(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
体腔内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系と、前記像光を撮像して撮像信号を出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の撮像面上に空隙を空けて配されたカバーガラスと、前記対物光学系および前記カバーガラスに入射面および出射面が接続され、前記対物光学系からの像光を前記撮像面に導光するプリズムとを有する撮像装置が先端に内蔵された電子内視鏡において、
前記プリズムに取り付けられ、前記プリズムを介して前記出射面が接続された前記カバーガラスの面を温める加熱手段と、
前記加熱手段の動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電子内視鏡。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記プリズムの反射面に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡。
【請求項３】
前記制御手段は、少なくとも電源がオンされたときに、前記加熱手段を所定時間作動させることを特徴とする請求項１または２に記載の電子内視鏡。
【請求項４】
前記所定時間は、前記出射面が接続された前記カバーガラスの面と、前記撮像面に対向する前記カバーガラスの面とが熱平衡状態になるまでの時間であることを特徴とする請求項３に記載の電子内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体腔内撮影用の撮像装置が先端に内蔵された電子内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療分野において、電子内視鏡を利用した医療診断が盛んに行われている。電子内視鏡の体腔内に挿入される挿入部先端には、ＣＣＤなどの固体撮像素子を有する撮像装置が内蔵されており、ＣＣＤにより取得した撮像信号に対して、プロセッサ装置で信号処理を施すことで、モニタで体腔内の画像（内視鏡画像）を観察することができる。
【０００３】
電子内視鏡に内蔵される撮像装置は、上述のＣＣＤと、挿入部先端に設けられた観察窓から入射する体腔内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系とを有し、ＣＣＤの撮像面上に空隙（エアーギャップ）を空けてカバーガラスが配されており、このカバーガラスと対物光学系とにプリズムが接続された構造となっている。
【０００４】
ところで、体腔内に挿入された電子内視鏡の挿入部先端は、体温と同程度の温度（〜３７℃）となる。これに対して、挿入部内の温度は、ＣＣＤなどの電子部品の駆動熱によって、時には４０℃以上と体温よりも高温になる。加えて、挿入部先端には、観察窓が汚れた場合に洗浄水やエアーが噴射されることがあるため、挿入部先端表面と内部とに温度差が生じる。このため、挿入部内に湿気が含まれていると、対物光学系やカバーガラスに結露が生じることがあった。
【０００５】
特に、カバーガラスの内面はＣＣＤの撮像面に近いので高温になり易く、一方、プリズムが接続されるカバーガラスの外面は洗浄水の噴射などにより急激に冷やされることがあるため、エアーギャップに含まれる湿気によって、カバーガラスの内面に結露が生じる。
【０００６】
また、保管してあった電子内視鏡を使用するにあたり、プロセッサ装置に接続して電源をオンすると、その直後に固体撮像素子の温度はすぐに上昇するのに対して、対物光学系やプリズム、カバーガラスといった部材は、固体撮像素子や周辺回路の熱を得て徐々に温度が上昇することになる。このため、電源をオンした直後には、固体撮像素子とカバーガラスとの温度差が大きく、結露が生じやすい。
【０００７】
対物光学系に結露が生じた場合は、単にぼやけた画像となって観察にそれほど影響を及ぼすことはないが、上記のようにカバーガラスの内面に結露が生じると、画像に水滴が視認できる程著しく画質が劣化し、観察が困難になってしまう。
【０００８】
