阅读说明：本技术 光学单元及内窥镜 (Optical unit and endoscope ) 是由 齐藤香那子 齐藤猛志 于 2017-06-13 设计创作，主要内容包括：光学单元(30)具备：移动框(35),其进退自如地配设在固定框(41)内,对移动透镜(33)进行保持；致动器,其沿着移动透镜的光轴(O)对移动框进行驱动；多个球体(61、62),它们能够使移动框滑动；多个引导槽(63、64),它们引导多个球体；多个磁铁(38a、38b、39a、39b),它们被配设为产生与摄影光轴正交的方向的磁力；以及磁性构件(51、51),其配设在与多个磁铁对置的位置,抵消通过磁力而在与多个磁铁之间产生的相反方向的引力(F1、F2),使移动框产生仅朝向将多个球体抵靠于引导槽的方向的作用力。(The optical unit (30) is provided with: a moving frame (35) which is disposed in the fixed frame (41) so as to be able to advance and retreat, and which holds the moving lens (33); an actuator that drives the moving frame along an optical axis (O) of the moving lens; a plurality of balls (61, 62) that can slide the moving frame; a plurality of guide grooves (63, 64) that guide the plurality of balls; a plurality of magnets (38a, 38b, 39a, 39b) arranged to generate magnetic force in a direction orthogonal to the photographing optical axis; and magnetic members (51, 51) disposed at positions facing the magnets, and configured to cancel attraction forces (F1, F2) in opposite directions generated between the magnets by magnetic force, thereby generating a biasing force in a direction in which the movable frame abuts the balls against the guide groove.)

光学单元及内窥镜

技术领域

本发明涉及具备移动透镜框的光学单元及具备该光学单元的内窥镜。

背景技术

近年来，广泛使用了将细长的***部向体腔内等***而能够观察无法直接目视的被检部位的内窥镜。在这样的内窥镜中，已知设置有作为光学单元的摄像装置的电子内窥镜。

此外，在相机等具备变焦功能和对焦功能的摄像装置中，众所周知通过对保持移动透镜的移动透镜框进行直进引导的引导轴和套筒而滑动的结构。

这样，在使用引导轴和套筒等的情况下，滑动摩擦的摩擦系数高，因此，为了抑制该摩擦系数而使用润滑脂或油。另外，在对数码单镜头反光相机等所采用的移动透镜框进行驱动的致动器的驱动力较大的情况下，即便使用产生粘性阻力的油或润滑脂，也不会成为问题。

但是，搭载于便携电话、内窥镜等的尤为小型的摄像装置由于对移动透镜框进行驱动的致动器也是小型的，因此，即便是该致动器产生的较小的驱动力，也需要能够对移动透镜框进行驱动。

因此，摄像装置在成为使用了引导轴和套筒的结构时，相对于致动器的较小的驱动力而言的由润滑脂或油产生的粘性阻力成为问题。因此，具有使用了轴和套筒这一结构的移动透镜框的摄像装置难以小型化，难以在便携电话、内窥镜中采用。

对此，例如，提出了日本特开平8-29656号公报或日本特开平2008-40188号公报所公开的具备光学单元的摄像装置的发明，该光学单元采用了基于滚动摩擦的滚珠滑动，以使得即便是小型致动器的驱动力也能够对移动透镜框进行驱动。

但是，以往的摄像装置通过日本特开平8-29656号公报所公开的板簧等施力构件以朝向滚珠滑动支承移动透镜框的方式施力，需要配置该施力构件的空间。因此，以往的摄像装置存在难以进一步小型化这样的课题。

此外，日本特开2008-40188号公报的摄像装置成为通过磁铁的磁力将可动透镜吸引到滚珠滑动侧的结构。

此外，日本特开平8-29656号公报或日本特开平2008-40188号公报所公开的以往的摄像装置也存在如下问题，即在不大型化的情况下进行如下设定是非常困难的：调整由朝向滚珠滑动的施力构件产生的作用力或者由磁铁产生的吸引力，从而在致动器的较小的驱动力下无损耗且顺畅地对移动透镜框进行驱动。

对此，本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种在不大型化的情况下能够顺畅地进行移动透镜框的滑动的具有变焦功能或对焦功能的小型的光学单元及具备该光学单元的内窥镜。

发明内容

用于解决问题的手段

本发明的一方式的光学单元具备：移动框，其进退自如地配设在固定框内，对移动透镜进行保持；致动器，其沿着移动透镜的光轴对所述移动框进行驱动；多个球体，它们能够使所述移动框相对于所述固定框在沿着所述光轴的方向上滑动；多个引导槽，它们沿着所述光轴引导所述多个球体的滑动；多个磁铁，它们被配设为产生与所述光轴正交的方向的磁力；以及磁性构件，其配设在与所述多个磁铁对置的位置，抵消通过所述磁力而在与所述多个磁铁之间产生的相反方向的引力，使所述移动框产生仅朝向将所述多个球体抵靠于所述引导槽的方向的作用力。

