CN109661192A - 立体摄像单元 - Google Patents

Abstract

将具有与第1、第2摄像元件(32l、32r)的背面垂直的多个面部的第1、第2安装基板(38l、38r)连接到第1、第2摄像元件(32l、32r)的背面，从而构成彼此具有相同形状的第1、第2摄像部(45l、45r)，使第1、第2安装基板(38l、38r)的各面部中的、由未安装电子部件的非安装面构成的面部中的一个面部从第1、第2摄像元件(32l、32r)的一边的方向朝向投影面(Pl、Pr)的外侧突出，以使这些突出的面部在视差方向内侧彼此对置的方式将第1、第2摄像部(45l、45r)保持于保持框(35)(定心玻璃(34))。

Description

立体摄像单元

技术领域

本发明涉及能够取得具有视差的2个摄像图像的立体摄像单元。

背景技术

近年来，在医疗用内窥镜和工业用内窥镜的领域中，使用立体摄像单元对被验体进行立体观察的需求提高。

例如，如日本特开2000-199863号公报所公开的那样，在内窥镜的前端部使用的立体摄像单元构成为在左右方向上成对地配设有摄像单元，该摄像单元具有由物镜等多个透镜组构成的光学透镜系统、固体摄像芯片(摄像元件)以及电路基板(安装基板)，该电路基板安装有电容器、晶体管、电阻等电路部件。

并且，在日本特开2000-199863号公报中公开了如下技术：为了实现内窥镜的细径化，在固体摄像芯片的投影面积内收纳有元件基板、安装于元件基板的电子部件和信号缆线的端子部。

然而，如上述日本特开2000-199863号公报所公开的技术那样，在构成为在摄像元件的投影面内收纳安装基板等的情况下，元件基板可能在光轴方向上长大化、并且前端部的硬质长度可能长大化。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够有效缩短前端部的硬质长度而不会使前端部粗径化的立体摄像单元。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的一个方式的立体摄像单元具有：一对物镜光学系统，它们被配置成具有视差；一对摄像部，它们分别具有摄像元件和与所述摄像元件的背面连接的基板；以及保持部件，其保持所述一对摄像部，使得由所述一对物镜光学系统分别形成的光学像被引导至所述一对摄像部的所述摄像元件，所述一对摄像部具有彼此相同的形状，所述一对摄像部各自具有的所述基板具有与所述摄像元件的背面垂直的多个面部，所述多个面部包含从所述摄像元件的一边的方向朝向所述摄像元件的投影面的外侧突出的、由未安装部件的非安装面构成的面部，所述保持部件保持所述一对摄像部，使得朝向所述投影面的外侧突出的所述面部在视差方向内侧彼此对置。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的内窥镜系统的整体结构的立体图。

