JP6401427B1 - 医療用撮像装置 - Google Patents

Abstract

カメラヘッド３は、熱源として撮像素子３２等を含む撮像ユニット３０を内部に有し、外部に対して気密を確保する隔壁を有する気密ケース１７と、熱源と隔壁の内面とを接続して熱源で発生した熱を隔壁に伝達する伝熱シート４６と、気密ケース１７の隔壁の外側に配設されたヒートシンク６５と、伝熱シート４６が接続する気密ケース１７の隔壁の内面に対応する外面とヒートシンク６５との間に介装され、隔壁の外面からヒートシンク６５に熱を伝達するバネ部材７０と、を有する。

Description

本発明は、気密ケースの内部に撮像部等の熱源が封止された医療用撮像装置に関する。

従来、医療分野においては、内視鏡の接眼部に対して着脱自在な医療用撮像装置が知られている。医療用撮像装置は、固体撮像素子や各種電子部品によって構成された撮像部を有し、接眼部から出射される被写体像を撮像することが可能となっている。

また、このような撮像が行われた後の医療用撮像装置には、洗浄、消毒及び滅菌が行われる。滅菌方法としては高温高圧蒸気中での滅菌処理（以下、オートクレーブ処理という）が周知であり、このようなオートクレーブ処理に医療用撮像装置を対応させるためには、撮像部を気密に封止する必要がある。

そこで、例えば、日本国特開２０１３−５６００３号公報には、樹脂によって形成された外装部内に、金属から形成された気密ケースを設け、この気密ケース内に撮像部を密封することにより、外装部内に侵入した高温高圧蒸気から撮像部を保護する技術が開示されている。なお、気密ケースを金属によって形成する必要があるのは、樹脂では気密構造を実現することが困難であるばかりか、気密ケースを密封する際にレーザ溶接を用いる必要がある等の理由からである。

しかしながら、上述の日本国特開２０１３−５６００３号公報に開示された技術では、金属製の気密ケースと、樹脂製の外装部と、を備えた２層のケース構造を採用しているため、外形が大型化するとう問題がある。

これに対し、例えば、金属製の気密ケースに外装部を兼用させた構造を採用することにより、医療用撮像装置の外形を小型化することも考えられる。

ところで、気密ケース内に撮像部を密封すると、撮像部で発生した熱が内部にこもり易くなる。このため、この種の医療用撮像装置では、撮像部で発生した熱を気密ケースに伝達する等して放熱し、気密ケースの内部を素子の保証温度以下に維持する等の対策が必要となる。

しかしながら、上述のように金属製の気密ケースに外装部を兼用させた場合、ユーザ等が気密ケースに直接的に触れることとなるため、撮像部から伝達された熱が気密ケースに留まることを防止し、気密ケース以外の部位に速やかに放熱するための対策が新たに必要となる。

なお、撮像部から伝達された熱を速やかに拡散するため、熱伝導性の高くかつ軽量なアルミニウム合金等によって気密ケースを形成することも考えられるが、アルミニウム合金等の素材は、レーザ溶接等を用いた密封加工に適さないため、オートクレーブ処理に対する耐性が低い。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、気密ケースの内部で発生した熱を気密ケースに留まらせることなく効率よく放熱することができる医療用撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による医療用撮像装置は、内部に熱源を有し、外部に対して気密を確保する隔壁を有する気密ケースと、前記熱源と前記隔壁の内面とを接続して前記熱源で発生した熱を前記隔壁に伝導する第１の伝熱部材と、前記隔壁の外側に配設された放熱部材と、前記第１の伝熱部材が接続する前記隔壁の内面に対応する外面と前記放熱部材との間に介装され、前記隔壁の外面から前記放熱部材に熱を伝導する第２の伝熱部材と、を備えたものである。

医療用撮像装置を備えた内視鏡システムの概略構成図 カメラヘッドの外観を示す斜視図 図２のIII−III線に沿う要部断面図 撮像ユニットを示す斜視図 撮像ユニットを図４とは別の方向から示す斜視図 カメラヘッドの要部を拡大して示す断面図 コネクタ部及び放熱機構の分解斜視図 放熱機構の分解斜視図 放熱機構のヒートシンクを取り外して示す斜視図 放熱機構の斜視図

