JP6042998B2 - 光学ユニットおよびこの光学ユニットを備えた内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡に用いられ、レンズ枠と素子枠が嵌合固定される光学ユニットに関する。

生体の体内や構造物の内部などの観察が困難な箇所を観察するために、生体や構造物の外部から内部に導入可能であって、光学像を撮像するための撮像ユニットなどの光学ユニットを具備した内視鏡が、例えば医療分野または工業分野において利用されている。

内視鏡の撮像ユニットなどの光学ユニットは、被写体像を結像する対物レンズと、対物レンズの結像面に配設された一般にＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサなどの撮像素子を具備している。

このような光学ユニットは、例えば、日本国特開２００２−２３８８３７号公報に開示されるような撮像ユニットが知られており、一般的にレンズ枠と素子枠が互いに嵌合されて、熱硬化型の接着剤またはハンダなどのろう接による接合材によって接着固定される。

しかしながら、従来の光学ユニットでは、レンズ枠および素子枠をレンズの焦点位置に撮像素子の受光部と一致させて嵌合して固定するときに、接合材の硬化処理時に発生する接合材を含むレンズ枠および素子枠の膨張収縮などによって、レンズ枠および素子枠の所定の嵌合位置がずれて固定されてしまい所望の光学性能が得られないという問題があった。

また、特に、内視鏡のような医療機器においては、使用前後に高温高圧滅菌消毒（オートクレーブ処理）が行われる。このときに、内視鏡が高温下に晒されることで、光学ユニットも高温となり、レンズ枠および素子枠を接着固定する接合材が軟化して、レンズ枠および素子枠の所定の嵌合位置がずれてしまう虞があるという問題があった。

近年の内視鏡では、撮影する内視鏡画像の高画素化および挿入性を向上させるために挿入部の細径化が進んでおり、撮像ユニットに高解像度の撮像素子を備えたものが用いられたり、小型なものが用いられたりしているため、レンズ枠と素子枠との嵌合位置のずれが微小であっても、光学性能の適合品質を満足しなかったり、その光学性能の劣化を招いてしまったりするという課題が新たに生じている。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、製造時および高温高圧滅菌消毒時などの高温環境下でも、レンズ枠および素子枠が所定の嵌合位置でずれることなく固定された状態を維持して、光学性能の適合品質を満足させ、その光学性能の劣化を防止した光学ユニットおよびこの光学ユニットを備えた内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様の光学ユニットは、対物光学系を保持する筒状のレンズ保持枠と、前記レンズ保持枠が内挿して嵌合し、前記対物光学系によって結像される被写体像を検出する受光部を有した撮像素子を保持する筒状の撮像素子保持枠と、前記対物光学系による前記被写体像の結像面と前記受光部とを一致させた嵌合位置で前記レンズ保持枠と前記撮像素子保持枠を固定する、前記レンズ保持枠と前記撮像素子保持枠との嵌合部に設けられ、光軸に対して垂直な同一平面上であって、前記撮像素子保持枠の外周部に形成された溶接部及び非溶接部と、前記レンズ保持枠と前記撮像素子保持枠との間に形成される隙間を埋める接合材と、を具備する。

本発明の一態様の内視鏡は、対物光学系を保持する筒状のレンズ保持枠と、前記レンズ保持枠が内挿して嵌合し、前記対物光学系によって結像される被写体像を検出する受光部を有した撮像素子を保持する筒状の撮像素子保持枠と、前記対物光学系による前記被写体像の結像面と前記受光部とを一致させた嵌合位置で前記レンズ保持枠と前記撮像素子保持枠を固定する、前記レンズ保持枠と前記撮像素子保持枠との嵌合部に設けられ、光軸に対して垂直な同一平面上であって、前記撮像素子保持枠の外周部に形成された溶接部及び非溶接部と、前記レンズ保持枠と前記撮像素子保持枠との間に形成される隙間を埋める接合材と、を備えた光学ユニットを具備する。

以上に記載の本発明によれば、製造時および高温高圧滅菌消毒時などの高温環境下でも、レンズ枠および素子枠が所定の嵌合位置でずれることなく固定された状態を維持して、光学性能の適合品質を満足させ、その光学性能の劣化を防止した光学ユニットおよびこの光学ユニットを備えた内視鏡を提供できる。

第１の実施の形態に係る内視鏡の構成を示す図 同、撮像ユニットの構成を示す断面図 同、図２のIII−III線に沿った光学ユニットの構成を示す断面図 同、レンズユニットと撮像素子ユニットの嵌合される前の状態を示す断面図 同、レンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて溶接部によって固定された状態を示す断面図 同、レンズユニットと撮像素子ユニットが接合材により固定された状態を示す断面図 同、第１の変形例の光学ユニットの構成を示す横断面図 同、第２の変形例の光学ユニットの構成を示す横断面図 同、第３の変形例の光学ユニットの構成を示す横断面図 同、第４の変形例の光学ユニットの構成を示す縦断面図 同、第１の参考例の光学ユニットの構成を示す縦断面図 同、第２の参考例の光学ユニットの構成を示す縦断面図 同、第３の参考例の光学ユニットの構成を示す縦断面図 同、第４の参考例の光学ユニットの構成を示す縦断面図 同、第５の参考例の光学ユニットの構成を示す縦断面図 第２の実施の形態に係るレンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図 同、レンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて固定された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図 同、第１の変形例のレンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて固定された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図 同、第２の変形例のレンズユニットと撮像素子ユニットの嵌合される前の状態を示す断面図 同、レンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図 同、レンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて固定された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図 同、第３の変形例のレンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて固定された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図 第３の実施の形態に係るレンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて固定された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図 同、変形例のレンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて固定された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図

