CN107529953B - 立体摄像单元 - Google Patents
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Abstract
通过粘接将接收第1物镜光学系统(31l)所形成的第1光学像的第1摄像元件(32l)和接收第2物镜光学系统(31r)所形成的第2光学像的第2摄像元件(32r)的各光接收面(32la)、(32ra)侧定位并固定于配置在第1、第2光学像的光路上的单个定心玻璃(34)，并经由该定心玻璃(34)而将第1、第2摄像元件(32l)、(32r)保持在保持框35上。
Description
技术领域
本发明涉及能够取得具有视差的2个摄像图像的立体摄像单元。
背景技术
近年来，在医疗用内窥镜和工业用内窥镜的领域中，使用立体摄像单元来对被检体进行立体观察的需求增加。
作为使用了立体摄像单元的内窥镜的前端部的构造，例如在日本国特开平8-29701号公报中公开了如下技术，即，向设置于前端部件上的透孔嵌入将2个物镜系统(物镜光学系统)安装为一体而形成的物镜单元，并嵌入将2个CCD(摄像元件)安装为一体而形成的CCD单元。在此，例如，如日本国特开平8-29701号公报所公开的那样，通常情况下各摄像元件是经由各自独立的定心玻璃而被定位并固定在保持件上的。即，在保持件上分别保持有与各摄像元件对应的定心玻璃，各摄像元件在各定心玻璃上被定位之后，通过被粘接在该定心玻璃上而被保持。
另外，通常情况下，这种立体摄像单元与具备单个物镜光学系统以及摄像元件的单眼的摄像单元相比，处于构造复杂化的倾向。
此外，虽然在这种立体摄像单元中需要使2个摄像图像的视差最优化，但是尤其在从近距离对被检体进行放大而摄像的内窥镜中，有着光轴间距离变大，立体感过强的倾向。
本发明是鉴于上述情况而被完成的，其目的在于提供一种能够通过简单的结构来取得具有适当视差的2个摄像图像的立体摄像单元。
发明内容
用于解决课题的方法
本发明的一个方式的立体摄像单元具备，第1摄像元件，其接收第1物镜光学系统所形成的第1光学像；第2摄像元件，其接收与所述第1物镜光学系统成对的第2物镜光学系统所形成的第2光学像；单个光学部件，其被配置在所述第1光学像和所述第2光学像的光路上，所述第1摄像元件和所述第2摄像元件的各光接收面侧通过粘接而定位并固定在单个光学部件上；以及保持框，其经由所述光学部件而对所述第1摄像元件和所述第2摄像元件进行保持。
附图说明
图1为表示内窥镜系统的整体结构的立体图。
图2为内窥镜的前端部的边视图。
图3为图2的III-III剖视图。
图4为立体摄像单元的放大剖视图。
图5为从基端侧示出立体摄像单元的分解立体图。
具体实施方式
下面参照附图来对本发明的方式进行说明。附图涉及本发明的一个实施方式，图1为显示内窥镜系统的整体结构的立体图，图2为内窥镜的前端部的端面图，图3为图2的III-III剖视图，图4为立体摄像单元的放大剖视图，图5为从基端侧示出立体摄像单元的分解立体图。
图1所示的内窥镜系统1构成为具有：能够从不同的视点对被检体进行立体摄像的立体内窥镜2、以能够装拆自如的方式而连接有该立体内窥镜2的处理器3、将由处理器3所生成的图像信号作为内窥镜图像来显示的作为显示装置的监视器5。
本实施方式的立体内窥镜2为例如应用于腹腔镜手术的硬性内窥镜。该立体内窥镜2被构成为具有：细长的插入部6、连接设置于该插入部6的基端侧的操作部7、从操作部7延伸出并连接于处理器3的通用缆线8。
在插入部6上，从前端侧依次连接设置有：主要通过不锈钢等的金属制部件构成的前端部11、弯曲部12以及通过不锈钢等的金属管构成的硬性管部13。
该插入部6为插入到体内的部分，在前端部11中内置有用于对被检体内进行立体摄像的立体摄像单元30(参照图3等)。此外，在弯曲部12以及硬性管部13的内部，贯穿插入有与立体摄像单元30电连接的摄像缆线束39l、39r(参照图3)、以及向前端部11传输照明光的光导束(未图示)等。另外，作为本实施方式的立体内窥镜2而例示了比弯曲部12更靠基端侧由硬性管部13构成的硬性内窥镜，但是并不限定于此，也可以为如下的软性内窥镜，即，比弯曲部12更靠基端侧是通过具备挠性的挠性管部构成的。
