JP3212661B2 - 電子内視鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温の環境下などの特
殊な環境で使用できるように、耐熱性の化合物半導体を
用いて形成した固体撮像素子を使用する電子内視鏡に関
する。

【０００２】

【従来技術】従来、ジェットエンジン内部、ボイラ―内
部、原子炉内部等の機器類内部の観察には、工業用内視
鏡が広く用いられている。これら内視鏡のほとんどは、
細長な挿入部の先端部に対物光学系を設け、その結像光
学像を挿入部内の光ファイバ―により後方手元側に伝送
し、何ｍ、或は十何ｍも離れた後方の接眼部にて観察す
るファイバ―方式が用いられている。

【０００３】ところで、近年、ファイバ―内視鏡の代わ
りに、挿入部先端部の対物光学系（撮像光学系）の結像
位置にＣＣＤ等の固体撮像素子を設け、結像光学像を撮
像信号に光電変換して挿入部内を後方手元側に伝送し、
後方手元側の操作部から別体のビデオプロセッサを介し
てモニタに送って表示する電子内視鏡が広範囲の分野で
用いられつつある。

【０００４】しかしながら、この電子内視鏡にあって先
端部に配置される固体撮像素子は、先端部に位置する照
明用ライトガイド端部での発熱、及び周囲環境からの
熱、さらには固体撮像素子自体の発熱で、かなりの熱を
持つようになる。そして、このビデオ内視鏡が例えばジ
ェットエンジン内部等の高温環境下で使われると、固体
撮像素子の出力信号は、後述の特開昭６０−７３６１２
号公報の従来技術の中でも示されているように、暗電流
がかなり大きくなってＳ／Ｎ比が悪化してしまうという
問題がある。

【０００５】そこで、電子内視鏡を前記した如くの高温
環境下で使用しても、先端部内の固体撮像素子の温度上
昇現象を防止するべく、本出願人は、特開昭６０−７２
５２８号公報に記載のペルチェ素子を用いて冷却するも
の、特開昭６０−７３６１２号公報に記載の固体撮像素
子チップの背面にジグザグに冷却パイプをはわせるも
の、或は特開昭６０−７２５２６号公報に記載があるよ
うに、先端部内の固体撮像素子周囲に手元操作部側から
挿入部内を延設した送気チュ―ブの先端を臨ませ、エア
ポンプを用いて冷却用エア―を固体撮像素子に循環させ
て冷却するもの、特開平２ー２７８２１９号公報に記載
があるように冷却のための小型ポンプを内視鏡内に設
け、冷却するもの、特開平２ー２５００１７号公報に記
載があるように先端部に冷却のためのアタッチメントを
取り付けて冷却するもの等を提案している。

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】高温環境下で使用で
きる様にした従来の技術では、冷却ポンプや冷却アタッ
チメントを用い、先端部を冷却することにより解決して
いたため、挿入部の複雑化や、先端部での複雑、太径
化、構成部品数増大という、別の問題も生じていた。こ
の様な従来の技術では外部の高温環境下に対し、冷却手
段による冷却が十分に満足されない事があり、その場
合、先端部の内部温度が、上昇してしまう。内部温度が
１５０℃以上になると、固体撮像素子の使用温度範囲を
越え、故障を起こしたり、撮像系に接合レンズを用いる
と、接合のための接着剤が溶融してしまい、接合レンズ
が所定の性能を満足できなくなる為、観察不能になって
しまう。

【０００９】

【００１０】

【００１１】本発明は、上述した点に鑑みてなされたも
ので、高温の環境下でも、先端部が冷却手段なしで動作
可能とし、また、放射線遮蔽体が不要のまま放射線環境
下で使用することができるようにした電子内視鏡を提供
することを目的とする。

【００１２】

【問題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するため本発明による電子内視鏡は、挿入部の先端部に
照明窓と観察窓とを配設し、前記照明窓の後方に配設さ
れるライトガイドと、前記観察窓の後方に配設され、単
レンズ群からなる対物レンズ系と、対物レンズ系の結像
位置に素子枠を介して配設された固体撮像素子と、この
固体撮像素子の後方に前記素子枠から露出して配設され
たハイブリットＩＣとを具備し、前記固体撮像素子とハ
イブリットＩＣとを、耐熱性の化合物半導体を用いて形
成するとともに、前記ハイブリットＩＣと前記ライトガ
イドを同じ空間に配設したことを特徴とする。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１及び図２は本発明の第１実施例に係り、図１
は第１実施例を備えた全体構成を示す説明図、図２は第
１実施例の先端側を拡大して示す断面図である。

