| 【発明の名称】 |
内視鏡の対物光学系保持構造 |
| 【発明者】 |
【氏名】荻野 隆之
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| 【要約】 |
【課題】第１レンズにおける外周面の幅及び鏡枠に対する嵌合代を大きくした場合でも、それに応じて第１レンズの射出面の深さを深くする必要がない内視鏡の対物光学系を、提供する。
【解決手段】鏡枠８は、その内部に形成された貫通孔内に、第２レンズ９乃至第４レンズ１３を、順番に固定している。この鏡枠８の先端面には、貫通孔の開口を含む中心部近傍が、その周囲よりも突出している。第１レンズ１４の後端面中心には、鏡枠８の先端面に嵌合する凹部が形成されている。この凹部の底面には、物体からの光を第２レンズに向けて射出する球凹面である射出面が、形成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】複数のレンズからなる対物光学系を、内視鏡の先端部に固定するための保持構造であって、その後端面の中心に凹部が形成されているとともに、前記凹部の底面に被写体からの光を射出する凹曲面が形成されている前記対物光学系の第１レンズと、前記対物光学系に含まれるレンズのうち前記第１レンズ以外の少なくとも一つのレンズを保持する貫通孔を有し、その先端面の中心に前記凹部に嵌入する突出部が形成されているとともに、この突出部の中心に前記貫通孔が開口している鏡枠とを備えることを特徴とする内視鏡の対物光学系保持構造。
【請求項２】前記突出部及び前記凹部の横断面形状は、同径の円形であることを特徴とする請求項１記載の内視鏡の対物光学系保持構造。
【請求項３】前記突出部の端面形状は平面であり、前記凹部の底面のうち前記凹曲面以外の部分の形状は平面であることを特徴とする請求項１又は２記載の内視鏡の対物光学系保持構造。
【請求項４】前記突出部の突出量及び前記凹部の深さが略同じ大きさであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内視鏡の対物光学系保持構造。
【請求項５】前記凹曲面は球凹面であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の内視鏡の対物光学系保持構造。
【請求項６】前記第１レンズの外径と前記鏡枠の外径とが同径であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の内視鏡の対物光学系保持構造。
【請求項７】複数のレンズからなる対物光学系を、内視鏡の先端部に固定するための保持構造であって、その後端面の外縁上に複数の突起が形成されているとともに、その後端面の中心に被写体からの光を射出する凹曲面が形成されている前記対物光学系の第１レンズと、前記対物光学系に含まれるレンズのうち前記第１レンズ以外の少なくとも一つのレンズを保持する貫通孔を有し、その先端面の外縁に前記複数の突起が嵌入する複数の切欠が形成されているとともに、前記先端面の中心に前記貫通孔が開口している鏡枠とを備えることを特徴とする内視鏡の対物光学系保持構造。
【請求項８】前記凹曲面は球凹面であることを特徴とする請求項７記載の内視鏡の対物光学系保持構造。
【請求項９】前記第１レンズの外径と前記鏡枠の外径とが同径であることを特徴とする請求項７又は８記載の内視鏡の対物光学系保持構造。
【請求項１０】前記鏡枠は金属製であることを特徴とする請求項１又は７記載の内視鏡の対物光学系保持構造。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内視鏡の対物光学系に関し、特に、観察窓としての第１レンズを金属製の鏡枠の先端に固定した対物光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】内視鏡の対物光学系を構成する複数のレンズは、使用中における相互の軸ズレを避けるために、単一の鏡枠内にはめ込まれている。このような鏡枠は、機械的な強度を確保するために、また、内視鏡がいわゆる電子内視鏡である場合には固体撮像素子に対する電気シールドの一部を構成する必要から、金属から形成されている。
【０００３】図４に、従来における内視鏡の対物光学系の一例として、電子内視鏡に内蔵されている対物光学系の断面図を示す。図４において、合成樹脂から形成される先端部本体６０には、被検物をビデオ撮影する撮影ユニットＡを組み込むための貫通孔６０ａが、その軸方向に沿って穿たれている。この撮影ユニットＡの先端には、対物光学系５３〜５５，５８を固定している金属製の鏡枠５２が、取り付けられている。
