CN113382671A - 内窥镜的前端单元 - Google Patents
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Abstract
前端单元(35)具有：摄像单元(25)，其使用晶片级光学技术制作，一体地形成有摄像元件(33)和由透镜层叠体构成的光学单元(30)；柱状的前端框(36)(前端框主体(37))，其由树脂成型品构成；摄像单元收容室(40)，其连续地形成有位于前端框(36)的前端面的第一开口部(40a)和位于前端框(36)的侧面的第二开口部(40b)，在前端框(36)的内部收容摄像单元(25)；填充剂(51)，其具有遮光性，填充于摄像单元收容室(40)而覆盖摄像单元(25)的外周。
Description
技术领域
本发明涉及在内部具备摄像单元的内窥镜的前端单元。
背景技术
以往，为了观察活体、构造物的内部等这种难以进行直接目视观察的部位，被形成为能够从活体、构造物的外部朝向内部导入，具备能够形成光学像或者能够拍摄该光学像的结构的内窥镜在医疗领域或工业领域被广泛利用。
在这样的内窥镜中，设置于插入部的前端的前端部主要由在硬质的前端框上设置有各种功能部件的前端单元构成。作为这样的前端单元的前端框，近年来，提出了使用成型电路部件(MID：molded interconnected device)的技术的前端框。例如，国际公开号WO2015/082328号中公开了一种内窥镜头(内窥镜的前端单元)，该内窥镜头具备：头主体(前端框)，其由形成有多个导电路径的MID元件构成；至少1个电子设备，其通过导电路径被供给电力；以及照相机模块(摄像单元)。
然而，国际公开号WO2015/082328号所公开的技术中，为了防止光斑等的产生，采用利用屏蔽部件覆盖设置于照相机模块的光学系统的构造。
因此，上述国际公开号WO2015/082328号所公开的技术的部件数量增加，有可能难以实现前端部的充分细径化。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够在确保光学性能的同时实现前端部的细径化的内窥镜的前端单元。
发明内容
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的内窥镜的前端单元具有：摄像单元，其使用晶片级光学技术制作，一体地形成有摄像元件和由透镜层叠体构成的光学单元；由树脂成型品构成的柱状的前端框；摄像单元收容室，其连续地形成有位于所述前端框的前端面的第一开口部和位于所述前端框的侧面的第二开口部，并在所述前端框的内部收容所述摄像单元；以及填充剂，其具有遮光性，填充于所述摄像单元收容室而覆盖所述摄像单元的外周。
附图说明
图1是内窥镜的外观立体图。
图2是前端部的外观立体图。
图3是从前端侧示出前端框和摄像单元的分解立体图。
图4是从基端侧示出前端框的立体图。
图5是从前端侧示出填充填充剂之前的前端单元的立体图。
图6是从前端侧示出前端单元的立体图。
图7是对在前端框的侧部设置摄像单元收容室的开口部的情况和未设置摄像单元收容室的开口部的情况下的外径进行比较的说明图。
图8涉及第一变形例，是从前端侧示出前端框和摄像单元的分解立体图。
图9同上，是从前端侧示出填充填充剂之前的前端单元的立体图。
图10涉及第二变形例，是从前端侧示出前端框和摄像单元的分解立体图。
图11涉及第三变形例，是从前端侧示出前端框和摄像单元的分解立体图。
图12同上，是从基端侧示出前端框的立体图。
图13同上，是前端部的主要部分的俯视图。
图14涉及第四变形例，是示出前端部的主要部分的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的方式进行说明。图1至图7涉及本发明的第一实施方式，图1是内窥镜的外观立体图。
