JPH0534605A - 内視鏡用外付テレビカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却手段によって固体撮像装置を冷却して画
質を向上させると共に、その併害ともいえる被検体像の
曇りの発生を防止する。 【構成】 内視鏡用外付テレビカメラの本体部２は、ハ
ウジング２０を有している。ハウジング２０の入光側に
は、内視鏡の接眼部と着脱可能に連結される接続部２１
が設けられ、接続部２１より後端側に向かって順に断熱
性透明体２２、結像レンズ２３、固体撮像装置２４が気
密が保持された状態で配設されている。固体撮像装置２
４の後端側には、冷却用ファン２６を具備した回転モー
タ２７が設けられている。また、断熱性透明体２２と固
体撮像装置２４との間の空間には、乾燥空気３０が密封
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡に着脱可能に装
着され、被検体の像を撮像する内視鏡用外付テレビカメ
ラに関する。

【０００２】

【従来の技術】体腔内などに細長な挿入部を挿入するこ
とによって、体腔内の深部などを観察したり、必要に応
じて処置具を用いることにより、治療処置なども行うこ
とのできる内視鏡が医療分野において広く用いられるよ
うになった。また、工業分野においても、ジェットエン
ジン内部とかプラント内部などの検査等に内視鏡が広く
用いられている。

【０００３】このような内視鏡において、挿入部内に光
学繊維束やリレーレンズ系などで構成された伝達光学系
が設けられているものがあり、この伝達光学系により把
持部に設けられた接眼部まで観察像が伝達されるように
なっている。接眼部まで伝達された像は、この接眼部に
て直接肉眼によって観察することももちろん可能である
が、多数の観察者によって同時に観察したり、静止画像
を得てこの画像データの記録等を行うために、被検体の
像を撮像する必要もある。この被検体の像を撮像する手
段として、接眼部に着脱可能に接続される固体撮像装置
を有する外付けのテレビカメラが種々提案されている。

【０００４】この外付テレビカメラとして、例えば特開
平２−２８９２２５号公報に開示されているものがあ
る。このような従来の内視鏡用外付テレビカメラでは、
冷却手段が設けられていない。なぜかというと、外付テ
レビカメラは先端部にテレビカメラを内蔵した電子内視
鏡と比べて、照明光の輻射熱や被検体の放射熱などの影
響を受けることが少なく、これらの熱によって固体撮像
装置の温度が上昇し、雑音の増加とか感度の低下などの
不具合が比較的発生しにくいためである。

【０００５】ところが、先端テレビカメラ内蔵型の電子
内視鏡の普及に伴い、外付テレビカメラの画質の向上の
要求が高まっている。当然内視鏡の光学繊維束やリレー
レンズなどの光学像伝達手段を介して結像される外付テ
レビカメラの像は解像度、明るさ、モニタ出画面の大き
さなどが電子内視鏡に比べ劣る。そういった状況で外付
テレビカメラに用いる固体撮像素子の画素数を増加した
り、オンチップマイクロレンズを配置して感度を向上さ
せるなどの対応がとられているが、これでは不十分であ
り、それ以上の画質の向上が望まれている。

【０００６】そこで、外付テレビカメラに冷却手段を設
けることが考えられる。外付カメラでは小型化の要求が
高いとはいえ、内視鏡の先端ほど小型でなくてもよいと
いう利点があり、冷却手段を設け易く、画質向上には有
効な手段と考えられる。また、工業用内視鏡において外
付テレビカメラを用いる場合には、野外環境にさらさ
れ、高温の状況で使用されることも充分予想される。

【０００７】冷却手段によって固体撮像装置を冷却する
場合、周囲の空気が冷やされて撮像素子の結像面などに
結露することで画像が曇ってしまう現象が生じる。この
ため、技術分野は内視鏡であるが特開昭６２−２１２６
１４号公報では、観察光学系の少なくとも一部を気密構
造にして曇りを防止している。また、特開昭６０−７３
６１０号公報では、冷却手段によって冷却される固体撮
像装置に対物レンズ系によって被検体像を結像させる内
視鏡において、対物レンズ系の被検体側に真空層を形成
してレンズの曇りを防止している。

