JP6887289B2 - 内視鏡及び内視鏡の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、内視鏡及び内視鏡の製造方法に関する。
患者の体内を診察するために内視鏡が使用されている。内視鏡は、体内に挿入される挿入管を有し、挿入管の先端には、撮像素子が収納された先端部が設けられている。このような内視鏡においては、撮像素子及びその周辺部品が先端部の限られた空間内に設けられているので、撮像素子等が発する熱がこもり、この熱によって画質が低下することや、撮像素子等の電子部品の寿命が短くなることが知られている。特許文献1,2では、撮像素子等が発する熱を外部へ放出する構造が提案されている。
特開2010−22815号公報 特開2011−24800号公報
内視鏡においては、より単純な構造で撮像素子等が発する熱を効率良く外部へ放出できる構成が必要とされている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単純な構造によって効率良く放熱できる構成を有する内視鏡等を提供することにある。
本発明の一態様に係る内視鏡は、可撓性を有する可撓管と、撮像部を有する先端部と、前記可撓管及び先端部を連結する屈曲可能な湾曲部とを備える内視鏡において、前記先端部は、前記撮像部を収納する筒体と、前記筒体を内嵌保持する筐体と、前記筒体の外面全体及び前記筐体の間に介在され、前記筒体内の発生熱を前記筐体に伝える熱伝導シートと、前記熱伝導シートに設けられた貫通孔を係止して前記熱伝導シートを前記筒体の前記外面に固定する係止部とを備える。
本発明の一態様に係る内視鏡の製造方法は、可撓性を有する可撓管と、撮像部を有する先端部と、前記可撓管及び先端部を連結する屈曲可能な湾曲部とを備える内視鏡の製造方法において、筒体に設けられた貫通孔又は前記筒体の外面に設けられた凹部に、熱伝導シートに設けられた貫通孔を合わせて、前記筒体の外面全体に前記熱伝導シートを接着し、前記筒体の内部に前記撮像部を収納し、前記筒体の貫通孔又は凹部、並びに前記熱伝導シートの貫通孔に充填剤を充填し、前記熱伝導シートが前記外面全体に接着された前記筒体を筐体内部に嵌合して前記先端部を製造する。
本発明の一態様によれば、複雑な構造を備えることなく、撮像素子等が発する熱を効率良く外部へ放出できる。
内視鏡の外観図である。 先端部の断面図である。 シールド枠及び熱伝導シートの斜視図である。 熱伝導シートの断面図である。 先端部の部分拡大図である。 実施形態2の内視鏡における先端部の部分拡大図である。 実施形態3の内視鏡における先端部の説明図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態の内視鏡について詳述する。
(実施形態1)
図1は、内視鏡の外観図である。実施形態1の内視鏡11は、例えば上部消化管向けの軟性鏡である。内視鏡11は、可撓性を有するシース(外皮)12aによって外装された可撓管12を備える。可撓管12の先端(図1では下端)には、湾曲部13を介して先端部14が連結されており、基端(図1では上端)には手元操作部15が連結されている。湾曲部13は、手元操作部15からの遠隔操作(具体的には、湾曲操作ノブ15aの回転操作)によって屈曲自在に構成されている。この屈曲機構は、一般的な内視鏡に組み込まれている周知の機構であり、湾曲操作ノブ15aの回転操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部13を屈曲させるように構成されている。図1中の破線で示すように、上記操作による湾曲部13の屈曲動作に応じて先端部14の方向が変わる。
図2は先端部14の断面図である。図2には、可撓管12、湾曲部13及び先端部14の連結方向に沿った断面を示す。先端部14は、撮像ユニット2と、図示しない光源装置と、撮像ユニット2及び光源装置を収納する筐体1とを含み、図2は、撮像ユニット2が筐体1に収納される前の状態を示す。
