JP2008272298A - 内視鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光素子からの放熱性の向上と先端部の小型化とが可能な内視鏡を提供する。
【解決手段】この内視鏡は、内視鏡の先端部を形成している筒状の外装部32と、外装部32の内周面により形成されている外装部接続面48と、発光に伴って発熱する発光素子40と、発光素子40が実装されている実装面42及び実装面42に対向し外装部接続面48に接続されている基板接続面50を有するフレキシブルプリント基板38と、を有する。
【選択図】 図2A
【解決手段】この内視鏡は、内視鏡の先端部を形成している筒状の外装部32と、外装部32の内周面により形成されている外装部接続面48と、発光に伴って発熱する発光素子40と、発光素子40が実装されている実装面42及び実装面42に対向し外装部接続面48に接続されている基板接続面50を有するフレキシブルプリント基板38と、を有する。
【選択図】 図2A
Description
本発明は、先端部に内蔵されている発光素子により照明光を生成する内視鏡に関する。
内視鏡を体腔内に挿入して観察を行う場合には、内視鏡の先端部から観察対象に照明光を照射することになるが、このような照明光を内視鏡の先端部に内蔵されているLED等の発光素子により生成することが行われている。
特許文献1の内視鏡では、内視鏡の先端部を形成している円筒状のレンズアダプタ内に、レンズアダプタの中心軸に直交して円板状の取付ベースが内嵌されている。この取付ベースの先端面に、LEDベアチップが接着固定されている。LEDは発光により発熱するため、LEDの温度上昇によるLED自身の劣化やLEDの近傍の撮像回路の誤動作を防止するために、LEDで発生した熱を放熱する必要がある。特許文献1の内視鏡では、LEDにおいて発生した熱は、取付ベースの先端面を介して取付ベースに放熱され、取付ベースの外周面を介してレンズアダプタに放熱される。
特開2005−253510号公報
特許文献1の内視鏡では、取付ベースの外周面を介して放熱を行っているため、放熱経路が小さくなっており、充分な放熱性が確保できない。一方、放熱経路を大きくするために取付ベースの厚さを増大させた場合には、レンズアダプタ内での放熱構造体の占有体積が増大してしまい、内視鏡の先端部の大型化を招来してしまう。
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、発光素子からの放熱性の向上と先端部の小型化とが可能な内視鏡を提供することである。
本発明の第1実施態様では、内視鏡は、内視鏡の先端部を形成している筒状の外装部と、前記外装部の内周面により形成されている外装部接続面と、発光に伴って発熱する発光素子と、前記発光素子が実装されている実装面及び前記実装面に対向し前記外装部接続面に接続されている基板接続面を有するフレキシブルプリント基板と、を具備することを特徴とする。
本発明の第2実施態様では、内視鏡は、前記外装部は、外装管によって形成されており、前記外装部接続面は、前記外装管の内周面により形成されている、ことを特徴とする。
本発明の第3実施態様では、内視鏡は、前記外装部は、外装管と、前記外装管の内周面に接続されている伝熱部材と、によって形成されており、前記外装部接続面は、前記伝熱部材により形成されている、ことを特徴とする。
本発明の第4実施態様では、内視鏡は、前記外装部接続面は、前記外装部の中心軸に対して基端側から先端側へと外向きに傾斜している、ことを特徴とする。
本発明の第5実施態様では、内視鏡は、互いに回動可能に共軸に連結され内視鏡の湾曲部を形成する筒状の複数の湾曲駒をさらに具備し、前記外装部は、前記複数の湾曲駒の内の最先端の湾曲駒によって形成されている、ことを特徴とする。
本発明の第6実施態様では、内視鏡は、前記フレキシブルプリント基板は、前記外装部の基端側よりも延びている、ことを特徴とする。
本発明の第1実施態様の内視鏡では、外装部の内周面により形成されている外装部接続面に、フレキシブルプリント基板の基板接続面が接続されている。このため、発光素子から外装部へと大きな放熱経路が確保されており、発光素子からの放熱性を向上することが可能となっていると共に、放熱構造体が内視鏡の先端部の外周部に沿って形成されることになるため、先端部内での放熱構造体の占有体積を小さくすることができ、先端部を小型化することが可能となっている。
