CN111566519B - 层叠透镜阵列和内窥镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种层叠透镜阵列30，其中，配置在前端侧的第一透镜元件和配置在根端侧的第二透镜元件沿着层叠方向层叠，所述层叠透镜阵列30的特征在于：包括第一透镜元件和第二透镜元件的层叠体的外周面30g沿着层叠方向设置，并且在沿着层叠方向的外周面30g的至少一部分具有向层叠体的中心30c凹陷地形成的凹部H。

Description

层叠透镜阵列和内窥镜
技术领域
本发明涉及层叠透镜阵列和内窥镜，所述层叠透镜阵列中，配置在一侧的第一透镜元件和配置在与一侧相反的另一侧的第二透镜元件沿着层叠方向层叠，所述层叠方向是连结一侧和另一侧的方向。
背景技术
近年来，内窥镜在医疗领域和工业用领域中被广泛使用。在医疗领域和工业用领域中使用的内窥镜，通过将细长的插入部插入到受检体内，能够利用设置在插入部的前端部的摄像单元对位于该摄像单元的一侧的受检体内进行观察。
摄像单元被嵌入配置在孔中，并且包括物镜单元，其中，上述孔形成在用于构成前端部的前端硬质部件中。
物镜单元包括：第一透镜元件即物镜，其露出在插入部的前端部的前端面；和位于该物镜的后方的1个或多个第二透镜元件即光学透镜。
摄像单元还包括：经由物镜单元对受检体内进行摄像的CCD或CMOS等摄像元件，其相对于第二透镜元件配置在与一侧相反的另一侧；与该摄像元件电连接并且安装有电子部件的电路板；以及与该电路板电连接并且与电路板进行电信号的传递的线缆等。
在插入部内，除了配置有上述的摄像单元以外，还配置有用于向受检体内供给照明光的光导纤维束、已知的处置器具插通通道等其它内置物。
光导纤维束和处置器具插通通道的一侧分别配置于形成在前端硬质部件中的与配置有摄像单元的孔不同的各孔中，光导纤维束的光出射端部和处置器具插通通道的开口以露出在前端部的前端面的方式被固定。
在此，为了使前端部的前端硬质部件的连结上述一侧和另一侧的方向上的硬质长度缩短、并且使直径减小，在物镜单元中使用将多个透镜元件以在连结上述一侧和另一侧的方向上层叠的方式贴合而成的层叠透镜阵列的结构是众所周知的，已在日本特开2017-30252号公报中公开。
日本特开2017-30252号公报中公开了：将多个大板贴合之后，通过划片进行切割，来制造外形形状即外周面的形状形成为矩形形状的多个层叠透镜阵列的方法；和层叠透镜阵列的结构。
但是，日本特开2017-30252号公报中公开的层叠透镜阵列，外形形状为矩形形状。因此，存在下述问题：当将其配置在形成于前端硬质部件中的孔中时，与外形形状为圆形相比，孔的截面积增大，前端部的外径增大。
鉴于上述问题，人们考虑使层叠透镜阵列的外径形成得较小。
然而，在该结构中，构成层叠透镜阵列的各透镜元件的供入射至摄像元件的光通过的有效视场区域减小，从而物镜单元的视场变窄，因此并不令人满意。
另外，通过在层叠透镜阵列的1个外周面设置已知的D形切割部那样的平面来使层叠透镜阵列的外径方向的截面积减小的结构也是众所周知的。然而，人们要求使层叠透镜阵列的截面积进一步减小从而能够使前端部的直径减小的结构。
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供层叠透镜阵列和内窥镜，它们具有能够使外径方向上的截面积减小而不使有效视场区域减小的结构。
发明内容
用于解决技术问题的手段
本发明的一个方式提供一种层叠透镜阵列，其中，配置在一侧的第一透镜元件和配置在与所述一侧相反的另一侧的第二透镜元件沿着层叠方向层叠，所述层叠方向是连结所述一侧和所述另一侧的方向，所述层叠透镜阵列的特征在于：包括所述第一透镜元件和所述第二透镜元件的层叠体的外周面沿着所述层叠方向设置，并且在沿着所述层叠方向的所述外周面的至少一部分具有向所述层叠体的中心凹陷地形成的凹部。
