JP7138967B2 - Endoscope camera device - Google Patents

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Description

本発明は内視鏡カメラ装置及び内視鏡カメラシステムに関する。詳しくは、冷却機能を備えた8Kレベルの内視鏡カメラ装置及び内視鏡カメラシステムに関する。 The present invention relates to an endoscope camera device and an endoscope camera system. More specifically, it relates to an 8K level endoscope camera device and endoscope camera system with a cooling function.

本願の発明者達は8Kの内視鏡カメラの開発(非特許文献1)を行い、更に、超小型超軽量の8K内視鏡装置を開発(特願2016-123049)(未公開)した。このような超小型化及び超軽量化により内視鏡装置の操作が容易になると共に、高分解能の大画面モニタと組み合わせることにより、内視鏡手術の信頼性・確実性が飛躍的に高まった。 The inventors of the present application developed an 8K endoscope camera (Non-Patent Document 1), and further developed an ultra-compact, ultra-lightweight 8K endoscope device (Japanese Patent Application No. 2016-123049) (unpublished). Such ultra-miniaturization and ultra-lightweight simplifies the operation of the endoscopic device, and by combining it with a high-resolution large-screen monitor, the reliability and certainty of endoscopic surgery has increased dramatically. .

特開平04-241830号公報JP-A-04-241830 特開平04-102435号公報JP-A-04-102435

山下紘正「8Kテレビ技術の内視鏡手術への応用」、2015年度第1回光技術動向調査委員会、(2015年5月25日公開)Hiromasa Yamashita, "Application of 8K TV Technology to Endoscopic Surgery," 2015 1st Photonics Technology Trends Research Committee, (published May 25, 2015)

8Kの内視鏡カメラでは、手術空間に排気を放出しないように、超小型の気密性の撮像管筐体を設け、その内部に、8K用固体撮像素子を設ける。8Kになると撮像素子及び信号処理用回路素子の増加に起因して、発熱量が増大する。従って、冷却機構の冷却能力の増加が必要となる。他方、手術空間では、内視鏡カメラの操作性の自由度を確保するために、軽量化及び小型化が求められる。小型化された8Kの内視鏡カメラでは、筐体の内部空間が小さいため、筐体内の冷却機構は、回転機構が無く、またペルチエ素子もなく、できるだけ軽量且つコンパクトであることが必要である。本願の発明はかかる課題を解決する手段について鋭意に考察した。 An 8K endoscope camera is provided with an ultra-compact, airtight camera tube housing so as not to release exhaust gas into the operating space, and an 8K solid-state image pickup device is provided inside it. At 8K, the amount of heat generated increases due to an increase in the number of imaging elements and signal processing circuit elements. Therefore, it is necessary to increase the cooling capacity of the cooling mechanism. On the other hand, in the operating space, in order to secure the degree of freedom in operability of the endoscope camera, lightening and downsizing are required. In a miniaturized 8K endoscope camera, the internal space of the housing is small, so the cooling mechanism in the housing needs to be as lightweight and compact as possible without a rotating mechanism or a Peltier element. . The invention of the present application has earnestly considered means for solving such problems.

非特許文献1には、発明者等による8K内視鏡装置を用いた手術の例が記載されている。特許文献1及び2には、内視鏡カメラ装置のカメラヘッド部に設けられた固体撮像素子を冷却するために、ファン等の回転機構は無いが、ペルチエ素子を設ける例が記載されている。しかしながら、冷却機構としてペルチエ素子を用いると、ペルチエ素子用の電源が必要となり、8Kの超小型の気密性の撮像装置の筐体には収納できない。 Non-Patent Document 1 describes an example of surgery using an 8K endoscope device by the inventors. Patent Documents 1 and 2 describe an example in which a Peltier element is provided to cool a solid-state imaging device provided in a camera head portion of an endoscope camera device, although there is no rotation mechanism such as a fan. However, if a Peltier element is used as a cooling mechanism, a power source for the Peltier element is required, and cannot be accommodated in the housing of an 8K ultra-compact, airtight imaging device.

また、従来の4K以下の内視鏡カメラ装置では、固体撮像素子のみを冷却し、信号処理用の回路素子、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)、電源IC等の冷却について考慮していない。しかし、8Kでは信号処理用のFPGAの発熱量は、固体撮像素子の発熱量より大きくなる場合がある。従って、固体撮像素子の発熱ばかりでなく、信号処理用の回路素子の発熱についても考慮することが必要である。 In addition, in conventional endoscope camera devices of 4K or less, only the solid-state imaging device is cooled, and cooling of circuit elements for signal processing such as FPGA (Field Programmable Gate Array), power supply IC, etc. is not considered. However, in 8K, the amount of heat generated by the FPGA for signal processing may be greater than the amount of heat generated by the solid-state imaging device. Therefore, it is necessary to consider not only the heat generated by the solid-state imaging device but also the heat generated by the circuit elements for signal processing.

本発明の目的は、超小型の密封空間を有し発熱量が大きい8K内視鏡カメラに適合する冷却機構を有する、内視鏡カメラ装置及び内視鏡カメラシステムを提供することにある。
また、本発明の別の目的は、回転機構及びペルチエ素子を含まない冷却機構を有する内視鏡カメラ装置及び内視鏡カメラシステムを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an endoscope camera device and an endoscope camera system having a cooling mechanism suitable for an 8K endoscope camera that has a very small sealed space and generates a large amount of heat.
Another object of the present invention is to provide an endoscope camera device and an endoscope camera system having a cooling mechanism that does not include a rotation mechanism and a Peltier element.

本発明による内視鏡カメラ装置100は、例えば図1及び図2に示すように、内視鏡110と;密閉空間を形成する筐体131を備える撮像装置130と;筐体131に接続された空気供給管164A及び空気排出管164Bと;空気供給管164Aを経由して筐体131内に空気を強制供給し且つ空気排出管164Bを経由して筐体131内から空気を強制排気する給排気装置160と;空気供給管を164A流れる空気を冷却する空気冷却装置162と;を有し、
筐体131、空気供給管164A及び空気排出管164Bは1つの密閉空間を形成するように接続され、
撮像装置130は、筐体131の端部に設けられた固体撮像素子1311と、該固体撮像素子1311に設けられた第1のヒートシンク1316と、筐体131内に設けられた信号処理用のFPGA1331と、該FPGA1331に設けられた第2のヒートシンクと、該第2のヒートシンク1336を覆い空気排出管164Bに接続されたカバー部材1338と、を有し、
筐体131内において、第1のヒートシンク1316を冷却する第1の空気流と第2のヒートシンク1336を冷却する第2の空気流が生成され、第1の空気流は、空気供給管164Aから供給された冷却空気が第1のヒートシンク1316に吹き付けられ、第1のヒートシンク1316のフィン1316B(図3A参照)の間を通り第1のヒートシンク1316の周囲に発散するように構成され、第2の空気流は、第2のヒートシンク1336の周囲から第2のヒートシンク1336のフィン1336B(図3A参照)の間を通りカバー部材1338を経由して、空気排出管164Bに流れるように構成されている、としてよい。このように構成すると、超小型の密封空間を有し発熱量が大きい8K内視鏡カメラに適合する冷却機構を有する、内視鏡カメラ装置及び内視鏡カメラシステムを提供できる。
The endoscope camera device 100 according to the present invention includes, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, an endoscope 110; An air supply pipe 164A and an air discharge pipe 164B; an air supply/exhaust pipe that forcibly supplies air into the housing 131 via the air supply pipe 164A and forcibly exhausts air from the housing 131 via the air discharge pipe 164B. an air cooling device 162 for cooling the air flowing through the air supply pipe 164A;
The housing 131, the air supply pipe 164A and the air discharge pipe 164B are connected to form one sealed space,
The imaging device 130 includes a solid-state imaging device 1311 provided at an end of a housing 131, a first heat sink 1316 provided in the solid-state imaging device 1311, and an FPGA 1331 for signal processing provided within the housing 131. , a second heat sink provided on the FPGA 1331, and a cover member 1338 that covers the second heat sink 1336 and is connected to the air discharge pipe 164B,
A first air flow for cooling the first heat sink 1316 and a second air flow for cooling the second heat sink 1336 are generated within the housing 131, the first air flow being supplied from the air supply pipe 164A. The cooled air is directed against the first heat sink 1316 and is configured to pass between the fins 1316B (see FIG. 3A) of the first heat sink 1316 and diverge around the first heat sink 1316 to generate a second air. The flow is configured to flow from the periphery of the second heat sink 1336, through the fins 1336B (see FIG. 3A) of the second heat sink 1336, through the cover member 1338, and to the air exhaust tube 164B. good. With this configuration, it is possible to provide an endoscope camera device and an endoscope camera system having a cooling mechanism suitable for an 8K endoscope camera that has a very small sealed space and generates a large amount of heat.

