CN104363814A - 电子内窥镜装置及拍摄模块以及拍摄透镜模制方法 - Google Patents

Abstract

防止拍摄模块的物镜光学系统的结露，且使组装变得轻松。拍摄模块的物镜光学系统具备：前端透镜(50a)，其与入射光所入射的前端面相反的一侧的背面形成为平面，且在该背面的中央部形成有对所述入射光进行聚光的凹部(S)；平面板(50b)，其设置于前端透镜(50a)的背面侧，并堵塞凹部(S)；镜筒(51a)，其向前端透镜(50a)侧加压平面板(50b)来保持平面板(50b)与前端透镜(50a)的背面之间的整个接合面直接密合的状态，在该状态下以树脂一体模制来形成前端透镜(50a)及平面板(50b)整个外周围面。

Description

电子内窥镜装置及拍摄模块以及拍摄透镜模制方法

技术领域

本发明涉及一种电子内窥镜装置及拍摄模块以及拍摄透镜模制方法。

背景技术

在电子内窥镜装置的内窥镜观测器前端部内置有具备拍摄元件及物镜光学系统的拍摄模块，通过物镜光学系统入射的来自被观察部位的像光成像于拍摄元件的受光面。

例如如下述专利文献1、2中记载，物镜光学系统由多个光学元件的组合构成。图6中示出专利文献1中记载的物镜光学系统。

构成前端透镜的第1光学元件G1中，在其背部侧形成有对第1光学元件G1赋予透镜光学能力的球面形状的凹部S，并且安装有由板状部件构成的第2光学元件G2，以便堵塞该凹部S。若未保持基于该凹部S的间隙的密封状态，则在凹部S内产生结露，使拍摄图像的质量劣化。

因此，以往在第1光学元件G1与第2光学元件G2的接合面设置粘结材料层M来紧密贴合两者之间，从而保持为密封状态。但是，即使以粘结材料层M密合第1光学元件G1与第2光学元件G2之间，若经过长时间，则仍有可能导致湿气(水分)浸入间隙S内。至粘结材料层M的间隙S为止的长度越变短该可能性就越变大。

当前的内窥镜观测器的外径为9mm左右，谋求进一步细径化。在内窥镜观测器前端部内，除了物镜光学系统之外，还设置有插通照明光的光导器或钳子管道及送气、送水管道。因此，物镜光学系统的直径(图6的直径D)为3～4mm左右，用于涂抹粘结材料而留出的部分即上述粘结材料层M的长度变成1mm以下。

而且，很难在这样狭窄的部位均匀地涂抹粘结材料，还存在导致拍摄模块的组装成本增大的问题。若粘结材料的涂抹不均匀，则湿气从该不均匀部分浸入间隙S的可能性变高。若为了避免该情况而额外地涂抹粘结材料，则剩余的粘结材料向光轴方向渗出，导致拍摄模块变成不良品。

因此，拍摄模块的物镜光学系统越变小，越应该解决前端透镜的凹部S的密封性问题，而且还需要使物镜光学系统的组装变得轻松。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-22617号公报

专利文献2：日本特开平9-105871号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

本发明的目的在于提供一种能够防止结露且制造容易的电子内窥镜装置及拍摄模块以及拍摄透镜模制方法。

用于解决技术课题的手段

本发明的拍摄模块是具备物镜光学系统及接受通过该物镜光学系统入射的入射光的拍摄元件的拍摄模块，其特征在于，

物镜光学系统具备：

前端透镜，其与入射光所入射的前端面相反的一侧的背面形成为平面，且在该背面的中央部形成有对入射光进行聚光的凹部；

平面板，其设置于该前端透镜的背面侧，并堵塞凹部；

镜筒，其向前端透镜侧加压该平面板来保持该平面板与前端透镜的背面之间的整个接合面直接密合的状态，在该状态下以树脂一体模制来形成前端透镜及平面板的整个外周围面。

本发明的电子内窥镜装置的特征在于，在内窥镜观测器前端部内置有上述拍摄模块。

本发明的拍摄透镜模制方法是如下镜筒的拍摄透镜模制方法，所述镜筒容纳有：前端透镜，其与入射光所入射的前端面相反的一侧的背面形成为平面，且在该背面的中央部形成有对入射光进行聚光的凹部；平面板，其设置于该前端透镜的背面侧，并堵塞凹部，所述拍摄透镜模制方法的特征在于，向前端透镜侧加压平面板来保持该平面板与前端透镜的背面之间的整个接合面直接密合的状态，在该状态下以树脂一体模制前端透镜及平面板的整个外周围面。

