JP4550377B2

JP4550377B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP4550377B2
Application number: JP2003181792A
Authority: JP
Inventors: 貴夫山口
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: US20040263616A1; US7126101B2; JP2005020313A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置、更に詳しくは、撮像ユニットを気密に収納する気密パッケージングを有する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、撮像装置は、ＣＣＤ（電荷結合素子）等の固体撮像素子を１つを用いた単板式の撮像ユニットを備えたものが構造的に簡易で且つ安価であり、主流であった。
このような従来の撮像装置は、例えば、特開２０００−３３３９０３号公報や特開２００１−５３９８９号公報に記載されているように内視鏡の接眼部に装脱自在に取り付けてこの内視鏡から供給される被写体像を撮像するものが提案されている。
【０００３】
上記公報に記載の撮像装置は、光学系等の蒸気暴露できない部品を保護するために気密に接合した気密パッケージングに上記単板式の撮像ユニットを収容して構成されている。
単板式の撮像ユニットは、長手軸方向に光学系から直接被写体の光学像を受光可能であり、略円筒形の形状である。このため、上記従来の撮像装置は、上記気密パッケージングも略円筒形の形状に形成でき、上記撮像ユニットとの間にデットスペースを作ることなく小型化できる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３３３９０３号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−５３９８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、撮像装置は、固体撮像素子を複数用いた撮像ユニットを備えたものが普及しつつある。
例えば、３板式の撮像ユニットは、被写体の光学像をプリズムにより反射分岐させて光の３原色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）毎に３つの固体撮像素子で撮像するものである。このため、３板式の撮像ユニットを備えた撮像装置は、３原色の光路が独立なので各光路にフィルタリング処理を加えて自由に色補正が可能であり、理想的な撮像特性を得られ易く、従って、色調の良いカラー画像を得られる。
【０００７】
ここで、一般に、上記気密パッケージングは、パッケージング本体枠の先端側に接合するレンズ枠と、パッケージング本体枠の後端側に接合する電極枠との接合部を半田付けやレーザー溶接などにより、全周を均一に気密接合する必要がある。
【０００８】
しかしながら、上記３板式の撮像ユニットは、プリズムの光路上に３つの固体撮像素子を配設しているので、略直方体の形状である。このため、上記３板式の撮像ユニットを備えた撮像装置は、上記気密パッケージングのパッケージング本体枠を略直方体形状に形成すると、このパッケージング本体枠と上記レンズ枠との接合部、及びパッケージング本体枠と上記電極枠との接合部にムラができてしまい、気密性が損なわれる虞れが生じる。
【０００９】
一方、これに対して、上記３板式の撮像ユニットを備えた撮像装置は、上記気密パッケージングを略円筒形の形状に形成すると、撮像ユニットとの間にデットスペースを作ってしまい、装置が大型化してしまう。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、撮像ユニットの形状に合わせて無駄なデットスペースを極力抑えた気密パッケージングを有する撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、撮像ユニットに対して略相似形状の断面形状に形成し、該撮像ユニットを収納する金属製の非円筒部と、前記非円筒部の先端側に断面を略Ｒ形状に一体的に形成し、金属製の筒状のレンズ枠と嵌合する外形状を呈し、嵌合する当該レンズ枠と気密に溶着接合される先端側気密接合部と、前記非円筒部の後端側に断面を略Ｒ形状に一体的に形成し、金属製の筒状の電極枠と嵌合する外形状を呈し、嵌合する当該電極枠と気密に溶着接合される後端側気密接合部と、を設け、前記撮像ユニットを気密に収納する気密パッケージングを構成したことを特徴としている。
