JP2007000404A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、オートクレーブによる滅菌処理に適した、製作が容易で耐久性のある撮像装置の構造に関するものである。
【解決手段】本発明による撮像装置は、固体撮像素子を収納する金属部材で構成された筐体１１の端部に透明な光学部材１６を配置し、前記金属部材の端部に透明な光学部材を接着剤で気密的に接合し、接着剤層を覆うように接着剤層より大きな範囲部分を透明物質でオーバーコート２６することを特徴とした構造を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は主に医用に用いられる固体撮像素子を用いた撮像装置、特に高温水蒸気を用いたオートクレーブ装置による滅菌工程に耐える構造を持った撮像装置に関するものである。

ファイバースコープや硬性内視鏡の画像をテレビ画像として見るために、内視鏡の接眼レンズ部に取付けたＣＣＤで代表されるような固体撮像素子を用いた撮像装置が医療の分野で多く用いられている。また最近は従来の光学的な内視鏡に代わり、内視鏡先端部に撮像レンズと固体撮像素子を組み込んだ撮像装置が多く用いられている。特に内視鏡や体内に挿入される内視鏡と組合せて使用される撮像装置は感染を防止する目的で装置の消毒、滅菌をおこなうことが必須となっている。これまでは、この様な消毒、滅菌には各種の消毒用薬液やエチレンオキサイドガス等が広く用いられていた。

近年環境問題が重要視されるに従って、使用後の後処理を必用とする消毒用薬液や消毒用ガスに替って高温、高圧の水蒸気を利用したオートクレーブ装置を利用した消毒、滅菌が出来る撮像装置の要求が強くなってきている。

医用に用いられる撮像装置の多くは、Ｏリングや接着剤を使用した気密構造を採用しており、従来の消毒用薬液や消毒用ガスに対しては十分に耐消毒性を有していた。しかし高温、高圧の水蒸気を利用したオートクレーブ装置の環境下では水蒸気に対する気密性能、耐久性が十分であるとはいえないのでオートクレーブ装置による消毒、滅菌はおこなわれていなかった。

これまでにもオートクレーブ装置による消毒、滅菌に耐える内視鏡撮像装置等に関しては多くの提案がなされている。特に光を取り入れる光学窓をどの様に気密封止するかに関しては、ハーメチックシールドをしたサファイア材を用いたり、硝子やサファイア等の光学部材の外周にメタライズ処理をおこない金属鏡筒に半田付をする等の提案がなされている。本発明は基本的には従来の接着技術を用いた上で、オートクレーブ装置による消毒、滅菌操作に耐える撮像装置の構造を提供するものである。
特開２０００−６０７９３号公報 特開２０００−１９３８９２号公報 特開２００２−２５３４８６号公報 特開２００２−２５３４８７号公報

従来の撮像装置に用いられてきた気密技術、即ちＯリングや接着剤等を用いた気密構造を主体とした上で高温、高圧水蒸気を利用したオートクレーブ装置による消毒、滅菌作業に耐える撮像装置の構造を提示することを課題とする。

上記目的を達成するために、請求項１に関わる発明は、少なくとも固体撮像素子と撮像レンズの一方、または両方を収納する金属部材で構成された筐体の光が入射する端面に透明な光学部材を配置した撮像装置において、前記透明な光学部材を金属部材で構成された筐体の光が入射する端面に接着剤で接合し、前記筐体と透明な光学部材の間に出来る接着剤層を覆うように接着剤層より大きな範囲部分を透明物質でオーバーコートする構造の撮像装置を特徴とする。

