JP2005533530A - Small imaging device - Google Patents
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Abstract
本発明は小型イメージング装置に関する。或る実施例では、装置は、ユーティリティをサポートするべく構成された少なくとも1つの開口(60)を有するユーティリティガイド(36)と、ユーティリティガイドにより支持されたSSID(38)とを含む。SSIDは、上面(72)に設けられたイメージングアレイ(48)及び側面(74)に設けられた導電要素(56)を有し、イメージングアレイは導電要素に電気的に結合されている。GRINレンズなどのレンズ(40)をイメージングアレイに光学的に結合し、導電ライン(32)を含むアンビリカル(30)を前記少なくとも1つの開口により支持することができる。導電ラインは、SSIDの側面に設けられた導電要素に電気的に結合できる。或いは、装置は、一体的に形成された構造として、導電パッドに電気的に結合されたイメージングアレイを有するSSIDに、それを貫通する少なくとも1つのユーティリティ開口(82)を設けてもよい。更に、レンズをイメージングアレイに光学的に結合することができ、また、少なくとも1つの開口により支持される導電ラインを含むアンビリカルを、導電ラインが導電パッドに直接的に電気的に結合されるよう構成することができる。別の実施例では、所望に応じてレンズを支持することも可能なアダプタ(52)またはコネクタブロックにより、導電ラインとSSIDとの導通が確保される。The present invention relates to a small imaging apparatus. In certain embodiments, the apparatus includes a utility guide (36) having at least one opening (60) configured to support the utility and an SSID (38) supported by the utility guide. The SSID has an imaging array (48) provided on the top surface (72) and a conductive element (56) provided on the side surface (74), the imaging array being electrically coupled to the conductive element. A lens (40), such as a GRIN lens, can be optically coupled to the imaging array and an umbilical (30) including a conductive line (32) can be supported by the at least one aperture. The conductive lines can be electrically coupled to conductive elements provided on the sides of the SSID. Alternatively, the device may be provided as an integrally formed structure with at least one utility opening (82) therethrough in an SSID having an imaging array electrically coupled to a conductive pad. Further, the lens can be optically coupled to the imaging array and the umbilical including the conductive line supported by the at least one aperture is configured such that the conductive line is directly electrically coupled to the conductive pad. can do. In another embodiment, conduction between the conductive line and the SSID is ensured by an adapter (52) or connector block that can also support the lens as desired.
Description
本発明は固体イメージング装置(solid state imaging device:SSID)に関し、特に小さな開口の内方を観測したり、小さな径の領域に挿入されるのに適する小型イメージング装置に関する。これらの装置は、患者の体内においてカテーテルを介して医療用のイメージングを行う目的及びそれ以外の用途に用いることができる。 The present invention relates to a solid state imaging device (SSID), and more particularly to a small imaging device suitable for observing the inside of a small opening or being inserted into a small diameter region. These devices can be used for the purpose of medical imaging in a patient's body via a catheter and for other uses.
集積回路技術の進歩を利用した小型のイメージング装置として様々なものが知られている。このような小型のイメージング装置は、医療用の診断及び治療の目的に特に有用である。イメージング装置を対象となる部位を観測するのに十分小さいものとすることができれば、従来は外科的な方法によってのみ観測し得るような人体の部位を、侵襲性が最小化されたカテーテルの使用により観測することができる。 Various types of small-sized imaging devices utilizing advances in integrated circuit technology are known. Such small imaging devices are particularly useful for medical diagnostic and therapeutic purposes. If the imaging device can be made small enough to observe the site of interest, the human body, which could previously be observed only by surgical methods, can be reduced by using a minimally invasive catheter. It can be observed.
極めて小型のイメージング装置の他の用途も認識されている。例えば、このような装置は、監視用として、機器内部の状態や機能をモニターしたり、宇宙工学においてサイズ及び重量が重要であるようなイメージングに用いたりする等、様々な用途に適用することができる。 Other uses for extremely small imaging devices are also recognized. For example, such a device can be used for various purposes such as monitoring the state and function of the inside of the device for monitoring, or for imaging where size and weight are important in space engineering. it can.
本発明はこのように様々な用途に適用し得るものであるが、本発明の利点は、特に医療用のイメージングの用途において最も顕著である。生体、特に人体の、小さな開口(orifice)若しくは管腔(lumen)の内方に位置する部位をイメージングすることの重要性が従来から認識されている。そのような目的のために、様々な形式の内視鏡が開発されている。 Although the present invention can be applied to various applications as described above, the advantages of the present invention are most noticeable particularly in medical imaging applications. The importance of imaging a part of a living body, particularly a human body, located inside a small orifice or lumen has been recognized. Various types of endoscopes have been developed for such purposes.
イメージングの技術において特に目覚ましい発展がなされたのは、SSIDの分野である。電荷注入素子(CID)、電荷結合素子(CCD)及び相補形金属酸化膜半導体(CMOS)素子を含むこのようなイメージング装置は、内視鏡において用いられて従来形式の小型イメージング装置や光ファイバの束にとって替わるものとなっている。しかしながら、カテーテルを媒介とするイメージング装置を設計する際には、カテーテルの末端が破損したり損傷を受けたりすることなく曲折または湾曲し得る能力を有するようにする必要がある。これは、生体に対するトラウマを最小化し、末端部を所望の位置に向けて操縦するために必要なことである。 A particularly remarkable development in imaging technology has been in the field of SSID. Such imaging devices, including charge injection devices (CID), charge-coupled devices (CCD) and complementary metal oxide semiconductor (CMOS) devices, are used in endoscopes to reduce the size of conventional small imaging devices and optical fibers. It is a replacement for the bundle. However, when designing a catheter-mediated imaging device, it is necessary to have the ability to bend or curve without breaking or damaging the distal end of the catheter. This is necessary to minimize trauma to the living body and to steer the end to the desired position.
このように、操縦可能であって、与えられたサイズについて良好な質のイメージを提供し得るような小型の装置を製造することが望まれている。 Thus, it is desirable to produce a small device that is steerable and capable of providing a good quality image for a given size.
カテーテルまたは他のフレキシブルなアンビリカル(umbilical)の末端に設けられたSSIDを用いたイメージング装置を更に小型化するには、従来の装置及び技術を超えた領域に着目する必要がある。第一の実施例においては、小型イメージング装置はユーティリティガイド、SSID、レンズ及びアンビリカルを有する。ユーティリティガイドは、ユーティリティをサポートするべく構成された少なくとも一つの開口を有する。SSIDは、ユーティリティガイドにより支持することができ、その上面にイメージングアレイを、その側面に導電要素をそれぞれ有するものであってよく、イメージングアレイは導電要素に電気的に結合される。レンズはイメージングアレイに光学的に結合される。導電ラインを含むアンビリカルは、前記した少なくとも一つの開口により支持することができ、導電ラインはSSIDの側面上の導電要素に電気的に接続される。ある実施例においては、導電要素は、上面に設けられた導電パットを介してイメージングアレイに電気的に結合された金属細線(metal trace)からなるものとすることができる。更に、ユーティリティガイド及びSSIDは単一の一体化された部品からなるものであってよい。また、導電ラインは、ワイヤボンディングではなく直接ボンディング結合(direct bonding joint)により導電要素に接続することができる。 To further reduce the size of an imaging device using an SSID provided at the end of a catheter or other flexible umbilical, it is necessary to focus on areas beyond conventional devices and techniques. In the first embodiment, the miniature imaging device has a utility guide, SSID, lens and umbilical. The utility guide has at least one opening configured to support the utility. The SSID can be supported by a utility guide and may have an imaging array on its top surface and a conductive element on its side, the imaging array being electrically coupled to the conductive element. The lens is optically coupled to the imaging array. The umbilical including the conductive line can be supported by the at least one opening described above, and the conductive line is electrically connected to the conductive element on the side surface of the SSID. In some embodiments, the conductive element may comprise a metal trace electrically coupled to the imaging array via a conductive pad provided on the top surface. Furthermore, the utility guide and the SSID may consist of a single integrated part. Also, the conductive lines can be connected to the conductive elements by direct bonding joints rather than wire bonding.
別の実施例において、小型イメージング装置は、SSID、レンズ及びアンビリカルを有する。SSIDは、一体的な構造として、導電パッドに電気的に接続されたイメージングアレイを含み、更に少なくとも一つの貫通したユーティリティ開口を有する。レンズは、イメージングアレイに光学的に結合することができる。アンビリカルは少なくとも一つの開口により支持された導電ラインを含み、導電ラインは導電パッドに直接電気的に結合される。導電ラインは、ワイヤボンディングではなくボンディング結合により導電パッドに直接電気的に結合される。更に、SSIDは複数の開口が貫通されているものであってよい。 In another embodiment, the miniature imaging device has an SSID, a lens and an umbilical. The SSID includes, as an integral structure, an imaging array that is electrically connected to the conductive pads and further has at least one penetrating utility opening. The lens can be optically coupled to the imaging array. The umbilical includes a conductive line supported by at least one opening, and the conductive line is directly electrically coupled to the conductive pad. The conductive lines are directly electrically coupled to the conductive pads by bonding rather than wire bonding. Furthermore, the SSID may have a plurality of openings.
前記両実施例について、固体イメージング装置は、装置により支持された光源または流体源を有するものであってよい。更に、SSIDに対して遠隔位置に設けられたモニタ及びプロセッサを設け、SSIDにより得られたイメージをリアルタイムで観測し得るようにすることもできる。これは通常、導電ラインを含むアンビリカルによって達成される。アンビリカルの導電ラインは、パワー、アース、クロック信号及び出力信号を提供するべく構成された導電ワイヤを提供するものであってよい。 For both embodiments, the solid-state imaging device may have a light source or fluid source supported by the device. Furthermore, a monitor and a processor provided at a remote position with respect to the SSID can be provided so that an image obtained by the SSID can be observed in real time. This is usually accomplished by an umbilical that includes a conductive line. The umbilical conductive line may provide a conductive wire configured to provide power, ground, clock signal and output signal.
本発明のより詳細な実施例において、光学的インサートをレンズとイメージングアレイとの間に光学的に配置することができる。このようなインサートは、広角レンズのような他のレンズあるいは光ファイバ(fiber optic)またはカラーフィルタからなるものであってよい。カラーフィルタインサートの一例としては、単色のカメライメージを多色イメージに変換するべく構成されたものがある。更に、いずれの実施例についてもSSIDは、CCD、CID及びCMOSからなる群から選ばれたイメージング素子からなるものであってよく、レンズはGRINレンズからなるものであってよい。 In a more detailed embodiment of the present invention, an optical insert can be optically placed between the lens and the imaging array. Such inserts may consist of other lenses such as wide-angle lenses or fiber optic or color filters. An example of a color filter insert is one that is configured to convert a monochromatic camera image into a multicolor image. Further, in any of the embodiments, the SSID may be composed of an imaging element selected from the group consisting of CCD, CID, and CMOS, and the lens may be composed of a GRIN lens.
関連する方法について、マイクロカメラの操作方法は、(a)レンズを、SSIDのイメージングアレイに光学的に結合する過程と、(b)複数の導電路を確保し、そのうちの少なくとも1本を、前記SSIDの複数の非同一面に沿って配置する過程と、(c)前記導電路のうちの第1の導電路を介して前記SSIDにパワーを供給する過程と、(d)前記導電路のうちの第2の導電路を介して前記SSIDから信号を受け取る過程とを有するものとすることができる。 Regarding the related method, the operation method of the micro camera includes (a) a process of optically coupling a lens to an SSID imaging array, and (b) securing a plurality of conductive paths, at least one of which is a A process of arranging along a plurality of non-coplanar surfaces of the SSID, (c) a process of supplying power to the SSID via the first conductive path of the conductive path, and (d) of the conductive path And receiving a signal from the SSID through the second conductive path.