この構成により、撮像ユニットの形状に合わせて無駄なデットスペースを極力抑えた気密パッケージングを有する撮像装置を実現する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１ないし図９は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は第１の実施の形態を備えた内視鏡システムを示す全体構成図、図２は図１の撮像装置の詳細構成を示す断面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図、図５は図２の気密パッケージングを示す組立斜視図、図６は図５の気密パッケージングの分解斜視図、図７は図６の気密パッケージングの第１の変形例を示す分解斜視図、図８は図６の気密パッケージングの第２の変形例を示す分解斜視図、図９は図６の気密パッケージングの第３の変形例を示す分解斜視図である。
【００１３】
尚、本実施の形態では、内視鏡システムに用いられる内視鏡用撮像装置に本発明を適用する。
【００１４】
図１に示すように内視鏡システム１は、内視鏡２及びこの内視鏡２に装脱自在に接続される内視鏡用撮像装置（以下、単に撮像装置）３と、内視鏡２に照明光を供給する光源装置４と、撮像装置３に対する信号処理を行うカメラコントロールユニット（ＣＣＵと略記する。）５と、このＣＣＵ５から出力される映像信号を表示するモニタ６とから構成される。
【００１５】
内視鏡２は、細長な挿入部１１と、この挿入部１１の基端側に連設された太径の把持部１２と、この把持部１２の後端に形成された接眼部１３とから構成される。内視鏡２は、把持部１２の側部に設けた口金にライトガイドケーブル１５が接続され、このライトガイドケーブル１５の末端に設けたコネクタ１６を光源装置４に着脱自在で接続できるようになっている。
【００１６】
そして、内視鏡２は、光源装置４内の図示しないランプによる白色光がライトガイドケーブル１５の入射端面に供給されてこのライトガイドケーブル１５を伝達され、挿入部１１の先端部の図示しない照明窓から被検体を照明する。
【００１７】
この照明された被検体は、挿入部１１の先端部に設けられた図示しない対物光学系によって光学像が結像される。この結像された被検体の光学像は、対物光学系の結像位置に入射面が配置される。例えば、図示しないリレー光学系等の像伝達手段に入射され、この像伝達手段により接眼部１３側に伝達される。
そして、伝達された被検体の光学像は、像伝達手段の出射面から接眼部１３に配置された図示しない接眼光学系に入射され、接眼窓１３ａを介して内視鏡像として拡大観察できるようになっている（図２参照）。
【００１８】
また、内視鏡２は、接眼部１３に撮像装置３が装脱自在に装着できるようになっている。そして、撮像装置３は、後端部から延出されたカメラケーブル１７の端部に設けたコネクタ１８をＣＣＵ５に着脱自在で接続できるようになっている。
【００１９】
撮像装置３は、接眼部１３の接眼窓１３ａに対向する位置に後述する観察窓及びこの観察窓の後方に結像光学系を有し、この結像光学系の結像位置に撮像素子として例えばＣＣＤなどの固体撮像素子を内蔵している（図２参照）。
そして、固体撮像素子は、カメラケーブル１７に挿通配設される複数の信号線を介して駆動信号が印加されることにより、内視鏡像を光電変換する。そして、変換された電気信号（撮像信号）は読み出され、ＣＣＵ５に伝達される。ＣＣＵ５は、撮像信号を標準的な映像信号に変換し、この映像信号を受けてモニタ６が内視鏡画像を表示するようになっている。
【００２０】
次に、図２を用いて本発明の撮像装置３の具体的な構成を説明する。