【０００８】前記冷却手段としては、実開平１−１３９
６７６号公報に開示されているように、固体撮像素子の
裏面に冷却板を密着し、これを電子冷却ユニットで冷却
してカメラ筐体に放熱するようにし、さらに固体撮像素
子および冷却板の全周囲を固体撮像素子の前面開口部を
除き断熱材で覆って、この前面開口部にガラスを挿着
し、前記断熱材によって保冷をしている技術がある。ま
た、先端にテレビカメラを内蔵した電子内視鏡では、特
開平２−８８０８号公報に開示されているように、ワイ
ヤの案内のためのガイド管を通して冷媒を供給する技術
や、特開平２−３２８９０号公報に開示されているよう
な冷却素子を用いたものや、特開平２−１１３６８０号
公報に開示されているような温度制御素子を用いた技術
がある。撮像素子では、特開平２−２１３１６５号公報
に開示されているように、暗電流を検出しペルチェ素子
で冷却する固体撮像装置や、実開昭５９−９１７５７号
公報に開示されているように、冷却素子の放熱をカバー
ガラスに導くことにより冷却によって生じるカバーガラ
ス前面の結露を防止する技術などがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
内視鏡用外付テレビカメラでは、特開平２−２８９２２
５号公報のようにカメラ本体は洗浄消毒を容易にするた
め気密な構造であるが、観察光学系は一部を除き気密に
しているわけではない。このため、ただ単に固体撮像装
置を冷却するだけだと、装置の周囲の気体が冷やされ、
含まれていた水蒸気が撮像素子結像面などに結露するこ
とで画像が曇ってしまう不具合が生じる。また、固体撮
像装置、特に固体撮像素子に水蒸気が浸入し腐食の発生
や画像異常が生じる恐れがある。この対策として特開昭
６０−７３６１０号公報と同様に観察光学系全体を気密
構造にして内部空間を真空にし、水蒸気を除去する方法
があるが組立が面倒となってしまう欠点がある。

【００１０】また、特開昭６２−２１２６１４号公報の
ように、観察光学系を気密構造にして外からの水蒸気の
浸入を防止する方法があるが、観察光学系を断熱体で囲
んでいないため、外部環境からの熱が固体撮像装置に達
する不具合があった。また気密にしただけでは中の空気
に含まれる水蒸気が結露する恐れもある。また、実開平
１−１３９６７６号公報のような断熱材で覆う方法だけ
であると、気密状態ではないので外部からの水蒸気の浸
入があり曇ってしまう恐れがあった。

【００１１】さらに、固体撮像装置の前面開口部のガラ
スが冷えると外部環境との温度差で外気に面したガラス
面が曇ってしまう欠点があった。このような外部の空気
との接触による結露防止に対しては、実開昭５９−９１
７５７号公報のようにカバーガラスに冷却素子の熱を放
熱する方法があるが、外気との温度差が大きい場合は有
効ではなかった。

【００１２】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
もので、冷却手段によって固体撮像装置を冷却して画質
を向上させると共に、その併害ともいえる被検体像の曇
りの発生を防止することが可能な内視鏡用外付テレビカ
メラを提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による内視鏡用外
付テレビカメラは、内視鏡に着脱可能に装着され、被検
体の像を撮像する固体撮像装置を備えたものにおいて、
前記固体撮像装置を冷却する冷却手段を有し、前記固体
撮像装置の入光側に断熱性透明体を配置し、この断熱性
透明体と前記固体撮像装置との間に生ずる空間に結像光
学部材と乾燥気体を密封したものである。

【００１４】

【作用】内視鏡に着脱可能に装着し、固体撮像装置によ
り被検体の像を撮像する。この固体撮像装置の入光側に
は断熱性透明体が配置され、この断熱性透明体と前記固
体撮像装置との間に生ずる空間には乾燥気体が密封され
ている。ここで、冷却手段により前記固体撮像装置を冷
却する際に、固体撮像素子の入光面及び結像光学部材表
面は水蒸気を含んだ空気に接触しない。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１及び図２は本発明の第１実施例に係り、図１
は内視鏡用外付テレビカメラの構成を示す断面図、図２
はテレビカメラと内視鏡装置の全体の構成を示す説明図
である。