上記のような結露を防止するために、セラミックなどの水分を通さない材料でエアーギャップを囲い、エアーギャップに水分が入らないようにした固体撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。また、固体撮像素子の周辺回路などの発熱体をカバーガラスの近傍に配置し、カバーガラスの外面（プリズムが接続された面）を温めるようにした内視鏡の撮像装置が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２８２８４７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８４６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の手法のように、エアーギャップを気密に保つ構造としたり、撮像装置の作製時にエアーギャップを気密状態にしてカバーガラスを取り付けたりしても、水分の浸入を防ぐことは容易ではなく、結局は経年変化などにより水分の浸入を許してしまう。また、エアーギャップを気密に保つ構造を追加した分だけ装置が大型化するので、製造コストが嵩む割には効果が少ない。
【００１０】
また、特許文献２に記載の手法では、あくまでもカバーガラスの近傍を発熱体で温めているだけなので、熱の利用効率が非常に悪いという問題があった。このため、カバーガラスの外面だけでなく、撮像装置全体の温度を上昇させてしまう。そのうえ、カバーガラスの外面を温めるまでに時間が掛かり、急激な温度変化に対応することができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、安価な構成で、固体撮像素子に取り付けられたカバーガラスの結露を効率的且つ確実に防止することができる電子内視鏡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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、体腔内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系と、前記像光を撮像して撮像信号を出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の撮像面上に空隙を空けて配されたカバーガラスと、前記対物光学系および前記カバーガラスに入射面および出射面が接続され、前記対物光学系からの像光を前記撮像面に導光するプリズムとを有する撮像装置が先端に内蔵された電子内視鏡において、前記プリズムに取り付けられ、前記プリズムを介して前記出射面が接続された前記カバーガラスの面を温める加熱手段と、前記加熱手段の動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
なお、前記加熱手段は、前記プリズムの反射面に取り付けられることが好ましい。
【００１４】
また、前記制御手段は、少なくとも電源がオンされたときに、前記加熱手段を所定時間作動させることが好ましい。この場合、前記所定時間は、前記出射面が接続された前記カバーガラスの面と、前記撮像面に対向する前記カバーガラスの面とが熱平衡状態になるまでの時間であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電子内視鏡によれば、対物光学系およびカバーガラスに入射面および出射面が接続されたプリズムに取り付けられ、プリズムを介して出射面が接続されたカバーガラスの面を温める加熱手段と、加熱手段の動作を制御する制御手段とを備えたので、安価な構成で、固体撮像素子に取り付けられたカバーガラスの結露を効率的且つ確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１において、電子内視鏡システム２は、電子内視鏡１０、プロセッサ装置１１、および光源装置（図示せず）などから構成される。電子内視鏡１０は、体腔内に挿入される挿入部１２と、挿入部１２の基端部分に連設された操作部１３と、プロセッサ装置１１や光源装置に接続されるコード１４とを備えている。
【００１７】
操作部１３には、処置具が挿通される鉗子口１５が設けられている。この鉗子口１５は、点線で示すように、挿入部１２内に配設された鉗子チャンネル１６に接続される。また、挿入部１２の先端に連設された先端部１２ａには、体腔内撮影用の撮像装置１７（図２参照）が内蔵されている。