さらに詳しく説明すると、本発明による撮像装置には、撮像レンズで構成したもの、主に固体撮像素子で構成したもの、撮像レンズと固体撮像素子で構成したものが含まれるが、いずれも撮像装置の基本構造は金属部材で構成される筐体の一端には透明な光学部材が配置され、気密的に取付けられることが必用である。しかし前記金属部材の一端に取付けられる透明な光学部材は直接半田付等をすることは出来ないので従来と同様な接着剤による気密接合をおこなう。しかし前述のように接着剤は高温、高圧の水蒸気を利用したオートクレーブ装置の環境下では水蒸気に対する気密性能、耐久性が十分でないので、この光学部材の表面と、光学部材を接合した接着剤層の表面部分と金属部材の端面の一部を、硝子材料等をスパッター装置でスパッターし、オーバーコートをすることで接着剤の表面が直接水蒸気に触れない構造を採っている。

請求項２に関わる発明は、少なくとも固体撮像素子と撮像レンズの一方、または両方を収納する金属部材で構成された筐体の光が入射する端面に透明な光学部材を配置した撮像装置において、前記透明な光学部材を金属部材で構成された筐体の光が入射する端面に接着剤で接合し、前記筐体と透明な光学部材の間に出来る接着剤層を覆うように前記光学部材表面より大きな範囲部分を透明物質でオーバーコートする構造の撮像装置を特徴とする。

さらに詳しく説明すると、光が入射する筐体の端面に配置された光学部材があまり大きくない場合には、光学部材の全表面を含めて接着層を覆うように透明部物質をオーバーコートする事で光学部材の表面の平坦状況を保つ事を特徴としている。

請求項３に関わる発明は、透明な光学部材は、固体撮像素子の撮像面上に光学像を形成する撮像レンズ部の最前端レンズであることを特徴とした請求項１記載の撮像装置を特徴とする。

さらに詳しく説明すると上記撮像装置は、固体撮像素子の撮像面に光学像を形成する撮影レンズを内蔵してもよく、また単独に撮像レンズのみを装着してもよいが、いずれの場合も請求項１及び請求項２で記載した透明部材を撮影レンズの最前面のレンズとすることも可能である。特に撮像レンズの最前面レンズが平凸レンズで構成される場合にはオーバーコートする面が平面になるので効果的である。

本発明による撮像装置は、基本的には従来の接着剤を用いた気密構造を主体とし、透明な光学部材を含めた撮像装置の前面を透明物質でオーバーコートする構造を特徴としているので、種々の形状を持った撮像装置の気密構造をほぼそのまま使うことが出来るため容易に耐オートクレーブ性を持った撮像装置を作ることが可能である。

本発明による撮像装置の実施例では、撮像装置をオートクレーブ装置の高温、高圧の水蒸気中に曝すことで消毒、滅菌した際に、撮像装置を構成する主要部品、固体撮像素子、撮像レンズ、光学素子等を含んだ光学像を形成する物理的な空間部分に水蒸気成分が侵入し光学的な結像性能を劣化させることを完全に防止する構造を示している。以下図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図1は本発明による撮像装置の主要部の一例を示すものである。図1では撮像装置の主要部を１で示し、この主要部と内視鏡等の接眼レンズ部に連結する連結部は２、主要部と信号処理装置までのケーブルを収納するケーブル収納部を３で示している。前述の連結部２，およびケーブル収納部は目的に応じて自由な形態をとることが出来、また本発明の構造には直接大きな影響を与える部分でないので詳細な説明を省略する。

撮像装置の主要本体部を構成する金属部材で構成された筐体１１は図1にハッチングを施して示してある。筐体１１内に固体撮像素子１２、撮像レンズ１３、赤外カットフィルター１４等の光学素子が収納されており、筐体１１の両端面はハーメチック電極１５、透明な光学部材１６が気密構造で取付けられている。従来の撮像装置では、接着剤、Ｏリングを用い筐体１１の両端をハーメチック電極１５と透明な光学部材１６で気密的に封止する場合が多かった。すでに説明したようにオートクレーブ装置の高温、高圧の水蒸気中ではこの様な接着剤、Ｏリングの様な封着材では水蒸気の侵入を完全に防ぐことが出来ず、わずかな水蒸気の侵入が曇りを発生する原因となる可能性を持っていた。

