(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡の挿入部に設けられ、対物光学系部材、撮像素子及び伝送ケーブルを含み、前記伝送ケーブルを介して前記撮像素子から出力される信号に基づいた映像を生成するカメラコントロールユニットに接続可能に構成された内視鏡用撮像ユニットであって、
前記撮像素子は、複数の画素が配設された画素形成領域中に、有効画素領域、前記有効画素領域内に設けられた映像表示領域、前記映像表示領域の外側に設けられ、受光することで前記映像の位相調整に用いることが可能な信号を出力する画素が配設された位相基準画素領域を有して構成され、
前記対物光学系部材は、前記対物光学系部材の光軸が前記有効画素領域と交差する交点が、当該対物光学系部材を透過した光が前記位相基準画素領域に到達可能なように、前記有効画素領域の中心に対し前記位相基準画素領域に近い位置にずれて位置するように配置されることを特徴とする内視鏡用撮像ユニット。
【請求項２】
前記撮像素子は、前記有効画素領域の外側に設けられたオプティカルブラック領域を有し、前記位相基準画素領域は、前記オプティカルブラック領域内に配設されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用撮像ユニット。
【請求項３】
前記位相基準画素領域は、前記有効画素領域内に配設されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用撮像ユニット。
【請求項４】
前記撮像素子は矩形状であり、前記画素形成領域を有する面上又は前記画素形成領域を有する面の裏面上において、前記矩形状の一つの辺に沿って設けられた複数の金属パッドを有し、
前記位相基準画素領域は、前記有効画素領域に中心よりも前記金属パッドに近い位置に配設されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用撮像ユニット。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の内視鏡用撮像ユニットを備えた内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を備える内視鏡用撮像ユニット及び内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の体内や構造物の内部等の観察が困難な箇所を観察するために、生体や構造物の外部から内部に導入可能な挿入部を備え、該挿入部に光学像を撮像するための撮像ユニットを具備した内視鏡が、例えば医療分野や工業分野において利用されている。【０００３】
内視鏡用撮像ユニットは、被写体像を結像するレンズ等からなる対物光学系部材と、対物光学系部材の結像面に配設されたＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサ等の撮像素子を具備してなる。【０００４】
内視鏡用撮像ユニットは、挿入部の外径を細くする必要があることから、カメラコントロールユニットが挿入部の外部に設けられる形態が一般的である。このような内視鏡に備えられる撮像装置の形態は、一般にカメラヘッド分離型の撮像装置等と称される。内視鏡では、撮像素子とカメラコントロールユニットとの間の信号の通信は、例えば十数ｃｍから数ｍといった比較的長い伝送ケーブルを介して行われる。【０００５】
このような内視鏡においては、例えば伝送ケーブルの長さのばらつきや組み込まれる電子部品の電気的な性能のばらつきに起因して、撮像素子からカメラコントロールユニットに出力される映像信号の遅延が生じやすい。このため、例えばカメラコントロールユニットやその他の電気回路を用いて、映像信号の位相に対するサンプリングタイミングの調整等の映像の位相調整を行い、撮像素子とカメラコントロールユニットの動作を同期させる必要がある。映像の位相調整を行うには、例えば撮像素子側にタイミングジェネレータを設ける方法や、伝送ケーブルの長さのばらつきや組み込まれる電子部品の電気的な性能のばらつきを小さくする方法が考えられる。しかし、タイミングジェネレータを撮像素子側に設ける場合には、撮像素子周辺の電子回路が大きくなり、内視鏡の挿入部が大径化してしまう。また、伝送ケーブルや組み込まれる電子部品の公差を小さくするには、それぞれを大型化する必要があり、この場合も内視鏡の挿入部が大型化してしまう。【０００６】