本发明的一个方式提供一种内窥镜，其在插入部的前端部包括具有所述凹部的所述层叠透镜阵列，所述内窥镜的特征在于：所述前端部内的其它内置物沿着所述凹部的外周配置。
附图说明
图1是表示在插入部的前端部内具有第一实施方式的层叠透镜阵列的内窥镜的图。
图2是从图1中的II方向看图1的插入部的前端面时的正面图。
图3是表示以往的内窥镜的插入部的前端面的正面图。
图4是图2的层叠透镜阵列的侧面图。
图5是不具有处置器具插通通道的前端部的前端面的正面图。
图6是以往的不具有处置器具插通通道的前端部的前端面的正面图。
图7是第二实施方式的层叠透镜阵列的侧面图。
图8是表示在前端部内设置有图7的层叠透镜阵列的结构的概略图。
图9是内窥镜的插入部的前端部的局部截面图。
图10是将设置在内窥镜的插入部的前端部的前端硬质部件中的通道管头与前端硬质部件一起表示的局部截面图。
图11是将以往的通道管头与前端硬质部件一起表示的局部截面图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要注意的是，附图是示意性的，各部件的厚度与宽度的关系、各部件的厚度的比例等与实际情况并不相同，当然在附图之间也存在彼此的尺寸的关系或比例不同的部分。
(第一实施方式)
图1是表示在插入部的前端部内具有本实施方式的层叠透镜阵列的内窥镜的图。
如图1所示，内窥镜1包括插入部2、操作部3、通用线缆8和连接器9构成其主要部分，其中，插入部2可被插入到受检体内，操作部3与该插入部2的插入方向N的根端侧N2相连，通用线缆8从该操作部3伸出，连接器9设置在该通用线缆8的伸出端。
内窥镜1可经由连接器9与控制装置、照明装置等外部装置电连接。
插入部2形成为细长形状，从插入方向N的前端侧N1起依次包括前端部11、弯曲部12和挠性管部13。
弯曲部12可随着弯曲操作在例如上下左右4个方向弯曲，从而能够改变设置在前端部11内的未图示的摄像单元中的物镜单元的观察方向，或提高前端部11在受检体内的插入性能。挠性管部13与弯曲部12的根端侧N2相连。
下面，使用图2～图4对层叠透镜阵列的结构进行说明，该层叠透镜阵列用于构成设置在前端部11内的摄像单元中的物镜单元。
在下面所示的实施方式中，为了使附图简化，物镜单元中仅示出层叠透镜阵列。
图2是从图1中的II方向看图1的插入部的前端面时的正面图，图3是表示以往的内窥镜的插入部的前端面的正面图，图4是图2的层叠透镜阵列的侧面图。
如图2所示，前端部11包括外形形成为大致圆形的前端硬质部件20，该前端硬质部件20由例如树脂或金属构成，沿着插入方向N形成为细长形状。
在前端硬质部件20中，沿着插入方向N形成有多个贯通孔，例如形成有3个贯通孔20a～20c。
贯通孔的数量并不限于3个。可以是贯通孔20a～20c全部在外径方向R上相连。
图4所示的层叠体即层叠透镜阵列30被嵌入在贯通孔20a中，并以第一透镜元件即物镜31露出在前端面11s的方式被固定。
作为其它内置物的处置器具插通通道60的前端侧N1被固定在贯通孔20b中，处置器具插通通道60的前端在前端面11s上开口。
作为其它内置物的照明用透镜70和未图示的光导的前端侧N1被嵌入并固定在贯通孔20c中，照明用透镜70以露出在前端面11s的方式被固定。
如图4所示，层叠透镜阵列30中，配置在一侧即前端侧S1的物镜31和配置在另一侧即根端侧S2的第二透镜元件32沿着层叠方向S以外形一致的方式由粘合剂等贴合从而层叠，其中，上述一侧与插入方向N的前端侧N1一致，上述另一侧是前端侧S1的相反侧并且与插入方向N的根端侧N2一致，上述层叠方向S是连结前端侧S1和根端侧S2的方向且与插入方向N一致。
