JPH0477884B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は体腔内部や機械的構体的内部を観察す
るための内視鏡、特に先端に固体撮像装置を内蔵
した内視鏡に関するものである。

従来技術 従来の内視鏡は、被検体内部に挿入される可撓
性外筒の内部にオプチカルフアイバ束より成るラ
イトガイドとイメージガイドとを延在させ、外部
に設けた照明光源から放射される光をライトガイ
ドを経て内視鏡先端まで導き、照明レンズ系を経
て被検体に照射し、被検体の像を対物レンズ系お
よびイメージガイドを経て外部へ導き、接眼レン
ズ系を介して直接観察するかまたは撮像装置で撮
像してモニタ上に表示するようにしている。この
ようなイメージガイドを用いた従来の内視境にお
ける分解能はイメージガイドを構成するフアイバ
の径で決まるが、フアイバ径を実状よりもさらに
細くするには非常に困難であり、分解能はほぼ限
界に達してある。また、イメージガイドは破損し
易いので耐久性の点でも問題がある。

このような問題を解決するために、内視境先端
に小形の撮像装置を組込み、これによつて被検体
像を撮像して画像信号に変換し、この画像信号を
導線を経て外部へ導き、モニタ上に被検体像を表
示することが提案されている。撮像装置として
は、CCD、BBD、MOS−FET、ARRAY、PIN
−PHOTODIODE ARRAY、SIT−ARRAYな
どの半導体固体撮像装置が開発されており、これ
らの固体撮像装置は小形でありながら分解能が高
く、しかも寿命も長いという特長を有しており、
内視境に内蔵するのに好適である。本願人はこの
ような固体撮像装置を内蔵した内視境を既に提案
しているが、固体撮像装置のダイナミツクレンジ
は温度に応じて大きく変動するため、使用状況に
よつては良好な画像が得られないことを確めた。

第１図はCCDより成る代表的な固体撮像装置
の温度特性を示すものであり、暗電流I_Dは温度の
上昇と共に増大するのに対し飽和電流I_Sは温度変
化に対しても一定であるため、ダイナミツクレン
ジが温度の上昇と共に減少することになる。した
がつて高品位の画像を得るためには固体画像装置
の動作温度を低い一定の値に維持する必要があ
る。しかしながら、内視鏡先端は、ライトガイド
を経て伝播される照明光の輻射熱、被検体から放
射される熱、固体撮像装置自体から放射される熱
のため、高温になり易く、固体撮像装置の動作温
度を一定の低い温度に維持することはできない。
このため、何んらかの冷却手段を講ずる必要があ
るが、内視鏡の径は非常に小さく、固体撮像装置
を冷却する手段を組込むだけの十分なスペースが
得られにくいという問題がある。例えば体腔内観
察用の内視鏡では、上述したライトガイドの他に
標本を採取するための鉗子およびこれを操作する
ためのワイヤが挿通されていると共に対物レンズ
系の先頭レンズを洗浄するための送水チユーブ
や、先頭レンズに付着した洗浄水を吹き飛ばした
り体腔を膨らませたりする送風チユーブなども挿
通されており、冷却のために利用できるスペース
は非常に限られている。

内視鏡先端に組込んだ固体撮像装置を冷却する
ことは従来提案されており、例えば特開昭53−
45081号、同55−26998号、同58−46934号公報な
どに記載されているが、従来の方法はいずれも固
体撮像装置を十分に冷却することが困難であり、
十分実用に供するものでない。例えば特開昭53−
45081号公報には固体撮像装置と密着または接近
させて電子冷却用熱電素子を配置することが示さ
れているが、電子冷却用熱電素子の放熱側から放
射されて内視鏡先端内部に蓄積される熱について
の対策がなされていないため固体撮像装置の冷却
効率は悪く、十分良好な特性を維持することはで
きない欠点がある。また、特開昭58−46934号公
報には、照明用ライトガイドを送水管または送気
管内に配置してライトガイドの冷却を行なうよう
にした内視鏡が開示されているが、ライトガイド
をその先端部まで冷却することはできず、先端部
における照明光の輻射熱を十分有効に除去するこ
ともできず、固体撮像装置への熱膨張を十分良好
に阻止することはできない。

