成像裝置和內窺鏡的製作方法

2023-11-05 02:34:12

專利名稱：成像裝置和內窺鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及成像裝置和內窺鏡。
背景技術：
在醫療領域，內窺鏡用於醫療診斷。具有固態圖像傳感器如CXD圖像傳感器的成像裝置安裝在內窺鏡的插入部的前端中，該部分將被插入體腔中。在內窺鏡中，處理裝置對通過固態圖像傳感器獲得的成像信號進行信號處理，以便可以在監視器上觀察體腔內的圖像。內窺鏡的成像裝置設置有固態圖像傳感器和物鏡光學系統，該物鏡光學系統用於引入經由設置在插入部前端中的觀察窗而入射在其上的光。覆蓋玻璃(cover glass)安置在固態圖像傳感器的成像表面上，它們之間插入有空氣層。此外，在成像裝置中，用於將入射光從物鏡光學系統引導到固態圖像傳感器的成像表面的稜鏡可以設置在覆蓋玻璃上。在內窺鏡的插入部中，由於通過驅動而產生的熱量，可能使固態圖像傳感器或固態圖像傳感器周圍的電子部件上升至比插入部前端溫度更高的溫度。作為結果，在光入射側覆蓋玻璃的外表面和固態圖像傳感器側覆蓋玻璃的內表面之間存在溫差。當用覆蓋玻璃密封的固態圖像傳感器的空間中含有溼氣時，在覆蓋玻璃的內表面上可能形成凝露(dew condensation)。特別地，當觀察窗被弄髒時，水或空氣可能被送到插入部的前端，從而由於插入部的前端和插入部的內部之間存在的溫差，而易於在覆蓋玻璃的內表面上產生凝露。 當在覆蓋玻璃的內表面上產生凝露時，由凝露形成了水滴，從而難以觀察顯示在監視器上的圖像。在具有物鏡光學系統和固態圖像傳感器之間設置有稜鏡的構造的內窺鏡中，用於密封固態圖像傳感器的覆蓋玻璃的外表面緊挨著所述稜鏡。將安置在內窺鏡插入部的前端側的包括物鏡等的物鏡光學系統安置在稜鏡的光入射側。因為稜鏡具有大的熱容量，所以即使在覆蓋玻璃內表面的溫度由於固態圖像傳感器側的熱量而升高時，在緊挨著稜鏡的覆蓋玻璃外表面跟隨覆蓋玻璃內表面升溫之前也需要時間。因此，位於光入射側並且緊挨著稜鏡的覆蓋玻璃的外表面與位於固態圖像傳感裝置側的覆蓋玻璃的內表面之間容易產生 iS差ο具有成像裝置的內窺鏡公開在日本專利300似86中。日本專利3004觀6公開了這樣的內窺鏡設備其中通過透鏡框架將成像光學系統的覆蓋透鏡固定在內窺鏡的插入部的前端部，所述透鏡框架由高導熱性材料形成，通過與透鏡框架絕熱的導熱固定構件將固態圖像傳感器固定，並且所述固定構件與所述透鏡框架通過導熱構件彼此連續地連接，從而可以將固態圖像傳感器的熱量傳輸到覆蓋透鏡以防止在覆蓋透鏡上的凝露。上述文件沒有提供關於抑制在內窺鏡中覆蓋玻璃上凝露的描述，在所述內窺鏡中，稜鏡設置在用於密封固態圖像傳感器的覆蓋玻璃的光入射側。

發明內容
本發明的目的是提供其中可以更穩妥地抑制凝露在附著(attach)於圖像傳感器的覆蓋玻璃上的產生的成像裝置和內窺鏡。[1]根據本發明的一個方面，成像裝置包括物鏡光學系統、圖像傳感器、覆蓋玻璃、 稜鏡和導熱部。所述物鏡光學系統引入目標圖像的光。所述圖像傳感器形成光的圖像並且輸出成像信號。所述覆蓋玻璃被設置在所述圖像傳感器的成像表面上並且氣密地密封所述圖像傳感器。所述稜鏡被設置在所述物鏡光學系統和覆蓋玻璃之間，以便將來自物鏡光學系統的光引導至成像表面。