JP2014226374A

JP2014226374A - 内視鏡先端構造および内視鏡

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Publication number: JP2014226374A
Application number: JP2013109117A
Authority: JP
Inventors: 考俊五十嵐; Narutoshi Igarashi
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-12-08
Also published as: WO2014188787A1

Abstract

【課題】従来の構造に比べ、内視鏡の先端部を細径化でき、挿入部の細径化に繋がる内視鏡先端構造および内視鏡の提供。
【解決手段】内視鏡２の挿入部４の先端部３１に配設され、被検体の観察像を集光する対物光学系４３ａと、対物光学系４３ａにより集束された撮影光を屈折反射するプリズム４４と、先端部３１内に撮影光の光軸Ｏに平行配置され、プリズム４４によって反射された撮影光を検出して光電変換する固体撮像素子４７と、固体撮像素子４７が実装された回路基板４８と、被検体への照明光を伝送し、先端部３１内において、プリズム４４の側部に隣接して固体撮像素子４７の側部と少なくとも一部が重畳するように配置されたライトガイド５２と、を具備する。
【選択図】図６

Description

本発明は、挿入部の先端部に撮像手段および照明手段が設けられた内視鏡先端構造および内視鏡に関する。

周知の如く、内視鏡は、生体の体内（体腔内）の観察、処置など、または工業用のプラント設備内の検査、修理などのため広く用いられている。特に、医療用の内視鏡は、細長の挿入部を体腔内に挿入することにより、切開を必要とすることなく、体腔内の検査対象部位を観察でき、必要に応じ、処置具を用いて治療処置できるため広く用いられるようになった。

このような内視鏡の先端部は、例えば、特許文献１に記載されるように、撮像ユニットと、照明ユニットと、鉗子チャネルなどの部品が設けられている。特許文献１に開示される内視鏡に設けられた撮像ユニットは、イメージセンサチップと、プリズムを含む光学系と、回路基板とを備えており、イメージセンサチップと回路基板の周囲が枠部材および樹脂によって封止された構造となっている。

特開２０１２−２０５８０８号公報

しかしながら、従来の内視鏡は、撮像ユニットと照明ユニットが別体の構成として先端部に内蔵されているため、内視鏡先端部の細径化に制限があるという問題があった。

即ち、従来の内視鏡では、イメージセンサチップの外形以下に細くすることはできない撮像ユニットおよび照明ユニットを組み合わせて先端部に配置するため、撮像ユニットおよび照明ユニットのそれぞれの外形の和より細くすることはできない構造となっており、先端部の細径化に制限があるという問題があった。

そして、従来の内視鏡は、被検体への挿入性を考慮し、先端部の外径に合わせて湾曲部、可撓管部などを含めた挿入部の全体の外径が設定される場合が多く、挿入部の細径化が制限されてしまう。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、従来の構造に比べ、内視鏡の先端部を細径化でき、挿入部の細径化に繋がる内視鏡先端構造および内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様の内視鏡先端構造は、撮像系構成要素および照明系構成要素が配設された先端部を有する挿入部を備えた内視鏡の内視鏡先端構造において、前記先端部に配設され、被検体の観察像を集光する対物光学系と、前記対物光学系により集束された撮影光を反射するプリズムと、前記先端部内に前記撮影光の光軸に平行配置され、前記プリズムによって反射された前記撮影光を検出して光電変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子が実装された回路基板と、前記被検体への照明光を伝送し、前記先端部内において、前記プリズムの側部に隣接して前記固体撮像素子の側部と少なくとも一部が重畳するように配置されたライトガイドと、を具備する。

