JP2019030421A - 内視鏡用撮像ユニット及び内視鏡 - Google Patents

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一昭 ▲高▼橋
一昭 ▲高▼橋
Kazuaki Takahashi
亮 北野
Ryo Kitano
亮 北野
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Abstract

【課題】接着層を介して接着されているプリズムとカバーガラスとの剥離を抑制した内視鏡用撮像ユニット及び内視鏡を提供する。【解決手段】内視鏡用撮像ユニットが、対物レンズと、対物レンズを保持する鏡胴と、鏡胴の一端に接続された光入射面と、光入射面と直角をなす光出射面を備えたプリズムと、プリズムの光出射面に、一面が接着剤を介して接着されたカバーガラスと、プリズムの光出射面に対向して配置された撮像素子基板とを備え、鏡胴、プリズム及びカバーガラスのうちのいずれか1つが、プリズムとカバーガラスとの界面の鏡胴側の一辺を覆う位置に設けられた突出部を備えており、突出部は、プリズム及びカバーガラスの少なくとも一方の側面との間で閉空間を構成する凹部を上記一辺に面して備えている。【選択図】図5

Description

本発明は、内視鏡用撮像ユニット、及び内視鏡に関する。
可撓性を有する細長の挿入具の先端部に撮像素子を実装した撮像ユニットが内蔵されており、この挿入具を体腔内に挿入することによって、被検部位の観察等を行うことができる内視鏡が知られている。
この撮像ユニットは、CCD(Charge Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像素子を内蔵し、複数の光学部材を通して撮像素子の受光領域に被写部位の光学像を結像し、この撮像素子の光電変換処理によって被写部位の画像データを撮像する。
撮像ユニットに備えられている光学部材は、例えばレンズ系、プリズム及び撮像素子の撮像面を保護するカバーガラスなどであり、観察像を正確に再現するためには、複数の光学部材の相対位置関係を厳格に規制した状態にして撮像ユニットを組み付ける必要がある。一方、内視鏡の挿入部における撮像ユニットの配設位置には、撮像素子の基板に搭載したコンデンサ等の電子部品及びライトガイドなどの発熱源が存在するため、使用時において雰囲気温度が上昇し、50℃から60℃程度となる。また、挿入部は、オートクレーブ滅菌処理のため、高温高圧高湿雰囲気に曝される。ここで、撮像ユニットを構成する各部材のうち、鏡胴は黄銅、アルミ、及びステンレスなどの金属材により形成され、プリズム及びカバーガラスの材質はガラスあるいは樹脂である。各部材の線膨張係数は材質によって異なり、金属材からなる鏡胴と、ガラスあるいは樹脂からなるプリズム及びカバーガラスとの間の線膨張係数差は極めて大きい。このため、鏡胴とプリズム又はカバーガラスとが接着剤で接続されている場合には、高温雰囲気下で長時間作動させたり、繰り返し作動させたりしている間に、接着剤により接続されている部材間の線膨張率の違いによって相互の間における連結部分に歪が生じて、接着部分に剥離が生じることがある。
特許文献1においては、上記線膨張係数の差により最も影響を受けるのは鏡胴とカバーガラスとの間であるとして、鏡胴とカバーガラスとを離間して配置する構成が提案されている。
なお、特許文献2〜4等にも、レンズ系を装着した鏡胴と、プリズムとを固着させ、さらに、プリズムと撮像素子の表面に設けられたカバーガラスとを接着剤等を用いて固着させた構成が開示されている。
実公平7−24088号公報 特開2015−42219号公報 特開2012−105868号公報 特開2011−224348号公報
