JP2019507628A - Ｃｍｏｓセンサを用いた複数ビュー要素内視鏡のための回路基板アセンブリ - Google Patents

Abstract

回路基板設計はマルチビュー要素内視鏡の先端部分のためにＣＭＯＳセンサを用いる。側方センサおよびそれらの光学アセンブリは空間を節約するために共通基板に組み付けられる。個々の基板は別々に構成されて主基板の溝に挿入され、さらにフレキシブル回路基板によって主基板に接続される。

Description

本明細書は、概して内視鏡に関連し、より具体的には、画像を取得するためにＣＭＯＳイメージセンサを用いた複数ビュー要素内視鏡（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｖｉｅｗｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ ｅｎｄｏｓｃｏｐｅ）の先端部分のための回路基板アセンブリに関する。

内視鏡は、医師が患者の内部構造を観察できるようにすると同時に処置を実施する手段を提供するため、医学界内において広く受け入れられてきた。この数年にわたって、多くの内視鏡が開発され、とりわけ膀胱鏡検査、結腸内視鏡検査、腹腔鏡検査、および上部ＧＩ内視鏡検査のような特定の用途における使用に従って分類されてきた。内視鏡は、身体の自然孔内に挿入されたり、または皮膚の切開口を介して挿入されたりする場合がある。

内視鏡は典型的には、その先端部にビデオカメラまたは光ファイバーレンズアセンブリを有する、硬質または可撓性の長尺状管状シャフトを備える。そのシャフトは、時に直接観察するための接眼レンズを備えるハンドルに接続されている。観察は、通常、外部スクリーンによっても可能である。異なる外科的処置を実施するために、内視鏡内のワーキングチャネルを介して、様々な外科器具を挿入し得る。

既存の内視鏡の１つの不都合はそれらの視野が限られていることである。視野が限られていることにより、医師が視診中の領域を十分詳細に分析することができないことがある。これは、ひいては内視鏡が作動する体腔に存在する病理学的対象物の検出率に影響を与える。例えば、臨床文献は、平均腫瘍見逃し率（ａｖｅｒａｇｅ ａｄｅｎｏｍａ ｍｉｓｓ ｒａｔｅ）が２４％を超えることを示している。すなわち、癌の検出は患者１００人につき２４人を超える患者において見逃されている。さらに医療産業の観点から、医師が癌患者の少なくとも２０％において癌を正しく識別していないならば、平均見逃し率は業界よりも高いと考えられる。従って、本分野では、より広い視野を可能にする内視鏡が必要である。この目的を達成するための１つのアプローチは、単一の内視鏡における複数のカメラまたはビュー要素の使用を記載している特許文献１に記載されており、該特許文献は参照によって本願に援用される。

マルチカメラ内視鏡のほとんどの実施形態では、ＣＣＤセンサが内視鏡先端部の回路基板アセンブリ内の撮像素子として用いられている。本分野において知られているように、ＣＣＤセンサはアナログ信号を生成し、一方、ＣＭＯＳセンサはデジタル信号を生成する。ＣＣＤセンサでは、すべての画素の電荷は、限られた数の、多くの場合たった１つの、出力ノードを介して転送され、電圧に変換され、バッファーされて、アナログ信号としてチップ外（ｏｆｆ−ｃｈｉｐ）に送信される。他方のＣＭＯＳセンサでは、各画素はそれ自身の電荷−電圧変換を有し、センサはまた多くの場合、増幅器、ノイズ補正、およびデジタル化回路を備え、そのためチップはデジタル信号を出力する。各画素がそれ自身の変換を行うことにより、各画素に同時にアクセスすることができ、それにより高い全帯域幅および高い速度を可能にする。したがって、ＣＣＤインターフェースはアナログであり、エンドポイントにおいて同期信号およびより多くの回路構成を必要とするが、ＣＭＯＳは単に電源入力によって駆動され、高速デジタルビデオインターフェースを生じる。ＣＣＤセンサの使用は画素のデジタル化用および画像処理用の電子装置を必要とするが、ＣＭＯＳセンサはチップ内に既にデジタル化用のメインブロックを含んでおり、ソフトウェアに基づく画像の処理のみを必要とする。近年のＣＭＯＳセンサ技術は、より良好な性能によりＣＣＤを追い越しており、またＣＭＯＳセンサのコストは、より進歩した生産工程により、はるかに低くなっている。

米国特許出願番号第２０１１／０２６３９３８号

従って、本分野において、マルチビュー要素（ｍｕｌｔｉ−ｖｉｅｗｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）内視鏡の先端部に用いられる回路基板アセンブリの電気的インターフェースを、それがＣＭＯＳセンサを用いることができ、かつデジタルインターフェースをサポートすることができるように、単純化する必要がある。そのような内視鏡は、画像処理技術と同様に撮像素子の容易な制御を可能にする一方で、従来の単一の撮像素子の内視鏡と比較して、より広い視野も提供する。またＣＭＯＳセンサを複数ビュー要素内視鏡の先端部において、先端部分の限られた空間環境内で最小限の空間を占めるように、組み付ける方法も必要である。

本明細書は、複数ビュー要素内視鏡の先端部分内においてＣＭＯＳセンサを用いる回路基板設計について記載する。一実施形態において、少なくとも１つの側方ビュー要素に関連付けられたセンサおよび光学アセンブリは、共通基板上に組み付けられている。別の実施形態において、前方センサおよび側方センサ、並びにそれらの対応する光学アセンブリの各々に対して専用基板が備えられている。個々の基板は、フレキシブル回路基板によって主基板に接続されている。

本明細書は、マルチビュー要素内視鏡の先端部分において使用するための回路基板アセンブリを開示する。前記先端部は、前方向きビュー要素と、少なくとも１つの側方向きビュー要素とを備え、各ビュー要素はイメージセンサおよびレンズアセンブリを備え、前記回路基板アセンブリは、前方向きビュー要素が接続された第１基板と、第２基板であって、第２基板の第１側面には少なくとも１つの側方向きビュー要素が接続されている、第２基板と、前記第１基板および前記第２基板が接続された第３基板とを含み、前記第１基板および前記第２基板は前記第３基板に直交して配置されている。

