JP5996943B2 - 撮像装置および内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置および内視鏡に関し、具体的には、小型かつ視野の回転移動範囲を広範なものとすることが可能な撮像装置および内視鏡に関するものである

従来、内視鏡、配管検査など、狭隘部において使用する撮像装置は、撮像部分の小型化と任意の視野方向を確保する工夫がなされてきた。たとえば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサなどの固体撮像素子を内包する先端部に連なる湾曲部と、湾曲操作ノブに連結されたプーリとの間に操作ワイヤを架け渡し、湾曲操作ノブの回転操作に伴ってプーリがモータ駆動回転して操作ワイヤが牽引され、それにより、湾曲部を所定の方向に湾曲させることができた（たとえば、特許文献１参照）。

また、硬性管部の先端において揺動可能に支持される管状の先端部本体とスライダ部とを案内部材で連結し、スライダ部が硬性管部内を摺動することにより、先端部本体の硬性管部に対する角度を変更することができた（たとえば、特許文献２参照）。

さらに、可撓性の挿入部の先端側の硬性の先端部に略球形状の回動部材を設け、モータの回転軸の回転によって、ピニオンが球面に沿う上下方面に移動し、これと共に回動部材が、該回動部材の水平方向の中心軸の回りに回動し、対物レンズの視野方向を挿入部の軸方向前方の直視方向から斜め前上方ないし斜め前下方の視野方向に、湾曲部を回動することなく可変設定できるようになっていた（たとえば、特許文献３参照）。

なお、観察部を構成する先端のケーシングについては、たとえば、球形状のケーシングが、先端部に形成された円形状の取付孔に全方向に回動できるよう取付けられ、先端部の内部には周方向に９０度間隔で４つのガイドローラを設け、周方向に１８０度ずれた各一対のガイドローラにはそれぞれ第１のワイヤと第２のワイヤとの中途部を係合させ、これらのワイヤの一対のガイドローラ間に位置する中央部分は上記ケーシングの外面に連結され、また両端部は操作部に導かれ、ここで押し引き操作できるようになっていた（たとえば、特許文献４参照）。

特開２００５−２８０１８号公報 特開２００６−０９５１３７号公報 特開昭６０−１８２９２８号公報 特開昭６０−０８４５２４号公報

しかし、前記特許文献１の如く、挿入管または先端部を屈曲させることで視野を移動するものは、十分な視野を確保するために、屈曲が可能な空間を体腔内に確保する必要がある。従って、観察対象が、前記空間が存在するものに限定された。また、観察対象を拡張するために、撮像装置の小型化が要請されたが、前記屈曲可能な空間を十分に確保しうるだけの小型化には限界があり、制約があった。

また、前記特許文献２、３の如く、支軸を中心として搖動もしくは回動することで視野を移動するものは、偏向方向が支軸の構造によって制限され、術者の所望する視野が必ずしも得られない場合があった。

さらに、前記特許文献４の如く、球体に支軸を設けずに自在回動できるようにすることで、偏向方向の制限はなくなるが、前面を透明な膜で覆ってその位置を保持するものは摺動抵抗により視野移動がスムーズにできず、膜の早期劣化が懸念されていた。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、装置を駆動する機構の大きさの制約を受けずに小型化が可能であり、狭い可動空間でも広範囲に亘る視野の移動を長時間かつ長期間に亘って安定して精度よく行うことができる撮像装置および内視鏡を提供することを目的とする。

前記目的を達成させるために、本発明にかかる撮像装置は、
観察光学系と、前記観察光学系を保持する保持部と、前記保持部を搖動する搖動部と、前記搖動部を駆動する駆動部と、一方を前記保持部と回動可能に接続し、他方を前記搖動部と回動可能に接続し、前記保持部と前記搖動部とともにリンク機構を構成する複数の連結部と、前記保持部と搖動部との間に、前記複数の連結部の長手方向以外の移動を規制する規制部と、を有し、前記保持部は、前記連結部を介して、搖動部の搖動と連動して搖動することを最も主要な特徴とする。

なお、前記搖動部は、球面ガイド部と、前記連結部が接続され、前記球面ガイド部に摺動しながら回動する摺動部とを有するものであってもよい。

本発明にかかる撮像装置は、観察光学系の保持部と搖動部と連結部とからなる簡易な三次元のリンク機構を構成するため、装置を駆動する機構の大きさの制約を受けずに小型化が可能であり、狭い可動空間でも広範囲に亘る視野の移動を、長時間かつ長期間に亘って安定して精度よく行うことができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる撮像装置の先端部分を示す概略図である。 図２は、本は発明にかかる撮像装置を基体に内包させた先端部分の側断面図である。 図３は、観察光学系（カメラヘッド）を偏向させた状態の側断面図である。 図４は、搖動部を変形した別の実施形態を示した撮像装置の先端部分を示す概略図である。 図５は、本発明にかかる撮像装置を適用した硬性内視鏡のシステム構成図である。 図６は、本発明にかかる撮像装置を硬性内視鏡に適用した場合のシステムのブロック図である。 図７は、本発明にかかる撮像装置を硬性内視鏡に適用した場合の先端部分を示す側断面図である。 図８は、本発明にかかる撮像装置を適用した軟性内視鏡のシステム構成図である。 図９は、本発明にかかる撮像装置を軟性内視鏡に適用した場合の先端部の正面図である。 図１０は、本発明にかかる撮像装置を軟性内視鏡に適用した場合のシステムのブロック図である。 図１１は、本発明にかかる撮像装置を軟性内視鏡に適用した場合の先端部分を示す側断面図である。