本発明の第2実施態様の内視鏡では、外装管の内周面にフレキシブルプリント基板を直接接続することになるため、外装管への放熱性をさらに向上することが可能となっていると共に、構成を簡単化して、内視鏡の先端部をさらに小型化することが可能となっている。
本発明の第3実施態様の内視鏡では、伝熱部材にフレキシブルプリント基板を接続し、伝熱部材を外装管に接続するようにしているため、伝熱部材の形状、配置を調節することにより発光素子の配置を容易に調節することができ、発光素子の放熱性と、発光素子から照射される光の方向を適切に設定することが可能となっている。
本発明の第4実施態様の内視鏡では、外装部の中心軸に対して基端側から先端側へと外向きに傾斜している外装部接続面に沿って発光素子が配置されることになるため、発光素子から内視鏡の先端側に向かって直接光を照射することが可能となっている。
本発明の第5実施態様の内視鏡では、最先端の湾曲駒によって外装部が形成されており、最先端の湾曲駒に放熱された熱がさらに基端側の湾曲駒へと順次伝達されることになるため、大きな熱容量をもつ放熱対象が確保され、放熱性がさらに向上されると共に、局所的な温度上昇を防止することが可能となっている。
本発明の第6実施態様の内視鏡では、フレキシブルプリント基板の基端側により、フレキシブルプリント基板から先端外装部以外の放熱対象に直接放熱が行われるため、放熱性がさらに向上されている。
以下、本発明の各実施形態を図面を参照して説明する。
図1から図5は、本発明の第1実施形態を示す。
図1を参照し、内視鏡16は体腔内に挿入される細長い挿入部18を有する。この挿入部18は、先端硬質部20、湾曲作動される湾曲部22、長尺で可撓性の可撓管部23を先端側から順に連結することにより形成されている。挿入部18の基端部には、操作者に操作される操作部24が連結されている。この操作部24には、湾曲部22を湾曲操作するための湾曲操作ノブ26、内視鏡16の先端部における送気、送水、照明、撮像等を操作するための各種スイッチ28、処置具を処置具チャンネルへと挿入するための処置具挿入口30が配設されている。
図2Aから図4を参照して、内視鏡16の先端部について詳細に説明する。
図2A及び図2Bを参照し、内視鏡16の先端部では、外装部32を形成する薄肉円筒状の外装管34と、外装管34の先端部に覆設されている先端カバー36とによって、先端硬質部20のハウジングが形成されている。そして、外装管34内には、先端カバー36の後方に、照明光を生成するためのフレキシブルプリント基板38及びLED40が配設されている。
図3を参照し、フレキシブルプリント基板38の実装面42に、発光素子としてのLED40が実装される。ここで、変形前のフレキシブルプリント基板38は長方形状であり、複数のLED40がフレキシブルプリント基板38の長手方向に並設される。フレキシブルプリント基板38の基材としては、ポリイミド系樹脂薄板の他、好ましくは、熱伝導率の高い金属製薄板が用いられる。金属製薄板としては、ステンレス薄板、鉄薄板の他、好ましくは、特に熱伝導率の高いアルミ薄板、銅薄板が用いられる。LED40としては、両電極間にLED素子を挟持して樹脂封止したLEDチップが用いられる。代わって、ウェハーから切り出したダイ状のLED素子を用いるようにしてもよい。そして、フレキシブルプリント基板38の実装面42の回路パターンに、LED40の両電極が半田付けされる。両電極は、フレキシブルプリント基板38の長手方向に並設される。本実施形態のLED40では、実装面42に対向する面から光が放射される。
図4を参照し、フレキシブルプリント基板38は、実装面42が内側になり長手方向が周方向をなすように円筒状に折り曲げられる。
なお、フレキシブルプリント基板38を円筒状に折り曲げた後に、フレキシブルプリント基板38にLED40を実装するようにしてもよい。