本発明による内視鏡カメラ装置100において、
固体撮像素子1311は、7680×4320画素を有するCMOSイメージセンサによって構成され、FPGA1331の消費電力は固体撮像素子1311の消費電力より大きい、としてよい。
In the endoscope camera device 100 according to the present invention,
The solid-state imaging device 1311 may be composed of a CMOS image sensor having 7680×4320 pixels, and the power consumption of the FPGA 1331 may be greater than that of the solid-state imaging device 1311 .

本発明による内視鏡カメラ装置100において、例えば図4Aに示すように、
空気冷却装置162は、空気供給管164Aの一部に設けられた放熱管1621と該放熱管1621の外面に装着されたヒートシンク1623を有する、としてよい。
In the endoscope camera device 100 according to the present invention, for example, as shown in FIG. 4A,
The air cooling device 162 may have a heat radiating pipe 1621 provided in a portion of the air supply pipe 164A and a heat sink 1623 attached to the outer surface of the heat radiating pipe 1621 .

本発明による内視鏡カメラ装置100において、例えば図4Bに示すように、
空気冷却装置162は、空気供給管164Aの一部に設けられた放熱管1621と該放熱管1621の外面に装着されたペルチエ素子1627を有する、としてよい。
In the endoscope camera device 100 according to the present invention, for example, as shown in FIG. 4B,
The air cooling device 162 may have a heat dissipation pipe 1621 provided in a portion of the air supply pipe 164A and a Peltier element 1627 attached to the outer surface of the heat dissipation pipe 1621 .

本発明による内視鏡カメラ装置100において、例えば図4Cに示すように、
空気冷却装置162は、空気供給管164Aの一部に設けられた放熱管1621と該放熱管1621の内部に設けられた細管1629と、該細管1629内を流れる冷媒と、を有し、細管1629の両端は、放熱管1621の外側に配置されている、としてよい。
In the endoscope camera device 100 according to the present invention, for example, as shown in FIG. 4C,
The air cooling device 162 has a heat radiating pipe 1621 provided in a part of the air supply pipe 164A, a thin tube 1629 provided inside the heat radiating pipe 1621, and a refrigerant flowing in the thin tube 1629. may be arranged outside the heat sink tube 1621 .

本発明による内視鏡カメラ装置100において、例えば図2に示すように、
筐体131内にダクト166Aが設けられ、該ダクト166Aの一端は空気供給管164Aに接続され、該ダクト166Aの他端は第1のヒートシンク1316に向いている、としてよい。
In the endoscope camera device 100 according to the present invention, for example, as shown in FIG.
A duct 166 A may be provided within the housing 131 , one end of the duct 166 A may be connected to the air supply pipe 164 A, and the other end of the duct 166 A may face the first heat sink 1316 .

本発明による内視鏡カメラ装置100において、例えば図2及び図3Bに示すように、
カバー部材1338は、第2のヒートシンク1336の外形に対応した形状の蓋状部1338Aと、空気排出管164Bに接続されたダクト部1338Bと、を有し、該ダクト部1338Bは蓋状部1338Aの中央に開口している、としてよい。
In the endoscope camera device 100 according to the present invention, for example, as shown in FIGS. 2 and 3B,
The cover member 1338 has a lid-shaped portion 1338A having a shape corresponding to the outer shape of the second heat sink 1336, and a duct portion 1338B connected to the air discharge pipe 164B. It may be assumed that it has an opening in the center.

本発明による内視鏡カメラ装置100において、
給排気装置160は、-5~-20kPaの真空圧を生成する真空ポンプと+5~+20kPaの空気圧を生成するコンプレッサを組みわせた形式のポンプ装置(図示しない)によって構成されている、としてよい。
In the endoscope camera device 100 according to the present invention,
The air supply/exhaust device 160 may be configured by a pump device (not shown) that combines a vacuum pump that generates a vacuum pressure of -5 to -20 kPa and a compressor that generates an air pressure of +5 to +20 kPa.

本発明による内視鏡カメラ装置100において、筐体131内に回転機構又はペルチエ素子を有さない、としてよい。 Endoscopic camera apparatus 100 according to the present invention may not have a rotating mechanism or Peltier element within housing 131 .

本発明による内視鏡カメラ装置100は、例えば図3に示すように、筐体131内に回転機構又はペルチエ素子を有さない、としてよい。このように構成すると、小型軽量の冷却機構を有する内視鏡カメラ装置を提供できる。 The endoscopic camera device 100 according to the present invention may not have a rotating mechanism or Peltier element within the housing 131, as shown for example in FIG. With this configuration, it is possible to provide an endoscope camera device having a compact and lightweight cooling mechanism.

本発明による内視鏡110と;密閉空間を形成する筐体131を備える撮像装置130と;制御装置140と;表示装置150と;を備えた内視鏡カメラシステムにおいて、例えば図2に示すように、
更に、筐体131に接続された空気供給管164A及び空気排出管164Bと;空気供給管164Aを経由して筐体131体内に空気を供給し且つ空気排出管164Bを経由して筐体131内から空気を排気する給排気装置160と;空気供給管164Aを流れる空気を冷却する空気冷却装置162と;を有し、
筐体131、空気供給管164A及び空気排出管164Bは1つの密閉空間を形成するように接続され、
給排気装置160は、-5~-20kPaの真空圧を生成する真空ポンプと+5~+20kPaの空気圧を生成するコンプレッサを組みわせた形式のポンプ装置(図示しない)によって構成されている、としてよい。
In an endoscope camera system comprising: an endoscope 110 according to the present invention; an imaging device 130 having a housing 131 forming a closed space; a control device 140; to the
Furthermore, an air supply pipe 164A and an air discharge pipe 164B connected to the housing 131; supply air into the housing 131 via the air supply pipe 164A and inside the housing 131 via the air discharge pipe 164B; an air supply/exhaust device 160 for exhausting air from; an air cooling device 162 for cooling the air flowing through the air supply pipe 164A;
The housing 131, the air supply pipe 164A and the air discharge pipe 164B are connected to form one sealed space,
The air supply/exhaust device 160 may be configured by a pump device (not shown) that combines a vacuum pump that generates a vacuum pressure of -5 to -20 kPa and a compressor that generates an air pressure of +5 to +20 kPa.

本発明による内視鏡カメラシステムにおいて、例えば図2に示すように、
撮像装置130は、筐体131の端部に設けられた固体撮像素子1311と、該固体撮像素子1311に設けられた第1のヒートシンク1316と、筐体131内に設けられた信号処理用のFPGA1331と、該FPGA1331に設けられた第2のヒートシンク1336と、該第2のヒートシンク1336を覆い空気排出管164Bに接続されたカバー部材1338と、を有し、
筐体131内において、第1のヒートシンク1316を冷却する第1の空気流と第2のヒートシンク1336を冷却する第2の空気流が生成され、第1の空気流は、空気供給管164Aから供給された冷却空気が第1のヒートシンク1316に吹き付けられ、第1のヒートシンク1316のフィン1316B(図3A参照)の間を通り第1のヒートシンク1316の周囲に発散するように構成され、第2の空気流は、第2のヒートシンク1336の周囲から第2のヒートシンク1336のフィン1316B(図3A参照)の間を通りカバー部材1338を経由して、空気排出管164Bに流れるように構成されている、としてよい。
In the endoscope camera system according to the present invention, for example, as shown in FIG.
The imaging device 130 includes a solid-state imaging device 1311 provided at an end of a housing 131, a first heat sink 1316 provided in the solid-state imaging device 1311, and an FPGA 1331 for signal processing provided within the housing 131. , a second heat sink 1336 provided on the FPGA 1331, and a cover member 1338 that covers the second heat sink 1336 and is connected to the air discharge pipe 164B,
A first air flow for cooling the first heat sink 1316 and a second air flow for cooling the second heat sink 1336 are generated within the housing 131, the first air flow being supplied from the air supply pipe 164A. The cooled air is directed against the first heat sink 1316 and is configured to pass between the fins 1316B (see FIG. 3A) of the first heat sink 1316 and diverge around the first heat sink 1316 to generate a second air. The flow is configured to flow from the periphery of the second heat sink 1336, through the fins 1316B (see FIG. 3A) of the second heat sink 1336, through the cover member 1338, and to the air exhaust tube 164B. good.

本発明によると内視鏡カメラシステムにおいて、
固体撮像素子1311は、7680×4320画素を有するCMOSイメージセンサによって構成され、FPGA1331の消費電力は固体撮像素子1311の消費電力より大きい、としてよい。
According to the present invention, in an endoscopic camera system,
The solid-state imaging device 1311 may be composed of a CMOS image sensor having 7680×4320 pixels, and the power consumption of the FPGA 1331 may be greater than that of the solid-state imaging device 1311 .

