JP5836189B2 - 内視鏡用撮像モジュール及び電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡スコープ先端部に内蔵される内視鏡用撮像モジュール及び電子内視鏡装置に関する。

電子内視鏡装置の内視鏡スコープは、患者の負担軽減のために細径化が進み、現状では直径９ｍｍのものが普通になってきているが、更なる細径化も図られている。内視鏡スコープ先端部には、対物レンズ光学系や撮像素子等で構成される撮像モジュールを内蔵させる他、鉗子パイプやライトガイド、送気・送水パイプ等を通す必要がある。このため、撮像モジュールの設置空間は更に狭くなる傾向にあり、撮像モジュール自体の小型化，低背化を図る必要が生じる。

その一方で、内視鏡用撮像モジュールの撮像素子は、一般のデジタルカメラに搭載される撮像素子ほどの画素数ではないが、観察画像を表示するモニタ装置の高精細化に伴って多画素化が図られている。つまり、それだけ発熱量が大きくなる。

発熱量の大きな撮像素子を、より狭い設置空間に取り付けるには、撮像素子の熱をどの様にして逃がすかが問題となる。例えば、下記の特許文献１に記載の内視鏡スコープでは、撮像素子の熱を信号線ケーブル側に逃がすことができる様に、撮像素子の裏面側から信号線ケーブルまで可撓性を持つ板状の高熱伝導性材を取り付けている。

これとは別に、内視鏡用撮像モジュールもフレア対策が必要となる。例えば、下記の特許文献２に記載の様に、撮像素子受光面に至る光路の途中に、フレア除去用の絞りを金属膜等で形成し、余分な反射光が撮像素子受光面に入射しないようにしている。

内視鏡スコープが細径化されるに従って、撮像モジュールの設置空間は狭くなり、これに伴って様々な問題が生じる。夫々の問題を解決するには、新たに工夫した部品や部材、上記の例でいえば、放熱部材やフレア対策用の絞り部材を内視鏡スコープ内に設置する必要が生じる。つまり、細径化を図るほど、部品，部材の点数が増え、その設置空間のため細径化が阻害されてしまう。

特開２０１２−０５０７０３号公報 特開２００９―２８８６８２号公報

本発明の目的は、フレア対策用の部品と撮像素子放熱用の部品との共用を図り、内視鏡スコープの細径化を図ることが可能な内視鏡用撮像モジュールと電子内視鏡装置を提供することにある。

本発明の内視鏡用撮像モジュールは、内視鏡スコープ先端部に内蔵される、対物レンズ光学系と、該対物レンズ光学系の出射光の光路を変更するプリズムと、該プリズムからの出射光を受光する撮像素子とを備える内視鏡用撮像モジュールであって、前記対物レンズ光学系と前記プリズムとの間に密着して介装される黒色高熱伝導性シートを前記撮像素子の裏面側まで延ばして貼り付けると共に、該黒色高熱伝導性シートの前記プリズムの光入射面前部位置に、フレア対策用絞り孔を開口したことを特徴とする。

本発明の電子内視鏡装置は、上記の内視鏡用撮像モジュールを内視鏡スコープ先端部に内蔵したことを特徴とする。

本発明によれば、１枚の黒色高熱伝導性シートを、撮像素子の放熱とフレア対策用絞り孔として使用するため、部品点数が減り、撮像モジュールの小型化，細径化を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る電子内視鏡装置を構成する内視鏡スコープの全体図である。 図１に示す内視鏡スコープの先端部の斜視図である。 図２のＡ―Ａ線断面模式図である。 図３に示す黒色高熱伝導性フィルムの斜視図である。 本発明の別実施形態に係る撮像モジュールの断面模式図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る電子内視鏡装置を構成する内視鏡スコープの構成図である。内視鏡スコープ１００は、操作部１１と、この操作部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。操作部１１には、ユニバーサルコード１５が接続され、このユニバーサルコード１５の先端に図示省略のコネクタが設けられる。

このコネクタは、図示省略の光源装置に着脱自在に連結され、光源装置からの照明光が、ライトガイドを通して内視鏡挿入部１３の先端部１７に送られる。また、このコネクタにはビデオコネクタも接続され、ビデオコネクタが、図示省略のプロセッサ装置に接続され、画像信号処理等が行われる。電子内視鏡装置は、内視鏡スコープ１００と、光源装置及びプロセッサ装置で構成される。

