JP2009128848A - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】先端部を細径化することが可能な内視鏡を提供すること。
【解決手段】内視鏡は、被写体を撮影するために所定の空間内に挿入される先端部２を備えている。この先端部２は、被写体に照射される光を発する発光素子１１と、発光素子１１が発する光を先端部２の先端側に導く導光部材１２と、被写体で反射される光を結像させるための撮像光学系１５とを備えている。導光部材１２は、撮像光学系１５を保持する光学系保持部１２ｂを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、内視鏡に関する。

従来から、人間の消化管内や気管内、あるいは、エンジンの配管内等の狭い空間内を撮影する内視鏡が広く利用されている。この種の内視鏡として、消化管内等の空間内に挿入される先端部を備える内視鏡が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の内視鏡では、被写体に照射される光を発する発光体と、被写体で反射された光を受光する撮像部と、被写体で反射された光を撮像部に結像させるための撮影光学系と、撮影光学系を保持するレンズ鏡筒と、発光体から発せられた光を被写体の方向へ導く導光体とが先端部内に配置されている。

また、特許文献１に記載の内視鏡では、レンズ鏡筒は略円筒形状に形成され、導光体は一端に絞り部を備えた略円筒形状に形成されている。この内視鏡では、内周側で撮影光学系を保持するレンズ鏡筒の外周面と導光体の内周面とが接触するように、レンズ鏡筒および導光体が先端部内に配置されている。

特開２００５−３０４８１２号公報

近年、より狭い空間内の撮影を可能とするために、内視鏡を構成する先端部の細径化のニーズが高まってきている。しかしながら、特許文献１に記載の内視鏡の構成では、従来以上に先端部を細径化することは困難である。

そこで、本発明の課題は、先端部を細径化することが可能な内視鏡を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、被写体を撮影するために所定の空間内に挿入される先端部を備える内視鏡において、先端部は、被写体に照射される光を発する発光素子と、発光素子が発する光を先端部の先端側に導く導光部材と、被写体で反射される光を結像させるための撮像光学系とを備え、導光部材は、撮像光学系を保持する光学系保持部を備えることを特徴とする。

本発明の内視鏡では、導光部材が、撮像光学系を保持する光学系保持部を備えている。そのため、導光部材で直接、撮像光学系を保持することが可能になり、撮像光学系を保持するための構成を別途設ける必要がなくなる。したがって、本発明では、先端部を細径化すること（すなわち、径方向で小型化すること）が可能になる。

本発明において、光学系保持部は、撮像光学系を保持するための平行な２つの保持平面を１組以上備えていることが好ましい。このように構成すると、撮像光学系に保持平面を当接させることで、導光部材で直接、撮像光学系を保持することが可能になる。そのため、比較的簡易な構成で、先端部を細径化することが可能になる。

本発明において、撮像光学系は、２つの保持平面のそれぞれに当接する平面状の当接面が形成される光学レンズで構成されていることが好ましい。このように構成すると、光学レンズの外周面の一部が曲面状ではなく平面状に形成されるため、先端部を細径化することができる。

本発明において、先端部は、被写体で反射され撮像光学系を透過した光を受光する撮像素子を備え、発光素子は、撮像素子よりも先端部の後端側に配置されていることが好ましい。このように構成すると、発光素子と撮像素子とを光軸方向で重ね合わせることが可能となり、先端部を細径化することが可能になる。

本発明において、先端部は、光学系保持部とともに、撮像光学系を保持する保持部材を備えることが好ましい。このように構成すると、光学系保持部と保持部材とによって撮像光学系を確実に保持することが可能になり、光軸方向における撮像光学系の位置ずれを防止することが可能になる。

以上のように、本発明の内視鏡では、先端部を細径化することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（内視鏡の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡１を示す斜視図である。

本形態の内視鏡１は、自動車用エンジン等の各種機械の配管の内部を撮影して、配管内の検査を行う工業用の内視鏡である。特に本形態の内視鏡１は、径の非常に小さな配管内の検査に適している。この内視鏡１は、図１に示すように、被写体となる配管内部を撮影するために、所定の空間である配管内に挿入される先端部２と、撮影された映像が表示される表示部３を有する本体部４と、先端部２と本体部４とを接続する接続部５とから構成されている。