ハーメチック電極１５の枠体１７には一般にコバールの様な金属が使われるので、鏡筒１１の端面との封止は半田付、またはロウ付をおこなう事で信頼性の高い気密構造とすることが出来る。しかし一般には半田付、ロウ付をおこなう場合筐体１１はかなりの高温になるので半田付、ロウ付作業時は固体撮像素子１２、撮像レンズ１３は筐体１１外に置き半田付、ロウ付作業後に鏡筒内に装着出来る構造を採ることがのぞましい。図１の実施例では図から明らかなように、固体撮像素子１２，撮像レンズ１１等はハーメチック電極１５が筐体１１に封着された後に筐体の他の端面から筐体１１内に装着出来る構造を採っている。

また、固体撮像素子１２の複数のリードピンは１８で、ハーメチック電極の複数のピンは１９で代表的に示しており、リードピン１８と電極ピン１９は長さに余裕を持ったケーブル２０で連結される。

固体撮像素子１２と撮影レンズ１３、赤外カットフィルター１４は鏡筒２１に組み込まれており筐体１１の前面から筐体１１に組み込まれる。さらに鏡筒２１の内側、レンズ鏡筒２２の外側にはネジ２３が切られておりレンズ鏡筒２２を回転させることで撮影レンズ１３の焦点調節をおこなっている。

筐体１１に固体撮像素子１２と撮影レンズ１３、赤外カットフィルター１４が組み込まれたあとに、筐体１１の前面には撮像装置への光が入射する入射窓となる透明な光学部材１６を接着剤で気密的に接合する。但し前述のように接着剤のみの接着ではオートクレーブ装置の高温、高圧水蒸気中での気密保持には問題が残るので図２Ａ、図２Ｂに示すように透明な光学部材１６の表面に、光学部材１６の表面部分と接着層２５の表面部分を含め筐体１１の金属部材の先端部１１ａまでを覆う透明物質のオーバーコート膜２６をスパッター等で形成する。図２Ｂは図１の筐体１の先端部分の拡大図で、図２Ａは図２Ｂを正面から見た図である。このオーバーコート膜はＳｉＯ２を主成分としたガラス材料等が適している。図２Ａ、図２Ｂでは理解を容易にするためにオーバーコート膜２６の厚みと接着剤層２５の厚みを誇張して画いてあるが、このオーバーコートは1ミクロン以下の膜厚でも十分に高温、高圧の水蒸気に耐える事が出来る。

図３Ａ、図３Ｂは前述の図２のオーバーコート膜２６の範囲を変えた状態を説明するもので、図３Ｂは図１の筐体１の先端部分の拡大図で、図３Ａは図３Ｂを正面から見た図である。なお符号は図２の場合と同じである。図３は図２で説明したオーバーコート膜２６を透明な光学部材１６の全面におこなった場合を示しており、オーバーコート膜２６を透明な光学部材の全面に施すことで、オーバーコート膜２６と透明な光学部材１６の境界部分がなくなり、膜の機械的な強度を上げることが出来る。また透明な光学部材の大きさが小さい場合に光学部材の平坦部を大きくとれるので効果が大きい。

図４は第１の実施例から撮像レンズ１３を筐体１１の外に出した撮像装置を示している。図中用いた符号は図１と同じであるので詳細は省略する。この実施例の場合も筐体１１の両端をハーメチック電極１５，透明な光学部材１６で気密的に封止するが、透明な光学部材の封止は図２，図３で示した透明物質のオーバーコート膜を使う構造を適用することは言うまでもない。この様な構造にすると固体撮像素子１２を持った撮像装置が小型になり、また目的に応じて撮像レンズが選択出来るので用途が広くなる。この様にした場合、撮像レンズもオートクレーブ装置を用いた消毒、滅菌に耐えなければならない。従来の撮影レンズは高温、高圧水蒸気中での気密保持には問題が残るので、実施例１で説明した構造と同じような方法を採る必用があり実施例３で詳細に説明する。