別の実施例に於いて、マイクロカメラの操作方法は、(a)レンズを、SSIDのイメージングアレイに光学的に結合する過程と、(b)第1の導電路を介して前記SSIDにパワーを供給する過程と、(c)第2の導電路を介して前記SSIDからイメージ観測用信号を送信する過程とを有し、前記第1の導電路が、第1の導電性アンビリカルワイヤと、第1の導電性パッドと、前記第1の導電性アンビリカルワイヤの端部を前記第1の導電性パッドに直接結合する第1のボンディング結合とを含み、前記第2の導電路が、第2の導電性パッドと、第2の導電性アンビリカルワイヤと、前記第2の導電性アンビリカルワイヤの端部を前記第2の導電性パッドに直接結合する第2のボンディング結合とを含むものであって良い。 In another embodiment, a method of operating a microcamera includes: (a) optically coupling a lens to an SSID imaging array; and (b) providing power to the SSID via a first conductive path. And (c) a step of transmitting an image observation signal from the SSID via a second conductive path, wherein the first conductive path includes a first conductive umbilical wire, 1 conductive pad and a first bonding bond that directly couples an end of the first conductive umbilical wire to the first conductive pad, the second conductive path comprising a second conductive path It may include a conductive pad, a second conductive umbilical wire, and a second bonding bond that directly bonds an end of the second conductive umbilical wire to the second conductive pad. .
これら両実施例に於いて、前記レンズの周囲を照明する過程や前記SSIDに対するアース及び制御を、第3及び第4の導電路を介して提供する過程などの他の過程を所望に応じて含むことができる。より詳細な点として、前記光学的に結合する過程は、前記レンズを前記イメージングアレイに直接取り付ける過程を含むことができる。或いは前記光学的に結合する過程は、前記レンズと前記イメージングアレイとの間に光学的インサートを配置する過程を含むものであって良い。 In both of these embodiments, other processes such as a process of illuminating the periphery of the lens and a process of providing grounding and control for the SSID via the third and fourth conductive paths are included as desired. be able to. In more detail, the optical coupling process may include attaching the lens directly to the imaging array. Alternatively, the optical coupling process may include a process of placing an optical insert between the lens and the imaging array.
上記したようなSSIDの製造方法は、(a)或る厚さを有する基板上の所定の領域に、イメージングアレイに電気的に結合された導電パッドを含む特徴部を形成する過程と、(b)前記基板の前記所定の領域以外の部分の厚さを減じるように前記所定の領域以外の部分を除去し、SSIDを、前記導電パッドが形成された上面及び該上面に隣接する側面を有し、厚さが減じられた基板に取り付けられた状態で形成する過程と、(c)前記導電パッド及び前記側面が露出するように前記SSIDを3次元的にマスクする過程と、(d)前記導電パッド及び前記側面に導電材料を被膜し、前記導電パッド及び前記側面を互いに電気的に結合する過程とを有するものであって良い。所望に応じて、それ以外の過程を追加することができる。例えば、前記基板部分を除去する過程において、前記所定の領域を第1のフォトレジストによりマスクし、前記所定の領域が前記除去過程に対して保護されるようにすることができる。また、所望に応じて、前記SSIDを3次元的にマスクする過程の前に、前記第1のフォトレジストを除去する過程を更に有することができる。或る実施例では、前記導電材料を被膜する過程の後に、厚さが減じられた前記基板から前記SSIDを切り離す過程を更に有する。前記SSIDを3次元的にマスクする過程が、第2のフォトレジストを用いて行われるものとしたり、前記導電材料を被膜する過程の後に、前記第2のフォトレジストを除去する過程を更に有することができる。 A method of manufacturing an SSID as described above includes: (a) forming a feature including a conductive pad electrically coupled to an imaging array in a predetermined region on a substrate having a certain thickness; ) The portion other than the predetermined region is removed so as to reduce the thickness of the portion other than the predetermined region of the substrate, and the SSID has an upper surface on which the conductive pad is formed and a side surface adjacent to the upper surface. Forming the substrate attached to a substrate having a reduced thickness; (c) three-dimensionally masking the SSID so that the conductive pad and the side surface are exposed; and (d) the conductive layer. The pad and the side surface may be coated with a conductive material, and the conductive pad and the side surface may be electrically coupled to each other. Other processes can be added as desired. For example, in the process of removing the substrate portion, the predetermined area may be masked with a first photoresist so that the predetermined area is protected against the removal process. In addition, if desired, the method may further include a step of removing the first photoresist before the step of three-dimensionally masking the SSID. In one embodiment, the method further includes the step of separating the SSID from the substrate having a reduced thickness after the step of coating the conductive material. The process of masking the SSID three-dimensionally is performed using a second photoresist, or further includes the process of removing the second photoresist after the process of coating the conductive material. Can do.
別の実施例では、SSIDの製造方法は、(a)或る厚さを有する基板上の所定の領域に、イメージングアレイに電気的に結合された導電パッドを含む特徴部を形成する過程と、(b)前記基板の前記所定の領域以外の部分の厚さを減じるように前記所定の領域以外の部分を除去し、SSIDを、厚さが減じられた基板に取り付けられた状態で形成する過程と、(c)前記SSIDを貫通する複数のユーティリティ開口を形成する過程と、(d)厚さが減じられた前記基板から前記SSIDを切り離す過程とを有する。 In another embodiment, a method of manufacturing an SSID includes: (a) forming a feature including a conductive pad electrically coupled to an imaging array in a predetermined region on a substrate having a thickness; (B) A step of removing a portion other than the predetermined region so as to reduce a thickness of a portion other than the predetermined region of the substrate, and forming an SSID attached to the substrate having a reduced thickness. And (c) forming a plurality of utility openings penetrating the SSID, and (d) separating the SSID from the substrate having a reduced thickness.
更に別の実施例では、小型イメージング装置は、(a)イメージングアレイを含むSSIDと、(b)前記SSIDの前記イメージングアレイに光学的に結合されたGRINレンズとを有する。前記GRINレンズは概ね円筒形をなすものであって良い。或る実施例では、前記GRINレンズが、受光用の第1の平坦な端部と、前記イメージングアレイに光を伝送するための第2の平坦な端部と、非透光性の被膜またはスリーブにより外囲され、前記GRINレンズ内に不要光が入射しないようにされた外側曲面とを有する。前記GRINレンズが、前記第2の平坦な端部と前記イメージングアレイとの直接的接触により、前記イメージングアレイに光学的に結合されているものとすることができる。前記直接的接触は、前記第2の平坦な端部と前記イメージングアレイとの間に透光性または半透光性の接着剤を介在させることにより実現することができる。 In yet another embodiment, a miniature imaging device includes (a) an SSID that includes an imaging array, and (b) a GRIN lens that is optically coupled to the imaging array of the SSID. The GRIN lens may be substantially cylindrical. In one embodiment, the GRIN lens includes a first flat end for receiving light, a second flat end for transmitting light to the imaging array, and a non-translucent coating or sleeve. And an outer curved surface that prevents unwanted light from entering the GRIN lens. The GRIN lens may be optically coupled to the imaging array by direct contact between the second flat end and the imaging array. The direct contact can be realized by interposing a translucent or semi-translucent adhesive between the second flat end and the imaging array.
前記SSIDは更に、前記イメージングアレイに電気的に結合するよう構成された導電パッドを含むものであって良い。この場合、アンビリカルを、導電ラインを含み、前記導電パッドを介して前記イメージングアレイにパワーを供給するとともに、前記イメージングアレイから信号を送り出すべく構成されたものとすることができる。或る実施例では、前記導電ラインは、半田付け、ワイヤボンディング、半田バンピング、共融ボンディング(eutectic bonding)、電気めっきまたは導電エポキシにより複数の導電パッドに個別に結合された複数の導電ワイヤを含む。前記SSIDは、CCD、CID及びCMOSからなる群から選択されたイメージング素子からなるものであって良い。 The SSID may further include a conductive pad configured to be electrically coupled to the imaging array. In this case, the umbilical may include a conductive line and be configured to supply power to the imaging array via the conductive pad and to send a signal from the imaging array. In one embodiment, the conductive line includes a plurality of conductive wires individually bonded to the plurality of conductive pads by soldering, wire bonding, solder bumping, eutectic bonding, electroplating or conductive epoxy. . The SSID may comprise an imaging element selected from the group consisting of CCD, CID and CMOS.
当該装置に結合され、ユーティリティを支持するべく構成されたユーティリティガイドを更に有することもできる。このようなユーティリティとしては、前記SSID及び前記ユーティリティガイドの少なくとも一方に支持された光源または流体源が含まれ得る。プロセッサ及び遠隔配置されたモニタを有し、前記SSIDにより得られたイメージをリアルタイムで見得るようにすることもできる。 It may further comprise a utility guide coupled to the device and configured to support the utility. Such utilities may include a light source or fluid source supported on at least one of the SSID and the utility guide. It is also possible to have a processor and a remotely located monitor so that the image obtained by the SSID can be viewed in real time.
更に別の実施例では、小さな管腔の開口内またはそれよりも内方の部分を観測するための方法は、(a)SSIDのイメージングアレイに光学的に結合されたGRINレンズを含むマイクロカメラを小さな管腔の開口内に挿入する過程と、(b)前記小さな管腔の開口内またはそれよりも内方の部分にて前記GRINレンズの周囲を照明する過程と、(c)前記小さな管腔の開口内またはそれよりも内方の部分の対象から反射された光または光子エネルギーを前記GRINレンズ内に受光し、前記イメージングアレイにフォーカスされた光または光子エネルギーを提供する過程と、(d)前記フォーカスされた光または光子エネルギーをデジタルデータに変換する過程と、(e)遠隔配置されたモニタで観測し得るように、前記デジタルデータを処理する過程とを有する。このような方法は、レンズとしてGRINレンズを用いることにより実施することができる。前記GRINレンズは、受光用の第1の平坦な端部と、前記イメージングアレイに光を伝送するための第2の平坦な端部と、非透光性の被膜またはスリーブにより外囲され、前記GRINレンズ内に不要光が入射されないようにされた外側曲面とを有するものであって良い。前記SSIDは、CCD、CID及びCMOSからなる群から選択されたイメージング素子からなるものであって良い。 In yet another embodiment, a method for observing a small lumen opening or inwardly comprises: (a) a micro camera including a GRIN lens optically coupled to an SSID imaging array; Inserting into the opening of the small lumen; (b) illuminating the periphery of the GRIN lens in or near the opening of the small lumen; and (c) the small lumen. Receiving in the GRIN lens light or photon energy reflected from an object in or within the aperture of the aperture and providing focused light or photon energy to the imaging array; (d) Converting the focused light or photon energy into digital data; and (e) the digital data so that it can be observed on a remotely located monitor. Processing a and a process. Such a method can be implemented by using a GRIN lens as a lens. The GRIN lens is surrounded by a first flat end for receiving light, a second flat end for transmitting light to the imaging array, and a non-translucent coating or sleeve, It may have an outer curved surface that prevents unwanted light from entering the GRIN lens. The SSID may comprise an imaging element selected from the group consisting of CCD, CID and CMOS.