所述導熱部接觸所述稜鏡並且從稜鏡朝圖像傳感器延伸，以便將所述圖像傳感器的熱量傳輸到所述稜鏡。[2]根據構造[1]所述的成像裝置，所述成像裝置還包括安裝有所述圖像傳感器的電路板，其中以與所述電路板接觸的方式安置所述導熱部。[3]根據構造[1]所述的成像裝置，其中以與所述圖像傳感器接觸的方式安置所述導熱部。[4]根據構造[1]至構造[3]中任一項所述的成像裝置，其中所述導熱部與除所述稜鏡的光入射表面和光出射表面以外的稜鏡表面進行表面接觸。[5]根據構造[1]至構造[4]中任一項所述的成像裝置，所述成像裝置還包括絕熱單元，所述絕熱單元至少被設置在所述導熱部和所述覆蓋玻璃之間，以便防止它們之間的直接接觸。[6]根據構造[5]所述的成像裝置，其中所述絕熱單元被設置在所述導熱部的與所述導熱部接觸稜鏡那側相反的表面中。[7]根據構造[1]至構造[6]中任一項所述的成像裝置，其中所述導熱部是由導熱樹脂形成的。[8]根據構造[7]所述的成像裝置，其中所述導熱樹脂包含環氧樹脂、丙烯酸類樹脂、矽樹脂和氨基甲酸酯樹脂中的至少一種。[9]根據構造[7]或構造[8]所述的成像裝置，其中所述導熱樹脂包含導熱填料。[10]根據構造[1]至構造W]中任一項所述的成像裝置，其中所述導熱部是導熱片。[11]根據構造[10]所述的成像裝置，其中所述導熱片是矽片、碳納米片和石墨片中的任何一種。[12] 一種內窺鏡，所述內窺鏡包括插入部，所述插入部中安裝有根據構造[1]至[11]中任一項所述的成像裝置。當驅動成像裝置時，由於驅動所產生的熱量，圖像傳感器中或周圍的溫度變得高於物鏡光學系統中的溫度。因而，將熱量從圖像傳感器側傳輸到圖像傳感器側的覆蓋玻璃的內表面，以便提高覆蓋玻璃內表面的溫度。另一方面，將在圖像傳感器中和周圍產生的熱量通過導熱部傳輸到稜鏡。從而，縮小了稜鏡溫度和圖像傳感器側溫度之間的溫差。因此可以抑制稜鏡側覆蓋玻璃的外表面和圖像傳感器側覆蓋玻璃的內表面之間產生溫差，並且可以抑制在覆蓋玻璃上產生凝露。根據本發明，可以提供其中抑制在附著於圖像傳感器的覆蓋玻璃上產生凝露的成像裝置和內窺鏡。


圖1是內窺鏡的總體構造視圖。圖2是顯示內窺鏡的插入部的前端部的外部示意圖。圖3是沿圖2中的箭頭A-A的方向截取的截面圖。圖4是沿圖3中的箭頭IV-IV的方向截取的截面圖。
具體實施例方式圖1是內窺鏡的總體構造視圖。內窺鏡100具有主體操作部11和所述內窺鏡插入部13，內窺鏡插入部13連續設置到主體操作部11上，並且將被插入體腔中。主體操作部11具有角度旋鈕(angle knob) 23和25，各種按鈕27如空氣/水供應按鈕、抽吸按鈕和快門按鈕，朝向內窺鏡插入部13側延伸的連續接合部四，和設置在連續接合部四中的鑷子插入部31。此外，通用電纜15與主體操作部11連接。內窺鏡插入部13具有在從主體操作部11側朝向前端的方向依次設置的軟性部 19、彎曲部21和前端部17。將旋轉角度旋鈕23和25旋轉，用於進行驅動並彎曲內窺鏡插入部13的彎曲部21 的操作。使用者操作各種按鈕27以在內窺鏡插入部13的前端部17進行空氣/水供應、抽吸、所要觀察部分的成像等。鑷子插入部31具有其中將插入手術器械如鑷子的開口。開口與形成於內窺鏡插入部13的前端部17中的鑷子口連通。