JP6055617B2 - Endoscope device - Google Patents
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Description
本発明は、器官内壁などの被写体を撮像する内視鏡装置に関し、特に、内視鏡先端部における冷却機構に関する。 The present invention relates to an endoscope apparatus that images a subject such as an inner wall of an organ, and more particularly, to a cooling mechanism at the distal end portion of the endoscope.
電子内視鏡装置では、ビデオスコープの先端部にイメージセンサ(撮像素子)および回路基板等を含む撮像モジュールが備えられており、イメージセンサから読み出される画素信号に基づいて観察画像を生成し、モニタ等に表示する。 In an electronic endoscope apparatus, an imaging module including an image sensor (imaging device) and a circuit board is provided at the distal end of a video scope, and an observation image is generated based on a pixel signal read from the image sensor, and is monitored. Etc.
内視鏡作業中に撮像モジュールで生じる熱は、画像ノイズの発生を引き起こす。これを防ぐ方法として、撮像モジュール側面にペルチェ冷却素子を配置させて放熱することが考えられる(例えば、特許文献1参照)。ペルチェ素子は、放熱面と吸熱面との間にN型、P型半導体を交互に直列接続させた平面、スクウェア型構造を採用している。 The heat generated in the imaging module during endoscopic work causes the generation of image noise. As a method for preventing this, it may be possible to dissipate heat by disposing a Peltier cooling element on the side surface of the imaging module (see, for example, Patent Document 1). The Peltier element employs a flat and square structure in which N-type and P-type semiconductors are alternately connected in series between the heat dissipation surface and the heat absorption surface.
撮像モジュールの基板には、コンデンサなど様々な電子部品が配設され、また、数多くの配線が内視鏡軸方向に沿って延びている。そのため、ペルチェ素子を撮像モジュール裏側にそのまま実装させることはスペースの狭い内視鏡先端部において難しい。これを回避するため、撮像モジュールの基板に対して軸方向に延びる延出部分を形成し、その側面にペルチェ素子を配置する構成が提案されている(引用文献2参照)。 Various electronic components such as capacitors are disposed on the substrate of the imaging module, and a large number of wires extend along the endoscope axis direction. Therefore, it is difficult to mount the Peltier element as it is on the back side of the imaging module at the endoscope front end portion where the space is small. In order to avoid this, a configuration has been proposed in which an extending portion extending in the axial direction is formed with respect to the substrate of the imaging module, and a Peltier element is disposed on the side surface thereof (see Reference 2).
基板の一部側面に平面型、スクウェア型を配置した冷却構造では、基板側面からしか熱を吸収することができず、基板全体に発生する熱を効果的に吸収することができない。 In the cooling structure in which the planar type and the square type are arranged on a part of the side surface of the substrate, heat can be absorbed only from the side surface of the substrate, and heat generated in the entire substrate cannot be absorbed effectively.
このような構造で冷却機能を向上させるためには、その構造上それらを積層させる必要がある。しかしながら、厚みのある平面型ペルチェ冷却素子を、配置スペースに制限のある内視鏡先端部に積層させることは難しい。 In order to improve the cooling function with such a structure, it is necessary to stack them due to the structure. However, it is difficult to stack a thick planar Peltier cooling element on the distal end portion of the endoscope having a limited arrangement space.
したがって、冷却機能が優れるとともに、内視鏡先端部に容易に実装可能なペルチェ素子が必要とされる。 Therefore, a Peltier element that has an excellent cooling function and can be easily mounted on the distal end portion of the endoscope is required.
本発明の内視鏡は、撮像素子と、撮像素子が配設される基板と、基板の裏面側に配置され、吸熱部を内周面側に形成し、放熱部を外周面側に形成する筒状のペルチェ素子とを備える。そして、ペルチェ素子は、その一方の端面と基板裏面とが対向するように配置されている。例えば、ペルチェ素子を円筒状に形成可能である。 The endoscope according to the present invention is disposed on the back surface side of the image sensor, the substrate on which the image sensor is disposed, the heat absorbing portion is formed on the inner peripheral surface side, and the heat radiating portion is formed on the outer peripheral surface side. And a cylindrical Peltier element. The Peltier element is arranged so that one end surface thereof faces the back surface of the substrate. For example, the Peltier element can be formed in a cylindrical shape.
