JP2005319291A - 内視鏡用のオートクレーブ滅菌可能なビデオカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡用の滅菌可能な電子ビデオカメラを提供する。
【解決手段】電子ビデオカメラは、ハウジングとカバーを備えるエンクロージャと、レンズセルと、レンズセルホルダと、画像センサと、モータ駆動焦点調節システムと、スイッチ制御部とを備える。ハウジングは内部にキャビティを形成する。カバー中にはウィンドウが配され、ハウジングとカバーは密封接続される。レンズセルはレンズセルホルダ中に摺動可能に配置される。画像センサはレンズセルおよびウィンドウと光学的に連通する。モータ駆動焦点調節システムは、レンズセルをスイッチ制御部で制御されるレンズセルホルダに対して軸方向に往復移動させる。スイッチ制御部はエンクロージャ外部から駆動され、エンクロージャに密封される。レンズセルと、レンズセルホルダと、画像センサと、モータ駆動焦点調節システムとは、一つのアセンブリとしてカバーに接続され、キャビティ中に設置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般には医療用の内視鏡に関し、より特定的には、内視鏡用の滅菌可能な電子ビデオカメラに関する。

内視鏡は、人体または動物の体内の臓器および構造の表面の画像を提供するのに使用される医療器具である。本明細書では、「内視鏡」とは、関節鏡、結腸内視鏡、気管支鏡、子宮鏡、膀胱鏡、Ｓ字結腸鏡、腹腔鏡、および尿道鏡を含むものとするが、これら以外のものでもよい。

一般に、内視鏡は、体の穴部または小さな切開部から内部の体腔へ挿入するように設計された中空のシャフトとして構成される挿入部を含む。シャフトの遠端（前端）には、１枚以上のレンズから構成される対物レンズユニットが設置される。対物レンズユニットは、当該レンズによって観察される領域、すなわち「ターゲット」の画像を形成する。このように取得したターゲットの画像は、その後、光学観察装置または電子撮像装置へ送信される。中空のシャフトは、画像を光学観察装置または電子撮像装置へ送るためのリレーレンズ等の光学画像送信装置を含みうるが、必須ではない。

従来の光学内視鏡は、シャフトの近端（後端）に取り付けられる接眼レンズユニットとして構成される光学観察機能をもつ。接眼レンズユニットは、外科医が画像を直接観察するために、名目上は無限遠に焦点がある。より特定的には、従来の光学内視鏡の対物レンズユニットは通常、当該ユニットから所定距離に位置する被写体またはその他のターゲットの焦点の合った画像を形成するように設計される。この被写体との所定距離は、外科医がもっとも頻繁に要求すると設計者が考える、対物レンズユニットに対する被写体の位置である。さらに、従来の光学内視鏡の光学系全体は、接眼レンズユニットから得られる画像が視準される、つまり名目上無限遠に焦点合わせされるように設計される。外科医が画像を直接観察する際に、目の角膜がこの視準された画像ビームを目の網膜上に焦点合わせするように機能する。

他のタイプの内視鏡は、ビデオカメラを組み入れたビデオ一体型内視鏡である。ここで「ビデオカメラ」とは固体電子撮像素子を指し、電荷結合素子（ＣＣＤ）および相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）撮像素子等があるが、これらに限定するものではない。あるビデオ一体型内視鏡では、固体撮像素子は、中空の内視鏡シャフト内部またはシャフトの近端に取り付けられるハウジング内部に設置される。電子撮像素子は、対物レンズユニットから受信した画像を表わす電気信号を発生する。信号は処理されてビデオ信号となり、従来型のテレビモニタまたはヘッドマウント式の表示装置等で映像表示に使用される。このためカメラは、電子撮像素子以外に、電子撮像素子の動作制御およびその出力信号の処理のため１つ以上の回路を含みうる。

従来の光学内視鏡は、内視鏡の接眼レンズユニットを通過した画像を受信する位置にビデオカメラを取り付けることによってビデオ内視鏡として構成できる（ここで「ビデオカメラ」とは、ビデオカメラを包含し、内視鏡に直接または内視鏡カプラを介して接続するようになっているハウジングを指す）。ビデオカメラは多様な内視鏡とともに使用できるため、外科的処置ごとにビデオ一体型内視鏡を設ける場合に比べて、コストを大幅に節減できる。しかし、従来の接眼レンズユニットの出力画像は一般には視準されており、かつ内視鏡が外科医によって操作される際にターゲット距離が変動するため、ビデオカメラと従来の光学内視鏡との間に焦点調節装置を設けて、接眼レンズユニットを通過した画像が広範囲の撮影距離に対処できるように焦点合わせできることが望ましい。このような焦点調節装置の使用は、画像をカメラの画像面上に正しく焦点合わせした状態で、画像の倍率ひいては視野を変更する効果をもつ。

公知の焦点合わせカプラは、カプラハウジング内部で往復移動するように設置された焦点調節用レンズセルと、焦点調節用レンズセルに機械的または磁気的に接続され、画像をビデオカメラの電子撮像素子の画像面上に焦点合わせするようにセルを移動させる、ハウジング外部に位置する手動移動可能な駆動手段とを含む。

上記のような、従来の光学内視鏡とともに使用する外部から操作可能な焦点合わせカプラには、どれもいくつかの欠点がある。一例を挙げると、かかる焦点調節カプラが、近接した取り付け面を有する外部から移動可能な要素、例えば手動回転可能な焦点調節リング等を含む限り、近接した取り付け面間の領域に微生物が侵入しうる。このような小領域によって滅菌の問題が生じる。

