觀察光學系統單元、攝像單元以及內窺鏡的制作方法
本發明涉及能夠變更觀察光學系統的光學特性的觀察光學系統單元、攝像單元以及內窺鏡。
背景技術：
眾所周知，內窺鏡被廣泛地用于活體體內(體腔內)的觀察、處置等或者工業用的成套設備內的檢查、修理等。
近年來，在用于這種內窺鏡的攝像單元中，存在具有如下的觀察光學系統單元的攝像單元：為了攝影攝像的調焦功能或進行廣角/長焦等倍率調節的變焦功能，該觀察光學系統單元能夠通過使觀察光學系統在攝影光軸方向上移動而變更焦距。另外，能夠這樣變更焦距的觀察光學系統單元的技術不限于用于內窺鏡，還可以用于各種攝影設備。
這里，尤其在要求小型化的內窺鏡中，廣泛地采用焦點切換方式的觀察光學系統單元，該焦點切換方式是指使觀察光學系統單元在移動透鏡單元(移動透鏡框)位于規定的進入位置和退避位置時對焦。在具有這樣的焦點切換方式的觀察光學系統單元的攝像單元中，為了在各透鏡等具有加工公差的情況下也能夠實現適當的對焦狀態，在組裝攝像單元時，需要對移動透鏡框的進入位置和退避位置(即，移動透鏡框相對于各固定透鏡框等在攝影光軸方向上的相對位置)進行微調。
針對于此，例如，在日本特開2003-310531號公報中公開了如下技術：將在前端側形成有傾斜部的環部件安裝于后組透鏡框的外周部，通過使該環部件在圓周方向上轉動而變更移動透鏡框的tele(窄角)時的調節位置，然后利用粘接劑將該環部件固定，由此進行對焦調節。
然而，在近年的攝像單元中，即使在進行了上述那樣的對焦調節等的情況下，也存在圖像的一部分伴隨著攝像元件的像素間距縮小而容易產生明顯的分辨率下降的傾向。這樣的分辨率下降主要是因移動透鏡框相對于攝影光軸的傾斜而產生的，例如，在內窺鏡中，當在長焦側對微小血管進行觀察時等，問題尤其嚴重。
因此，出于防止移動透鏡框的傾斜的目的，也考慮了將移動透鏡框在攝影光軸方向上設定得較長。然而，如果將移動透鏡框設定得較長，則會使攝像單元的整個長度變大。因此，例如，當將這樣的攝像單元應用于內窺鏡時，硬質的前端部變長，其結果為，用戶等的操作性可能會降低。
本發明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，提供能夠防止移動透鏡框的傾斜從而拍攝出分辨率不會下降的圖像并且不造成大型化的觀察光學系統單元、攝像單元和內窺鏡。
技術實現要素：
用于解決課題的手段
本發明的一個方式的觀察光學系統單元具有：焦點切換方式的觀察光學系統，其從被攝體側依次包含有前組透鏡、移動透鏡以及后組透鏡；固定框，其對所述前組透鏡和所述后組透鏡進行保持；以及移動框，其對所述移動透鏡進行保持，并且與所述固定框的內部滑動接觸，能夠沿著所述觀察光學系統的光軸方向進退移動，其中，所述后組透鏡中的位于最靠近所述被攝體側的位置的第一透鏡由帶階梯的透鏡構成，該帶階梯的透鏡具有基部和突出部，該基部的外周被所述固定框保持，該突出部以比所述基部小的外周形成并且突出到所述移動框能夠進退移動的區域內，所述移動框至少在沿著所述觀察光學系統的光軸向所述后組透鏡側退避的位置與所述突出部重疊。
本發明的一個方式的攝像單元具有：所述觀察光學系統單元；以及攝像元件，其通過所述觀察光學系統單元而成像出被檢體像。
本發明的一個方式的內窺鏡在被插入到被檢體內的插入部的前端部具有所述攝像單元。
附圖說明
圖1是示出內窺鏡的整體結構的說明圖。
圖2是示出前端部和彎曲部的內部結構的剖視圖。
圖3是示出移動透鏡單元移動到前方的進入位置的狀態下的攝像單元的結構的剖視圖。
圖4是示出移動透鏡單元移動到后方的退避位置的狀態下的攝像單元的結構的剖視圖。