そこで、例えば日本国特開平５−３０８５７９号公報には、カメラヘッド分離型の撮像装置において、撮像素子のオプティカルブラック領域（光学的黒領域）内の所定の画素から指標となる信号を出力させ、この指標となる信号を用いてカメラコントロールユニットやその他の回路によるサンプリングタイミングの調整を行い、撮像素子とカメラコントロールユニットとの同期をとる技術が開示されている。【０００７】
内視鏡の撮像ユニットの小型化を進めていくと、撮像素子には小型化の限界があることから、撮像光学系部材のみが小型化することとなり、撮像光学系部材が結像する範囲であるイメージサークルが、撮像素子の有効画素領域よりも狭くなる。このように、撮像光学系部材のイメージサークルが撮像素子の有効画素領域よりも狭い場合、オプティカルブラックには撮像光学系部材を透過した光が到達できないため、日本国特開平５−３０８５７９号公報に開示されている技術を用いて撮像素子とカメラコントロールユニットとの同期をとることができなくなってしまう。【０００８】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、小型な内視鏡用撮像ユニット及びそれを備える内視鏡を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様による内視鏡用撮像ユニットは、内視鏡の挿入部に設けられ、対物光学系部材、撮像素子及び伝送ケーブルを含み、前記伝送ケーブルを介して前記撮像素子から出力される信号に基づいた映像を生成するカメラコントロールユニットに接続可能に構成された内視鏡用撮像ユニットであって、前記撮像素子は、複数の画素が配設された画素形成領域中に、有効画素領域、前記有効画素領域内に設けられた映像表示領域、前記映像表示領域の外側に設けられ、受光することで前記映像の位相調整に用いることが可能な信号を出力する画素が配設された位相基準画素領域を有して構成され、前記対物光学系部材は、前記対物光学系部材の光軸が前記有効画素領域と交差する交点が、当該対物光学系部材を透過した光が前記位相基準画素領域に到達可能なように、前記有効画素領域の中心に対し前記位相基準画素領域に近い位置にずれて位置するように配置される。また、本発明の一態様による内視鏡は、前記内視鏡用撮像ユニットを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】内視鏡の構成を説明する図である。
【図２】内視鏡の先端部の概略的な構成を説明する断面図である。
【図３】撮像ユニットの部分断面図である。
【図４】撮像素子の受光面を受光面側から見た正面図である。
【図５】撮像素子の受光面を受光面側から見た正面図である。
【図６】第２の実施形態の撮像ユニットの部分断面図である。
【図７】図６のVII-VII断面図である。
【図８】図６のVIII-VIII断面図である。
【図９】第１レンズ及び第１レンズ枠の部分断面図である。
【図１０】第１の変形例における第１レンズ及び第１レンズ枠の部分断面図である。
【図１１】第２の変形例における第１レンズ及び第１レンズ枠の部分断面図である。
【図１２】第２の変形例における第１レンズ及び第１レンズ枠の正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。【００１２】
（第１の実施形態）  
以下に、本発明の実施形態の一例を説明する。まず、図１を参照して、本発明に係る内視鏡用撮像ユニットである撮像ユニット１を具備する内視鏡１０１の構成の一例を説明する。本実施形態の内視鏡１０１は、人体等の被検体内に導入可能であって被検体内の所定の観察部位を光学的に撮像可能な構成を有する。なお、内視鏡１０１が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体であってもよいし、機械や建造物等の人工物であってもよい。【００１３】
本実施形態の内視鏡１０１は、被検体の内部に導入される細長の挿入部１０２と、この挿入部１０２の基端に位置する操作部１０３と、この操作部１０３の側部から延出するユニバーサルコード１０４とで主に構成されている。【００１４】
挿入部１０２は、先端に配設される先端部１１０、先端部１１０の基端側に配設される湾曲自在な湾曲部１０９、及び湾曲部１０９の基端側に配設され操作部１０３の先端側に接続される可撓性を有する可撓管部１０８が連設されて構成されている。なお、内視鏡１０１は、挿入部に可撓性を有する部位を具備しない、いわゆる硬性鏡と称される形態のものであってもよい。【００１５】
図２に示すように、先端部１１０には、撮像ユニット１、及び照明光出射部１１３が設けられている。詳しくは後述するが、撮像ユニット１は、撮像光学系部材１０と撮像素子２を有して構成されている。撮像ユニット１の基端側からは、同軸ケーブル等の伝送ケーブル１１５が延出している。本実施形態では一例として、撮像ユニット１は、先端部１１０の先端方向に視野ＦＯＶを向けるように配設されている。なお、撮像ユニット１は、先端部１１０の側方を撮像するように配設されるものであってもよい。【００１６】