本発明の一態様の内視鏡は、撮像系構成要素および照明系構成要素が配設された先端部を有する挿入部を備えた内視鏡の内視鏡先端構造を備え、前記内視鏡先端構造が前記先端部に配設され、被検体の観察像を集光する対物光学系と、前記対物光学系により集束された撮影光を反射するプリズムと、前記先端部内に前記撮影光の光軸に平行配置され、前記プリズムによって反射された前記撮影光を検出して光電変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子が実装された回路基板と、前記被検体への照明光を伝送し、前記先端部内において、前記プリズムの側部に隣接して前記固体撮像素子の側部と少なくとも一部が重畳するように配置されたライトガイドと、を具備する。

本発明によれば、内視鏡の先端部を細径化でき、挿入部の細径化に繋がる内視鏡先端構造および内視鏡を提供することができる。

本実施の形態の内視鏡を具備する内視鏡装置の外観を示す斜視図同、先端部の先端面の構成を示す平面図同、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った先端部の構成を示す断面図同、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った先端部の構成を示す断面図同、先端部の構成を示す斜視図同、図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った先端部の構成を示す断面図同、変形例の先端部の構成を示す断面図

以下、図面を参照して、本実施の形態の内視鏡先端構造を備える内視鏡について説明する。図１は、本実施形態を示す内視鏡を具備する内視鏡装置の外観を示す斜視図、図２は先端部の先端面の構成を示す平面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った先端部の構成を示す断面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った先端部の構成を示す断面図、図５は先端部の構成を示す斜視図、図６は図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った先端部の構成を示す断面図、図７は変形例の先端部の構成を示す断面図である。

なお、以下の説明において、実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

図１に示すように、内視鏡装置１は、内視鏡２および周辺装置３により主要部が構成されている。内視鏡２は、被検体内に挿入される挿入部４と、この挿入部４の基端側に接続された操作部５と、ユニバーサルコード６と、内視鏡コネクタ７とから主要部が構成されている。

周辺装置３は、光源装置９、ビデオプロセッサ１０、接続ケーブル１１、キーボード１２、モニタ１３などが架台８に載置されてシステムが構成されている。また、このような構成を有する内視鏡２および周辺装置３とは、内視鏡コネクタ７により互いに接続されている。

内視鏡２の操作部５には、湾曲操作ノブ１４と、内視鏡機能を操作するボタン類１５，１６と、処置具挿入口１７と、操作部材である回動自在な固定用レバー１８とが設けられている。なお、湾曲操作ノブ１４は、上下湾曲操作用ノブ２１と左右湾曲操作用ノブ２２とから構成されている。

内視鏡２の挿入部４は、先端側から順に、先端部３１と、この先端部３１の基端側に連設された動作部である複数方向に湾曲自在な湾曲部３２と、この湾曲部３２の基端側に連設された可撓管部３３と、により構成されている。

湾曲部３２は、操作部５に設けられた湾曲操作ノブ１４の２つ上下湾曲操作用ノブ２１と左右湾曲操作用ノブ２２による回動操作入力によって動作する。即ち、湾曲部３２は、湾曲操作ノブ１４の操作によって湾曲するものであり、挿入部４内に挿通された湾曲操作ワイヤ（不図示）の牽引弛緩に伴い、例えば上下左右の４方向に湾曲自在となっている。

内視鏡２のユニバーサルコード６の先端に設けられた内視鏡コネクタ７は、周辺装置３の光源装置９に接続されている。内視鏡コネクタ７には、図示しない各種口金や、各種電気接点が設けられているとともに、ビデオプロセッサ１０と接続ケーブル１１を介して電気的に接続されている。尚、上述した内視鏡装置１の構成はあくまでも一例であり、上述の構成に限定されない。

先端部３１の先端面３４には、図２に示すように、内部に設けられた、最先端の対物光学部品としての観察窓３５が設けられていると共に、光源装置９から導光された照明光を被検体内に出射する、ここでは２つの照明窓３６が設けられている。

次に、本実施の形態の内視鏡の先端部構造について以下に詳しく説明する。
図３から図５に示すように、先端部３１内には、撮像手段および照明手段が設けられ、これら撮像手段および照明手段を嵌合保持する略円柱状の先端部本体４１を備えている。この先端部本体４１の基端外周部には、先端部３１に撮像手段および照明手段を収容する内部空間を形成する硬質管４２が嵌合されている。