筐体1は、例えば硬質で熱伝導性の良好な樹脂製である。筐体1は、例えば円柱状をなし、軸方向に貫通する2つの保持孔1a,1bを有する。保持孔1aは例えば矩形断面を有し、撮像ユニット2の保持に使用される。保持孔1bは例えば円形断面を有し、光源装置の保持に使用される。
撮像ユニット2は、矩形筒状のシールド枠(筒体)4の内部に、レンズユニット3、撮像素子(撮像部)5aが搭載された撮像素子基板5、複数の電子部品7が搭載された回路基板6等が収納されている。また、シールド枠4の外面に熱伝導シート10が取り付けられており、撮像ユニット2は、筐体1の保持孔1aに内嵌保持されている。
図3は、シールド枠4及び熱伝導シート10の斜視図であり、図4は、熱伝導シート10の断面図である。シールド枠4は、例えばステンレス又は真鍮等の金属製であり、シールド枠4の一端の開口部の近傍には、四方の側壁のそれぞれを貫通する貫通孔4aが設けられている。熱伝導シート10は、シールド枠4の外面を覆う大きさを有し、シールド枠4の貫通孔4aに対応する位置に貫通孔10dがそれぞれ設けられている。熱伝導シート10は、例えばグラファイト等の優れた熱伝導性を有する材料を用いた熱伝導層10bの一面に接着剤層10aが形成され、他面に、例えばポリエチレンテレフタレート(PolyEthylene Terephthalate)を用いた絶縁層10cが形成されている。接着剤層10aの厚みは15μm程度であり、熱伝導層10b及び絶縁層10cの厚みは共に20μm程度であり、熱伝導シート10全体の厚みは50〜60μm程度である。
レンズユニット3は、複数のレンズと、これらのレンズを保持するホルダーとで構成されている。撮像素子5aは、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)又はCCD(Charge Coupled Device)等の光電変換素子を平面状に多数並べて構成されている。撮像素子5aは、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積することにより撮像信号に変換して1枚の撮像画像を取得する。
電子部品7は、レンズユニット3の動作を制御するレンズ制御部、撮像素子5aの動作を制御する撮像素子制御部等を構成する。レンズ制御部は、例えば、レンズユニット3の各レンズ間の距離を変更することにより焦点を被写体に合わせる処理を行う。また、撮像素子制御部は、撮像素子5aを駆動し、撮像素子5aによって撮像信号(撮像画像)を取得する処理を行う。撮像素子基板5と回路基板6とは例えばフレキシブル配線基板(図示せず)を介して接続されている。
回路基板6にはフレキシブル配線基板(図示せず)を介して入出力基板7aが接続されており、入出力基板7aには、複合ケーブル8が束ねる各ケーブル8aの一端がそれぞれ接続されている。複合ケーブル8は、湾曲部13、可撓管12及び手元操作部15の内部を通って外側まで伸び、外部の図示しない内視鏡制御プロセッサに接続されている。また、複合ケーブル8はシールド線8bによってシールド枠4に接続されており、各ケーブル8aにて伝送される信号に外部からノイズが重畳することを防止している。
上述した各構成部品によって構成される撮像ユニット2の組立手順の例を説明する。
例えば、まず、シールド枠4の外面に、熱伝導シート10を接着剤層10aにて接着する。このとき、熱伝導シート10及びシールド枠4をそれぞれの貫通孔10d,4aを合わせた状態で接着する。
次に、シールド枠4の貫通孔4aが形成されていない側の開口端からレンズユニット3を嵌合して装着する。レンズユニット3は、対物レンズ側の一端部がシールド枠4の開口端から突出した状態でシールド枠4に装着される。
撮像素子基板5及び回路基板6、並びに、回路基板6及び入出力基板7aのそれぞれは予めフレキシブル配線基板を介して接続されており、入出力基板7aには複合ケーブル8が接続されている。