撮像装置３は、内視鏡２の接眼部１３に装脱自在に装着されるスコープマウント部２１と、内視鏡２の接眼部１３から供給される被写体像が最初に通過するカバーガラス部２２と、被写体像を結像する結像レンズを複数枚有する結像光学部２３と、結像光学部２３を光軸方向に移動させて焦点調整を行うための焦点調整部２４と、結像光学部２３で結像された被写体像を撮像して電気信号に変換する撮像光学部２５とから構成されている。尚、カバーガラス部２２と結像光学部２３との間には、被写体像を絞り込むための絞り羽を有するアイリス部を設けても良い。
【００２１】
スコープマウント部２１は、内視鏡２に装脱自在なカプラー部２１ａと、カプラー部２１ａを撮像装置３の本体に対して光軸中心に回動自在に連結すると共にこの回動の規制（ロック）を行う回転機構部２１ｂとから構成される。
【００２２】
また、焦点調整部２４は、フォーカスリング２４ａを回動操作することで、外側磁石２４ｂと磁気的に連結される内側磁石２４ｃが回動されて、インナーリング２４ｄを回動させる。そして、インナーリング２４ｄが回動することで、このインナーリング２４ｄに形成された螺旋カム溝２４ｅがカムピン２４ｆに対して回動方向及び光軸方向への力を及ぼすが、保持枠２４ｇに形成された直線溝２４ｈによって回動方向の移動が阻まれ、結果として結像枠２４ｉは光軸方向にのみ移動し、焦点調整がなされるようになっている。
【００２３】
本実施の形態では、スコープマウント部２１，カバーガラス部２２，結像光学部２３及び焦点調整部２４は、撮像光学部２５とは別体とした光学アダプタ部２６を構成しており、この光学アダプタ部２６に対して撮像光学部２５が着脱自在な構成となっている。
【００２４】
撮像光学部２５は、３板式の撮像ユニット（以下、単に撮像ユニット）３１を気密に収納するための気密パッケージング３２を樹脂製の外装部材３３に設けて構成される。
外装部材３３の外周面には、ＣＣＵ５に対するフリーズやレリース等のリモートスイッチ部３４が３つ設けられている（図３及び図４参照）。フレキシブル基板３７は、ベース部材３６に支持されている。
【００２５】
そして、リモートスイッチ部３４の下部には、フレキシブル基板３７上に配設されたタクトスイッチ３８が設けられている。フレキシブル基板３７は、後述のハーメチックコネクタ部の後端側に接続されている。このハーメチックコネクタ部を介してフレキシブル基板３７は、カメラケーブル１７を挿通している信号線３９からＣＣＵ５に電気的に接続するようになっている。
【００２６】
気密パッケージング３２は、撮像ユニット３１を収納するパッケージング本体枠４１と、パッケージング本体枠４１の先端側に接合するレンズ枠４２と、パッケージング本体枠４１の後端側に接合する電極枠４３とで構成されている。
【００２７】
レンズ枠４２は、光学アダプタ部２６の接眼窓２０ａに対向する位置にカバーガラス４２ａを気密に固定している。電極枠４３は、ハーメチックコネクタ部４４を有している。このハーメチックコネクタ部４４は、導電体である複数の接点ピンの周囲をガラス体で焼結することで気密にかつ他の接点ピンと絶縁を確保した状態で接合されている。
【００２８】
撮像ユニット３１は、主機能ユニット枠４５に設けられている。主機能ユニット枠４５は、ダイクロイックプリズム４６及び３つの固体撮像素子４７を支持固定するユニットベース板４８と、このユニットベース板４８に支持固定されるダイクロイックプリズム４６及び３つの固体撮像素子４７を保護する断面四角形状の保護枠４９で形成されている。
【００２９】
固体撮像素子４７は、それぞれ背面側に回路基板５１を有し、これら回路基板５１にはフレキシブル基板５２が接続されている。このフレキシブル基板５２は、ハーメチックコネクタ部４４の複数の接点ピンに接続されている。
【００３０】
そして、撮像ユニット３１は、光学アダプタ部２６の接眼窓２０ａから供給される内視鏡像をカバーガラス４２ａから取り込み、図示しない光学フィルタを介してダイクロイックプリズム４６により反射分岐させて光の３原色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）毎に３つの固体撮像素子４７の撮像面にそれぞれ結像するようになっている。
【００３１】