第二透镜元件32由多个透镜元件构成，例如由2个透镜元件构成，第二透镜元件32中，第三透镜元件即透镜33和第四透镜元件即透镜34沿着层叠方向S以外形一致的方式由粘合剂等贴合从而层叠，其中，第三透镜元件即透镜33位于最靠根端侧S2的位置，第四透镜元件即透镜34在层叠方向S上被夹在物镜31与透镜33之间。
在本实施方式中，以第二透镜元件32由2个透镜元件构成的情况为例进行了说明，但是当然也可以是第二透镜元件32由3个以上的透镜元件构成。即，也可以是第四透镜元件由多个透镜元件构成。
如后述的图8所示，在层叠透镜阵列30被配置在前端部11内时，在比透镜33靠根端侧S2的位置，在前端部11内设置有用于构成摄像单元的摄像元件50，由层叠透镜阵列30会聚后的光入射至上述摄像单元。
在本实施方式中，层叠透镜阵列30形成为外径相同且外径方向R上的截面积相同的形状，即，物镜31、透镜33和透镜34形成为外径相同且外径方向R上的截面积相同的形状。
具体而言，如图2、图4所示，层叠透镜阵列30的4个外周面30g沿着层叠方向S设置，并且形成为在沿着层叠方向S的外周面30g的一部分具有向层叠透镜阵列30的中心30c凹陷的凹部H的形状。
更具体而言，物镜31的4个外周面31g、透镜33的4个外周面33g和透镜34的4个外周面34g分别形成为外形从矩形形状呈半圆形向中心30c凹陷的形状，即，分别形成为具有凹部H的形状。
从而，该层叠透镜阵列30的外形形状成为保留了层叠透镜阵列30中的除透镜31、34、33之间的粘合部分以外的供入射至摄像元件50的光通过的至少有效视场区域Y的形状。
有效视场区域Y的形状只要为在外周面30g形成有凹部H的形状，就不限于图2、图4所示的形状。
即，本实施方式的层叠透镜阵列30的外形形状，与图3所示的以往的在4个外周面30g＇没有形成凹部H的外形形成为矩形形状的层叠透镜阵列30＇不同。
具体而言，在以往的层叠透镜阵列30＇中，在有效视场区域Y与外周面30g＇之间形成有不会成为有效视场区域Y的无效空间(dead space)J，而本实施方式的层叠透镜阵列30形成为不具有无效空间J的外形形状。因此，凹部H形成在有效视场区域Y之外。
凹部H可以是在将层叠透镜阵列30一体成型时形成，也可以是在将物镜31、透镜34和透镜33贴合并使它们一体化之后，通过后续加工对外周面30g进行切削来形成。
层叠透镜阵列30的其它结构与以往的层叠透镜阵列30＇的结构相同，因此省略其说明。
如上所述，在本实施方式中说明了下述情况：在构成层叠透镜阵列30的物镜31、透镜33和透镜34中，物镜31的4个外周面31g、透镜33的4个外周面33g和透镜34的4个外周面34g分别形成为外形从矩形形状呈半圆形向中心30c凹陷的形状，即，分别形成为具有凹部H的形状。
即，说明了下述情况：层叠透镜阵列30的外形形状形成为保留了层叠透镜阵列30的除透镜31、34、33之间的粘合部分以外的大致有效视场区域Y的形状。
从而，如图2、图3所示，能够使层叠透镜阵列30的外径方向R上的截面积与以往的层叠透镜阵列30＇相比减小与无效空间J相应的量、即减小与凹部H相应的量，而不使有效视场区域Y减小。
因此，如图2、图3所示，能够将配置在前端部11的前端硬质部件20中的作为其它内置物的处置器具插通通道60、照明用透镜70和用于对该照明用透镜70供给照明光的未图示的光导纤维配置成，在前端部11的外径方向R上，与以往的前端部11＇相比向层叠透镜阵列30靠近与无效空间J相应的量，即，能够将它们沿着凹部H配置。