【００１６】図２に外付テレビカメラを用いた内視鏡装
置の構成を示す。内視鏡１０は、被検体に挿入される細
長の挿入部１１が設けられ、この挿入部１１の後端側に
本体操作部１２が連設されている。本体操作部１２の後
端側には接眼部１３が連設されている。さらに、本体操
作部１２は側部よりユニバーサルコード１４が延設され
ており、その端部はコネクタ装置１５により光源装置７
に接続されている。光源装置７は、照明光を挿入部１１
からユニバーサルコード１４内に通じて配置された図示
しないライトガイドに導いている。この照明光はユニバ
ーサルコード１４を介して挿入部１１の先端より被観察
部位へ照射されるようになっている。この照明光により
照射された被観察部位は、挿入部１１の先端部に設けら
れた図示しない対物レンズによって結像し、挿入部１１
内に配設された光学伝達手段としての例えばイメージガ
イドファイバ（図示しない）により前記接眼部１３に伝
達されるように構成されている。なお、図２では軟性内
視鏡を示したが光学伝達手段としてリレーレンズ等を用
いた硬性内視鏡の場合でもほぼ同様である。

【００１７】前記接眼部１３には、内視鏡用外付テレビ
カメラ１が着脱可能に接続されるようになっている。内
視鏡用外付テレビカメラ１は、本体部２とコード３とを
有し、コード３の先端はカメラコントローラ４に接続さ
れている。カメラコントローラ４は接続ケーブル５を介
してテレビモニタ６に接続されている。

【００１８】こうして、前記内視鏡１０の接眼部１３ま
で伝達された被観察部位の光学像は、内視鏡用外付テレ
ビカメラ１の本体部２内にて光電変換され、コード３を
介してカメラコントローラ４に送られて信号処理が行わ
れ、さらに接続ケーブル５を介してテレビモニタ６へ出
力され、前記被観察部位の像をテレビモニタ６の出画面
８として観察可能になっている。

【００１９】次に、図１を参照して内視鏡用外付テレビ
カメラ１の構成を説明する。図１は内視鏡用外付テレビ
カメラ１の本体部２の内部構造を概略して示すもので、
ハウジング２０の入光側には内視鏡１０の接眼部１３と
着脱可能に連結される接続部２１が設けられ、接続部２
１より後端側に向かって順に断熱性透明体２２、結像レ
ンズ２３、固体撮像装置２４が配設されている。固体撮
像装置２４の後端側には、冷却手段として、冷却用ファ
ン２６を具備した回転モータ２７が設けられている。ま
た、断熱性透明体２２と固体撮像装置２４との間の空間
は、乾燥空気３０が封入されている。

【００２０】固体撮像装置２４は固体撮像素子（図示し
ない）と電子回路（図示しない）、及び抵抗、コンデン
サ等の電子部品（図示しない）からなり、入光面の反対
側にはヒートシンクを兼ねる放熱フィン２５が熱伝導性
接着剤で密着され冷却用ファン２６に対向して設けられ
ている。また、固体撮像装置２４はハウジング２０に対
し接着剤などで気密が保持されるように装着されてい
る。この接着剤は断熱系のものが望ましい。

【００２１】断熱性透明体２２は、ポリカーボネート、
ポリメチルメタアクリル樹脂などの透明な高分子材料で
構成されており、ガラスに比べ熱伝導率が低く、熱を伝
えにくい性質をもっている。なお、耐薬品性が要求され
る場合は透明フッ素樹脂でも良い。この断熱性透明体２
２は、ハウジング２０に対し断熱性接着剤などにより気
密が保持されるように装着されている。

【００２２】また、ハウジング２０も断熱材料、例えば
高分子材料などで構成されており、外部からの熱を伝わ
りにくくしている。当然、光の透過しない材料か、もし
くは黒色塗料が混入してある材料で構成されている。さ
らに、外部環境からの水蒸気も浸入しない材料である。

【００２３】結像レンズ２３は、被観察部位の像が固体
撮像装置２４の固体撮像素子に結像する位置で精度よく
ハウジング２０に対し装着されている。結像レンズ２３
の材質はガラスかあるいは断熱性透明材料であってもよ
い。