また、照明光出射部１１３には、光ファイバ束１１４の先端が配設されている。光ファイバ束１１４は、照明光出射部１１３から挿入部１０２の基端側に向かって延出している。【００１７】
挿入部１０２の基端に配設された操作部１０３には、湾曲部１０９の湾曲を操作するためのアングル操作ノブ１０６が設けられている。ユニバーサルコード１０４の基端部には外部装置１２０に接続可能に構成された内視鏡コネクタ１０５が設けられている。内視鏡コネクタ１０５が接続される外部装置１２０は、例えば、光源部、カメラコントロールユニット１２０ａ及び画像表示部１２１を具備して構成されている。【００１８】
前述した伝送ケーブル１１５及び光ファイバ束１１４は、挿入部１０２、操作部１０３及びユニバーサルコード１０４内に挿通され、伝送ケーブル１１５及び光ファイバ束１１４の基端は内視鏡コネクタ１０５に配設されている。【００１９】
伝送ケーブル１１５は、撮像ユニット１とコネクタ部１０５とを電気的に接続するように構成されている。コネクタ部１０５が外部装置１２０に接続されることによって、撮像ユニット１は、伝送ケーブル１１５を介して外部装置１２０のカメラコントロールユニット１２０ａに電気的に接続される。この伝送ケーブル１１５を介して、外部装置１２０から撮像ユニット１への電力の供給、及び外部装置１２０と撮像ユニット１との間の信号の授受が行われる。【００２０】
カメラコントロールユニット１２０ａは、撮像ユニット１から出力された信号に基づく映像を生成し、画像表示部１２１に出力する構成を有している。すなわち、本実施形態では、撮像ユニット１により撮像された光学像が、映像として表示部１２１に表示される。なお、カメラコントロールユニット１２０ａ及び画像表示部１２１の一部又は全部は、内視鏡１０１と一体に構成される形態であってもよい。【００２１】
また、光ファイバ束１１４は、外部装置１２０が備える光源装置から発せられた光を、先端部１１０の照明光出射部１１３にまで伝えるように構成されている。照明光出射部１１３は、光ファイバ束１１４から入射した光を出射し、撮像ユニット１の視野を照明するように構成されている。なお、光源装置は、内視鏡１０１の操作部１０３や先端部１１０に配設される構成であってもよい。【００２２】
次に、撮像ユニット１の詳細な構成について説明する。前述のように、撮像ユニット１は、撮像光学系部材１０及び撮像素子２を有して構成されている。また、撮像ユニット１は、撮像素子２に電気的に接続された電子回路である周辺回路部５を有している。伝送ケーブル１１５は、周辺回路部５を介して撮像素子２に電気的に接続されている。【００２３】
撮像光学系部材１０は、レンズ、プリズム、フィルタ等の光学素子を含み、被写体像を結像するように構成されている。本実施形態では一例として、撮像光学系部材１０は、直線状の光軸Ｏ上に配置された複数のレンズによって構成されている。なお、撮像光学系部材１０は、プリズムやミラーを有し、光軸Ｏが屈曲する形態であってもよい。以下においては、光軸Ｏに沿って被写体側（物体側）へ向かう方向を物体側と称し、その反対の方向を像側と称するものとする。【００２４】
撮像光学系部材１０の像側には、撮像素子２が配設されている。撮像素子２は、受光素子を含む複数の画素が配設された受光面２ａを撮像光学系部材１０の側に向けて配置されている。撮像素子２の受光面２ａ上には、カバーガラス３が配設されている。【００２５】
撮像素子２は、撮像光学系部材１０によって結像された光学像を電気信号に変換することが可能に構成されている。撮像素子２は、一般にＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等と称されるイメージセンサであり、詳細な動作原理等の詳細な説明については省略するものとする。【００２６】
図４は、撮像素子２を受光面２ａ側から見た正面図である。図４に示すように、本実施形態の撮像素子２は、受光面２ａ側から見た場合に略矩形状である。撮像素子２の受光面２ａ側には、複数の画素が所定の配列で形成された、矩形状の領域である画素形成領域２ｂが設けられている。【００２７】
また、撮像素子２の受光面２ａ側の画素形成領域２ｂの外側には、撮像素子２と周辺回路部５とを電気的に接続するための、複数の金属パッド２ｆが形成されている。金属パッド２ｆと周辺回路部５とは、例えば金ワイヤを用いたワイヤボンディングによって電気的に接続される。【００２８】