再び図2A及び図2Bを参照し、外装管34に、円筒状のフレキシブルプリント基板38が内嵌されている。即ち、外装管34の内周面によって外装部接続面48が形成されており、フレキシブルプリント基板38において、実装面42の裏面をなす外周面によって基板接続面50が形成されており、これら外装部接続面48と基板接続面50とが互いに接続されている。ここで、フレキシブルプリント基板38の元の形状に復帰しようとする弾性力により、外装部接続面48と基板接続面50との密着性が向上され、熱伝導性が向上されている。さらに密着性を向上して熱伝導性を向上するために、外装部接続面48と基板接続面50との間には、熱伝導グリス、あるいは、熱伝導性の高い接着剤が介設されている。熱伝導グリスとしては、例えば、シリコングリス(有機ケイ素化合物重合体)が用いられる。また、熱伝導性の高い接着剤として、ベースとなる接着剤に熱伝導性の高いフィラーを配合したものが用いられる。ベースとなる接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、フィラーとしては、例えば、銀、アルミニウム、銅、酸化ベリリウム窒化ホウ素、シリカが用いられる。
外装管34の内周面には円筒状の反射部材52の太径部が内嵌されており、反射部材52の先端側は細径部をなしており、外装管34と細径部との間の空間にフレキシブルプリント基板38及びLED40が配置されている。細径部の外周部には、先端側に向かって外径の減少するテーパ形状の光沢を有する反射面54が形成されている。LED40においては径方向内側の面から内側に向かって光が放射されることになるが、反射面54によって内側に向かう光が先端側に向かって反射されることになる。先端カバー36には、反射部材52に対面して、光を透過する円環状の照明窓56が形成されている。
反射部材52の内周面にはレンズ枠58が連結されており、レンズ枠58内には対物レンズ60が配設されている。先端カバー36には、対物レンズ60の前方に光を透過する観察窓62が形成されている。また、対物レンズ60の後方のレンズ枠58には撮像素子64が配置されており、撮像素子64は外装管34の内周面に内嵌されている円板状の撮像基板66に実装されている。
内視鏡16の挿入部18には、処置具を挿通するための処置具チャンネル、送水のための送水チャンネル、送気のための送気チャンネルを夫々形成するチャンネルチューブ68、送水チューブ70、送気チューブ72が挿通されている。これらチューブ68,70,72の先端部は、夫々、撮像基板66の貫通孔に挿通され、さらに、先端カバー36の貫通孔に挿入されて先端カバー36に固定されている。
次に、本実施形態のLED40の発光、放熱作用について説明する。
図5を参照し、内視鏡16を体腔内に挿入して観察を行う場合には、内視鏡16の先端部から観察対象に照明光を照射する。即ち、LED40を発光させて、図中矢印L1により示されるように、LED40の径方向内側の面から内側に向かって光を放射し、内側に向かう光を反射面54によって先端側に向かって反射して、照明窓56を介して光を照射する。発光に伴ってLED40で発生された熱は、図中矢印P1により示されるように、LED40からフレキシブルプリント基板38へと放熱され、さらに、図中矢印Q1により示されるように、フレキシブルプリント基板38の外周面全体をなす基板接続面50と外装管34の内周面により形成されている外装部接続面48とを介して、外装管34へと放熱される。さらに、外装管34において、図中矢印S1により示されるように、外装部接続面48から外装管34の全体へと熱が伝達される。
従って、本実施形態の内視鏡16は次の効果を奏する。
本実施形態の内視鏡16では、外装管34の内周面により形成されている外装部接続面48に、フレキシブルプリント基板38の基板接続面50が接続されている。このため、LED40から外装管34へと大きな放熱経路が確保されており、LED40からの放熱性を向上することが可能となっていると共に、放熱構造体をなすフレキシブルプリント基板38が内視鏡16の先端部の外周部に沿って配置されることになるため、先端部内での放熱構造体の占有体積を小さくすることができ、先端部を小型化することが可能となっている。
また、外装管34の内周面にフレキシブルプリント基板38の外周面を直接接続することになるため、外装管34への放熱性を充分に向上することが可能となっていると共に、構成を簡単化して、内視鏡16の先端部を充分に小型化することが可能となっている。
なお、LED40からの光の放射方向は適宜選択可能であり、内視鏡16において、LED40の先端面から先端側に光を放射して直接照明窓56から照射するようにすることも可能である。
図6は、本発明の第2実施形態を示す。
