JPH0664242B2 - 光学的撮像装置 - Google Patents

光学的撮像装置

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JPH0664242B2
JPH0664242B2 JP60105684A JP10568485A JPH0664242B2 JP H0664242 B2 JPH0664242 B2 JP H0664242B2 JP 60105684 A JP60105684 A JP 60105684A JP 10568485 A JP10568485 A JP 10568485A JP H0664242 B2 JPH0664242 B2 JP H0664242B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、光学的撮像装置に関し、特にカラービデオ
内視鏡システムの挿入部のコンパクトな観察ヘッドに関
するものである。
（発明の背景） カラービデオ内視鏡システムにおいて、内視鏡の挿入部
は、観察すべき空洞内へ光を導くための光学繊維ライト
ガイド、反射光を結像する光学的結像部、光の入力に応
答して電気的な出力を生じるイメージセンサ、イメージ
センサをトリガしてコントロールユニットに信号を伝達
する電気回路を結像手段、鉗子チャンネル、および送気
送水チャンネルを有している。これらの構成は、内視鏡
の挿入部内に全て存在せねばならず、挿入部の全体の直
径は、人体の構送によって制限されるので、この挿入部
の空間の有効利用は重要なことである。
従来のカラービデオ内視鏡システムにおいては、挿入部
の先端の観察ヘッドあるいは撮像システムは、通常、光
学的な結像部と、撮像システムの光軸に直角でかつ挿入
部の中心軸に直角な矩形の固体イメージセンサからな
る。イメージセンサへの入力をバッファし出力を駆動す
る回路は、イメージセンサの光感応面から独立し、この
面の付近であってかつその背後に取付けられている。こ
のような内視鏡のイメージセンサは、光軸に直角に配置
されているので、イメージセンサのサイズには制限があ
る。さらに、イメージセンサは、光学的な結像部分の円
形の表面よりも大きな矩形面を有しているので、鉗子チ
ャンネル、ライトガイドおよび挿入部内に収納されるべ
き他の構成を収容することは容易ではない。
そこで、このような事情に鑑み、上記イメージセンサ
を、光学的結像部の軸に直角ではない面内、例えば光軸
に平行に配置したものが開示されている。（特開昭58-4
9622号公報、特願昭58-174730号明細書）。この従来技
術によれば、光線を光軸から外すように光を偏向してイ
メージセンサに入射するようにする手段、例えば結像部
からの像をイメージセンサに対して90°転回する内面反
射面を有するガラスプリズムがヘッド内に配設される。
（発明が解決しようとする課題） ところで、上述した如く、プリズム等の偏向手段によ
り、例えば入射光軸に平行に配されたイメージセンサ方
向に光を偏向する従来技術においては、イメージセンサ
は内視鏡先端部本体の内部の所定位置に接着固定される
ようになっているため、この所定位置部分にイメージセ
ンサの底部を接着するだけのスペースが必要となる。
しかしながら、この所定位置部分付近には各種の部材が
配設されるため、この各種部材と抵触することのない平
坦で大きなスペースを確保することは容易ではない。
したがって、従来、イメージセンサを比較的小さい底面
積のものとするか、イメージセンサの底面の一部のみを
接着固定するかしており、これにより所望とするサイズ
のイメージセンサを用いることが困難となったり、イメ
ージセンサを確実に固定することができないという問題
があった。また、このイメージセンサの底面の一部のみ
を接着固定した場合においてこのイメージセンサの他部
分を、上記所定位置部分の部材とは別異の部材に接着固
定して保持力を確保するものも考えられるが、この場合
にはこのイメージセンサに接着する２つの部材の線膨張
係数の違いから、温度変化に伴ないイメージセンサが破
損するおそれがあり好ましくない。
本発明はそのような事情に鑑みなされたもので、所望の
サイズのイメージセンサを破損させるおそれなく確実に
接着固定し得る光学的撮像装置を提供することを目的と
するものである。
（課題を解決するための手段） 本願発明の第１の光学的撮像装置は、 撮像すべき光を結像する光学系と、該光学系の光軸に対
して直角でない面内に配置された平板状のイメージセン
サと、該イメージセンサに光学系からの光線を偏向させ
る、入射光を内面反射させる面を有するガラスのプリズ
ムと、前記光学系、前記プリズムおよび前記イメージセ
ンサを所定の空間関係に保持する手段とからなる光学的
撮像装置において、 前記イメージセンサがその光入射面において、前記ガラ
スのプリズムの光出射面のみに直接接着保持されてなる
ことを特徴とするものである。
また、本願発明の第２の光学的撮像装置は、 光を収れんさせる対物レンズと、該対物レンズからの光
