JP2005058571A - 内視鏡の撮像ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 内視鏡の挿入部における先端硬質部に回路基板を、挿入部を太径化させたり、先端硬質部を長くしたりすることなく、コンパクトに収納する。
【解決手段】 撮像ユニットを構成する回路基板２０は、固体撮像素子１８が搭載される主回路基板２１と、分割回路基板２２とから構成され、それらの間には複数の配線２４で電気的に接続され、分割回路基板２２から信号ケーブル１９を構成する配線１９ａも引き出され、電子部品２５が搭載されている。分割回路基板２２は先端硬質部１０ａのプリズム１７の後背部に配置され、かつこの分割回路基板２２は主回路基板２１に対して所定角度、例えば概略４５°傾いた状態にして装着される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、医療用等として用いられる内視鏡において、観察対象部の映像を取得するために、対物レンズと固体撮像素子とを備えた撮像ユニットに関するものであり、特にその固体撮像素子が搭載される回路基板を、限られた空間内にコンパクトに設置するようにした内視鏡の撮像ユニットに関するものである。

内視鏡は、一般的に、術者が把持して操作を行う本体操作部と、体腔等の内部に挿入される挿入部と、光源装置及び映像信号処理装置（プロセッサ）に着脱可能に接続されるユニバーサルコードとから構成される。そして、挿入部の先端には体腔内等の観察・検査するために照明手段と観察手段とを備えているが、観察手段としては、固体撮像素子とその回路基板とからなる撮像ユニットが用いられる。

そこで、一般的な挿入部の先端部分の構成を図５及び図６に示す。まず、図５において、挿入部１の先端面には、照明部２及び観察部３が設けられ、また鉗子等の処置具を導出させる処置具導出口４が開口している。さらに、観察部３が体液等で汚損されたときに、その洗浄を行うための洗浄ノズル５が装着されている。そして、照明部２は照明むらを少なくするために通常は２箇所設けられており、図示を省略するが、ライトガイドと、発散レンズとからなる照明手段が装着される。また、処置具導出口４は、図６に示したように、挿入部１の内部に挿通した処置具挿通チャンネル４ａが、洗浄ノズル５には流体供給チューブ（図示せず）がそれぞれ接続されている。一方、観察部３には、レンズ鏡筒６ａに対物レンズ群６を装着したものが設けられ、この対物レンズ群６の結像位置には固体撮像素子７が装着されている。固体撮像素子７は回路基板７ａに搭載されて撮像ユニットを構成しており、回路基板７ａには信号ケーブル８が接続される。

内視鏡の挿入部の挿入経路には狭所もあることから、特に医療用の内視鏡では被験者の負担を軽減し、かつ挿入操作性を向上させるために、その細径化の要請は極めて高いものである。そして、挿入部において、対物レンズや固体撮像素子等が装着される先端部分は硬質部材から構成される。従って、挿入部は細径化に加えて、先端の硬質部の長さもできるだけ短くする必要がある。

ここで、内視鏡の挿入部において、最も充填率が高いのは先端硬質部であり、従って先端硬質部に設けられる各部材の配置如何によってはその細径化及び硬質部長の短縮を図ることができる。

固体撮像素子７の表面積は対物レンズ群６を装着したレンズ鏡筒６ａより大きい方形のものが用いられる。固体撮像素子７を搭載した回路基板７ａには信号ケーブル８と接続される多数の電極が設けられ、また必要に応じてコイル等の電子部品が搭載される関係から、回路基板７ａの表面積は、当然、固体撮像素子７より大きくなる。そこで、これら固体撮像素子７及びその回路基板７ａからなる撮像ユニットを挿入部１内に配置するに当って、内部空間を有効に活用するために、対物レンズ群６の結像側にプリズム９を取り付けて、対物レンズ群６の光軸を９０°曲げるようになし、固体撮像素子７及びその回路基板７ａを共に挿入部１の軸線方向に配置する構成としたものは従来から用いられている。

このように、プリズムを用いることによって、挿入部における細径化はある程度達成される。そして、挿入部の先端硬質部に内蔵されている部材のサイズをできるだけ小さくすれば、さらにその細径化が図られる。近年においては、画質や解像度を低下させることがなく固体撮像素子の小型化されるようになってきており、より小型の固体撮像素子を用いれば、先端硬質部内の充填率をある程度は低下させることができる。ただし、固体撮像素子を小型化しても、それが搭載される回路基板には所定数の電極と配線パターンとを形成しなければならない関係から、この回路基板の小型化には限度がある。従って、単純に固体撮像素子を小型化したとしても挿入部の細径化にはそれほど大きく貢献することはない。従って、固体撮像素子の小型化に伴って、撮像ユニットを構成する回路基板も小型化が、挿入部の細径化にとって必須のこととなる。

