JPH0511286B2 - - 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。

（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鏡に
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。

そこで、固体撮像装置を内蔵する内視鏡とし
て、固体撮像装置あるいはこれを配置する可撓性
外筒の先端部を、電子冷却用熱電素子や冷却媒体
等を用いて冷却するようにしたものが従来種々提
案されている。

しかしながら、このように内視鏡外筒の先端部
を冷却すると、対物レンズ系が外部との温度差の
影響で曇つてしまい、被検体の像を固体撮像装置
に有効に結像できない場合がある。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述した不具合を解決し、簡
単な構成により対物レンズ系の曇りを有効に防止
して、被検体の像を固体撮像装置に常に有効に結
像し得るようにした固体撮像装置を内蔵した内視
鏡を提供しようとするものである。

（発明の概要） 本発明は、可撓性外筒の先端内部に配置され、
冷却手段によつて冷却される固体撮像装置に、被
検体の像を対物レンズ系を介して結像させるよう
にした内視鏡において、前記対物レンズ系の被検
体側に真空層を形成して断熱することにより、前
記対物レンズ系の曇りを防止するものである。

（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。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。

対物観察チヤンネル２ｂには、対物レンズ系６
を嵌合すると共に固体撮像装置７を嵌合し、その
先端には対物レンズ系６の光軸方向に一対のガラ
ス８ａ，８ｂを離間対向して嵌合して、これらガ
ラス間に真空層９を形成する。固体撮像装置７に
接続された導線束１０は外筒内部に延在させた可
撓性チユーブ内を通して操作部へ導き、信号処理
回路に接続する。

送気チヤンネル２ｃには送気チユーブを連結す
ると共に先端には送気ノズル１１を取付け、対物
観察チヤンネル２ｂのガラス８ａ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１２を設け、対物観
察チヤンネル２ｂの先頭のガラス８ａ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、送気チヤンネル２ｃの先端に取付けた送
気ノズル１１は対物観察チヤンネル２ｂの先頭ガ
ラス８ａ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
ることがてきるようにする。

鉗子チヤンネル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１３を螺合する。

本例においては、第３図に明瞭に示すように、
固体撮像装置７の背面側を外筒１の径方向に二分
するように、先端本体２にシールド部材１４を設
けて、背面側に二つの空間１５ａ，１５ｂを形成
すると共に、これら空間１５ａ，１５ｂと固体撮
像装置７の前面側において対物レンズ系６との間
に形成される空間１６とを、それぞれほぼ対称に
連通するように先端本体２に連結通路１７ａ，１
７ｂを形成する。空間１５ａには送気用チユーブ
１８の一端を連結し、この送気用チユーブ１８の
他端を第４図に示すように、外筒１および操作部
１９の内部を経て冷却用エアを送風するエアポン
プ２０に連結する。また空間１５ｂには排気用チ
ユーブ２１の一端を連結し、この排気用チユーブ
２１の他端を、第４図に示すように、操作部１９
に設けられ、上述したように対物観察チヤンネル
２ｂの先頭ガラス８ａの表面の付着物を吹き飛ば
すと共に、必要に応じて被検体内部を膨ませるた
めの送気チユーブ２２に連結されたエアピストン
２３に、外筒１の内部を経て連結する。なお、固
体撮像装置７の導線束１０を通す可撓性チユーブ
はシールド部材１４に形成した開口１４ａを通し
て外筒内部に延在させる。

このようにして、エアポンプ２０からの冷却用
エアを、常時は送気用チユーブ１８、空間１５
ａ、連結通路１７ａ、空間１６、連結通路１７
ｂ、空間１５ｂおよび排気用チユーブ２１を経
て、すなわち外筒１内で固体撮像装置７の背面お
よび前面に直接接触させながら循環させてエアピ
ストン２３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２
３の開口２３ａを閉塞することにより、排気用チ
ユーブ２１から排出されるエアを排気チユーブ２
２に導いて対物観察チヤンネル２ｂの先頭ガラス
８ａの清掃や体腔内の膨張に供する。

本実施例によれば、以上のようにして固体撮像
装置７を冷却しても、対物レンズ系６と外部と
は、対物レンズ系６の前方に配置した一対のガラ
ス８ａ，８ｂによつて画成された真空層９により
有効に断熱されるから、対物レンズ系６に曇りが
生じないと共に、一対のガラス８ａ，８ｂにも曇
りが生じることはない。したがつて、被検体の像
を常に有効に固体撮像装置７に結像することがで
きる。また、固体撮像装置７の冷却法として、こ
れに直接冷却用エアを作用させるようにしたか
ら、十分有効に冷却することができ、動作温度の
上昇を有効に防止できる。したがつて暗電流を所
定の低い値に有効に抑えることができ、これによ
り広いダイナミツクレンジを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。更に固体撮像装置７の冷却および対物観察チ
ヤンネル２ｂの先頭ガラス８ａの清掃や体腔内の
膨張を、一つのエアポンプ２０とエアピストン２
３とを用いる簡単な構造によつて行うことができ
る。

