JP3719100B2

JP3719100B2 - 内視鏡の撮像装置

Info

Publication number: JP3719100B2
Application number: JP2000149272A
Authority: JP
Inventors: 尚武三森
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-05-22
Also published as: US6524235B2; EP1157655B1; DE60101411T2; EP1157655A3; EP1157655A2; DE60101411D1; US20010044571A1; JP2001327461A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用等として用いられる内視鏡の挿入部に設けられ、観察部を構成する対物光学系を構成し、観察深度、結像倍率、視野角等のうちの少なくとも１つを可変にするために、対物光学系を複数のレンズから構成し、それらのうちの少なくとも１個のレンズを光軸方向に移動させるようにした内視鏡の撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
医療用等として用いられる内視鏡は、一般に、術者が手で把持して操作する本体操作部に体腔内への挿入部及び光源装置等に着脱可能に接続されるユニバーサルコードを連設して設けることにより大略構成される。挿入部は、その構造及び機能上、先端側から順に先端部本体，アングル部及び軟性部で構成され、軟性部は本体操作部への連設部側から大半の長さを有するもので、挿入経路に沿って任意の方向に曲がる構造となっている。先端部本体には照明部，観察部等が設けられると共に、鉗子等の処置具を導出させる処置具導出部が開口している。アングル部は、先端部本体を任意の方向に向けるために、本体操作部側からの遠隔操作により湾曲可能な構造となっている。
【０００３】
以上のように、先端部本体には少なくとも照明部と観察部とが設けられるが、照明部には光学繊維束からなるライトガイドの出射端が臨んでおり、このライトガイドは挿入部から本体操作部を経てユニバーサルコード内にまで延在される。一方、観察部には対物光学系が装着され、この対物光学系における結像位置には固体撮像素子が配置される。ここで、観察部に設けられる対物光学系としては複数のレンズから構成されるが、観察部位や治療の目的等によっては観察対象部に対する焦点深度や、結像倍率、さらに視野角等を変化させるようにするのが望ましい。このために、対物光学系を構成する複数のレンズのうちの一部のレンズを光軸方向に移動可能な可動レンズとなし、この可動レンズを移動させることにより、焦点深度、結像倍率、視野角等を調整できるように構成したものが従来から知られている。
【０００４】
可動レンズを光軸方向に移動させるための駆動手段としては、制御ケーブルを用い、この制御ケーブルの先端を可動レンズに連結し、かつその基端部を本体操作部内にまで延在させるようになし、この制御ケーブルを遠隔操作することによって、可動レンズを光軸方向に移動させる構成とするのが一般的である。この制御ケーブルの具体的な構成としては、可撓性のあるスリーブ内に伝達部材を挿通させたものとし、伝達部材は押し引き操作用のワイヤか、または回転駆動される密着コイル等からなるフレキシブルシャフトが用いられる。
【０００５】
ここで、例えば対物光学系に変倍機能を持たせる場合に、１群または複数群のレンズを光軸方向に移動させる可動レンズとするが、対物光学系の変倍率を大きくすればするほど、対物光学系を構成する各レンズを厳格に位置決めしなければピントずれが生じて画像が不鮮明になる。従って、レンズ枠及びその支持部材等撮像装置を構成する各部の加工誤差や、組み立て時に生じる組立誤差等がないようにしなければなければならない。このために、変倍機構を持った対物光学系を内視鏡に組み込むに当っては、対物光学系及び撮像手段からなる観察ユニットを組み立てた後に、前述したような誤差を修正するために、少なくとも一部のレンズを微細に位置調整する必要が生じる。