なお、本実施形態においては、金属パッド２ｆを、撮像素子２の受光面２ａ側に設けているが、これに限らず、撮像素子２の受光面２ａの裏面側に設けられても良い。撮像素子２の受光面２ａの裏面側に設けられた金属パッドは、例えば、撮像素子２の画素形成領域２ｂの外側の受光面２ａから裏面側に貫通する貫通電極に設けられた、ＢＧＡ（Ball Grid Array）あるいはＬＧＡ（Land Grid Array）により形成される。【００２９】
金属パッド２ｆは、本実施形態では一例として、外形が略矩形状である撮像素子２の長辺のうちの一方に沿って配置されている。すなわち、本実施形態では、金属パッド２ｆは、撮像素子２の所定の一方向の側に偏って配置されている。なお、金属パッド２ｆの配置の形態は本実施形態に限られるものではなく、例えば撮像素子２の二辺に沿って配置される形態であっても良いし、また例えば撮像素子２の四辺に沿って配置される形態であってもよい。【００３０】
カバーガラス３は、撮像素子２の受光面２ａ上において、画素形成領域２ｂを覆うように配設されている。カバーガラス３は、撮像素子２の受光面２ａ上に、例えば紫外線硬化型の接着剤によって貼着されている。【００３１】
次に、撮像素子２の画素形成領域２ｂの詳細な構成について説明する。図４に示すように、画素形成領域２ｂは、有効画素領域２ｃと、有効画素領域２ｃの外周部に設けられたオプティカルブラック領域２ｄを含んで構成されている。また、オプティカルブラック領域２ｄ内には、位相基準画素領域２ｅが設けられている。図４では、オプティカルブラック領域２ｄを、網状のハッチングによって示している。【００３２】
有効画素領域２ｃは、有効画素領域２ｃ内に配設された画素に、撮像光学系部材１０側からの光が入射可能な領域である。すなわち、撮像素子２は、撮像光学系部材１０によって有効画素領域２ｃ内に結像された光学像に応じた電気信号を出力する。図４には、有効画素領域２ｃの中心Ｃが示してある。本実施形態では、有効画素領域２ｃが矩形状であり、有効画素領域２ｃの中心Ｃは、矩形状の有効画素領域２ｃの対角線が交わる点である。【００３３】
オプティカルブラック領域２ｄは、オプティカルブラック領域２ｄ内に配設された画素への光の入射を遮るアルミニウム膜等の遮光膜が画素上に形成された領域である。オプティカルブラック領域２ｄ内の、遮光膜によって覆われた画素から出力される電気信号は、光学的黒レベルの算出に用いられる。【００３４】
なお、オプティカルブラック領域２ｄは、有効画素領域２ｃの外側全周を囲うように配設される形態に限られるものではなく、例えば、有効画素領域２ｃの一辺、二辺又は三辺の外側に配設される形態であってもよい。【００３５】
位相基準画素領域２ｅは、有効画素領域２ｃの外側であるオプティカルブラック領域２ｄ内の所定の位置に、一つ又は複数配設されている。位相基準画素領域２ｅは、所定の位置の一つ又は複数の画素を含む領域であって、当該位相基準画素領域２ｅ内の画素から出力される信号は、撮像ユニット１が接続されるカメラコントロールユニット１２０ａにおいて、撮像ユニット１から出力された信号に基づく映像を生成する際に、映像の位相調整の基準として用いることができる。例えば、位相基準画素領域２ｅ内の画素から出力される信号は、図示しないサンプリング回路による、撮像ユニット１から出力された映像信号の位相を調整する際に行う位相に対するサンプリングタイミングの調整や、映像を生成する際の映像表示位置の調整のための基準として用いられる。【００３６】
位相基準画素領域２ｅは、オプティカルブラック領域２ｄ内において、所定の一つ又は複数の画素上に遮光膜を形成せずに、撮像光学系部材１０側からの光が当該画素に入射可能に構成された領域である。撮像素子２の位相基準画素領域２ｅに光が入射する状態で位相基準画素領域２ｅ内の画素から出力される電気信号は、周囲のオプティカルブラック領域２ｄ内の画素から出力される光学的黒レベルの電気信号とは異なるものとなる。位相基準画素領域２ｅの位置は既知の所定の位置であることから、この受光状態における位相基準画素領域２ｅ内の画素から出力される信号を用いることによって、カメラコントロールユニット１２０ａにおいて、サンプリングタイミングの調整や映像表示位置の調整等の、映像の位相調整を行うことが可能となる。【００３７】
本実施形態では一例として、位相基準画素領域２ｅは、有効画素領域２ｃの外周を囲うオプティカルブラック領域２ｄの４辺のうちの、金属パッド２ｆが形成された所定の一方向の側の辺に設けられている。【００３８】
次に、本実施形態の撮像ユニット１における、撮像光学系部材１０と、撮像素子２との位置関係について説明する。図４には、撮像光学系部材１０及び撮像素子２の仕様及び位置関係によって受光面２ａ上に定義される領域である、イメージサークルＡ１、透過光到達領域Ａ２、及び映像表示領域Ａ３が示されている。【００３９】
