摄像单元
阅读：489发布：2020-05-08
专利汇可以提供摄像单元专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且摄像单元(30)构成为，具有遮光 光圈 (78)和决定观察光学系统(50)的明 亮度 的明亮度光圈(75)，遮光光圈(78)构成为，对在移动镜头框(70)移动到望远侧时通过了明亮度光圈(75)的规定的光束的一部分进行遮挡。，下面是摄像单元专利的具体信息内容。
1.一种摄像单元，其特征在于，
该摄像单元具有：
焦点切换方式的观察光学系统，其包含固定镜头和移动镜头；
固定框，其对所述固定镜头进行保持；
移动框，其对所述移动镜头进行保持，能够向所述观察光学系统的光轴方向的望远侧以及广角侧移动；
明亮度光圈，其决定所述观察光学系统的明亮度；以及
摄像元件，其根据通过所述观察光学系统形成的被摄体像而生成影像信号，该摄像单元设置有遮光光圈，该遮光光圈对在所述移动框移动到所述望远侧时能够通过所述明亮度光圈的规定的光束的一部分进行遮挡。
2.根据权利要求1所述的摄像单元，其特征在于，
所述遮光光圈的开口部具有与所述明亮度光圈的开口部不同的开口形状。
3.根据权利要求2所述的摄像单元，其特征在于，
所述遮光光圈的开口部被设定为，配置照明光学系统的方向的开口宽度比配置所述照明光学系统的方向以外的开口宽度小，该照明光学系统并列设置在所述观察光学系统的附近。
4.根据权利要求3所述的摄像单元，其特征在于，
所述遮光光圈的开口部是具有一对长边和一对短边的矩形的开口部。
5.根据权利要求4所述的摄像单元，其特征在于，
所述一对长边和所述一对短边所配置的方向与所述摄像元件的各边的方向一致。
6.根据权利要求1所述的摄像单元，其特征在于，
所述遮光光圈配置于所述移动框。
7.根据权利要求6所述的摄像单元，其特征在于，
所述遮光光圈具有标志，该标志用于进行保持于所述移动框时的绕光轴的定位。
8.根据权利要求1所述的摄像单元，其特征在于，
所述遮光光圈配置于所述固定框。
摄像单元
技术领域
[0001] 本发明涉及在光学系统中具有能够在光轴方向上移动的移动镜头的摄像单元。
背景技术
[0002] 众所周知的是，内窥镜广泛用于活体的体内(体腔内)的观察、处理等或工业用的工厂设备内的检查、修理等。近年来，作为设置在这种内窥镜的前端部的摄像单元，提出了具有如下观察光学系统单元的摄像单元：通过使观察光学系统在摄影光轴方向上移动来变更焦距，实现进行摄影像的焦点调整或广角/望远等倍率调整的变焦功能等，并且该摄像单元被实用化。
[0003] 作为这样的观察光学系统单元，例如在日本特开2000-37343号公报中公开了一种物镜光学系统单元(观察光学系统单元)，该物镜光学系统单元具有：前组镜头框；前组镜头，其由保持在该前组镜头框的前端侧的多个光学部件构成；后组镜头框，其与前组镜头框的基端侧延伸部嵌合；后组镜头，其由保持在后组镜头框的多个光学部件构成；移动镜头框，其配置为在设置于前组镜头框与后组镜头框之间的间隙部处能够沿光轴方向移动；以及焦点调节镜头，其安装于移动镜头框。另外，在该物镜光学系统单元中，在前组镜头框中设置有用于截止入射光的一部分的明亮度光圈，并且，在前组镜头框和移动镜头框中设置有用于截止杂散光的光斑光圈。
[0004] 这里，在这种摄像单元中，望远侧的高倍率化正在发展。在具有这样的摄像单元的内窥镜中，例如在移动镜头位于广角侧时，通过将前端部配置在相对于被检体离开30mm～50mm左右的位置来进行观察，与此相对，当移动镜头位于望远侧时，通过将前端部配置在相对于被检体1mm～2mm左右的极其接近的位置来进行观察。
[0005] 但是，如上所述，在移动镜头位于望远侧的情况下，若使摄像单元接近被检体到非常近的程度，则会在摄像图像上产生明暗，有可能给观察和诊断带来障碍。
