JP2011206077A - Imaging unit and endoscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置及び内視鏡に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus and an endoscope.
医療分野において、医療診断には内視鏡が利用されている。内視鏡の体腔内に挿入される挿入部先端には、CCD等の固体撮像素子を有する撮像装置が内蔵されている。内視鏡は、固体撮像素子から得た撮像信号に処理装置で信号処理を行い、モニタで体腔内の画像を観察することができる。 In the medical field, an endoscope is used for medical diagnosis. An imaging device having a solid-state imaging device such as a CCD is built in the distal end of the insertion portion that is inserted into the body cavity of the endoscope. The endoscope can process an image signal obtained from the solid-state image sensor with a processing device and observe an image in the body cavity with a monitor.
内視鏡の撮像装置は、固体撮像素子と、挿入部先端に設けられた観察窓から入射する光を取り込むための対物光学系とを備え、固体撮像素子の撮像面上に空気層を隔ててカバーガラスが配置されている。また、撮像装置には、入射光を対物光学系から固体撮像素子の撮像面へ導くためのプリズムがカバーガラス上に設けられたものもある。 An imaging device for an endoscope includes a solid-state imaging device and an objective optical system for capturing light incident from an observation window provided at the distal end of an insertion portion, and an air layer is separated on an imaging surface of the solid-state imaging device. A cover glass is arranged. In some imaging apparatuses, a prism for guiding incident light from an objective optical system to an imaging surface of a solid-state imaging device is provided on a cover glass.
ところで、内視鏡挿入部において、固体撮像素子やその周辺の電子部品は駆動熱によって、挿入部先端に比べて高温になる。このため、カバーガラスにおける光入射側である外面と、固体撮像素子側の面である内面とで温度差が生じ、カバーガラスによって固体撮像素子が封止された空間に湿気が含まれていると、カバーガラスの内面に結露が生じる場合がある。特に、挿入部先端には、観察窓が汚れた場合に送水や送風が行われることがあるため、挿入部先端と挿入部内とで温度差が発生して、カバーガラスの内面に結露が生じやすい。カバーガラスの内面に結露が生じると、モニタに表示される画像が結露による水滴によって観察がしづらくなる。 By the way, in an endoscope insertion part, a solid-state image sensor and its surrounding electronic parts become high temperature compared with the front-end | tip of an insertion part by drive heat. For this reason, when a temperature difference occurs between the outer surface that is the light incident side of the cover glass and the inner surface that is the surface on the side of the solid-state image sensor, moisture is contained in the space where the solid-state image sensor is sealed by the cover glass. Condensation may occur on the inner surface of the cover glass. In particular, when the observation window becomes dirty, water may be fed or blown at the distal end of the insertion portion, so that a temperature difference occurs between the distal end of the insertion portion and the insertion portion, and condensation tends to occur on the inner surface of the cover glass. . When dew condensation occurs on the inner surface of the cover glass, it is difficult to observe the image displayed on the monitor due to water droplets due to dew condensation.
下記特許文献1には、カバーガラスによって固体撮像素子が封止された空間に湿気が含まれることを防止する構成の内視鏡撮像装置が記載されている。 Patent Document 1 listed below describes an endoscope imaging apparatus configured to prevent moisture from being contained in a space in which a solid-state imaging device is sealed with a cover glass.
下記特許文献2には、固体撮像素子の撮像面に2重のカバーガラスを備えることで、2重のカバーガラスの外側からの熱に対する遮断効果を高めることができる撮像装置が記載されている。 Patent Document 2 listed below describes an imaging apparatus that can enhance the shielding effect against heat from the outside of a double cover glass by providing a double cover glass on the imaging surface of a solid-state imaging device.
対物光学系と固体撮像素子との間にプリズムを設けた構成の内視鏡では、固体撮像素子を封止するカバーガラスの外面がプリズムと当接する。プリズムの光入射側には、内視鏡の挿入部先端側に配置される対物レンズ等の対物光学系が配置されている。プリズムは、この対物光学系の影響で温度が、挿入部内部の固体撮像素子やその近傍の温度に比べて、低くなりやすい。すると、プリズムと当接するカバーガラスの外面と、固体撮像素子側の内面とで温度差が生じ、この温度差を解消しづらいという問題があった。 In an endoscope having a prism provided between the objective optical system and the solid-state image sensor, the outer surface of the cover glass that seals the solid-state image sensor contacts the prism. On the light incident side of the prism, an objective optical system such as an objective lens disposed on the distal end side of the insertion portion of the endoscope is disposed. The temperature of the prism tends to be lower than the temperature of the solid-state imaging device inside the insertion portion and the vicinity thereof due to the influence of the objective optical system. As a result, a temperature difference occurs between the outer surface of the cover glass in contact with the prism and the inner surface on the solid-state imaging device side, which makes it difficult to eliminate the temperature difference.
