(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】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、プリズムに接触し、該プリズムから撮像素子近傍まで連なって設けられ、該撮像素子の熱を該プリズムに伝達する熱伝導手段と、を有する。【選択図】図４
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【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、
前記プリズムに接触し、該プリズムから前記撮像素子近傍まで連なって設けられ、該撮像素子の熱を該プリズムに伝達する熱伝導手段と、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、
前記撮像素子が実装された回路基板と、を有し、
前記熱伝導手段が前記回路基板に接触するように配置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、
前記熱伝導手段が前記撮像素子に接触するように配置されている撮像装置。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記熱伝導手段が、前記プリズムの光入射面及び光出射面以外の面と面接触する撮像装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記熱伝導手段と前記カバーガラスとが直接接触することを回避するため、少なくとも両者の間に設けられた断熱手段を有する撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置であって、
前記断熱手段が、前記熱伝導手段の前記プリズムと接触する側とは反対側の表面に設けられている撮像装置。
【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、
前記熱伝導手段が熱伝導性樹脂である撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像装置であって、
前記熱伝導性樹脂が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂のうち少なくとも１つを含む撮像装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の撮像装置であって、
前記熱伝導性樹脂が、熱伝導性のフィラーを含む撮像装置。
【請求項１０】
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、
前記熱伝導手段が熱伝導性シートである撮像装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の撮像装置であって、
前記熱伝導性シートが、シリコンシート、カーボンナノシート、グラファイトシートのうちいずれか１つである撮像装置。
【請求項１２】
請求項１から１１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気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】
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。プリズムは熱容量が大きいため、固体撮像素子側の熱によってカバーガラスの内面の温度が上昇しても、プリズムと接する外面が内面の温度上昇に追従するのに時間がかかる。このため、プリズムと当接するカバーガラスの光入射側の外面と、固体撮像素子側の内面とで温度差が生じやすい。
【０００６】
撮像装置を有する内視鏡としては、下記特許文献１に示すものがある。
下記特許文献１には、結像光学系のカバーレンズを、熱伝導率が高い素材で形成されたレンズ枠を介して、内視鏡挿入部の先端部に固定し、固体撮像素子をレンズ枠と絶縁された熱伝導性の固定部材にて固定し、固定部材とレンズ枠とを熱伝導性部材を介して連接することで、固体撮像素子の熱をカバーレンズに伝達させ、カバーレンズの結露を防止する内視鏡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】特許第３００４２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記文献には、固体撮像素子を封止するカバーガラスの光入射側にプリズムが設けられた内視鏡において、カバーガラスの結露を抑えることについては記載されていない。
【０００９】
本発明は、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】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
撮像装置の駆動時には、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。一方、撮像素子及びその周囲で発生した熱は、熱伝導手段によって、プリズムに伝達されるので、プリズムの温度と撮像素子側の温度との温度差も小さくなる。このため、カバーガラスのプリズム側の外面と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、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】
【００１３】
本発明によれば、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】
【００１４】
【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】図３のＩＶ−ＩＶ矢印方向視における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
内視鏡挿入部１３は、本体操作部１１側から先端に向かって、順に、軟性部１９、湾曲部２１、先端部１７を備えている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
照射口３７Ａ，３７Ｂは、体腔内の観察部位に光を照射する。
【００２７】
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。
【００２８】
送気送水ノズル４１は、観察窓３５に向けて送気・送水する。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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気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、撮像素子５９の熱をプリズム５５に伝達する熱伝導手段を設けている。
【００３７】
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ矢印方向視における断面図である。