被検者の負担を低減するために、内視鏡の挿入部は細径化が図られている。この細径化の実現に向けた検討を進める上で、本発明者らは以下のような問題を見出した。特許文献1のようにカバーガラスと鏡胴とが直接接触しないように構成するとしても、細径化のためにはカバーガラスと鏡胴との間隔を小さくする必要がある。しかし、このカバーガラスと鏡胴との間隔を小さくするとカバーガラスとプリズムとの界面を接着する際にこの界面から漏れ出た接着剤が鏡胴の外周面の一部(以下において単に外面という。)とカバーガラスとの間に充填されてしまう。この鏡胴の外面とカバーガラスの間が接着剤で埋められた状態で、挿入部が温度変化を繰り返し受ける間に、既述のカバーガラスと鏡胴との線膨張係数の差により、接続部分に歪が生じる。この歪の発生によって、鏡胴とカバーガラスとの間の接着剤に剥がれが生じたり、接着剤を介してプリズム及びカバーガラスに圧縮あるいは引張り応力が生じたりして、カバーガラスとプリズムとの接着の剥がれが生じる場合がある。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、接着固定されているカバーガラスとプリズムとの剥がれが抑制された、内視鏡用撮像ユニット及びその内視鏡用撮像ユニットを備えた内視鏡を提供することを目的とする。
本発明の内視鏡用撮像ユニットは、
内視鏡の挿入部先端部に配置される対物レンズと、
対物レンズを保持する鏡胴と、
鏡胴の一端に接続された光入射面と、光入射面と直角をなす光出射面を備えたプリズムと、
プリズムの光出射面に、一面が接着剤を介して接着されたカバーガラスと、
プリズムの光出射面に対向して配置された撮像素子基板とを備えた内視鏡用撮像ユニットであって、
鏡胴、プリズム及びカバーガラスのうちのいずれか1つが、プリズムとカバーガラスとの界面の鏡胴側の一辺を覆う位置に設けられた突出部を備えており、突出部は、プリズム及びカバーガラスの少なくとも一方の側面との間で閉空間を構成する凹部を上記の一辺に面して備えている。
本発明の内視鏡用撮像ユニットにおいては、鏡胴が、突出部を備えていてもよい。
本発明の内視鏡用撮像ユニットにおいては、鏡胴が、突出部の凹部の内壁に樹脂層を有していてもよい。
本発明の内視鏡用撮像ユニットにおいては、カバーガラスが、突出部を備えていてもよい。
本発明の内視鏡用撮像ユニットにおいては、プリズムが、突出部を備えていてもよい。
本発明の内視鏡は、内視鏡用撮像ユニットが、被検体内に挿入される内視鏡先端部に搭載されている。
本発明の内視鏡用撮像ユニットは、鏡胴、プリズム及びカバーガラスのうちのいずれか1つが、プリズムとカバーガラスとの界面の鏡胴側の一辺を覆う位置に設けられた突出部を備えており、突出部が、プリズム及びカバーガラスの少なくとも一方の側面との間で閉空間を構成する凹部を、上記一辺に面して備えているので、プリズムとカバーガラスとを接着剤で接続する際に接続界面から、鏡胴の外面側に接着剤が漏れ出るのを抑制することができる。鏡胴の外面とカバーガラスとが接着剤で接続されていないので、両者が接続されていた場合に接着剤の膨張や剥がれによって生じていたプリズムとカバーガラスとの剥がれが抑制された内視鏡用撮像ユニットを得ることができる。
一実施形態に係る内視鏡装置の全体構成を示す図である。 内視鏡の先端部の断面図である。 第1の実施形態に係る撮像ユニットの概略構成を示す側面図である。 図3のIV−IV断面を示す図である。 図3の一部領域Vの拡大断面図である。 図3のプリズムとカバーガラスとの界面の鏡胴側の一辺を示す図である。 第2の実施形態に係る撮像ユニットの概略構成を示す側面図である。 図7のカバーガラスの斜視図である。 第3の実施形態に係る撮像ユニットの概略構成を示す側面図である。 図9のIX−IX断面を示す図である。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る内視鏡を備えた内視鏡装置11の全体構成図を示す図であり、図2は内視鏡の挿入部先端を拡大して示す断面図である。
図1に示すように、内視鏡装置11は、内視鏡12、制御装置13、光源装置14、及び送気送水装置15を備えている。送気送水装置15は、光源装置14に内蔵され、エアーの送気を行う周知の送気装置(例えば、ポンプなど)15aと、光源装置14の外部に設けられ、洗浄水を貯留する洗浄水タンク15bから構成されている。