本发明的一方式的内窥镜在***部的前端部配设有光学单元，该光学单元具备：移动框，其进退自如地配设在固定框内，对移动透镜进行保持；致动器，其沿着移动透镜的光轴对所述移动框进行驱动；多个球体，它们能够使所述移动框相对于所述固定框在沿着所述光轴的方向上滑动；多个引导槽，它们沿着所述光轴引导所述多个球体的滑动；多个磁铁，它们被配设为产生与所述光轴正交的方向的磁力；以及磁性构件，其配设在与所述多个磁铁对置的位置，抵消通过所述磁力而在与所述多个磁铁之间产生的相反方向的2个引力，使所述移动框产生仅朝向将所述球体抵靠于所述引导槽的方向的作用力。

附图说明

图1是示出内窥镜的结构的立体图。

图2是示出***部的前端部分的示意图。

图3是示出固定框内的移动透镜单元的结构的剖视图。

图4是示出沿着图3的IV-IV线剖切的固定框内的移动透镜单元的结构的剖视图。

图5是示出沿着图3的V-V线剖切的固定框内的移动透镜单元的结构的剖视图。

图6是对应于图3的IV-IV线且示出固定框内的移动透镜单元移动到基端侧的状态的剖视图。

图7是对应于图3的V-V线且示出固定框内的移动透镜单元移动到基端侧的状态的剖视图。

图8是用于说明移动透镜单元被拉向滚珠滑动侧的状态的局部剖视图。

图9是说明针对滚珠滑动的构成要素的配置状态的移动透镜单元的横剖视图。

图10是说明针对滚珠滑动的构成要素的配置状态的移动透镜单元的纵剖视图。

图11是说明永磁铁与强磁性体的配置的一例的移动透镜单元的剖视图。

图12是说明永磁铁与强磁性体的配置的另一例的移动透镜单元的剖视图。

图13是说明永磁铁与强磁性体的配置的另一例的俯视图。

图14是示出第1变形例的移动透镜单元的结构的剖视图。

图15是示出第2变形例的移动透镜单元的结构的剖视图。

图16是示出第3变形例的移动透镜单元的结构的剖视图。

图17是示出第4变形例的移动透镜单元的结构的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出内窥镜的结构的立体图，图2是示出***部的前端部分的示意图，图3是示出固定框内的移动透镜单元的结构的剖视图，图4是示出沿着图3的IV-IV线剖切的固定框内的移动透镜单元的结构的剖视图，图5是示出沿着图3的V-V线剖切的固定框内的移动透镜单元的结构的剖视图，图6是对应于图3的IV-IV线且示出固定框内的移动透镜单元移动到基端侧的状态的剖视图，图7是对应于图3的V-V线且示出固定框内的移动透镜单元移动到基端侧的状态的剖视图，图8是用于说明移动透镜单元被拉向滚珠滑动侧的状态的局部剖视图，图9是说明针对滚珠滑动的构成要素的配置状态的移动透镜单元的横剖视图，图10是说明针对滚珠滑动的构成要素的配置状态的移动透镜单元的纵剖视图，图11是说明永磁铁与强磁性体的配置的一例的移动透镜单元的剖视图，图12是说明永磁铁与强磁性体的配置的另一例的移动透镜单元的剖视图，图13是说明永磁铁与强磁性体的配置的另一例的俯视图。

另外，在以下的说明所使用的各图中，将各构成要素设为能够在附图上识别的程度的大小，因此，有时也按照各构成要素而使比例不同。此外，本发明不仅仅限定于这些图中记载的构成要素的数量、构成要素的形状、构成要素的大小的比率、以及各构成要素的相对的位置关系。

如图1所示，内窥镜1主要构成为具有长条的***部2、与该***部2的基端连续设置的操作部3、与未图示的光源装置连接的光导连接器4、以及与未图示的视频系统中心连接的视频连接器5。

另外，在内窥镜1中，操作部3与光导连接器4经由软性缆线6而连接，光导连接器4与视频连接器5经由通信缆线7而连接。

在***部2从前端侧依次连续设置有主要由不锈钢、硬质树脂等硬性构件形成的前端部11、弯曲部12、以及主要是不锈钢等金属管的硬性管13。该***部2成为向体内***的部分，在内部组入有通信、驱动用的各种缆线、以及传输照明光的未图示的光导等。