发明效果

根据本发明，并未在平面板与前端透镜背面之间设置粘结材料层，而是使其直接且整面密合，因此能够大幅抑制湿气向形成于前端透镜的凹部空间S内的浸入，并且能够较高地保持拍摄图像的质量。

在平面板与前端透镜背面之间设置粘结材料层时，在平面板与粘结剂层之间形成界面，在粘结材料层与前端透镜背面之间也形成界面。虽然以粘结材料粘结平面板与前端透镜之间，但是从水分分子水平的大小观察该2个界面时，并未成为整个界面密合的状态，而是形成有水分分子通过的间隙。

本发明中未设置粘结材料层，因此界面数即水分分子的浸入路径减少，能够阻止湿气向凹部空间S内的浸入。拍摄模块越小型，该效果越大。

并且，本发明为不需要粘结材料的结构，因此拍摄模块的组装变得容易，能够实现低成本化。

附图说明

图1是本发明的一实施方式所涉及的电子内窥镜装置的系统结构图。

图2是图1所示的内窥镜观测器前端部的立体图。

图3是图2所示的III-III线剖面示意图。

图4是说明图3所示的前段镜筒的制造方法的图。

图5是以图4中说明的方法制造的前段镜筒及前端透镜的剖视图。

图6是内置于以往的内窥镜观测器前端部的物镜光学系统的纵剖视图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的一实施方式进行说明。

图1是本发明的一实施方式所涉及的电子内窥镜装置的系统结构图。本实施方式的电子内窥镜装置(内窥镜系统)10由内窥镜观测器12及构成主体装置的处理装置14和光源装置16构成。内窥镜观测器12具备：挠性插入部20，其插入到患者(被检体)的体腔内；操作部22，连设于插入部20的基端部分；及通用软线24，连接于处理装置14及光源装置16。

插入部20的前端连设有前端部26，前端部26内内置有构成体腔内拍摄用拍摄模块的拍摄芯片54(参考图3)。在前端部26的后侧设置有连结多个弯曲件的弯曲部28。当设置于操作部22的弯角钮30被操作时，插设于插入部20内的金属丝被按压/拉动，由此弯曲部28向上下左右方向弯曲动作。由此，前端部26在体腔内朝向所希望的方向。

通用软线24的基端上设置有连接器36。连接器36为复合类型，除了连接于处理装置14之外，还连接于光源装置16。

处理装置14经由插通于通用软线24内的电缆68(参考图3)向内窥镜观测器12进行供电，控制拍摄芯片54的驱动的同时接收从拍摄芯片54经由电缆68传送的拍摄信号，对所接收的拍摄信号实施各种信号处理来转换为图像数据。

被处理装置14转换的图像数据作为内窥镜拍摄图像(观察图像)而显示于与处理装置14进行了电缆连接的监视器38上。并且，处理装置14经由连接器36还与光源装置16电连接，总括控制包括光源装置16在内的电子内窥镜系统10的动作。

图2为内窥镜观测器12的前端部26的立体图。如图2所示，前端部26的前端面26a上设置有观察窗40、照明窗42、钳子出口44及送气、送水用喷嘴46。

观察窗40在前端面26a的中央且向一侧偏心而配置。照明窗42在以观察窗40为中心而对称的位置配设有2个，对体腔内的被观察部位照射来自光源装置16的照明光。

钳子出口44与配设在插入部20内的钳子管道44a(参考图3)连接，并与设置于操作部22的钳子入口34(参考图1)连通。在钳子入口34上插通有前端配设有注射针或高频手术刀等的各种处理器具，各种处理器具的前端从钳子出口44向体腔内伸出。

送气、送水用喷嘴46根据设置于操作部22的送气、送水按钮32(参考图1)的操作，朝向观察窗40或体腔内喷射从内置于光源装置16的送气、送水装置供给的冲洗水或空气。

