JP2009297385A - 内視鏡装置及び内視鏡冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡装置の長手方向後方に撮像機器の熱を移動することで内視鏡先端の熱蓄積の回避をすることを目的とする。
【解決手段】撮像ユニット５と、撮像ユニット５に接する伝熱部材６と、伝熱部材６に接する冷却素子７と、を有し、冷却素子７は、撮像ユニット５との間に伝熱部材６を配置することによって、撮像ユニット５から離隔されている構成である。伝熱部材６は、可撓性を有することが好ましく、シート状にすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内視鏡装置及び内視鏡冷却装置に関するものである。

従来、撮像素子を冷却することのできる内視鏡装置としては、例えば特許文献１に記載の内視鏡装置のように、ペルチェ素子を備えたものがあった。この内視鏡装置では、冷却すべき撮像素子の裏面にペルチェ素子の吸熱側が配置されている。

特開２００３−３３４１５６号公報

しかしながら、特許文献１にはペルチェ素子を用いることは記載してあるものの、放熱経路に関する具体的な記述がない。一般に、内視鏡は、内蔵する撮像ユニットの光軸に鉛直な方向（以下、適宜「径方向」とする）へのスペースが限られている。このため、内視鏡において、許容できるサイズのヒートシンクを放熱側に配置したのではサイズが小さいため放熱量が不足し十分な冷却効果を望めない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内視鏡装置の長手方向後方に撮像機器の熱を移動することで内視鏡先端の熱蓄積の回避をすることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内視鏡装置は、撮像ユニットと、撮像ユニットに接する伝熱部材と、伝熱部材に接する冷却素子と、を有する内視鏡装置であって、冷却素子は、撮像ユニットとの間に伝熱部材を配置することによって、撮像ユニットから離隔されていることを特徴とする。

本発明の内視鏡装置において、伝熱部材は、可撓性を有することが好ましい。

本発明の内視鏡装置において、伝熱部材はシート状であるとよい。

本発明の内視鏡装置において、伝熱部材は液体を封止した部材で構成することができる。

本発明の内視鏡装置において、冷却素子に接する放熱部材を有し、放熱部材は内視鏡装置の長手方向に沿って延在することが好ましい。

本発明の内視鏡装置において、放熱部材は可撓性を有することが望ましい。

本発明の内視鏡装置において、放熱部材は内視鏡装置の湾曲部まで延在するとよい。

本発明の内視鏡装置において、放熱部材は液体を封止した部材で構成されることが好ましい。

本発明の内視鏡冷却装置は、撮像ユニットを備える内視鏡装置を冷却する内視鏡冷却装置であって、撮像ユニットに接する伝熱部材と、伝熱部材に接する冷却素子と、を有し、冷却素子は、撮像ユニットとの間に伝熱部材を配置することによって、撮像ユニットから離隔されていることを特徴としている。

本発明によれば、内視鏡装置の長手方向後方に撮像機器の熱を移動することで内視鏡先端の熱蓄積の回避をすることができる。

以下に、本発明にかかる内視鏡装置及び内視鏡冷却装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第一の実施形態）
図１は、第一の実施形態にかかる内視鏡システムの構成を示す。図１に示すように、内視鏡システムは被検体の体内を観察する観察装置である。内視鏡１（内視鏡装置）は被検体（不図示）の体内に入り、体内画像の取得や生細胞取得、治療を行う手段を持つ装置である。光源装置２、ビデオプロセッサ３、モニタ４は内視鏡１と電気的、機械的に接続され、各役割を果たしている。すなわち、光源装置２は内視鏡１のための光（照明光）を供給するために駆動させる装置である。ビデオプロセッサ３は、内視鏡１から送られる画像の処理や各回路の同期や処理を行う。また、モニタ４は、内視鏡１からの画像を出力、表示する。

図２は、第一の実施形態に係る内視鏡１の構成を示す。観察窓１４、レンズ１５は内視鏡１の光学系を構成している。撮像ユニット５はモニタ４に表示される画像を電気信号として取得する。電気配線１２、同軸ケーブル１３は内視鏡１の先端の撮像ユニット５その他の電気機材と電気的な接続を行う。ここで、本実施形態において、内視鏡冷却装置は、ペルチェ素子７と、伝熱部材６と、放熱部材１６と、により構成される。なお、図２は、第一の実施形態の説明の便宜上、内視鏡１の内部の構成の一部の構成の図示を省略している。

