JP2010200944A - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡先端部の排熱効率を高め、観察光源の高輝度化、撮像素子の高画素化、内視鏡先端部の細径化が可能な内視鏡を得る。
【解決手段】内視鏡先端部１７の先端面３５に、観察画像を取得するための観察窓３７と、観察窓３７に向けて流体を噴出する洗浄ノズル４３とを備えた内視鏡であって、内視鏡先端部１７の先端面３５に、洗浄ノズル４３から噴出される流体の噴流方向に沿って放熱手段４５を配設した。
【選択図】図２

Description

本発明は、内視鏡先端部に洗浄ノズルを備えた内視鏡に関する。

体腔内に挿入する内視鏡挿入部における内視鏡先端部には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の撮像素子を備えた撮像光学系、光ファイバ束からなるライトガイドおよび光学レンズからなる照明光学系といった発熱の大きい部品が組み込まれている。これらの発熱部材が、細径化された内視鏡先端部の狭い領域に高密度に配置されているため、内視鏡先端部は熱が溜まりやすく、観察画像に熱ノイズが重畳されるといった悪影響を生じる。
上記内視鏡においては、照明光学系の光量を増大して撮像すれば、撮像画像のノイズを低減でき、撮像光学系の絞り径を小さく、即ちＦナンバーを大きくして遠方から近距離まで合焦した高品位な画像取得が行えるため、観察光源を高輝度化することが望まれている。さらに、近年では、違和感のない挿入が実現できるように内視鏡先端部の更なる細径化や、詳細な観察が行えるように撮像素子の高画素化が望まれている。

ところが、これら観察光源の高輝度化、撮像素子の高画素化は内視鏡の発熱量の増加をもたらし、内視鏡の挿入性を改善する内視鏡先端部の細径化は放熱特性の低下をもたらすので、内視鏡による観察時に内視鏡先端部の温度が上昇し、人体へ影響を及ぼす懸念がある。
このため、内視鏡先端部の温度上昇を防ぎつつ、撮像画像の画質を向上させる技術が種々検討されている（例えば特許文献１）。特許文献１の構成では、発熱の大きい撮像素子ユニットからの熱を、内視鏡の側面に設けた放熱フィンで内視鏡先端部の表面積を大きくし、排熱効果を向上させている。

特開２００８−１５５０１６号公報

本発明は、内視鏡先端部の排熱効率を高め、観察光源の高輝度化、撮像素子の高画素化、内視鏡先端部の細径化が可能な内視鏡を提供することを目的としている。

本発明は、下記構成からなる。
内視鏡先端部の先端面に、観察画像を取得するための観察窓と、該観察窓に向けて流体を噴出する洗浄ノズルとを備えた内視鏡であって、
前記内視鏡先端部の先端面に、前記洗浄ノズルから噴出される流体の噴流方向に沿って放熱手段を配設した内視鏡。

本発明の内視鏡によれば、内視鏡先端部の排熱効率が高まり、これにより観察光源の高輝度化、撮像素子の高画素化、内視鏡先端部の細径化が可能となり、内視鏡の挿入時の違和感を低減しつつ、高品位な観察画像を得ることができる。

本発明の実施形態を説明するための内視鏡の全体構成図である。 内視鏡挿入部の先端部における概略的な外観図である。 内視鏡先端部の正面図である。 図３のＡ１−Ａ２断面を表す概略断面構成図である。 図３のＢ１−Ｂ２断面を表す概略断面構成図である。 放熱フィンに水が溜まる様子を模式的に示す説明図である。 第１の変形例における図３のＡ１−Ａ２断面の概略断面構成図である。 第２の変形例における図３のＡ１−Ａ２断面の概略断面構成図である。 第３の変形例における内視鏡先端部の正面図である。 第４の変形例における内視鏡先端部の正面図である。 図１０に示す放熱フィンと観察窓の拡大図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための内視鏡の全体構成図である。
内視鏡１００は、本体操作部１１と、この本体操作部１１に連設され体腔内に挿入される内視鏡挿入部１３とを備える。本体操作部１１には、ユニバーサルケーブル１５が接続され、このユニバーサルケーブル１５の先端に不図示のライトガイドコネクタが設けられる。ライトガイドコネクタは不図示の光源装置に着脱自在に連結され、これによって内視鏡挿入部１３の先端部１７の照明光学系に照明光が送られる。また、ライトガイドコネクタには、電気コネクタが接続され、この電気コネクタが画像信号処理等を行うプロセッサに着脱自在に連結される。