以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、および各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。また、以下の説明においては、図の紙面に向かって見た上下方向を構成要素の上部および下部として説明している場合がある。

（第１の実施の形態）
先ず、本発明の第１の実施の形態の光学ユニットおよび内視鏡について、図面に基づいて、以下に説明する。

なお、図１は、内視鏡の構成を示す図、図２は光学ユニットの構成を示す断面図、図３は図２のIII−III線に沿った光学ユニットの構成を示す断面図、図４はレンズユニットと撮像素子ユニットの嵌合される前の状態を示す断面図、図５はレンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて溶接部によって固定された状態を示す断面図、図６はレンズユニットと撮像素子ユニットが接合材により固定された状態を示す断面図、図７は第１の変形例の光学ユニットの構成を示す横断面図、図８は第２の変形例の光学ユニットの構成を示す横断面図、図９は第３の変形例の光学ユニットの構成を示す横断面図、図１０は第４の変形例の光学ユニットの構成を示す縦断面図、図１１は第１の参考例の光学ユニットの構成を示す縦断面図、図１２は第２の参考例の光学ユニットの構成を示す縦断面図、図１３は第３の参考例の光学ユニットの構成を示す縦断面図、図１４は第４の参考例の光学ユニットの構成を示す縦断面図、図１５は第５の参考例の光学ユニットの構成を示す縦断面図である。

以下に、本発明の実施形態の一例を説明する。先ず、図１を参照して、本発明に係る光学ユニットとしての撮像ユニット１を具備する内視鏡１０１の構成の一例を説明する。

本実施形態の内視鏡１０１は、人体などの被検体内に導入可能であって被検体内の所定の観察部位を光学的に撮像する構成を有する。

なお、内視鏡１０１が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体であっても良いし、機械、建造物などの人工物であっても良い。

内視鏡１０１は、被検体の内部に導入される挿入部１０２と、この挿入部１０２の基端に位置する操作部１０３と、この操作部１０３の側部から延出する複合ケーブルとしてのユニバーサルコード１０４とで主に構成されている。

挿入部１０２は、先端に配設される先端部１１０、この先端部１１０の基端側に配設される湾曲自在な湾曲部１０９およびこの湾曲部１０９の基端側に配設され操作部１０３の先端側に接続される可撓性を有する可撓管部１０８が連設されて構成されている。

なお、内視鏡１０１は、挿入部１０２に可撓性を有する部位を具備しない、所謂硬性鏡と称される形態のものであってもよい。

詳しくは後述するが、先端部１１０には、撮像ユニット１が設けられている。また、操作部１０３には、湾曲部１０９の湾曲を操作するためのアングル操作ノブ１０６が設けられている。

ユニバーサルコード１０４の基端部には、外部装置１２０に接続される内視鏡コネクタ１０５が設けられている。内視鏡コネクタ１０５が接続される外部装置１２０は、モニタなどの画像表示部１２１にケーブルを介して接続されている。

また、内視鏡１０１は、ユニバーサルコード１０４、操作部１０３および挿入部１０２内に挿通された電気ケーブル１１５および外部装置１２０に設けられた光源部からの照明光を伝送する光ファイバ束（不図示）を有している。

電気ケーブル１１５は、内視鏡コネクタ１０５と撮像ユニット１とを電気的に接続するように構成されている。内視鏡コネクタ１０５が外部装置１２０に接続されることによって、撮像ユニット１は、電気ケーブル１１５を介して外部装置１２０に電気的に接続される。

この電気ケーブル１１５を介して、外部装置１２０から撮像ユニット１への電力の供給および外部装置１２０と撮像ユニット１との間の通信が行われる。

外部装置１２０には、画像処理部が設けられている。この画像処理部は、撮像ユニット１から出力された撮像素子出力信号に基づいて映像信号を生成し、画像表示部１２１に出力する。即ち、本実施形態では、撮像ユニット１により撮像された光学像（内視鏡像）が、映像として画像表示部１２１に表示される。

なお、内視鏡１０１は、外部装置１２０または画像表示部１２１に接続する構成に限定されず、例えば、画像処理部またはモニタの一部または全部を有する構成であっても良い。

また、光ファイバ束は、外部装置１２０の光源部から発せられた光を、先端部１１０の照明光出射部としての照明窓まで伝送するように構成されている。さらに、光源部は、内視鏡１０１の操作部１０３または先端部１１０に配設される構成であってもよい。

次に、先端部１１０に設けられる光学ユニットとしての撮像ユニット１の構成を説明する。
以下においては、被写体像の撮影光軸Ｏに沿って撮像ユニット１から被写体へ向かう方向（各図において左方）を先端、前方または物体側と称し、その反対の方向を基端、後方または像側と称する場合がある。