图2同上，是内窥镜的前端部的端面图。

图3同上，是图2的III-III剖视图。

图4同上，是立体摄像单元的立体图。

图5同上，是立体摄像单元的分解立体图。

图6同上，是示出第1摄像元件的投影面与第1安装基板之间的位置关系的分解立体图。

图7是同上，是示出第2摄像元件的投影面与第2安装基板之间的位置关系的分解立体图。

图8同上，是立体摄像单元的后视图。

图9与第1变形例相关，是示出第1摄像元件的投影面与第1安装基板之间的位置关系的分解立体图。

图10同上，是示出第2摄像元件的投影面与第2安装基板之间的位置关系的分解立体图。

图11同上，是立体摄像单元的后视图。

图12与第2变形例相关，是示出第1摄像元件的投影面与第1安装基板之间的位置关系的分解立体图。

图13同上，是示出第2摄像元件的投影面与第2安装基板之间的位置关系的分解立体图。

图14同上，是前端部的要部剖视图。

图15与第3变形例相关，是示出第1摄像元件的投影面与第1安装基板之间的位置关系的分解立体图。

图16同上，是示出第2摄像元件的投影面与第2安装基板之间的位置关系的分解立体图。

图17同上，是立体摄像单元的后视图。

图18同上，是立体摄像单元的后视图。

图19与第4变形例相关，是示出第1摄像元件的投影面与第1安装基板之间的位置关系的分解立体图。

图20同上，是示出第2摄像元件的投影面与第2安装基板之间的位置关系的分解立体图。

图21同上，是立体摄像单元的后视图。

图22与第5变形例相关，是前端部的要部剖视图。

图23与第6变形例相关，是前端部的要部剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的方式。图1至图8与本发明的一实施方式相关，图1是示出内窥镜系统的整体结构的立体图，图2是内窥镜的前端部的端面图，图3是图2的III-III剖视图，图4是立体摄像单元的立体图，图5是立体摄像单元的分解立体图，图6是示出第1摄像元件的投影面与第1安装基板之间的位置关系的分解立体图，图7是示出第2摄像元件的投影面与第2安装基板之间的位置关系的分解立体图，图8是立体摄像单元的后视图。

图1所示的内窥镜系统1构成为具有：能够从不同的视点对被验体进行立体摄像的立体内窥镜2；拆装自如地与该立体内窥镜2连接的处理器3；作为显示装置的监视器5，其显示通过处理器3生成的图像信号作为内窥镜图像。

本实施方式的立体内窥镜2例如是应用于腹腔镜手术的硬性内窥镜。该立体内窥镜2构成为具有细长的插入部6、在该插入部6的基端侧连续设置的操作部7、以及从操作部7延伸而与处理器3连接的通用缆线8。

在插入部6中从前端侧依次连续设置有主要由不锈钢等金属制部件构成的前端部11、弯曲部12、以及由不锈钢等金属管构成的硬性管部13。

该插入部6为向体内插入的部分，前端部11中内置有用于对被验体内进行立体摄像的立体摄像单元30(参照图3)。此外，在弯曲部12和硬性管部13的内部贯穿插入有与立体摄像单元30电连接的摄像缆线束39l、39r(参照图3)、向前端部11传送照明光的光导束(未图示)等。另外，本实施方式的立体内窥镜2例示了比弯曲部12靠基端侧由硬性管部13构成的硬性内窥镜，但是不限于此，也可以是比弯曲部12靠基端侧由具有挠性的挠性管部构成的软性内窥镜。

另外，在以下的说明中，各部的上下方向和左右方向是指，通过立体摄像单元30进行摄像并在监视器5中显示的图像的上下方向和左右方向所对应的上下方向和左右方向。

在操作部7设有用于对弯曲部12进行远程操作的角度杆15，并且，设有用于对处理器3的光源装置、视频系统传感器等进行操作的各种开关16。

角度杆15这里能够是在上下左右的4个方向上对插入部6的弯曲部12进行弯曲操作的弯曲操作单元。另外，弯曲部12不限于能够在上下左右这4个方向上弯曲的结构，例如，也可以构成为仅能够在上下这2个方向上或者仅能够在左右这2个方向上进行弯曲操作。

接着，参照图2、3详细说明这种立体内窥镜2的前端部的结构。

如图3所示，前端部11构成为具有呈大致圆柱形状的前端部主体20以及呈大致圆筒形状的前端筒体21，该前端筒体21的前端固定于该前端部主体20。这里，在前端部主体20的外周嵌合有前端筒体21的前端，通过从该前端筒体21露出的前端部主体20的端面形成前端部11的前端面11a。

如图2、3所示，在前端部主体20的左右方向(即，弯曲部12的左右的弯曲方向)上并排设有在前端面11a开口的一对观察用贯通孔23l、23r。在左右的各观察用贯通孔23l、23r中分别保持构成立体摄像单元30的一对物镜光学系统(第1、第2物镜光学系统31l、31r)，由此，在前端部11的前端面11a形成有观察窗24l、24r。

此外，例如，如图2所示，在观察用贯通孔23l、23r的上方(即，弯曲部12的上下的弯曲方向的上方)，在前端部主体20的左右方向上并排设有在前端面11a开口的一对照明用贯通孔25l、25r。在左右的各照明用贯通孔25l、25r中分别保持与未图示的光导束光学连接的一对照明光学系27l、27r，由此，在前端部11的前端面11a中形成有照明窗26l、26r。

