WO2015056568A1 - 内視鏡 - Google Patents
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- A61B1/051—Details of CCD assembly
Definitions
- the present invention relates to an endoscope using an imaging device capable of reading a pixel signal from an arbitrary pixel selected from a plurality of pixels such as a MOS image sensor or a CMOS image sensor, for example, in an imaging unit.
- an imaging device capable of reading a pixel signal from an arbitrary pixel selected from a plurality of pixels such as a MOS image sensor or a CMOS image sensor, for example, in an imaging unit.
- An imaging unit for capturing an optical image is provided in the distal end of an insertion part that can be inserted from the outside of the living body or structure to observe a difficult part such as the inside of the living body or the inside of the structure.
- the provided endoscope is used in the medical field and the industrial field, for example.
- an imaging unit of an endoscope includes an objective lens that forms a subject image, and an imaging element disposed on the imaging surface of the objective lens. It comprises.
- a CCD Charge Coupled Device
- a CCD is often used as an imaging device of an imaging unit of an endoscope.
- the treatment instrument channel and imaging among a plurality of components disposed at the distal end portion The outer diameter of the unit is relatively large. For this reason, the outer diameter of the distal end portion of the insertion portion of the endoscope including the treatment instrument channel is mainly determined by the outer diameter of the treatment instrument channel and the imaging unit.
- an image sensor that can read a pixel signal from an arbitrary pixel selected from a plurality of pixels, such as a MOS image sensor or a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensor, as an image sensor is compared with a CCD. Therefore, the peripheral circuit formed around the pixel formation region is large. For this reason, in a conventional imaging unit that uses a CCD as an imaging device, when the CCD is replaced with a MOS image sensor, a CMOS image sensor, or the like, the outer shape of the imaging device becomes large. This is not preferable because it leads to an increase in the outer diameter of the insertion portion of the endoscope.
- the present invention has been made in view of the above-described points, and includes an image pickup device that can read a pixel signal from an arbitrary pixel selected from a plurality of pixels such as a MOS image sensor and a CMOS image sensor.
- an image pickup device that can read a pixel signal from an arbitrary pixel selected from a plurality of pixels such as a MOS image sensor and a CMOS image sensor.
- a endoscope it aims at improving the insertability of an insertion part.
- An endoscope includes an imaging unit including an imaging element and an objective lens that can read out a pixel signal from an arbitrary pixel selected from a plurality of pixels, and a treatment instrument channel at a distal end portion of the insertion portion.
- An endoscope that outputs signals read from a plurality of pixels included in the imaging device, wherein the imaging unit and the treatment instrument channel are adjacent to each other at the distal end portion, and the imaging device is
- a plane parallel to the element surface on which the pixels are formed is arranged so as to intersect with the central axis of the treatment instrument channel, and is composed of a plurality of pixels for reading out the signal in a pixel formation region composed of all the pixels.
- the center of the cut-out area is arranged near the treatment instrument channel and shifted from the center of the pixel formation area.
- FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2.
- FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
- the endoscope 101 of the present embodiment has a configuration that can be introduced into a subject such as a human body and can optically image a predetermined observation site in the subject.
- the subject into which the endoscope 101 is introduced is not limited to a human body, and may be another living body or an artificial object such as a machine or a building.
- the endoscope 101 of the present embodiment includes an elongated insertion portion 102 introduced into the subject, an operation portion 103 located at the proximal end of the insertion portion 102, and a side portion of the operation portion 103.
- the universal code 104 is mainly configured.
- the insertion portion 102 is provided at the distal end portion 110 disposed at the distal end, the bendable bending portion 109 disposed on the proximal end side of the distal end portion 110, and the proximal end side of the bending portion 109.
- a flexible tube portion 108 having flexibility and connected to the distal end side is continuously provided.
- the distal end portion 110 is provided with an imaging unit 1 including the objective lens 10 and the imaging device 2 and an opening 112 a of the treatment instrument channel 112.
- the endoscope 101 may have a so-called rigid endoscope that does not include a flexible portion in the insertion portion.
- FIG. 2 is a front view of the distal end portion 110 of the insertion portion 102.
- 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. Specifically, the cross section of FIG. 3 includes the central axis A of the treatment instrument channel 112 and the optical axis O of the objective lens 10 of the imaging unit 1.
- 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
- the distal end portion 110 is provided with the imaging unit 1, the opening 112a of the treatment instrument channel 112, and the illumination light emitting portion 113 (not shown in FIG. 3).
- the imaging unit 1 is fixed in a through-hole 111a formed in a distal end hard portion 111, which is a hard member made of metal or synthetic resin, provided in the distal end portion 110.
- the through hole 111 a is formed along the insertion axis that is the longitudinal direction of the distal end portion 110, and the imaging unit 1 is disposed so that the visual field is directed toward the distal end direction of the distal end portion 110.
- a transmission cable 115 such as a coaxial cable extends from the base end side of the imaging unit 1.
- the treatment instrument channel 112 is a pipe line that is inserted into the insertion portion 102, and communicates the opening 112 a that opens to the distal end portion 110 and the opening 112 b that opens to the operation portion 103. For example, by inserting the treatment tool from the opening 112b, the treatment tool can be protruded from the opening 112a of the distal end portion 110 via the treatment tool channel 112.
