JP2009022666A - 電子内視鏡装置の電力供給装置および電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの発生防止、スコープ挿入部の細径化、および照明光の有効活用を可能する電子内視鏡装置用の電力供給装置等を実現する。
【解決手段】電力供給装置１０のビームスピリッタ１２は、照明光Ｌのうち可視光成分等を直進させ、赤外線Ｉを反射する。ビームスピリッタ１２により分光された赤外線Ｉは、赤外線吸収部１４に入射する。赤外線吸収部１４は、赤外線Ｉが入射すると光熱変換により発熱する。赤外線吸収部１４の発熱により、被験者の体内温度にほぼ等しいスコープ先端部４０の外側と、赤外線吸収部１４の周辺とで温度差が生じる。この温度差により、ペルチェ素子１６が発電し、電力が電源５４を介してＣＣＤ４８等に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子内視鏡装置の電力供給装置および電子内視鏡装置に関する。

電子内視鏡装置は、通常、撮像素子等を含むスコープと、撮像素子により生成された映像信号を処理するプロセッサとを含む。そして、電源ラインを用いて、プロセッサ側に設けられた電源回路からスコープ側の撮像素子等に電力を供給する電子内視鏡装置や、電源ラインの代わりに、電磁結合を利用して撮像素子等に電力を供給する電子内視鏡装置が知られている（例えば特許文献１）。

また、スコープ（挿入部）側に太陽電池を設け、被写体を照明する光の一部をそのまま利用して撮像素子等を駆動するための電気エネルギーを供給する電子内視鏡装置も知られている（例えば特許文献２）。
特開平１０−２９５６３５号公報 特開平６−３３１９０６号公報

電子内視鏡装置において、スコープ側への電力供給のために電源ラインを設けた場合、電源ラインが外乱ノイズを送受信するアンテナとして機能してしまい、被写体画像の画質を低下させたり、撮像素子の誤作動を引き起こすおそれがある。また、電源ラインや電磁結合を利用して電力を供給する場合、被験者の体内に挿入されるスコープの挿入部の径が太くなってしまう。

そして、被写体を照明する光の一部をそのまま用いて電力供給に用いる電子内視鏡においては、光源から出射された光の全てを被写体観察に有効に活用することができない。

そこで本発明は、ノイズの発生防止、スコープ挿入部の細径化、および照明光の有効活用を可能にする電子内視鏡装置用の電力供給装置等を実現することを目的とする。

本発明の第１の電力供給装置は、被験者の体内に挿入されるスコープを備えた電子内視鏡装置の電力供給装置であって、スコープの温度を変化させる温度変化手段と、スコープに設けられ、被験者の体内とスコープの内部との温度差により発電する熱電気変換手段とを備えることを特徴とする。

温度変化手段は、被験者の体内を照明するための照明光に含まれる赤外線によりスコープの温度を変化させることが好ましい。この場合、電力供給装置が照明光を分光する分光手段をさらに有し、温度変化手段が、分光手段により分光された赤外線により発熱する光熱変換手段を含むことがより好ましい。また、電力供給装置が、被験者の体内を照明するための照明光の一部により発電する光電気変換手段をさらに有することがより好ましい。

電子内視鏡装置は、スコープに赤外線を伝達する光ファイバをさらに有することが望ましい。この場合、電力供給装置は、照明光を分光する分光手段をさらに有し、分光手段が、光ファイバの出射端の近傍に設けられていることがより望ましい。

電力供給装置は、熱電気変換手段により発生された電力を充電可能な二次電池をさらに有することが好ましい。そしてこの場合、スコープに設けられた二次電池が、電磁結合によりスコープの外部から充電可能であることがより好ましい。