【０００４】ところで、このような金属製の鏡枠５２には、内視鏡内でリークした電流（例えば、固体撮像素子の駆動電流や高周波処置具に流す高周波電流）が流れ込んでしまう危険があるので、この鏡枠５２は、先端部本体６０の表面に露出せぬ様構成されなければならない。また、対物光学系は広角レンズであるので、その第１レンズ５８は、できる限り大口径の平凹レンズにすることが望ましい。
【０００５】以上の理由により、従来、対物光学系の第１レンズ５８は、鏡枠５２と同外径とされ、この鏡枠５２の先端面にはめ合わされることによって、鏡枠５２を先端部本体６０の外部に対して絶縁している。具体的に説明すると、図４に示すように、鏡枠５２の先端面には、その貫通孔の内径よりも大径の円形凹部５２ａが形成される。また、第１レンズ５８の後端面（鏡枠５２に対向した面）には、円形凹部５２ａの内径と同じ外径の嵌合部５８ａが、突出するように形成されている。そして、この嵌合部５８ａの中心には、被写体からの光を鏡枠５２内に射出する第２面５２ｂが、堀込み加工によって形成されている。このような構成により、嵌合部５８ａが円形凹部５２ａに嵌合することによって、第１レンズ５８の鏡枠５２に対する芯出しがなされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、鏡枠５２の先端部本体５０外部に対する絶縁性は、鏡枠５２の先端面外縁と先端部本体６０外面との間の距離が長い程向上する。従って、第１レンズ５８における外周面の幅（図４におけるα）は、できるだけ大きく確保しなければならない。
【０００７】しかしながら、従来における内視鏡の対物光学系によると、第１レンズ５８における第２面５８ｂ（被写体からの光を射出する球凹面）の外縁は、第１レンズ５８の外周面の後端よりも後方に位置している。一方、第１レンズ５８の第１面５８ｃから第２面５８ｂの頂点までの距離（即ち，光軸上でのレンズ厚）は、光学設計に従って自ずから制限されている。その結果、第１レンズ５８における外周面の幅を或る程度確保しようとすると、第２面５８ｂの堀込み深さ（第２面５８ｂの外縁から頂点までの光軸方向における距離，図４におけるβ）を大きくしなければならなかったが、このように堀込み深さを大きくすると、レンズ加工が困難となる。特に、第２面５８ｂの曲率半径が小さい場合には、堀込み深さβが大きいと加工性が悪くなり、場合によって加工不可能となってしまう。
【０００８】なお、第１レンズ５８と鏡枠５２の先端面との間にスペーサを置くことによって、加工すべき堀込み深さβを小さくすることも考えられるが、そのようにすると、嵌合部５８ａの円形凹部５２ａに対する嵌合代が小さくなってしまうので、第１レンズ５８と鏡枠５８ａとの芯出し精度が不安定になってしまう。
【０００９】また、従来における内視鏡の対物光学系によると、第１レンズ５８における嵌合部５８ａの側壁は第２面５８ｂに対向しているので、ここでの反射光が、迷光として第２面５８ｂを透過して第２レンズ５３に入射してしまう問題がある。
【００１０】本発明の課題は、上記問題に鑑み、第１レンズにおける外周面の幅及び鏡枠に対する嵌合代を大きくした場合でもそれに応じて凹曲面である第１レンズの射出面の深さを深くする必要の無い内視鏡の対物光学系の提供を、課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題を解決するために以下の構成を採用する。すなわち、請求項１記載の発明は、複数のレンズからなる対物光学系を内視鏡の先端部に固定するための保持構造であって、その後端面の中心に凹部が形成されているとともに、前記凹部の底面に被写体からの光を射出する凹曲面が形成されている前記対物光学系の第１レンズと、前記対物光学系に含まれるレンズのうち前記第１レンズ以外の少なくとも一つのレンズを保持する貫通孔を有し、その先端面の中心に前記凹部に嵌入する突出部が形成されているとともに、この突出部の中心に前記貫通孔が開口している鏡枠とを、備えることを特徴とする。
【００１２】このように構成されると、第１レンズにおける外周面の後端は、凹部の底面，即ち、曲凹面の外縁よりも、光軸方向において後方に位置している。従って、第１レンズの外周面の幅を大きくとっても、凹部内における第１レンズの厚さは、外周面の幅とは無関係に小さくすることができる。従って、凹曲面の面積が確保できる限度内で、凹曲面の堀込み深さを小さくすることができる。また、凹部の側壁は凹曲面に対向していないので、この側壁での反射光が、迷光として第２レンズに入射することがない。