圖5是示出后組透鏡框所保持的后組透鏡的主要部分的放大剖視圖。
圖6是示出后組透鏡中的位于最前端的透鏡與移動透鏡框的關系的立體圖。
圖7是示出后組透鏡中的位于最前端的透鏡的變形例的放大剖視圖。
圖8是示出后組透鏡中的位于最前端的透鏡與移動透鏡框的關系的變形例的立體圖。
圖9是示出移動透鏡單元移動到前方的進入位置的狀態下的攝像單元的結構的變形例的剖視圖。
圖10是示出移動透鏡單元移動到后方的退避位置的狀態下的攝像單元的結構的變形例的剖視圖。
具體實施方式
以下，參照附圖對本發明的方式進行說明。附圖涉及本發明的一個實施方式，圖1是示出內窺鏡的整體結構的說明圖，圖2是示出前端部和彎曲部的內部結構的剖視圖，圖3是示出移動透鏡單元移動到前方的進入位置的狀態下的攝像單元的結構的剖視圖，圖4是示出移動透鏡單元移動到后方的退避位置的狀態下的攝像單元的結構的剖視圖，圖5是示出后組透鏡框所保持的后組透鏡的主要部分的放大剖視圖，圖6是示出后組透鏡中的位于最前端的透鏡與移動透鏡框的關系的立體圖。
如圖1所示，本實施方式的電子內窺鏡系統(以下，簡稱為內窺鏡系統)1是將光源裝置3、視頻處理器4、彩色監視器5以及作為內窺鏡的電子內窺鏡裝置(以下，簡稱為內窺鏡)2電連接而構成的。
內窺鏡2具有插入部9和操作部10，該插入部9從該操作部10延伸設置，從操作部10延伸出的通用纜線17經由鏡體連接器18而與光源裝置3連接。并且，從鏡體連接器18延伸設置有線圈狀的鏡體纜線19。而且，在該鏡體纜線19的另一端側設置有電連接器部20，該電連接器部20與視頻處理器4連接。
插入部9是從前端側依次連接設置前端部6、彎曲部7以及撓性管部8而構成的。在前端部6的前端面上配設有公知的前端開口部、觀察窗、多個照明窗、觀察窗清洗口以及觀察物清洗口(均未圖示)。
在前端部6內，在觀察窗的背面側配設有后述的攝像單元。并且，在多個照明窗的背面側配設有未圖示的光導束的前端側。
該光導束從插入部9經由操作部10以貫穿插入的方式配置于通用纜線17的內部，當鏡體連接器18與光源裝置3連接時，該光導束能夠將來自該光源裝置3的照明光傳送至照明窗。
觀察窗清洗口和觀察物清洗口構成未圖示的兩個清洗管的開口部，該兩個清洗管從前端部6貫穿插入于通用纜線17的內部。
這些清洗管在光源裝置3側與壓縮機和貯存清洗水的清洗箱(均未圖示)連接。
在操作部10上設置有：防折部11，插入部9從該防折部11延伸出；鉗子口12，其配設于下部側的側部；操作部主體13，其構成中途部的把手部；彎曲操作部16，其設置于上部側，由兩個彎曲操作旋鈕14、15構成；送氣送水控制部21；抽吸控制部22；開關部23，其由多個開關構成，主要對攝像功能進行操作；以及操作桿24，其用于對設置于后述的攝像單元內的移動透鏡進行進退操作，例如對調焦的對焦功能或進行廣角/長焦等倍率調節的變焦功能進行操作。
另外，操作部10的鉗子口12構成未圖示的處置器具通道的開口部，該處置器具通道以貫穿插入的方式主要配置于插入部9內直至前端部6的前端開口部。
接下來，參照圖2，主要對內窺鏡2的前端部6的結構進行說明。
如圖2所示，在前端部6的內部配設有攝像單元30。
該攝像單元30以插嵌的方式配置于硬質的前端硬性部件25中，通過固定螺釘27從側面方向與前端硬性部件25相固定。
并且，在攝像單元30的前端側的外周部配設有o形環28，該o形環28用于確保攝像單元30與前端硬性部件25的水密性。在前端硬性部件25的前端側粘接固定有前端罩25a，該前端罩25a構成前端部6的前端面。