を結像するための前記対物レンズの光軸と合致する光軸
を有するフォーカシングレンズと、前記対物レンズと前
記フォーカシングレンズの光軸から光を偏向させる、光
入射面、内面反射面および平らな光出射面からなるガラ
スのプリズムと、前記対物レンズと前記フォーカシング
レンズの光軸にほぼ平行に配置され、前記対物レンズと
前記フォーカシングレンズに関して所定の位置に支持さ
れる平板状のイメージセンサからなる光学的撮像装置に
おいて、 前記イメージセンサが、その光入射面において前記ガラ
スのプリズムの光出射面のみに接着保持されてなること
を特徴とするものである。
また、特に好ましい実施例においては少なく共二つのレ
ジスタを用い、光学的な結像部からの像を直接受取る第
１のレジスタと、この第１のレジスタからのデータの転
送のための第２のレジスタを有するフレームトランスフ
ァイメージセンサが、観察ヘッドに用いられる。さら
に、この発明の実施例においては、イメージセンサは、
薄いガラス板を通過してから入射光がイメージセンサの
活性部分に入射する背面入射タイプのフレームトランス
ファイメージセンサである。イメージセンサのガラス板
は、ガラスプリズムの光出射面に直接接着される。イメ
ージセンサのバッファ／駆動回路の回路要素を支持する
基板は、活性部分を含む背面入射タイプのイメージセン
サの面に直接接着できる。基板にはスロットが設けら
れ、これは、イメージセンサの接着パッドと整合するよ
うに配置されるので、電気的結線が、基板上の回路要素
とイメージセンサ間に施される。
（作用） 上記構成によれば、イメージセンサを、充分に広い平坦
面であるガラスのプリズムの光出射面にのみ接着保持さ
せて固定するようにしており、先端部本体には接着固定
していないので、先端部本体の所定位置にイメージセン
サを接着するスペースを必要とせず、したがって先端部
本体内に所望のサイズのイメージセンサの底面を接着す
るだけの平坦なスペースを確保できない場合にもイメー
ジセンサを確実に固定することができる。
また、このようにイメージセンサを充分広い平坦面に確
実に接着固定して充分大きな保持力を得ることができる
ことから、２つの別異の部材、例えばプリズムと先端部
本体にイメージセンサを接着固定する必要がなく、した
がって各部材の線膨張率の相違から温度の変化に伴なっ
てイメージセンサが破損するという問題も生じない。
なお、前述した従来技術においては、イメージセンサは
内視鏡先端部本体の所定位置に固定されているため、別
途先端部内の部材に固定されるガラスのプリズム等の光
偏向手段との間で光軸ずれが生じるおそれがあるが、内
視鏡の先端部は微小サイズとされることから、各部材を
先端部本体内に組み込んでからその光軸調整を行うこと
は極めて難しい。
しかし、本願発明の光学的撮像装置においては、イメー
ジセンサとガラスのプリズムの光軸を合わせ、これら両
者を一体的に接着固定した後に内視鏡の先端部本体内に
組み込むことが可能であるからこれらイメージセンサと
プリズムの光軸調整が極めて容易である。
（実施例） 以下添付の図面に示す実施例に基いてこの発明の構成お
よび作用を詳細に説明する。
第１図には、内視鏡の観察ヘッドに用いられる種々の部
材を示す。図から明らかなように、内視鏡の先端には、
観察すべき空洞内に挿入される挿入部10は、光出射ライ
トガイド12，14、鉗子チャンネル16，空気／水チャンネ
ル18および腔内からの反射光を結像する光学的結像部20
を有する。
第２図は、第１図の２−２線に沿ってみた断面図であ
り、円筒形の金属シース24によって包囲された鉗子チャ
ンネル16、空洞内からの反射光を集光し、イメージセン
サ40に結像するレンズアセンブリを示している。このレ
ンズアセンブリは、約120°の視野角を有する対物レン
ズアセンブリ26と、該レンズアセンブリ26からの光を受
入れてイメージセンサ40に対して90°転回された像を結
像するフォーカシングレンズアセンブリ28とからなる。
対物レンズアセンブリ26とフォーカシングレンズアセン
ブリ28とは、共通の光軸32を有する。フォーカシングレ
ンズアセンブリ28の個々のレンズ要素は、観察ヘッドの
外面31に取付けられた鏡筒29に一体的に保持されてい
る。フォーカシングレンズアセンブリ28からの光線30
は、光入射面35，光線30を内面反射させる面37および光
出射面39を有するガラスプリズム34により光軸32から偏
向させられる。
イメージセンサ40は、光軸32にほぼ平行な平板上の面の
端部を第２図に示されている。イメージセンサ40は、フ
レームトランスファタイプの電荷結合デバイス（ＣＣ
Ｄ）であり、これは、薄いガラス板42およびこのガラス
板42に配置された活性な光感応要素を含むシリコン層44
からなる。フレームトランスファタイプのＣＣＤの代表
的な例は、ＲＣＡのモデルＳＩＤ504であって、光感応
要素あるいはピクセルのアレイから各々なる三つのレジ
スタを有する。ガラスプリズム34の光出射面39と整合す
るＡレジスタ45は、Ｂレジスタ47に隣接している。水平