内視鏡挿入部１３は、本体操作部１１側から順に軟性部１９、湾曲部２１、および先端部１７で構成され、湾曲部２１は、本体操作部１１のアングルノブ２３，２５を回動することによって遠隔的に湾曲操作される。これにより、先端部１７を所望の方向に向けることができる。

本体操作部１１には、前述のアングルノブ２３，２５の他、送気送水ボタン２７、吸引ボタン２９、シャッターボタン等の各種ボタンが並設されている。また、内視鏡挿入部１３側へ延長された連設部３１は鉗子挿入部３３を有する。鉗子挿入部３３は、挿入された鉗子等の処置具を、内視鏡挿入部１３の先端部１７に形成された不図示の鉗子口から導出する。

図２に内視鏡挿入部の先端部における概略的な外観図を示した。
内視鏡挿入部１３の先端部位である先端部（以降、内視鏡先端部とも呼称する）１７は、その先端面３５に撮像光学系の観察窓３７、観察窓３７の両脇側に照明光学系の照射口３９Ａ，３９Ｂ、および鉗子口４１が配置され、さらに観察窓３７に向けて送気または送水する洗浄ノズルとしての送気送水ノズル４３が配置されている。この送気送水ノズル４３は、図１に示す送気送水ボタン２７の押下時に、送気または送水が行われる。そして、内視鏡先端部１７の先端面３５には、送気送水ノズル４３から噴出される流体の噴流方向に沿って、放熱手段４５としての複数の放熱フィン４７が配設されている。放熱フィン４７は、それぞれが薄板状に形成され、送気送水ノズル４３から噴出される流体の噴流方向と平行に板面が配置されており、互いに等間隔で平行に配列されている。

図３に内視鏡先端部の正面図、図４に図３のＡ１−Ａ２断面を表す概略断面構成図、図５に図３のＢ１−Ｂ２断面を表す概略断面構成図を示した。
図３に示すように、放熱フィン４７は、送気送水ノズル４３から観察窓３７に向けて噴出される流体を整流して、観察窓３７の表面洗浄性を向上させている。また、図４に示すように、放熱フィン４７は、内視鏡先端部１７に内包される先端硬質部４９と一体に形成されており、内視鏡先端部１７の先端面３５から挿入方向に突出して流体の噴流方向に直交する断面が矩形状に形成されている。

先端硬質部４９は、熱伝導性の高いステンレス材等の金属材料からなり、内視鏡観察時に発熱源となる撮像光学系の撮像素子が接続され、また照明光学系のライトガイド（光ファイバ束）５１の光出射口を内部に収容している。従って、先端硬質部４９は内視鏡観察時に撮像素子およびライトガイド５１の光出射口からの発熱を受けて加熱されるが、放熱フィン４７によって冷却されるようになっている。なお、内視鏡１００は、上記放熱フィン４７以外にも、各発熱を内視鏡挿入部１３の内部を軸方向に伝熱させる放熱経路も有している。

放熱フィン４７は、断面が矩形状であることで、単位長さ当たりの放熱フィン４７の配置密度と表面積を高めることができ、限られたスペース内で高い放熱効果を得ることができる。また、放熱フィン４７は、観察窓３７から取得される画像の撮像画角内に入る高さよりも低く形成されることで、放熱フィン４７が撮像画像内に映出することがない。

なお、ここでは放熱フィン４７が、先端硬質部４９と一体に形成された構成例を説明しているが、先端硬質部４９とは別体に形成して高熱伝導層を介して接続する構成としてもよい。その場合、放熱フィン４７の熱伝導性を高めるために、放熱フィン４７を、高熱伝導性を有する金属体（金属粉末等）を樹脂等のベース材料に含ませて形成するとよい。また、高熱伝導性を有する材料として、窒化ケイ素等の高熱伝導率セラミックスを用いてもよい。このように、放熱フィン４７に熱伝導性の高い材料が含まれることで、放熱効率が高まって冷却効果をより向上させることができる。

