(57)【要約】【課題】内視鏡の先端部に内蔵される撮像素子やＬＥＤといった電子部品を、内視鏡が使用される環境温度以下に冷却することが可能で、更には先端部のような狭い領域において熱交換効率を高めた構造の冷却機構を備える内視鏡を提供することを目的とする。【解決手段】挿入部を備える内視鏡において、前記挿入部の先端部に内蔵されている電子部品と、前記電子部品を冷却するために、前記内視鏡の管内に設けられているジュール・トムソン型冷凍機と、を備え、前記ジュール・トムソン型冷凍機は、直線状の二重内腔管と、前記二重内腔管に接続される冷却ヘッドと、ジュール・トムソン効果を生じさせる絞り管と、を有し、前記冷却ヘッドは、前記挿入部の先端部に内蔵されている電子部品からの発熱を放熱・冷却するための熱交換部と、前記絞り管を位置決めするガイド部とを有することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入部を備える内視鏡において、
前記挿入部の先端部に内蔵されている電子部品と、
前記電子部品を冷却するために、前記内視鏡の管内に設けられているジュール・トムソン型冷凍機と、を備え、
前記ジュール・トムソン型冷凍機は、直線状の二重内腔管と、前記二重内腔管に接続される冷却ヘッドと、ジュール・トムソン効果を生じさせる絞り管と、を有し、
前記冷却ヘッドは、前記挿入部の先端部に内蔵されている電子部品からの発熱を放熱・冷却するための熱交換部と、前記絞り管を位置決めするガイド部とを有することを特徴とする内視鏡。
【請求項２】
前記熱交換部は、溝構造を構成し、前記ガイド部は、前記内視鏡の長手方向に延びる中心軸に沿って絞り管を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
前記熱交換部により構成される溝構造は、前記内視鏡の長手方向に延びる中心軸に対し放射状に延びる溝構造形成部により形成され、前記溝構造の中心が、前記内視鏡の長手方向に延びる中心軸に垂直な面による前記冷却ヘッドの断面中心に重なるように前記ガイド部により位置決めされることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡。
【請求項４】
前記冷却ヘッドと、熱交換部とは別体に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項５】
前記冷却ヘッドは、上側ヘッド部と下側ヘッド部とから構成され、前記上側及び前記下側ヘッド部の一方又は両方に溝構造形成部が形成され、前記上側ヘッド部と前記下側ヘッド部とを重ね合わせることにより、前記溝構造が形成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項６】
前記内視鏡の湾曲部に対応して配置される、前記二重内腔管の湾曲可能部は可撓性を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内視鏡。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、挿入部の先端部に内蔵されている電子部品を冷却するためのジュール・トムソン型冷凍機を備える内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡を用いた観察において、病変部をより容易に見分けられるようにする方法として、これまでの白色光照明下での観察に代わり、特殊光観察といわれる手法が普及してきている。特殊光観察には、狭帯域光観察（ＮＢＩ, Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ）、自家蛍光観察（ＡＦＩ, Ａｕｔｏ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）などがある。
【０００３】
特殊光観察では、光の波長の一部を観察に使うため、高感度の撮像素子が必要となる。特にＡＦＩにおいては、反射光ではなく、微弱な蛍光を用いるため、より高感度の撮像素子が必要となる。微弱光観察で良好な画質を得るためには、温度上昇による暗電流の発生を抑えるために撮像素子を冷却することが有効である。
【０００４】
また、内視鏡先端部の撮像モジュールの高機能化、高密度化、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明化が進むにつれ、内視鏡先端部での発熱量が増大し、撮像素子の温度が上昇する結果、画質の劣化がおこる恐れがある。従って、良好な画質を得るために、内視鏡先端部での熱の放熱、冷却が必要である。
