(57)【要約】【課題】固体撮像素子に取り付けられたカバーガラスに結露が生じることをより確実に抑えることができる撮像装置及び内視鏡を提供する。【解決手段】撮像装置は、被写体像の光を取り込む対物光学系と、光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、撮像素子の撮像面上に設けられ、該撮像素子を気密に封止するカバーガラスと、対物光学系と前記カバーガラスとの間に配置され、対物光学系からの光を撮像面に導くプリズムと、プリズムにおける光の出射面と、カバーガラスにおける光の入射面との間に形成された断熱層と、を有する。【選択図】図３
2011206077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像の光を取り込む対物光学系と、
前記光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の撮像面上に設けられ、該撮像素子を気密に封止するカバーガラスと、
前記対物光学系と前記カバーガラスとの間に配置され、前記対物光学系からの光を前記撮像面に導くプリズムと、
前記プリズムと、前記カバーガラスとの間に形成され、両者の間で相互に熱が伝わることを抑えるための断熱層と、を有する撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記断熱層が、断熱用ガラスと、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間において空隙を設けるスペーサと、を有し、密閉されている撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記断熱層が、複数の断熱用ガラスと、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間、及び、前記断熱用ガラス同士の間において空隙を設けるスペーサと、を有し、密閉されている撮像装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の撮像装置であって、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間に気体層を含む撮像装置。
【請求項５】
請求項２又は３に記載の撮像装置であって、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間に真空層を含む撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記断熱層が光学フィルムである撮像装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記断熱層の熱伝導率が、０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下である撮像装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置が内視鏡挿入部に内蔵された内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、医療診断には内視鏡が利用されている。内視鏡の体腔内に挿入される挿入部先端には、ＣＣＤ等の固体撮像素子を有する撮像装置が内蔵されている。内視鏡は、固体撮像素子から得た撮像信号に処理装置で信号処理を行い、モニタで体腔内の画像を観察することができる。
【０００３】
内視鏡の撮像装置は、固体撮像素子と、挿入部先端に設けられた観察窓から入射する光を取り込むための対物光学系とを備え、固体撮像素子の撮像面上に空気層を隔ててカバーガラスが配置されている。また、撮像装置には、入射光を対物光学系から固体撮像素子の撮像面へ導くためのプリズムがカバーガラス上に設けられたものもある。
【０００４】
ところで、内視鏡挿入部において、固体撮像素子やその周辺の電子部品は駆動熱によって、挿入部先端に比べて高温になる。このため、カバーガラスにおける光入射側である外面と、固体撮像素子側の面である内面とで温度差が生じ、カバーガラスによって固体撮像素子が封止された空間に湿気が含まれていると、カバーガラスの内面に結露が生じる場合がある。特に、挿入部先端には、観察窓が汚れた場合に送水や送風が行われることがあるため、挿入部先端と挿入部内とで温度差が発生して、カバーガラスの内面に結露が生じやすい。カバーガラスの内面に結露が生じると、モニタに表示される画像が結露による水滴によって観察がしづらくなる。
【０００５】
下記特許文献１には、カバーガラスによって固体撮像素子が封止された空間に湿気が含まれることを防止する構成の内視鏡撮像装置が記載されている。
【０００６】
下記特許文献２には、固体撮像素子の撮像面に２重のカバーガラスを備えることで、２重のカバーガラスの外側からの熱に対する遮断効果を高めることができる撮像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１００１０２号公報