以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限られるものではない。

図１及び図２を参照して、１は、本発明にかかる撮像装置である。撮像装置１は、本体筒部１１に収納されている。本体筒部１１は、円筒型の基体１１ａと後述するカメラヘッド１３を覆うシール部１１ｂとから構成される。基体１１ａは、本実施の形態では外径１５ｍｍ、内径（図２のｗ）１３ｍｍのステンレス製の筒体である。

シール部１１ｂは、シリコンゴム、フッ化エチレンでコーティングされたポリアミド樹脂等で構成された略円筒状の被覆材と、金属メッシュ、炭素繊維メッシュ等で構成された補強材とからなり、カメラヘッド１３の搖動を妨げない程度の可撓性を有する。シール部１１ｂの一端は、カメラヘッド１３の全周の辺縁にわたって水密又は気密に嵌着されており、他端は基体１１ａの先端側外周面の全周にわたって水密又は気密に嵌着されている。このようにすることで、シール部１１ｂで覆われた撮像装置１を構成する各部の動作を妨げることなく、各部を水密又は気密に維持することが可能である。シール部１１ｂのカメラヘッド１３周縁および基体１１ａ外周面への嵌着は、例えば金属の素線が網状に編組されて形成された網状管を補強材としてカメラヘッド１３周縁および基体１１ａ外周面に締結、接着または溶接したのち、フッ化エチレンでコーティングされたポリアミド樹脂の筒状体を被覆材として接着または溶着する。

撮像装置１は、被撮像体に対向する先端に、観察光学系１２および照明部１３１を有する。観察光学系１２は、鏡胴１２ｈに収納された対物レンズ１２ｂ、中間レンズ１２ｃおよび撮像素子１２ｄから構成される。本実施の形態においては、撮像素子１２ｄを駆動する回路基板１２ｅと、回路基板１２ｅと図示しない制御装置とを接続する撮像用配線１２ｆが観察光学系１２と一体で本体筒部１１に収納されている。

照明部１３１は、鏡胴１２ｈを取り囲むように設けられた複数個の照明用ＬＥＤ１３１ａと、照明用ＬＥＤ１３１ａを担持するとともに、撮像用配線１２ｆから供給される電力を照明用ＬＥＤ１３１ａに供給するＬＥＤ基板１３１ｂとから構成されている。ここで、対物レンズ１２ｂと照明用ＬＥＤ１３１ａとが鏡胴１２ｈで隔てられているのは、照明用ＬＥＤ１３１ａの照射光が対物レンズ１２ｂに入射するのを遮り、レンズフレアの発生を防止するためである。

観察光学系１２および照明部１３１は、シールドガラス１２ａにより被撮像体との対向面が覆われている。

ここで撮像光学系１２および照明部１３１について、本実施の形態では、撮像素子１２ｄ、回路基板１２ｅ、配線１２ｆ、照明用ＬＥＤ１３１ａおよびＬＥＤ基板１３１ｂは撮像装置１の先端に収容される構成としているが、これらを光ファイバ等の光学伝送媒体に代替することも可能である。すなわち、撮像素子１２ｄ、回路基板１２ｅおよび配線１２ｆに代えて、対物レンズ１２ｂおよび中間レンズ１２ｃにより結像された被撮像体像を光学的に伝送する撮像用光ファイバ（図示せず）を設け、撮像素子は撮像用光ファイバの後端に接続して、先端から離間して配置する。また、照明用ＬＥＤ１３１ａおよびＬＥＤ基板１３ｂ１に代えて、ライトガイドの先端部（図示せず）を設け、ライトガイド後端部を図示しない光源に接続して、光源を先端から離間して配置する。このような構成とすることにより、撮像装置１の先端には電気回路を設ける必要がなくなるので、高温、高圧、高放射線等の極限環境下においても、正常な動作を確保することが可能となる。

観察光学系１２は、観察光学系１２の被撮像体の対向面すなわち先端面が面取りされた円筒形または半球形の保持部として機能するカメラヘッド１３によって保持されている。カメラヘッド１３は、観察光学系１２を保持でき、かつ、形状を維持できるものであれば特に制限はなく、例えば、ステンレス、真鍮等の金属、石英ガラス等の無機材料または透明ポリカーボネート樹脂、炭素繊維樹脂等の有機材料もしくはこれらの複合材料からその目的に応じて、適宜に選択することが可能である。例えば、医療用の内視鏡に適用する場合であれば、被検体に対する感作性（金属アレルギー）が低く、殺菌性のあるステンレスが選択され、高温環境で使用される場合には、金属コバルトが選択される。