シフトレジスタ49は、ＣＣＤ40の端部に位置している。
対物レンズアセンブリ26により集められた光は、フォー
カシングレンズアセンブリ28により結像され、ガラスプ
リズム34によって90°転回されて、ＣＣＤ40のガラス板
42を通過した後、Ａレジスタ45のピクセルに入射する。
ＣＣＤ40は矩形の形状を有しているが、Ａレジスタ45に
形成される像は、対物レンズアセンブリ26が円形である
ため円形をなしている。
イメージセンサ40は、内視鏡に接続された制御ユニット
（図示せず）に電気的に接続される必要がある。イメー
ジセンサに記憶された電荷をクロックアウトする制御ユ
ニットからの入力パルスをバッファする回路と、制御ユ
ニットに戻るイメージセンサ出力信号を増幅する回路が
設けられる。この発明においては、この回路は、第３図
および第４図に示す如く、セラミック基板50に設けたデ
ィスクリートＩＣ回路からなる。第３図は、第２図の３
−３線に沿ってみた図であり、キャパシタ52，トランジ
スタ54，回路接続線56を含む基板50に支持された回路の
一部を示している。また第３図および第４図においてＣ
ＣＤ40は、シリコン層44上の活性な光感応要素の反対側
の周辺に接着パッド77，79の如き多数の接着パッドを有
している。基板50は、スロット60，62，64，66，68およ
び70の如き多数のスロットを有している。レーザ光等の
手段により基板50に刻み込まれたこれらのスロットは、
ＣＣＤ40の接着パッド77，79の如き接着パッドへの基板
50上の活性な回路要素の電気的な接続を可能にしてい
る。
第４図は、第３図の４−４線に沿ってみた断面図であ
り、イメージセンサ40の活性なシリコン層44が直接、基
板50に接着されている状態を示すものである。スロット
68，70で代表される第４図に断面で示すスロットは、イ
メージセンサ（ＣＣＤ）40上の接着パッド77，79と基板
50上の回路要素との間の電気結線76，78による接続を可
能にしている。
再び第２図において、ガラスプリズム34が、ＣＣＤ40の
ガラス板42に直接、接着され、基板50が、ＣＣＤ40の活
性なシリコン層44に直接、接着されている。接着剤とし
ては、光学特性を有するエポキシが用いられる。ガラス
プリズム34は、フォーカシングレンズアセンブリ28の鏡
筒29に取付けられ、対物レンズアセンブリおよびフォー
カシングレンズアセンブリ26，28と所定の空間関係を有
する。このようにレンズアセンブリは、ＣＣＤの支持構
造体として働き、同時に基板50上のＣＣＤに連携する回
路要素の支持構造体としても働く。イメージセンサ40
は、光軸32に直角をなすことなく配置されており、しか
もガラスプリズム34の光出射面にのみ接着されて観察ヘ
ッドの外面31の形状如何に拘らず確実に固定し得るよう
に構成されていることから、相当に大きなイメージセン
サが使用でき、この実施例に示す如く、他のタイプのイ
メージセンサよりも大きな表面積のフレームトランスフ
ァタイプのイメージセンサを使用することもできる。さ
らに、基板50のスロットが、イメージセンサ40周辺の接
着パッドと整合しているので、基板50に支持されている
イメージセンサと回路要素間の直接的な電気的接続も可
能となる。
また、イメージセンサ40とガラスプリズム34は光軸を合
わせた状態で互いに接着固定し、この後観察ヘッド内に
組み込むようにすることが可能であるから微小な観察ヘ
ッドの組立作業が容易となる。
基板50は、矩形のＣＣＤの周辺を被覆するフレーム90
（第３図，第４図）によりＣＣＤ40と所定の関係をもっ
て係合する。基板50は、基板50とＣＣＤ40が相対的に移
動して、結線76，78の如き結線を破壊しないようにＣＣ
Ｄ40と共にフレーム90に固定される。
この発明においては、イメージセンサの集積化された構
成，基板およびガラスプリズムによって、内視鏡観察ヘ
ッドのレンズアセンブリおよび鉗子チャンネル間の比較
的限られた空間内にイメージセンサとこれに連携する回
路の収容することが可能になった。
第２図から明らかな如く、基板50上のフレームトランス
ファタイプのＣＣＤとこれに関連する回路が、従来のテ
レビ内視鏡の如く光軸32に直角に配置されていたとき
は、必要な大きさのＣＣＤを利用可能な空間内に収納配
置することはできない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、内視鏡先端部の観察ヘッドの正面図、 第２図は、第１図の２−２線に沿ってみた断面図、 第３図は、イメージセンサの基板と接着パッドを示す第
２図の３−３線に沿ってみた図および、 第４図は、基板，イメージセンサおよびガラスプリズム
が一体的に接着された状態を示す第３図の４−４線に沿