本実施形態の外装管34では、内側に突出する突出部74が全周にわたって延設されている。この突出部74の先端側には、基端側から先端側へと(即ち、照明窓56から離れた側から近くなる側へと)内径の増大する切頭円錐状のテーパ面が形成されており、このテーパ面によって外装部接続面48が形成されている。なお、外装部接続面48を形成する外装管34の内周面には、外装管34の内面を形成する面の内、外装管34の中心軸に直交しないあらゆる面を含むものとする。一方、変形前のフレキシブルプリント基板38は扇状をなし、複数のLED40がフレキシブルプリント基板38の周方向に並設される。LED40の両電極はフレキシブルプリント基板38の周方向に並設され、LED40では実装面42に対向する面から光が放射される。フレキシブルプリント基板38は、実装面42が内側に配置され切頭円錐状をなすように折り曲げられる。フレキシブルプリント基板38において、実装面42の裏面をなす外周面により基板接続面50が形成されている。そして、外装管34の外装部接続面48に、フレキシブルプリント基板38の基板接続面50が接続されている。LED40においては、外装部接続面48に対向する面から、外装部接続面48にほぼ直交する向きに、即ち、斜め前方に光が放射されることになる。
次に、本実施形態のLED40の発光、放熱作用について説明する。
内視鏡16の先端部から観察対象に照明光を照射する場合には、LED40を発光させて、図中矢印L2により示されるように、LED40の外装部接続面48に対向する面から斜め前方に光を放射して、照明窓56を介して光を照射する。発光に伴ってLED40で発生された熱は、図中矢印P2,Q2により示されるように、LED40から、フレキシブルプリント基板38、基板接続面50及び外装部接続面48を介して、外装管34の突出部74へと放熱される。さらに、外装管34において、図中矢印S2により示されるように、突出部74から外装管34の全体へと熱が伝達される。
従って、本実施形態の内視鏡16は次の効果を奏する。
本実施形態の内視鏡16では、基端側から先端側へと内径の増大する切頭円錐状のテーパ面に沿ってLED40が配置されることになるため、LED40から内視鏡16の先端側に向かって直接光を照射することが可能となっており、反射部材を用いる場合と比較して、内視鏡16の先端部が簡単化、小型化されると共に、反射による光量の損失を回避することが可能となっている。
図7は、本発明の第3実施形態を示す。
本実施形態では、伝熱部材76が外装管34の内周面に内嵌されて、図6に示される第2実施形態の突出部74と同様な形状をなしており、伝熱部材76のテーパ面によって外装部接続面48が形成されている。本実施形態では、外装管34と伝熱部材76とによって外装部32が形成されている。なお、外装部接続面48を形成する外装部32の内周面には、外装部32の内面を形成する面の内、外装部32の中心軸に直交しないあらゆる面を含むものとする。LED40からの光は、第2実施形態と同様に、図中矢印L3により示されるように放射される。LED40で発生された熱は、図中矢印P3,Q3,R3,S3により示されるように、LED40からフレキシブルプリント基板38、基板接続面50及び外装部接続面48を介して伝熱部材76へと放熱され、さらに伝熱部材76から外装管34へと放熱され、外装管34の全体へと熱が伝達される。このように、伝熱部材76にフレキシブルプリント基板38を接続し、伝熱部材76を外装管34に接続するようにしているため、伝熱部材76の形状、配置を調節することによりLED40の配置を容易に調節することができ、LED40の放熱性と、LED40から照射される光の方向を適切に設定することが可能となっている。
図8及び図9は、本発明の第4実施形態を示す。
図8を参照し、本実施形態の内視鏡16の湾曲部22では、略円筒状の複数の湾曲駒78が互いに回動可能に共軸に連結されている。即ち、湾曲駒78の両端面には夫々中心軸に対称に一対の舌片部80が突設されており、隣り合う両湾曲駒78の舌片部80が互いに重ね合わされてリベットにより回動可能に連結されている。そして、最先端の湾曲駒78の先端側円筒部は、図2A及び図2Bに示される第1実施形態の外装管34と同様な形状、配置をなし、先端硬質部20のハウジングをなす外装部32を形成している。