- the distal end portion of the treatment instrument channel 112 is fixed in a state of being inserted into a through hole 111 b formed in the distal end hard portion 111.
- the through hole 111b is formed adjacent to the through hole 111a and in parallel with the through hole 111a. Therefore, the opening 112 a on the distal end side of the treatment instrument channel 112 opens toward the distal end of the distal end 110 at a location adjacent to the imaging unit 1.
- the opening direction of the opening 112a on the distal end side of the treatment instrument channel 112 substantially coincides with the direction of the visual field of the imaging unit 1, and the treatment tool protruding from the opening 112a enters the visual field of the imaging unit 1.
- the tip of an optical fiber bundle 114 (not shown in FIGS. 2 and 3) inserted into the insertion portion 102 is disposed in the illumination light emitting portion 113.
- the distal ends of the illumination light emitting portion 113 and the optical fiber bundle 114 are fixed to the distal end hard portion 111.
- the optical fiber bundle 114 extends from the distal end hard portion 111 toward the proximal end side of the insertion portion 102.
- the operation unit 103 disposed at the proximal end of the insertion unit 102 is provided with an angle operation knob 106 for operating the bending of the bending unit 109.
- An endoscope connector 105 configured to be connectable to the external device 120 is provided at the base end portion of the universal cord 104.
- the external device 120 to which the endoscope connector 105 is connected includes a light source device, a camera control unit 120a, and an image display unit 121.
- the transmission cable 115 and the optical fiber bundle 114 described above are inserted into the insertion section 102, the operation section 103, and the universal cord 104, and the proximal ends of the transmission cable 115 and the optical fiber bundle 114 are disposed in the endoscope connector 105. Yes.
- the transmission cable 115 is configured to electrically connect the imaging unit 1 and the connector unit 105.
- the imaging unit 1 is electrically connected to the camera control unit 120 a of the external device 120 via the transmission cable 115.
- power is supplied from the external device 120 to the imaging unit 1, and signals are exchanged between the external device 120 and the imaging unit 1.
- the camera control unit 120 a has a configuration that generates a video based on the signal output from the imaging unit 1 and outputs the video to the image display unit 121. That is, in the present embodiment, the optical image captured by the imaging unit 1 is displayed on the image display unit 121 as a video. Note that a part or all of the camera control unit 120 a and the image display unit 121 may be configured integrally with the endoscope 101.
- the optical fiber bundle 114 is configured to transmit the light emitted from the light source device included in the external device 120 to the illumination light emitting unit 113 of the distal end portion 110.
- the illumination light emitting unit 113 is configured to emit the light incident from the optical fiber bundle 114 and illuminate the field of view of the imaging unit 1.
- the light source device may be configured to be disposed in the operation unit 103 or the distal end portion 110 of the endoscope 101.
- the imaging unit 1 includes an objective lens 10 and an imaging element 2.
- the objective lens 10 includes optical elements such as a lens and a filter, and is configured to form a subject image.
- the objective lens 10 is configured by a plurality of lenses arranged on a linear optical axis O.
- the direction toward the subject side along the optical axis O is referred to as the object side, and the opposite direction is referred to as the image side.
- the objective lens 10 is fixed in a cylindrical lens holding portion 11.
- the lens holding part 11 has an outer diameter that fits in the through hole 111a of the hard tip 111, and the lens holding part 11 fits in the through hole 111a, so that the imaging unit for the hard tip 111 is obtained. 1 positioning is performed.
- the optical axis O of the objective lens 10 is parallel to the central axis A of the treatment instrument channel 112 in the distal end hard portion 111.
- the lens holding unit 11 may be composed of a plurality of members divided in the optical axis direction in order to enable focus adjustment.
- the image sensor 2 is disposed on the image side of the objective lens 10.
- the image sensor 2 of the present embodiment is an image sensor that can read a pixel signal from an arbitrary pixel selected from a plurality of pixels such as a MOS image sensor or a CMOS image sensor. A detailed description of the operation principle and the like of the image sensor 2 is well known and will be omitted.
- the image sensor 2 includes an element body 2a in which a plurality of pixels made of photodiodes are formed on an element surface that is one main surface, and a lid glass 2b that is adhered on the element surface to seal the element surface. Including.
- the image sensor 2 is arranged so that the element surface faces the object side and is orthogonal to the optical axis O. That is, a plane parallel to the element surface of the imaging device 2 intersects the central axis A of the treatment instrument channel 112.
- the cover glass 3 is stuck on the object side surface of the lid glass 2b with an adhesive.
- the cover glass 3 has a disk shape with the optical axis O as the central axis, and has an outer diameter that fits into the proximal end portion of the lens holding portion 11. When the cover glass 3 is fitted into the base end portion of the lens holding portion 11, the objective lens 10 and the image pickup device 2 are positioned.
- the cover glass 3 does not have to be directly fitted to the lens holding portion 11.
- the cover glass 3 is configured to be fitted into a cylindrical member that is fitted to the lens holding unit 11, and is positioned to the base end portion of the lens holding unit 11 via the member. Also good.
