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WO2013054819A1 - 鏡枠ユニット、及び鏡枠ユニットを備えた内視鏡 - Google Patents

鏡枠ユニット、及び鏡枠ユニットを備えた内視鏡 Download PDF

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WO2013054819A1
WO2013054819A1 PCT/JP2012/076237 JP2012076237W WO2013054819A1 WO 2013054819 A1 WO2013054819 A1 WO 2013054819A1 JP 2012076237 W JP2012076237 W JP 2012076237W WO 2013054819 A1 WO2013054819 A1 WO 2013054819A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
heat transfer
heat
lens frame
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/076237
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
勇太 杉山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to CN201280050019.6A priority Critical patent/CN103874450B/zh
Priority to EP12840376.3A priority patent/EP2767213B1/en
Publication of WO2013054819A1 publication Critical patent/WO2013054819A1/ja
Priority to US14/247,465 priority patent/US9532707B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/12—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with cooling or rinsing arrangements
    • A61B1/127—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with cooling or rinsing arrangements with means for preventing fogging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
    • A61B1/0008—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features
    • A61B1/00097—Sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A61B1/0661—Endoscope light sources
    • A61B1/0676—Endoscope light sources at distal tip of an endoscope
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/12—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with cooling or rinsing arrangements
    • A61B1/128—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with cooling or rinsing arrangements provided with means for regulating temperature
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2476—Non-optical details, e.g. housings, mountings, supports
    • G02B23/2492—Arrangements for use in a hostile environment, e.g. a very hot, cold or radioactive environment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0006—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means to keep optical surfaces clean, e.g. by preventing or removing dirt, stains, contamination, condensation

Definitions

  • the present invention relates to a lens frame unit for preventing fogging of an optical member disposed at a tip, and an endoscope including the lens frame unit.
  • medical endoscopes such as rigid and flexible mirrors that are inserted into body cavities to observe and treat inside the body cavities
  • industrial endoscopes that are used to inspect and repair plant facilities Mirrors are widely used.
  • a desired treatment, inspection, and the like are performed based on an image of an observation target imaged on an eyepiece optical system or an imaging unit by an optical member of an objective optical system disposed at the distal end of the endoscope.
  • the endoscope When the endoscope is inserted into a humid environment such as a body cavity, if the temperature of the inserted endoscope is lower than the temperature of the environment, the optical member at the tip of the endoscope, for example, due to the temperature difference, The fogging may occur on the surface of the lens cover.
  • Patent Document 1 discloses an endoscope including a fogging prevention unit that prevents fogging of an optical member disposed at the distal end of the endoscope.
  • a heater formed in a ring shape is disposed on the back side of a lens cover housed inside a cylindrical lens frame. Then, the surface of the lens cover is prevented from being fogged by energizing the heater in advance to heat the lens cover to an appropriate temperature and then inserting the lens cover into a body cavity or the like.
  • an object of the present invention is to provide a lens frame unit that prevents the fogging of the optical member and is easy to assemble without being restricted by a space, and an endoscope including the lens frame unit.
  • An embodiment of the present invention includes a lens barrel body that houses an optical member, a heat transfer portion that covers at least a part of the lens barrel body, a heat generating portion that generates heat, and a temperature at which temperature is measured.
  • a measurement unit, and the same electric wiring board on which the heat generation unit and the temperature measurement unit are mounted, and the heat generation unit and the temperature measurement unit are mounted on the electric wiring substrate at a distance from each other.
  • the electrical wiring board is disposed such that the heat generating unit and the temperature measuring unit are in contact with the heat transfer unit, and the heat resistance between the locations where the heat generating unit and the temperature measuring unit are closest is provided.
  • the lens frame unit is larger than the thermal resistance between the heat generating unit and the heat transfer unit and the thermal resistance between the temperature measurement unit and the heat transfer unit.
  • an embodiment of the present invention is an endoscope including the above-described lens frame unit, an eyepiece that observes light that has passed through the optical member, and signal transmission or power supply to the heating unit, And a terminal unit for receiving a signal from the temperature measuring unit, a wiring unit for electrically connecting the terminal unit and the electric wiring board, the lens frame unit, the eyepiece, the terminal unit, and the wiring unit
  • the endoscope which comprises the exterior part which hold
  • an embodiment of the present invention is an endoscope including the above-described lens frame unit, an imaging unit that photoelectrically converts an image formed through the optical member, and an image read from the imaging unit An image output unit that transmits and outputs a signal, a terminal unit that performs signal transmission or power supply to the heat generating unit, signal reception from the temperature measurement unit, and video signal reception from the image output unit, and the terminal unit And an exterior part that holds the wiring frame unit, the imaging unit, the image output unit, the terminal unit, and the wiring unit. is there.
  • the present invention it is possible to provide a lens frame unit that prevents the fogging of the optical member and is easy to assemble without being restricted by a space, and an endoscope including this lens frame unit.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an endoscope (rigid endoscope).
  • FIG. 2 is a perspective view showing an endoscope tip including a lens frame unit.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the distal end of the endoscope with the exterior part removed.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an assembly configuration of the heat transfer member of the lens frame unit, the chip heater, the thermistor, and the flexible wiring board.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a flexible wiring board to which a chip heater and a thermistor are attached.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating the temperature control unit.
  • FIG. 7 is a diagram showing a part of the lens barrel unit in the longitudinal section along the line AA shown in FIG. 3 in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a part of the lens barrel unit in the same cross section as FIG. 7 in the second embodiment.
  • FIG. 9 is a view showing a part of the lens barrel unit in the same cross section as FIG. 7 in the modification of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a view showing a part of the lens barrel unit in the same cross section as FIG. 7 in the modification of the second embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the distal end of the endoscope including the lens barrel unit of the third embodiment.
  • FIG. 12 is a perspective view showing the distal end of the endoscope including the lens barrel unit of the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing the configuration of an endoscope (electronic endoscope).
  • FIG. 14 is a perspective view showing the distal end of the endoscope including the lens frame unit.
  • FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing the internal configuration of the endoscope in a cross section in the major axis direction along the line BB shown in FIG. 14 in the fifth embodiment.
  • FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing the internal configuration of the endoscope in the same cross section as FIG. 15 in the sixth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an endoscope 1 that is a rigid endoscope.
  • the endoscope 1 covers the entire endoscope main body including the lens frame unit 10 disposed on the distal end side of the endoscope, the light emitting unit 2 that emits illumination light, and the lens frame unit 10 and the light emitting unit 2. It has a metal exterior part 3, an operation part 4 that is arranged on the proximal side of the endoscope and has an operation switch 5, an eyepiece 6, and a terminal part 7.
  • the endoscope 1 is electrically connected to the temperature control unit 9 by an external connection cable 8 connected to the terminal unit 7.
  • the temperature control unit 9 is illustrated as a separate body from the endoscope 1, but may be incorporated inside the endoscope such as the operation unit 4.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the distal end of the endoscope including the lens frame unit 10 in a state covered with the exterior part 3.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the distal end of the endoscope including the lens frame unit 10 with the exterior portion 3 removed.
  • the lens frame unit 10 includes an objective optical system that includes an objective lens (not shown) and a lens cover 11 that covers the surface of the objective lens, a lens frame body 12, a heat transfer member 13, a chip heater 14, and a thermistor 15. And a flexible wiring board 16 on which the chip heater 14 and the thermistor 15 are mounted.
  • the endoscope 1 is configured to observe light passing through the lens cover 11 and the objective lens with the eyepiece 6.
  • the light emitting unit 2 and the lens cover 11 are exposed on the front surface of the endoscope.
  • the lens cover 11 may not be provided and the objective lens may be exposed on the distal end surface of the endoscope.
  • at least one of the lens cover 11 at the distal end of the endoscope and the objective lens that prevents fogging when inserted into a body cavity or the like is referred to as an optical member.
  • the lens frame body 12 is a cylindrical member, and the objective optical system is accommodated in the cylinder.