[0006] 即，在内窥镜中，通常要求前端部的小型化，因此能够配置在摄像单元的周围的照明单元的数量受到限制。此外，在使前端部接近被检体的情况下，难以使来自各照明单元的光扩散而在摄像单元的视野内均匀地照明。其结果是，有可能接近各照明单元的摄像图像的周边的亮度变高而摄像图像的中心的亮度变低等。
[0007] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种摄像单元，即使在使移动镜头向望远侧移动而在接近被检体的位置进行摄像的情况下，也能够抑制摄像图像的亮度差。
发明内容
[0008] 用于解决课题的手段
[0009] 本发明的一个方式的摄像单元具有：焦点切换方式的观察光学系统，其包含固定镜头和移动镜头；固定框，其对所述固定镜头进行保持；移动框，其对所述移动镜头进行保持，能够向所述观察光学系统的光轴方向的望远侧以及广角侧移动；明亮度光圈，其决定所述观察光学系统的明亮度；以及摄像元件，其根据通过所述观察光学系统形成的被摄体像而生成影像信号，该摄像单元设置有遮光光圈，该遮光光圈对在所述移动框移动到所述望远侧时能够通过所述明亮度光圈的规定的光束的一部分进行遮挡。附图说明
[0010] 图1是示出内窥镜的整体结构的说明图。
[0011] 图2是前端部的端面图。
[0012] 图3是沿图2的III-III线示出前端硬质部件的剖视图。
[0013] 图4是图3的IV-IV剖视图。
[0014] 图5是示出移动镜头框和明亮度光圈以及遮光掩模的分解立体图。
[0015] 图6是配设于移动镜头框的明亮度光圈的俯视图。
[0016] 图7是示出观察光学系统处于广角状态时的光的举动的说明图。
[0017] 图8是示出观察光学系统处于望远状态时的光的举动的说明图。
[0018] 图9是示出观察光学系统处于广角状态时的摄像面的明亮度的分布的说明图。
[0019] 图10是示出观察光学系统处于望远状态时的摄像面的明亮度的分布的说明图。
[0020] 图11是示出各光圈和固体摄像元件的关系的说明图。
[0021] 图12是示意性地示出观察光学系统处于望远状态时的图像的明亮度的分布的说明图。
[0022] 图13是示意性地示出在移动镜头框中没有明亮度光圈的观察光学系统处于望远状态时的图像的明亮度的分布来作为比较例的说明图。
[0023] 图14涉及第1变形例，是配设于移动镜头框的明亮度光圈的俯视图。
[0024] 图15涉及第2变形例，是配设于移动镜头框的明亮度光圈的俯视图。
[0025] 图16涉及第3变形例，是配设于移动镜头框的明亮度光圈的俯视图。
[0026] 图17涉及第4变形例，是配设于移动镜头框的明亮度光圈的俯视图。
[0027] 图18涉及第5变形例，是配设于移动镜头框的明亮度光圈的俯视图。
[0028] 图19涉及第6变形例，是示出观察光学系统处于广角状态时的光的举动的说明图。
[0029] 图20是示出上述观察光学系统处于望远状态时的光的举动的说明图。
具体实施方式
[0030] 以下，参照附图对本发明的方式进行说明。附图涉及本发明的一个实施方式，图1是示出内窥镜的整体结构的说明图，图2是前端部的端面图，图3是沿图2的III-III线示出前端硬质部件的剖视图，图4是图3的IV-IV剖视图，图5是示出移动镜头框和明亮度光圈以及遮光掩模的分解立体图，图6是配设于移动镜头框的明亮度光圈的俯视图，图7是示出观察光学系统处于广角状态时的光的举动的说明图，图8是示出观察光学系统处于望远状态时的光的举动的说明图，图9是示出观察光学系统处于广角状态时的摄像面的明亮度的分布的说明图，图10是示出观察光学系统处于望远状态时的摄像面的明亮度的分布的说明图，图11是示出各光圈和固体摄像元件的关系的说明图，图12是示意性地示出观察光学系统处于望远状态时的图像的明亮度的分布的说明图，图13是示意性地示出在移动镜头框中没有明亮度光圈的观察光学系统处于望远状态时的图像的明亮度的分布来作为比较例的说明图。