- the pixel formation region 2c is, for example, a rectangle or a square. That is, the image sensor 2 can convert an optical image formed in the pixel formation region 2c into an electric signal.
- the position of the center (center of gravity) of the pixel formation region 2c is indicated with a symbol C.
- the pixel formation region 2c is arranged such that the center C is located at a position farther from the treatment instrument channel 112 than the optical axis O.
- the optical axis O is located closer to the treatment instrument channel 112 than the center C of the pixel formation region 2c. That is, when viewed from the direction along the optical axis O, the objective lens 10 and the cover glass 3 are arranged so as to be shifted closer to the treatment instrument channel 112 than the center C of the pixel formation region 2c.
- the endoscope 101 does not generate an image to be displayed on the image display unit 121 by using all the pixels in the pixel formation region 2c, but does not generate an image in a region smaller than the pixel formation region 2c.
- a video to be displayed on the image display unit 121 is generated using the pixels of the part. This pixel region used for signal generation for generating a video is defined as a cutout region 2d.
- the optical image formed by the endoscope 101 in the cutout area 2d is converted into an image to be displayed on the image display unit 121, signals from the pixels in which the image sensor 2 is located in the cutout area 2d are displayed.
- a mode in which the drive mode of the image sensor 2 is set so as to output only the image may be used, or after reading signals from all the pixels of the image sensor 2, an image of an area corresponding to the cutout area 2 d is displayed.
- a form in which a pixel is selected and read by the external device 120 and cut out by image processing may be used.
- the shape and size of the cutout area 2d are not particularly limited as long as the cutout area 2d includes a number of pixels necessary for image generation and can be accommodated in the pixel formation area 2c.
- the cutout region 2d is a square.
- the cutout region 2d may be rectangular or circular.
- the shape of the cutout area 2d and the outer shape of the video displayed on the image display unit 121 may not be similar, and the outer shape of the video displayed on the image display unit 121 may be, for example, four square corners dropped. It may be square.
- the cutout region 2d is arranged so that the center (center of gravity) is located closer to the treatment instrument channel 112 than the center C of the pixel formation region 2c.
- the center of the cut-out area 2d is arranged near the treatment instrument channel 112 and shifted from the center C of the pixel formation area 2c. More specifically, the center of the cutout region 2d is arranged near the central axis A of the treatment instrument channel 112 and is shifted from the center C of the pixel formation region 2c.
- the center of the cutout region 2 d is located on the optical axis O of the objective lens 10. Note that the center of the cutout region 2d does not have to coincide with the optical axis O.
- the endoscope 101 receives a pixel signal from an arbitrary pixel selected from a plurality of pixels such as a MOS image sensor and a CMOS image sensor at the distal end portion 110 of the insertion portion 102.
- the imaging unit 1 includes an imaging element 2 that is a readable image sensor, and a treatment instrument channel 112 adjacent to the imaging unit 1. Then, the imaging device 2 treats the center of the cutout region 2d composed of a plurality of pixels for reading out signals for generating an image in the pixel formation region 2c composed of all pixels, rather than the center C of the pixel formation region 2c. It is arranged at a position close to the component channel 112.
- the optical axis O of the objective lens 10 is closer to the treatment instrument channel 112 than the center C of the pixel formation region 2c. Therefore, as shown in FIG. 3, the objective lens 10 disposed closer to the distal end side than the image sensor 2 is positioned closer to the inner side in the radial direction of the distal end portion 110.
- the outer diameter D2 can be made smaller than the outer diameter D1 at the position where the image sensor 2 is disposed. Therefore, an image sensor that can read a pixel signal from an arbitrary pixel selected from a plurality of pixels such as a MOS image sensor or a CMOS image sensor having a relatively large peripheral circuit formed around the pixel formation region is used. In the endoscope 101, the insertion property of the insertion portion can be improved.
- the treatment instrument protruding from the opening 112a of the treatment instrument channel 112 can be accommodated in the field of view of the imaging unit 1 up to the vicinity of the opening 112a. it can. In other words, even if the treatment tool protrudes from the opening 112a with a short distance, it fits within the field of view of the imaging unit 1, so that the treatment tool can be easily operated.
- the imaging device 2 of the present embodiment has a chamfered portion 2 e with a corner dropped at a corner near the treatment instrument channel 112.
- the cutout region 2 d of the image sensor 2 can be brought closer to the radially inner side of the distal end portion 110.
- the cover glass 3 attached to the front surface of the image sensor 2 is circular, but the cover glass 3 may not be circular over the entire circumference.
- the cover glass 3 may be a circle partially cut off along the outer shape of the imaging unit 1.
- the side surface of the cover glass 3 is preferably as far as possible from the cutout region 2d. Therefore, as in the modification shown in FIG. 5, if the outer diameter of the circular cover glass 3 is increased and a part of the cover glass 3 is cut off so as to fit in the outer shape of the imaging unit 1, flare in the image is generated. Can be suppressed.
- the imaging unit 1 in the distal end portion 110, is disposed such that the corner portion where the chamfered portion 2 e of the imaging element 2 is formed is closest to the treatment instrument channel 112.
- the relative positional relationship between the imaging unit 1 and the treatment instrument channel 112 is not limited to this embodiment.