撮像モジュールに発生する熱は、素子が実装された基板の裏側から先端部反対側(プロセッサ側)に向けて伝達されやすい。ペルチェ素子は、その軸方向が内視鏡先端部の軸方向あるいは先端部に配置された対物光学系の光軸方向に沿った方向で端面が基板裏側を向くように設置されている。 The heat generated in the imaging module is easily transferred from the back side of the substrate on which the element is mounted toward the opposite side of the tip (the processor side). The Peltier element is installed such that the end surface thereof faces the back side of the substrate in the axial direction of the endoscope distal end portion or in the direction along the optical axis direction of the objective optical system disposed at the distal end portion.
そのため、熱が中空部に伝わると、吸熱部として作用する内周面から放熱部として作用する外周面に向けて熱が移動し、ペルチェ素子は放射状に熱を拡散させる。その結果、撮像モジュールに発生した熱が、その後方側で均一に放出することが可能となる。 Therefore, when heat is transmitted to the hollow portion, the heat moves from the inner peripheral surface acting as the heat absorbing portion toward the outer peripheral surface acting as the heat radiating portion, and the Peltier element diffuses the heat radially. As a result, the heat generated in the imaging module can be released uniformly on the rear side.
基板には、ペルチェ素子の中空部において基板裏面から延出する熱伝導性部分を設けることが可能である。例えば、中空状の部材として基板から延びる配線を覆うケーシング部材を構成することが可能であり、配線経路を確保する配線カバーおよび伝熱部材として機能させることができる。 The substrate can be provided with a heat conductive portion extending from the back surface of the substrate in the hollow portion of the Peltier element. For example, a casing member that covers the wiring extending from the substrate can be configured as a hollow member, and can function as a wiring cover and a heat transfer member that secure a wiring path.
熱伝導性部分からペルチェ素子へ効率よく熱を輸送させることを考えると、熱伝導性部分とペルチェ素子とを接触させる構成にすることが可能である。例えば、ペルチェ素子に熱伝導性部分を嵌合させて密着させるようにすることができる。 In consideration of efficiently transporting heat from the thermally conductive portion to the Peltier element, it is possible to adopt a configuration in which the thermally conductive portion and the Peltier element are brought into contact with each other. For example, a heat conductive part can be fitted and adhered to the Peltier element.
ペルチェ素子と基板裏面とを接触させてもさせなくてもよい。軸方向に沿って基板から直接熱を移動させるとともに、ペルチェ素子から基板に熱が移動することを防ぐことを考慮すれば、吸熱部を基板裏面側と一方の端面において接触させる一方、放熱部が基板裏面側と接触させないようにするのがよい。 The Peltier element and the back surface of the substrate may or may not be contacted. Considering preventing heat from moving directly from the substrate along the axial direction and from the Peltier element to the substrate, the heat sink is brought into contact with the back surface of the substrate at one end surface, while the heat sink is It is better not to contact the back side of the substrate.
ペルチェ素子の構造としては、吸熱板としての内側筒体と、放熱板としての外側筒体とを設け、その間に複数のP型半導体と複数のN型半導体を直列接続させればよい。+、−2つの端子だけで配線を構成することも可能であり、複数のP型半導体と複数のN型半導体を、素子の軸方向に沿って交互に螺旋状に配置することによって実現可能である。 As a structure of the Peltier element, an inner cylinder as a heat absorbing plate and an outer cylinder as a heat sink may be provided, and a plurality of P-type semiconductors and a plurality of N-type semiconductors may be connected in series therebetween. It is also possible to configure a wiring with only + and -2 terminals, and this can be realized by arranging a plurality of P-type semiconductors and a plurality of N-type semiconductors alternately in a spiral shape along the axial direction of the element. is there.
ペルチェ素子からより効果的に放熱することを考慮すると、ペルチェ素子を覆う筒状の放熱部材を設けることが可能である。 In consideration of more effective heat dissipation from the Peltier element, it is possible to provide a cylindrical heat dissipation member that covers the Peltier element.