内視鏡スコープ１００の内視鏡挿入部１３は、操作部１１側から順に、軟性部１９、湾曲部２１、及び先端部１７で構成され、湾曲部２１は、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は内視鏡操作者により所望の方向に向けられる。

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、吸引ボタン、シャッタボタン等の各種ボタン２７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２９は、鉗子挿入口３１を有する。鉗子挿入口３１は、挿入された注射針，高周波メス，鉗子等の処置具を、内視鏡挿入部１３の先端部１７に形成された鉗子出口３３（図２参照）から導出する。

図２は、内視鏡挿入部１３の先端部１７の斜視図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線断面模式図である。図２に示すように、内視鏡挿入部１３の先端部位である先端部１７は、その先端面３５に、撮像光学系の観察窓３７と、観察窓３７の両脇に設けられた照明光学系の照明窓３９Ａ，３９Ｂとが配置され、その近傍に鉗子出口３３が配置されている。更に、観察窓３７に送気・送水するノズル４１が噴出口を観察窓３７に向けて配置されている。

内視鏡先端部１７は、図３に示すように、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に形成された穿設孔４３ａに固定される撮像モジュール４７と、他の穿設孔４３ｂに配設された金属製の鉗子パイプ４９とを備える。鉗子パイプ４９の先端が、図２の鉗子出口３３に接続される。更に、内視鏡先端部１７には、ノズル４１に接続される送気・送水パイプ５１や、照明光学系に接続される図示省略の導光用ライトガイド等の各種の部材が収容されている。

撮像モジュール４７は、鏡胴４５ａに収容された複数の対物レンズから構成される対物レンズ群（図示省略）と、鏡胴４５ａに外嵌固定されたプリズム保持部材４５ｂと、このプリズム保持部材４５ｂに後述のフィルム７０を介して取り付けられ対物レンズ群から出射される光の光路を直角方向に反射するプリズム５５とを備える。プリズム保持部材４５ｂは、対物レンズ群の鏡胴は、鏡胴４５ａとプリズム保持部材４５ｂとで構成される。

撮像モジュール４７は更に、プリズム５５で反射された光を受光する撮像素子５９と、ベアチップ状態の撮像素子５９の側端面に貼り付けられた回路基板５７とを備える。撮像素子５９と回路基板５７とは、ボンディングワイヤ５２により電気接続され、撮像素子５９から出力される観察画像の撮像画像信号は、回路基板５７及び信号線ケーブル６１を通して上記のプロセッサ装置に出力される。

対物レンズ群、プリズム５５、及び撮像素子５９を含む本実施形態の撮像モジュール４７は、内視鏡先端部１７の内部に配置され、撮像装置として機能する。また、照明窓３９Ａ，３９Ｂ（図２参照）に配置されるレンズ等の光学部材及びこの光学部材に接続されるライトガイド（いずれも図示省略）は、照明光学系を構成する。これらも内視鏡先端部１７の内部に配置される。

内視鏡先端部１７の先端硬質部４３の外周には、図示省略の金属スリーブが接続され、この金属スリーブに、湾曲部２１（図１参照）に配設される節輪（図示省略）が湾曲自在に接続されている。金属スリーブの外周は外皮チューブ５０で覆われており、先端硬質部４３の先端側は先端カバー６３で覆われている。外皮チューブ５０と先端カバー６３とは、内部への浸水がないように互いに密着して接合されている。

鏡胴４５ａは、プリズム５５の入射側端面５５ａに接続されており、プリズム５５の出射側端面５５ｂに、透光性保護基板であるカバーガラス６５が接合されている。カバーガラス６５のプリズム５５とは反対側には、エアーギャップ６７を介して撮像素子５９が配置されている。エアーギャップ６７は、撮像素子５９の周囲に配置された枠体６０によって予め定めた距離に設定されている。

本実施形態の撮像モジュール４７は、上記構成に加え、例えばカーボングラファイトシートでなる黒色の高熱伝導性フィルム７０が一体に取り付けられている。高熱伝導性フィルム７０の一端側７０ａには、図４に示す様に、フレア対策用のフレア絞り孔７０ｂが穿設されている。