カメラヘッド１３の先端面と反対側の面すなわち後端面には、連結部として機能するヘッドリンカー１４が３本、被撮像体から見て（矢示Ｚ方向から見て）カメラヘッド１３の円周に沿って１２０度間隔で回動自在に結合されている。ヘッドリンカー１４は、ボールジョイントなどの自在継手によってカメラヘッド１３が、撮像装置１の側周の全方位に向けて搖動自在に移動するように結合されている。本実施の形態ではヘッドリンカー１４の本数は３本としているが、搖動部として機能する後述のスワッシュプレート１６と協働してリンク機構を構成するように結合されていれば特に制限はなく、例えば４本のヘッドリンカー１４をカメラヘッド１３の円周に沿って９０度間隔で結合するようにしてもよい。

ヘッドリンカー１４は、スワッシュプレート１６の搖動をカメラヘッド１３に伝達するのに十分な剛性と強度を有する線材または板材であれば材料や形状に特に制限はない。ヘッドリンカー１４の材料は、例えばステンレス、真鍮、チタン等の金属、石英ガラス等の無機材料またはポリカーボネート樹脂、炭素繊維樹脂等の有機材料からその目的に応じて、適宜に選択することが可能である。ヘッドリンカー１４の形状は、スワッシュプレート１６の搖動角を効果的に増幅してカメラヘッド１３に伝達するために屈曲形状にしたもの、スワッシュプレート１６の搖動速度変動を緩和するために弾性形状したもの、又はこれらの形状を組み合わせたものなどが可能である。また、ヘッドリンカー１４の長さや、スワッシュプレート１６とカメラヘッド１３との離間距離（図２のＬ１）は、撮像装置の大きさや、カメラヘッド１３の偏向角に応じて適宜に選択すればよい。本実施の形態ではヘッドリンカー１４は、５φ（図２のｐ）のカメラヘッド１３に対して１．２φのチタン線が用いられている。

ヘッドリンカー１４を介してカメラヘッド１３は、アキシャルリンクユニット１５に連結されている。アキシャルリンクユニット１５は、貫通した開口を有する中空の球体１５ａと、一方が球体１５ａの中空と連通した開口端を有し、他方が基体１１aの内周壁１１ｃと当接する大きさの開口端を有する中空円錐状の筒体１５ｂとを結合した形状を有する。また、中空円錐状の筒体１５ｂの周壁には、ヘッドリンカー１４が貫通する貫通孔１５ｃが設けられている。アキシャルリンクユニット１５は、基体１１ａの内周壁１１ｃと当接する筒体１５ｂの開放端が、カメラヘッド１３の後端面と、離間した位置で対向するように設置されている。

上述したようにアキシャルリンクユニット１５は、筒体１５ｂから球体１５ａにかけて連通孔１５ｄを形成する。この連通孔１５ｄには、カメラヘッド１３に保持された観察光学系１２および照明部１３１から延長された配線１２ｆや光ファイバ（図示せず）が貫通して後端側の図示しない撮像用制御装置まで延伸している。

球体１５ａの外表面は、後述するスワッシュプレート１６を当接支持して、スワッシュプレート１６が摺動しながら搖動することを可能としている。すなわちアキシャルリンクユニット１５のうち、球体１５ａは、スワッシュプレート１６と協働して搖動部として機能する。

一方、筒体１５ｂに設けられた貫通孔１５ｃは、ヘッドリンカー１４の長手方向以外の移動を規制して、カメラヘッド１３の搖動を制御する。すなわちアキシャルリンクユニット１５のうち、筒体１５ｂは、規制部として機能する。

アキシャルリンクユニット１５は、搖動部及び規制部としての機能を奏するものであれば材料に制限はないが、加工精度および耐久性を高いものとする観点から金属製またはセラミック製であることが好ましい。例えば、ステンレス製の一体成型ダイキャストで、研磨処理がされているものであればよい。
アキシャルリンクユニット１５の各部寸法（例えば、筒体１５ｂの最大径（図２のｑ１）、球体１５ａの直径（図２のｑ２）、カメラヘッド１３から貫通孔１５ｃまでの距離（図２のＬ２）、全長、肉厚）は、撮像装置の大きさや、カメラヘッド１３の偏向角に応じて適宜に選択すればよい。

スワッシュプレート１６は、環状の円盤であり、内周部がアキシャルリンクユニット１５の球体１５ａと当接し、球体１５ａの外表面に沿って摺動しながら搖動可能に載置されている。スワッシュプレート１６の寸法は、撮像装置の大きさや、カメラヘッド１３の偏向角に応じて適宜に選択すればよい。

スワッシュプレート１６は、カメラヘッド１３に対向する側の周方向にヘッドリンカー１４が連結されている。ヘッドリンカー１４の連結位置は、カメラヘッド１３におけるヘッドリンカー１４の連結位置と位相が一致していることが、精度の高い駆動を実現できるので望ましい。

以上のとおり、本発明にかかる撮像装置１は、カメラヘッド１３とヘッドリンカー１４とスワッシュプレート１６とで閉路を形成し、リンク機構を構成する。このリンク機構により、アキシャルリンクユニット１５とスワッシュプレート１６とから構成される搖動部の搖動角を増幅してカメラヘッド１３を搖動させることができるので、狭隘部に存在する被撮像体に対峙するカメラヘッド１３を小型化しやすくなるという効果を奏する。