本発明によると、超小型の密封空間を有し発熱量が大きい8K内視鏡カメラに適合する冷却機構を有する、内視鏡カメラ装置及び内視鏡カメラシステムを提供することができる。
また、回転機構及びペルチエ素子を含まない冷却機構を有する内視鏡カメラ装置及び内視鏡カメラシステムを提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide an endoscope camera device and an endoscope camera system having a cooling mechanism suitable for an 8K endoscope camera that has a very small sealed space and generates a large amount of heat.
Also, it is possible to provide an endoscope camera device and an endoscope camera system having a cooling mechanism that does not include a rotation mechanism and a Peltier element.

本発明に係る内視鏡カメラ装置及び内視鏡カメラシステムの全体構成の例を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of an endoscope camera device and an endoscope camera system according to the present invention; FIG. 本発明に係る内視鏡カメラ装置の冷却空気の流れを説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the flow of cooling air in the endoscope camera device according to the present invention; 本発明に係る内視鏡カメラ装置の固体撮像素子の冷却機構を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the cooling mechanism of the solid-state image sensor of the endoscope camera apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る内視鏡カメラ装置のFPGAの冷却機構の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of the cooling mechanism of FPGA of the endoscope camera apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る内視鏡カメラ装置の空気冷却装置の第1の例を説明するための図である。1 is a diagram for explaining a first example of an air cooling device for an endoscope camera device according to the present invention; FIG. 本発明に係る内視鏡カメラ装置の空気冷却装置の第2の例を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a second example of an air cooling device for an endoscope camera device according to the present invention; 本発明に係る内視鏡カメラ装置の空気冷却装置の第3の例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a third example of the air cooling device for the endoscope camera device according to the present invention; 本発明に係る内視鏡カメラ装置の制御装置の構成の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of a structure of the control apparatus of the endoscope camera apparatus which concerns on this invention. 冷却空気供給機構を設けない場合のCMOSイメージセンサの温度測定の結果を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the results of temperature measurement of a CMOS image sensor when no cooling air supply mechanism is provided; 冷却空気供給機構を設けない場合のCMOSイメージセンサの温度測定の結果を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the results of temperature measurement of a CMOS image sensor when no cooling air supply mechanism is provided; 本発明に係る内視鏡カメラ装置において、冷却空気供給機構を設けた場合のFPGA、バイアス電源、及び、CMOSイメージセンサの温度測定の結果を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining temperature measurement results of an FPGA, a bias power supply, and a CMOS image sensor when a cooling air supply mechanism is provided in the endoscope camera device according to the present invention;

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same or similar reference numerals are given to the same or corresponding members in each drawing, and redundant description is omitted.

図1を参照して本発明に係る内視鏡カメラ装置及び内視鏡カメラシステムの例を説明する。本例の内視鏡カメラシステムは、8Kの内視鏡カメラ装置100と表示装置150を有する。8Kとはスーパーハイビジョン(超高精細映像)システムの意味であり、水平7680(8K)画素、垂直4320ラインの画像を提供する。1フレームの画素数は約3300万画素(33メガピクセル)である。一方、従来のハイビジョンシステムでは、水平1920(2K)画素、垂直1080ラインの画像を提供する。従って、1フレームの画素数は約200万画素(2メガピクセル)となる。スーパーハイビジョンの場合、従来のハイビジョンの16倍の画素データ(1フレーム当たり)を高速で且つ並列処理する。更に、スーパーハイビジョンでは、毎秒60~120フレーム(fps)のフレーム速度で画素データを処理する。 An example of an endoscope camera device and an endoscope camera system according to the present invention will be described with reference to FIG. The endoscope camera system of this example has an 8K endoscope camera device 100 and a display device 150 . 8K means a super high-definition video system, which provides an image of 7680 (8K) horizontal pixels and 4320 vertical lines. The number of pixels in one frame is approximately 33 million pixels (33 megapixels). On the other hand, a conventional high-definition system provides an image of horizontal 1920 (2K) pixels and vertical 1080 lines. Therefore, the number of pixels in one frame is approximately 2 million pixels (2 megapixels). In the case of Super Hi-Vision, 16 times as many pixel data (per frame) as in conventional Hi-Vision are processed at high speed in parallel. Furthermore, Super Hi-Vision processes pixel data at a frame rate of 60 to 120 frames per second (fps).

一般に、6K程度の機器を、8Kレベル又は8K相当と表示され、又は、称されることがある。従って、本明細書では、8Kとは6K以上12K以下をいうものとする。 In general, a device of about 6K may be displayed or referred to as an 8K level or 8K equivalent. Therefore, in this specification, 8K means 6K or more and 12K or less.

内視鏡カメラ装置100は、内視鏡110と、結像レンズ114を備えたレンズマウント116と、照明装置120と、撮像装置130と、制御装置140と、給排気装置160と、空気冷却装置162とを有する。給排気装置160は、空気供給管164A及び空気排出管164Bを介して撮像装置130に接続されている。空気供給管164Aに空気冷却装置162が設けられている。表示装置150は、8Kレベル以上のフレーム画像を表示する。表示装置150として、例えば30インチ以上の大画面モニタを使用することにより、多数の人が同時に自然な画像を観察することができる。 The endoscope camera device 100 includes an endoscope 110, a lens mount 116 having an imaging lens 114, an illumination device 120, an imaging device 130, a control device 140, an air supply/exhaust device 160, and an air cooling device. 162. The air supply/exhaust device 160 is connected to the imaging device 130 via an air supply pipe 164A and an air discharge pipe 164B. An air cooling device 162 is provided in the air supply pipe 164A. The display device 150 displays frame images of 8K level or higher. By using a large screen monitor of, for example, 30 inches or more as the display device 150, many people can observe a natural image at the same time.

撮像装置130、制御装置140、給排気装置160及び空気冷却装置162の詳細に以下に詳細に説明する。ここでは、内視鏡110の例として、硬性挿入部111を有する硬性鏡を例として説明するが、軟性挿入部を有する軟性鏡であってもよい。 Details of the imaging device 130, the control device 140, the ventilation device 160 and the air cooling device 162 are described in detail below. Here, as an example of the endoscope 110, a rigid endoscope having a rigid insertion section 111 will be described as an example, but a flexible endoscope having a flexible insertion section may be used.

照明装置120は、適当な光源、例えば、キセノンランプ又はLED(Light Emitting
Diode)を備える。照明装置120には光ファイバー121が接続されている。光ファイバー121は、内視鏡110に設けられた接続部112に接続され、更に、硬性挿入部111の外面に沿って先端部110Aまで延びている。照明装置120からの光は、光ファイバー121を介して、内視鏡110の先端部110Aまで導かれる。先端部110Aから出射した照明光は撮像対象を照射する。
Illumination device 120 includes a suitable light source, such as a xenon lamp or LED (Light Emitting
Diode). An optical fiber 121 is connected to the illumination device 120 . The optical fiber 121 is connected to a connection portion 112 provided on the endoscope 110 and extends along the outer surface of the rigid insertion portion 111 to the distal end portion 110A. Light from illumination device 120 is guided to distal end portion 110A of endoscope 110 via optical fiber 121 . The illumination light emitted from the tip portion 110A irradiates the object to be imaged.

内視鏡110の内端部110B、即ち、アイピースは、レンズマウント116に装着される。レンズマウント116は、撮像装置130のマウント部130Aに装着される。 An inner end 110B, or eyepiece, of endoscope 110 is mounted in lens mount 116 . The lens mount 116 is attached to the mount section 130A of the imaging device 130 .

図2を参照して、本例の内視鏡カメラ装置100の構成、冷却機能及び冷却空気の流れを説明する。本例では、撮像装置130は8Kレベル以上の解像度の高い画像、すなわち空間分解能の優れた画像を生成する。撮像装置130は筐体131を有する。筐体131の前端には結像レンズ114を備えたレンズマウント116が装着されている。結像レンズ114の背後に固体撮像素子1311が設けられている。固体撮像素子1311の前面には反射防止ガラス1315が装着されている。固体撮像素子1311は基板1312の上に搭載されている。固体撮像素子1311の裏面には第1のヒートシンク1316が装着されている。固体撮像素子1311として、CMOS(complementary metal oxide semiconductor)イメージセンサ、又は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサが使用可能である。本例では、固体撮像素子1311として、CMOSイメージセンサを用いる。 The configuration, cooling function, and flow of cooling air of the endoscope camera device 100 of this example will be described with reference to FIG. In this example, the imaging device 130 generates an image with a high resolution of 8K level or higher, that is, an image with excellent spatial resolution. The imaging device 130 has a housing 131 . A lens mount 116 having an imaging lens 114 is attached to the front end of the housing 131 . A solid-state imaging device 1311 is provided behind the imaging lens 114 . An antireflection glass 1315 is attached to the front surface of the solid-state imaging device 1311 . A solid-state imaging device 1311 is mounted on a substrate 1312 . A first heat sink 1316 is attached to the back surface of the solid-state imaging device 1311 . As the solid-state imaging device 1311, a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensor or a CCD (Charge Coupled Device) image sensor can be used. In this example, a CMOS image sensor is used as the solid-state imaging device 1311 .