図9を参照し、LED40からの光は、第1実施形態と同様に、矢印L4により示されるように放射される。LED40で発生された熱は、図中矢印P4,T4により示されるように、LED40から、フレキシブルプリント基板38、基板接続面50及び外装部接続面48を介して、外装部32をなす最先端の湾曲駒78の先端側円筒部へと放熱される。そして、最先端の湾曲駒78において、図中矢印U4により示されるように、外装部接続面48から湾曲駒78の全体へと熱が伝達される。さらに、図中矢印V4により示されるように、基端側の湾曲駒78へと順次熱が伝達されていくと共に、これに伴って、図中矢印W4により示されるように、各湾曲駒78から外部空間へと放熱が行われる。
このように、最先端の湾曲駒78の先端側円筒部によって外装部32が形成されており、最先端の湾曲駒78に放熱された熱がさらに基端側の湾曲駒78へと順次伝達されることになるため、大きな熱容量をもつ放熱対象が確保され、放熱性がさらに向上されると共に、局所的な温度上昇を防止することが可能となっている。
図10Aから図12は、本発明の第5実施形態を示す。
図10A及び図10Bを参照し、本実施形態では、外装管34の基端部に外径が減少されている外装管嵌合部86が形成されており、最先端の湾曲駒78の先端部に内径が増大されている湾曲駒嵌合部84が形成されており、外装管嵌合部86に湾曲駒嵌合部84が外嵌されて固定されている。
図11及び図12を参照し、フレキシブルプリント基板38の幅は外装管34の軸方向長さよりも長くなっている。そして、フレキシブルプリント基板38の幅方向の一端部において、複数のLED40が長手方向に並設される。そして、フレキシブルプリント基板38は、実装面42が内側になり長手方向が周方向をなすように半円筒状に折り曲げられる。
再び図10A及び図10Bを参照し、外装管34は軸方向に延びている半円柱状の内腔を有する。そして、外装管34に、半円筒状のフレキシブルプリント基板38が内嵌されている。即ち、外装管34の内周面の曲面部分によって、外装部接続面48が形成されている。一方、フレキシブルプリント基板38において、実装面42の裏面をなす外周面によって基板接続面50が形成されている。そして、フレキシブルプリント基板38は外装管34の基端側へと延びており、最先端の湾曲駒78の先端部にも内嵌されている。即ち、フレキシブルプリント基板38の基端部の外周面と、湾曲駒78の先端部の内周面とが互いに接続されている。
外装管34の半円柱状の内腔に対応して、先端カバー36、撮像基板66は半円板状をなし、反射部材52は半円筒状をなす。先端カバー36、撮像基板66、反射部材52は、外装管34に内嵌されているフレキシブルプリント基板38の実装面42と、外装管34の内周面の曲面部分及び平面部分とに内嵌されている。また、チャンネルチューブ68、送水チューブ70、送気チューブ72の先端部は、夫々、外装管34の中実の部分において軸方向に夫々形成されている貫通孔に挿入され、外装管34に固定されている。
次に、本実施形態のLED40の発光、放熱作用について説明する。
図13を参照し、LED40からの光は、第1実施形態と同様に、矢印L5により示されるように放射される。LED40の熱は、第1実施形態と同様に、フレキシブルプリント基板38、基板接続面50及び外装部接続面48を介して、外装管34に放熱される。加えて、LED40から図中矢印P5に示されるようにフレキシブルプリント基板38に放熱された熱は、フレキシブルプリント基板38において、図中矢印S5により示されるように、基端側へと伝達されていく。そして、図中矢印T5により示されるように、フレキシブルプリント基板38から、フレキシブルプリント基板38の基端部の外周面と最先端の湾曲駒78の先端部の内周面とを介して、最先端の湾曲駒78に放熱が行われる。さらに、第4実施形態と同様に、図中矢印U5,V5,W5により示されるように、最先端の湾曲駒78において基端側へと熱が伝達され、続いて、後端側の湾曲駒78へと順次熱が伝達されていくと共に、各湾曲駒78から外部空間へと放熱が行われる。
従って、本実施形態の内視鏡16は次の効果を奏する。