操作部3具备对弯曲部12进行远程操作的角杆14、15及用于操作光源装置、视频系统中心等的各种开关16。角杆14、15是能够在上下左右这4个方向上操作***部2的弯曲部12的弯曲操作单元。另外，本实施方式的内窥镜1是弯曲部12以外的大部分的***部2成为硬质的硬性内窥镜装置。另外，内窥镜1也可以是***部2为软性的软性内窥镜装置。

接着，基于图2，对配设于***部2的前端部11的本实施方式的光学单元即摄像装置30进行说明。

如图2所示，摄像装置30配设在前端部11内，将通信、驱动用的各种缆线捆束而成的复合缆线31向后方延伸设置。该复合缆线31穿过***部2内而配置，从操作部3经由软性缆线6及通信缆线7而与视频连接器5电连接。

摄像装置30配设有摄像元件36，且具有与该摄像元件36电连接的这里未图示的电路基板。另外，摄像元件36是非常小型的电子部件，在面状的受光部排列有多个元件，该多个元件在规定的定时输出与入射的光相应的电信号。

对于该摄像元件36，例如应用通常被称为CCD(电荷耦合元件)、CMOS(互补型金属氧化膜半导体)传感器等的形式、或者其他各种形式。

而且，由摄像元件36进行了光电转换得到的摄像信号通过电路基板生成为影像信号并输出。即，在本实施方式中，将由摄像元件36拍摄到的光学像(内窥镜像)作为影像信号向视频连接器5传输。另外，经由与内窥镜1的视频连接器5连接的这里未图示的视频处理器而在监视器中显示内窥镜图像。

在摄像装置30配设有物镜光学系统。而且，摄像装置30构成为，配设有具有移动透镜框35的移动透镜单元32，且具有变焦功能或对焦功能，该移动透镜框35是保持物镜光学系统中的、这里为移动透镜33的移动框。另外，保持于移动透镜框35的移动透镜33不限定于1个，也可以是多个。

如图3至图7所示，移动透镜单元32配设为在摄像装置30的固定框41内，在沿着包括移动透镜33的物镜光学系统的光轴即摄影光轴O的方向上进退自如。

另外，固定框41在前端保持有罩透镜34(参照图4至图7)，是由非磁性不锈钢、铝、铜等金属或者硬质树脂的非磁性体形成的这里为外形圆筒状的构件。

固定框41具有非磁性体的主体框42，该非磁性体的主体框42在朝向成为中心点对称位置的纸面观察时上下具有开口部，将该主体框42的开口部堵塞的非磁性体的两个盖框43、44借助粘接剂等嵌合固定。

在主体框42的各个开口部配设有线圈45、46。这些线圈45、46通过粘接等固定于主体框42的向内侧突出的凸部42a、42b。

此外，在盖框43、44各自的内表面上通过粘接等固定有由铁或镍等强磁性体形成的、这里为平板状的施力构件(吸引构件)即磁性构件51、52。另外，之后详细说明该磁性构件51、52所产生的作用。

如上所述，移动透镜单元32的移动透镜框35对作为物镜光学系统的移动透镜33进行保持。该移动透镜框35进退自如地配设在固定框41的内部。

这里的移动透镜框35的剖面呈矩形状，在从纸面观察的上下2个面分别各设定有2个被设定了规定的磁化方向的永磁铁38a、38b、39a、39b。即，永磁铁38a、38b、39a、39b配设在移动透镜框35的中心点对称位置。

另外，在这4个永磁铁38a、38b、39a、39b中，一个面(下表面)侧的2个永磁铁38a、38b及另一个面(上表面)侧的2个永磁铁39a、39b在沿着摄影光轴O的移动透镜框35的长度方向上以前后的SN极性相反的方式并排设置(参照图4至图7)。

另外，这2个线圈45、46绕与摄影光轴O正交的轴卷绕，且与复合缆线31内的电缆线电连接，通过切换通电方向来切换所产生的电磁力方向。

这样，由固定于移动透镜框35的背离的2个面的合计4个永磁铁38a、38b、39a、39b以及固定于主体框42的线圈45、46构成音圈马达(以下称为VCM)。因此，该VCM成为使移动透镜单元32沿着摄影光轴O进退的作为驱动源的致动器。

此外，移动透镜框35通过滚珠滑动在固定框41内在进退时被直进引导。

具体而言，在主体框42与移动透镜框35之间，设置有合计4个由金属或陶瓷等形成的球体，即作为夹装构件的滚珠61、62。这些滚珠61、62在沿着摄影光轴O的移动透镜框35的长度方向上沿前后配设。另外，滚珠61、62不限定于4个，为2个以上即可。

