(57)【要約】【課題】熱源を効果的に冷却でき、設計の自由度が高い内視鏡装置を提供することを目的とする。【解決手段】複数の熱源である撮像素子８、ＬＥＤ９と、前記複数の熱源である撮像素子８、ＬＥＤ９それぞれに対して設けられた複数の熱交換器６、７と、熱量が低い順に前記複数の熱交換器６、７を連通し、流体が内部を流れるチューブ５、５ａ、５ｂと、を備えることを特徴とする。前記複数の熱源は、第１の熱源と第２の熱源とを有することが望ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱源と、
前記複数の熱源それぞれに対して設けられた複数の熱交換器と、
熱量が低い順に前記複数の熱交換器を連通し、流体が内部を流れるチューブと、を備えることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
前記複数の熱源は、第１の熱源と第２の熱源とを有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項３】
前記第１の熱源は、撮像素子を有し、前記第２の熱源は、発光素子を有することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
【請求項４】
前記チューブは、前記複数の熱交換器を連通した後に、内部を流れる流体を前記内視鏡装置の長手方向先端部から外部へ出すように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内視鏡装置。
【請求項５】
前記チューブが、前記内視鏡装置の長手方向後端部から前記内視鏡装置の長手方向先端部に向かう往路チューブと、前記内視鏡装置の長手方向先端部から前記内視鏡装置の長手方向後端部に向かう復路チューブと、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内視鏡装置。
【請求項６】
前記復路チューブは、前記往路チューブが接触する前記熱交換器には接触しないことを特徴とする請求項５に記載の内視鏡装置。
【請求項７】
前記熱交換器が電気抵抗パターンと電気絶縁膜と配線とを有し、前記撮像素子または前記発光素子の温度測定を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源の熱量（熱交換量）の低い順に熱交換を行う冷却機構を有する内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、照明手段であるＬＥＤユニットと、撮像素子であるＣＣＤと、を備える内視鏡装置が利用されている。内視鏡装置において、ＬＥＤユニットにより発生した熱がＣＣＤに伝わると、ＣＣＤの所期の性能を発揮できなくなってしまう可能性がある。そこで、例えば、特許文献１に開示される内視鏡装置では、ＬＥＤとＣＣＤとの間に断熱材を入れかつ水冷ジャケットを配置することによってＬＥＤの冷却が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の内視鏡装置の断熱材や冷却ジャケット等の冷却機構は、現在使用されている内視鏡装置用の照明手段などの熱源を冷却するためには効果的である。しかし、将来的にさらに高性能な撮像素子や発光素子などの熱源が使用されると、その消費電力が大きくなり、そのような内視鏡装置では高い冷却性能が必要とされることが予想される。さらに、内視鏡装置の多岐に亘る使用目的に応じて種々の機能を設ける必要性から、冷却機構の小型化し、設計の自由度を確保する必要もある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、この問題を解決するために、熱源を効果的に冷却でき、設計の自由度が高い内視鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内視鏡装置は、複数の熱源と、前記複数の熱源それぞれに対して設けられた複数の熱交換器と、熱量が低い順に前記複数の熱交換器を連通し、流体が内部を流れるチューブと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記複数の熱源は、第１の熱源と第２の熱源とを有することが望ましい。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第１の熱源は、撮像素子を有し、前記第２の熱源は、発光素子を有することが望ましい。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記チューブは、前記複数の熱交換器を連通した後に、内部を流れる流体を前記内視鏡装置の長手方向先端部から外部へ出すように構成されていることが望ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記チューブが、前記内視鏡装置の長手方向後端部から前記内視鏡装置の長手方向先端部に向かう往路チューブと、前記内視鏡装置の長手方向先端部から前記内視鏡装置の長手方向後端部に向かう復路チューブと、を有することが望ましい。