  • the heat transfer member 13 covers almost the entire outer peripheral surface of the lens frame main body 12 in FIG. 3, it is not always necessary to cover at least a part of the outer peripheral surface of the lens frame main body 12.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an assembled configuration of the heat transfer member 13 of the lens frame unit 10, the chip heater 14, the thermistor 15, and the flexible wiring board 16.
  • the heat transfer member 13 is a heat transfer portion that transfers heat generated from the chip heater 14, and its main material is copper.
  • the heat transfer member 13 has a first through hole 17 in which the light emitting unit 2 is disposed, a second through hole 18 in which the lens frame body 12 is disposed, and a groove shape in which the flexible wiring board 16 is attached.
  • a notch 19 is formed.
  • the first and second through holes 17 and 18 extend in the major axis direction of the endoscope 1 inside the heat transfer member 13. Further, the notch 19 extends on the outer peripheral surface of the heat transfer member 13 in the long axis direction of the endoscope 1.
  • the chip heater 14 and the thermistor 15 are attached to the heat transfer member 13 as shown in FIG. 3 by being abutted and embedded in the notch 19 in the direction indicated by the arrow in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the flexible wiring board 16 to which the chip heater 14 and the thermistor 15 are attached.
  • the chip heater 14 is a heat generating part that generates heat for anti-fogging of the optical member at the endoscope distal end
  • the thermistor 15 is a temperature measuring part that measures the temperature at the endoscope distal end.
  • the main material of the chip heater 14 and the thermistor 15 is alumina having a relatively high thermal conductivity (about 38 W / m ⁇ K at room temperature).
  • the chip heater 14 and the thermistor 15 are attached to only one identical flexible wiring board 16 along the long axis direction of the lens frame unit 10 (endoscope 1), that is, in a row. Further, in the present embodiment, the thermistor 15 is disposed so as to be closer to the distal end side of the endoscope than the chip heater 14. The chip heater 14 and the thermistor 15 are placed on the flexible wiring board 16 with a predetermined distance therebetween, and the air within the distance blocks heat transfer between the chip heater 14 and the thermistor 15 in the atmosphere. It functions as the heat transfer barrier section 20.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the temperature control unit 9.
  • the temperature control unit 9 includes a setting unit 21, a comparison unit 22, and a drive unit 23.
  • a target temperature is preset in the setting unit 21.
  • the target temperature is set to a temperature at which fogging of the optical member inserted into the body cavity can be prevented.
  • the temperature of the endoscope tip measured by the thermistor 15 of the lens frame unit 10 is the temperature via the wiring portion such as the flexible wiring board 16 and the external connection cable 8. It is transmitted to the control unit 9.
  • the comparison unit 22 compares the target temperature set in the setting unit 21 and the temperature measured by the thermistor 15 (as will be described later, this measured temperature is close to the temperature of the optical member at the distal end of the endoscope). Compare with.
  • a driving signal is output by the driving unit 23 and the chip heater 14 is driven.
  • the chip heater 14 generates heat and warms the endoscope tip so that the temperature measured by the thermistor 15 approaches the target temperature.
  • the terminal unit 7 performs signal transmission or power supply to the chip heater 14 and signal reception from the thermistor 15.
  • the temperature control unit 9 functions to prevent the optical member from being fogged by controlling ON / OFF of the chip heater 14 based on the temperature of the endoscope tip measured by the thermistor 15.
  • FIG. 7 is a view showing a relationship among the heat transfer member 13, the chip heater 14, the thermistor 15, the flexible wiring board 16, and the heat transfer barrier section 20 in a cross section in the major axis direction along the line AA shown in FIG. is there. Note that the components in FIG. 7 are not necessarily scaled for illustration purposes only.
  • the chip heater 14 and the thermistor 15 are separated with air interposed therebetween. That is, air is a barrier between the chip heater 14 and the thermistor 15 so that heat is not easily transmitted.
  • the radial thickness of the chip heater 14 is d1
  • the radial thickness of the thermistor 15 is d2
  • the index R3 indicating the difficulty in transferring heat between the chip heater 14 and the thermistor 15 is the index R1 indicating the difficulty in transferring heat between the heat transfer member 13 and the chip heater 14, and the heat transfer member 13 And the index R2 representing the difficulty in transferring heat between the thermistor 15 and the thermistor 15.
  • thermal resistance An index indicating such difficulty in transferring heat is a heat transfer characteristic that can be understood as so-called “thermal resistance”.
  • a thermal resistance includes the heat conductivity inherent to the material constituting the heat transfer member 13, the chip heater 14, the thermistor 15 and the heat transfer barrier portion 20, the radial thickness of these members, and the long axis direction. It is determined by the length or the distance between these members (the distance between the locations where the members are closest to each other), the surface area where these members are in contact with each other, the shape of these members, and the like.
  • air in the atmosphere is a heat transfer barrier, but this is not limited to air. Any gas having the same heat transfer characteristics as air such as nitrogen can be used in the same manner.
  • Copper which is the main material of the heat transfer member 13, has a high thermal conductivity (approximately 398 W / m ⁇ K at room temperature). Since the heat transfer member 13 having such a high thermal conductivity is provided on the outer peripheral surface of the lens cover 11 at the distal end of the endoscope via the lens frame body 12, the lens cover 11 is close to the temperature of the heat transfer member 13. It becomes temperature.
  • the thermistor 15 hardly exchanges heat with the chip heater 14, and the heat exchange with the heat transfer member 13 occupies most. For this reason, the temperature measured by the thermistor 15 can be regarded as the temperature of the heat transfer member 13. That is, the thermistor 15 can measure a temperature close to the temperature of the lens cover 11. If the heat transfer barrier portion 20 is not properly set, the thermistor 15 detects the temperature of the chip heater 14 instead of the temperature of the heat transfer member 13, but in this embodiment, the lens cover is configured with the above-described configuration. A temperature close to 11 can be reliably measured.
  • the chip heater 14 is attached to the heat transfer member 13 that covers at least a part of the lens frame body 12, there is no space restriction as in the case of providing a heater in the lens frame body 12, A degree of freedom can be given to the arrangement of the heater.
  • the air heat transfer barrier portion 20 having a relatively low thermal conductivity, even when the width w in the major axis direction of the heat transfer barrier portion 20 is narrowed, between the heat transfer member 13 and the chip heater 14 and It is possible to provide a sufficient difference between the difficulty of heat transfer between the heat transfer member 13 and the thermistor 15, that is, the heat resistance and the heat resistance between the chip heater 14 and the thermistor 15. As a result, the width w can be reduced, so that the lens frame unit 10 and thus the endoscope 1 can be easily downsized.
  • the chip heater 14 and the thermistor 15 are mounted on the same single flexible wiring board 16, it is easier to assemble than the case where they are attached to the heat transfer member 13 as separate parts. It becomes. Further, the chip heater 14 and the thermistor 15 including the flexible wiring board 16 are disposed not on the heat transfer member 13 but on the outer peripheral surface of the heat transfer member 13. Therefore, the space in which the chip heater 14 including the flexible wiring board 16 and the thermistor 15 are disposed is not limited.
  • the chip heater 14 and the thermistor 15 are arranged side by side in the endoscope major axis direction, so that the width w of the heat transfer barrier portion 20 can be easily obtained.
  • the thermistor 15 becomes closer to the optical member at the tip of the endoscope, and the temperature of the optical member is measured more accurately to measure the optical member. Can prevent fogging.
  • the light emitting unit 2 also generates heat when irradiated with light from its tip.
  • the light emitting unit 2, the thermistor 15, and the chip heater 14 are arranged in the long axis direction in this order from the endoscope front end side, so that the thermistor 15 has both the light emitting unit 2 and the chip heater 14. It becomes easy to detect the heat of the heat source, and a local temperature rise can be prevented.
  • the degree can be improved.
  • the assemblability of the lens frame unit can be improved.
  • the temperature measuring part can measure the temperature of the heat transfer part, not the temperature of the heat generating part, and finally the temperature of the optical member. It can be measured.
  • the heat transfer barrier unit 20 functions sufficiently.
  • the heat transfer barrier portion 20 can also have a function of maintaining the distance between the chip heater 14 and the thermistor 15.