ここで、イメージサークルＡ１とは、撮像光学系部材１０によって受光面２ａ上に結像される像のうち、収差が所定の許容範囲内となる範囲のことを指す。図４において、イメージサークルＡ１は一点鎖線によって示されている。本実施形態では一例として、イメージサークルＡ１は略円形であり、イメージサークルＡ１の中心は、光軸Ｏと受光面２ａ上の有効画素領域２ｃとの交点ＯＳと略一致する。なお、イメージサークルＡ１の形状は、撮像光学系部材１０の形態によって定められるものであり、円形に限られるものではない。【００４０】
また、透過光到達領域Ａ２とは、物体側から撮像光学系部材１０に入射し、撮像光学系部材１０を透過して像側に出射した光が、受光面２ａ上に到達し得る範囲のことを指す。図４において、透過光到達領域Ａ２は破線によって示されている。一般に、透過光到達領域Ａ２は、イメージサークルＡ１を含み、かつイメージサークルＡ１よりも広い範囲となる。なお、本実施形態では透過光到達領域Ａ２は略円形であるが、透過光到達領域Ａ２の形状は、撮像光学系部材１０の形態によって定められるものであり、円形に限られるものではない。また、透過光到達領域Ａ２の形状は、イメージサークルＡ１と略相似形に限られるものではない。【００４１】
映像表示領域Ａ３は、イメージサークルＡ１内の領域で、撮像ユニット１によって画像表示装置１２１に表示される範囲の映像を撮像する領域のことを指す。すなわち、内視鏡１０１の視野ＦＯＶは、撮像光学系部材１０によってこの映像表示領域Ａ３内に結像される像と一致する。図４において、映像表示領域Ａ３は、二点鎖線によって示されている。【００４２】
映像表示領域Ａ３の形状及び大きさは、有効画素領域２ｃ内に収まり、かつイメージサークルＡ１内に収まるように定められる。本実施形態では一例として、映像表示領域Ａ３は正方形の角を落とした形状である八角形である。なお、映像表示領域Ａ３の形状は本実施形態に限られるものではなく、矩形であってもよいし円形であってもよい。【００４３】
映像表示領域Ａ３は、撮像素子２の全画素のうちの一部を駆動する方法で定められる形態であってもよいし、撮像素子２の全画素から出力された電気信号のうちの一部を使用して映像を生成する方法で定められる形態であってもよい。【００４４】
図４に示すように、本実施形態では、撮像光学系部材１０の透過光到達領域Ａ２内に、位相基準画素領域２ｅが位置するように、交点ＯＳの位置が定められている。すなわち、物体側から撮像光学系部材１０に入射し撮像光学系部材１０を透過した光が、位相基準画素領域２ｅに到達可能なように、撮像光学系部材１０と撮像素子２との相対的な位置が定められている。なお、位相基準画素領域２ｅは、イメージサークルＡ１内に位置していてもよい。【００４５】
具体的に本実施形態では、撮像ユニット１では、撮像光学系部材１０のイメージサークルＡ１の面積が、有効画素領域２ｃの面積よりも小さい。そして、透過光到達領域Ａ２内に位相基準画素領域２ｅが位置するように、撮像光学系部材１０の光軸Ｏと有効画素領域２ｃとの交点ＯＳは、有効画素領域２ｃの中心Ｃに対し、位相基準画素領域２ｅに近づく方向にずれた位置に配置されている。【００４６】
以上に説明したように、本実施形態の撮像ユニット１は、撮像素子２と、撮像素子２の有効画素領域２ｃよりも狭いイメージサークルＡ１を有する撮像光学系部材１０とを有して構成されている。撮像素子２は、映像の位相調整を行うための信号を出力する画素を含む位相基準画素領域２ｅを、有効画素領域２ｃの外側に有している。そして、撮像光学系部材１０は、撮像光学系部材１０を透過した光が位相基準画素領域２ｅに到達するように、光軸Ｏが有効画素領域２ｃと交差する交点ＯＳが、有効画素領域２ｃの中心Ｃに対し位相基準画素領域２ｅに近い位置にずれて位置するように配設されている。【００４７】
このような本実施形態の撮像ユニット１は、撮像光学系部材１０のイメージサークルＡ１を撮像素子２の有効画素領域２ｃよりも狭くすることによって、撮像光学系部材１０を小型なものとすることができる。【００４８】
なお、本実施形態においては、イメージサークルＡ１の面積が有効画素領域２ｃの面積より小さい構成としたが、これに限らず、イメージサークルＡ１の略中心である交点ＯＳを有効画素領域２ｃの中心Ｃに配置した場合に、透過光到達領域Ａ２が位相基準画素領域２ｅに到達しない、つまりは、有効画素領域２ｃの中心Ｃと、中心Ｃから最も離れた位相画素領域２ｅの部位と、の距離よりも、透過光到達領域Ａ２の半径を短くすることにより、撮像光学系部材１０を小型なものとすることができる。【００４９】