[0032] 内窥镜2具有插入部9和延伸设置有该插入部9的操作部10，从操作部10延伸出的通用线缆17经由镜体连接器18而与光源装置3连接
[0033] 另外，从镜体连接器18延伸设置有线圈状的镜体线缆19。而且，在该镜体线缆19的另一端侧设置有电连接器部20，该电连接器部20与视频处理器4连接。
[0034] 插入部9构成为从前端侧起依次连接设置有前端部6、弯曲部7、挠性管部8。
[0036] 这里，在本实施方式中，观察窗6a例如配置在抽吸开口部6c的右侧。另外，两个照明窗6b例如隔着观察窗6a上下配置。另外，本实施方式中的上下左右方向例如与通过观察窗6a观察的内窥镜图像的上下左右方向对应地定义。
[0037] 在操作部10设置有：操作部主体11，其构成把持部；钳子口12，其配设于操作部主体11的前端侧；弯曲操作部16，其由设置于操作部主体11的基端侧的两个弯曲操作旋钮14、15构成；送气送水控制部21；抽吸控制部22；开关部23，其由多个开关构成，主要对摄像功能进行操作；以及操作杆24，其用于对设置在后述的摄像单元内的移动镜头进行进退操作、例如操作对焦功能或进行广角/望远等的倍率调整的变焦功能。
[0038] 接下来，根据图2至图4主要对内窥镜2的前端部6的详细结构进行说明。
[0039] 如图3、4所示，前端部6在内部具有呈大致圆柱形状的前端硬质部件25。如图3所示，在该前端硬质部件25的前端侧粘接固定有形成前端部6的前端面的前端罩26。
[0040] 另外，在前端硬质部件25的基端侧，经由前端框27连接设置有构成弯曲部7的多个弯曲块28。这些前端硬质部件25、前端框27以及弯曲块28的外周由外皮29一体地包覆。并且，外皮29的前端外周部通过绕线粘接部29a而固定在前端硬质部件25。
[0041] 如图3、4所示，在前端硬质部件25上，在与观察窗6a对应的位置设置有摄像单元保持孔25a。在该摄像单元保持孔25a中嵌插配置有摄像单元30，通过未图示的设置螺钉进行固定。而且，通过使该摄像单元30的前端露出到前端罩26的外部，在前端部6形成有观察窗6a。
[0042] 另外，在前端硬质部件25上，在与各照明窗6b对应的位置设置有照明单元保持孔25b。在该照明单元保持孔25b中嵌插配置有照明单元31。而且，通过使设置在该照明单元31的照明光学系统31a的前端露出到前端罩26的外部，在前端部6形成照明窗6b。
[0043] 这里，本实施方式的照明单元31将从光源装置3经由光导束32提供的光作为光源来照射被检体。因此，在照明单元31的基端侧，在照明单元保持孔25b中保持有光导束32的前端侧。该光导束32的基端侧从插入部9经由操作部10贯穿插入至通用线缆17的内部，在镜体连接器18与光源装置3连接时，能够将来自该光源装置3的照明光传送至照明窗6b。
[0044] 另外，在前端硬质部件25设置有用于在前端部6形成抽吸开口部6c的贯通孔25c。操作部10的钳子口12经由主要贯穿插入配置在插入部9内的处置器具通道12a与该贯通孔
25c连通。
25c连通。
[0045] 并且，在前端硬质部件25设置有用于在前端部6形成观察窗清洗喷嘴6d和前方送水口6e的贯通孔25d、25e。在这些贯通孔25d、25e中连通有贯穿插入于从前端部6到通用线缆17的内部的未图示的两个清洗管。这些清洗管在光源装置3侧与贮存清洗水的清洗罐和压缩机(均未图示)连接。
[0046] 接下来，根据图2、图5、图6等对摄像单元30的详细结构进行说明。
[0047] 如图3所示，本实施方式的摄像单元30构成为具有固体摄像单元35、以及与该固体摄像单元35的前端侧连接设置的观察光学系统单元36。
[0048] 固体摄像单元35具有固体摄像元件保持框40，在该固体摄像元件保持框40上隔着罩玻璃等光学部件42保持有由CCD、CMOS等构成的作为摄像元件的固体摄像元件41的前表面侧。另外，从线缆43分支出的多条通信线经由未图示的FPC等与固体摄像元件41电连接。该线缆43贯穿插入配置在内窥镜2的内部，经由电连接器部20与视频处理器4电连接。