任意で、先端部分は、少なくとも１つの側方向きビュー要素とは反対の方向に面する第２側方向きビュー要素を備え、第２側方向きビュー要素は第２基板の第２側面に接続されており、第２基板の第１側面は第２基板の第２側面の反対側にある。

任意で、各イメージセンサは、複数のコネクターピンを有する第２チップ部と結合された第１光学部を備えたＣＭＯＳセンサである。
任意で、ＣＭＯＳセンサの第２チップ部は、前記複数のコネクターピンによって第２基板の第１側面または第２基板の第２側面に接続されている。

任意で、前記第１基板および前記第２基板は互いに直交して配置されている。
任意で、前記第１基板は、前方向きビュー要素のレンズアセンブリを保持するように構成された金属フレームに結合されている。

任意で、前記第２基板は少なくとも１つの金属フレームに結合されており、金属フレームは少なくとも１つの側方レンズアセンブリを保持するように構成されている。任意で、前記金属フレームはヒートシンクとして構成されている。

任意で、前方向きビュー要素および側方向きビュー要素の各々は少なくとも１つの照明器と関連付けられており、前記回路基板アセンブリは、少なくとも１つの照明器の各々を保持するために独立した回路基板を備える。

任意で、前記第３基板は、前記第１基板および前記第２基板を受容するように適合された溝を備える。
本明細書はまた、マルチビュー要素内視鏡の先端部のための回路基板アセンブリを開示する。前記先端部は、前方向きビュー要素、第１側方向きビュー要素、および第２側方向きビュー要素を備え、各ビュー要素はイメージセンサおよびレンズアセンブリを備える。前記回路基板アセンブリは、前方向きビュー要素が接続された第１基板と、第１側方向きビュー要素が接続された第２基板と、第２側方向きビュー要素が接続された第３基板と、３つの溝を有する第４基板とを備え、前記３つの溝の各々は前記第１基板、第２基板、および第３基板のうちの１つを受容するように適合されており、前記第１基板、第２基板、および第３基板の各々は前記第４基板に直交して配置されている。

任意で、各イメージセンサはＣＭＯＳセンサである。
任意で、前記第１基板、第２基板、および第３基板の各々は、フレキシブル回路基板によって前記第４基板にさらに接続されている。

任意で、前記第２基板および前記第３基板は、互いに平行に配置されている。
任意で、前記第２基板および前記第３基板は、第１基板に直交して配置されている。
任意で、回路基板アセンブリは前方照明器回路基板をさらに備える。

任意で、前記前方照明器回路基板はＵ字状に形成されており、かつ前方向きビュー要素に関連付けられた３つの照明器を保持するように構成されている。
任意で、回路基板アセンブリは２つの側方照明器回路基板をさらに備える。

任意で、２つの側方照明器回路基板の各々はＵ字状に形成されており、第１側方向きビュー要素および第２側方向きビュー要素に関連付けられた２つの照明器を保持するように構成されている。

任意で、前方照明器回路基板の長さは５．５ｍｍ〜１１．５ｍｍにわたり、また前方照明器回路基板の高さは２．０ｍｍ〜８．５ｍｍにわたる。
任意で、前記側方照明器回路基板の各々の長さは５．５ｍｍ〜１１．５ｍｍにわたり、前記側方照明器回路基板の各々の高さは１．０ｍｍ〜７．５ｍｍにわたる。

本発明の前述および他の実施形態は、以下に提供される図面および詳細な説明においてより深く説明される。
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付図面に関連して検討される場合に以下の詳細な説明を参照することによって一層よく理解されるようになると認識されるであろう。

複数ビュー要素内視鏡検査システムを示す図。 複数ビュー要素内視鏡の先端部分の断面図。 一実施形態に従った、内視鏡の先端部の外観設計を示す図。 光学アセンブリおよび照明器を支持するために２枚の基板が用いられている内視鏡先端部の構成を示す図。 本明細書の一実施形態に従った、ＣＭＯＳセンサを備えた基板アセンブリを示す図。 本明細書の実施形態に従った、イメージセンサコンタクト領域を備えた例示的なＣＭＯＳイメージセンサの側面図。 図６ａに示したイメージセンサコンタクト領域を備えた例示的なＣＭＯＳイメージセンサの正面図。 一実施形態に従った、内視鏡の光学アセンブリおよび照明器を支持するように適合された基板の下面図。 本明細書の一実施形態に従った、回路基板設計の別の斜視図。 本明細書の一実施形態に従った、ＣＭＯＳセンサを備えた基板アセンブリの別の例示的な設計を示す図。 本明細書の一実施形態に従った、ＣＭＯＳセンサを備えた別の基板アセンブリを示す図。 本明細書の実施形態に従った、基板上の前方照明器を示す図。 本明細書の実施形態に従った、基板上の側方照明器を示す図。 本明細書の実施形態に従った、内視鏡先端部において前方光学アセンブリおよび側方光学アセンブリ並びに前方センサおよび側方センサを組み付けるステップを示すフローチャート。 本明細書の実施形態に従った、内視鏡先端部において前方光学アセンブリおよび側方光学アセンブリ並びに前方センサおよび側方センサを組み付けるステップを示すフローチャート。

一実施形態において、本明細書は、撮像素子としてＣＭＯＳセンサを用いる内視鏡システムの先端部のための回路基板設計を開示する。該回路基板設計は、構成要素で込み合っている遠位先端部内側の空間をより効率的に利用するだけでなく、複数ビュー要素内視鏡の既存の回路基板設計に比べて、アセンブリのコストを低減し、かつより拡張し易い（ｅａｓｉｅｒ ｔｏ ｓｃａｌｅ）設計にする。ＣＭＯＳセンサの使用により、デジタル信号がセンサから直接得られ、また内視鏡システムは、ＣＣＤセンサが用いられる場合のように、センサチップセットによって支配される信号処理方法に限定されない。したがって、ＣＭＯＳセンサの使用により、内視鏡が用いられる特定の臨床環境に適した任意の画像処理技術が用いられ得る。さらに、露光時間、積算時間（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）、フレームレートおよびマルチカメラ同期のような撮像素子の属性は、イメージ処理と共により容易に制御することができる。ＣＭＯＳセンサは高帯域をサポートするため、内視鏡処置中に高解像度の画像が生成され得る。