第1のヒートシンク1316の背後にはダクト166Aが設けられている。ダクト166Aの出口は、第1のヒートシンク1316を向いており、ダクト166Aの入り口は、空気供給管164Aに接続されている。ダクト166A及び空気供給管164A内の矢印は空気流の方向を示す。 Behind the first heat sink 1316 is a duct 166A. The outlet of the duct 166A faces the first heat sink 1316, and the inlet of the duct 166A is connected to the air supply pipe 164A. Arrows in duct 166A and air supply tube 164A indicate the direction of airflow.

筐体131の内部の密閉空間の下部には、信号処理用のFPGA(Field Programmable
Gate Array)1331が設けられている。FPGA1331は基板1332の上に搭載されている。FPGA1331の表面には第2のヒートシンク1336が装着されている。
At the bottom of the closed space inside the housing 131, there is a field programmable FPGA (FPGA) for signal processing.
Gate Array) 1331 is provided. FPGA 1331 is mounted on substrate 1332 . A second heat sink 1336 is attached to the surface of the FPGA 1331 .

第2のヒートシンク1336の上側にカバー部材1338が設けられている。カバー部材1338の出口はダクト166Bに接続されている。ダクト166Bの反対側の端部は、空気排出管164Bに接続されている。ダクト166B及び空気排出管164B内の矢印は空気流の方向を示す。尚、ダクト166Bを設けずに、直接に、カバー部材1338の出口に空気排出管164Bを接続してもよい。 A cover member 1338 is provided above the second heat sink 1336 . The outlet of cover member 1338 is connected to duct 166B. The opposite end of duct 166B is connected to air exhaust tube 164B. Arrows in duct 166B and air discharge tube 164B indicate the direction of airflow. The air discharge pipe 164B may be directly connected to the outlet of the cover member 1338 without providing the duct 166B.

筐体131の内部の密閉空間には、固体撮像素子1311及びFPGA1331以外に様々な電子部品、及び、電子素子が配置されている。例えば、筐体131の内部の上部には、バイアス電源(固体撮像素子用電源基板)、FPGA用電源基板が配置されている。筐体131の内部の下部の出口の近くには、FPGA1331に隣接して光伝送用の光モジュールが配置されている。本例では、撮像装置130と制御装置140の間の信号送信は光伝送を利用して行う。これらの基板及び光モジュールは、フレキシビルケーブルによって互いに接続されている。FPGA1331は、固体撮像素子1311から得られた生データ(光電変換による画素ごとの電圧値)を画像化するためのデジタル信号に変換する。光モジュールは、24Gbpsの大容量の信号を、カメラからカメラコントロールユニット(CCU)に伝送するために、電気信号を光信号に変換する。カメラとCCUをつなぐケーブルは3m以上になるが、金属製の電気ケーブルでは、このような大容量の信号を超高速で送ろうとすると途中で減衰して届かない。そのため、光信号に変換し、光ファイバーで伝送する。 In the sealed space inside the housing 131, various electronic components and electronic elements are arranged in addition to the solid-state imaging device 1311 and the FPGA 1331. FIG. For example, a bias power supply (solid-state imaging device power supply board) and an FPGA power supply board are arranged in the upper part of the inside of the housing 131 . An optical module for optical transmission is arranged adjacent to the FPGA 1331 near the exit at the bottom inside the housing 131 . In this example, signal transmission between the imaging device 130 and the control device 140 is performed using optical transmission. These substrates and optical modules are connected to each other by flexible cables. The FPGA 1331 converts the raw data (voltage value for each pixel by photoelectric conversion) obtained from the solid-state imaging device 1311 into a digital signal for imaging. The optical module converts electrical signals into optical signals for transmission of 24 Gbps high-capacity signals from the camera to a camera control unit (CCU). The cable that connects the camera and the CCU is more than 3 meters long, but if you try to send such a high-capacity signal at ultra-high speed with a metal electric cable, it will be attenuated on the way and it won't reach you. Therefore, it is converted into an optical signal and transmitted through an optical fiber.

本例の内視鏡カメラ装置では、FPGA1331の消費電力は固体撮像素子1311の消費電力より大きい。従って、FPGA1331の発熱量は固体撮像素子1311の発熱量より大きい。本例の内視鏡カメラ装置では、FPGAとFPGA電源の消費電力の和は10~15Wであり、CMOSイメージセンサとバイアス電源の消費電力の和は4~9Wである。本願の発明者が製造した内視鏡カメラ装置の例では、FPGAとFPGA電源の消費電力の和は約11.5Wであった。CMOSイメージセンサとバイアス電源の消費電力の和は約5.5Wであった。 In the endoscope camera device of this example, the power consumption of the FPGA 1331 is larger than the power consumption of the solid-state imaging device 1311 . Therefore, the amount of heat generated by the FPGA 1331 is greater than the amount of heat generated by the solid-state imaging device 1311 . In the endoscope camera device of this example, the sum of the power consumption of the FPGA and the FPGA power supply is 10-15W, and the sum of the power consumption of the CMOS image sensor and the bias power supply is 4-9W. In the example of the endoscope camera device manufactured by the inventor of the present application, the sum of the power consumption of the FPGA and FPGA power supply was about 11.5W. The total power consumption of the CMOS image sensor and bias power supply was about 5.5W.

本例の内視鏡カメラ装置では、撮像装置130とは別個に、給排気装置160と空気冷却装置162が設けられている。撮像装置130の筐体131と給排気装置160は、空気供給管164A及び空気排出管164Bによって接続されている。空気冷却装置162は、空気供給管164Aに設けられている。空気供給管164A及び空気排出管164Bはシリコン樹脂製であってよい。 In the endoscope camera device of this example, an air supply/exhaust device 160 and an air cooling device 162 are provided separately from the imaging device 130 . The housing 131 of the imaging device 130 and the air supply/exhaust device 160 are connected by an air supply pipe 164A and an air discharge pipe 164B. The air cooling device 162 is provided on the air supply pipe 164A. The air supply pipe 164A and the air discharge pipe 164B may be made of silicone resin.

給排気装置160は、空気を強制供給する機能と空気を強制排気又は吸引する機能を有する装置であればどのようなものでもよい。例えば、強制排気と強制吸引を同時に行う単一の装置であってもよいが、空気供給装置と空気排出装置を組み合わせた形式のものであってもよい。本例では、給排気装置160は空気供給装置160Aと空気排出装置160Bを組み合わせた形式のものを用いる。空気供給装置160Aには、空気ポンプ、空気ブロア、空気ファン等がある。空気排出装置160Bには真空ポンプ等がある。本願の発明者は、コンプレッサと真空ポンプの兼用の形式のものを使用した。空気供給装置160Aには、空気供給管164Aが接続されている。空気排出装置160Bには空気排出管164Bが接続されている。 The air supply/exhaust device 160 may be any device as long as it has a function of forcibly supplying air and a function of forcibly exhausting or sucking air. For example, a single device that performs forced exhaust and forced suction at the same time may be used, or a combination of an air supply device and an air discharge device may be used. In this example, the air supply/exhaust device 160 is of a type in which an air supply device 160A and an air discharge device 160B are combined. The air supply device 160A includes an air pump, an air blower, an air fan, and the like. The air discharge device 160B includes a vacuum pump or the like. The inventors of the present application used a type of compressor and vacuum pump. An air supply pipe 164A is connected to the air supply device 160A. An air discharge pipe 164B is connected to the air discharge device 160B.

本実施形態によると、給排気装置160、即ち、空気供給装置160Aによって生成される空気圧は+5~+20kPaであり、好ましくは、+10~+20kPaである。給排気装置160、即ち、空気排出装置160Bによって生成される真空圧は-5~-20kPaであり、好ましくは、-10~-20kPaである。 According to this embodiment, the air pressure generated by the air supply/exhaust device 160, ie, the air supply device 160A, is +5 to +20 kPa, preferably +10 to +20 kPa. The vacuum pressure generated by the air exhaust device 160, ie, the air exhaust device 160B, is -5 to -20 kPa, preferably -10 to -20 kPa.