  • the chip heater 14 and the thermistor 15 are generally made of alumina or the like having a relatively high thermal conductivity.
  • the lens frame unit 10 includes a chip heater coupling layer 24 for coupling the chip heater 14 to the heat transfer member 13 and a thermistor coupling layer 25 for coupling the thermistor 15 to the heat transfer member 13.
  • FIG. 8 shows a heat transfer member 13, a chip heater 14, a thermistor 15, a flexible wiring board 16, a heat transfer barrier section 20, and a chip heater in the cross section along the line AA shown in FIG. 3 in the second embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a coupling layer 24 and a thermistor coupling layer 25.
  • the material of the heat transfer barrier section 20, the chip heater bonding layer 24, and the thermistor bonding layer 25 is an epoxy resin adhesive.
  • Other specifications are the same as those in the first embodiment.
  • the index R3 representing the difficulty in transferring heat between the chip heater 14 and the thermistor 15 is evaluated in the same manner as in the equation (2).
  • the index R3 representing the difficulty of heat transfer between the chip heater 14 and the thermistor 15 represents the difficulty of heat transfer between the heat transfer member 13 including the chip heater coupling layer 24 and the chip heater 14. This is sufficiently larger than the index R5 and the index R6 indicating the difficulty in transferring heat between the heat transfer member 13 including the thermistor coupling layer 25 and the thermistor 15.
  • the heat transfer barrier unit 20 functions sufficiently as a thermal barrier.
  • the heat transfer barrier portion 20 may be set to air, and the chip heater 14 and the thermistor 15 may be brazed or soldered to the heat transfer member 13.
  • Metal solder and solder have higher thermal conductivity than epoxy resin and silicone resin adhesives. For this reason, the difference in heat conductivity with the heat transfer barrier portion 20 can be increased. Moreover, since the drying time and the heat retention time are not required, the working time can be shortened as compared with the method using an adhesive.
  • the heat transfer member recess 27 that is recessed radially inward from the surface of the notch 19 is provided in the portion (notch 19) that contacts the heat transfer member 13 and the thermistor 15. It has been.
  • the heat transfer member recess 27 is filled with a thermistor coupling layer 25 made of, for example, epoxy resin. Even with such a configuration, the chip heater bonding layer 24 can be thinned.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the distal end of the endoscope including the lens barrel unit of the third embodiment.
  • a heat transfer member 28 made of a graphite sheet is used instead of the heat transfer member 13 made of copper.
  • the main material of the graphite sheet is carbon, and the thermal conductivity in the plane direction (lateral direction) is as high as 800 W / m ⁇ K. Further, the uniformity of heat transfer, that is, the soaking property is high.
  • the heat transfer member 28 made of a graphite sheet having a thickness of 0.1 mm is wound around at least a part of the outer peripheral surface of the lens barrel body 12.
  • the chip heater 14 and the thermistor 15 are disposed in close contact with the heat transfer member 28.
  • a heat transfer barrier portion 20 made of air or resin is provided between the chip heater 14 and the thermistor 15, as in the first and second embodiments.
  • the heat transfer member 28 since the heat transfer member 28 warms the lens frame body 12 and the lens cover 11 accommodated therein, the lens cover 11 at the distal end of the endoscope has substantially the same temperature as the heat transfer member 28 made of a graphite sheet. Further, since the heat transfer barrier portion 20 is provided, the thermistor 15 can measure the temperature of the heat transfer member 28 instead of the temperature of the chip heater 14. Thus, the temperature of the lens cover 11 can be measured.
  • the heat conductivity of the heat transfer member 28 is very high, even if there are few heat transfer members 28 wound around the outer peripheral surface of the lens frame main body 12, it has sufficient heat transfer property. Therefore, it is possible to reliably warm the optical member and prevent the fogging.
  • the rear end of the heat transfer member 28 wound around the outer peripheral surface of the lens frame body 12 is extended to the rear end side by several to several tens of mm, and the chip heater 14 and the thermistor 15 are brought into contact with the extended rear end portion. .
  • the optical transmission from the chip heater 14 through the heat transfer member 28 is performed.
  • the member can be warmed, or the temperature of the optical member of the heat transfer member 28 can be finally measured by the thermistor 15.
  • a sheet-like member mainly composed of carbon not only a graphite sheet but also a material having excellent heat conductivity such as a carbon nanotube can be appropriately employed.
  • FIG. 12 is a perspective view showing the distal end of the endoscope including the lens barrel unit of the fourth embodiment.
  • the chip heater 14 and the thermistor 15 are arranged side by side in the circumferential direction of the lens barrel unit 10 at the distal end of the endoscope, that is, in the radial direction. Further, the thermistor 15 is disposed closer to the light emitting unit 2 than the chip heater 14. Between the chip heater 14 and the thermistor 15, a heat transfer barrier portion 20 made of air or resin is provided.
  • both the chip heater 14 and the thermistor 15 can be arranged near the lens cover 11. For this reason, the ease of heating of the optical member by the chip heater 14 and the accuracy of temperature detection by the thermistor 15 are improved.
  • the thermistor 15 can easily detect the heat of the heat sources of both the light emitting unit 2 and the chip heater 14, and locally. Temperature rise can be prevented.
  • a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 13, FIG. 14, and FIG. In the following, the main configuration and characteristic parts of the fifth embodiment will be described, and the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of an endoscope 100 that is an electronic endoscope.
  • the endoscope 100 covers the entire endoscope main body including the lens frame unit 111 arranged on the distal end side of the endoscope, the light emitting unit 101 that emits illumination light, and the lens frame unit 111 and the light emitting unit 101. It has a metal exterior 102, an operation unit 103 having a switch 104 disposed on the endoscope proximal end side, and a terminal unit 105.
  • the endoscope 100 is electrically connected to the temperature control unit 107, the video center 108, the light source 109, and the monitor 110 by an external connection cable 106 connected to the terminal unit 105.
  • the external connection cable 106 is a universal cord that guides transmission / reception of signals to / from the temperature control unit 107, transmission of video signals to the video center 108, and illumination light to the light emitting unit 101.
  • FIG. 14 is a perspective view showing the distal end of the endoscope including the lens frame unit 111 in a state covered with the exterior portion 102.
  • FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing an internal configuration of the endoscope 100 in a cross section in the major axis direction along the line BB shown in FIG.
  • the lens frame unit 111 includes an objective optical system including an objective lens 113 and a lens cover 112 covering the surface, a lens frame main body 114, a heat transfer member 115, a chip heater 116, a thermistor 117, and a chip heater 116.
  • the flexible wiring board 118 on which the thermistor 117 is mounted. In the present embodiment, the flexible wiring board 118 continues to the terminal portion 105.
  • An imaging unit 119 fixed to the imaging unit fixing frame 120 and an image output cable 121 serving as an image output unit connected to the imaging unit 119 are disposed on the endoscope proximal end side of the lens barrel body 114. .
  • the image output cable 121 is connected to the terminal unit 105.
  • the imaging unit 119 photoelectrically converts an image formed through the objective optical system. Then, the image output cable 121 transmits the video signal read from the imaging unit 119 and outputs it to the terminal unit 105.
  • the terminal unit 105 performs signal transmission or power supply to the chip heater 116, signal reception from the thermistor 117, and video signal reception from the image output cable 121.
  • the chip heater 116 and the thermistor 117 are spaced apart from each other by a predetermined distance to form a heat transfer barrier 122.
  • the heat transfer barrier 122 is made of a resin having a relatively low thermal conductivity.
  • FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing an internal configuration of the endoscope in a cross section in the long axis direction along the line BB shown in FIG.
  • the flexible wiring board 118 on which the chip heater 116 and the thermistor 117 are mounted is changed to the electric wiring 123 on the way, and the electric wiring 123 continues to the terminal portion 105.
  • the heat generated from the light emitting unit 101 and the imaging unit 119 is transferred to the heat transfer member 115 to make the temperature uniform.
  • the heat transfer member 115 approaches the target temperature due to the heat of the light emitting unit 101 and the imaging unit 119, the heat given from the chip heater 116 decreases.