本実施の形態の光学ユニットである撮像ユニット１は、図２に示すように、前方となる物体側から順に、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０を有している。

レンズユニット１０は、レンズ枠としての筒状のレンズ保持枠１１と、このレンズ保持枠１１によって保持された対物光学系としての複数の対物レンズ群１３と、を有している。

撮像素子ユニット２０は、素子枠としての筒状の撮像素子保持枠１２と、透明なガラス板などの光学部材１４およびカバーガラス２２と、撮像素子２１と、を有している。

撮像素子ユニット２０の光学部材１４には、撮像素子２１の受光部２１ａを保護する透明なカバー体としてのカバーガラス２２が光学接着剤などによって貼着されている。そして、撮像素子保持枠１２に光学部材１４が嵌合され固着されている。即ち、撮像素子ユニット２０は、先端側の撮像素子保持枠１２が、基端側の撮像素子２１を、光学部材１４およびカバーガラス２２を介して保持している。

撮像素子２１は、ここでは矩形状の受光部２１ａが実装される撮像基板部が、ＦＰＣなどの電子基板部２４を介して電気ケーブル１１５と接続されている。なお、電子基板部２４には、複数の電子部品２５が実装されている。

撮像素子２１は、入射される撮影光軸Ｏで示す光に応じた電気信号を所定のタイミングで出力する複数の素子が面状の受光部に配列されたものであり、例えば一般にＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサなどと称される形式、あるいはその他の各種の形式が適用されている。

また、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１の嵌合部の外周と、撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２の嵌合部の内周と、は嵌合されて固着されている。

これにより、撮像素子２１は、レンズユニット１０の対物レンズ群１３の結像面に、上述の受光部２１ａが位置するように配設される。

なお、撮像ユニット１には、撮像素子保持枠１２の外枠部分に先端部分が固着されて外装を形成し、内部の水密保持するための熱収縮チューブ１５が設けられている。

そして、撮像ユニット１は、熱収縮チューブ１５内に撮像素子２１、電子基板部２４などを覆う接着剤などの充填剤２６が充填されて内部が水密保持される。

ここで、本実施の形態の光学ユニットとしての撮像ユニット１における、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０の嵌合固定について、以下に詳しく説明する。

図２および図３に示すように、撮像ユニット１は、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１の嵌合部が、撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２の嵌合部に内挿するように嵌合されている。このとき、レンズ保持枠１１の嵌合部の外周および撮像素子保持枠１２の嵌合部の内周の中心が一致するように嵌合される。

なお、レンズ保持枠１１の嵌合部の外周および撮像素子保持枠１２の嵌合部の内周の中心は、レンズ保持枠１１で保持する対物レンズ群１３に通過する被写体像の撮影光軸Ｏと一致している。

そして、レンズ保持枠１１および撮像素子保持枠１２の嵌合部は、互いが嵌合された状態で、ここでは１箇所の溶接部３０によって接合されると共に、互いが重なった部分の微小な隙間を埋めるように接着剤などの接合材３１が充填されて気密（水密）保持された状態で固着されている。

その製造過程について説明すると、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０は、図４に示すように、互いが離別した状態から、レンズ保持枠１１が撮像素子保持枠１２の内部に嵌挿される。

このとき、レンズ保持枠１１は、撮像素子保持枠１２に対して撮影光軸Ｏに沿った長手方向に沿って物体側および像側の前後に移動され、対物レンズ群１３による撮影光軸Ｏの光の結像面が撮像素子保持枠１２に保持された撮像素子２１の受光部２１ａと一致する所定の位置となるように撮像素子保持枠１２に対する所定の嵌合位置が調整される。

即ち、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０は、撮像素子２１の受光部２１ａに配列される素子群によって検出する対物レンズ群１３が集光した被写体像を所定の光学性能とする合焦位置、所謂ピントが合った被写体像が得られる位置となるように、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２との長手方向の所定の嵌合位置が調整される。

そして、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０は、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２との嵌合部の嵌合位置がずれないように図示しない治具などで固定され、例えば、外方側の撮像素子保持枠１２の外周中途部に、図５に示すように、例えばレーザ光線の照射によるレーザ溶接によって互いが溶接された溶接部３０が形成されて、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２とが動かないように固定される。

次に、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０は、図６に示すように、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２の嵌合部に生じる微小な隙間を埋めるように、例えば、熱硬化型の接着剤である接合材３１が充填される。なお、接合材３１は、撮像素子保持枠１２の嵌合部の物体側の端面に沿って塗布されることで、所謂毛細管現象により、微小な隙間内に浸入する。

そして、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０は、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２の嵌合部の隙間に充填された接合材３１を硬化する熱硬化処理が行われる。

このように、撮像ユニット１は、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１と撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２の嵌合位置が溶接部３０によって固定されると共に、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２の重なった隙間に充填硬化された接合材３１によって気密（水密）に固着された構成となっている。

即ち、撮像ユニット１は、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０が溶接部３０によって、対物レンズ群１３の焦点位置と撮像素子２１の受光部２１ａとが一致する所定の光学性能を満足する位置で強固に固定され、接合材３１によって気密（水密）に接合された構成となっている。