本体部４は、上述の表示部３に加え、内視鏡１を使用する際にユーザが掴む握り部７や、内視鏡１の各種の操作を行うための操作部８等を備えている。また、本体部４には、一次電池あるいは蓄電池等の電源や、内視鏡１の各種の制御を行うための制御基板等が内蔵されている。なお、表示部３はたとえば、液晶表示装置である。

接続部５は、可撓性を有する可撓管９と、可撓管９内に配置される各種の配線（図示省略）とを備えている。可撓管９は、たとえば、螺旋状に巻回された薄い金属帯材の外周を可撓性樹脂からなる薄い外皮で被覆して構成された管状部材、または、連続する湾曲駒から構成された管状部材、あるいは、可撓性樹脂のみからなる管状部材であり、柔軟に湾曲する。また、可撓管９内に配置される配線は、本体部４内の制御基板と先端部２とを電気的に接続する機能を果たしている。

先端部２は、接続部５の先端側に取り付けられている。この先端部２の詳細な構成を以下に説明する。

（先端部の構成）
図２は、図１に示す先端部２の斜視図である。図３は、図２の先端部２から外筒１７および固定筒１８を取り外した状態を示す斜視図である。図４は、図２の先端部２の分解斜視図である。図５は、図２の先端部２の内部構造を説明するための断面図である。図６は、図２に示す導光部材１２の内部構造を説明するための断面図である。図７は、図２に示す導光部材１２の平面図である。

なお、以下の説明では、図２に示すように、内視鏡１の光軸方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する方向でかつ図２の上下方向をＹ方向、Ｚ方向およびＹ方向に直交する方向をＸ方向とする。また、Ｚ１方向を前、Ｚ２方向を後（後ろ）、Ｙ１方向を上、Ｙ２方向を下、Ｘ１方向を右、Ｘ２方向を左とする。さらに、Ｘ方向とＹ方向とから形成される平面をＸＹ平面、Ｙ方向とＺ方向とから形成される平面をＹＺ平面、Ｚ方向とＸ方向とから形成される平面をＺＸ平面とする。また、本形態では、前側（Ｚ１方向側）が内視鏡１の先端側であり、後ろ側（Ｚ２方向側）が内視鏡１の後端側である。

先端部２は、図２に示すように、段付の略円柱状に形成されている。上述のように、本形態の内視鏡１は、径の非常に小さな配管内の検査に適しており、先端部２の径は非常に小さくなっている。たとえば、先端部２の径は、約３．５ｍｍとなっている。

この先端部２は、図４等に示すように、被写体となる配管内部に照射される光を発する２個の発光素子１１と、発光素子１１が発する光を先端部２の先端側に導く（すなわち、被写体へ導く）導光部材１２と、導光部材１２からの光の漏れを防止するための遮光部材１３と、被写体で反射された光を受光する撮像素子１４と、被写体で反射された光を撮像素子１４に結像させるための撮像光学系１５とを備えている。また、先端部２は、撮像光学系１５を保持する保持部材としての２個のレンズ保持部材１６と、導光部材１２およびレンズ保持部材１６の外周側を覆う外筒１７と、外筒１７の後端側に取り付けられる固定筒１８とを備えている。

発光素子１１はたとえば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。この発光素子１１は、被写体に照射される光を発する発光面１１ａと、発光素子１１に電流を供給するための２個の端子１１ｂとを備えている。発光面１１ａはＸＹ平面と平行に形成され、発光素子１１の前面に配置されている。端子１１ｂは、発光素子１１の左右両端側に配置されている。この端子１１ｂには、リード線あるいはフレキシブルプリント基板等の配線（図示省略）が接続されている。また、端子１１ｂの左右方向外側には、端子１１ｂからの磁気漏れを防止するためのシールド部材２０が取り付けられている。