  • the lens frame as in the modification of the first embodiment, the second embodiment and its modification, and the third and fourth embodiments. Units can be adopted as appropriate.
  • the following modes can be applied as modifications of the first to sixth embodiments.
  • the temperature measurement unit not only the thermistor but also a platinum temperature sensor or a thermocouple may be used.
  • the heat generating portion not only the chip heater but also other resistance heating, heat generated by the LED, magnetic loss, or dielectric loss may be used.
  • the electric wiring board not only a flexible wiring board but also a rigid wiring board may be used.
  • the heat transfer member not only copper and graphite sheets but also materials having high thermal conductivity such as aluminum may be used.

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Abstract

　鏡枠ユニットが、光学部材を収容している鏡枠本体、鏡枠本体の少なくとも一部を覆っている伝熱部、熱を発生する発熱部、温度を計測する温度計測部、及び発熱部と温度計測部とを実装している同一の電気配線基板を有する。発熱部と温度計測部とは、電気配線基板上に離間して載置され、かつ、電気配線基板は、発熱部と温度計測部とが伝熱部に当接するように配置されている。発熱部と温度計測部とが最も近接する箇所間の熱抵抗は、発熱部と伝熱部との間及び温度計測部と伝熱部との間の熱抵抗よりも大きい。

Description

鏡枠ユニット、及び鏡枠ユニットを備えた内視鏡
　本発明は、先端に配置された光学部材の曇りを防止する鏡枠ユニット、及びこの鏡枠ユニットを備えた内視鏡に関する。
　一般的に、体腔内に挿入して体腔の内部の観察や処置を行うための硬性鏡、軟性鏡等の医療用内視鏡や、プラント設備内の検査や修理を行うための工業用内視鏡が広く使用されている。このような内視鏡では、内視鏡の先端に配置された対物光学系の光学部材により接眼光学系あるいは撮像部に結像される観察対象の像に基づいて、所望の処置、検査等を行う。
　内視鏡が体腔内のような多湿な環境中に挿入されたとき、挿入された内視鏡の温度がその環境の温度よりも低ければ、その温度差により内視鏡先端の光学部材、例えば、レンズカバーの表面に曇りが生じうる。
　このような曇りに対処するために、例えば、特許文献１には、内視鏡の先端に配置された光学部材の曇りを防止する曇り防止部を備えた内視鏡が開示されている。この内視鏡では、円筒形状の鏡枠内部に収納されているレンズカバーの裏側に、リング状に形成されたヒータが配設されている。そして、予めヒータに通電してレンズカバーを適正な温度に加熱してから体腔内等に挿入することにより、レンズカバーの表面の曇りを防止している。
特許第４６１６４２１号公報
　特許文献１に記載の内視鏡では、レンズカバーの裏側にヒータを取り付けるための十分なスペースが鏡枠内で確保されないため、リング状という特殊な形状のヒータを製造する必要がある。また、内視鏡を小型化する場合、このようなヒータは、鏡枠内のスペースの制約により採用しにくい。さらに、鏡枠内は光学部材の取り付けに高い精度（例えば、数十マイクロメートル程度）が求められるところであるので、レンズカバー及びこれに取り付けられるヒータの組立てもまた難しい。
　そこで、本発明は、スペースに制約されず組立てが簡単な、光学部材の曇りを防止する鏡枠ユニット、及びこの鏡枠ユニットを備えた内視鏡を提供することを目的とする。
　本発明の一実施形態は、光学部材を収容している鏡枠本体と、前記鏡枠本体の少なくとも一部を覆っている伝熱部と、熱を発生する発熱部と、温度を計測する温度計測部と、前記発熱部及び前記温度計測部を実装している同一の電気配線基板とを具備し、前記発熱部と前記温度計測部とは、前記電気配線基板上に離間して載置され、かつ、前記電気配線基板は、前記発熱部と前記温度計測部とが前記伝熱部に当接するように配置され、前記発熱部と前記温度計測部とが最も近接する箇所間の熱抵抗が、前記発熱部と前記伝熱部との間の熱抵抗、及び、前記温度計測部と前記伝熱部との間の熱抵抗よりも大きい鏡枠ユニットである。
　また、本発明の一実施形態は、上述の鏡枠ユニットを備えた内視鏡であって、前記光学部材を通った光を観察する接眼レンズと、前記発熱部への信号送信又は電力供給、及び前記温度計測部からの信号受信を行う端子部と、前記端子部と前記電気配線基板とを電気的に接続する配線部と、前記鏡枠ユニット、前記接眼レンズ、前記端子部及び前記配線部を保持する外装部とを具備する内視鏡である。
　また、本発明の一実施形態は、上述の鏡枠ユニットを備えた内視鏡であって、前記光学部材を通って結像した像を光電変換する撮像部と、前記撮像部から読み出した映像信号を伝送し出力する画像出力部と、前記発熱部への信号送信又は電力供給、前記温度計測部からの信号受信、及び前記画像出力部からの映像信号受信を行う端子部と、前記端子部と前記電気配線基板とを電気的に接続する配線部と、前記鏡枠ユニット、前記撮像部、前記画像出力部、前記端子部及び前記配線部を保持する外装部とを具備する内視鏡である。
　本発明によれば、スペースに制約されず組立てが簡単な、光学部材の曇りを防止する鏡枠ユニット、及びこの鏡枠ユニットを備えた内視鏡を提供することができる。
図１は、内視鏡（硬性鏡）の構成を概略的に示す図である。 図２は、鏡枠ユニットを含む内視鏡先端を示す斜視図である。 図３は、外装部を取り外した状態の内視鏡先端を示す斜視図である。 図４は、鏡枠ユニットの伝熱部材と、チップヒータ、サーミスタ及びフレキシブル配線基板との組み付け構成を示す斜視図である。 図５は、チップヒータ及びサーミスタが取り付けられたフレキシブル配線基板を示す斜視図である。 図６は、温度制御部を示すブロック図である。 図７は、第１の実施形態において、図３に示すＡ－Ａ線に沿った長軸方向の断面での鏡枠ユニットの一部を示す図である。 図８は、第２の実施形態において、図７と同様の断面での鏡枠ユニットの一部を示す図である。 図９は、第２の実施形態の変形例において、図７と同様の断面での鏡枠ユニットの一部を示す図である。 図１０は、第２の実施形態の変形例において、図７と同様の断面での鏡枠ユニットの一部を示す図である。 図１１は、第３の実施形態の鏡枠ユニットを含む内視鏡先端を示す斜視図である。 図１２は、第４の実施形態の鏡枠ユニットを含む内視鏡先端を示す斜視図である。 図１３は、内視鏡（電子内視鏡）の構成を概略的に示す図である。 図１４は、鏡枠ユニットを含む内視鏡先端を示す斜視図である。 図１５は、第５の実施形態において、図１４に示すＢ－Ｂ線に沿った長軸方向の断面での内視鏡の内部の構成を示す縦断面図である。 図１６は、第６の実施形態において、図１５と同様の断面での内視鏡の内部の構成を示す縦断面図である。
　［第１の実施形態］　
　本発明の第１の実施形態について、図１と図２と図３と図４と図５と図６と図７とを参照して説明する。　
　図１は、硬性鏡である内視鏡１の構成を概略的に示す図である。内視鏡１は、内視鏡先端側に配置された鏡枠ユニット１０と、照明光を出射する発光部２と、鏡枠ユニット１０及び発光部２を含む内視鏡本体全体を覆っている金属製の外装部３と、内視鏡基端側に配置され操作スイッチ５を有する操作部４と、接眼レンズ６と、端子部７とを有している。