そして、高熱伝導性フィルム７０の絞り孔７０ｂが設けられた端部７０ａが、プリズム保持部材４５ｂの入射光出射端側フランジ４５ｃに接着材により密着して貼り付けられている。フランジ４５ｃに貼り付けられた高熱伝導性フィルム７０の一端側７０ａに、プリズム５５の入射側端面５５ａが接着材で密着して貼り付けられている。

これにより、対物レンズ群を通して入射して来た像光は、フレア絞り孔７０ａの開口を通ってプリズム５５に入射し、プリズム５５で反射して撮像素子５９に受光される。そして、対物レンズ群に入射し、鏡胴４５ａの内部やプリズム保持部材４５ｂの光出射端部等で反射した反射光は、絞り孔７０ａの周囲のグラファイト壁によって遮断，吸収されてしまう。この結果、撮像画像中のフレアが抑制される。

この高熱伝導性フィルム７０の他端側７０ｃは、一端側７０ａに対して略直角に湾曲され、図３に示す撮像素子５９の裏面全面に渡って接着材で貼り付けられる。撮像素子５９の側面にも、高熱伝導性フィルム７０を貼り付けても良く、更に、回路基板５７の裏面側までフィルム７０を延ばし、撮像素子５９と回路基板５７との機械的接続の補強をフィルム７０で行っても良い。

これにより、撮像素子５９で発生した熱は、高熱伝導性フィルム７０に伝達され、高熱伝導性フィルム７０を通してプリズム保持部材４５ｂ，対物レンズ群の鏡胴４５ａに伝達される。プリズム保持部材４５ｂや鏡胴４５ａに伝達された熱は、上記の金属スリーブを通して、内視鏡スコープ１００の湾曲部２１，軟性部１９と伝達され、拡散される。これと同時に、撮像素子５９の発熱は、回路基板５７→配線→信号線ケーブル６１の放熱経路にも伝達され、拡散する。

以上述べた様に、実施形態の撮像モジュールでは、黒色の高熱伝導性フィルム（シート）７０を用い、フレア対策用の絞り孔７０ａを形成すると共に、これを撮像素子５９の放熱にも使用するため、部品点数が減り、狭い設置空間にも配置可能となる。

図５は、本発明の別実施形態に係る撮像モジュールの断面模式図である。黒色の高熱伝導性フィルム７０を、フレア対策用と撮像素子放熱用に兼用した構成は、前述の実施形態と同様である。本実施形態では、更に、対物レンズ群のうち最後部のレンズ７５、即ち、プリズム５５の直前のレンズ７５のプリズム５５側の表面のうち、周縁に沿って環状の凹溝７６を刻設し、この凹溝７６に、黒色Ｏリング等の弾性部材７７を埋め込んでおく。

高熱伝導性フィルム７０のフレア対策用絞り孔７０ｂだけで遮断しきれない反射光があった場合、この黒色Ｏリング７７で遮断することが可能となる。

絞り孔７０ｂの開口を小さくすればするほど、フレアの原因となる反射光が撮像素子５９に入射するのを回避できる。しかし、その一方で、撮像素子５９の入射光量は減少し、受光感度は低下してしまう。

そこで、本実施形態の様に、黒色Ｏリング７７の太さやリング形状と、フレア用絞り孔７０ｂの開口形状との組み合わせで不要な反射光だけを遮断できるようにすれば、フレア対策の設計の自由度が増し、受光感度の低下を抑えることができる。

また、本実施形態の黒色Ｏリング７７は弾性部材であるため、フレア対策だけでなく、レンズ７５のプリズム保持部材４５ｂへの衝合を回避することができる。内視鏡スコープの細径化を更に図るには、対物レンズ群を今より小型に製造し、組み立てなければならない。レンズ７５は、撮像モジュールを組み立てるとき、対物レンズ群の最後尾に配置され、プリズム保持部材４５ｂのフランジ小径部４５ｄに衝突してしまう虞がある。

しかし、本実施形態の様に、弾性部材でなるリング７７が存在するため、この弾性部材７７が緩衝部材して機能し、小径部４５ｄへの衝合が回避でき、撮像モジュールの組み立てが容易となる。