温度変化手段は、例えば、スコープの内部を冷却する冷却手段を有する。

温度変化手段は、例えば、光により発熱する光熱変換手段と、光熱変換手段に光を供給する光供給手段とを備える。

本発明の第２の電力供給装置は、被験者の体内に挿入されるスコープを備えた電子内視鏡装置の電力供給装置であって、被験者の体内を照明するための照明光に含まれる赤外線により発熱する第１の温度変化手段と、スコープの内部を冷却する第２の温度変化手段と、スコープに設けられ、被験者の体内とスコープの内部との温度差により発電する熱電気変換手段とを備えることを特徴とする。

本発明の電子内視鏡装置は、撮像素子と、上述の電力供給装置とを備え、撮像素子が、熱電気変換手段により発生された電力により駆動可能であることを特徴とする。

本発明によれば、ノイズの発生防止、スコープ挿入部の細径化、および照明光の有効活用を可能する電子内視鏡装置用の電力供給装置等を実現できる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態における電力供給装置を含む電子内視鏡装置を示す図である。

電子内視鏡装置３０は、スコープ４０とプロセッサ６０とを含む。スコープ４０は、被観察体Ｓを含む被験者の体内に挿入され、使用される。プロセッサ６０には、光源６２が設けられており、光源６２は照明光Ｌを出射する。光源６２は、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ等であり、発光波長領域には赤外波長域が含まれている。このため、照明光Ｌは赤外成分を含む。

照明光Ｌは、スコープ４０に設けられた照明光ガイドファイバ４２（光ファイバ）、配光レンズ４４等を介してスコープ４０の先端部４０Ｔに伝達される。被観察体Ｓは、スコープ４０の先端部４０Ｔから出射された照明光Ｌにより照明される。なお、照明光ガイドファイバ４２は、例えば石英系光ファイバ、中空ファイバ等であり、赤外光も伝送可能である。

被観察体Ｓにおける反射光Ｒは、スコープ４０の先端部４０Ｔに入射する。スコープ４０の先端部４０Ｔには、対物レンズ４６、およびＣＣＤ４８（撮像素子）が設けられている。ＣＣＤ４８においては、入射した反射光Ｒに基づき映像信号が生成される。生成された映像信号は、映像信号伝送経路５０を介してプロセッサ６０に送信される。映像信号は、プロセッサ６０に設けられた信号処理回路６４によって処理される。この結果、被観察体Ｓの画像が生成される。

ＣＣＤ４８は、プロセッサ６０に設けられた制御回路６６によって制御される。すなわち、ＣＣＤ４８は、スコープ４０の制御信号伝送経路５２を介して制御回路６６から送信される制御信号により制御される。

スコープ４０の先端部４０Ｔには、電力供給装置１０が設けられている。電力供給装置１０が以下のように発電することにより、電源５４を介してＣＣＤ４８を駆動するための電力がＣＣＤ４８に供給される。

電力供給装置１０は、照明光Ｌを分光するビームスピリッタ１２（分光手段）を含む。ビームスピリッタ１２は、照明光Ｌのうち可視光成分等を直進させ、赤外線Ｉを反射する。このように、ビームスピリッタ１２により分光された赤外線Ｉは、電力供給装置１０の赤外線吸収部１４（光熱変換手段・温度変化手段・第１の温度変化手段）に入射する。

赤外線吸収部１４は、例えばカーボンブラック（図示せず）等の赤外線を吸収し易い物質を含んでおり、赤外線Ｉが入射すると、光熱変換により発熱する。赤外線吸収部１４の発熱によりスコープ４０の内部が昇温されると、スコープ先端部４０Ｔの外側、すなわち被観察体Ｓ等を含む被験者の体内と、スコープ先端部４０Ｔの内部における電力供給装置１０周辺とで温度差が生じる。例えば、スコープ先端部４０Ｔの壁面４０Ｗ付近の温度が被験者の体内温度とほぼ等しい３７℃前後であるのに対し、発熱した赤外線吸収部１４の周辺温度は７０℃程度となる。