【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１の突出部及び凹部の横断面形状が、同径の円形であることで、特定したものである。請求項３記載の発明は、請求項１又は２の突出部の端面形状が平面であり、前記凹部の底面のうち前記凹曲面以外の部分の形状が平面であることで、特定したものである。
【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れかにおける突出部の突出量及び前記凹部の深さが略同じ大きさであることで、特定したものである。請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れかにおける凹曲面が球凹面であることで、特定したものである。
【００１５】請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れかにおける第１レンズの外径と鏡枠の外径とが同径であることで、特定したものである。請求項７記載の発明は、複数のレンズからなる対物光学系を内視鏡の先端部に固定するための保持構造であって、その後端面の外縁上に複数の突起が形成されているとともに、その後端面の中心に被写体からの光を射出する凹曲面が形成されている前記対物光学系の第１レンズと、前記対物光学系に含まれるレンズのうち前記第１レンズ以外の少なくとも一つのレンズを保持する貫通孔を有し、その先端面の外縁に前記複数の突起が嵌入する複数の切欠が形成されているとともに、前記先端面の中心に前記貫通孔が開口している鏡枠とを備えることを特徴とする。
【００１６】このように構成されると、第１レンズにおける外周面の後端は、凹曲面の外縁よりも前方には位置していない。従って、第１レンズの外周面の幅を大きくとっても、凹曲面の外縁における第１レンズの厚さが外周面の幅よりも大きくなることはない。従って、凹曲面の堀込み深さが大きくなることはない。また、突起の側面は凹曲面に対向していないので、この側面での反射光が、迷光として第２レンズに入射することがない。
【００１７】請求項８記載の発明は、請求項７の凹曲面が球凹面であることで、特定したものである。請求項９記載の発明は、請求項７又は８の第１レンズの外径と前記鏡枠の外径とが同径であることで、特定したものである。
【００１８】請求項１０記載の発明は、請求項１の鏡枠が金属製であることで、特定したものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
【実施形態１】図１は、本発明が適用された電子内視鏡の先端部の縦断面図である。この先端部は、被検者の体腔内に挿入される可撓管（図示略）の先端に、術者の遠隔操作によって湾曲する湾曲部（図示略）を介して接続されている。この先端部は、軸方向に多数の貫通孔が形成された円柱型形状の合成樹脂からなる先端部本体１６と、各貫通孔に取り付けられた部品ユニット（例えば、図示せぬ照明用貫通孔に挿入されたライトガイドファイバ及び配光レンズ，図示せぬ送気用孔に固定された送気パイプ及び送気ノズル，等）とから、構成されている。図１は、貫通孔の一つである撮影用貫通孔１６ａ近傍における先端部の縦断面を、部分的に示している。
【００２１】図１において、撮影用貫通孔１６ａには、被検者の体腔内をビデオ撮影する撮影ユニットＡが、その後方（図の右方，以下、同じ）から挿入・固定されている。この撮影ユニットＡの後方においては、金属製のシールドパイプ１が、その外殻をなしている。そして、このシールドパイプ１の後端部近傍には、ＣＣＤからなる固体撮像素子４が、その撮像面を前方（図の左方，以下、同じ）に向けて、回路基板３を介して接続されている。この固体撮像素子４の撮像面には、赤外線カットフィルタ及びローパスフィルタからなるフィルタ５が固着されている。なお、上述した回路基板３は、固体撮像素子４に入出力される信号に対する処理を行う処理回路（図示略）を、当該固定撮像素子４及び図示せぬ可撓管内に挿通された信号ケーブル（図示略）に対して電気的に接続している。
【００２２】一方、シールドパイプ１の先端には、内径が軸方向において大小２段階に変化している金属製のマスク枠６が、内径が大きい方の端部を後方に向けて、嵌入・固定されている。このマスク枠６の後端近傍には、固体撮像素子４の撮像面に写り込む映像の外縁形状を規制するとともに迷光を遮るための遮光用マスク７が、固定されている。
