JP5997170B2 - 撮像装置および硬性内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関し、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、球面アクチュエータにＣＣＤカメラとレンズ納め、球面アクチュエータを形成するロータを複数のステータで保持し、各ステータに各々の軸周りのトルクを発生させることにより、前記ＣＣＤカメラの３自由度による動きを実現させることができた（たとえば、特許文献１参照）。

また、内部に撮像手段を収容した球形筐体に複数の積層圧電型アクチュエータを取り付け、球形筐体全体を任意の方向に回動させる撮像装置（たとえば、特許文献２）、湾曲部や処置具起上装置等の可動部を操作部から挿通した操作ワイヤによって駆動操作する駆動操作手段を備えた内視鏡（たとえば、特許文献３）などがあった。

特開平９−２３８４８５号公報 特開平５−３４４９５１号公報 特開平８−２８０６０６号公報

しかし、前記特許文献１及び特許文献２では、狭隘部に挿入する球面アクチュエータや球形筐体にステータ、積層圧電型アクチュエータを直接取り付けるため、装置全体を小型化するうえで、ステータ等駆動機構の大きさの制約を受けるという問題があった。また、ステータ、特に、超音波モータを使用した場合は、高精度な角速度での駆動が困難なため、撮像装置を利用した作業に支障をきたすおそれがあった。

さらに、前記特許文献３では、視野を移動するために可撓性を有する挿入管を屈曲させるため、狭隘な観察部において前記挿入管を屈曲させるだけの空間が必要になり、十分な視野を確保するためには、挿入管の屈曲が可能な空間を有する撮像対象に限定されるという問題があった。

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、狭い空間でも視野の移動を精度よく広範囲に行うことができる撮像装置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、撮像素子等の像様光受光手段を保持する球形筐体の表面に駆動ワイヤの一端を固定し、駆動ワイヤの他端を駆動部に固定し、駆動ワイヤを介して前記駆動部により球形筐体の自在移動を行うことを最も主要な特徴とする。

すなわち、駆動ワイヤを介して、前記球形筐体から遠隔した位置に駆動部を設けることにより、撮像手段を有する球形筐体に直接駆動部を取り付けなくても、球形筐体の自在移動が可能になる。前記球形筐体は、球形筐体の表面に沿った自在移動を可能とする台座部によって支持されていればよい。具体的には、前記台座部は、前記駆動ワイヤの動作を長さ方向にのみ規制する駆動ワイヤ位置規制部を有するとともに、円筒形状に形成され、円筒形状の一方の端部で前記球形筐体を支持するようにすればよい。また、前記駆動ワイヤ位置規制部は、球形筺体に固定された駆動ワイヤを前記円筒形状の外周側面から内周側面に案内する貫通孔によって形成され、前記内周側面を貫通する駆動ワイヤの前記他端は、球形筺体を支持する前記円筒形状の端部と反対側の端部で支持された前記駆動部に固定されるようにすればよい。

本発明にかかる撮像装置は、駆動ワイヤを介して球形筐体を自在移動させているので、球形筐体自体または球形筐体近傍に駆動部を設ける必要がなくなり、狭隘な観察部に挿入する撮像部を駆動する機構の大きさに制約されることなく小型化できるという効果を奏する。

図１（ａ）は本発明にかかる撮像装置の概略図であり、（ｂ）は、（ａ）で示したＡ方向から見た概略図である。 図２は、本発明にかかる撮像装置の先端部を部分拡大した斜視図である。 図３は、本発明にかかる撮像装置の先端部を部分拡大した側断面図である。 図４は、駆動部の上面断面図である。 図５は、本発明にかかる撮像装置の球形筐体の作動を示した概略図であり、（ａ）は、球形筐体の中心と相互に隣接する球形筐体表面上のワイヤの固定部分とを結ぶ２辺の狭角が３０°のものを示した図であり、（ｂ）は、前記狭角が２４０°のものを示した図である。 図６は、本発明にかかる撮像装置のワイヤの取り付け方について別の実施形態を示した側断面図である。 図７は、本発明にかかる撮像装置に撮像用光ファイバを用いた実施形態を示した側断面図である。 図８は、本発明にかかる撮像装置の球形筺体に鏡胴を収納し、ワイヤガイドを本体筒部の外壁面に沿って設けた撮像装置の先端部を部分拡大した斜視図である。 図９は、図８に示した撮像装置を硬性内視鏡に適用したときの先端部を部分拡大した側断面図である。 図１０は、図８及び図９の撮像装置鏡胴に組み込まれた照明用ＬＥＤに代えて、本体筒部の外周面と外殻の内周面との隙間の全周にわたって照明用光ファイバを収納した撮像装置を硬性内視鏡に適用したときの先端部を部分拡大した側断面図である。