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記復路チューブは、前記往路チューブが接触する前記熱交換器には接触しないことが望ましい。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記熱交換器が電気抵抗パターンと電気絶縁膜と配線とを有し、前記撮像素子または前記発光素子の温度測定を行うことが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる内視鏡装置は、熱量が小さい熱源から順に熱交換する熱交換機構を備えることで、冷却を効率的にできるとともに、断熱部材が不要となり設計の自由度を高くできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第一の実施形態に係る内視鏡装置を備える内視鏡システムの概略構成図である。
【図２】第一の実施形態に係る内視鏡装置に係る冷却対象である撮像素子及び発光素子、及び冷却機構の斜視構成を示す図である。
【図３】（ａ）は、図２の冷却機構の斜視構成を示す図であり、（ｂ）は、図３（ａ）の線ＩＩＩ−ＩＩＩ及び線ＩＶ−ＩＶに沿った断面構成を示す図である。
【図４】第一の実施形態に係る内視鏡装置の内部の側面構成を示す図である。
【図５】第一の実施形態に係る内視鏡装置の正面構成を示す図である。
【図６】第一の実施形態に係る内視鏡装置の内部の平面構成を示す図である。
【図７】第二の実施形態に係る内視鏡装置の内部の側面構成を示す図である。
【図８】第三の実施形態に係る内視鏡装置の内部の側面構成を示す図である。
【図９】第三の実施形態に係る内視鏡装置の正面構成を示す図である。
【図１０】第三の実施形態に係る内視鏡装置の内部の平面構成を示す図である。
【図１１】第三の実施形態に係るチューブ及び第一の熱交換機の斜視構成を示す図である。
【図１２】図１１の線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った断面構成を示す図である。
【図１３】第四の実施形態に係る内視鏡装置の内部の側面構成を示す図である。
【図１４】第四の実施形態に係る内視鏡装置の正面構成を示す図である。
【図１５】第四の実施形態に係る内視鏡装置の内部の平面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる内視鏡装置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。
【００１６】
(第一の実施形態)
本発明の第一の実施形態について、図１乃至図６を用いて説明する。図１は、第一の実施形態に係る内視鏡装置１を備える内視鏡システム１００の概略構成図である。図２は第一の実施形態に係る内視鏡装置１に係る冷却対象である撮像素子８及び発光素子９、及び冷却機構１０１の斜視構成を示す図である。図３（ａ）は、図２の冷却機構１０１の斜視構成を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）の線ＩＩＩ−ＩＩＩ及び線ＩＶ−ＩＶに沿った断面構成を示す図である。
【００１７】
図４は、第一の実施形態に係る内視鏡装置１の内部の側面構成を示す図である。図５は、第一の実施形態に係る内視鏡装置１の正面構成を示す図である。図６は、第一の実施形態に係る内視鏡装置１の内部の平面構成を示す図である。なお、図３（ｂ）に示す第一の熱交換器６は、図３（ａ）の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面構成で示され、図３（ｂ）のその他の部材は、図３（ａ）の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面構成で示されている。
【００１８】
図１に示す内視鏡システム１００は、被検体の体内を観察する観察装置である。内視鏡装置１は被検体の体内に挿入され、体内画像の取得や生細胞の取得する手段、及び治療を行なう手段を持つ装置である。光源装置２、ビデオプロセッサ３、モニター４は内視鏡装置１と電気的、機械的に繋がり、各役割を果たす。光源装置２は内視鏡装置１の照明等に用いる光を供給する装置であり、ビデオプロセッサ３は内視鏡装置１の撮像素子８にから撮像素子配線１１を介して送られる画像の処理や各回路の同期や処理を行なうものであり、モニター４は内視鏡装置１の画像を出力するものである。
【００１９】