关于其它内置物的配置部位这一点，当在前端部11中配置有后述的LED等照明用芯片71(参照图8)来代替光导纤维的情况下也是同样的，照明用芯片也能够向层叠透镜阵列30靠近与无效空间J相应的量而沿着凹部H配置。
因此，与以往的结构相比，能够使前端部11的外径R10小于以往的前端部11＇的外径R12(R10＜R12)，而不使处置器具插通通道60和照明用透镜70直径减小，即确保与以往同样的照明光的明亮度、通道直径等与功能相关的参数。
由上述内容可知，能够提供层叠透镜阵列30和内窥镜1，它们具有能够使外径方向R上的截面积减小而不使有效视场区域Y减小的结构。
下面，使用图5、图6示出变形例。图5是不具有处置器具插通通道的前端部的前端面的正面图，图6是以往的不具有处置器具插通通道的前端部的前端面的正面图。
在上述的本实施方式中，以在前端硬质部件20中设置有层叠透镜阵列30、照明用透镜70和处置器具插通通道60的情况为例进行了说明。但是并不限于此，也可应用于如图5所示的那样没有设置处置器具插通通道60的结构。
即，在本变形例中，如图5所示，物镜31的4个外周面31g、透镜33的4个外周面33g和透镜34的4个外周面34g也分别形成为外形从矩形形状呈半圆形向中心30c凹陷的形状，即，分别形成为具有凹部H的形状。
因此，本实施方式的层叠透镜阵列30的外形形状，与图6所示的以往的在4个外周面30g＇没有形成凹部H的外形形成为矩形形状的层叠透镜阵列30＇不同。
具体而言，在以往的层叠透镜阵列30＇中，在有效视场区域Y与外周面30g＇之间形成有无效空间J，而本实施方式的层叠透镜阵列30形成为不具有无效空间J的外形形状。
在该情况下，照明用透镜70在前端硬质部件20中配置在前端部11的外周与层叠透镜阵列30的外周面30g之间的空间20s中即可。其它结构与上述的本实施方式相同。
关于其它内置物的配置部位这一点，在不使用照明用透镜70的结构中也是同样的，具体而言，在未图示的光导纤维前端伸出至前端面11s从而从伸出端直接向受检体内供给照明光的结构中也是同样的。
在该情况下，前端部11内的光导纤维配置在前端部11的外周与层叠透镜阵列30的外周面30g之间的空间20s中即可。
采用上述结构，也能够利用形成在外周面30g的凹部H，使前端部11的外径R11与图6所示的以往的前端部11的外径R13相比减小与无效空间J相应的量、即减小与凹部H相应的量(R11＜R13)。其它效果与上述的本实施方式相同。
(第二实施方式)
图7是本实施方式的层叠透镜阵列的侧面图，图8是表示在前端部内设置有图7的层叠透镜阵列的结构的概略图。
该第二实施方式的层叠透镜阵列的结构，与上述的图1～图6所示的第一实施方式的层叠透镜阵列相比，不同点在于：第四透镜元件的外周面位于比第一透镜元件和第三透镜元件的外周面更靠中心侧的位置，并且层叠透镜阵列的外形形成为矩形形状。因此，仅对该不同点进行说明，对于与第一实施方式同样的构成要素，标注相同的附图标记，省略其说明。
在本实施方式中，为了使附图简化，物镜单元中也仅示出层叠透镜阵列。以第二透镜元件由2个透镜元件构成的情况为例进行说明。
在本实施方式中，层叠透镜阵列30的4个外周面30g也沿着层叠方向S设置，并且形成为在沿着层叠方向S的外周面30g的一部分具有向层叠透镜阵列30的中心30c凹陷的凹部H的形状。
具体而言，在本实施方式中，物镜31、透镜33和透镜34的外形形成为矩形形状。而且，如图7所示，物镜31和透镜33的外径方向R上的外周面31g、33g形成为相同的外径R1并且形成为相同的截面积。