ってみた断面図。 10……内視鏡挿入部、16……鉗子チャンネル 20……光学的結像部、26……対物レンズアセンブリ 28……フォーカシングレンズアセンブリ 32……光軸、34……ガラスプリズム 37……プリズムの内面反射面 40……イメージセンサ、42……ガラス板 44……シリコン層、45……Ａレジスタ 47……Ｂレジスタ、49……水平シフトレジスタ 50……基板、60〜70……スロット 76，78……電気的結線、77，79……接着パッド 90……フレーム

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】撮像すべき光を結像する光学系と、該光学
    系の光軸に対して直角でない面内に配置された平板状の
    イメージセンサと、該イメージセンサに光学系からの光
    線を偏向させる、入射光を内面反射させる面を有するガ
    ラスのプリズムと、前記光学系、前記プリズムおよび前
    記イメージセンサを所定の空間関係に保持する手段とか
    らなる光学的撮像装置において、 前記イメージセンサがその光入射面において、前記ガラ
    スのプリズムの光出射面のみに直接接着保持されてなる
    ことを特徴とする光学的撮像装置。
  2. 【請求項２】前記イメージセンサが少なく共二つのレジ
    スタを有する背面光入射タイプのフレームトランスファ
    イメージセンサであり、入射光が前記レジスタの一方の
    みに入射するよう前記プリズムに前記イメージセンサを
    保持せしめるようにしたことを特徴とする特許請求の範
    囲第１項に記載の光学的撮像装置。
  3. 【請求項３】前記イメージセンサへの入力をバッファ
    し、前記イメージセンサからの出力を駆動する電気回路
    を支持する手段を設けたことを特徴とする特許請求の範
    囲第１項に記載の光学的撮像装置。
  4. 【請求項４】前記回路支持手段が、前記イメージセンサ
    と対面する基板であることを特徴とする特許請求の範囲
    第３項に記載の光学的撮像装置。
  5. 【請求項５】前記イメージセンサが、複数の接着パッド
    を有し、該センサの周辺で前記イメージセンサへの電気
    的接続を行ない、前記基板が、前記イメージセンサの接
    着パッドと基板に取付けられた回路要素間の電気的接続
    を可能にする複数のスロットを有することを特徴とする
    特許請求の範囲第４項に記載の光学的撮像装置。
  6. 【請求項６】光を収れんさせる対物レンズと、該対物レ
    ンズからの光を結像するための前記対物レンズの光軸と
    合致する光軸を有するフォーカシングレンズと、前記対
    物レンズと前記フォーカシングレンズの光軸から光を偏
    向させる、光入射面、内面反射面および平らな光出射面
    からなるガラスのプリズムと、前記対物レンズと前記フ
    ォーカシングレンズの光軸にほぼ平行に配置され、前記
    対物レンズと前記フォーカシングレンズに関して所定の
    位置に支持される平板状のイメージセンサからなる光学
    的撮像装置において、 前記イメージセンサが、その光入射面において前記ガラ
    スのプリズムの光出射面のみに接着保持されてなること
    を特徴とする光学的撮像装置。
  7. 【請求項７】前記イメージセンサが背面光入射タイプで
    あって、ガラス板に接着された光感応要素を有し、前記
    撮像装置はさらに、前記イメージセンサへの入力をバッ
    ファし、前記イメージセンサからの出力を駆動する電気
    回路を支持する平らな基板を有し、該基板が、前記イメ
    ージセンサの前記光感応要素と接着されかつ前記イメー
    ジセンサと前記基板に支持される回路要素との間を電気
    的に接続する複数のスロットを有することを特徴とする
    特許請求の範囲第６項に記載の光学的撮像装置。
JP60105684A 1984-05-18 1985-05-17 光学的撮像装置 Expired - Lifetime JPH0664242B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/611,618 US4692608A (en) 1984-05-18 1984-05-18 Compact optical imaging system
US611618 1984-05-18

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Publication Number Publication Date
JPS60258515A JPS60258515A (ja) 1985-12-20
JPH0664242B2 true JPH0664242B2 (ja) 1994-08-22

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JP60105684A Expired - Lifetime JPH0664242B2 (ja) 1984-05-18 1985-05-17 光学的撮像装置

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