また、放熱フィン４７に送気送水ノズル４３から送水した後に、さらに送気を行うことで、放熱フィン４７に濡れ拡がった水の気化熱によって冷却効果を高めることができる。

そして、図５に示すように、放熱フィン４７の先端面３５からの突出高さは、送気送水ノズル４３側では、送気送水ノズル４３の突出高さより低く、送気送水ノズル４３の吐出口４３ａの高さ以上に設定され、送気送水ノズル４３側から観察窓３７側に向けて徐々に低くされている。観察窓３７側で突出高さが低くなることで、放熱フィン４７の映り込みが無くなるとともに、放熱フィン４７間を流れる流体の整流作用を高めることができる。また、放熱フィン４７の高さは、照明光学系の照射口３９Ａ，３９Ｂ（図３参照）に近い側を遠い側より低くすることにより、照明光を遮ることによる不要な影の発生を避けることができる。

また、一旦観察窓３７に流れ出た水が再び放熱フィン４７へ戻り来た際に、この戻り水（液滴）を表面張力（毛細管現象）により放熱フィン４７間で吸収することで、観察窓３７に液滴が残存することを防止できる。また、送気送水ノズル４３からの送水後、送気送水ノズル４３から液滴が滴り出た場合でも、その液滴が放熱フィン４７間で吸収され、観察窓３７に流れることがない。

上記の放熱フィン４７間に水が溜まる様子を図６に模式的に示した。同図に示すように、放熱フィン４７は、噴出される水の整流作用に加え、放熱フィン４７間が液だまりとなって、観察窓３７へ不要な液滴が流れ出すことを防止できる。さらに、放熱フィン４７間に熱容量の高い水が溜まるので、放熱効果も高められる。

また、放熱フィン４７に向けて送気送水ノズル４３から水や空気等の流体を噴出させるので、放熱フィン４７間に残渣や異物が詰まっても、これを流体の噴出によって容易に取り除くことができる。

このように、上記構成の内視鏡１００によれば、放熱フィン４７による放熱効果によって内視鏡先端部１７の排熱効率が高まり、これにより、観察光源の高輝度化、撮像素子の高画素化が可能となり、また、液滴により視界を遮ることのない高品位な観察画像を得ることができる。また、内視鏡先端部１７の先端面３５に放熱フィン４７を設けることで、側面側が突出することなく内視鏡先端部１７の細径化が可能となり、内視鏡の挿入時の違和感を低減できる。

次に、放熱フィン４７の他の構成例について、以下に説明する。
まず、放熱フィンの第１の変形例として、図７に図３のＡ１−Ａ２断面の概略断面構成図を示した。なお、以下の説明では、図３や図４に示す部材と同一の部材に対しては同一の符号を付与することで、重複する説明は省略するものとする。図７に示すように、放熱手段４５としての放熱フィン５３は、送気送水ノズル４３からの流体の噴流方向に直交する断面で、先端面３５からの突出側を先細り状に形成している。

この構成により、放熱フィン５３の断面形状が、基端側を太く先端側を細くされ、放熱フィン５３間へ入り込もうとする異物や残渣が抜け落ちやすくなり、放熱フィン５３間の詰まりを生じにくくすることができる。

次に、放熱フィンの第２の変形例として、図８に図３のＡ１−Ａ２断面の概略断面構成図を示した。図８に示すように、放熱手段４５としての放熱フィン５５は、内視鏡先端部１７の先端面３５に形成された凹溝５７から突出して形成されている。

この構成により、放熱フィン５５の表面積が増加して放熱効果が高められるとともに、送気送水ノズル４３から噴出される流体の整流作用が高められる。また、図３に示す放熱フィン４７と同じ冷却能力であっても、先端面３５からの突出量を、凹溝５７の窪みによって減らすことができ、先端面３５からの突出量を小さく抑えることができる。このため、内視鏡先端部１７の小型化が図られるとともに、一旦噴出された水を凹溝５７内に吸収させる際に、吸収可能な水量を増やすことができる。

次に、放熱フィンの第３の変形例として、図９に内視鏡先端部の正面図を示した。図９に示すように、放熱手段４５としての放熱フィン５９は、送気送水ノズル４３から観察窓３７に向かう方向Ｌを中心に放射状に複数配置されている。つまり、放熱フィン５９同士の間を、送気送水ノズル４３側を狭く、観察窓３７側を広くなるように各放熱フィン５９が配置されている。