本例の内視鏡カメラ装置の密閉構造について説明する。本実施形態によると、撮像装置130の筐体131、空気供給管164A、及び、空気排出管164Bは、それぞれ密閉構造を有し、且つ、互いに密閉構造によって接続されている。従って、撮像装置130の筐体131、空気供給管164A、及び、空気排出管164Bによって1つの密閉空間が形成される。給排気装置160からの空気圧及び真空圧は、空気供給管164A、ダクト166B及び空気排出管164Bによって殆ど変化することなく、筐体131の密閉空間に供給される。 The sealing structure of the endoscope camera device of this example will be described. According to this embodiment, the housing 131 of the imaging device 130, the air supply pipe 164A, and the air discharge pipe 164B each have a sealed structure and are connected to each other by a sealed structure. Therefore, one sealed space is formed by the housing 131 of the imaging device 130, the air supply pipe 164A, and the air discharge pipe 164B. The air pressure and vacuum pressure from the air supply/exhaust device 160 are supplied to the closed space of the housing 131 with little change by the air supply pipe 164A, the duct 166B and the air discharge pipe 164B.

筐体131の内部の空気の流れを説明する。以下に、説明の便宜のため、第1のヒートシンク1316を冷却する空気流を第1の空気流と称し、第2のヒートシンク1336を冷却する空気流を第2の空気流と称する。先ず第1の空気流を説明する。給排気装置160によって生成された空気流は、空気供給管164Aを通るとき空気冷却装置162によって冷却される。冷却空気は、空気供給管164Aを経由して、ダクト166A内に導かれる。冷却空気は、ダクト166Aから第1のヒートシンク1316に放射される。上述のようにダクト166Aから放出される冷却空気の圧力は比較的高い。冷却空気は、第1のヒートシンク1316のフィン1316Bの間を通り、第1のヒートシンク1316の側部から出る。この空気は、筐体131内の密閉空間内を循環する。 The air flow inside the housing 131 will be described. Hereinafter, for convenience of explanation, the airflow that cools the first heat sink 1316 is referred to as the first airflow, and the airflow that cools the second heatsink 1336 is referred to as the second airflow. First, the first airflow will be described. Airflow generated by air supply 160 is cooled by air cooler 162 as it passes through air supply tube 164A. Cooling air is directed into duct 166A via air supply tube 164A. Cooling air is radiated from duct 166 A to first heat sink 1316 . As mentioned above, the pressure of the cooling air discharged from duct 166A is relatively high. Cooling air passes between the fins 1316 B of the first heat sink 1316 and exits the sides of the first heat sink 1316 . This air circulates within the closed space within the housing 131 .

次に、第2の空気流を説明する。カバー部材1338の上端は、ダクト166Bを介して空気排出管164Bが接続されている。上述のように、空気排出管164Bは、比較的高い真空度によって吸引する。従って、カバー部材1338の下側の空間は、比較的低圧である。一方、第2のヒートシンク1336の側面の空間は比較的高圧である。そのため、第2のヒートシンク1336の側面の空間から、カバー部材1338の下側の空間への空気の流れが生じる。カバー部材1338によって集められた空気流は、空気排出管164Bを経由して、給排気装置160、即ち、空気排出装置160Bに導かれ、そこから外気に放出される。 Next, the second airflow will be described. The upper end of cover member 1338 is connected to air discharge pipe 164B via duct 166B. As described above, the air exhaust tube 164B draws with a relatively high degree of vacuum. Accordingly, the space below cover member 1338 is at relatively low pressure. On the other hand, the space on the side of the second heat sink 1336 is relatively high pressure. Therefore, air flows from the space on the side surface of the second heat sink 1336 to the space below the cover member 1338 . The airflow collected by the cover member 1338 is led through the air exhaust pipe 164B to the air supply/exhaust device 160, that is, the air exhaust device 160B, and is discharged to the outside air therefrom.

本例の内視鏡カメラ装置では、撮像装置130の筐体131の内部の密閉空間に設けられた冷却機構は、2つのヒートシンク1316、1336とカバー部材1338と2つのダクト166A、ダクト166Bのみであり小型化が可能である。更に、本例の冷却機構は、筐体131の内部の密閉空間において回転機構も可動機構も有さない。従って、撮像装置130を手術空間にて自由に用いることができる。 In the endoscope camera device of this example, the cooling mechanism provided in the sealed space inside the housing 131 of the imaging device 130 consists only of two heat sinks 1316 and 1336, a cover member 1338, and two ducts 166A and 166B. Yes, it can be made smaller. Furthermore, the cooling mechanism of this example has neither a rotating mechanism nor a movable mechanism in the closed space inside the housing 131 . Therefore, the imaging device 130 can be freely used in the surgical space.

図3Aを参照して、固体撮像素子1311に設けた第1のヒートシンク1316について詳細に説明する。固体撮像素子1311の前面には反射防止ガラス1315が装着されている。固体撮像素子1311は基板1312の上に搭載されている。固体撮像素子1311の端子と基板1312の端子はボールグリッド1313によって電気的に接続されている。固体撮像素子1311の後面には熱伝導性接着材1314を介して第1のヒートシンク1316が装着されている。第1のヒートシンク1316は平板1316Aと複数のフィン1316Bを有する。平板1316Aは例えば正方形であってよいが矩形であってもよい。フィン1316Bの形状として、薄板状、波型状板、穴あき平板状、針状等が可能であるが、ここでは、針状とする。 The first heat sink 1316 provided in the solid-state imaging device 1311 will be described in detail with reference to FIG. 3A. An antireflection glass 1315 is attached to the front surface of the solid-state imaging device 1311 . A solid-state imaging device 1311 is mounted on a substrate 1312 . Terminals of the solid-state imaging device 1311 and terminals of the substrate 1312 are electrically connected by a ball grid 1313 . A first heat sink 1316 is attached to the rear surface of the solid-state imaging device 1311 via a thermally conductive adhesive 1314 . A first heat sink 1316 has a flat plate 1316A and a plurality of fins 1316B. The flat plate 1316A may be square, for example, but may also be rectangular. The shape of the fins 1316B may be a thin plate, a corrugated plate, a flat plate with holes, a needle shape, etc. Here, the needle shape is used.

第1の空気流を説明する。ダクト166Aから供給された冷却空気は、矢印にて示すように、第1のヒートシンク1316のフィン1316Bに平行に吹き付けられ、平板1316Aに衝突し、進路を変更し、フィン1316Bに直交する方向に進む。即ち、冷却空気は、フィン1316Bの周囲に発散する。冷却空気が第1のヒートシンク1316を通過する間に、第1のヒートシンク1316から熱を奪う。固体撮像素子1311は、第1のヒートシンク1316の平板1316Aに接触している。従って、固体撮像素子1311が発生した熱は、は、第1のヒートシンク1316を介して外気に発散する。そのため、固体撮像素子1311の高温化を防止する。 A first air flow is described. The cooling air supplied from the duct 166A is blown parallel to the fins 1316B of the first heat sink 1316, hits the flat plate 1316A, changes course, and travels in a direction orthogonal to the fins 1316B, as indicated by the arrows. . That is, the cooling air diverges around the fins 1316B. As the cooling air passes through the first heat sink 1316 , it draws heat from the first heat sink 1316 . The solid-state imaging device 1311 is in contact with the flat plate 1316A of the first heat sink 1316. As shown in FIG. Therefore, the heat generated by the solid-state imaging device 1311 is radiated to the outside air via the first heat sink 1316 . Therefore, the temperature of the solid-state imaging device 1311 is prevented from rising.

図3Bを参照して、FPGA1331に設けた第2のヒートシンク1336について詳細に説明する。FPGA1331は基板1332の上に搭載されている。FPGA1331と基板1332はボールグリッド1333によって電気的に接続されている。FPGA1331の上面には熱伝導性接着材1334を介して第2のヒートシンク1336が装着されている。第2のヒートシンク1336は平板1336Aと複数のフィン1336Bを有する。フィン1336Bの形状として、薄板状、針状等が知られているが、ここでは、針状とする。 The second heat sink 1336 provided on the FPGA 1331 will be described in detail with reference to FIG. 3B. FPGA 1331 is mounted on substrate 1332 . FPGA 1331 and substrate 1332 are electrically connected by ball grid 1333 . A second heat sink 1336 is attached to the upper surface of the FPGA 1331 via a thermally conductive adhesive 1334 . A second heat sink 1336 has a flat plate 1336A and a plurality of fins 1336B. As the shape of the fin 1336B, a thin plate shape, a needle shape, or the like is known, but here, the shape is assumed to be a needle shape.