例えば、特許文献１にあるように、発光ダイオードユニット（以下、ＬＥＤユニットと呼ぶ）を先端部に照明として備える内視鏡において、ＬＥＤユニットからの発熱を逃がすために、液体を流す液体流路を備えて放熱する技術が提案されている。
【０００５】
この従来の内視鏡について図９を用いて説明する。図９は、従来の内視鏡５０２の概略的なブロック図である。
内視鏡５０２は、ＬＥＤ５３４を有する光源部５２０、ポンプ５４２、水Ｗの入ったタンク５２３、循環管路として各管５４１Ａ 、５４１Ｂ、５４５Ａ、５４５Ｂ 、中継管５４６、温度センサ５３２を備える。内視鏡５０２の操作部に設けられた発熱源である光源部５２０の温度が温度センサ５３２により測定され、測定温度が所定温度以上の場合、ポンプ駆動制御回路５４４がポンプ５４２を作動させる。その結果、水Ｗは光源部５２０を冷却するために、管５４１Ａ、５４５Ａ、中継管５４６、管５４５Ｂ、管５４１Ｂによって構成される循環管路を循環しながら流れつづける。冷却用の水Ｗは、循環管路を通過しているときに、発熱源である光源部５２０から熱を吸収し、冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３―３８４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１の内視鏡５０２のように、内視鏡５０２の操作部内にＬＥＤ等を配置した構成の場合には水Ｗを循環させることで冷却が可能かもしれないが、内視鏡５０２の挿入部の先端部において、撮像モジュールの高機能化、高密度化、ＬＥＤ照明化した構成では、水Ｗを循環させるだけでは、放熱、冷却性能を十分に得られない恐れがある。
【０００８】
これは、内視鏡５０２の場合、挿入部の径を細くするために、水Ｗが流れる液体流路の許容できる径は小さく、かつ、その長さは比較的長尺であるためである。すなわち、冷却した水Ｗをポンプ５４２から吐出しても、又はポンプ５４２から吐出した後に水Ｗを冷却しても、吐出される液量は非常に少なく、ゆっくりと挿入部内部の細くて長い流路を通過している間に、環境温度である人体の体温程度まで水Ｗの温度が上昇してしまい、ＬＥＤ等の電子部品を冷却・放熱することが困難である可能性があるためである。
【０００９】
また、従来の内視鏡５０２は、熱源部である光源部５２０を熱伝導性の高い熱伝達部材で覆い、循環管路がその光源部５２０周りに近接するよう螺旋状に巻かれている構造としている結果、その循環管路内を流れる冷媒の水Ｗの温度や流速によっては、十分な放熱、冷却性能を得ることが困難であることが予想される。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内視鏡の先端部に内蔵される撮像素子やＬＥＤといった電子部品を、内視鏡が使用される環境温度以下に冷却することが可能で、更には先端部のような狭い領域において熱交換効率を高めた構造の冷却機構を備える内視鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内視鏡は、その内視鏡の先端部内において、放熱・冷却手段として二重内腔管を有するジュール・トムソン型冷凍機（以後、ＪＴ冷凍機と呼ぶ）を備える。
【００１２】
具体的には、挿入部を備える内視鏡において、前記挿入部の先端部に内蔵されている電子部品と、前記電子部品を冷却するために、前記内視鏡の管内に設けられているジュール・トムソン型冷凍機と、を備え、前記ジュール・トムソン型冷凍機は、直線状の二重内腔管と、前記二重内腔管に接続される冷却ヘッドと、ジュール・トムソン効果を生じさせる絞り管と、を有し、前記冷却ヘッドは、前記挿入部の先端部に内蔵されている電子部品からの発熱を放熱・冷却するための熱交換部と、前記絞り管を位置決めするガイド部とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記熱交換部は、溝構造を構成し、前記ガイド部は、前記内視鏡の長手方向に延びる中心軸に沿って絞り管を位置決めすることが望ましい。
【００１４】
本発明の好ましい態様によれば、前記熱交換部により構成される溝構造は、前記内視鏡の長手方向に延びる中心軸に対し放射状に延びる溝構造形成部により形成され、前記溝構造の中心が、前記内視鏡の長手方向に延びる中心軸に垂直な面による前記冷却ヘッドの断面中心に重なるように前記ガイド部により位置決めされることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記冷却ヘッドと、熱交換部とは別体に形成されていることが望ましい。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記冷却ヘッドは、上側ヘッド部と下側ヘッド部とから構成され、前記上側及び前記下側ヘッド部の一方又は両方に溝構造形成部が形成され、前記上側ヘッド部と前記下側ヘッド部とを重ね合わせることにより、前記溝構造が形成されることが望ましい。