これら固体撮像素子４７は、カメラケーブル１７を挿通している信号線３９からハーメチックコネクタ部４４を介してＣＣＵ５からの駆動信号を印加されることにより、内視鏡像を光電変換して撮像信号を生成する。そして、生成された撮像信号は、ハーメチックコネクタ部４４を介して信号線３９からＣＣＵ５に伝達されるようになっている。
【００３２】
図３及び図４に示すように撮像ユニット３１は、略直方体形状に構成されている。この撮像ユニット３１を収納する気密パッケージング３２は、撮像ユニット３１に対して略相似形の断面形状を有する非円筒部６１をパッケージング本体枠４１に有している。
【００３３】
本実施の形態では、パッケージング本体枠４１にレンズ枠４２と電極枠４３とを気密に接合するために、非円筒部６１の両端に断面が略Ｒ形状を形成した後述の気密接合部を設けて構成している。
【００３４】
次に、図５及び図６を参照して気密パッケージング３２の詳細構成を説明する。気密パッケージング３２は、撮像ユニット３１と略相似形の断面形状を有する非円筒部６１として略直方体形状部６１Ａを設けたパッケージング本体枠４１を有して構成される。
【００３５】
パッケージング本体枠４１は、この略直方体形状部６１Ａの両端に気密接合部として断面が略Ｒ形状である真円の断面形状を形成した円筒形状としている。即ち、パッケージング本体枠４１は、先端側気密接合部６２と後端側気密接合部６３とを真円の断面形状を形成した円筒形状としている。尚、このパッケージング本体枠４１は、切削加工の他にＭＩＭ（メタルインジェクションモールド）加工や絞り加工で形成されるようになっている。
【００３６】
レンズ枠４２は、嵌合部として断面が略Ｒ形状である真円の断面形状を形成した円筒形状としている。
同様に、パッケージング本体枠４１の後端側に接合する電極枠４３も断面が略Ｒ形状を形成した嵌合部として真円の断面形状を形成した円筒形状としている。
【００３７】
このことにより、気密パッケージング３２は、パッケージング本体枠４１とレンズ枠４２，電極枠４３との気密接合をレーザー溶接や半田付け等の方法により容易に行え、気密信頼性が高くすることが可能となっている。
【００３８】
そして、レーザー溶接の場合、撮像ユニット３１を収納したパッケージング本体枠４１の両端にレンズ枠４２及び電極枠４３を嵌合して図５に示すように組み立てた後、この組み立てたパッケージングを回転させて、接合部境界にレーザーを照射する。このとき、パッケージングを回転させる際に、レーザー照射端と接合部との距離は、円筒形状であるので一定になる。
【００３９】
一方、半田付けの場合、撮像ユニット３１を収納したパッケージング本体枠４１の両端にレンズ枠４２及び電極枠４３を嵌合して図５に示すように組み立てた後、接合部近傍にコーティングされた半田を、高周波加熱によって溶かして嵌合部に半田を回り込ませる。
【００４０】
尚、気密パッケージング３２は、図７及び図８に示すように構成しても良い。
図７に示すように気密パッケージング３２Ｂは、パッケージング本体枠４１の先端側気密接合部６２Ｂを楕円形状とし、更に後端側気密接合部６３に電極枠４３Ｂを気密接合するように構成している。また、レンズ枠４２Ｂも嵌合部を楕円形状としている。
【００４１】
また、図８に示す気密パッケージング３２Ｃは、図７の先端側気密接合部６２Ｃを縦長の楕円形状とし、レンズ枠４２Ｃも縦長の嵌合部を楕円形状とし、更に後端側気密接合部６３に電極枠４３Ｃを気密接合するように構成している。
【００４２】
また、気密パッケージングは、図９に示すように構成しても良い。
図９に示すように気密パッケージング３２Ｄは、略四角錐形状に構成される撮像ユニット３１Ｄと略相似形の断面形状である略四角錐形状部を設けたパッケージング本体枠４１Ｄを有して構成される。
【００４３】
このパッケージング本体枠４１Ｄは、略四角錐形状部の先端側気密接合部６２Ｄとして４辺の直線を略Ｒ形状で繋いだ断面形状である略四角形状としている。また、レンズ枠４２Ｄも嵌合部として断面が４辺の直線を略Ｒ形状で繋いだ断面形状である略四角形状としている。
【００４４】
尚、上述した図７ないし図９に示す気密パッケージング３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄは、レーザー溶接する場合、それぞれ接合部の形状に考慮してレーザー照射端と接合部との距離が一定となるように溶接を行う。
