CN103565392A

CN103565392A - 内窥镜

Info

Publication number: CN103565392A
Application number: CN201310110165.XA
Authority: CN
Inventors: 加藤尚彦
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Yijingtong Co ltd
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-04-01
Also published as: US9158103B2; US20140043454A1; JP6057595B2; EP2695567B1; CN103565392B; EP2695567A1; JP2014033730A

Abstract

本发明提供的内窥镜具有：物镜光学部，其具有多个光学透镜、以及收纳该光学透镜并与之固定设置为一体的第一镜筒；摄像光学部，其具有固体摄像元件、使光学图像在固体摄像元件的摄像面上成像的光学构件、以及第二镜筒，该第二镜筒收纳光学构件和固体摄像元件并与之固定设置为一体，该第二镜筒与第一镜筒嵌合配置，该第二镜筒在调整与该第一镜筒的轴向位置后与该第一镜筒粘接而与该第一镜筒固定为一体；保持构件，其由与第一及第二镜筒相比线膨胀系数较低的材质形成，经粘接而固定于第一及第二镜筒的外表面的预定位置；粘接第一镜筒与及第二镜筒的第1粘接剂；以及第2粘接剂，其粘接强度比第1粘接剂高，将保持构件粘接于第一及第二镜筒的外表面。

Description

内窥镜

技术领域

本发明涉及一种在摄像光学系统中具有第一镜筒与第二镜筒的内窥镜。

背景技术

一直以来，在工业领域和医疗领域等中使用内窥镜。内窥镜通过将细长的插入部插入结构物的内部或生物体内等来进行观察。一般来说，在构成插入部的顶端部内，内置有构成观察光学部的照明光学系统和摄像光学系统。照明光线系统对结构物内或生物体内进行照明。摄像光学系统对由照明光学系统照射的结构物内或生物体内进行摄影。

摄像光学系统例如具有物镜光学部和摄像光学部，物镜光学部和摄像光学部在进行对焦调整后固定为一体。具体来说，物镜光学部构成为具有多个光学透镜和作为透镜框的第一镜筒。

在第一镜筒内收纳、固定有多个光学透镜。摄像光学部构成为具备CCD、C－MOS等固体摄像元件和作为元件框的第二镜筒。在第二镜筒内收纳、固定有固体摄像元件。而且，物镜光学部的透镜框与摄像光学部的元件框相嵌合。而且，通过调整透镜框与元件框的轴向的位置来进行对焦。在对焦完成后，将透镜框与元件框固定为一体，构成摄像光学系统。

例如，在日本特开2006－267166号公报（以下，记载为专利文献1）中公开了一种内窥镜的物镜部。在该内窥镜的物镜部中，能够在不降低光学性能的前提下气密地对两个内置有用于使被摄体的光学图像成像的物镜构件的物镜框（相当于本发明的镜筒）进行连结、固定。在该文献中，在设置覆盖环的基础上，通过钎焊、锡焊或焊接气密地对两个物镜框与覆盖环进行固着，上述覆盖环在横跨两个物镜框这两者的外周面的状态下整周无间隙地覆盖两个物镜框的分界部的外周面。

但是，在专利文献1中，通过钎焊、锡焊或焊接使两个物镜框与覆盖环接合。因此，受到接合时的热量的影响，物镜框和覆盖环热膨胀。而且，由于物镜框和覆盖环在轴向上热膨胀，从而存在焦点调整位置变化导致光学性能降低的可能。另外，在使用于工业领域的内窥镜中，使用环境温度升高而导致两个物镜框和覆盖环热膨胀，从而存在发生散焦的可能。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种内窥镜，该内窥镜可防止构成摄像光学系统且固定为一体的物镜光学部的第1镜筒和摄像光学部的第2镜筒因热量的影响而沿轴向膨胀、收缩从而发生散焦等光学特性方面的不良情况。

