JPS6073612A - 内視鏡用固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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造体内部を観察するための
内視鏡に内蔵して使用される固体撮像装置に関するもの
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ァイバ束より放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ｔｉ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鏡における分解能
はイメージガイドを構成するファイバの径で決まるが、
ファイバ径を現状よりもさらに細くするには非常に困難
でおり、分解能はほぼ限界に達している。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める。

このような問題を解決するために、内視鏡先端に小形の
撮像装置を組込み、これによって被検体像全撮像して画
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、００Ｄ、　ＢＢＤ、　ＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ　ＡＲＲＡＹ、　ＰＩＮ−ＰＨＯＴＯＤＩＯＤＥＡ
ＲＲＡＹ、　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
あシながら分解能が高く、シかも寿命も長いという特長
を有しており、内視鏡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鏡を既
に提案しているが、固体撮像装置のダイナミックレンジ
Ｆｉ温度に応じて大きく変動するため、使用状況によっ
ては良好な画像が得られないことを確めた。

第１図はＣＯＤより成る代衣的な固体撮像装置の温度特
性を示すものであり、暗電流工。は温度の上昇と共に増
大するのに対し飽和電流工。は温度変化に対しても一定
であるため、ダイナミックレンジが温度の上昇と共に減
少することになる。

したがって高品位の画ｇ！全得るためＫは固体撮像装置
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仁と
はできない。

そこで、内視鏡先端に組込んだ固体撮像装置を冷却する
ようにし穴内視鏡も、例えば特開昭６８−４５０８１号
、同５５−２６９９８号、同５８−４６９８４号公報等
において提案されている。しかし、これらの従来のもの
においては、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はない。例え
ば特開昭５８−４５０８１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５８−４６９８４号公報には、固体撮像装
置の近傍に送水管または送気管ケジグザグ状に配管して
固体撮像装置を冷却するようにしているが、このよのよ
うな配管は固体撮像装置が極めて小形であるため製作が
極めて困難であると共に、冷却媒体が固体撮像装置に直
接作用しないために、これ全十分有効に冷却できない。

発明の目的 本発明の目的は上述した従来の欠点を除去し、簡単に製
作でき、しかも十分有効に冷却することができ、したが
って使用中暗電流を低いほぼ一定の値に維持して広いダ
イナミックレンジ’ｌｒｉ保でき、高品位の画像を得る
ことができる内視鏡用固体撮像装置を提供しようとする
ものである。

発明の概要 本発明は、被検体内部に挿入される内視鏡の可撓性外筒
の先デ内部に配置される固体撮像装置において、冷却媒
体が直接作用するように、半導体チップの少く共一部を
もって構成した冷却媒体の流路を具えることｆ特徴とす
るものでおる。

実　施　例 次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第８図は本発明に係る固体撮像装置を具える内視鏡の一
例の構成を示す先端正面図であり、第８図は第２図のＩ
−Ｉ線で切った断面図である。本例の内視鏡は直視形の
体腔内観察用のものでおり、被検体内部に挿入される可
撓性外筒１の先端に、例ｔ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
ャンネル２ａ−Ｂｆ３ｆ形成する。一対のライトガイド
チャンネル２ａにはオプチカルファイバ束より成るライ
トガイド８を挿入し、先端には凹レンズ４を嵌合する。

ライトガイド８はカバーチューブ５にょ９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。

対物観察チャンネル２ｂには、先端に対物レンズ系６’
ｅ嵌合すると共に、固体撮像装置７を嵌合し、この固体
撮像装置７に接続された導線束８は外筒内部に延在させ
た可撓性チューブ内を通して操作部へ導き、信号処理回
路に接続する。本例では、第４図に詳細に示すように、
固体撮像装置７の半導体チップの背面に連続するジグザ
グ状の溝９を形成し、その背面に溝９を覆うように蓋１
０を一体に覗付けて冷却媒体の通る流路を形成し、この
流路の一端に送気用チューブｌｌ’ｉ、他端に排気用チ
ューブ１２￥ｒ連結する。

送気チャンネル２Ｃには送気チューブ１８を連結すると
共に先端には送気ノズル１４を取付け、対物レンズ系６
の先頭レンズに向は送気できるようにする。

送水チャンネル２ｄには送水チューブ會連結すると共に
先端には送水ノズル１５’ｌｉ７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。

なお、送気チャンネル２Ｃの先端に取付けた送気ノズル
１４は先頭レンズに付着した洗浄水を吹製 （７） 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。