電力供給装置１０においては、ペルチェ素子１６（熱電気変換手段）が設けられている。ペルチェ素子１６は、上述の温度差により電力を発生する。ペルチェ素子１６は、赤外線吸収部１４と、スコープ先端部４０Ｔの壁面４０Ｗとに接するように配置されているため、上述の温度差が有効に活用され、ペルチェ素子１６による効率的な発電が可能である。

なお、ビームスピリッタ１２は、照明光Ｌから、波長域がおよそ７００ｎｍ以上の赤外線Ｉを選択的に分光する。このため、光源６２が出射した照明光Ｌに含まれる可視光成分は全て被観察体Ｓの照明に有効活用されるとともに、発熱に適した適度なエネルギーを有する赤外線Ｉが赤外線吸収部１４に供給される。また、ビームスピリッタ１２が、照明光ガイドファイバ４２の出射端４２Ｏの近傍に設けられているため、効率的な分光が可能である。

以上のように本実施形態によれば、電源ラインを設けることなしに、スコープ先端部４０ＴのＣＣＤ４８等に電力を供給できるため、電源ラインによるノイズの発生を防止できる。また、スコープ先端部４０Ｔにおいて電力供給装置１０を設ける必要があるものの、電源ラインが不要であるため、被験者の体内に挿入されるスコープ４０の挿入部４０Ｉの細径化が可能である。さらに、照明光Ｌに含まれる全ての可視光成分が被観察体Ｓの観察、撮影に用いられるため、光源６２から出射された照明光Ｌを有効に活用することができる。

なお、電力供給装置１０により発電された電力は、ＣＣＤ４８の駆動のためのみならず、スコープ４０内に設けられたＣＣＤ４８以外の部品に含まれる回路等に供給、使用されても良い。この点は、以下の実施形態においても同様である。

次に、第２の実施形態につき説明する。図２は、本実施形態における電力供給装置１０を含む電子内視鏡装置３０を示す図である。なお、図２においては、第１の実施形態と同一、もしくは対応する構成要素には同じ符号が付されており、図２以下の図面でも同様である。

本実施形態は、電力供給装置１０において第１および第２のビームスピリッタ１２、１３が設けられており、第２のビームスピリッタ１３により照明光Ｌから分光された赤外線Ｉ_２により発電する太陽電池１８（光電気変換手段）が含まれる点が第１の実施形態と異なる。なお、第１のビームスピリッタ１２は、照明光ガイドファイバ４２と延長ガイドファイバ４３との間に配置されており、第２のビームスピリッタ１３は、延長ガイドファイバ４３の出射端４３Ｏの近傍に配置されている。

このように、赤外線Ｉ_１を分光する第１のビームスピリッタ１２を通過した照明光Ｌから、第２のビームスピリッタ１３により赤外線Ｉ_２がさらに分光され、太陽電池１８により電気エネルギーに変換される。そして、太陽電池１８によって発電された電力も電源５４に供給される。従って、本実施形態では、第１の実施形態に比べ、より大きい電力をＣＣＤ４８等に供給することができる。

次に、第３の実施形態につき説明する。図３は、本実施形態における電力供給装置１０を含む電子内視鏡装置３０を示す図である。

本実施形態は、ペルチェ素子１６によって発電された電力を充電可能な二次電池２０が電力供給装置１０に設けられている点が、第１の実施形態と異なる。すなわち、二次電池２０は、電源５４から供給される過剰な電力を蓄えるとともに、必要に応じて電力をＣＣＤ４８等に電源５４を介して供給する。このため、本実施形態においては、第１の実施形態よりも安定した電力を確実にＣＣＤ４８等に供給することができる。

次に、第４の実施形態につき説明する。図４は、本実施形態における電力供給装置１０を含む電子内視鏡装置３０を示す図である。

本実施形態は、二次電池２０を、ペルチェ素子１６によって発電された電力のみならず、スコープ先端部４０Ｔの壁面４０Ｗの外部からも充電可能である点が、第３の実施形態と異なる。すなわち、電源５４にはコイル５６が設けられているため、コイル５６と、外部電源５８の外部電源コイル５９との電磁結合により、電源５４に電気的に接続された二次電池２０を充電することができる。