本发明的一个技术方案的内窥镜具有：物镜光学部，其具有多个光学透镜以及收纳该光学透镜并将其固定设置为一体的第一镜筒；摄像光学部，其具有固体摄像元件、光学构件以及第二镜筒，该光学构件使穿过上述物镜光学部后的光学图像在上述固体摄像元件的摄像面上成像，该第二镜筒收纳上述光学构件和上述固体摄像元件并将其固定设置为一体，该第二镜筒与上述第一镜筒嵌合配置，通过在调整该第二镜筒与该第一镜筒的轴向位置之后与该第一镜筒粘接，从而与该第一镜筒固定为一体；保持构件，其由与上述第一镜筒以及上述第二镜筒相比线膨胀系数较低的材质形成，该保持构件通过粘接而固定于上述第一镜筒的外表面的预先确定的位置、以及上述第二镜筒的外表面的预先确定的位置；第1粘接剂，其用于对上述第一镜筒与上述第二镜筒进行粘接；以及第2粘接剂，其粘接强度比上述第一粘接剂的粘接强度高，用于将上述保持构件粘接于上述第一镜筒的外表面以及上述第二镜筒的外表面。

本发明的上述及其他目的、特征及优点将结合附图予以明确。

附图说明

图1是对具备内窥镜的内窥镜装置的构成例进行说明的图。

图2是对作为照明光学系统而具备光导纤维束的内窥镜的顶端部的结构进行说明的长度方向剖视图。

图3是对摄像光学系统与光导纤维束之间的关系进行说明的图。

图4是对将光导纤维束粘接固定于物镜光学部的第1镜筒的外周面和摄像光学部的第2镜筒的外周面的状态进行说明的图。

图5是对图5和图6的不同组装顺序进行说明的图，是对第一镜筒与第二镜筒组进行说明的立体图。

图6是对图5和图6的不同组装顺序进行说明的图，是对第一镜筒与第二镜筒组进行说明的长度方向剖视图。

图7是对具备发光元件作为照明光学系统的内窥镜的顶端部进行说明的主视图。

图8是对具备发光元件作为照明光学系统的内窥镜的顶端部的结构进行说明的长度方向剖视图。

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。

在图1中，附图标记1表示内窥镜装置。内窥镜装置1构成为具备内窥镜主体2和内窥镜3。内窥镜主体2可自如携带。内窥镜3连接于内窥镜主体2。

内窥镜主体2具有大致箱型的外壳框体5。在外壳框体5的前表面配设有液晶面板（LCD）等显示部6。在显示部6中显示内窥镜图像和操作菜单等。左右成对的携带用臂7的一端侧以自如转动的方式连接于外壳框体5的隔着显示部6的左侧面及右侧面。在连接于外壳框体5的右侧表面的携带用臂7的另一端侧连结有手柄部8的一端，在连接于外壳框体5的左侧表面的携带用臂7的另一端侧连结有手柄部8的另一端。

在本实施方式中，在外壳框体5的内部内置有图像处理用的CPU、各种电器零件、光源部、作为电源部的电池单元等（均未图示）。光源部是例如LED等发光元件。

内窥镜3主要由插入部10、操作部11构成。内窥镜3的操作部11与内窥镜主体2由通用电缆12连接。在本实施方式中，通用电缆12从操作部11延伸出。

插入部10构成为从顶端侧依次具有顶端部15、弯曲部16及挠性管部17。弯曲部16配设在顶端部15的基端侧，并向上下两个方向、或上下左右四个方向自由地弯曲。挠性管部17配设在弯曲部16的基端侧，连接于操作部11的顶端侧。

如图2所示，在构成插入部10的顶端部15的顶端构成构件15a中，设有构成观察光学部50的照明光学系统20和摄像光学系统30。

照明光学系统20构成为具备照明光射出部21和光导纤维束（以下，简称为光导件）22。

照明光射出部21以预先确定的形状形成并设置于顶端部15的顶端面。照明光射出部21通过将光学玻璃等透明的材料构成为板状或透镜状而得到。

光导件22是后述的保持构件。图2、图3所示的光导件22由与构成后述的镜筒38、44的材质相比具有较低的线膨胀系数的材质、亦即照明用高穿透率光学玻璃制的芯材和包层材料构成。

光导件22的顶端面以面对照明光射出部21的方式形成。另一方面，光导件22的基端部插通到插入部10内、操作部11内及通用电缆12内。而且，光导件22的基端面在通用电缆12连接于内窥镜主体2时与内窥镜主体2内的光源部相对地配置。