後述のように、本形態では、２個の発光素子１１は、導光部材１２を構成する後述の第２保持部１２ｃの内部に配置されている。具体的には、２個の発光素子１１は、上下方向に重なった状態で第２保持部１２ｃの内部に配置されている。

導光部材１２は、透明な樹脂で形成されている。また、導光部材１２は、図４、図７に示すように、略円柱状の円柱部材の左右方向の中心部が先端から後端側に向かって窪んだ形状となっている。すなわち、導光部材１２は、先端側が２つに別れた二股状に形成されており、左右方向に所定の間隔で配置される２本の保持突起１２ａを先端側に備えている。この２本の保持突起１２ａは、後述のように、撮像光学系１５を保持している。

本形態では、２本の保持突起１２ａによって、撮像光学系１５を保持する光学系保持部としての第１保持部１２ｂが構成されている。また、導光部材１２の後端側の内部には、発光素子１１が配置されており、導光部材１２の後端側は、発光素子１１を保持する発光素子保持部としての第２保持部１２ｃとなっている。

保持突起１２ａは、図４等に示すように、前後方向から見たときの形状が略Ｄ形状あるいは略半円状となるように形成されている。具体的には、保持突起１２ａの外周側は円弧状に形成され、左右方向における保持突起１２ａの内側はＹＺ平面に平行な平面状に形成されている。すなわち、第１保持部１２ｂは、撮像光学系１５を保持するために、左右方向に所定の間隔で配置される平行な２つの保持平面１２ｄを１組備えている。

保持突起１２ａの先端１２ｅは、被写体に向けて光を出射する出射部となっている。この先端１２ｅは、図７等に示すように、凹面状に形成されている。そのため、２本の保持突起１２ａの先端１２ｅから光が出射される場合であっても被写体に対して光を適切に照射することが可能になる。なお、保持平面１２ｄの後端側には、撮像素子１４を配置するための凹部１２ｆが形成されているが、撮像素子１４の形状によっては、この凹部１２ｆは形成されていなくても良い。

第２保持部１２ｃの上端および下端には、撮像素子１４に接続されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）２１を配置するための配置平面１２ｇが形成されている。具体的には、第２保持部１２ｃの上端および下端には、ＺＸ平面に平行な配置平面１２ｇが形成されている。また、凹部１２ｆに繋がる第２保持部１２ｃの前面１２ｈは、略Ｕ形状の凹面状に形成されている。この前面１２ｈの形状は、発光素子１１から発せられる光が効率良く先端側に向かって導かれる形状となっている。

本形態の導光部材１２は、図６に示すように、２個の発光素子１１が第２保持部１２ｃの内部に配置されるように、２個の発光素子１１と一体成形されている。すなわち、インサート成形によって２個の発光素子１１が内部に配置された状態の導光部材１２が形成されている。具体的には、発光面１１ａがＸＹ平面と平行になるとともに２個の発光素子１１が上下方向で重なるように、かつ、２個の発光素子１１の全体が第２保持部１２ｃの内部に配置されるように、インサート成形によって導光部材１２が形成されている。なお、端子１１ｂが第２保持部１２ｃの外部に配置されるように、導光部材１２が形成されても良い。また、図４では、便宜上、発光素子１１が導光部材１２の外部に配置されている。

遮光部材１３は、保持平面１２ｄ、凹部１２ｆおよび前面１２ｈに当接して保持平面１２ｄ、凹部１２ｆおよび前面１２ｈを覆うように、導光部材１２に取り付けられている。この遮光部材１３は、保持平面１２ｄ、凹部１２ｆおよび前面１２ｈで光を反射させて、導光部材１２からの光の漏れを防止する機能を果たしている。

撮像素子１４は、たとえば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）あるいは、Ｃ−ＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）である。この撮像素子１４は、被写体で反射され撮像光学系１５を透過した光を受光する受光面１４ａを備えている。また、撮像素子１４は、受光面１４ａが前面に配置されるように、レンズ保持部材１６に保持されている。