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。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

図１及び図２を参照して、１は、本実施の形態にかかる撮像装置Ｓを構成する像様光受光部５を内部に保持する球形筺体である。ここで、像様光受光部５とは、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）などの固体撮像素子のほか、後端部にこれらの固体撮像素子が接続された光ファイバの前端部の受光面のように、像様光を受光し、撮像素子に伝送する光学素子を含む概念である。

球形筺体１は、円筒形状に形成された本体筒部２の一方の端部で形成された 台座部２１に支持されている。台座部２１は、球形筺体１の表面に沿った自在移動を可能とするものであれば、この形態に限定する趣旨ではない。ただし、後述するように、球形筺体１を駆動させる構成部分を球形筺体１から遠隔させた位置に配設させるためには、円筒形状の端部を利用するのが好適である。また、本実施形態では、本体筒部２は、無底筒状に形成されているが、球形筺体１の前記自在移動が可能であれば有底筒状に形成したものであってもよい。ただし、有底筒状の本体筒部２を適用する場合、後述する球形筺体１に接続された撮像用の配線が、前記自在移動の障害とならないように、底部に当該配線を通す開口部を設ける必要がある。

本体筒部２の外周側面には、一端を球形筺体１に固定された駆動ワイヤ３を台座部２１近傍の前記外周側面から内周側面に案内する駆動ワイヤ位置規制部として機能する貫通孔２２が形成されている。駆動ワイヤ３の前記一端は、固定部３１によって球形筺体１に固定されている。

貫通孔２２は、図２で示すとおり、本体筒部２の側面の厚みに対して、垂直よりも本体筒部２の長手方向に緩やかに傾斜する方向にスロート状に貫通している。貫通孔２２をこのような形で開口することにより、駆動ワイヤ３の移動方向を長さ方向にのみ規制し、駆動ワイヤ３の移動に伴い駆動される球形筐体１の高精度の動作を実現する。本体筒部２の前記内周側面には、貫通孔２２から貫通する駆動ワイヤ３を長さ方向に案内するワイヤガイド２３が設けられている。

本体筒部２の台座部２１が設けられている端部と反対側の端部には、球形ロータ４１とステータ４２からなる球形アクチュエータによって構成されている駆動部４が支持されている。駆動部４は、少なくとも球形ロータ４１とステータ４２から構成されている。球形ロータ４１が支持されている本体筒部２の端部近傍には、貫通孔２２と本体筒部２の長手方向に対向する位置に、駆動ワイヤ３の位置を規制する貫通孔２４が形成されている。前記内周側面を貫通した駆動ワイヤ３は、貫通孔２４から再び外周側面に露出し、球形ロータ４１の表面で固定部３２により固定されている。

球形ロータ４１は、駆動ワイヤ３の数に対応したステータ４２によって支持されており、本実施の形態では３個のステータ４２によって支持されている。駆動部４は、図１（ａ）のＡ方向から見た概略側断面図（ｂ）で示すとおり、ステータ４２によって駆動される球形ロータ４１の動きを、一端が球形筐体１に固定され、他端が球形ロータ４１に固定されている駆動ワイヤ３を介して球形筺体１に伝達し、球形筺体１を自在に駆動させることができる（図１（ｂ）の矢印参照）。

球形筺体１および像様光受光部５の詳細について図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態にかかる撮像装置Ｓを硬性内視鏡に適用した場合の部分拡大された先端部、すなわち球形筺体１の側断面図を示したものである。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。

球形筺体１は、内部に撮像装置Ｓの像様光受光部５を収納可能なように中空状にくりぬかれた収納空間が形成され、かつ、台座部２１によって支持された状態、及び後述するように台座部２１によって支持された状態で摺動回転するときに形状を維持できるものであればよい。球形筺体１の素材は、この条件を満たすものであれば特に限定されない。たとえば、ステンレス、真鍮等の金属、石英ガラス等の無機材料、透明ポリカーボネート樹脂、炭素繊維樹脂等の有機材料などを各々の使用目的に応じて適宜に選択することが可能である。医療用の硬性内視鏡の場合、被検体に対する感作性（金属アレルギー）が少なく、殺菌性のあるステンレスを選択し、高温環境で使用される場合は、金属コバルトを選択すればよい。