鑷子口將在下文中描述。未顯示的光導連接器設置在通用電纜15的前端。光導連接器可拆裝地連接至未顯示的光源裝置，通過所述光導連接器可以將照明光送到內窺鏡插入部13的前端部17的照明光學系統。此外，電連接器連接至光導連接器。所述電連接器可拆裝地連接至進行圖像信號處理等的處理器。軟性部19設置為從連續接合部四延伸，並且具有比連續接合部四的直徑更窄的直徑。軟性部19由比形成連續接合部四的構件的硬性更軟的構件形成。通過主體操作部11的角度旋鈕23和25的旋轉遠程地操作彎曲部21以使其彎曲。 從而，將前端部17定向在所需方向上。圖2是顯示內窺鏡的插入部的前端部的外部示意圖。在內窺鏡插入部13的前端部17中，觀察窗35設置在前端表面33中，並且照明光學系統的照明孔37A和37B、鑷子口 39和空氣/水供應噴嘴41設置在觀察窗35的相反側。觀察窗35引入來自體腔中所要觀察部分的光，並且引導所述光進入前端部17中的物鏡光學系統中，所述前端部17將在下文中描述。用來自照明孔37A和37B的光照射體腔中所要觀察的部分。從圖1中所示的鑷子插入部31插入的手術器械如鑷子從鑷子口 39導出來。空氣/水供應噴嘴41向觀察窗35供應空氣/水。圖3是沿箭頭A-A方向截取的截面圖，顯示了圖2中所示內窺鏡的前端部。
前端部17具有由金屬材料如不鏽鋼材料製成的前端硬質部43，覆蓋前端硬質部 43外周的套管63，以及覆蓋前端硬質部43的前端側的前端蓋65。套管63和前端蓋65彼此充分緊密地粘合，從而防止水進入前端部17的內部。第一鑽孔43a和第二鑽孔4 形成於前端硬質部43中。透鏡鏡筒45匹配並被插入到第一鑽孔43a中。透鏡鏡筒45接納物鏡36和在前端部17的前端表面中暴露的觀察窗35。由金屬製成的鑷子管道49匹配並被插入到第二鑽孔4 中，並且由軟性材料製成的鑷子導管51與鑷子管道49連接。觀察窗35和物鏡36構成物鏡光學系統。此外，在前端部17中安裝包括物鏡36、稜鏡55和圖像傳感器59的成像裝置50。在前端部17的內部空間中的透鏡鏡筒45中保持的物鏡36的光軸的延長部分 (extension)上設置稜鏡55。稜鏡55是三角形稜鏡，來自透鏡36的入射光可以經其反射並且被引導至圖像傳感器59的成像表面上。圖像傳感器59是CXD圖像傳感器，其安裝於電路板57上。透明覆蓋玻璃71粘合至電路板57的光入射側，以便氣密地密封圖像傳感器59。通過保持構件47將電路板57保持在前端部17的內部空間中。用於輸出從圖像傳感器59供給到未顯示的處理器的圖像信息的信號電纜58與電路板57連接。成像裝置50通過稜鏡55在安裝於電路板57上的圖像傳感器59上形成通過物鏡 36引入的光的圖像。成像裝置50輸出來自圖像傳感器59的圖像信息。通過處理器對從成像裝置50輸出的圖像信息進行信號處理，並且在監視器上顯示為圖像。雖然沒有顯示，但是包括光導(light guide)和安置在照明口 37A和37B(見圖2) 中的光學構件如透鏡的照明光學系統，安置在內窺鏡的前端部17的內部空間中。在內窺鏡100中，圖像傳感器59或安裝有圖像傳感器59的電路板57在使用內窺鏡觀察的過程中產生熱量。另一方面，稜鏡陽、物鏡36或觀察窗35的溫度傾向於比圖像傳感器59的溫度低。特別是當觀察窗被弄髒時，水或空氣可能被送到觀察窗。