なお、内視鏡１０１の撮像ユニット１は、例えば十数ｃｍから数ｍといった比較的長い伝送ケーブル１１５を介してカメラコントロールユニット１２０ａに電気的に接続される。このため撮像ユニット１とカメラコントロールユニット１２０ａとの間の通信状態は、伝送ケーブル１１５の長さのばらつきや電気的特性のばらつき、及び組み込まれる電子部品の電気的な性能のばらつきによって大きく変動する。したがって、内視鏡１０１の撮像ユニット１は、内視鏡１０１に収容可能な完成した状態、すなわち、伝送ケーブル１１５が接続された状態において映像の位相調整が行われる必要がある。【００５０】
そこで、本実施形態では、撮像光学系部材１０の光軸Ｏと有効画素領域２ｃとの交点ＯＳを、有効画素領域２ｃの中心Ｃから位相基準画素領域２ｅに近づく方向にずれた位置に配置することによって、小型な撮像光学系部材１０を有する撮像ユニット１であっても、映像の位相調整時に位相基準画素領域２ｅに光を入射させることが可能に構成されている。この構成によって、本実施形態では、小型な撮像光学系部材１０を有する撮像ユニット１において、タイミングジェネレータを撮像素子２近傍に設けることなく、映像の位相調整を行うことができる。このため、撮像ユニット１の撮像素子２の周辺回路部５を小型化することができる。また、本実施形態によれば、撮像光学系部材１０、撮像素子２及び伝送ケーブル１１５が組み立てられた状態において、撮像ユニット１の映像の位相調整を行うことができる。【００５１】
また、本実施形態の撮像ユニット１では、位相基準画素領域２ｅは、有効画素領域２ｃの中心Ｃよりも撮像素子２の金属パッド２ｆに近い位置（中心Ｃから金属パッド２ｆが形成された側）に配設されている。すなわち、撮像光学系部材１０は、光軸Ｏと有効画素領域２ｃとの交点ＯＳが、有効画素領域２ｃの中心Ｃに対し金属パッド２ｆが形成された側にずれて位置するように配設されている。撮像素子２の金属パッド２ｆが形成された辺は、一般に撮像素子２の他の三辺よりも画素形成領域２ｂに対し外方に突出する。本実施形態では、この矩形状の撮像素子２の四辺のうちの画素形成領域２ｂに対し最も外方に突出する辺の方向に、位相基準画素領域２ｅ及び交点ＯＳを寄せるように構成されている。この構成により、撮像光学系部材１０の光軸Ｏを、有効画素領域２ｃの中心Ｃからずらし、撮像素子２の金属パッド２ｆが形成された辺側に寄せることによって撮像光学系部材１０が撮像素子２の外径よりも光軸Ｏに直交する方向に突出してしまう量を抑えることができる。言い換えれば、撮像光学系部材１０の光軸Ｏと有効画素領域２ｃとの交点ＯＳを有効画素領域２ｃの中心Ｃからずらして配置した場合における、撮像ユニット１の光軸Ｏに直交する平面への投影面積の増大を抑えることができる。【００５２】
また、本実施形態の小型な撮像ユニット１を有する内視鏡１０１は、挿入部１０２の先端部１１０を小型化することが可能である。また、図２に示すように、撮像光学系部材１０の光軸Ｏと有効画素領域２ｃとの交点ＯＳを有効画素領域２ｃの中心Ｃからずらす方向を、先端部１１０の径方向内側とすれば、交点ＯＳと中心Ｃが一致する場合に比して撮像光学系部材１０を先端部１１０の径方向内側に配設することができる。このため、本実施形態の内視鏡１０１は、挿入部１０２の先端部１１０に、先端に向かうほど縮径するテーパ部１１０ａを形成することができる。テーパ部１１０ａを設けることにより、挿入部１０２の挿入操作が容易となる。【００５３】
なお、本実施形態の撮像光学系部材１０では、最も物体側に位置する第１レンズ１１と、第１レンズ１１を保持する第１レンズ枠１２との固定を、接着剤だけでなく、半田１３によって行っている。【００５４】
具体的には、図３に示すように、第１レンズ１１の側面には、径方向外側に突出するフランジ部１１ａが形成されている。フランジ部１１ａは、撮像光学系部材１０の視野ＦＯＶ内の光線が透過しない位置に設けられており、第１レンズ１１における光学的な機能は有していない。フランジ部１１ａの外径は、第１レンズ枠１２の外径と同等又は大きい。フランジ部１１ａの側面及び像側に向く面には、周方向全体に金属膜が蒸着されている。【００５５】
そして、このフランジ部１１ａの金属膜と、第１レンズ枠１２とは、周方向全体にわたって半田１３によって固定されている。このように、第１レンズ１１のフランジ部１１ａと第１レンズ枠１２とを、周方向に半田付けすることによって、第１レンズ１１と第１レンズ枠１２との間の気密性を高めることができ、撮像ユニット１内への湿気の浸入を防止することができる。【００５６】