在操作部7上，设置有用于对弯曲部12进行远程操作的角度控制杆15，并且设置有用于对处理器3的光源装置和视频系统中心等进行操作的各种开关16。
此处，角度控制杆15为能够对插入部6的弯曲部12在上下左右4个方向上进行弯曲操作的弯曲操作单元。另外，弯曲部12不限于能够向上下左右4个方向进行弯曲的结构，例如也可以采用仅能够向上下2个方向或仅能够向左右2个方向进行弯曲操作的结构。
接下来，参照图2、3来对这种立体内窥镜2的前端部的结构进行详细说明。
如图3所示，前端部11被构成为具有：呈大致圆柱形状的前端部主体20、前端部被固定于该前端部主体20上的呈大致圆筒形状的前端筒体21。在此，在前端部主体20的外周上嵌合有前端筒体21的前端，利用从该前端筒体21露出的前端部主体20的端面而形成了前端部11的前端面11a。
如图2、3所示，在前端部主体20上左右(即，弯曲部12的左右的弯曲方向)并列地设置有在前端面11a开口的一对观察用贯穿孔23l、23r。在左右各观察用贯穿孔23l、23r处，分别保持有构成立体摄像单元30的一对物镜光学系统(第1、第2物镜光学系统31l、31r)，由此，在前端部11的前端面11a上形成了观察窗24l、24r。
此外，例如，如图2所示，在与观察用贯穿孔23l、23r相比靠上方(即，弯曲部12的上下的弯曲方向的上方)，在前端部主体20处左右并列地配置有在前端面11a开口的一对照明用贯穿孔25l、25r。在左右各照明用贯穿孔25l、25r上分别保持有与未图示的光导束以光学方式连接的一对照明光学系统27l、27r，由此在前端部11的前端面11a上形成照明窗26l、26r。
如图3～图5所示，立体摄像单元30被构成为具有：第1摄像元件32l，其接收第1物镜光学系统31l所形成的光学像(第1光学像)；第2摄像元件32r，其接收第2物镜光学系统31r所形成的光学像(第2光学像)；作为光学部件的单个定心玻璃34，其被配置在第1、第2光学像的光路上，第1、第2摄像元件32l、32r的各光接收面32la、32ra侧通过粘接而定位并固定在该光学部件上；保持框35，其经由定心玻璃34而对第1、第2摄像元件32l、32r进行保持。
第1、第2摄像元件32l、32r由例如CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)等的固体摄像元件构成。在这些第1、第2摄像元件32l、32r上，粘贴有用于保护光接收面32la、32ra的护罩玻璃33l、33r。
此外，在设置于第1、第2摄像元件32l、32r的端子部(未图示)上，分别电连接有柔性印刷电路基板(FPC基板)38l、38r。在各FPC基板38l、38r上，通过焊接而分别安装有：例如用于产生摄像元件的驱动信号的数字IC(Integrated Circuit：集成电路)、用于使数字IC的驱动电源稳定化的IC驱动电源稳定化用电容器、以及电阻等的各种电子部件。此外，在各FPC基板38l、38r上电连接有摄像缆线束39l、39r。
另外，在本实施方式中，第1、第2摄像元件32l、32r、安装有各种电子部件的各FPC基板38l、38r以及与各FPC基板38l、38r电连接的各摄像缆线束39l、39r的前端侧通过单个罩体42而被一体覆盖。
定心玻璃34由在前端部11的左右方向上延伸的透明的玻璃基板构成。在该定心玻璃34上，经由护罩玻璃33l、33r而分别对第1、第2摄像元件32l、32r的光接收面32la、32ra侧进行固定。
更加具体而言，通过将粘贴在光接收面32la、32ra上的护罩玻璃33l、33r经由紫外线硬化型透明粘接剂(UV粘接剂)等而粘接在定心玻璃34上，从而对第1、第2摄像元件32l、32r以相互隔开规定间隔的状态进行定位并固定。并且，在玻璃保持部36上固定设置有罩体42的前端侧。
保持框35例如由剖面形状呈大致圆角长方形的柱状的金属部件构成(例如参照图5)。在保持框35的基端侧上凹陷设置有玻璃保持部36，在该玻璃保持部36上，通过粘接剂等而固定有定心玻璃34。