【０００６】
このように、観察装置を組み立てた状態で、レンズの位置を微調整する構成としたものは、例えば特開平１１−４７０７４号公報等に開示されている。この公報に記載された観察装置は、挿入部の先端に設けた第１のレンズであるカバーレンズを配し、このカバーレンズより結像側の位置に、複数枚からなる可動レンズを装着したレンズ筒を対物枠に支持させて設け、この対物枠を操作ワイヤで牽引することによって、可動レンズと固体撮像素子との間の距離を変化させるようにしている。そして、光学系を組み込んだ後にピント調整を行うために、可動レンズを設けたレンズ筒を対物枠に対して光軸方向に移動させるようにしている。レンズ筒の移動は、対物枠に作業孔を設けて、この作業孔内に調整棒を挿入することにより行われる。また、ピント出しが完了すると、対物枠にレンズ筒固定ねじを締め付けることによりレンズ枠を固定するように構成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内視鏡に装着される観察装置は極めて小型のものであることから、対物光学系の直径及び厚み寸法は著しく小さい。このために、可動レンズを装着したレンズ筒の軸線方向における長さは極めて短いものとなる。従って、このレンズ筒をその支持部材としての対物枠に装着した状態で光軸方向に微小量移動させて、それと固体撮像素子との間の間隔を微調整するのは困難であり、作業性が悪いという難点がある。しかも、レンズ筒と支持部材との間における嵌合長を十分に取ることができないことから、微調整された位置でレンズ筒を固定ねじにより固定した時に、光軸の倒れやずれ等が生じるおそれもある。さらに、可動レンズが装着されているレンズ筒を対物枠に対して摺動させることから、摺動部に摩耗が生じることがあるが、この時に発生する摩耗粉等の異物がレンズ面に付着する可能性がある等といった問題点も生じる。
【０００８】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、対物光学系を観察ユニットに組み込んだ状態で、この対物光学系の位置を微調整する作業を容易にし、かつ位置調整した状態で正確に位置決め・固定できるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、内視鏡の挿入部先端に設けた撮像装置であって、支持部材と、この支持部材に装着され、固定的に保持される固定レンズ及びこの固定レンズに対して光軸方向に移動可能な可動レンズからなる対物光学系と、この可動レンズの駆動手段とを含む光学アセンブリと、前記対物光学系の結像位置に配置した固体撮像素子を含む撮像手段と、前記撮像手段に連結して設けられ、前記ー支持部材をその光軸方向にガイドするガイド手段と、前記支持部材をこのガイド手段に沿って移動させて、前記対物光学系を前記撮像手段に対して位置調整した状態で、この支持部材を前記ガイド手段に固定する光学アセンブリ固定手段とを備える構成としたことをその特徴とするものである。
【００１０】
ここで、対物光学系としては、少なくともそれぞれ１枚乃至複数枚からなる固定レンズと可動レンズとを用いるが、可動レンズは１群（１または複数枚のレンズから構成される）のレンズで構成しても良いが、それぞれ独立に移動する２群のレンズで構成する場合には、駆動手段はこれら２群の可動レンズのレンズ枠にそれぞれ連結したカム部材と、このカム部材の回転駆動部材とから構成する。そして、２群のレンズを可動とする場合における支持部材の具体的な構成は、例えば固定レンズのレンズ枠を固定的に保持し、かつこれら可動レンズのレンズ枠を内周面に沿って摺動ガイドする光学系保持部と、カム部材を覆うように装着したカム部材装着部とを有するハウジングで構成することができる。また、ガイド手段の具体的な構成としては、例えばハウジングの光学系保持部を摺動可能に収容する円弧状のガイド面を備え、かつこのハウジングのカム部材装着部の少なくとも一部を外部に導出させるための導出用開口を形成したスライドガイドで構成することができ、このスライドガイドの一端側に光学系保持部の導入部を形成すれば良い。さらに、光学アセンブリ固定手段は、ねじ止め等によることもできるが、スライドガイドの導出用開口とハウジングとの間に接着剤を充填することにより光学アセンブリを固定することができる。さらにまた、撮像手段として、対物光学系からの光路を９０°曲折させるためのプリズムを備えたものを用いる場合には、スライドガイドの導入部とは反対側の面をこのプリズムに接着等の手段により固定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
