JP5909304B1 - 内視鏡 - Google Patents
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Abstract
Description
<基本構成例>
図1は、各実施形態の内視鏡を用いた内視鏡システムの一例を示す全体構成図である。図1では、内視鏡11及びビデオプロセッサ19を含む内視鏡システム13の全体構成を斜視図にて示している。
第1構成例の内視鏡11は、レンズ支持部材39にレンズを収容するレンズユニット35と、撮像面が素子カバーガラス43によって覆われる撮像素子33と、撮像面の中心にレンズの光軸を一致させたレンズユニット35と素子カバーガラス43とを固定する接着用樹脂37と、撮像素子33の撮像面と反対側(つまり、後側)の面に設けられた4つの導体接続部49のそれぞれに接続される4本の電線45を有する伝送ケーブル31と、を備える。
第2構成例の内視鏡11は、本実施形態の内視鏡11において、先端部15の最大外径Dmaxを、ダイシング可能な撮像素子33の基板の外接円の直径に相当する有限径〜1.8mmの範囲で形成することができる。
第3構成例の内視鏡11は、本実施形態の内視鏡11において、図5に示すように、撮像素子33の基板が、正方形で形成され、4つの導体接続部49が、撮像素子33の基板の一辺に沿って並んで配置されている。1つの導体接続部49は、矩形状に形成される。4つの導体接続部49は、長辺が平行となって相互に離間して配置される。これら4つの導体接続部49は、撮像素子33の基板の中央部に配置される。従って、それぞれの導体接続部49は、撮像素子33の基板の周縁から離間されている。
第4構成例の内視鏡11では、本実施形態の内視鏡11において、レンズユニットに沿って照明手段が設けられている。即ち、第4構成例の内視鏡11は、照明手段の一例としてのライトガイド57を有する。以下、照明手段は、ライトガイド57である場合を例に説明するが、この他、照明手段は、先端部15の挿入先端面に直付けしたLEDとすることもできる。この場合、ライトガイド57は不要となる。
図6は、照明手段の一例としてのライトガイド57の配置例を表す先端部の一例を示す正面図である。第5構成例の内視鏡11では、本実施形態の内視鏡11において、照明手段の一例としてのライトガイド57が、レンズユニット35の円周方向に複数個設けられた構成である。ライトガイド57は、レンズユニット35の円周方向に等間隔で4本を設けることができる。
第6構成例の内視鏡11では、本実施形態の内視鏡11において、撮像素子33が方形状に形成される。4つのライトガイド57の光ファイバ59は、撮像素子33の基板と、撮像素子33の基板の外接円とに挟まれる空間において、撮像素子33の基板の各辺部の略中央に配設されている。
第7構成例の内視鏡11は、本実施形態の内視鏡11において、レンズユニットの少なくとも一部、撮像素子、伝送ケーブルの一部及び照明手段の一部がモールド樹脂によって被覆されて固定され、モールド樹脂からなるモールド部65が、添加物を含有した樹脂材料により構成され、光の透過率が10%以下とすることができる。
第8構成例の内視鏡11は、本実施形態の内視鏡11において、図3に示すように、レンズ支持部材39にレンズを収容するレンズユニット35と、撮像面41が素子カバーガラス43によって覆われる撮像素子33と、撮像面41の中心にレンズの光軸を一致させたレンズユニット35と素子カバーガラス43とを固定する接着用樹脂37と、最大外径Dmaxがダイシング可能な撮像素子33の基板の外接円の直径に相当する有限径〜1.8mmの範囲で形成される先端部15と、レンズユニット35の少なくとも一部及び撮像素子33をモールド樹脂17によって被覆して固定するモールド部65と、先端部15と同一外径で形成されてモールド部65の少なくとも一部を覆って接続される管状のシース61と、を備えることができる。
第9構成例の内視鏡11は、本実施形態の内視鏡11において、シース61の厚みを0.1〜0.3mmの範囲とすることができる。シース61の厚みは、カバーチューブ69と小径延出部71との間の段部における段差寸法と一致する。小径延出部71は、撮像素子33を挟んでレンズユニット35の反対側に突出する部分となる。即ち、小径延出部71は、中心に1本の伝送ケーブル31を配置し、その外側に、4本の光ファイバ59が配置されるのみとなる。従って、小径延出部71は、撮像素子33を埋入している部分のモールド部65に比べ、容易に小径化が可能となる。つまり、シース61は、外径がカバーチューブ69と同一であるので、肉厚の設計自由度が向上する。
図11は、薄肉のシースが先端部に接続された構成の一例を示す断面図である。