スワッシュプレート１６のカメラヘッド１３に対向する側と反対側の周方向には、複数の駆動ワイヤ１７が各々連結されている。駆動ワイヤ１７は、図示しないモータと接続されていて、モータの駆動をスワッシュプレート１６に伝達するものであり、図示しないモータと協働して駆動部として機能する。本実施の形態では、矢示Ｚ方向から見て１８０度間隔で設けられた二対の駆動ワイヤ１７が９０度の間隔で設けられており、一対の駆動ワイヤ１７は連動して送りと引張りの駆動をスワッシュプレート１６に伝達する。
なお、スワッシュプレート１６は、複数の駆動ワイヤ１７の張架により球体１５ａとの当接が常時、維持されている。

駆動ワイヤ１７は、ワイヤマウントベース１８を介して図示しない駆動モータに接続されている。ワイヤマウントベース１８は、駆動ワイヤ１７の移動を長さ方向に規制する挿通孔であるワイヤガイド１９を有し、駆動ワイヤ１７はワイヤガイド１９を挿通して図示しない駆動モータに接続されている。相対するワイヤガイド１９の離間距離（図２のｓ）や、スワッシュプレート１６とワイヤマウントベース１８との距離（図２のｍ）は、撮像装置の大きさに応じて適宜に選択すればよい。駆動モータは例えば、駆動軸が互いに直交するように設けられた２個のステップモータ、ソレノイド、人工筋肉等を適用することが可能である。

なお、本実施の形態では、駆動部にモータを利用した形態について説明したが、駆動ワイヤ１７が図示しない操作ハンドルに連結されており、駆動ワイヤ１７を手動で駆動する形態であってもよい。

以下、図３を用いて撮像装置１の動作の説明を行う。図示しない操作部での操作指示に基づき、図示しないモータが駆動して、駆動ワイヤ１７を介してスワッシュプレート１６を相当量、相当の向きに搖動させる。スワッシュプレート１６の搖動は、ヘッドリンカー１４を介してカメラヘッド１３に伝達される。このとき、ヘッドリンカー１４は、アキシャルリンクユニット１５の筒体１５ｂに設けられた貫通孔１５ｃによって長手方向以外の移動が規制されているので、カメラヘッド１４は、その位置を変位させることなく、カメラヘッドの略中央部を搖動軸とした搖動を行い、撮影視野の移動を行うことができる。さらに、シール部１１ｂはカメラヘッド１３の搖動に追随しているので、水密又は気密に維持される。

図３では、カメラヘッド１３を下方（矢示ｇ方向）に偏向させた状態を示している。図３の正面視上方側の駆動ワイヤ１７をカメラヘッド１３方向（矢示ａ方向）に駆動させると、スワッシュプレート１６は、前記駆動させた駆動ワイヤ１７側が、アキシャルリンクユニット１５の球体１５ａの外表面を摺動しながら、カメラヘッド１３方向、すなわち、送り方向（矢示ｃ方向）に搖動し、同時に前記駆動した駆動ワイヤ１７と対になっている反対側の駆動ワイヤ１７に接続された側は、カメラヘッド１３方向と反対の方向、すなわち、引張り方向（矢示ｄ方向）に移動する。スワッシュプレート１６の前記搖動に連動して前記送り方向（矢示ａ方向）に駆動された駆動ワイヤ１７と引張方向（矢示ｂ方向）に駆動された駆動ワイヤ１７とに各々対応した位置でスワッシュプレート１６に連結された各ヘッドリンカー１４も、それぞれ送り方向（矢示ｅ方向）と引張り方向（矢示ｆ方向）に移動する。このとき各ヘッドリンカー１４は、貫通孔１５ｃによって長手方向以外の動きが規制される。ヘッドリンカー１４は、カメラヘッド１３と回動自在に接続されているため、スワッシュプレート１６のてこ運動による搖動角を増幅してカメラヘッド１３を矢示ｇ方向に搖動させる。

前記駆動した駆動ワイヤ１７の連結点（例えば１７ａ）とスワッシュプレート１６の周方向１８０度隔てた側（例えば１６ｂ）は、カメラヘッド１３と逆方向に摺動移動するので、リンク機構のてこ運動がなされる。前記駆動した駆動ワイヤ１７の連結点（例えば１７ａ）に対応するヘッドリンカー１４（例えば１４ａ）は、スワッシュプレート１６の前記てこ運動に連動して、カメラヘッド１３方向（矢示ｅ方向）に移動する。このとき、貫通孔１５ｃによってヘッドリンカー１４は、長手方向以外の動きが規制される。ヘッドリンカー１４は、カメラヘッド１３と回動自在に接続されており、前記てこ運動の搖動角を増幅してカメラヘッド１３を矢示ｇ方向に搖動させる。

なお、シール部１１ｂは、前記カメラヘッド１３方向に移動したヘッドリンカー１４に対応する部分のシール部１１ｂは伸長し、反対側の部分のシール部１１ｂは収縮してカメラッド１３の動きに追随する。

本実施の形態によれば、観察光学系１２を保持するカメラヘッド１３と、スワッシュプレート１６とを、複数のヘッドリンカー１４で連結して簡易な三次元のリンク機構を構成するため、撮像装置を駆動する機構の大きさの制約を受けずに小型化が可能であり、狭い可動空間でも広範囲に亘る視野の移動を、長時間かつ長期間に亘って安定して精度よく行うことができる。