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係り、図１は医療用撮像装置を備えた内視鏡システムの概略構成図、図２はカメラヘッドの外観を示す斜視図、図３は図２のIII−III線に沿う要部断面図、図４は撮像ユニットを示す斜視図、図５は撮像ユニットを図４とは別の方向から示す斜視図、図６はカメラヘッドの要部を拡大して示す断面図、図７はコネクタ部及び放熱機構の分解斜視図、図８は放熱機構の分解斜視図、図９は放熱機構のヒートシンクを取り外して示す斜視図、図１０は放熱機構の斜視図である。

図１に示すように、内視鏡システム１は、内視鏡２と、この内視鏡２に接続可能な医療用撮像装置としてのカメラヘッド３と、内視鏡２に照明光を供給する光源装置４と、を具備している。

また、内視鏡システム１は、カメラヘッド３からの撮像信号に対して信号処理等を行うカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）５と、ＣＣＵ５から出力される映像信号を表示するモニタ６と、を具備している。

内視鏡２は、細長な挿入部７と、挿入部７の基端側に設けられた挿入部７よりも太径の把持部８と、把持部８の基端に設けられた接眼部（アイピース）９と、を有して主要部が構成されている。

また、内視鏡２の把持部８の側部にはライトガイドケーブル１０の一端が口金を介して接続され、このライトガイドケーブル１０の他端が、コネクタ１１を介して光源装置４に着脱自在に接続されている。これにより、光源装置４内の図示しないランプから発光された光は、ライトガイドケーブル１０を介して、内視鏡２に供給され、挿入部７の先端に設けられた図示しない照明窓から被験体内に照射される。

照明光によって照明された被験体内の像は、挿入部７の先端に設けられた図示しない対物光学系に結像され、結像された光学像は、挿入部７内に設けられた図示しないリレーレンズ等を介して、アイピース９内に設けられたレンズに入射される。これにより、作業者がアイピース９を介して光学像を観察することが可能となっている。

また、上述のようにアイピース９にはカメラヘッド３が接続自在であり、このカメラヘッド３から延出されたカメラケーブル１２の延出端が、コネクタ１３を介してＣＣＵ５に着脱自在となっている。

ＣＣＵ５は、カメラヘッド３からカメラケーブル１２を介して送信された撮像信号に基づいて画像信号を生成し、被験体内の像を、内視鏡画像としてモニタ６に表示させるものである。

次に、図２〜図１０を参照してカメラヘッド３の具体的な構成について説明する。

図２，３に示すように、カメラヘッド３は、カプラ部１５と、このカプラ部１５に連結された気密ケース１７と、を有して構成されている。

カプラ部１５は、内視鏡２のアイピース９に対して装脱自在に装着される略円筒状の部材によって構成されている。

また、カプラ部１５の基端側には、気密ケース１７の先端側の外周に嵌合する嵌合部１５ａが設けられている。そして、この嵌合部１５ａが、気密ケース１７の外周に嵌合された後、略リング状の固定ネジ１８によって嵌合状態が保持されることにより、カプラ部１５は気密ケース１７に連結されている。

気密ケース１７は、カメラヘッド３の外装部を兼ねたケースであり、操作者がカメラヘッド３を操作等する際に把持可能な把持部としての機能を有する。この気密ケース１７は、長手軸Ｏ方向の両端が開口された略筒状をなす金属製のメインケース２０と、メインケース２０の先端開口部２０ａを気密封止するためのガラス製の観察窓２１と、メインケース２０の基端開口部２０ｂを気密封止するための金属製のリヤケース２２と、を有して構成されている。

ここで、メインケース２０及びリヤケース２２を形成する金属としては、半田付け及び気密溶接（レーザ溶接等）に適した金属を用いることが好ましく、本実施形態においては、軽量なチタン合金が好適に採用されている。なお、メインケース２０及びリヤケース２２を形成する金属としては、その他、チタン、ステンレス等を採用することが可能である。

図２，３に示すようにメインケース２０の外周における一側面には、被験体内の像の撮像操作に用いられるスイッチユニット２５が、カメラヘッド３の長手軸Ｏ方向に沿って固定されている。