更に別の小型イメージング装置も開示される。この小型イメージング装置は、SSIDによりそれぞれ支持された複数のイメージングアレイと、前記複数のイメージングアレイにそれぞれ光学的に結合された複数のGRINレンズとを有する。或る実施例では、前記複数のイメージングアレイが共通のSSIDにより支持されるものとすることができる。別の実施例では、前記複数のイメージングアレイが複数のSSIDによりそれぞれ支持されるものとすることができる。いずれの実施例でも、前記複数のイメージングアレイが共通の面上に配置されていれば、ステレオ視イメージングを提供することができる。或いは、SSIDが複数であれば、複数のマイクロカメラを共通のアンビリカルに沿って配置することができる。更に別の実施例では、前記複数のイメージングアレイが、複数の非平行視イメージングを提供するように配置されてもよい。 Yet another miniature imaging device is also disclosed. The small imaging apparatus includes a plurality of imaging arrays each supported by an SSID and a plurality of GRIN lenses optically coupled to the plurality of imaging arrays. In one embodiment, the plurality of imaging arrays may be supported by a common SSID. In another embodiment, the plurality of imaging arrays may be respectively supported by a plurality of SSIDs. In any embodiment, stereo imaging can be provided if the plurality of imaging arrays are arranged on a common plane. Alternatively, if there are a plurality of SSIDs, a plurality of micro cameras can be arranged along a common umbilical. In yet another embodiment, the plurality of imaging arrays may be arranged to provide a plurality of non-parallel viewing imaging.
更に別の実施例では、小型イメージング装置は、レンズと、SSIDと、アンビリカルと、アダプタとを有する。必須ではないが、レンズはGRINレンズからなるものであると良い。SSIDは、前記レンズに光学的に結合されたイメージングアレイを含むもので良い。アンビリカルは導電ラインを含むものとすることができ、アダプタは、レンズを支持するとともに前記SSIDと前記導電ラインとの間の導通を提供するものとすることができる。或いは、アダプタは、導電路を介して前記SSIDと前記導電ラインとの間の導通を提供する剛体をなすもので良い。前記アダプタの第1の面にて前記SSIDが前記導電路に電気的に接続され、前記アダプタの非同一面をなす第2の面にて前記導電ラインが前記導電路に電気的に接続されるように、前記導電路が、前記アダプタの複数の互いに隣接する面に沿って設けられているものとすることができる。 In yet another embodiment, the miniature imaging device includes a lens, an SSID, an umbilical, and an adapter. Although not essential, the lens may be a GRIN lens. The SSID may include an imaging array optically coupled to the lens. The umbilical can include a conductive line, and the adapter can support a lens and provide continuity between the SSID and the conductive line. Alternatively, the adapter may be a rigid body that provides conduction between the SSID and the conductive line via a conductive path. The SSID is electrically connected to the conductive path at the first surface of the adapter, and the conductive line is electrically connected to the conductive path at a second surface forming a non-identical surface of the adapter. Thus, the conductive path may be provided along a plurality of mutually adjacent surfaces of the adapter.
いずれの実施例でも、前記導電ラインは、パワー、アース、クロック信号及び出力信号を提供するワイヤを含むもので良い。SSIDは更に、前記イメージングアレイに電気的に結合され、前記SSIDと前記アダプタとの間の導通を提供する導電パッドを含むものとすることができる。この場合も、前記SSIDは、CCD、CID及びCMOSからなる群から選択されたイメージング素子からなるものでよい。 In either embodiment, the conductive lines may include wires that provide power, ground, clock signals, and output signals. The SSID may further include a conductive pad that is electrically coupled to the imaging array and provides electrical continuity between the SSID and the adapter. Again, the SSID may be an imaging element selected from the group consisting of CCD, CID and CMOS.
アダプタについては、アダプタの長さ、幅及び高さはいずれも500μmよりも小さいものとすることができる。前記アダプタは、少なくとも4つの異なる電気信号を互いに干渉することなく同時に伝送し得るように構成されているものとすることができる。更に、前記アダプタは、剛固な結合をなすように、導電性材料により前記SSIDに電気的に結合されたり、第2の剛固な結合をなすように、導電性材料により前記導電ラインに電気的に結合されたりすることができる。 For the adapter, the length, width and height of the adapter can all be less than 500 μm. The adapter may be configured to transmit at least four different electrical signals simultaneously without interfering with each other. Further, the adapter may be electrically coupled to the SSID by a conductive material so as to form a rigid bond or electrically connected to the conductive line by a conductive material so as to form a second rigid bond. Can be combined.
上記したように、光学的インサートを、前記レンズと前記SSIDの前記イメージングアレイとの間に設けることができる。しかしながら、アダプタを用いた実施例では、カラーフィルタインサートをアダプタに一体化することができる。 As described above, an optical insert can be provided between the lens and the imaging array of the SSID. However, in embodiments using an adapter, the color filter insert can be integrated into the adapter.
前記SSID、アダプタまたはレンズにユーティリティをサポートするべく構成されたユーティリティガイドを更に有することができる。典型的なユーティリティとしては、光源或いは流体源があるが、当業者であれば理解できるように、他の種類のユーティリティも存在し得る。或る実施例では、ユーティリティが、前記SSID、アダプタまたはユーティリティガイドに支持される。 The SSID, adapter or lens may further comprise a utility guide configured to support utilities. Typical utilities include light sources or fluid sources, but other types of utilities may exist as will be appreciated by those skilled in the art. In some embodiments, a utility is supported on the SSID, adapter or utility guide.
更に別のマイクロカメラの操作方法は、(a)レンズを、剛体をなすアダプタに電気的に結合されたSSIDのイメージングアレイに光学的に結合する過程と、(b)複数の導電路を確保し、そのうちの少なくとも1本を、前記アダプタの複数の非同一面に沿って配置する過程と、(c)前記導電路のうちの第1の導電路を介して前記SSIDにパワーを供給する過程と、(d)前記導電路のうちの第2の導電路を介して前記SSIDから信号を受け取る過程とを有する。この場合、前記レンズが、前記アダプタによっても支持されるものとすることが可能である。 Still another micro-camera operating method includes (a) a process of optically coupling a lens to an SSID imaging array electrically coupled to a rigid adapter, and (b) securing a plurality of conductive paths. A step of arranging at least one of the adapters along a plurality of non-coplanar surfaces of the adapter; and (c) a step of supplying power to the SSID through a first conductive path of the conductive paths. (D) receiving a signal from the SSID through a second conductive path of the conductive paths. In this case, it is possible that the lens is also supported by the adapter.
所望に応じて追加し得る過程としては、前記レンズの周囲を照明する過程がある。より詳しい実施例では、前記光学的に結合する過程が、前記レンズを前記イメージングアレイに直接取り付ける過程或いは前記レンズと前記SSIDの前記イメージングアレイとの間に光学的インサートを配置する過程を含む。前記導電路を確保する過程は、少なくとも4本の導電路を確保する過程を含むもので良い。 As a process that can be added as desired, there is a process of illuminating the periphery of the lens. In a more detailed embodiment, the optical coupling step includes attaching the lens directly to the imaging array or placing an optical insert between the lens and the imaging array of the SSID. The process of securing the conductive path may include a process of securing at least four conductive paths.
アダプタの製造方法は、(a)アダプタ基板に導電材料層を形成する過程と、(b)前記導電材料層上にフォトレジスト層を形成する過程と、(c)前記導電材料層の第1の部分が露出し、前記導電材料層の第2の部分が保護されるように、前記フォトレジスト層の一部を現像する過程と、(d)前記アダプタ基板から前記導電材料層の前記第1の部分を除去する過程とを有するもので良い。 An adapter manufacturing method includes: (a) a process of forming a conductive material layer on an adapter substrate; (b) a process of forming a photoresist layer on the conductive material layer; and (c) a first of the conductive material layer. Developing a portion of the photoresist layer such that a portion is exposed and a second portion of the conductive material layer is protected; and (d) the first of the conductive material layer from the adapter substrate. And a process of removing the portion.
所望に応じて追加し得る過程としては、前段過程として、除去可能層を作業用基板上に設けた後、前記アダプタ基板を前記除去可能層上に設ける過程が含まれる。また、所望に応じて、前記アダプタ基板から前記導電材料層の前記第1の部分を除去した後に、前記アダプタ基板を前記除去可能層から取り外す過程を実施することができる。或る実施例では、前記フォトレジスト層を現像する前記過程が、前記作業用基板の下から加熱する過程と、前記導電材料層の第1の部分を保護する前記フォトレジスト層の部分にUVライトを照射する過程とを含む。前記アダプタ基板から前記導電材料層の前記第1の部分を除去する過程の後に、前記フォトレジスト層を完全に除去することができる。 The process that can be added as desired includes a process of providing the removable substrate on the work substrate and then providing the adapter substrate on the removable layer as a previous process. Also, if desired, a process of removing the adapter substrate from the removable layer after removing the first portion of the conductive material layer from the adapter substrate can be performed. In one embodiment, the process of developing the photoresist layer includes heating from under the working substrate and UV light on the portion of the photoresist layer that protects the first portion of the conductive material layer. Irradiation process. After the step of removing the first portion of the conductive material layer from the adapter substrate, the photoresist layer can be completely removed.
このようなアダプタは、例えばその長さ、幅及び高さがいずれも500μmよりも小さいような極めて小型のものであり、上記した方法は、このような有用な装置を製造する固有の方法を提供する。レンズを支持するためにアダプタを用いる場合、前記アダプタ基板を貫通する開口を設けることができる。 Such adapters are extremely small, for example, whose length, width and height are all less than 500 μm, and the method described above provides a unique way of manufacturing such useful devices. To do. When an adapter is used to support the lens, an opening that penetrates the adapter substrate can be provided.
上記したいずれの小型イメージング装置の場合でも、テンションワイヤやマイクロ加工管などの、任意の様々な制御或いは操縦装置を用いることができる。 In any of the small imaging devices described above, any of various control or control devices such as a tension wire and a micro-machined tube can be used.
本発明の上記した以外の特徴及び利点は、本発明の特徴を例示的に説明する発明の詳細な説明を、添付の図面と併せて参照することにより、自ずと明らかになろう。 Other features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the invention which, by way of example, illustrates the features of the invention in conjunction with the accompanying drawings.
以下に、図面に示された実施形態について説明する。説明においては特定の用語が用いられるが、それによって発明の範囲を限定することは意図されていないことを理解されたい。例示された発明の特徴の変形変更や、例示された発明の原理の更なる応用が本明細書を読んだ当業者には可能であるが、それらは本発明の範囲内であると考えられるべきである。 Hereinafter, embodiments shown in the drawings will be described. While specific terms are used in the description, it should be understood that they are not intended to limit the scope of the invention. Modifications to the features of the illustrated invention and further applications of the principles of the illustrated invention are possible to those of ordinary skill in the art who have read this specification, but they should be considered within the scope of the present invention. It is.
実施例における「SSID」、「固体イメージング装置」、または「SSIDチップ」は一般にイメージデータを収集するためのイメージングアレイまたは画素アレイを担う基板を含み、更に、イメージングアレイに電気的に結合されてそれらの間の導通を容易にする導電パッドを有することができる。一実施例では、SSIDはシリコンまたはシリコンのような基板若しくはアモルファスシリコン薄膜トランジスタ(TFT)を含むことができ、通常、そこに様々な特徴部(features)が形成される。そのような特徴部には、イメージングアレイ、導電パッド、金属細線(metal traces)、回路等が含まれ得る。所望の用途に応じて他の集積回路部品を備えることもできる。しかしながら、視覚データまたは光子データを収集する手段及び視覚イメージまたはイメージ再構成を提供するべくそれらのデータを送信する手段があれば、これらの部品を全て具備する必要はない。ある実施例では、SSIDは様々なユーティリティ(utilities)を支持するため、該SSIDを貫通するユーティリティ開口を有することもできる。 An “SSID”, “solid-state imaging device”, or “SSID chip” in an embodiment generally includes a substrate that carries an imaging array or pixel array for collecting image data, and is further electrically coupled to the imaging array. There may be a conductive pad that facilitates conduction between the two. In one embodiment, the SSID can include silicon or a substrate such as silicon or an amorphous silicon thin film transistor (TFT), in which various features are typically formed. Such features can include imaging arrays, conductive pads, metal traces, circuits, and the like. Other integrated circuit components can be provided depending on the desired application. However, if there is a means for collecting visual data or photon data and a means for transmitting the data to provide a visual image or image reconstruction, it is not necessary to have all these components. In some embodiments, the SSID may have utility openings through the SSID in order to support various utilities.