フィン1336Bを被せるようにカバー部材1338が設けられている。カバー部材1338は、蓋状部1338Aとダクト部1338Bを有する。蓋状部1338Aは、フィン1336Bの上端を覆うように形成されている。蓋状部1338Aは、第2のヒートシンク1336は平板1336Aの外形に対応した形状の箱の蓋の形をしている。本例では、FPGA1331は正方形であり、第2のヒートシンク1336の平板1336Aは正方形である。従って、蓋状部1338Aは、正方形の箱の蓋の形状を有する。ダクト部1338Bは円形断面の曲がり管の形状を有する。蓋状部1338Aの中央にダクト部1338Bの入り口が開口している。 A cover member 1338 is provided to cover the fins 1336B. The cover member 1338 has a lid portion 1338A and a duct portion 1338B. The lid-like portion 1338A is formed to cover the upper ends of the fins 1336B. The lid portion 1338A is in the form of a box lid having a shape corresponding to the outer shape of the second heat sink 1336 and the flat plate 1336A. In this example, FPGA 1331 is square and plate 1336A of second heat sink 1336 is square. Accordingly, the lid portion 1338A has the shape of a square box lid. Duct portion 1338B has the shape of a bent pipe with a circular cross section. An entrance of the duct portion 1338B is opened at the center of the lid-like portion 1338A.

第2の空気流を説明する。カバー部材1338のダクト部1338Bは、空気排出管164Bが接続されている。従って、カバー部材1338の下方の空間は比較的低圧となる。一方、第2のヒートシンク1336の周囲は、比較的高圧である。従って、第2のヒートシンク1336の周囲から、第2のヒートシンク1336のフィン1336Bの間を通り、カバー部材1338に向かう空気の流れが生じる。FPGA1331は、第2のヒートシンク1336の平板1336Aに接触している。従って、FPGA1331が発生した熱は、第2のヒートシンク1336を介して空気流に発散する。そのため、FPGA1331の高温化を防止する。 A second air flow is described. The duct portion 1338B of the cover member 1338 is connected to the air discharge pipe 164B. Therefore, the space below cover member 1338 has a relatively low pressure. On the other hand, the area around the second heat sink 1336 is at a relatively high pressure. Therefore, air flows from the periphery of the second heat sink 1336 toward the cover member 1338 through the fins 1336B of the second heat sink 1336 . FPGA 1331 is in contact with plate 1336 A of second heat sink 1336 . Therefore, heat generated by the FPGA 1331 is dissipated into the airflow through the second heat sink 1336 . Therefore, the FPGA 1331 is prevented from becoming hot.

図4Aを参照して、空気冷却装置162の第1の例を説明する。図示のように、空気供給管164Aの一部分に放熱管1621が設けられている。放熱管1621の両端は、空気供給管164Aの端部に嵌め込められている。空気供給管164Aはシリコン樹脂製であってよい。放熱管1621は鉄、銅等の熱伝導性の高い金属によって形成されるが、熱伝導性が高い材料であれば金属以外であってもよい。放熱管1621の外径は、空気供給管164Aの内径より僅かに大きい。空気供給管164Aの端部は弾性変形し、放熱管1621の両端を覆う。本実施形態では、空気冷却装置162を設けても、空気供給管164Aの密閉構造は維持される。 A first example of the air cooling device 162 is described with reference to FIG. 4A. As illustrated, a heat sink tube 1621 is provided in a portion of the air supply tube 164A. Both ends of the heat radiating tube 1621 are fitted to the ends of the air supply tube 164A. The air supply pipe 164A may be made of silicone resin. The radiator tube 1621 is made of a metal with high thermal conductivity such as iron or copper, but may be made of a material other than metal as long as it has a high thermal conductivity. The outer diameter of the heat radiating tube 1621 is slightly larger than the inner diameter of the air supply tube 164A. The ends of the air supply pipe 164A are elastically deformed to cover both ends of the heat dissipation pipe 1621 . In this embodiment, even if the air cooling device 162 is provided, the sealed structure of the air supply pipe 164A is maintained.

本例の空気冷却装置162は、放熱管1621の外面に装着されたヒートシンク1623と、更にその外側に設けられた空冷ファン1625を有する。ヒートシンク1623は外部空間に晒されているから、高温化することはない。特に、空冷ファン1625によってヒートシンク1623は冷却される。放熱管1621はヒートシンク1623によって熱を奪われるから、放熱管1621の温度は高温化されることなく、常に低温に保持される。空気供給管164Aの内部を移動する空気は、放熱管1621を通過する間に放熱管1621の内面に接触する。それによって空気は冷却化される。尚、本例では、空冷ファン1625を設けているが、空冷ファン1625を省略してもよい。 The air cooling device 162 of this example has a heat sink 1623 attached to the outer surface of the heat radiation tube 1621 and an air cooling fan 1625 provided further outside thereof. Since the heat sink 1623 is exposed to the external space, it does not become hot. In particular, the heat sink 1623 is cooled by the air cooling fan 1625 . Since the heat sink 1623 absorbs heat from the heat sink 1621, the temperature of the heat sink 1621 is always maintained at a low temperature. The air moving inside the air supply pipe 164A contacts the inner surface of the heat radiating pipe 1621 while passing through the heat radiating pipe 1621 . The air is thereby cooled. In this example, the air cooling fan 1625 is provided, but the air cooling fan 1625 may be omitted.

図4Bを参照して、空気冷却装置162の第2の例を説明する。図4Aの例と同様に、空気供給管164Aの一部分に放熱管1621が設けられている。本例の空気冷却装置162は、ペルチエ素子1627を有する。ペルチエ素子1627は、吸熱部と放熱部を有する。放熱管1621の外面にペルチエ素子1627の吸熱部を装着し、ペルチエ素子1627の放熱部を外部空間に露出させる。放熱管1621はペルチエ素子1627によって熱を奪われるから、放熱管1621の温度は高温化されることなく、常に低温に保持される。空気供給管164Aの内部を移動する空気は、放熱管1621を通過する間に放熱管1621の内面に接触する。それによって空気は冷却化される。 A second example of the air cooling device 162 is described with reference to FIG. 4B. As in the example of FIG. 4A, a heat sink tube 1621 is provided in a portion of the air supply tube 164A. The air cooling device 162 of this example has a Peltier element 1627 . The Peltier element 1627 has a heat absorption portion and a heat dissipation portion. The heat absorbing portion of the Peltier element 1627 is attached to the outer surface of the heat radiating tube 1621, and the heat radiating portion of the Peltier element 1627 is exposed to the external space. Since the heat radiation tube 1621 is deprived of heat by the Peltier element 1627, the temperature of the radiation tube 1621 is always maintained at a low temperature without being elevated. The air moving inside the air supply pipe 164A contacts the inner surface of the heat radiating pipe 1621 while passing through the heat radiating pipe 1621 . The air is thereby cooled.

図4Cを参照して、空気冷却装置162の第3の例を説明する。図4Aに例と同様に、空気供給管164Aの一部分に放熱管1621が設けられている。本例の空気冷却装置162は、細管1629を有する。細管1629は、放熱管1621の内部を蛇行するように延びており、細管1629の両端は、放熱管1621の外側に配置されている。細管1629内に冷媒が流れる。冷媒として冷水が用いられてよいが、液体窒素、液体空気を用いてもよい。空気供給管164Aの内部を移動する空気は、放熱管1621を通過する間に細管1629の外面に接触する。それによって空気は冷却化される。 A third example of the air cooling device 162 is described with reference to FIG. 4C. A heat sink tube 1621 is provided in a portion of the air supply tube 164A as in the example of FIG. 4A. The air cooler 162 in this example has capillaries 1629 . The narrow tube 1629 extends in a meandering manner inside the heat radiating tube 1621 , and both ends of the thin tube 1629 are arranged outside the heat radiating tube 1621 . Refrigerant flows in the narrow tube 1629 . Cold water may be used as the coolant, but liquid nitrogen or liquid air may also be used. The air moving inside the air supply pipe 164A contacts the outer surface of the thin tube 1629 while passing through the heat dissipation tube 1621 . The air is thereby cooled.

図4A~図4Cを参照して、空気冷却装置162の例として、ヒートシンク1623、空冷ファン1625、ペルチエ素子1627、及び、内部に冷媒が流れる細管1629を説明した。これらの空気冷却装置162の例は適宜組み合わせて用いることができる。例えば、図4Aの例と図4Bの例又は図4Cの例を組み合わせてもよいし、図4Bの例と図4Cの例を組み合わせてもよい。 As examples of the air cooling device 162, the heat sink 1623, the air cooling fan 1625, the Peltier element 1627, and the thin tube 1629 through which the coolant flows have been described with reference to FIGS. 4A to 4C. These air cooling device 162 examples can be used in combination as appropriate. For example, the example of FIG. 4A and the example of FIG. 4B or the example of FIG. 4C may be combined, or the example of FIG. 4B and the example of FIG. 4C may be combined.