球形筺体１の内部の前記収納空間は、被撮像体に対向する前面部分が開口されており、像様光受光部５を収納後、前記開口に前面圧入蓋１１を緊密に嵌挿することにより、収納空間は密栓された空間が形成される。前面圧入蓋１１には、像様光受光部５の光学系を構成する非球面レンズ５１が、被撮像体と対向する面（凸面）の一部を球形筺体１の外表面から露出するように嵌入されている。非球面レンズ５１の前記収納空間内側の面（凹面）と対向する位置に、前記光学系を構成するズームレンズ５２が配置されている。ズームレンズ５２と対向する位置には、前記光学系を透過した画像を撮像するＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子５３が配置されている。撮像素子５３の背後には、撮像素子の駆動・制御部５４が配設されている。前記収納空間の底部、すなわち、球形筺体１の光学系を配置した側と反対側の面には、撮像用配線５５を取りだすための開口部１２が設けられており、開口部１２から取り出された撮像用配線５５は、図示しない撮像用の制御装置またはこの制御装置と有線若しくは無線接続されたコネクタに接続されている。

駆動ワイヤ３は、駆動部４（図１参照）の駆動を球形筺体１に伝達する機能を有する。駆動ワイヤ３は、この機能を有する素材であればよく、特に特定の素材に限定されない。ただし、駆動部４による球形筺体１の動作に伴い、駆動ワイヤ３の球形筺体１側の固定部３１から駆動部４側の固定部３２（図１参照）までの距離が変動する場合があるため、この変動を吸収するだけの伸縮性を有し、かつこの伸縮に耐えうる強度を有するものが好ましい。たとえば、ピアノ線等の金属線、ナイロン等のポリアミド樹脂製の線材、カプトン等のポリイミド樹脂製の線材、ポリフッ化ビニリデン樹脂製の線材などは、上記要件を満たす。また、動作に支障がない限り、駆動ワイヤ３の径についても特定する必要はないが、たとえば、直径８ｍｍのステンレス製の球形筺体１を使用する場合、ポリフッ化ビニリデン樹脂製の駆動ワイヤ３では、直径０．１４８ｍｍを用いることが可能である。

駆動ワイヤ３を球形筺体１に固定する方法は、前記動作に支障がない限り、多様な方法が許容される。図３に示す固定方法は、下記のとおりである。まず、球形筺体１に固定する側の駆動ワイヤ３の端部を溶融凝集させて、駆動ワイヤ３の直径よりも大きな直径を有する略球形状の係止端部３３を形成する。前面圧入蓋１１の圧入壁面に駆動ワイヤ３を通す溝部（図示せず）を設け、この溝部に沿って駆動ワイヤ３を通し、溝部の後端に設けられた係止窪部に係止端部３３を挿入して係止する。この状態で前面圧入蓋１１を球形筺体１に圧入することにより、駆動ワイヤ３は、球形筺体１に固定される。

貫通孔２２から本体筒部２の内周面側に案内された駆動ワイヤ３は、前記内周面の長手方向に形成されたワイヤガイド２３に沿って延長されている。ワイヤガイド２３は、駆動ワイヤ３が動作中に不必要に上記延長方向以外に移動するのを抑制する。ワイヤガイド２３は、形状、径の大きさ等、上記の機能を満たすものであれば特に制限はない。たとえば、本体筒部２の内周面に形成された溝、貫通孔２２から連続して本端筒部２の側面の厚み内部を長手方向にくりぬいた管状の穴のほか、樹脂製のチューブを前記内壁面に接合したものであってもよい。いずれの形態を利用するかは、駆動ワイヤ３の材料、撮像装置の用途に応じて適宜選択すればよい。たとえば、駆動ワイヤ３の素材がポリフッ化ビニリデン樹脂の場合には、ポリイミド樹脂製のチューブをワイヤガイド２３として設ければよい。

球形筺体１が、応答性良く、かつ高精度に移動（回転）するには、駆動時に駆動ワイヤ３が不必要にたるまないようにする一方、ある程度の伸縮性を有するもので球形筺体１と駆動部４とを連結することが望ましい。特に、複数の駆動ワイヤ３が球形筺体１と駆動部４とにそれぞれ固定されている場合は、各々の駆動ワイヤ３は、同じ長さであって、ほぼ均等の張力で固定されていることが必要となる。

なお駆動ワイヤ３は、球形筐体１と駆動部４との間で張架することにより、駆動部４の回転作用を球形筐体１に伝達するのに加え、常時、球形筐体１を台座部２１に向けて押圧する。これにより、球形筐体１は、常時、台座部２１の全周と当接が維持され、外力を受けた場合であっても、球形筐体１が台座部２１から脱落するのを防止している。さらに駆動ワイヤ３は、過度に球形筐体１を台座部２１に押圧していないので、球形筐体１を台座部２１に支持された状態で自在に摺動回転することが可能となっている。