「アンビリカル(umbilical)」という用語は、SSIDやマイクロカメラを動作させるユーティリティの集合を全体として含み得る。典型的には、アンビリカルは、SSIDに関するパワー、アース、クロック信号及び出力信号を提供するための、1または複数の導電ワイヤのような、導電ラインを含むが、これら全てが必ず必要というわけではない。例えば、アースを、アンビリカルラインを通じてではなく別の手段で、例えばカメラハウジングなどへ供給することが可能である。アンビリカルは、例えば、光源、温度センサ、力センサ、流体注入または吸引器(fluid irrigation or aspiration members)、圧力センサ、光ファイバ、マイクロピンセット、物質採取ツール、薬物投与装置、放射線発生装置、レーザダイオード、電気焼灼器、及び電気刺激装置といった他のユーティリティを含むこともできる。他のユーティリティも当業者には明らかであり、本明細書により理解されるだろう。 The term “umbilical” may include a collection of utilities that operate an SSID or micro camera as a whole. Typically, an umbilical includes conductive lines, such as one or more conductive wires, to provide power, ground, clock signals and output signals for the SSID, but not all of these are necessarily required. . For example, the ground can be supplied by another means rather than through an umbilical line, such as a camera housing. Umbilicals include, for example, light sources, temperature sensors, force sensors, fluid irrigation or aspiration members, pressure sensors, optical fibers, microtweezers, substance collection tools, drug delivery devices, radiation generators, laser diodes, Other utilities such as electrocautery and electrical stimulators can also be included. Other utilities will be apparent to those skilled in the art and will be understood by this specification.
「GRINレンズ」または「分布屈折率レンズ」は、レンズの中心光学軸から外径へと半径方向に変化する屈折率を有する特殊なレンズを指す。一実施例では、そのようなレンズは円筒形で、光学軸が第1の平坦な端部から第2の平坦な端部へと延在するものとして形成することができる。光学軸から径方向に屈折率が変化することにより、この形状のレンズはより伝統的な形状のレンズの効果をシミュレートすることができる。GRINレンズが図面に示されているが、当業者に知られているような、他のレンズを本発明において用いることも可能である。 A “GRIN lens” or “distributed index lens” refers to a special lens having a refractive index that varies radially from the central optical axis of the lens to an outer diameter. In one embodiment, such a lens is cylindrical and can be formed such that the optic axis extends from a first flat end to a second flat end. By changing the refractive index from the optical axis in the radial direction, this shape lens can simulate the effect of a more traditional shape lens. Although a GRIN lens is shown in the drawing, other lenses as known to those skilled in the art can also be used in the present invention.
これらの定義を念頭におき、以下、本発明の実施例を例示する添付の図面について説明する。 With these definitions in mind, reference will now be made to the accompanying drawings which illustrate embodiments of the invention.
図1及び図2を見ると、カテーテル12を含む医用イメージングシステム10として本発明が具現されている。このカテーテル12は、その末端15に設けられた全体的に符号14が付されたイメージング装置によって、撮像能力を有する。このシステムは更に、鮮明な像を得るべく、透明食塩水のようなイメージング用流体を貯蔵器18からカテーテルの末端部分へ送って、体液と置換するのを可能とする装備16を含む。また、ポンプ20が具備されており、医用イメージングを行う医師が手動で動作させたり、或いは、自動化して電気的に制御可能として、医師またはセンサからの制御信号に基づいて、またはソフトウェアコマンドに基づいて、必要に応じ流体が施されるようにすることができる。
With reference to FIGS. 1 and 2, the present invention is embodied as a
また、イメージングシステム10を制御し、患者(図示せず)内の、末端部分15に近接した部位の像を生成し、モニタ24で表示したり、データストレージ装置26に格納したりするのを可能とするべく、適切にプログラムされたコンピュータのようなプロセッサ22が設けられている。インタフェース28は、カテーテル12内を通る導電ワイヤ32、流体ディスペンサ34、及び光源44を含む電気的アンビリカル30を介して、イメージング装置14にパワーを供給し、また、イメージング装置から受信した信号に基づいてプロセッサへとデジタルイメージ信号を送る。このインタフェースは、プロセッサまたはイメージング処理を行う医師からの制御信号に基づいてポンプ20を制御するように構成することもできる。
In addition, the
図2をより詳細に見ると、末端15のイメージング装置14は、導電ワイヤ32、流体ディスペンサ34及び光源44を含み得るアンビリカル30をサポートまたは支持するためのユーティリティガイド36を含むことができる。ユーティリティガイドによって支持することのできる他の部品には、温度センサ、力センサ、流体注入または吸引器、圧力センサ、光ファイバ、マイクロピンセット、物質採取ツール、薬物投与装置、放射線発生装置、レーザダイオード、電気焼灼器、及び電気刺激装置が含まれ得る。またユーティリティガイドはSSIDまたは固体イメージング装置38を支持する。SSIDは、イメージングアレイ(図示せず)及び導電ワイヤをSSIDに接続するための導電パッド42を含む。ユーティリティガイド及びSSIDは2つの別個のユニットとして示されているが、単一の一体化ユニットを形成することもできることを理解されたい。図示されている光源はユーティリティガイドによって支持された光ファイバである。しかしながら、SSIDに支持されるような、別の光源を用いることもできる。例えば、SSIDは、末端部分のすぐ近くの領域を照らすように構成された発光ダイオード(LED)を含むことができる。このような構成のSSIDとともに、GRINレンズ40がSSIDのイメージングアレイに光学的に結合されるものとして示されている。
Turning to FIG. 2 in more detail, the
GRINレンズ40が用いられる場合、レンズは概ね円筒形とすることができる。一実施例では、GRINレンズは受光する第1の平坦な端部と、光をイメージングアレイへと通過させる第2の平坦な端部と、不所望な光がGRINレンズに入らないように不透明な被覆またはスリーブ部材によって外囲された外側曲面とを有することができる。GRINレンズは、その第2の平坦な端部がSSID38のイメージングアレイに直接的に接触することで、イメージングアレイに光学的に結合することができる。そのような直接的接触は、第2の平坦な端部とイメージングアレイとの境界に、光学的に透明なまたは半透明の接着剤を含み得る。別の方法として、GRINレンズはSSIDのイメージングアレイに、光ファイバやカラーフィルタ、または、任意の形状の光学レンズ(プリズムや広角レンズなど)のような中間光学素子を介して光学的に結合することもできる。
If a
カテーテル12は患者の体内で操縦可能で且つ外傷を極力与えないように、曲折可能で可撓性を有するように構成することができる。例えば、カテーテルは末端部分にマイクロ加工された管46を備えることができ、図示しない切り欠き部(cut-out portions)によって管の可撓性を高めるとともに、イメージング用流体の流出によって末端部分の近傍領域において体液を置換して、よりクリアなイメージを得るのを可能とすることができる。また、そのようなマイクロ加工管は、曲折によって、カテーテルが進行する際に所望の経路を選択し所望の位置に案内され易くすることができる。
The
カテーテル12は、末端部分の一側面に隣接して、テンションを加えることが可能な内部ワイヤを有することができ、本分野では知られているように、このワイヤはテンションを加えられると末端部分15を反らせるように働く。カテーテルの末端部分の反りと回転の組み合わせによって、装置が操縦可能となる。末端部分を所望の場所へと導くのを可能とする別の方法は、電流信号の印加に応じて伸張または収縮する要素のようなマイクロアクチュエータ(図示せず)を設けることである。例えば、そのような要素をテンションワイヤと置き換えることができる。
また理解されるように、このシステムは医用イメージングシステムの実施例として示されているが、このような構造は、非常に小さなイメージング装置が有用であるような他の用途及び他の装置(例えば他の装置の視覚センサ、監視装置など)において用いることもできる。 As will also be appreciated, although this system is shown as an example of a medical imaging system, such a structure is useful for other applications and other devices (eg, other devices) where very small imaging devices are useful. It can also be used in visual sensors, monitoring devices, etc.).
更に、本明細書で説明される全ての実施例について、意図されている装置は寸法が非常に小さいものとすることができ、SSIDのイメージングアレイは、別の用途において望ましいとされているよりも少ない画素数を有するものであってよい。技術の進歩につれ、画素サイズが小さくなり、より鮮明なイメージ及びデータを提供することが可能となる。しかしながら、イメージングアレイにおいて少数の画素を用いる場合、装置によって提供されるイメージの解像度はSSIDから受信されるイメージデータを処理するソフトウェアによって向上することができる。図1に示されるプロセッサは、例えば、制御された振動などによって、僅かに動かされたSSIDから受信される情報に基づき、SSIDのアレイからのスキャンイメージの分解能を向上するよう適切にプログラムすることができる。プロセッサは、振動によってどのようにイメージングアレイからのイメージデータが影響されたか分析し、その情報に基づいてイメージを改善することができる。 Further, for all the embodiments described herein, the intended apparatus can be very small in size, and SSID imaging arrays are more desirable than would be desirable in other applications. It may have a small number of pixels. As technology advances, the pixel size becomes smaller and it becomes possible to provide clearer images and data. However, when using a small number of pixels in the imaging array, the resolution of the image provided by the device can be improved by software that processes the image data received from the SSID. The processor shown in FIG. 1 may be suitably programmed to improve the resolution of the scanned image from the SSID array based on information received from the slightly moved SSID, eg, by controlled vibration. it can. The processor can analyze how the image data from the imaging array is affected by the vibration and can improve the image based on that information.