実施形態において、本明細書は、マルチビュー内視鏡の先端部分内に収められる回路基板アセンブリを提供する。該回路基板アセンブリはＣＣＤおよびＣＭＯＳセンサの双方に適応することができる。内視鏡内にＣＭＯＳセンサを使用することにより、撮像素子並びに画像処理技術のより容易な制御が可能となる。

本明細書の別の実施形態において、１つ以上の前方に向いたＣＭＯＳセンサおよび側方に向いたＣＭＯＳセンサを含む回路基板アセンブリは、マルチビュー内視鏡の先端部分に収まるように備えられ、従来の単一撮像素子内視鏡と比較して、より広い視野を提供する。回路基板アセンブリは、（図８に示すように）先端部分の空間を節約するために、単一の基板に接続された２つのＣＭＯＳセンサを備える。

別の実施形態において、本明細書は、３つのＣＭＯＳセンサを備えた回路アセンブリを提供し、それらのＣＭＯＳセンサはそれぞれ独立した基板に接続されており、かつ各基板は、（図９に示すように）専用フレキシブル回路基板またはフレックス基板によって主基板に接続されている。複数のビュー要素が存在する結果として先端部の空間が不足することを考えると、フレックス基板の使用はマルチビュー要素内視鏡において有利である。フレックス基板は、空間が制約される環境における組立工程に対して付加的な移動の自由を提供する。

本明細書は複数の実施形態に関する。以下の開示は、当業者が本発明を実施できるようにするために提供される。この明細書に用いられる言語は、任意の特定の１つの実施形態の全体的な否定として解釈されたり、または請求項に用いられる用語の意味を越えて請求項を限定するために用いられたりすべきではない。本願において定義された一般的原理は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の実施形態および用途に適用されてもよい。また、用いられる用語および語法は、例示的な実施形態を説明することを目的としており、限定すると見なされるべきではない。したがって、本発明は、開示される原理および特徴と一致した多くの代替案、変更例および均等物を包含する最も広い範囲を与えられるべきである。明瞭にすることを目的として、本発明に関連する技術分野において既知の技術項目に関する詳細は、本発明を不要に不明瞭にしないように詳細に記載していない。

本明細書の説明および請求項において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」および「有する（ｈａｖｅ）」という用語、並びにそれらの語形は、その用語が関連し得る列挙の構成要素に必ずしも限定されない。本願において、明らかに他に示されていない限り、特定の実施形態に関連して記載された任意の特徴または構成要素は、任意の他の実施形態とともに用いられ、実施されてもよいことに留意すべきである。

これより複数ビュー要素内視鏡検査システム１００を示す図１を参照する。システム１００は複数ビュー要素内視鏡１０２を含み得る。複数ビュー要素内視鏡１０２はハンドル１０４を備えてもよく、ハンドル１０４からは長尺状シャフト１０６が出ている。長尺状シャフト１０６は、屈曲部分１１０によって回転可能である先端部分１０８で終了する。ハンドル１０４は体腔内において長尺状シャフト１０６を操作するために用いられ得る。ハンドルは、屈曲部分１１０並びに流体の注入および吸引のような機能を制御する１個以上のボタンおよび／またはノブおよび／またはスイッチ１０５を備え得る。ハンドル１０４は、外科器具が挿入され得る少なくとも１つの、いくつかの実施形態では１つ以上の、ワーキングチャネル開口１１２、並びに１つ以上の側方サービスチャネル開口をさらに備え得る。

アンビリカルチューブとも称されるユーティリティケーブル１１４は、ハンドル１０４と主制御装置１９９との間を接続し得る。ユーティリティケーブル１１４は１本以上の流体チャネルおよび１本以上の電気的チャネルを内部に含み得る。電気的チャネルは、前方向きビュー要素および側方向きビュー要素からビデオ信号を受信するための少なくとも１本のデータケーブル、並びにビュー要素および別個の照明器に電力を提供するための少なくとも１本の電力ケーブルを含み得る。

主制御装置１９９は、内視鏡１０２によって取得された内部器官の画像の表示に必要な制御装置を収容している。主制御装置１９９は、例えば先端部分のビュー要素および照明器のための、内視鏡１０２の先端部分１０８への電力伝送を管理し得る。主制御装置１９９はさらに、内視鏡１０２に対応する機能性を供給する１つ以上の流体ポンプ、液体ポンプおよび／または吸引ポンプを制御してもよい。キーボード、タッチスクリーン、音声コントローラなどのような１つ以上の入力装置１１８は、主制御装置１９９との使用者の対話処理のために、主制御装置１９９に接続され得る。図１に示す実施形態において、主制御装置１９９は、内視鏡１０２が使用されているときに内視鏡検査処置に関する操作情報を表示するためのスクリーン／表示装置１２０を備える。スクリーン１２０は、マルチビュー要素内視鏡１０２のビュー要素から受信された画像および／またはビデオストリームを表示するように構成され得る。スクリーン１２０は、人間オペレータが内視鏡システムの様々な特徴を設定できるようにするためのユーザーインターフェースを表示するようにさらに作用してもよい。

任意で、マルチビュー要素内視鏡１０２の異なるビュー要素から受信されたビデオストリームは、主制御装置１９９から情報をアップロードすることにより、少なくとも１つの監視装置（図示せず）上に、並べてまたは交替可能に、別々に表示され得る（すなわち、オペレータは異なるビュー要素からの視界を手動で切り替え得る）。これに代わって、これらのビデオストリームは、ビュー要素の視野間における重なり合いに基づいて、それらを単一のパノラマのビデオフレームに合成するために、主制御装置１９９によって処理されてもよい。一実施形態において、マルチビュー要素内視鏡１０２の異なるビュー要素からのビデオストリームをそれぞれ表示するために、２つ以上の表示装置が主制御装置１９９に接続されてもよい。主制御装置１９９は、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｖｉｄｅｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｎ ａ Ｍｕｌｔｉ−Ｖｉｅｗｉｎｇ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｅｎｄｏｓｃｏｐｅ」と題された２０１４年４月２８日出願の米国特許出願番号第１４／２６３，８９６号に記載されている。前記特許文献は、参照により本願に余すところなく援用される。