本発明の他の局面におけるペルチェ冷却素子は、内視鏡、プローブその他の細径スコープに組み込み可能な撮像モジュールに適用可能であり、熱伝導性をもつ内側筒体と、熱伝導性をもち、内側筒体を覆う外側筒体と、内側筒体と外側筒体との間に軸方向に沿って交互に螺旋状に配置され、直列接続されている複数のP型半導体と複数のN型半導体とを備え、放熱部と吸熱部を内側筒体と外側筒体に形成する。 The Peltier cooling element in another aspect of the present invention can be applied to an imaging module that can be incorporated into an endoscope, a probe, or other small-diameter scope, and has an inner cylindrical body having thermal conductivity, and thermal conductivity, A plurality of P-type semiconductors and a plurality of N-type semiconductors which are alternately arranged in a spiral shape along the axial direction between the outer cylinder covering the inner cylinder and the inner cylinder and the outer cylinder and connected in series And the heat dissipating part and the heat absorbing part are formed in the inner cylinder and the outer cylinder.
撮像モジュールとしては、撮像素子と、撮像素子が設置される基板とを備え、基板が、上記ペルチェ素子の中空部において、基板裏面から延出する熱伝導性部分を有する。 The imaging module includes an imaging device and a substrate on which the imaging device is installed, and the substrate has a thermally conductive portion that extends from the back surface of the substrate in the hollow portion of the Peltier device.
このように本発明によれば、スペースに制限のある内視鏡先端部を効果的に冷却させることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to effectively cool the distal end portion of the endoscope having a limited space.
以下では、図面を参照して本実施形態である電子内視鏡装置について説明する。 Hereinafter, the electronic endoscope apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態である電子内視鏡装置のビデオスコープ(内視鏡)のブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram of a video scope (endoscope) of the electronic endoscope apparatus according to the present embodiment.
ビデオスコープ10は、図示しないプロセッサに着脱自在に接続可能であり、その先端部10Tに撮像モジュール20を備える。ビデオスコープ10内に設けられたライトガイド(図示せず)は、プロセッサに設けられた光源部からの照明光を観察部位に伝達する。
The
撮像モジュール20は、CCD、CMOSなどの撮像素子21と基板22とを備え、基板22には、撮像素子21とともにコンデンサ等の電子部品が設置されている。被写体に反射した光は、対物レンズ23を通って撮像素子21の受光面に結像する。これにより撮像素子21で生じる画素信号は、基板22に接続された信号ケーブル50を介してプロセッサ(図示せず)へ送信される。
The
基板22は、撮像素子の搭載される矩形状基板本体22Aと、基板本体22Aの裏面側から突出する円筒状ケーシング部22Bとを備える。ケーシング部22Bの周囲には、円筒状ペルチェ素子30が配置されており、ペルチェ素子30の周囲には、金属などからなる円筒状の放熱部材40が配置されている。
The
図2は、撮像モジュール20とペルチェ素子30の構成を示した斜視図である。ただし、ここでは放熱部材40を図示していない。
FIG. 2 is a perspective view illustrating the configuration of the
基板22は、基板本体22Aの裏面に円筒状ケーシング部22Bを取り付けたセラミック基板として構成されており、撮像素子21と一体化したパッケージモジュールとなっている。ケーシング部22Bの一方の端部22C側から電源線、信号線など様々な配線Cが延びており、これら配線CLが信号ケーブル50を構成する。ケーシング部22Bは内部に配線CLを通すように筒状に形成されており、配線CLをカバーして配線経路を確保する。
The
基板本体22Aの裏面22Sに対向するペルチェ素子30の端面30Aは、基板本体22に対向しており、その軸方向は内視鏡軸方向、そして対物レンズ23の光軸に概ね沿っている。また、円筒状ペルチェ素子30は、その中空部30Tにケーシング部22Bが嵌るように装着されており、ケーシング部22Bとペルチェ素子30の内周面全体が密着している。ペルチェ素子30は、電力(図示せず)が供給されると、撮像モジュール20に生じる熱を周囲に放出するように動作する。