本実施の形態によれば、カメラヘッド１３とスワッシュプレート１６との間に、ヘッドリンカー１４の長手方向以外の移動を規制する規制部として筒体１５ｂの貫通孔１５ｃを設けているので、スワッシュプレート１６の搖動をヘッドリンカー１４が高精度でカメラヘッドに伝達することが可能となる。

本実施の形態によれば、スワッシュプレート１６の搖動は、球面ガイド部であるアキシャルリンクユニット１５の球体１５ａと、摺動部であるスワッシュプレート１６の内周とが摺動しながら搖動するので、スワッシュプレート１６の自在な搖動が可能となり、カメラヘッド１３の視野移動も自在なものとできる。

本実施の形態によれば、スワッシュプレート１６を支持する球体１５ａと、ヘッドリンカー１４の長手方向以外の移動を規制する貫通孔１５ｃを設けた筒体１５ｂとを連結したアキシャルリンクユニット１５が基体１１ａの内周に固定されているので、基体１１ａと貫通孔１５ｃと球体１５ａとの位置関係を常に一定のものとできるので、カメラヘッド１３の搖動偏向を安定したものとすることができる。

本実施の形態によれば、基体１１ａとカメラヘッド１３との間を水密または気密に保持する可撓性のシール部１１ｂを設けたので、カメラヘッド１３の自在な偏向を妨げることなく、撮像装置１の耐水および耐汚染を確実なものとすることができる。

本発明にかかる他の実施の形態を、図４を用いて説明する。図１、図２と共通する部分は、同一の番号を付し、詳細な説明は割愛する。

本実施の形態では、図１、図２のアキシャルリンクユニット１５及びスワッシュプレート１６に代えて、基体１１の内周壁１１ｃに固定された円環状の規制部２１および円環状の支持部材２２と支持部材２２に搖動可能に支持された中空の半球体２３とを設けている。円環状の規制部２１は、周方向にヘッドリンカー１４を通す貫通孔２１ａを有する。貫通孔２１ａによって、ヘッドリンカー１４は、長手方向以外の動きが規制される。また、規制部２１の中央孔２１ｂは、撮像用配線１２ｂや撮像用光ファイバを通すようになっている。

中空の半球体２３は、図１、図２のスワッシュプレート１６に相当する役割を果たす。半球体２３は、開放端面２３ａがカメラヘッド１３の後端面と離間して対向し、球体表面２３ｂが円環状の支持部材２２の内周に当接支持されている。すなわち半球体２３は、支持部材２２の内周２２ａと当接する球体表面２３ｂに沿って搖動可能に設置されているもので、支持部材２２と協働して搖動部として機能するものである。

４本のヘッドリンカー１４はそれぞれ、一端が観察光学系１２の方向（矢示Ｚ）から見てカメラヘッド１３の円周に沿って９０度間隔で回動自在にカメラヘッド１３に接続され、貫通孔２１ａを貫通して、他端が半球体２３の開放端面２３ａのリング状に形成された周縁端面上で周方向に連結される。４本の駆動ワイヤ１７はそれぞれ、球体表面２３ｂ上の、観察光学系１２の方向（矢示Ｚ）から見てカメラヘッド１３の円周に沿って９０度間隔で連結されている。また、駆動ワイヤ１７は、支持部材２２の周方向に設けられたワイヤガイド２４を貫通し、撮像装置後端側に設置された図示しない駆動モータに接続されている。

本実施の形態では、カメラヘッド１３と、４本のヘッドリンカー１４と、半球体２３とによって形成された閉路によって立体的なリンク機構が構成されている。半球体２３は、駆動ワイヤ１７の駆動により、球体表面２３ｂが支持部材２２の内周２２ａを摺動しながら搖動する。なお、規制部２１および支持部材２２は基体１１ａの内周壁に固定されている。

以下、図５乃至図１１を用いて、本発明にかかる撮像装置を内視鏡システムに適用した実施形態について説明する。図１、図２と共通する部分は、同一の番号を付し、詳細な説明は割愛する。

図５は、本実施の形態に係る硬性内視鏡システムの構成図である。硬性内視鏡３は、硬質で細長の挿入部３１と、挿入部３１の後端に設けられた接眼部３２とを有する。挿入部３１の先端部３１ａは、後述するとおり、本発明にかかる撮像装置１を内蔵する。
接眼部３２から延出された信号ケーブル３６ｂの端部の信号コネクタ３６ｃは、制御部３７に着脱自在に接続される。制御部３７は、モニタ用ケーブル３８を介して制御部３７からの映像信号を表示する表示装置３９に接続されている。また、接眼部３２には、先端部３１ａに組み込まれた撮像装置１のカメラヘッド１３を偏向させるための操作ハンドル３２５も装着されている。

図６は、本発明にかかる撮像装置を硬性内視鏡に適用した場合の内視鏡システムの基本構成を示すブロック図である。なお、図６は、システムの基本構成の説明に必要なもののみを示したものであり、この構成に限定する趣旨ではない。硬性内視鏡３の先端部３１ａは、本発明にかかる撮像装置１の対物レンズ１２ａ、鏡胴１２ｈ等からなる観察光学系１２、観察視野を照らす照明部１３１及びスワッシュプレート１６等から構成される搖動部が組み込まれる。ここで、観察光学系１２からは光ファイバ１２ｇが延出している。すなわち、本実施の形態では、観察光学系１２で結像した被撮像体像は光ファイバ１２ｇを介して接眼部３２に設けられた撮像素子３２１に伝送される。