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記内視鏡の湾曲部に対応して配置される、前記二重内腔管の湾曲可能部は可撓性を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の内視鏡は、ＪＴ冷凍機を備えるため、環境温度に制限されること無く、冷却対象である電子部品を環境温度以下まで冷却することが可能になる。また、熱源である電子部品に対する冷却ヘッドの熱交換効率を向上させるために、ＪＴ冷凍機の絞り管を位置決めするガイド部を冷却ヘッドに形成することにより、内視鏡先端部のような狭い領域で効果的に熱源である電子部品を冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示す図である。
【図２】内視鏡の挿入部の先端部の断面構成を示す図であり
【図３】ＪＴ冷凍機の外観斜視構成を示す図である
【図４】図３の平面ＡＢＣに沿った断面構成を示す図である。
【図５】冷却ヘッドの斜視構成を示す図である。
【図６】（ａ）は、図５に示す冷却ヘッドの正面構成を示す図であり、（ｂ）は、図６（ａ）の線Ａ−Ａ´に沿った断面構成を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る冷却ヘッドの分解斜視構成を示す図である。
【図８】第３の実施形態に係る冷却ヘッドの分解斜視構成を示す図である。
【図９】従来の内視鏡の概略的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明にかかる内視鏡の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２１】
〔第１の実施形態〕
本発明の内視鏡を適用した第１の実施形態に係る内視鏡システム１について図１乃至図６を参照しつつ説明する。図１は、第１の実施形態に係る内視鏡システム１の全体構成を示す図であり、図２は、内視鏡１０１の挿入部１１２の先端部２の断面構成を示す図であり、図３は、ＪＴ冷凍機３の外観斜視構成を示す図であり、図４は、図３の平面ＡＢＣに沿った断面構成を示す図であり、図５は、冷却ヘッド１７の斜視構成を示す図であり、図６（ａ）は、図５に示す冷却ヘッド１７の正面構成を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の線Ａ−Ａ´に沿った断面構成を示す図である。
【００２２】
図１に示されるように、内視鏡システム１は、内視鏡１０１と、ビデオプロセッサ１０３と、光源１０４と、冷媒ガスコントローラー１０５と、冷媒ガスボンベ１０６によって、主に構成される。冷媒ガスボンベ１０６は、配管１０７ａにより冷媒ガスコントローラー１０５に接続され、冷媒ガスの流量は、先端部２の温度がある温度で一定となるように、冷媒ガスコントローラー１０５により調節され、適当な高圧状態となる。
【００２３】
冷媒ガスコントローラー１０５により調節された冷媒ガスは、配管１０７ｂ、ビデオプロセッサ１０３、及びユニバーサルケーブル１０２の内部に設けられた配管（図示せず）を通って、内視鏡１０１の先端部２のＪＴ冷凍機３に供給される。
【００２４】
内視鏡１０１は、主として、挿入部１１２と、挿入部１１２の先端部２に内蔵されている電子部品である撮像モジュール５と、撮像モジュール５を冷却するために、内視鏡１０１の管内に設けられているＪＴ冷凍機３と、を備える。
【００２５】
図２乃至図４に示されるように、ＪＴ冷凍機３は、直線状の二重内腔管１０８（内管１０９と外管１１０からなる）、二重内腔管１０８に接続する冷却ヘッド１７、ジュール・トムソン効果を生じさせる絞り管である減圧部１１１を備える。内管１０９と外管１１０は可撓性を有する細径の二重内腔管で、内視鏡１０１の挿入部１１２の先端部２内に延在している。
【００２６】
従って、ＪＴ冷凍機３は、内視鏡１０１の挿入部１１２を構成する蛇管部１２８と屈曲する湾曲部１３０とで必要とされる可撓性を有し、特に湾曲部１３０で必要とされる大きな可撓性を満たすために、湾曲部１３０に対応して配置される二重内腔管１０８の湾曲可能部１０８ａは、曲げ剛性の小さい構造を有する。
【００２７】
内管１０９は、ユニバーサルケーブル１０２内の高圧冷媒ガス供給用の配管に接続している。内管１０９及び外管１１０とユニバーサルケーブル１０２内の配管とを接続するときは、二重管構造から別々な２本の配管に分離される。減圧部１１１も可撓性を有する極細径内腔管であり、内管１０９よりも小さい内径を有し、内管１０９と気密に接続される。冷却ヘッド１７は内部に冷媒ガスが流れる溝である溝構造形成部１１３を有し、外管１１０と気密に接続される。
