JP4190104B2

JP4190104B2 - 撮像装置とその撮像装置を用いた内視鏡

Info

Publication number: JP4190104B2
Application number: JP26381299A
Authority: JP
Inventors: 達也折原
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2019-09-17
Also published as: JP2001086378A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置とその撮像装置を用いた内視鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラや電子内視鏡等に使用される撮像素子を用いた撮像装置において、画像の中心が正面ではなく斜め前方を向いてしまう軸ずれ、ズーム時の画像の横ずれ、広角レンズの周辺のケラレを抑えるために、実際に画像を形成、出力することができる撮像素子の有効画素領域の中心と対物光学系の光軸を一致させるのは必要不可欠である。従来は、測定顕微鏡等で実際に有効画素領域を測定して中心を求め、その中心と光学部材の光軸を一致させるように位置出しを行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に測定して位置出しを行うのは効率が悪く時間がかかり、コストアップにつながる。また、作業時も測定顕微鏡で撮像素子全面を観察する必要があり、観察倍率を上げることができないために、位置出しの精度もよくなかった。撮像素子によっては、画素領域と有効画素領域の境界線も鮮明でなく、測定の際に境界を判別できずに組立ミスが起こってしまうことがあった。
【０００４】
また、撮像素子とレンズ作用を有する光学部材を位置出し固定するときは、光学部材の縁で有効画素領域がケラレてしまい観察できないことがあり、位置出しすることができなかった。
【０００５】
図８に、撮像素子と凸レンズの位置出しする際の概念図を示す。撮像素子１４には画素領域２と有効画素領域３があり、その上に凸レンズ１２を固定する。しかし、測定顕微鏡を用いて位置出し固定しようとすると、凸レンズ１２の屈折作用により測定顕微鏡対物レンズ１１で観察できるのは光線１３ａよりも内側の範囲となり、それ以上の光線は凸レンズ１２の縁でケラレてしまい観察することができない。光線１３ａ以上の範囲を観察するためには、光線１３ｂのように凸レンズ１２の入射面の延長線１２ａの部分を通過しなければならない。観察をできるように凸レンズ１２を大きくしてしまうと、撮像装置が大きくなり、好ましくない。特に、内視鏡のような小型化が望まれる製品にとっては致命的である。
【０００６】
撮像素子と鏡枠を位置出し固定するときも、鏡枠の縁で有効画素領域がケラレてしまい、観察できないことがあり、位置出しすることができなかった。図９に、撮像素子と鏡枠の位置出しをする際の概念図を示す。撮像素子１４には画素領域２と有効画素領域３があり、その撮像素子１４を鏡枠１６に固定する。鏡枠１６には、その前方に配置される光学部材を固定するための光学部材固定部１７が設けられている。測定顕微鏡を用いて撮像素子１４と鏡枠１６の位置出し固定をしようとすると、測定顕微鏡対物レンズ１１で観察できるのは光線１５ａよりも内側の範囲となり、それ以上の光線は光線１５ｂのように光学部材固定部１７の内側の縁でケラレてしまい、観察することができない。観察できるようにしようとすると、光学部材固定部１７の内径を大きくする必要があり、その前方に配置される光学部材も大きくなるので、好ましくない。特に、内視鏡のような小型化が望まれる製品にとっては致命的である。
【０００７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像素子を位置出し固定する内視鏡等の撮像装置を大きくすることなく、撮像素子と光学部材との位置出し精度、効率を向上させることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の撮像装置は、カバーガラスを有する撮像素子に、光学素子を位置出し固定した撮像装置において、