- the imaging unit 1 and the treatment instrument channel 112 are arranged so that the central portion of the short side of the rectangular pixel formation region 2c is closest to the treatment instrument channel 112. Form may be sufficient.
- the center C of the pixel formation region 2 c of the image sensor 2 is more than the center (center of gravity) B of the outer shape of the image sensor 2 when viewed from the direction along the optical axis O. It is arranged at a position close to the treatment instrument channel 112.
- the center C of the pixel formation region 2c is arranged near the treatment instrument channel 112 and shifted from the center B of the outer shape of the imaging device 2. More specifically, the center C of the pixel formation region 2 c is arranged near the center axis A of the treatment instrument channel 112 and shifted from the center B of the outer shape of the image sensor 2.
- the cutout region 2d is arranged such that the center thereof is closer to the treatment instrument channel 112 than the center C of the pixel formation region 2c.
- the center of the cutout region 2 d is located on the optical axis O of the objective lens 10. Note that the center of the cutout region 2d does not have to coincide with the optical axis O.
- the imaging element 2 that is an image sensor that can read a pixel signal from an arbitrary pixel selected from a plurality of pixels, such as a MOS image sensor or a CMOS image sensor.
- the pixel formation region 2 c is provided at a position close to the treatment instrument channel 112. Accordingly, in the present embodiment, it is possible to bring the cutout region 2d of the image sensor 2 closer to the radially inner side of the distal end portion 110 than in the first embodiment, and the distal end portion on the distal end side relative to the image sensor 2
- the outer diameter D2 of 110 can be made thinner.
- the image sensor 2 seals the pixel formation region 2c by sticking the lid glass 2b on the element surface of the element body 2a.
- an adhesive is arranged on the periphery of the pixel formation region 2 c without filling the pixel formation region 2 c with an adhesive.
- a technique of providing an air layer between the lid glass 2b is known. When placed in a high humidity environment like the imaging device 2 of the endoscope 101, this air layer is required to have high airtightness.
- the image pickup device 2 of the present embodiment is formed on the element surface of the element main body 2a by an adhesive portion 4 having a predetermined thickness arranged in a ring shape (frame shape) around the pixel formation region 2c.
- the lid glass 2b is stuck. Since the bonding portion 4 is annular and has a predetermined thickness, an air layer 2f is formed between the pixel formation region 2c and the lid glass 2b.
- the adhesive part 4 is composed of two types of first adhesive 4a and second adhesive 4b having different viscosities before curing.
- the 1st adhesive agent 4a and the 2nd adhesive agent 4b are laminated
- the first adhesive 4a has a higher viscosity before curing than the second adhesive 4b.
- the first adhesive 4a is thicker than the second adhesive 4b, and occupies most of the thickness of the adhesive portion 4.
- the first adhesive 4a having a high viscosity can form the thickness of the adhesive portion 4 without increasing the thickness of the adhesive 4, and the adhesive 4b having a low viscosity.
- the adhesion between the bonding portion 4 and the element body 2a and / or the lid glass 2b can be improved. For this reason, the image sensor 2 of the present embodiment can realize the air layer 2f having high airtightness.
- the ratio of the thicknesses of the first adhesive 4a and the second adhesive 4b may not be constant in the circumferential direction.
- the ratio of the thicknesses of the first adhesive 4a and the second adhesive 4b may change in the circumferential direction of the adhesive portion 4 that is annular.
- FIGS. 10 and 11 even if the ratio of the thicknesses of the first adhesive 4a and the second adhesive 4b changes in the thickness direction (internal and external directions) of the annular adhesive portion 4. Good.
- the bonding portion 4 may be configured by a first adhesive 4 a and a second adhesive 4 b that are stacked in the thickness direction.
- the first adhesive 4a having a high viscosity is disposed at least on the innermost side.
- the second adhesive 4b having a low viscosity can be prevented from flowing onto the pixel formation region 2c in a stage before curing.
- the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification. An endoscope with such a change is also applicable. Moreover, it is included in the technical scope of the present invention.