この結果、本実施の形態の撮像装置は、撮像ユニットの形状に合わせて無駄なデットスペースを極力抑えた気密パッケージングを形成することができる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
図１０ないし図１３は本発明の第２の実施の形態に係り、図１０は第２の実施の形態の撮像装置の詳細構成を示す断面図、図１１は図１０の気密パッケージングの分解斜視図、図１２は図１１の気密パッケージングの組立斜視図、図１３は図１１の気密パッケージングの変形例を示す要部斜視図である。
【００４６】
上記第１の実施の形態は光学アダプタ部２６に撮像光学部２５が着脱自在な構成となっているものに本発明を適用しているが、本第２の実施の形態は光学アダプタ部と撮像光学部とを一体的に構成したものに本発明を適用している。それ以外の構成は上記第１の実施の形態と同様であるので説明を省略し、同一構成には同じ符号を付して説明する。
【００４７】
即ち、本第２の実施の形態の撮像装置３Ｅは、光学アダプタ部と撮像光学部とを一体的に構成している。更に具体的に説明すると、撮像装置３Ｅは、スコープマウント部２１と、カバーガラス部２２と、結像光学部２３と、焦点調整部２４と、撮像光学部２５Ｅとが一体的に構成されている。
【００４８】
また、気密パッケージング３２Ｅは、パッケージング本体枠４１Ｅの先端側に接合するレンズ枠４２Ｅがカバーガラス部２２と、結像光学部２３と、焦点調整部２４（のフォーカスリング２４ａ及び外側磁石２４ｂを除き）とを内部に設けて構成されている。
【００４９】
そして、上記第１の実施の形態で説明したのと同様に、気密パッケージング３２Ｅは、図１１に示す組み立て前の状態から撮像ユニット３１を収納したパッケージング本体枠４１の両端にレンズ枠４２Ｅ及び電極枠４３を嵌合して図１２に示すように組み立てる。そして、気密パッケージング３２Ｅは、組み立てたパッケージングに対してレーザー溶接や半田付け等の方法により気密接合を行われる。尚、それ以外の構成は、上記第１の実施の形態とほぼ同様なので説明を省略する。
この結果、本第２の実施の形態の撮像装置３Ｅは、上記第１の実施の形態と同様な効果を得る。
【００５０】
尚、パッケージング本体枠の後端側気密接合部は、図１３に示すように構成しても良い。図１３（ａ）に示すようにパッケージング本体枠４１Ｆは、後端側気密接合部６３Ｆを凸部形状でなく電極枠４３Ｂ（ハーメチックコネクタ部４４）を収納可能な凹部形状に構成している。
【００５１】
そして、図１３（ｂ）に示すようにパッケージング本体枠４１Ｆは、電極枠４３Ｂ（ハーメチックコネクタ部４４）を後端側気密接合部６３Ｆに収納した後、接合部を半田付けやレーザー溶接などにより接合する。
これにより、パッケージング本体枠４１Ｆは、後端側気密接合部６３Ｆを凸部形状でなく凹部形状に形成しているので、その分小型化できる。
【００５２】
尚、本実施の形態では、内視鏡２の接眼部１３に装脱自在に装着される内視鏡用撮像装置として本発明を適用しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、一般に用いられる撮像装置に本発明を適用するように構成しても構わない。また、本発明は、上述の実施の形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【００５３】
［付記］
（付記項１）撮像ユニットに対して略相似形の断面形状に形成した非円筒部と、この非円筒部の両端に断面を略Ｒ形状に形成した気密接合部とを設け、前記撮像ユニットを気密に収納する気密パッケージングを構成したことを特徴とする撮像装置。
【００５４】
（付記項２）前記気密パッケージングは、前記撮像ユニットを収納するパッケージング本体を有し、
このパッケージング本体は、前記非円筒部の先端側にレンズ枠を気密に接合する先端側気密接合部と、前記非円筒部の後端側に電極枠を気密に接合する後端側気密接合部とを設けたことを特徴とする付記項１に記載の撮像装置。
【００５５】
