JPS6072528A - 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】 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さ翫接
眼レンズ系を介して直１γ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か、
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、ご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−ＦＥ’
ｌ：’　ＡＲＲＡＹ。

ＰＩＮ−ＰＨＯＴＯＤＩＯＤＥ　ＡＲＲＡＹ。

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（象装置６は小形でありなが
ら分解能が高く、シかもが命も長いという特長を有して
おり、内視鏡に内ｒｆ４２するのに好適である。本顆人
はこのような固体撮像装置を内蔵）１・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ＣＯＤ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、暗電流より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６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９．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ｒ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？見境の径は非
常に小さく、固体撮像装置’ｆｔ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１俸内観察用の内児境では、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５５−２６９Ｆ１８号、同５８−。

４Ｇ９８４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！７
ｉ１１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
されて内睨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（ψ像装置６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、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喘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。

さらに上述した間順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ができ、
したがって使用中暗電流を低いほぼ−ｕの１直に糸１Ｆ
持し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内視鏡を提供しようとするもので
ある。

イＩＩ！ｌ、要 本発明の固体撮像装置Ｋｔ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面先端に設け
た対物レンズ系により外筒先端内部に配ｔＦｌ　シた固
体撮像装置α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へ放出するようにする。

本発明に１６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爬５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。

実強例 次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

＠２図は本発明の内ｔμ鏡の一例の構成を示す先端正面
１−であり、第８図は第２図のＩ−［線で切った断面図
である。本例の内ｒＩＩ！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８はカバーチュー
ブ５により被覆し、外筒１の内用；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を数例け、対物レンズ糸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、対物レンズ糸６の先頭レンズに送水してｉ
′υ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ずることができるようにな
っている。先端本体２の外周面にはねじ構を形成し、こ
こに先ｙＢＭ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８の出射端、ずなオつも光源の近傍に）Ｉε子冷却
用熱？ｌＥ素子、例えばペルチェ素子２０を配置ｊｔ　
Ｌ／　、ライトガイド３から放射される照明光の１ｌｌ
ｉＩｉ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。さらにペルチェ素子２０の放熱用１１
にヒートパイプ２】の一端を配ｆ１イし、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（’１列？ｌ（へｚＮ＜。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
射熱はペルチェ素子２０により吸収除去され、さらにペ
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内を伝播させ、操作部において外部
へ放熱させるこシ清くでをス−１、４＋　Ｊ、＜　って
１九に目焙焦酒１の、ｕ曲か（占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
ダイナミッ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
にペルチェ素子２ｏから放射される熱をヒートパイプ２
１を経て外部へ放出させるようにすると、ペルチェ素子
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
ｉ＜ｉ：　７の動作４１．１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１ｊｌｌｈ例の構成を
示ず断面図であり、本例では側視形の体腔内観察用の内
ｆＱ鏡として構成したものである。本例において１１（
１例と対応するｉ″ｉｌＳ分には対応した１１号を利け
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８１が挿通ずるチャンネル゛
とが形成されている。送気および送水兼用ノズルは二１
９パイプ３２に連結され、この三役パイプは送水チュー
ブ３８および送気チューブ３４に連結されている。ベル
チェ素子２０をライトガイド８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
熱をベルチェ素子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」二連した例
ではベ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、もつと広い範囲に直って配置ｉ！’
／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、上述した例ではベルチェ素子の
放熱側から放出される熱をヒートバ・ｒ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。川に、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が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。

発明の効果 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ηを予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４ω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１す′トｙ性を示すグラフ、
１、倉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８図は第２図のＩ−１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ｔｍ成を示す断面図である
。 １・・・可撓性外筒　２，８０・・・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・・・ベルチェ素子２１・・・ヒートパイプ ２０　３０　４０　５０　υ 湿度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　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６シたことを特徴とする固
   体撮像装置を内蔵した内視鏡。 １　＋ｉｉＪ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バ
   イブを経て外部へ放出させるよう＋１４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へ全内蔵
   した内視鏡。