图3是图2的III-III线剖面示意图，是例示内置于内窥镜观测器12的前端部26的拍摄模块的纵剖面的图。如图3所示，观察窗40的深处配设有镜筒51，其保持用于读入体腔内的被观察部位的像光的物镜光学系统50。

物镜光学系统50构成为从前端侧具备前端透镜50a、圆板状透明平行平面板(以下，简称为平面板)50b、固定透镜50c、移动透镜50d、50e及固定透镜50f。其中，前端侧是指内窥镜观测器12的前端部26侧。

物镜光学系统50的光轴设置成与插入部20的中心轴平行。在镜筒51的后端配设有棱镜56，其将经由物镜光学系统50的被观察部位的像光弯曲成大致直角并朝向拍摄芯片54进行导光。

拍摄芯片54由单片半导体构成，该单片半导体中一体形成有CCD型或CMOS型等固体拍摄元件58及进行该固体拍摄元件58的驱动及信号的输入输出的外围电路。拍摄芯片54及外围电路安装于支承基板62上。固体拍摄元件58的拍摄面(受光面)配置成与棱镜56的出射面对置。

图示的例子的物镜光学系统50构成变焦透镜，使移动透镜50d、50e的位置沿光轴移动来改变相互间的距离和距固定透镜50c、50f的距离，由此使得固体拍摄元件58能够拍摄到以所希望的倍率放大被观察部位的图像。

为此，在各个移动透镜50d、50e上安装有圆筒状凸轮部件52a、52b。圆筒状凸轮部件52a、52b各自的中心孔的内周面上设置有突起52c、52d，并且在中心孔内插通有凸轮轴53。在凸轮轴53的周面刻设有分别与突起52c、52d滑动自如地嵌合的凸轮槽53a、53b。

通过该凸轮轴53绕轴被驱动而旋转，圆筒状凸轮部件52a、52b沿轴向移动，由此移动透镜50d、50e沿着物镜光学系统50的光轴移动。根据凸轮轴53的旋转位置，调整物镜光学系统50的放大率即物镜光学系统50的焦点距离。

在凸轮轴53的基端部安装有动力传递用金属丝48。该动力传递用金属丝48插通至图1的操作部22，并通过设置于操作部22的省略图示的马达驱动而旋转。内窥镜操作员通过操作设置于操作部22的马达的放大、缩小指示开关来发出拍摄图像的放大、缩小指示。

在朝向插入部20的后端延设的支承基板62的后端部，沿支承基板62的表面部排列设置有多个输入输出端子，在该输入输出端子上接合有信号线66，其用于经由图1的通用软线24对与处理装置14的各种信号的交换进行媒介。

多个信号线66集中插通于挠性管状电缆68内。电缆68插通插入部20、操作部22及通用软线24的各内部，并连接于连接器36。

在图2、图3中虽然省略图示，但是在照明窗42的深处配设有引导来自光源装置16的照明光的光导器的射出端。捆扎多个光纤而构成的光导器与电缆68同样地插通插入部20、操作部22及通用软线24的各内部，并且入射端连接于连接器36。

本实施方式的镜筒51为2段结构，由具有同一光轴的前段镜筒51a及后段镜筒51b构成，在前段镜筒51a的后部连设后段镜筒51b。

前段镜筒51a内容纳有前端透镜50a、平面板50b及固定透镜50c。后段镜筒51b内容纳有移动透镜50d、50e及固定透镜50f。

前端透镜50a的前端面为平面，在背面侧形成有凹部S，由此成为聚光透镜。成为利用平面板50b堵塞该凹部S的结构。前端透镜50a与平面板50b的组合结构类似于专利文献1中记载的物镜光学系统。

但是，本实施方式中，并未在前端透镜50a的背面与平面板50b之间设置粘结材料层，而是设为在前端透镜50a的背面直接密合平面板50b，由此在两者之间的接合面上完全不会形成间隙的结构。针对该制造方法，将在后述的图4中进行说明。

通过前端透镜50a的背面与平面板50b密合，防止湿气通过接合面进入前端透镜50a的背部空间S内的现象。即，即使从图2的喷嘴46喷射清洗液而前端透镜50a的温度下降，也可防止前端透镜50a中在凹部空间S内产生结露而模糊的现象。