第５図は本発明の内視鏡の他の例の構成を示す
先端断面図である。本例では、対物レンズ系６お
よび固体撮像装置７を嵌合した対物観察チヤンネ
ル２ｂ（第２図参照）の先端に一枚のガラス２４
を嵌合して、このガラス２４と対物レンズ系６の
先頭レンズ６ａとの間に真空層９を形成すると共
に、冷却用エアをライトガイド３の出射端面をも
通して循環させるようにした点のみが上述した実
施例と異なるものである。このため固体撮像装置
７の背面側にシールド部材２５を設けて、背面の
ほゞ全部が面する空間２６を形成し、この空間２
６と固体撮像装置７の前面側の空間１６とを先端
本体２に連結通路２７を形成して連通させると共
に、ライトガイド３の出射端面と凹レンズ４との
間に空間２８を形成し、この空間２８と空間１６
とを、先端本体２に連結通路２９を形成して連通
させる。

このようにして、送気用チユーブ１８を空間２
６に排気用チユーブ２１を空間２８にそれぞれ連
結して、第４図に示すエアポンプ２０からの冷却
用エアを、常時は送気用チユーブ１８、空間２
６、連結通路２７、空間１６、連結通路２９、空
間２８および排気用チユーブ２１を経て、すなわ
ち外筒１内で固体撮像装置７の背面、前面および
ライトガイド３の出射端面に直接接触させながら
循環させて、第４図に示すエアピストン２３から
外部に排出し、必要に応じて上述した実施例と同
様にエアピストン２３の開口２３ａを閉塞するこ
とにより、排気用チユーブ２１から排出されるエ
アを送気チユーブ２２に導いて対物観察チヤンネ
ル２ｂの先端のガラス２４の清掃や体腔内の膨張
に供する。

本実施例によれば、一枚のガラス２４と対物レ
ンズ系６の先頭レンズ６ａとによつて真空層９を
画成するものであるから、上述した実施例におけ
るよりも簡単な構成で対物レンズ系６の曇りを有
効に防止できる。また、固体撮像装置７のみでな
く、ライトガイド３の出射端面をも直接冷却する
ことができるから、内視鏡先端の温度を所定の低
い温度により確実に維持することができ、したが
つて固体撮像装置７の動作温度の上昇をより確実
に防止することができる。

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、上述した例では対物レンズ系の前方
にガラスを配置することによつて真空層を画成す
るようにしたが、このようなガラスを用いること
なく、被検体側において対物レンズ系の離間対向
するレンズ間、例えば先頭レンズと離間対向する
次のレンズとの間を真空層としてもよい。また、
上述した例では固体撮像装置７の背面および前面
を冷却用エアの流路の一部として構成したが、そ
のいずれか一方のみを流路の一部として構成して
もよいし、また背面あるいは前面の一部分のみを
流路の一部として構成してもよい。また、固体撮
像装置７の背面を流路の一部として構成する場合
には、冷却用エアの流れの方向に冷却フインを設
けて冷却効果を更に向上させることもできる。更
に、上述した例では排気用チユーブ２１を用いて
エアピストン２３からエアを排出するようにした
が、排気用チユーブ２１を用いることなく、冷却
作用を終えたエアを外筒１内の〓間を通してエア
ピストン２３から排出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２０を共
用して、冷却系路および清掃や体腔内膨張のため
の送気系路にエアを供給するようにしたが、これ
らの系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。更にまた、上述した例ではエ
アを用いて固体撮像装置７を冷却するようにした
が、エア以外の気体あるいは液体を用いて冷却し
てもよいし、また固体撮像装置７の近傍に電子冷
却用熱電素子を配置して冷却してもよい。また、
本発明は上述した直視形の内視鏡に限らず、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３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
フイルタは不要となる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、対物レン
ズ系の被検体側に真空層を形成して、対物レンズ
系と外部との間を断熱する簡単な構成により、対
物レンズ系の曇りを有効に防止でき、これにより
被検体像を常に有効に固体撮像装置に結像するこ
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構
成を示す線図、第３図は第２図の−線で切つ
た断面図、第４図は第２図に示す内視鏡の全体の
構成を示す線図、第５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……先端本体、３……ラ
イトガイド、６……対物レンズ系、６ａ……先頭
レンズ、７……固体撮像装置、８ａ，８ｂ，２４
……ガラス、９……真空層、１８……送気用チユ
ーブ、２０……エアポンプ、２１……排気用チユ
ーブ。

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
   設けた対物レンズ系により被検体の像を外筒先端
   内部に配置され、冷却手段によつて冷却される固
   体撮像装置に結像させるようにした内視鏡におい
   て、 前記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得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。 ２ 前記対物レンズ系の前方に、前記真空層を画
   成する少くとも一枚のガラスを設けたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置
   を内蔵した内視鏡。