図3を参照すると、ユーティリティガイド36の実施例が示されている。このユーティリティガイドは、複数のユーティリティ開口60と一つの中央開口62とを有する。ユーティリティガイドはSSID(図示せず)の機能に干渉しない材料であればどのような材料からなってもよい。例えば、ユーティリティガイドは、所望の構造をなすように深堀の反応性イオンエッチング(deep reactive ion etching)で加工されたシリコンからなるものとすることができる。別の方法として、IBMによって製造されているSU−8高分子材料、Corningによる感光性ガラスであるFoturan、或いはLIGA (Lithographie Galvanoformung Abformung)プロセスによってモールドされたポリメタクリル酸メチル(PMMA)のような高分子材料を、そのような構造を形成するのに用いることもできる。ユーティリティガイドはSSIDの支持と、アンビリカルによって提供されるユーティリティの支持の2つの機能を有する。
Referring to FIG. 3, an example of a
図4は、本発明の実施例に基づいて使用可能なSSID38の実施例を示す。このSSIDは、電気結合部52によって導電パッド42に電気的に結合されたイメージングアレイ48を有する。これらの特徴部(features)48、42、52は全て、SSID製造時に基板54中に形成される。更に、導電ストリップまたは金属細線56がSSID上に設けられ、導電パッドとSSIDの側面(図示せず)との間の導通を提供している。GRINレンズ40のイメージングアレイに対する位置も図示されている。
FIG. 4 shows an example of an
図5は、図3のユーティリティガイド36及び図4のSSID38を用いた組立状態のマイクロカメラ50を示している。ユーティリティガイドは複数のユーティリティ開口60と一つの中央開口(図示せず)を有している。SSIDはユーティリティガイドによって支持され、エポキシ材料、陽極接合(anodic bonding)、共融ボンディング(eutectic bonding)によって、ユーティリティガイドに結合される。別の方法として、SSIDを出発材料として深堀の反応性イオンエッチング(DRIE)プロセスによってマイクロ加工することでユーティリティガイドを形成し、それによって、ユーティリティガイドをSSIDに接続する過程をなくすこともできる。SSIDは、その上面72から側面74への導通を提供する導電ストリップ56を有する。それにより、アンビリカル30の導電ワイヤ32をユーティリティガイドのユーティリティ開口によって支持するとともに、側面において例えば半田結合部などのボンディング結合部58によって導電ストリップに取着することができる。半田結合部は、銀または金含有エポキシ(silver or gold filled epoxy)、銀または金半田、或いは、他の適切な接着性または共晶を形成するような導電性材料などの、導電性ボンディング材料からなるものとすることができる。別の方法として、導電ストリップと導電ワイヤとの間の接続をワイヤボンディング、半田バンピング、共融ボンディング、電気めっき、または導電エポキシを通じて行うこともできる。しかしながら、本構成では、導電ストリップと導電ワイヤの間にワイヤボンディングを含まない直接ボンディング結合が、電気的結合が破損するリスクが小さく且つ良好な操縦性が得られるので好ましい。導電ストリップは導電パッド(図示せず)に電気的に結合され、導電パッドはイメージングアレイ(図示せず)に電気的に結合されるので、イメージングアレイとアンビリカルの導電ワイヤとの間に電気的結合が確立される。
FIG. 5 shows an assembled
SSIDは、CCD、CIDまたはCMOSイメージング装置のような、任意の固体イメージング素子とすることができる。SSID38の基板54は、シリコンまたはシリコンのような材料を含むものとしたり、或いは、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ(TFT)からなるものとすることができ、通常様々な特徴部がそこに形成される。そのような特徴部には、イメージングアレイ(図示せず)、導電パッド(図示せず)、及び導電ストリップまたは金属細線56(これらは、通常、SSIDファンドリ工程の後に局所的に設けられる)が含まれ得る。所望の用途に応じて、例えば光をレンズの周囲に照射する発光ダイオード(LED)(図示せず)のような、他の集積回路部品を備えることもできる。上記した部品は例示であり、視覚または光子データを収集する手段及びそのデータを視覚イメージまたは視覚再構成に変換する何らかの手段があれば、これらの部品を全て具備する必要はない。
The SSID can be any solid-state imaging element such as a CCD, CID or CMOS imaging device. The
導電ワイヤ32は、SSIDの方向を例えばテンションを加えることでガイドする機能と、任意の電源/信号プロセッサ(図示せず)とSSIDの間の電気的接続を提供する機能の2つの機能を提供することができるが、このように2つの機能を有することは必須ではない。別の方法として、本分野では公知のように、マイクロ加工された管によって操縦可能とすることもできる。そのようなマイクロ加工管の例が米国特許第6,428,489号明細書に記載されており、この文献はここで引用したことにより本願の一部とされる。アンビリカルについてより詳細に説明すると、アンビリカルの導電ワイヤは、パワー、アース、クロック信号または制御及び出力信号をSSIDに供給することができる。更に、導電ワイヤを含む電気的アンビリカル30は、個々のユーティリティの周囲及び/またはアンビリカル全体の周囲に絶縁被膜部を含むことができる。
マイクロカメラのレンズ40、SSID38及びユーティリティガイド36は、所望に応じて一体に融合または接合することができる。例えば、UV硬化エポキシのようなエポキシを用いてレンズをSSIDのイメージングアレイ48に接合することができる。同様に、エポキシを用いてユーティリティガイドをSSIDに接合することもできる。そのようなエポキシを用いる場合、SSID或いは装置の他の構造に損傷を与えるような強さでUV光を用いないように注意が必要である。
The
図6及び図7は、別のマイクロカメラアセンブリ70を示しており、ここでは、レンズ40はレンズホルダ64によって所定の場所に保持される。レンズホルダは、光源または流体吸引器/ディスペンサ(fluid aspirators/dispensers)のようなユーティリティを支持またはガイドするためのユーティリティ開口を含み得る。またレンズホルダは、レンズをサポートするためのレンズ開口66を有する。レンズがGRINレンズである場合、SSIDから離れた側の平坦面以外の場所からレンズに光が入るのを防止するためレンズの曲面または周囲を覆う不透明な被膜またはスリーブを設けることができる。レンズホルダを不透明な材料から形成すると、レンズホルダは、部分的に、不所望な光が側面から入るのを防ぐ不透明スリーブとして働くことができる。
6 and 7 show another
SSID38及びユーティリティガイド36は、図5を参照して説明したのと同様に構成されている。詳述すると、SSIDは、イメージングアレイ48及び導電ストリップまたは金属細線56を担う基板54を有する。ユーティリティガイド36は、レンズホルダ64のユーティリティ開口68と整合したユーティリティ開口60を有する。導電ワイヤ(図示せず)のような、SSIDにパワーを供給したりそれに関する信号伝達を行ったりするユーティリティは、通常、SSIDにおいて終端するため、レンズホルダのユーティリティ開口によって支持される必要はない。レンズホルダのユーティリティ開口は、例えば流体ディスペンサ/吸引器、光ユーティリティ、ピンセットなどのようにレンズにおいて或いはレンズの近くで使用されるユーティリティを支持するのを主たる目的としている。
The
次に図8を参照すると、ユーティリティ開口82a、82bが一体に設けられている別のSSID38が示されている。このSSIDは、導電パッド42及びイメージングアレイ48が形成された基板54を有している。SSIDは5つのユーティリティ開口82a、82bを有しているので、図5に関連して説明したような別個のユーティリティガイドを用いなくても、SSIDによって様々なユーティリティを支持することができる。レンズ40はイメージングアレイに関連して位置決めすることができるものとして示されている。
Referring now to FIG. 8, there is shown another
図9は、図8のSSID38を用いたシステム80を示している。この実施例では、SSIDは、イメージングアレイ(図示せず)、導電パッド42及びイメージングアレイと導電パッドの間に設けられた電気結合部52を担う基板54を含む。このSSIDは導電パッド42においてアンビリカル30に電気的に結合されている。詳述すると、アンビリカルの導電ワイヤ32は4つのユーティリティ開口82aによって支持され、それぞれの半田結合部58によって導電パッド42に電気的に結合されている。これら4つの導電ワイヤはパワー、アース、クロック信号をSSIDに供給するとともに、SSIDからのイメージ信号をリモートプロセッサ/モニタ装置(図示せず)に送るのに用いることができる。導電ワイヤを支持するのに5つの開口のうち4つのみが用いられている。より大きな第5の開口82bは、光源、流体吸引器及び/またはディスペンサ、温度センサ、力センサ、圧力センサ、光ファイバ、マイクロピンセット、物質採取ツール、薬物投与装置、放射線発生装置、レーザダイオード、電気焼灼器、及び電気刺激装置などの他のユーティリティを支持することができる。また第5の開口82bは複数のユーティリティ装置を支持することも可能であり、或いは、別のユーティリティを支持するために、更なる開口(図示せず)をSSIDに設けることもできる。レンズ40は、イメージングアレイに光学的に結合されるように、SSIDに対して位置決めすることができる。レンズ、SSID、アンビリカル、開口などに関して例えば図5などの別の実施例において述べたことは全て本実施例にも適用され得る。
FIG. 9 shows a
図10及び図11は、レンズ40がレンズホルダ64によって所定の位置に保持された別のマイクロカメラアセンブリ90を示す。図6及び図7と同様に、このレンズホルダはユーティリティを支持またはガイドするためのユーティリティ開口68を含むことができる。またレンズホルダは、レンズを支持するためのレンズ開口66を有する。図8に示したSSIDと同様に、このSSIDは、一体的なユニットとして形成された導電パッド42、ユーティリティ開口82a、82b及びイメージングアレイ48を有する。導電ワイヤ(図示せず)のような、SSIDにパワーを供給したりそれに関する信号伝達を行ったりするユーティリティは、レンズホルダのユーティリティ開口によって支持される必要はない。レンズホルダのユーティリティ開口は、レンズにおいて或いはレンズの近くで使用されるユーティリティを支持するのを主たる目的としている。図11に示すように、レンズホルダがSSIDに対して所定の場所に設置されると、ユーティリティティ開口82a及び導電パッド42は露出され、導電ワイヤ(図示せず)がレンズホルダに干渉されることなく導電パッドに取着されるように支持する手段を提供する。
10 and 11 show another
図12及び図13は、複数のSSID38を共通の基板102上に形成するための準備過程を模式的に示している。図12は、図8のSSIDの複数形成を示しており、図13は、図4のSSIDの複数形成を示している。どちらの製造方法も、イメージングアレイ48及び導電パッド42が形成された基板54を含む複数のSSIDを提供する手段を与える。図12は、更に、SSID自身に形成された開口82a、82bを含む。図13には導電パッドが示されていないが、これは導電ストリップ56があるために見えないからである。
12 and 13 schematically show a preparation process for forming a plurality of
次に、SSIDの製造方法の詳細について、図14a〜図14eに一つの可能な実施例を示す。このプロセスは例として説明される。以下に説明するプロセスによって、または、別の公知のチップ製造方法によって、一つのSSIDを個別に製造することも可能であるし、或いは、上記したように4つより多いSSIDをまとめて製造することもできる。予備的に、VLSIの設計仕様をCMOSファンドリへ送ることができ、そこで複数の“チップ”または特徴部集合体(feature groupings)88を単一のシリコン製造基板102上に製造することができる。製造基板上の個々の特徴部集合体は処理されて切り離され、個別のSSIDを形成する。
Next, with regard to the details of the SSID manufacturing method, FIGS. 14a to 14e show one possible embodiment. This process is described as an example. It is possible to individually manufacture one SSID by the process described below or by another known chip manufacturing method, or to manufacture more than four SSIDs collectively as described above. You can also. Preliminarily, VLSI design specifications can be sent to the CMOS foundry, where multiple “chips” or
図14aは、複数の特徴部集合体88(各特徴部集合体が個々のSSIDになる)を支持する製造基板102を示している。個々の特徴部集合体は、イメージングアレイ48、導電パッド42及び他の回路部品(図示せず)を含んでいる。ファンドリから送られてくると、通常、基板はその全体がオキシナイトライド(oxy-nitride)、二酸化シリコンなどによってコーティングされる。反応性イオンエッチング(RIE)によってこの保護コーティング及び他の薄膜層全てを除去し、シリコン上面を露出させることができる。
FIG. 14a shows a
図14bを参照すると、後に行う分離工程において必要な領域を保護するため、各特徴部集合体88をフォトレジスト材料110で覆うことができる。一実施例では、フォトレジストは約10μmの厚さに被膜することができる。図14cを参照すると、非保護領域、即ち、個々の特徴部集合体の間の領域を、例えば深堀の反応性イオンエッチングプロセスなどの公知のプロセスでエッチングすることができる。エッチングは製造基板102が薄くなり、SSID基板54(製造基板と同じ材料)が露出されるまで行うことができる。薄くなった製造基板の厚さは、例えば約50μmである。
Referring to FIG. 14b, each
図14d及び図14eは、一つのSSIDがどのようにマスクされ導電ストリップで被覆されるかを示すべく、(図14a乃至図14cのように2行2列のアレイではなく)3行3列のSSIDのアレイを示している。尚、ただ一つの完全なSSID(アレイの中央)のマスキング及び金属被覆が示されているが、通常、このプロセスはアレイ上に存在する全てのSSIDに対してなされる。更に、マスキングの前に、フォトレジスト材料は除去され、続いて1.5μmの二酸化シリコン(図示せず)が、プラズマエンハンスト化学蒸着法を用いて、SSIDアレイ及び製造基板102上に成膜される。そうして反応性イオンエッチング(RIE)を用いて二酸化シリコンを導電パッド(図示せず)から除去することができる。エッチングが終了すると、導電パッドのみが露出され、薄肉化された製造基板上のSSIDのアレイをマスクする準備ができる。
FIGS. 14d and 14e show a 3-by-3 array (rather than a 2-by-2 array as in FIGS. 14a-14c) to show how a single SSID is masked and covered with a conductive strip. An array of SSIDs is shown. Note that although only one complete SSID (center of the array) masking and metallization is shown, this process is typically done for all SSIDs present on the array. Further, prior to masking, the photoresist material is removed, and then 1.5 μm silicon dioxide (not shown) is deposited on the SSID array and
図14dは、複数の切り欠き116を有するフォトマスク114を示している。フォトマスクは、各SSIDの上面118及び側面120が所望の領域においてのみ部分的に露出されるように3次元構造として形成される。言い換えると、フォトマスクはSSIDの3次元構造のアレイ上に形成され、露出した導電パッドの設けられた場所を含む各SSIDの側面及び上面の部分が選択的に金属被覆され得るように、パターニングされる。マスキングがなされると、スパッタリングにより金属被覆を行い各個別のSSIDの露出表面を被覆することができる。例えば、リフトオフプロセスを介するTi/Ptのスパッタリングを金属被覆に用いることができる。
FIG. 14 d shows a
このプロセスにより、図14eに示すように、各SSIDの4つの側面の各々を加工して、SSIDの上面と側面を結合する導電ストリップ56を有するようにすることができる(導電パッドはイメージングアレイを制御するために存在する)。続いて、反応性イオンエッチング(RIE)を再度用いてシリコン製造基板102を除去し、各SSIDを製造基板から分離することができる。
This process allows each of the four sides of each SSID to be processed to have a
本発明の実施例に基づく他のSSIDも同様の手順を用いて作成することができる。例えば、図8に示したSSIDでは“角を曲がる(around the corner)”金属細線は存在しないので、図14dに示した3次元マスキング工程は必要ないが、それ以外は上記したのと同様にして形成することができる。更に、SSIDを貫通するユーティリティ開口を形成する過程を、ドリル穴明け、開口でのエッチングによる材料除去を可能とする(図14bのような)マスキング、若しくは他の公知のプロセスによって行うことができる。 Other SSIDs based on embodiments of the present invention can be created using similar procedures. For example, in the SSID shown in FIG. 8, there is no thin metal wire “around the corner”, so the three-dimensional masking process shown in FIG. 14d is not necessary, but otherwise the same as described above. Can be formed. Further, the process of forming the utility opening through the SSID can be performed by drilling, masking (such as FIG. 14b) that allows material removal by etching at the opening, or other known processes.