本発明にかかる撮像装置を構成する駆動ワイヤ３の両端は、図１乃至図３で説明したとおりの形態で球形筺体１と駆動部４との間で張架して固定され、さらに、球形筺体１と駆動部４は、本体筒部２に支持されて一定の離間距離を維持されているので、駆動部４の回転作用を応答性よく、かつ高精度に球形筺体１に伝達することが可能となる。

また、貫通孔２２の形状が、駆動ワイヤ３の長さ方向の移動、すなわち、駆動部４から球形筺体１に伝達すべき方向の移動にのみ駆動するように規制しているため、さらに高度な応答性と高精度な移動を実現することが可能になる。

硬性内視鏡の場合、本発明にかかる撮像装置Ｓは、筒状の外殻Ｃに収納される。外殻Ｃは、ステンレス製鋼管で形成されている。外殻Ｃの先端は、透明なガラスから成る前面カウルＦが嵌めこまれている。球形筺体１を構成する非球面レンズ５１と前面カウルＦとが、対向するように、撮像装置Ｓを外殻Ｃに収納する。本体筒部２の外周面と外殻Ｃの内周面との間には隙間が形成されており、この隙間には照明用光ファイバＬ１が全周にわたって収納されている。なお、前記隙間は照明用光ファイバＬ１の大きさによるが、硬性内視鏡全体の大きさを考慮すると１ｍｍ程度の隙間が好ましい。

照明用光ファイバＬ１の先端面は、撮像視野に存在する被撮像体と対向しており、後端面は、ＬＥＤ等の照明光源（図示せず）が接続されている。この場合、照明用光ファイバＬ１は、撮像装置Ｓの周囲を取り囲んだ位置から撮像視野を照射することになるので、良好な画像を得るのに十分な照射光量を提供することができる。また、撮像される視野は、中央部の照度が比較的低い略円形（すなわち、ドーナツ型）で照射されることになる。一般に、レンズの光学特性の影響で、撮像視野の周辺部の撮像感度が低下する現象が発生する場合があるが、上記構成により、撮像視野周辺部の撮像感度の低さを補償する照射光分布を得ることができる。

図４は、本体筒部２に支持されている駆動部４を本体筒部２の長手方向に向かって見た場合の上面図である。以下、本実施の形態では、駆動部４を球形ロータ４１と圧電素子を備えた３つのステータ４２とから構成されるものを例示的に示すが、これに限定する趣旨ではない。したがって、ステータ４２の数は用途に応じて適宜選択すればよい。ステータ４２の駆動源は後述するように超音波モータが好ましいが、たとえば、直交して配置された２つのステッピングモータそれぞれの回転軸に２本ずつの駆動ワイヤ３を接続し、４本の駆動ワイヤ３でジンバル構造のような二次元の駆動を行うようにしてよく、また、直交して配置された２つのステッピングモータに１本ずつの駆動ワイヤ３を接続する一方、本体筒部２と伸縮バネを介して接続する駆動ワイヤ３を、ステッピングモータに連結された駆動ワイヤ３の固定位置と対称位置に固定するようにしてもよい。また、圧電素子を使用せずに手動でステータ４２を動かして球形ロータ４１を移動（回転）させるようにしてもよい。なお、硬性内視鏡のように、撮像装置に３自由度の動作が要求される場合は、少なくともステータ４２は３つ必要であり、このステータ４２の動きを球形筺体１に伝達するためには、ステータ４２の数に対応した数、すなわち、３本の駆動ワイヤ３が必要になる。

図４で示すとおり、駆動部４は、球形ロータ４１を３つのリング状のステータ４２で保持する公知の球形アクチュエータである。各ステータ４２は、球形ロータ４１の中心を通る軸が上記リングの中心を通るように配され、各ステータ４２は、各々の軸回りのトルクを発生させる。各トルクを発生させる駆動源は、超音波モータを使用すればよい。各トルクは、ω１、ω２およびω３のトルクであり、これらを合成させたトルク、すなわち、ω１＋ω２＋ω３のトルクによって３自由度の動作を実現する。球形ロータ４１の回転方向および速度は、各ステータ４２に励起される超音波振動の大きさと進行方向を操作することで制御される。