以上のように本実施形態によれば、電子内視鏡装置１０の使用前、すなわちスコープ４０の挿入部４０Ｉが被験者の体内に挿入されていない状態で、外部電源５８を用いて二次電池２０を充電しておくことができる。従って、電子内視鏡装置１０の起動時に照明光Ｌが光源６２から出射され始め、ペルチェ素子１６による発電が開始されたばかりの状態にあっても、ＣＣＤ４８等をより確実に駆動することができる。

そして術中においては、これまでの実施形態と同様にペルチェ素子１６によって発電された電力を使用できるため、外部電源５８によって二次電池２０を充電できないことにより、被観察体Ｓの観察に支障をきたす恐れはない。

次に、第５の実施形態につき説明する。図５は、本実施形態における電力供給装置１０を含む電子内視鏡装置３０を示す図である。

本実施形態は、ペルチェ素子１６の周辺部をスコープ先端部４０Ｔの壁面４０Ｗの周辺温度、すなわち被験者の体内温度よりも高温にするこれまでの実施形態とは異なり、ペルチェ素子１６の周辺部がスコープ先端部４０Ｔの壁面４０Ｗの周辺温度よりも低温になるようにスコープ４０の内部温度を調整する点が、これまでの実施形態と異なる。

本実施形態においては、照明光Ｌからの赤外線Ｉの分光は不要であるためにビームスピリッタ１２および赤外線吸収部１４は設けられず、代わりに、スコープ先端部４０Ｔの内部を冷却するための冷却液循環経路２４（冷却手段・第２の温度変化手段）が設けられている。冷却液循環経路２４の内部には、冷却液の通路が設けられており、冷却液は、プロセッサ６０内に設けられたモータ（図示せず）によって、矢印Ａの示すように冷却液循環経路２４内を循環する。

ペルチェ素子１６の外側端部１６Ｏは、スコープ先端部４０Ｔの壁面４０Ｗに接し、内側端部１６Ｉは、冷却液循環経路２４の近傍にある。このため、被験者の体温とほぼ同じ温度である外側端部１６Ｏと、冷却液循環経路２４内の冷却液によって冷却される内側端部１６Ｉとの間で、例えば２０℃程度の温度差が生じる。この結果、これまでの実施形態と同様に、ペルチェ素子１６が発電する。

なお、冷却液循環経路２４内を循環する冷却液は、プロセッサ３０等において一定の温度に調整される。冷却液としては、例えば水が用いられ、この水をスコープ先端部４０Ｔから突出可能とし、被観察体Ｓの処置等に活用しても良い。また、冷却液循環経路２４を例えばＣＣＤ４８の近傍に通すことにより、ＣＣＤ４８、もしくはスコープ先端部４０Ｔ内に設けられたＣＣＤ４８以外の部品の温度調整に活用しても良い。そして、より効率的な発電のため、ペルチェ素子１６を、内側端部１６Ｉが冷却液循環経路２４に接するように配置しても良い。

次に、第６の実施形態につき説明する。図６は、電力供給装置１０を含む電子内視鏡装置３０を示す図である。

本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、照明光Ｌ由来の赤外線を赤外線吸収部１４（第１の温度変化手段）に吸収、発熱させ、ペルチェ素子１６の内側端部１６Ｉを高温にするとともに、第５の実施形態と同様に、冷却液循環経路２４（第２の温度変化手段）を設けて外側端部１６Ｏを冷却する。そして、赤外線吸収部１４の発熱と、冷却液循環経路２４による冷却とにより、ペルチェ素子１６の内側端部１６Ｉをスコープ先端部４０Ｔの外側、すなわち被験者の体内温度よりも高温にしつつ、外側端部１６Ｏを被験者の体内温度よりも低温にすることができ、これまでの実施形態に比べ、温度差を大きくすることができる。