撮像手段は、図３および図４に示すように、レンズユニット４３、プリズム４４、保護部材４５、イメージセンサチップ４７および回路基板４８の撮像系構成要素を主に有している。なお、回路基板４８には、信号伝送ケーブルが接続されている。

レンズユニット４３は、対物光学系である複数の対物レンズ４３ａを保持するレンズホルダ４３ｂを備えており、このレンズホルダ４３ｂが先端部本体４１に挿嵌固定される。これにより、レンズユニット４３が先端部本体４１に固定される。

プリズム４４は、前面側がレンズユニット４３のレンズホルダ４３ｂに保持された対物光学系に光学接着剤によって固着され、レンズユニット４３によって集束された観察像（図中の撮影光軸Ｏで示す撮影光）をイメージセンサチップ４７の有効画素領域である受光部４６に向けて反射する。このプリズム４４には、反射面を覆うように保護部材４５が接着されており、組立時のプリズム４４のハンドリングを容易にしている。

イメージセンサチップ４７は、回路基板４８に実装されるＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの固体撮像素子であって、プリズム４４によって反射されて結像された観察像を光電変換する。このイメージセンサチップ４７は、回路基板４８に実装され、プリズム４４を介してレンズユニット４３と共に先端部本体４１に固定されている。

先端部３１内において撮影光の光軸Ｏに平行配置されるイメージセンサチップ４７は、その中に、イメージセンサチップ４７を駆動する回路を有している。イメージセンサチップ４７の撮像方向側の端部、すなわちレンズホルダ４３ｂが配置されている側とは逆の端部には、電極パッドが形成されており、この電極パッドにはＦＰＣなどの回路基板４８が電気的に接続されている。

回路基板４８にはさらに信号伝送ケーブル（不図示）が接続され、この信号伝送ケーブルは、挿入部４に挿通配置され、図１に示した、操作部５およびユニバーサルコード６を介して、内視鏡コネクタ７まで延設されている。

照明手段は、図４に示すように、ここでは、２つの照明レンズ５１および２つのライトガイドバンドル５２の照明系構成要素を主に有している。

２つのライトガイドバンドル５２は、光源装置９からの照明光を先端部に伝送する複数の光ファイバを束ねた構成となっており、ここでは図示しない外皮に被覆された状態で挿入部４の湾曲部３２および可撓管部３３に挿通配置され、図１に示した、操作部５およびユニバーサルコード６を介して、内視鏡コネクタ７まで延設されている。なお、ライトガイドバンドル５２は、２つでなくとも、被検体の撮影に十分な光量を得られるような照明光を伝送できる構成であれば１つでもよい。

ここでは、ライトガイドバンドル５２がその先端に取り付けられた照明レンズ５１と共に先端部本体４１に挿嵌固定されている形態を示すが、レンズホルダ４３ｂと一体的に形成された先端部本体４１に設けた穴にライトガイドバンドル５２を固定するようにしてもよい。レンズホルダ４３ｂと先端部本体４１とを一体化することにより、レンズホルダを先端部本体４１に組み付ける工程を省略することができるため、組立を容易にすることができる。

さらに、照明手段は、本実施の形態のようなライトガイドバンドル５２による照明光の伝送の他、照明系構成要素が一本の光ファイバによりレーザ光を伝送し、この光ファイバの出射端に配置された蛍光部材にレーザ光を照射させることで照明光を作り出すものでもよい。

本実施の形態の２つのライトガイドバンドル５２は、図５に示すように、先端部３１内において、プリズム４４の両側面に隣接した領域であって、イメージセンサチップ４７の有効画素領域外であるチップ上面側に配置されている。