スイッチユニット２５は、ゴムカバー等によって覆われたスイッチボタン群２７と、このスイッチボタン群２７を水密的にメインケース２０に取り付けるためのスイッチボタン枠２８と、を有して構成されている。

スイッチボタン群２７は、例えば、焦点調整ボタン２７ａ、ズームボタン２７ｂ、明るさ調整、色調整、及び、レリーズ等の機能を割り当てられるカスタムボタン２７ｃ、２７ｄ、２７ｅを有している。

また、図３に示すように、メインケース２０の内部には、撮像ユニット３０が設けられている。

撮像ユニット３０は、撮像光学系３１と、熱源としての複数（例えば、３個）の撮像素子３２と、熱源としての各種電子部品を実装した複数の素子基板３３と、これら撮像素子３２及び素子基板３３を撮像光学系３１の基端側に一体的に保持する保持枠３４と、を有して構成されている。

撮像光学系３１は、複数のレンズ３５と、これら複数のレンズ３５を光軸方向（すなわち、本実施形態においてはメインケース２０の長手軸Ｏ方向に一致する方向）に沿って保持するレンズ枠３６と、を有して構成されている。

ここで、レンズ枠３６は、複数の固定枠３６ａと、図示しないアクチュエータによって光軸方向への進退移動が可能な可動枠３６ｂと、を有して構成されている。そして、固定枠３６ａに保持されたレンズ３５に対し、可動枠３６ｂに保持されたレンズ３５が光軸方向に進退移動することにより、撮像光学系３１は、焦点調整機能及びズーム機能を実現することが可能となっている。

また、例えば、撮像光学系３１の最基端に位置する固定枠３６ａには、複数（例えば、３個）の固定用突起３６ｃが設けられている。各固定用突起３６ｃには長手軸Ｏ方向に貫通するネジ３７が設けられ、これらのネジ３７がメインケース２０の内部に形成された段部に螺合されている。これにより、撮像光学系３１はメインケース２０の内部に固定され、この撮像光学系３１に連設する保持枠３４が、メインケース２０に対して基本的には非接触な状態にて保持される。

各撮像素子３２は、保持枠３４の内部において、プリズム３９を介して撮像光学系３１と光学的に接続され、撮像光学系３１によって結像された光学像を撮像することが可能となっている。

各素子基板３３は、保持枠３４の内部において、各撮像素子３２よりも基端側に配設されている。これらの素子基板３３には、各撮像素子３２の駆動回路等を構成する各種電子部品が実装されている。さらに、図３，図４に示すように、保持枠３４の基端に位置する素子基板３３には、各駆動回路等と電気的に接続するコネクタ部４０が実装されている。

保持枠３４は、例えば、熱伝導性が良好なアルミニウム合金等によって形成された略箱形の枠部材によって構成されている。

この保持枠３４の外面には、例えば、図３〜図５に示すように、熱伝導性が良好なアルミニウム合金や銅等からなる伝熱板４５が設けられている。

この伝熱板４５は、ビス止め等によって保持枠３４に密着固定される伝熱板本体４５ａと、伝熱板本体４５ａからメインケース２０の基端開口部に向けて延出する複数（例えば、２本あるいは３本）のアーム部４５ｂと、を有して構成されている。さらに、各アーム部４５ｂの延出端には、例えば、熱伝導率の高い弾性体（或いは、ゲル）からなるシート状の伝熱部材である伝熱シート４６がそれぞれ固設されている。

図３に示すように、観察窓２１は、外周部がメインケース２０の先端開口部２０ａに沿って当接するよう配置されている。この観察窓２１の外周部は、メタライズされている。そして、メタライズされた外周部が、半田付け等によってメインケース２０に対して気密に固定されることにより、観察窓２１はメインケース２０の先端開口部２０ａを気密封止している。

このようにメインケース２０の先端開口部２０ａを気密封止した観察窓２１には、撮像ユニット３０の撮像光学系３１が対向されている。これにより、カメラヘッド３は、アイピース９にカプラ部１５が装着された際に、アイピース９から出射される被写体像を撮像することが可能となっている。