另外，如图7所示，透镜34的外周面34g与物镜31的外周面31g及透镜33的外周面33g相比，在外径方向R上位于更靠层叠透镜阵列30的中心30c侧的位置。从而，在外周面30g的一部分形成有凹部H。
即，利用凹部H使得透镜34的外周面34g的外径R2形成得比物镜31的外周面31g和透镜33的外周面33g的外径R1小(R2＜R1)。
即使将透镜34的外径R2形成得比物镜31和透镜33的外径R1小，透镜34的有效视场区域Y也不会减小。
这是因为，在由3个透镜元件31、34、33构成的层叠透镜阵列30的光学特性方面，通过在层叠方向S上被夹在物镜31与透镜33之间的透镜34的光线L的范围，比物镜31和透镜33更靠中心30c。
即，通过对透镜34的位于光线L的通过范围以外的外周面34g进行收缩成型或加工，透镜34形成为具有外径R2。
层叠透镜阵列30的其它结构与第一实施方式的层叠透镜阵列30的结构相同。
采用上述结构，如图8所示，当在前端部11的前端硬质部件20中配置有层叠透镜阵列30时，能够在由凹部H形成的空间，配置作为其它内置物的温度传感器65、用于对照明用透镜70供给照明光的照明用芯片71等。
从而，能够将温度传感器65和照明用芯片71配置成在外径方向R上向中心C侧靠近与凹部H相应的量，因此，能够相应地使前端部11直径减小。
由上述内容可知，采用上述结构，也能够获得与上述的第一实施方式同样的效果。
在上述的本实施方式中，说明了物镜31的外周面31g和透镜33的外周面33g的外形形状形成为矩形形状的情况。
但是并不限于此，当然也可以与上述的第一实施方式同样地形成为在4个外周面31g和4个外周面33g上分别形成有凹部H的形状。
此外，作为用于使内窥镜1的插入部2的前端部11的直径减小的其它结构，可以考虑图9所示的结构。图9是内窥镜的插入部的前端部的局部截面图。
以往，在众所周知的内窥镜中，形成在插入部中的处置器具插通通道160是通过将通道管161的前端固定在硬质的通道管头162的根端而形成的，其中，通道管头162嵌入在前端部111的前端硬质部件120内。
然而，在以往的结构中，在使处置器具插入处置器具插通通道160中时，有可能经由通道管161对配置在前端硬质部件120内的摄像单元200施加负荷F。
此外，在处置器具为激光烧灼装置的情况下，当对受检部位进行激光烧灼处置时，有可能导致反射光Z经由前端面上的处置器具插通通道160的前端开口160s进入摄像单元200而产生已知的光晕。
因此，在图9所示的结构中采用了下述结构：使通道管头162的根端160k比摄像单元200中的与电路板电连接的信号线缆210的线缆带211的前端，在插入方向N上向根端侧N2靠后方配置Na的量。
采用该结构，能够利用硬质的通道管头162减轻负荷F，该负荷F是在处置器具插通通道160中穿过的处置器具对摄像单元200的比线缆带211靠前端侧N1的部位施加的负荷。
根端160k比摄像单元200中的摄像元件的受光部201更靠根端侧N2，因此，能够利用通道管头162防止激光反射光Z进入摄像单元200。
因此，不需要在摄像单元200的外周另外设置遮光用的壳体等，因此，能够使前端部111的直径减小。
此外，作为将通道管头固定于前端硬质部件的结构，可以考虑图10所示的结构。
图10是将设置在内窥镜的插入部的前端部的前端硬质部件中的通道管头与前端硬质部件一起表示的局部截面图，图11是将以往的通道管头与前端硬质部件一起表示的局部截面图。
以往，在众所周知的内窥镜中，如图11所示，作为用于确保通道管头162与前端硬质部件120的电导通的结构，使用下述结构：使螺钉170从前端硬质部件120的外径方向R的外侧与螺孔120h螺合，使螺钉170前端与凸缘162f接触，其中，凸缘162f在通道管头162的外周面上与螺孔120h嵌合。