　内視鏡１は、端子部７に接続される外部接続ケーブル８によって温度制御部９に電気的に接続される。なお、温度制御部９は内視鏡１とは別体として図示しているが、操作部４などの内視鏡内部に組み込まれてもよい。
　図２は、外装部３で覆われた状態の鏡枠ユニット１０を含む内視鏡先端を示す斜視図である。図３は、外装部３を取り外した状態の鏡枠ユニット１０を含む内視鏡先端を示す斜視図である。鏡枠ユニット１０は、不図示の対物レンズ及び対物レンズの表面を覆っているレンズカバー１１を含む対物光学系と、鏡枠本体１２と、伝熱部材１３と、チップヒータ１４と、サーミスタ１５と、チップヒータ１４及びサーミスタ１５が実装されているフレキシブル配線基板１６とを有している。
　内視鏡１は、レンズカバー１１及び対物レンズを通った光を接眼レンズ６で観察するように構成されている。発光部２及びレンズカバー１１は、内視鏡先端表面に露出している。なお、レンズカバー１１が設けられず対物レンズが内視鏡先端表面に露出されている構成であってもよい。以下の説明では、例えば体腔内等に挿入されたときに曇りが防止される内視鏡先端のレンズカバー１１と対物レンズとの少なくとも一方を光学部材と称する。
　鏡枠本体１２は、円筒状の部材であり、その円筒内に対物光学系を収容している。伝熱部材１３は、図３では鏡枠本体１２の外周面ほぼ全体を覆っているが、必ずしもその必要はなく、鏡枠本体１２の外周面の少なくとも一部を覆っていればよい。
　図４は、鏡枠ユニット１０の伝熱部材１３と、チップヒータ１４、サーミスタ１５及びフレキシブル配線基板１６との組み付け構成を示す斜視図である。伝熱部材１３は、チップヒータ１４から発生する熱を伝達する伝熱部であり、その主材料は銅である。
　伝熱部材１３には、発光部２が配設される第１の貫通孔１７と、鏡枠本体１２が配設される第２の貫通孔１８と、フレキシブル配線基板１６が取り付けられる溝状の切り欠き部１９とが形成されている。第１及び第２の貫通孔１７、１８は、伝熱部材１３の内部で内視鏡１の長軸方向に延びている。また、切り欠き部１９は、伝熱部材１３の外周面に内視鏡１の長軸方向に延びている。チップヒータ１４及びサーミスタ１５は、図４に矢印で示される方向で切り欠き部１９中に当接されて埋設されることにより、図３に示すように伝熱部材１３に取り付けられる。
　図５は、チップヒータ１４及びサーミスタ１５が取り付けられたフレキシブル配線基板１６を示す斜視図である。チップヒータ１４は、内視鏡先端の光学部材の防曇のために熱を発生する発熱部であり、また、サーミスタ１５は、内視鏡先端の温度を計測する温度計測部である。チップヒータ１４及びサーミスタ１５の主材料は、熱伝導率の比較的高いアルミナ（常温で約３８Ｗ／ｍ・Ｋ）である。
　チップヒータ１４とサーミスタ１５とは、ただ１つの同一のフレキシブル配線基板１６に、鏡枠ユニット１０（内視鏡１）の長軸方向に並んで、すなわち列をなして取り付けられている。また、本実施形態では、サーミスタ１５がチップヒータ１４よりも内視鏡先端側となるように配置されている。チップヒータ１４とサーミスタ１５とは、フレキシブル配線基板１６上に所定の間隔だけ離間して載置されており、大気下では間隔内の空気がチップヒータ１４とサーミスタ１５の間の伝熱を遮断する伝熱障壁部２０として機能している。
　図６は、温度制御部９を示すブロック図である。温度制御部９は、設定部２１と、比較部２２と、駆動部２３とを有している。設定部２１には、目標温度が予め設定される。この目標温度は、例えば体腔内に挿入された光学部材の曇りを防止することができる温度とする。
　内視鏡１が体腔内に挿入されたとき、鏡枠ユニット１０のサーミスタ１５により計測された内視鏡先端の温度は、フレキシブル配線基板１６、外部接続ケーブル８等の配線部を経由して温度制御部９に伝送される。温度制御部９では、設定部２１に設定された目標温度と、サーミスタ１５が計測した温度（後述のように、この計測温度は内視鏡先端の光学部材の温度に近い）とを比較部２２で比較する。そして、比較の結果、光学部材の防曇のために内視鏡先端の加熱が必要な場合には、駆動部２３により駆動信号が出力されてチップヒータ１４が駆動される。チップヒータ１４は、サーミスタ１５による計測温度が目標温度に近づくように発熱して内視鏡先端を温める。なお、端子部７は、チップヒータ１４への信号送信又は電力供給と、サーミスタ１５からの信号受信を行う。
　このように、温度制御部９は、サーミスタ１５により計測された内視鏡先端の温度に基づいてチップヒータ１４のＯＮ／ＯＦＦを制御して、光学部材の曇りを防止するように機能する。
　図７は、図３に示すＡ－Ａ線に沿った長軸方向の断面での伝熱部材１３、チップヒータ１４、サーミスタ１５、フレキシブル配線基板１６及び伝熱障壁部２０の関係を示す図である。図７における各構成部は、単なる図示目的のために必ずしもスケール合わせされていないことに注意する。
　本実施形態では、上述したように、チップヒータ１４とサーミスタ１５とは空気を介在して離間されている。すなわち、チップヒータ１４とサーミスタ１５との間は、空気が障壁となり熱が伝わりにくいようになっている。この空気の隙間は、例えば、長軸方向にほぼ一様な幅ｗ＝０．５ｍｍで形成されている。チップヒータ１４の径方向の厚みをｄ１、サーミスタ１５の径方向の厚みをｄ２とし、ｄ１＝ｄ２＝０．２ｍｍとする。また、常温でのチップヒータ１４の材料の熱伝導率λ１、サーミスタ１５の材料の熱伝導率λ２とし、λ１＝λ２＝３８Ｗ／ｍ・Ｋ、空気の熱伝導率λ３をλ３＝０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋとする。
　このとき、伝熱部材１３とチップヒータ１４との間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ１、伝熱部材１３とサーミスタ１５との間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ２は、　
　Ｒ１＝Ｒ２＝ｄ１／λ１＝ｄ２／λ２＝０．２／３８≒０．００５２　・・・式（１）となる。また、チップヒータ１４とサーミスタ１５と間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ３は、　
　Ｒ３＝ｗ／λ３＝０．５／０．０２４≒２０．８　・・・式（２）　
となる。
　従って、チップヒータ１４とサーミスタ１５との間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ３が、伝熱部材１３とチップヒータ１４との間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ１と、伝熱部材１３とサーミスタ１５との間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ２とに比べて十分大きい。このように、Ｒ１＜Ｒ３かつＲ２＜Ｒ３の関係が成立すれば、チップヒータ１４で発生した熱の大部分が伝熱部材１３側に流れ、チップヒータ１４からサーミスタ１５に直接向かう熱はほとんどなく、伝熱障壁部２０が熱的な障壁として十分に機能している。
　このような熱の伝わりにくさを表す指標は、いわゆる「熱抵抗」として理解されることができる伝熱特性である。このような熱抵抗は、伝熱部材１３、チップヒータ１４、サーミスタ１５及び伝熱障壁部２０を構成している材料に固有の熱伝導率と、これら部材の径方向の厚みや長軸方向の長さ、あるいはこれら部材の間の距離（部材の間が最も近接している箇所間の距離）、これら部材が互いに接触している表面積、これら部材の形状等によって決定される。
　なお、本実施形態では、大気下の空気が伝熱障壁となっているが、これは空気に限定されるものではない。窒素等の空気と同様な伝熱特性を有する気体であれば、同様に利用することができる。
　伝熱部材１３の主材料である銅は、高い熱伝導率（常温で約３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）を有している。このような高い熱伝導率の伝熱部材１３が鏡枠本体１２を介して内視鏡先端のレンズカバー１１の外周面に設けられているため、レンズカバー１１は伝熱部材１３の温度に近い温度となる。