上記のいずれの文献にも、プリズムと、カバーガラスとを備えた内視鏡において、カバーガラスの内面と外面との温度差を解消することについては記載されていない。 In any of the above-mentioned documents, there is no description about eliminating the temperature difference between the inner surface and the outer surface of the cover glass in the endoscope including the prism and the cover glass.
本発明は、固体撮像素子に取り付けられたカバーガラスに結露が生じることをより確実に抑えることができる撮像装置及び内視鏡を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an imaging apparatus and an endoscope that can more reliably suppress the occurrence of condensation on a cover glass attached to a solid-state imaging device.
本発明は、被写体像の光を取り込む対物光学系と、
前記光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の撮像面上に設けられ、該撮像素子を気密に封止するカバーガラスと、
前記対物光学系と前記カバーガラスとの間に配置され、前記対物光学系からの光を前記撮像面に導くプリズムと、
前記プリズムと、前記カバーガラスとの間に形成され、両者の間で相互に熱が伝わることを抑えるための断熱層と、を有する撮像装置である。
The present invention includes an objective optical system that captures light of a subject image;
An image sensor that images the light and outputs an image signal;
A cover glass provided on the imaging surface of the imaging device and hermetically sealing the imaging device;
A prism that is disposed between the objective optical system and the cover glass and guides light from the objective optical system to the imaging surface;
It is an imaging device having a heat insulating layer that is formed between the prism and the cover glass and suppresses heat from being transferred between the prism and the cover glass.
また、本発明は、上記撮像装置が内視鏡挿入部に内蔵された内視鏡である。 In addition, the present invention is an endoscope in which the imaging device is built in an endoscope insertion portion.
撮像装置の駆動時(内視鏡において観察時)には、撮像素子及びその周辺は、駆動熱によって、対物光学系に比べて高温になる。すると、カバーガラスにおける撮像素子側の内面では撮像素子側から熱が伝わり、温度が高くなる。撮像装置には、カバーガラスとプリズムとの間に断熱層が設けられているため、カバーガラスとプリズムとの間の相互で熱が伝わることを抑えられる。このため、カバーガラスのプリズム側の外面と固体撮像素子側の内面との間で温度差が生じることを抑えることができる。よって、カバーガラスに結露が生じることを抑えることができる。 When driving the imaging device (when observing with an endoscope), the imaging element and its surroundings become hotter than the objective optical system due to driving heat. Then, heat is transmitted from the image sensor side on the inner surface of the cover glass on the image sensor side, and the temperature becomes high. In the imaging device, since the heat insulating layer is provided between the cover glass and the prism, it is possible to prevent heat from being transmitted between the cover glass and the prism. For this reason, it can suppress that a temperature difference arises between the outer surface by the side of the prism of a cover glass, and the inner surface by the side of a solid-state image sensor. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of condensation on the cover glass.
本発明によれば、固体撮像素子に取り付けられたカバーガラスに結露が生じることをより確実に抑えることができる撮像装置及び内視鏡を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the imaging device and endoscope which can suppress more reliably that dew condensation arises in the cover glass attached to the solid-state image sensor can be provided.
図1は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。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an endoscope.
The
本体操作部11は、アングルノブ23,25、送気・送水ボタン、吸引ボタン、シャッターボタン等の各種ボタン27、内視鏡挿入部13側へ延長された連設部29、連設部29に設けられた鉗子挿入部31を備えている。また、本体操作部11には、ユニバーサルケーブル15が接続されている。
The main
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、先端部17を備えている。
The
アングルノブ23,25は、回動することで内視鏡挿入部13の湾曲部21を湾曲駆動させる操作を行うのに用いられる。
The
各種ボタン27は、内視鏡挿入部13の先端部17において送気・送水、吸引、観察部位の撮影等を実行するため、使用者によって操作される。
The
鉗子挿入部31は、挿入された鉗子等の処置具を挿入するための開口を有し、該開口は、内視鏡挿入部13の先端部17に形成された後述する鉗子口に連通している。
The
ユニバーサルケーブル15は、そ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。
The
軟性部19は、連設部29から、該連設部29よりも細径で延設され、該連設部29を構成する部材の剛性よりも軟らかい部材で構成されている。
The
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。
The
図2は、内視鏡挿入部の先端部の概略的な外観図である。
内視鏡挿入部13の先端部17には、その先端面33に観察窓35、観察窓35の両側に照明光学系の照射口37A,37B、及び鉗子口39、送気送水ノズル41が設けられている。
FIG. 2 is a schematic external view of the distal end portion of the endoscope insertion portion.