前記光学素子は対物光学系の最も像側の平凸レンズであり、
前記撮像素子は、前記光学素子を通して直接観察できる位置の画素領域近傍に、画素領域又は有効画素領域の位置を示す指標が配置されたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明は、そのような撮像装置を用いた内視鏡を含むものである。
【００１１】
本発明においては、画素領域又は実際に画像を形成出力するのに使用される有効画素領域の位置を示す指標が、画素領域周辺近傍に配置されているので、光学部材との位置出し精度、効率を向上させることができ、従来の方法では撮像装置を大きくしなければ位置出しができなかった光学部材や鏡枠との位置出しをすることが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の撮像素子及び撮像素子を用いた内視鏡の実施例について説明する。
【００１３】
（第１実施例）
図１に、第１実施例のＣＣＤの簡略図を示す。ＣＣＤ１の撮像面中に画素領域２があり、その中に有効画素領域３がある。画素領域２の周辺に指標４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが配置されている。指標４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄはそれぞれ有効画素領域の上下方向、左右方向の中心に配置されており、縦方向、横方向に並んだ指標を結んだ線の交点が有効画素領域の中心になるように配置されているので、簡単に有効画素領域の中心を求めることができる。
【００１４】
本実施例記載のＣＣＤを使用した製品では、有効画素領域３を測定して中心を求める必要がなくなるので、組立効率を向上させ、コストダウンが図れる。
【００１５】
図１の実施例では、指標４ａ〜４ｄは小円であるが、指標の形状は、三角、十字、直線等どんな形状でもよい。
【００１６】
（第２実施例）
図２に、第２実施例のＣＣＤの簡略図を示す。ＣＣＤ１の撮像面中に画素領域２があり、その中に有効画素領域３がある。画素領域２の周辺に指標５ａ、５ｂが配置されている。指標５ａは画素領域２の上側周辺部に有効画素領域３の上辺中心より所定の距離だけ右方向にずれて配置されており、指標５ｂは画素領域２の右側周辺部に有効画素領域３の右辺の中心より所定の距離だけ上方向にずれて配置されている。有効画素領域３の中心を求める際には、指標５ａ、５ｂの位置から左方向、下方向のそれぞれの所定の距離を換算すればよい。
【００１７】
本実施例記載のＣＣＤは、画素領域２と有効画素領域３の境界が鮮明でなく、光軸と有効画素領域３の中心とがずれて位置出しされる組立ミスを起こしやすかったが、このような指標５ａ、５ｂを配置することで、組立ミスを減らすことができる。また、全ての指標５ａ、５ｂを撮像面の右上に配置したので、有効画素領域３中心を求める際の測定顕微鏡での観察範囲は有効画素領域３の右上方向の１／４の範囲が見えていれば十分となったので、観察倍率を高くすることができる。その結果、使用した製品の組立精度を向上させることができ、製品の性能向上、コストダウンが図れる。
【００１８】
このように、指標は特にそれぞれの辺の中心近傍にある必要はなく、有効画素領域の中心との位置関係だけが明確になっていればよい。
【００１９】
（第３実施例）
図５に、第３実施例の内視鏡用対物光学系の断面図を示す。図３に、第３実施例に使用したＣＣＤ１の簡略図を示す。図４に、ＣＣＤ１と内視鏡用対物光学系のレンズ７ｂの位置関係を示す簡略図を示す。図３、図４に示す指標６ａ、６ｂは、有効画素領域３の上辺、下辺の中心に配置されており、反射率の低い酸化クロム−クロム−酸化クロム蒸着膜で形成されている。図５に示す内視鏡用対物レンズは、凸レンズ７ａ、７ｂの２枚で構成されており、像側に配置される凸レンズ７ｂの像側面の平面にＣＣＤ１のカバーガラスに接着され、凸レンズ７ｂの外径を基準にして凸レンズ７ａが配置されている。