【００１７】図１に示すように、内視鏡装置１は、第１
実施例の電子内視鏡２と、この電子内視鏡２に照明光を
供給する光源部を一体又は別体として有し、前記電子内
視鏡２から送出される画像信号を信号処理する制御装置
３と、この制御装置３から出力される映像信号を画面上
に表示するモニタテレビ４とを備えている。

【００１８】前記電子内視鏡２は、細長で可撓性の挿入
部５を備え、この挿入部５の後端部には太径の操作部６
が連設されている。この操作部６の側部からはユニバ―
サルコ―ド７が延設されており、このユニバ―サルコ―
ド７の先端には、前記制御装置３に接続される光源及び
信号用コネクタ８が設けられている。

【００１９】前記挿入部５は、長尺な可撓管部９とこの
可撓管部９の先端に連設された上下／左右方向に湾曲可
能な湾曲部１０と、この湾曲部１０の先端に連設された
先端部１１とを備えている。前記湾曲部１０は、前記操
作部６に設けられた湾曲操作ノブ１２を回動することに
よって上下／左右方向に湾曲できるようになっている。

【００２０】図２に示すように前記先端部１１には、観
察窓１３及び照明窓１４が設けられている。前記観察窓
１３の内側には、対物レンズ系としての単レンズ群１５
が単レンズ群固定部材１６を介して取り付けられてい
る。この単レンズ群１５の結像位置に、ＣＣＤ等の固体
撮像素子１７が配設されている。

【００２１】この固体撮像素子１７の出力信号は、この
固体撮像素子１７へ基準電圧を発生し、送る機能と固体
撮像素子１７の出力を強化するバッファ機能とを備えた
ハイブリッドＩＣ（ＨｉーＩＣ）１８を通り、信号線１
９を通して前記制御装置３まで送られ、この制御装置３
によって信号処理され、この制御装置３から出力される
映像信号が、モニタテレビ４に入力され、このモニタ４
に被写体像が表示されるようになっている。

【００２２】また、前記照明窓１４の内側には、配光レ
ンズ２１が設けられている。この配光レンズ２１の後端
には、ライトガイド２２が連設されている。このライト
ガイド２２は、挿入部５、操作部６及びユニバ―サルコ
―ド７内を挿通されて、コネクタ８を介して前記制御装
置３に接続されるようになっている。

【００２３】なお、上記固体撮像素子１７は素子枠２３
を介して単レンズ群固定部材１６に固定される。固体撮
像素子１７及びＨｉーＩＣ１８の外側はパイプ２４で覆
われている。このパイプ２４の後端には湾曲駒が回動自
在に連結される。先端部１１内には耐熱・耐放射線対策
のために以下の様な工夫がなされている。

【００２４】まず観察窓１３と固体撮像素子１７の間に
配置される対物レンズは、エポキシ系接着剤で接合レン
ズを構成するタイプのものは使わず、接着剤を使わずに
済む単レンズ群１５の構成とし、まわりに単レンズ群１
５を固定する固定部材１６を配置し、単レンズ群１５を
固定する様にした。

【００２５】さらに、固体撮像素子１７，Ｈｉ−ＩＣ１
８，ライトガイド２２等を固定する図示せぬ接着剤は３
００℃まで接着力の低下しない耐熱有機接着剤を使用し
ている。また固体撮像素子１７や及びＨｉ−ＩＣ１８は
素子自体の耐熱、耐放射線性能を向上させる為に、化合
物半導体の一種である３Ｃ−ＳｉＣ素子で構成されたタ
イプで作られている。

【００２６】この３Ｃ−ＳｉＣ素子は通常のＳｉ素子に
比べ３００℃まで良好に動作するすぐれた耐熱性を有
し、耐放射線性能ではγ線照射時での比較ではＳｉ素子
が１００ＫＲで全く動作しなくなるのに対し、３Ｃ−Ｓ
ｉＣ素子では１ＭＲのγ線照射まで耐え、Ｓｉ素子に比
べ一桁以上耐放射線性能が向上している優れた素子であ
る。

【００２７】さらに、固体撮像素子１７やＨｉ−ＩＣ１
８と接続される信号線１９との図示せぬ接続部では融点
が３００℃以上のＰｂ−Ａｇ混合の高温はんだを使用し
たり、圧着型コンタクトピンによる接合に変更等して、
接合部での耐熱性を確保している。

【００２８】次に作用を説明する。内視鏡装置１を動作
中に挿入部５や先端部１１が外部の環境により３００℃
以下の高温になった場合、観察窓１３と固体撮像素子１
７の間に配置されるレンズは接着剤を使わない単レンズ
群１５で構成される為、接合レンズの場合の接着剤の溶
融による観察不能の状態になることがない。また、固体
撮像素子１７やＨｉ−ＩＣ１８，ライトガイド２２等を
固定する接着剤は耐熱有機接着剤を用いているので、接
着剤における溶融や固定力の低下がなく、接着剤として
の機能の低下をおこさない。