図３，６に示すように、リヤケース２２は、メインケース２０の長手軸Ｏに対して所定角度傾斜した状態にて基端側に縮径しながら突出する環状のテーパ壁部２２ａと、このテーパ壁部２２ａの先端に周設されたフランジ部２２ｂと、テーパ壁部２２ａの基端（突端）に配設されたコネクタ部本体２２ｃと、を備えた断面略ハット形状をなす部材によって構成されている。ここで、コネクタ部本体２２ｃは、基端側に略リング状の第１の嵌合部２２ｄが一体形成された略円板状の部材によって構成され、後述するハーメチックコネクタ５０のコネクタ部（第１のコネクタ部５１）を構成する。このコネクタ部本体２２ｃの外周部は、レーザ溶接等によってテーパ壁部２２ａに固定され、これにより、テーパ壁部２２ａの基端（リヤケース２２の基端）は気密に閉塞されている。

このリヤケース２２は、フランジ部２２ｂがメインケース２０の基端開口部２０ｂに沿って当接するよう配置されている。そして、フランジ部２２ｂがレーザ溶接等によってメインケース２０に対して気密に固定されることにより、リヤケース２２はメインケース２０の基端開口部２０ｂを気密封止している。

このようにメインケース２０の基端開口部２０ｂを気密封止したリヤケース２２の内面には、伝熱板４５の各アーム部４５ｂに固設された伝熱シート４６が、熱伝導可能に当接されている。

すなわち、本実施形態において、伝熱シート４６は、第１の伝熱部材としての機能を有し、リヤケース２２の内面に対して弾性的に圧接されている（図３，６参照）。より具体的には、各伝熱シート４６は、各アーム部４５ｂによって略環状に配置されるよう支持され（図４，５参照）、リヤケース２２に形成されたテーパ壁部２２ａの内周面に弾性的に圧接されている。

これにより、熱源を含む撮像ユニット３０と、気密ケース１７の隔壁の一部を構成するリヤケース２２の内面と、が熱的に接続され、撮像ユニット３０で発生した熱をリヤケース２２に伝導することが可能となっている。

また、リヤケース２２の基端部（より具体的には、テーパ壁部２２ａの突端部）には、ハーネチックコネクタ５０を構成する第１のコネクタ部５１が設けられている。

図６，７に示すように、本実施形態において、第１のコネクタ部５１は、コネクタ部本体２２ｃの内面側（リヤケース２２の内面側）に半田で固定されたインナ基板５１ａと、コネクタ本体２２ｃの外面側（リヤケース２２の外面側）に半田で固定されたアウタ基板５１ｂと、コネクタ部本体２２ｃの内外を気密に貫通してインナ基板５１ａとアウタ基板５１ｂとを電気的に接続する複数のピン５１ｃと、アウタ基板５１ｂに実装された第１のコネクタ端子部５１ｄと、を有して構成されている。。リヤケース２２の内面側において、各ピン５１ｃにはインナ基板５１ａを介してフレキシブル基板５３の一端側が電気的に接続され、このフレキシブル基板５３の他端側が、撮像ユニット３０の素子基板３３に実装されたコネクタ部４０に電気的に接続されている。また、リヤケース２２の外面側において、各ピン５１ｃには、アウタ基板５１ｂを介して第１のコネクタ端子部５１ｄが電気的に接続されている。

一方、例えば、図６〜図９に示すように、気密ケース１７の外部において、リヤケース２２の基端部には、カメラケーブル１２の先端部に固設されたケーブル固定枠５５が、着脱自在に連結されている。

具体的には、ケーブル固定枠５５の先端部には、ハーネチックコネクタ５０を構成する第２のコネクタ部５２が設けられている。この第２のコネクタ部５２は、ケーブル固定枠５５の先端に一体形成された第２の嵌合部５２ａを有する。第２の嵌合部５２ａは、第１の嵌合部２２ｄの内周に対して嵌合自在な形状をなし、この第２の嵌合部５２ａの内部には基板５２ｂが設けられている。また、基板５２の外面側には第１のコネクタ端子部５１ｄに対応する第２のコネクタ端子部５２ｃが実装され、基板５２ｂの内面側にはカメラケーブル１２から分岐された各信号線１２ａが電気的に接続されている。