【００２４】冷却用ファン２６を具備した回転モータ２
７は、ハウジング２０の後端に装着されハウジング２０
後端に空けられた複数の冷却用穴２８から風を送り出す
ようになっている。なお、回転モータ２７は、モータの
熱がハウジング２０に伝わらないよう断熱体２９を介し
て装着されている。

【００２５】なお、回転モータ２７は、図示しない回路
によって、出画時のみ冷却用ファン２６が回転するよう
になっていてもよい。また、温度検出装置や暗電流検出
装置などを設けて制御してもよい。

【００２６】このように構成したので、断熱性透明体２
２と固体撮像装置２４との間はハウジング２０によって
閉ざされた密封空間となっており、断熱性透明体２２及
び乾燥空気３０は共に熱伝導率が低く熱が伝わりにくい
ものになっている。

【００２７】従って、内視鏡１０の接眼部１３と断熱性
透明体２２との間の外気の熱は、断熱性透明体２２でま
ず伝わりにくくなり、次に密封空間の乾燥空気３０によ
って伝わりにくくなり固体撮像装置２４の温度を上昇さ
せるに至らない。

【００２８】さらに、固体撮像装置２４は、冷却ファン
２６によって吹きつけられる風によって放熱フィン２５
を介して冷却される。これにより、暗電流の発生などが
低減され、画質低下が軽減される。ここで、固体撮像装
置２４の入光面は、前記のように断熱性透明体２２、ハ
ウジング２０との密封空間内にあり、予め組立の際に加
熱するなりして空間内の空気から水蒸気を除去し乾燥空
気３０としてあるため、水蒸気を含んだ空気に触れてい
ないので結露による曇りを防止することができる。同様
に結像レンズ２３の表面にも結露することがない。

【００２９】また、固体撮像装置２４を冷却してもハウ
ジング２０が冷えにくいため断熱性透明体２２までは冷
えることがなく、外気との温度差によって外気に接する
面が結露することもない。さらに、外部環境の熱も固体
撮像装置２４に伝わりにくいため、固体撮像装置２４の
温度上昇が防止でき冷却効果の低下がない。

【００３０】また、防水キャップ等で冷却用穴２８を塞
ぎ、薬液浸漬などによって消毒減菌する場合において
も、周囲の湿度が高くなっても密閉空間には水蒸気が浸
入しないので冷却時の結露を防止できる。

【００３１】このとき、万一誤って防水キャップなしで
浸漬してしまい、水がハウジング２０内に浸入しても密
閉空間には水または水蒸気の浸入はない。なお、さらに
固体撮像装置２４の電子回路側を樹脂封止などの手段に
より外気から遮断することもでき、腐食や水蒸気の浸入
による画質低下を防止することができる。

【００３２】以上のように、本実施例によれば、固体撮
像装置を冷却することによって生じる空気中の水蒸気の
結露による曇りの発生を防止できるので、画像が曇るこ
となく冷却でき、より画質の向上が可能となる。また、
結像光学系そのものが断熱材の役割をしているので、他
に断熱材などを外部環境からの防熱のために設けずに済
み小型化ができる。

【００３３】図３は本発明の第２実施例に係る内視鏡用
外付テレビカメラの構成を示す断面図である。

【００３４】図３に示すように、第２実施例では、冷却
手段として例えばペルチェ素子のような電子冷却用熱電
素子３１の吸熱面を固体撮像装置２４の電子回路側に密
着して設けている。

【００３５】そして、電子冷却用熱電素子３１の上方に
冷却用ファン２６が設けられている。電子冷却用熱電素
子３１の放熱面には放射フィン２５が熱伝導性接着剤な
どで密着されている。ハウジング２０には、外気の吸入
口３２と排気口３３が上記放熱フィン２５の空気流路の
両端に対向して設けられている。

【００３６】そして、防水キャップ３４はその内側形状
をハウジング２０の外側形状に近い形で形成されてお
り、装着時には前記吸入口３２及び排気口３３を塞いで
防水できるようになっている。ハウジング２０の上方よ
りコード３が延設され、コード３の内部には画像信号を
伝達する図示しない信号線と電子冷却用熱電素子３１を
駆動させる図示しない電流供給線とを配設してある。