内視鏡12は、被検者の体内に挿入される可撓性の挿入部16と、挿入部16の基端部分に連接され、内視鏡の把持及び挿入部16の操作に用いられる操作部17と、操作部17を制御装置13及び光源装置14に接続するユニバーサルコード19とを有する。
挿入部16は、その先端に設けられ、本発明の第1の実施形態に係る内視鏡用撮像ユニット30が内蔵された先端部16aと、先端部16aの基端に連設された湾曲自在な湾曲部16bと、湾曲部16bの基端に連設された可撓性を有する可撓管部16cとからなる。ここで、基端とは各部材の両端のうちの操作部17側の一端を意味する。
操作部17には、湾曲部16bを上下左右に湾曲させるためのアングルノブ21、及び先端部16aからエアー,水を噴出させるための送気送水ボタン22などの操作部材が設けられている。また、操作部17には、鉗子チャンネル(図2参照)32に電気メス等の処置具を挿入するための鉗子口23が設けられている。
制御装置13は、光源装置14と電気的に接続され、内視鏡装置11の動作を統括的に制御する。制御装置13は、ユニバーサルコード19や挿入部16内に挿通された伝送ケーブルを介して内視鏡12に給電を行い、撮像素子82の駆動を制御する。また、制御装置13は、伝送ケーブルを介して撮像素子82から出力された撮像信号を取得し、各種画像処理を施して画像データを生成する。制御装置13で生成された画像データは、制御装置13にケーブル接続されたモニタ20に観察画像として表示される。
図2に示すように、先端部16aは、先端硬性部24と、この先端硬性部24の先端側に装着される先端保護キャップ25とを備えている。先端硬性部24は、ステンレス鋼等の金属からなり、長手方向に沿って複数の貫通孔が形成されている。この先端硬性部24の各貫通孔に撮像ユニット30、鉗子チャンネル32、図示しないライトガイドなどの各種部品が挿入されて固定されている。先端硬性部24の後端は、湾曲部16bを構成する先端の湾曲駒33に連結されている。また、先端硬性部24の外周には、外皮チューブ34が被覆されている。
撮像ユニット30は、先端保護キャップ25の観察窓から体腔内(すなわち、被検体内)の像光を取り込むために先端部16aの先端側に配置される対物レンズ38と、その対物レンズ38を保持する鏡胴50と、鏡胴50の基端側の一端50Aに接続されたプリズム60と、プリズム60に接着されたカバーガラス40と、プリズム60の光出射面60Bに対向して配置された撮像素子基板80とを備えている。
プリズム60は、鏡胴50の一端50Aに接続される光入射面60Aとその光入射面60Aと直角をなす光出射面60Bを備えている。カバーガラス40はプリズム60の光出射面60Bに、接着剤70を介して一面40Aが接着されている(図3を参照)。
対物レンズ38は、被検体内の像光を取り込むためのレンズ群38A,38B,38Cからなり、鏡胴50は、このレンズ群38A,38B,38Cを内部に保持する。レンズ群38A,38B,38Cのうち、最も先端側に位置するレンズ38Aが先端部16aの先端面、すなわち先端保護キャップ25の貫通孔25aから外部に臨むように配設されている。
撮像素子基板80の一部には撮像素子82が備えられており、カバーガラス40は、撮像素子82の受光部84上に配設されている。カバーガラス(cover slip)40は、透明材料からなる0.2mm〜0.5mm程度の厚みを有する薄板である。なお、カバーガラスはガラス製には限らず樹脂製であってもよい。本実施形態においては、カバーガラス40が受光部84の表面に直に接して取り付けられているが、カバーガラス40は受光部84上にスペーサを介して取り付けられていてもよい。
撮像素子基板80の後端には、回路部83が備えられている。ここでは、撮像素子基板80の一部に回路部83が設けられているが、回路部は別途の基板に設けられていてもよい。回路部83は、撮像素子82と電気的に接続される。回路部83には、例えば、撮像素子82を駆動させるための駆動信号を伝達する回路、撮像素子82からの撮像信号をデジタル化する等の信号処理を施すための回路、撮像信号を制御装置に転送するための回路等が実装されている。