従って、本実施形態によれば、ペルチェ素子１６の発電効率が向上して発電量を増加できる。さらに、これまでの実施形態と同様に、電源ラインを設けないためにノイズの発生を防止できる。

次に、第７の実施形態につき説明する。図７は、本実施形態における電力供給装置１０を含む電子内視鏡装置３０を示す図である。

本実施形態は、以下の点で第１の実施形態と異なる。すなわち、ビームスピリッタ１２を設けず、赤外線吸収部１４に供給する赤外線Ｉを、プロセッサ６０側からスコープ４０側に伝達するための赤外線ガイドファイバ２６（光供給手段・温度変化手段）を設けている。さらに、赤外線吸収部１４とペルチェ素子１６の配置が変更されている。

本実施形態では、赤外線ガイドファイバ２６は照明光ガイドファイバ４２から独立しており、赤外光源６８から出射された赤外線Ｉの伝達のみを目的とする。赤外線Ｉは、赤外線ガイドファイバ２６の出射端２６Ｏから、出射端２６Ｏに対向するように配置された赤外線吸収部１４に入射する。このため、照明光ガイドファイバ４２から赤外線Ｉを分光するためのビームスピリッタ１２は不要である。

本実施形態では、発電のための光は赤外線Ｉに限定されない。すなわち、可視光等を赤外線ガイドファイバ２６の代わりのファイバで伝達しても良い。照明光Ｌは、照明光ガイドファイバ４２から独立した赤外線ガイドファイバ２６等により伝達される光のいかんに係わらず、被観察体Ｓの照明のためだけに利用できるからである。

本実施形態によれば、ビームスピリッタ１２による分光時の赤外線Ｉのロス、すなわち、赤外線Ｉの一部が赤外線吸収部１４に入射しないことを確実に防止でき、ペルチェ素子１６による発電効率を向上できる。さらに、赤外線ガイドファイバ２６が必要となるものの、ビームスピリッタ１２が不要になることから、スコープ４０の挿入部４０Ｉの細径化も可能たり得る。

次に、比較例の電子内視鏡装置につき説明する。図８は、比較例の電子内視鏡装置を示す図である。

比較例の電子内視鏡装置７０においては、電力供給装置１０が設けられていない。このため、スコープ先端部４０Ｔに配置されたＣＣＤ４８等を駆動するための電力は、プロセッサ３０側に設けられた電源回路７２から、電源ライン７４を介してＣＣＤ４８に供給される。

従って、電源ライン７４が外乱ノイズを送受信するアンテナとして機能し、被写体画像の画質を低下させたり、ＣＣＤ４８の誤作動を引き起こすおそれがある。さらに、電源ライン７４を設けるため、スコープ４０の挿入部４０Ｉを細径化することはできず、被験者の体内への挿入動作が困難になる可能性もある。

これに対し、電力供給装置１０を設けた上述の実施形態によれば、比較例の電子内視鏡装置７０とは異なり、電源ライン７４（図８参照）によるノイズの防止、およびスコープ４０の挿入部４０Ｉの細径化が可能である。さらに、光源６２から出射された照明光Ｌの可視光成分を損なうことがないため、照明光Ｌを有効に活用できる。

電力供給装置１０を構成する部材等は、上述の実施形態に限定されない。例えば、ペルチェ素子１６の代わりに、ゼーベック効果の理論を適用した熱電半導体等を用いても良い。また、可視成分と赤外成分とを含む照明光Ｌを出射する光源６２を設ける代わりに、可視光のみを出射する光源と、赤外光のみを出射する光源と、光合成プリズムとを用いて可視光と赤外光とを合成しても良い。この場合、赤外光は、例えばレーザ光であっても良い。そして、第１および第２のビームスピリッタ１２、１３が、赤外線Ｉ_１、Ｉ_２を反射するのではなく、可視光を反射し、赤外線Ｉ_１、Ｉ_２を透過させても良い。この場合、赤外線吸収部１４、ペルチェ素子１６、太陽電池１８等の配置は、上述の実施形態とは異なる。