次に、図２、図３、図４、図５、図６を用いて第１及び第２の熱交換器６、７について説明する。本実施形態及び後述する他の実施形態では発光素子はＬＥＤ９として説明する。
【００２０】
図２に示されるように撮像素子８とＬＥＤ９はそれぞれが接触しない状態で内視鏡装置１内に配置されており、それぞれが駆動する際に発熱する。将来的にさらなる画像の高画質化や画像の鮮明化を目指していくと撮像素子８やＬＥＤ９への投入電力量が大きくなることが予想される。投入電力量が大きくなると発熱量も多くなる。
【００２１】
撮像素子８とＬＥＤ９はそれぞれ違う電力値で駆動され、通常ＬＥＤ９への投入電力が大きく発熱が大きい。この発熱は、撮像素子８の場合は熱ノイズとして画像悪化の原因になり、ＬＥＤ９の場合はＬＥＤ９の発光量減少の原因となる。そのため、撮像素子８とＬＥＤ９の両方を冷却できることが望ましい。
【００２２】
また、撮像素子８とＬＥＤ９を同時に冷却するような一つの構造体であると撮像素子８とＬＥＤ９の熱がお互いに伝熱しあい一方の温度が上昇する恐れがある。そこで熱交換器をそれぞれ撮像素子８とＬＥＤ９に一つずつ設け、熱交換器どうしが伝熱しないようにする。    
【００２３】
撮像素子８の熱交換器を第一の熱交換器６、ＬＥＤ９の熱交換器を第二の熱交換器７とし、第一の熱交換器６及び第二の熱交換器７は中空のチューブ５で接続される。第一の熱交換器６と第二の熱交換器７は数ｃｍほど離れておりチューブ５で接続されてもお互いの熱が伝わらない。チューブ５は例えばＰＥＥＫチューブ、シリコーンチューブ、ポリイミドチューブ等である。
【００２４】
チューブ５は内視鏡装置１の長手方向後端部１ａから長手方向先端部１ｂまで伸びる往路チューブ５ａと、長手方向先端部１ｂから再度長手方向後端部１ａまで延びる復路チューブ５ｂとから成る。冷却のための流体は長手方向後端部１ａに位置するチューブ５の流体導入部１０から供給され、チューブ５内を通る。流体の搬送は不図示のポンプによって圧力を加えることで行われる。
【００２５】
撮像素子８とＬＥＤ９に対してそれぞれ第一の熱交換器６、第二の熱交換器７が接触している。第一の熱交換器６、第二の熱交換器７はそれぞれ内部に流体の通る流路６ａ、７ａが作られており、流体の入口６ｂ、７ｂ、出口６ｃ、７ｃにそれぞれチューブ５が接続されている。この時チューブ５内を流す流体は気体でも液体でも構わない。流体は例えば純水、生理食塩水、シリコーンオイル等である。本実施形態及び後述する他の実施形態では純水を流すものとして説明を行う。
【００２６】
第一の熱交換器６、第二の熱交換器７は金属やプラスチック、硬化性シリコーン等で形成される。第一の熱交換器６、第二の熱交換器７は、撮像素子８、ＬＥＤ９に対して接着剤等で固定される。第一の熱交換器６、第二の熱交換器７が金属の場合は溶接も可能である。第一の熱交換器６、第二の熱交換器７が硬化性シリコーンの場合には、撮像素子８、ＬＥＤ９と第一及び第二の熱交換器６、７を接触させたまま硬化性シリコーンを硬化させれば接触状態を維持したまま硬化できる。
【００２７】
上述したような接続方法を取るのは、第一及び第二の熱交換器６、７と熱交換対象である撮像素子８、ＬＥＤ９との間の熱抵抗をできるだけ減少させるためである。熱抵抗は異種材料間の接続部で大きくなり、特に空気の存在が一番大きな熱抵抗となる。そこで、接続部の熱伝達効率を高めるためには、空気層を減少させる構造を取るのが効果的である。
【００２８】
第一及び第二の熱交換器６、７内の流路６ａ、７ａについて説明する。第一及び第二の熱交換器６、７の冷却効果を大きくするには流路６ａ、７ａの表面積を大きくすることが効果的である。そこで図３（ｂ）のように流路６ａ、７ａを配置する。流体が第一及び第二の熱交換機６、７内で偏って流れないように、第一及び第二の熱交換機６、７内に均一に流路６ａ、７ａを配置するのが良い。
【００２９】
第一の熱交換器６の流路６ａを、平断面視で略Ｕ字形状とすることで、第一の熱交換器６と流路６ａを流れる流体との接触面積を大きくしている。また、第２の熱交換器７の流路７ａは、平断面視で直線状に延び、第一の熱交換器６と同様に、第二の熱交換器７と流路７ａを流れる流体との接触面積を大きくしている。
【００３０】
次に冷却順について説明する。本実施形態及び後述する第二及び第三の実施形態では撮像素子８とＬＥＤ９にそれぞれ第一及び第二の熱交換器６、７を設け最初に撮像素子８、次にＬＥＤ９の順で冷却を行う。
【００３１】
図２及び図４の矢印で示されるように水は内視鏡装置１の後端部１ａから第一の熱交換器６を通り、撮像素子８を冷却した後に内視鏡装置１の先端部１ｂの第二の熱交換器７に到達する。水は、第二の熱交換器７でＬＥＤ９を冷却し、内視鏡装置１の後端部１ａへ戻る。この際に復路チューブ５ｂは、再度第一の熱交換器６付近を通り、内視鏡装置１の後端部１ａへ戻っていく際、チューブ５と第一の熱交換器６は接触しない。
【００３２】