An
次に、図3、4を用いて、本実施形態におけるペルチェ素子の内部構造について説明する。図3は、ペルチェ素子30の平面図である。図4は、ペルチェ素子内部の半導体配置構成を模式的に示した図である。
Next, the internal structure of the Peltier element according to this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a plan view of the Peltier
ペルチェ素子30は、基板22のケーシング部22Bと密着する内側の円筒状吸熱板32Aと、吸熱板32Aを覆う円筒状放熱板32Bを備え、その間には、複数のN型半導体T1と、P型半導体T2が規則的に配置されている。吸熱板32A、放熱板32Bは、熱伝導性の高い金属などの物質から成る。
The Peltier
複数のN型半導体T1、P型半導体T2は、ペルチェ素子30の軸C方向に関して螺旋状に交互に並んでおり、吸熱板32Aと放熱板32Bの内表面に沿って形成された薄膜電極Lに沿って直列に接続されている。図3では、ペルチェ素子30の端面30Aから見たときの半導体配列を一部示しており、また、図4では、N型半導体T1、P型半導体T2の螺旋状配列を示している。
The plurality of N-type semiconductors T1 and P-type semiconductors T2 are alternately arranged in a spiral shape with respect to the direction of the axis C of the
円筒状吸熱板32Aは、一方の端面側に放熱板32Bよりも軸方向Cに沿って突出した接続部32Tを形成しており、基板本体22Aと密接する。一方、放熱板32Bは基板本体22Aと接しない。
The cylindrical
このような半導体の螺旋直列配置構造をもつペルチェ素子30の中空部30Tにケーシング部22Bを挿入、嵌合させることにより、放熱作用が働く。
By inserting and fitting the
具体的に説明すると、ケーシング部22Bは熱伝導性をもつことから、内視鏡作業中に撮像素子21および基板本体22Aに発生した熱は、ケーシング部22Bに伝わり、また、配線CLが延びるその内部空間に伝わって、ケーシング端部22Cに向け移動する。
More specifically, since the
ペルチェ素子30は、その内周面(吸熱板32A)が吸熱部、外周面(放熱板32B)が発熱部となるように動作するため、ケーシング部22Bに伝達された熱は、ペルチェ素子30に吸収され、ペルチェ素子30の外周面全体から放射状に放出される。さらにペルチェ素子30と密着する放熱部材40により、熱は放熱部材40全体から放出される。
The
このように本実施形態によれば、内視鏡先端部において、撮像素子21および基板22から構成される撮像モジュール20を配置し、先端部とは反対側の基板後方部に円筒状ペルチェ素子30が配置される。そして、基板本体22Aから延びた配線CLをカバーするケーシング部22Bは、ペルチェ素子30の中空部30Tに嵌合して密着している。これにより、撮像素子21、基板22から生じた熱が基板後方側へ移動し、放熱部材40を通じて内視鏡先端部において径方向に拡散される。
As described above, according to the present embodiment, the
従来のスクウェア型ペルチェ素子ではなく円筒状のペルチェ素子30を構成するとともに、ペルチェ素子30の中空部30Tに熱伝導性のある基板ケーシング部22Bを嵌めることにより、小スペースながらも十分な放熱面を確保することができ、冷却効果が高まる。
A
特に、ケーシング部22Bが配線カバーと伝熱を兼用するため、スペースに無駄のない小型の冷却機構を実現している。また、熱を基板裏側のビデオスコープ軸方向に沿って効果的に伝達させるため、内視鏡先端面側、すなわち被写体側へ熱を拡散することを防ぎ、人体への熱の影響を低減することができる。
In particular, since the
さらに、ケーシング部22Bとペルチェ素子30が密着し、さらにペルチェ素子30と放熱部材40が密着しているため、速やかに熱が放射状に拡散し、内視鏡先端部に熱が溜まることを防ぐ。一方、ペルチェ素子30はその吸熱板32Aのみ基板本体22Aと接するため、放熱板32Bから熱が基板22へ再び伝わることを防ぐ。
Furthermore, since the
また、ペルチェ素子30に設けられるN型半導体T1、P型半導体T2の交互直列接続を螺旋状にしているため、1組の+、−端子のみで、すべてのN型半導体T1、P型半導体T2を動作させることができる。
Further, since the alternate series connection of the N-type semiconductor T1 and the P-type semiconductor T2 provided in the
また、撮像素子モジュールを内視鏡先端部に組み込む場合、放熱部材のサイズに合わせて内視鏡先端部に丸穴を開けるだけでよいため、簡単な加工によって冷却機構を取り付けた撮像素子モジュールを実装させることができる。 In addition, when incorporating the image sensor module into the endoscope tip, it is only necessary to make a round hole in the endoscope tip according to the size of the heat dissipating member. Can be implemented.