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Abstract
本発明の内視鏡は、複数の画素のうち選択された任意の画素から画素信号を読み出し可能なイメージセンサである撮像素子及び対物レンズを含む撮像ユニットと処置具チャンネルを挿入部の先端部に備え、前記撮像素子が備える複数の画素から読み出された信号を出力する内視鏡であって、前記先端部において、前記撮像ユニット及び前記処置具チャンネルは隣接しており、前記撮像素子は、全ての画素からなる画素形成領域内において、前記信号を読み出す複数の画素からなる切り出し領域の中心が、前記処置具チャンネル寄りに前記画素形成領域の中心からずれて配置されている。
Description
本発明は、撮像ユニットに例えばMOSイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の複数の画素のうち選択された任意の画素から画素信号を読み出し可能な撮像素子を用いた内視鏡に関する。
生体の体内や構造物の内部等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挿入可能な挿入部の先端部内に、光学像を撮像するための撮像ユニットを具備した内視鏡が、例えば医療分野や工業分野において利用されている。
例えば、日本国特開平10-146312号公報に開示されているように、内視鏡の撮像ユニットは、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撮像素子を具備してなる。内視鏡の撮像ユニットの撮像素子には、CCD(電荷結合素子)が用いられることが多い。
また、挿入部に、先端部から針や鉗子等の処置具を突出させるための処置具チャンネルを備える内視鏡においては、先端部に配設される複数の構成のうち、処置具チャンネル及び撮像ユニットの外径が比較的大きい。このため、処置具チャンネルを備える内視鏡の挿入部の先端部の外径は、処置具チャンネル及び撮像ユニットの外径によって主に定められる。
一般に、撮像素子としての例えばMOSイメージセンサやCMOS(相補型金属酸化膜半導体)イメージセンサ等の複数の画素のうち選択された任意の画素から画素信号を読み出し可能なイメージセンサは、CCDに比して、画素形成領域の周囲に形成される周辺回路が大きい。このため、従来撮像素子としてCCDを使用していた撮像ユニットにおいて、CCDをMOSイメージセンサやCMOSイメージセンサ等に置き換える場合には、撮像素子の外形が大きくなる。このことは、内視鏡の挿入部の外径が大きくなることに繋がるため好ましくない。
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、MOSイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の複数の画素のうち選択された任意の画素から画素信号を読み出し可能な撮像素子を用いた内視鏡において、挿入部の挿入性を向上させることを目的とする。
本発明の一態様の内視鏡は、複数の画素のうち選択された任意の画素から画素信号を読み出し可能な撮像素子及び対物レンズを含む撮像ユニットと処置具チャンネルを挿入部の先端部に備え、前記撮像素子が備える複数の画素から読み出された信号を出力する内視鏡であって、前記先端部において、前記撮像ユニット及び前記処置具チャンネルは隣接しており、前記撮像素子は、前記画素が形成された素子面と平行な平面が前記処置具チャンネルの中心軸と交差するように配設されており、全ての画素からなる画素形成領域内において、前記信号を読み出す複数の画素からなる切り出し領域の中心が、前記処置具チャンネル寄りに前記画素形成領域の中心からずれて配置されている。
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、及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。
(第1の実施形態)
以下に、本発明の実施形態の一例を説明する。まず、図1を参照して、本発明に係る内視鏡101の構成の一例を説明する。本実施形態の内視鏡101は、人体等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可能な構成を有する。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よいし、機械や建造物等の人工物であってもよい。
以下に、本発明の実施形態の一例を説明する。まず、図1を参照して、本発明に係る内視鏡101の構成の一例を説明する。本実施形態の内視鏡101は、人体等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可能な構成を有する。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よいし、機械や建造物等の人工物であってもよい。
本実施形態の内視鏡101は、被検体の内部に導入される細長の挿入部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、先端部110の基端側に配設される湾曲自在な湾曲部109、及び湾曲部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。先端部110には、対物レンズ10及び撮像素子2を含む撮像ユニット1と処置具チャンネル112の開口部112aが配設されている。なお、内視鏡101は、挿入部に可撓性を有する部位を具備しない、いわゆる硬性鏡と称される形態のものであってもよい。
図2は、挿入部102の先端部110の正面図である。図3は、図2においてIII-IIIで示す断面図である。具体的に、図3の断面は、処置具チャンネル112の中心軸Aと、撮像ユニット1の対物レンズ10の光軸Oを含んでいる。図4は、図3のIV-IV断面図である。
図2及び図3に示すように、先端部110には、撮像ユニット1、処置具チャンネル112の開口部112a、及び照明光出射部113(図3には不図示)が設けられている。
撮像ユニット1は、先端部110に設けられた、金属又は合成樹脂からなる硬質の部材である先端硬質部111に形成された貫通孔111a内に固定されている。貫通孔111aは、先端部110の長手方向である挿入軸に沿って形成されており、撮像ユニット1は、先端部110の先端方向に視野を向けるように配設されている。撮像ユニット1の基端側からは、同軸ケーブル等の伝送ケーブル115が延出している。