图4是说明如下制造方法的剖视图，即在前段镜筒51a上一体模制玻璃制前端透镜50a及玻璃制平面板50b，在前端透镜50a的背面直接密合平面板50b，从而设为在两者之间的接合面完全不会形成间隙的结构。

在平板圆柱状的前端透镜50a的背面形成有以光轴为中心的大致半球状的凹部S，凹部S以外的背面71研磨成平面。背面71的平坦度越高越好，设为凹凸差(高低差)为零的完全平面较为理想，但是优选至少在研磨面中研磨粗糙度为#400以上。

平面板50b中堵塞前端透镜50a的凹部S的面72也同样地，其平坦度越高越好，但是优选研磨成具有10条以上的牛顿环的性能的平面。

前端透镜50a和平面板50b的外径为3mm左右，因此很容易将背面71和表面72的平坦度研磨成上述那样。另外，图示的例子中，将平面板50b的外径设为小于前端透镜50a的外径的直径。

第1模具80呈圆盘形状，在中心位置穿设有供前端透镜50a的平面前端面侧进入的有底孔80a。该孔80a的内径形成为前端透镜50a能够插入且在前端透镜50a的外周面与孔80a的内周面之间不会出现间隙的大小。该孔80a的中心轴设置成当前端透镜50a捅入到孔80a内时与前端透镜50a的光轴一致。

在第1模具80的外周边突设有与孔80a同心的圆环状环80b。圆筒状第2模具82嵌合而载置于第1模具80，以便与该圆环状环80b的内周面接触。当第2模具82嵌合于第1模具80时，第2模具82成为与第1模具80的前端透镜用孔80a同心。

第2模具82的内径形成为大于前端透镜50a的外径的直径，且以随着远离孔80a而逐渐变窄的方式缩径。由此，在第2模具82与前端透镜50a之间形成填充树脂用的空间90。并且，在第2模具82的周壁上穿设有半径方向的贯穿孔82a、82b。

当将该第2模具82嵌合固定于第1模具80时，第2模具82的高度位置82c成为比将平面板50b载置于插入到孔80a内的前端透镜50a时的高度位置82d更靠上侧的位置的高度。

载置于第2模具82上的第3模具84形成为具有与第2模具82的内径平滑地连续的内径的圆筒形状。第2模具82上突设有对位用凸部82e，第3模具84中在与该凸部82e匹配的位置形成有凹部84a。即，当将凹部84a嵌合于凸部82c来将第3模具84载置于第2模具82上时，第3模具84与第2模具82以同心排列。

第3模具84中与第1模具80相反的一侧的圆筒开口面被端壁部84b堵塞，并且在端壁部84b的中心位置穿设有与孔80a同轴的圆筒状贯穿孔84c。该贯穿孔84c的直径形成为大于前端透镜50a的凹部S的直径且小于平面板50b的外径。

插入到第3模具84的贯穿孔84c的第4模具86呈圆柱形状，在第1模具80、第2模具82、第3模具84内向前端透镜50a侧按压平面板50b的前端面86a形成为平面。第4模具86的外径形成为与贯穿孔84c的内径大致相同，两者之间不会产生间隙。并且，第4模具86的前端部形成为圆柱形状的角被倒棱加工的倾斜部86b，随着靠近前端面而逐渐缩径。前端面86a的外径缩小为小于前端透镜50a的凹部S的直径的直径。

如已在图4中进行说明，在第1模具80的孔80a设置前端透镜50a，并且在前端透镜50a上载置平面板50b。并且，以成为同心的方式将第2模具82载置于第1模具80上，在其上以成为同心的方式载置第3模具84，最后插入第4模具86。

平面板50b不具有聚光作用，因此不存在光轴。因此，即使平面板50b的中心轴相对于光轴稍微偏离也没有问题。并且，按压第4模具86，将平面板50b按压到前端透镜50a的背面，从而机械性地保持两者之间的密合状态，在该状态下从第2模具82的侧壁开口82a、82b向模具内部的空间90填充模制用树脂。