此外，例如，如图3、4所示，在保持框35上，隔着预先设定的间隔而左右并列地设置有第1物镜光学系统保持孔37l和第2物镜光学系统保持孔37r。这些第1、第2物镜光学系统保持孔37l、37r的前端侧在保持框35的端面(前端面11a)上是开放的，并且该第1、第2物镜光学系统保持孔37l、37r的基端侧通过与玻璃保持部36连通的贯穿孔构成。
第1、第2物镜光学系统31l、31r以被单元化为第1、第2物镜光学系统单元40l、40r的状态分别被保持在这些第1、第2物镜光学系统保持孔37l、37r上。
即，通过将第1、第2物镜光学系统31l、31r分别保持在第1、第2镜头架41l、41r上而构成第1、第2物镜光学系统单元40l、40r。然后，通过利用粘接剂等而将这些第1、第2物镜光学系统单元40l、40r定位并固定于第1、第2物镜光学系统保持孔37l、37r内，从而将第1、第2物镜光学系统31l、31r与第1、第2摄像元件32l、32r一起通过单个保持框35而一体地保持。
在该情况下，为了对各部分的稍许的加工误差和装配误差等进行校正并优化第1、第2物镜光学系统31l、31r的相对位置(光轴间距离和倾斜角等)，使第1、第2物镜光学系统保持孔37l、37r之中的任意一方(例如第1物镜光学系统保持孔37l)通过直径大于另一方(例如第2物镜光学系统保持孔37r)的贯穿孔而构成。即，例如如图4所示，在本实施方式中，第1物镜光学系统保持孔37l通过具有如下内径的贯穿孔而被构成，该内径为，将能够使第1镜头架41l大致无间隙地嵌入的内径r与规定的调节量Δr相加而得到的内径。另一方面，第2物镜光学系统保持孔37r通过具有如下内径r的贯穿孔而被构成，该内径r能够使第2镜头架41r大致无间隙地嵌入。而且，将第1物镜光学系统单元40l以相对于第2物镜光学系统单元40r而对光轴间距离和倾斜角等进行了微调的状态粘接固定在第1物镜光学系统保持孔37l内。
接下来，对这种结构的立体摄像单元30的装配方法的一示例进行说明。
在该立体摄像单元30的装配工序中，首先，将第1、第2摄像元件32l、32r经由UV粘接剂而定位并固定在定心玻璃34上。
在该情况下，关于定心玻璃34上的第1、第2摄像元件32l、32r的相对位置，例如通过透过定心玻璃34而在显微镜下观察排列在第1、第2摄像元件32l、32r的光接收面32la、32ra上的光电转换元件等，而被高精度地定位(定心)。然后，在以此方式进行了定位的状态下，通过照射紫外线并使UV粘接剂硬化，从而将第1、第2摄像元件32l、32r(更具体而言为护罩玻璃33l、33r)固定在定心玻璃34上。
在接下来的工序中，将保持有第1、第2摄像元件32l、32r的定心玻璃34通过粘接剂等而固定在设置于保持框35的玻璃保持部36上。此时，对定心玻璃34进行调节，以使例如第2摄像元件32r相对于不具有调节量Δr的第2物镜光学系统保持孔37r而位于预先设定的规定位置处。
在接下来的工序中，将第2物镜光学系统单元40r定位并固定于第2物镜光学系统保持孔37r内。即，插入到第2物镜光学系统保持孔37r内的第2物镜光学系统单元40r例如在对由第2摄像元件32r形成的第2光学像进行的观察下被实施了光轴方向上的调节(焦点调节)之后，通过粘接剂等而被固定。
在接下来的工序中，将第1物镜光学系统单元40l定位并固定于第1物镜光学系统保持孔37l内。即，插入到第1物镜光学系统保持孔37l内的第1物镜光学系统单元40l例如在对由第1摄像元件32l形成的第1光学像进行的观察下被实施光轴方向上的调节(焦点调节)。并且，第1物镜光学系统单元40l基于由第1摄像元件32l形成的第1光学像与由第2摄像元件32r形成的第2光学像之间的比较，在第1物镜光学系统保持孔37l中设定的调节量的范围内进行相对于第2物镜光学系统单元40r的相对位置(光轴间距离以及倾斜角等)的调节之后，通过粘接剂等被固定。
根据这样的实施方式，通过利用粘接将接收第1物镜光学系统31l所形成的第1光学像的第1摄像元件32l、和接收第2物镜光学系统31r所形成的第2光学像的第2摄像元件32r的各光接收面32la、32ra侧定位并固定于配置在第1、第2光学像的光路上的单个定心玻璃34，并经由该定心玻璃34而将第1、第2摄像元件32l、32r保持在保持框35上，从而能够通过简单的结构而获得具有适当的视差的2个摄像图像。