如图3～图5所示，立体摄像单元30构成为具有：第1摄像元件32l，其接收第1物镜光学系统31l形成的光学像(第1光学像)；第2摄像元件32r，其接收第2物镜光学系统31r形成的光学像(第2光学像)；作为保持部件的单个的定心玻璃34，其配置在第1、第2光学像的光路上，通过粘接对第1、第2摄像元件32l、32r的各受光面32la、32ra侧进行定位固定；作为保持部件的保持框35，其经由定心玻璃34保持第1、第2摄像元件32l、32r。

第1、第2摄像元件32l、32r例如由CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等固体摄像元件构成。这些第1、第2摄像元件32l、32r上粘贴有用于保护受光面32la、32ra的罩玻璃33l、33r。

此外，在第1、第2摄像元件32l、32r的背面连接有作为基板的第1、第2安装基板38l、38r，这些第1、第2安装基板38l、38r经由在第1、第2摄像元件32l、32r设置的端子部(未图示)而分别与第1、第2摄像元件32l、32r电连接。而且，通过这些第1、第2摄像元件32l、32r和第1、第2安装基板38l、38r，分别构成第1、第2摄像部45l、45r。

在第1、第2安装基板38l、38r上例如分别通过焊接等而安装有：用于产生第1、第2摄像元件32l、32r的驱动信号的数字IC、存储了控制参数的非易失性存储器(EEPROM)、用于使这些IC的驱动电源稳定的IC驱动电源稳定用电容器、和电阻等各种电子部件。控制参数包含摄像元件的序列号(制造商的制造编号)、用于校正摄像元件的白缺陷的校正数据等。如果难以与第1、第2摄像元件32l、32r分别对应地安装非易失性存储器，也可以在一个非易失性存储器中汇总地存储2个摄像元件的控制参数。该情况下，该非易失性存储器安装于在操作部7内或其以外的内窥镜内设置的基板上即可。此外，各安装基板38l、38r上电连接有摄像缆线束39l、39r。

定心玻璃34由在前端部11的左右方向上延伸的透明玻璃基板构成。第1、第2摄像元件32l、32r的受光面32la、32ra侧借助罩玻璃33l、33r而分别固定于该定心玻璃34。

更具体而言，粘贴于受光面32la、32ra的罩玻璃33l、33r借助紫外线硬化型透明粘接剂(UV粘接剂)等而粘接于定心玻璃34，由此，第1、第2摄像元件32l、32r以彼此隔开规定间隔的状态被定位固定。

保持框35例如由截面形状呈大致圆角长方形的柱状的金属部件构成(例如，参照图5)。在保持框35的基端侧凹陷地设有玻璃保持部36，定心玻璃34通过粘接剂等而固定。

此外，例如，如图3、5所示，在保持框35上，以隔开预先设定的间隔的方式在左右并排设置有第1物镜光学系统保持孔37l和第2物镜光学系统保持孔37r。这些第1、第2物镜光学系统保持孔37l、37r通过贯通孔构成，该贯通孔的前端侧在保持框35的端面(前端面11a)开放，并且基端侧与玻璃保持部36连通。

第1、第2物镜光学系统31l、31r在作为第1、第2物镜光学系统单元40l、40r而被单元化的状态下，以具有规定的视差的方式分别保持于这些第1、第2物镜光学系统保持孔37l、37r。

即，第1、第2物镜光学系统31l、31r分别保持于第1、第2透镜框41l、41r，从而构成第1、第2物镜光学系统单元40l、40r。而且，这些第1、第2物镜光学系统单元40l、40r借助粘接剂等被定位固定于第1、第2物镜光学系统保持孔37l、37r内，由此，第1、第2物镜光学系统31l、31r与第1、第2摄像元件32l、32r一起，通过单个的保持框35被一体地保持。