接眼部３２は、撮像素子３２１、撮像制御部３２２、モータ３２３、インタフェース３２４および照明用ＬＥＤ光源３２５を有する。

観察光学系１２から延出している撮像用光ファイバ１２ｇは、撮像素子３２１に接続されており、撮像用光ファイバ１２ｇを介して伝送された被撮像体像は撮像素子３２１により電気信号へと変換される。撮像素子３２１で変換された電気信号は、インタフェース３２４および信号ケーブル３６ｂを介して制御部３７に伝送される。

先端部３１ａのスワッシュプレート１６から延出している駆動ワイヤ１７は、接眼部３２のモータ３２３に接続されている。駆動ワイヤ１７とモータ３２３とで、前記搖動部の搖動を駆動する駆動部を構成する。また、本実施の形態のおいては、接眼部３２に設けられた操作ハンドル３２５を操作することによっても駆動ワイヤ１７を駆動して搖動部の搖動を可能としている。

照明用ＬＥＤ光源３２５は、ライトガイド１３１ｃを介して照明光を先端部３１ａの照明部１３１に伝送する。

接眼部側インタフェース３２４は、制御部３７から伝送される制御信号等を受信し、接眼部３２の状態を表すステータス情報撮像素子３２１で電気信号に変換された撮像情報等を信号ケーブル３６ｂを介して制御部３７に伝送する。

撮像制御部３２２は、制御部３７からの指示に基づいて、撮像素子３２１の駆動、撮像素子３２１で変換された電気信号の伝送、モータ３２３の駆動および照明用ＬＥＤ光源３２５の駆動等を制御する。
制御部３７は、硬性内視鏡システム３全体を制御するもので、制御インタフェース３７１、全体制御部３７２、記憶部３７３、表示インタフェース３７４、モータ制御部３７５および画像処理部３７６を含む。
制御部３７は、制御インタフェース３７１を介して接眼部３２から受信し、全体制御部３７２で各種データ処理が行う。操作部３２から伝達された撮像情報は、記憶部３７３で記憶される。記憶部３７３に記憶される情報は、制御部３７が各種機能を実現するためのプログラム、画像処理部３７６が一時的または恒久的に記憶する撮像情報、接眼部３２および表示装置３９から伝送されるステータス情報等を含むものである。

記憶部３７３で記憶された撮像情報は、画像処理部３７６で処理された後、表示インタフェース３７４を介して画像データとして表示装置３９に伝達される。

モータ制御部３７５は、接眼部３２から伝送される撮像情報およびステータス情報、表示装置３９から伝送されるタッチパネル３９４の操作情報等に基づいて、撮像装置１のカメラヘッド１３の偏向量および偏向速度を決定し、制御信号をモータ３２３に伝送して制御する。モータ制御部３７５では例えば、関心領域画像を表示装置３９の中央に表示し続けるための、撮像装置１のカメラヘッド１３の偏向により目標画像を追尾する制御を実行する。

表示装置３９は、表示装置側インタフェース３９１を介して、制御部３７から伝達された画像データを表示制御部３９２によってディスプレイ３９３に表示させる。また、表示装置３９はタッチパネル３９４を有しており、術者はタッチパネル３９４を操作することにより内視鏡システムの各種設定や制御を行うことが可能となる。

図７は、硬性内視鏡３の先端部３１ａの側断面図である。先端部３１ａは、金属パイプ３１２と、この金属パイプ３１２の基端部、すなわち、操作部３２側に連結され、鉗子等の処置具（図示せず）で施術するために挿通するチャンネルチューブ３１３とによって構成された内視鏡用チャンネル３１４と、本発明にかかる撮像装置１を嵌装する観察窓部３１５とから構成される。

本実施の形態では、撮像素子３２１およびその制御回路は接眼部２３に収納されているので、カメラヘッド１３に装着された観察光学系１２を構成するのは鏡胴１２ｈに収納された対物レンズ１２ｂと、対物レンズ１２ｂで結像された被撮像体像を伝送する撮像用光ファイバ１２ｇである。また、照明用ＬＥＤ光源３２５およびその制御回路も接眼部３２に収納されているので、鏡胴１２ｈを隔てて対物レンズ１２ｂを取り囲むように設置された照明部１３１は、後端部が照明用ＬＥＤ光源３２５に接続されたライトガイド１３１ｃの先端面となる。

以上のように、本実施の形態に係る撮像装置１を硬性内視鏡システムに適用することにより、硬性内視鏡全体を回転、移動させずとも、パン、チルトなどの撮像視野の移動が可能となる。

本実施の形態によれば、先端部３１ａ内に電磁波ノイズの影響を受けやすい電気回路部品がないので、先端部３１ａ近傍でラジオ波照射治療を行ったり、術野に先端部３１ａを留置したままＭＲＩ（核磁気共鳴画像法）撮影を行っても、撮像装置１による撮像を継続できる。