復路チューブ５ｂと第一の熱交換器６が接触してしまうと撮像素子８は逆に温度が上昇してしまうからである。これは本実施形態及び後述する他の実施形態では、撮像素子８よりもＬＥＤ９の方が発熱量が大きいため、流体（水）の温度は第二の熱交換器７を通った後の方が高くなるためである。
【００３３】
この構成を取ることで特許文献１に示されるような断熱材が不要となるため断熱材分のスペースが内視鏡装置１内にできる。断熱材に比べ本実施形態及び後述する他の実施形態の水冷機構１０１のほうが小型であるために内視鏡装置１の先端部１ｂのさらなる小型化が可能になる。
【００３４】
また、発熱量の低い部材から順に冷却する単一の冷却機構１０１を用いることにより、ＬＥＤ９及び撮像素子８それぞれに別体の冷却機構を設けることなく、ＬＥＤ９だけでなく撮像素子８も冷却することができる。特に高性能な撮像素子が必要となる特殊光観察の場合は通常の撮像素子よりも駆動電力が大きく発熱が大きくなる。そのため将来的に内視鏡装置の画像に熱ノイズがのることが予想されるため、冷却による熱ノイズ削減を行うことができる。
【００３５】
(第二の実施形態)
図７を用いて第二の実施形態について説明する。図７は、第二の実施形態に係る内視鏡装置１の内部の側面構成を示す図である。第二の実施形態の内視鏡装置１は、第一の熱交換器６及び第二の熱交換器７それぞれに第一及び第二の電気抵抗パターン１４、２４を形成し、抵抗値の測定を行うことで温度測定を可能とする点で第一の実施形態に係る内視鏡装置と異なる。
【００３６】
第二の実施形態に係る内視鏡装置１の構成に関し、第一の実施形態と異なる部分について説明する。特に説明しない第二の実施形態の要素は、第一の実施形態の要素と同じである。また、第二の実施形態の構成は、後述する第三及び第四の実施形態に適用できることは言うまでもない。
【００３７】
第一及び第二の電気抵抗パターン１４、２４はフォトリソグラフィー、めっき等を用いて第一及び第二の熱交換器６、７に直接形成される。第一及び第二の電気抵抗パターン１４、２４は温度によって抵抗値の値が変化する。第一及び第二の熱交換器６、７の温度変化は、第一及び第二の電気抵抗パターン１４、２４の抵抗値の変化量を温度の変化量に換算することで測定される。
【００３８】
第一及び第二の電気抵抗パターン１４、２４は電気絶縁膜１５に覆われ、第一及び第二の電気抵抗パターン１４、１５とその周辺の部材との電気的な接続が防止されている。第一及び第二の電気抵抗パターン１４、電気絶縁膜１５はそれぞれ数μｍ程度であるため、内視鏡装置１内のスペースは、第一の実施形態の内視鏡装置と違いはないと考えて問題ない。
【００３９】
電気的な抵抗値を測定するために内視鏡装置１の後方（図７の右方）に第一の電気抵抗パターン１４からの配線が延びている。第一の熱交換器６の第一の電気抵抗パターン１４へ接続されているのが第一の熱交換器配線１２で第二の熱交換器７の第二の電気抵抗パターン２４へ接続されているのが第二の熱交換器配線１３である。この構成において、抵抗値測定は４端子測定で行われることが望ましい。
【００４０】
この構成を取ると撮像素子８とＬＥＤ９の温度を測定することができ、その温度に応じて第一及び第二の熱交換器６、７への流体流量をフィードバック制御することが可能となる。そのため撮像素子８とＬＥＤ９がある所定の温度以上になった時に冷却機構１０１を駆動させることができる。
【００４１】
所定の温度で冷却機構１０１を駆動できると不図示のポンプの電力を抑えることや、水（流体）の浪費を抑えることができる。また撮像素子８とＬＥＤ９を冷却するだけでなく一定温度に保つこともできる。一定に保つことで撮像素子８の熱ノイズレベルを一定に保つことや、ＬＥＤ９の発光量を一定にすることができる。熱に起因する画像へのノイズを一定に保つことが可能となり、同一部の画像を同様に再現できるようになる。
【００４２】
(第三の実施形態)
第三の実施形態について図８乃至図１２を参照しつつ説明する。図８は、第三の実施形態に係る内視鏡装置１の内部の側面構成を示す図である。図９は、第三の実施形態に係る内視鏡装置１の正面構成を示す図である。図１０は、第三の実施形態に係る内視鏡装置１の内部の平面構成を示す図である。図１１は、第三の実施形態に係るチューブ５及び第一の熱交換機６の斜視構成を示す図である。図１２は、図１１の線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った断面構成を示す図である。
【００４３】
第三の実施形態の内視鏡装置１は、水（流体）は第二の熱交換器７を通ったあと、内視鏡装置１の長手方向の後方端部１ａへ戻らずに内視鏡装置１の長手方向の先端部１ｂから内視鏡装置１の外へ出してしまう構成である。なお、第三の実施形態の内視鏡装置１の構成については、第一の実施形態の内視鏡装置と異なる部分について説明する。
【００４４】
