JPS62161115A - 固体撮像装置を内蔵した内視鏡 - 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】 吸血分団 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、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。

征１」１五 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
あり、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ある。

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に導き
、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−ＰＥＴ
　ＡＲＲＡＹ、ＰＩＮ−ＰＩＩＯＴＯＤＩＯＤＥ　ＡＲ
ＲＡＹ。

５ＩＴ−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、しかも寿命が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
は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ＣＣＯ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、は温度の上昇と共に増
大するのに対し飽和電流■、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像を得るため
に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
度に維持することはできない。

このため、何んらかの冷却手段を講する必要があるが、
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ューブ
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ュ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
るものではない。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はできず、固体撮像装置への
熱影響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。

−亘−−」ｎ 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
広いグイナミソ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。

誉−一！ 本発明の固体撮像装置を内蔵した内視鏡は、被検体内部
に挿入される可撓性外筒の先端に設けた光源から射出さ
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Ｉ最像装
置に結像させるようにし、前記光源の近傍に電子冷却用
熱電素子を配置したことを特徴とするものである。

本発明の内視鏡の好適な実施例においては、電子冷却用
熱電素子の放熱側と外部との間に可撓性を有するヒート
パイプを外筒を経て延在させ、放熱側から放射される熱
をヒートパイプを経て外部ヘ放出するようにする。

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。

天−」Ｌ二桝 次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

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１−１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には数個のチャンネル２ａ〜２ｅを形成
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
チューブ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。対物観察チャンネル
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は可撓性チューブ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
気チャンネル２Ｃには送気チューブ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
できるようになっている。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
素子、例えばベルチェ素子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。さらにベルチェ
素子２０の放熱側ニヒートハイプ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
射熱はベルチェ素子２０により吸収除去され、さらにベ
ルチェ素子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内を伝播され、操作部において外部
へ放熱されることになる。したがっ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、広いグイナミソクレンジが安定し
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、本実施例のようにベルチェ素子２０から放射
される熱をヒートパイプ２１を経て外部へ放出させるよ
うにすると、ベルチェ素子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
、したがって固体撮像装置７の動作温度を低（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
チャンネルと、対物レンズ系６および固体撮像装置７が
収納されるチャンネルと、送気および送水兼用ノズル３
１が挿通するチャ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
股パイプは送水チューブ３３および送気チュ−プ３４に
連結されている。ペルチェ素子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ェ素子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
はペルチェ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、もっと広い範囲に亘って配置すること
もでき、出射端の全周を囲む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ェ素子の放熱側から
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
却用水流によっ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ィルタは不要である。

光凱■四里 上述したように、本発明においては最も高温となるライ
トガイドの出射端の近傍に電子冷却用熱電素子を配置し
て強制的に冷却するようにしたため、内視鏡先端の温度
を低下させることができ、したがっ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ックレンジを得ることがで
き、高品位の画像をモニタ上に表示することができる。

【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ｒ−ｒ線で切った断面図、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　　　　２，３ｏ・・・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　　　２ｏ・・・ペルチェ素子２１・・
・ヒートパイプ ２０３０　　色　５０　　τ 温度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検体内部に挿入される可撓性外筒の先端に設けた
   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
   に電子冷却用熱電素子を配置したことを特徴とする固体
   撮像装置を内蔵した内視鏡。 ２、前記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可撓性を有するヒートパイプを
   経て外部へ放出させるよう構成したことを特徴とする特
   許請求の範囲１記載の固体撮像装置を内蔵した内視鏡。