但是，在该结构中，存在下述问题：如果螺钉170的紧固强度弱，则无法确保导通，如果螺钉170的紧固强度强，则通道管头162会因紧固负荷F＇而变形，无法确保通道管头162内的要求的处置器具插通通道160的内径。
于是，在本发明中，如图10所示，采用了下述结构：使与螺孔120h嵌合的凸缘162f的插入方向N上的宽度Nb大于以往的宽度Nc(Nb＞Nc)，并且大于螺钉170的前端宽度Nd(Nb＞Nd＞Nc)。
采用上述结构，由紧固螺钉170时的紧固转矩产生的对通道管头162的负荷F＇在凸缘162f上分散，因此，能够抑制通道管头162的变形。
本申请以2018年1月9日在日本申请的特愿2018-001362号为基础要求优先权，在本申请说明书、权利要求书和附图中引用上述日本申请的内容。

Claims (8)

1.一种层叠透镜阵列，其具有第一透镜和与所述第一透镜贴合从而层叠的第二透镜元件，所述层叠透镜阵列的特征在于：
所述第一透镜的外周面沿着所述第一透镜与所述第二透镜元件层叠的层叠方向设置，并且在所述第一透镜的外周面的至少一部分具有通过所述第一透镜的外周面向所述第一透镜的中心凹陷而形成的凹部，
所述第二透镜元件具有：与所述第一透镜贴合从而层叠的第四透镜；和与所述第四透镜贴合从而层叠的第三透镜。
2.如权利要求1所述的层叠透镜阵列，其特征在于：
所述第三透镜的外周面在所述第三透镜的外周面的周向的至少一部分具有通过所述第三透镜的外周面向所述第三透镜的中心凹陷而形成的第二凹部。
3.如权利要求2所述的层叠透镜阵列，其特征在于：
所述第四透镜的外周面比所述第一透镜和所述第三透镜的各外周面更靠所述层叠体的所述中心侧，
所述第四透镜的外周面的外径形成得比所述第一透镜和所述第三透镜的各外周面的外径小。
4.一种层叠透镜阵列，其中，配置在一侧的第一透镜元件和配置在与所述一侧相反的另一侧的第二透镜元件沿着层叠方向层叠，所述层叠方向是连结所述一侧和所述另一侧的方向，所述层叠透镜阵列的特征在于：
包括所述第一透镜元件和所述第二透镜元件的层叠体的外周面沿着所述层叠方向设置，并且在沿着所述层叠方向的所述外周面的至少一部分具有向所述层叠体的中心凹陷地形成的凹部，
所述第二透镜元件包括第三透镜元件和的第四透镜元件，其中，所述第三透镜元件位于所述第二透镜元件的最靠所述另一侧的位置，所述第四透镜元件在所述层叠方向上被夹在所述第一透镜元件与所述第三透镜元件之间，
所述凹部包括：通过使所述第四透镜元件的外周面比所述第一透镜元件和所述第三透镜元件的各外周面更靠所述层叠体的所述中心侧而形成的第二凹部；和通过使所述第一透镜元件和所述第三透镜元件的各所述外周面凹陷而在该各所述外周面上形成的第三凹部。
5.一种内窥镜，其在插入部的前端部包括权利要求1所述的层叠透镜阵列，所述内窥镜的特征在于：
所述前端部内的其它内置物沿着所述凹部的外周配置。
6.如权利要求5所述的内窥镜，其特征在于：
在所述前端部内的所述第二透镜元件的与所述第一透镜侧相反的一侧的位置设置有摄像元件，由所述层叠透镜阵列会聚后的光入射至所述摄像元件，
所述凹部在所述层叠体的所述外周面上形成在有效视场区域外，所述有效视场区域是所述层叠体中的供入射至所述摄像元件的光通过的区域。
7.一种摄像单元，其特征在于，包括：
权利要求1所述的层叠透镜阵列；和
摄像元件，透过所述层叠透镜阵列的光入射至该摄像元件。
8.一种摄像单元，其特征在于，包括：
权利要求4所述的层叠透镜阵列；和
摄像元件，透过所述层叠透镜阵列的光入射至该摄像元件。
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