また、通常、金属膜は光沢を有することから、レンズ側面に金属膜を設けた場合にはフレアの発生源となり得るものである。しかし、本実施形態では、金属膜を、第１レンズ１１から径方向外側に突出したフランジ部１１ａに形成することによって、金属膜を撮像光学系部材１０の視野ＦＯＶ内の光線の経路から遠ざけ、フレアの発生を防止している。【００５７】
なお、本実施形態においては、位相基準画素領域２ｅを、オプティカルブラック領域２ｄ内の所定の位置に設けているが、位相基準画素領域２ｅの位置は本実施形態に限られるものではない。例えば、位相基準画素領域２ｅは、有効画素領域２ｃ内であり、かつ映像表示領域Ａ３の外側の所定の位置に設けられる形態であってもよい。図５は、位相基準画素領域２ｅを、有効画素領域２ｃ内であり、かつ映像表示領域Ａ３の外側において、矩形状の有効画素領域２ｃの一辺に沿って設けた例を示している。【００５８】
また、本実施形態の撮像光学系部材１０は、イメージサークルＡ１の面積が有効画素領域２ｃの面積より小さくなるように構成されているが、撮像光学系部材１０と撮像素子２の大きさとの関係は本実施形態に限られるものではない。撮像光学系部材１０は、有効画素領域２ｃの中心Ｃと、中心Ｃから最も離れた位相画素領域２ｅの部位と、の距離よりも、透過光到達領域Ａ２の半径が短い構成であればよい。【００５９】
例えば、図５に示すように、矩形状の有効画素領域２ｃの短辺に沿って位相基準画素領域２ｅが設けられた撮像素子２の場合、撮像光学系部材１０は、イメージサークルＡ１の直径が、有効画素領域２ｃの矩形状の外形の長辺より短くなる構成であってもよい。【００６０】
（第２の実施形態）  
以下に、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態は、撮像光学系部材１０の形態が第１の実施形態と異なる。よって、以下では第１の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。【００６１】
前述した第１の実施形態では、撮像光学系部材１０の光軸Ｏは直線状であるが、本実施形態の撮像光学系部材１０は、図６に示すように、プリズム１４を備え、光軸Ｏが途中で屈曲する形態を有している。【００６２】
本実施形態の撮像光学系部材１０は、第１の実施形態と同様に、撮像素子２の有効画素領域２ｃよりも狭いイメージサークルＡ１を有している。そして、本実施形態の撮像ユニット１は、撮像光学系部材１０の光軸Ｏと有効画素領域２ｃとの交点ＯＳが、有効画素領域２ｃの中心Ｃから位相基準画素領域２ｅに近づく方向にずれた位置に配置されており、位相基準画素領域２ｅが透過光到達領域Ａ２内に位置するように構成されている。【００６３】
なお、本実施形態においては、金属パッド２ｆ、位相基準画素領域２ｅ及び交点ＯＳを、有効画素領域２ｃの中心Ｃよりも図６の紙面上における上側（光軸Ｏに沿って物体側へ向かう方向）に設けているが、これに限らず、金属パッド２ｆ、位相基準画素領域２ｅ及び交点ＯＳを、有効画素領域２ｃの中心Ｃよりも図６の紙面上における下側に設けてもよい。【００６４】
このような本実施形態であっても、第１の実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。すなわち、本実施形態によれば、撮像光学系部材１０を小型化することができる。また、小型な撮像光学系部材１０を有する撮像ユニット１において、タイミングジェネレータを撮像素子２近傍に設けることなく、映像の位相調整を行うことができ、周辺回路部５を小型化することができる。また、このような撮像ユニット１を備える内視鏡１０１の挿入部１０２の先端部１１０を小型化することができる。【００６５】
なお、本実施形態の撮像光学系部材１０では、一例として、プリズム１４よりも物体側のレンズを保持する第１レンズ枠１５、及びプリズム１４よりも像側のレンズを保持する第２レンズ枠１６は、それぞれプリズム１４の入射面１４ａ及び出射面１４ｂに接着剤によって固定されている。【００６６】
図７は、プリズム１４の入射面１４ａの形状と、入射面１４ａに接着される第１レンズ枠１５の接着面の形状とを比較するための断面図（図６中のVII矢視）である。また、図８は、プリズム１４の出射面１４ｂの形状と、出射面１４ｂに接着される第２レンズ枠１６の接着面の形状とを比較するための断面図（図６中のVIII矢視）である。【００６７】
第１レンズ枠１５は略円筒形状であって、入射面１４ａとの接着面に開口する孔１５ａの内径Ｒ１は、矩形状である入射面１４ａの横寸法Ｈ１及び縦寸法Ｖ１の小さい方よりも小さくなるように設定されている。そして、第１レンズ枠１５は、接着面に開口する孔１５ａの全体が入射面１４ａ内に収まるように、入射面１４ａに接着されている。言い換えれば、第１レンズ枠１５の孔１５ａは、入射面１４ａによって閉塞されている。【００６８】