さらに上述した問題はライトガイドの代りに内
視鏡先端にランプや発光ダイオードを設けた内視
鏡においても同様に発生するものである。

目 的 本発明の目的は上述した従来の欠点を除去し、
先端に内蔵した固体撮像装置を十分有効に冷却す
ることでき、したがつて使用中暗電流を低いほぼ
一定の値に維持して広いダイナミツクレンジを確
保でき、高品位の画像を得ることができる内視鏡
を提供しようとするものである。

概要 本発明の固体撮像装置を内蔵した内視鏡は、被
検体内部に挿入される外筒の先端に設けられた光
源から射出される光により照明される被検体像を
外筒先端に設けた対物レンズ系により外筒先端内
部に配置した固体撮像装置に結像させるように
し、前記光源の近傍でかつ外筒先端面近傍に電子
冷却用熱電素子を配置するとともにこの電子冷却
用熱電素子の放熱側から放射される熱を外筒内部
に延在させたヒートパイプを経て外部へ放出させ
るよう構成したことを特徴とするものである。

本発明において、「光源」とは、ライトガイド
の出射端を意味すると共に内視鏡先端に配置した
ランプや発光ダイオードなどを意味するものであ
る。

実施例 次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第２図は本発明の内視鏡の一例の構成を示す先
端正面図であり、第３図は第２図の−線で切
つた断面図である。本例の内視鏡は直視形の体腔
内観察用のものであり被検体内部に挿入される可
撓性外筒１の先端に、例えばステンレススチール
より成る先端本体２を嵌着する。この先端本体２
には数個のチヤンネル２ａ〜２ｅを形成する。一
対のライトガイドチヤンネル２ａにはオプチカル
フアイバ束より成るライトガイド３を挿入し、先
端には凹レンズ４を嵌合する。このライトガイド
の先端は「光源」を構成するものである。ライト
ガイド３はカバーチユーブ５により被覆し、外筒
１の内部を延在させ、操作部へ導き、照明光源に
結合する。対物観察チヤネル２ｂ内部には先端に
対物レンズ系６を嵌合すると共に内部に固体撮像
装置７を嵌合する。固体撮像装置７に接続された
導線束８は可撓性チユーブ１３を経て外筒内部を
延在させて操作部へ導き、信号処理回路に接続す
る。送気チヤンネル２Ｃには送気チユーブ９を連
結すると共に先端には送気ノズル１０を取付け、
対物レンズ系６の先頭レンズに向け送気できるよ
うにする。送水チヤンネル２ｄには送水チユーブ
を連結すると共に先端には送水ノズル１１を設
け、対物レンズ系６の先頭レンズに送水して汚物
等を洗い流すことができるようにする。また、送
気ノズル１０は先頭レンズに付着した洗浄水を吹
き飛ばすと共に必要に応じて被検体内部に送気し
てこれを膨ませることができるようにする。鉗子
チヤネル２ｅには被検体標本を採取するための鉗
子およびこれを外部より操作するためのワイヤを
挿通することができるようになつている。先端本
体２の外周面にはねじ溝を形成し、ここに先端フ
ード１２を螺合する。

本発明においては、第３図に明瞭に示すように
ライトガイド３の出射端、すなわち光源の近傍に
電子冷却用熱電子素子、例えばペルチエ素子２０
を配置し、ライトガイド３から放射される照明光
の輻射熱を除去して固体撮像装置７が過度に加熱
されないようにする。さらにペルチエ素子２０の
放熱側にヒートパイプ２１の一端を配置し、この
ヒートパイプ２１を可撓性を有するものとして外
筒１の内部を延在させて他端を操作部へ導く。こ
のように構成すると、ライトガイド３から放射さ
れる照明光の輻射熱はペルチエ素子２０により吸
収除去され、さらにペルチエ素子２０の放熱側か
ら放射される熱はヒートパイプ２１を経て外筒１
内を電播させ、操作部において外部へ放熱させる
ことができる。したがつて内視鏡先端の温度を使
用中所定の低い温度に維持することができ、固体
撮像装置７の動作温度も上昇せず、暗電流を低い
値に抑えることができるので、広いダイナミツク
レンジが安定して得られることになる。その結
果、固体撮像装置７の出力画像信号を適切に処理
した後モニタに供給することによりモニタ上に高
品位の被検体像を表示することができる。また、
本実施例のようにペルチエ素子２０から放射され
る熱をヒートパイプ２１を経て外部へ放射させる
ようにすると、ペルチエ素子２０の冷却効果は著
しく向上するので、被検体から放射される熱も有
効に除去することができるので、被検体の温度が
高くても先端部の温度、したがつて固体撮像装置
７の動作温度を低く抑えることができる。