　そして、サーミスタ１５は、上述したようにチップヒータ１４との熱のやり取りはほとんどなく、伝熱部材１３との熱のやり取りが大部分を占める。このため、サーミスタ１５で計測される温度は伝熱部材１３の温度とみなせる。つまり、サーミスタ１５は、レンズカバー１１の温度に近い温度を計測することができる。伝熱障壁部２０が適切に設定されていないと、サーミスタ１５は伝熱部材１３の温度ではなくチップヒータ１４の温度を検出してしまうが、本実施形態では、上述のような構成によりレンズカバー１１の温度に近い温度を確実に計測することができる。
　本実施形態では、鏡枠本体１２の少なくとも一部を覆っている伝熱部材１３にチップヒータ１４を取り付けているので、鏡枠本体１２内にヒータを設ける場合のようなスペースの制約がなく、ヒータの配置に自由度を持たせることができる。
　また、熱伝導率が比較的低い空気の伝熱障壁部２０を設けることにより、伝熱障壁部２０の長軸方向の幅ｗを狭めても、伝熱部材１３とチップヒータ１４との間及び伝熱部材１３とサーミスタ１５との間の熱の伝わりにくさ、すなわち熱抵抗と、チップヒータ１４とサーミスタ１５との間の熱抵抗とに十分な差を設けることができる。これにより幅ｗを狭めることができるので、鏡枠ユニット１０を、ひいては内視鏡１を小型化しやすい。
　また、チップヒータ１４とサーミスタ１５とをただ１つの同一のフレキシブル配線基板１６上に実装することにより、これらを別々の部品として伝熱部材１３に取り付ける場合に比べて組立て性が良く、組立てが簡単となる。またフレキシブル配線基板１６を含むチップヒータ１４とサーミスタ１５とは、伝熱部材１３の内部ではなく、伝熱部材１３の外周面に配設される。よって、フレキシブル配線基板１６を含むチップヒータ１４とサーミスタ１５とが配設されるスペースが制約されない。
　本実施形態では、チップヒータ１４とサーミスタ１５とを内視鏡長軸方向に並べて配置していることにより、伝熱障壁部２０の幅ｗが取りやすくなっている。
　また、サーミスタ１５をチップヒータ１４よりも内視鏡先端側に配置していることにより、サーミスタ１５が内視鏡先端の光学部材により近くなり、光学部材の温度をより正確に計測して光学部材の曇りを防止することができる。
　発光部２もまた、その先端から光を照射したときに熱を発生する。本実施形態では、発光部２、サーミスタ１５、チップヒータ１４が内視鏡先端側からこの順で長軸方向に配置されていることにより、サーミスタ１５が発光部２とチップヒータ１４との両方の熱源の熱を検知しやすくなり、局所的な温度上昇を防止することができる。
　以上説明したように、本実施形態では、鏡枠本体の外周に配設した伝熱部材を介して内視鏡先端全体を温め、かくしてレンズカバーを温める構成により、防曇用ヒータの配置の自由度を向上させることができる。また、同一の電気配線基板上に発熱部と温度計測部とを実装することにより、鏡枠ユニットの組立て性を向上させることができる。さらに、発熱部と温度計測部との間に伝熱障壁部を設けることにより、温度計測部は、発熱部の温度ではなく、伝熱部の温度を計測でき、最終的に光学部材の温度を計測することができる。
　［変形例］　
　伝熱障壁部２０としてエポキシ樹脂接着剤やシリコーン樹脂接着剤などの絶縁性の接着剤を用いた変形例について説明する。
　一般的なエポキシ樹脂の常温での熱伝導率λ４は、λ４＝０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。他の仕様は上述の空気の場合と同じとした場合、チップヒータ１４とサーミスタ１５と間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ４は、　
　Ｒ４＝ｗ／λ４＝０．５／０．２５≒２　・・・式（３）　
となり、伝熱障壁部２０として十分に機能する。
　エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの接着剤を伝熱障壁部２０として用いれば、伝熱障壁部２０にチップヒータ１４とサーミスタ１５との間隔を維持する機能も持たせることができる。
　また、伝熱障壁部２０として使用する一般的な接着用のエポキシ樹脂やシリコーン接着剤の熱伝導率λ４はλ４＝０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、また、内視鏡１に搭載可能なチップヒータ１４の厚みｄ１やサーミスタ１５の厚みｄ２の最大値はｄ１＝ｄ２＝０．５ｍｍ程度である。チップヒータ１４やサーミスタ１５は、熱伝導率の比較的高いアルミナ等で構成されるのが一般的である。このため、伝熱障壁部２０の幅ｗがｗ＝０．１ｍｍ程度であれば、　
　Ｒ１＝Ｒ２＝ｄ１／λ１＝ｄ２／λ２＝０．５／３８≒０．０１３　・・・式（４）　
　Ｒ４＝ｗ／λ４＝０．１／０．２５≒０．４　・・・式（５）　
となる。従って、チップヒータ１４とサーミスタ１５との最も近接している箇所間の距離を０．１ｍｍ以上離間することにより、伝熱障壁部２０としての機能が果たされる。また、伝熱障壁部２０として、同様の特性を有する充填材を用いてもよい。
　［第２の実施形態］　
　本発明の第２の実施形態について、図８を参照して説明する。図８以降も図７と同様に、各構成部はスケール合わせされていないことに注意する。内視鏡全体の構成は、図１と同様である。
　第１の実施形態では、伝熱部材１３とチップヒータ１４との結合面及び伝熱部材１３とサーミスタ１５との結合面が理想的な状態を示した。第２の実施形態では、鏡枠ユニット１０は、チップヒータ１４を伝熱部材１３に結合するためのチップヒータ結合層２４、及びサーミスタ１５を伝熱部材１３に結合するためのサーミスタ結合層２５を有している。
　図８は、第２の実施形態において、図３に示すＡ－Ａ線に沿った断面での伝熱部材１３、チップヒータ１４、サーミスタ１５、フレキシブル配線基板１６、伝熱障壁部２０、チップヒータ結合層２４及びサーミスタ結合層２５の関係を示す図である。本実施形態では、伝熱障壁部２０、チップヒータ結合層２４及びサーミスタ結合層２５の材料は、エポキシ樹脂の接着剤である。
　チップヒータ結合層２４の熱伝導率λ５及びサーミスタ結合層２５の熱伝導率λ６は、上述の変形例と同様に、λ５＝λ６＝０．２５Ｗ／ｍ・Ｋとする。チップヒータ１４の径方向の厚みｄ１及びサーミスタ１５の径方向の厚みｄ２は、ｄ１＝０．２ｍｍ、ｄ２＝０．１８ｍｍであり、チップヒータ結合層２４の径方向の高さｈ１及びサーミスタ結合層２５の径方向の高さｈ２は、ｈ１＝０．０１ｍｍ、ｈ２＝０．０３ｍｍとする。他の仕様は、第１の実施形態と同様である。
　このとき、チップヒータ結合層２４を考慮した伝熱部材１３とチップヒータ１４との間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ５は、　
　Ｒ５＝ｄ１／λ１＋ｈ１／λ５＝０．２／３８＋０．０１／０．２５≒０．００４５　・・・式（６）　
となり、また、サーミスタ結合層２５を考慮した伝熱部材１３とサーミスタ１５との間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ６は、　
　Ｒ６＝ｄ２／λ２＋ｈ２／λ６＝０．１８／３８＋０．０３／０．２５≒０．１２　・・・式（７）　
となる。チップヒータ１４とサーミスタ１５との間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ３は、式（２）と同様に評価される。
　従って、チップヒータ１４とサーミスタ１５との間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ３が、チップヒータ結合層２４も含めた伝熱部材１３とチップヒータ１４との間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ５、サーミスタ結合層２５も含めた伝熱部材１３とサーミスタ１５との間の熱の伝わりにくさを表す指標Ｒ６に比べて十分大きい。このように、Ｒ５＜Ｒ３かつＲ６＜Ｒ３の関係が成立すれば、伝熱障壁部２０が熱的な障壁として十分に機能している。