【００１８】
先端部１２ａの後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１８が設けられている。この湾曲部１８は、操作部１３に設けられたアングルノブ１３ａが操作されて、挿入部１２内に挿設されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作し、先端部１２ａが体腔内の所望の方向に向けられるようになっている。
【００１９】
プロセッサ装置１１には、撮像装置１７で取得した撮像信号をデジタル化した画像データに各種画像処理を施す画像処理回路などが、光源装置には、コード１４を通して電子内視鏡１０に照明光を供給する光源がそれぞれ搭載されている。撮像装置１７で撮像した体腔内の画像は、プロセッサ装置１１に接続されたモニタ１９により観察することが可能となっている。
【００２０】
図２において、先端部１２ａには、観察窓２０が設けられている。観察窓２０には、体腔内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系（レンズ群）２１を保持する鏡筒２２が配設されている。鏡筒２２は、挿入部１２の中心軸１２ｂに対物光学系２１の光軸２１ａが平行となるように取り付けられている。なお、図示はしていないが、先端部１２ａには、観察窓２０の他に、体腔内の被観察部位に光源装置からの照明光を照射するための照明窓や、鉗子口１５と鉗子チャンネル１６を介して連通した鉗子出口、送気・送水ボタン１３ｂ（図１参照）を操作することによって観察窓２０の汚れを落とすための洗浄水やエアーが噴射されるノズルなどが設けられている。
【００２１】
鏡筒２２の後端には、鏡筒保持枠２２ａを介して対物光学系２１を経由した被観察部位の像光をＣＣＤ２３の撮像面２３ａに導光するプリズム２４が接続されている。プリズム２４は、その入射面２４ａが対物光学系２１に、出射面２４ｂが後述するカバーガラス３０にそれぞれ接続されている。これにより、対物光学系２１の光軸２１ａと撮像面２３ａとが平行となるように配置される。
【００２２】
プリズム２４の反射面２４ｃには、薄板状のヒーター２５が取り付けられている。ヒーター２５には、例えばチップ抵抗やＩＴＯからなる透明面発熱フイルムヒーターが用いられ、後述するＡＭＰ４０やＣＤＳ／ＰＧＡ４２（図４参照）などの周辺回路２６が実装された基板２７側から引き回された配線２８が接続されている。
【００２３】
配線２８は、コード１４の先のコネクタ部などに配された後述するヒータードライバ４６（図４参照）から引き出されている。ヒーター２５は、この配線２８を介して電力を供給され、ヒータードライバ４６からの制御信号を受けてオン／オフ動作する。
【００２４】
ＣＣＤ２３は、例えばインターライン型のＣＣＤからなり、撮像面２３ａが表面に設けられたベアチップが用いられる。図３にも示すように、撮像面２３ａ上には、四角枠状のスペーサ２９を介して矩形板状のカバーガラス３０が取り付けられている。これらＣＣＤ２３、スペーサ２９、およびカバーガラス３０は、接着剤で互いに接着されて組み付けられる。
【００２５】
ＣＣＤ２３の後端面には、ＣＣＤ２３と略同等の厚さをもつ回路基板３１が接着剤により接着されている。回路基板３１には、後述するＣＣＤドライバ４１（図４参照）などが実装されている。
【００２６】
ＣＣＤ２３の裏面および回路基板３１の裏面には、銀ペーストにより導電板３２が取り付けられている。導電板３２は、図示しないスルーホールを介してＣＣＤ２３と回路基板３１とを電気的に接続している。この導電板３２から、ＣＣＤ２３に電子シャッタの駆動制御信号、例えば、オーバーフロードレイン制御信号が入力される。
【００２７】
ＣＣＤ２３の回路基板３１側の辺縁部には、端子３３が集中配置されている。一方、回路基板３１には、端子３３に対向する辺縁部に、端子３４が集中配置されている。端子３３と端子３４とは、ボンディングワイヤ３５により電気的に接続されている。回路基板３１の端子３３の後端側には、コード１４を介してプロセッサ装置１１に各種信号を入出力するための信号線３６が半田付けされる入出力端子３７が設けられている。
【００２８】