本実施形態の内視鏡16では、フレキシブルプリント基板38の基端部により、フレキシブルプリント基板38から最先端の湾曲駒78に直接放熱が行われるため、放熱性がさらに向上されている。この効果は、外装管34の熱伝導率がフレキシブルプリント基板38の熱伝導率よりも低い場合に顕著に発揮される。即ち、外装管34を熱伝達率の低い材料で形成している場合には、外装管34に熱が伝達されにくく、外装管34から最先端の湾曲駒78へと熱が伝達されにくくなるため、放熱性が低下し、外装管34の温度が上昇しやすくなるが、フレキシブルプリント基板38の基端部を最先端の湾曲駒78の先端部に接続することで、このような放熱性の低下と外装管34の温度上昇とを防止することができる。換言すれば、外装管34の材料を熱伝導率の高低にかかわらず選択することができるようになるため、材料選択の自由度が増大することになる。例えば、特に外装管34の形状が複雑である場合には、外装管34を熱伝導率の高い金属により形成しようとすると、複雑な切削加工が必要であり、製造コストが上昇してしまうことになるが、外装管34を熱伝導率の低い樹脂により形成することで、単に樹脂を成形するだけで外装管34を形成することができ、製造コストを低減することが可能となる。
また、フレキシブルプリント基板38には、内視鏡16の挿入部18を挿通された電力線等の先端部を接続する必要があるが、本実施形態では、フレキシブルプリント基板38の基端部に電力線等を接続することで、最先端の湾曲駒78の余剰スペースを効率的に利用することができ、内視鏡16の先端部をさらに小型化することが可能となっている。
16…内視鏡、22…湾曲部、32…外装部、34…外装管、38…フレキシブルプリント基板、40…発光素子、42…実装面、48…外装部接続面、50…基板接続面、76…伝熱部材、78…湾曲駒。
Claims (6)
- 内視鏡の先端部を形成している筒状の外装部と、
前記外装部の内周面により形成されている外装部接続面と、
発光に伴って発熱する発光素子と、
前記発光素子が実装されている実装面及び前記実装面に対向し前記外装部接続面に接続されている基板接続面を有するフレキシブルプリント基板と、
を具備することを特徴とする内視鏡。 - 前記外装部は、外装管によって形成されており、
前記外装部接続面は、前記外装管の内周面により形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡。 - 前記外装部は、外装管と、前記外装管の内周面に接続されている伝熱部材と、によって形成されており、
前記外装部接続面は、前記伝熱部材により形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡。 - 前記外装部接続面は、前記外装部の中心軸に対して基端側から先端側へと外向きに傾斜している、
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡。 - 互いに回動可能に共軸に連結され内視鏡の湾曲部を形成する筒状の複数の湾曲駒をさらに具備し、
前記外装部は、前記複数の湾曲駒の内の最先端の湾曲駒によって形成されている、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の内視鏡。 - 前記フレキシブルプリント基板は、前記外装部の基端側よりも延びている、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の内視鏡。
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WO2023017598A1 (ja) * | 2021-08-12 | 2023-02-16 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | 撮像ユニットと、この撮像ユニットを適用する内視鏡 |
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2007
- 2007-05-01 JP JP2007121124A patent/JP2008272298A/ja not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023017598A1 (ja) * | 2021-08-12 | 2023-02-16 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | 撮像ユニットと、この撮像ユニットを適用する内視鏡 |
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