撮像光学系１５は、第１光学レンズ２２、第２光学レンズ２３および第３光学レンズ２４の３枚の光学レンズで構成され、被写体で反射される光を撮像素子１４の受光面１４ａに結像させる。図５等に示すように、第１光学レンズ２２、第２光学レンズ２３および第３光学レンズ２４は、先端側から後端側に向かってこの順番でレンズ保持部材１６に保持されている。

第１光学レンズ２２の上下端は曲面状に形成され、左右端はＹＺ平面に平行な平面状に形成されている。この第１光学レンズ２２の左右端に形成される平面は、導光部材１２の保持平面１２ｄに当接する当接面２２ａとなっている。同様に、第２光学レンズ２３および第３光学レンズ２４の上下端は曲面状に形成され、左右端はＹＺ平面に平行な平面状に形成されている。第２光学レンズ２３の左右端に形成される平面は、保持平面１２ｄに当接する当接面２３ａとなっており、第３光学レンズ２４の左右端に形成される平面は、保持平面１２ｄに当接する当接面２４ａとなっている。

レンズ保持部材１６は、全体として略円弧状に形成されている。図５等に示すように、上下方向におけるレンズ保持部材１６の内側面が第１から第３光学レンズ２２〜２４の上端あるいは下端に当接することで、２個のレンズ保持部材１６が第１から第３光学レンズ２２〜２４を保持している。すなわち、本形態のレンズ保持部材１６は、導光部材１２の第１保持部１２ｂとともに、撮像光学系１５を保持する機能を果たしている。

また、２個のレンズ保持部材１６は、後端側で撮像素子１４を保持している。すなわち、２個の保持部材１６は、第１光学レンズ２２、第２光学レンズ２３、第３光学レンズ２４および撮像素子１４を、先端側から後端側に向かってこの順番で保持している。

図３、図５に示すように、撮像素子１４および撮像光学系１５を保持した状態の２個のレンズ保持部材１６は、２本の保持突起１２ａの間に配置されている。具体的には、当接面２２ａ〜２４ａが保持平面１２ｄに当接するように、撮像素子１４および撮像光学系１５を保持した状態の２個のレンズ保持部材１６が２本の保持突起１２ａの間に配置されており、撮像光学系１５は２本の保持突起１２ａによって直接、保持されている。なお、２本の保持突起１２ａの間に配置された撮像光学系１５は、保持突起１２ａに接着されても良いし、接着されなくても良い。

また、撮像素子１４が凹部１２ｆに配置されるように、撮像素子１４および撮像光学系１５を保持した状態の２個のレンズ保持部材１６が２本の保持突起１２ａの間に配置されている。すなわち、本形態では、第２保持部１２ｃに保持される発光素子１１は、撮像素子１４よりも後端側に配置されている。具体的には、発光素子１１は、受光面１４ａの反対面となる撮像素子１４の背面側に配置されている。また、撮像素子１４に接続されたＦＰＣ２１は、図３に示すように、配置平面１２ｇを通過して（すなわち、第２保持部１２ｃの上端側および下端側を通過して）、先端部２の後端側に引き回されている。

外筒１７は、円筒状に形成されている。この外筒１７は、撮像素子１４および撮像光学系１５を保持した２個のレンズ保持部材１６が２本の保持突起１２ａの間に配置された状態の導光部材１２の外周側を覆っている。

固定筒１８は、図４に示すように、段付の円筒状に形成されており、上述のように、外筒１７の後端側に取り付けられている。この固定筒１８は、先端部２と接続部５とを接続する機能を果たしている。また、発光素子１１の端子１１ｂに接続される配線およびＦＰＣ２１は、固定筒１８を通過して、可撓管９内の配線に接続される。なお、端子１１ｂに接続される配線およびＦＰＣ２１は、固定筒１８内に配置される基板を介して、可撓管９内の配線に接続されても良い。

（内視鏡の製造方法）
以上のように構成された内視鏡１の中の先端部２の製造方法を以下、簡潔に説明する。

まず、第１から第３光学レンズ２２〜２４、レンズ保持部材１６、外筒１７および固定筒１８等をそれぞれ形成する。また、導光部材１２を形成する。具体的には、以下のように、導光部材１２を形成する。