図5を参照して制御装置140の構成を説明する。制御装置140は、カメラコントロールユニット(CCU)と称され、撮像装置130からの撮像信号(輝度データ)を映像信号(フレームデータ)に変換し、表示装置150に送信する。制御装置140は制御部141、画像処理部142、記憶部143、入出力IF144及び入力装置145を有する。制御部141は、内視鏡カメラ装置全体及び各部を制御する。制御部141は、撮像装置130から送信された画像データを順次受信し、記憶部143に順次格納する。画像処理部142は記憶部143に格納された画像データを拡大縮小(倍率調整)、ノイズ除去、鮮明化、画像変換等の加工処理を行う。フレームデータの倍率調整にはデジタルズームを使用する。 The configuration of the control device 140 will be described with reference to FIG. The control device 140 is called a camera control unit (CCU), converts an imaging signal (brightness data) from the imaging device 130 into a video signal (frame data), and transmits the video signal (frame data) to the display device 150 . The control device 140 has a control section 141 , an image processing section 142 , a storage section 143 , an input/output IF 144 and an input device 145 . The control unit 141 controls the entire endoscope camera device and each unit. The control unit 141 sequentially receives the image data transmitted from the imaging device 130 and sequentially stores the image data in the storage unit 143 . The image processing unit 142 processes the image data stored in the storage unit 143, such as enlargement/reduction (magnification adjustment), noise removal, sharpening, and image conversion. Digital zoom is used to adjust the magnification of frame data.

記憶部143は、制御部141の動作プログラム、画像処理部142の動作プログラム、撮像装置130から受信した画像データ、画像処理部142が再生したフレームデータ、処理したフレームデータ等を記憶する。 The storage unit 143 stores an operation program of the control unit 141, an operation program of the image processing unit 142, image data received from the imaging device 130, frame data reproduced by the image processing unit 142, processed frame data, and the like.

本例の内視鏡カメラ装置の小型化について説明する。本例の内視鏡カメラ装置では、従来のカメラ本体に設けられた素子を可能な限り制御装置140に移転し、照明装置120を撮像装置130の外部に設けることとした。更に、撮像装置130から冷却用ファン等が除去されている。従って、構造的に撮像装置130の軽量化が実現される。更に、カメラ本体の筐体131の材料を、アルミ合金等の軽金属、繊維強化プラスチック(FRP)、炭素繊維等の軽量材とすることにより筐体131の軽量化が図れる。 The miniaturization of the endoscope camera device of this example will be described. In the endoscope camera device of this example, the elements provided in the conventional camera body are transferred to the control device 140 as much as possible, and the lighting device 120 is provided outside the imaging device 130 . Furthermore, a cooling fan and the like are removed from the imaging device 130 . Therefore, structural weight reduction of the imaging device 130 is realized. Further, the weight of the housing 131 of the camera body can be reduced by using light metal such as aluminum alloy, fiber reinforced plastic (FRP), carbon fiber and the like.

図6A及び図6Bは、本願の発明者が行った実験の結果を示す。この実験では、冷却空気供給機構を設けない場合のCMOSイメージセンサの温度を測定した。筐体131よりカバー部材1338と2つのダクト166A、ダクト166Bを除去した。外気温度は26℃であった。電源を入れ、測定を開始した。図6Aに示すように、測定開始から8分13秒(493秒)で温度が90℃となった。図6Bに示すように、測定開始から20分過ぎると温度が110℃を超えた。 6A and 6B show the results of experiments conducted by the inventors of the present application. In this experiment, the temperature of the CMOS image sensor was measured without providing the cooling air supply mechanism. The cover member 1338 and the two ducts 166A and 166B are removed from the housing 131. FIG. The ambient temperature was 26°C. Turn on the power and start measuring. As shown in FIG. 6A, the temperature reached 90° C. after 8 minutes and 13 seconds (493 seconds) from the start of measurement. As shown in FIG. 6B, the temperature exceeded 110° C. after 20 minutes from the start of measurement.

図7は、本願の発明者が行った実験の結果を示す。この実験では、本発明による冷却空気供給機構を設けた内視鏡カメラ装置を用いた。FPGAの消費電力とFPGA電源の消費電力の和は約11.5Wであった。CMOSイメージセンサの消費電力とバイアス電源の消費電力の和は約5.5Wであった。尚、光モジュールの消費電力は約2.5Wであった。給排気装置160として真空ポンプ及びコンプレッサ兼用型ポンプを用いた。このポンプの吸引流量は約32L/M(最大吸引圧=-80kPa)であった。 FIG. 7 shows the results of experiments conducted by the inventors of the present application. In this experiment, an endoscope camera device provided with a cooling air supply mechanism according to the present invention was used. The sum of the power consumption of the FPGA and the power consumption of the FPGA power supply was about 11.5W. The sum of the power consumption of the CMOS image sensor and the power consumption of the bias power supply was about 5.5W. The power consumption of the optical module was about 2.5W. A combined vacuum pump and compressor pump was used as the air supply/exhaust device 160 . The suction flow rate of this pump was about 32 L/M (maximum suction pressure = -80 kPa).

先ず、空気ポンプのスイッチを入れ、次に、カメラ電源を入れて、FPGA、バイアス電源、及び、CMOSイメージセンサの温度測定を開始した。外気の温度は26℃であった。測定開始から33分後にカメラスイッチをオフにした。図7の3つの曲線のうち一番上側の一点鎖線の曲線はFPGAの温度、その下側の破線の曲線はバイアス電源の温度、最も下側の実線の曲線はCMOSイメージセンサの温度である。 First, the air pump was turned on, then the camera power was turned on, and temperature measurement of the FPGA, bias power supply, and CMOS image sensor was started. The temperature of the outside air was 26°C. The camera was switched off 33 minutes after the start of measurement. Of the three curves in FIG. 7, the uppermost one-dot chain line curve is the temperature of the FPGA, the lower dashed line curve is the temperature of the bias power supply, and the lowermost solid line curve is the temperature of the CMOS image sensor.

測定開始後のFPGAの温度は約52℃であり、バイアス電源の温度は38℃であり、CMOSイメージセンサの温度は32℃であった。即ち、FPGAの温度は、CMOSイメージセンサの温度より高い。測定開始から30分後のFPGAの温度は63℃であり、バイアス電源の温度は59℃であり、CMOSイメージセンサの温度は48℃であった。FPGAの温度は外気温度より37℃高い。しかしながら、この程度の温度では、FPGAの機能の劣化は起きない。 After starting the measurement, the temperature of the FPGA was about 52°C, the temperature of the bias power supply was 38°C, and the temperature of the CMOS image sensor was 32°C. That is, the temperature of the FPGA is higher than the temperature of the CMOS image sensor. Thirty minutes after the start of measurement, the temperature of the FPGA was 63°C, the temperature of the bias power supply was 59°C, and the temperature of the CMOS image sensor was 48°C. The FPGA temperature is 37° C. higher than the ambient temperature. However, at this temperature, the functional degradation of the FPGA does not occur.

図6A及び図6Bのグラフと図7のグラフを比較すると、本例の冷却空気供給機構を設けることにより、CMOSイメージセンサの温度を著しく低下させることができることがわかる。従って、本例の本例の冷却空気供給機構を設けることにより、CMOSイメージセンサばかりでなく、FPGA、及び、バイアス電源の温度を下げることができるといえる。 Comparing the graphs of FIGS. 6A and 6B with the graph of FIG. 7 shows that the temperature of the CMOS image sensor can be significantly lowered by providing the cooling air supply mechanism of this example. Therefore, by providing the cooling air supply mechanism of this example, it can be said that the temperature of not only the CMOS image sensor but also the FPGA and the bias power supply can be lowered.

以上、本発明の実施形態によれば、超小型の密封空間を有し発熱量が大きい8K内視鏡カメラに適合する冷却機構を有する、内視鏡カメラ装置及び内視鏡カメラシステムを提供することができる。また、回転機構及びペルチエ素子を含まない冷却機構を有する内視鏡カメラ装置及び内視鏡カメラシステムを提供することができる。 As described above, according to the embodiments of the present invention, an endoscope camera device and an endoscope camera system having a cooling mechanism suitable for an 8K endoscope camera that has a very small sealed space and generates a large amount of heat are provided. be able to. Also, it is possible to provide an endoscope camera device and an endoscope camera system having a cooling mechanism that does not include a rotation mechanism and a Peltier element.

以上、本実施の形態について説明したが、本発明は以上の実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施の形態に種々の変更を加えられることは明白である。 Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and it is obvious that various modifications can be made to the embodiment without departing from the scope of the present invention. be.

例えば、筐体の形状は、図1の例に限定されない。筐体内のFPGAの設置位置は図2の例に限定されない。例えば、FPGAを分散配置することが可能なら、カバー部材をFPGA毎に配置すればよい。更に、FPGAは筐体の底面に垂直に設置されても良い。また、ダクトの配置も適宜変更可能である。 For example, the shape of the housing is not limited to the example in FIG. The installation position of the FPGA in the housing is not limited to the example shown in FIG. For example, if it is possible to distribute the FPGAs, a cover member may be arranged for each FPGA. Additionally, the FPGA may be installed vertically on the bottom surface of the housing. Also, the arrangement of the ducts can be changed as appropriate.