鉗子チャンネル２ｅには被検体標本を採取するための鉗
子およびこれ全操作するためのワイヤを挿通することが
できるようになっている。

先端本体２の外周面にはねじ＃Ｉを形成し、ここに先端
フード１６ｔ−螺合する。

固体撮像装置７に一体的に形成した流路の一端に連結し
た送気用チューブ１１は、第５図に示すように外筒１お
よび操作部１７の内部を経て冷却用エアを送風するエア
ポンプ１８に連結し、また流路の他端に連結した排気用
チューブＩＢは第す図に示すように、操作部１７に設け
られ、上述したように対物レンズ系６の先頭レンズ表面
の付着物を吹き飛ばすと共に、必要に応じて体腔内部を
膨ませるための送気チューブ１Ｂに連結されたエアピス
トン１９に、外筒ｌの内部を経て連結する。

このようにして、エアポンプ１８からの冷却用エアを、
常時は送気用チューブ１１、固体撮像装置７に＃１９と
蓋１０とにより一体的に形成した流（８） 路および排気用チューブ１ｓを経て、すなわち外筒１内
で固体撮像装置？に直接接触させながら循環させてエア
ピストン１９から外部に排出することにより固体撮像装
置７を冷却し、必要に応じてエアピストン１９の開口１
ａ’ｉ閉塞することによｐ１排気用チューブ１２から排
出されるエアを送気チューブ１８に導いて対物レンズ系
６の先頭レンズの清掃や体腔内の膨張に供する。

本実施例によれば、固体撮像装置７０半導体チップの背
面にジグザグ状に連続する溝９を形成し、その背面に蓋
１０を一体に取付けて冷却用エアの流路を形成するもの
であるから簡単に製作することができると共に、このよ
うに固体撮像装置７の半導体チップをもって形成した流
路に冷却用エア會供給すれば、この冷却用エアは固体撮
像装置７の半導体チップに直接作用することになるから
、これをセ分有効に冷却することができ）その動作温度
の上昇を有効に防止できる。したがって、暗電流を所定
の低い値に有効に抑えることができ、これにより広いダ
イナミックレンジヲ安定して得ることができるから、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、固体撮像装置７の冷却お
よび対物レンズ系６の清掃や体腔内の膨張を、一つのエ
アポンプ１８とエアピストン１９とを用いる簡単な構造
によって行なうことができる。

第６図は本発明の内視鏡用固体撮像装置の他の例の構成
を示す斜視図である。この固体撮像装置ｚＯは、本願人
が特願昭５８−４６９６７号において提案したバック接
合形のもので、受光部２Ｏａ　ｆ構成する半導体チップ
と信号処理回路部２０ｂ　を構成する半導体チップとを
セラミック等の絶縁部材ｚ１を介して一体に取付けて構
成したものである。本例では、第７図にこの固体撮像装
置２０を内蔵した内視鏡の先端断面図を示すように、受
光部２０ａ　ｆ接合する絶縁部材２１の光面に、第４図
と同様にジグザグ状に連続する溝ＢＢ′ｔ−形成し、そ
の表面に溝２２を覆うように受光部２０ａ　ｉ接合する
ことによって、冷却媒体が連続して流れる流路を形成し
、この流路の一端および他端に絶縁部材２１ケ通して送
気用チューブ１１および排気用チューブ１２全それぞれ
連結して、上述しｆｃ実施例と同様、冷却用エアを循環
させて固体撮像装置ｇｏｄ冷却する。なお、受光部２ｏ
ａと信号処理回路部２０ｂとの間の信号の授受は、これ
ら間全絶縁部材２１に形成した開口２１ａ’ｉｉ通して
導線２Ｂで接続することによって行なう。

本笑施例によれば、上述し六冥施例と同様固体撮像装置
２ｏｆ容易に製作することができると共に、受光部２０
ａ　？十分有効に冷却できるから、固体撮像装置２０の
動作温度の上昇を有効に防止でき、これにより暗電流を
所定の低い値に有効に抑えることができ、広いダイナミ
ックレンジＴｈ安定して得ることができる。また、受光
部２０ａ’を構成する半導体チップと、信号処理回路部
２０ｂｌ構成する半導体チップとを別個に形成するもの
であるから、これらを単一の半導体チップに構成する場
合に比べ、回路の緒特性と半導体チップ製造プロセスの
合わせ込みが不要になり、熱やキャ“リア電荷による悪
影響も除去できると共に、光入射方向から見た寸法を小
さくすることができ、しかも実装密度を向上することが
できる。したがって内視鏡に有効に組込むことができる
。