ここで本明細書の別の実施形態に従ったマルチビュー要素内視鏡の先端部分２６２の断面図を示す図２を参照する。先端部分２６２は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサのような前方向きイメージセンサ２６９を含み得る。前方向きイメージセンサ２６９は、硬質であってもよいし、または可撓性であってもよい集積回路基板２７９上に搭載され得る。集積回路基板２７９は、前方向きイメージセンサ２６９に必要な電力を供給するために用いられ、かつイメージセンサによって取得された静止画像および／またはビデオ画像を導出し得る。集積回路基板２７９は、内視鏡の長尺状シャフト内に延びる電気的チャネルに通され得る一組の電気ケーブルに接続され得る。前方向きイメージセンサ２６９は、画像を受信するために必要な光学系（ｏｐｔｉｃｓ）を提供するための、その上面上に搭載されたレンズアセンブリ２８１を有し得る。

レンズアセンブリ２８１は、少なくとも９０度、かつ本質的に１８０度までの視野を提供し得る、静止したまたは可動な、複数のレンズを備え得る。一実施形態において、レンズアセンブリ２８１は、約３〜１００ミリメートルの、対象物に合焦した状態にある長さを提供し得る。当然のことながら、焦点距離という用語は、レンズからセンサまでの距離を指すために用いられることもあるし、または対象物に合焦した状態にあるレンズからの距離を指すために用いられることもある。当業者は、文脈および議論されている距離に基づいて、どの焦点距離の定義が用いられているか分かるであろう。

前方向きイメージセンサ２６９およびレンズアセンブリ２８１は、集積回路基板２７９とともに、または集積回路基板２７９なしで、「前方向きカメラ」と総称されてもよい。レンズアセンブリ２８１の隣には、その視野を照明するために、１つ以上の別個の前方照明器２８３が配置され得る。代替実施形態において、別個の前方照明器２８３はまた、前方向きイメージセンサ２６９が搭載されているのと同じ集積回路基板２７９に取り付けられてもよい。

先端部分２６２は、任意で、第１側方向きイメージセンサ２８５に加えて、第２側方向きイメージセンサ２６４を含んでもよい。図２はここでは２つの側方向きイメージセンサを有する実施形態に関して検討されているが、いくつかの実施形態では１つの側方向きイメージセンサのみが用いられてもよいことが当業者には理解されるはずである。

図２に戻って参照すると、側方向きイメージセンサ２８５，２６４は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサを含み得る。側方向きイメージセンサ２８５，２６４は、硬質であってもよいし、または可撓性であってもよい集積回路基板２８７，２６６にそれぞれ搭載され得る。集積回路基板２８７，２６６は側方向きイメージセンサ２８５，２６４に必要な電力を供給し、またイメージセンサによって取得された静止画像および／またはビデオ画像を導出する。集積回路基板２８７，２６６は、内視鏡の長尺状シャフト内に延びる電気的チャネルに通され得る一組の電気ケーブル（図示せず）に接続される。

別の実施形態において、側方向きイメージセンサ２８５，２６４は、双方のセンサに必要な電力を供給するように適合された１つの集積回路基板から必要な電力を受け取る。
側方向きイメージセンサ２８５，２６４は、画像を受信するために必要な光学系を提供するために、それらに搭載されたレンズアセンブリ２６８，２７４をそれぞれ有する。レンズアセンブリ２６８，２７４は、少なくとも９０度、かつ本質的に１８０度までの視野を提供する、静止したまたは可動な、複数のレンズを備え得る。側方向きイメージセンサ２８５，２６４およびレンズアセンブリ２６８，２７４は、それぞれ、集積回路基板２８７，２６６とともに、または集積回路基板２８７，２６６なしで、「側方向きカメラ」と総称されてもよい。

レンズアセンブリ２６８，２７４の隣には、その視野を照明するために、別個の側方照明器２７６，２８９がそれぞれ配置され得る。任意で、代替実施形態において、別個の側方照明器２７６，２８９は、側方向きイメージセンサ２８５，２６４が搭載されているのと同じ集積回路基板２８７，２６６に取り付けられてもよい。

別の構成において、集積回路基板２７９，２８７，２６６は、前方向きイメージセンサおよび側方向きイメージセンサ２６９，２８５，２６４がそれぞれ搭載された単一の集積回路基板であり得る。

前方向きイメージセンサおよび側方向きイメージセンサ２６９，２８５，２６４は、例えば、視野、解像度、光感度、ピクセルサイズ、焦点長、焦点距離および／または同種のものに関して、類似していてもよいし、同一であってもよいし、または異なっていてもよい。

図３は、一実施形態に従った、内視鏡の先端部の外観設計を示す。図３を参照すると、側面パネル３０２は内視鏡先端部３００の側面に配置されている。側面パネル３０２は外側光学窓３０４と、透明表面、窓、光学窓または開口３０６，３０８と、側方ノズル３１０とを備える。外側光学窓３０４は、内視鏡先端部の周囲上において先端部３００の表面から約１〜１５ミリメートルに及ぶ距離に配置され、一実施形態では、先端部３００の表面から約７．０または９．０ミリメートルに配置される。

前面パネル３１２は内視鏡先端部３００の前端部に配置されている。前面パネル３１２は、光学窓３１４と、透明表面、窓、光学窓または開口３１６，３１８，３２０と、ワーキング／サービスチャネル開口３２２と、ノズル開口３２４と、ジェット開口３２６とを備える。一実施形態において、前方ワーキング／サービスチャネルの直径は約２．８〜５．８ミリメートルにわたる。