次に、第2の実施形態の内視鏡111について説明する。
図12に示す内視鏡111は、図13に示す先端部15の最大外径Dmaxを、ダイシング可能な撮像素子33の基板の外接円の直径に相当する有限径〜1.0mmの範囲で形成することができる。
第12構成例の内視鏡111は、本実施形態の内視鏡111において、図15に示すように、撮像素子33の基板が、正方形で形成され、導体接続部49が、撮像素子33の基板の四隅に配置されている。1つの導体接続部49は、例えば円形状に形成される。4つの導体接続部49は、正方形の四隅に配置されることによって、相互に最大距離で離間した配置が可能となっている。
第13構成例の内視鏡111は、図14に示すように、対物カバーガラス91と、素子カバーガラス43と、撮像面41が素子カバーガラス43によって覆われる撮像素子33と、対物カバーガラス91と素子カバーガラス43の間に挟まれ、撮像面41の中心に光軸が一致されたレンズ93と、対物カバーガラス91とレンズ93との間に設けられる絞り51と、レンズ93と素子カバーガラス43とを固定する接着用樹脂37と、レンズ93と素子カバーガラス43との間に設けられる空気層95と、を備える。
図16は、対物カバーガラス、レンズ、素子カバーガラスの寸法の一例を示した側面図である。第14構成例の内視鏡111は、本実施形態の内視鏡111において、対物カバーガラス91の光軸に沿う方向の厚みTGt、レンズ93の厚みSRt、及び素子カバーガラス43の厚みSGtが、ともに0.1〜0.5mmの範囲で形成されている。また、対物カバーガラス91、レンズ93、素子カバーガラス43、及び撮像素子33は、光軸方向に垂直な断面の正方形の一辺の長さSQLが0.5mmの正方形となる。なお、図13〜図16に示す撮像素子33は、電気回路99を、厚みを付与して描いている。また、素子カバーガラス43と撮像素子33とを接着する接着用樹脂37を、厚みを付与して描いている。
第15構成例の内視鏡111は、本実施形態の内視鏡111において、図13に示すように、対物カバーガラス91の対物面を除く外周面、レンズ93の外周面及び撮像素子33をモールド樹脂17によって被覆して固定するとともに先端部15の外殻を形成しかつ外部に露出するモールド部65と、先端部15と同一外径で形成されてモールド部65の少なくとも一部を覆って接続される管状のシース61とを備える。
第16構成例の内視鏡111は、シース61の厚みを、0.1〜0.3mmの範囲とすることが好ましい。
第17構成例は、内視鏡111におけるレンズ93の構成の具体例として、レンズ形状の構成例を示すものである。図17A、図17B、図17Cは、レンズ形状の第1例を示す図である。
第18構成例は、内視鏡111におけるレンズ93と素子カバーガラス43との接着面の構成例を示すものである。
第19構成例は、内視鏡111における光学系の構成の具体例を示すものである。
・対物カバーガラス91
対物カバーガラス91の厚みTGt: TGt=0.1〜0.5mm
対物カバーガラス91の材料の一例: BK7(Schott社製)、nd=1.52、νd=64.2
対物カバーガラス91の屈折率ndF: 1.3≦ndF
対物カバーガラス91のアッベ数νdF: 30≦νdF
・素子カバーガラス43
素子カバーガラス43の厚みSGt: SGt=0.1〜0.5mm
素子カバーガラス43の材料の一例: BK7(Schott社製)、nd=1.52、νd=64.2
素子カバーガラス43の屈折率ndR: 1.3≦ndR≦2.0、ndF≦ndR
素子カバーガラス43のアッベ数νdR: 40≦νdR、νdF≦νdR
・レンズ93
レンズ93の焦点距離f: 0.1mm≦f≦1.0mm
レンズ93のFナンバーFNO: 1.4≦FNO≦8.0
FNO=1/(2・NA)
であるので、
FNO=1/(2・sinθair)
となる。したがって、次の数式(1)の関係が導ける。
sinθair=1/(2・FNO) …(1)
θair=sin-1{1/(2・FNO)}
また、スネルの法則より、
1・sinθair=ngl・sinθgl
となる。したがって、次の数式(2)の関係が導ける。
sinθgl=(sinθair)/ngl
=1/(2・FNO・ngl) …(2)
θgl=sin-1{1/(2・FNO・ngl)}
tg=x・tanθair×(1/tanθgl)
=x・(tanθair)/(tanθgl) …(3)
0.1≦x・(tanθair)/(tanθgl)≦0.5 …(4)
ここで、tanθair、tanθglは、sinθair、sinθglから求められるので、FNO及びnglによって表すことができる。