同様に、第２レンズ枠１６は略円筒形状であって、出射面１４ｂとの接着面に開口する孔１６ａの内径Ｒ２は、矩形状である出射面１４ｂの横寸法Ｈ２及び縦寸法Ｖ２の小さい方よりも小さくなるように設定されている。そして、第２レンズ枠１６は、接着面に開口する孔１６ａの全体が出射面１４ｂ内に収まるように、出射面１４ｂに接着されている。言い換えれば、第２レンズ枠１６の孔１６ａは、出射面１４ｂによって閉塞されている。【００６９】
このように、レンズを保持する筒状の枠である第１レンズ枠１５及び第２レンズ枠１６の孔１５ａ及び１６ａを、プリズム１４との接着によって塞ぐことによって、孔１５ａ及び１６ａからの撮像ユニット１内への湿気の浸入を防止することができる。このため、撮像ユニット１内への湿気の浸入防止を目的としてプリズム１４の周囲を他の部材によって覆う必要が無く、撮像ユニット１を小型化することができる。【００７０】
次に、本実施形態の撮像光学系部材１０における、最も物体側に位置する第１レンズ１７と、第１レンズ１７を保持する第１レンズ枠１５とを接着剤によって固定する構成について説明する。【００７１】
図９に示すように、第１レンズ１７は、第１レンズ枠１５の物体側に開口する凹部１５ｂ内に物体側から落とし込まれた状態で、周囲に接着剤１８が充填されることによって、第１レンズ枠１５に固定されている。【００７２】
ここで、凹部１５ｂは、第１レンズ１７の外径と所定の隙間を有して嵌合する内径を有する小径部１５ｃと、小径部１５ｃよりも大径な大径部１５ｄとによって構成されている。本実施形態では、大径部１５ｄは、小径部１５ｃよりも物体側、すなわち開口側に配設されている。【００７３】
このような本実施形態では、凹部１５ｂの奥側（像側）の小径部１５ｃと第１レンズ１７との嵌合によって、第１レンズ１７の径方向の位置決めが高精度に行われる。また、大径部１５ｄと第１レンズ１７との間の隙間は、小径部１５ｃと第１レンズ１７との隙間よりも広いため、この広い隙間に十分な量の接着剤１８が安定して充填される。よって、本実施形態では、第１レンズ枠１５と第１レンズ１７とは強固に接着され、第１レンズ１７の位置決めを高精度に行いつつ、第１レンズ１７と第１レンズ枠１５との間からの撮像ユニット１内への湿気の浸入を防止することができる。【００７４】
なお、凹部１５ｂの形状は本実施形態に限られるものではない。例えば、図１０に示すように、大径部１５ｄを、物体側（開口側）に向かって拡径するテーパ形状としてもよい。このような形態であれば、接着剤１８の量をより増やすことができ、より強固に第１レンズ枠１５と第１レンズ１７とを接着することができる。【００７５】
また例えば、図１１に示すように、凹部１５ｂの像側（奥側）と物体側（開口側）に小径部１５ｃを設け、この一対の小径部１５ｃの間に大径部１５ｄを設ける形態であってもよい。この形態であれば、小径部１５ｃと第１レンズ１７との間の光軸方向の嵌合長を長くすることができるため、第１レンズ１７の光軸の倒れやずれを防止し、より高精度に第１レンズ１７を位置決めすることができる。また、この形態の場合、図１２に示すように、第１レンズ枠１５の物体側端面から大径部１５ｄに至る溝部１５ｅが設けられていることが好ましい。この溝部１５ｅを介して、大径部１５ｄ内に、十分な量の接着剤１８を容易に安定して充填することが可能となる。【００７６】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う撮像ユニット及び内視鏡もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。【００７７】
本出願は、２０１２年４月２５日に日本国に出願された特願２０１２−１００２５３号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
【要約】
本発明は、撮像素子を有する内視鏡用撮像ユニットにおいて、撮像素子のオプティカルブラック領域内に、受光することで映像の位相調整に用いることが可能な信号を出力する画素が配設された位相基準画素領域を設け、撮像素子の有効画素領域よりも狭いイメージサークルを有する対物光学系部材の光軸を、当該対物光学系部材を透過した光が前記位相基準画素領域に到達可能なように、前記有効画素領域の中心に対し前記位相基準画素領域に近い位置に配置する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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