根据该结构，从光源部射出的照明光经由光导件22而传递，穿过照明光射出部21朝向观察部位射出。

另一方面，摄像光学系统30构成为具备图2和图3所示的物镜光学部31和摄像光学部32。

如图2所示，物镜光学部31构成为具有例如多个光学透镜33、34、35、36、37和作为透镜框的第一镜筒38。第一镜筒38例如是不锈钢制。在第一镜筒38内收纳有光学透镜33、34、35、36、37，且该光学透镜33、34、35、36、37通过粘接等而固定设置为一体。第一镜筒38并不限定于不锈钢制，也可以是黄铜等金属制的构件（金属构件）。

摄像光学部32构成为具备安装有固体摄像元件41的摄像装置42、棱镜43及第二镜筒44。

固体摄像元件41是CCD或CMOS传感器等。

在摄像装置42的基端侧连接有多条信号线45。将上述信号线45凑在一起构成为信号电缆46，且该信号电缆46贯通插入到插入部10内、操作部11内及通用电缆12内。而且，通过将通用电缆12连接于内窥镜主体2，由此将多条信号线45电连接于该内窥镜主体2内的CPU、电器零件。

棱镜43是光学构件，使穿过物镜光学部31的光学透镜33、34、35、36、37后的光学图像在固体摄像元件41的未图示的摄像面上成像。附图标记47是定位固定构件，用于将棱镜43固定于第二镜筒44内的预先确定的位置。

与第一镜筒38相同，第二镜筒44例如是不锈钢制。在第二镜筒44内收纳有棱镜43、定位固定构件47及固体摄像元件41。

固体摄像元件41借助于透明粘合剂而一体地固定于棱镜43的一个面。而且，摄像装置42的一部分、棱镜43及定位固定构件47通过粘接而一体地固定于第二镜筒44内。

即，第一镜筒38和第二镜筒44利用与构成光导件22的芯材和包层材料相比线膨胀系数较高的构件构成。

如图2所示，在第一镜筒38的外部嵌合配置有第二镜筒44。具体来说，第一镜筒38在基端侧具有第1连结部38r。另一方面，第二镜筒44在顶端侧具有第2连结部44f。

在本实施方式中，第2连结部44f的内周面配置于第1连结部38r的外周面，第一镜筒38与第二镜筒44以串联状态配设。在该配设状态下，第一镜筒38与第二镜筒44在镜筒长度轴向上自如地滑动。

图3的附图标记38p是设置于第一镜筒38的外表面的第1定位面。在第1定位面38p上分别抵接配置有轴向平面24，该轴向平面24设置在光导件22的隔着顶端凹部23的凹部的两侧部。

附图标记44p是设置在第二镜筒44的外表面上的第2定位面。在第2定位面44p上也分别抵接配置有光导件22的轴向平面24。

第一镜筒38与第二镜筒44借助第1粘接剂51而固定为一体。具体来说，第一镜筒38与第二镜筒44在进行对焦调整之后进行粘接固定，以使得穿过光学透镜33、34、35、36、37及棱镜43后的光学图像在固体摄像元件41的摄像面上形成预先确定的成像状态。

在进行上述粘接时，操作者首先在第1连结部38r的外周面的预先确定的位置涂敷预定量的第1粘接剂51。接着，操作者将第2连结部44f嵌合配置在涂敷有第1粘接剂51的第1连结部38r的外部。

接着，操作者通过使第1连结部38r与第2连结部44f沿轴向移动来进行对焦调整。之后，操作者保持焦点调整位置，并使第1粘接剂51固化。

其结果是，构成第1镜筒38与第二镜筒44粘接固定的、换言之物镜光学部31与摄像光学部32为一体的图3所示的摄像光学系统30。

另外，操作者在进行对焦调整时，进行使第1定位面38p与第2定位面44p的绕轴的位置一致的定位面调整作业。

如图2～图4所示，在本实施方式中，光导件22借助第2粘接剂52而牢固地一体固定于摄像光学系统30。具体来说，光导件22在顶端侧具备顶端凹部23。

顶端凹部23的内表面形状与第一镜筒38的外表面亦即第1光导件粘接面38g的外周面形状、以及第二镜筒44的外表面亦即第2光导件粘接面44g的外周面形状一致。即，第1光导件粘接面38g的外周面形状与第二镜筒44的外表面、亦即第2光导件粘接面44g的外周面形状相同。