【００２３】また、マスク枠６の先端には、その中心軸に沿って貫通孔が形成されている筒状部材である金属製の鏡枠８が、嵌入・固定されている。この鏡枠８は、マスク枠６に嵌入される小径部８ａと、シールドパイプ１及びマスク枠６の前方に在ってマスク枠６の内径よりも大径，且つ同外径よりも小径の外径を有する大径部８ｂとから、構成されている。そして、小径部８ａの後端は、マスク枠６に挿入された状態において、遮光マスク７の直前にまで達している。また、この鏡枠８の貫通孔の内径は、小径部８ａにおいては比較的大きく、大径部８ｂにおいては比較的小さい。そして、この小径部８ａの内部には、環状スペーサ１０を挟んで前方から順に、凹面を前方に向けた正メニスカスレンズである第２レンズ９，及び，平面を前方に向けた平凸レンズである第３レンズ１１が、夫々固定されている。また、小径部８ａの後端には、第３レンズ１１との間に環状スペーサ１２を挟んで、凸面を前方に向けた平凸レンズである第４レンズ１３が固定されている。なお、第３レンズ１１の平面（物体側面）には、絞り１７が貼り付けられている。
【００２４】一方、鏡枠８の先端近傍の外周は、肉厚が他の部分の半分程度となるように研削されている。この研削により、鏡枠８の先端面の形状は、突出部（突出嵌合部８ｃ）がその中心に形成された形状となっている。この突出部８ｃの端面形状は、貫通孔の開口をその中心に有する円形の平面であり、その外周面の横断面形状も円形である。
【００２５】この鏡枠８の先端に嵌合する第１レンズ１４は、第１面としての平面を物体側（前方）に向けた平凹レンズである。この第１レンズ１４は、鏡枠８の外径と同径のガラス円板に対し以下の加工工程を施すことによって形成される。即ち、このガラス円板の一端面に、鏡枠８の突出嵌合部８ｃの外径と同じ内径を有する横断面円形の平ザグリ１４ａを、鏡枠８と同軸に、突出嵌合部８ｃの突出量と略同じ深さとなるまで研削して形成する。そして、その平ザグリ１４ａの底面である平面の中心に、球凹面（凹曲面）からなる第２面１４ｂを堀込み加工するのである。このようにして成形された第１レンズ１４は、その平ザグリ１４ａ内に鏡枠８の突出嵌合部８ｃを嵌合させることによって、鏡枠８に対して芯出しされた状態で固定される。この状態においては、第１レンズ１４と鏡枠８の大径部８ｂとの外周面同士とは、互いに面一となる。
【００２６】このように外周面同士が面一となって一体に固定された第１レンズ１４及び鏡枠８の大径部８ｂには、鏡枠８を外部に対して絶縁するために合成樹脂から成形された絶縁枠１５が、被せられている。この絶縁枠１５は、第１レンズ１４及び鏡枠８の大径部８ｂの外径と同じ内径の内周面を有しており、この内周面が第１レンズ１４及び鏡枠８の大径部８ｂの外周面に対して液密に接着されている。また、この絶縁枠１５の外周面における後端近傍はシールドパイプ１と同径であるが、それ以外は若干大径となっている。この段差を埋めるように、絶縁テープ２が絶縁枠１５に巻き付けられている。
【００２７】この絶縁テープ２は、続けて、シールドパイプ１の外周にも巻き付けられており、撮影ユニットＡ全体を均一外径にしている。また、この絶縁テープ２は、絶縁枠１５及び第１レンズ１４とともに、撮影ユニットＡ全体を外部に対して絶縁している。
【００２８】以上のように構成された撮影ユニットＡは、第１レンズ１４〜第４レンズ１３によって構成される対物光学系が形成する被写体像の像面と固体撮像素子４の撮像面とが一致する様調整された後に、先端部本体１６の後端から撮影用貫通孔１６ａ内に挿入され、その先端（絶縁枠１５の先端）が先端部本体１６の先端面に対して面一となる位置において、図示せぬシール作用のある接着剤によって先端部本体１６に対して固定される。
【００２９】次に、以上のように構成された本実施形態による電子内視鏡の対物光学系の作用を説明する。本実施形態による第１レンズ１４には、その後端面に平ザグリ１４ａが形成されている。従って、第１レンズ１４の外周面の幅αを大きくとっても、平ザグリ１４ａ内における第１レンズ１４の厚さを、外周面の幅αに連動させて大きくする必要はない。従って、平ザグリ１４ａ内における第１レンズ１４の厚さは、α未満の範囲内において、任意に設定することができる。このように、平ザグリ１４ａ内における第１レンズ１４の厚さを任意に設定できるので、第１レンズ１４の第２面１４ｂの堀込み深さ（図１のβ）は、第２レンズ９に対して十分な光束を射出できる面積を確保可能な最低限の深さとすることができる。
【００３０】例えば、第２面１４ｂの曲率半径が大きい場合には、第２面１４ｂの外縁が鏡枠８の内縁に一致する程度に、平ザグリ１４ａ内における第１レンズ１４の厚さを薄くする。このようにすれば、第２面１４ｂの堀込み深さβを浅くすることができる。