The
観察窓35は、体腔内の観察部位からの光を取り込み、後述する先端部17内の対物光学系へ導く。
The
照射口37A,37Bは、体腔内の観察部位に光を照射する。
The
鉗子口39は、図1に示す鉗子挿入部31から挿入された鉗子等の処置具を導出する。
The
送気送水ノズル41は、観察窓35に向けて送気・送水する。
The air /
図3は、図2に示す内視鏡の先端部のA−A矢印方向視における断面図である。
先端部17は、ステンレス鋼材などの金属材料からなる先端硬質部43と、先端硬質部43の外周を覆う外皮チューブ63と、先端硬質部43の先端側を覆う先端カバー65とを備えている。外皮チューブ63と先端カバー65は、先端部17の内部への浸水がないように密着して接合されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the distal end portion of the endoscope shown in FIG.
The
先端硬質部43には、第1の穿設孔43aと第2の穿設孔43bが形成されている。第1の穿設孔43aには、先端部17の先端面に露呈する観察窓35と、対物レンズ36とを収容する鏡筒45が嵌挿されている。第2の穿設孔43bには、金属製の鉗子パイプ49が嵌挿され、鉗子パイプ49に軟性材料からなる鉗子チューブ51が接続されている。観察窓35と、対物レンズ36は、対物光学系を構成する。
In the distal end
また、先端部17には、対物レンズ36、プリズム55、撮像素子59を含む撮像装置50が内蔵されている。
In addition, an
プリズム55は、先端部17の内部空間において、鏡筒45に保持された対物レンズ36の光軸延長上に配置されている。プリズム55は、三角プリズムで、対物レンズ36側から入射した光を反射させて撮像素子59の撮像面へ導光する。
The
撮像素子59は、CCDイメージセンサであって、回路基板57に実装されている。回路基板57には、撮像素子59を気密に封止するため、光入射側に透明なカバーガラス71が接合されている。回路基板57は、保持部材47によって先端部17の内部空間に保持されている。回路基板57には、撮像素子59から出力される画像情報を図示しなしプロセッサへ出力するための信号ケーブル58が接続されている。
The
撮像装置50は、対物レンズ36から取り込まれる光を、プリズム55を介して回路基板57に実装された撮像素子59に結像し、撮像素子59から画像情報を出力する。そして、撮像装置50から出力された画像情報は、プロセッサで信号処理され、モニタに画像として表示される。
The
なお、図示しないが、照射口37A,37B(図2参照)に配置されるレンズ等の光学部材、及び、ライトガイドを含む照明光学系が、内視鏡先端部17の内部空間に配置される。
Although not shown, an optical member such as a lens disposed in the
内視鏡100では、撮像素子59や撮像素子59が実装される回路基板57が、内視鏡観察時に熱を発する。一方で、プリズム55や、対物レンズ36や、観察窓35は、撮像素子59側に比べて温度は低くなりやすい。特に、観察窓が汚れた場合に送水や送風が行われる場合には、撮像素子59に比べて温度が低くなる。そこで、カバーガラスの内側と外側とで温度差が生じることを抑えるため、プリズム55とカバーガラス71との間に、両者の間で相互に熱が伝わることを抑えるための断熱層を設けている。
In the
図4は、回路基板、カバーガラス、断熱層の分解斜視図である。
撮像素子59が実装された回路基板57に、カバーガラス71、スペーサ73、断熱用ガラス75がこの順に積み重ね合わせられ、接合されている。
断熱層は、カバーガラス71の上面に接合される、略矩形の枠状部材のスペーサ73と、このスペーサ73を介在してカバーガラス71に接合される、透明な断熱用ガラス75とを含み、密閉された構造を有する。
FIG. 4 is an exploded perspective view of the circuit board, the cover glass, and the heat insulating layer.
A
The heat insulating layer includes a substantially rectangular frame-shaped
なお、断熱層は密閉されていない構造、つまり、内視鏡内部と通気する空気層としてもよい。断熱層を密閉されていない構造とすれば、断熱層が内視鏡内部の空気となるため、断熱層を密閉した構成に比べて、断熱層における飽和水蒸気量が飽和に達する時間が長くなる点でメリットがある。 The heat insulating layer may be an unsealed structure, that is, an air layer that ventilates the inside of the endoscope. If the heat insulation layer has an unsealed structure, the heat insulation layer becomes the air inside the endoscope, so the time for the saturated water vapor amount to reach saturation in the heat insulation layer becomes longer compared to the configuration in which the heat insulation layer is sealed. There is merit in.