処置具チャンネル112は、挿入部102内に挿通された管路であり、先端部110に開口する開口部112aと、操作部103に開口する開口部112bとを連通している。例えば、開口部112bから処置具を挿入することにより、処置具チャンネル112を経由して先端部110の開口部112aから処置具を突出させることができる。
処置具チャンネル112の先端部は、先端硬質部111に形成された貫通孔111b内に挿通された状態で固定されている。貫通孔111bは、貫通孔111aに隣接して、貫通孔111aと平行に穿設されている。よって、処置具チャンネル112の先端側の開口部112aは、撮像ユニット1に隣接する箇所において、先端部110の先端方向に向かって開口している。処置具チャンネル112の先端側の開口部112aの開口方向と、撮像ユニット1の視野の方向は略一致しており、開口部112aから突出した処置具は、撮像ユニット1の視野内に入る。
また、照明光出射部113には、挿入部102内に挿通された光ファイバ束114(図2及び図3には不図示)の先端が配設されている。照明光出射部113及び光ファイバ束114の先端は、先端硬質部111に固定されている。光ファイバ束114は、先端硬質部111から挿入部102の基端側に向かって延出する。
挿入部102の基端に配設された操作部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に接続可能に構成された内視鏡コネクタ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、光源装置、カメラコントロールユニット120a及び画像表示部121を含んでいる。
前述した伝送ケーブル115及び光ファイバ束114は、挿入部102、操作部103及びユニバーサルコード104内に挿通され、伝送ケーブル115及び光ファイバ束114の基端は内視鏡コネクタ105に配設されている。
伝送ケーブル115は、撮像ユニット1とコネクタ部105とを電気的に接続するように構成されている。コネクタ部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、伝送ケーブル115を介して外部装置120のカメラコントロールユニット120aに電気的に接続される。この伝送ケーブル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、及び外部装置120と撮像ユニット1との間の信号の授受が行われる。
カメラコントロールユニット120aは、撮像ユニット1から出力された信号に基づく映像を生成し、画像表示部121に出力する構成を有している。すなわち、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が、映像として画像表示部121に表示される。なお、カメラコントロールユニット120a及び画像表示部121の一部又は全部は、内視鏡101と一体に構成される形態であってもよい。
また、光ファイバ束114は、外部装置120が備える光源装置から発せられた光を、先端部110の照明光出射部113にまで伝えるように構成されている。照明光出射部113は、光ファイバ束114から入射した光を出射し、撮像ユニット1の視野を照明するように構成されている。なお、光源装置は、内視鏡101の操作部103や先端部110に配設される構成であってもよい。
次に、撮像ユニット1の詳細な構成について説明する。撮像ユニット1は、対物レンズ10及び撮像素子2を有して構成されている。
対物レンズ10は、レンズ、フィルタ等の光学素子を含み、被写体像を結像するように構成されている。本実施形態では一例として、対物レンズ10は、直線状の光軸O上に配置された複数のレンズによって構成されている。以下においては、光軸Oに沿って被写体側へ向かう方向を物体側と称し、その反対の方向を像側と称するものとする。
対物レンズ10は、円筒状のレンズ保持部11内に固定されている。レンズ保持部11は、先端硬質部111の貫通孔111a内に嵌合する外径を有しており、レンズ保持部11が貫通孔111a内に嵌合することによって、先端硬質部111に対する撮像ユニット1の位置決めがなされる。対物レンズ10の光軸Oは、先端硬質部111内における処置具チャンネル112の中心軸Aと平行となる。なお、レンズ保持部11は、焦点調節を可能とするため、光軸方向に分割された複数の部材によって構成されていてもよい。
対物レンズ10の像側には、撮像素子2が配設されている。本実施形態の撮像素子2は、例えばMOSイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の複数の画素のうち選択された任意の画素から画素信号を読み出し可能なイメージセンサである。このような撮像素子2の動作原理等の詳細な説明については、公知のものであるため省略する。
撮像素子2は、一方の主面である素子面上にフォトダイオードからなる複数の画素が形成された素子本体2aと、素子面を封止するために素子面上に貼着されたリッドガラス2bとを含む。撮像素子2は、素子面が物体側を向き、かつ光軸Oに直交するように配置されている。すなわち、撮像素子2の素子面と平行な平面は、処置具チャンネル112の中心軸Aと交差する。
リッドガラス2bの物体側の面上には、カバーガラス3が接着剤により貼着されている。カバーガラス3は、光軸Oを中心軸とした円板形状であり、レンズ保持部11の基端部内に嵌合する外径を有している。カバーガラス3が、レンズ保持部11の基端部内に嵌合することによって、対物レンズ10と撮像素子2との位置決めがなされる。
なお、カバーガラス3は、レンズ保持部11に直接嵌合する形態でなくともよい。例えば、カバーガラス3は、レンズ保持部11に嵌合する筒状の部材内に嵌合する形態であって、レンズ保持部11の基端部に当該部材を介して位置決めされる形態であってもよい。
図3及び図4に示すように、撮像素子2の素子本体2aの素子面において、全ての画素は、所定の配列で画素形成領域2c内に形成されている。画素形成領域2cは、例えば長方形又は正方形である。すなわち、撮像素子2は、画素形成領域2c内に結像された光学像を電気信号に変換することができる。図4では、画素形成領域2cの中心(重心)の位置に符号Cを付して示している。
本実施形態では、画素形成領域2cは、中心Cが、光軸Oよりも処置具チャンネル112から遠い箇所に位置するように配置されている。言い換えれば、本実施形態においては、光軸Oは、画素形成領域2cの中心Cよりも処置具チャンネル112に近い箇所に位置している。すなわち、光軸Oに沿う方向から見た場合に、対物レンズ10及びカバーガラス3は、画素形成領域2cの中心Cよりも処置具チャンネル112寄りにずれて配置されている。
ここで、本実施形態の内視鏡101は、画素形成領域2cの全体の画素を用いて画像表示部121に表示する映像を生成するのではなく、画素形成領域2cよりも小さい領域内の一部の画素を用いて画像表示部121に表示する映像を生成する。この、映像を生成するための信号生成に用いられる画素の領域を、切り出し領域2dと定義する。
