連係部材６０の位置変化を示す図であって図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面における端面図である。図８（Ａ）〜図８（Ｇ）は、図５の（Ａ）〜（Ｇ）にそれぞれ対応する。第１連係部材５０の位置は破線で示される。
【００４３】
第１連係部材５０が角度θずつ時計回り回転すると、第２ピン５４ａおよび５４ｂが第２長穴６２ａおよび６２ｂの側面を押し、第２連係部材６０は角度θずつ時計回り回転する。このとき、第２ピン５４ａおよび５４ｂは第２長穴６２ａおよび６２ｂにガイドされて第２軸線Ｌ４に沿って移動し、これにより第２連係部材６０の回転中心の光軸Ｌ１に対する第２軸線Ｌ４に関するずれが打ち消される。従って、第３ピン６４ａ、６４ｂおよびこれに係合するレンズ保持枠３０は光軸Ｌ１を中心に角度θずつ時計回り回転する。
【００４４】
第２連係部材６０の円形穴６６は可動レンズ２２からイメージガイドファイバ２０に至る光路より大きく、第２連係部材６０がいずれの位置にあってもイメージガイドファイバ端面２０ａへ入射する光を遮ることはない。
【００４５】
このように、第１実施形態においては、ステータ（４４、４６）の内径より小径のロータ４２を転動させることによってロータ４２を自転させ、この自転を駆動力として活用している。ロータ４２から出力される回転駆動力の回転中心は光軸Ｌ１に対して偏心しているが、第１および第２連係部材５０、６０によってこの偏心が光軸Ｌ１に垂直な２次元方向に関して打ち消され、回転中心が光軸Ｌ１に一致させられるので、レンズ保持枠３０に光軸Ｌ１を中心とする回転駆動力を与えることができる。従って、レンズ保持枠３０は光軸Ｌ１を中心に１ステップ当たり角度θだけ回転することができる。
【００４６】
第１実施形態によると、可動レンズ２２を光軸Ｌ１方向に進退させる駆動機構にワブルモータ機構４０を採用することにより高トルク出力が可能となり、内視鏡などに好適な小型のレンズ駆動装置が得られる。また、ロータ４２およびステータである駆動電極４４および共通電極４６を環状に形成しているので、イメージガイドファイバ２０をロータ４２内に挿通させて外筒２４内の空間を有効に利用でき、小径化、即ち外径寸法を抑えることが可能となる。さらに、第１連係部材５０を円環板状部材、第２連携部材６０を有底筒状部材に形成しているので、イメージガイドファイバ先端面２０ａと可動レンズ２２との距離が縮まるので、光量のロスを少なくできる。
【００４７】
なお、第１実施形態では電極要素は６個であるが、特に数に限定はなく６個より多くてもよい。電極要素数を多くすれば、ロータ４２の１ステップ当たりの回転角度θが小さく成り、可動レンズ２２を滑らかに進退させることができ、また高精度に位置決めできる。
【００４８】
次に、図９および図１０を参照して本発明によるレンズ駆動装置の第２実施形態を説明する。図９はレンズ駆動装置を光軸に平行な断面で切断したときの端面図であり、上半分は可動レンズの退避状態を示し、下半分は可動レンズの進出状態を示している。図１０はレンズ駆動装置の構成を示す分解斜視図であり、可動レンズ、レンズ保持枠、第１および第２連係部材は図示されない。
【００４９】
第２実施形態のレンズ駆動装置は、ワブルモータ機構が電磁ワブルモータである点以外は第１実施形態と同じ構成を備えており、同じ構成については符号に２００を加算して示し、説明を省略する。
【００５０】
ワブルモータ機構２４０は、外筒２４の内周面に固定された駆動磁極２４４を有する円筒状のステータと、磁性体であるロータ２４２とを備える電磁ワブルモータであり、駆動磁極２４４の励磁位置を換えることによりロータ２４２を引き付ける磁気吸着力を周方向に変化させてロータ２４２を転動させる。駆動磁極２４４は周方向に均等に配された１２個の磁極要素２７０Ｎ１、２７０Ｓ１、２８０Ｎ１、２８０Ｓ１、２９０Ｎ１、２９０Ｓ１、２７０Ｎ２、２７０Ｓ２、２８０Ｎ２、２８０Ｓ２、２９０Ｎ２および２９０Ｓ２から成り、隣り合う磁極要素間には所定の隙間が設けられる。円筒状のロータ２４２の外径は駆動磁極２４４の内径より小さく、ロータ２４２は駆動磁極２４４の内側に遊動自在に収容される。
【００５１】
ロータ２４２の奥には、３つの同寸法形状のボビン部２７２、２８２および２９２が光軸Ｌ１に沿ってロータ２４２側から順に直列に配され、各ボビン部２７２、２８２および２９２の外周にはそれぞれ界磁コイル２７６、２８６および２９６が巻回される。第１、第２および第３ボビン部２７２、２８２および２９２は磁性体から形成され、ロータ２４２と第１ボビン部２７２との間、第１ボビン部２７２と第２ボビン部２８２との間、第２ボビン部２８２と第３ボビン部２９２との間にはそれぞれ絶縁体の円環スペーサ２７４が設けられ、相互間が磁気的に絶縁されている。３つの円環スペーサ２７４はそれぞれボビン部２７２、２８２および２９２の内径と等しい円形穴を有し、その外径はボビン部２７２、２８２および２９２の外径より大きい。