【００３７】断熱性透明体２２は、レンズ形状に形成さ
れていて、固体撮像装置２４の素子受光面に被検体像を
結像する位置に配置されている。また、断熱性透明体２
２および固体撮像装置２４はハウジング２０に対し気密
が保持されるように接着剤などで装着されている。その
他は第１実施例と同様に構成されている。

【００３８】このように構成したので、第１実施例と同
様の作用をして結露が防止される。さらに、電子冷却用
熱電素子３１によって固体撮像装置２４が冷却されるの
で第１実施例より画質低下が軽減される。また、外部環
境の温度が高くても対応できる。

【００３９】また、冷却ファン２６は放熱フィン２５の
上部に配設されているので、電子冷却用熱電素子３１よ
り放熱された熱によって放熱フィン２５が熱せられ、一
枚一枚のフィンの間の温められた空気は軽くなって上昇
するが、この空気は冷却ファン２６が吸引し排気口３３
から強制排気するようになっている。新しい空気は下方
の吸入口３２より供給され常に放熱フィン２５の間に空
気が流れるようになっており、効率よく放熱が行われ
る。

【００４０】また、断熱性透明体２２が結像レンズを兼
ねているので、組立がより容易で小型化できる利点もあ
る。

【００４１】なお、吸入口３２，排気口３３のみでも放
熱効果が高い場合など、場合に応じて冷却ファン２６を
設けずに構成しても良い。

【００４２】図４は本発明の第３実施例に係る内視鏡用
外付テレビカメラの構成を示す断面図である。

【００４３】図４に示すように、第３実施例では、冷却
手段として、生鮮食品の輸送中の低温保持などに用いら
れる例えばポリアクリル酸等の高分子材や高吸水ポリマ
ーと水とからなる畜冷材を薄く熱伝導のよい高分子材の
フィルムなどでパックした冷却用パック３５を、固体撮
像装置２４の電子回路側に密着して装着される熱伝導率
の高い容器３６に密着して簡単には抜け落ちないよう着
脱可能に設けている。また、冷却用パック３５には着脱
の際に指が引掛り易いように突起部３７を設けている。

【００４４】このように構成したので、予め冷凍庫など
で冷却しておいた冷却用パック３５を容器３６に装着す
ることで固体撮像装置２４を簡単に冷却できる。また、
第１，２実施例に比べハウジング２０を小型化でき、安
価に構成できる。また、外気による空冷ではないのでホ
コリなどが放熱フィンを汚して冷却効果を落とすことが
なく、掃除も容易にできる。冷却用パック３５の温度は
０℃以下にすることができるし、氷などと異なり取扱い
が簡単かつ長時間冷却が可能となる。その他の構成、作
用及び効果は第１実施例と同様である。

【００４５】ところで、図５に固体撮像装置２４の内部
の固体撮像素子４０の構成についての一例を示す。

【００４６】固体撮像素子４０の受光面側にはオンチッ
プフィルタ４１が設けられている。なお、フィルタの代
わりにオンチップマイクロレンズを有していても良い。

【００４７】また、固体撮像素子４０の出力信号を電子
回路に供給するインナーリード４２は、Ｚ字状の複数の
転写バンプ４３により固体撮像素子４０の受光面の一端
に設けられた複数のパッド４４と電気的に接続されてい
る。また、インナーリード４２は、固体撮像素子４０の
側面に接着剤などによって装着されている。

【００４８】このように構成したので、オンチップフィ
ルタ４１を通して受光された光はＲ，Ｇ，Ｂの３原色に
分けられて各画素に導かれ、そこで光電変換され、出力
信号がパッド４４から転写バンプ４３を通りインナーリ
ード４２に設けられた図示しない電子回路（抵抗、コン
デンサを含む）に供給されるようになっている。従来の
固体撮像素子、例えば特開平１−１７１２３４号公報、
図１１に示されているもののようにインナーリードを曲
げる必要がないため、より小型化できる。また曲げが要
らないので加工が容易である。