[0049] 另外，在固体摄像元件保持框40的基端侧外周部连接设置有加强框44，在该加强框44的外周设置有包覆至线缆43的前端部分的热收缩管45。
[0050] 本实施方式的观察光学系统单元36构成为具有焦点切换方式的观察光学系统50，该观察光学系统50通过使内部的镜头进行进退移动来变更光学特性(焦距)从而实现对焦功能或变焦功能。
[0051] 更具体地进行说明，观察光学系统单元36构成为具有：前组镜头单元51，其位于前端侧；连结框52，其与该前组镜头单元51的基端侧连接设置；后组镜头单元53，其经由该连结框52与前组镜头单元51连结；以及移动镜头单元54，其能够在连结框52的内部沿摄影光轴O方向进退移动。
[0052] 前组镜头单元51构成为具有作为固定框的前组镜头框60、以及由保持在该前组镜头框60中的多个固定透镜构成的前组镜头61。
[0053] 连结框52由呈大致圆筒形状的部件构成。在该连结框52中设置有沿与摄影光轴O方向相同的方向延伸的缝52a。该缝52a的基端侧在连结框52的基端开放。另一方面，在连结框52的前端侧设置有向该连结框52的外径方向突出的前侧止挡部52b，缝52a的前端侧被该前侧止挡部52b封闭。
[0054] 后组镜头单元53构成为具有：后组镜头框63，其是前端侧经由连结框52与前组镜头框60连结的固定框，以及后组镜头64，其由保持在该后组镜头框63中的多个固定透镜构成。
[0055] 在后组镜头框63上设置有向该后组镜头框63的外径方向突出的线支承部63a。该线支承部63a被定位成当后组镜头框63经由连结框52与前组镜头框60连结时，与前侧止挡部52b正对。另外，在线支承部63a设置有沿光轴O方向贯通的螺纹孔63b。
[0057] 另外，在后侧止挡部66的基端侧连接设置有线引导件67。在该线引导件67中贯穿插入有与操作杆24联动地进退移动的操作线68，该操作线68的前端侧从后侧止挡部66突出。
[0058] 移动镜头单元54构成为具有：移动镜头框70，其是能够在连结框内移动的移动框；以及移动镜头71，其保持在该移动镜头框70中。
[0059] 在移动镜头框70上设置有向该移动镜头框70的外径方向突出的操作杆70a。该操作杆70a经由缝52a向连结框52的外部突出，与前侧挡块部52b和后侧挡块部66对置。另外，在操作杆70a上设置有沿摄影光轴O方向贯通的线保持孔70b，在该线保持孔70b中保持有从后侧止挡部66突出的操作线68的前端。
[0060] 由此，移动镜头单元54能够与对操作杆24的操作联动，例如在操作杆70a与前侧止挡部52b抵接的广角位置和操作杆70a与后侧止挡部66抵接的望远位置之间沿着摄影光轴O进退移动。另外，移动镜头单元54的广角位置和望远位置由构成观察光学系统单元36的各光学部件(前组镜头61、后组镜头64以及移动镜头71)的特性、布局等来决定，也可以将操作杆70a与前侧止挡部52b抵接的位置设定为望远位置，将操作杆70a与后侧止挡部66抵接的位置设定为广角位置。
[0061] 在这样构成的观察光学系统单元36中，在前组镜头框60中设置有用于将入射光限制为规定的光来决定观察光学系统50的明亮度的明亮度光圈75、以及用于对杂散光等进行遮挡的第1光斑光圈76。
[0062] 在本实施方式中，明亮度光圈75例如设置于前组镜头61的基端侧。该明亮度光圈75具有以摄影光轴O为中心的呈圆形形状的作为第1开口部的开口部75a(参照图11)，能够以摄影光轴O为中心均等地截止(限制)入射到前组镜头61的光的一部分。
[0063] 第1光斑光圈76例如设置于前组镜头61的前端侧。该第1光斑光圈76具有以摄影光轴O为中心的圆形的开口部76a，能够对入射到前组镜头61的杂散光等进行遮挡。
[0064] 另外，在后组镜头框63上设置有用于对杂散光等进行遮挡的第2光斑光圈77。