なお、内視鏡101が切り出し領域2d内に結像された光学像を、画像表示部121に表示する映像に変換するにあたっては、撮像素子2が前記切り出し領域2d内に位置する画素からの信号のみを出力するように撮像素子2の駆動モードを設定する形態が用いられてもよいし、撮像素子2の全ての画素からの信号を読み出した後に、切り出し領域2d内に相当する領域の映像を外部装置120にて画素を選択して読み出し、画像処理で切り出す形態が用いられてもよい。
切り出し領域2dの形状及び大きさは、映像の生成に必要な数の画素を含み、画素形成領域2c内に収まるものであれば特に限定されるものではない。本実施形態では一例として、切り出し領域2dは正方形である。切り出し領域2dは、矩形であってもよいし円形であってもよい。また、切り出し領域2dの形状と、画像表示部121に表示する映像の外形とは相似形でなくともよく、画像表示部121に表示する映像の外形は、例えば正方形の4つの角を落とした8角形であってもよい。
切り出し領域2dは、図4に示すように、中心(重心)が、画素形成領域2cの中心Cよりも処置具チャンネル112に近い箇所に位置するように配置されている。言い換えるならば、切り出し領域2dの中心は、処置具チャンネル112寄りに画素形成領域2cの中心Cからずれて配置されている。より詳細には、切り出し領域2dの中心は、処置具チャンネル112の中心軸A寄りに画素形成領域2cの中心Cからずれて配置されている。本実施形態では一例として、切り出し領域2dの中心は、対物レンズ10の光軸O上に位置している。なお、切り出し領域2dの中心は、光軸Oと一致しなくてもよい。
以上に説明したように、本実施形態の内視鏡101は、挿入部102の先端部110に、MOSイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の複数の画素のうち選択された任意の画素から画素信号を読み出し可能なイメージセンサである撮像素子2を含む撮像ユニット1と、撮像ユニット1に隣接する処置具チャンネル112とを有して構成されている。そして、撮像素子2は、全ての画素からなる画素形成領域2c内において、映像を生成するための信号を読み出す複数の画素からなる切り出し領域2dの中心が、画素形成領域2cの中心Cよりも処置具チャンネル112に近い位置に配置されている。
このような構成を有する内視鏡101では、対物レンズ10の光軸Oが、画素形成領域2cの中心Cよりも処置具チャンネル112に近づく。したがって、図3に示すように、撮像素子2よりも先端側に配設される対物レンズ10が先端部110の径方向内側に寄って位置するため、撮像素子2よりも先端側の先端部110の外径D2を、撮像素子2が配置された位置の外径D1よりも細くすることができる。このため、画素形成領域の周囲に形成される周辺回路が比較的大きいMOSイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の複数の画素のうち選択された任意の画素から画素信号を読み出し可能なイメージセンサを用いた内視鏡101において、挿入部の挿入性を向上させることができる。
また、対物レンズ10の光軸Oを処置具チャンネル112に近づけることによって、処置具チャンネル112の開口部112aから突出する処置具を、開口部112aの近傍まで撮像ユニット1の視野内に収めることができる。すなわち処置具が開口部112aから突出距離が短くても撮像ユニット1の視野内に収まるため、処置具の操作が容易となる。
なお、本実施形態の撮像素子2は、図4に示すように、処置具チャンネル112に近接する角部に、角を落とした面取り部2eが形成されている。このように、撮像素子2の角部に面取り部2eを形成することによって、撮像素子2の切り出し領域2dを先端部110の径方向内側により寄せることが可能となる。
なお、以上に説明した実施形態では、撮像素子2の前面に貼着されたカバーガラス3が円形であるが、カバーガラス3は、全周にわたって円形でなくともよい。例えば、図5に示す変形例のように、カバーガラス3は、撮像ユニット1の外形に沿って一部が切り落とされた円形であってもよい。
カバーガラス3の側面における光の反射は映像におけるフレアの原因となるため、カバーガラス3の側面は、切り出し領域2dからできるだけ遠いことが好ましい。そこで、図5に示す変形例のように、円形であるカバーガラス3の外径を大きくし、撮像ユニット1の外形に収まるように一部を切り落とした形状とすれば、映像におけるフレアの発生を抑制することができる。
また、以上に説明した実施形態では、先端部110内において、撮像ユニット1は、撮像素子2の面取り部2eが形成された角部が、処置具チャンネル112に最も近接するように配設されているが、撮像ユニット1と処置具チャンネル112との相対的な位置関係は本実施形態に限定されるものではない。例えば、図6に一例として示すように、矩形である画素形成領域2cの短辺の中央部が、処置具チャンネル112に最も近接するように、撮像ユニット1と処置具チャンネル112が配設される形態であってもよい。
(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態を説明する。以下では第1の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第1の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
以下に、本発明の第2の実施形態を説明する。以下では第1の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第1の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
本実施形態では、図7に示すように、撮像素子2の画素形成領域2cの中心Cが、光軸Oに沿う方向から見た場合の撮像素子2の外形の中心(重心)Bよりも、処置具チャンネル112に近い位置に配置されている。言い換えれば、画素形成領域2cの中心Cは、処置具チャンネル112寄りに撮像素子2の外形の中心Bからずれて配置されている。より詳細には、画素形成領域2cの中心Cは、処置具チャンネル112の中心軸A寄りに撮像素子2の外形の中心Bからずれて配置されている。
そして、第1の実施形態と同様に、切り出し領域2dは、その中心が、画素形成領域2cの中心Cよりも処置具チャンネル112に近い位置に配置されている。本実施形態では一例として、切り出し領域2dの中心は、対物レンズ10の光軸O上に位置している。なお、切り出し領域2dの中心は、光軸Oと一致しなくてもよい。
