JP6205327B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡装置に関する。

光学系の一部のレンズを光軸に沿って移動させて焦点距離を変化させることにより、近接拡大観察が可能に構成された内視鏡装置が知られている。

この種の内視鏡装置において、レンズの移動にはカムを有する軸部材が広く使用されており、カム溝が軸部材の外周面に形成されているもの、カム溝に替わるカム面が軸部材の端部に形成されているもの（例えば、特許文献１参照）、等が知られている。

特開２０００−２２１４１５号公報

軸部材の外周面に形成されるカム溝には典型的には端点が設けられており、カム従動子がカム溝の端部に当て止めされ、それにより可動レンズが位置決めされる。この場合に、軸部材の正転及び逆転の繰り返しによって可動レンズが往復移動されるが、カム従動子の軌道が一つに限られるため、可動レンズの移動速度をコントロールするには、軸部材の回転速度を変化させる必要がある。

一方、特許文献１に記載された内視鏡装置では、カム面が、軸部材の回転軸まわりに周回状に形成されており、回転軸上における位置が周方向に一定で且つ互いに異なる位置に配置されている複数の平坦面と、周方向に隣り合う二つの平坦面を接続する複数の斜面とを含み、カム従動子がいずれか一つの平坦面に載ることによって可動レンズが位置決めされる。この場合に、軸部材の正転及び逆転の繰り返しに加えて軸部材の一方向の回転によっても可動レンズが往復移動される。即ち、カム従動子の軌道が複数存在する。しかし、複数の斜面の勾配が一様であるので、可動レンズの移動速度をコントロールするには、やはり軸部材の回転速度を変化させる必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光学系の一部のレンズを光軸に沿って移動させる内視鏡装置において、シンプルな構成で可動レンズの移動速度をコントロールすることができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の内視鏡装置は、撮像素子と、光軸に沿って移動可能な少なくとも一つの可動レンズを含む撮像光学系と、上記光軸と平行な回転軸を中心に回転可能であり、上記回転軸まわりに周回するカム部を有する軸部材と、上記軸部材を回転駆動する駆動部と、上記カム部を摺動する従動子を有し、上記軸部材に沿って移動可能な可動レンズ保持部材と、上記従動子を上記回転軸に沿って上記カム部に付勢する付勢部材と、を備え、上記カム部は、上記回転軸上における位置が周方向に連続的に変化する第１カム部及び第２カム部を含み、上記第１カム部及び上記第２カム部は、上記カム部におけるこの第１カム部と第２カム部の間の地点を起点とした場合のこの第１カム部及び第２カム部の各々の延在方向に、上記回転軸上における位置の変化傾向が同じで且つ勾配が互いに異なり、上記駆動部は、上記軸部材を一方向に回転駆動し、上記第１カム部及び上記第２カム部のうち、第１カム部及び第２カム部を摺動する上記従動子の上記回転軸上における位置の変化が上記付勢部材の付勢方向とは反対方向となるカム部の勾配が相対的に急峻である。

本発明によれば、光学系の一部のレンズを光軸に沿って移動させる内視鏡装置において、シンプルな構成で可動レンズの移動速度をコントロールすることができる内視鏡装置を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための、内視鏡装置の一例の構成を示す図である。 図１の内視鏡装置の挿入部の先端部に設けられた撮像装置の構成を示す図である。 図２の撮像装置の要部を分解して示す図である。 図２の撮像装置の要部の構成を示す図である。 図２の撮像装置の動作の一例を示す図である。 図２の撮像装置の動作の一例を示す図である。 図２の撮像装置の動作の他の例を示す図である。 図２の撮像装置の動作の他の例を示す図である。 本発明の実施形態を説明するための、内視鏡装置の他の例の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、内視鏡装置の一例の構成を示す。

内視鏡装置１は、被検体内に挿入される挿入部２と、挿入部２に連なる操作部３と、操作部３から延びるユニバーサルコード４とを備える。

挿入部２の先端部には、被検体を照明する照明光を出射する照明光学系や、照明された被検体を撮像する撮像装置５が設けられている。

ユニバーサルコード４の末端にはコネクタが設けられ、内視鏡装置１は、ユニバーサルコード４の末端のコネクタを介して、照明光を生成する光源装置や、撮像装置５によって取得された画像信号を処理するプロセッサ装置と接続される。

図２及び図３は、撮像装置５の構成を示す。

撮像装置５は、対物レンズ２０及び可動レンズ２１を含む撮像光学系と、この撮像光学系を通して被写体を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementaly Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの撮像素子２３とを備える。

対物レンズ２０は、撮像光学系の光軸Ｊ１上における位置が固定されたレンズである。対物レンズ２０は、少なくとも１つのレンズによって構成される。対物レンズ２０は、筐体１０に固定された対物レンズ保持部材１９によって保持されている。

可動レンズ２１は、合焦範囲を切り替えるレンズであって、少なくとも１つのレンズによって構成される。可動レンズ２１は、光軸方向に移動可能とされた可動レンズ保持部材１４によって保持されている。

可動レンズ２１の後方にはプリズム２２が設けられている。プリズム２２は、対物レンズ２０を通り、更に可動レンズ２１を通過してプリズム２２に入射した光を略９０度屈曲させて撮像素子２３に入射させる。

なお、プリズム２２を省略して、可動レンズ２１の後方の光軸Ｊ１上に撮像素子２３を配置する構成としてもよい。

撮像装置５は、撮像光学系に並設され、撮像光学系の光軸Ｊ１に平行な回転軸Ｊ２を中心として回転可能とされた軸部材１１を備える。

軸部材１１の被写体側の端部（先端部）１１Ａは、筐体１０に固定された先端側支持部１７に回転可能に支持されている。軸部材１１の被写体側とは反対側の端部（後端部）１１Ｂは、筐体１０及び筐体１０に固定された後端側支持部１８によって回転可能に支持されている。

軸部材１１の先端部１１Ａには、可動レンズ２１を保持する可動レンズ保持部材１４が回転軸Ｊ２に沿って移動可能に嵌合されている。

軸部材１１の後端部１１Ｂには回転シャフト１２が固定されている。回転シャフト１２は、アクチュエータを含む駆動部１３に連結されており、軸部材１１は駆動部１３の回転駆動力を受けて回転軸Ｊ２を中心に回転される。なお、駆動部１３が操作部３（図１参照）に設けられていてもよく、その場合に回転シャフト１２はワイヤを介して駆動部１３に連結される。

回転軸Ｊ２を中心に回転される軸部材１１には、回転軸Ｊ２と平行な光軸Ｊ１に沿って可動レンズ２１を移動させるためのカム部３０が設けられている。そして、可動レンズ保持部材１４には回転軸Ｊ２に沿って可動レンズ保持部材１４を貫通する嵌合孔１４ａが設けられており、カム部３０に当接するピン（従動子）１５が嵌合孔１４ａに挿通されている。

ピン１５は、カム部３０に当接する当接部１５ａと、可動レンズ保持部材１４の嵌合孔１４ａに挿通される軸部１５ｂとを有する。当接部１５ａは、軸部１５ｂに垂直な断面積が軸部１５ｂよりも大きく形成されており、可動レンズ保持部材１４とカム部３０との間に挟み込まれている。

軸部材１１の先端部１１Ａを支持する先端側支持部１７と、軸部材１１の先端部１１Ａに嵌合された可動レンズ保持部材１４との間にはコイルバネ１６が介装されている。コイルバネ１６は、可動レンズ保持部材１４に固定されたピン１５を、回転軸Ｊ２に沿って軸部材１１の先端側からカム部３０に向けて付勢する。

当接部１５ａが可動レンズ保持部材１４とカム部３０との間に挟み込まれ、さらにコイルバネ１６によってカム部３０に向けて付勢されることにより、ピン１５は可動レンズ保持部材１４から抜け止めされている。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、軸部材１１の構成を示す。

軸部材１１の先端部１１Ａの直径は後端部１１Ｂの直径よりも小さく、カム部３０は、先端部１１Ａと後端部１１Ｂとの間の段差に設けられている。

カム部３０は、第１カム面３０ａ及び第２カム面３０ｂと、第１カム面３０ａ及び第２カム面３０ｂの一方の端部間に配置された第３カム面３０ｃと、第１カム面３０ａ及び第２カム面３０ｂの他方の端部間に配置された第４カム面３０ｄと、を含み、これら第１カム面３０ａ〜第４カム面３０ｄが環状に接続されて回転軸Ｊ２まわりに周回して形成されている。

第１カム面３０ａ及び第２カム面３０ｂは、回転軸Ｊ２上における位置が周方向に連続的に変化する斜面とされている。第３カム面３０ｃ及び第４カム面３０ｄは、回転軸Ｊ２上における位置が周方向に一定な平坦面とされており、第３カム面３０ｃ及び第４カム面３０ｄの回転軸Ｊ２上における位置は互いに異なっている。

第１カム面３０ａ及び第２カム面３０ｂは、カム部３０における第１カム面３０ａと第２カム面３０ｂの間の地点を起点とした場合の第１カム面３０ａ及び第２カム面３０ｂの各々の延在方向に、回転軸Ｊ２上における位置の変化傾向が同じで且つ勾配が互いに異なるように形成されている。

図示の例において、第１カム面３０ａと第２カム面３０ｂとの間の第３カム面３０ｃ上の地点Ｐを起点として、第１カム面３０ａは、その延在方向（矢印Ａ方向）に軸部材１１の先端側に接近しており、第２カム面３０ｂもまた、その延在方向（矢印Ｂ方向）に軸部材１１の先端側に接近しており、回転軸Ｊ２上における位置の変化傾向は互いに同じである。ただし、第１カム面３０ａの勾配η１と、第２カム面３０ｂの勾配η２とは互いに異なり、第１カム面３０ａの勾配が相対的に急峻（η１＞η２）となっている。

即ち、第１カム面３０ａ及び第２カム面３０ｂについて、「回転軸Ｊ２上における位置の変化傾向が同じ」であるとは、軸部材１１の先端側を回転軸Ｊ２上における位置の正方向（増加方向）とし、軸部材１１の後端側を回転軸Ｊ２上における位置の負方向（減少方向）として、第１カム面３０ａと第２カム面３０ｂとの間の地点を起点とした場合の第１カム面３０ａ及び第２カム面３０ｂの各々の延在方向に、第１カム面３０ａ及び第２カム面３０ｂの回転軸Ｊ２上における位置がいずれも増加するか、又はいずれも減少していればよく、位置の変化率（勾配）の異同は問わない。

以上のように構成された内視鏡装置１では、操作部３（図１参照）における操作によって焦点距離の切り替えが指示されると、駆動部１３によって軸部材１１が回転され、軸部材１１の回転に伴ってピン１５がカム部３０を摺動し、可動レンズ保持部材１４が回転軸Ｊ２に沿って移動される。それにより、可動レンズ保持部材１４に保持された可動レンズ２１が光軸Ｊ１に沿って移動され、撮像装置５の焦点距離が切り替えられる。

本例では、ピン１５がカム部３０の第３カム面３０ｃ又は第４カム面３０ｄに配置されるよう、軸部材１１は駆動部１３によって回転制御される。したがって、可動レンズ２１は、ピン１５が第３カム面３０ｃに配置された際の位置Ｐ１（図２参照）、及びピン１５が第４カム面３０ｄに配置された際の位置Ｐ２（図２参照）のいずれかに配置され、撮像装置５の焦点距離は二段階に切り替えられる。

軸部材１１の回転に多少の誤差が生じたとしても、第３カム面３０ｃ及び第４カム面３０ｄは回転軸Ｊ２上における位置が周方向に一定な平坦面であるので、可動レンズ２１の位置精度は保たれる。そして、ピン１５の当て止めによらずに可動レンズ２１を位置決めできるので、当て止めによる衝撃に起因するピン１５の変形や軸部材１１及びピン１５の欠損を抑制し、内視鏡装置１の動作信頼性や耐久性を高めることができる。

なお、回転軸Ｊ２上における位置が周方向に一定な平坦面を三つ以上設け、周方向に隣り合う二つの平坦面を、回転軸Ｊ２上における位置が周方向に連続的に変化する斜面で相互に接続するようにして、撮像装置５の焦点距離を三段階以上に切り替えられるよう構成してもよい。

図５及び図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、軸部材１１及び可動レンズ保持部材１４のピン１５の動作の一例を示す。

図５及び図６（Ａ）〜図６（Ｅ）に示す例は、軸部材１１を一方向に回転駆動し、可動レンズ２１を位置Ｐ１と位置Ｐ２との間で往復移動させるようにしたものである。

軸部材１１は、駆動部１３によって矢印Ｃ方向に回転される。ピン１５は、第３カム面３０ｃ→第１カム面３０ａ→第４カム面３０ｄ→第２カム面３０ｂ→第３カム面３０ｃ→…の順に摺動することとなる。

ここで、図６（Ｂ）に示すように、第１カム面３０ａを摺動する際のピン１５の回転軸Ｊ２上における位置の変化方向は、軸部材１１の後端側から先端側に向かう方向となっており、コイルバネ１６の付勢方向（軸部材１１の先端側から後端側に向かう方向）とは反対となっている。

これに対し、図６（Ｄ）に示すように、第２カム面３０ｂを摺動する際のピン１５の回転軸Ｊ２上における位置の変化方向は、軸部材１１の先端側から後端側に向かう方向となっており、コイルバネ１６の付勢方向（軸部材１１の先端側から後端側に向かう方向）と同一となっている。

この場合に、回転軸Ｊ２に沿って移動されるピン１５の移動速度は、ピン１５が第１カム面３０ａを摺動する際にはコイルバネ１６の付勢によって減速され、ピン１５が第２カム面３０ｂを摺動する際にはコイルバネ１６の付勢によって加速される。

一方、第１カム面３０ａの勾配は相対的に急峻となっており、軸部材１１の回転速度が一定であるとした場合に、第１カム面３０ａを摺動する際のピン１５の移動速度は、第２カム面３０ｂを摺動する際のピン１５の移動速度よりも大きくなる。そこで、コイルバネ１６の付勢による加減速の影響が相殺され、第１カム面３０ａ及び第２カム面３０ｂでピン１５の移動速度が均一化される。それにより、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間で往復される可動レンズ２１の移動速度を均一化し、撮像装置５の焦点距離の切り替え速度を均一化することができる。

図７（Ａ）〜図７（Ｅ）及び図８（Ａ）〜図８（Ｅ）は、軸部材１１及び可動レンズ保持部材１４のピン１５の動作の他の例を示す。

図７（Ａ）〜図７（Ｅ）及び図８（Ａ）〜図８（Ｅ）に示す例は、軸部材１１を正逆両方向に回転駆動し、第１カム面３０ａ及び第２カム面３０ｂのうち選択的に一方のカム面でピン１５を摺動させて可動レンズ２１を移動させるようにしたものである。

図７（Ａ）〜図７（Ｅ）は、勾配が相対的に急峻な第１カム面３０ａでピン１５を摺動させた場合であり、ピン１５は、第３カム面３０ｃ→第１カム面３０ａ→第４カム面３０ｄ→第１カム面３０ａ→第３カム面３０ｃ→…の順に摺動することとなる。

図８（Ａ）〜図８（Ｅ）は、勾配が相対的に緩慢な第２カム面３０ｂでピン１５を摺動させた場合であり、ピン１５は、第３カム面３０ｃ→第２カム面３０ｂ→第４カム面３０ｄ→第２カム面３０ｂ→第３カム面３０ｃ→…の順に摺動することとなる。

上述のとおり、軸部材１１の回転速度が一定であるとした場合に、勾配が相対的に急峻な第１カム面３０ａを摺動する際のピン１５の移動速度は、勾配が相対的に緩慢な第２カム面３０ｂを摺動する際のピン１５の移動速度よりも大きくなる。

そこで、軸部材１１の回転速度を変化させずとも、第１カム面３０ａでピン１５を摺動させる場合と、第２カム面３０ｂでピン１５を摺動させる場合とで、ピン１５の移動速度を高速と低速との二段階に変更することができる。それにより、可動レンズ２１の移動速度、つまりは、撮像装置５の焦点距離の切り替え速度を高速と低速との二段階に変更することができる。

このように、第１カム面３０ａ及び第２カム面３０ｂの勾配を互いに異ならせるシンプルな構成により、可動レンズ２１の移動速度をコントロールすることができる。

なお、上述した内視鏡装置１では、軸部材１１に回転誤差が生じたとしても可動レンズ２１の位置精度が保たれるよう、第３カム面３０ｃ及び第４カム面３０ｄは回転軸Ｊ２上における位置が周方向に一定な平坦面とされているが、図９に示すように、可動レンズ２１の光軸Ｊ１上における位置を検出するための検出部４０を設け、検出部４０によって検出された可動レンズ２１の位置に基づいて駆動部１３が軸部材１１を回転制御するように構成してもよい。それにより、例えばステッピングモータに比べて小型化可能であるが回転制御の精度で劣るＤＣモータを駆動部１３のアクチュエータに用いた場合や、ワイヤを介して駆動部１３の回転駆動力を軸部材１１に伝達する場合などにも、可動レンズ２１の位置精度を十分に保つことができる。また、ピン１５が第１カム面３０ａ，第２カム面３０ｂの任意の位置にきたときに軸部材１１の回転を停止させるようにして無段階に焦点距離を切り替えることも可能となる。

検出部４０としては、例えば可動レンズ２１（可動レンズ保持部材１４）との距離に応じて出力信号が変化するフォトリフレクタなどを用いることができる。また、可動レンズ２１の光軸Ｊ１上における位置に替えて、例えばロータリーエンコーダなどを用いて軸部材１１の回転角度を検出するようにしてもよい。

以上説明してきたように、本明細書に開示された内視鏡装置は、撮像素子と、光軸に沿って移動可能な少なくとも一つの可動レンズを含む撮像光学系と、上記光軸と平行な回転軸を中心に回転可能であり、上記回転軸まわりに周回するカム部を有する軸部材と、上記軸部材を回転駆動する駆動部と、上記カム部を摺動する従動子を有し、上記軸部材に沿って移動可能な可動レンズ保持部材と、を備え、上記カム部は、上記回転軸上における位置が周方向に連続的に変化する第１カム部及び第２カム部を含み、上記第１カム部及び上記第２カム部は、上記カム部におけるこの第１カム部と第２カム部の間の地点を起点とした場合のこの第１カム部及び第２カム部の各々の延在方向に、上記回転軸上における位置の変化傾向が同じで且つ勾配が互いに異なる。

また、開示された内視鏡装置は、上記従動子を上記回転軸に沿って上記カム部に付勢する付勢部材をさらに備え、上記駆動部は、上記軸部材を一方向に回転駆動し、上記第１カム部及び上記第２カム部のうち、この第１カム部及び第２カム部を摺動する上記従動子の上記回転軸上における位置の変化が上記付勢部材の付勢方向とは反対方向となるカム部の勾配が相対的に急峻である。

また、開示された内視鏡装置は、上記駆動部は、上記軸部材を正逆両方向に回転駆動し、上記第１カム部及び上記第２カム部のうち選択的に一方のカム部で上記従動子を摺動させる。

開示された内視鏡装置は、上記カム部は、上記第１カム部及び上記第２カム部の一方の端部間に配置された第３カム部と、上記第１カム部及び上記第２カム部の他方の端部間に配置された第４カム部と、をさらに含み、上記第３カム部は、上記回転軸上における位置が周方向に一定であり、上記第４カム部は、上記回転軸上における位置が周方向に一定であり、且つ上記第３カム部とは異なる位置に配置されている。

開示された内視鏡装置は、上記可動レンズの上記光軸上における位置、又は上記軸部材の回転角度を検出する検出部をさらに備え、上記駆動部は、上記検出部によって検出された上記可動レンズの位置、又は上記軸部材の回転角度に基づいて上記軸部材を回転駆動する。

１ 内視鏡装置
５ 撮像装置
１１ 軸部材
１３ 駆動部
１４ 可動レンズ保持部材
１５ ピン（従動子）
１６ コイルバネ（付勢部材）
２１ 可動レンズ
２３ 撮像素子
３０ カム部
３０ａ 第１カム面
３０ｂ 第２カム面
３０ｃ 第３カム面
３０ｄ 第４カム面
４０ 検出部

Claims (3)

1. 撮像素子と、
   光軸に沿って移動可能な少なくとも一つの可動レンズを含む撮像光学系と、
   前記光軸と平行な回転軸を中心に回転可能であり、前記回転軸まわりに周回するカム部を有する軸部材と、
   前記軸部材を回転駆動する駆動部と、
   前記カム部を摺動する従動子を有し、前記軸部材に沿って移動可能な可動レンズ保持部材と、
   前記従動子を前記回転軸に沿って前記カム部に付勢する付勢部材と、
   を備え、
   前記カム部は、前記回転軸上における位置が周方向に連続的に変化する第１カム部及び第２カム部を含み、
   前記第１カム部及び前記第２カム部は、前記カム部における該第１カム部と該第２カム部の間の地点を起点とした場合の該第１カム部及び該第２カム部の各々の延在方向に、前記回転軸上における位置の変化傾向が同じで且つ勾配が互いに異なり、
   前記駆動部は、前記軸部材を一方向に回転駆動し、
   前記第１カム部及び前記第２カム部のうち、該第１カム部及び該第２カム部を摺動する前記従動子の前記回転軸上における位置の変化が前記付勢部材の付勢方向とは反対方向となるカム部の勾配が相対的に急峻である内視鏡装置。
2. 前記カム部は、前記第１カム部及び前記第２カム部の一方の端部間に配置された第３カム部と、前記第１カム部及び前記第２カム部の他方の端部間に配置された第４カム部と、をさらに含み、
   前記第３カム部は、前記回転軸上における位置が周方向に一定であり、
   前記第４カム部は、前記回転軸上における位置が周方向に一定であり、且つ前記第３カム部とは異なる位置に配置されている請求項１記載の内視鏡装置。
3. 前記可動レンズの前記光軸上における位置、又は前記軸部材の回転角度を検出する検出部をさらに備え、
   前記駆動部は、前記検出部によって検出された前記可動レンズの位置、又は前記軸部材の回転角度に基づいて前記軸部材を回転駆動する請求項１又は２記載の内視鏡装置。
   

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