以上のように構成された撮像ユニット１は、製造時において、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０を気密（水密）に接合する接合材３１を熱硬化処理するとき、および内視鏡１０１を高温高圧滅菌処理（オートクレーブ処理）するときに、接合材３１、レンズ保持枠１１および撮像素子保持枠１２が膨張収縮などしても、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２が溶接部３０によって強固に固定されているため、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０のずれが防止される。

したがって、撮像ユニット１は、製造時および高温高圧滅菌消毒時などの高温環境下でも、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０の所定の嵌合位置がずれることなく固定された状態を維持して、所定の光学性能の適合品質を満足できると共に、その光学性能の劣化も防止することができる。

なお、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１および撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２がずれないよう固定する溶接部３０は、レーザ溶接に限定されることなく、超音波溶接、スポット溶接など各種溶接方法を適用してもよい。

さらに、撮像ユニット１は、レンズ保持枠１１および撮像素子保持枠１２を固定するための溶接部３０が撮像素子２１の受光部２１ａの像高の低い位置、即ち、ここでは受光部２１ａが矩形状であるため、この受光部２１ａのいずれかの辺の中心に対向する位置の延長線上に形成することが好ましい。

これは、溶接部３０を形成するときに生じる熱、圧力などによって、レンズ保持枠１１に設けられた対物レンズ群１３が変形などして光の屈折率に影響を及ぼす可能性があり、その影響によって内視鏡画像が歪んでしまう場合があるためである。

即ち、撮像ユニット１は、受光部２１ａの像高の高い位置、ここでは矩形状の受光部２１ａの対角線方向の延長線上に溶接部３０が形成されると、溶接部３０を形成する溶接時に、この溶接部３０に近接し対向する対物レンズ群１３の一部が変形すると、その変形部分の光の屈折によって歪んだ被写体像が受光部２１ａに結像される可能性がある。

そのため、撮像ユニット１は、レンズ保持枠１１および撮像素子保持枠１２を固定するための溶接部３０が撮像素子２１の受光部２１ａの像高の低い位置に対向する延長線上に形成されることで、その部分の対物レンズ群１３が変形などしても、受光部２１ａに結像される範囲の被写体像の歪みの影響を極力低減することができる。

さらに、撮像ユニット１は、製造時において、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１の嵌合部の基端外周部または撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２の嵌合部の先端内周部に接合材３１を予め塗布した後、それらレンズ保持枠１１と撮像素子ユニット２０とが嵌合されて溶接部３０が形成され、最後に接合材３１の熱硬化処理が行われてもよい。

（変形例）
なお、撮像ユニット１は、以下に説明する種々の変形例の構成としてもよい。

（第１の変形例）
本変形例の撮像ユニット１では、図７に示すように、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１の嵌合部と撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２の嵌合部とに溶接により形成される溶接部３０ａ，３０ｂが、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２の嵌合部の中心（撮影光軸Ｏが通過する点）点対称の位置に２つ形成されている。

ここでも、撮像ユニット１は、レンズ保持枠１１および撮像素子保持枠１２を固定するための２つの溶接部３０ａ，３０ｂが、撮像素子２１の受光部２１ａの像高の低い位置と対向する延長線上の位置に形成される。

なお、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０は、２つの溶接部３０ａ，３０ｂが同時に形成することで、レンズ保持枠１１の嵌合部の外径中心と撮像素子保持枠１２の嵌合部の内径中心がずれることなく、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２を固定することができる、
このように構成された撮像ユニット１は、２つの溶接部３０ａ，３０ｂを形成することで、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０が対物レンズ群１３の焦点位置と撮像素子２１の受光部２１ａとが一致する所定の光学性能を満足する位置でより強固に固定された構成となる。

（第２の変形例）
本変形例の撮像ユニット１は、図８に示すように、レンズ保持枠１１および撮像素子保持枠１２を固定するための４つの溶接部３０ａ〜３０ｄが、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２の嵌合部の中心回りに等間隔に形成されている。

なお、２つの溶接部３０ａ，３０ｂは、第１の変形例と同様に、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２の嵌合部の中心点対称の位置に形成されている。

また、２つの溶接部３０ｃ，３０ｄは、他の２つの溶接部３０ａ，３０ｂに対して、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２の嵌合部の中心回りに９０度回転した位置であって、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２の嵌合部の中心点対称の位置に形成されている。

そして、４つの溶接部３０ａ〜３０ｄは、ここでもレンズ保持枠１１および撮像素子保持枠１２を固定するための２つの溶接部３０が撮像素子２１の受光部２１ａの像高の低い位置と対向する延長線上の位置に形成されている。

このように構成された撮像ユニット１は、４つの溶接部３０ａ〜３０ｄを形成することで、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０が対物レンズ群１３の焦点位置と撮像素子２１の受光部２１ａとが一致する所定の光学性能を満足する位置でさらに強固に固定された構成となる。

（第３の変形例）
本変形例の撮像ユニット１は、図９に示すように、複数、ここで１２個の溶接部３０ａ〜３０ｊによって、レンズ保持枠１１および撮像素子保持枠１２が固定されてもよい。