撮像素子基板5及び回路基板6は例えばシールド枠4の断面と同形状を有する。よって、撮像素子基板5及び回路基板6を、撮像素子5a及び電子部品7の搭載面の裏面を合わせた状態でシールド枠4の内部に収納する。このとき、撮像素子基板5及び回路基板6の間には図示しない絶縁シートを介在させておく。撮像素子基板5及び回路基板6は、撮像素子5aの受光面がレンズユニット3から所定間隔を隔てた位置でレンズユニット3に対向するように、シールド枠4の内部に挿嵌される。なお、撮像素子基板5及び回路基板6を接続するフレキシブル配線基板は、例えば撮像素子基板5及び回路基板6の対向面の間に収納される。撮像素子基板5及び回路基板6がシールド枠4に収納された場合、回路基板6に搭載された電子部品7は、シールド枠4の貫通孔4aが形成されている側の開口端に対向している。
次に、回路基板6及び入出力基板7aを接続するフレキシブル配線基板を、回路基板6における電子部品7の搭載面側で折り畳んでシールド枠4の内部に収納すると共に、入出力基板7aを収納する。これにより、図2に示すように、入出力基板7aに接続された複合ケーブル8が、シールド枠4の開口端から外側に伸びた状態となる。また、複合ケーブル8に設けられているシールド線8bをシールド枠4の内面に接続する。
上述したように各構成部品をシールド枠4内に収納して撮像ユニット2を組み立てた後、回路基板6における電子部品7の搭載面からシールド枠4の開口端までのシールド枠4の内部に封止剤(充填剤)9を充填する。封止剤9は、熱伝導性に優れた樹脂であることが望ましい。これにより、電子部品7、入出力基板7a及び各ケーブル8aは封止され、撮像素子5a(撮像素子基板5)は固定される。
図5は、先端部14の部分拡大図であり、筐体1の保持孔1aに撮像ユニット2が装着された先端部14の複合ケーブル8側を拡大して示している。
図5に示すように、実施形態1では、シールド枠4内に充填された封止剤9が、シールド枠4の貫通孔4aの内部に進入し、更に熱伝導シート10の貫通孔10dの内部に進入して固化して係止部9aを形成する。よって、熱伝導シート10は、貫通孔10dが係止部9aに係止することにより、熱伝導シート10の面方向の位置が固定される。これにより、熱伝導シート10は、接着剤層10a及び係止部9aによってシールド枠4の外面に固定される。上述の手順によって撮像ユニット2は構成される。
上述したように組み立てられた撮像ユニット2を筐体1の保持孔1aに嵌合する場合、撮像ユニット2の外面全体に、例えばエポキシ樹脂等の接着剤1cを塗布する。そして、図2中の矢符に示すように保持孔1aに撮像ユニット2を挿入する。これにより、接着剤1cにて筐体1に撮像ユニット2を固定できる。なお、熱伝導シート10の貫通孔10dの開口端から、係止部9a(封止剤9)が突出していた場合、接着剤1cを塗布する前に不要な係止部9aを取り除いておく。
以上の構成により、熱伝導シート10は、接着剤層10a、接着剤1c及び係止部9aによってシールド枠4及び筐体1の間に強固に固定される。
筐体1における保持孔1aの隣の保持孔1bには、例えばLCB(Light Carrying Bundle)が挿入されており、光源装置からの照明光がLCBを介して保持孔1bの先端から照射される。保持孔1bの先端から照射された照明光は被写体によって反射され、保持孔1aに装着された撮像ユニット2は、被写体からの反射光を受光して撮像画像を取得する。よって、内視鏡11では、撮像ユニット2が取得する撮像画像に基づいて、照明光によって照明された範囲を光学観察することができる。実施形態1の内視鏡11は、先端部14の先端面からの光学観察が可能な、いわゆる直視型である。なお、内視鏡11は、先端部14の側面から光学観察を行う側視型等であっても良い。