【００３１】これに対して、第２面１４ｂの曲率半径が小さい場合には、平ザグリ１４ａの深さを確保しつつ、平ザグリ１４ａ内における第１レンズ１４の厚さを或る程度厚くして、第２レンズ９に対して十分な光束を射出できる程度に第２面１４ｂの面積を確保する。その上で、図１に示すように、鏡枠８の先端面から若干奥まった位置に第２レンズ９を固定することによって、第２面１４ｂと第２レンズ９との間を離間させる。このようにすれば、第２面１４ｂの堀込み深さβを浅くすることができる。
【００３２】以上の説明したように、本実施形態の内視鏡の対物光学系によれば、平ザグリ１４ａを第１レンズ１４に設けるとともに、この平ザグリ１４ａに嵌合する突出嵌合部８ｃを鏡枠８に設けたので、第１レンズ１４の外周面の後端は、第２面１４ｂの外縁よりも光軸方向において後方に位置する。従って、第１レンズ１４の外周面の幅を任意に大きくすることができるので、鏡枠８の先端部本体１６の外部に対する絶縁性が良好になるとともに、平ザグリ１４ａ内における第１レンズ１４の幅を（第１レンズ１４の外周面の幅未満の）任意の大きさにできるので、第２面１４ｂの堀込み深さβを第２面１４ｂの曲率半径に応じた最小限の深さにすることができるので、第２面１４ｂの堀込み加工が容易になる。
【００３３】なお、本実施形態による第１レンズ１４においては、平ザグリ１４ａの側壁（即ち、第１レンズ１４の後端面における段差）は、第２面１４ｂには対向せず、第１レンズ１４の外周面に対向している。従って、平ザグリ１４ａの側壁での反射光は、第２面１４ｂから射出される事無く、第１レンズ１４と鏡枠８との接合面全域に塗布された黒色塗料によって吸収される。
【００３４】
【実施形態２】図２は、本発明の第２の実施形態による内視鏡の対物光学系を構成する第１レンズ２４を、第２面２４ｃ側から見た状態を示す斜視図である。また、図３は、本第２実施形態による鏡枠２８を、先端面側から見た状態を示す斜視図である。本第２実施形態におけるその他の構成は、第１実施形態のものと全く同じであるので、その説明を省略する。
【００３５】図２に示すように、第１レンズ２４の後端面には、平ザグリ１４ａが形成される代わりに、略円弧状の横断面形状を有する２つの突起２４ｂ，２４ｂが形成されている。そして、当該後端面の中心には、球凹面（凹曲面）状の第２面が、堀込み加工されている。
【００３６】一方、図３に示すように、鏡枠２８は、第１レンズ２４と同じ外径を有している。そして、鏡枠２８の先端面には、鏡枠２８と第１レンズ２４とが同軸に接合されたときに突起２４ｂ，２４ｂに係合する切り欠き（突起２４ｂ，２４ｂと同横断面形状を有する切り欠き）２８ａ，２８ａが、形成されている。
【００３７】従って、突起２４ｂ，２４ｂを切り欠き２８ａ，２８ａに係合させて第１レンズ２４と鏡枠２８とを接合させると、両者が相互に芯出しされた状態となる。この状態では、第１レンズ２４における突起２４ｂ，２４ｂの後端は、光軸方向において、第２面２４ｃの外縁２４ａよりも後方に位置している。また、第１レンズ２４の後端面の外縁（突起２４ｂ，２４ｂを除く）は、光軸方向において第２面２４ｃの外縁と同位置にある。従って、内視鏡先端部の外部に対する鏡枠の絶縁性を確保するために第１レンズ２４の外周面の幅を大きくとっても、第２面２４ｃの外縁における第１レンズ２４の厚さが、外周面の幅よりも大きくなることはない。従って、第２面２４ｃの堀込み深さが大きくなることはない。また、突起２４ｂ，２４ｂの側壁は凹曲面に対向していないので、この側壁での反射光が、迷光として第２レンズ９に入射することがない。
【００３８】
【発明の効果】本発明の内視鏡の対物光学系によれば、第１レンズにおける外周面の幅及び鏡枠に対する嵌合代を大きくした場合でも、それに応じて凹面である第１レンズの射出面の深さを深くする必要は無く、射出面の曲率半径に応じて任意に設定することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００５２７
【氏名又は名称】旭光学工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）８月２８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】金井 英幸
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| 【公開番号】 |
特開平１１−５６７７６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）３月２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２３３１２１ |
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