そこで、以下に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明はこの実施の形態に限定されないことは言うまでもない。
【００１２】
まず、図１に内視鏡の全体の概略構成を示す。同図から明らかなように、内視鏡１は本体操作部２に体腔内等への挿入部３を連設し、かつこの本体操作部２からユニバーサルコード４を引き出すことにより大略構成されるものである。本体操作部２に連設した挿入部３は、その機能及び構造上、先端側から順に、先端部本体３ａ，アングル部３ｂ及び軟性部３ｃとに分かれている。
【００１３】
先端部本体３ａは、硬質の部材からなり、その先端面には、図２に示したように、照明部１０，観察部１１，処置具導出部１２，洗浄ノズル１３が設けられている。ここで、照明部１０としては、図示したように、観察部１１の左右に複数箇所設けるのが一般的である。アングル部３ｂは、先端部本体３ａを所望の方向に向けるべく、本体操作部２に設けたアングルノブ５により上下，左右の各方向に湾曲操作できるようになっている。さらに、軟性部３ｃは挿入部３の大半の長さを占めるもので、この軟性部３ｃは曲げ方向に可撓性があり、かつ耐潰性を有する構造となっている。従って、軟性部３ｃは挿入経路に沿って任意の方向に曲がることになる。
【００１４】
図３に挿入部３の先端側の部分の断面を示す。この図から明らかなように、先端部本体３ａは、例えば金属製の本体ブロック２０を有し、この本体ブロック２０には所要箇所に軸線方向に貫通する透孔が形成されている。そして、この本体ブロック２０の先端面には絶縁キャップ２１が装着されて、止めねじ２２により本体ブロック２０に固定されている。アングル部３ｂは、多数のアングルリング２３を枢着ピン２４により順次枢着した節輪構造となっており、アングルリング２３からなる節輪構造体の外周にはカバー部材２５が設けられる。ここで、カバー部材２５は、通常、内側の金属ネットと、外側のＥＰＤＭ等の弾性材からなる外皮層とで構成される。アングルリング２３のうちの最先端のリング、つまり先端リング２３ａは、先端部本体３ａを構成する本体ブロック２０に嵌合固定されている。また、アングルリング２３のうちの最基端側に位置する基端リング２３ｂは、アングル部３ｂと軟性部３ｃとを連結するための連結リング２６にハンダ付けや溶接等の手段により嵌合固定される。軟性部３ｃの構成としては、例えば金属螺旋管の外周に金属ネットを設け、さらにこの金属ネットの外周に外皮層を形成する構成とすることができる。ただし、これらの具体的な構成は周知のものであるから、その図示及び詳細な説明は省略する。
【００１５】
照明部１０は、図４に示したように、本体ブロック２０に設けた一つ（乃至複数）の透孔からなる照明部取付孔１０ａに装着した照明用レンズ３０とライトガイド３１とから構成され、ライトガイド３１の端面から出射される照明光を照明レンズ３０により発散させることによって、広い範囲を照明できるようになっている。ライトガイド３１は極細の光学繊維を多数束ねたものからなり、照明部取付孔１０ａ内に挿入される部位は口金３２内に挿入されているが、この口金３２から出てアングル部３ｂより基端側に向けてはフレキシブルなチューブ等を用いて緩く結束されて自在に曲がる状態として、挿入部３から本体操作部２を経てユニバーサルコード４内に延在される。
【００１６】