特に蒸気滅菌可能な電子ビデオ内緒鏡では、ハウジングが密封されているため焦点調節システムと直接接触できないので、レンズセル用の焦点調節システムの駆動は困難である。焦点調節の公知の方法には永久磁石を含む回転可能なカラーがあり、この永久磁石が、ハウジング内部の焦点調節システム上の相補する永久磁石と磁気的に結合する。ユーザは、磁気的結合によって外部の焦点調節リングを回転させて、レンズセルを画像センサに対して移動できる。磁気的結合ではハウジングに亀裂が入らないので、密封が維持される。だがこのシステムには欠点がある。例えば、磁気的結合システムはかさばり、焦点精度の維持が困難で、かつ焦点調節リングによる滅菌の問題がある。

蒸気滅菌可能なビデオ内視鏡が公知だが、これは密封したハウジング中に画像センサとレンズセルとがＯリングを用いて収容され、熱または蒸気による滅菌を繰り返すことで悪影響を受ける。Ｏリングは古くなると劣化し、密封を崩壊させてしまう。

当該技術分野で必要とされているのは、密封され蒸気による滅菌が可能であると同時に、信頼性のある焦点合わせ機構を組み入れる内視鏡用のビデオカメラである。

内視鏡用の電子ビデオカメラの一実施形態は、エンクロージャと、レンズセルと、レンズセルホルダと、画像センサと、モータ駆動焦点調節システムと、スイッチ調節部とを含む。エンクロージャはハウジングとカバーとを含み、ハウジングは内部にキャビティを規定する。カバー中にはウィンドウが配され、ハウジングとカバーとは密封接続するようになっている。レンズセルは少なくとも１枚のレンズを備え、レンズセルはレンズセルホルダ中に摺動可能に配置される。画像センサはレンズセルおよびウィンドウと光学的に連通する。モータ駆動焦点調節システムは、レンズセルを、スイッチ制御部で制御されるレンズセルホルダに対して軸方向に往復移動させるようになっている。スイッチ制御部はエンクロージャの外部から駆動され、エンクロージャに密封される。レンズセルと、レンズセルホルダと、画像センサと、モータ駆動焦点調節システムとは、一つのアセンブリとしてカバーに接続され、キャビティ内部に配置される。

キャビティは軸方向の１つのボアで規定され、この軸方向のボア内部に、レンズセルホルダと、レンズセルと、画像センサと、モータ駆動焦点調節システムとが配置されるようになっている。

ハウジングは、閉じたハウジング近端と開いたハウジング遠端とを有する。カバーはカバー内面とカバー外面とを有する。カバー外面は段付きの環状開口部を規定する。この段付きの環状開口部中にウィンドウが密封される。ウィンドウは光学的に透明となっている。カバー外面は内視鏡と光学的かつ機械的に接続するようになっている。

ハウジング近端は、ハウジングに密封接続されハウジングを通って電気通信ができるようになっているケーブルコネクタを含む。キャビティのハウジング近端に隣接する箇所には、ケーブルコネクタと電気的に導通した電子コネクタが設けられ、モータ駆動焦点調節システムおよび画像センサはこの電子コネクタと電気的に導通している。

モータ駆動焦点調節システムは、モータおよび関連の駆動要素を含む。モータはレンズセルホルダに接続され、レンズセルをレンズセルホルダ内部で直線状に移動させるようになっている。

一実施形態では、関連駆動要素は、モータから延びるモータドライブシャフト上に配置されるピニオン歯車を含む。レンズセルは、ピニオン歯車と協働して係合されるようになっている一連のラック歯を有するギアラックを含む。ラック歯はギア歯と密に噛合するようになっており、ピニオン歯車の回転により、レンズセルをレンズセルホルダ中で長手方向に、光軸と軸方向に整列して、最小のヒステリシスまたはバックラッシュで移動させる。

他の実施形態では、レンズセルはセルに依存するキーをさらに含み、レンズセルホルダはキー溝をさらに含む。キーはキー溝と協働して、レンズセルとレンズセルホルダとの回転アライメントを維持し、かつこれら二部分間の直線移動範囲を限定するようになっている。

スイッチ制御部は、ボタンと、電気回路を開閉するセンサスイッチとを備えたキーパッドを含み、キーパッドはボタンとセンサスイッチとの間に蒸気滅菌可能な密封状態を維持するようになっている。

一実施形態では、キーパッドはボタンとセンサスイッチとの間に光学的結合を含む。

一実施形態では、キーパッドはボタンとセンサスイッチとの間に磁気的結合を含む。

他の実施形態では、キーパッドはボタンとセンサスイッチとの間に機械的結合を含む。

ハウジングと密封を維持するためのキーパッドの一実施形態は、指の動きを感知する手段と、その動きを電気信号に変換してハウジングへ内部送信する手段とを含む。キーパッドはハウジングに接続された複数のスイッチセンサを含み、これらセンサはハウジングに密封されるバリアで覆われる。

ハウジングと密封を維持するためのキーパッドの他の実施形態では、スイッチセンサはマルチドームキーパッド（ＭＤＫ）と、キーパッドの電気コネクタとを含む。ＭＤＫは、圧力感知性をもち指の圧力に応答して電気スイッチを閉じる複数の可撓性のある膜要素を含む。ＭＤＫはハウジング上に可撓性のある膜のバリアで密封される。可撓性のある膜のバリアは、指の圧力によって変形してスナップボタンに接触できるようになっている。電気コネクタは、モータ駆動焦点調節システムと画像センサとを制御する関連の電子機器に接続するようになっている。

ハウジングは、キーパッドを収容するようになっているハウジング開口部を含む。開口部は、寸法の大きなものから順に一番目の段、二番目の段、および三番目の段を備える。キーパッドは、センサの斜面溝（ベゼル）中に設置された複数のスイッチセンサを含み、センサベゼルは三番目の段と接続するようになっている周縁部を有する。キーパッドはさらに、センサを覆う二番目の段と密封を形成するようになっているバリアを含む。キーパッドはさらに、一番目の段に接続し、センサと協働して整列した複数のターゲットの取付け部となる可撓性のある膜を含む。可撓性のある膜はさらに、膜の周囲に配され縁封止部となる隆起した縁部を含む。キーパッドはさらに、可撓性のある膜に封止係合して配置され、かつハウジングに接続されるようになっている外ベゼルを含む。外ベゼルは、可撓性のある膜の隆起した縁部を圧縮して、流体が侵入しないように膜に係合し、外ベゼルには各ターゲットに関連した開口が設けられる。