【００２９】また、固体撮像素子１７やＨｉ−ＩＣ１８
は化合物半導体の３Ｃ−ＳｉＣ素子で構成されている
為、高温環境下でも冷却なしに正常に動作させることが
できる。さらに固体撮像素子１７やＨｉ−ＩＣ１８と接
続される信号線１９との図示せぬ接合部では融点が３０
０℃以上のＰｂ−Ａｇ混合の高温はんだを使用したり、
圧着型コンタクトピンによる接合にしてあるので、この
接合部でも高温に耐えることができる。

【００３０】一方、内視鏡装置１を動作中に挿入部５
や、先端部１１が、原子炉内や宇宙空間での使用により
放射線に照射された場合、観察窓１３と、固体撮像素子
１７の間に配置されるレンズを単レンズ群１５で構成し
たため、接合レンズによる接合接着剤の放射線照射によ
る着色現象がない。また、固体撮像素子１７やＨｉ−Ｉ
Ｃ１８は３Ｃ−ＳｉＣで構成されている為、Ｓｉで構成
されていた従来のものに比べ、Ｓｉの場合で誤動作や故
障を起こしはじめる位の放射線照射下でも、放射線の遮
蔽対策なしに、正常に動作し、耐放射線性能を向上させ
ている。

【００３１】この第１実施例によれば以下の効果を有す
ることになる。観察窓１３と固体撮像素子１７の間に配
置するレンズを接合レンズを使わずに単レンズ群１５の
構成とし、固体撮像素子１７とＨｉ−ＩＣ１８を化合物
半導体３Ｃ−ＳｉＣで構成したものを組み込むことによ
り、高温、放射線下でも、接着剤の温度上昇による溶融
や、放射線照射による接着剤の着色現象を発生させずに
済む。

【００３２】また固体撮像素子１７をＨｉ−ＩＣ１８を
通常Ｓｉ素子ではなく化合物半導体の３Ｃ−ＳｉＣ素子
で構成したため、従来の様に素子の周辺を冷却ポンプ
で、冷却したり、先端部１１を冷却アタッチメントなど
で断熱する等の対策を一切行うことなしに、３００℃ま
での高温環境下で使用できるため、先端部１１での構造
が複雑、太径化することがなく、また部品点数も増えな
い為、その効果は非常に大きい。

【００３３】また３Ｃ−ＳｉＣ素子で構成された固体撮
像素子１７や、Ｈｉ−ＩＣ１８はそれ自体が耐放射線性
能が優れている為、原子炉内や宇宙空間での放射線照射
により故障や、誤動作を起こしはじめる放射線のレベル
を１として従来のＳｉで構成されている固体撮像素子が
その１０倍位までのエネルギーをもった放射線照射に
は、無対策のままで正常に動作し、従来の様に外部に鉛
等の放射線しゃへい部材を用いずに済み、先端部での複
雑、太径化をすることなしに耐放射線性能を向上できる
ため、その効果は非常に大きい。尚、これらの技術はカ
メラヘッドとコントロールユニットが別体となっている
分離型カメラ装置にも適用できる。

【００３４】次に本発明の第２実施例を説明する。第２
実施例は第１図に示す第１実施例の構成と一部異なるだ
けで、他の部分はまったく共通である。異なる部分は前
記、光学系と半導体素子と、接合部材のうち、半導体素
子のみを３Ｃ−ＳｉＣで構成することによる耐熱加工を
施し、他は特に耐熱に関する加工を施していないもので
ある。光学系は接合レンズで構成され、接合部材として
は通常の有機接着剤を用いて構成されている。

【００３５】次に作用を説明する。第２実施例での高温
条件は１５０℃以下を対象としている。この温度範囲で
あれば、接合レンズで使用されている、エポキシ系接着
剤は溶融しない為、そのまま接合レンズが使用できる。
また通常の有機接着剤も１５０℃以下でき溶融しない
為、そのまま使用できる。半導体素子は３Ｃ−ＳｉＣ素
子のため、１５０℃までは正常に動作をする。よって１
５０℃までを条件とした耐熱電子内視鏡ができる。

【００３６】本実施例では、半導体素子を３Ｃ−ＳｉＣ
素子による加工を施すだけで、１５０℃までを条件とし
た電子内視鏡が出来、耐放射線性能を有しない事を除
き、第１実施例の効果と同様の効果を発生する。なお、
固体撮像素子１７を３Ｃ−ＳｉＣで構成したものに限定
されるものでなく、ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ等、少なくと
も耐熱性を有する他の化合物半導体を用いても良い。