图1所示的内窥镜1构成为具备：细长形状(长条)的插入部2，其插入被检体的体腔内；操作部3，其与该插入部2的基端连接设置；通用线缆4，其从该操作部3的基端延伸出；以及内窥镜连接器5，其配设于该通用线缆4的延伸端。
插入部2是从前端侧依次连接设置有前端部6、弯曲部7以及挠性管部8的具备挠性的管状部件。
如图2所示，在前端部6的前端面例如配设有用于观察被检体的观察窗6a、用于向被检体照射照明光的一对照明窗6b、以及供处置器具通道27的前端侧连通的通道开口部6c。
另外，如图3、5所示，在前端部6的内部配置有用于拍摄被检体的光学像的摄像单元25，并且配置有用于将通过照明窗6b照射到被检体的照明光引导至前端部6的光导26的前端侧等。
弯曲部7例如是构成为能够向上下2个弯曲方向(UP-DOWN)主动地弯曲的机构部位。此外，在本实施方式中，插入部2等中的上下左右方向是为了与由摄像单元25拍摄的内窥镜图像的上下左右方向对应而方便地定义的。
挠性管部8是以能够被动地挠曲的方式具有柔软性而构成的管状部件。在该挠性管部8的内部，除了与摄像单元25等电连接的各种线缆28之外，还贯插有光导26以及处置器具通道27等。
操作部3构成为具备：在覆盖挠性管部8的基端的状态下与该挠性管部8连接的弯折阻止部9；以及与该弯折阻止部9的基端侧连接设置并能够由使用者的手把持的把持部10。
在把持部10的前端侧设置有与处置器具通道27的基端侧连通的处置器具贯插部11。另外，在把持部10的基端侧设置有用于进行弯曲部7的弯曲操作的操作杆13和被分配了内窥镜1的各种功能的操作开关14。
通用线缆4例如是复合线缆，从插入部2的前端部6延伸出的各种线缆28、光导26等贯插到该复合线缆的内部，并且前端侧与处置器具通道27连接的送气送水管(未图示)等贯插到该复合线缆的内部。
内窥镜连接器5构成为具有：电连接器部16，其用于将各种线缆28与作为外部装置的视频处理器(未图示)连接；光源连接器部17，其用于将光导26与作为外部装置的光源装置(未图示)连接；以及送气送水按钮18，其用于将送气送水管与作为外部装置的送气送水装置(未图示)连接。
接着，参照图2至图6，具体说明前端部6的结构。
本实施方式的前端部6主要由前端单元35构成，该前端单元35在由成型电路部件(MID：Molded Interconnect Device)构成的硬质的呈大致圆柱形状的前端框36设置有摄像单元25等各种功能部件。
在此，在本实施方式中，作为功能部件的1个而设置于前端框36的摄像单元25，例如如图3、5所示，由CSP(Chip Size Package：芯片尺寸封装)构成，该CSP一体地封装有：使用晶片级光学技术制作的由透镜层叠体构成的摄像用透镜单元30、玻璃罩31、和经由粘接层32而粘贴于玻璃罩31的摄像元件33。在这样的摄像单元25中，摄像用透镜单元30例如通过制作多个透镜晶片，并对这些透镜晶片进行层叠、切割等而制造，该透镜晶片在玻璃基板等基材上形成有透镜。因此，本实施方式的摄像用透镜单元30成为俯视形状呈矩形形状且不具有透镜框的透镜单元。另外，对于摄像元件33，也通过切割等俯视形状形成为矩形形状，本实施方式的摄像单元25整体呈大致长方体形状。
前端框36具有例如通过使用了树脂材料的注射成型而形成的、呈大致柱状(在本实施方式中，具体而言为大致圆柱状)的前端框主体37。该前端框主体37的前端面以及外周面的一部分在前端部6的表面露出而直接形成该前端部6的外部形状。因此，对构成前端框主体37的树脂材料，选择不仅适合MID技术、还具有活体相容性的材料。在此，在本实施方式中，前端框主体37是指例如通过注射成型而形成的树脂部分，在该前端框主体37的表面，通过使用MID技术的金属图案形成各种布线图案等(后述)，从而构成前端框36。