上述した構成の先端部14では、被写体からの反射光が、レンズユニット3を介して撮像素子5aに届き、撮像素子5aにて撮像信号に変換されて撮像画像が取得される。なお、取得された撮像画像は、撮像素子制御部によって、入出力基板7a及び複合ケーブル8を介して内視鏡制御プロセッサへ伝送される。また、内視鏡制御プロセッサは、撮像画像を、図示しないビデオプロセッサへ伝送し、ビデオプロセッサは、撮像画像に各種の画像処理を行い、図示しない表示装置へ順次出力することにより、表示装置に表示させる。
上述したように撮像素子5aが撮像処理を行う際に、撮像素子5a、撮像素子基板5、電子部品7、回路基板6等が発熱し、これらの周辺の温度が上昇する。この場合、撮像素子5aにて取得する撮像画像の画質の劣化を招く虞がある。
本実施形態では、シールド枠4と筐体1との間に、優れた熱伝導性を有する熱伝導シート10を介在させてあり、熱伝導シート10を介してシールド枠4内で発生した熱が筐体1へ伝えられ、筐体1外部へ放出されるので、上記の課題を解消できる。
なお、熱伝導機能を実現する熱伝導シート10は、接着剤層10a、熱伝導層10b及び絶縁層10cの積層体である。よって、例えば湾曲部13の屈曲に伴って複合ケーブル8が屈曲した場合に、熱伝導シート10の各層10a,10b,10c間に剪断応力が加わり、各層10a,10b,10cが剥離する可能性がある。各層10a,10b,10cが剥離した場合、熱伝導シート10による熱伝導が阻害されて十分な熱伝導が行われない。また、各層10a,10b,10cが剥離した場合、熱伝導シート10がシールド枠4及び筐体1の間から抜け落ちる可能性もある。
本実施形態では、係止部9aによって熱伝導シート10がシールド枠4及び筐体1の間に固定されるので、各層10a,10b,10c間に剪断応力が加わった場合であっても、各層10a,10b,10cが剥離せず、シールド枠4及び筐体1のそれぞれと、熱伝導シート10との密着性も良好に保たれる。よって、湾曲部13の屈曲に伴って複合ケーブル8が屈曲した場合であっても、熱伝導シート10による熱伝導を良好に行うことができる。
実施形態1の内視鏡11では、撮像素子5a等から発せられる熱は、入出力基板7aを経由して複合ケーブル8へ放出され、また、シールド枠4及び熱伝導シート10を経由して筐体1へ放出される。よって、熱伝導シート10による熱伝導が十分に行われることにより、効率良く放熱できる構造を実現できる。
実施形態1では、シールド枠4及び熱伝導シート10の貫通孔4a,10dは、湾曲部13との連結箇所の近傍に設けられている。これは、外部から電圧及び電流等の電気的エネルギーが先端部14に加わった場合に、複数の金属製のリングを連結させて構成された湾曲部13側に電気的エネルギーを放出できるからである。シールド枠4は外部から加わる電気的エネルギーから撮像素子5aをシールドするためのものであり、貫通孔4aの形成箇所ではシールド力が低下する。そこで、金属製の湾曲部13の近傍に貫通孔4aを設けることにより、貫通孔4aの形成箇所に電気的エネルギーが加わった場合であっても、湾曲部13側に放出されることにより、撮像素子5aへの影響を回避できる。また、シールド枠4の貫通孔4aを湾曲部13との連結箇所側に設けることにより、シールド枠4内部に充填される封止剤9を用いて係止部9aを形成することができる。
上述した実施形態1において、シールド枠4及び熱伝導シート10に設けられる貫通孔4a,10dの断面は、円形に限らず、多角形であってもよく、貫通孔4a,10dの数は4つに限らない。また、貫通孔4a,10dの形成箇所は、外部からの電気的エネルギーから撮像素子5aをシールドできれば、図3に示す位置に限定されない。
本実施形態の構成は、上部消化管向けの内視鏡11だけでなく、下部消化管向けの内視鏡にも、エンジンおよび配管等の検査等に使用する、いわゆる工業用内視鏡にも適用できる。
(実施形態2)
実施形態1の内視鏡11の変形例について説明する。実施形態2の内視鏡は、実施形態1の内視鏡11における係止部9aの構成のみが異なる。よって、実施形態1と共通する部分については説明を省略する。
図6は、実施形態2の内視鏡11における先端部14の部分拡大図であり、図6に示す構成は、図5に示した部分拡大図における係止部9aの構成が異なる。