続いて、図２を用いて、撮像ユニット５内で発生する蓄熱を回避する方法について説明する。ここで、撮像ユニット５は大きく分けて３つの部品に分かれる。撮像素子８、撮像素子ドライバ９、及び撮像素子実装基板１０である。撮像ユニット５の発熱源となるのは主に撮像素子８と撮像素子ドライバ９である。したがって、撮像素子８及び撮像素子ドライバ９を冷却できると撮像素子８での蓄熱を回避できることになる。

撮像素子８及び撮像素子ドライバ９を直接冷却するためには、それぞれに対応した冷却機構が合計２つ以上必要となる。これに対して、本実施形態では、冷却を効率良く行うために撮像素子８と撮像素子ドライバ９が実装されている撮像素子実装基板１０を冷却する。撮像素子実装基板１０は、熱伝導率の高い物質（例えばセラミック）で形成されている。このため、撮像素子実装基板１０を冷却することで撮像素子８と撮像素子ドライバ９の両方を冷却できる。ここで冷却機構（冷却素子）としてはペルチェ素子７を使用する。

ペルチェ素子７は、冷却面７ａ（冷却部）に接した部品を冷却することはできるが、放熱面７ｂ（放熱部）からの放熱を適切に処理しなくては対象部品の温度が逆に上がってしまうおそれがある。そこで、本実施形態の内視鏡１では、ペルチェ素子７を撮像ユニット５から離隔させている。このことでペルチェ素子７の放熱が撮像ユニット５にもどってしまうことを防ぐことができる。さらに、ペルチェ素子７を撮像ユニット５から離して駆動させるために、撮像ユニット５とペルチェ素子７との間に伝熱部材６を配置する。

伝熱部材６は、その一方の端部６ａが撮像素子実装基板１０の下面１０ａに接触するともに、他方の端部６ｂがペルチェ素子７の冷却面７ａに接触している。また、ペルチェ素子７の放熱面７ｂは放熱部材１６の上面１６ａに接触している。撮像素子実装基板１０、伝熱部材６、ペルチェ素子７、及び放熱部材１６をこのように配置することにより、撮像素子８及び撮像素子ドライバ９で発生した熱は、撮像素子実装基板１０及び伝熱部材６を介してペルチェ素子７に伝達され、放熱部材１６で放熱される。これにより、撮像素子８への蓄熱を回避することができる。

ここで、伝熱部材６について説明する。伝熱部材６は、熱伝導率の高い材料であることが好ましい。また、内視鏡１内に電気機械部品が多いためにスペースの確保が難しいことから、機械的な特性（例えば柔軟性（可撓性））も考慮しなくてはならない。このような条件を満たす伝熱部材の材料としては、例えばカーボンシートのようなサーマルシート、柔軟性を持てる薄さを備えた銅シートやアルミニウムシートがある。

第一の実施形態に係る内視鏡１では、可撓性を備えた伝熱部材６を使用している。これにより、スペースのある場所に大きなペルチェ素子７を配置し伝熱させることができる。このようなフレキシブルな伝熱部材６を使用すれば電気機械部品、配線等の間をかいくぐるような伝熱経路も実現できる。

図２では電気配線１２、同軸ケーブル１３が配線となる。電気配線１２、同軸ケーブル１３の間にペルチェ素子７を配置することは内視鏡１のサイズ的に困難である。そこで伝熱部材６を使用し同軸ケーブル１３の側面付近に配置したペルチェ素子７まで熱を伝達して冷却する。

また、伝熱部材６は、その一方の端部６ａが封止樹脂１１内に配置されている。封止樹脂１１は、撮像素子８及び撮像素子実装基板１０、周辺回路等を封止している。この封止は外力や湿度から撮像素子を守るために行われる。また、樹脂による封止は、蓄熱を引き起こす原因にもなってしまう。封止樹脂は熱伝導率が悪く放熱や冷却を妨げるために樹脂を介した冷却はほとんど効果がない。そこで、このように、伝熱部材６を撮像素子実装基板１０に接触させた状態で撮像素子ドライバ９とともに封止すると、封止樹脂１１内に蓄熱されることを回避して、撮像素子実装基板１０を利用し封止樹脂１１の外部からの冷却が可能となる。

次にペルチェ素子７について説明する。ペルチェ素子７は大きい方が冷却効率も良くなる。しかし、図２に示すように、内視鏡１の先端部分は多くの部材を内蔵しているため、大きなペルチェ素子７を撮像ユニット５に直接接触させるような構成は難しい。これに対して、本実施形態の内視鏡１では、ペルチェ素子７を撮像ユニット５に接触させることなく、伝熱部材６を介することにより、大きなペルチェ素子７を配置することが可能となっている。