【００２８】
図４乃至図６に示されるように、冷却ヘッド１７には、極細径内腔管である減圧部１１１と同径に設けられた円筒形の溝１１５を中心に、放射状に延びる溝である溝構造形成部１１３を複数刻設し溝構造が形成されている。
【００２９】
二重内腔管１０８を冷却ヘッド１７に接続する際には、減圧部１１１が溝１１５（すなわち、隣り合う２つの溝構造形成部１１３により画成される扇形状部の２つの側面が連結される稜線部１４１）に支持されることにより、内視鏡１０１の長手方向に延びる中心軸ｘに沿って冷却ヘッド１７に対する減圧部１１１の位置決めがなされる。このとき、中心軸ｘに垂直な面による前記冷却ヘッド１７の断面中心と、溝構造（若しくは溝１１５）の中心とが重なる。
【００３０】
従って、ジュール・トムソン効果によって冷却された気体（冷媒ガス）が減圧部１１１から放出されたとき、冷却された気体が、冷却ヘッド１７の内部の溝１１５から溝構造形成部１１３を介して均等に広がるため、圧力損失が少なく、冷媒ガスと熱交換部１１４との間の効率的な熱交換をおこなうことができる。
【００３１】
また、放射状に溝構造形成部１１３を形成することにより、冷却ヘッド１７内部で冷却ガスと接し熱交換をおこなう熱交換部１１４の表面積を多く得ることができる。この放射状に延在する溝構造形成部１１３の側面である熱交換を行う熱交換部１１４の表面積を多くするためには、極細径内腔管である減圧部１１１の位置決めのためのガイドとなる溝１１５を中心とし、溝構造形成部１１３はできる限り狭い幅の間隔で形成されることが望ましい。
【００３２】
なお、熱交換部１１４は、冷却ヘッド１７の内周面から突出する正面視において扇形状部の円弧状面を挟む側面により構成されるが、本発明は特にこの構成に限定されない。熱交換部１１４の熱交換効率を高めることができるように、熱交換部１１４は種々の形状を採用することができる。
【００３３】
次に、内視鏡１０１の先端部２内の構成について説明する。図２に示すように、先端部２内には、ＪＴ冷凍機（冷却ヘッド１７と二重内腔管と絞り管とから構成される）、撮像モジュール５、光学系６が配置されている。冷却ヘッド１７は、冷却対象である電子部品、すなわち撮像モジュール５に、低熱抵抗である熱伝導グリスなどを介して固定される。すなわち、冷却ヘッド１７の下面１７ａと電子部品である撮像モジュール５とは、熱伝導グリスを介して接触している。
【００３４】
冷媒ガスが冷却ヘッド１７内を流れることにより、冷却ヘッド１７を介して撮像モジュール５の発熱を吸熱する。冷却ヘッド１７は熱伝導率の高い材料から形成することが望ましく、さらには、冷却対象と接しない冷却ヘッド１７の面１７ｂは断熱され、冷却ヘッド１７の吸熱を、冷却対象である撮像モジュール５からの発熱のみにできるだけ限ることが望ましい。
【００３５】
図２に示すように本実施形態は、撮像モジュール５を冷却する場合としたが、ＬＥＤ照明を用いた内視鏡では、冷却ヘッド１７によりＬＥＤモジュールを冷却してもよい。また、ＪＴ冷凍機３の冷却ヘッド１７、二重内腔管（内管１０９と外管１１０からなる）、減圧部１１１の材質と寸法は、ジュール・トムソン効果が十分に起こり、内視鏡１０１の内部に収まるものであれば、適宜選択できる。
【００３６】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の内視鏡を適用した第２の実施形態に係る内視鏡システムの冷却ヘッド２６について図７を参照しつつ説明する。図７は、第２の実施形態に係る冷却ヘッド２６の分解斜視構成を示す図である。
【００３７】
第２の実施形態の冷却ヘッド２６は、第１の実施形態で示した溝構造が一体的に形成された冷却ヘッド１７と異なり、ヘッド構成部２０２を冷却ヘッド本体２７とは別に製作し、ヘッド構成部２０２を冷却ヘッド本体２７に取り付けて構成される。内視鏡システム、ＪＴ冷凍機の構成については、第１の実施形態と同様とである。
【００３８】
冷却ヘッド本体２７には、内視鏡の長手方向に延びる中心軸ｘの方向に穴２０１が形成されている。穴２０１内には、ヘッド本体２７とは別途製作され、冷却ヘッド２６の溝構造を構成するヘッド構成部２０２が挿入される。ヘッド構成部２０２は、絞り管である極細径内腔管すなわち、減圧部１１１が接続され、位置決めするためのガイドとなる穴２０３を有する。ヘッド構成部２０２が冷却ヘッド本体２７内に挿入されると、溝構造を有する冷却ヘッド２６が形成される。ヘッド構成部２０２に形成されるＶ字状の溝である溝構造形成部２１３の各々を画成し、互いに連結される面が、熱交換のための熱交換部２１３を構成する。
【００３９】