【００３７】図３は例えば第１実施例の電子内視鏡２に
走行補助具３１を装着して、検査体３２の管内部を観察
している様子を示す。従来例の走行補助具は円筒状の樹
脂の中心に内視鏡を固定していたので、内視鏡の構造
（例えば対物レンズが先端部に取り付けてある位置）に
依存して視野がセンタ位置から微妙にずれることがあっ
たのを解消できるように、この走行補助具３１は形状記
憶合金３３、３３、…を用いて形成されている。また、
管内部が円形でない場合とか内径に差がある場合等にも
対応できるようにしてある。

【００３８】走行補助具３１は電子内視鏡２に着脱自在
で取り付けるマウント機構を備えた円筒状の補助具本体
３４と、この補助具本体３４の長手方向の両端に、それ
ぞれの両端が固定され、放射状に突出させた形状記憶合
金３３、３３、…と、各形状記憶合金３３に接続された
導線３５とから構成される。そして、各形状記憶合金３
３に通電して加熱することによって、その加熱された形
状記憶合金３３を膨らませることができるようにしてあ
る。

【００３９】例えば、図４（ａ）に示すように、ＤＯＷ
Ｎ用導線３５には通電しないで、ＵＰ用導線３５には通
電した場合には、点線で示す状態から実線で示すように
ＵＰ側に移動することができる。又、図４（ｂ）に示す
ように、ＤＯＷＮ用導線３５には通電して、ＵＰ用導線
３５には通電しない場合には、点線で示す状態から実線
で示すようにＤＯＷＮ側に移動することができる。

【００４０】図５はフレキシブルシャフト４１を設けた
走行補助具４２を示す。この走行補助具４２は例えば電
子内視鏡２の挿入部５の外周面に設けた２重ネジ部４３
ａ、４３ｂに螺合する取付ネジで装着されており、この
状態では図５（ａ）に示すように走行補助具４２の前端
に取り付けたフレキシブルシャフト４１はその先端が観
察視野４４の外側に位置するように設定されている。

【００４１】そして、挿入部５の外周面に設けた２重ネ
ジ部４３ａ、４３ｂの一方が外れて一方のネジ部４３ａ
とのみ螺合する状態になると、走行補助具４２は内視鏡
側より相対的に前方に移動することになるため、図５
（ｂ）に示すようにフレキシブルシャフト４１の先端が
観察視野４４内に入り、走行補助具４２が外れかかって
いることが分かるようにしてある。なお、フレキシブル
シャフト４１の先端を赤く着色する等すると、外れかか
っていることがより分かり易くなる。尚、これらの技術
はカメラヘッドとコントロールユニットが別体となって
いる分離型カメラ装置にも適用できる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子内視鏡において、観察窓と固体撮像素子の間に配置す
るレンズを、接合レンズを使わずに単レンズ群で構成
し、固体撮像素子とＨｉ−ＩＣを３Ｃ−ＳｉＣなどの耐
熱性を有する化合物半導体で構成したものを組み込むこ
とにより、少なくとも高温の環境下でも冷却手段を必要
とせずに電子内視鏡を使用することができるという利点
があり、また、化合物半導体を耐放射線特性の化合物半
導体で構成すれば、放射線照射による接着剤の着色現象
を発生させずに済むという効果も発揮する。

【００４３】また、電子内視鏡における先端部での構造
が複雑、大型化することがなく、しかも、部品点数も増
えないため、この効果は非常に大きなものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を備えた内視鏡装置の構成
図。

【図２】第１実施例の電子内視鏡の先端側の構造を示す
断面図。

【図３】電子内視鏡の先端側に装着した走行補助具を示
す図。

【図４】走行補助具の機能をを示す説明図。

【図５】フレキシブルシャフトを取り付けた走行補助具
を示す図。

【符号の説明】

１…内視鏡装置 ２…電子内視鏡 ３…制御装置 ４…モニタテレビ ５…挿入部 ６…操作部 ７…ユニバーサルコード １１…先端部 １２…湾曲操作ノブ １３…観察窓 １４…照明窓 １５…単レンズ群 １６…固定部材 １７…固体撮像素子 １８…Ｈｉ−ＩＣ １９…信号線 ２１…配光レンズ ２２…ライトガイド

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 挿入部の先端部に照明窓と観察窓とを配
   設し、 前記照明窓の後方に配設されるライトガイドと、 前記 観察窓の後方に配設され、単レンズ群からなる対物
   レンズ系と、 対物レンズ系の結像位置に素子枠を介して配設された固
   体撮像素子と、この固体撮像素子の後方に前記素子枠から露出して配設
   されたハイブリットＩＣとを具備し、 前記固体撮像素子とハイブリットＩＣとを、耐熱性の化
   合物半導体を用いて形成するとともに、前記ハイブリッ
   トＩＣと前記ライトガイドを同じ空間に配設した ことを
   特徴とする電子内視鏡。