在此情況下， 稜鏡55、物鏡36或觀察窗35的溫度變得比圖像傳感器59的溫度低。因此，設置用於將圖像傳感器59的熱量傳輸到稜鏡55的導熱部，以抑制在覆蓋玻璃的內部和外部之間的溫差的產生。圖4是沿圖3中的箭頭IV-IV的方向截取的截面圖。透明覆蓋玻璃71粘合至安裝有圖像傳感器59的電路板57上。覆蓋玻璃71將圖像傳感器59氣密地密封在覆蓋玻璃71和電路板57之間的空間內。在插入設置於電路板 57上表面上的框架狀插入部73的情況下，覆蓋玻璃71粘合至電路板57上。然而，覆蓋玻璃71可以直接粘合至電路板57上而不在它們之間設置插入部73。另一方面，覆蓋玻璃71 的上表面接觸稜鏡55的下表面。用於將圖像傳感器59的熱量傳輸到稜鏡55的導熱部81設置在電路基板57和稜鏡陽的相反側表面上，以便接觸稜鏡55並從稜鏡55連續地延伸至圖像傳感器59附近。每個導熱部81都是含有導熱樹脂並且具有預定厚度的膜。導熱部81與電路板57 外部的側表面和稜鏡陽的側表面進行表面接觸。導熱樹脂包含環氧樹脂、丙烯酸類樹脂、矽樹脂和氨基甲酸酯樹脂中的至少一種。導熱樹脂還可以包含導熱填料。例如，陶瓷(氧化鋁、氮化鋁、石墨、碳化矽等)可以用作導熱填料。
此外，在每個導熱部81與覆蓋玻璃71的側表面之間設置絕熱部83，以便防止它們之間的直接接觸。在此實例中，將絕熱部83設置為還覆蓋插入部73面向外部的側表面。 當插入部73由絕熱材料或低導熱材料形成時，可以將絕熱部83設置為至少覆蓋覆蓋玻璃 71的整個側表面。在每個導熱部81的外表面上設置用於防止熱量傳輸到圖像傳感器周圍構件的外部絕熱部85，所述構件沒有顯示在圖4中。與用於絕熱部83的材料相同的材料可以用於外部絕熱部85。根據上述內窺鏡100，當驅動成像裝置50時，由於經驅動產生的熱量，圖像傳感器 59內部和周圍的溫度高於物鏡側36的溫度。隨後，將所述熱量從圖像傳感器59傳輸到圖像傳感器59側的覆蓋玻璃71的內表面，以便提高覆蓋玻璃71的內表面中的溫度。另一方面，通過導熱部81將在圖像傳感器59內部和周圍產生的熱量傳輸到稜鏡55。從而，縮小了稜鏡55的溫度和圖像傳感器59的溫度之間的溫差。作為結果，可以抑制在稜鏡55側的覆蓋玻璃71的外表面和圖像傳感器59側的覆蓋玻璃71的內表面之間的溫差的產生，以便抑制凝露在覆蓋玻璃71上的產生。此外，將每個絕熱部83設置在每個導熱部81和覆蓋玻璃71之間，以便防止導熱部81和覆蓋玻璃71之間的直接接觸。從而，防止通過導熱部81傳輸的熱量被傳輸到覆蓋玻璃71，使得可以穩妥地將熱量傳輸到稜鏡55。此外，在絕熱單元配置為不僅包括在每個導熱部81和覆蓋玻璃71之間的絕熱部83而且還包括設置在導熱部81外部的外部絕熱部 85時，更穩妥地防止通過導熱部81傳輸的熱量被傳輸到除稜鏡55以外的任何其它部分。可以適當地改變導熱部，只要其能夠將圖像傳感器59的熱量傳輸到稜鏡55即可。 作為改良，導熱部可以是導熱片。矽片、碳納米片和石墨片中的任何一種都可以用作導熱片。當導熱部由導熱片構成時，可以在確保導熱性的同時均勻地形成具有小的厚度的導熱部。因而，可以容易地對導熱部進行加工以附著於電路板57和稜鏡55。在上述實例中，如由圖4的截面圖所示，導熱部81設置在電路板57和稜鏡55的相反側表面中的每一個上。