而且，光导件22的顶端凹部23的内表面粘接固定于第一镜筒38的第1光导件粘接面38g和第二镜筒44的第2光导件粘接面44g这两个面。

在进行上述粘接时，操作者首先在第一镜筒38的第1光导件粘接面38g和第1定位面38p的预先确定的位置、以及第二镜筒44的第2光导件粘接面44g和第2定位面44p的预先确定的位置涂敷预定量的第2粘接剂52。

接着，操作者将光导件22的顶端凹部23的内表面和轴向平面24配置在涂敷有第2粘接剂52的第1光导件粘接面38g和第1定位面38p上、以及第2光导件粘接面44g和第2定位面44p上。

之后，操作者保持该配置状态，并使第2粘接剂52固化。

其结果是，如图4所示，在摄像光学系统30中一体地构成光导件22的顶端凹部23。

在本实施方式中，第2粘接剂52的粘接强度设定为比第1粘接剂51的粘接强度高。换言之，第2粘接剂52的粘接力设定为比第1粘接剂51的粘接力强。

在上述说明中，将光导件22的顶端凹部23的内表面配置在涂敷有第2粘接剂52的光导件粘接面38g、44g上等。但是，也可以在将光导件22的顶端凹部23的内周面配置在光导件粘接面38g、44g上之后涂敷第2粘接剂52，将光导件22的顶端凹部23粘接固定在摄像光学系统30中。

即，第2粘接剂52也可以是具有流动性、换言之与第1粘接剂51相比粘性较低的粘接剂。

另外，当在高温环境下使用内窥镜时，第2粘接剂52用作与第1粘接剂51相比耐热温度较高的粘接剂。

另外，在图2中，附图标记16a是构成弯曲部16的多个弯曲件。相邻的弯曲件16a彼此以绕与插入部10的中心轴大致正交的轴转动自如的方式连结。

附图标记18是弯曲橡胶。弯曲橡胶18覆盖通过连接多个弯曲件16a而构成的弯曲部群。

未图示的弯曲操作线贯通插入到弯曲部16内和挠性管部17内。弯曲操作线的顶端固定于构成弯曲部群的顶端的顶端弯曲件16f上。弯曲操作线的基端固定在设于操作部11内的未图示的弯曲操作机构中。

对以上述方式构成的内窥镜3的作用进行说明。

若在高温环境下使用内窥镜3，则内置在插入部10的顶端部15内的、构成摄像光学系统30的物镜光学部31的第一镜筒38的温度、以及构成摄像光学部32的第二镜筒44的温度升高。另一方面，若在低温环境下搬运内窥镜3，则第一镜筒38的温度以及第二镜筒44的温度降低。

在本实施方式中，与镜筒38、44因热量而沿轴向膨胀、收缩的膨胀量和收缩量相比，光导件22因热量而沿轴向膨胀、收缩的膨胀量和收缩量较小。另外，在本实施方式中，第一镜筒38与第二镜筒44借助第1粘接剂51进行固定。而且，摄像光学系统30的镜筒38、44与光导件22的顶端凹部23借助与第1粘接剂51相比粘接力较强的第2粘接剂52而固定为一体。

即，第一镜筒38和第二镜筒44借助第2粘接剂52而牢固地一体固定于因温度变化而产生的膨胀、收缩较小的光导件22。其结果是，利用光导件22来阻止对焦调整后的第一镜筒38和第二镜筒44因环境温度的变化而产生膨胀、收缩的情况。

因而，能够防止第一镜筒38与第二镜筒44的位置因温度变化而沿轴向位置偏移并发生散焦的情况。

另外，通过将第2粘接剂52的耐热温度设定为比第1粘接剂51的耐热温度高，在高温环境下，即使在第1粘接剂51的粘接强度万一恶化的情况下，第2粘接剂52和光导件22也能够承受高温，从而能够维持第一镜筒38与第二镜筒44之间的位置关系。