なお、図４で示す上面視で、各ステータ４２は等間隔すなわち、１２０°間隔で配されており、各ステータ４２に対応する駆動ワイヤ３は、各ステータ４２から６０°間隔で離れた位置に等間隔で固定部３２によって固定されている。

駆動部４およびズームレンズ５２の駆動は、ＭＲＩ（磁気共鳴画像診断装置）の使用下でも動作可能なように、磁性材料を使用しない超音波モータを使用することが好ましい。

なお、駆動部４は、ステータ４２に代えて、球形ロータ４１に図示しない操作スティックを装着して、術者が手動で直接、球形ロータ４１を回転させる構成としてもよい。この構成によれば、術者の意図した観察視野への移動を時間差なく完了でき、すばやく意図した観察視野で固定できるので、長時間に亘る手術を行う場合であっても、術者の疲労を低減することが可能である。

ところで、駆動ワイヤ３の球形筺体１上での固定位置は、球形筺体１を本体筒部２の長手方向から見た外表面の中心を球形筺体１の最頂部とした場合、この最頂部に近いほど、球形筺体２の可動範囲を広くすることができる。しかし、固定位置を前記最頂部に近づけると、撮像時、視野角内に駆動ワイヤ３の固定部３１が入り、撮影画像に固定部３１の映り込みが生じる可能性がある。また、上記のとおり、可動範囲を広くした場合、球形筺体１の回転方向とは反対側に固定された駆動ワイヤ３が球形筺体１の表面に沿って外部に露出する長さが長尺となる。球形筺体１の表面に沿って外部に露出した駆動ワイヤ３は、長さ方向以外にも移動しやすい状態になり、しかも外部に露出した駆動ワイヤ３の固定部３１と台座部２１との距離が離間するので、球形筐体１を台座部２１に押圧する力が低下するため、このような回転位置で球形筺体１の外力に対する安定度は低いものとなる。

一方、上記不都合を回避するために、駆動ワイヤ３の固定位置を上記最頂部から離れた位置に配置すると、可動範囲が狭くなり、十分な撮像視野を得ることができない。そこで、図５で示すとおり、駆動ワイヤ３の取り付け位置は、前記最頂部から３０°離れた位置、すなわち、球形筐体１の中心と、相互に隣接する球形筐体１の表面上の駆動ワイヤ３の固定部分とを結ぶ２辺の狭角が３０°以上（図５（ａ）参照）、前記最頂部から１２０°離れた位置、すなわち、前記狭角が２４０°未満（図５（ｂ）参照）の範囲内であることが好ましい。

なお、硬性内視鏡の先端径は使用目的および球形筺体１に内蔵される素子等の大きさに応じて変更可能であるが、一般的には、直径５ｍｍ乃至１０ｍｍ程度であるため、球形筺体１の直径も５ｍｍ乃至１０ｍｍ程度がよい。一方、駆動部４については、撮像部から遠隔させて設置されているため、大きさに制約はなく、駆動部４が安定動作可能なアクチュエータの大きさを選択すればよい。たとえば、本実施の形態の場合、球形ロータ４１の直径は８ｍｍ程度である。

本実施の形態によれば、駆動ワイヤ３を介して球形筐体１を自在移動させているので、球形筐体自体または球形筐体近傍に駆動部４を設ける必要がなくなり、狭隘な観察部に挿入する撮像部を駆動する機構の大きさに制約されることなく小型化できる。

また本実施の形態では、駆動部４により、球形筐体１を移動させるときに駆動ワイヤ３が長さ方向以外に動作することを抑制するために、台座部２１に、駆動ワイヤ３の動作を長さ方向にのみ規制する駆動ワイヤ位置規制部として、貫通孔２２を設けている。これによって、動作が長さ方向にのみ規制される駆動ワイヤ３を介して球形筐体１の表面に沿った自在移動を行うことができるため、狭い空間でも視野の移動を精度よく広範囲に行うことができる。

本実施の形態では、台座部２１を円筒形状に形成し、円筒形状の一方の端部で球形筐体１を支持し、駆動ワイヤ位置規制部を、前記円筒形状の外周側面から内周側面に球形筺体１に固定された駆動ワイヤ３を案内する貫通孔２２によって形成し、前記内周側面を貫通する駆動ワイヤ３の他端を、球形筺体１を支持する前記円筒形状の端部と反対側の端部で支持された駆動部４に固定している。これにより、駆動部４を球形筐体１から遠隔した位置に設けることができ、駆動部４の駆動機構や大きさに制限されることなく、狭隘な観察部に挿入する撮像部を小型化することが可能となる。