これら、複数の溶接部３０ａ〜３０ｊは、偶数個によってレンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２の嵌合部の中心回りに等間隔に形成されていることが好ましい。

なお、溶接部３０ａ〜と溶接部３０ｂは、それらの２つが対となって、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２の嵌合部の中心点対称の位置に対向配置するように形成される。

（第４の変形例）
本変形例の撮像ユニット１は、図１０に示すように、レンズ保持枠１１および撮像素子保持枠１２を固定する溶接部３０が、撮像素子保持枠１２の嵌合部の先端であり撮像素子保持枠１２の先端面一部の縁部（エッジ部）に形成されている。

このように構成された撮像ユニット１は、溶接部３０を撮像素子保持枠１２の嵌合部の中途部分に形成していないため、接合材３１がレンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２が重なった部分の隙間に満遍なく充填し易く、より確実にレンズユニット１０と撮像素子ユニット２０を気密（水密）に接合することができる。

（参考例）
撮像ユニット１は、以上に記載した各変形例の他、以下に説明する種々の参考例の構成としてもよい。

（第１の参考例）
図１１に示すように、撮像ユニット１は、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０を気密（水密）に接合する接合材３１が、撮像素子保持枠１２の嵌合部の先端面一部の縁部（エッジ部）に塗布されて硬化された構成としてもよい。

（第２の参考例）
図１２に示すように、撮像ユニット１は、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０を気密（水密）に接合する接合材３１としての余分な接着剤などが流れ込む接合材溜（接着溜）として機能する凹部状の周溝１２ａが撮像素子保持枠１２の内周部に形成された構成としてもよい。

なお、本参考例においては、周溝１２ａを、撮像素子保持枠１２の嵌合部より基端側の内周部に設けているが、これに限らず、撮像素子保持枠１２の嵌合部の内周部に形成してもよい。

（第３の参考例）
図１３に示すように、撮像ユニット１は、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０を気密（水密）に接合する接合材３１としての余分な接着剤などが流れ込む接合材溜（接着溜）として機能する凹部状の周溝１１ａがレンズ保持枠１１の外周部に形成された構成としてもよい。

なお、本参考例においては、周溝１１ａを、レンズ保持枠１１の嵌合部の外周部に設けているが、これに限らず、レンズ保持枠１１の嵌合部より基端側の外周部に形成してもよい。

（第４の参考例）
図１４に示すように、撮像ユニット１は、撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２の嵌合部より先端側であり撮像素子枠の先端をテーパ面１２ｂに形成して、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０を気密（水密）に接合する接合材３１がテーパ面１２ｂによって形成された撮像素子保持枠１２の先端部分にも充填されて撮像素子ユニット２０の先端全周を覆うようにして、より気密（水密）性を高めた構成としてもよい。さらに、撮像素子保持枠１２の先端面をテーパ面１２ｂとすることで、接合材３１の充填作業も行い易くなる。

（第５の参考例）
図１５に示すように、撮像ユニット１は、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１の嵌合部よりも先端側にフランジ部１１ｂを設けて、このフランジ部１１ｂの基端面をテーパ面１１ｃに形成して、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０を気密（水密）に接合する接合材３１がテーパ面１２ｂと撮像素子保持枠１２の先端面との間にも充填されて撮像素子ユニット２０の先端全周を覆うようにして、より気密（水密）性を高めた構成としてもよい。ここでも、レンズ保持枠１１のフランジ部１１ｂの基端面をテーパ面１１ｃとすることで、接合材３１の充填作業も行い易くなる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の光学ユニットおよび内視鏡について、図面に基づいて、以下に説明する。

なお、以下の説明において、上述した第１の実施の形態に記載した同一の構成要素について、同じ符号を用いて、それら構成要素の詳細な説明を省略する。

また、図１６は、レンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図、図１７はレンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて固定された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図、図１８は第１の変形例のレンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて固定された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図、図１９は第２の変形例のレンズユニットと撮像素子ユニットの嵌合される前の状態を示す断面図、図２０はレンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図、図２１はレンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて固定された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図、図２２は第３の変形例のレンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて固定された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図である。

ところで、撮像ユニット１は、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１および撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２を嵌合して溶接部３０を形成するとき、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２との嵌合部には非常に若干ではあるが隙間がある場合があり、また溶接部３０が凝固時に収縮するため、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１の嵌合部の外径中心と、撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２の嵌合部の内径中心と、が偏芯し、ずれてしまい、撮影光軸Ｏと直交する方向において、撮像素子ユニット２０に対してレンズユニット１０が所定の位置からずれて固定されてしまう場合がある。

このように、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１の嵌合部が撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２の嵌合部に対して偏芯してしまうと、撮影光軸Ｏと直交する方向において、撮像素子ユニット２０に対して、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１で保持する対物レンズ群１３の中心が所定の位置からずれてしまう。これにより、被写体像の撮影光軸Ｏは、撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２に設けられた撮像素子２１の受光部２１ａの所定の結像中心位置、ここでは受光部２１ａの中心からずれてしまい、所定の光学性能の適合品質が得られない虞がある。