一実施形態では電子回路基板／プリント回路基板である基板は、流体チャネリング構成要素と関連付けられており、かつ内視鏡の光学アセンブリおよび照明器を支持するように適合されていることが注目され得る。よって、内視鏡の先端部分は、先端カバー、電子回路基板アセンブリおよび流体チャネリング構成要素を含み得る。いくつかの実施形態によれば、流体チャネリング構成要素は、電子回路基板アセンブリから独立した構成要素として構成されてもよい。この構成は、側方サービスチャネルのような流体チャネルおよび流体チャネリング構成要素内に位置する少なくとも１つの前方ワーキング／サービスチャネルを電子回路基板アセンブリの領域に位置し得る繊細な電子部品および光学部品から分離するように適合され得る。よって、先端部分の構成要素の構造は、複数の電子素子を複数の流体チャネルから効果的に隔離できるようにする。

先端カバー、電子回路基板アセンブリ、および流体チャネリング構成要素を、それらが必要とされる結果を依然として提供しながらも先端部分の内側の利用可能な最小限の空間（ｍｉｎｉｍａｌｉｓｔｉｃ ｓｐａｃｅ）内に収まるように、ひとまとめにしようと試みる場合に特定の課題が生じる。従って、本分野において、内視鏡の小さな内部容積内に必要な構成要素をすべて詰め込もうと試みられる場合に重大な問題が存在する。この問題は、２つ以上のビュー要素および各照明源（ＬＥＤなど）が内視鏡の先端部に詰め込まれる場合に劇的に増大する。

図４は、２枚の基板を用いて光学アセンブリおよび照明器を支持する内視鏡先端部の構成を示しており、ここではＣＣＤセンサが用いられている。図４を参照すると、上側基板４０２および下側基板４０４は組み合わされて電子回路基板／プリント回路基板を形成し、かつ光学アセンブリおよび照明器を支持する。前方光学アセンブリは、前方レンズアセンブリ４０６と、前方イメージセンサ、典型的には、ＣＣＤセンサとを備える。側方光学アセンブリは、側方レンズアセンブリ４１４と、側方イメージセンサ、典型的には、ＣＣＤセンサとを備える。前方イメージセンサのコネクターピンおよびコンタクト領域４２０は、切断される、曲げられる、または折り畳まれることを含む操作が施されて、上側基板４０２および下側基板４０４にはんだ付けされる。側方イメージセンサの（それぞれ右側イメージセンサおよび左側イメージセンサのための）コネクターピンおよびコンタクト領域４２２，４２４は、上側基板４０２および下側基板４０４にはんだ付けされるために曲げられている。上側基板４０２および下側基板４０４は溝／孔を有して、前方照明器および側方照明器をそれらの溝／孔内に配置することを可能にする。上側基板および下側基板４０２，４０４は３組の前方照明器４０８，４１０，４１２と、各側面パネル上に２組の照明器４１６，４１８とを保持する（図は、内視鏡の一方の第１側面パネルのみを示しているが、第２側面パネルがこの側面パネルと同等であることは当業者には理解されるはずである）。前方照明器４０８，４１２は、上側基板４０２と下側基板４０４との間に配置されており、一方、前方照明器４１０は前方レンズアセンブリ４０６の上方に配置されている。二組の照明器４１６，４１８は、上側基板４０２と下側基板４０４との間に配置されている。

図４に示すように、ジェット開口４２６およびノズル開口４２４’は、先端部の前面パネル上において互いに隣接して配置され得る。代わりに、それらの開口は、先端部の前面パネル上においてワーキング／サービスチャネル開口４２２’の両側に配置されてもよい。

先端部内において利用可能な限定された空間をより効率的に使用するために、本明細書の実施形態では、上述したような２つの基板（上側基板４０２および下側基板４０４）を有する必要性を排除する新規の回路基板設計にＣＭＯＳセンサを用いる。必要とされる基板の数を２枚から１枚に低減することにより、本明細書は、内視鏡の遠位先端部の緊密な構造に対して、より効率的な設計を提供する。

図５は、ＣＭＯＳセンサに基づいた構成要素を収容するための基板アセンブリの一実施形態を示す。図５を参照すると、基板５０１は流体チャネリング構成要素５７０に関連付けられており、かつ内視鏡先端部５００において光学アセンブリおよび照明器を支持するように適合されている。一実施形態において、基板５０１は、溝５０２，５０３を備え、それらの溝内には、センサ基板とも称される基板の２つの小断面が配置され得る。第１センサ基板部は前方センサを収容して溝５０２内に配置されてもよく、一方、第２センサ基板部は、少なくとも１つの側方センサを収容して溝５０３内に配置されている。

様々な実施形態において、基板５０１は、内部に配置される前方照明器５２２，５３２，５４２のため、並びに第１組の側方照明器５２３，５３３のため、および第２組の側方照明器（図示せず）のための溝／孔５５０を備える。一実施形態では、溝５５０はすべての照明器に対して同一であるが、別の実施形態では、溝の各々は異なるサイズの照明器に適応していてもよい。例えば、異なる種類の照明器は、白色光、赤外光、紫外線光、近赤外線および他の波長の光を発するように適合されたＬＥＤ（発光ダイオード）を含んでもよく、各種類の照明器は異なるサイズを有していてもよい。

一実施形態において、回路基板５２０のような独立した回路基板（図７に関連して参照番号７２０としてより詳細に記載）が照明器の各々を保持するために備えられ得る。よって、例えば、前方に３つおよび各側方に２つの、７つ（７）の照明器を有する内視鏡先端部では、７つの照明器を保持するように適合された７つ（７）の独立した回路基板が備えられ得る。回路基板５２０は基板５０１に結合されている。側方レンズアセンブリ５１３および側方照明器５２３，５３３を備えた側方光学アセンブリは、側面パネル５１５に配置され、側面パネル５１５は側面ノズル５１６も収容する。内視鏡先端部の前方には、図３に関して前述したノズル開口５１７、ジェット開口５１８およびワーキング／サービスチャネル開口５１９がある。