観察部１１には観察ユニット３３が設けられる。観察ユニット３３は、図５及び図６からも明らかなように、本体ブロック２０に挿入部３の軸線方向に貫通するように開口させて設けた観察ユニット装着部２０ａに支持させて設ける構成としている。観察ユニット３３は、光学アセンブリ３４と、撮像手段３５とから構成され、光学アセンブリ３４は対物光学系３６及びその駆動手段３７から構成される。一方、撮像手段３５は、対物光学系３６の光路を９０°曲折するためのプリズム３９及び対物光学系３６の結像位置に配置した固体撮像素子４０を備えている。
【００１７】
対物光学系３６は、それぞれ１枚乃至数枚のレンズからなる固定レンズ群４０ａ，４０ｂと、光軸方向に移動可能なそれぞれ１枚乃至複数枚のレンズからなる可動レンズ群４１ａ，４１ｂとから構成され、これらはハウジング４２内に設けられている。ここで、可動レンズ群４１ａ，４１ｂは固定レンズ群４０ａ，４０ｂ間に配置されており、相互に近接・離間する方向に移動させることによって、例えばズーミング動作が行われる。
【００１８】
対物光学系３６を構成する固定レンズ群４０ａ，４０ｂは固定レンズ枠４３Ｆ，４３Ｌに装着され、両固定レンズ枠４３Ｆ，４３Ｌ間には、２組の可動レンズ群４１ａ，４１ｂを装着した可動レンズ枠４４Ｆ，４４Ｌを有し、これら可動レンズ枠４４Ｆ，４４Ｌはカム部材により光軸方向に移動可能となっている。このために、可動レンズ枠４４Ｆ，４４Ｌにはアーム４５ａ，４５ｂが連設されており、これらのアーム４５ａ，４５ｂの先端部にはリング部材４６ａ，４６ｂが形成されている。なお、対物光学系は以上の構成に限定されるものではない。例えば、固定レンズ群は１群で構成することができ、また可動レンズ群は１群乃至３群のいずれかで構成することもできる。
【００１９】
対物光学系３６の光軸と平行で、この対物光学系３６から離れた位置にカム軸４７が設けられ、このカム軸４７の周胴部には２箇所にカム溝４８ａ，４８ｂが形成されている。また、リング部材４６ａ，４６ｂには、それぞれカム溝４８ａ，４８ｂに係合するカムピン４９ａ，４９ｂが連結して設けられている。カム軸４７を正逆方向に回動させると、カムピン４９ａ，４９ｂがこれら各カム溝４８ａ，４８ｂに沿って摺動乃至転動するから、リング部材４６ａ，４６ｂ及びアーム４５ａ，４５ｂを介して連設されている可動レンズ枠４４Ｆ，４４Ｌに装着した可動レンズ群４１ａ，４１ｂがその光軸方向に変位する。
【００２０】
カム軸４７を回動させるための回転駆動手段としてコントロールケーブル５０を備えている。コントロールケーブル５０は、ハウジング４２に連結して設けた可撓性スリーブ５１内に密着コイル等からなるフレキシブルシャフト５２を挿通させたものであり、このフレキシブルシャフト５２の先端にはカム軸４７が連結して設けられ、また基端部にはモータ等の回転駆動手段が接続される。従って、フレキシブルシャフ５２の基端部を軸回りに回転させると、その回転力がカム軸４７に伝達されて、カム軸４７が回転することになり、その結果可動レンズ枠４４Ｆ，４４Ｌが相互に近接・離間する方向に変位する。
【００２１】
ハウジング４２は光学アセンブリ３４の支持部材を構成するものであり、図７に示したように、下部側が光学系保持部４２ａ、上部側がカム部材装着部４２ｂとなっており、これら光学系保持部４２ａ及びカム部材装着部４２ｂは、ともに円形となっており、その間は幅の狭い連結部４２ｃにより掛け渡されている。そして、光学系保持部４２ａ内には固定レンズ枠４３Ｆ，４３Ｌが固定的に保持されており、また可動レンズ枠４４Ｆ，４４Ｌを光軸方向に移動ガイドするガイド面を備えている。一方、カム部材装着部４２ｂには、内部にカム軸４７等のカム部材が装着される。さらに、連結部４２ｃの内部には可動レンズ枠４４Ｆ，４４Ｌのアーム４５ａ，４５ｂが配置されている。
【００２２】
ハウジング４２の前端部は開口しており、この開口からまず固定レンズ群４０ｂを装着した固定レンズ枠４３Ｌが挿入され、次いでカム軸４７に装着した可動レンズ群４１ａ，４１ｂをそれぞれ装着した可動レンズ枠４４Ｆ，４４Ｌがハウジング４２内に挿入され、さらに固定レンズ群４０ａを装着した固定レンズ枠４３Ｆが装着される。そして、この固定レンズ枠４３Ｆはそのほぼ前半分がハウジング４２から突出しており、最先端におけるレンズはカバーガラスを兼ねるものである。また、前述した各部材を組み込んだ後に、このハウジング４２の内部をほぼ閉鎖状態にするために、端部カバー５３が止着される。さらに、カム部材装着部４２ｂは後方に向けて張り出しており、この張り出し部分にコントロールケーブル５０を構成する可撓性スリーブ５１が固定して設けられる。