撮像素子５９が実装された回路基板５７に、透明なカバーガラス７１が接合されている。カバーガラス７１は、撮像素子５９を、カバーガラス７１と回路基板５７との空間に気密に封止している。カバーガラス７１は、回路基板５７の上面に設けられた枠状の介在部７３を挟んで回路基板５７に接合されているが、介在部７３を設けず、カバーガラス７１を回路基板５７に直接接合してもよい。また、カバーガラス７１の上面は、プリズム５５の下面と接触している。
【００３８】
回路基板５７及びプリズム５５の両側の側面には、プリズム５５に接触し、このプリズム５５から撮像素子５９近傍まで連なって設けられ、該撮像素子５９の熱を該プリズムに伝達する熱伝導部８１が設けられている。
【００３９】
熱伝導部８１は、熱伝導性樹脂を含み、所定の厚みを有する膜である。熱伝導部８１は、回路基板５７の外側の側面と、プリズム５５の側面とにそれぞれ面接触している。
【００４０】
熱伝導性樹脂は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂のうち少なくとも１つを含む。
【００４１】
また、熱伝導性樹脂は、熱伝導性のフィラーを含んでいてもよい。熱伝導性のフィラーとしては、例えば、セラミック（アルミナ，窒化アルミナ，グラファイト，炭化珪素など）を用いることができる。
【００４２】
また、熱伝導部８１とカバーガラス７１の側面とが直接接触することを回避するため、両者の間には断熱部８３が設けられている。この例では、断熱部８３は、介在部７３の外側に面する側面も覆うように設けられている。介在部７３が断熱性の材料や熱伝導率が低い材料で構成されている場合には、断熱部８３は少なくともカバーガラス７１の側面を全面覆うように設けられていればよい。
【００４３】
また、熱伝導部８１の外側表面には、図４では示さない、撮像装置周辺の部材に熱が伝達されることを防止するための、外側断熱部８５が設けられている。外側断熱部８５は、断熱部８３と同じ材料を用いることができる。
【００４４】
上述した内視鏡１００によれば、撮像装置５０の駆動時には、撮像素子５９及びその周辺は、駆動熱によって、対物レンズ３６側に比べて高温になる。すると、カバーガラス７１における撮像素子５９側の内面では撮像素子５９側から熱が伝わり、温度が高くなる。一方、撮像素子５９及びその周囲で発生した熱は、熱伝導部８１によって、プリズム５５に伝達されるので、プリズム５５の温度と撮像素子５９側の温度との温度差も小さくなる。このため、カバーガラス７１のプリズム５５側の外面と撮像素子５９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、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。
【００４５】
また、熱伝導部８１とカバーガラス７１とが直接接触することを回避するために、熱伝導部８１とカバーガラス７１との間に断熱部８３を設けることで、熱伝導部８１を介して伝達される熱がカバーガラス７１へ伝達されることを防止し、プリズム５５へ確実に伝達させることができる。また、断熱手段が、熱伝導部８１とカバーガラス７１との間の断熱部８３だけでなく、熱伝導部８１の外側に設けられた外側断熱部８５を含む構成とすれば、熱伝導部８１を伝達する熱が、プリズム５５以外の部位へ伝達することをより確実に防止できる。
【００４６】
熱伝導手段は、撮像素子５９の熱をプリズム５５に伝達することが可能であれば、適宜変更可能である。変形例としては、熱伝導手段は、熱伝導性シートであってもよい。熱伝導性シートが、シリコンシート、カーボンナノシート、グラファイトシートのうちいずれか１つを用いることができる。熱伝導手段を熱伝導性シートで構成すれば、熱伝導性を確保しつつ、薄い厚みで均一に形成することができ、回路基板５７及びプリズム５５への取り付けるための加工も行いやすい。
【００４７】
上記例で、図４の断面視で示されるように、熱伝導部８１を回路基板５７及びプリズム５５の両方の側面に設けたが、いずれか一方としてもよい。熱伝導部８１を回路基板５７及びプリズム５５の両方の側面に設ければ、熱伝導部８１によってプリズム５５に均等にかつ短時間に伝達されるため、好ましい。
【００４８】
また、熱伝導部８１は、プリズム５５と接触する位置が側面に限定されず、入射した光の光路を妨げない範囲であれば、光入射面及び光出射面以外の面と面接触させてもよい。
【００４９】
上記構成例では、熱伝導部８１が回路基板５７に接触する構成としたが、熱伝導部８１が直接、撮像素子５９の側面に接触していてもよい。
【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、
前記プリズムに接触し、該プリズムから前記撮像素子近傍まで連なって設けられ、該撮像素子の熱を該プリズムに伝達する熱伝導手段と、を有する撮像装置。
（２）（１）に記載の撮像装置であって、
前記撮像素子が実装された回路基板と、を有し、
前記熱伝導手段が前記回路基板に接触するように配置されている撮像装置。
（３）（１）に記載の撮像装置であって、
前記熱伝導手段が前記撮像素子に接触するように配置されている撮像装置。
（４）（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の撮像装置であって、
前記熱伝導手段が、前記プリズムの光入射面及び光出射面以外の面と面接触する撮像装置。
（５）（１）から（４）のいずれか１つに記載の撮像装置であって、
前記熱伝導手段と前記カバーガラスとが直接接触することを回避するために両者の間に設けられた断熱手段を有する撮像装置。
（６）（５）に記載の撮像装置であって、
前記断熱手段が、前記熱伝導手段の前記プリズムと接触する側とは反対側の表面に設けられている撮像装置。
（７）（１）から（６）のいずれか１つに記載の撮像装置であって、
前記熱伝導手段が熱伝導性樹脂である撮像装置。
（８）（７）に記載の撮像装置であって、
前記熱伝導性樹脂が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂のうち少なくとも１つを含む撮像装置。
（９）（７）又は（８）に記載の撮像装置であって、
前記熱伝導性樹脂が、熱伝導性のフィラーを含む撮像装置。
（１０）（１）から（６）のいずれか１つに記載の撮像装置であって、
前記熱伝導手段が熱伝導性シートである撮像装置。
（１１）（１０）に記載の撮像装置であって、
前記熱伝導性シートが、シリコンシート、カーボンナノシート、グラファイトシートのうちいずれか１つである撮像装置。
（１２）（１）から（１１）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
５５  プリズム
５７  回路基板
５９  撮像素子
７１  カバーガラス
８１  熱伝導部（熱伝導手段）
８３  断熱部（断熱手段）
８５  外側断熱部（断熱手段）
１００  内視鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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