図15を参照すると、全体的に符号130が付された別のシステムが示されている。この実施例では、カテーテル12の末端部15が示されている。外側スリーブ138がカテーテルの外側を覆うようにテレスコープ式に設けられている。このカテーテルは、装置の基端側(図示せず)における差動運動(differential movement)により、所望に応じてスリーブ内へと引き込むことができる。カテーテルの外側管は、SSID38の近くで曲がる傾向を有するようにマイクロ加工を施すことができる。例えば、図示されているように、マイクロ加工によって管の一面側に複数の開口132を形成し、管を折り曲げて一部が逆向きに折り重なるような湾曲構造とすることができる。先端部は、カテーテルの湾曲した部分を部分的に、または完全に、外側スリーブ内へと引き込むことによって、所望の方向に向けることができる。一実施例では、このようなマイクロ加工管は形状記憶能力が組み込まれた、例えばNiTi合金のような超弾性材料から形成され、それによって、材料にくせ(set)を生じることなく繰り返し先端部の方向変更を行うことができる。この構造をサポートするべく、GRINレンズ40及びSSIDに隣接して更なる外側スリーブ134が設けられている。上記したように、導電ワイヤ32を含む、導電ストリップ56を設けることができる。
Referring to FIG. 15, another system, generally designated 130, is shown. In this embodiment, the
別の実施例では、カテーテル12の大径部分または外側部分に近接したカテーテル内の管腔中にテンションワイヤ136を設けることができる。テンションワイヤ136は、カテーテルの先端部15を真っ直ぐにしようとする張力を与えることによって先端部を所望の方向に向けるのを可能とする。テンションワイヤはSSID38に取着され、カテーテルを通って基端部へと延在し、イメージング作業を行っている医師によって操作可能である。また上記したように、カテーテルは、イメージング用流体、光、その他のユーティリティを供給するための装備を有することができる。
In another example, a
図16を参照すると、全体的に符号140が付されたシステムが、形状記憶能力が組み込まれた超弾性材料から形成されたヒンジ142に取り付けられたSSID38を有している。このヒンジは、カテーテル12の管腔146を定める管144に接続されている。テンションワイヤ148がヒンジに取着され、SSIDがカテーテルの長手方向軸に沿って180度逆を向いた第1の方向から、長手方向軸と概ね一致してカテーテルから遠ざかる方向の第2の位置へと向けられるのを可能とする。これをカテーテルの回転と組み合わせることで、先端部を様々な方向に向けることが可能となる。管の末端部分には角を丸められたガイド149が取着され、テンションワイヤ及びヒンジが丸みを持って曲がるようにし、それらがキンクを生じることなく、図示したように弾性的に変形するようにしている。上記したように、導電ワイヤ(図示せず)を設けることもできる。
Referring to FIG. 16, a system generally designated 140 has an
続いて図17及び図18を参照すると、別のシステムが全体的に符号150を付されて示されている。図示されているように、カテーテル12及び/またはカテーテルの末端部分15に設けられたSSID38の視界の向きを変えるための制御手段が例示されている。末端にミラー要素154を有する変形可能な外側スリーブ152が設けられている。GRINレンズ40及びミラー要素に近接した開口156が、適切なイメージングを可能とする。
With continued reference to FIGS. 17 and 18, another system is shown generally designated 150. As shown, control means for changing the orientation of the field of view of the
図17に示した配置状態においては、ミラーの角度付けられた表面によって、カテーテルの長手方向軸に対し25乃至50度の角度158でカテーテルの横側後方を見ることができる。このような配置、間隔及び要素間の角度関係に基づく視界160は、約15乃至25度とすることができる。SSIDは、カテーテルの末端部分にイメージング用流体を運んだり、SSIDのイメージングアレイ(図示せず)にパワーを供給するため、1または複数の管腔162を有することができる。理解されるように、イメージング用流体は別の管腔164またはガイドカテーテル若しくは全く別のカテーテル(図示せず)を介してイメージング部位に運ぶこともできる。
In the arrangement shown in FIG. 17, the angled surface of the mirror allows the lateral posterior side of the catheter to be viewed at an angle 158 of 25 to 50 degrees with respect to the longitudinal axis of the catheter. The field of view 160 based on such placement, spacing, and angular relationships between elements can be about 15-25 degrees. The SSID may have one or
図18に示す別の配置状態では、変形可能な外側スリーブ152が曲がり、開口156を通じて直接前方を見ることが可能となっている。また、変形可能な外側スリーブ152をより大きくまたは小さく反らせることで、様々な角度で後方を見ることができる。管の一側面(図18における底面)に隣接して取着されたテンションワイヤ166は、テンションが加えられると、変形可能な外側スリーブを反らせる。スリーブを変形させる別の方法は、スリーブをNiTi合金で形成することである。それによって、例えば異なる温度のイメージング用流体を導入したり、電流を流したりすることによって温度変化を生ずることで、図17に示した第1の配置から図18に示した第2の配置へと形状が変化する。最後の2つの実施例では、先端部は基本的に二つの状態、変形状態と非変形状態、を有する。
In another arrangement shown in FIG. 18, the deformable
次に図19を参照すると、全体的に符号170を付されたシステムが、GRINレンズ40とSSID38を有している。SSIDはシリコンまたはシリコンのような基板若しくはアモルファスシリコン薄膜トランジスタ(TFT)176を有することができ、通常様々な特徴部が形成される。イメージングアレイ48、導電パッド42、金属細線(図示せず)、回路(図示せず)などを含む特徴部が形成され得る。導電パッドに関し、導電パッドとアンビリカル(図示せず)の導電ラインとの間の接続は、半田付け、ワイヤボンディング、半田バンピング、共融ボンディング、電気めっき及び導電エポキシで行うことができる。しかしながら、電気的アンビリカルと導電パッドの間にワイヤボンディングを含まない直接半田結合が、電気的ボンディングが破損するリスクが小さく且つ良好な操縦性が得られるので好ましい。一実施例では、アンビリカルの導電ラインは、SSIDに関して、パワー、アース、クロック信号及び出力信号を与えることができる。例えばGRINレンズの周囲に光を照射するための発光ダイオード(LED)174のような別の集積回路部品を所望の用途に応じて設けてもよい。
Referring now to FIG. 19, a system generally designated 170 has a
視覚データ収集及びイメージ送信装置があり、且つ、このデータ収集及び送信装置を視覚データ信号プロセッサに接続する手段があれば、上記した部品を全て具備する必要はない。また、図19には示していないが、アンビリカル、ハウジング、アダプタ、ユーティリティガイドなどの他の部品を設けることもできる。SSID38は、CCD、CIDまたはCMOSイメージング素子などの任意の固体イメージング素子からなるものとすることができる。また図示されているように、GRINレンズ40は不透明なコーティング178で曲面を被覆され、SSIDから最も離れた側の平坦面以外から光が入るのが防止されている。
If there is a visual data collection and image transmission device and means for connecting the data collection and transmission device to a visual data signal processor, it is not necessary to have all of the above components. Moreover, although not shown in FIG. 19, other parts, such as an umbilical, a housing, an adapter, and a utility guide, can also be provided. The
図20は、複数のイメージングアレイ48a、48b、48cが共通のSSID38上に設けられた別のシステム180を示している。この斜視図には3つのイメージングアレイしか示されていないが、この実施例では5つのイメージングアレイが存在する(即ち、基板176の5つの面の各々に一つのイメージングアレイが設けられ、基板の背面はアンビリカルとの接続に用いられる)。各イメージングアレイは、それぞれGRINレンズ40a、40b、40c、40d、40eに光学的に結合される。理解されるように、これは、複数のイメージングアレイを複数のGRINレンズとともに使用し得る一構成に過ぎない。他の同様の実施例では、より少ないまたは多くのイメージングアレイを用いることも可能であり、及び/または、複数のSSIDの一部とすることが可能である。アンビリカルの接続は示されていないが、SSID及びその複数のイメージングアレイを動作させるため(信号スプリット、または、個別のパワー及び/または信号源の使用を可能とするべく)アンビリカルを設け得ることを理解されたい。
FIG. 20 shows another
図21には、ステレオ視イメージングが可能なシステムが全体的に符号190を付されて示されている。詳述すると、複数のイメージングアレイ48a、48bが共通のSSID38上に同一面内に配置されて示されている。一対のGRINレンズ40a、40bが、2つのイメージングアレイに光学的に結合されるものとして示されている。イメージングアレイの他、アンビリカル(図示せず)への導通を提供するための導電パッド42を含む他の特徴もSSIDに備わっている。
In FIG. 21, a system capable of stereo imaging is shown as a whole with
図22を参照すると、システム200は、アンビリカル30に沿って配置され、アンビリカルの導電ワイヤに取り付けられた複数のマイクロカメラ170a、170b、170cを有している。アンビリカルは、イメージを見るためのプロセッサ/モニタ(図示せず)に接続することのできる基端(proximal end)204と、末端(distal end)206とを有している。各マイクロカメラはSSID38とGRINレンズ40とを有する。図示した実施例では、末端に最も近いマイクロカメラ170cは、後に図52に示すようにその末端部にGRINレンズを有し得る光ファイバ202に光学的に結合されている。しかしながら、末端に最も近接したマイクロカメラは実際にはカテーテルの末端部に設けることができる。本発明のマイクロカメラの大きさを近似的に示すべく、米国のダイム硬貨のような小さな硬貨のサイズを概ね表す構造208が示されている。
Referring to FIG. 22, the system 200 includes a plurality of micro cameras 170a, 170b, 170c disposed along the umbilical 30 and attached to the umbilical conductive wire. The umbilical has a proximal end 204 that can be connected to a processor / monitor (not shown) for viewing the image, and a distal end 206. Each micro camera has an
図23を参照すると、SSID38上の導電パッド42と別の構造11との間の導通を提供する従来の方法が、システム210において、半田付けされたまたはボンディングされたワイヤ13を用いるものとして示されている。この接続方法はワイヤボンディングとして知られている。このようにして形成された接続は本質的に脆く、ダメージを受けやすいが、特にSSIDが他の構造に対して動くことができる場合にそうである。そのような動きはデリケートなワイヤを撓ませて応力を加え、損傷を発生させて、2またはより多くのワイヤ間に望ましくない短絡を生じ得る。
Referring to FIG. 23, a conventional method for providing conduction between the