この構成により、送気送水ノズル４３から噴出された液体が放熱フィン５９により放射状に案内され、観察窓３７の周囲を含む広い範囲を確実に洗浄することができる。また、観察窓３７側の放熱フィン５９が広い幅にわたって配置されるので、一旦噴出された水が放熱フィン５９間により吸収されやすくなる。

次に、放熱フィンの第４の変形例として、図１０に内視鏡先端部の正面図を示すように、放熱手段としての放熱フィン６１は、観察窓３７の送気送水ノズル４３側とは反対側の先端面３５の縁部に配置されている。放熱フィン６１の配置範囲としては、図示例のように先端面３５の縁部に沿って、観察窓３７の直径程度にする以外にも、全周にわたって配置してもよい。配置範囲が広いほど、より多くの水を吸収することができる。

この構成により、送気送水ノズル４３から噴出された水が、観察窓３７を洗浄した後に先端面３５の縁部に流れ付き、液滴となって再び観察窓３７に流れて戻り付くことが防止される。つまり、図１１に放熱フィン６１と観察窓３７の拡大図を示すように、一旦先端面３５の縁部に到達した水は、放熱フィン６１間に吸収され、ここで保持される。従って、観察窓３７に戻ることがなく、撮像光学系の良好な視界が常に保たれる。

以上の各変形例は、互いに組み合わせて構成してもよく、その場合には、相乗的な冷却効果が発揮される。また、更なる変形を施すことも可能である。本例では放熱手段４５として薄板状に立設された放熱フィンで説明しているが、送気送水ノズル４３からの流体との接触面積が増やすことができれば任意の形状であって構わない。また、放熱フィンを先端面３５に形成した凹溝内に収まるように形成し、先端面３５から突出させない構成にすることで、体腔内の壁面に放熱フィンが触れないようにすることができる。さらに、放熱フィンの表面を親水化処理することで、水の吸収性をより高めることができる。

以上、本明細書には下記事項が開示されている。
（１） 内視鏡先端部の先端面に、観察画像を取得するための観察窓と、該観察窓に向けて流体を噴出する洗浄ノズルとを備えた内視鏡であって、
前記内視鏡先端部の先端面に、前記洗浄ノズルから噴出される流体が通る領域に放熱手段を配設した内視鏡。
この内視鏡によれば、内視鏡先端部の排熱効率が高まり、これにより、観察光源の高輝度化、撮像素子の高画素化が可能となり、高品位な観察画像を得ることができる。また、内視鏡先端部の先端面に放熱手段を設けることで、側面側が突出することなく内視鏡先端部の細径化が可能となり、内視鏡の挿入時の違和感を低減できる。

（２） （１）の内視鏡であって、
前記放熱手段が、金属材料を含んで形成された内視鏡。
この内視鏡によれば、放熱手段に熱伝導性の高い金属材料が含まれることで、放熱効率が高まって冷却効果をより向上させることができる。

（３） （１）または（２）の内視鏡であって、
前記内視鏡先端部に先端硬質部が内包され、前記放熱手段が前記先端硬質部と一体に形成された内視鏡。
この内視鏡によれば、先端硬質部と放熱手段が一体に形成されることで、先端硬質部が放熱手段から放熱されて内視鏡先端部を効率よく冷却することができる。

（４） （１）〜（３）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記放熱手段が、薄板状に形成された複数の放熱フィンであり、前記洗浄ノズルから噴出される流体の噴流方向を板面方向に配置された内視鏡。
この内視鏡によれば、複数の放熱フィンの間に洗浄ノズルから噴出される液体が流れることで、放熱フィンを通じて内視鏡先端部が効率よく冷却される。

（５） （１）〜（４）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記放熱手段が、前記洗浄ノズルと前記観察窓との間に配置された内視鏡。
この内視鏡によれば、洗浄ノズルから噴出された流体が放熱手段により整流されて観察窓を確実に洗浄することができる。

（６） （５）の内視鏡であって、
前記放熱フィンが、前記洗浄ノズルから前記観察窓に向かう方向を中心に放射状に複数配置された内視鏡。
この内視鏡によれば、洗浄ノズルから噴出された液体が放熱手段により放射状に案内され、観察窓を含む広い範囲を洗浄することができる。