この構成の場合は、内視鏡装置１の長手方向後端部へ水が還る分の復路チューブを省略できるために、復路チューブが必要である第一、第二の実施形態の内視鏡装置と比較して内視鏡装置１内のスペースを稼ぐことができる。またチューブ５の長さが半分になるため、水を流すために必要となる圧力が小さくなり、水を圧送するための不図示のポンプの小型化を実現できる。
【００４５】
第三の実施形態は、ＬＥＤ９と接合される第二の熱交換器７内の流路７ａが、第一、第二の実施形態と違う。流路７ａを、図１２に示すように、その平断面視においてＵ字形状とすることで、流路７ａの面積を大きくし、水と熱交換機との間の熱伝達効率を高めている。
【００４６】
(第四の実施形態)
第四の実施形態について図１３乃至図１５を参照しつつ説明する。図１３は、第四の実施形態に係る内視鏡装置１の内部の側面構成を示す図である。図１４は、第四の実施形態に係る内視鏡装置１の正面構成を示す図である。図１５は、第四の実施形態に係る内視鏡装置１の内部の平面構成を示す図である。
【００４７】
本実施形態は、３つ以上の熱源が存在する内視鏡装置の例である。なお、第四の実施形態の内視鏡装置１の構成については、第一の実施形態の内視鏡装置と異なる部分について説明する。
【００４８】
本実施形態の内視鏡装置１は、撮像素子８、ＬＥＤ９、撮像素子駆動制御回路１３の３つの熱源を備える構成であり、熱源それぞれに第一の熱交換器６、第二の熱交換器７、第三の熱交換器１６が結合されている。すなわち、本実施形態の内視鏡装置１は、第一の実施形態の内視鏡装置内に撮像素子駆動制御回路１３及び第三の熱交換器１６を加えた構成である。
【００４９】
各部材間の結合は、接着剤やはんだ結合等で行う。また、本実施形態では、撮像素子駆動制御回路１３、撮像素子８、ＬＥＤ９でそれぞれ発生する熱量の関係は、撮像素子駆動制御回路１３＜撮像素子８＜ＬＥＤ９となっている。
【００５０】
内視鏡装置１の長手方向後端部１ａから往路チューブ５ａを介して流された水（流体）は、第三の熱交換器１６、第一の熱交換器６、第二の熱交換器７の順に供給され熱交換を行う。長手方向先端部１ｂへ到達した水は、内視鏡装置１の長手方向後端部１ａへ往路チューブ５ａを介して戻される。
【００５１】
内視鏡装置１の長手方向前端部１ｂから長手方向後端部１ａへ水を流す復路チューブ５ｂと第一の熱交換器６、第三の熱交換器１６、とは接触しないようにしなくてはならない。復路チューブ５ｂと第一の熱交換器６及び第三の熱交換器１６とが接触すると、第二の熱交換器７で熱交換された熱が伝わり、第一の熱交換器６、第三の熱交換器１６の温度が上昇してしまう恐れがあるからである。
【００５２】
なお、本発明における熱源は撮像素子駆動制御回路、撮像素子、ＬＥＤに限るものではなく、熱を有するもの若しくは熱を発生する部材であれば、どんなものでもかまわない。また、第一、第二、及び第四の実施形態では、往路チューブに熱交換器を連結する構成としたが、本発明はこの構成に限定されない。
【００５３】
すなわち、水（流体）と熱源との熱交換が、熱源の熱量が小さい順に行われるように構成されていれば、復路チューブに熱交換機を連結する構成してもよい。以上説明した実施形態の構成で、各熱源の熱の発生を効率的に軽減することができ、将来的な投入電力の上昇や新機能の追加による熱の発生に対応することも可能なために内視鏡装置の設計の自由度を増すことができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  内視鏡装置
１ａ  長手方向後端部
１ｂ  長手方向先端部
２  光源装置
３  ビデオプロセッサ
４  モニター
５  チューブ
５ａ  往路チューブ
５ｂ  復路チューブ
６  第一の熱交換器
６ａ、７ａ  流路
６ｂ、７ｂ  入口
６ｃ、７ｃ  出口
７  第二の熱交換器
８  撮像素子
９  ＬＥＤ
１１  撮像素子配線
１２  第一の熱交換器配線
１３  第二の熱交換器配線
１４  第一の電気抵抗パターン
１５  電気絶縁膜
２４  第二の電気抵抗パターン
１００  内視鏡システム
１０１  冷却機構
【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】
2010253090.tif 000008
【図７】
2010253090.tif 000009
【図８】
2010253090.tif 000010
【図９】
2010253090.tif 000011
【図１０】
2010253090.tif 000012
【図１１】
2010253090.tif 000013
【図１２】
2010253090.tif 000014
【図１３】
2010253090.tif 000015
【図１４】
2010253090.tif 000016
【図１５】
2010253090.tif 000017