接着，参照图3～图8来说明第1、第2摄像部45l、45r的具体结构。

这里，在本实施方式中，第1、第2摄像部45l、45r分别成为分别由具有共同的规格和共通的形状的摄像元件和安装基板构成的彼此具有相同形状的模块部件。而且，这些第1、第2摄像部45l、45r以彼此180度反转的状态(即，例如，相对于一个摄像部即第1摄像部45l，另一个摄像部即第2摄像部45r绕光轴Or旋转了180度的状态)保持于保持框35(定心玻璃34)。另外，在构成第1、第2摄像部45l，45r的第1、第2摄像元件32l、32r是CMOS的情况下，从它们读出摄像信号的读出顺序被设定为彼此反转。

如图3所示，本实施方式中的第1、第2安装基板38l、38r通过在视差方向上层叠多个电路基板而成的层叠基板构成。即，第1、第2安装基板38l、38r由呈大致立方体形状的硬质的块状的层叠基板构成，该层叠基板在光轴Ol、Or的上下方向和左右方向上分别具有平面状的面部。

这些第1、第2安装基板38l、38r的各面部中的视差方向外侧的面部被设定为安装面38la、38ra。在这些第1、第2安装基板38l、38r的各安装面38la、38ra上形成有多个连接盘。而且，在第1、第2安装基板38l、38r的各安装面38la、38ra上，经由各连接盘而安装有各种电子部件50，并且电连接有从摄像缆线束39l、39r分支的各种信号线39la、39ra(除了后述的接地线39lb、39rb以外)。

另一方面，在第1、第2安装基板38l、38r的各面部中，上下方向的各面部和视差方向内侧的面部被设定为不安装各种电子部件的非安装面38la、38ra。但是，在第1、第2安装基板38l、38r的视差方向内侧的面部仅形成有接地用的连接盘，经由该接地用的连接盘连接有从摄像缆线束39l、39r分支的接地线39lb、39rb。

如图3～图8所示，这样构成的第1、第2安装基板38l、38r以如下状态与第1、第2摄像元件32l、32r的基端侧连续设置：第1、第2安装基板38l、38r的上下方向的各面部(非安装面38lb、38rb)和视差方向外侧的面部(安装面38la、38ra)上安装的各种电子部件50被定位成不向第1、第2摄像元件32l、32r的光轴Ol、Or方向的投影面Pl、Pr的上下方向和视差方向外侧突出，并且视差方向内侧的面部(非安装面38lb、38rb)被定位成从投影面Pl、Pr向外侧(视差方向内侧)突出而彼此对置。

即，第1、第2安装基板38l、38r的上下方向的高度被设定为与第1、第2摄像元件32l、32r的高度大致相同的高度，第1、第2安装基板38l、38r被定位成，上下方向的各面部与第1、第2摄像元件32l、32r的上表面及下表面大致在一个面延伸。

此外，第1、第2安装基板38l、38r被定位成，视差方向外侧的面部(安装面38la、38ra)比第1、第2摄像元件32l、32r的视差方向外侧的面向内侧偏移。

并且，第1、第2安装基板38l、38r被定位成，视差方向内侧的面部(非安装面38lb、38rb)在彼此不抵接的范围内比第1、第2摄像元件32l、32r的视差方向内侧的面向外侧偏移。

换言之，第1、第2安装基板38l、38r在不使视差方向外侧的面部上安装的各种电子部件从投影面Pl、Pr突出、且视差方向内侧的面部不会错误地接触的范围内，由在视差方向上层叠多个电路基板而成的层叠基板构成。而且，将多个电路基板层叠至向视差方向内侧突出的位置来确保作为层叠基板的容积(有效的电路面积)，由此，与将全部面部和各种电子部件收纳于投影面Pl、Pr内的情况(图3中的双点划线参照)相比，第1、第2安装基板38l、38r的光轴Ol、Or方向的长度被缩短了ΔL。而且，这样缩短了第1、第2安装基板38l、38r的光轴Ol、Or方向的长度的结果是，前端部11的硬质长度也被缩短。