キーパッドの一実施形態では、センサは光入力に応答する光反射型のセンサスイッチであり、バリアは透明材料であり、ターゲットは反射材料であり、可撓性のある膜に対する指の圧力によってターゲットの位置が変化し、これによりターゲット−センサ間の光学的結合が変化する。センサは光学的結合の変化に応答して電気的接続を開閉する。

キーパッドの他の実施形態では、センサは磁束の変化に応答する磁束応答型スイッチである。バリアは非磁性材料であり、ターゲットは磁石である。可撓性のある膜に対する圧力により磁石の位置が変更され、これによりセンサ上の磁束が変化する。センサは磁束の変化に応答して電気的接続を開閉する。

キーパッドの他の実施形態では、センサは容量の変化に応答する容量型センサ回路である。バリアは非導電性のポリマー材料である。ターゲットは、容量型センサ回路の容量の変化を検知するようになっている導電性金属である。容量型センサ回路は、容量の変化に応答して電気的接続を開閉する。

キーパッドの他の実施形態では、センサは圧力に応答する圧力感知型センサである。バリアは圧力下で曲がるようになっている薄いシートである。ターゲットは押しボタンであり、圧力により薄いシートが変形して圧力感知型センサに圧力をかける。センサは圧力の変化に応答して電気的接続を開閉する。

内視鏡用の蒸気滅菌可能な電子ビデオカメラを提供する。電子ビデオカメラは、画像センサと、レンズセルと、モータ駆動焦点調節システムとが密封状態のハウジングに収容され、熱または蒸気滅菌による悪影響を受けない。同様に、ハウジング中には、耐熱材料から構成した関連の電子機器が収容される。焦点調節システムの電気モータの駆動はハウジング上のキーパッドを介して行われ、キーパッドはオペレータの命令を送信すると同時に、繰り返し行われるオートクレーブ滅菌に耐えることができる密封状態を維持する。

図１〜図５は、本発明の一実施形態に従う内視鏡ビデオカメラ４の斜視図および断面図である。内視鏡ビデオカメラ４は、従来の光学内視鏡６から延びる光路へ接続するようになっており、これについては後ほど詳述する。

内視鏡ビデオカメラ４は、エンクロージャ１０と、レンズセル２０と、画像センサ４０と、関連電子機器４２と、モータ駆動焦点調節システム３０と、スイッチ制御部５４と、カバー１５と、ケーブルコネクタ４４とを含む。エンクロージャ１０は、ハウジング１１とカバー１５とを含む。ハウジング１１は、閉じたハウジング近端１３と、開いたハウジング遠端１４とを有する深いキャビティ１２を含む。キャビティ１２は、レンズセル２０と、レンズセルホルダ２１と、画像センサ４０と、関連電子機器４２と、モータ駆動焦点調節システム３０とを包含するようになっている。ハウジング遠端１４はカバー１５に接続して、レンズセル２０とレンズセルホルダ２１と画像センサ４０と関連電子機器４２とモータ駆動焦点調節システム３０とをキャビティ１２内に密封するようになっている。

カバー１５は、カバー内面１６とカバー外面１７とを有する。カバー外面１７は、段付きの環状開口として構成されるウィンドウ開口部１８を備え、ここに透明材料からなるウィンドウ２７が配される。ウィンドウ２７は、特定の目的に適した任意の透明材料、例えばガラスおよびサファイアから構成されるが、これ以外の材料でもよい。本発明の一実施形態では、ウィンドウ２７は周辺部を金属被覆したサファイアから構成され、この周辺部がウィンドウ開口部１８に溶接されてカバー１５と密封を形成する。他の実施形態では、ウィンドウ２７はセメントによって定位置に固定されてカバー１５と密封を形成する。ウィンドウ２７、またはレンズのセット２３の一要素はまた、赤外線（ＩＲ）フィルタを含みうる。

カバー外面１７はまた、内視鏡６に光学的かつ機械的に接続するようになっている。図１、図２、および図４を参照すると、カバー外面１７には、光学内視鏡６の接眼レンズ７に着脱可能に連結されるようになっているカプラ１９が設けられる。カプラ１９を内視鏡６に取り付けると、レンズセル２０および画像センサ４０の中心軸がウィンドウ２７を通って内視鏡６の光軸と整列する。

カバー１５は、ハウジング遠端１４に密封されるようになっている。図２の実施形態では、カバー１５の周辺部とハウジング遠端１４との間に段付きの接合部２８が設けられ、溶接によって双方が結合するようになっている。

カバー内面１６は、レンズセルホルダ２１とレンズセル２０と画像センサ４０と関連電子機器４２とモータ駆動焦点調節システム３０とを含むアセンブリに接続するようになっている。これは、ハウジング１１中へ組み入れる前に、ウィンドウ２７とレンズセル２０と画像センサ４０との光路を整列させ確認できるので有利である。また、モータ駆動焦点調節システム３０の動作もハウジング１１中へ組み入れる前に確認できる。さらに、画像センサ４０の動作もハウジング１１中へ組み入れる前に確認できる。

レンズセル２０とレンズセルホルダ２１と画像センサ４０と関連電子機器４２とモータ駆動焦点調節システム３０とは、１つのユニットとして連結され、カバー１５とハウジング１１とを接続する際にキャビティ１２中へ挿入される。このように各主要部分を組み付けておくことは、カバー１５を取り外した際に、レンズセル２０とレンズセルホルダ２１と画像センサ４０と関連電子機器４２とモータ駆動焦点調節システム３０とをハウジング１１から取り出しやすくするので、やはり有利である。

一実施形態では、画像センサ４０は、レンズセルカプラ２２によってレンズセルホルダ２１に接続される。レンズセルカプラ２２は、図４に示すように「挿入−押込み−９０°回転」接続によってこれら２部分を接続して、光学系３０を確実に整列させる。

ハウジング１１の近端１３にはケーブルコネクタ４４が設けられ、これはキャビティ１２と電気ケーブル４６間の接続部かつ密封した電気通路となる（図１参照）。ケーブル４６は、画像センサ４０を作動し画像センサ４０からの出力信号を戻す導体と、モータ駆動焦点調節システム３０のモータ３２に電力を供給する電線に接続された導体とを含む。

キャビティ１２のハウジング近端１３に隣接した部分は、ケーブルコネクタ４４と電気的に導通した電子コネクタ４８、例えば印刷回路板のエッジコネクタソケット等を含むが、これ以外のものでもよい。電子コネクタ４８は、画像センサ４０の関連電子機器４２およびモータ駆動焦点調節システム３０に関連付けられた相補型コネクタ、例えば印刷回路板のエッジコネクタ等に電気的に接続するが、これ以外のコネクタでもよい。

画像センサ４０は、固体撮像素子である。このような固体撮像素子には、図２および図４に概略図を示す電荷結合素子（ＣＣＤ）および相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）撮像素子等があるが、これら以外のものでもよい。画像センサ４０は、レンズセル２０から受信した画像を表わす電気信号を発生する。信号は処理されてビデオ信号となり、従来型のテレビモニタまたはヘッドマウント式ビデオ表示装置等で映像表示に用いられる。このため画像センサ４０に加えて、ビデオカメラ４は、画像センサ４０の動作を制御し、その出力信号を処理する１つ以上の回路を含んでもよい。

レンズセル２０は、レンズセルホルダ２１中に摺動可能に配置されるようになっている。レンズセルホルダ中でレンズセルが移動できる距離は、レンズセル２０の移動距離として規定される。レンズセル２０は一般には中空の円筒であり、レンズセル２０中に配置かつ固定されるレンズのセット２３を含む。図２および図４に示す実施形態では、レンズのセット２３は、互いの光軸が整列した３枚のレンズ２４を含む。レンズのセット２３のレンズ２４の枚数、構成、および間隔は、本発明では重要ではない。レンズ２４は、内視鏡を通過した光像を画像センサ４０の画像面上に明確に焦点合わせするようになっており、これについて次に説明する。

従来の光学内視鏡６を上述した内視鏡ビデオカメラ４のカプラ１９に接続し、かつ内視鏡６がその名目上（設計上）の撮影距離に位置決めされると、内視鏡６の近端（後端）からでた画像は視準され、ここでレンズ２４は、キャビティ１２内部に収容されレンズセル２０の光路に整列した画像センサ４０の画像面上に画像を焦点合わせするように機能する。レンズ２４は、レンズセル２０がレンズセル移動距離の両端からほぼ等距離にある場合に、内視鏡６からの視準された（すなわちほぼ無限遠に焦点合わせされた）ビームが、画像センサ４０上にきちんと焦点合わせされるように設計してもよい。もし内視鏡６がこれ以外の撮影距離に配置されていれば、内視鏡６を通過した画像は、撮影距離に応じて分散または収束する。レンズ２４は、内視鏡６を通過した画像を広範な撮影距離にわたって画像センサ４０の画像面上に焦点合わせするように構成される。倍率と視野（逆相関関係にある）は撮影距離に依存するので、ビデオカメラ４は、撮影距離の変更による広範囲の倍率と視野について正確に焦点合わせされた画像を提供する。

レンズセル２０はレンズセルホルダ２１中のキー溝２６と協働するキー２５をさらに含む、またはレンズセルホルダ２１がホルダ中のキー溝２６と協働するキー２５をさらに含み、これらはレンズセル２０とレンズセルホルダ２１との回転アライメントを維持し、かつレンズセル２０の直線移動の範囲を限定するためのものである。図２〜図５の実施形態では、レンズセル２０は、レンズセル２０の軸を横切るように延びるガイドピンとして構成されたキー２５を含む。レンズセルホルダ２１は、レンズセルホルダ２１の軸の長手方向に延びるガイドピンスロットとして構成されたキー溝２６を含む。キー２５はキー溝２６に摺動可能に係合するようになっている。キー溝２６は、レンズセルホルダ２１内でのレンズセル２０の直線移動距離の限界を制御するようになっている。さらに、キー溝２６は、レンズセルホルダ２１内でのレンズセル２０の回転アライメントを制御するようになっている。本発明に従う他の実施形態では、キー２５は電気信号を付与する電気スイッチ（図示せず）と協働するようになっており、これは例えば位置インジケータを付勢してモータ駆動焦点調整システム３０を制御し、レンズセル２０が所定の直線移動の極限を超えないようにする。

モータ駆動焦点調節システム３０は、モータ３２と、歯車等の関連の駆動要素３４とを含む。モータ３２はレンズセルホルダ２１に接続される。一実施形態では、モータ３２には、モータのドライブシャフト（図示せず）上に配置されるピニオン歯車３８が設けられる。ピニオン歯車３８の位置、直径、および歯は、歯車の歯がレンズセル２０上に配置されたギアラック３８等の外部の溝と噛合するようになっている。図３の実施形態では、レンズセル２０の外部表面には、ピニオン歯車３８の歯と協働して係合する一連のラック歯からなるギアラック３８が設けられる。

ラック歯はギア歯と密に噛み合うようになっており、ピニオン歯車３８の回転によりレンズセル２０をレンズセルホルダ２１中で長手方向に、光軸と整列して、ヒステリシスまたはバックラッシュを最小に抑えて移動させる。キー２５がキー溝２６中に係合することにより、レンズセル２０のレンズセルホルダ２１に対する回転を防止して、レンズセルホルダ２１中で長手方向に移動できるようにする。

上記のピニオン歯車３８とギアラック３８との組み合わせは、実際には数多くの駆動要素の配置によって代用できるので、本構成に限定するものではない。本発明に従う他の実施形態では、モータ３２のドライブシャフトにウォーム歯車を設置して、レンズセル２０の外側の溝と係合させる。所定の歯車を含むモータ駆動要素３４は、要素がハウジング１１内部に設置されていない時にレンズキャリア上の相補ギア歯に連結されるので、組み立てが簡単でより多くのギア要素を選択できる。例えば、モータのドライブシャフト上にウォーム歯車を配置する場合、ウォーム歯車はレンズセル２０上のギアラック３８と横方向から係合するようになる。ピニオン歯車３８がモータのドライブシャフト上に配置される場合は、ピニオン歯車３８はレンズセル２０上のギアラック３８と長手方向から係合できる。

レンズセル２０は、モータ３２の動作によって、レンズセルホルダ２１中で画像センサ４０に対して近位方向または遠位方向に選択的に移動できる。モータ３２の動作によるピニオン歯車３８の回転運動はギアラック３８を介して作用して、レンズセル２０をレンズセルホルダ２１中で長手方向に移動させる。

モータ３２は、交流モータでもよいし直流モータでもよい。モータ３２は、レンズセルホルダ２１中のネジ山を設けた穴（図示せず）へねじ込まれる複数のネジ（図示せず）によってレンズセルホルダ２１に接続される。他の手段を用いてモータ３２をレンズセルホルダ２１に取り付けてもよい。モータ３２の電気端子（図示せず）は電源（図示せず）に接続され、キーパッド５０を含むスイッチ制御部５４によって制御される。

キーパッド５０は、モータ３２を駆動し、かつモータ３２にレンズセルホルダ２０を前方または後方へ選択的に移動させるようになっている。本発明に従う一実施形態では、キーパッド５０には２つのスイッチが設けられる。スイッチはモータ３２用の電源回路に接続され、１番目のスイッチは閉状態でモータ３２を前方へ付勢し、２番目のスイッチは閉状態で後方へ付勢するように働く。カメラの動作回路を手動で制御するために、ハウジング１１にこれら以外のスイッチ手段を組み入れてもよい。スイッチの具体的な実施例については、後ほど詳述する。

上述したように、モータ３２の駆動により、ピニオン歯車３８を時計回りまたは反時計回りに回転させ、レンズセル２０を画像センサ４０へ向かって近位方向に、またはセンサから離れるように遠位方向に移動させる。レンズセル２０をレンズセルホルダ２１に対して約３秒間で約１２ｍｍ長手方向に移動させるモータ速度／伝動比の構成がよいことが確認されている。

図６は、本発明の一実施形態に従ってハウジング１１と密封を維持するキーパッド５０の断面図である。キーパッド５０は、指の動きを感知する手段と、その動きを電気信号に変換して内部でハウジング１１に送信する手段とを含む。

図６の実施形態では、キーパッド５０は、ハウジング１１に接続される複数のスイッチセンサ５５を含み、これらセンサ５５はハウジング１１に密封されるバリヤ６８で覆われる。スイッチセンサ５５は、機械的、電気的、化学的、かつ光学的手段等の任意の適当な手段によって指の動きを検知するが、これ以外の手段を用いてもよい。スイッチセンサ５５は、オペレータの指の動きを検知し所定の態様で応答して、画像センサ４０に関連した電子機器およびモータ駆動焦点調節システム３０を制御する。

本発明の一実施形態では、スイッチセンサ５５は、複数のドームキーパッド（ＭＤＫ）５６と、キーパッドの電気コネクタ５７とを含む。ＭＤＫ５６は、圧力感知性をもち、指の圧力に応答して電気スイッチを閉じるスナップボタンまたはバブル（ドーム状構成物）等の複数の可撓性のある膜要素５８を含むが、これ以外の要素を用いてもよい。ＭＤＫ５６はハウジング１１上に設置される可撓性のある膜バリア５９で密封される。この可撓性のある膜バリア５９は、指の圧力によって変形し、スナップボタンに接触できるようになっている。電機コネクタ５７は、モータ駆動焦点合わせシステム３０と画像センサ４０とを制御する関連電子機器４２に接続される。

動作の結合または検知を行う他の実施形態には、光学的結合、磁気的結合、容量結合、圧力結合等がある。本質的には、異なるボタン（スイッチ）の状態を識別して、駆動すべき１つのキーまたはキーの組み合わせを検知可能な任意の機械的、電気的、光学的、さらには化学的手段も、指の動き検知手段として適格であり、スイッチの駆動に利用できる。

光センサ／スイッチおよびホール効果センサ／スイッチは、どちらも電力供給を必要とする能動素子であり、従って電流を能動化する。リード磁気センサ／スイッチは電力供給が不要なので、電源から電流を分流しない。

図７は、本発明の他の実施形態に従う、ハウジング１１と密封状態を維持するキーパッド５１の断面図である。センサターゲット６０を指で触れる／押すことによってスイッチ動作が行われ、スイッチセンサ５５は様々な手段、例えばセンサターゲット６０への接近、離反、ホバリング、および横移動、その他の手段により、密封バリア６１を介してセンサターゲット６０を検知して、スイッチセンサ５５をトリガするモードを検出する。密封バリア６１は、膜、板、薄壁、ガラス、またはこの目的に適した他の材料から構成できる。

図７に示すように、ハウジング１１には、キーパッド５１を収容するハウジング開口部６２が設けられる。開口部６２は、寸法の大きなものから順に、一番目の段６３、二番目の段６４、および三番目の段６５の三段からなる一連の段を構成し、以下に説明する各種要素の周縁部を受けるようになっている。

キーパッド５１は、センサ斜面溝（ベゼル）６６中に設置される複数のスイッチセンサ５５を含む。センサベゼル６６は、三番目の段６５に接続するようになっている周縁部６７を含む。キーパッド５１はさらに、スイッチセンサ５５を覆う二番目の段６４と密封を形成するようになっているバリア６８を含む。キーパッド５１はさらに、一番目の段６３に接続して、スイッチセンサ５５と協働して整列配置される複数のセンサターゲット６０の取付け部となる可撓性のある膜６９を含む。可撓性のある膜６９はさらに、膜６９の周囲に配され、膜６９の縁部を封止するようになっている隆起した縁部７０を含む。キーパッド５１はさらに、可撓性のある膜６９上に封止係合して配置され、かつ溶接等によってハウジング１１に接続される外ベゼル７１を含む。外ベゼル７１は、可撓性のある膜６９の隆起した縁部７０を圧縮して、流体が進入しないように膜６９に係合するようになっている。外ベゼル７１には、各センサターゲット６０に関連した外ベゼル開口部７２が設けられる。

以下の説明では、各種センサ、バリア、ターゲット、およびこれらの各動作モードを定義する。

本発明の一実施形態によれば、スイッチセンサは、光入力に応答する光反射型センサスイッチである。バリアは、ガラス、サファイア、および透明プラスチック等の透明材料であるが、これら以外のものでもよい。センサターゲットは、鏡および研磨した金属等の反射材料であるが、これら以外の材料でもよい。可撓性のある膜を指が押圧してセンサターゲットの位置を変え、これによりセンサターゲットとスイッチセンサ間の光学的結合を変化させる。スイッチセンサは、光学的結合中の変化に応じて電気的接続を開閉させる。

本発明の他の実施形態では、スイッチセンサは磁束応答型スイッチであり、例えば磁束の変化に応答するリードスイッチおよびホール効果スイッチであるが、これ以外のものでもよい。バリアは、アルミニウム、チタン、マグネシウム、３００シリーズのステンレス鋼、ガラス、サファイア、およびプラスチック等の非磁性材料であるが、これ以外のものでもよい。センサターゲットは磁石である。可撓性のある膜６９を指で押すとこの磁石の位置が変化し、これによりスイッチセンサにかかる磁束に変化が生じる。スイッチセンサは、この磁束の変化に応答して電気的接続を開閉する。

本発明の他の実施形態によれば、スイッチセンサは、容量の変化に応答する容量型センサ回路である。バリアは非導電性のポリマー材料である。センサターゲットは、電気的に導通する金属、または指の直接の接触である。指の接触により容量型センサ回路の容量が変化する。容量型センサ回路はこの容量の変化に応答して電気的接続を開閉する。

本発明の他の実施形態によれば、スイッチセンサは圧力感知型センサであり、例えば指の圧力に応答するひずみゲージおよびドームスイッチ等であるが、これ以外のものでもよい。バリアは、指の圧力を受けると曲がるようになっている薄いシート状金属またはポリマーである。ターゲットはボタンまたは指の直接の接触である。指の圧力により薄いシートを変形させ、圧力感知型センサ上に圧力をかける。スイッチセンサは圧力の変化に応答して、電気的接続を開閉する。

いくつかの実施形態では、可撓性のある膜は、パリレンまたは他の材料、例えばシリコン、ポリエステル等で厚く被覆され水分が入らないようになっている。また、可撓性のある膜はこのように構成されているので、組み立て時にハウジング１１と外ベゼル７１との間で圧縮されると、密封が形成されて、可撓性のある膜６９と密封バリア６８および／またはハウジング１１との間のスペースに水分が到達しないようになっている。外ベゼル７１はハウジング１１にシーム溶接されて、ベゼル−ハウジング間のシームを通って水分が入らないようになっている。

再び図１を参照すると、ビデオカメラ内視鏡システム２は、上記で説明した内視鏡６の実施形態と同様の電動ビデオカメラ４を組み合わせる。カプラ１９は、従来の内視鏡６に着脱可能に結合されるようになっている。一実施形態では、カプラ１９には、内視鏡６の近端にネジ接続するようにネジ山が設けられる。他の実施形態では、カプラ１９には、内視鏡６に取り付けるための差込式のロックが設けられる。

図１〜図７に示すビデオカメラ内視鏡システム２を用いれば、外科医は、内視鏡によって取得した画像を、比較的広範な撮影距離にわたってビデオカメラの画像焦点面上に正確に焦点合わせすることもでき、この際、倍率および視野を大幅に変更できるという特徴をもつ。ビデオカメラを焦点合わせするのは簡単である。表示装置に表示された取得画像の焦点が合っていなければ、またはもし外科医が撮影距離を増減させて倍率および視野を変更したければ、外科医はモータ３２の動作を駆動かつ制御して、モータの出力シャフトを必要に応じて「前方」または「後方」駆動モードに回転させ、表示画像がきちんと焦点合わせされるような方向にレンズセルを移動させる。レンズセルの移動量および移動速度は、モータ速度および伝動方法によって異なる。伝動パラメータは、レンズセルが小さな増分間隔で正確に移動して正しい焦点合わせができるように、事前に決定される。

反転可能なモータを動作する周知の任意の装置を本発明に関連して使用することは、本発明の企図する範囲内である。また、本発明の装置を、外科医が観察した画像を正しい焦点に自動的に維持できるオートフォーカスシステム（図示せず）と組み合わせることも企図される。例えば、出力画像品質を電気的にサンプリングして、モータドライブを動作させる制御信号を付与し、利用可能な光学系で考えうるもっとも明瞭な画像が提示できる方向に焦点調節レンズユニットの位置を調整するオートフォーカスシステムが公知である。焦点調節ドライブの動作制御には、撮影距離を測定する他のオートフォーカスシステムを使用してもよい。オートフォーカスシステムを組み入れた場合は、本発明の実施形態では、上述したキーパッドスイッチは不要である。

上述したビデオカメラの各実施形態は、多数の利点を有する。ビデオカメラは密封され、簡単に繰り返し効率的にオートクレーブ滅菌が可能である。また、レンズセルとモータ駆動システムとは光学的かつ機械的に整列し、ハウジング中へ組み入れる前に検査できる。さらに、ビデオカメラは、修理または交換のためにレンズセルおよびモータ駆動システムを取り外すことができる。他の利点は、レンズセルが内部の電気機械的な駆動システムで駆動されているため、手動の焦点調節システムで一般的なクリーニングおよび滅菌しにくいという特徴がないことである。

以上、内視鏡ビデオカメラおよびこれを利用したシステムの具体例を説明し例示したが、上記は例示として開示したものであり、本発明を限定するものではない。当該技術者であれば、上記の説明から、レンズセルがハウジング内部で電気機械的に移動可能なビデオカメラを他の多くの光学上の態様に適用可能であると理解できると考える。従って、例えば上述したビデオカメラを内視鏡ではなく光学画像取得装置に接続してもよい。本発明は、前掲の特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする。

本発明に従うビデオカメラおよび内視鏡を含む内視鏡システムの斜視図である。 本発明の一実施形態に従うビデオカメラの側部断面図である。 図２の実施形態の端部断面図である。 図２の実施形態のビデオカメラの上部より視た断面図である。 図４の実施形態の端部断面図である。 本発明の一実施形態に従う密封されたキーパッドの断面図である。 本発明の一実施形態に従うキーパッドの断面図である。

符号の説明

１０ エンクロージャ、１１ ハウジング、１２ キャビティ、１５ カバー、２０ レンズセル、２１ レンズセルホルダ、３０ モータ駆動焦点調節システム、４０ 画像センサ、５４ スイッチ制御部。

Claims (26)

1. 内視鏡用の電子ビデオカメラであって、
   ハウジングとカバーとを備え、前記ハウジングは内部にキャビティを形成し、前記カバー中にはウィンドウが配され、前記ハウジングと前記カバーとは密封接続される、エンクロージャと、
   少なくとも１枚のレンズを備えたレンズセルと、
   前記レンズセルが摺動可能に内部に配置されたレンズセルホルダと、
   前記レンズセルおよび前記ウィンドウと光学的に連通した画像センサと、
   前記レンズセルを前記レンズセルホルダに対して軸方向に往復移動させるモータ駆動焦点調節システムと、
   前記エンクロージャ上に配され、前記モータ駆動焦点調節システムと電気的に接続し、前記エンクロージャに密封されたスイッチ制御部と、
   を含み、
   前記レンズセルと、前記レンズセルホルダと、前記画像センサと、前記モータ駆動焦点調節システムとは、一つのアセンブリとして前記カバーに接続され、かつ前記キャビティ内部に配置される、
   ビデオカメラ。
2. 請求項１に記載のビデオカメラにおいて、前記キャビティは軸方向の１つのボアによって規定され、前記レンズセルホルダと前記レンズセルと前記画像センサと前記モータ駆動焦点調節システムとは、前記軸方向のボア内部に配されるビデオカメラ。
3. 請求項２に記載のビデオカメラにおいて、前記ハウジングは、閉じたハウジング近端と、開いたハウジング遠端とを有し、前記カバーはカバー内面とカバー外面とを有し、前記カバー外面は段付きの環状開口部を規定し、前記ウィンドウは前記段付きの環状開口部中に密封され、前記ウィンドウは光学的に透明であり、前記カバー外面は光学的かつ機械的に内視鏡に接続する、ビデオカメラ。
4. 請求項３に記載のビデオカメラにおいて、前記ウィンドウは、前記段付きの環状開口部に溶接されて前記カバーと密封を形成する金属被覆した周辺部を含む、ビデオカメラ。
5. 請求項３に記載のビデオカメラにおいて、前記ハウジングの近端は、前記ハウジングに密封接続され前記ハウジングを通って電気通信を可能にするケーブルコネクタを含み、前記キャビティの前記ハウジング近端に隣接した箇所には、前記ケーブルコネクタと電気的に導通した電子コネクタが設けられ、前記モータ駆動焦点調節システムおよび前記画像センサは前記電子コネクタと電気的に導通する、ビデオカメラ。
6. 請求項５に記載のビデオカメラにおいて、前記電子コネクタは、前記画像センサの関連電子機器と前記モータ駆動焦点調節システムとに関連付けられた相補型コネクタに電気的に接続される、ビデオカメラ。
7. 請求項５に記載のビデオカメラにおいて、前記レンズセルは前記レンズセルに従属するキーをさらに含み、前記レンズセルホルダはキー溝をさらに含み、前記キーは前記キー溝と協働して、前記レンズセルと前記レンズセルホルダとの回転アライメントを維持し、かつ前記レンズセルと前記レンズセルホルダ間の直線移動範囲を制限する、ビデオカメラ。
8. 請求項１に記載のビデオカメラにおいて、前記モータ駆動焦点調節システムは、モータおよび関連の駆動要素を含み、前記モータは、前記レンズホルダに接続されて前記レンズセルを前記レンズホルダ内部で直線状に移動させる、ビデオカメラ。
9. 請求項８に記載のビデオカメラにおいて、前記モータの関連駆動要素は、前記モータから延びるモータのドライブシャフト上に配置されたピニオン歯車を含み、前記レンズセルは、前記ピニオン歯車と協働して係合される一連のラック歯を有するギアラックを含み、前記ラック歯は前記ギア歯と密に噛合して、前記ピニオン歯車の回転により前記レンズセルを前記レンズセルホルダ中で長手方向に、光学軸と軸方向に整列して、かつ最小のヒステリシスまたはバックラッシュで移動させる、ビデオカメラ。
10. 請求項１に記載のビデオカメラにおいて、前記スイッチ制御部は、
    ボタンと、電気回路を開閉するセンサスイッチとを含むキーパッドを含み、
    前記キーパッドは、前記ボタンと前記センサスイッチとの間に蒸気滅菌可能な密封を維持するようになっている、ビデオカメラ。
11. 請求項１０に記載のビデオカメラにおいて、前記キーパッドは、前記ボタンと前記センサスイッチとの間に光学的結合を含む、ビデオカメラ。
12. 請求項１０に記載のビデオカメラにおいて、前記キーパッドは、前記ボタンと前記センサスイッチとの間に磁気的結合を含む、ビデオカメラ。
13. 請求項１０に記載のビデオカメラにおいて、前記キーパッドは、前記ボタンと前記センサスイッチとの間に機械的結合を含む、ビデオカメラ。
14. キーパッドであって、
    ボタンと、
    電気回路を開閉し、前記ボタンとの間で蒸気滅菌可能な密封を維持するセンサスイッチと、
    を含むキーパッド。
15. 請求項１４に記載のキーパッドであって、前記ボタンと前記センサスイッチとの間に光学的結合を含む、キーパッド。
16. 請求項１４に記載のキーパッドであって、前記ボタンと前記センサスイッチとの間に磁気的結合を含む、キーパッド。
17. 請求項１４に記載のキーパッドであって、前記ボタンと前記センサスイッチとの間に機械的結合を含む、キーパッド。
18. ハウジングとの密封を維持するためのキーパッドであって、指の動きを検知する手段と、その動きを電気信号に変換してハウジング内部で送信する手段と、を含むキーパッド。
19. 請求項１８に記載のキーパッドであって、前記ハウジングに接続された複数のスイッチセンサを含み、前記センサは前記ハウジングに密封されるバリアで覆われている、キーパッド。
20. 請求項１９に記載のキーパッドにおいて、前記スイッチセンサは、マルチドームキーパッド（ＭＤＫ）とキーパッドの電気コネクタとを含み、前記ＭＤＫは、圧力感知性をもち指の圧力に応答して電気スイッチを閉じる複数の可撓性のある膜要素を含み、前記ＭＤＫは前記ハウジング上に接続され、かつ可撓性のある膜のバリアで前記ハウジングに密封され、前記可撓性のある膜のバリアは指の圧力によって変形してスナップボタンに接触でき、前記電気コネクタは前記モータ駆動焦点調節システムと前記画像センサとを制御する関連電子機器に接続される、キーパッド。
21. 請求項１９に記載のキーパッドであって、さらに
    ターゲットと、
    前記密封バリアを介して前記ターゲットを検知するセンサターゲットと、
    を含むキーパッド。
22. 請求項２１に記載のキーパッドにおいて、前記ハウジングは前記キーパッドを収容するハウジング開口部を含み、前記開口部は、寸法の大きな順に一番目の段と二番目の段と三番目の段とを備え、前記キーパッドはセンサベゼル中に設置される複数のスイッチセンサを含み、前記センサベゼルは前記三番目の段と接続する周縁部を有し、前記キーパッドは前記センサを覆う前記二番目の段と密封を形成するバリアをさらに含み、前記キーパッドは、前記一番目の段に接続し、前記センサと協働して整列した複数のターゲットの取付け部となる可撓性のある膜をさらに含み、前記可撓性のある膜は、膜の周囲に配され縁封止部となる隆起した縁部をさらに含み、前記キーパッドは、前記可撓性のある膜上に封止係合して配置され、かつ前記ハウジングに接続される外ベゼルをさらに含み、前記外ベゼルは前記可撓性のある膜の隆起した縁部を圧縮して、流体が侵入しないように前記膜に係合し、前記外ベゼルには各ターゲットに関連した開口が設けられる、キーパッド。
23. 請求項２２に記載のキーパッドにおいて、前記センサは光入力に応答する光反射型センサスイッチであり、前記バリアは透明材料であり、前記ターゲットは反射材料であり、前記可撓性のある膜に対する指の圧力によって前記ターゲットの位置が変更され、これにより前記ターゲットと前記センサ間の光学的結合が変化し、前記センサは前記光学的結合の変化に応答して電気的接続を開閉する、キーパッド。
24. 請求項２２に記載のキーパッドにおいて、前記センサは磁束の変化に応答する磁束応答型スイッチであり、前記バリアは非磁性材料であり、前記ターゲットは磁石であり、前記可撓性のある膜に対する圧力によって前記磁石の位置が変更され、これにより前記センサ上の磁束が変化し、前記センサは前記磁束の変化に応答して電気的接続を開閉する、キーパッド。
25. 請求項２２に記載のキーパッドにおいて、前記センサは容量の変化に応答する容量型センサ回路であり、前記バリアは非導電性のポリマー材料であり、前記ターゲットは、前記容量型センサ回路の容量を変化させる接触を検知する導電性の金属であり、前記容量型センサ回路は容量の変化に応答して電気的接続を開閉する、キーパッド。
26. 請求項２２に記載のキーパッドにおいて、前記センサは圧力に応答する圧力感知型センサであり、前記バリアは圧力下で曲がる薄いシートであり、前記ターゲットは押しボタンであり、圧力によって前記薄いシートが変形して前記圧力感知型センサ上に圧力をかけ、前記センサは前記圧力の変化に応答して電気的接続を開閉する、キーパッド。
    
    

Images