そして、第２のコネクタ部５２が第１のコネクタ部５１に嵌合することにより、ケーブル固定枠５５がリヤケース２２の基端部に連結され、カメラケーブル１２の各信号線１２ａがフレキシブル基板５３を介して撮像ユニット３０の素子基板３３と電気的に接続される。なお、例えば、図８に示すように、嵌合された後の第１のコネクタ部５１と第２のコネクタ部５２とは、第１の嵌合部２２ｄ及び第２の嵌合部５２ａの側部を貫通するビス５０ａによって抜け止めがなされている。

ここで、ケーブル固定枠５５は、気密ケース１７よりも熱伝導性の高い材料によって形成されていることが望ましく、本実施形態においては、チタン合金よりも熱伝導性が高いステンレスによって形成されている。

また、リヤケース２２及びケーブル固定枠５５の外周には、樹脂製のリヤ外装カバー６０が被服されている。すなわち、本実施形態の気密ケース１７は、基端側の一部のみ（リヤケース２２のみ）がリヤ外装カバー６０によって覆われている。このリヤ外装カバー６０の先端部及び基端部にはシールリング６１，６２がそれぞれ介装され、これらのシールリング６１，６２により、リヤ外装カバー６０の内部の水密が保たれている。

また、例えば、図３，図６〜図１０に示すように、リヤ外装カバー６０の内部であって且つリヤケース２２の外側には、放熱部材としてのヒートシンク６５が配設されている。

具体的には、本実施形態のヒートシンク６５は、ケーブル固定枠５５の外周部に固設されることにより、当該ケーブル固定枠５５を介して、カメラケーブル１２内部の導体に熱を伝達することが可能となっている。

より具体的には、例えば、図６〜図９に示すように、ケーブル固定枠５５の基端側の外周部には、雄ネジ部５５ａが形成されている。一方、ヒートシンク６５の基端側の内周面には、雌ネジ部６５ａが形成されている。そして、ヒートシンク６５の雌ネジ部６５ａがケーブル固定枠５５の雄ネジ部５５ａに螺合することにより、ヒートシンク６５は、ケーブル固定枠５５に対して熱伝導可能な状態にて固設されている。

ここで、ヒートシンク６５は、気密ケース１７よりも熱伝導性の高い材料によって形成されていることが望ましく、本実施形態においては、チタン合金よりも熱伝導性が高いアルミニウム合金によって形成されている。

さらに、リヤ外装カバー６０の内部には、気密ケース１７の隔壁の一部であるテーパ壁部２２ａの外面からヒートシンク６５に熱を伝導するための第２の伝熱部材としてバネ部材７０が設けられている。

具体的には、本実施形態のバネ部材７０は、第１のコネクタ部５１の外周部に配設されるリング部７０ａと、このリング部７０ａから先端側に延出する複数のアーム部７０ｂと、が一体形成された金属製の板バネによって構成されている（図７〜図９参照）。

このバネ部材７０は、第１のコネクタ部５１の外周部おいて、リング部７０ａが、リヤケース２２の基端面（テーパ壁部２２ａの突端面）とヒートシンク６５の先端面との間に挟み込まれることによってリヤケース２２に保持される（図６，図１０参照）。そして、このようにリング部７０ａがテーパ壁部２２ａとヒートシンク６５との間に押圧された状態で介装されることにより、当該リング部７０ａから延出された各アーム部７０ｂの先端側がテーパ壁部２２ａの外面（外表面）に沿って弾性的に接触する。これらにより、バネ部材７０は、テーパ壁部２２ａに伝達された熱をヒートシンク６５に伝達することが可能となっている。

ここで、例えば、図６に示すように、バネ部材７０のリング部７０ａから延出する各アーム部７０ｂは、ヒートシンク６５によってテーパ壁部２２ａに押し付けられた際に、先端側が、テーパ壁部２２ａを介して伝熱シート４６に正対するよう、その延出長が設定されている。すなわち、各アーム部７０ｂは、各伝熱シート４６が当接されるテーパ壁部２２ａの内面に対応する外面に当接するよう設定されている。