そこで、本実施の形態の撮像ユニット１は、図１６に示すように、レンズユニット１０の筒状のレンズ保持枠１１の嵌合部の外径中心Ｏ１と、レンズ保持枠１１の対物レンズ群１３を保持するレンズ保持孔の内径中心Ｏ２とが所定の距離ｈ１にずれた構成となっている。なお、レンズ保持枠１１の内径中心Ｏ２は、保持する対物レンズ群１３の中心、即ち、被写体像の撮影光軸Ｏと一致している。

そのため、レンズ保持枠１１は、嵌合部の外周面に対してレンズ保持孔の内周面が所定の距離ｈ１にずれて、それぞれの中心が偏芯した構成となっている。即ち、レンズユニット１０は、レンズ保持枠１１の嵌合部の外径中心Ｏ１に対して、レンズ保持枠１１の対物レンズ群１３を保持するレンズ保持孔の内径中心Ｏ２が所定の距離ｈ１だけ所定の方向に偏芯した構成となっている。

そのため、レンズ保持枠１１は、所定の厚さｄ１を有する最少肉厚部１８となり、この最少肉厚部１８に対して点対称の位置が所定の厚さｄ１よりも厚い所定の厚さｄ２（ｄ１＜ｄ２）を有する最大肉厚部１９となっている。

なお、所定の距離ｈ１は、レンズユニット１０が撮像素子ユニット２０に挿嵌された状態において、レンズ保持枠１１の嵌合部の外周面と撮像素子保持枠１２の嵌合部の内周面との間で周方向に形成される微小な隙間としてのクリアランスＣ１と略同一の距離（ｈ１≒Ｃ１）に設定されている。

以上のように構成された撮像ユニット１は、レンズユニット１０が撮像素子ユニット２０に挿嵌された後、図１７に示すように、レンズ保持枠１１の嵌合部の最大肉厚部１９側となる撮像素子保持枠１２の嵌合部の外周中途部に溶接部３０が形成されて、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２とが動かないように固定される。

このとき、レンズ保持枠１１は、溶接部３０を形成する過程において、溶接部３０が凝固時に収縮してレンズ保持枠１１の嵌合部の最大肉厚部１９が撮像素子保持枠１２の嵌合部の内周面側、即ち、嵌合部の外径中心Ｏ１に対するレンズ保持孔の内径中心Ｏ２の偏芯方向とは反対側の方向に引き寄せられて、最大肉厚部１９の外周面と撮像素子保持枠１２の嵌合部の内周面が当接した状態となって、溶接部３０により撮像素子保持枠１２に固定される。

そして、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０は、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２との嵌合部に生じた隙間を埋めるように接合材３１が充填されて熱硬化処理が行われて気密（水密）に固着される。

こうして、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０は、接合された状態においてレンズ保持枠１１のレンズ保持孔の内径中心Ｏ２が撮像素子保持枠１２の嵌合部の内径中心と一致した状態で接合される。

これにより、撮像ユニット１は、レンズ保持枠１１が保持する対物レンズ群１３の中心が撮像素子保持枠１２の嵌合部の内径中心と一致するため、被写体像の撮影光軸Ｏが撮像素子保持枠１２に保持された撮像素子２１の受光部２１ａの所定の結像中心位置、ここでは受光部２１ａの中心に入射する構成となる。

なお、最大肉厚部１９の所定の厚さｄ２は、最少肉厚部１８の所定の厚さｄ１とクリアランスＣ１の２倍との和（ｄ２＝ｄ１+２Ｃ１）となっている。

以上に説明したように、撮像ユニット１は、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０を溶接部３０によって固定するときに、溶接部３０を形成する方向へレンズユニット１０が移動することを前提として、被写体像の撮影光軸Ｏが撮像素子２１の受光部２１ａの所定の結像中心位置、ここでは受光部２１ａの中心に入射するように、レンズ保持枠１１の嵌合部の外径中心Ｏ１とレンズ保持孔の内径中心Ｏ２とを予めずらして偏芯させた構成とすることで、所定の光学性能の適合品質を満足する構成となる。

なお、レンズユニット１０には、撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２の嵌合部の外周部側から溶接部３０を形成する位置、即ち、レンズ保持枠１１の嵌合部の最大肉厚部１９の位置を容易に識別するための指標部を設けるとよい。この指標部は、レンズ保持枠１１の撮像素子保持枠１２と重ならない位置に、最大肉厚部１９の位置を示す、例えば、切り欠き、平面部またはメッキ、蒸着、塗装などによるマーカを設けた部分的表面処理によって形成すればよい。

（第１の変形例）
本変形例の撮像ユニット１は、図１８に示すように、レンズユニット１０が撮像素子ユニット２０に挿嵌された後、先ず、レンズ保持枠１１の嵌合部の最大肉厚部１９側となる撮像素子保持枠１２の嵌合部の外周中途部に上述の溶接部３０（図１８では符号なし）が形成されて、その後、撮像素子保持枠１２の嵌合部の外周回り全体を連続的に溶接した溶接部３５を形成してもよい。

なお、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０は、初めにレンズ保持枠１１の嵌合部の最大肉厚部１９側の撮像素子保持枠１２の嵌合部の外周中途部が溶接部３０によって固定されることで、その後に、撮像素子保持枠１２の嵌合部の外周回り全体を連続的に溶接して溶接部３５を形成しても、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０がずれることなく、レンズ保持枠１１のレンズ保持孔の内径中心Ｏ２が撮像素子保持枠１２の嵌合部の内径中心と一致した状態で固定される。