另外，在上述实施方式中，利用第1粘接剂51使第一镜筒38与第二镜筒44形成一体从而构成摄像光学系统30，之后，利用第2粘接剂52将光导件22的顶端凹部23一体地固定于第1镜筒38的外表面及第二镜筒44的外表面。

但是，组装顺序并不限定于上述顺序，也可以是图5和图6所示的组装顺序。在采用该组装顺序的情况下，第2粘接剂52使用与第1粘接剂51相比固化时间较慢的粘接剂。

在本实施方式中，操作者首先在第二镜筒44的第2光导件粘接面44g和第2定位面44p的预先确定的位置涂敷预定量的第2粘接剂52。

接着，操作者如图5所示那样将光导件22的顶端凹部23的内表面和轴向平面24的预先确定的范围配置在涂敷有第2粘接剂52的第2光导件粘接面44g上以及第2定位面44p上。

之后，操作者保持该配置状态并使第2粘接剂52固化。其结果是，构成使光导件22的顶端凹部23与第二镜筒44成为一体的图5及图6所示的第二镜筒部组44A。

接着，操作者在第一镜筒38的第1连结部38r的外周面的预先确定的位置涂敷预定量的第1粘接剂51。另一方面，在第一镜筒38的第1光导件粘接面38g以及第1定位面38p的预先确定的位置涂敷预定量的第2粘接剂52。

接着，在使第一镜筒38的第1定位面38p与构成第二镜筒部组44A的光导件22的顶端凹部23的轴向平面24抵接的状态下，操作者将涂敷有第1粘接剂51的第1连结部38r以内嵌的方式配置在第2连结部44f内。

接着，操作者使第一镜筒38与第二镜筒部组44A沿轴向移动来进行对焦调整。之后，操作者保持焦点调整位置并使第1粘接剂51固化，并且使第2粘接剂52固化。其结果是，构成图6所示的观察光学部50。

这样，在构成第二镜筒部组44A之后，将第一镜筒38固定于构成第二镜筒部组44A的第二镜筒44以及光导件22。其结果是，不需要进行上述的使第1定位面38p与第2定位面44p的绕轴的位置一致的定位面调整作业，从而能够实现观察光学部50的组装操作性的提高。

另外，通过采用使第2粘接剂52的固化时间比第1粘接剂51的固化时间慢的粘接剂，能够从容地进行对焦调整。

另外，在上述实施方式中，将照明光学系统20设为光导件22。另外，在上述实施方式中，采用在光导件22的顶端凹部23的内表面粘接固定第一镜筒38的第1光导件粘接面38g并且粘接固定第二镜筒44的第2光导件粘接面44g的结构。但是，也可以采用在第一镜筒38形成轴向的通孔，并将与通孔的形状对应的光导件的顶端部配置在该通孔内的结构。在该结构中，在通孔的内表面涂敷第2粘接剂52，将光导件22的顶端部粘接固定于通孔的内表面。但是，照明光学系统并不限定于光导件，如图7、图8所示，也可以采用在内窥镜3A的顶端部15上设置例如LED等发光元件25的结构。即，在本实施方式中，照明光学系统20A由发光元件25构成。

在该结构中，第一镜筒38以及第二镜筒44借助第2粘接剂52而一体地固定于立体电路基板60。立体电路基板60是保持构件，利用与第一镜筒38和第二镜筒44相比线膨胀系数较低的材质、亦即陶瓷制成。立体电路基板60例如构成为在轴向上细长且扁平的长方体形状。

具体来说，在本实施方式中，第一镜筒38以及第二镜筒44配置在立体电路基板60的平面、亦即一个面61上。因此，在第一镜筒38中设置有以紧密接触的方式配置于立体电路基板60的一个面61上的第1紧密接触面38c，在第二镜筒44中设置有以紧密接触的方式配置在立体电路基板60的一面61上的第2紧密接触面44c。