在该模制用树脂固化之后，除去第1～第4模具80、82、84、86，并除去树脂毛刺及开口82a、82b内的树脂。由此，完成第1镜筒51a及前段透镜50a、平面板50b的一体结构品。图5中示出该一体结构品的纵剖视图。

图5中，固化成圆筒形状的模制用树脂91构成图3的前段镜筒51a。树脂91的前端部覆盖前端透镜51a的外周面中基端侧的2/3左右。由于使液状树脂91流入空间90(参考图4)内并使其固化，因此树脂91和前端透镜50a的周壁面与以粘结材料粘结时同样地密合且成为粘着状态。

树脂91覆盖平面板50b的整个外周面并且密合且粘着，覆盖平面板50b的背面侧周围的大部分，且密合(粘着)。沿覆盖平面板50b的背面侧的树脂91的内周方向突设的法兰部91a为由图4的第4模具86的倒棱部86b形成的部分。

由于第4模具86的圆形前端面的直径小于前端透镜50a的背面凹部S的直径，因此树脂(法兰部)91成为覆盖前端透镜50a的背面71与平面板50b的表面72之间的整个接合面的形状。

制造前段镜筒51a时，向平面板50b以规定压力以上按压图4的第4模具86并保持该状态，在该状态下使树脂91流入空间90内并使其固化。

若不以规定压力以上按压模具86，而是仅抑制成平面板50不会从前端透镜50a偏离的程度来使树脂91流入并使其固化，则在背面71与表面72之间的接合面产生间隙。这是因为，即使背面71与表面72之间未流入树脂91，若各个平面71、72的凹凸差存在1μm左右，就会产生1μm左右的间隙。该间隙虽小，但是足以使湿气(水分)浸入到凹部S内。

因此，本实施方式中采用如下方法，即向平面板50以规定压力以上按压模具86，使树脂91流入模具内并使其固化。关于以何种程度的压力按压，取决于平面板50的材质和厚度、接合面中的各面71、72的平坦度。若平坦度较高，则能够以较小的压力使平面板50稍微挠曲，以使接合面中的各面71、72整面密合，并能够完全不形成间隙。在保持该状态的状态下，使树脂91流入模具内并使其固化。

树脂91以如下状态固化，即树脂91的法兰91a覆盖前端透镜50a的背面71与平面板50的表面72重合的接合面的整面，且向前端透镜50a侧按压平面板50b。由此，即使从模具卸下前段镜筒51a，也可保持平面板50b与前端透镜50a之间的接合面的密合性。

另外，前段镜筒51a中在卸下模具86的空间91b内安装图3的固定透镜50c。并且，以成为同一光轴的方式连结前端镜筒51a与后段镜筒51b，物镜光学系统50得以完成。并且，通过在物镜光学系统50上连接棱镜56、拍摄芯片54(及基板62)，内窥镜用拍摄模块得以完成。

如上所述，根据实施方式所涉及的拍摄模块，能够防止湿气浸入到形成于前端透镜的凹部空间S内，并能够较高地保持拍摄图像的质量。并且，由于未在前端透镜50a与平面板50b之间设置粘结材料层，因此能够防止该粘结材料层的物理性、化学性劣化引起的不良情况。而且，由于是不需要粘结材料层的结构，因此拍摄模块的组装变得容易，能够实现低成本化。

另外，在图5所示的实施方式中，构成为树脂91的前端延伸至前端透镜50a的周壁中途，但是也可例如图6所示的以往技术那样，构成为延伸至前端透镜的前端面，并在前端部形成钩部分来夹入前端透镜50a。

并且，上述实施方式中，以内窥镜用拍摄模块为例进行了说明，但是例如内置于带摄像头的手机等的拍摄模块那样，还可同样适用于物镜光学系统的直径较小的拍摄模块中。

如以上所述，实施方式的拍摄模块为具备有物镜光学系统及接收通过该物镜光学系统入射的入射光的拍摄元件的拍摄模块，其中，所述物镜光学系统具备：前端透镜，其与入射光所入射的前端面相反的一侧的背面形成为平面，且在该背面的中央部形成有对所述入射光进行聚光的凹部；平面板，其设置于该前端透镜的背面侧，并堵塞所述凹部；及镜筒，其向所述前端透镜侧加压该平面板来保持该平面板与所述前端透镜的背面之间的整个接合面直接密合的状态，在该状态下以树脂一体模制来形成所述前端透镜及所述平面板的整个外周围面。