本実施の形態では、駆動部４を球形アクチュエータとし、駆動ワイヤ３の他端をこの球形アクチュエータの表面に固定している。これにより、複雑な駆動変換機構を介することなく球形筐体１の動きと球形アクチュエータの動きとを同期することが可能となり、駆動部４を含む撮像装置全体を小型化することが可能となる。

本発明にかかる他の実施の形態を、図６を用いて説明する。図６は、本発明の他の実施の形態にかかる撮像装置Ｓを硬性内視鏡に適用した場合の部分拡大した先端部、すなわち球形筺体１の側断面図を示したものである。図１ないし図３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６においては、図３で用いた照明用光ファイバＬ１に代えて、球形筺体１を透光性材料で構成し、球形筺体１の内部に照明用ＬＥＤＬ２を設けるようにしている。このとき照明用ＬＥＤＬ２の光は、球形筺体１内部を導光されて撮像視野を照射する。

このようにすることで、球形筐体１に固定された像様光受光部５の撮像する視野の移動と、球形筐体１に固定された照明用ＬＥＤＬ２の照射野の移動とが、球形筐体１の移動と同期することになるので、撮像可能な視野を広くするために球形筐体１の可動範囲を大きくした場合であっても、全視野にわたって十分な照射光量を提供することが可能である。

また、駆動ワイヤ３の球形筐体１への固定方法は、球形筺体１の表面にネジ等の固定部材３４を用いて駆動ワイヤ３の端部を固定している。このようにすることで、駆動ワイヤ３の球形筐体１への固定が簡便になり、生産性が向上する。

本発明にかかる他の実施の形態を、図７を用いて説明する。図７は、本発明の他の実施の形態にかかる撮像装置Ｓを硬性内視鏡に適用した場合の部分拡大された先端部、すなわち球形筺体１の側断面図を示したものである。図１ないし図３及び図６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３、図６で示した実施の形態では、球形筺体１の収納空間に撮像素子５３、撮像素子の駆動・制御部５４を内蔵するものを示したが、撮像素子５３、撮像素子の駆動・制御部５４が、高温、高圧、高放射線等の極限環境下の影響を受けて正常な動作が阻害されることを防ぐために、図７では、前記収納空間内の像様光受光部５に撮像素子５３および撮像素子の駆動・制御部５４を設けないようにしている。

球形筐体１の収納空間内には、非球面レンズ５１の焦点位置に受光面が位置するように設置された撮像用光ファイバ５６のみが収納されている。撮像用光ファイバ５６の前記受光面と反対側の他端には、図示しない撮像素子が設けられている。このような構成において、たとえば、極めて高温の環境下で使用する場合は、非球面レンズ５１および光ファイバの光学材料には石英ガラスを使用し、球形筺体１および台座の機械材料には金属を使用し、駆動ワイヤ３には金属ワイヤを使用すればよい。

また、撮像用光ファイバ５６を３バンドタイプのもの（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に分光して受光を伝送するもの）とし、この撮影用光ファイバ５６を介してＲ、Ｇ、Ｂ光を３個の撮像素子でそれぞれ撮像し、図示しない画像処理部で合成すれば色再現性の良好な撮像が得られる。

本発明にかかる他の実施の形態を図８および図９を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態にかかる撮像装置Ｓの先端部を部分拡大した斜視図であり、図９は、本発明の実施の形態にかかる撮像装置Ｓを硬性内視鏡に適用したときの先端部を部分拡大した側断面図である。図１ないし図７に示した実施の形態と共通する部分は、同一の番号を付し、詳細な説明は割愛する。

図２および図３に示した実施の形態では、球形筺体１に中空状にくりぬかれた収納空間内部に直接撮像装置Ｓの像様光受光部５を収納していたのに対し、図８および図９に示した実施の形態では、球形筺体１に中空状にくりぬかれた収納空間に、像様光受光部５および自発光型の照明装置である照明用ＬＥＤ６２を予め収納した鏡胴６を挿入固定した点、ならびにワイヤガイド２３を本体筒部２の外壁面に沿って設け、駆動ワイヤ３も本体筒部２の外壁面に沿って延長している点で異なる。

鏡胴６は、金属または樹脂製の筒体であり、その外径は球形筺体１にくり抜かれた収納空間の直径よりもわずかに小さい。鏡胴６の内部には、像様光受光部５を構成する非球面レンズ５１、撮像素子５３および撮像素子の駆動・制御部５４、ならびに照明用ＬＥＤ６２が配設されている。