具体的には、図６に示すように、２つのライトガイドバンドル５２は、プリズム４４の両側面から、それぞれが所定の距離ｄだけ離間して、イメージセンサチップ４７の幅方向の範囲内、であり、且つプリズム４４の高さｈの範囲内に、ここでは全体が配置されるように設けられている。

換言すると、２つのライトガイドバンドル５２は、プリズム４４の側面から所定の距離ｄだけ離間し、プリズム４４側の上方へ向かったイメージセンサチップ４７の側面の延長線（図中の破線）と、プリズム４４の上面から左右方向に向かった延長線（図中の一点鎖線）と、によって囲まれたイメージセンサチップ４７の両側上方の領域Ｔ１，Ｔ２内のいずれかに、ここでは全体が配置されるように設けられている。

このように、先端部本体４１に挿設されて後方へ延設された２つのライトガイドバンドル５２は、プリズム４４、保護部材４５、イメージセンサチップ４７、回路基板４８などから構成される撮像系構成要素との間に枠部材を介在させずに、この撮像系構成要素に近接させて配置させている。

先端部本体４１の基端面から硬質管４２に覆われて形成される先端部３１の空間内には、撮像系構成要素としてのレンズユニット４３のレンズホルダ４３ｂの後端部、プリズム４４、保護部材４５およびイメージセンサチップ４７と、それに接続された回路基板４８と、照明系構成要素としてのライトガイドバンドル５２とのそれぞれの部品間の隙間を埋める黒色などの光を通さない遮光性の封止樹脂５０が充填されている。

このように、黒色などの遮光性の封止樹脂５０を用いることで、ライトガイドバンドル５２から漏れでる不要な光がイメージセンサチップ４７に入射することを防ぐことができる。なお、プリズム４４の側面またはライトガイドバンドル５２の側面を黒色塗装しても良い。

なお、先端部３１の空間内において、撮像系構成要素および照明系構成要素を一体的に覆うように枠部材、熱収縮チューブなどによって周囲を囲み、枠部材、熱収縮チューブなどの内部に部品間の隙間を埋める封止樹脂を充填して固定する構成としてもよい。

以上のように構成された本実施の形態の内視鏡２の内視鏡先端構造は、枠部材に覆われた撮像系構成要素と照明系構成要素が先端部３１内で別々に組み込まれた従来の先端部構造に比べて、撮像系構成要素を覆う枠部材を設けず、照明系構成要素を撮像系構成要素に近接させて配置させることで先端部３１を細径化することができる。

具体的には、本実施の形態の内視鏡先端構造は、上述したように、照明系構成要素であるライトガイドバンドル５２を撮像系構成要素のプリズム４４の側方に近接させて、イメージセンサチップ４７と重畳するように配置されている。

さらに詳述すると、内視鏡先端構造は、撮像系構成要素であるイメージセンサチップ４７の両側部分の上方であり、かつプリズム４４の側方の領域Ｔ１，Ｔ２にライトガイドを重畳するように配置することで、先端部３１内のスペースを有効に使用することができる。そのため、内視鏡先端構造は、従来に比して、先端部３１を細径化することができる。

さらに、内視鏡先端構造は、イメージセンサチップ４７の両側上面にてライトガイドバンドル５２が接触するように配置して支持するようにするようにしてもよく、これにより組立時のライトガイドバンドル５２の先端部３１内での固定を容易にすることができる。

なお、より細い径の内視鏡先端構造を実現するために、複数のライトガイドを束ねたライトガイドバンドル５２の外皮を無いものを湾曲しない先端部のみ剥ぎ取って除去して、封止樹脂５０で覆うことで補強した構成としてもよい。

これにより、外皮があるものに比べると強度は劣るがライトガイドバンドル５２の損傷を防止すると共に、ライトガイドバンドル５２を外皮分だけ小径化できるため、より細い径の内視鏡先端構造とすることができる。