図24を参照すると、対照的に、全体的に符号220が付されたシステムは、機械的取り付けと電気的接続を提供するコネクタブロックまたはアダプタ52を有している。言い換えると、コネクタボディまたはアダプタ本体がSSID38とアンビリカル30との間の安定及び結合と、電気的接続の両方を与える。
Referring to FIG. 24, in contrast, the system generally designated 220 has a connector block or
アダプタ52は、図示された実施例では、非導電性の基板材料中に導電ストリップ56を有しており、これら導電ストリップ56は、アンビリカル30との接続用に構成された第1の面17と、SSID38との接続用に構成された第2の面19との間を角を回ってつないでいる。導電ストリップは、アンビリカルの導電ワイヤ32及びSSIDの導電パッド42と整合するよう構成されている。また、レンズ40がSSIDに光学的に結合されるものとして図示されている。尚、アダプタはアンビリカルに接続されるものとして示されているが、他の構造がアダプタによってSSIDに接続されてもよい。そのような他の構造としては、別のチップ、そのチップが設けられたボードその他の構造、導電ストリップ、ワイヤストリップまたはケーブルなどの付加的な構造に更に結合されたコネクタ、導体が取着された可撓ストリップなどがある。
The
図25を参照すると、システム230に示すように、直線で囲まれた形状のアダプタ52の代わりに、断面が円形のまたは円筒形状のアダプタを具備することができる。円筒形のコネクタボディが他の構造の平坦面に押し付けられることで導体に圧力が加わって僅かに変形する結果、アダプタと、SSID38上の導電パッド(図示せず)と、導電ストリップ56の間の良好な接続が実現される。エポキシその他の接着剤が、このようなアセンブリを一体に保持するとともに円筒形状ボディの周りの隙間を埋めるために用いられる。ここでもまた、SSIDはイメージングアレイ48を含み、レンズ40がイメージングアレイに光学的に結合されるよう構成されている。
Referring to FIG. 25, as shown in the
次に図26〜図28を参照すると、本発明の別の実施例がシステム240として具現されている。このシステムでは、カテーテル12の末端部分15がSSID38に光学的に結合されたレンズ40を含んでいる。またSSIDはアダプタ52に電気的に結合されている。アダプタはマイクロ加工された管部46によって支持されており、管部の末端部においてその中に適合するよう構成されている。アダプタにはチャネル55が形成されており、アンビリカル30のワイヤ32または導電ストリップが通過可能となっている。マイクロ加工された管部自身はテレスコープ式に動作可能なように構成されている。これによって、カテーテルの末端部分を組み立ててカテーテルの残りの部分に容易に接続することができる。導電ストリップは、KAPTONなどの非導電材料から形成されたリボンに導電性の細線(traces)を設けその上に誘電体を被せたものを有することができ、アダプタを通してSSIDに電気的アンビリカルを提供する。上記したように、導電ストリップはカテーテルを通してその基端部の器具(図示せず)へと戻すことができる。導電ストリップの末端部では、個々の導電ワイヤ32が非導電ストリップから分離され、アダプタ上の導電パッド(図26乃至28には図示せず)にボンディングされる。このように、アダプタはアンビリカルからSSIDへの電力路を提供する。
With reference now to FIGS. 26-28, another embodiment of the present invention is embodied as a
図29を参照すると、全体的に符号250が付された別の実施例では、カテーテル12は、中央の管腔252と、その周囲に設けられた複数の補助管腔254とを有する押し出し成形された管部を有する。この構成では、中央管腔または1または複数の補助管腔を通じてイメージング用流体をカテーテルの末端部分15へと送ることができる。中央または補助管腔は、SSIDに対して電気信号、パワー、アース及び/または制御を送受する導電ワイヤ32などの導電ラインを支持することもできる。電気信号は、アダプタ52上の導電ストリップを介してアンビリカルからSSIDへと伝えられる。導電ストリップは、SSIDとアンビリカルの導電ワイヤとの間の導通を提供する。導電ストリップは、導電性の金属や前記したようなKAPTONストリップ上に形成された導体、若しくは、絶縁ワイヤまたは非絶縁ワイヤを適宜含むことができる。この実施例では、SSIDは、末端部分の近傍の領域を照らすべく構成された発光ダイオード(LED)66と、イメージングアレイ48とを有する。
Referring to FIG. 29, in another embodiment generally designated 250, the
上記したように、アダプタ52によってSSID38の電気的接続及び取り付けが容易になる。アダプタはSSID38を支持し、マイクロ加工された部分46を含むカテーテルの残りの部分に結合される。また、SSID38に結合可能なレンズ40が設けられる。このレンズはイメージングアレイ48の焦点面にイメージをフォーカスするよう構成することができる。或いは、SSID38やフィルタまたは付加的な光学要素を単に保護することもできる。非導電性の光学的に透明な接着剤またはエポキシを用いて、チップをレンズに取着することができる。
As described above, the
マイクロ加工された部分46は、カテーテル12の末端部分15により大きなフレキシビリティを与えるべく、図示されているように、管中に交互パターンをなすように形成された横方向スロット47を有する。同様のスロットが設けられたマイクロ加工管及び部分の構造の更なる詳細を、米国特許第6,428,489号明細書に見ることができる。この文献はここで引用したことで本願の一部となる。マイクロ加工により形成されたスロットは補助管腔254を横切ってもよく、或いは、中央管腔252を横切る程度に深く形成することもできる。これにより、カテーテル内からスロットを通じてカテーテルの末端部分の近傍領域へと流体を送ることが可能となる。上記したように、これは、カテーテルが患者の体内の所定部位に位置されたとき、透明食塩水のようなイメージング用流体を供給したり、カテーテルの末端部分の近傍の対象部位の治療のための薬物を送ったりするのに用いることができる。また、カテーテルの1または複数の管腔を通じて末端部近くの体液をサンプル用に採取することも可能となる。
The
別の実施例では、テンションワイヤ(図示せず)をカテーテルの補助管腔254内に通し、アダプタ52の近位端に取着してもよい。カテーテル管の可撓部をよりフレキシブルにするとともに、テンションワイヤを用いることで、本分野では知られているように、1または複数のテンションワイヤにテンションを加えてカテーテルの末端部分15を所望の方向に反らせ、末端部分を様々な方向に向けることができる。一実施例では、テンションワイヤは、末端部分15に対してカテーテル12に沿ってパワー、制御、アース、及び/またはイメージ信号を送受するべく構成可能なアンビリカルの導電ワイヤ32からなるものとすることができる。
In another embodiment, a tension wire (not shown) may be passed through the
図30を参照すると、全体的に符号260が付されたシステムが示されている。この実施例では、コネクタブロックまたはアダプタ52はそのボディまたは基板78の周囲を取り巻く導電路を有する。例えば、導電性金属からなる導電ストリップ56をリソグラフィやマスキングを用いた成膜または他の公知技術によって表面上に形成することができる。或いは、導電材料と非導電材料を積層した後、積層面を横切る複数のブロックを切り出し、アダプタの主体(bulk body)または基板を形成することで、アダプタを作成することもできる。導電層がコネクタボディの周囲に渡って表面上に露出されるので、このアダプタは表面上に配置された導体を有することができる。理解されるように、カウンタブロックの周囲に渡って表面の様々な箇所を導体で相互接続することは有用であり得る。例えば、この実施例の一応用では、アダプタをその長手方向軸周りの任意の回転角度で使用することができる。
Referring to FIG. 30, a system generally designated 260 is shown. In this embodiment, connector block or
図31のシステム270において、図30において説明したようなアダプタ52が、チップを他の構造に様々な方法で接続するのに有用である。詳述すると、導電ストリップ56を有する基板78を含むアダプタ52が、アダプタの2つの対向面を接続している。図示した例では、各々導電パッド42を有する2つのSSID38のような2つの装置が示されている。図示されているように、SSIDの導電パッドの間の導電路及び2つのSSIDの間の機械的結合の両方を形成することができる。外形で示す2つのSSID38′がアダプタに別の構成で接続されているように、多くの別の構成が可能である。
In the system 270 of FIG. 31, the
図32を参照すると、システム280は、上記したように構成された導電ストリップ56を備えた基板78を含み得るアダプタ52を有しており、各導電ストリップは第1の側面21から第2の側面23への導電路を有している。導電ストリップは上記したようなものとすることができ、即ち、マスキング過程、リソグラフィ過程及びその後にエッチングを行うことによってコネクタボディ上に成膜したものとしたり、或いは、そのような導電ストリップを形成する多くの他の方法によるものとしたりすることができる。別の実施例では、機械加工、エッチング或いは他の方法により基板78から材料を除去してスロット(図示せず)を形成することにより、導体を形成することもできる。スロットは導電材料で埋められ、そうしてできた導体ブロックを機械加工仕上げして、最終形状において各スロット内に材料面が露出するようにすることができる。
Referring to FIG. 32, the system 280 has an
図33では、全体的に符号290が付されて、2つのSSID38(または他の複数チップインタフェース)が示されている。SSID38は導電パッド42を有し、これら導電パッド42は2つのアダプタ52に接続することができる。各アダプタ52は、少なくとも2つの側面の間に導通を提供する導体または導電ストリップ56を有する。基板78または各アダプタは互いに結合され、導体が接触して導電路をなすようにすることができる。別の実施例では、まず導体を互いに結合し、続いて2つのチップに結合して接続を実現してもよい。ある実施例では、2つのコネクタボディをつなぐ更なるブロックを用い、これらコネクタブロックに跨った状態で結合させるなどして、更に機械的結合を強化することができる。
In FIG. 33,
図34及び図35を参照すると、本発明の更なる実施態様を実現するための更なる方法が、それぞれ、全体的に符号300及び310が付されて示されている。このシステムは、非導電材料から形成されたプレフォームブロック(preform block)25から開始する。ブロックの所定の箇所を改変することで導電路が形成される。例えば、プレフォームをマスクして、結晶拡散(crystal diffusion)によりプレフォームブロック中に導電材料を導入することなどにより、図示したような導電材料27による改変が可能である。マスクは単純に一連の長寸ストリップとすることができ、プレフォームを結晶拡散プロセス後の平坦基板から切り出すこともできる。プレフォームの材料は深さ29まで改変され、その後、アダプタ52がプレフォームから機械加工により形成される。その結果得られたアダプタ52は基板78を有し、材料の改変がなされた導電ボディまたはストリップ56は第1の面31と第2の面33を横切る。
Referring to FIGS. 34 and 35, additional methods for implementing further embodiments of the present invention are shown generally at 300 and 310, respectively. The system starts with a
別の実施例では、所望の幅及び深さにスロットを形成するチップ製造用鋸(chip fabrication saw)を用いるなどして、プレフォームに単にスロットを設けてもよい。その後、スロットに導電材料を充填することができる。導電材料が硬化すると、アダプタ52をプレフォーム25から機械加工により取り出すことができ、結果として得られる構造は上記したのと同じになる。
In another embodiment, the preform may simply be slotted, such as by using a chip fabrication saw that forms the slot to the desired width and depth. The slot can then be filled with a conductive material. Once the conductive material is cured, the
図36及び図37を参照すると、全体的に符号320及び330が付された別の実施例では、個別に分離した導電路を形成するように交互に配置された長いストリップ状の導電材料27と非導電材料35が非導電性の基板上に設けられた層構造を生成することでコネクタボディが形成されている。この上に更に非導電材料の層37が形成される。理解されるように、このような層構造を得るのに用いられる接着剤その他の方法は材料に依存する。しかしながら、溶剤などの接着剤、溶接などを用いる従来のボンディング技術を用いることができる。