なお、本発明は上述した例にのみ限定されるものではな
く、幾多の変形または変更が可能である。

例えば、第２図〜第６図に示す実施例では、固体撮像装
置７の半導体チップの背面に溝９ｆ形成したが、蓋１ｏ
に溝を形成してもよい。また、この蓋ｌＯは信号処理回
路部の半導体チップであってもよい。また、固体撮像装
置７０半導体チップの前面で受光領域を除く部分に溝を
設けたり、あるいは受光領域を除く部分を覆う蓋に溝を
設けて同様に流路全形成することもできるし、固体撮像
装置７０半導体チップの前面および背面側にそれぞれ独
立に、あるいは連続する流路を形成することもできる。

更に、第６図および第７図に示す実施例では、受光部２
Ｑａに面する側の絶縁部材２１に溝８８を設けて流路を
形成したが、信号処理回路部ｚｏｂに面する側にａｔ設
けて同様の流路管（１１） 形成することもできるし、両側に溝を設けてそれぞれ独
立した、あるいは連続する流路を形成することもできる
。また、溝は受光部２Ｏａを構成する半導体チップおよ
び／または信号処理回路部’２Ｑｂｆ構成する半導体チ
ップに形成することもできる。また、上述した実施例で
は、排気用チューブ１２を用いてエアピストン１９から
エアを排出するようにしたが、排気用チューブ１２會用
いることなく、冷却作用を終えたエアを外筒ｌ内の隙間
全通してエアピストン１０から排気させるようにしても
よい。更に、上述した例では、一つのエアポンプ１８を
共用して、冷却系路および対物レンズ系６への送気系路
にエアを供給するようにしたが、これらの糸路を二つの
エアポンプを用いて互いに独立に構成してもよい。また
、冷却媒体はエアに必らず、エア以外の気休めるいは液
体を用いることもできる。また、本発明の固体撮像装置
は上述した直視形の内視鏡援限らず、側視形の内視鏡に
も有効に適用することができる。

更に、上述した例では、光源からの光をライト（１Ｂ　
） 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８色の発
光ダイオードを用い、これらを順次に発光させるように
することもでき、この場合には固体撮像装置の受光面に
設けたカラーフィルタは不要となる。

発明の効果 以上述べたように、本発明においては固体撮像装置の半
導体チップの少く共一部をもって冷却媒体の流路を形成
するものであるから、容易に製作することができると共
に、このように流路を半導体チップをもって形成するこ
とにより、冷却媒体が半導体チップに直接作用すること
になるから、固体撮像装置管十分有効に冷却することが
でき、その使用中の暗電流を低いほぼ一定の値に有効に
維持することができる。したがって広いダイナミックレ
ンジを確保でき、高品位の画像を得ることができる。

【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
は本発明に係る固体撮像装置’を具える内視鏡の一例の
先端構成を示す線図、 第８図は第２図のＩ−Ｉ線で切った断面図、第４図は第
８図に示す固体撮像装置を拡大して示す斜視図、 ・第５図は第２図に示す内視鏡の全体の構成を示す線図
、 第６図は本発明の固体撮像装置の他の例の構成金示す斜
視図、 第７図は第６図に示す固体撮像装置を具える内視鏡の先
端構成を示す断面図である。 １・・・可撓性外筒　２・・・先端本体８・・・ライト
ガイド　６°・・・対物レンズ系？・・・固体撮像装置
　８・・・導線束９・・・＄　Ｎｏ・・・蓋 １１・・・送気用チューブ　１２・・・排気用チューブ
１Ｂ・・・送気チューブ　１７・・・操作部１８・・・
エアポンプ　１９・・・エアピストン２０・・・固体撮
像装置　２０ａ・・・受光部ｓｏｂ・・・信号処理回路
部　２１・・・絶縁部材２２・・・溝　２Ｂ・・・導線
。 特許出願人　オリンパス光学工業株式会社第５図 【り 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　被検体内部に挿入される内視鏡の可撓性外筒の先端
   内部に配置される固体撮像装置において、冷却媒体が直
   接作用するように、半導体チップの少く共一部をもって
   構成した冷却媒体の流路を具えることを特徴とする内視
   鏡用固体撮像装置。 亀　前記固体撮像装置の受光部と信号処理回路部とを受
   光部への入射光の方向にみて絶縁部材を介して前後に保
   持し、冷却媒体が前記受光部および／または信号処理回
   路部に直接作用するように、前記絶縁部材と前記受光部
   および／または信号処理回路部との間に前記流路を形成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内視
   鏡用固体撮像装置。