另外，作為形成于前端罩25a上的孔部的前端開口部像上述那樣構成前端部6內的處置器具通道12b的開口部。
并且，在前端硬性部件25的基端側連接設置有構成彎曲部7的多個彎曲塊26，該前端硬性部件25和彎曲塊26的外周被前端插入部橡膠部件12a一體地包覆。該前端插入部橡膠部件12a的前端外周部被卷線粘接部29固定在前端硬性部件25上。
另外，關于配設于前端部6的清洗管、照明用的光導束等部件，采用以往公知的結構，因此省略它們的說明。
接下來，參照圖3至圖5對攝像單元30的詳細結構進行說明。
如圖3和圖4所示，本實施方式的攝像單元30構成為具有固體攝像元件單元31和觀察光學系統單元32，該觀察光學系統單元32與該固體攝像元件單元31的前端側連接設置。
固體攝像元件單元31具有固體攝像元件保持框35，該固體攝像元件保持框35經由玻璃蓋等光學部件36對由ccd、cmos等構成的固體攝像元件芯片37的前表面側進行保持。
并且，固體攝像元件芯片37的背面側經由未圖示的fpc等與層疊基板38電連接。
而且，層疊基板38與從纜線39分支出的多條通信線連接。該纜線39以貫穿插入的方式配置于內窺鏡2的內部，經由電連接器部20與視頻處理器電連接。
并且，固體攝像元件保持框35的基端側外周部與加強框40連接設置，在該加強框40的外周上設置有熱縮管41，該熱縮管41一直包覆到纜線39的前端部分。
另外，在從固體攝像元件保持框35的基端部分起的由加強框40和熱縮管41形成的空間內填充有粘接劑等保護劑42，該保護劑42用于對固體攝像元件單元31進行水密保持并且進行保護。
本實施方式的觀察光學系統單元32構成為具有雙焦點式的觀察光學系統33，該觀察光學系統33通過使內部的透鏡進退移動而變更光學特性(焦距)，從而實現對焦功能或變焦功能。
更具體而言，觀察光學系統單元32構成為具有：前組透鏡單元45，其位于前端側；后組透鏡單元46，其與該前組透鏡單元45的基端側連接設置；引導框47，其插裝在該前組透鏡單元45與后組透鏡單元46之間；移動透鏡單元48，其能夠在該引導框47內在攝影光軸o方向上進退移動；以及致動器49，其使該移動透鏡單元48進退動作。
前組透鏡單元45構成為具有作為固定框的前組透鏡框55和由多個固定透鏡構成的前組透鏡56，其中，該前組透鏡56被該前組透鏡框55保持。
后組透鏡單元46構成為具有：作為固定框的后組透鏡框57，其前端側外嵌在前組透鏡框55上；以及后組透鏡58，其由多個固定透鏡構成，該后組透鏡58在該后組透鏡框57的基端側被保持在攝影光軸o上。
后組透鏡框57的基端側外嵌有固體攝像元件保持框35，由此將固體攝像元件單元31與觀察光學系統單元32連結。
并且，在后組透鏡框57上設置有縫57a，該縫57a貫穿該后組透鏡框57的內周側和外周側。該縫57a在與攝影光軸o方向相同的方向上延伸，該縫57a的前端側在后組透鏡框57的前端是開放的。
并且，在后組透鏡框57上，在縫57a的基端側設置有向外徑方向突出的保持桿57b，在該保持桿57b上設置有在與攝影光軸o同軸的方向上貫穿的致動器保持孔57c。
并且，在后組透鏡框57上設置有調節環59，該調節環59用于精度良好地進行移動透鏡單元48在攝影光軸o方向的基端側的停止位置(退避位置)的定位。
調節環59由攝影光軸o方向上的寬度沿著周向線性地變化的c環狀的部件構成，這里該調節環59被配置為其基端與保持桿57b抵接。而且，通過使該調節環59繞著攝影光軸o沿著后組透鏡框57的外周面轉動，能夠改變移動透鏡單元48與保持桿57b的相對位置(即，移動透鏡單元48的退避位置)。