前述したように、プリズムを用いて対物レンズの光路を９０°曲げるようにしているので、固体撮像素子が搭載されている部分から基端側に向けて大きく張り出すようにした長尺形状にすることができる。回路基板は挿入部の軸線方向に長手となることから、挿入部を太径化することなく収納することは可能である。しかしながら、挿入部の先端硬質部内において、最も基端側に張り出しているのは回路基板であり、かつこの回路基板は硬質部内に配置されなければならないので、この回路基板を組み込むためのスペースを確保するには、挿入部の硬質部長が長くなってしまう。その結果、やはり挿入操作性が低下し、被検者の負担増大という事態を招くことになる。

大型の回路基板を挿入部の先端硬質部にコンパクトに装着するために、基板としては樹脂フィルム等からなるフレキシブル基板を用いて、このフレキシブル基板を折り畳めるように構成したものが、例えば特許文献１に開示されている。このようなフレキシブル回路基板を折り畳むようにすれば、先端硬質部内の限られたスペースに装着することは可能である。しかしながら、固体撮像素子やその他の電子部品をフレキシブルな回路基板に連結すると、その固定性が十分得られないし、また回路基板の電極への配線の接続部も十分な強度を持たせることができない等といった問題点がある。
特開平４−１９３２５３号公報

本発明は、前述したような従来技術の課題に鑑みて、内視鏡の挿入部における先端硬質部に回路基板として、フィルム状のものを用いなくても、挿入部を太径化させたり、先端硬質部を長くしたりすることなく、コンパクトに収納することを発明の解決課題としている。

この課題を解決するために、本発明が採用した構成は、挿入部の先端に対物レンズを装着し、この対物レンズからの物体光を、プリズムによりその光路を曲折させて、挿入部の軸線方向に受光面を向けた固体撮像素子により受光させ、この固体撮像素子を回路基板に搭載させて、この回路基板に所定数の信号ケーブルを接続した内視鏡の撮像ユニットであって、前記回路基板を、前記固体撮像素子が搭載された主回路基板と、この主回路基板と曲げ可能な所定数の配線で接続した分割回路基板とから構成し、前記分割回路基板は前記プリズムの後背部に配置し、前記信号ケーブルをこれら主回路基板及び分割回路基板に分散させて接続する構成としたことを特徴としている。

そして、電子部品を搭載する場合において、主回路基板に設けても良いが、スペースの関係から、分割回路基板に全ての、若しくは一部の電子部品を搭載することができる。また、プリズムの後背部に配置され分割回路基板を固定的に保持するには、接着剤を充填するように構成すれば良い。

本発明は以上のような構成を採用したことによって、挿入部の先端において、デッドスペースとなっているプリズムの後背部を有効に活用して、固体撮像素子の回路基板をコンパクトに収納させたので、挿入部の細径化と共に先端硬質部長の短縮が図られる等の効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。まず、図１に内視鏡における挿入部１０の先端部分の断面を示す。図中において、１０ａは先端硬質部、１０ｂはアングル部である。先端硬質部１０ａは、本体部本体１１と筒部１２とから構成される。先端部本体１１には複数の透孔が軸線方向に穿設されており、また筒部１２の内部は空間となっている。そして、先端部本体１１に設けた各透孔に照明手段、観察手段等を含む各機構部が支持されており、これらの各機構部は筒部１２の内部に延在されている。また、アングル部１０ｂは先端硬質部１０ａに連結されて、この先端硬質部１０ａを所望の方向に向けるために、手元操作で湾曲させることができるように構成したものであり、アングルリング１３を順次枢着する構成としたものである。

先端硬質部１０ａ内に装着される主な機構としては、照明手段１４，観察手段１５及び後述する処置具挿通チャンネルである。これらのうち、照明手段１４は、光ファイバを束ねたライトガイド１４ａと、このライトガイド１４ａの出射端面に対向配設した照明レンズ１４ｂとから構成される。なお、照明手段１４は、照明むらの発生を防止するために２箇所乃至それ以上設けるのが好ましいが、１箇所であっても差し支えない。また、処置具挿通チャンネルについては、図示は省略するが、従来技術において、図６を参照すれば、所定の外径を有する通路で構成される。従って、挿入部１０における内臓部材としての照明手段１４と処置具挿通チャンネル、さらには必要に応じて設けられる洗浄流体供給チューブは、それぞれほぼ均一な外径形状となっている。