【００２０】
従来の撮像素子では、凸レンズ７ｂを通して有効画素領域３を測定顕微鏡で測定しようとしても、横方向の周辺がレンズ７ｂの縁でケラレてしまい観察することができなかったので、位置出ししての接着ができなかった。
【００２１】
本実施例では、横方向の中心位置に指標６ａ、６ｂが配置されているので、位置出しを行うときは、凸レンズ７ｂ越しに指標６ａ、６ｂを結んだ線の有効画素領域３に含まれる長さを測定顕微鏡で測定し、その中心を求めることで有効画素領域３の中心を求めている。
【００２２】
この対物光学系では、従来の撮像素子を用いると測定顕微鏡で有効画素領域３の横方向の周辺が観察できないので、有効画素領域３と凸レンズ７ｂの位置出しが行えなかったが、上記のような指標６ａ、６ｂを配置することで、凸レンズ７ｂを位置出しして固定できるようになり、軸ずれや周辺部のケラレを抑えることができ、内視鏡撮像装置の性能向上を図ることができる。また、指標６ａ、６ｂを低反射率の酸化クロム−クロム−酸化クロムの層構成で形成したので、指標６ａ、６ｂからの反射光を抑えることができ、フレアが発生することもない。
【００２３】
また、測定顕微鏡の接眼側若しくは観察側にも撮像素子の指標に対応した指標を設けると、測定をせずに中心を求めることができる。
【００２４】
また、測定顕微鏡の指標に撮像素子に固定する部材の位置を示す指標を合わせて配置すると、位置出しを簡単に行うことができる。
【００２５】
また、指標を形成する物質は、他にも有機物質による着色等で反射率を低くしたものが使用できる。
【００２６】
（第４実施例）
図６に、第４実施例で使用した内視鏡用のＣＣＤ枠とＣＣＤの簡略図を示す。図７に、第４実施例で使用した内視鏡用のＣＣＤとＣＣＤ枠のレンズ固定部との位置関係の簡略図を示す。本実施例は、ＣＣＤ１をＣＣＤ枠８に対して位置出しをして固定するもので、ＣＣＤ枠８には対物レンズを固定するためのレンズ固定部９が設けられており、レンズ固定部９の内径中心軸は対物光学系の光軸と一致するようになっている。
【００２７】
従来の撮像素子では、ＣＣＤ枠８のレンズ固定部９の縁で有効画素領域３横方向の周辺部がケラレてしまい、観察、測定することができないので、上方向に２つの指標１０ａ、１０ｂ、下方向に指標１０ｃを配置している。指標１０ａ、１０ｂは２点間の中間点が有効画素領域３上辺の中心になるように有効画素領域３上辺と水平に配置されており、指標１０ｃは有効画素領域３下辺の中心に配置されている。位置出しする際には、指標１０ａ、１０ｂの水平を見ながら位置出しを行い、ＣＣＤ１とＣＣＤ枠８の回転（ねじれ）方向の調整をしやすくしている。
【００２８】
本実施例では、測定顕微鏡で有効画素領域横方向の周辺が観察できないので、従来は、有効画素領域３とＣＣＤ枠８の位置出しが行えなかったが、上記のような指標１０ａ〜１０ｃを配置することで位置出しが可能になり、内視鏡撮像装置の軸ずれや周辺部のケラレを抑えることができ、内視鏡の性能向上を図れる。
【００２９】
また、撮像素子の前方にゴミ避けの保護用平行平板を配置するときも同様に、指標を基準として位置出しして配置することで、その外径を基準に対物レンズを配置することができるので、撮像装置の軸ずれ、周辺のケラレを容易に抑えることができる。
【００３０】
本実施例では、ＣＣＤ１とＣＣＤ枠８の回転（ねじれ）方向の調整をしやすくするために、指標２点１０ａ、１０ｂを水平に並べたが、画素領域２に水平な直線の指標を配置しても同様の効果が得られる。
【００３１】
以上の本発明の撮像素子及び撮像素子を用いた内視鏡、さらには内視鏡撮像装置組立方法は例えば次のように構成することができる。
【００３２】
〔１〕画素領域又は実際に画像を形成出力するのに使用される有効画素領域の位置を示す指標が、画素領域周辺近傍に配置されていることを特徴とする撮像素子。
【００３３】
〔２〕画素領域又は実際に画像を形成出力するのに使用される有効画素領域の中心を示す指標が、画素領域周辺近傍に配置されていることを特徴とする撮像素子。
【００３４】
〔３〕前記指標を２か所以上配置してあることを特徴とする上記１又は２記載の撮像素子。