　本実施形態では、エポキシ樹脂等の接着剤を用いて、チップヒータ１４及びサーミスタ１５の伝熱部材１３への固定と、伝熱障壁部２０へのエポキシ樹脂の充填とを同時に行うことができるので、組立て性が向上する。
　また、本実施形態では、チップヒータ１４がサーミスタ１５よりも厚い。従って、フレキシブル配線基板１６側からチップヒータ１４及びサーミスタ１５を伝熱部材１３の切り欠き部１９に押し付けて接着したとき、チップヒータ結合層２４の高さｈ１をサーミスタ結合層２５の高さｈ２よりも薄くすることができ、　
　ｈ１／λ５＝０．０４＜０．１２＝ｈ２／λ６　・・・式（８）
となる。これにより、熱量の移動が最も大きい伝熱部材１３とチップヒータ１４との間の伝熱性を向上させることができる。
　また、伝熱障壁部２０を空気に設定し、チップヒータ１４とサーミスタ１５とを伝熱部材１３にロウ又ははんだ付けしてもよい。金属からなるロウやはんだは、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂の接着剤に比べて熱伝導率が高い。このため、伝熱障壁部２０との伝熱性の差を大きくすることができる。また、乾燥時間や保温時間が必要ないので、接着剤を用いる方法に比べて作業時間を短くすることができる。
　［変形例］　
　図９に示す変形例では、伝熱部材１３のチップヒータ１４と当接する部分（切り欠き部１９）に、切り欠き部１９の面から径方向外側に突出した伝熱部材凸部２６が設けられている。これにより、チップヒータ結合層２４を薄くすることができる。
　反対に、図１０に示す変形例では、伝熱部材１３とサーミスタ１５と当接する部分（切り欠き部１９）に、切り欠き部１９の面から径方向内側に窪んだ伝熱部材凹部２７が設けられている。伝熱部材凹部２７は、例えばエポキシ樹脂であるサーミスタ結合層２５によって充填される。このような構成によっても、チップヒータ結合層２４を薄くすることができる。
　［第３の実施形態］　
　本発明の第３の実施形態について、図１１を参照して説明する。内視鏡全体の構成は、図１と同様である。
　図１１は、第３の実施形態の鏡枠ユニットを含む内視鏡先端を示す斜視図である。第３の実施形態では、銅でできた伝熱部材１３に代わってグラファイトシートでできた伝熱部材２８を用いる。グラファイトシートの主な材料は炭素であり、面方向（横方向）の熱伝導率が８００Ｗ／ｍ・Ｋと非常に高い。また、熱伝達の均一性、すなわち均熱性も高い。
　本実施形態では、厚さ０．１ｍｍのグラファイトシートでできた伝熱部材２８が、鏡枠本体１２の外周面の少なくとも一部に巻き付けられている。チップヒータ１４及びサーミスタ１５は、伝熱部材２８に密着して配置されている。チップヒータ１４とサーミスタ１５との間には、第１及び第２の実施形態と同様に、空気又は樹脂による伝熱障壁部２０が設けられている。
　本実施形態においても、チップヒータ１４から発生した熱の大部分は、伝熱部材２８に移動する。この伝熱部材２８が鏡枠本体１２及びこれに収容されたレンズカバー１１を温めるので、内視鏡先端のレンズカバー１１は、グラファイトシートでできた伝熱部材２８とほぼ同じ温度となる。また、伝熱障壁部２０が設けられていることにより、サーミスタ１５は、チップヒータ１４の温度ではなく伝熱部材２８の温度を計測することができる。かくして、レンズカバー１１の温度を計測することができる。
　本実施形態では、伝熱部材２８の熱伝導率が非常に高いので、鏡枠本体１２の外周面に巻き付ける伝熱部材２８が少なくても十分な伝熱性を有する。従って、光学部材を確実に温めてその曇りを防止することができる。
　また、鏡枠本体１２の外周面に巻き付けた伝熱部材２８の後端を数～数十ｍｍ程度後端側に延ばして、この延ばした後端部分にチップヒータ１４及びサーミスタ１５を当接させる。このように、本実施形態では、部材が密集してスペースが不足しやすい内視鏡先端側にチップヒータ１４やサーミスタ１５を配置しなくても、チップヒータ１４から伝熱部材２８を介して光学部材を温めたり、サーミスタ１５により伝熱部材２８の、最終的に光学部材の温度を計測したりすることができる。
　なお、炭素を主材料とするシート状の部材として、グラファイトシートだけでなく、カーボンナノチューブなどの伝熱性に優れた材料を適宜採用することができる。
　［第４の実施形態］　
　本発明の第４の実施形態について、図１２を参照して説明する。内視鏡全体の構成は、図１と同様である。
　図１２は、第４の実施形態の鏡枠ユニットを含む内視鏡先端を示す斜視図である。本実施形態では、チップヒータ１４とサーミスタ１５とは、内視鏡先端で鏡枠ユニット１０の周方向に、すなわち径方向に並べて配置されている。また、サーミスタ１５は、チップヒータ１４よりも発光部２に近い側に配置されている。チップヒータ１４とサーミスタ１５との間には、空気又は樹脂による伝熱障壁部２０が設けられている。
　チップヒータ１４とサーミスタ１５とを径方向に並べて配置することにより、チップヒータ１４とサーミスタ１５との両方をレンズカバー１１の近くに配置することができる。このため、チップヒータ１４による光学部材の加熱のしやすさ、及びサーミスタ１５による温度検知の正確さが向上する。
　さらに、径方向において、サーミスタ１５を発光部２とチップヒータ１４との間に配置することにより、サーミスタ１５が発光部２とチップヒータ１４との両方の熱源の熱を検知しやすくなり、局所的な温度上昇を防止することができる。
　［第５の実施形態］　
　本発明の第５の実施形態について、図１３と図１４と図１５とを参照して説明する。なお、以下では、第５の実施形態の主な構成及び特徴部分を説明し、第１の実施形態と同様の構成はその説明を省略する。
　図１３は、電子内視鏡である内視鏡１００の構成を概略的に示す図である。内視鏡１００は、内視鏡先端側に配置された鏡枠ユニット１１１と、照明光を出射する発光部１０１と、鏡枠ユニット１１１及び発光部１０１を含む内視鏡本体全体を覆っている金属製の外装部１０２と、内視鏡基端側に配置されスイッチ１０４を有する操作部１０３と、端子部１０５とを有している。
　内視鏡１００は、端子部１０５に接続される外部接続ケーブル１０６によって温度制御部１０７、ビデオセンター１０８、光源１０９、モニタ１１０に電気的に接続される。外部接続ケーブル１０６は、温度制御部１０７との信号の送受信、ビデオセンター１０８への映像信号の伝送、発光部１０１への照明光をガイドするユニバーサルコードである。
　図１４は、外装部１０２で覆われた状態の鏡枠ユニット１１１を含む内視鏡先端を示す斜視図である。図１５は、図１４に示すＢ－Ｂ線に沿った長軸方向の断面での内視鏡１００の内部の構成を示す縦断面図である。鏡枠ユニット１１１は、対物レンズ１１３及びこの表面を覆っているレンズカバー１１２を含む対物光学系と、鏡枠本体１１４と、伝熱部材１１５と、チップヒータ１１６と、サーミスタ１１７と、チップヒータ１１６及びサーミスタ１１７が実装されているフレキシブル配線基板１１８とを有している。本実施形態では、フレキシブル配線基板１１８が端子部１０５まで続いている。
　鏡枠本体１１４の内視鏡基端側には、撮像部固定フレーム１２０に固定された撮像部１１９と、撮像部１１９に接続された画像出力部である画像出力ケーブル１２１とが配置されている。画像出力ケーブル１２１は、端子部１０５に接続されている。
　内視鏡１００を用いた観察等を行う際には、撮像部１１９は、対物光学系を通って結像した像を光電変換する。そして、撮像部１１９から読み出された映像信号を画像出力ケーブル１２１が伝送し端子部１０５へと出力する。なお、端子部１０５は、チップヒータ１１６への信号送信又は電力供給、サーミスタ１１７からの信号受信、画像出力ケーブル１２１からの映像信号受信を行う。
　チップヒータ１１６とサーミスタ１１７との間は所定の間隔だけ離間されており、伝熱障壁部１２２を形成している。本実施形態では、伝熱障壁部１２２は熱伝導率の比較的低い樹脂でできている。
　本実施形態においても、上述の実施形態と同様に、ヒータの配置に自由度があり組立て性に優れた内視鏡を提供することができる。
　［第６の実施形態］　
　本発明の第６の実施形態について、図１６を参照して説明する。第６の実施形態では、内視鏡の構成は第５の実施形態の内視鏡１００と同様であるのでその説明は省略する。以下では、内視鏡１００と異なる構成を説明する。