実施形態1の内視鏡11では、係止部9aは、シールド枠4内に充填された封止剤9が、シールド枠4及び熱伝導シート10の貫通孔4a,10dに進入して固化したものである。これに対して、図6(A)に示す内視鏡11では、封止剤9は、硬質性を有しており、シールド枠4内に充填された場合に、貫通孔4a,10dに進入しない。
このような構成の撮像ユニット2では、撮像ユニット2の外面全体に接着剤1cを塗布する際に、熱伝導シート10及びシールド枠4の貫通孔10d,4aにも接着剤1cを注入(充填)する。そして、図2中の矢符に示すように保持孔1aに撮像ユニット2を挿入する。従って、実施形態2では、図6(A)に示すように、熱伝導シート10及びシールド枠4の貫通孔10d,4aに注入された接着剤1cが固化して係止部1dを形成する。よって、実施形態2の熱伝導シート10は、貫通孔10dが係止部1dに係止することによってシールド枠4及び筐体1の間に固定されるので、各層10a,10b,10c間に剪断応力が加わった場合であっても剥離せず、熱伝導を良好に行うことができる。
図6(B)に示す内視鏡11は、図6(A)に示す内視鏡11の変形例である。
図6(B)に示す内視鏡11では、シールド枠4に、貫通孔4aの代わりに、外面に凹部4bが設けられている。図6(B)に示す構成の撮像ユニット2においても、撮像ユニット2の外面全体に接着剤1cを塗布する際に、熱伝導シート10の貫通孔10d及びシールド枠4の凹部4bにも接着剤1cを注入(充填)する。これにより、熱伝導シート10の貫通孔10d及びシールド枠4の凹部4bに注入された接着剤1cが固化して係止部1eを形成する。よって、図6(B)に示す構成においても、熱伝導シート10は、貫通孔10dが係止部1eに係止することによってシールド枠4及び筐体1の間に固定されるので、各層10a,10b,10c間に剪断応力が加わった場合であっても剥離せず、熱伝導を良好に行うことができる。
上述した図6(A)に示す例においても、シールド枠4及び熱伝導シート10に設けられる貫通孔4a,10dの断面は、円形に限らず、多角形であってもよく、貫通孔4a,10dの数は4つに限らない。また、貫通孔4a,10dの形成箇所は、外部からの電気的エネルギーから撮像素子5aをシールドできれば、図3,6(A)に示す位置に限定されない。
上述した図6(B)に示す例においても、熱伝導シート10に設けられる貫通孔10d及びシールド枠4に設けられる凹部4bの断面は、円形に限らず、多角形であってもよく、貫通孔10d及び凹部4bの数は4つに限らない。また、貫通孔10d及び凹部4bの形成箇所は、外部からの電気的エネルギーから撮像素子5aをシールドできれば、図6(B)に示す位置に限定されない。
(実施形態3)
実施形態1の内視鏡11の更なる変形例について説明する。実施形態3の内視鏡は、実施形態1の内視鏡11における係止部9aの構成のみが異なる。よって、実施形態1と共通する部分については説明を省略する。
図7は、実施形態3の内視鏡11における先端部14の説明図であり、図7(A)は、実施形態3のシールド枠4の斜視図であり、図7(B)は、実施形態3の先端部14の部分拡大図である。図7(B)に示す構成は、図5に示した部分拡大図における係止部9aの構成が異なる。
実施形態3の内視鏡11では、シールド枠4に、貫通孔4aの代わりに、外面に凸部4cが設けられている。凸部4cは、例えばシールド枠4と一体として形成され、熱伝導シート10の厚みと同程度の高さを有する。実施形態3の撮像ユニット2では、シールド枠4の外面に熱伝導シート10を接着する場合、熱伝導シート10の貫通孔10dにシールド枠4の凸部4cを嵌合した状態で接着させる。そして、撮像ユニット2を筐体1に装着する場合、撮像ユニット2の外面全体に接着剤1cを塗布し、図2中の矢符に示すように保持孔1aに撮像ユニット2を挿入する。これにより、実施形態3の熱伝導シート10は、貫通孔10dがシールド枠4の凸部(係止部)4cに係止することによってシールド枠4及び筐体1の間に固定されるので、各層10a,10b,10c間に剪断応力が加わった場合であっても、剥離せず、熱伝導を良好に行うことができる。