鏡胴６の前部開口、すなわち、撮像対象となる被検体側の開口には非球面レンズ５１が設けられ、その周囲を取り囲むように中空円形状のＬＥＤ基板６４に支持された複数の照明用ＬＥＤ６２が設けられる。そして、非球面レンズ５１と照明用ＬＥＤ６２との間をさえぎるようにレンズフード６３が設けられている。レンズフード６３は、非球面レンズ５１を取り囲むように鏡胴６内の非球面レンズ５１の設置された位置よりも前方に突出して、照明用ＬＥＤ６２の照射光が入射するのを遮り、レンズフレアの発生を防止している。本実施の形態では、レンズフード６３は鏡胴６と一体で形成されている。

鏡胴６の後部開口、すなわち、撮像対象となる被検体と反対側の開口からは、撮像素子５３を支持する撮像素子の駆動・制御部５４から撮像用配線５５が取り出されている。なお、撮像用配線５５には、照明用ＬＥＤ６２に供給される電源配線も含まれており、ＬＥＤ基板６４の図示しない配線と接続されている。

本実施の形態に係る撮像装置の組立は、はじめに、像様光受光部５を構成する非球面レンズ５１、撮像素子５３および撮像素子の駆動・制御部５４、ならびに照明用ＬＥＤ６２を鏡胴６に装着して、それぞれの位置関係を調整する。続いて、鏡胴６を球形筐体１に挿入して、撮像が良好に行われる位置に調整した後、固定する。このような組立手順とすることで、高精度かつ効率的な組立が可能となる。

本実施の形態では、駆動ワイヤ３には、チタン合金が使用される。耐久性および耐熱性の高いチタン合金は形状記憶効果を有するものが好ましく、高温殺菌処理する際に形状記憶効果が発現することで、長時間使用により発生していた駆動ワイヤ３の歪みを容易に修正することが可能となる。

本実施の形態での駆動ワイヤ３の球形筐体１への固定は、球形筺体１に固定する側の駆動ワイヤ３の端部に略球形状のスズを融着させて係止端部３１を形成し、球形筐体１に穿設された係止孔１２に、球形筐体１の収納空間側に係止端部３１が位置するように駆動ワイヤ３を貫通する。このとき、係止端部３１の直径は、係止孔１２の直径よりも大きいものとなっているので、係止端部３１が係止孔１２に係止し、駆動ワイヤ３を球形筐体１と駆動部４との間で張架することが可能となる。

本体筒部２の外壁面に沿って設けられたワイヤガイド２３は、本実施の形態ではポリイミド樹脂製チューブに金属メッシュ製のチューブを嵌入したものであり、高い耐熱性および駆動ワイヤ３との摩擦抵抗を低減する点で好ましい。ワイヤガイド２３は、本体筒部２の外壁面に接着や図示しない締着部材による締着等により固定される。本実施の形態では、本体筒部２の外壁面に設けられたワイヤガイド２３の内部を駆動ワイヤ３が挿通しているので、駆動ワイヤ３が屈曲したり摩擦する箇所を少なくすることができ、駆動ワイヤ３及びワイヤガイド２３の耐久性を高いものとし、かつ駆動ワイヤ２の駆動抵抗を小さいものとして操作性が向上する。

本実施の形態において、ワイヤガイド２３の先端側開口は、球形筐体１と当接している台座部２１に掛かる位置にあって、駆動ワイヤ３の位置が、本体筒部２の周方向に移動するのを規制している。すなわちワイヤガイド２３の先端側開口が駆動ワイヤ位置規制部として機能している。

本実施の形態に係る撮像装置Ｓは、図３に示した硬性内視鏡と同様に筒状の外殻Ｃに収納されるが、撮像装置Ｓを挿入および抜去可能としている。外殻Ｃの内周面には図示しないガイド部材が設けられ、撮像装置Ｓに設けられた図示しない係合部材と係合する。撮像装置Ｓは、外殻Ｃのガイド部材と係合した状態で挿入・抜去することで、外殻Ｃとの位置関係や隙間を、撮像に好適な状態に維持する。このように構成することにより、外殻Ｃを被検体の体腔に留置したままで撮像装置Ｓを交換することが可能となり、低侵襲でありながら、撮像の目的に応じた個々の機能（例えば、画角や拡大率）を有した複数の撮像装置を用いて、外殻Ｃを体腔内の同一部位で固定したまま挿入と抜去を繰り返し、同一視野範囲を効率よく撮像することが可能となる。