なお、冷却ヘッド本体２７は、その穴２０１内にヘッド構成部２０２を収容すると、穴２０１の中心とヘッド構成部２０２の穴２０３の中心が重なるように寸法付けされている。すなわち、中心軸ｘに鉛直な冷却ヘッド２６の断面中心とヘッド構成部２０２の穴２０３の中心とが重なる。なお、減圧部１１１からヘッド構成部２０２の穴２０３内へ供給された冷媒ガスは、ヘッド構成部２０２の後方に設けられた開口２０４から冷却ヘッド本体２７の穴２０１内に放出される。
【００４０】
本実施形態では、ヘッド構成部２０２を正面視において十字形状とし、冷却ヘッド本体２７とヘッド構成部２０２との間に空洞を設けることで、冷却ガスと接する熱交換部２１３の表面積を大きくしている。この熱交換部２１３の形状及び寸法は、冷却ヘッド本体２７の内部に収まり、かつ減圧部１１１から放出された冷却気体の流れを妨げるものでなければよい。また、ヘッド構成部２０２は、正面視十字形状に限らず、Ｘ字形状、Ｙ字形状、Ｉ字形状等適宜変更できることは言うまでもない。
【００４１】
別途製作されたヘッド構成部２０２と冷却ヘッド本体２７は、熱伝導グリスなどを介して熱的に接触させ、接着剤等により固定される。冷却ヘッド本体２７とヘッド構成部２０２の材質は、できる限り熱伝導率の高いものを用いれば、異なってもよい。
【００４２】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の内視鏡を適用した第３の実施形態について図８を参照しつつ説明する。図８は、第３の実施形態に係る内視鏡システムの冷却ヘッド３７の分解斜視構成を示す図である。第３の実施形態では、冷却ヘッド３７を構成する上側ヘッド部３７ａと下側ヘッド部３７ｂとが別々に製作される。上側ヘッド部３７ａと下側ヘッド部３７ｂを別々に製作する構成であるので、予め、上側ヘッド部３７ａと下側ヘッド部３７ｂの内部に溝である溝構造形成部３１３を形成することができる。本実施形態では、溝構造形成部材３１３は、複数設けられている。内視鏡システム、ＪＴ冷凍機の構成については、第１の実施形態と同じである。
【００４３】
上側ヘッド部３７ａの溝構造形成部と下側ヘッド部３７ｂの溝構造形成部３１３とが接するように接合すると、内部に溝構造を有する冷却ヘッド３７が完成する。また、上側ヘッド部３７ａと下側ヘッド部３７ｂとは、減圧部（図４の符号１１１参照。）を挟んだ状態で接合される。接合状態では、減圧部は、中心軸ｘを挟み離間して形成され、一の溝構造形成部３１３を構成する一対のリブ３１３ａ、３１３ｂにより係止され、減圧部の中心が中心軸ｘを通る。すなわち、リブ３１３ａ、３１３ｂが減圧部の位置決めを行うガイド部として機能する。
【００４４】
本実施形態における熱交換部３２１は、溝構造形成部３１３を形成するリブ（例えば、隣り合うリブ３１３ａ、３１３ｂ）の、冷却ヘッド３７の短手方向（中心軸ｘに垂直な方向）に延びる線が交差する側面により構成される。
【００４５】
この実施形態のように、２枚の薄板から上側ヘッド部３７ａと、下側ヘッド部３７ｂとを形成すれば、薄型の冷却ヘッド３７を実現できる。上側ヘッド部３７ａ及び下側ヘッド部３７ｂを、シリコンを用いて、ＭＥＭＳプロセスで製作することにより、微細で表面積を多く得られる熱交換部を有する溝構造をもつ冷却ヘッドを製作することができる。また、研削加工により溝構造を形成することも可能である。
【００４６】
また、本実施形態では、上側ヘッド部３７ａ及び下側ヘッド部３７ｂの両方に溝構造形成部３１３を形成する構成としたが、本発明は、この構成に限定されない。冷却ヘッド３７の内部に溝構造（若しくは冷媒ガスが通る流路）が形成できる構成であれば上側ヘッド３７ａ及び下側ヘッド部３７ｂのいずれか一方にのみ溝構造形成部を設ける構成でもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１  内視鏡システム
２  先端部
３  ＪＴ冷凍機
５  撮像モジュール
１７、２６、３７  冷却ヘッド
２７  冷却ヘッド本体
３７ａ  上側ヘッド部
３７ｂ  下側ヘッド部
１０１  内視鏡
１０２  ユニバーサルケーブル
１０３  ビデオプロセッサ
１０４  光源
１０５  冷媒ガスコントローラー
１０６  冷媒ガスボンベ
１０７ａ、１０７ｂ  配管
１０８  二重内腔管
１０９  内管
１１０  外管
１１１  減圧部
１１２  挿入部
１１３、２１３、３１３  溝構造形成部
１１４  熱交換部
１１５  溝
１２８  蛇管部
１３０  湾曲部
２０１  冷却ヘッド本体の穴
２０２  ヘッド構成部
２０３  溝構造形成部の穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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