上述のように、本実施形態における前方センサおよび側方センサは、電子基板に容易かつ簡単に接続することができるＣＭＯＳセンサを含む。図６ｂはＣＭＯＳイメージセンサ６００の正面から見た図を示し、一方、図６ａは図６ｂに示したのと同一のイメージセンサの側面図を示す。図６ａを参照すると、ＣＭＯＳイメージセンサ６００は複数のコネクターピン６０３を装備している。イメージセンサ６００はまた、ガラス片または光学部６０１と、プリント回路基板またはコンピューターチップ６０２とを備える。イメージセンサ６００のガラス光学部６０１は、レンズアセンブリと関連付けられているため、光学部６０１は内視鏡先端部の中央から観察される対象の方に面するように常に配置されている。従って、内視鏡先端部の基板と一体化される場合、ＣＭＯＳセンサ６００の光学部６０１は内視鏡先端部のレンズアセンブリの方に向けられ、一方、ＣＭＯＳセンサ６００のプリント回路基板または集積回路部分６０２はプリント回路基板上のピン６０３によってセンサ基板に接続される。

図７は、内視鏡の光学アセンブリおよび照明器を支持するように適合された基板の一実施形態の図を示す。図７を参照すると、基板アセンブリは、２つのより小さな基板、すなわち前方センサ基板７０２および側方センサ基板７０３と関連付けられた主基板７０１を備える。一実施形態において、前方センサ基板７０２および側方センサ基板７０３は、互いに直交して配置されている。一実施形態において、前方センサ基板７０２および側方センサ基板７０３はまた、三次元空間内において、主基板７０１に直交して配置されている。前方センサ基板７０２は、前方センサおよび前方レンズアセンブリ７１２を搭載している。側方センサ基板７０３は、２つの側方センサ、およびそれらに関連する側方レンズアセンブリ７１３，７２３を搭載している。側方センサおよびレンズアセンブリを側方センサ基板７０３の両側に配置することによって、側方センサは１枚の基板を共有することができ、それにより内視鏡先端部における空間を節約することが注目され得る。

代替実施形態において、前方センサ基板７０２は、前方センサおよび前方レンズアセンブリ７１２を搭載しており、一方、側方センサ基板７０３は、一方の側方センサのみと、それに関連する側方レンズアセンブリ７１３または７２３を搭載している。

一実施形態において、前方基板および側方基板の双方は、前方レンズアセンブリおよび側方レンズアセンブリ７１２，７１３，７２３をそれぞれ支持し、かつ保持するように配置された金属フレーム７０５，７０６，７０７にそれぞれ結合されている。実施形態において、金属フレーム７０５，７０６，７０７はまた、内視鏡内に組み込まれたセンサに対してヒートシンクとして作用する。一実施形態において、上記の図５に関して述べたように、独立した回路基板７２０は、前方照明器７２５および側方照明器７３０を含む各照明器を保持するために備えられている。照明器回路基板７２０は、主基板７０１に形成された溝／孔（図５に図示）によって主基板７０１に結合されている。

上側基板および下側基板を備えた図４に関連して図示し説明したもののような、基板の別の自由選択の設計においては、ビュー要素ホルダーの間に金属支持フレームが配置されてもよいことが注目され得る。金属支持フレームは、ビュー要素ホルダーを上側基板と下側基板との間に固定して配置することにより、それらのビュー要素ホルダーを支持する。いくつかの実施形態では、金属支持フレームが照明器のためのヒートシンクとして作用するように、金属支持フレームは内部空気チャネルまたは内部流体チャネルを装備している。いくつかの設計において、金属支持フレームはまた、光学アセンブリと一体化されてもよく、光学アセンブリを上側基板と下側基板との間に固定して配置されるように支持すると同時に、ＬＥＤのためのヒートシンクとして作用する。

図８は本明細書の回路基板設計の別の斜視図を示す。図８を参照すると、側方センサ基板８０１は、本実施形態ではＣＭＯＳセンサである２つの側方イメージセンサ８０２，８０３に接続されている。ＣＭＯＳセンサ８０２，８０３（図６ａに示したＣＭＯＳセンサ６００に類似）は、センサの光学部（例えば図６ａに示したガラス部分６０１など）を内視鏡先端部のレンズアセンブリの方に向けて、かつプリント回路基板（例えば図６ａに示すチップ部６０２など）またはセンサのコンピューターチップのピン８１２，８１３（図６ａに示したピン６０３に類似）を側方センサ基板に接続することにより、側方センサ基板と一体化されている。２つの側方イメージセンサ８０２，８０３を１つの側方センサ基板８０１に接続することによって、側方センサ８０２，８０３は１枚の基板８０１を共有することができ、それにより内視鏡先端部における空間を節約する。側方センサ基板８０１はまた主基板８１０に接続される。一実施形態において、側方センサ基板８０１は主基板８１０に直交して配置される。

図９は、内視鏡先端部においてＣＭＯＳセンサを基板に組み付けるための別の例示的な実施形態を示しており、各イメージセンサは専用基板に接続している。図９を参照すると、第１側方センサ９０１は第１側方センサ基板９１１に接続され、第２側方センサ９０２は第２側方センサ基板９１２に接続されている。回路基板アセンブリは、専用前方センサ基板９１３に接続された前方イメージセンサ９０３をさらに備える。側方イメージセンサ９０１，９０２および前方イメージセンサ９０３は、本実施形態ではＣＭＯＳセンサである。ＣＭＯＳセンサは、センサ９０２，９０３の部分９０３ａ，９０２ａのようなセンサの光学部をそれぞれ内視鏡先端部のレンズアセンブリ（図示せず）の方に向け、かつセンサのプリント回路基板またはコンピューターチップのピン（図９には図示せず）をそれらの専用センサ基板に接続することによって、それらの各センサ基板と一体化されている。側方センサ基板９１１，９１２および前方センサ基板９１３はまた、主基板９１０に接続される。一実施形態において、側方センサ基板９１１，９１２および前方センサ基板９１３の各々は、専用フレキシブル回路基板またはフレックス基板によって主基板９１０に接続される。図に示すように、フレックス基板９２３は、前方基板９１３と主基板９１０との間を接続する。同様に、フレックス基板９２２は側方基板９１２と主基板９１０との間を接続するように適合されている。側方基板９１１は、別のフレックス基板（図示せず）によって主基板に接続される。用途に適した本分野において既知のいかなるフレキシブル基板が本実施形態に用いられてもよいことが認識され得る。