以下、上記内視鏡装置11に備えられている、本発明の第1の実施形態の撮像ユニット30について詳細に説明する。図3は、本実施形態の撮像ユニット30の鏡胴50、プリズム60及びカバーガラス40の接続部の側面拡大図である。図4は図3におけるIV−IV線の鏡胴側を視認する断面模式図である。また、図5は、図3中において破線で囲む領域Vの拡大断面図を示す。
図3に示すように鏡胴50の基端側の一端50Aにプリズム60の光入射面60Aが接続されている。鏡胴50とプリズム60は図示しない接着剤を介して接続されている。プリズム60の光出射面60Bはカバーガラス40の一面40Aと接着剤70を介して接着されている。
図3および図4に示すように本実施形態の鏡胴50は、プリズム60と接続される基端側の一端において一部外周方向に突出した突出部52が設けられている。突出部52は、プリズム60とカバーガラス40との界面、すなわち接着剤70が設けられている面の鏡胴側の一辺75を覆う位置に設けられている。以下において、プリズム60とカバーガラス40との界面にある接着剤70からなる層を接着層72と称する。そして、突出部52が、プリズム60及びカバーガラス40の少なくとも一方の側面との間で閉空間を構成する凹部54を、一辺25に面して備えている。
図6は、プリズム60とカバーガラス40の鏡胴50と接続される側面を示すための斜視図である。突出部52は、図6に示す一辺75を覆う位置に設けられている。突出部52が、その一辺75の一端から他端までの全域を完全に覆っていることが好ましい。しかしながら、一辺75のうち、プリズム60とカバーガラス40を接着剤70で接着する際に接着剤70が漏れ出やすい部分が覆われていればよく、本発明において、一辺を覆うとは、一辺の少なくとも一部を覆うことを言うものとする。
突出部52の凹部54は、プリズム60とカバーガラス40の接着時に一辺75から漏れ出る接着剤70を受容する位置に設けられている。ただし、一辺75のうち、少なくともプリズム60とカバーガラス40を接着剤70で接着する際に接着剤70が漏れ出やすい部分に面して凹部54が設けられていればよい。
鏡胴50、プリズム60及びカバーガラス40が接続された状態において、凹部54はプリズム60の側面(光入射面60A)とカバーガラス40の側面40Cとの間で閉空間を構成している。したがって、凹部54内には接着剤70が受容されている。凹部54に受容されている接着剤70は室温環境(25℃)において、凹部54の容量の80%以下、好ましくは60%以下であることが好ましい。
なお、ここで、閉空間とは、少なくとも鏡胴50の外面に対して閉じた空間であることを意味し、鏡胴50の外面側に接着剤が漏れ出ない空間となっていることを意味する。本構成においては、少なくとも接着剤70が外部に漏れ出ない構成であり、接着剤は流出しないが凹部の空気が外部に抜ける程度の隙間を備えていてもよい。例えば、図4に示すように、突出部52の凹部54に、接着剤を流出させないが、空気を通す、外部に連通した空気孔53が設けられていてもよい。また、例えば、閉空間を構成する突出部52と、プリズム60の側面およびカバーガラス40の側面40Cとの接続界面に接着剤を流出させないが、空気を通す隙間を有していてもよい。なお、許容される隙間、空気孔の大きさは、接着剤の粘度によって異なり、適宜設定すればよい。
なお、図3〜図5に示すように、凹部54の内壁に樹脂層55が備えられていてもよい。樹脂層55を備えることにより、高温時における接着剤70の膨張により生じる応力を緩和する効果を得ることができる。樹脂層55としては、金属と比較して十分に弾性率が高い材料が好適であり、例えば、シリコーン樹脂を用いることができる。