（７） （１）〜（４）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記放熱手段が、前記観察窓の前記洗浄ノズル側とは反対側の前記先端面に配置された内視鏡。
この内視鏡によれば、一旦縁部に流れた流体が再び観察窓に戻り付くことが防止される。

（８） （４）〜（７）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記放熱手段が、前記流体の噴流方向に直交する断面が矩形状に形成された内視鏡。
この内視鏡によれば、断面が矩形状であることで、単位長さ当たりの放熱フィンの配置密度と表面積を高めることができ、限られたスペース内で高い放熱効果を得ることができる。

（９） （４）〜（７）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記放熱手段が、前記流体の噴流方向に直交する断面で、突出側を先細り状に形成された内視鏡。
この内視鏡によれば、突出側が先細り状に形成されることで、放熱フィン間へ入り込もうとする異物や残渣が抜け落ちやすくなる。

（１０） （１）〜（９）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記放熱手段が、前記観察窓から取得される画像の撮像画角内に入る高さよりも低く形成された内視鏡。
この内視鏡によれば、放熱手段が撮像画像内に映出することがない。

（１１） （１）〜（１０）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記放熱手段が、前記内視鏡先端部の先端面に形成された凹溝から突出して形成された内視鏡。
この内視鏡によれば、放熱手段が凹溝から突出して形成されることで、放熱手段の表面積が増加して放熱効果が高められるとともに、洗浄ノズルから噴出される液体の整流作用を高められる。

（１２） （１）〜（１１）のいずれか１つの内視鏡であって、
前記流体として水を用いる内視鏡。
この内視鏡によれば、熱容量の高い水を用いることで、内視鏡先端を高効率で冷却することができる。

１３ 内視鏡挿入部
１７ 先端部
３５ 先端面
３７ 観察窓
３６ 対物レンズ
３９Ａ，３９Ｂ 照射口
４３ 送気送水ノズル
４３ａ 吐出口
４５ 放熱手段
４７，５３，５５，５９ 放熱フィン
４９ 先端硬質部
５１ ライトガイド
５７ 凹溝
１００ 内視鏡

Claims (12)

1. 内視鏡先端部の先端面に、観察画像を取得するための観察窓と、該観察窓に向けて流体を噴出する洗浄ノズルとを備えた内視鏡であって、
   前記内視鏡先端部の先端面に、前記洗浄ノズルから噴出される流体が通る領域に放熱手段を配設した内視鏡。
2. 請求項１記載の内視鏡であって、
   前記放熱手段が、金属材料を含んで形成された内視鏡。
3. 請求項１または請求項２記載の内視鏡であって、
   前記内視鏡先端部に先端硬質部が内包され、前記放熱手段が前記先端硬質部と一体に形成された内視鏡。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の内視鏡であって、
   前記放熱手段が、薄板状に形成された複数の放熱フィンであり、前記洗浄ノズルから噴出される流体の噴流方向を板面方向に配置された内視鏡。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の内視鏡であって、
   前記放熱手段が、前記洗浄ノズルと前記観察窓との間に配置された内視鏡。
6. 請求項５記載の内視鏡であって、
   前記放熱フィンが、前記洗浄ノズルから前記観察窓に向かう方向を中心に放射状に複数配置された内視鏡。
7. 請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の内視鏡であって、
   前記放熱手段が、前記観察窓の前記洗浄ノズル側とは反対側の前記先端面に配置された内視鏡。
8. 請求項４〜請求項７のいずれか１項記載の内視鏡であって、
   前記放熱手段が、前記流体の噴流方向に直交する断面が矩形状に形成された内視鏡。
9. 請求項４〜請求項７のいずれか１項記載の内視鏡であって、
   前記放熱手段が、前記流体の噴流方向に直交する断面で、前記先端面からの突出側を先細り状に形成された内視鏡。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の内視鏡であって、
    前記放熱手段が、前記観察窓から取得される画像の撮像画角内に入る高さよりも低く形成された内視鏡。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか１項記載の内視鏡であって、
    前記放熱手段が、前記内視鏡先端部の先端面に形成された凹溝から突出して形成された内視鏡。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれか１項記載の内視鏡であって、
    前記流体として水を用いる内視鏡。

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