本実施の形態よれば、接眼部３２に設けられた照明用ＬＥＤ光源３２５の発光を、ライトガイド１３１ｃが伝送して、被撮像体に照明光を照射する。接眼部３２では、放熱ファン（図示せず）等を設けて照明用ＬＥＤ光源３２５の発熱を効率よく放熱でき、長時間にわたって撮像を行った場合でも、光源の発熱による照明光の色温度の変化や、撮像装置１内部の温度上昇に伴う撮像素子３２１の撮像特性の変化を最小に留めることができるので、長時間にわたって解像度や色再現性に優れた撮像を容易に行うことができる。

図８は、本実施の形態に係る軟性内視鏡システムの構成図であり、図９は、軟性内視鏡の先端の正面図である。軟性内視鏡４は、軟質で細長の挿入部４１と、この挿入部４１の後端に設けられ、挿入部４１よりも太径の操作部４２とを有する。挿入部４１は、先端部分で、後述するように本発明にかかる撮像装置１を内蔵する先端部４１ａと、先端部４１ａの後端に連設された湾曲自在な湾曲部４１ｂと、湾曲部４１ｂの後端に連設された可撓性を有する可撓管部４１ｃとから構成される。操作部４２には、鉗子を挿入する鉗子挿入口４３が設けられており、図９の鉗子出口４４に連通している。なお、図９の噴射ノズル４５は、図示しない送気・送水装置から供給されたエアー、洗浄水を撮像装置１の観察光学系１２のシールドガラス１２ａに噴射し、付着した汚れを払拭する。

操作部４２の後端側には、操作部４２の長手方向と直交する方向にユニバーサルコード４６の一端が接続されている。ユニバーサルコード４６の他端は、制御部４７に接続されている。制御部４７は、先端部４１ａに内蔵された撮像装置１で撮像されて入力された撮像信号に各種画像処理を施して内視鏡画像を生成し、制御部４７に接続された表示装置４８に表示させる。

また、操作部４２には、湾曲部４１ｂを上下方向及び左右方向に湾曲させるアンクルノブ４９が設置され、先端部４１ａを体腔内の所望の方向に向けることができる。後述するように、本実施の形態に係る撮像装置１を内蔵する先端部４１ａに連なる湾曲部４１ｂと、アンクルノブ４９に連結されたプーリとの間に湾曲操作ワイヤが架け渡されている（図示せず）。アンクルノブ４９の回転操作に伴って前記プーリが回転して湾曲操作ワイヤが牽引され、それにより、湾曲部４１ｂが所定の方向に湾曲する。操作ハンドル４２５は、先端部４１ａに組み込まれた撮像装置１のカメラヘッド１３を偏向させるための操作部である。

図１０は、本発明にかかる撮像装置を軟性内視鏡に適用した場合の内視鏡システムの基本構成を示すブロック図である。図１０も図６同様、システムの基本構成の説明に必要なもののみを示したものであり、この構成に限定する趣旨ではない。軟性内視鏡４の先端部４１ａは、本発明にかかる撮像装置１の対物レンズ１２ａ、撮像素子１２ｄ、鏡胴１２ｈ等からなる観察光学系１２、照明用ＬＥＤ１３１ａ、ＬＥＤ基板１３１ｂから構成される照明部１３１及びスワッシュプレート１６等から構成される搖動部が組み込まれる。

撮像光学系１２の撮像回路（図示せず）および照明部１３１の照明用ＬＥＤ１３１ａから延出している撮像用配線１２ｆは、操作部４２の撮像インタフェース４２１されている。撮像光学系１２の撮像素子１２ｄは、対物レンズ１２ｂを介して被撮像体からの光を受光して電気信号に変換し、撮像用配線１２ｆを介して操作部４２に伝送する。また、照明部１３１の照明用ＬＥＤ１３１ａは、操作部４２から撮像用配線１２ｆを介して電力の供給を受けている。撮像制御部４２２は、撮像素子１２ｄおよび照明用ＬＥＤ１３１ａに対する制御信号を撮像用配線１２ｆを介して伝送する。

先端部４１ａのスワッシュプレート１６から延出している駆動ワイヤ１７は、操作部４２のモータ４２３に接続されている。駆動ワイヤ１７とモータ４２３とで、前記搖動部の搖動を駆動する駆動部を構成する。また、本実施の形態のおいては、操作部４２に設けられた操作ハンドル４２５を操作することによっても駆動ワイヤ１７を駆動して搖動部の搖動を可能としている。

操作部４２の操作情報、撮像情報は、操作部インタフェース４２４を介して制御部４７に伝達される。制御部４７に伝達された各種信号は、制御部インタフェース４７１を介して、全体制御部４７２により各種データ処理が行われる。操作部４２から伝達された撮像情報は、記憶部４７３で記憶される。記憶部４７３に記憶される情報は、制御部４７が各種機能を実現するためのプログラム、画像処理部４７６が一時的または恒久的に記憶する撮像情報、操作部４２および表示装置４８から伝送されるステータス情報等を含むものである。