【特許文献２】特許第４１７９９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
対物光学系と固体撮像素子との間にプリズムを設けた構成の内視鏡では、固体撮像素子を封止するカバーガラスの外面がプリズムと当接する。プリズムの光入射側には、内視鏡の挿入部先端側に配置される対物レンズ等の対物光学系が配置されている。プリズムは、この対物光学系の影響で温度が、挿入部内部の固体撮像素子やその近傍の温度に比べて、低くなりやすい。すると、プリズムと当接するカバーガラスの外面と、固体撮像素子側の内面とで温度差が生じ、この温度差を解消しづらいという問題があった。
【０００９】
上記のいずれの文献にも、プリズムと、カバーガラスとを備えた内視鏡において、カバーガラスの内面と外面との温度差を解消することについては記載されていない。
【００１０】
本発明は、固体撮像素子に取り付けられたカバーガラスに結露が生じることをより確実に抑えることができる撮像装置及び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】
本発明は、被写体像の光を取り込む対物光学系と、
前記光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の撮像面上に設けられ、該撮像素子を気密に封止するカバーガラスと、
前記対物光学系と前記カバーガラスとの間に配置され、前記対物光学系からの光を前記撮像面に導くプリズムと、
前記プリズムと、前記カバーガラスとの間に形成され、両者の間で相互に熱が伝わることを抑えるための断熱層と、を有する撮像装置である。
【００１２】
また、本発明は、上記撮像装置が内視鏡挿入部に内蔵された内視鏡である。
【００１３】
撮像装置の駆動時（内視鏡において観察時）には、撮像素子及びその周辺は、駆動熱によって、対物光学系に比べて高温になる。すると、カバーガラスにおける撮像素子側の内面では撮像素子側から熱が伝わり、温度が高くなる。撮像装置には、カバーガラスとプリズムとの間に断熱層が設けられているため、カバーガラスとプリズムとの間の相互で熱が伝わることを抑えられる。このため、カバーガラスのプリズム側の外面と固体撮像素子側の内面との間で温度差が生じることを抑えることができる。よって、カバーガラスに結露が生じることを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、固体撮像素子に取り付けられたカバーガラスに結露が生じることをより確実に抑えることができる撮像装置及び内視鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】内視鏡の全体構成図である。
【図２】内視鏡挿入部の先端部における概略的な外観図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢印方向視における断面図である。
【図４】断熱層の分解斜視図である。
【図５】図３に示す内視鏡の変形例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は内視鏡の全体構成図である。
内視鏡１００は、本体操作部１１と、この本体操作部１１に連設され、体腔内に挿入される内視鏡挿入部１３とを備える。
【００１７】
本体操作部１１は、アングルノブ２３，２５、送気・送水ボタン、吸引ボタン、シャッターボタン等の各種ボタン２７、内視鏡挿入部１３側へ延長された連設部２９、連設部２９に設けられた鉗子挿入部３１を備えている。また、本体操作部１１には、ユニバーサルケーブル１５が接続されている。
【００１８】
内視鏡挿入部１３は、本体操作部１１側から順に軟性部１９、湾曲部２１、先端部１７を備えている。
【００１９】
アングルノブ２３，２５は、回動することで内視鏡挿入部１３の湾曲部２１を湾曲駆動させる操作を行うのに用いられる。
【００２０】
各種ボタン２７は、内視鏡挿入部１３の先端部１７において送気・送水、吸引、観察部位の撮影等を実行するため、使用者によって操作される。
【００２１】
鉗子挿入部３１は、挿入された鉗子等の処置具を挿入するための開口を有し、該開口は、内視鏡挿入部１３の先端部１７に形成された後述する鉗子口に連通している。
【００２２】
ユニバーサルケーブル１５は、その先端に不図示のライトガイドコネクタが設けられる。ライトガイドコネクタは不図示の光源装置に着脱自在に連結され、これによって内視鏡挿入部１３の先端部１７の照明光学系に照明光が送られる。また、ライトガイドコネクタには、電気コネクタが接続され、この電気コネクタが画像信号処理等を行うプロセッサに着脱自在に連結される。
【００２３】
軟性部１９は、連設部２９から、該連設部２９よりも細径で延設され、該連設部２９を構成する部材の剛性よりも軟らかい部材で構成されている。
【００２４】
湾曲部２１は、本体操作部１１のアングルノブ２３，２５を回動することによって遠隔的に湾曲操作される。これにより、先端部１７を所望の方向に向けることができる。
【００２５】
図２は、内視鏡挿入部の先端部の概略的な外観図である。