在设置于主体框42的用于固定一方的线圈45的凸部42a上形成有导轨状的2个引导槽63、64，该2个引导槽63、64对滚珠61、62的进退移动进行引导并且沿着摄影光轴O具有规定的长度。另外，一方的引导槽63的剖面呈矩形状，另一方的引导槽64的剖面成为V字状。

这2个引导槽63、64以摄影光轴O为界而在左右方向上分别配设。

移动透镜框35在设置于永磁铁38a、38b的面上形成有收容4个滚珠61、62的凹部状长槽的滚珠保持槽即4个承受部65、66。另外，一方的2个承受部65的剖面呈矩形状，另一方的2个承受部66的剖面成为V字状。

即，在对置的主体框42的凸部42a的一个面(这里为上表面)和移动透镜框35的一个面(这里为下表面)分别形成有配置滚珠61、62的引导槽63、64和承受部65、66。

另外，剖面矩形状的引导槽63与承受部65形成在对置位置，剖面V字状的引导槽64与承受部66形成在对置位置。即，这多个承受部65、66也以摄影光轴O为界而在左右方向上分别配设。

这样，通过滚珠61、62沿着引导槽63旋转的滚珠滑动而对移动透镜框35进行引导，通过切换向线圈45、46通电的通电方向而使移动透镜框35在固定框41内沿着摄影光轴O进退移动(参照图4至图7)。

在该进退移动时，通过配设于固定框41的主体框42内的抵接构件55的基端面与移动透镜框35的前端面抵接，从而限制移动透镜框35向前端侧的移动(参照图4及图5)。此外，通过配设于固定框41的主体框42内的抵接构件56的前端面与移动透镜框35的基端面抵接，从而限制移动透镜框35向基端侧的移动(参照图6及图7)。

另外，在固定框41配设有对移动透镜框35的进退移动位置进行检测的霍尔元件等位置检测传感器57(参照图4至图7)，此外，永磁铁38a、38b、39a、39b也可以兼作位置检测用磁铁。

这里，移动透镜框35成为被拉向作为设置滚珠滑动的方向侧的一个面(下表面)侧的状态。

具体而言，如图8所示，在移动透镜框35上，通过配设于滚珠滑动侧的作为第1磁铁的永磁铁38a(38b)的磁性，产生将这些永磁铁38a(38b)拉向配设于附近的对置位置的作为第1强磁性体的磁性构件51与永磁铁38a(38b)之间的第1引力F1。

此外，在移动透镜框35上，通过配设于与滚珠滑动背离的一侧的作为第2磁铁的永磁铁39a(39b)的磁性，产生将这些永磁铁39a(39b)拉向配设于附近的对置位置的作为第2强磁性体的磁性构件52与永磁铁39a(39b)之间的、与第1引力F1相反的方向的第2引力F2。

而且，设定为第1引力F1比第2引力F2大(F1＞F2)，利用移动透镜框35所产生的磁性的第2引力F2来抵消并缓和第1引力F1，成为产生始终将移动透镜框35拉向滚珠滑动侧的作用力(F1-F2)的状态。

即，本实施方式的摄像装置30利用相反方向的第2引力F2，将由第1引力F1产生的不需要的力成分抵消，调整为使在固定框41内进退移动的移动透镜框35产生向滚珠滑动侧的最佳的作用力。

另外，这里的永磁铁38a、38b、39a、39b及磁性构件51、52为板形状，如图9及图10所示，设置为与通过4个滚珠61、62的中心的面A平行，以使得通过向滚珠滑动侧的引力，使4个滚珠61、62以均等的力抵靠于引导槽63、64。

即，永磁铁38a、38b和磁性构件51的对置的平面B、C与通过滚珠61、62的中心的面A平行，并且，永磁铁39a、39b和磁性构件52的对置的平面D、E与通过滚珠61、62的中心的面A平行。

由此，第1引力F1及第2引力F2成为与通过4个滚珠61、62的中心的面A正交的方向的引力，构成为使4个滚珠61、62以均等的力抵靠于引导槽63、64。其结果是，固定框41内的移动透镜框35不产生因磁力引起的旋转力矩，能够在沿着摄影光轴O的方向上顺畅地进退移动。

此外，关于用于使上述的第1引力F1比第2引力F2大(F1＞F2)的结构，考虑各种结构。

作为其一例，如图11所示，例如，如果使间隔距离L2比间隔距离L1大(长，L1＜L2)，则第1引力F1能够大于第2引力F2(F1＞F2)，其中，该离距离L2是作为第2磁铁的永磁铁39a、39b与作为第2强磁性体的磁性构件52之间的距离，该间隔距离L1是作为第1磁铁的永磁铁38a、38b与作为第1磁性体的磁性构件51之间的距离。