またペルチェ素子は放熱面も持つためにこの放熱を処理できなければ冷却機構としての効果をあげられない。そのために放熱部材１６をペルチェ素子７の放熱面と接触させる。放熱部材１６は伝熱部材と同様にカーボンシートのようなサーマルシート、柔軟性を持てる薄さである銅シートやアルミニウムシートである。

次に内視鏡１の硬性部１ａと湾曲部１ｂについて説明する。内視鏡１の先端部分は硬性部１ａになっている。硬性部１ａは、外部の力によっても曲がらないような材料で構成されているため、内部に配置した撮像素子８、撮像素子ドライバ９、撮像素子実装基板１０その他の電気機械部品は安定して動作することが可能となる。

一方、湾曲部１ｂは硬性部１ａの後方に接続されている。湾曲部１ｂは、湾曲コマ１８を有し、内視鏡１の挿入部位の形状などに応じて任意に曲げることができる構造になっている。上述した撮像ユニット５は硬性部に配置される必要がある。撮像ユニット５を構成している撮像素子８、撮像素子ドライバ９、撮像素子実装基板１０の３点間では伝熱が行われている。そのため接触状態を一様に確保できることが重要である。この接触状態が崩れると伝熱ができなくなってしまうためである。

ここで、放熱部材１６は、硬性部１ａから湾曲部１ｂへ延びている。すなわち、放熱部材１６は、内視鏡１の長手方向に沿って延在している。湾曲部１ｂ内の部材は機械的な動きを構成するものが多く、内視鏡１の構造変化による摩擦熱等はあるものの、硬性部１ａに比べ全体的な温度が低い。そこで湾曲部１ｂ内の部材と放熱部材１６を接触させることで放熱効果を促進させることができる。また、冷却、及び、ペルチェ素子７の配置の観点から、伝熱部材６も湾曲部１ｂまで延びていても良く、内視鏡１の長手方向に沿って、湾曲部１ｂまで延在させる構成によって、内視鏡１が径方向にサイズ拡張することを抑えつつ、撮像素子８及び撮像素子ドライバ９の冷却を効率よく行って熱蓄熱を回避することができる。径方向のサイズ拡張を抑える観点からペルチェ素子７の配置は湾曲部１ｂよりもさらに内視鏡１の長手方向後方の蛇管部でもよい。

なお、上述の説明では、ペルチェ素子７とシート状の放熱部材１６を組み合わせて放熱を行っていたが、ペルチェ素子７及び放熱部材１６の代わりに水冷ジャケットを用いても良い。

（第二の実施形態）
図３は、第二の実施形態に係る内視鏡２１（内視鏡装置）の構成を示している。第二の実施形態では、伝熱部材６に代えて、液体伝熱体２６（伝熱部材）と液体封止部材２５を用いている点が第一の実施形態と異なる。その他の構成は第一の実施形態と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用する。

液体伝熱体２６は液体封止部材２５内に封止されるとともに、撮像ユニット５側の端面が撮像素子実装基板１０の側面１０ｂと接触しており、これにより撮像ユニット５の冷却を行う。液体伝熱体２６の同軸ケーブル１３側の端面はペルチェ素子２７の冷却面２７ａ（冷却部）に接している。ここで、液体封止部材２５、液体伝導体２６、及びペルチェ素子２７は、内視鏡２１の硬性部２１ａ内に配置されている。

また、ペルチェ素子２７の放熱面２７ｂ（放熱部）は、湾曲部２１ｂ内に配置した放熱部材３６の側面３６ａに接している。この構成により、撮像素子８及び撮像素子ドライバ９で発生した熱は、撮像素子実装基板１０及び液体伝熱体２６を経てペルチェ素子２７に伝わって、放熱部材３６で放熱される。また、放熱部材３６は、液体伝熱体２６でも構わない。

液体伝熱体２６としては例えば液体金属やイオン液体を用いる。液体封止部材２５は柔軟性をもつものが好ましく、例えばビニールである。液体伝熱体２６は柔軟性を持つので第一の実施形態の伝熱部材６と同様に電気機械部品、配線等の間をかいくぐるような伝熱経路でも対応できる。また液体伝熱体２６の場合、体積を多くとることができるために熱容量が大きく撮像ユニット５のもつ熱を多く移動できる。さらに、液体伝熱体２６にペルチェ素子２７を接触させることで、液体伝熱体２６が受容した熱によって時間経過とともに熱の飽和点に達し冷却ができなくなることを防止し、伝熱を継続することができる。