這里，例如如圖3～圖6所示，構成后組透鏡58的多個透鏡中的位于最靠近被攝體側(最靠近前端側)的位置的第一透鏡58a構成為具有基部58b和突出部58c，該基部58b的外周被后組透鏡框57保持，該突出部58c從該基部58b向前端側突出。該第一透鏡58a的突出部58c被設定為其外周小于基部58b的外周，該第一透鏡58a的突出部58c突出到移動透鏡單元48能夠進退移動的區域at內。
即，通過適當地設定各種透鏡等光學部件的規格而將本實施方式的觀察光學系統33設計為第一透鏡58a的入射面的有效直徑
為了進行該第一透鏡58a的定位，在后組透鏡框57上設置有向內徑方向突出的內向凸緣狀的抵接部57d。而且，通過使由基部58b和突出部58c形成的階梯部與抵接部57d的光軸o方向的基端側的面抵接，第一透鏡58a在光軸o方向上相對于后組透鏡框57被定位。
引導框47插裝在前組透鏡框55的外周側與后組透鏡框57的內周側之間。在該引導框47的前端側設置有向外徑方向突出的前側止擋部60。前側止擋部60在后組透鏡框57的前端側與保持桿57b對置，在該前側止擋部60上凹陷設置有與保持桿57b的致動器保持孔57c對置的彈簧承載部60a。并且，在引導框47上設置有縫61，該縫61貫穿引導框47的內周側與外周側。該縫61以與后組透鏡框57的縫57a重疊的方式在與攝影光軸o方向相同的方向上延伸，該縫61的基端側在引導框47的基端是開放的。
這里，通過充分確保引導框47在攝影光軸o方向上的長度以防止其相對于固定框(即，相對于前組透鏡框55和后組透鏡框57)的傾斜，因此使該引導框47的基端側延伸至抵接部57d的附近。而且，該延伸的引導框47的基端部相對于第一透鏡58a的突出部58c在外徑方向上隔開了規定的間隔的位置與該突出部58c重疊。
移動透鏡單元48構成為具有作為移動框的移動透鏡框65和被該移動透鏡框65保持的移動透鏡66。
在本實施方式中，移動透鏡框65與引導框47的內周面滑動接觸，沿著攝影光軸o方向被引導。即，移動透鏡框65隔著引導框47與作為固定框的后組透鏡框57內部滑動接觸，能夠在沿著攝影光軸o的方向上進退移動。
這里，通過充分確保移動透鏡框65在攝影光軸o方向上的長度以防止其相對于固定框(即，相對于前組透鏡框55和后組透鏡框57)的傾斜，因此將該移動透鏡框65在攝影光軸o方向上延伸設置成比移動透鏡66靠前端側并且比移動透鏡66靠基端側。該移動透鏡框65的基端側的內徑形成為大于第一透鏡58a的突出部58c的外徑，如圖4所示，當移動透鏡框65位于退避位置時，在引導框47的內周側，該移動透鏡框65的基端側能夠與第一透鏡58a的突出部58c重疊。
在該移動透鏡框65上設置有向外周方向突出的操作桿65a。該操作桿65a經由后組透鏡框57的縫57a和引導框47的縫61而突出到后組透鏡框57的外周側，與保持桿57b和前側止擋部60對置。在該操作桿65a上，在與前側止擋部60對置的對置面側設置有與彈簧承載部60a對置的軸承部65b，該軸承部65b對突出到彈簧承載部60a內的軸部件67進行保持。而且，在軸部件67的外周上卷繞安裝有一端側被保持于彈簧承載部60a內的回位彈簧68，操作桿65a被該回位彈簧68向基端側(保持桿57b側)施力。
另外，在該保持桿57b、前側止擋部60以及操作桿65a的突端側設置有罩69，該罩69用于水密地堵塞縫57a、61。
致動器49具有引導管70，該引導管70的前端側被保持桿57b的致動器保持孔57c保持。在該引導管70內設置有從該引導管70的前端突出/縮回自如的推桿71，在該推桿71的前端固定設置有作為抵接部件的頭部72，該頭部72以能夠接觸/分離的方式與操作桿65a抵接。