図２に観察手段１５の構成を示す。同図において、１６ａはレンズ鏡筒であり、このレンズ鏡筒１６ａ内には複数のレンズからなる対物レンズ群１６（図１参照）が装着されている。レンズ鏡筒１６ａの基端部、つまりアングル部１０ｂへの連結側には、プリズム１７が設けられている。このプリズム１７はレンズ鏡筒１６ａの端面に固定して設けられており、これによって対物レンズ群１６の光軸は９０°曲折されている。プリズム１７には固体撮像素子１８が固着して設けられており、この固体撮像素子１８の撮像面は対物レンズ群１６の結像位置に配置されている。

固体撮像素子１８には信号ケーブル１９が接続されており、この信号ケーブル１９の他端は図示しないユニバーサルコードの端部に設けたコネクタを介して映像信号の処理装置であるプロセッサに着脱可能に接続される。信号ケーブル１９は多数の配線１９ａを束ねたものであり、この信号ケーブル１９を構成する各配線１９ａは固体撮像素子１９が搭載されている回路基板２０に設けた各電極に接続される。

ここで、回路基板２０は単一の基板で構成されるのではなく、２枚の回路基板２１，２２から構成されている。回路基板２１は主回路基板であり、この主回路基板２１には固体撮像素子１８が搭載されている。そして、主回路基板２１の表面には所定の配線パターンが形成されており、この主回路基板２１の配線パターンと固体撮像素子１８との間は配線等により電気的に接続されている。回路基板２２は分割回路基板であり、この分割回路基板２２は、主回路基板２１と複数の配線２４で電気的に接続されており、かつこの分割回路基板２２からもプロセッサに接続される信号ケーブル１９を構成する配線１９ａも引き出されている。さらに、分割回路基板２２には、例えばコイル等の電子部品２５が搭載されている。なお、これら各配線接続部や電子部品等は樹脂封止されるのが一般的である。

従って、主回路基板２１と分割回路基板２２とによって、固体撮像素子１９の回路基板２０が構成されるが、これら２枚の回路基板２１，２２はそれぞれ硬質ボードから構成されている。従って、主回路基板２１への固体撮像素子１８の搭載及び分割回路基板２２への電子部品２５の搭載は強固に行われ、またそれぞれに接続される配線１９ａ，２３，２４の接続強度も高いものである。

主回路基板２１は固体撮像素子１８に固着されており、固体撮像素子１８はプリズム１７に、またプリズム１７はレンズ鏡筒１６ａに固着されている。従って、この主回路基板２１は最終的には先端硬質部１０ａの先端部本体１１に支持されて、筒部１２内において、所定の位置に固定される。これに対して、分割回路基板２２は、主回路基板２１と配線で接続されているが、これらの配線は曲げ方向に可撓性を有するものであり、従って筒部１２内において、自由状態として、どの位置にでも配置できるようになっている。

図３に図１のＸ−Ｘ位置の断面を示す。この断面位置においては、プリズム１７と、固体撮像素子１８及びそれが搭載されている主回路基板２１が配置されており、これら以外にも、ライトガイド１４ａ，１４ａが挿通されており、さらに処置具挿通チャンネル２６や流体供給チューブ２７が挿通されている。そして、この断面位置より先端側には、対物レンズ群１６を装着したレンズ鏡筒１６ａが配置され、かつ先端部本体１１の端面が近接している。従って、このＸ−Ｘ断面位置及びそれより先端側にはまとまったスペースは存在しない。

しかしながら、このＸ−Ｘ断面位置より基端側、つまりプリズム１７の後背位置である図４に示したＹ−Ｙ断面位置においては、主回路基板２１が配置されている他、ライトガイド１４ａ，１４ａと、処置具挿通チャンネル２６や流体供給チューブ２７が通っているものの、主回路基板２１の上部位置は空間となっている。即ち、主回路基板２１には固体撮像素子１８が搭載されており、この固体撮像素子１８はプリズム１７に固着されているが、主回路基板２１には、信号ケーブル１９を構成する所定数の配線１９ａを接続するための電極及び配線パターンを形成する必要があるので、この主回路基板２１は固体撮像素子１８の搭載部より基端側にある程度張り出している。そして、挿入部１０としては、この主回路基板２１が張り出した部分まで先端硬質部１０ａとなり、湾曲不能な部位である。