内視鏡挿入部１３の先端部１７には、その先端面３３に観察窓３５、観察窓３５の両側に照明光学系の照射口３７Ａ，３７Ｂ、及び鉗子口３９、送気送水ノズル４１が設けられている。
【００２６】
観察窓３５は、体腔内の観察部位からの光を取り込み、後述する先端部１７内の対物光学系へ導く。
【００２７】
照射口３７Ａ，３７Ｂは、体腔内の観察部位に光を照射する。
【００２８】
鉗子口３９は、図１に示す鉗子挿入部３１から挿入された鉗子等の処置具を導出する。
【００２９】
送気送水ノズル４１は、観察窓３５に向けて送気・送水する。
【００３０】
図３は、図２に示す内視鏡の先端部のＡ−Ａ矢印方向視における断面図である。
先端部１７は、ステンレス鋼材などの金属材料からなる先端硬質部４３と、先端硬質部４３の外周を覆う外皮チューブ６３と、先端硬質部４３の先端側を覆う先端カバー６５とを備えている。外皮チューブ６３と先端カバー６５は、先端部１７の内部への浸水がないように密着して接合されている。
【００３１】
先端硬質部４３には、第１の穿設孔４３ａと第２の穿設孔４３ｂが形成されている。第１の穿設孔４３ａには、先端部１７の先端面に露呈する観察窓３５と、対物レンズ３６とを収容する鏡筒４５が嵌挿されている。第２の穿設孔４３ｂには、金属製の鉗子パイプ４９が嵌挿され、鉗子パイプ４９に軟性材料からなる鉗子チューブ５１が接続されている。観察窓３５と、対物レンズ３６は、対物光学系を構成する。
【００３２】
また、先端部１７には、対物レンズ３６、プリズム５５、撮像素子５９を含む撮像装置５０が内蔵されている。
【００３３】
プリズム５５は、先端部１７の内部空間において、鏡筒４５に保持された対物レンズ３６の光軸延長上に配置されている。プリズム５５は、三角プリズムで、対物レンズ３６側から入射した光を反射させて撮像素子５９の撮像面へ導光する。
【００３４】
撮像素子５９は、ＣＣＤイメージセンサであって、回路基板５７に実装されている。回路基板５７には、撮像素子５９を気密に封止するため、光入射側に透明なカバーガラス７１が接合されている。回路基板５７は、保持部材４７によって先端部１７の内部空間に保持されている。回路基板５７には、撮像素子５９から出力される画像情報を図示しなしプロセッサへ出力するための信号ケーブル５８が接続されている。
【００３５】
撮像装置５０は、対物レンズ３６から取り込まれる光を、プリズム５５を介して回路基板５７に実装された撮像素子５９に結像し、撮像素子５９から画像情報を出力する。そして、撮像装置５０から出力された画像情報は、プロセッサで信号処理され、モニタに画像として表示される。
【００３６】
なお、図示しないが、照射口３７Ａ，３７Ｂ（図２参照）に配置されるレンズ等の光学部材、及び、ライトガイドを含む照明光学系が、内視鏡先端部１７の内部空間に配置される。
【００３７】
内視鏡１００では、撮像素子５９や撮像素子５９が実装される回路基板５７が、内視鏡観察時に熱を発する。一方で、プリズム５５や、対物レンズ３６や、観察窓３５は、撮像素子５９側に比べて温度は低くなりやすい。特に、観察窓が汚れた場合に送水や送風が行われる場合には、撮像素子５９に比べて温度が低くなる。そこで、カバーガラスの内側と外側とで温度差が生じることを抑えるため、プリズム５５とカバーガラス７１との間に、両者の間で相互に熱が伝わることを抑えるための断熱層を設けている。
【００３８】
図４は、回路基板、カバーガラス、断熱層の分解斜視図である。
撮像素子５９が実装された回路基板５７に、カバーガラス７１、スペーサ７３、断熱用ガラス７５がこの順に積み重ね合わせられ、接合されている。
断熱層は、カバーガラス７１の上面に接合される、略矩形の枠状部材のスペーサ７３と、このスペーサ７３を介在してカバーガラス７１に接合される、透明な断熱用ガラス７５とを含み、密閉された構造を有する。
【００３９】
なお、断熱層は密閉されていない構造、つまり、内視鏡内部と通気する空気層としてもよい。断熱層を密閉されていない構造とすれば、断熱層が内視鏡内部の空気となるため、断熱層を密閉した構成に比べて、断熱層における飽和水蒸気量が飽和に達する時間が長くなる点でメリットがある。
【００４０】
カバーガラス７１と断熱用ガラス７５との間には、空隙が設けられる。内視鏡１００は、観察時に固体撮像素子及びその周辺が高温になった場合に、断熱層と、プリズム５５との間で熱が伝わるが、プリズム５５とカバーガラス７１との間では、空隙によって、熱が直接伝わらない。このため、カバーガラス７１と固体撮像素子５９との間の空間と、カバーガラス７１と断熱用ガラス７５との間の空間との温度差を小さく抑えることができ、カバーガラス７１の外面と内面とで温度差が小さくなる。よって、カバーガラス７１に結露が生じることを抑えることができる。
【００４１】
スペーサ７３は、断熱性の材料で構成されている。スペーサ７３の材料としては、例えば、樹脂若しくはシリコンを用いることができる。シリコンを用いれば、接着強度と線膨張係数の点から特に好ましい。
【００４２】
断熱用ガラス７５は、断熱性の材料で構成されている。断熱用ガラス７５の材料としては、石英ガラスを用いることができる。石英ガラスは、熱の影響を受けにくく、線膨張係数が低いため好ましい。なお、断熱用ガラス７５として、通常のガラスを用いてもよい。また、断熱用ガラス７５の材料としてはカバーガラス７１と同じガラスを用いてもよい。