在前端框主体37形成有：作为收容室的摄像单元收容室40，其收容作为光学功能部件的摄像单元25；作为收容室的光源收容室41，其收容作为光源的光导的前端侧，该光源是光学功能部件；以及通道保持室42，其用于保持处置器具通道27的前端侧。
另外，在前端框主体37的外周形成有用于使基端侧的外径比前端侧的外径小的台阶，通过该台阶而细径化的基端侧的区域被设定为用于通过与弯曲部7嵌合而进行连接的嵌合部43。
而且，在嵌合部43设置有切口部，由该切口部形成的平面被设定为用于连接各种线缆的线缆连接面45。
摄像单元收容室40由大致呈矩形形状的凹部构成，该凹部中，在第一开口部40a在前端框主体37的前端面开口，并且第二开口部40b在前端框主体37的一侧开口。
即，在本实施方式的摄像单元收容室40中，连续地形成有位于前端框主体37(前端框36)的前端面的第一开口部40a和位于前端框主体37的侧面的第二开口部40b。
另外，本实施方式的摄像单元收容室40中，作为沿插入轴O方向延伸的侧面，具有分别与第一开口部40a和第二开口部40b连接设置的第一侧面40c和第二侧面40d、与第一开口部40a连接设置并且与第一侧面40c和第二侧面40d连接设置的第三侧面40e。
另外，摄像单元收容室40具有与第一～第三侧面40c、40d、40e的基端和第二开口部40b的基端连接设置的基端面，该基端面被设定为用于安装摄像单元25的安装面48f。
在安装面48f设置有多个(例如4个)第一焊盘50a作为金属图案。各第一焊盘50a通过具有导电性的材料与摄像元件33电连接。另外，作为用于将摄像元件33与各第一焊盘50a电连接的具有导电性的材料，能够适当地使用焊料或者导电性粘接剂等。
而且，在各第一焊盘50a上分别连接有作为金属图案的布线图案50b。各布线图案50b从安装面48f经由前端框主体37的侧面延伸设置到线缆连接面45。
在此，例如，如图2、3所示，在前端框主体37的侧部，设置有用于将摄像单元收容室40的基端侧的一部分与前端框主体37的基端侧的区域(即，设有线缆连接面45的区域)连通的连通槽46。
在本实施方式中，该连通槽46以与第二开口部40b的基端连续的方式设置。而且，在该连通槽46配设有从安装面48f侧延伸出的各布线图案50b。由此，各布线图案50b在前端框主体37的侧部配设于比该前端框主体37的圆周面靠内侧的位置。
在线缆连接面45中，在各布线图案50b的基端设置有作为金属图案的第二焊盘50c。并且，各第二焊盘50c通过具有导电性的材料与贯插于插入部2的信号线缆28电连接。
在此，各第一焊盘50a、各信号图案50b以及各第二焊盘50c通过MID技术形成，例如，通过利用激光照射等使形成前端框主体37的树脂表面活化后，对活化后的树脂表面进行金属镀敷而形成。
如图6所示，在这样收容有摄像单元25的摄像单元收容室40中填充有具有遮光性的填充剂51。并且，通过由填充剂51覆盖摄像单元25的外周，摄像用透镜单元30的外周不使用屏蔽部件等而被遮光。而且，该填充剂51也一体地填充于连通槽46。由此，在前端框主体37的侧部，各布线图案50b被填充剂51覆盖。
这样的填充剂的填充例如通过将具有规定的粘度的填充剂的流体向摄像单元收容室40及连通槽46滴下并使其固化来实现。在该情况下，由于摄像单元收容室40和连通槽46的宽度小到0.5mm～1mm左右，因此能够使滴下的填充剂的流体由于其表面张力而停留在摄像单元收容室40和连通槽46的内部。并且，通过像这样使停留在摄像单元收容室40和连通槽46的内部的填充剂的流体固化，不实施任何特别的加工等，便在前端框主体37的侧部形成由填充剂51形成的大致平坦的面。这样，在前端框主体37的侧部由填充剂51形成的面的一部分在前端部6的两面露出而直接形成该前端部6的外形形状。因此，在填充剂51中，选择不仅具有遮光性，还具有活体相容性的材料。