(f,FNO,ndR)=(0.306,4.01,1.5168)、BF=0.0125
空中遠距離は、内視鏡において、例えば人体内の気管や喉頭部等の観察に相当する。人体の肺や呼吸器の上気道等の診断に使用される。
(f,FNO,ndR)=(0.306,4.50,1.5168)、BF=0.0375
空中近距離は、内視鏡において、例えば人体内の区域気管支や細気管支等の観察に相当する。人体の肺や呼吸器の下気道等の診断に使用される。
(f,FNO,ndR)=(0.306,4.02,1.5168)、BF=0.0125
水中遠距離は、内視鏡において、例えば人体内の子宮内、胃等の観察に相当する。
(f,FNO,ndR)=(0.306,4.47,1.5168)、BF=0.0375
水中近距離は、内視鏡において、例えば人体内の膀胱、冠動脈内、膝関節、股関節等の観察に相当する。人体の血管内等の診断に使用される。
第20構成例は、内視鏡111における撮像素子33の構成の具体例を示すものである。図22A、図22Bは、撮像素子の第1例を示す図である。
15…先端部
17…モールド樹脂
31…伝送ケーブル
33、33A、33B、33C…撮像素子
35…レンズユニット
37…接着用樹脂
41…撮像面
43、43A、43B、43C…素子カバーガラス
45…電線
49…導体接続部
57…ライトガイド
59…光ファイバ
65…モールド部
91…対物カバーガラス
93、93A、93B、93C…レンズ
95…空気層
97…凸曲面部
99、99A、99B、99C…電気回路
201…光学素子部
202…コバ部
203…接着面
204…傾斜面
Dmax…最大外径
Claims (8)
- 光軸に対して垂直方向の外形状が正方形の単一レンズと、
前記光軸と垂直な方向の外形状が前記単一レンズの外形状と同一の撮像素子と、
前記撮像素子の撮像面を覆い、前記光軸に対して垂直方向の外形状が前記単一レンズの外形状と同一の素子カバーガラスと、
前記撮像面の中心に前記単一レンズの光軸を一致させた前記単一レンズと前記素子カバーガラスとを固定する接着用樹脂と、を有し、
前記撮像素子の一辺の長さは0.5mm以下であり、
前記単一レンズは、角柱状に形成され、被写体側の第1面が平面、撮像側の第2面が凸面を有するレンズにより構成され、
前記単一レンズの中央部は、前記撮像側において、前記凸面のレンズ面を構成する略球面状に隆起した凸曲面を有し、
前記単一レンズの周縁部は、端面が平面であり、かつ前記端面の全域において前記素子カバーガラスとの接着面を有する、
内視鏡。 - 請求項1に記載の内視鏡であって、
前記接着面は、外周部が正方形状で内周部が角丸正方形状の略方形状である、
内視鏡。 - 請求項1に記載の内視鏡であって、
前記接着面は、外周部が正方形状で内周部が円型ドーム形状の前記凸曲面と同心円状の円形状である、
内視鏡。 - 請求項1又は2に記載の内視鏡であって、
円型ドーム形状の前記凸曲面の外周部は、前記単一レンズの外形の正方形の四辺に対応する円周上の4つの部分が一部切り欠かれた樽型形状である、
内視鏡。 - 請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の内視鏡であって、
前記単一レンズは、前記凸曲面の外周部から前記接着面の内周部にかけて、レンズ中心から外周に向かって広がる傾斜面を有し、前記傾斜面の角度が、前記単一レンズの中心から見た開口の角度θAとすると、60°≦θA≦90°である、
内視鏡。 - 請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の内視鏡であって、
前記接着面は、前記周縁部の内周部から外周部の方向へ傾斜したテーパ形状の傾斜部を有する、
内視鏡。 - 請求項1に記載の内視鏡であって、
前記接着面は、50μm以上の接着幅を有する、
内視鏡。 - 挿入部の先端部に設けられ、撮像面が素子カバーガラスによって覆われる撮像素子と、
光軸に対して垂直方向の外形状が正方形の単一レンズと、
前記単一レンズと前記素子カバーガラスとを固定する接着用樹脂と、を有し、
前記単一レンズは、角柱状に形成され、被写体側の第1面が平面、撮像側の第2面が凸面を有するレンズにより構成され、
前記単一レンズの中央部は、前記撮像側において、前記凸面のレンズ面を構成する略球面状に隆起した凸曲面を有し、
前記単一レンズの周縁部は、端面が平面であり、かつ前記端面の全域において前記素子カバーガラスとの接着面を有し、前記周縁部は、前記端面から前記凸面のレンズ面に向かって傾斜したテーパ形状の傾斜部を有する、
内視鏡。
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