即，通过将第1、第2摄像元件32l，32r定位并固定于单个定心玻璃34从而保持在保持框35上，由此，与将第1、第2摄像元件经由独立的定心玻璃而定位并固定于保持框的情况相比，能够减少部件个数从而简化结构。此外，通过在与金属制的保持框35相比热膨胀和热收缩较小的单个定心玻璃34上确定第1、第2摄像元件32l、32r的相对位置，能够在适当的视差位置上高精度地进行这些定位，从而能够获得具有适当的视差的2个摄像图像。除此之外，在将第1、第2摄像元件固32l、32r固定在单个定心玻璃34上的结构中，与将该第1、第2摄像元件固定于独立的定心玻璃上的结构相比，能够抑制第1、第2摄像元件32l、32r的光轴间隔过宽的情况，从而能够抑制进行立体观察时的立体感过强的情况。
在该情况下，通过将用于保持第1物镜光学系统31l的第1物镜光学系统保持孔37l与用于保持第2物镜光学系统31r的第2物镜光学系统保持孔37r设置在保持框35上，从而通过单个保持框35不仅能够保持第1、第2摄像元件32l、32r，还能够保持第1、第2物镜光学系统31l、31r，能够实现构造的进一步简化。除此之外，通过将第1、第2物镜光学系统保持孔37l、37r设置在单个保持框35上，还能够抑制其光轴间隔过宽的情况。
此外，通过将第1、第2物镜光学系统31l、31r分别高精度地保持于第1、第2镜头架41l、41r，并在单元化为第1、第2物镜光学系统单元40l、40r的状态下向保持框35进行组装，从而能够提高第1、第2物镜光学系统31l、31r向保持框35进行安装的安装精度。
此外，通过在第1、第2物镜光学系统保持孔37l、37r中的任意一方中设置调整量，从而在于单个保持框35上设置了第1、第2物镜光学系统保持孔37l、37r的情况下，也能够容易地实现第1、第2物镜光学系统31l、31r的相对位置调节。
另外，本发明并不限定于以上所说明的各实施方式，能够实施各种变形和变更，其也在本发明的技术范围之内。
本申请是以2015年12月17日在日本国申请的特愿2015-246015号为优先权主张的基础而进行申请的，上述的公开内容被本申请说明书、权利要求引用。
Claims (3)
1.一种立体摄像单元，其特征在于，具备：
第1摄像元件，其接收第1物镜光学系统所形成的第1光学像；
第2摄像元件，其接收与所述第1物镜光学系统成对的第2物镜光学系统所形成的第2光学像；
第1护罩玻璃，其粘接在所述第1摄像元件的光接收面侧；
第2护罩玻璃，其粘接在所述第2摄像元件的光接收面侧；
第1电路基板，其与所述第1摄像元件电连接，并且与第1摄像缆线电连接，该第1摄像缆线向与所述第1摄像元件的光接收面相反的一侧延伸；
第2电路基板，其与所述第2摄像元件电连接，并且与第2摄像缆线电连接，该第2摄像缆线向与所述第2摄像元件的光接收面相反的一侧延伸；
单个光学部件，其被配置在所述第1光学像和所述第2光学像的光路上，通过粘接对所述第1护罩玻璃以及所述第2护罩玻璃进行定位并固定，从而所述第1摄像元件和所述第2摄像元件的各光接收面侧以相互隔开规定间隔的状态而定位并固定在该单个光学部件上；以及
单个保持框，其具有保持所述光学部件的保持部、用于保持所述第1物镜光学系统的第1物镜光学系统保持孔、和用于保持所述第2物镜光学系统的第2物镜光学系统保持孔。
2.根据权利要求1所述的立体摄像单元，其中，
所述第1物镜光学系统保持孔对被单元化为第1物镜光学系统单元的所述第1物镜光学系统进行保持，所述第2物镜光学系统保持孔对被单元化为第2物镜光学系统单元的所述第2物镜光学系统进行保持。
3.根据权利要求2所述的立体摄像单元，其中，
所述第1物镜光学系统保持孔和所述第2物镜光学系统保持孔中的任意一方具有调节量，该调节量用于相对于所述第1物镜光学系统单元和所述第2物镜光学系统单元中的任意一方而对所述第1物镜光学系统单元和所述第2物镜光学系统单元中的另一方进行位置调节。
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