　図１６は、図１４に示すＢ－Ｂ線に沿った長軸方向の断面での内視鏡の内部の構成を示す縦断面図である。この内視鏡では、チップヒータ１１６及びサーミスタ１１７が実装されているフレキシブル配線基板１１８を途中で電気配線１２３に替えて、この電気配線１２３が端子部１０５まで続いている。
　発光部１０１や撮像部１１９から発生する熱は、伝熱部材１１５に伝わり温度を均一化する。発光部１０１や撮像部１１９の熱によって伝熱部材１１５の温度が目標温度に近づくと、チップヒータ１１６から与えられる熱は減少する。
　なお、第５及び第６の実施形態の内視鏡１００においても、第１の実施形態の変形例、第２の実施形態及びその変形例、第３及び第４の実施形態のような鏡枠ユニットを適宜採用することができる。
　また、第１～第６の実施形態の変形例として、以下のような態様が適用されることができる。　
　温度計測部として、サーミスタだけでなく、白金温度センサや熱電対を用いてもよい。　発熱部として、チップヒータだけでなく、他の抵抗加熱やＬＥＤや磁気損失や誘電損失による発熱を用いてもよい。　
　電気配線基板として、フレキシブル配線基板だけでなく、リジットな配線基板を用いてもよい。　
　伝熱部材として、銅やグラファイトシートだけでなく、アルミ等の熱伝導率の高い素材を用いてもよい。
　以上、本発明の各実施形態並びに変形例について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまな改良及び変更が可能である。

Claims (22)

  1. 　光学部材を収容している鏡枠本体と、
    　前記鏡枠本体の少なくとも一部を覆っている伝熱部と、
    　熱を発生する発熱部と、
    　温度を計測する温度計測部と、
    　前記発熱部及び前記温度計測部を実装している同一の電気配線基板と、
    　を具備し、
    　前記発熱部と前記温度計測部とは、前記電気配線基板上に離間して載置され、かつ、前記電気配線基板は、前記発熱部と前記温度計測部とが前記伝熱部に当接するように配置され、
    　前記発熱部と前記温度計測部とが最も近接する箇所間の熱抵抗が、前記発熱部と前記伝熱部との間の熱抵抗、及び、前記温度計測部と前記伝熱部との間の熱抵抗よりも大きいことを特徴とする鏡枠ユニット。
  2. 　前記発熱部の厚みをｄ１、前記発熱部の材料の熱伝導率をλ１、前記温度計測部の厚みをｄ２、前記温度計測部の材料の熱伝導率をλ２、前記発熱部と前記温度計測部とが最も近接する箇所間の距離をｗ、前記発熱部と前記温度計測部との間の熱伝導率をλ３としたとき、
    　ｄ１／λ１＜ｗ／λ３　かつ　ｄ２／λ２＜ｗ／λ３　
    の関係が成立することを特徴とする請求項１に記載の鏡枠ユニット。
  3. 　前記発熱部と前記伝熱部との間は、第１の結合層によって結合され、前記温度計測部と伝熱部との間は、第２の結合層によって結合され、前記第１の結合層の厚みをｈ１、前記第１の結合層の熱伝導率をλ５、前記第２の結合層の厚みをｈ２、前記第２の結合層の熱伝導率をλ６としたとき、
    　ｄ１／λ１＋ｈ１／λ５＜ｗ／λ３　かつ　ｄ２／λ２＋ｈ２／λ６＜ｗ／λ３　
    の関係が成立することを特徴とする請求項２に記載の鏡枠ユニット。
  4. 　ｈ１／λ５＜ｈ２／λ６の関係が成立することを特徴とする請求項３に記載の鏡枠ユニット。
  5. 　前記発熱部と前記温度計測部とは、大気下で離間されていることを特徴とする請求項２に記載の鏡枠ユニット。
  6. 　前記発熱部と前記温度計測部とは、絶縁性部材を介して離間されていることを特徴とする請求項２に記載の鏡枠ユニット。
  7. 　前記絶縁性部材は、エポキシ樹脂接着剤又はシリコーン樹脂接着剤であることを特徴とする請求項６に記載の鏡枠ユニット。
  8. 　前記絶縁性部材は、充填材であることを特徴とする請求項６に記載の鏡枠ユニット。
  9. 　前記伝熱部は、銅を主材料とする伝熱部材であり、前記鏡枠本体の外周の少なくとも一部を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の鏡枠ユニット。
  10. 　前記伝熱部は、炭素を主材料とするシート状の伝熱部材であり、前記鏡枠本体の外周の少なくとも一部を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の鏡枠ユニット。
  11. 　前記発熱部及び前記温度計測部は、鏡枠ユニットの長軸方向に列をなして配置されていることを特徴とする請求項１に記載の鏡枠ユニット。
  12. 　前記温度計測部は、前記発熱部よりも鏡枠ユニットの先端側に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の鏡枠ユニット。
  13. 　前記発熱部及び前記温度計測部は、鏡枠ユニットの先端側で鏡枠ユニットの周方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の鏡枠ユニット。
  14. 　鏡枠ユニット先端に配置された発光部を有し、前記温度計測部は、前記発熱部よりも前記発光部に近い側に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の鏡枠ユニット。
  15. 　前記発熱部と前記温度計測部とが最も近接する箇所間の距離が、前記第１の結合層の厚み及び前記第２の結合層の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項３に記載の鏡枠ユニット。
  16. 　前記発熱部と前記伝熱部との間に伝達される熱量が、他の部材間で伝達される熱量に比べて最も大きくなるように結合されていることを特徴とする請求項１に記載の鏡枠ユニット。
  17. 　前記第１の結合層の厚みは、前記第２の結合層の厚みに比べて薄いことを特徴とする請求項３に記載の鏡枠ユニット。
  18. 　前記発熱部の厚みが前記温度計測部の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１７に記載の鏡枠ユニット。
  19. 　前記伝熱部の前記発熱部と当接する部分が凸形状である、又は、前記伝熱部の前記温度計測部材と当接する部分が凹形状であることを特徴とする請求項１８に記載の鏡枠ユニット。
  20. 　請求項１乃至１９のいずれか１に記載の鏡枠ユニットを備えた内視鏡であって、
    　前記光学部材を通った光を観察する接眼レンズと、
    　前記発熱部への信号送信又は電力供給、及び前記温度計測部からの信号受信を行う端子部と、
    　前記端子部と前記電気配線基板とを電気的に接続する配線部と、
    　前記鏡枠ユニット、前記接眼レンズ、前記端子部及び前記配線部を保持する外装部と、
    　を具備することを特徴とする内視鏡。
  21. 　請求項１乃至１９のいずれか１に記載の鏡枠ユニットを備えた内視鏡であって、
    　前記光学部材を通って結像した像を光電変換する撮像部と、
    　前記撮像部から読み出した映像信号を伝送し出力する画像出力部と、
    　前記発熱部への信号送信又は電力供給、前記温度計測部からの信号受信、及び前記画像出力部からの映像信号受信を行う端子部と、
    　前記端子部と前記電気配線基板とを電気的に接続する配線部と、
    　前記鏡枠ユニット、前記撮像部、前記画像出力部、前記端子部及び前記配線部を保持する外装部と、
    　を具備することを特徴とする内視鏡。
  22. 　前記端子部に接続された温度制御部をさらに具備し、
    　前記温度制御部は、
    　　目標温度を設定する設定部と、
    　　前記温度計測部が計測した計測温度と前記目標温度とを比較する比較部と、
    　　前記比較部の比較結果に応じて前記計測温度が前記目標温度に近づくように前記発熱部を駆動する駆動部と、
    　を有することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の内視鏡。
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