複数のビュー要素の存在により先端部における空間の不足が悪化するため、フレックス基板の使用はマルチビュー要素内視鏡において有利であることが注目され得る。フレックス基板は、空間が制約される環境において組立工程に対して付加的な移動の自由を提供し、２つの側方センサ基板９１１，９１２が互いに平行に、かつ可能な限り近接して整合されることを可能にする。一実施形態において、側方センサ基板９１１，９１２は、主基板９１０に対して直交して配置されると同時に、互いに平行に配置されている。前方基板９１３は、側方基板９１１，９１２に直交し、かつ主基板９１０にも直交して配置されている。

図１０は、本明細書の別の実施形態に従った、内視鏡の前方照明器１００８ａ，１００８ｂ，１００８ｃを支持するのに適合した前方照明器電子回路基板１００６を示す。図１０はまた、主基板１００２と、側方照明器１０１２ａ，１０１２ｂ（以前に図３にも図示）を支持するための側方照明器電子回路基板１０１０とを示す。前方照明器１００８ａ，１００８ｂ，１００８ｃは、前方レンズアセンブリ１０１４および前方イメージセンサを備えた前方光学アセンブリに関連付けられている。側方照明器１０１２ａ，１０１２ｂは、側方レンズアセンブリ１０１６および側方イメージセンサを備えた側方光学アセンブリに関連付けられている。前方センサ基板１０２２および側方センサ基板１０２３は、主基板１００２内に配置された各溝（図５に図示）にはんだ付けされている。各側面パネル上において、側方照明器電子回路基板１０１０は、一組の側方照明器１０１２ａ，１０１２ｂを保持している（図は、内視鏡の一方の側面パネルのみを示しているが、他方の側面パネルが図示した側面パネルと同等であることは当業者には理解されるはずである）。一実施形態において、前方照明器１００８ａ，１００８ｂは前方レンズアセンブリ１０１４の両側に配置され、一方、前方照明器１００８ｃは前方レンズアセンブリ１０１４の上方、かつ主基板１００２の上方に配置されている。内視鏡先端部の両側面上の２つの照明器１０１２ａ，１０１２ｂは、側方レンズアセンブリ１０１６の両側に配置されている。様々な実施形態において、前方照明器回路基板および側方照明器回路基板を構成するために、ＰＣＢ（プリント回路基板）を構成するために用いられる任意の材料を用いてもよい。ＰＣＢボードを製造するために用いられる典型的な材料は、セラミック、フレキシブル基板用ポリアミド、およびガラス繊維強化エポキシ樹脂、例えばＦＲ４（耐炎性（自己消炎性）であるエポキシ樹脂バインダを有する織成ファイバーグラスクロスから構成された複合材料）などである。また様々な実施形態において、前方照明器回路基板および側方照明器回路基板は、上側基板および下側基板と同一の材料から製造されていてもよいし、製造されていなくてもよい。

図１１は、本明細書の実施形態に従った、前方電子回路基板１１０６を示す。一実施形態において、図１１に示すように、回路基板１１０６はＵ字状に形成されており、前方照明器１１０８ａ，１１０８ｂ，１１０８ｃを適所に保持する。様々な実施形態において、前方照明器電子回路基板１１０６の長さｌは５．５ｍｍ〜１１．５ｍｍ、好ましくは７．５ｍｍ〜９．５ｍｍにわたり、一実施形態において、長さｌは約６．０〜１１．０ｍｍ、好ましくは８．０〜９．０ｍｍである。様々な実施形態において、前方照明器電子回路基板１１０６の高さｈは、２．０ｍｍ〜８．５ｍｍ、好ましくは４．０ｍｍ〜６．５ｍｍにわたり、一実施形態において、高さｈは約３．０ｍｍ〜８．０ｍｍ、好ましくは５．０〜６．０ｍｍである。

図１２は、本明細書の実施形態に従った、側方電子回路基板１２１０を示す。一実施形態において、図１２に示すように、回路基板１２１０はＵ字状に形成されており、側方照明器１２１２ａ，１２１２ｂを適所に保持する。様々な実施形態において、側方照明器電子回路基板１２１０の長さｌは５．５ｍｍ〜１１．５ｍｍ、好ましくは７．５ｍｍ〜９．５ｍｍにわたり、一実施形態において、長さｌは約４．５〜９．５ｍｍ、好ましくは６．５〜７．５ｍｍである。様々な実施形態において、前方照明器電子回路基板１１０６の高さｈは、１．０ｍｍ〜７．５ｍｍ、好ましくは３．０ｍｍ〜５．５ｍｍにわたり、一実施形態において、高さｈは約２．０ｍｍ〜７．０ｍｍ、好ましくは３．７〜４．７ｍｍである。

図１３及び図１４は、本明細書の実施形態に従った、内視鏡先端部において前方光学アセンブリおよび側方光学アセンブリ並びに前方センサおよび側方センサを組み付けるステップを示すフローチャートである。ステップ１３０２では、第１センサ基板を主基板上の第１溝に挿入する。一実施形態において、第１センサ基板は、１つ以上の側方センサを保持するために用いられ、主基板に直交して配置される。ステップ１３０４では、第２センサ基板を主基板上の第２溝に挿入する。一実施形態において、第２センサ基板は前方センサを保持するために用いられ、主基板にも第１センサ基板にも直交して配置される。ステップ１３０６では、第１センサ基板および第２センサ基板を主基板にはんだ付けする。一実施形態において、第１センサ基板および第２センサ基板は、１つ以上のフレックス基板を用いることによって主基板に接続される。ステップ１３０８では、第１センサ基板の各側面にセンサを接続する。ステップ１３１０では、内視鏡先端部の外側に面する第１センサ基板の側面にセンサを接続する。一実施形態において、上記センサは、センサの光学部を内視鏡先端部のレンズアセンブリの方に向けて、センサのコンピューターチップのピンをセンサ基板に接続することによって、センサ基板に接続されるＣＭＯＳセンサである。ステップ１３１２では、前方光学アセンブリを第１金属フレームに取り付け、次に第１金属フレームを第２センサ基板と結合して、主基板上の所定領域上にはんだ付けする。ステップ１３１４では、１つ以上の側方光学アセンブリを各金属フレームに取り付け、次に各金属フレームを第１センサ基板と結合して、主基板上の所定領域にはんだ付けする。ステップ１３１６では、２つ以上の照明器が各前方照明器基板に取り付けられ、各前方照明器基板は主基板内の対応する前方照明器溝に挿入される。ステップ１３１８では、前方照明器基板を主基板にはんだ付けする。ステップ１３２０では、２つ以上の照明器が各側方照明器基板に取り付けられ、各側方照明器基板は主基板内の対応する側方照明器溝に挿入される。ステップ１３２２では、側方照明器基板を主基板にはんだ付けする。