并且，实施方式的拍摄模块的特征在于，所述平面板的外径为小于所述前端透镜的外径。

并且，实施方式的拍摄模块的特征在于，以树脂一体模制所述前端透镜及所述平面板的整个外周围面以及该平面板的背面中成为所述入射光的非通路的周边区域。

并且，实施方式的拍摄模块的特征在于，所述周边区域成为覆盖整个所述接合面的区域。

并且，实施方式的电子内窥镜装置的特征在于，在内窥镜观测器前端部内置有所述拍摄模块。

并且，实施方式的拍摄透镜模制方法为如下镜筒的拍摄透镜模制方法，所述镜筒容纳有：前端透镜，其与入射光所入射的前端面相反的一侧的背面形成为平面，且在该背面的中央部形成有对所述入射光进行聚光的凹部；及平面板，其设置于该前端透镜的背面侧，并堵塞所述凹部，其中，向所述前端透镜侧加压所述平面板来保持该平面板与所述前端透镜的背面之间的整个接合面直接密合的状态，在该状态下以树脂一体模制所述前端透镜及所述平面板的整个外周围面。

根据以上所述的实施方式，由于未使用粘结材料，而是机械性地密合前端透镜背面与平面之间的整个接合面，因此能够拍摄耐湿气且高质量的图像。并且，由于不使用粘结材料，因此组装变得容易。

产业上的可利用性

本发明所涉及的拍摄模块的前端透镜部分耐湿气，因此内置于在湿度较大的环境下使用的拍摄装置时有用，尤其在内置于内窥镜观测器前端部时有用。

符号说明

10-内窥镜系统(电子内窥镜装置)，12-内窥镜观测器，14-处理装置，16-光源装置，26-前端部，40-观察窗，44-钳子出口，50-物镜光学系统，50a-前端透镜，50b-圆板状透明平行平面板，50d、50e-移动透镜，51-镜筒，51a-前段镜筒，51b-后段镜筒，54-拍摄芯片，56-棱镜，68-信号线电缆，71-平面板表面，72-前端透镜背面，80-第1模具，82-第2模具，84-第3模具，86-第4模具，91-模制树脂，91a-法兰部，S-前端透镜背面凹部空间。

Claims (6)

1.一种拍摄模块，其具备物镜光学系统及接受通过该物镜光学系统入射的入射光的拍摄元件，其中，

所述物镜光学系统具备：

前端透镜，其与入射光所入射的前端面相反的一侧的背面形成为平面，且在该背面的中央部形成有对所述入射光进行聚光的凹部；

平面板，其设置于该前端透镜的背面侧，并堵塞所述凹部；

镜筒，其向所述前端透镜侧加压该平面板来保持该平面板与所述前端透镜的背面之间的整个接合面直接密合的状态，在该状态下以树脂一体模制来形成所述前端透镜及所述平面板的整个外周围面。

2.根据权利要求1所述的拍摄模块，其中，

所述平面板的外径小于所述前端透镜的外径。

3.根据权利要求1或2所述的拍摄模块，其中，

以树脂一体模制所述前端透镜及所述平面板的整个外周围面以及该平面板的背面中成为所述入射光的非通路的周边区域。

4.根据权利要求3所述的拍摄模块，其中，

所述周边区域成为覆盖整个所述接合面的区域。

5.一种电子内窥镜装置，其中，

在内窥镜观测器前端部内置有权利要求1至4中任一项所述的拍摄模块。

6.一种拍摄透镜模制方法，其是镜筒的拍摄透镜模制方法，所述镜筒容纳有：前端透镜，其与入射光所入射的前端面相反的一侧的背面形成为平面，且在该背面的中央部形成有对所述入射光进行聚光的凹部；平面板，其设置于该前端透镜的背面侧，并堵塞所述凹部，所述拍摄透镜模制方法中，

向所述前端透镜侧加压该平面板来保持该平面板与所述前端透镜的背面之间的整个接合面直接密合的状态，在该状态下以树脂一体模制所述前端透镜及所述平面板的整个外周围面。