【００２３】
さらに、図８及び図９にも示したように、撮像手段３５を構成するプリズム３８には、スライドガイド５４が固着して設けられており、対物光学系３４及び駆動手段３７を設けたハウジング４２はこのスライドガイド５４に取り付けられている。スライドガイド５４は所定の長さを有する概略Ｕ字状の部材からなり、その一端部はプリズム３８の表面に接着等の手段で固着される取付面５４ａとなっている。また、この取付面５４ａとは反対側の面（先端硬質部３ａに装着された時における前方側の端面）は光学アセンブリ３４を装着するための導入部５４ｂとなっている。また、この導入部５４ｂに連なる内面は、ハウジング４２の光学系保持部４２ａを摺動可能にガイドする円弧状のガイド面５４ｃが形成されれている。さらに、スライドガイド５４の上端部は軸線方向に貫通するように導出用開口５４ｄが形成されている。この導出用開口５４ｄは、ハウジング４２における連結部４２ｃを通過させる幅を有するものである。
【００２４】
観察ユニット３３は、対物光学系３６を構成する全てのレンズを装着した光学アセンブリ３４と、撮像手段３５とが別々に組み立てられる。そして、撮像手段３５を構成するプリズム３８の表面にスライドガイド５４の取付面５４ａを接着手段により固定し、このスライドガイド５４内に光学アセンブリ３４を構成するハウジング４２の光学系保持部４２ａを導入部５４ｂ側からガイド面５４ｃ内に挿入して、所定の位置に配置することにより組み立てられる。
【００２５】
而して、対物光学系３６は撮像手段３５の固体撮像素子３９に対して正確にピントが合う位置に配置しなければならない。このために、ハウジング４２をスライドガイド５４のガイド面５４ｃに沿って移動させて、その位置調整を行う必要があり、この位置調整は極めて厳格に行わなければならない。このハウジング４２の位置調整を行う操作は、スライドガイド５４における導出用開口５４ｄから外部に出ているハウジング４２のカム部材装着部４２ｂを手で把持するか、または所定の治具に係合させて、光軸方向に移動させることにより行うことができる。そして、対物光学系３６全体がピントが合う状態に正確に位置決めされたことにより位置調整作業が完了する。その後に、スライドガイド５４の導出用開口５４ｂとハウジング４２の連結部４２ｃとの間に光学アセンブリ固定手段を構成する接着剤５５を充填する。
【００２６】
ハウジング４２には、前後の固定レンズ群４０ａ，４０ｂ及びその間に配置された可動レンズ群４１ａ，４１ｂからなり、対物光学系３６を構成する全てのレンズと、可動レンズ群４１ａ，４１ｂを駆動するためのカム部材を含む駆動手段３７とが装着されて、全体としてり大きなブロックとなっている。つまり、ハウジング４２における光学系保持部４２ａは光軸方向の長さが長いことから、この光学系保持部４２ａの支持部材としてのスライドガイド５４への嵌合長が長くなる。従って、光学系保持部４２ａの軸線のずれや傾き、つまり対物光学系３６の光軸のずれ，倒れ等を生じることがなく正確に組み付けることができる。
【００２７】
また、このような大きなブロックを移動させることによってピント調整を行うようになっているので、その調整を容易に、しかも厳格に位置調整することができる。さらに、ハウジング４２には駆動手段３７を構成するカム部材及びその回転駆動手段としてのコントロールケーブル５０が装着されているので、ピント調整を行った後に、駆動手段３７の位置調整を改めて行う必要はなくなる。さらにまた、この対物光学系３６の位置調整は、対物光学系３６をほぼ密閉状態にして収容したハウジング４２をスライドガイド５４に対して摺動させることにより行うので、その間に摺動による摩耗が発生したとしても、摩耗粉等の異物が対物光学系３６を構成する各レンズに付着することもない。
【００２８】