記憶部４７３で記憶された撮像情報は、画像処理部３７６で処理された後、表示インタフェース４７４を介して画像データとして表示装置４８に伝達される。

モータ制御部４７５は、操作部４２から伝送される撮像情報およびステータス情報、表示装置４８から伝送されるタッチパネル４８４の操作情報等に基づいて、撮像装置１のカメラヘッド１３の偏向量および偏向速度を決定し、制御信号をモータ４２３に伝送して制御する。モータ制御部４７５では例えば、関心領域画像を表示装置４８の中央に表示し続けるための、撮像装置１のカメラヘッド１３の偏向により目標画像を追尾する制御を実行する。

表示装置４８は、表示装置側インタフェース４８１を介して、制御部４７から伝達された画像データを表示制御部４８２によってディスプレイ４８３に表示させる。また、表示装置４８はタッチパネル４８４を有しており、術者はタッチパネル４８４を操作することにより内視鏡システムの各種設定や制御を行うことが可能となる。

図１１は、軟性内視鏡４の先端部４１ａの側断面図である。先端部４１ａは、先端カバー４１２のＬ字状の切欠きが形成された基端側と前記Ｌ字状の切欠きと同形の切欠きが先端に形成された湾曲自在な筒状体４１３とが対向嵌合され、先端部４１ａの内部空間を形成している。湾曲自在な筒状体４１３の外表面は、柔軟性のあるゴム４１４によって被覆されている。

前記内部空間には、図１１で説明した鉗子出口４４に通じる鉗子等の処置具（図示せず）を挿通するチャンネルチューブ４１５及び本発明にかかる撮像装置１が嵌装されている。先端部４１ａに内蔵される撮像装置１は、図１ないし図３を用いて説明した撮像装置１と同一のものであり、その説明を割愛する。撮像装置１及びチャンネルチューブ４１５の後端側には、図８で説明したアンクルノブ４９、プーリ、モータ、操作ワイヤによって、湾曲部４１ｂに湾曲作用を付与する湾曲駒４１６が、筒状体４１３の内周に設けられた固定部材４１７によって固定されて直列に連続して連結されている（図９では、先頭の湾曲駒４１６のみを示している）。前記内部空間の撮像装置１、チャンネルチューブ４１５及び湾曲駒４１６が設置されている余の空間には、高熱伝導性樹脂４１８が充填固化されている。

以上のように、本実施の形態に係る撮像装置１を軟性内視鏡システムに適用することにより、湾曲部４１ｂの湾曲による撮像視野の移動に制約がある場合であっても、カメラヘッド１３の自在な搖動による撮像視野の移動が可能となる。

また、本実施の形態によれば、湾曲部４１ｂの湾曲と、カメラヘッド１３の搖動のいずれかを用いて視野移動するこが可能となり、軟性内視鏡の使用状況に応じた視野移動が行える。たとえば、湾曲部４１ｂが湾曲させて鉗子出口４４から所望の術野に鉗子等の器具を配置した状態を維持したままで、カメラヘッド１３の搖動により、先端部４１ａ周辺の撮像視野を広く観察することも可能となる。また、噴射ノズル４５で体腔内の洗浄を行う際に、噴射ノズル４５の噴射先以外の体腔内壁の洗浄度合を、カメラヘッド１３の搖動による視野移動により確認することも可能となる。

１ 撮像装置
３ 硬性内視鏡
４ 軟性内視鏡
１１ 本体筒部
１２ 観察光学系
１２ａ シールドガラス
１２ｂ 対物レンズ
１２ｃ 中間レンズ
１２ｄ 撮像素子
１２ｅ 撮像基板
１２ｆ 撮像用配線
１２ｇ 撮像用光ファイバ
１２ｈ 鏡胴
１３ カメラヘッド
１４ ヘッドリンカー
１５ アキシャルリンクユニット
１５ａ 球体
１５ｂ 筒体
１５ｃ 貫通孔
１６ スワッシュプレート
１７ 駆動ワイヤ
１８ ワイヤマウントベース
１９ ワイヤガイド
１３１ 照明部
１３１ａ 照明用ＬＥＤ
１３１ｂ ＬＥＤ基板

Claims (5)

1. 観察光学系と、前記観察光学系を保持する保持部と、前記保持部を搖動する搖動部と、前記搖動部を駆動する駆動部と、一方を前記保持部と回動可能に接続し、他方を前記搖動部と回動可能に接続し、前記保持部及び前記搖動部とともにリンク機構を構成する複数の連結部と、前記保持部と搖動部との間に、前記複数の連結部の長手方向以外の移動を規制する規制部と、を有し、前記保持部は、前記連結部を介して、搖動部の搖動と連動して搖動することを特徴とする撮像装置。
2. 前記搖動部は、球面ガイド部と、前記連結部が接続され、前記球面ガイド部に摺動しながら搖動する摺動部と有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記保持部及び搖動部を内包する基体と、前記球面ガイド部を球形に形成した球形部と、前記球形部と連結する開放端と前記球形部の直径よりも大きく形成し、前記基体に結合された開放端とを有した筒体とを有し、前記規制部は、前記筒体の側面に複数の貫通孔を設け、前記複数の連結部が、前記貫通孔を各々貫通することによって、連結部の長手方向以外の移動を規制することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 前記基体と前記保持部とを結合し、前記基体と前記保持部との間を水密または気密に保持する可撓性のシール部を有することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の撮像装置を有することを特徴とする内視鏡。

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