光源收容室41例如由沿着插入部2的插入轴O方向延伸的贯通孔构成。该光源收容室41成为相对于插入轴O成直角的方向的截面形状呈大致圆形形状的圆形孔。
在该光源收容室41中插入有光导26。并且，在比光导26靠前端侧，在光源收容室41安装有由照明透镜或玻璃罩等构成的光学部件41a，该光学部件41a将光源收容室41的前端侧闭塞，由此在前端框36的前端面形成有照明窗6b。
通道保持室42由沿着插入部2的插入轴O方向延伸的贯通孔构成。该通道保持室42成为相对于插入轴O垂直的方向的截面形状呈大致圆形形状的圆形孔。
在该通道保持室42，经由未图示的接头固定有处置器具通道27。另外，在通道保持室42的前端侧形成有通道开口部6c。
在这样构成的前端单元35的基端侧，构成弯曲部7的筒状的罩部件55通过嵌合而与嵌合部43连接。该罩部件55以将基端侧延伸至嵌合部43的填充剂51的一部分覆盖的方式配置，并经由粘接剂等固定于嵌合部43及填充剂51。并且，通过这样固定罩部件55，前端单元35的基端侧被液密地密封。
根据这样的实施方式，通过构成如下的前端单元35，能够确保摄像单元25的光学性能，并且实现前端部6的细径化，该前端单元35具有摄像单元25，其使用晶片级光学技术制作，一体地形成有摄像元件33和由透镜层叠体构成的光学单元30；柱状的前端框36(前端框主体37)，其由树脂成型品构成；摄像单元收容室40，其连续地形成有位于前端框36的前端面的第一开口部40a和位于前端框36的侧面的第二开口部40b，在前端框36的内部收容摄像单元25；以及填充剂51，其具有遮光性，填充于摄像单元收容室40，覆盖摄像单元25的外周。
即，本实施方式的前端部6由于由树脂成型品构成的前端框36(前端框主体37)不被前端罩等覆盖而直接露出到外部，因此能够通过简单的结构实现前端部6的细径化。
在该情况下，例如，如图7所示，与具有整周被壁面包围的摄像单元收容室40′的前端框主体37′相比，具有在一侧形成有开口部40b的摄像单元收容室40的本实施方式的前端框主体37不需要用于形成一侧的壁面的壁厚，相应地能够使外径细径化。
另外，由于摄像单元25是使用晶片级光学技术制作的，因此能够廉价且小型地制造摄像单元25，通过这样的结构也能够有助于前端部6的细径化。
在该情况下，透镜单元30由于通过切割等而被切出，因此外周未被遮光，但通过将具有遮光性的填充剂51填充到摄像单元收容室40中，并利用该填充剂51覆盖摄像单元25的外周，从而能够在不使用另外的屏蔽部件等进行覆盖的情况下确保摄像单元25的光学性能。
此外，通过在摄像单元收容室40中填充填充剂51，能够将摄像单元25牢固地保持在摄像单元收容室40内。
另外，通过由适合于成型电路部件的树脂成型品构成前端框主体37，并在该前端框主体37的面上通过MID技术形成第一、第二焊盘50a、50c以及布线图案50b，由此能够在前端框36的基端侧容易地实现摄像单元25相对于信号线缆28等的电连接。
在该情况下，通过在前端框主体37的侧面设置连通槽46，并在包含该连通槽46的区域配设布线图案50，该连通槽46将摄像单元收容室40与前端框36的设置有线缆连接面45的基端侧的区域连通，能够容易地实现从摄像单元收容室40到线缆连接面45的布线。
而且，通过将填充剂51一体地填充于摄像单元收容室40和连通槽46，能够可靠地实现前端框36的外周的布线图案50的绝缘。
在此，例如，如图8、9所示，也可以在摄像单元收容室40的壁面设置沿插入轴O方向延伸的槽60。