基板２７の下側の周辺回路２６、端子３３、３４、およびボンディングワイヤ３５は、封止剤３８により封止されている。封止剤３８は、例えば一液硬化性のエポキシ樹脂からなる。
【００２９】
撮像装置１７を製造する際には、まず、撮像面２３ａ上に、スペーサ２９を介してカバーガラス３０を取り付ける。カバーガラス３０の取り付け後、ＣＣＤ２３の後端面に回路基板３１を接着する。次いで、ボンディングワイヤ３５により端子３３と端子３４とを接続し、封止剤３８により端子３３、３４、およびボンディングワイヤ３５を封止する。
【００３０】
封止剤３８の塗布後、ＣＣＤ２３と回路基板３１の裏面に導電板３２を片側に寄せて懸け渡す。このとき、ＣＣＤ２３および回路基板３１に設けたスルーホールを介して、導電板３２でＣＣＤ２３と回路基板３１とを電気的に接続する。最後に、鏡筒保持枠２２ａに接続されたプリズム２４の出射面２４ｂに、接着剤によりカバーガラス３０を取り付け、ヒーター２５に配線２８を結線する。
【００３１】
図４において、ＣＣＤ２３には、増幅器（ＡＭＰ）４０およびＣＣＤドライバ４１が接続されている。ＡＭＰ４０は、ＣＣＤ２３から出力された撮像信号に所定のゲインで増幅を施し、これを相関二重サンプリング／プログラマブルゲインアンプ（ＣＤＳ／ＰＧＡ）４２に出力する。
【００３２】
ＣＤＳ／ＰＧＡ４２は、ＡＭＰ４０から出力された撮像信号をＣＣＤ２３の各セルの蓄積電荷量に正確に対応したＲ、Ｇ、Ｂの画像データとして出力し、この画像データに増幅を施してＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）４３に出力する。Ａ／Ｄ４３は、ＣＤＳ／ＰＧＡ４２から出力されたアナログの画像データを、デジタルの画像データに変換する。Ａ／Ｄ４３でデジタル化された画像データは、コード１４を介してプロセッサ装置１１に送信される。
【００３３】
ＣＣＤドライバ４１には、ＣＰＵ４４によって制御されるタイミングジェネレータ（ＴＧ）４５が接続されている。ＣＣＤドライバ４１は、このＴＧ４５から入力されるタイミング信号（クロックパルス）により、ＣＣＤ２３の電子シャッタのシャッタ速度などを制御する。
【００３４】
ＣＰＵ４４は、コード１４を介してプロセッサ装置１１と信号の遣り取りを行い、電子内視鏡１０の各部の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ４４には、前述のＣＤＳ／ＰＧＡ４２、ＴＧ４５の他に、ヒータードライバ４６、およびタイマー４７が接続されている。
【００３５】
ヒータードライバ４６は、ＣＰＵ４４からの制御信号を受けて、ヒーター２５をオン／オフさせる。タイマー４７は、ヒーター２５がオンされたときに作動し、カバーガラス３０の外面３０ａ（プリズム２４の出射面２４ｂが接着される面、図３参照）と内面３０ｂ（撮像面２３ａに対向する面、図３参照）とが熱平衡状態になるまでの時間（例えば３０秒）経過後に、ＣＰＵ４４にその旨を表す信号を送信する。
【００３６】
ＣＰＵ４４は、カバーガラス３０の外面３０ａと内面３０ｂとの間に温度差が生じ、カバーガラス３０の内面３０ｂに結露が生じるおそれがあるとき、具体的には、電子内視鏡１０の電源がオンされたときや、送気・送水ボタン１３ｂが操作されて観察窓２０にノズルから洗浄水やエアーが噴射されたときなどに、ヒータードライバ４６を介してヒーター２５をオンさせ、所定時間経過後にタイマー４７から送信される信号を受けて、ヒーター２５をオフさせる。
【００３７】
上記のように構成された電子内視鏡システム２で体腔内を観察する際には、挿入部１２を体腔内に挿入し、光源装置をオンして、挿入部１２を体腔内に挿入し、体腔内を照明しながら、ＣＣＤ２３による内視鏡画像をモニタ１９で観察する。
【００３８】
電子内視鏡１０の電源がオンされると、ＣＣＤドライバ４１などが起動され、ＣＣＤ２３による被観察部位の像光の撮像が行われる。対物光学系２１から取り込まれた被観察部位の像光は、プリズム２４を介して撮像面２３ａに結像され、これによりＣＣＤ２３から撮像信号が出力される。
【００３９】
ＣＣＤ２３から出力された撮像信号は、ＡＭＰ４０で増幅され、ＣＤＳ／ＰＧＡ４２で相関二重サンプリングおよび増幅が施されて、Ａ／Ｄ４３でデジタルの画像データに変換される。
【００４０】
Ａ／Ｄ４３でデジタル化された画像データは、コード１４を介してプロセッサ装置１１に送信され、プロセッサ装置１１で各種画像処理が施された後、内視鏡画像としてモニタ１９に表示される。