【００４９】また、内視鏡１０の内部に設けられる送気
送水、吸引等の管路の分岐部は、例えば図６に示すよう
に構成されている。管路接続部材５０は、プラスチック
あるいは金属材からなる円筒管路の側面に円孔５４を有
する側孔付管路部材５３と、この円孔５４の穴径とほぼ
等しい内径を有する屈曲管路部材５１とによって構成さ
れている。屈曲管路部材５１は、前記側孔付管路部材５
３との接続部に側孔付管路部材５３の外径とほぼ等しい
曲率の内面を有する樋状のツバ部５２が設けられてい
る。

【００５０】ツバ付の屈曲管路部材５１はプラスチック
材料で形成され、成形可能なように屈曲部の管路内形状
は滑らかな曲率を持つ形状ではなく２つの管路が９０°
〜１８０°の間のある角度で交じわってできる形状とな
っている。ツバ部５２と反対側の管路は側孔付管路部材
５３とほぼ平行の向きをなしており、２つの管路材を接
合した時この両者の間の距離は、それぞれの管路に接続
されるチューブ（図示しない）が接続可能な最少寸法と
なっている。

【００５１】ツバ部５２側の管路の角度は、円孔５２の
空けられた角度とほぼ等しく、屈曲管路部材５１と側孔
付管路部材５３とは、予めツバ部５２側の管路と円孔５
４との位置を合わせ、接着剤などで接合してはみ出した
接着剤などを拭き取り、円孔５４の内側に突出した部分
が残らないよう滑らかに接合される。

【００５２】なお、屈曲管路部材５１を透明な材料で形
成すれば位置決めや接着剤の付き具合の確認、拭き取り
が容易にできる。

【００５３】このように管路接続部材５０を構成するこ
とにより、２つ管路を１つの管路にすることも１つの管
路を２つに分けることも可能となる。

【００５４】従来は金属パイプ同士を半田付などして管
路接続部材を構成していたが、ツバ付の屈曲管路部材５
１を接着することにより、より簡単で安価に組立てられ
る。また、半田代確保のため従来は側孔の径を曲げパイ
プの内径より小さくする必要があったので、管路抵抗が
大きくなったり汚物が留置しやすく不衛生であったりし
たが、その点を改善することができる。また、ツバがあ
るため組立作業、強度共向上できる。

【００５５】なお、本実施例では、断熱性透明体２２と
固体撮像装置２４との間の密封空間には乾燥空気３０が
封入されているが、これに限ることなく加圧した乾燥気
体など水蒸気を含まないものであれば良い。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、冷
却手段によって固体撮像装置を冷却して画質を向上させ
ると共に、その併害ともいえる被検体像の曇りの発生を
防止することが可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る内視鏡用外付テレビ
カメラの構成を示す断面図

【図２】テレビカメラと内視鏡装置の全体の構成を示す
説明図

【図３】本発明の第２実施例に係る内視鏡用外付テレビ
カメラの構成を示す断面図

【図４】本発明の第３実施例に係る内視鏡用外付テレビ
カメラの構成を示す断面図

【図５】固体撮像装置内部の固体撮像素子の構成例を示
す断面説明図

【図６】内視鏡内部にある管路の分岐部の管路接続部材
の構成例を示す斜視図

【符号の説明】 １…内視鏡用外付テレビカメラ ２…本体部 ２０…ハウジング ２１…接続部 ２２…断熱性透明体 ２３…結像レンズ ２４…固体撮像装置 ２５…放熱フィン ２６…冷却用ファン ２７…回転モータ ２８…冷却用穴 ３０…乾燥空気 ３１…電子冷却用熱電素子 ３５…冷却用パック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 内視鏡に着脱可能に装着され、被検体の
   像を撮像する固体撮像装置を備えた内視鏡用外付テレビ
   カメラにおいて、 前記固体撮像装置を冷却する冷却手段を有し、 前記固体撮像装置の入光側に断熱性透明体を配置し、こ
   の断熱性透明体と前記固体撮像装置との間に生ずる空間
   に結像光学部材と乾燥気体を密封したことを特徴とする
   内視鏡用外付テレビカメラ。