カバーガラス71と断熱用ガラス75との間には、空隙が設けられる。内視鏡100は、観察時に固体撮像素子及びその周辺が高温になった場合に、断熱層と、プリズム55との間で熱が伝わるが、プリズム55とカバーガラス71との間では、空隙によって、熱が直接伝わらない。このため、カバーガラス71と固体撮像素子59との間の空間と、カバーガラス71と断熱用ガラス75との間の空間との温度差を小さく抑えることができ、カバーガラス71の外面と内面とで温度差が小さくなる。よって、カバーガラス71に結露が生じることを抑えることができる。
A gap is provided between the
スペーサ73は、断熱性の材料で構成されている。スペーサ73の材料としては、例えば、樹脂若しくはシリコンを用いることができる。シリコンを用いれば、接着強度と線膨張係数の点から特に好ましい。
The
断熱用ガラス75は、断熱性の材料で構成されている。断熱用ガラス75の材料としては、石英ガラスを用いることができる。石英ガラスは、熱の影響を受けにくく、線膨張係数が低いため好ましい。なお、断熱用ガラス75として、通常のガラスを用いてもよい。また、断熱用ガラス75の材料としてはカバーガラス71と同じガラスを用いてもよい。
The
カバーガラス71と断熱用ガラス75との間の空隙は密閉され、空気や不活性ガス等を含む、気体層又は真空層としてもよい。
The space between the
断熱用ガラス75とスペーサ73によって構成される断熱層は、その熱伝導率が、0.2W/m・K以下である。この熱伝導率の数値を満たすように、断熱用ガラス75とスペーサ73の材料が適宜選択されることが好ましい。また、熱伝導率が、0.2W/m・K以下となるようにカバーガラス71と断熱用ガラス75との間の容積が設定されることが好ましい。
The heat insulating layer composed of the
上記例では、カバーガラス71の上に、スペーサ73を介して1つの断熱用ガラス75を設けた構成としたが、この断熱用ガラス75の上に更にスペーサを介して別の断熱用ガラスを設けてもよい。つまり、断熱層は、カバーガラス71の上に積層された複数のガラスと、カバーガラスと断熱用ガラスとの間、及び、断熱用ガラス同士の間において空隙を設けるスペーサとを有していてもよい。こうすることで、カバーガラスの内側と外側とで温度差が生じることをより確実に抑えることができる。
In the above example, one
図5は、図3に示す内視鏡の変形例を示す模式的な断面図である。なお、以下では、既に説明した部材には、同じ参照番号を付すこととし、説明を簡略又は省略することとする。
この例では、カバーガラス71上には、断熱層である光学フィルム77が形成されている。光学フィルム77は、一方の面がプリズム55の光の出射面(図中の下面)に接し、かつ、他方の面がカバーガラス71の光の入射面(図中の上面)に接している。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the endoscope shown in FIG. In the following description, the members already described are denoted by the same reference numerals, and the description is simplified or omitted.
In this example, an
この構成例では、内視鏡100は、観察時に固体撮像素子及びその周辺が高温になった場合に、カバーガラスとプリズムとの間に形成された光学フィルム77によって、プリズム55側とカバーガラス71との間で熱が伝わることを抑えている。こうすることで、カバーガラス71の外面と内面との温度差が生じることを抑え、カバーガラス71で封止された空間で結露が生じることを抑えられる。
In this configuration example, the
光学フィルム77の材料としては、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、TAC(トリアセチルセルロース)を用いる。
As a material of the
光学フィルム77の熱伝導率は0.2W/m・K以下であることが好ましい。
The thermal conductivity of the
本明細書は、以下の内容を開示するものである。
(1)被写体像の光を取り込む対物光学系と、
前記光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の撮像面上に設けられ、該撮像素子を気密に封止するカバーガラスと、
前記対物光学系と前記カバーガラスとの間に配置され、前記対物光学系からの光を前記撮像面に導くプリズムと、
前記プリズムと、前記カバーガラスとの間に形成され、両者の間で相互に熱が伝わることを抑えるための断熱層と、を有する撮像装置置。
(2)(1)に記載の撮像装置であって、
前記断熱層が、断熱用ガラスと、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間において空隙を設けるスペーサと、を有し、密閉されている撮像装置。
(3)(1)に記載の撮像装置であって、
前記断熱層が、複数の断熱用ガラスと、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間、及び、前記断熱用ガラス同士の間において空隙を設けるスペーサと、を有し、密閉されている撮像装置
(4)(2)又は(3)に記載の撮像装置であって、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間に気体層を含む撮像装置。
(5)(2)又は(3)に記載の撮像装置であって、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間に真空層を含む撮像装置。
(6)(1)に記載の撮像装置であって、
前記断熱層が光学フィルムである撮像装置。
(7)(1)から(6)のいずれか1つに記載の撮像装置であって、
前記断熱層の熱伝導率が、0.2W/m・K以下である撮像装置。
(8)(1)から(7)のいずれか1つに記載の撮像装置が内視鏡挿入部に内蔵された内視鏡。
The present specification discloses the following contents.