第１の実施形態における電力供給装置を含む電子内視鏡装置を示す図である。 第２の実施形態における電力供給装置を含む電子内視鏡装置を示す図である。 第３の実施形態における電力供給装置を含む電子内視鏡装置を示す図である。 第４の実施形態における電力供給装置を含む電子内視鏡装置を示す図である。 第５の実施形態における電力供給装置を含む電子内視鏡装置を示す図である。 第６の実施形態における電力供給装置を含む電子内視鏡装置を示す図である。 第７の実施形態における電力供給装置を含む電子内視鏡装置を示す図である。 比較例の電子内視鏡装置を示す図である。

符号の説明

１０ 電力供給装置
１２ （第１の）ビームスピリッタ（分光手段）
１３ 第２のビームスピリッタ（分光手段）
１４ 赤外線吸収部（光熱変換手段・温度変化手段・第１の温度変化手段）
１６ ペルチェ素子（熱電気変換手段）
１８ 太陽電池（光電気変換手段）
２０ 二次電池
２４ 冷却液循環経路（冷却手段・温度変化手段・第２の温度変化手段）
２６ 赤外線ガイドファイバ（光供給手段・温度変化手段・第２の温度変化手段）
３０ 電子内視鏡装置
４０ スコープ
４２ 照明光ガイドファイバ（光ファイバ）
４２Ｏ 出射端
４８ ＣＣＤ（撮像素子）
Ｉ 赤外線
Ｌ 照明光

Claims (12)

1. 被験者の体内に挿入されるスコープを備えた電子内視鏡装置の電力供給装置であって、
   前記スコープの温度を変化させる温度変化手段と、
   前記スコープに設けられ、前記被験者の体内と前記スコープの内部との温度差により発電する熱電気変換手段とを備えることを特徴とする電力供給装置。
2. 前記温度変化手段が、前記被験者の体内を照明するための照明光に含まれる赤外線により前記スコープの温度を変化させることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記照明光を分光する分光手段をさらに有し、前記温度変化手段が、前記分光手段により分光された前記赤外線により発熱する光熱変換手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の電力供給装置。
4. 前記被験者の体内を照明するための前記照明光の一部により発電する光電気変換手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の電力供給装置。
5. 前記電子内視鏡装置が、前記スコープに前記赤外線を伝達する光ファイバをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の電力供給装置。
6. 前記照明光を分光する分光手段をさらに有し、前記分光手段が、前記光ファイバの出射端の近傍に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の電力供給装置。
7. 前記熱電気変換手段により発生された電力を充電可能な二次電池をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
8. 前記スコープに設けられた前記二次電池が、電磁結合により前記スコープの外部から充電可能であることを特徴とする請求項７に記載の電力供給装置。
9. 前記温度変化手段が、前記スコープの内部を冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
10. 前記温度変化手段が、光により発熱する光熱変換手段と、前記光熱変換手段に前記光を供給する光供給手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
11. 被験者の体内に挿入されるスコープを備えた電子内視鏡装置の電力供給装置であって、
    前記被験者の体内を照明するための照明光に含まれる赤外線により発熱する第１の温度変化手段と、
    前記スコープの内部を冷却する第２の温度変化手段と、
    前記スコープに設けられ、前記被験者の体内と前記スコープの内部との温度差により発電する熱電気変換手段とを備えることを特徴とする電力供給装置。
12. 撮像素子と、請求項１または請求項１１に記載の電力供給装置とを備え、前記撮像素子が、前記熱電気変換手段により発生された電力により駆動可能であることを特徴とする電子内視鏡装置。

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