另外，固体摄像元件41也配置在立体电路基板60的一个面61侧。另外，在立体电路基板60的一个面61侧设有用于对信号线45进行电连接的焊盘（未图示）。

其他结构与上述实施方式相同，对相同的构件标注相同的附图标记并省略说明。

根据该结构，与上述实施方式相同，利用第2粘接剂52将第一镜筒38和第二镜筒44牢固地一体固定于根据温度变化膨胀、收缩较小的立体电路基板60。

其结果是，能够防止因第一镜筒38与第二镜筒44在温度变化的影响下沿轴向位置偏移而产生的散焦。

另外，在上述实施方式中，将第二镜筒设为金属制的构件（金属构件）。但是，也可以将第二镜筒的一部分、亦即该第二镜筒与第一镜筒的嵌合部设为供光穿透的材质、例如透明树脂制。

根据该结构，通过将利用紫外光进行固化的粘接剂用作第1粘接剂，能够高精度地设定第一镜筒与第二镜筒的固定精度。

Claims

1.一种内窥镜，其特征在于，

该内窥镜具有：

物镜光学部，其具有第一镜筒以及多个光学透镜，该第一镜筒收纳该光学透镜，且该光学透镜与该第一镜筒固定设置为一体；

摄像光学部，其具有固体摄像元件、光学构件以及第二镜筒，该光学构件使穿过上述物镜光学部后的光学图像在上述固体摄像元件的摄像面上成像，该第二镜筒收纳上述光学构件和上述固体摄像元件，且该光学构件、该固体摄像元件与该第二镜筒固定设置为一体，该第二镜筒与上述第一镜筒嵌合配置，且该第二镜筒通过在调整与该第一镜筒的轴向位置之后与该第一镜筒粘接，从而与该第一镜筒固定为一体；

保持构件，其由线膨胀系数比上述第一镜筒以及上述第二镜筒的线膨胀系数低的材质形成，且该保持构件通过粘接而固定于上述第一镜筒的外表面的预先确定的位置、以及上述第二镜筒的外表面的预先确定的位置；

第1粘接剂，其用于对上述第一镜筒与上述第二镜筒进行粘接；以及

第2粘接剂，其粘接强度比上述第1粘接剂的粘接强度高，用于将上述保持构件粘接于上述第一镜筒的外表面或者粘接于上述第一镜筒的通孔的内表面，并且将该保持构件粘接于上述第二镜筒的外表面。

2.根据权利要求1所述的内窥镜，其特征在于，

上述第一镜筒以及上述第二镜筒是金属构件，

上述保持构件是光导纤维束，该光导纤维束的线膨胀系数比构成上述镜筒的上述金属构件的线膨胀系数低，且该光导纤维束构成照明光学系统。

3.根据权利要求2所述的内窥镜，其特征在于，

上述金属构件是不锈钢或黄铜。

4.根据权利要求3所述的内窥镜，其特征在于，

上述保持构件由线膨胀系数比构成上述镜筒的上述金属构件的线膨胀系数低的陶瓷制成。

5.根据权利要求4所述的内窥镜，其特征在于，

上述陶瓷制的保持构件是立体电路基板，且与上述固体摄像元件电连接。

6.根据权利要求1所述的内窥镜，其特征在于，

上述第2粘接剂的耐热温度比上述第1粘接剂的耐热温度高。

7.根据权利要求1所述的内窥镜，其特征在于，

上述第2粘接剂的粘度与上述第1粘接剂的粘度相等、或比上述第1粘接剂的粘度低。

8.根据权利要求1所述的内窥镜，其特征在于，

上述第1粘接剂的固化时间比上述第2粘接剂的固化时间短。

9.根据权利要求2所述的内窥镜，其特征在于，

上述光导纤维束具有顶端凹部和轴向平面，

上述第一镜筒和上述第二镜筒具有用于配置上述顶端凹部的内表面的光导件粘接面、以及用于配置上述轴向平面的定位面。

10.根据权利要求5所述的内窥镜，其特征在于，

上述立体电路基板具备供上述固体摄像元件进行电连接的平面，

在上述第一镜筒和上述第二镜筒设置有供上述立体电路基板的平面以紧密接触的方式配置的密接面。

11.根据权利要求1所述的内窥镜，其特征在于，

上述第二镜筒的至少与上述第一镜筒嵌合的嵌合部由光穿透的材质构成，

上述第1粘接剂是利用紫外光进行固化的粘接剂。