図２に示した撮像素子を装着した撮像装置は固体撮像素子1個を用いた単板カラーカメラと呼ばれる撮像装置である。基本的にはこの構造を用い筐体１１の形状を変更するだけで容易に色分解プリズムを用いた３板カラーカメラ撮像装置に拡張できる。

図５は、図４で示した固体撮像素子を装着した撮像装置と組合せて使用するのに適した撮像レンズのみを装着した撮像装置の一例で、レンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、が鏡筒３０に組み込まれており、さらに鏡筒３０の両端には透明な光学部材３１ａ、３１ｂが接着剤で気密的に接合されている。透明な光学部材３１ａ、３１ｂの表面及び接着層表面部には図２、図３で説明した構造のオーバーコートが施されており、オートクレーブ装置を用いた消毒、滅菌に耐えられる構造となっている。

図６は、図４で示した固体撮像素子を装着した撮像装置と組合せて使用するのに適した撮像レンズのみを装着した撮像装置の他の一例で、撮像レンズとして図に示すような第１のレンズ４３ａ、第２レンズ４３ｂ、第3レンズ４３ｃでレトロフォーカスタイプを構成している。この場合第1レンズ４２aとして平凹レンズが用いられるので、この場合には、図５における透明な光学部材３１ａに代わって鏡筒４０の端面に直接平凹レンズ４２ａを接合し、レンズ表面及び接着層表面部４２ａ、４２ｂには図２、図３で説明した構造のオーバーコートを施し、オートクレーブ装置を用いた消毒、滅菌に耐えられる構造となっているので、透明な光学部材を省略できる。この種の構成の撮像レンズは内視鏡の先端部に用いられることが多く、撮像装置を小型にする上で効果が大きい。

以上述べた実施例では、撮像装置として独立して使用できる例について説明してきたが本発明は、この実施例に制約されることなく撮像装置が先端部に組み込まれた内視鏡の撮像部等に適用された場合も本発明の範囲に含まれる。

本発明の撮像装置の基本構成を示す概略説明図である。 本発明を構成するオーバーコートの１例を示す概略説明図である。 本発明を構成するオーバーコートの他の例を示す概略説明図である。 撮像レンズで構成された本発明の他の撮像装置を示す概略図である。 撮影レンズのみの撮像装置の１例を示す概略図である。 撮影レンズのみの撮像装置の他の例を示す概略図である。

符号の説明

１１ 金属部材で構成された筐体
１２ 固体撮像素子
１３ 撮像レンズ
１４ 赤外カットフィルター
１５ ハーメチック電極
１６ 透明な光学部材
２５ 接着層
２６ オーバーコート膜
４３ａ 平凹レンズ

Claims (3)

1. 少なくとも固体撮像素子と撮像レンズの一方、または両方を収納する金属部材で構成された筐体の光が入射する端面に透明な光学部材を配置した撮像装置において、前記透明な光学部材を金属部材で構成された筐体の光が入射する端面に接着剤で接合し、前記筐体と透明な光学部材の間に出来る接着剤層を覆うように接着剤層より大きな範囲部分を透明物質でオーバーコートする構造を特徴とした撮像装置。
2. 少なくとも固体撮像素子と撮像レンズの一方、または両方を収納する金属部材で構成された筐体の光が入射する端面に透明な光学部材を配置した撮像装置において、前記透明な光学部材を金属部材で構成された筐体の光が入射する端面に接着剤で接合し、前記筐体と透明な光学部材の間に出来る接着剤層を覆うように前記光学部材表面より大きな範囲部分を透明物質でオーバーコートする構造を特徴とした撮像装置。
3. 透明な光学部材は、固体撮像素子の撮像面上に光学像を形成する撮像レンズ部の最前端レンズであることを特徴とした請求項１及び請求項２記載の撮像装置。
   

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