并且，推桿71與貫穿插入于引導管70內的驅動線73的前端側連結，該驅動線73的基端側與由形狀記憶合金構成的形狀記憶元件74連結。而且，在引導管70內，在驅動線73的外周側卷繞安裝有推簧75，該推簧75用于以比回位彈簧68強的作用力向前側止擋部60側對推桿71施力。
形狀記憶元件74例如被設定為在加熱時收縮且在冷卻時伸展，在引導管70內被保持為能夠伸縮的狀態。并且，與形狀記憶元件74相鄰設置有未圖示的珀耳帖元件等熱源，該熱源能夠根據針對操作桿24的操作狀態而對形狀記憶元件74進行加熱或冷卻。
而且，當形狀記憶元件74通過被冷卻而伸展時，使驅動線73向釋放推簧75的作用力的方向(即，沿著攝影光軸o的前端側的方向)動作。由此，推桿71的前端側從引導管70突出并抵抗著回位彈簧68的作用力而按壓操作桿65a。由此，使操作桿65a移動至與前側止擋部60抵接的位置。伴隨著該操作桿65a的移動，移動透鏡框65使移動透鏡66移動至預先設定的用于實現第一焦距(第一光學特性)的進入位置(參照圖3)。
另一方面，當形狀記憶元件74通過被加熱而收縮時，使驅動線73向抵抗著推簧75的作用力的方向(即，沿著攝影光軸o的基端側的方向)動作。由此，推桿71的前端側退避到引導管70內。由此，操作桿65a被回位彈簧68施力而移動至與調節環59抵接的位置。伴隨著該操作桿65a的移動，移動透鏡框65使移動透鏡66移動至預先設定的用于實現第二焦距(第二光學特性)的退避位置(參照圖4)。此時，移動透鏡框65的基端側與第一透鏡58a的突出部58c重疊而不會發生干涉。
這里，在這樣構成的攝像單元30中，例如，在組裝觀察光學系統單元32時，通過調節各固定框等的相對位置而對用于實現第一焦距的移動透鏡66的進入位置進行微調。即，在組裝觀察光學系統單元32時，在使操作桿65a與前側止擋部60抵接的狀態下，一邊確認光學特性一邊對前組透鏡框55、后組透鏡框57以及引導框47彼此的相對位置進行定位，并利用粘接劑等進行固定。
另一方面，例如，在將前組透鏡框55、后組透鏡框57以及引導框47定位固定后，通過調節后組透鏡框57上的調節環59的轉動位置而對用于實現第二焦距的移動透鏡66的退避位置進行微調。即，在調節移動透鏡66的退避位置時，在使操作桿65a與調節環59抵接的狀態下，一邊確認光學特性一邊對調節環59進行轉動操作以改變操作桿65a與調節環59的抵接位置，由此進行調節。而且，在這樣將移動透鏡框65在后組透鏡框57上的攝影光軸o方向的位置調節到適合的位置的狀態下，利用粘接劑等將調節環59固定在后組透鏡框57的外周面上。
根據這樣的實施方式，由具有基部58b和突出部58c的帶階梯的透鏡來構成后組透鏡58中的位于最靠近被攝體側的位置的第一透鏡58a，其中，該基部58b的外周被后組透鏡框57保持，該突出部58c以比基部58b小的外周形成，并突出到移動透鏡框65能夠進退移動的區域at內，并且使移動透鏡框65在退避位置與突出部58c重疊，由此能夠防止移動透鏡框65的傾斜從而拍攝出分辨率沒有下降的圖像并且不造成大型化。