このように構成された撮像ユニット１は、上述の効果に加え、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０との間に形成された隙間が溶接部３５によって埋められるため、この隙間に接合材３１を設けなくともレンズユニット１０と撮像素子ユニット２０が気密（水密）に固着される。

（第２の変形例）
本変形例の撮像ユニット１は、図１９に示すように、撮像素子保持枠１２筒状部の中心Ｏ３と撮像素子２１の受光部２１ａの中心Ｏ４が所定の距離ｈ２ずれた構成となっている。

なお、所定の距離ｈ２は、レンズユニット１０が撮像素子ユニット２０に挿嵌された状態において、レンズ保持枠１１の外周面と撮像素子保持枠１２筒状部の内周面との間で周方向に形成される微小な隙間としてのクリアランスＣ１と略同一の距離（ｈ２≒Ｃ１）に設定されている。

以上のように構成された本変形例の撮像ユニット１は、図２０に示すように、レンズユニット１０が撮像素子ユニット２０に挿嵌された後、図２１に示すように、溶接部３０が形成されて、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２とが動かないように固定される。

このとき、レンズ保持枠１１は、溶接部３０を形成する過程において、溶接部３０が凝固時に収縮して撮像素子保持枠１２筒状部の内周面側に引き寄せられて、その外周面と撮像素子保持枠１２筒状部の内周面が当接した状態となって、溶接部３０により撮像素子保持枠１２に固定される。

そして、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０は、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２筒状部の重なった部分に生じた隙間を埋めるように接合材３１が充填されて熱硬化処理が行われて気密（水密）に固着される。

こうして、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０は、接合された状態においてレンズ保持枠１１の内径中心Ｏ２が撮像素子２１の受光部２１ａの中心Ｏ４と一致した状態で接合される。

以上に説明したように、撮像ユニット１は、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０を溶接部３０によって固定するときに、溶接部３０を形成する方向へレンズユニット１０が移動することを前提として、被写体像の撮影光軸Ｏが撮像素子２１の受光部２１ａの中心に入射するように、撮像素子保持枠１２筒状部の中心Ｏ３と撮像素子２１の受光部２１ａの中心Ｏ４とを予めずらして偏芯させた構成とすることで、所定の光学性能の適合品質を満足する構成となる。

なお、レンズユニット１０には、撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２筒状部の外周部側から溶接部３０を形成する位置を容易に識別するための指標部を設けるとよい。この指標部は、撮像素子保持枠１２の外周部に、撮像素子２１の受光部２１ａの偏芯方向の位置を示す、例えば、切り欠き、平面部またはメッキ、蒸着、塗装などによるマーカを設けた部分的表面処理によって形成すればよい。

（第３の変形例）
本変形例の撮像ユニット１は、図２２に示すように、レンズユニット１０が撮像素子ユニット２０に挿嵌された後、先ず、撮像素子保持枠１２筒状部の外周中途部に上述の溶接部３０が形成されて、その後、撮像素子保持枠１２筒状部の外周回り全体を連続的に溶接した溶接部３５を形成してもよい。

なお、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０は、撮像素子保持枠１２筒状部の外周中途部が溶接部３０によって固定されることで、その後に、撮像素子保持枠１２筒状部の外周回り全体を連続的に溶接して溶接部３５を形成しても、レンズユニット１０および撮像素子ユニット２０がずれることなく、レンズ保持枠１１の内径中心Ｏ２が撮像素子保持枠１２の中心と一致した状態で固定される。

このように構成された撮像ユニット１は、上述の効果に加え、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０との間に形成された隙間が溶接部３５によって埋められるため、この隙間に接合材３１を設けなくともレンズユニット１０と撮像素子ユニット２０が気密（水密）に固着される。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態の光学ユニットおよび内視鏡について、図面に基づいて、以下に説明する。

なお、以下の説明において、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態に記載した同一の構成要素について、同じ符号を用いて、それら構成要素の詳細な説明を省略する。

また、図２３は、レンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて固定された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図、図２４は変形例のレンズユニットと撮像素子ユニットが嵌合されて固定された状態の光学ユニットの構成を示す横断面図である。

本実施の形態の撮像ユニット１は、図２３に示すように、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１の嵌合部の外周一部に平面部１６が形成され、この平面部１６に当接して面接触する平面部１７が撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２の嵌合部の内周一部に形成されている。

そして、レンズ保持枠１１の平面部１６と撮像素子保持枠１２の平面部１７とが当接して面接触した状態において、レンズ保持枠１１の嵌合部の外径中心と撮像素子保持枠１２の嵌合部の内径中心が一致した状態となっている。

また、撮像ユニット１は、レンズ保持枠１１の平面部１６と撮像素子保持枠１２の平面部１７が当接して面接触した部分に溶接部３０が形成されて、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２とが動かないように固定され、レンズ保持枠１１と撮像素子保持枠１２との嵌合部に生じた隙間を埋めるように接合材３１が充填されて熱硬化処理が行われて気密（水密）に固着されている。