このように、先端硬質部１０ａには、プリズム１７の後背部にかなり広い円弧を有するスペースが存在しており、このスペースは何等の部材も配置されていない。そこで、分割回路基板２２をこのスペースに配置している。しかも、この分割回路基板２２は主回路基板２１に対して所定角度、例えば概略４５°傾いた状態にして配置されている。ただし、この分割回路基板２２は、主回路基板２１の基端部より後方には突出しないようにしている。ここで、分割回路基板２２は所定数の配線１９ａ，２４が接続されているだけで、他の部材に対して固定関係とはなっていないので、このような配置が可能になる。また、分割回路基板２２に電子部品２５を搭載することによって、この電子部品２５が筒部１２の内面と干渉しないようにするために、必要に応じて筒部１２の内面に凹部１２ａを形成するようにしている。さらに、この部位において、処置具挿通チャンネル２６が配置されている側には空間を持たせており、処置具挿通チャンネル２６の一部分がこの空間内に入り込んでいる。

以上のように構成することによって、先端硬質部１０ａに固体撮像素子１８の回路基板２０を装着するに当って、実質的に主回路基板２１を収納させるスペースを確保しておくのに必要な外径及び硬質部長を持たせるだけで、回路基板２０全体として分割回路基板２２分だけ大きなサイズとすることができる。従って、回路基板２０における配線パターンの引き回しや電極の取り回し等が楽になる。また、回路基板２０における電極の分散を図ることができるので、それとプロセッサとを接続するための信号ケーブル１９を構成する配線１９ａの接続も容易に行えることになる。さらに、主回路基板２１を装着するスペースを確保しさえすれば良いことから、先端硬質部１０ａに設置すべき電子部品２５も回路基板２０に無理なく搭載することができる。

従って、固体撮像素子１８としてサイズの小さいものを用い、かつ回路基板２０を構成し、先端硬質部１０ａに対して固定的に装着しなければならない主回路基板２１のサイズを小さくすると共に、従来においては有効に活用できなかったスペースを分割回路基板２２の配置場所としたので、先端硬質部１０ａのさらなる細径化が図られる。そして、先端硬質部１０ａは、挿入部１０において最も充填率が高い箇所であり、この先端硬質部１０ａを細径化できるということは、挿入部１０全体を細径化できる。また、主回路基板２１の基端側への張り出し量を小さくでき、しかも分割回路基板２２はこの主回路基板２１の端部より基端側に突出していないので、先端硬質部１０ａの長さを短縮できる。このように、挿入部１０の細径化及び先端硬質部長の短縮を図ることによって、その挿入操作性が著しく改善され、検査・診断が行われる被験者の負担を最小限に抑制できるようになる。

本発明の実施の形態を示す内視鏡の挿入部における先端部分の断面図である。 撮像ユニットの正面図である。 図１のＸ−Ｘ断面図である。 図１のＹ−Ｙ断面図である。 従来技術による内視鏡の挿入部における先端面の概観図である。 従来技術を示す内視鏡の挿入部における先端部分の断面図である。

符号の説明

１０ 挿入部
１０ａ 先端硬質部
１０ｂ アングル部
１１ 先端部本体
１２ 筒部
１４ 照明手段
１５ 観察手段
１６ 対物レンズ群
１６ａ レンズ鏡筒
１７ プリズム
１８ 固体撮像素子
１９ 信号ケーブル
２０ 回路基板
２１ 主回路基板
２２ 分割回路基板

Claims (3)

1. 挿入部の先端に対物レンズを装着し、この対物レンズからの物体光を、プリズムによりその光路を曲折させて、挿入部の軸線方向に受光面を向けた固体撮像素子により受光させ、この固体撮像素子を回路基板に搭載させて、この回路基板に所定数の信号ケーブルを接続した内視鏡の撮像ユニットにおいて、
   前記回路基板を、前記固体撮像素子が搭載された主回路基板と、この主回路基板と曲げ可能な所定数の配線で接続した分割回路基板とから構成し、
   前記分割回路基板は前記プリズムの後背部に配置し、
   前記信号ケーブルをこれら主回路基板及び分割回路基板に分散させて接続する
   構成としたことを特徴とする内視鏡の撮像ユニット。
2. 前記分割回路基板には電子部品が搭載されていることを特徴とする請求項１記載の内視鏡の撮像ユニット。
3. 前記分割回路基板は、前記プリズムの後背部に配置した状態で接着剤によって固定化する構成としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の内視鏡の撮像ユニット。

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