本発明は、内視鏡カメラに利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for endoscope cameras.

100…内視鏡カメラ装置、110…内視鏡、110A…先端部、110B…内端部、111…硬性挿入部、112…接続部、114…結像レンズ、116…レンズマウント、120…照明装置、121…光ファイバー、130…撮像装置、130A…マウント部、131…筐体、140…制御装置、141…制御部、142…画像処理部、143…記憶部、150…表示装置、160…給排気装置、160A…空気供給装置、160B…空気排出装置、162…空気冷却装置、164A…空気供給管、164B…空気排出管、166A、166B…ダクト、1311…固体撮像素子、1312…基板、1313…ボールグリッド、1314…熱伝導性接着材、1315…反射防止ガラス、1316…ヒートシンク、1316A…平板、1316B…フィン、1621…放熱管、1623…ヒートシンク、1625…空冷ファン、1627…ペルチエ素子、1629…細管、1331…FPGA、1332…基板、1333…ボールグリッド、1334…熱伝導性接着材、1336…ヒートシンク、1336A…平板、1336B…フィン、1338…カバー部材、1338A…蓋状部、1338B…ダクト部DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... Endoscope camera apparatus, 110... Endoscope, 110A... Tip part, 110B... Inner end part, 111... Hard insertion part, 112... Connection part, 114... Imaging lens, 116... Lens mount, 120... Illumination Apparatus 121 Optical fiber 130 Imaging device 130A Mount unit 131 Housing 140 Control device 141 Control unit 142 Image processing unit 143 Storage unit 150 Display device 160 Supply Exhaust device 160A Air supply device 160B Air exhaust device 162 Air cooling device 164A Air supply pipe 164B Air exhaust pipe 166A, 166B Duct 1311 Solid-state imaging device 1312 Substrate 1313 Ball grid 1314 Thermally conductive adhesive 1315 Antireflection glass 1316 Heat sink 1316A Flat plate 1316B Fin 1621 Radiator tube 1623 Heat sink 1625 Cooling fan 1627 Peltier element 1629 1331: FPGA 1332: Substrate 1333: Ball grid 1334: Thermally conductive adhesive 1336: Heat sink 1336A: Flat plate 1336B: Fin 1338: Cover member 1338A: Lid-shaped part 1338B: Duct Department

Claims (9)

内視鏡と;密閉空間を形成する筐体を備えるカメラ本体と;前記筐体に接続された空気供給管及び空気排出管と;前記空気供給管を経由して前記筐体内に空気を強制供給し且つ前記空気排出管を経由して前記筐体内から空気を強制排気する給排気装置と;前記空気供給管を流れる空気を冷却する空気冷却装置と;を有し、
前記筐体、前記空気供給管及び前記空気排出管は1つの密閉空間を形成するように接続され、
前記カメラ本体は、前記筐体の端部に設けられた8Kレベルの固体撮像素子と、該固体撮像素子に設けられた第1のヒートシンクと、前記筐体内に設けられた信号処理用のFPGAと、該FPGAに設けられた第2のヒートシンクと、該第2のヒートシンクを覆い前記空気排出管に接続されたカバー部材と、を有し、
前記筐体内において、前記第1のヒートシンクを冷却する第1の空気流と前記第2のヒートシンクを冷却する第2の空気流が生成され、前記第1の空気流は、前記空気供給管から供給された冷却空気が前記第1のヒートシンクに吹き付けられ、前記第1のヒートシンクのフィンの間を通り前記第1のヒートシンクの周囲に発散するように構成され、前記第2の空気流は、前記第2のヒートシンクの周囲から前記第2のヒートシンクのフィンの間を通り前記カバー部材を経由して、前記空気排出管に流れるように構成されていることを特徴とする;
内視鏡カメラ装置。
an endoscope; a camera body having a housing that forms an enclosed space; an air supply pipe and an air discharge pipe connected to the housing; and forcibly supplying air into the housing via the air supply pipe and an air supply/exhaust device that forcibly exhausts air from the housing via the air discharge pipe; and an air cooling device that cools the air flowing through the air supply pipe;
the housing, the air supply pipe and the air discharge pipe are connected to form one sealed space;
The camera body includes an 8K-level solid-state imaging device provided at the end of the housing, a first heat sink provided in the solid-state imaging device, and a signal processing FPGA provided in the housing. , a second heat sink provided on the FPGA, and a cover member covering the second heat sink and connected to the air exhaust pipe,
A first air flow for cooling the first heat sink and a second air flow for cooling the second heat sink are generated within the housing, the first air flow being supplied from the air supply pipe. cooled air is directed against the first heat sink and is configured to pass between the fins of the first heat sink and diverge around the first heat sink; from the periphery of the second heat sink, through the fins of the second heat sink, through the cover member, and to the air discharge pipe;
Endoscope camera device.
請求項1に記載の内視鏡カメラ装置において、
前記固体撮像素子は、7680×4320画素を有するCMOSイメージセンサによって構成され、前記FPGAの消費電力は前記固体撮像素子の消費電力より大きいことを特徴とする;
内視鏡カメラ装置。
The endoscope camera device according to claim 1, wherein
The solid-state imaging device is composed of a CMOS image sensor having 7680 × 4320 pixels, and the power consumption of the FPGA is greater than the power consumption of the solid-state imaging device;
Endoscope camera device.
請求項1に記載の内視鏡カメラ装置において、
前記空気冷却装置は、前記空気供給管の一部に設けられた放熱管と該放熱管の外面に装着されたヒートシンクを有することを特徴とする;
内視鏡カメラ装置。
The endoscope camera device according to claim 1, wherein
The air cooling device is characterized in that it has a heat radiating pipe provided in a part of the air supply pipe and a heat sink attached to the outer surface of the heat radiating pipe;
Endoscope camera device.
請求項1に記載の内視鏡カメラ装置において、
前記空気冷却装置は、前記空気供給管の一部に設けられた放熱管と該放熱管の外面に装着されたペルチエ素子を有することを特徴とする;
内視鏡カメラ装置。
The endoscope camera device according to claim 1, wherein
The air cooling device is characterized by having a heat radiating pipe provided in a part of the air supply pipe and a Peltier element mounted on the outer surface of the heat radiating pipe;
Endoscope camera device.
請求項1に記載の内視鏡カメラ装置において、
前記空気冷却装置は、前記空気供給管の一部に設けられた放熱管と該放熱管の内部に設けられた細管と、該細管内を流れる冷媒と、を有し、前記細管の両端は、前記放熱管の外側に配置されていることを特徴とする;
内視鏡カメラ装置。
The endoscope camera device according to claim 1, wherein
The air cooling device has a heat radiating pipe provided in a part of the air supply pipe, a thin tube provided inside the heat radiating tube, and a refrigerant flowing in the thin tube, and both ends of the thin tube are characterized in that it is arranged outside the heat sink;
Endoscope camera device.
請求項1に記載の内視鏡カメラ装置において、
前記筐体内にダクトが設けられ、該ダクトの一端は前記空気供給管に接続され、該ダクトの他端は前記第1のヒートシンクに向いていることを特徴とする;
内視鏡カメラ装置。
The endoscope camera device according to claim 1, wherein
A duct is provided in the housing, one end of the duct is connected to the air supply pipe, and the other end of the duct is directed to the first heat sink;
Endoscope camera device.
請求項1に記載の内視鏡カメラ装置において、
前記カバー部材は、前記第2のヒートシンクの外形に対応した形状の蓋状部と、前記空気排出管に接続されたダクト部と、を有し、該ダクト部は前記蓋状部の中央に開口していることを特徴とする;
内視鏡カメラ装置。
The endoscope camera device according to claim 1, wherein
The cover member has a lid-shaped portion having a shape corresponding to the outer shape of the second heat sink, and a duct portion connected to the air discharge pipe, and the duct portion opens at the center of the lid-shaped portion. characterized in that
Endoscope camera device.
請求項1に記載の内視鏡カメラ装置において、
前記給排気装置は、-5~-20kPaの真空圧を生成する真空ポンプと+5~+20kPaの空気圧を生成するコンプレッサを組みわせた形式のポンプ装置によって構成されていることを特徴とする;
内視鏡カメラ装置。
The endoscope camera device according to claim 1, wherein
The air supply/exhaust device is characterized by being constituted by a pumping device that combines a vacuum pump that generates a vacuum pressure of -5 to -20 kPa and a compressor that generates an air pressure of +5 to +20 kPa;
Endoscope camera device.
請求項1に記載の内視鏡カメラ装置において、前記筐体内に回転機構又はペルチエ素子を有さないことを特徴とする;
内視鏡カメラ装置。
2. The endoscopic camera device according to claim 1, wherein said housing does not have a rotating mechanism or a Peltier element;
Endoscope camera device.
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