第４図は本発明の内視鏡の他の実施例の構成を
示す断面図であり、本例では側視形の体腔内観察
用の内視鏡として構成したものである。本例にお
いて前例と対応する部分には対応した符号を付け
て示し、その説明は省略する。本例では先端本体
３０にはライトガイド３が挿通するチヤンネル
と、対物レンズ系６および固体撮像装置７が収納
されるチヤンネルと、送気および送水兼用ノズル
３１が挿通するチヤンネルとが形成されている。
送気および送水兼用ノズルは二股パイプ３２に連
結され、この二股パイプは送水チユーブ３３およ
び送水チユーブ３４に連結されている。ペルチエ
素子２０をライトガイド３の射出端の近傍に配置
し、その放熱側にヒートパイプ２１の一端を配置
し、このヒートパイプを外筒１を経て操作部まで
延在させる。先端本体３０とライトガイド３との
間は接着剤３５を充填する。本例においてもライ
トガイド３から放射される光の輻射熱のために最
も高温となるライトガイド射出端の熱をペルチエ
素子２０およびヒートパイプ２１を経て内視鏡外
部へ放出させるようにしたため、固体撮像装置７
の動作温度を低い温度に維持することができる。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
ではなく幾多の変更を加えることができる。例え
ば上述した例ではペルチエ素子はライトガイド出
射端の近傍の一部分にのみ配置したが、もつと広
い範囲に亘つて配置することもでき、出射端の全
周を囲うように配置することもできる。さらに、
上述した例ではペルチエ素子の放熱側から放出さ
れる熱をヒートパイプを介して外部へ導くように
したが、他の熱伝達媒体、例えば冷却用空気流ま
たは冷却用水流によつて放熱するようにしてもよ
い。更に、上述した例では、光源からの光をライ
トガイドを経て外筒先端から射出させるようにし
たが、ライトガイドを用いることなく、ランプや
発光ダイオード等の光源を外筒先端部に設けて被
検体を照明するよう構成することもできる。この
場合、赤、青、緑の三色で発光する発光ダイオー
ドを順次に発光させるようにすれば、固体撮像装
置の受光面に設けたカラーフイルタは不要であ
る。

発明の効果 上述したように、本発明による内視鏡において
は、最も高温となる光源近傍でかつ内視鏡先端面
近傍に電子冷却用熱電素子を配置するとともにこ
の熱電子の放熱側から放射される熱を、外筒内を
延在させたヒートパイプを経て外筒の外部へ放出
するようにしたため、外筒先端部に配置される光
源から発生される熱をきわめて効率良く外筒の外
部へ放出することができ、内視鏡先端の温度を低
下させることができ、したがつて先端に内蔵した
固体撮像装置の動作温度を低い一定の温度に維持
することができ、使用中広いダイナミツクレンジ
を得ることができ、高品位の画像モニタ上に表示
することができるとともに内視鏡先端面の温度を
下げることができるので、体腔内に挿入するとき
熱によつて患者に痛みを与えることもなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体撮像装置の温度特性を示すグラ
フ、第２図は本発明の内視鏡の一実施例の先端の
構成を示す平面図、第３図は第２図の−線で
切つた断面図、第４図は本発明の内視鏡の他の実
施例の構成を示す断面図である。 １……可撓性外筒、２，３０……先端本体、３
……ライトガイド、６……対物レンズ系、７……
固体撮像装置、２０……ペルチエ素子、２１……
ヒートパイプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被検体内部に挿入される外筒の先端に設けら
   れた光源から射出される光により照明される被検
   体像を外筒先端に設けた対物レンズ系により外筒
   先端内部に配置した固体撮像装置に結像させるよ
   うにし、前記光源の近傍でかつ外筒先端面近傍に
   電子冷却用熱電素子を配置するとともにこの電子
   冷却用熱電素子の放熱側から放射される熱を外筒
   内部に延在させたヒートパイプを経て外部へ放出
   させるよう構成したことを特徴とする固体撮像装
   置を内蔵した内視鏡。