なお、２つのライトガイドバンドル５２は、上述の説明では、イメージセンサチップ４７の両側上方であり、かつプリズム４４の側方の領域Ｔ１とＴ２のいずれかに全体が配置された構成としているが、２つのライトガイドバンドル５２のすくなくとも一部を領域Ｔ１、Ｔ２に配置することによっても、従来に比して、先端部３１を細径化することができる。

なお、上述の内視鏡先端構造に加え、図７に示すように、半円形の鉗子チャンネル６０を取り付けることも可能である。さらに、図示しない送気送水チャンネルを取り付けても良いし、鉗子チャンネル６０の代わりに送気送水チャンネルを設けても良い。

また、イメージセンサチップ４７の横幅を直径とする半円Ａ（図７において破線で図示している）の内側の領域に、少なくともライトガイドバンドル５２の中心Ｏ１を配置することによって、内視鏡を細径化することができる。

なお、内視鏡をさらに細径化するには、イメージセンサチップ４７の横幅を直径とする半円Ａの内側の領域にライトガイドバンドル５２全体が配置されているほうがより好ましい。

さらに、図７に示すような、円形の断面を備える内視鏡２において、ライトガイドバンドル５２をイメージセンサチップ４７の横幅を直径とする半円Ａの内側の領域に配置することによって、内視鏡２の上半分の半円内に撮像と照明機能を配置し、下半分の半円内に（たとえば鉗子用等の）チャンネル６０を設けるといった配置によって先端部３１内の空間を有効に使うことが可能となり、内視鏡を細径化することができる。

上述の実施の形態に記載した発明は、その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、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。

１…内視鏡装置
２…内視鏡
２…挿入部
３…周辺装置
４…挿入部
５…操作部
６…ユニバーサルコード
７…内視鏡コネクタ
８…架台
９…光源装置
１０…ビデオプロセッサ
１１…接続ケーブル
１２…キーボード
１３…モニタ
１４…湾曲操作ノブ
１５，１６…ボタン類
１７…処置具挿入口
１８…固定用レバー
２１…上下湾曲操作用ノブ
２２…左右湾曲操作用ノブ
３１…先端部
３２…湾曲部
３３…可撓管部
３４…先端面
３５…観察窓
３６…照明窓
４１…先端部本体
４２…硬質管
４３…レンズユニット
４３ａ…対物レンズ
４３ｂ…レンズホルダ
４４…プリズム
４５…保護部材
４６…受光部
４７…イメージセンサチップ
４８…回路基板
５０…封止樹脂
５１…照明レンズ
５２…ライトガイドバンドル
６０…鉗子チャンネル
Ｔ１、Ｔ２…領域

Claims

撮像系構成要素および照明系構成要素が配設された先端部を有する挿入部を備えた内視鏡の内視鏡先端構造において、
前記先端部に配設され、被検体の観察像を集光する対物光学系と、
前記対物光学系により集束された撮影光を反射するプリズムと、
前記先端部内に前記撮影光の光軸に平行配置され、前記プリズムによって反射された前記撮影光を検出して光電変換する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子が実装された回路基板と、
前記被検体への照明光を伝送し、前記先端部内において、前記プリズムの側部に隣接して前記固体撮像素子の側部と少なくとも一部が重畳するように配置されたライトガイドと、
を具備することを特徴とする内視鏡先端構造。
前記ライトガイドは、前記プリズムの側面から所定の距離だけ離間し、前記プリズムの高さの範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡先端構造。
前記ライトガイドは、前記固体撮像素子の側面の第１の延長線および前記プリズムの上面の第２の延長線によって囲まれた領域に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内視鏡先端構造。
前記ライトガイドは、前記固体撮像素子の横幅を直径とする半円の内側の領域に少なくとも中心が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡先端構造。
前記先端部に形成された空間内に配設された前記撮像系構成要素および前記照明系構成要素の間に樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡先端構造。
前記樹脂は、遮光性であることを特徴とする請求項５に記載の内視鏡先端構造。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の内視鏡先端構造を備えた内視鏡。