【００４１】
電子内視鏡１０の電源がオンされたときや、観察窓２０に洗浄水やエアーが噴射されたときには、ＣＰＵ４４により、ヒータードライバ４６を介してヒーター２５がオンされ、これと同時にタイマー４７のカウントが開始される。
【００４２】
そして、所定時間経過後、タイマー４７からＣＰＵ４４に信号が送信され、この信号を受けたＣＰＵ４４からヒータードライバ４６に制御信号が送信され、ヒーター２５がオフされる。これにより、ヒーター２５の熱がプリズム２４を伝ってカバーガラス３０の外面３０ａに達して温められ、カバーガラス３０の外面３０ａと内面３０ｂとが熱平衡状態となる。
【００４３】
以上詳細に説明したように、電子内視鏡１０は、カバーガラス３０の内面３０ｂに結露が生じる懸念がある、電子内視鏡１０の電源がオンされたときや、観察窓２０に洗浄水やエアーが噴射されたときなどに、カバーガラス３０の外面３０ａと内面３０ｂとが熱平衡状態となるまで、プリズム２４に取り付けられたヒーター２５でカバーガラス３０の外面３０ａを間接的に温めるようにしたので、カバーガラス３０の内面３０ｂへの結露を確実に防止することができる。
【００４４】
また、ヒーター２５を比較的面積の広いプリズム２４の反射面２４ｃに取り付けたので、熱の利用効率がよく、急激な温度変化にも対応することができる。さらに、プリズム２４はカバーガラス３０に直接取り付けられているので、カバーガラス３０に均一に熱を伝えることができる。そのうえ、プリズム２４の反射面２４ｃの後部は、本来部品が配置されないデッドスペースとなっているので、スペースを有効に活用することができる。
【００４５】
なお、プリズム２４の反射面２４ｃにヒーター２５を取り付ける代わりに、あるいはこれに加えて、プリズム２４の両側面や、鏡筒２２の下側部のＣＣＤ２３近傍にヒーターを設けてもよい。但し、この場合は、鉗子チャンネル１６や照明光のライトガイドなど、先端部１２に配置される部材との位置の兼ね合いを考慮する必要がある。
【００４６】
上記実施形態では、電源がオンされたときや、観察窓２０に洗浄水やエアーが噴射されたときにヒーター２５をオンさせているが、電子内視鏡１０の術者の操作により手動でヒーター２５をオン／オフさせるようにしてもよい。
【００４７】
上記実施形態では、ＣＣＤ２３とカバーガラス３０との間に空隙を空けるために、スペーサ２９を使用しているが、スペーサ２９の代わりに透明接着剤を用いてもよく、カバーガラス３０に脚を形成してもよい。また、電子内視鏡１０側にＡＭＰ４０やＣＣＤドライバ４１などの回路を実装しているが、プロセッサ装置１１側に設けてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、挿入部１２の中心軸１２ｂに対物光学系２１の光軸２１ａが平行となるように取り付けた、いわゆる直視型の電子内視鏡１０を例に挙げて説明したが、中心軸１２ｂと光軸２１ａとが垂直となった側視型の電子内視鏡であっても、本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】電子内視鏡システムの構成を示す概略図である。
【図２】電子内視鏡の挿入部先端の構成を示す拡大部分断面図である。
【図３】ＣＣＤ、スペーサ、カバーガラス、および回路基板の構成を示す分解斜視図である。
【図４】電子内視鏡の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
２  電子内視鏡システム
１０  電子内視鏡
１１  プロセッサ装置
１２  挿入部
１２ａ  先端部
１７  撮像装置
２１  対物光学系
２３  ＣＣＤ
２３ａ  撮像面
２４  プリズム
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ  入射面、出射面、反射面
２５  ヒーター
３０  カバーガラス
３０ａ、３０ｂ  外面、内面
４４  ＣＰＵ
４６  ヒータードライバ
４７  タイマー
【図１】
0004758719.tif 000002
【図２】
0004758719.tif 000003
【図３】
0004758719.tif 000004
【図４】
0004758719.tif 000005