しかも、ピント調整を行うに当って、レンズ全群の位置を調整することから、一部のレンズを動かす場合と比較して、調整代を少なくすることができる。つまり、ハウジング４２とスライドガイド５４との嵌合部において、位置調整を行うのに必要なハウジング４２の許容動き量を短縮することができる。その結果、全体として観察ユニット３３の軸線方向の長さを短縮することができ、ひいては挿入部の先端部本体３ａの全長を短縮することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、対物光学系を観察ユニットに組み込んだ状態で、この対物光学系の位置を微調整する作業を容易に行うことができ、また位置調整した状態で正確に位置決め・固定できる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す内視鏡の概略構成図である。
【図２】図１の内視鏡の挿入部の先端面を示す外観図である。
【図３】挿入部の先端近傍の縦断面図である。
【図４】照明部の要部構成説明図である。
【図５】観察ユニットの縦断面図である。
【図６】図５とは異なる作動状態を示す観察ユニットの縦断面図である。
【図７】図５の左側面図である。
【図８】図５の観察ユニットを構成する光学系アセンブリを分離して示す縦断面図である。
【図９】図８の左側面図である。
【符号の説明】
１内視鏡２本体操作部
３挿入部３ａ先端部本体
３ｂアングル部３ｃ軟性部
１０照明部１１観察部
１２処置具導出部２０本体ブロック
２１絶縁キャップ２２止めねじ
３３観察ユニット３４光学アセンブリ
３５撮像手段３６対物光学系
３７駆動手段３８プリズム
３９固体撮像素子４０ａ，４０ｂ固定レンズ群
４１ａ，４１ｂ可動レンズ群４２ハウジング
４２ａ光学系保持部４２ｂカム部材装着部
４２ｃ連結部４３Ｆ，４３Ｌ固定レンズ枠
４４Ｆ，４４Ｌ可動レンズ枠４７カム軸
５０コントロールケーブル５４スライドガイド
５４ａ取付面５４ｂ導入部
５４ｃガイド面５４ｄ導出用開口
５５接着剤

Claims

内視鏡の挿入部先端に設けた撮像装置であって、
支持部材と、この支持部材に装着され、固定的に保持される固定レンズ及びこの固定レンズに対して光軸方向に移動可能な可動レンズからなる対物光学系と、この可動レンズの駆動手段とを含む光学アセンブリと、
前記対物光学系の結像位置に配置した固体撮像素子を含む撮像手段と、
前記撮像手段に連結して設けられ、前記支持部材をその光軸方向にガイドするガイド手段と、
前記支持部材をこのガイド手段に沿って移動させて、前記対物光学系を前記撮像手段に対して位置調整した状態で、この支持部材を前記ガイド手段に固定する光学アセンブリ固定手段と
を備える構成としたことを特徴とする内視鏡の撮像装置。
前記可動レンズは独立に移動する２群のレンズからなり、前記駆動手段は、これら２群の可動レンズのレンズ枠にそれぞれ連結したカム部材と、このカム部材の回転駆動部材とから構成したことを特徴とする請求項１記載の内視鏡の撮像装置。
前記支持部材は、前記固定レンズのレンズ枠を固定的に保持し、かつ前記可動レンズのレンズ枠を内周面に沿って摺動ガイドする光学系保持部と、前記カム部材を覆うように装着したカム部材装着部とを有するハウジングで構成したことを特徴とする請求項２記載の内視鏡の撮像装置。
前記ガイド手段は、前記ハウジングの光学系保持部を摺動可能に収容する円弧状のガイド面を備え、かつこのハウジングのカム部材装着部の少なくとも一部分を外部に導出させるための導出用開口を形成したスライドガイドから構成され、このスライドガイドの一端側に前記光学系保持部の導入部を形成する構成としたことを特徴とする請求項３記載の内視鏡の撮像装置。
前記光学アセンブリ固定手段は、前記スライドガイドの導出用開口と前記ハウジングとの間に充填した接着剤であることを特徴とする請求項４記載の内視鏡の撮像装置。
前記撮像手段は、前記対物光学系からの光路を９０°曲折させるためのプリズムを備え、前記スライドガイドは、その前記導入部とは反対側の面をこのプリズムに固定して設ける構成としたことを特徴とする請求項４記載の内視鏡の撮像装置。