【００５２】
４つの磁極要素２７０Ｎ１、２７０Ｓ１、２７０Ｎ２および２７０Ｓ２は、第１ボビン部２７６からそれぞれ光軸Ｌ１に平行に延びた扇形断面の短冊状磁性部材である。磁極要素２７０Ｎ１および２７０Ｎ２は、第１ボビン部２７６のロータ側フランジ（図１０中左方側）の外周縁からロータ２４２に向かって延び、互いに光軸Ｌに関して点対称の位置にある。磁極要素２７０Ｎ１および２７０Ｎ２は共に等しい軸長さ即ち光軸Ｌ１方向に関する長さを有し、この軸長さはロータ２４２の外周を覆うのに十分な長さである。磁極要素２７０Ｓ１および２７０Ｓ２は、第１ボビン部２７６の内視鏡基端側フランジ（図１０中右方側）の外周縁からロータ２４２に向かって延び、それらの軸長さは共に等しくかつ磁極要素２７０Ｎ１および２７０Ｎ２の軸長さよりボビン部２７２の軸長さ分だけ長い。即ち、４つの磁極要素２７０Ｎ１、２７０Ｓ１、２７０Ｎ２および２７０Ｓ２の先端面は光軸Ｌ１に垂直な同一平面上に位置する。
【００５３】
第１界磁コイル２７６には一定方向の電流が流れ、このとき４つの磁極要素２７０Ｎ１、２７０Ｓ１、２７０Ｎ２および２７０Ｓ２は励磁されて、磁極要素２７０Ｎ１および２７０Ｎ２がＮ極に、磁極要素２７０Ｓ１および２７０Ｓ２がＳ極となる。極性の異なる磁極要素２７０Ｎ１（Ｎ極）と磁極要素２７０Ｓ１（Ｓ極）、あるいは磁極要素２７０Ｎ２（Ｎ極）と磁極要素２７０Ｓ２（Ｓ極）とが隣り合っているのでＮ極−Ｓ極間に磁束が発生し、磁性体であるロータ４２が、磁極要素２７０Ｎ１および２７０Ｓ１、または磁極要素２７０Ｎ２および２７０Ｓ２に引き付けられる。
【００５４】
このように、第１界磁コイル２７４と、第１ボビン部２７６と、４つの磁極要素２７０Ｎ１、２７０Ｓ１、２７０Ｎ２および２７０Ｓ２とによって第１ステータ２７０が構成される。第２ステータ２８０および第３ステータ２９０についても同様の構成であるため詳述はしないが、全磁極要素の先端面が光軸Ｌ１に垂直な同一平面に一致するように各磁極要素の軸長さはそれぞれ異なっており、ロータ２４２から最も遠い第３ステータ２９０の内視鏡基端側フランジから延びる２９０Ｓ１および２９０Ｓ２の軸長さが最も長い。光軸Ｌ１周りにおいては、Ｎ極となるべき磁極要素とＳ極となるべき磁極要素とが交互に並ぶように配される、例えばＸ方向に沿って第１ステータ２７０の磁極要素２７０Ｓ１の隣には第２ステータ２８０の磁極要素２８０Ｎ１、２８０Ｓ１が順に配され、さらにその隣に第３ステータ２９０の磁極要素２９０Ｎ１、２９０Ｓ１が順に配される。
【００５５】
図１１はワブルモータ機構２４０の駆動系を示す図である。なお、図１１では円環スペーサ２７４は省略される。ワブルモータ機構２４０の駆動系は、プロセッサ３００に設けられた直流電源３０２、切換回路３０４および発振器（図示せず）を備えたシステムコントローラ３０６から成る。第１〜第３界磁コイル２７６、２８６、２９６は、切換回路３０４を介してそれぞれ直流電源３０２に接続される。
【００５６】
切換回路３０４が、システムコントローラ３０６の指令信号に基づいて各界磁コイル２７６、２８６、２９６を順に通電するとロータ２４２が転動する。システムコントローラ３０６から与えられる指令信号には、ロータ２４２の転動方向（駆動電流を流すべき界磁コイルの順番）および転動量（駆動電流の切換回数）に関する情報が含まれる。
【００５７】
図１２はワブルモータ機構２４０の各界磁コイル２７６、２８６、２９６に流れる駆動電流および可動レンズ位置の変化の一例を示すタイミングチャート、図１３はレンズ駆動装置の図９のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面における端面図である。
【００５８】
界磁コイルのいずれか１つ、例えば第１界磁コイル２７６を通電すると、この第１界磁コイル２７６を収容する第１ボビン部２７２から延び隣り合う一対の磁極要素２７０Ｎ１および２７０Ｓ１間、および磁極要素２７０Ｎ２および２７０Ｓ２間に磁束が発生する。ロータ２４２は通電時点での位置から距離の近いほうの磁極要素、例えば図１３に示すように破線位置にあった場合には磁極要素２７０Ｎ２および２７０Ｓ２に引き付けられる。
【００５９】