（付記項３）撮像ユニットに対して略相似形の断面形状を有する非円筒部と、この非円筒部の両端に断面を略Ｒ形状に形成した気密接合部とを有するパッケージング本体を設け、前記撮像ユニットを気密に収納する気密パッケージングを構成したことを特徴とする撮像装置。
【００５６】
（付記項４）前記パッケージング本体の気密接合部は、４辺の直線を略Ｒ形状で繋いだ断面形状であることを特徴とする付記項２又は３に記載の撮像装置。
【００５７】
（付記項５）前記パッケージング本体の気密接合部は、真円の断面形状であることを特徴とする付記項２又は３に記載の撮像装置。
【００５８】
（付記項６）前記パッケージング本体の気密接合部は、楕円の断面形状であることを特徴とする付記項２又は３に記載の撮像装置。
【００５９】
（付記項７）前記気密パッケージング本体は、ＭＩＭ（メタルインジェクションモールド）により形成されていることを特徴とする付記項２又は３に記載の撮像装置。
【００６０】
（付記項８）前記気密パッケージング本体は、絞り加工により形成されていることを特徴とする付記項２又は３に記載の撮像装置。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、撮像ユニットの形状に合わせて無駄なデットスペースを極力抑えた気密パッケージングを有する撮像装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を備えた内視鏡システムを示す全体構成図
【図２】図１の撮像装置の詳細構成を示す断面図
【図３】図２のＡ−Ａ断面図
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図
【図５】図２の気密パッケージングを示す組立斜視図
【図６】図５の気密パッケージングの分解斜視図
【図７】図６の気密パッケージングの第１の変形例を示す分解斜視図
【図８】図６の気密パッケージングの第２の変形例を示す分解斜視図
【図９】図６の気密パッケージングの第３の変形例を示す分解斜視図
【図１０】第２の実施の形態の撮像装置の詳細構成を示す断面図
【図１１】図１０の気密パッケージングの分解斜視図
【図１２】図１１の気密パッケージングの組立斜視図
【図１３】図１１の気密パッケージングの変形例を示す要部斜視図
【符号の説明】
１…内視鏡システム
２…内視鏡
３…撮像装置
２１…スコープマウント部
２２…カバーガラス部
２３…結像光学部
２４…焦点調整部
２５…撮像光学部
２６…光学アダプタ部
３１…撮像ユニット
３２…気密パッケージング
４１…パッケージング本体枠
４２…レンズ枠
４３…電極枠
４４…ハーメチックコネクタ部
６１…非円筒部
６１Ａ…略直方体形状部
６２…先端側気密接合部
６３…後端側気密接合部

Claims

撮像ユニットに対して略相似形状の断面形状に形成し、該撮像ユニットを収納する金属製の非円筒部と、
前記非円筒部の先端側に断面を略Ｒ形状に一体的に形成し、金属製の筒状のレンズ枠と嵌合する外形状を呈し、嵌合する当該レンズ枠と気密に溶着接合される先端側気密接合部と、
前記非円筒部の後端側に断面を略Ｒ形状に一体的に形成し、金属製の筒状の電極枠と嵌合する外形状を呈し、嵌合する当該電極枠と気密に溶着接合される後端側気密接合部と、
を設け、前記撮像ユニットを気密に収納する気密パッケージングを構成したことを特徴とする撮像装置。
前記気密パッケージングは、少なくとも、後端側気密接合部の断面が真円の断面形状であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記先端側気密接合部は、４辺の直線を上記略Ｒ形状で繋いだ断面形状であることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の撮像装置。
前記気密パッケージングは、先端側気密接合部の断面が真円の断面形状であることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の撮像装置。
前記気密パッケージングは、先端側気密接合部の断面が楕円の断面形状であることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の撮像装置。