上述した実施形態3においても、シールド枠4に設けられる凸部4c及び熱伝導シート10に設けられる貫通孔10dの断面は、円形に限らず、多角形であってもよい。また、凸部4cは、円柱状又は角柱状に限らず、側面がテーパー面であり、突出端側が先細な形状であってもよい。更に、凸部4c及び貫通孔10dの数は4つに限らず、凸部4c及び貫通孔10dの形成箇所は、図7に示す位置に限定されない。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 筐体
2 撮像ユニット
4 シールド枠(筒体)
8 複合ケーブル
9 封止剤(充填剤)
10 熱伝導シート
11 内視鏡
12 可撓管
13 湾曲部
14 先端部
1c 接着剤(充填剤)
1d 係止部
1e 係止部
4a 貫通孔
4b 凹部
4c 凸部(係止部)
5a 撮像素子(撮像部)
8a ケーブル(信号線)
8b シールド線
9a 係止部
10a 接着剤層
10b 熱伝導層
10c 絶縁層
10d 貫通孔

Claims (8)

  1. 可撓性を有する可撓管と、撮像部を有する先端部と、前記可撓管及び先端部を連結する屈曲可能な湾曲部とを備える内視鏡において、
    前記先端部は、
    前記撮像部を収納する筒体と、
    前記筒体を内嵌保持する筐体と、
    前記筒体の外面全体及び前記筐体の間に介在され、前記筒体内の発生熱を前記筐体に伝える熱伝導シートと、
    前記熱伝導シートに設けられた貫通孔を係止して前記熱伝導シートを前記筒体の前記外面に固定する係止部と
    を備える内視鏡。
  2. 前記筒体は、内外面を貫通する貫通孔又は外面に設けられた凹部を有し、
    前記熱伝導シートの貫通孔は、前記筒体に設けられた前記貫通孔又は凹部に対応する位置に設けられており、
    前記係止部は、前記筒体の前記貫通孔又は凹部、及び前記熱伝導シートの前記貫通孔に充填されて固化した充填剤である
    請求項1に記載の内視鏡。
  3. 前記筒体は、前記内外面を貫通する前記貫通孔を有し、
    前記係止部は、前記筒体内に充填され、前記筒体の前記貫通孔及び前記熱伝導シートの前記貫通孔に進入して固化した充填剤である
    請求項2に記載の内視鏡。
  4. 前記係止部は、前記筒体の外面に設けられた凸部であり、
    前記熱伝導シートの貫通孔は、前記筒体に設けられた前記凸部に対応する位置に設けられている
    請求項1に記載の内視鏡。
  5. 前記熱伝導シートは、前記筒体の外面全体に接着する接着剤層と、熱伝導層と、絶縁層とを有する請求項1から4までのいずれかひとつに記載の内視鏡。
  6. 前記筒体の前記貫通孔は、前記湾曲部との連結箇所の近傍に設けられている請求項2又は3に記載の内視鏡。
  7. 前記撮像部に接続された信号線と、
    前記筒体に接続されたシールド線とを更に備え、
    前記筒体は導電性部材で構成されている
    請求項1から6までのいずれかひとつに記載の内視鏡。
  8. 可撓性を有する可撓管と、撮像部を有する先端部と、前記可撓管及び先端部を連結する屈曲可能な湾曲部とを備える内視鏡の製造方法において、
    筒体に設けられた貫通孔又は前記筒体の外面に設けられた凹部に、熱伝導シートに設けられた貫通孔を合わせて、前記筒体の外面全体に前記熱伝導シートを接着し、
    前記筒体の内部に前記撮像部を収納し、
    前記筒体の貫通孔又は凹部、並びに前記熱伝導シートの貫通孔に充填剤を充填し、
    前記熱伝導シートが前記外面全体に接着された前記筒体を筐体内部に嵌合して前記先端部を製造する内視鏡の製造方法。
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