此外，作为另一例，如图12所示，例如，如果使作为第1强磁性体的磁性构件51的厚度d1比作为第2强磁性体的磁性构件52的厚度d2大(厚，d1＞d2)，则第1引力F1能够大于第2引力F2(F1＞F2)。

并且，作为另一例，如图13所示，例如，如果使磁性构件51的表面积比磁性构件52的表面积大(宽)，则第1引力F1能够大于第2引力F2(F1＞F2)，其中，该磁性构件51是与作为第1磁铁的永磁铁38a、38b对置的第1强磁性体，该磁性构件52是与作为第2磁铁的永磁铁39a、39b对置的第2强磁性体。

另外，这里，虽然未图示，但也可以使与作为第1强磁性体的磁性构件51对置的第1磁铁即永磁铁38a、38b的表面积大于与作为第1强磁性体的磁性构件52对置的第2磁铁即永磁铁39a、39b的表面积。

如以上所记载的那样，作为本实施方式的光学单元的摄像装置30构成为，即便不大型化，也使为了变焦功能或对焦功能而进退移动的移动透镜框35产生与摄影光轴O正交且相反的2个方向的磁力，从而调整朝向滚珠滑动的力。通过这样构成，摄像装置30能够容易地进行如下设定：即便是作为小型致动器的VCM的较小的驱动力，也无损耗地使移动透镜框35在沿着摄影光轴O的方向上顺畅地驱动。

因此，作为光学单元的摄像装置30能够以不大型化的小型结构而顺畅地进行移动透镜框35的滑动。另外，在本实施方式中，由于是配设于内窥镜1的作为光学单元的摄像装置30，因此，第1引力F1与第2引力F2被设定为，在所有姿势下，都使移动透镜框35产生向滚珠滑动侧的最佳的作用力。

(第1变形例)

图14是示出第1变形例的移动透镜单元的结构的剖视图。

如图14所示，作为光学单元的摄像装置30也可以构成为，将永磁铁38a、38b、39a、39b设置在移动透镜框35的两个侧面，通过以与这些永磁铁38a、38b、39a、39b对置的方式配设于侧方的线圈45、46而产生进退驱动力。

在这样的结构中，在移动透镜框35的上下表面另外配设作为第1磁铁及第2磁铁的永磁铁47、48，设为以始终将移动透镜框35拉向滚珠滑动侧的方式对移动透镜框35施力的状态即可。

即，作为本变形例的光学单元的摄像单元30构成为，驱动用的永磁铁38a、38b、39a、39b与用于将移动透镜框35向滚珠滑动侧施力的永磁铁47、48不同。另外，永磁铁47，48也可以兼作位置检测用磁铁。

(第2变形例)

图15是示出第2变形例的移动透镜单元的结构的剖视图。

如图15所示，配置于作为光学单元的摄像装置30的线圈45、46也可以构成为为绕与摄影光轴O平行的轴卷绕，并且构成为在这些线圈45、46内配置有磁性构件51、52。另外，也可以不是必须将磁性构件51、52配设在线圈45、46内。

(第3变形例)

图16是示出第3变形例的移动透镜单元的结构的剖视图。

如图16所示，作为光学单元的摄像装置30也可以构成为，在移动透镜框35的上下表面层叠地配设磁性构件51、52和线圈45、46，并将永磁铁38a、38b、39a、39b设置于这里未图示的固定框41侧。

(第4变形例)

图17是示出第4变形例的移动透镜单元的结构的剖视图。

如图17所示，作为光学单元的摄像装置30也可以是对第3变形例进一步进行变形而得到的，并且构成为仅在移动透镜框35的下表面设置磁性构件51，在该磁性构件51上层叠地配设有线圈45。

在这样构成的摄像装置30中，作用于1个磁性构件51的在与永磁铁38a、38b、39a、39b之间产生的背离的2个引力F1、F2相抵消，使引力F1缓和，由此，能够成为产生始终将移动透镜框35拉向滚珠滑动侧的作用力(F1-F2)的状态。

以上的实施方式所记载的发明不限于上述实施方式，能够在其他实施阶段，在不脱离其主旨的范围内可实施各种变形。并且，在上述实施方式中包括各种阶段的发明，通过所公开的多个构成要件中的适当组合而能够提取各种发明。

例如，在即便从实施方式所示的全部构成要件删除几个构成要件、也能够解决所述课题并得到所述效果的情况下，删除了该构成要件的结构也能够作为发明来提取。