プリズム60とカバーガラス40とはほぼ全面に亘って接着剤70により接着されている。一方、対物レンズで検出された像光はプリズム60を経てカバーガラス40を透過して撮像素子の受光部に入射する。すなわち、プリズム60とカバーガラス40における像光の光路に接着層72が設けられているため、この接着層72に剥がれが生じると受光像に多大な影響を与えることとなる。本構成の撮像ユニット30によれば、接着層72を形成する際にプリズム60とカバーガラス40との界面の鏡胴50側の一辺75から漏れ出る接着剤70が、鏡胴50の突出部52に設けられている凹部54に受容され、鏡胴本体側には漏れ出ていない。少なくとも鏡胴50の外面とカバーガラス40とが接着剤により接続されることがないことから、両者間が接着剤によって接続されていた場合に接着剤の膨張や剥がれによって生じていたプリズムとカバーガラスとの剥がれが抑制されている。本実施形態の撮像ユニット30は、鏡胴50の外側とカバーガラス40とが接着剤により接続されていない、プリズム60とカバーガラス40との剥がれが抑制された構成であるから、高温多湿環境を繰り返し受けた場合における耐久性が高い。
上記第1の実施形態の内視鏡用撮像ユニット30として、鏡胴に凹部を備えた突出部が設けられている構成を説明した。しかしながら、本発明の撮像ユニットとしては、プリズムとカバーガラスとの接着面の一辺から漏れ出る接着剤を受容できる凹部を備えた突出部が、カバーガラスあるいはプリズムに設けられている形態であってもよい。
図7は、第2の実施形態の撮像ユニットを示す側面図である。以下において、第1の実施形態における要素と同等の要素には同一の符号を付し、主として第1の実施形態と異なる点を説明する。
本実施形態においては、鏡胴50には突出部が備えられておらず、カバーガラス40に、凹部44を備えた突出部42が備えられている。また、本実施形態においては、鏡胴50が、対物レンズを保持する鏡胴本体56と、鏡胴本体56とプリズム60との間を連結する鏡胴保持部58とから構成されている。なお、本実施形態における鏡胴50の一端とは鏡胴保持部58の基端側の一端であり、この鏡胴保持部58の一端がプリズム60の光入射面60Aと接続されている。
図8は、本実施形態のカバーガラス40の斜視図である。本実施形態のカバーガラス40は、鏡胴50側の一端に突出部42を備えており、その突出部42に凹部44が設けられている。プリズム60の鏡胴側の側面である光入射面60Aと突出部42の凹部44により、鏡胴50の外面に対して閉じた空間(閉空間)が構成されるように、突出部42は、プリズム60の光入射面60Aと光出射面60Bにより構成される角部が当接する位置に設けられている。
本構成では、カバーガラス40の突出部42の凹部44に、プリズム60とカバーガラス40を接着する際にその界面の一辺75から漏れ出る接着剤70が受容される。本構成によっても、上記第1の実施形態の撮像ユニットと同様の効果を得ることができる。なお、カバーガラス40に突出部42を設けて、カバーガラス40の凹部44に接着剤70を収容する構成においては、凹部とプリズム60の光入射面60Aとにより形成される閉空間は、鏡胴50側へ接着剤70が漏れ出るのを防止する構成であればよい。すなわち、カバーガラス40の突出部42の鏡胴50に面する対向壁部42aは必須であるが、凹部44の長さ方向の端部を構成する壁部42bの一部もしくは全部を備えていない構成であってもよい。
図9は、第3の実施形態の撮像ユニットを示す側面図である。
本実施形態においては、鏡胴50及びカバーガラス40には突出部が備えられておらず、プリズム60に、凹部64を備えた突出部62が設けられている。また、本実施形態の鏡胴50は、上記第2の実施形態の撮像ユニットの構成と同様である。
図10は、図9のX−X断面を示す。図10に示すように、本実施形態のプリズム60は、鏡胴50側の一端に突出部62を備えており、その突出部62に凹部64が設けられている。カバーガラス40の鏡胴側の側面40Cとプリズム60の突出部62の凹部64により、鏡胴50の外面に対して閉じた空間(閉空間)が構成されるように、プリズム60は、突出部62の凹部64形成面がカバーガラス40の側面40Cに当接するように配置されている。