まず、発光素子１１の端子１１ｂに、リード線あるいはフレキシブルプリント基板等の配線（図示省略）を半田付け等によって接続する。その後、インサート成形によって、導光部材１２を２個の発光素子１１と一体成形する。すなわち、配線が接続された２個の発光素子１１を所定の金型の中に配置した状態で金型内に樹脂を流し込んで、２個の発光素子１１が内部に配置された状態の導光部材１２を形成する。この一体成形は、金型を真空中に配置した状態で行う。また、この一体成形は、比較的温度が低い低温下で行う。

その後、ＦＰＣ２１が接続された撮像素子１４および第１から第３光学レンズ２２〜２４を保持した２個のレンズ保持部材１６を２本の保持突起１２ａの間に配置し、ＦＰＣ２１を引き回す。その後、外筒１７および固定筒１８を取り付けるとともに、端子１１ｂに接続される配線およびＦＰＣ２１を引き回して、先端部２が完成する。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、導光部材１２が撮像光学系１５を保持する第１保持部１２ｂを備えており、導光部材１２によって直接、撮像光学系１５が保持されている。そのため、撮像光学系１５を保持するための構成を別途設ける必要がなくなり、先端部２を細径化することができる。

本形態では、第１保持部１２ｂは、撮像光学系１５を保持するための平行な２つの保持平面１２ｄを備えている。そのため、撮像光学系１５に保持平面１２ｄを当接させるといった簡易な構成で、撮像光学系１５を保持することができる。すなわち、本形態では、簡易な構成で、先端部２を細径化することができる。

本形態では、第１から第３光学レンズ２２〜２４には、導光部材１２の保持平面１２ｄに当接する平面状の当接面２２ａ〜２４ａが形成されている。すなわち、第１から第３光学レンズ２２〜２４の外周面の一部は、曲面状ではなく平面状に形成されている。そのため、先端部２をさらに細径化することができる。

本形態では、発光素子１１が撮像素子１４の背面側に配置されている。すなわち、前後方向（すなわち、光軸方向）で重ね合わさるように発光素子１１と撮像素子１５とが配置されている。そのため、先端部２を細径化することができる。

本形態では、先端部２は、第１保持部１２ｂとともに、撮像光学系１５を保持するレンズ保持部材１６を備えている。そのため、第１保持部１２ｂとレンズ保持部材１６とで撮像光学系１５を確実に保持することができ、前後方向（光軸方向）における撮像光学系１５の位置ずれを防止することが可能になる。

（他の実施の形態）
上述した形態では、導光部材１２は、先端側が２つに別れた二股状に形成されている。すなわち、第１保持部１２ｂとなる導光部材１２の先端側は二股状に形成されている。この他にもたとえば、図８に示す導光部材３２のように、導光部材の先端側は４つに別れていても良い。すなわち、左右方向に所定の間隔で配置される一対の保持突起３２ａと、上下方向に所定の間隔で配置される一対の保持突起３２ａとによって、第１保持部１２ｂに相当する第１保持部３２ｂが構成されても良い。この場合には、保持平面１２ｄに相当する保持平面３２ｄが保持突起３２ａの内側に形成される。具体的には、第１保持部３２ｂには、平行な２つの保持平面３２ｄが２組形成される。また、この場合には、第１から第３光学レンズ２２〜２４の上下両端および左右両端は、平面状に形成される。さらに、この場合には、第１保持部３２ｂのみによって撮像光学系１５が保持される。すなわち、導光部材１２のみによって撮像光学系１５が保持される。なお、図８では、変形例にかかる先端部２を前面から示している。

また、図９に示す導光部材４２のように、導光部材の先端側は円筒状に形成されても良い。すなわち、第１保持部１２ｂに相当する第１保持部４２ｂは円筒状に形成されても良い。この場合には、第１から第３光学レンズ２２〜２４の全周が曲面状に形成される。また、この場合には、第１保持部４２ｂのみによって撮像光学系１５が保持される。すなわち、導光部材１２のみによって撮像光学系１５が保持される。なお、図９では、変形例にかかる先端部２を前面から示している。