[0065] 第2光斑光圈77例如设置在后组镜头64的中途。该第2光斑光圈77具有以摄影光轴O为中心的圆形的开口部77a，能够对经由前组镜头61和移动镜头71入射到后组镜头64的杂散光等进行遮挡。
[0066] 另外，在移动镜头框70上设置有用于将入射光限制为规定的光的遮光光圈78。
[0067] 遮光光圈78例如设置于移动镜头71的前端侧。该遮光光圈78是在移动镜头单元54移动到望远侧时，用于减少与摄像单元30(观察光学系统单元36)并列设置的照明单元31侧的明亮度的光圈。因此，遮光光圈78具有摄影光轴O的轴直角方向的形状呈与照明单元31的配置对应的异形形状的、作为第2开口部的开口部78a。
[0068] 具体地进行说明，开口部78a的开口形状是根据实验或模拟等来设定的，例如如图5、6、11所示，本实施方式的开口部78a对应于两个照明单元31并列设置在摄像单元30的上下的配置，成为上下方向的开口宽度W1比左右方向的开口宽度W2窄的矩形的开口部。即，本实施方式的开口部78a成为俯视形状为长方形的开口部，其在与照明单元31的配置对应的上下具有长边，并在未配置照明单元31的左右具有短边。并且，如图11所示，本实施方式中的开口部78a的各边(一对长边和一对短边)的延伸方向被设定为与固体摄像元件41的各边的延伸方向一致。
[0069] 在该情况下，为了将开口部78a相对于摄影光轴O呈异形形状的遮光光圈78相对于移动镜头框70高精度地定位，在遮光光圈78的边缘部设置有定位用的标志78b。
[0070] 该标志78b例如如图6所示，由切口部构成，该切口部被设定为一边配置在设置于移动镜头框70上的操作杆70a的侧面的延长线l上。
[0072] 这样保持在移动镜头框70中的遮光光圈78与移动镜头框70一体地在摄影光轴O方向上进退移动。
[0073] 然后，如图7所示，当移动镜头框70进入摄影光轴O方向的前端侧，位于由前侧止挡部52b规定的广角位置时，遮光光圈78使通过了明亮度光圈75的光不截止地入射到移动镜头71。
[0074] 由此，如图9所示，在移动镜头单元54位于广角位置时的观察中，在摄像范围的整个区域，在固体摄像元件41的摄像面上明亮度大致均匀的光成像，能够抑制摄像图像的亮度差。
[0075] 即，在移动镜头单元54位于观察光学系统单元36内的进入位置的广角观察时，观察窗6a和照明窗6b配置在相对于被检体(被摄体)充分离开的位置(例如，离开规定的距离D1的位置)。因此，从各照明单元31照射的照明光充分地扩散，向被检体上的观察区域照射大致均匀的照明光。然后，这样均匀地照射的照明光的反射光入射到观察光学系统单元36。这样入射到观察光学系统单元36的光的一部分被明亮度光圈75在以摄影光轴O为中心的所有方向上均等地截止。而且，通过了明亮度光圈75的光不被遮光光圈78截止，而成像在固体摄像元件41上。由此，抑制了摄像图像的亮度差。
[0076] 另一方面，如图8所示，当移动镜头框70退避到摄影光轴O方向的基端侧，位于由后侧止挡部66规定的望远位置时，遮光光圈78能够在将通过了明亮度光圈75的规定的光束的一部分截止后，使其入射到移动镜头71。
[0077] 由此，如图10所示，在移动镜头单元54位于望远位置时的观察中，在摄像范围的整个区域，在固体摄像元件41的摄像面上明亮度大致均匀的光成像，能够抑制摄像图像的亮度差。
[0078] 即，在移动镜头单元54位于观察光学系统单元36内的退避位置的望远观察时，观察窗6a和照明窗6b配置在极其接近被检体(被摄体)的位置(例如，接近至规定的距离D2(<
[0079] 即，在不具有遮光光圈78的情况下，在图10中的明亮度特性中，如双点划线所示，在摄像面上成像的光的明亮度(光量)变得不均匀，如图13所示，在摄像图像上也产生明亮度不均。与此相对，通过利用遮光光圈78将各照明单元31侧的光的一部分截止(通过使其减光)，在图10中的明亮度特性中如实线所示，在摄像面上成像的光的明亮度(光量)变得大致均匀，如图12所示，抑制了摄像图像上的明亮度的不均。另外，这样，即使在通过遮光光圈78进一步截止了入射光的一部分的情况下，也能够通过光源装置3中的光量的反馈控制等，得到明亮度适当的摄像图像。