また、バネ部材７０は、気密ケース１７よりも十分に熱伝導性の高い材料によって形成されていることが望ましく、本実施形態においては、チタン合金よりも熱伝導性が高い銅によって形成されている。

このような実施形態によれば、熱源として撮像素子３２等を含む撮像ユニット３０を内部に有し、外部に対して気密を確保する隔壁を有する気密ケース１７と、熱源と隔壁の内面とを接続して熱源で発生した熱を隔壁に伝達する伝熱シート４６と、気密ケース１７の隔壁の外側に配設されたヒートシンク６５と、伝熱シート４６が接続する気密ケース１７の隔壁の内面に対応する外面とヒートシンク６５との間に介装され、隔壁の外面からヒートシンク６５に熱を伝達するバネ部材７０と、を有することにより、気密ケース１７の内部で発生した熱を気密ケース１７に留まらせることなく効率よく放熱することができる。

すなわち、気密ケース１７を軽量でかつレーザ溶接等に適合させるべく熱伝導性の低いチタン合金等の金属によって形成した場合にも、撮像ユニット３０からの熱を気密ケース１７に伝達するための各伝熱シート４６と、気密ケース１７の熱をヒートシンク６５に伝達するためのバネ部材７０の各アーム部７０ｂの先端側と、を気密ケース１７の隔壁を介して正対させるよう配置したことにより、気密ケース１７の隔壁の厚さ方向に熱を効率よく伝達することができる。従って、熱伝導性の低い気密ケース１７の隔壁を介して放熱を行う場合にも、気密ケース１７の内部で発生した熱を気密ケース１７に留まらせることなく効率よく放熱することができる。

また、伝熱シート４６によって伝達された熱を気密ケース１７に留まらせることなくバネ部材７０に効率よく伝達できるため、気密ケース１７上において、伝熱シート４６が当接する部位の周辺に熱が拡散することを的確に防止することができる。従って、気密ケース１７に外装部を兼用させた場合にも、使用者等に把持させるための部位（把持部）が昇温することを防止することができる。

特に、本実施形態では、気密ケース１７を構成するメインケース２０とリヤケース２２のうち、リヤケース２２のみをリヤ外装カバー６０によって部分的に覆い、リヤ外装カバー６０で覆われたリヤケース２２のテーパ壁部２２ａにおいて伝熱シート４６からバネ部材７０に熱伝達を行うことにより、メインケース２０側に伝達することを防止できる。従って、メインケース２０を外装部によって覆うことなく把持部としての機能を実現することができ、カメラヘッド３を効率よく小型化することができる。

なお、本発明は、以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲内である。

本出願は、２０１６年１２月１９日に日本国に出願された特願２０１６−２４５６３４号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。

Claims (5)

1. 内部に熱源を有し、外部に対して気密を確保する隔壁を有する気密ケースと、
   前記熱源と前記隔壁の内面とを接続して前記熱源で発生した熱を前記隔壁に伝導する第１の伝熱部材と、
   前記隔壁の外側に配設された放熱部材と、
   前記第１の伝熱部材が接続する前記隔壁の内面に対応する外面と前記放熱部材との間に介装され、前記隔壁の外面から前記放熱部材に熱を伝導する第２の伝熱部材と、を備えたことを特徴とする医療用撮像装置。
2. 前記第２の伝熱部材は、前記隔壁と前記放熱部材との間に押圧されて介装され、前記第１の伝熱部材が接続する前記隔壁の前記内面に対応する前記外面に対して弾性的に接触するバネ部材であることを特徴とする請求項１に記載の医療用撮像装置。
3. 前記熱源は撮像素子を含み、
   前記気密ケースはチタンまたはチタン合金により形成され、
   前記第１の伝熱部材はシート状の伝熱部材で形成され、
   前記第２の伝熱部材は板バネであることを特徴とする請求項１に記載の医療用撮像装置。
4. 前記気密ケースは、外周面が操作者により把持可能な把持部であることを特徴とする請求項１に記載の医療用撮像装置。
5. 前記第２の伝熱部材は、前記隔壁よりも熱伝導性の高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の医療用撮像装置。

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