然而，可以將導熱部81設置在電路板57和稜鏡55的相反側表面中的任何一個上。優選的是將導熱部81設置在電路板57和稜鏡55的相反側表面中的每一個上，以便可以通過導熱部81將熱量均勻並且立刻傳輸到稜鏡55。此外，每個導熱部81接觸稜鏡55的位置不限於稜鏡55的側表面。可以使導熱部 81與除稜鏡55的光入射表面和光出射表面以外的稜鏡55的任何表面進行表面接觸，只要導熱部81不妨礙入射光的光路即可。在上述構造實例中，將每個導熱部81設計為與電路板57接觸。然而，導熱部81 可以與圖像傳感器59的側表面直接接觸。
權利要求
1.一種成像裝置，所述成像裝置包括物鏡光學系統，所述物鏡光學系統引入目標圖像的光；圖像傳感器，所述圖像傳感器形成所述光的圖像並且輸出成像信號；覆蓋玻璃，所述覆蓋玻璃被設置在所述圖像傳感器的成像表面上並且氣密地密封所述圖像傳感器；稜鏡，所述稜鏡被安置在所述物鏡光學系統和所述覆蓋玻璃之間，以便將來自所述物鏡光學系統的光引導至所述成像表面；和導熱部，所述導熱部接觸所述稜鏡並且從所述稜鏡朝所述圖像傳感器延伸，以便將所述圖像傳感器的熱量傳輸到所述稜鏡。
2.根據權利要求1所述的成像裝置，所述成像裝置還包括安裝有所述圖像傳感器的電路板，其中以與所述電路板接觸的方式安置所述導熱部。
3.根據權利要求1所述的成像裝置，其中以與所述圖像傳感器接觸的方式安置所述導熱部。
4.根據權利要求1所述的成像裝置，其中所述導熱部與除所述稜鏡的光入射表面和光出射表面以外的稜鏡表面進行表面接觸。
5.根據權利要求1至4所述的成像裝置，所述成像裝置還包括絕熱單元，所述絕熱單元至少被設置在所述導熱部和所述覆蓋玻璃之間，以便避免它們之間的直接接觸。
6.根據權利要求5所述的成像裝置，其中所述絕熱單元被設置在所述導熱部的與所述導熱部接觸所述稜鏡那側相反的表面中。
7.根據權利要求1所述的成像裝置，其中所述導熱部是由導熱樹脂形成的。
8.根據權利要求7所述的成像裝置，其中所述導熱樹脂包含環氧樹脂、丙烯酸類樹脂、 矽樹脂和氨基甲酸酯樹脂中的至少一種。
9.根據權利要求7所述的成像裝置，其中所述導熱樹脂包含導熱填料。
10.根據權利要求1所述的成像裝置，其中所述導熱部是導熱片。
11.根據權利要求10所述的成像裝置，其中所述導熱片是矽片、碳納米片和石墨片中的任何一種。
12.一種內窺鏡，所述內窺鏡包括插入部，所述插入部中安裝有根據權利要求1至11中任一項所述的成像裝置。
全文摘要
本發明提供一種成像裝置和內窺鏡，所述成像裝置包括物鏡光學系統、圖像傳感器、覆蓋玻璃、稜鏡和導熱部。所述物鏡光學系統引入目標圖像的光。所述圖像傳感器形成光的圖像並且輸出成像信號。所述覆蓋玻璃被設置在所述圖像傳感器的成像表面上並且氣密地密封所述圖像傳感器。所述稜鏡被設置在所述物鏡光學系統和覆蓋玻璃之間，以便將來自物鏡光學系統的光引導至成像表面。所述導熱部接觸所述稜鏡並且從稜鏡朝圖像傳感器延伸，以便將所述圖像傳感器的熱量傳輸到所述稜鏡。
文檔編號A61B1/04GK102197986SQ201110035068
公開日2011年9月28日 申請日期2011年1月30日 優先權日2010年3月26日
發明者山本恆喜, 高崎康介, 高橋一昭 申請人:富士膠片株式會社