さらに、導光部材の先端側は３つに分かれていても良いし、５つ以上の複数に分かれていても良い。すなわち、３つの保持突起によって、第１保持部１２ｂに相当する第１保持部が構成されても良いし、５つ以上の複数の保持突起によって、第１保持部１２ｂに相当する第１保持部が構成されても良い。この場合には、たとえば、導光部材が備える保持突起の数に応じて、第１から第３光学レンズ２２〜２４の外周側に平面状の当接面が形成される。

上述した形態では、導光部材１２が発光素子１１と一体成形されており、発光素子１１は導光部材１２の内部に配置されている。この他にもたとえば、発光素子１１は、紫外線硬化型接着等の接着剤で導光部材１２に固定されて、導光部材１２の外部に配置されても良い。

上述した形態では、発光素子１１は撮像素子１４の背面側に配置されているが、発光素子１１は撮像素子１４の下方に配置されても良い。また、上述した形態では、先端部２は２個の発光素子１１を備えているが、先端部２が備える発光素子１１の数は１個であっても良いし、３個以上であっても良い。また、上述した形態では、撮像光学系１５は、第１から第３光学レンズ２２〜２４の３枚の光学レンズによって構成されているが、撮像光学系１５は、１枚または２枚の光学レンズ、あるいは、４枚以上の光学レンズによって構成されても良い。

上述した形態では、工業用の内視鏡を例に本発明の実施の形態にかかる内視鏡１を説明したが、内視鏡１を用いて、人間の消化管や気管等の内部を撮影して、消化管内や気管内の検査を行っても良い。すなわち、内視鏡１は、医療用の内視鏡であっても良い。

本発明の実施の形態にかかる内視鏡を示す斜視図である。 図１に示す先端部の斜視図である。 図２の先端部から外筒および固定筒を取り外した状態を示す斜視図である。 図２の先端部の分解斜視図である。 図２の先端部の内部構造を説明するための断面図である。 図２に示す導光部材の内部構造を説明するための断面図である。 図２に示す導光部材の平面図である。 本発明の他の実施の形態にかかる先端部を前面から示す図である。 本発明の他の実施の形態にかかる先端部を前面から示す図である。

符号の説明

１ 内視鏡
２ 先端部
１１ 発光素子
１２、３２、４２ 導光部材
１２ｂ、３２ｂ、４２ｂ 第１保持部（光学系保持部）
１２ｄ、３２ｄ 保持平面
１４ 撮像素子
１５ 撮像光学系
１６ レンズ保持部材（保持部材）
２２ 第１光学レンズ（光学レンズ）
２２ａ〜２４ａ 当接面
２３ 第２光学レンズ（光学レンズ）
２４ 第３光学レンズ（光学レンズ）

Claims (5)

1. 被写体を撮影するために所定の空間内に挿入される先端部を備える内視鏡において、
   上記先端部は、上記被写体に照射される光を発する発光素子と、上記発光素子が発する光を上記先端部の先端側に導く導光部材と、上記被写体で反射される光を結像させるための撮像光学系とを備え、
   上記導光部材は、上記撮像光学系を保持する光学系保持部を備えることを特徴とする内視鏡。
2. 前記光学系保持部は、前記撮像光学系を保持するための平行な２つの保持平面を１組以上備えていることを特徴とする請求項１記載の内視鏡。
3. 前記撮像光学系は、２つの前記保持平面のそれぞれに当接する平面状の当接面が形成される光学レンズで構成されていることを特徴とする請求項２記載の内視鏡。
4. 前記先端部は、前記被写体で反射され前記撮像光学系を透過した光を受光する撮像素子を備え、
   前記発光素子は、上記撮像素子よりも前記先端部の後端側に配置されていることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の内視鏡。
5. 前記先端部は、前記光学系保持部とともに、前記撮像光学系を保持する保持部材を備えることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の内視鏡。

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