このように、本実施形態の内視鏡101では、MOSイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の、複数の画素のうち選択された任意の画素から画素信号を読み出し可能なイメージセンサである撮像素子2の素子面上において、画素形成領域2cを、処置具チャンネル112に寄せた位置に設けている。これにより、本実施形態では、第1の実施形態に比して、撮像素子2の切り出し領域2dを先端部110の径方向内側により寄せることが可能となり、撮像素子2よりも先端側の先端部110の外径D2をより細くすることができる。
(第3の実施形態)
以下に、本発明の第3の実施形態を説明する。以下では第1の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第1の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
以下に、本発明の第3の実施形態を説明する。以下では第1の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第1の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
前述のように、撮像素子2は、素子本体2aの素子面上にリッドガラス2bを貼着する事により、画素形成領域2cを封止している。撮像素子2の画素に到達する光量を上げるために、画素形成領域2c上には接着剤を充填せずに、画素形成領域2cの周囲に環状に接着剤を配置することによって、素子本体2aとリッドガラス2bとの間に空気層を設ける技術が知られている。内視鏡101の撮像素子2ように、高い湿度の環境下におかれる場合、この空気層には高い気密性が求められる。
本実施形態の撮像素子2は、図8に示すように、画素形成領域2cの周囲に環状(枠状)に配置された所定の厚さの接着部4によって、素子本体2aの素子面上にリッドガラス2bが貼着されている。接着部4が環状であり所定の厚さを有することから、画素形成領域2cとリッドガラス2bとの間には、空気層2fが形成される。
接着部4は、硬化前の粘度が異なる2種類の第1接着剤4a及び第2接着剤4bによって構成されている。第1接着剤4a及び第2接着剤4bは、接着部4の厚さ方向に積層されており、第2接着剤4bは、第1接着剤4aと素子本体2a及び/又はリッドガラス2bとの間に配設されている。第1接着剤4aは、第2接着剤4bに対して硬化前の粘度が高い。また、第1接着剤4aは、第2接着剤4bよりも厚く、接着部4の厚さの大部分を占めている。
このような本実施形態では、粘度の高い第1接着剤4aによって、接着剤4を太くすることなく接着部4の厚さを一定に形成することができ、かつ、粘度の低い接着剤4bによって、接着部4と素子本体2a及び/又はリッドガラス2bとの密着性を高めることができる。このため、本実施形態の撮像素子2は、高い気密性を有する空気層2fを実現できる。
なお、接着部4において、第1接着剤4aと第2接着剤4bの厚さの比率は、周方向に一定でなくともよい。例えば、図9に示すように、第1接着剤4a及び第2接着剤4bの厚さの比率が、環状である接着部4の周方向について変化してもよい。また、図10及び図11に示すように、第1接着剤4a及び第2接着剤4bの厚さの比率が、環状である接着部4の太さ方向(内外の方向)について変化してもよい。
また、図12及び図13に示すように、接着部4は、太さ方向に積層された第1接着剤4a及び第2接着剤4bによって構成されていてもよい。この場合、粘度の高い第1接着剤4aが、少なくとも最も内側に配設される。粘度の高い第1接着剤4aを最も内側に配設することにより、粘度の低い第2接着剤4bが硬化前の段階において画素形成領域2c上に流れ込むことを防止できる。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内視鏡もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
本出願は、2013年10月17日に日本国に出願された特願2013-216566号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
Claims (5)
- 複数の画素のうち選択された任意の画素から画素信号を読み出し可能な撮像素子及び対物レンズを含む撮像ユニットと処置具チャンネルを挿入部の先端部に備え、前記撮像素子が備える複数の画素から読み出された信号を出力する内視鏡であって、
前記先端部において、前記撮像ユニット及び前記処置具チャンネルは隣接しており、
前記撮像素子は、前記画素が形成された素子面と平行な平面が前記処置具チャンネルの中心軸と交差するように配設されており、全ての画素からなる画素形成領域内において、前記信号を読み出す複数の画素からなる切り出し領域の中心が、前記処置具チャンネル寄りに前記画素形成領域の中心からずれて配置されている
ことを特徴とする内視鏡。 - 前記切り出し領域の中心が、前記処置具チャンネルの中心軸寄りに前記画素形成領域の中心からずれて配置されていることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡。
- 前記画素形成領域の中心が、前記処置具チャンネル寄りに前記撮像素子の外形の中心からずれて配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の内視鏡。
- 前記画素形成領域の中心が、前記処置具チャンネルの中心軸寄りに前記撮像素子の外形の中心からずれて配置されていることを特徴とする請求項3に記載の内視鏡。
- 前記対物レンズは、光軸が前記処置具チャンネルの中心軸と平行であり、
前記切り出し領域の中心は、前記光軸上に位置していることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の内視鏡。
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- 2016-02-11 US US15/041,154 patent/US9661997B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
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Ref document number: 14854595 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14854595 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |