CN105411507A - 内窥镜设备和用于释放由内窥镜设备的成像元件产生的热量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内窥镜设备，所述内窥镜设备包括成像元件、柔性基板和柔性放热板。成像元件被装入内窥镜前端部中以接收来自对象的入射光。成像元件和用于驱动成像元件的电路部件安装在柔性基板上，并且柔性基板被装入内窥镜前端部中。柔性放热板包括第一区域和第二区域，所述第一区域贴附到成像元件的除了成像元件的光接收表面之外的给定区域，第二区域与设置在内窥镜前端部中的放热构件热接触。

Description

内窥镜设备和用于释放由内窥镜设备的成像元件产生的热量的方法

技术领域

本发明涉及一种具有装入成像元件的前端部的内窥镜设备以及一种用于释放由成像元件产生的热量的方法。

背景技术

当组装电子设备时，通常柔性基板用于增加组装自由度。当使用这种柔性基板时，柔性基板在任何位置处都被弯曲成使得电子设备在狭窄位置容易组装。

例如，在JP-A-2010-69217中记载的电子内窥镜设备中，成像元件安装在柔性基板上，使得成像元件可以容易地组装在狭窄的内窥镜前端部中。

在狭窄的内窥镜前端部中还需要释放热量的结构以容纳成像元件、用于驱动成像元件的电路或类似元件。成像元件可以为热量生成元件。在JP-A-2010-69217中记载的电子内窥镜设备中，柔性基板的一部分用作放热部分。

在最近的电子内窥镜设备中，要插入对象中的前端部的直径大约为1cm，所述直径趋向于减小。此外，需要缩短前端部的长度。另外，具有增加成像元件中的像素数量和增加驱动频率以提高捕获图像的图像质量的趋势。

成像元件为热量生成部件。通过增加成像元件中的像素数量来增加成像元件的热值。另外，当以高速驱动成像元件时，驱动电路的热值也增加。因此，需要构建一种在电子内窥镜设备中具有进一步改进的放热特性的结构，其中所述电子内窥镜设备将成像元件容纳在内窥镜前端部中。然而，当内窥镜前端部的直径减小且长度缩短时，需要成像元件和安装有所述成像元件的柔性基板小型化。因此，难以确保释放由成像元件产生的热量的路径。

JP-A-2002-344095已经公开了一种技术，其中具有高导热率的石墨层层叠在柔性基板的树脂层的表面上，以便提高柔性基板的放热性能。然而，当具有高导热率的石墨层层叠在柔性基板上时，柔性基板本身的厚度增加，使得柔性基板不能容纳在狭窄位置。

另外，根据JP-A-2003-10111的电子内窥镜设备已经使用一种结构，其中确保连接到成像元件的信号电缆的大的GND端子区，使得成像元件产生的热量可以通过GND端子释放到信号电缆。然而，仅通过根据专利文献3的放热结构在具有更大数量的像素且被以较高速度被驱动的成像元件容纳在具有较小直径的内窥镜前端部中时恐怕不能获得令人满意的放热特性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种包括具有高放热性能的结构的内窥镜设备以及一种用于释放由内窥镜设备的成像元件产生的热量的方法。

[1]根据本发明的一个方面，内窥镜设备包括成像元件、柔性基板和柔性放热板。成像元件被装入内窥镜前端部中以接收来自对象的入射光。成像元件和用于驱动成像元件的电路部件安装在柔性基板上，并且柔性基板被装入内窥镜前端部中。柔性放热板包括第一区域和第二区域，所述第一区域贴附到成像元件的除了成像元件的光接收表面之外的给定区域，所述第二区域与设置在内窥镜前端部中的放热构件热接触。

[2]在[1]的内窥镜设备中，柔性基板的一个区域粘贴到放热构件，柔性放热板的第二区域粘贴到柔性基板的所述一个区域，以在放热构件与柔性放热板之间获得热接触。

[3]在[1]或[2]的内窥镜设备中，柔性放热板绕柔性基板弯曲以包围基板。

[4]在[1]至[3]中任一项的内窥镜设备中，柔性放热板为不同于柔性基板的另外的柔性基板。

[5]在[1]至[4]中任一项的内窥镜设备，放热构件为信号电缆，所述信号电缆包括连接到成像元件和用于驱动成像元件的电路部件的配线束。

[6]在[1]至[5]中任一项的内窥镜设备中，第一区域直接粘贴到给定区域。

[7]根据本发明的另一个方面，一种用于释放由内窥镜设备的成像元件产生的热量的方法包括贴附步骤、接触步骤和传递步骤。内窥镜设备包括成像元件和柔性基板。成像元件被装入内窥镜前端部中以接收来自对象的入射光。成像元件和用于驱动成像元件的电路部件安装在柔性基板上，并且柔性基板被装入内窥镜前端部中。在贴附步骤中，柔性放热板的第一区域贴附到成像元件的除了成像元件的光接收表面之外的给定区域。在接触步骤中，柔性放热板的第二区域与设置在内窥镜前端部中的放热构件热接触。在传递步骤中，由成像元件产生的热量通过柔性放热板被传递给放热构件。

[8]在[7]的方法中，柔性基板的一个区域粘贴到放热构件，柔性放热板的第二区域粘贴到柔性基板的所述一个区域，以在放热构件与柔性放热板之间获得热接触。

[9]在[7]或[8]的方法中，柔性放热板绕柔性基板弯曲以包围该柔性基板。

[10]在[7]至[9]中任一项的方法中，柔性放热板为不同于柔性基板的另外的柔性基板。

[11]在[7]至[10]中任一项的方法中，柔性放热构件为信号电缆，所述信号电缆包括连接到成像元件和用于驱动成像元件的电路部件的配线束。

[12]在[7]至[11]中任一项的方法中，第一区域直接粘贴到给定区域。

根据本发明，用于将信号发送到内窥镜外部的处理器的配线连接到安装有成像元件的基板，从而形成从基板到信号线的放热路径。另外，放热板的一个侧面直接或通过另外的构件粘贴到成像元件的后表面侧，同时放热板的相对侧粘贴到放热构件。因此，由成像元件产生的热量可以通过不同于通过基板的放热路径的另一个路径被释放。因此，提高了用于释放成像装置的热量的性能。因此，可以以更高速度驱动成像元件。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施例的内窥镜设备的整体结构图；

图2是图1所示的内窥镜设备的前端部的外视图；图3是沿图2中的线A-A截得的剖视图；

图4是其中图3所示的放热板展开的平面图；

图5仅是图3所示的成像装置的外部立体图；

图6是图5所示的成像装置的俯视图；

图7是图5所示的成像装置的侧视图；和

图8是图5所示的成像装置的仰视图。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的示例性实施例。

图1是根据本发明的示例性实施例的内窥镜设备的整体结构图。内窥镜设备100具有主体操作部11和内窥镜插入部13，所述内窥镜插入部连续设置到主体操作部11并将插入体腔中。通用电缆15连接到主体操作部11，并且未显示的连接器设置在通用电缆15的前端处。连接器可移去地与未显示的光源装置连接，照明光通过所述光源装置发送到内窥镜插入部13的前端部17中的照明光学系统。另外，影像连接器也连接到连接器。所述影像连接器可移去地与用于执行图像信号处理或类似操作的处理器连接。

内窥镜插入部13以距离主体操作部11的距离增加的顺序由柔性部19、弯曲部21和前端部17构成。弯曲部21可以通过旋转主体操作部11的角形旋钮23和25遥控而弯曲。因此，前端部可以指向期望方向。

除角形旋钮23和25之外，诸如供气/供水按钮、抽吸按钮、快门按钮等的各种按钮27并排设置在主体操作部11中。另外，朝向内窥镜插入部13延伸的连接部29具有镊子插入部31。诸如镊子的从镊子插入部31插入的操作仪器从内窥镜插入部13的前端部17中形成的镊子端口33(参见图2)引出。

图2是内窥镜插入部的前端部的立体图。图3是沿图2中的线A-A截得的剖视结构图。如图2中所示，成像光学系统的观察窗37和设置在观察窗37的相对侧的照明光学系统的照射孔39A和39B设置在前端部(在下文中也称为内窥镜前端部)17的前端表面35中，前端部17为内窥镜插入部13的前端部。镊子端口33设置在观察窗37以及照射孔39A和39B附近。此外，用于将空气和水供应到观察窗37的喷嘴41被设置成使得喷嘴41的喷射端口指向观察窗37。

如图3中所示，内窥镜前端部17具有：由诸如不锈钢材料的金属材料制成的前端坚硬部分43；成像装置47，所述成像装置与通过前端坚硬部43中形成的钻孔43a插入的镜筒45固定在一起；和镊子管道49(所述镊子管道的前端开口用作镊子端口33)，所述镊子管道由金属制成并设置在另一个钻孔43b中。另外，内窥镜前端部17容纳连接到喷嘴41的供气/供水管51以及连接到照明光学系统的各种构件，例如未显示的用于引导光的导光件。

在成像装置47中，入射光的光学路径L通过三棱镜55以直角变化并在安装在柔性基板57上的成像元件59上形成为图像，其中所述入射光通过观察窗37从对象引入并经过容纳在镜筒45中的物镜组。接着，基于引入成像元件59的对象的图像信息的图像信号通过基板57输出到信号电缆61。稍后将说明信号电缆61。

包括三棱镜55、成像元件59和位于镜筒45中的物镜组的成像光学系统设置在内窥镜前端部17的壳体内以用作成像装置47。另外，照明光学系统由设置在照射孔39A和39B(参见图2)中的诸如透镜的光学构件和连接到所述光学构件的导光件构成。所述光学构件和导光件也设置在内窥镜前端部17的壳体内。从成像元件59输出的图像信息通过信号电缆61传送到上述的处理器以被处理成为用于显示的图像。

未显示的金属套管装配在前端坚硬部43的外圆周上。设置在弯曲部21(参见图1)中的未显示的节环(nodalring)连接到金属套管，使得节环可以弯曲。金属套管的外圆周被管套50覆盖，并且前端坚硬部43的前端侧被前端盖63覆盖。管套50和前端盖63彼此密封连接以防止水进入内部。

镜筒45中的物镜组连接到三棱镜55的入射侧端面55a，并且用作半透明保护基板的盖玻片65粘结到三棱镜55的射出侧端面55b。成像元件59设置在盖玻片65与三棱镜55相对侧，同时在成像元件59与盖玻片65之间提供空隙67。空隙67通过环绕成像元件59设置的框架60被设定为具有预定容积。

与成像元件59安装在一起的基板57沿图3中的第一弯曲轴线B1向后折叠。此外，基板57沿第二弯曲轴线B2弯曲，以便从图3中显示的水平面向上且沿着用作三棱镜55的全反射表面的棱镜外表面的全反射斜面(以下简称为斜面)延伸。因此，基板57压靠在三棱镜55的斜面上。这里，三棱镜以示例的方式用作用于将光引导到成像元件59的光学构件。所述光学构件不局限于三棱镜，而可以使用具有另外的形状和其它系统的光程改变构件。另外，盖玻片65的材料不局限于玻璃材料，而是可以为诸如透明树脂的另外的材料，只要该材料相对于观察光具有半透明度即可。

在根据所述示例性实施例的上述内窥镜设备100中，确保放热路径以通过柔性基板57将由成像元件59、电路元件77和79等产生的热量传递给三棱镜55和信号电缆61，此外，在所述示例性实施例中，确保另外的放热路径以释放由成像元件59产生的热量。

在图3中，柔性放热板(所述柔性放热板可以为不同于基板57的另外的柔性基板)88通过粘合材料粘贴到与成像元件59安装在一起的柔性基板57的后表面。虽然放热板88在所述示例性实施例中通过基板57粘贴到成像元件59，但是如果成像元件59的后表面具有缺少基板57的部位，则放热板88也可以直接粘贴到成像元件59的后表面。放热板88在图3纸张的后表面侧向后折叠，并且通过粘合材料粘贴到基板57的电缆连接部73的上表面。以下将说明放热板88。

图4是其中放热板88展开的平面图。放热板88由用于成像元件的后表面的粘贴部88a、用作粘贴到基板57的电缆连接部73的区域的粘贴部88b以及连接粘贴部88a与粘贴部88b的弯曲部88c构成，其中粘贴部88a用作成像元件的后表面侧粘贴到的区域。

粘贴部88a具有大到足以允许与成像元件59的整个后表面相对应的区域粘贴到该粘贴部的面积。粘贴部88b也具有大到足以允许基板57的电缆连接部73的整个表面粘贴到该粘贴部的面积。连接粘贴部88a和88b的弯曲部88c的宽度形成为基本上与成像元件59的宽度一样大，使得从成像元件59传送的热量同样可以被传递给粘贴部88b。

放热板88可以在弯曲部88c的任何位置处弯曲。例如，放热板88可以在粘贴部88a附近弯曲而朝向电缆61延伸，和在粘贴部88b附近弯曲以使粘贴部88b覆盖基板57的电缆连接部73的上表面。因此，粘贴部88a的热量可以通过粘贴部88b和基板57的电缆连接部73泄漏到信号电缆61。

图5是显示在图3的结构中仅成像装置47已经从内窥镜前端部17抽出的状态的外部立体图。三棱镜55设置在容纳物镜组的镜筒45的后部中，成像元件59设置在三棱镜55的射出侧表面侧。与成像元件59安装在一起的柔性基板57如之前所述显著地弯曲并通过粘合剂层89粘贴到三棱镜55的斜面。

在放热板88的下端侧中的粘贴部88a粘贴到成像元件59的后表面侧。放热板88在图5的纸张的另一侧弯曲，使得在放热板88的上端侧的粘贴部88b粘贴到基板57的电缆连接部73(参见图3)。

图6、图7和图8是图5中显示的成像装置47的俯视图、侧视图和仰视图。放热板88被设置成覆盖三个表面，即，在成像装置47中位于镜筒45与信号电缆61之间的构件的底面、上表面和侧面(包括在基板57与信号电缆61之间的三棱镜55、成像元件59和连接部)。由于设置用于成像元件59的放热路径为两个路径，即，通过基板57的路径和通过放热板88的路径，因此提高了放热性能。此外，在该示例性实施例中，成像装置47的在放热板88内侧的不规则部分被放热板88覆盖。因此，容易将成像装置47组装在内窥镜前端部17内。为了进一步改进组装性能，可以将结构构造成使得包括成像装置47的底面、上表面和两个侧面的四个侧面被放热板88覆盖。

根据上述的示例性实施例，提供一种内窥镜设备和一种用于释放由内窥镜设备的成像元件产生的热量的方法，所述内窥镜设备包括：成像元件，所述成像元件被装入内窥镜前端部中以接收来自对象的入射光；和柔性基板，所述柔性基板安装有成像元件和用于驱动成像元件的电路部件被并装入内窥镜前端部中，其中：放热板的一个区域直接或通过另外的构件粘贴到成像元件的除了该成像元件的光接收表面的区域，同时放热板的另一个区域与内窥镜前端部中的放热构件热接触，使得由成像元件产生的热量可以被传递给放热构件。

另外，在根据所述示例性实施例的用于释放由内窥镜设备的成像元件产生的热量的内窥镜设备和方法中，通过将基板的一个区域粘贴到放热构件以及将放热板的另一个区域粘贴到基板的所述一个区域可以确保所述热接触。

另外，在根据所述示例性实施例的内窥镜设备和用于释放由内窥镜设备的成像元件产生的热量的方法中，放热板绕内置基板弯曲以包围基板。

另外，在根据所述示例性实施例的内窥镜设备和用于释放由内窥镜设备的成像元件产生的热量的方法中，放热板为不同于所述基板的另外的柔性基板。

另外，在根据所述示例性实施例的内窥镜设备和用于释放由内窥镜设备的成像元件产生的热量的方法中，放热构件为信号电缆，所述信号电缆包括连接到成像元件和用于驱动成像元件的电路部件的配线束。

根据上述的示例性实施例，设置用于成像元件的放热路径被制备成两个路径，即，通过基板的路径和通过放热板的路径，从而可以获得良好的放热性能。因此，可以增加成像元件的驱动频率以提高捕获图像的质量。另外，可以增加成像元件中的像素数量。

工业应用性

在根据本发明的内窥镜设备中，可以改进用于释放成像元件的热量的性能，使得成像元件可以被提供有更大数量的像素并被以更高的速度驱动。因此，本发明可以有效地应用于想要具有较小直径和较短长度的内窥镜设备。

附图标记列表

11操作部

13内窥镜插入部

17前端部

21弯曲部

23,25角形旋钮

33镊子端口

37观察窗

45镜筒

47成像装置

55三棱镜

57柔性基板

59成像元件

61信号电缆

73基板的电缆连接部

88放热板

88a粘贴成像元件的后表面侧的粘贴部

88b粘贴电缆连接部的粘贴部

100内窥镜设备

Claims (4)

1.一种内窥镜设备，包括：

物镜组，所述物镜组保持在镜筒内；

棱镜构件，所述棱镜构件与所述物镜组连接；

成像元件，所述成像元件被装入内窥镜前端部中以接收来自对象的入射光；

透明树脂构件，所述透明树脂构件设置所述棱镜构件与所述成像元件之间；和

柔性基板，所述成像元件安装在柔性基板上，以及所述柔性基板安装有用于驱动成像元件的电路部件且所述柔性基板被装入所述内窥镜前端部中；

入射光的光学路径通过棱镜构件以直角变化，并在所述成像元件上形成为图像，

所述柔性基板在所述棱镜构件的背后以层叠两层以上的方式弯曲。

2.根据权利要求1所述的内窥镜设备，其特征在于，用于连接传递图像信号的多个信号电缆中的一部分的电缆连接位置与安装电路部件的位置设置在所述柔性基板的不同的面上。

3.根据权利要求1所述的内窥镜设备，其特征在于，用于连接传递图像信号的多个信号电缆中的全部的电缆连接位置与安装电路部件的位置设置在所述柔性基板的不同的面上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的内窥镜设备，其特征在于，还具有覆盖棱镜的两个侧面、上表面的板构件。