リング７７として、弾性部材ではなく、黒色で且つ乾燥材（吸湿性の高い材料）を用いると、フレア対策及びレンズの曇り防止を図ることが可能となる。勿論、弾性力もあれば、３つの機能を１つのリング７７で実現可能となる。

以上述べた実施形態によれば、複数の機能を１つの部品で実現する構成のため、部品点数を減らすことができ、更なる小型化，細径化を図る内視鏡スコープ先端部に内蔵する撮像モジュールを得ることができる。

以上述べた実施形態の内視鏡用撮像モジュールは、内視鏡スコープ先端部に内蔵される、対物レンズ光学系と、該対物レンズ光学系の出射光の光路を変更するプリズムと、該プリズムからの出射光を受光する撮像素子とを備える内視鏡用撮像モジュールであって、前記対物レンズ光学系と前記プリズムとの間に密着して介装される黒色高熱伝導性シートを前記撮像素子の裏面側まで延ばして貼り付けると共に、該黒色高熱伝導性シートの前記プリズムの光入射面前部位置に、フレア対策用絞り孔を開口したことを特徴とする。

また、実施形態の内視鏡用撮像モジュールは、前記対物レンズ群のうち前記プリズムに最も近いレンズの該プリズム側の面の周縁に、フレア対策用且つ衝突緩衝用の弾性部材でなる黒色リング部材が埋め込まれていることを特徴とする。

また、実施形態の内視鏡用撮像モジュールは、前記対物レンズ群のうち前記プリズムに最も近いレンズの該プリズム側の面の周縁に、フレア対策用且つ吸湿性の高い材料でなる黒色リング部材が埋め込まれていることを特徴とする。

また、実施形態の内視鏡用撮像モジュールは、前記黒色リング部材が、弾性力と、吸湿性とを持つことを特徴とする。

また、実施形態の電子内視鏡装置は、上記の内視鏡用撮像モジュールを内視鏡スコープ先端部に内蔵したことを特徴とする。

以上述べた実施形態によれば、１つの部品で複数の機能を実現する構成としたため、部品点数が減り、狭い設置空間でも設置可能な撮像モジュールを得ることが可能となる。

本発明に係る撮像モジュールは、部品点数を少なくできるため、電子内視鏡装置のスコープ先端部に内蔵する撮像モジュールとして有用である。

１７ 内視鏡スコープ先端部
３３ 鉗子出口
３７ 観察窓
４５ａ 対物レンズ群の鏡胴
４５ｂ プリズム保持部材
４５ｃ フランジ
４５ｄ フランジ小径部
５５ プリズム
５９ 撮像素子
５７ 回路基板
７０ 黒色高熱伝導性フィルム（シート）
７０ｂ フレア対策用絞り孔
７５ 最後部対物レンズ
７７ 黒色Ｏリング

Claims (5)

1. 内視鏡スコープ先端部に内蔵される、対物レンズ光学系と、該対物レンズ光学系の出射光の光路を変更するプリズムと、該プリズムからの出射光を受光する撮像素子とを備える内視鏡用撮像モジュールであって、
   前記対物レンズ光学系と前記プリズムとの間に密着して介装される黒色高熱伝導性シートを前記撮像素子の裏面側まで延ばして貼り付けると共に、該黒色高熱伝導性シートの前記プリズムの光入射面前部位置に、フレア対策用絞り孔を開口した内視鏡用撮像モジュール。
2. 請求項１に記載の内視鏡用撮像モジュールであって、前記対物レンズ光学系のうち前記プリズムに最も近いレンズの該プリズム側の面の周縁に、フレア対策用且つ衝突緩衝用の弾性部材でなる黒色リング部材が埋め込まれている内視鏡用撮像モジュール。
3. 請求項１に記載の内視鏡用撮像モジュールであって、前記対物レンズ光学系のうち前記プリズムに最も近いレンズの該プリズム側の面の周縁に、フレア対策用且つ吸湿性の高い材料でなる黒色リング部材が埋め込まれている内視鏡用撮像モジュール。
4. 請求項３に記載の内視鏡用撮像モジュールであって、前記黒色リング部材が弾性力を持つ内視鏡用撮像モジュール。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡用撮像モジュールを内視鏡スコープ先端部に内蔵した電子内視鏡装置。

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