【００４３】
カバーガラス７１と断熱用ガラス７５との間の空隙は密閉され、空気や不活性ガス等を含む、気体層又は真空層としてもよい。
【００４４】
断熱用ガラス７５とスペーサ７３によって構成される断熱層は、その熱伝導率が、０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。この熱伝導率の数値を満たすように、断熱用ガラス７５とスペーサ７３の材料が適宜選択されることが好ましい。また、熱伝導率が、０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下となるようにカバーガラス７１と断熱用ガラス７５との間の容積が設定されることが好ましい。
【００４５】
上記例では、カバーガラス７１の上に、スペーサ７３を介して１つの断熱用ガラス７５を設けた構成としたが、この断熱用ガラス７５の上に更にスペーサを介して別の断熱用ガラスを設けてもよい。つまり、断熱層は、カバーガラス７１の上に積層された複数のガラスと、カバーガラスと断熱用ガラスとの間、及び、断熱用ガラス同士の間において空隙を設けるスペーサとを有していてもよい。こうすることで、カバーガラスの内側と外側とで温度差が生じることをより確実に抑えることができる。
【００４６】
図５は、図３に示す内視鏡の変形例を示す模式的な断面図である。なお、以下では、既に説明した部材には、同じ参照番号を付すこととし、説明を簡略又は省略することとする。
この例では、カバーガラス７１上には、断熱層である光学フィルム７７が形成されている。光学フィルム７７は、一方の面がプリズム５５の光の出射面（図中の下面）に接し、かつ、他方の面がカバーガラス７１の光の入射面（図中の上面）に接している。
【００４７】
この構成例では、内視鏡１００は、観察時に固体撮像素子及びその周辺が高温になった場合に、カバーガラスとプリズムとの間に形成された光学フィルム７７によって、プリズム５５側とカバーガラス７１との間で熱が伝わることを抑えている。こうすることで、カバーガラス７１の外面と内面との温度差が生じることを抑え、カバーガラス７１で封止された空間で結露が生じることを抑えられる。
【００４８】
光学フィルム７７の材料としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）を用いる。
【００４９】
光学フィルム７７の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。
【００５０】
本明細書は、以下の内容を開示するものである。
（１）被写体像の光を取り込む対物光学系と、
前記光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の撮像面上に設けられ、該撮像素子を気密に封止するカバーガラスと、
前記対物光学系と前記カバーガラスとの間に配置され、前記対物光学系からの光を前記撮像面に導くプリズムと、
前記プリズムと、前記カバーガラスとの間に形成され、両者の間で相互に熱が伝わることを抑えるための断熱層と、を有する撮像装置置。
（２）（１）に記載の撮像装置であって、
前記断熱層が、断熱用ガラスと、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間において空隙を設けるスペーサと、を有し、密閉されている撮像装置。
（３）（１）に記載の撮像装置であって、
前記断熱層が、複数の断熱用ガラスと、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間、及び、前記断熱用ガラス同士の間において空隙を設けるスペーサと、を有し、密閉されている撮像装置
（４）（２）又は（３）に記載の撮像装置であって、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間に気体層を含む撮像装置。
（５）（２）又は（３）に記載の撮像装置であって、
前記カバーガラスと前記断熱用ガラスとの間に真空層を含む撮像装置。
（６）（１）に記載の撮像装置であって、
前記断熱層が光学フィルムである撮像装置。
（７）（１）から（６）のいずれか１つに記載の撮像装置であって、
前記断熱層の熱伝導率が、０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下である撮像装置。
（８）（１）から（７）のいずれか１つに記載の撮像装置が内視鏡挿入部に内蔵された内視鏡。
【符号の説明】
【００５１】
１３  挿入部
１７  先端部
５０  撮像装置
７３  スペーサ
７５  耐熱用ガラス
１００  内視鏡
【図１】
2011206077.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2011206077.tif 000006
【図５】
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