（第三の実施形態）
図４は、第三の実施形態に係る内視鏡４１（内視鏡装置）の構成を示している。第三の実施形態では、第一の実施形態のシート状の放熱部材１６に代えて、ヒートシンクからなる放熱部材５６を用いた点が第一の実施形態と異なる。その他の構成は第一の実施形態と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用する。なお、伝熱部材６、ペルチェ素子７、及び放熱部材５６は、いずれも、内視鏡４１の硬性部４１ａから湾曲部４１ｂに延びるように配置されている。

放熱部材５６に用いるヒートシンクは、内視鏡４１に内蔵できれば公知のものを用いることができる。放熱部材の上面５６ａをペルチェ素子７の放熱面７ｂに接触させることにより、ペルチェ素子７から伝達された熱を効率よく放熱することができる。

以上説明したように、本発明にかかる内視鏡装置及び内視鏡冷却装置は、撮像ユニットと、撮像ユニットに接する伝熱部材と、伝熱部材に接する冷却素子と、を有するとともに、冷却素子は、撮像ユニットとの間に伝熱部材を配置することによって、撮像ユニットから離隔されていることから、内視鏡先端に起こる熱蓄積を回避することができるという効果を奏する。また、放熱部材を内視鏡装置の長手方向に沿って延在させることによって、内視鏡の細径化を妨げることなく高い冷却効果を発揮することができる。また、冷却素子と、撮像素子及び撮像素子ドライバと、を互いに直接接触させることなく、熱伝導性の良い撮像素子基板を介する構成にしたことから以下の効果を奏することができる。すなわち、間接的に冷却を行うことにより、内視鏡装置内の狭いスペースに冷却素子を無理に配置しなくてすむことになり、これにより高い自由度で冷却素子を配置することができる。また、間接的に冷却を行うので冷却効率の良い冷却手段を選択することができる。さらに、内視鏡装置の径方向へのサイズ拡張を抑えることができる。

以上のように、本発明にかかる内視鏡装置及び内視鏡冷却装置は、内蔵した撮像素子及び撮像素子ドライバを含む撮像ユニットの冷却に有用であり、特に、細径化した内視鏡装置内で発生した熱の蓄積の回避に適している。

第一の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示す図である。 第一の実施形態に係る内視鏡の構成を示す図である。 第二の実施形態に係る内視鏡の構成を示す図である。 第三の実施形態に係る内視鏡の構成を示す図である。

符号の説明

１ 内視鏡（内視鏡装置）
１ａ 硬性部
１ｂ 湾曲部
２ 光源装置
３ ビデオプロセッサ
４ モニタ
５ 撮像ユニット
６ 伝熱部材
７ ペルチェ素子（冷却素子）
７ａ 冷却面（冷却部）
７ｂ 放熱面（放熱部）
８ 撮像素子
９ 撮像素子ドライバ
１０ 撮像素子実装基板
１１ 封止樹脂
１４ 観察窓
１５ レンズ
１６ 放熱部材
２１ 内視鏡（内視鏡装置）
２１ａ 硬性部
２１ｂ 湾曲部
２５ 液体封止部材
２５ａ、２５ｂ 端面
２６ 液体伝熱体（伝熱部材）
２７ ペルチェ素子（冷却素子）
２７ａ 冷却面（冷却部）
２７ｂ 放熱面（放熱部）
４１ 内視鏡（内視鏡装置）
４１ａ 硬性部
４１ｂ 湾曲部
５６ 放熱部材

Claims (9)

1. 撮像ユニットと、前記撮像ユニットに接する伝熱部材と、前記伝熱部材に接する冷却素子と、を有する内視鏡装置であって、
   前記冷却素子は、前記撮像ユニットとの間に前記伝熱部材を配置することによって、前記撮像ユニットから離隔されていることを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記伝熱部材が、可撓性を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記伝熱部材はシート状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡装置。
4. 前記伝熱部材は液体を封止した部材で構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡装置。
5. 前記冷却素子に接する放熱部材を有し、前記放熱部材は前記内視鏡装置の長手方向に沿って延在することを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項に記載の内視鏡装置。
6. 前記放熱部材が可撓性を有することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡装置。
7. 前記放熱部材は前記内視鏡装置の湾曲部まで延在することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の内視鏡装置。
8. 前記放熱部材は液体を封止した部材で構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡装置。
9. 撮像ユニットを備える内視鏡装置を冷却する内視鏡冷却装置であって、前記撮像ユニットに接する伝熱部材と、前記伝熱部材に接する冷却素子と、を有し、前記冷却素子は、前記撮像ユニットとの間に前記伝熱部材を配置することによって、前記撮像ユニットから離隔されていることを特徴とする内視鏡冷却装置。

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