本構成では、プリズム60の突出部62の凹部64に、プリズム60とカバーガラス40を接着する際にその界面の一辺75から漏れ出る接着剤70が受容される。本構成によっても、上記第1の実施形態の撮像ユニットと同様の効果を得ることができる。なお、プリズム60に突出部62を設けて、その凹部64に接着剤70を収容する構成においては、凹部64とプリズム60の光入射面60Aとにより形成される閉空間は、鏡胴50側へ接着剤70が漏れ出るのを防止する構成であればよい。したがって、プリズム60の光入射面60Aを延長した面を有する壁部62aは必須であるが、凹部の長さ方向の端部の壁部62bの一部または全部がない構成であってもよい。プリズムの下方の壁部62cは接着時に漏れ出た接着剤の液だれを防止する観点から備えられている。
なお、プリズム60が光入射面60Aを延長した面を有する壁部62aのみからなる突出部、すなわち凹部を備えていない突出部を有している場合にも、その突出部とカバーガラス40の側面40Cとの間に所定容量の間隙を開けて配置することにより、この間隙に接着剤70を収容して、鏡胴50の外面側に接着剤70が漏れ出ることを抑制することができる。
11 内視鏡装置
12 内視鏡
13 制御装置
14 光源装置
15 送気送水装置
15a 送気装置
15b 洗浄水タンク
16 挿入部
16a 先端部
16b 湾曲部
16c 可撓管部
17 操作部
19 ユニバーサルコード
20 モニタ
21 アングルノブ
22 送気送水ボタン
23 鉗子口
24 先端硬性部
25 先端保護キャップ
25a 貫通孔
30 内視鏡用撮像ユニット
30 撮像ユニット
32 鉗子チャンネル
33 湾曲駒
34 外皮チューブ
38 対物レンズ
38A,38B,38C レンズ群
40 カバーガラス
40A カバーガラスの一面
40C カバーガラスの側面
42 突出部
42a 対向壁部
42b 壁部
44 受光部
44 凹部
50 鏡胴
50A 鏡胴の基端側の一端
52 突出部
53 空気孔
54 凹部
55 樹脂層
56 鏡胴本体
58 鏡胴保持部
60 プリズム
60A 光入射面
60B 光出射面
62 突出部
62a,62b,62c 壁部
64 凹部
70 接着剤
72 接着層
75 一辺
80 撮像素子基板
82 撮像素子
83 回路部
84 受光部

Claims (8)

  1. 内視鏡の挿入部先端部に配置される対物レンズと、
    該対物レンズを保持する鏡胴と、
    前記鏡胴の一端に接続された光入射面と、該光入射面と直角をなす光出射面を備えたプリズムと、
    該プリズムの前記光出射面に、一面が接着剤を介して接着されたカバーガラスと、
    前記プリズムの前記光出射面に対向して配置された撮像素子基板とを備えた内視鏡用撮像ユニットであって、
    前記鏡胴、前記プリズム及び前記カバーガラスのうちのいずれか1つが、前記プリズムと前記カバーガラスとの界面の前記鏡胴側の一辺を覆う位置に設けられた突出部を備えており、該突出部は、前記プリズム及び前記カバーガラスの少なくとも一方の側面との間で閉空間を構成する凹部を前記一辺に面して備えている内視鏡用撮像ユニット。
  2. 前記鏡胴が、前記突出部を備えている請求項1記載の内視鏡用撮像ユニット。
  3. 前記鏡胴が、前記突出部の前記凹部の内壁に樹脂層を有している請求項2記載の内視鏡用撮像ユニット。
  4. 前記カバーガラスが、前記突出部を備えている請求項1記載の内視鏡用撮像ユニット。
  5. 前記プリズムが、前記突出部を備えている請求項1記載の内視鏡用撮像ユニット。
  6. 前記突出部の前記凹部に前記閉空間から外部に連通する空気孔を備え、該空気孔が前記接着剤を流出させることなく、空気を通過させる大きさである請求項1から5いずれか1項に記載の内視鏡用撮像ユニット。
  7. 前記突出部と、前記プリズム及び前記カバーガラスの少なくとも一方の側面との間に、前記凹部から前記接着剤を流出させることなく、空気を通過させる隙間を有する請求項1から5いずれか1項に記載の内視鏡用撮像ユニット。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の内視鏡用撮像ユニットが、被検体内に挿入される内視鏡先端部に搭載された内視鏡。
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