(1) an objective optical system that captures light of a subject image;
An image sensor that images the light and outputs an image signal;
A cover glass provided on the imaging surface of the imaging device and hermetically sealing the imaging device;
A prism that is disposed between the objective optical system and the cover glass and guides light from the objective optical system to the imaging surface;
An image pickup apparatus having a heat insulating layer that is formed between the prism and the cover glass and prevents heat from being transferred between the prism and the cover glass.
(2) The imaging apparatus according to (1),
The heat insulating layer, and heat insulating glass;
An imaging device including a spacer that provides a gap between the cover glass and the heat insulating glass, and is sealed.
(3) The imaging apparatus according to (1),
The heat insulating layer, and a plurality of heat insulating glasses;
The imaging device (4), (2), or (3) that includes and is sealed between the cover glass and the heat insulating glass and a spacer that provides a gap between the heat insulating glasses. An imaging device,
An imaging apparatus including a gas layer between the cover glass and the heat insulating glass.
(5) The imaging device according to (2) or (3),
An imaging device including a vacuum layer between the cover glass and the heat insulating glass.
(6) The imaging apparatus according to (1),
An imaging apparatus in which the heat insulating layer is an optical film.
(7) The imaging apparatus according to any one of (1) to (6),
The imaging device whose thermal conductivity of the said heat insulation layer is 0.2 W / m * K or less.
(8) An endoscope in which the imaging device according to any one of (1) to (7) is built in an endoscope insertion portion.
13 挿入部
17 先端部
50 撮像装置
73 スペーサ
75 耐熱用ガラス
100 内視鏡
13
Claims (8)
前記光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の撮像面上に設けられ、該撮像素子を気密に封止するカバーガラスと、
前記対物光学系と前記カバーガラスとの間に配置され、前記対物光学系からの光を前記撮像面に導くプリズムと、
前記プリズムと、前記カバーガラスとの間に形成され、両者の間で相互に熱が伝わることを抑えるための断熱層と、を有する撮像装置。 An objective optical system that captures the light of the subject image;
An image sensor that images the light and outputs an image signal;
A cover glass provided on the imaging surface of the imaging device and hermetically sealing the imaging device;
A prism that is disposed between the objective optical system and the cover glass and guides light from the objective optical system to the imaging surface;
An image pickup apparatus, comprising: a heat insulating layer formed between the prism and the cover glass for suppressing heat from being transmitted between the prism and the cover glass.
前記断熱層が、断熱用ガラスと、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間において空隙を設けるスペーサと、を有し、密閉されている撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1,
The heat insulating layer, and heat insulating glass;
An imaging device including a spacer that provides a gap between the cover glass and the heat insulating glass, and is sealed.
前記断熱層が、複数の断熱用ガラスと、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間、及び、前記断熱用ガラス同士の間において空隙を設けるスペーサと、を有し、密閉されている撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1,
The heat insulating layer, and a plurality of heat insulating glasses;
The imaging device which has the space | interval which provides a space | gap between the said cover glass and the said glass for heat insulation, and between the said glass for heat insulation, and is sealed.
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間に気体層を含む撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 2 or 3,
An imaging apparatus including a gas layer between the cover glass and the heat insulating glass.
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間に真空層を含む撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 2 or 3,
An imaging device including a vacuum layer between the cover glass and the heat insulating glass.
前記断熱層が光学フィルムである撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1,
An imaging apparatus in which the heat insulating layer is an optical film.
前記断熱層の熱伝導率が、0.2W/m・K以下である撮像装置。 The imaging device according to any one of claims 1 to 6,
The imaging device whose thermal conductivity of the said heat insulation layer is 0.2 W / m * K or less.
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