即，通過使移動透鏡框65的基端側與第一透鏡58a的突出部58c重疊，能夠使移動透鏡框65能夠進退移動的區域at與后組透鏡58所占有的區域在攝影光軸o方向上重合一部分。因此，即使在為了通過防止移動透鏡框65的傾斜來抑制分辨率下降而充分確保了該移動透鏡框65在攝影光軸o方向上的長度的情況下，也能夠可靠地防止觀察光學系統單元32在攝影光軸o方向上變長。此外，由于移動透鏡框65與突出部58c的重疊是通過在第一透鏡58a的入射側去除了在光學上不發揮功能的多余部位來形成突出部58c而實現的，因此不需要為了實現重疊而將移動透鏡框65、引導框47和后組透鏡框57等大徑化，從而能夠可靠地防止觀察光學系統單元32向外徑方向的大型化。
并且，在采用了使移動透鏡框65隔著引導框47與后組透鏡框57滑動接觸的結構的本實施方式中，為了防止移動透鏡框65的傾斜，也需要防止引導框47相對于作為固定框的前組透鏡框55和后組透鏡框57的傾斜，但在這樣的情況下，也能夠通過使引導框47的基端側的一部分與第一透鏡58a的突出部58c重疊來防止引導框47(移動透鏡框65)的傾斜，而不會造成觀察光學系統單元32的大型化。而且，在接合透鏡為大致相同的直徑的情況下，從任意的透鏡端涂敷的粘接劑會滲入到接合面，由于所滲入的粘接劑在硬化時的膨脹收縮而產生的應力會導致接合面產生損傷，給通過的光線帶來不良影響(即引起畫質劣化)，但由于后組透鏡框的突起57d與透鏡的突出部58c分離，因此能夠借助表面張力的作用來防止將后組透鏡框57與接合透鏡固定的粘接劑到達接合面。
這里，在上述的實施方式中，對借助透明粘接劑等將由小徑的凸透鏡構成的突出部58c和由大徑的凹透鏡構成的基部58b粘合而構成第一透鏡58a的一例進行了說明，但例如也可以像圖7所示那樣通過對單一的透鏡(透鏡坯料)的外周的一部分進行切削而構成具有基部58b和突出部58c的第一透鏡58a。
并且，關于突出部58c，不限于圓柱狀的形狀，在對縱橫比不同的廣角圖像進行拍攝的情況下等，例如也可以像圖8所示那樣僅對外周的一部分進行切削等而形成突出部58c。在該情況下，通過與突出部58c的形狀相應地在移動透鏡框65的基端側的一部分上設置切口部65c，能夠使移動透鏡框65與第一透鏡58a重疊而不會造成移動透鏡框65等大徑化。
并且，例如如圖9、10所示，例如，在能夠確保構成后組透鏡單元46和移動透鏡單元48等的各部件的加工精度達到規定的精度的情況下，也可以通過將設置于后組透鏡框57的抵接部57d的厚度最優化并使移動透鏡框65與該抵接部57d的前端側的面抵接來規定該移動透鏡框65的退避位置。在將固定框彼此固定后，在判明為由于粘接硬化偏移等而偏離目標位置的情況下，通過調節引導框的位置來校正光學特性。
如果這樣構成，則能夠使移動透鏡框65在退避位置與抵接部57d面接觸，能夠更可靠地防止移動透鏡框65的傾斜。
另外，本發明不限于以上進行了說明的各實施方式，能夠進行各種變形或變更，它們也在本發明的技術范圍內。例如，在上述的實施方式中，對移動透鏡框65能夠在作為固定框的后組透鏡框57的內部進退移動的結構的一例進行了說明，但本發明不限于此，例如也可以采用將作為固定框的前組透鏡框55延伸設置至基端側并且使移動透鏡框65在該前組透鏡框55的內部進退移動的結構。
并且，在上述的實施方式中，對使移動透鏡框65隔著引導框47與固定框(后組透鏡框57)滑動接觸的結構的一例進行了說明，但本發明不限于此，也可以省略引導框47而使移動透鏡框65直接與固定框(前組透鏡框55或后組透鏡框57)滑動接觸。
并且，當然也可以適當組合上述的實施方式的結構和各變形例的結構。
本申請是以2015年9月1日在日本申請的日本特愿2015-172202號為優先權主張的基礎而申請的，上述的公開內容被引用于本說明書、權利要求書中。
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