【００３５】
〔４〕前記指標が低反射率の材質で形成されていることを特徴とする上記１から３の何れか１項記載の撮像素子。
【００３６】
〔５〕上記１から４の何れか１項記載の撮像素子に対物光学系の光軸と略一致した軸を有する部材を固定してなることを特徴とする撮像装置。
【００３７】
〔６〕上記１から４の何れか１項記載の撮像素子に光学部材を固定してなることを特徴とする撮像装置。
【００３８】
〔７〕撮像素子に固定される光学部材にレンズ作用があることを特徴とする上記６記載の撮像装置。
【００３９】
〔８〕上記１から４の何れか１項記載の撮像素子、又は、上記５から７の何れか１項記載の撮像装置を使用したことを特徴とする内視鏡。
【００４０】
〔９〕撮像素子の撮像領域周辺近傍に配置された指標と、光学部材又は対物光学系の光軸と略一致した軸を有する部材との位置関係を求めて、位置出し固定することを特徴とする内視鏡撮像装置組立方法。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明においては、撮像素子の画素領域又は実際に画像を形成出力する有効画素領域の中心位置を示す指標を画素領域の周辺近傍に設けたので、光学部材との位置出しの精度、効率を向上させることができ、また、従来の方法では撮像装置を大きくしなければ位置出しができなかった部材との位置出しをすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のＣＣＤの簡略図である。
【図２】本発明の第２実施例のＣＣＤの簡略図である。
【図３】本発明の第３実施例に使用したＣＣＤの簡略図である。
【図４】第３実施例におけるＣＣＤと内視鏡用対物光学系のレンズの位置関係を示す簡略図である。
【図５】第３実施例の内視鏡用対物光学系の断面図である。
【図６】本発明の第４実施例で使用した内視鏡用のＣＣＤ枠とＣＣＤの簡略図である。
【図７】第４実施例で使用した内視鏡用のＣＣＤとＣＣＤ枠のレンズ固定部との位置関係の簡略図である。
【図８】従来技術を説明するための撮像素子と凸レンズの位置出しする際の概念図である。
【図９】従来技術を説明するための撮像素子と鏡枠の位置出しをする際の概念図である。
【符号の説明】
１…ＣＣＤ
２…画素領域
３…有効画素領域
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…指標
７ａ、７ｂ…内視鏡用対物光学系の凸レンズ
８…ＣＣＤ枠
９…レンズ固定部
１１…測定顕微鏡対物レンズ
１２…凸レンズ
１３ａ…観察できる光線
１３ｂ…ケラレて観察できない光線
１４…撮像素子
１５ａ…観察できる光線
１５ｂ…ケラレて観察できない光線
１６…鏡枠
１７…光学部材固定部

Claims

カバーガラスを有する撮像素子に、光学素子を位置出し固定した撮像装置において、
前記光学素子は対物光学系の最も像側の平凸レンズであり、
前記撮像素子は、前記光学素子を通して直接観察できる位置の画素領域近傍に、画素領域又は有効画素領域の位置を示す指標が配置されたことを特徴とする撮像装置。
前記光学素子が前記撮像素子のカバーガラスに直接接着されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記撮像素子の画素領域が四角であり、指標が２つ以上の辺に２箇所以上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
指標が画素領域の対向する２つの辺に２箇所以上に配置されていることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
指標が画素領域の直交する２つの辺に２箇所以上に配置されていることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
少なくとも１つの指標が辺の中心近傍に配置されていることを特徴とする請求項３から５の何れか１項記載の撮像装置。
請求項１から６の何れか１項記載の撮像装置を用いたことを特徴とする内視鏡。