一実施形態において、本明細書の回路基板アセンブリはまた、ＣＣＤセンサとの使用に適応することもできる。すなわち、同一の回路基板が、用途および要件に応じて、２つの技術、すなわちＣＣＤまたはＣＭＯＳのいずれにも対応することができる共通プラットフォームとして設計されている。

上記の例は、本発明のシステムの多くの応用の例示に過ぎない。本願では本発明のごく僅かな実施形態について説明してきたが、本発明は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の多くの特定の形態で具体化されるであろうことが理解されるはずである。従って、本実施例および実施形態は例示であり、限定するものではないと見なされるべきであり、本発明は添付の請求項の範囲内で変更されてもよい。

Claims (21)

1. マルチビュー要素内視鏡の先端部分で使用するための回路基板アセンブリにおいて、前記先端部は、前方向きビュー要素と、少なくとも１つの側方向きビュー要素とを備え、各ビュー要素はイメージセンサおよびレンズアセンブリを含み、前記回路基板アセンブリは、
   前記前方向きビュー要素が接続された第１基板と、
   第２基板であって、第２基板の第１側面には前記少なくとも１つの側方向きビュー要素が接続されている、第２基板と、
   前記第１基板および前記第２基板が接続された第３基板とを含み、前記第１基板および前記第２基板は前記第３基板に直交して配置されている、回路基板アセンブリ。
2. 前記先端部分は、前記少なくとも１つの側方向きビュー要素とは反対の方向に面する第２側方向きビュー要素を備え、該第２側方向きビュー要素は第２基板の第２側面に接続されており、かつ第２基板の第１側面は第２基板の第２側面の反対側にある、請求項１に記載の回路基板アセンブリ。
3. 各イメージセンサは、複数のコネクターピンを有する第２チップ部と結合された第１光学部を備えたＣＭＯＳセンサである、請求項１に記載の回路基板アセンブリ。
4. 前記ＣＭＯＳセンサの第２チップ部は、前記複数のコネクターピンによって、第２基板の第１側面または第２基板の第２側面に接続されている、請求項３に記載の回路基板アセンブリ。
5. 前記第１基板および前記第２基板は互いに直交して配置されている、請求項１に記載の回路基板アセンブリ。
6. 前記第１基板は、前記前方向きビュー要素のレンズアセンブリを保持するように構成された金属フレームに結合されている、請求項１に記載の回路基板アセンブリ。
7. 前記第２基板は少なくとも１つの金属フレームに結合されており、前記金属フレームは前記少なくとも１つの側方レンズアセンブリを保持するように構成されている、請求項１に記載の回路基板アセンブリ。
8. 前記金属フレームはヒートシンクとして構成されている、請求項７に記載の回路基板アセンブリ。
9. 前記前方向きビュー要素および側方向きビュー要素の各々は少なくとも１つの照明器と関連付けられており、前記回路基板アセンブリは、前記少なくとも１つの照明器の各々を保持するための独立した回路基板を備える、請求項１に記載の回路基板アセンブリ。
10. 前記第３基板は、前記第１基板および前記第２基板を受容するように適合された溝を備える、請求項１に記載の回路基板アセンブリ。
11. マルチビュー要素内視鏡の先端部のための回路基板アセンブリであって、前記先端部は、前方向きビュー要素、第１側方向きビュー要素、および第２側方向きビュー要素を含み、各ビュー要素はイメージセンサおよびレンズアセンブリを含み、前記回路基板アセンブリは、
    前記前方向きビュー要素が接続された第１基板と、
    第１側方向きビュー要素が接続された第２基板と、
    第２側方向きビュー要素が接続された第３基板と、
    ３つの溝を有する第４基板とを備え、前記３つの溝の各々は前記第１基板、第２基板、および第３基板のうちの１つを受容するように適合されており、前記第１基板、第２基板、および第３基板の各々は前記第４基板に直交して配置されている、回路基板アセンブリ。
12. 各イメージセンサはＣＭＯＳセンサである、請求項１１に記載の回路基板アセンブリ。
13. 前記第１基板、第２基板、および第３基板の各々は、フレキシブル回路基板によって、前記第４基板にさらに接続されている、請求項１１に記載の回路基板アセンブリ。
14. 前記第２基板および前記第３基板は、互いに平行に配置されている、請求項１１に記載の回路基板アセンブリ。
15. 前記第２基板および前記第３基板は、第１基板に直交して配置されている、請求項１４に記載の回路基板アセンブリ。
16. 前方照明器回路基板をさらに備える、請求項１６に記載の回路基板アセンブリ。
17. 前記前方照明器回路基板はＵ字状に形成されており、かつ前方向きビュー要素に関連付けられた３つの照明器を保持するように構成されている、請求項１６に記載の回路基板アセンブリ。
18. ２つの側方照明器回路基板をさらに備える、請求項１１に記載の回路基板アセンブリ。
19. 前記２つの側方照明器回路基板の各々はＵ字状に形成されており、かつ第１側方向きビュー要素および第２側方向きビュー要素に関連付けられた２つの照明器を保持するように構成されている、請求項１８に記載の回路基板アセンブリ。
20. 前記前方照明器回路基板の長さは５．５ｍｍ〜１１．５ｍｍにわたり、前記前方照明器回路基板の高さは２．０ｍｍ〜８．５ｍｍにわたる、請求項１６に記載の回路基板アセンブリ。
21. 前記側方照明器回路基板の各々の長さは５．５ｍｍ〜１１．５ｍｍにわたり、前記側方照明器回路基板の各々の高さは１．０ｍｍ〜７．５ｍｍにわたる、請求項１８に記載の回路基板アセンブリ。