ペルチェ素子の形状については、筒状であれば厳密な円筒状でなくてもかまわない。また、半導体配置構成については、平面型ペルチェ素子のようにN型半導体、P型半導体を2次元配列および交互直列接続させた平面モジュールを階層化させ、円筒状ペルチェ素子を構成することも可能である。 The shape of the Peltier element does not have to be strictly cylindrical as long as it is cylindrical. As for the semiconductor arrangement, it is also possible to form a cylindrical Peltier element by hierarchizing a planar module in which N-type semiconductors and P-type semiconductors are two-dimensionally arranged and connected in series like a planar Peltier element. is there.
ペルチェ素子は基板本体およびケーシング部ともに密着しているが、部分的に接するようにすることも可能であり、あるいは、ペルチェ素子を基板本体、ケーシング部に接しないようにすることも可能である。さらには、ケーシング部を設けない構成にすることも可能であり、基板からペルチェ素子の中空部に伝わる熱を吸収し、外周面から拡散させることができる。また、スペースの制限から放熱部材を設けない構成にすることも可能である。 The Peltier element is in close contact with the substrate body and the casing part, but it is also possible to make partial contact with each other, or it is possible to prevent the Peltier element from contacting the substrate body and the casing part. Furthermore, it is also possible to employ a configuration in which the casing portion is not provided, and heat transmitted from the substrate to the hollow portion of the Peltier element can be absorbed and diffused from the outer peripheral surface. Moreover, it is also possible to employ a configuration in which no heat dissipation member is provided due to space limitations.
10 ビデオスコープ(内視鏡)
20 撮像モジュール
21 撮像素子
22 基板
22A 基板本体
22B ケーシング部(熱伝導性部分)
22S 基板裏面
30 ペルチェ素子
30A 一方の端面
30T 中空部
32A 吸熱板(内側筒体、吸熱部)
32B 放熱板(外側筒体、放熱部)
32T 接続部
40 放熱部材
50 信号ケーブル
CL 配線
T1 N型半導体
T2 P型半導体
10 Videoscope (endoscope)
20
22S Substrate back surface 30
32B heat sink (outer cylinder, heat sink)
Claims (7)
前記撮像素子が設置される基板と、
前記基板の裏面側に配置され、吸熱部を内周面側に形成し、放熱部を外周面側に形成する筒状のペルチェ素子とを備え、
前記ペルチェ素子が、その一方の端面と前記基板の裏面とが対向するように配置されており、
前記基板の裏面と対向するように配置された前記吸熱部が、前記基板の裏面と接することを特徴とする内視鏡。 An image sensor;
A substrate on which the image sensor is installed;
A cylindrical Peltier element disposed on the back side of the substrate, forming a heat absorbing portion on the inner peripheral surface side, and forming a heat radiating portion on the outer peripheral surface side;
It said Peltier element, and a back surface of the substrate and its one end face are disposed so as to face,
The endoscope according to claim 1, wherein the heat absorbing portion arranged to face the back surface of the substrate is in contact with the back surface of the substrate .
前記撮像素子が設置される基板と、
前記基板の裏面側に配置され、吸熱部を内周面側に形成し、放熱部を外周面側に形成する筒状のペルチェ素子とを備え、
前記ペルチェ素子が、その一方の端面と前記基板の裏面とが対向するように配置されてお
り、
前記ペルチェ素子が、吸熱板としての内側筒体と、放熱板としての外側筒体と、内側筒体と外側筒体との間に設けられる複数のP型半導体と複数のN型半導体とを有し、
前記複数のP型半導体と複数のN型半導体が、軸方向に沿って交互に螺旋状に配置され、そして直列接続されていることを特徴とする内視鏡。 An image sensor;
A substrate on which the image sensor is installed;
A cylindrical Peltier element disposed on the back side of the substrate, forming a heat absorbing portion on the inner peripheral surface side, and forming a heat radiating portion on the outer peripheral surface side;
The Peltier device, contact the back surface of the substrate and its one end face is arranged so as to face
The
The Peltier element has an inner cylinder as a heat absorbing plate, an outer cylinder as a heat sink, a plurality of P-type semiconductors and a plurality of N-type semiconductors provided between the inner cylinder and the outer cylinder. And
Endoscope plurality of P-type semiconductor and a plurality of N-type semiconductor are arranged spirally alternately along the axial direction, and you characterized in that connected in series.
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