根据这样的结构，能够在摄像单元收容室40内更准确地填充填充剂51。
此外，通过在作为第一侧面40c与第三侧面40e的连接区域的角部以及作为第二侧面40d与第三侧面40e的连接区域的角部分别设置槽60，能够防止摄像单元收容室40与摄像单元25的干涉(参照图9)。
另外，例如，如图10所示，如果在第一开口部40a和第二开口部40b的角部形成倒角部61，则在将填充剂的流体填充到摄像单元收容室40时，能够利用流体的表面张力来防止液体滴落。
另外，例如，如图11、12所示，如果将线缆连接面45形成为与连通槽46的底面平行，则能够确保足够宽的线缆连接面45，能够容易且准确地进行信号线缆28等与第二焊盘50c的电连接。
在此，例如，如图13所示，为了可靠地保护摄像单元25的摄像元件33，优选将罩部件55对前端框36的覆盖位置设定在比摄像单元25靠前端侧的位置。
或者，例如，如图14所示，为了至少准确地维持摄像元件33与第一焊盘50a的电连接状态，也能够将罩部件55对前端框36的覆盖位置设定在比摄像元件33与第一焊盘50a的连接部靠前端侧的位置。
另外，本发明并不限定于以上说明的各实施方式，能够进行各种变形、变更，它们也在本发明的技术范围内。例如，当然也可以适当组合上述的实施方式以及各变形例的结构。
Claims (7)
1.一种内窥镜的前端单元，其特征在于，具有：
摄像单元，其使用晶片级光学技术制作，一体地形成有摄像元件和由透镜层叠体构成的光学单元；
由树脂成型品构成的柱状的前端框；
摄像单元收容室，其连续地形成有位于所述前端框的前端面的第一开口部和位于所述前端框的侧面的第二开口部，并在所述前端框的内部收容所述摄像单元；以及
填充剂，其具有遮光性，填充于所述摄像单元收容室而覆盖所述摄像单元的外周。
2.根据权利要求1所述的内窥镜的前端单元，其特征在于，
所述前端框构成整形电路部件，该整形电路部件是在所述树脂成型品的面上形成金属图案而得到的，
所述前端框还包括：
第一焊盘，其设置于所述摄像单元收容室，由与所述摄像元件电连接的所述金属图案构成；
线缆连接面，其在比所述摄像单元收容室靠基端侧的位置设置于所述前端框；
第二焊盘，其由设置于所述线缆连接面的所述金属图案构成；以及
布线图案，其形成于所述前端框的侧面，且由将所述第一焊盘和所述第二焊盘电连接的所述金属图案构成。
3.根据权利要求2所述的内窥镜的前端单元，其特征在于，
所述前端单元具有连通槽，该连通槽以与所述第二开口部连续的方式设置于所述前端框的侧部，并将所述摄像单元收容室与所述前端框的设置有所述线缆连接面的所述基端侧的区域连通，
所述布线图案设置在包含所述连通槽的区域。
4.根据权利要求3所述的内窥镜的前端单元，其特征在于，
所述填充剂一体地填充于所述摄像单元收容室和所述连通槽而覆盖设置于所述连通槽的所述布线图案。
5.根据权利要求2所述的内窥镜的前端单元，其特征在于，
所述前端框在基端侧的外周具有能够与筒状的罩部件嵌合的嵌合部，
在所述罩部件与所述嵌合部嵌合而被固定时，所述第一焊盘与所述摄像元件的连接部和所述布线图案被所述罩部件覆盖。
6.根据权利要求1所述的内窥镜的前端单元，其特征在于，
所述摄像单元收容室具有分别与所述第一开口部和所述第二开口部连接设置的第一侧面和第二侧面、以及与所述第一开口部连接设置并且与所述第一侧面和所述第二侧面连接设置的第三侧面，在所述第一侧面与所述第三侧面的连接区域以及所述第二侧面与所述第三侧面的连接区域分别形成有槽。
7.根据权利要求6所述的内窥镜的前端单元，其特征在于，
在所述第一开口部的角部和所述第二开口部的角部形成有倒角。
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