本実施の形態によれば、鏡胴６に像様光受光部５および照明用ＬＥＤ６２を予め収納した状態で、鏡胴６を球形筐体１の収納空間に挿入固定しているので、像様光受光部５および照明用ＬＥＤ６２の取付けおよび調整を簡便かつ高精度のものとできる。また、本実施の形態によれば、像様受光部５の周囲に隣接して複数の照明用ＬＥＤ６２が設置されているので、球形筐体１の回動可能な範囲の全ての観察視野において照度およびその分布状態を良好に保つことができるので、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。

本発明に係る他の実施の形態を、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施の形態にかかる撮像装置Ｓを硬性内視鏡に適用したときの先端部を部分拡大した側断面図である。図１ないし図９に示した実施の形態と共通する部分は、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８および図９に示した実施の形態と同様に、球形筺体１に円筒状かつ中空状にくりぬかれた収納空間に、予め像様光受光部５が組み込まれた鏡胴６を挿入固定し、ワイヤガイド２３を本体筒部２の外壁面に沿って設け、駆動ワイヤ３も本体筒部２の外壁面に沿って延長している。また、撮像装置Ｓは、筒状の外殻Ｃに挿入および抜去可能に収納されている。

本実施の形態が図８および図９に示した実施の形態と異なる点は、鏡胴６に組み込まれた照明用ＬＥＤ６２に代えて、本体筒部２の外周面と外殻Ｃの内周面との隙間の全周にわたって収納された照明用光ファイバＬ１が照明用光源として機能している点である。照明用光ファイバＬ１は、図示しない光源の発光を伝送して、撮像対象となる被検体に照明光を照射する。

本実施の形態によれば、撮像装置の後方、すなわち撮像対象となる被検体とは離間した場所に設けられた光源の発光を、照明用光ファイバＬ１が伝送して、撮像対象となる被検体に照明光を照射するので、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Ｓ内部の温度上昇に伴う撮像素子５３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。

なお、図２乃至図１０に示した実施の形態では、本発明に係る撮像装置を硬性内視鏡に適用したものであったが、本発明に係る撮像装置を軟性内視鏡に適用することも可能である。一般的に軟性内視鏡は、操作部と、操作部と連なる挿入部とからなり、挿入部はさらに操作部側から、可撓性の筒体からなる可撓管部、操作部との間で架け渡された操作ワイヤにより所定の方向に湾曲する湾曲部、および撮像素子や観察光学系を保持する先端部からなる。ここで本発明に係る撮像装置の球形筺体は軟性内視鏡の先端部に装着され、駆動部は軟性内視鏡の操作部の操作と連動して駆動する。

以上のとおり、像様光受光部５を球形筺体１の内部に収納し、球形筺体１自体を自在移動させることにより、撮像装置全体を回転、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。

１ 球形筺体
２ 本体筒部
３ 駆動ワイヤ
４ 駆動部
５ 像様光受光部
２１ 台座部
２２ 貫通孔

Claims (7)

1. 像様光受光手段と、前記像様光受光手段を内部に保持する球形筐体と、前記球形筐体を支持し、前記球形筐体の表面に沿った自在移動を可能とする台座部と、前記球形筐体に一端が固定された駆動ワイヤと、前記駆動ワイヤの他端が固定され、この駆動ワイヤを介して前記自在移動を駆動する駆動部と、を有し、
   前記台座部は、前記駆動ワイヤの動作を長さ方向にのみ規制する駆動ワイヤ位置規制部を有するとともに、円筒形状に形成され、円筒形状の一方の端部で前記球形筐体を支持し、前記駆動ワイヤ位置規制部は、球形筺体に固定された駆動ワイヤを前記円筒形状の外周側面から内周側面に案内する貫通孔によって形成され、前記内周側面を貫通する駆動ワイヤの前記他端は、球形筺体を支持する前記円筒形状の端部と反対側の端部で支持された前記駆動部に固定されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記台座部は、円筒形状に形成され、円筒形状の一方の端部で前記球形筐体を支持し、前記駆動ワイヤ位置規制部は、前記円筒形状の外周側面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記駆動部は、球形アクチュエータであり、前記ワイヤの他端は、前記球形アクチュエータの表面に固定されてい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。
4. 前記駆動ワイヤは、前記台座部と前記球形筺体との当接を維持するように前記球形筺体と前記駆動部との間で張架されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の撮像装置。
5. 前記像様受光手段を内部に保持し、かつ前記球形筐体の内部に保持される鏡胴を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
6. 被写体を照明する照明装置を有し、前記球形筐体は、前記照明装置を保持していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の撮像装置。
7. 請求項１から請求項６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硬性内視鏡。
   

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