根据这样的实施方式，将具有与第1、第2摄像元件32l、32r的背面垂直的多个面部的第1、第2安装基板38l、38r连接到第1、第2摄像元件32l、32r的背面，构成彼此具有相同形状的第1、第2摄像部45l、45r，使第1、第2安装基板38l、38r的各面部中的、由未安装电子部件的非安装面38lb、38rb构成的面部中的一个面部从第1、第2摄像元件32l、32r的一边的方向朝向投影面Pl、Pr的外侧突出，以使这些突出的面部(非安装面)在视差方向内侧彼此对置的方式，在彼此绕光轴Ol、Or反转180度的状态下，将第1、第2摄像部45l、45r保持于保持框35(定心玻璃34)，由此，能够在不使前端部11粗径化的情况下，有效缩短前端部11的硬质长度。

即，第1、第2安装基板38l、38r被定位成，上下方向的各面部(非安装面38lb、38rb)和在视差方向外侧的面部(安装面38la、38ra)上安装的各种电子部件50不向第1、第2摄像元件32l、32r的投影面Pl、Pr的上下方向和视差方向外侧突出，并且，视差方向内侧的面部被设定为不安装电子部件的非安装面38lb、38rb，在以从投影面Pl、Pr向视差方向内侧突出而彼此对置的方式被定位的状态下，与第1、第2摄像元件32l、32r的基端侧连续设置。由此，能够在不使前端部11粗径化的情况下，有效缩短前端部11的硬质长度。

换言之，第1、第2安装基板38l、38r的上下方向的各面部和在视差方向外侧的面部(安装面38la、38ra)安装的各种电子部件50被定位成不向第1、第2摄像元件32l、32r的投影面Pl、Pr的上下方向和视差方向外侧突出，从而能够有效抑制前端部11的粗径化。另一方面，第1、第2安装基板38l、38r的视差方向内侧的面部(非安装面38lb、38rb)被定位成从投影面Pl、Pr向视差方向内侧突出而彼此对置，由此，能够有效利用为了确保左右的视差而在光轴Ol、Or之间设定的间隔，而不会将该间隔作为死区，能够确保第1、第2安装基板38l、38r的容积(有效的电路面积)。其结果是，例如，与将全部的面部和各种电子部件50收纳于投影面Pl、Pr内的情况(参照图3中的双点划线)相比，能够缩短第1、第2安装基板38l、38r的光轴Ol、Or方向的长度，伴随于此，能够有效缩短前端部11的硬质长度。

该情况下，通过将第1、第2安装基板38l、38r的视差方向内侧的面部设定为不安装电子部件的非安装面38lb、38rb，从而即使在使第1、第2安装基板38l、38r接近视差方向内侧的情况下，也能够有效抑制相互的电子部件间的所谓串扰等引起的干扰。

进而，第1、第2安装基板38l、38r将接地线39lb、39rb与对置的视差方向内侧的非安装面38lb、38rb连接，由此，即使在使第1、第2安装基板38l、38r接近的情况下，也能够通过接地线39lb、39rb使热迅速散热，进而，能够实现针对串扰等的屏蔽效果，更有效地抑制相互的电子部件间的干扰。

进而，第1、第2摄像部45l、45r分别通过分别具有共同的规格和共同的形状的摄像元件和安装基板构成，从而具有相同形状，并且以使另一个摄像部绕光轴旋转而相对于一个摄像部成180度的状态被保持于定心玻璃34，由此，不需要将第1、第2摄像部45l、45r作为左右各自的专用品，能够有效抑制制造工时和制造成本等。

这里，例如，如图9～图11所示，通过阶梯的面部构成第1、第2安装基板38l、38r的上下方向的各面部，由此，还能够将第1、第2安装基板38l、38r设为在侧面视图中呈T字状的异形基板。

通过这样构成，能够将第1、第2安装基板38l、38r的上下方向的各面部作为安装面38la、38ra而有效地进行利用。

此外，例如，如图12～图14所示，还可以在第1、第2安装基板38l、38r的视差方向外侧的各面部(安装面)的基端侧形成阶梯部38lc、38rc，在这些各阶梯部38lc、38rc设置用于对各种信号线39la、39ra进行电连接的连接盘。

通过这样构成，能够在前端部11的基端侧更有效地避免前端筒体21与各种信号线39la、39ra之间的干扰，能够更有效地缩短前端部11的硬质长度。

此外，根据同样的理由，例如，如图15～图18所示，还可以在第1、第2安装基板38l、38r的视差方向外侧的各面部(安装面)的基端侧形成倾斜面38ld、38rd，在这些各倾斜面38ld、38rd上设置用于对各种信号线39la、39ra进行电连接的连接盘。