[0080] 根据这样的实施方式，摄像单元30构成为具有被前组镜头框60保持的明亮度光圈75和被移动镜头框70保持的遮光光圈78，形成于遮光光圈78的开口部78a具有与形成于明亮度光圈75的开口部75a不同的开口形状，通过采用仅在移动镜头框70位于望远侧时对通过了明亮度光圈75的规定的光束进行遮挡的结构，即使在使移动镜头71向望远侧移动，而在接近被检体的位置进行摄像的情况下，也能够抑制摄像图像的亮度差。
[0081] 在该情况下，具体而言，遮光光圈78的开口部78a被设定为，配置照明单元31(照明光学系统31a)的方向的开口宽度W1比配置照明单元31(照明光学系统31a)的方向以外的开口宽度W2小，由此能够可靠地抑制望远侧的摄像图像的亮度差。
[0082] 换言之，在从摄影光轴O观察时，开口部78a呈如下的矩形形状：在配置一对照明单元31的上下方向上配置长边，在未配置照明单元31的左右方向上配置短边，在移动镜头单元54位于望远侧时，通过截止入射到移动镜头71的光束中的上侧和下侧的光束的一部分，即使在接近被检体的位置进行摄像的情况下，也能够抑制摄像图像的亮度差。
[0083] 这里，作为用于将上述遮光光圈78定位于移动镜头框70的标志的结构，可以进行各种变更。
[0084] 例如如图14所示，也可以由与操作杆70a的侧面的延长线l相接的一对圆孔构成标志78b。
[0085] 另外，例如如图15所示，也可以由与操作杆70a的侧面的延长线l相接的一对长孔构成标志78b。
[0086] 另外，例如如图16所示，也可以由与线l’相接的一对圆孔构成标志78b，该线l’通过线保持孔70b的中心并且平行于操作杆70a的侧面的延长线l。
[0087] 另外，例如如图17所示，也可以由与操作杆70a的侧面的延长线l垂直的切口构成标志78b。
[0088] 并且，例如如图18所示，也可以在移动镜头框70上设置与垂直于延长线l的标志78b卡合的台阶部70c。
[0089] 另外，遮光光圈78的配置并不限于上述的配置，例如如图19、20所示，根据观察光学系统单元36中的观察光学系统50的光学特性、明亮度光圈75的配置等，也可以将遮光光圈78设置于固定框(例如前组镜头框60)。
[0090] 即，在图19、20所示的观察光学系统单元36中，明亮度光圈75例如在移动镜头71的前端侧设置于移动镜头框70。
[0091] 另外，遮光光圈78例如在前组镜头61的中途设置于前组镜头框60。
[0092] 这里，明亮度光圈75的开口部75a和遮光光圈78的开口部78a的开口形状等是根据实验或模拟等来设定的。本变形例的开口部75a被设定为以摄影光轴O为中心的圆形形状。另一方面，本变形例的开口部78a对应于两个照明单元31并列设置在摄像单元30的上下的配置，成为上下方向的开口宽度W1比左右方向的开口宽度W2窄的矩形的开口部。
[0093] 而且，如图19所示，遮光光圈78能够使如下光束全部通过，该光束在移动镜头框70移动到广角侧时能够通过设置在该移动镜头框70中的明亮度光圈75。
[0094] 另一方面，如图20所示，遮光光圈78能够对规定的光束的一部分进行遮挡，该规定的光束在移动镜头框70移动到望远侧时能够通过设置在该移动镜头框70中的明亮度光圈75。
[0095] 在这样的变形例中，也能够实现与上述实施方式相同的作用效果。
[0096] 另外，本发明并不限于以上所说明的各实施方式，可以进行各种变形和变更，这些变形和变更也在本发明的技术范围内。
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