以上の構成された撮像ユニット１は、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１と撮像素子ユニット２０の撮像素子保持枠１２のそれぞれの嵌合部に形成された平面部１６，１７が当接して面接触した部分に溶接部３０を形成するときに、溶接部３０が凝固時に収縮しても、撮像素子ユニット２０に対するレンズユニット１０が動かないため、レンズ保持枠１１の嵌合部の外径中心が撮像素子保持枠１２の嵌合部の内径中心と一致した状態からずれることなく固定される。

これにより、撮像ユニット１は、レンズ保持枠１１が保持する対物レンズ群１３の中心も撮像素子保持枠１２の嵌合部の内径中心と一致するため、被写体像の撮影光軸Ｏが撮像素子保持枠１２に保持された撮像素子２１の受光部２１ａの所定の結像中心位置、ここでは受光部２１ａの中心に入射する構成となる。

（変形例）
本変形例の撮像ユニット１は、図２４に示すように、先ず、レンズ保持枠１１の平面部１６と撮像素子保持枠１２の平面部１７が当接して面接触した部分に上述の溶接部３０（図２４では符号なし）が形成されて、その後、撮像素子保持枠１２の嵌合部の外周回り全体を連続的に溶接した溶接部３５を形成してもよい。

このように構成された撮像ユニット１は、上述の効果に加え、第２の実施の形態の変形例と同様に、レンズユニット１０と撮像素子ユニット２０との嵌合部の間に形成された隙間が溶接部３５によって埋められるため、この隙間に接合材３１を設けなくともレンズユニット１０と撮像素子ユニット２０が気密（水密）に固着される。

以上の各実施の形態に記載した発明は、それら実施の形態および変形例に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。

例えば、各実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。

本出願は、２０１４年５月１５日に日本国に出願された特願２０１４−１０１６４９号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の内容は、本願明細書、請求の範囲、および図面に引用されたものである。

Claims (10)

1. 対物光学系を保持する筒状のレンズ保持枠と、
   前記レンズ保持枠が内挿して嵌合し、前記対物光学系によって結像される被写体像を検出する受光部を有した撮像素子を保持する筒状の撮像素子保持枠と、
   前記対物光学系による前記被写体像の結像面と前記受光部とを一致させた嵌合位置で前記レンズ保持枠と前記撮像素子保持枠を固定する、前記レンズ保持枠と前記撮像素子保持枠との嵌合部に設けられ、光軸に対して垂直な同一平面上であって、前記撮像素子保持枠の外周部に形成された溶接部及び非溶接部と、
   前記レンズ保持枠と前記撮像素子保持枠との間に形成される隙間を埋める接合材と、
   を具備することを特徴とする光学ユニット。
2. 前記撮像素子保持枠の外周部に形成された溶接部は１箇所であることを特徴とした請求項１記載の光学ユニット。
3. 前記溶接部は、前記受光部における像高の低い位置と対向した延長線上の位置に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
4. 前記レンズ保持枠は、前記対物光学系を保持する孔部を有し、前記レンズ保持枠における前記嵌合部の外径中心と前記孔部の内径中心とが所定の距離離間しており、前記対物光学系が前記レンズ保持枠における前記嵌合部の外径に対して所定の偏芯方向に偏芯するように保持されており、
   前記溶接部は、前記レンズ保持枠における前記偏芯方向とは反対方向に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
5. 前記撮像素子保持枠は、前記撮像素子保持枠における前記嵌合部の内径中心が前記受光部の所定の結像中心位置に対して所定の第１の方向に所定の距離離間しており、
   前記溶接部は、前記撮像素子保持枠における前記第１の方向とは反対方向に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
6. 前記レンズ保持枠の前記嵌合部に第１の平面部が形成され、前記撮像素子保持枠の前記嵌合部に前記第１の平面部に当接して面接触する第２の平面部が形成され、
   前記溶接部は、前記第１の平面部と前記第２の平面部が面接触した位置に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
7. 前記レンズ保持枠は、前記対物光学系を保持する孔部を有し、前記レンズ保持枠における前記嵌合部の外径中心と前記孔部の内径中心とが所定の距離離間しており、前記対物光学系が前記レンズ保持枠における前記嵌合部の外径に対して所定の偏芯方向に偏芯するように保持されており、
   前記溶接部は、複数の前記溶接部のうち前記レンズ保持枠における前記偏芯方向とは反対方向に位置する溶接部を初めに溶接して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
8. 前記撮像素子保持枠は、前記撮像素子保持枠における前記嵌合部の内径中心が前記受光部の所定の結像中心位置に対して所定の第１の方向に所定の距離離間しており、
   前記溶接部は、複数の前記溶接部のうち前記撮像素子保持枠における前記第１の方向とは反対方向に位置する溶接部を初めに溶接して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
9. 前記レンズ保持枠の前記嵌合部に第１の平面部が形成され、前記撮像素子保持枠の前記嵌合部に前記第１の平面部に当接して面接触する第２の平面部が形成され、
   前記溶接部は、複数の前記溶接部のうち前記第１の平面部と前記第２の平面部が面接触した位置を初めに溶接して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
10. 前記請求項２に記載の光学ユニットを具備することを特徴とする内視鏡。

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