続いて、第１界磁コイル２７６への通電を停止し、第２界磁コイル２８６を通電すると、今度は第２ステータ２８０の磁極要素２８０Ｎ１、２８０Ｓ１、２８０Ｎ２および２８０Ｓ２が励磁され、磁極要素２８０Ｎ１および２８０Ｓ１間、および２８０Ｎ２および２８０Ｓ２間に磁束が発生する。すると、ロータ２４２は現在位置から近い磁極要素２８０Ｎ２および２８０Ｓ２に引き寄せられる。
【００６０】
このように、通電すべき界磁コイルを２７６、２８６、２９６の順に切り換えると、ロータ２４２はＸ方向に転動し、同時に光軸Ｌ１から偏心したロータ軸心Ｌ２を中心に転動方向とは逆方向であるＹ方向に自転する。一方、界磁コイル２９６、２８６、２７６の順に通電すると、ロータ２４２はＹ方向に転動し、Ｘ方向に自転する。
【００６１】
ロータ２４２の自転運動は、第１連係部材２５０、第２連係部材２６０およびレンズ保持枠２３０によって光軸Ｌ１方向の直線運動に変換され、これにより可動レンズ２２２が光軸Ｌ１に沿って進退する。
【００６２】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様、ワブルモータ機構を採用することにより高トルク出力が可能となり、内視鏡などに好適な小型のレンズ駆動装置が得られる。また、ロータ２４２およびステータ２７０、２８０、２９０を円筒状に形成しており、光量ロスを防止できる。
【００６３】
なお、ワブルモータ機構として、第１実施形態と異なる構成の静電ワブルモータを用いてもよいし、第２実施形態と異なる構成の電磁ワブルモータを用いてもよい。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態のレンズ駆動装置は、可動レンズを駆動するロータおよびロータを転動させるステータを円筒状に形成したワブルモータ機構と、ロータの自転運動を光軸方向の直進運動に変換する第１、第２連係部材およびレンズ保持枠を設けることにより、レンズ駆動装置全体を小径化できる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明のレンズ駆動装置は、対物レンズの焦点調節機構を小径化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のレンズ駆動装置を適用した内視鏡を示す図であって、内視鏡の先端部を拡大して示す斜視図である。
【図２】第１実施形態のレンズ駆動装置を光軸に平行な断面で切断したときの端面図であり、上半分は可動レンズの退避状態を示し、下半分は可動レンズの進出状態を示す。
【図３】図２のレンズ駆動装置の内部構成を示す分解斜視図である。
【図４】図２の静電ワブルモータの概略構成を示す図である。
【図５】図２の静電ワブルモータの各駆動電極および共通電極に印加する電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図６】図２のロータの運動を段階的に示す図であって、図２のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図２の第１連係部材の運動を段階的に示す図であって、図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図２の第２連係部材の運動を段階的に示す図であって、図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】第２実施形態のレンズ駆動装置を光軸に平行な断面で切断したときの端面図であり、上半分は可動レンズの退避状態を示し、下半分は可動レンズの進出状態を示す。
【図１０】図９のレンズ駆動装置の構成を示す分解斜視図である。
【図１１】図９の電磁ワブルモータの概略構成を示す図である。
【図１２】図９の電磁ワブルモータの各駆動電極に流す電流の変化を示すタイミングチャートである。
【図１３】図９のロータの運動を段階的に示す図であって、図９のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
２２、２２２  可動レンズ（光学系）
２４、２２４  外筒
４０、２４０  ワブルモータ機構
４２、２４２  ロータ
３０  レンズ保持枠（第３連係部材）
５０  第１連係部材
６０  第２連係部材
Ｌ１  光軸
Ｌ３  第１軸線
Ｌ４  第２軸線
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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