此外，还可以在第1、第2安装基板38l、38r的视差方向内侧的各面部(非安装面)设置上下一对缺口部38le、38re，在各缺口部38le、38re设置接地用的连接盘。

通过这样构成，例如，如图17所示，能够从同一方向对第1、第2安装基板38l、38r连接接地线39lb、39rb。进而，例如，如图18所示，能够对第1、第2安装基板38l、38r连接具有粗径的共同的接地线39b。

此外，例如，如图19～图21所示，通过阶梯的面部构成第1安装基板38l的上方向的面部和第2安装基板38r的下方向的面部，由此，还能够将第1、第2安装基板38l、38r设为在侧面视图中呈L字状的异形基板。

通过这样构成，能够将第1、第2安装基板38l、38r的上下方向的各面部作为安装面38la、38ra而有效地进行利用。此外，通过将第1安装基板38l的上方向的面部和第2安装基板38r的下方向的面部作为安装面38la、38ra，由此，在立体摄像单元30的组装时等，无论在使哪个安装面38la、38ra朝向上侧的情况下，都能够使烙铁从右侧接近该安装面38la、38ra。因此，能够容易地进行通常由右手把持的烙铁的焊接作业等。

此外，例如，如图22所示，针对第1、第2物镜光学系统单元40l、40r的光轴Ol、Or被设定为非平行的所谓格里诺式的立体摄像单元30，也能够采用与上述的实施方式同样的结构。

此外，例如，如图23所示，第1、第2安装基板38l、38r未被限定为硬质的层叠基板，也可以是柔软的柔性基板。该情况下，将第1、第2安装基板38l、38r配置成使非安装面相对于投影面Pl、Pr向视差方向内侧突出，并且使基端侧向视差方向外侧折回，从而能够得到与上述实施方式大致同样的效果。

另外，本发明不限于以上说明的各实施方式，能够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。例如，当然也可以适当组合上述实施方式和各变形例的结构。

本申请将2016年12月26日在日本申请的特愿2016-251715号作为优先权主张的基础而进行申请，在本申请说明书、权利要求中引用上述的公开内容。

Claims (5)

1.一种立体摄像单元，其具有：

一对物镜光学系统，它们被配置成具有视差；

一对摄像部，它们分别具有摄像元件和与所述摄像元件的背面连接的基板；以及

保持部件，其保持所述一对摄像部，使得由所述一对物镜光学系统分别形成的光学像被引导至所述一对摄像部的所述摄像元件，

其特征在于，

所述一对摄像部具有彼此相同的形状，

所述一对摄像部各自具有的所述基板具有与所述摄像元件的背面垂直的多个面部，

所述多个面部包含从所述摄像元件的一边的方向朝向所述摄像元件的投影面的外侧突出的、由未安装部件的非安装面构成的面部，

所述保持部件保持所述一对摄像部，使得朝向所述投影面的外侧突出的所述面部在视差方向内侧彼此对置。

2.根据权利要求1所述的立体摄像单元，其特征在于，

所述基板是在所述视差方向上层叠多个电路基板而成的层叠基板。

3.根据权利要求1所述的立体摄像单元，其特征在于，

在所述基板的在所述视差方向内侧彼此对置的所述面部上连接有接地线，在所述基板的在所述视差方向内侧彼此对置的所述面部以外的所述面部上连接有其他信号线。

4.根据权利要求1所述的立体摄像单元，其特征在于，

所述一对摄像部各自具有的所述摄像元件具有罩玻璃，

所述保持部件具有粘接所述罩玻璃的单个的定心玻璃，

所述一对摄像部借助所述罩玻璃而与所述摄像元件粘接，从而被保持于所述保持部件。

5.根据权利要求1所述的立体摄像单元，其特征在于，

所述一对摄像部具有彼此相同的形状，并且以使另一个所述摄像部绕光轴旋转而相对于一个所述摄像部成180度的状态被保持于所述保持部件。