Referring to FIGS. 36 and 37, in another embodiment, generally designated 320 and 330, long strips of
別の実施例では、このような構造をプレフォーム25に溝を形成し、これらの溝を導電材料27で埋めて導体を形成し、更にその上に他の非導電材料の層37を設けることで形成することが可能である。例えば、セラミック基板に軟化性導体(emollient conductor)で埋められた溝を設け、導体が硬化した後に、ラップ仕上げして平坦にすることができる。そして、やはりセラミックからなる上層を接着剤で取着する。プレフォームブロックが完成すると、アダプタ52をマイクロ加工、研削などにより切り離すことができる。得られたアダプタは、基板78と、導電ストリップ56を介して第1の面39から第2の面41へと伸びる導電路とを有することができる。
In another embodiment, such a structure is formed by forming grooves in the
図38及び図39を参照すると、全体に符号340が付された別のシステムが、SSID38のイメージングアレイ48に光学的に結合するGRINレンズのようなレンズ40を有している。一実施例では、レンズはイメージングアレイに透明な接着剤によって結合することができる。SSID上には導電パッドも設けられ、電気信号、パワー、アース及び/または制御をSSIDに対して送受可能とするよう構成されている。
38 and 39, another system, generally designated 340, includes a
SSID38はシリコンまたはシリコンのような基板或いはアモルファスシリコン薄膜トランジスタ(TFT)を有することができ、通常様々な特徴部が形成されている。イメージングアレイ48、導電パッド42、金属細線(図示せず)、回路(図示せず)等を含む特徴部を形成することができる。導電パッドに関し、導電パッドとアダプタ52との間の接続は、半田付け、ワイヤボンディング、半田バンピング、共融ボンディング、電気めっき及び導電エポキシで行うことができる。しかしながら、この構造では、導電ストリップと導電パッドの間にワイヤボンディングを含まない直接半田結合が、電気的ボンディングが破損するリスクが小さく良好な操縦性が得られるので好ましい。アンビリカルの導電ワイヤとアダプタの導電ストリップとの間の電気接続についても同様である。一実施例では、アンビリカルは、アダプタを介してSSIDにパワー、アース、クロック信号及び出力信号を与えることができる。GRINレンズの周囲の領域に光を照射するための発光ダイオード(LED)(図示せず)のような別の集積回路部品を所望の用途に応じて設けてもよい。LEDがSSID上にある場合、アダプタは光が通過できるように透明な材料からなるものとすることができる。上記した部品は例示的なものであって、従って、視覚または光子データを収集する手段及びそのデータを視覚イメージまたは視覚再構成に変換する何らかの手段があれば、これらの部品を全て具備する必要はない。SSIDは、CCD、CIDまたはCMOSイメージング装置のような、任意の固体イメージング素子からなるものとすることができる。
The
レンズ40は、不透明なコーティングで曲面を被覆され、SSIDから最も離れた側の平坦面以外から光が入るのが防止されたGRINレンズとすることができる。別の方法として、開口68を有するアダプタ52によってレンズ40が支持されている場合、アダプタが不透明コーティングと同様の機能を果たすことができる。
The
アダプタ52は、“角を曲がった”構造において導通を提供するよう構成された4つの導電ストリップ56を有している。これらの導電ストリップは、アダプタとSSIDが組み合わされたとき、SSID38上の導電パッド42に接触するよう配置されている。この構造では、導電ワイヤ32を含むアンビリカル30は導電ストリップに電気的に結合することができる。組立時、導電ストリップに導電ワイヤを接続することで、導電パッドを活性化し、SSIDに対してパワー、信号、アース及び/または制御の送受が可能となる。
The
次に図40及び図41を参照すると、全体に符号350が付された実施例において、レンズ40がコネクタブロックまたはアダプタ52と補助レンズホルダ76とによって支持されている。このアダプタと補助レンズホルダは、それぞれの開口68、69を介してGRINレンズを受容し保持するよう構成されている。アダプタは2つの異なる材料を含むものとすることができる。第1の材料は基板78を形成する非導電材料とすることができる。基板は、例えば金属などの導電材料からなる1または複数の導電ストリップ56を支持する。導電ストリップは、この実施例では絶縁処理を施された導電ワイヤ32を含むアンビリカルと、SSID38上の導電パッド42との間の導通を提供する働きをする。導電ワイヤは、銀または金充填エポキシ、銀または金半田または他の適切な接着剤若しくは共融導電材料などの導電性ボンディング材料を用いて導電ストリップに結合することができる。
Referring now to FIGS. 40 and 41, in an embodiment generally designated 350, the
導電ワイヤ32の各々もユーティリティまたはワイヤガイド36によって、より詳細には、各ワイヤをユーティリティガイドによって画定された管腔60に通すことによって、適切な位置に支持することができる。導電ワイヤは、アンビリカルを通じてアダプタ52(最終的にはSSIDチップ)とコンピュータインタフェース(図示せず)との間に導通を提供し、SSIDを、電源、信号プロセッサ、アースまたは制御装置(図示せず)などの他の構造とリンクする。また導電ワイヤはテンションワイヤとして操縦のために用いることもできる。しかしながら、カメラヘッドの向きを制御する別の手段を設けることが可能であるので、これは必ずしも必要ではない。
Each of the
導電ストリップ56の各々はアダプタ52の側面の或る場所からアダプタの底面の或る場所へと電流を流すことができるよう構成されている。導電ストリップの詳細は図19及び20を参照することで理解できる。図17及び図18を参照すると、導電パッド42はSSID38のイメージングアレイ48に電気的に結合されている。更に、導電ワイヤ32の各々は対応する導電ストリップ56に電気的に結合されている。従って、アダプタをSSIDに組み合わせる際、導電ストリップと導電パッドとを整合させることで、電力及びデータ信号を、それらの発生源からアンビリカルの導電ワイヤを通って、対応する導電ストリップを介し、更に対応する導電パッドを通じてイメージングアレイへと送る(或いはイメージングあれいから受け取る)ことができる。
Each of the
次に図42及び図43を参照すると、全体的に符号360が付されたシステムでは、イメージングカテーテルの末端部分15にGRINレンズなどのレンズ40が含まれている。レンズはコネクタブロックまたはアダプタ52によって横方向に支持されている。上記したような補助レンズホルダを用いることもできるが、本実施例では用いていない。本実施例でも、アダプタは、レンズを支持する機能と、電気的アンビリカル30とSSID38との間を電気的に接続する機能の2つの機能を有する。アダプタは典型的には非導電基板材料78と導電ストリップ56とを含む。非導電基板材料は、IBMによって製造されているSU−8ポリマー材料、Corningによって製造されている感光性ガラスであるFoturan、LIGA (Lithographie Galvanoformung Abformung)によってモールドされたポリメタクリル酸メチル(PMMA)、または酸化された深堀の反応性イオンエッチング(DRIE)で処理されたシリコンなどの、耐火性材料や高分子材料とすることができる。一実施例では、材料を実質的に透明とすることができ、それによってアダプタのSSIDへの取り付けの確認を、顕微鏡を用いるなどして視認検査することにより、より容易に行うことができる。SSIDが、それに組み込まれたLEDなどの光源を有する場合、透明なブロック材料は光を前方に送るのを可能とする。上記したように、導電ストリップをアダプタに取着することができ、それにより、アダプタの側面から底面にかけて角を曲がって導電路を確保することができる。レンズを支持する中央開口69をアダプタに設けることもできる。
42 and 43, in the system generally designated 360, the
導電ワイヤ32を含む電気的アンビリカル30は、絶縁被覆部88を有することができる。導電ワイヤは、複数の管腔60を有するユーティリティガイド36によって支持される。この実施例では、絶縁被覆部はワイヤの末端付近では除去されている。これは、導電ワイヤ32が導電ストリップ56に接触するのを可能とするためであり、それによってSSID38と電源、制御装置、及び/またはプロセッサ(図示せず)との間に導電ワイヤを介した電気的接続を提供することができる。この実施例では、各導電ワイヤは側面において導電ストリップに取着されており、上記したように2つの導電ラインを電気的に結合するのに用いることのできる導電性ボンディング材料82によって、それらの間の電気的接触が保持されている。
The electrical umbilical 30 including the
アダプタ52の底面において、導電ストリップ56はSSID38の導電パッド42にも接触している。この接触も、上記したような導電性ボンディング材料84を用いることで固定される。SSIDはイメージングアレイ48、付加的なIC要素(図示せず)、導電パッド、及び導電パッドとイメージングアレイとの間の電気接続部52を有することができる。それに加えて、SSIDはマイクロプロセッサや、上記したLEDのような光源を更に有することもできる。
On the bottom surface of the
小型イメージング装置の部品は、所望に応じて一体に結合または融合することができる。例えば、UV硬化エポキシなどのエポキシを用いてレンズ40をSSIDのイメージングアレイ48に結合することができる。しかしながら、そのようなエポキシを使用する場合、SSIDや装置の他の構造を損傷するような強度でUV光を用いないように注意が必要である。部品を一体に保持するのにエポキシなどのボンディング材料を用いることのできる他の場所としては、レンズとアダプタ52の間、SSIDの基板とユーティリティガイド36の間、ユーティリティガイドと電気的アンビリカル(テンションワイヤとして働いても働かなくてもよい)との間がある。ユーティリティガイドを、同様にして、カテーテルの残りの部分(図示せず)に結合することもできる。
The components of the miniature imaging device can be combined or fused together as desired. For example, an epoxy such as a UV curable epoxy can be used to couple the
上記実施例の構造は、レンズをSSID38上の所定位置に保持する働きをするだけでなく、電力、アース、制御及び/またはデータ信号を側面に隣接する導電ワイヤからSSID上の導電パッドへと供給する働きもする非常に小型のアダプタ52によって容易に実現されている。しかしながら、アダプタには他の利点もある。例えば、この構造では、SSID上におけるレンズの位置決め及びアライメントが容易に実現される。イメージング装置の全幅は約0.5mmより小さいこともあるので、このことは特に有益である。更に、ワイヤはアダプタの側面に取着されるので、導電ワイヤを曲げる必要がない。これにより、ワイヤ及び小型イメージング装置全体の強度を増し、接続や組立を容易にすることができる。このように、本実施例では、アダプタ構造によって非常に小型のイメージング装置の製造が容易になっている。
The structure of the above embodiment not only serves to hold the lens in place on the
次に、一実施例においてアダプタ52がどのように形成可能かを説明する。図44a〜図44hは2つのアダプタの製造について示している。これは一例であって、個々のアダプタを個別に作ることも、或いは、3以上のアダプタを同時に作ることも、以下に述べるプロセスで、または他の公知のチップ製造プロセスを用いて、可能である。図は断面図として示されており、2つのアダプタのうちの一つは図43のライン4−4に沿って示されている。以下、図44a〜図44hについてまとめて順に説明する。
Next, how the
図44aを参照すると、アダプタの作成に用いられる基板102が示されている。基板は、例えば、シリコンウェハとすることができる。基板上には除去可能層104が形成または成長される。基板102がシリコンウェハの場合、除去可能層104は熱二酸化シリコン層(thermal silicon dioxide layer)とすることができる。適切な厚さは約0.5μmとすることができる。これは、1または複数の主レンズホルダを製造する作業ベースを提供する。
Referring to FIG. 44a, a
例えばIBMによって製造されているSU−8のようなポリマー層106を所望の厚さを有する二酸化シリコン層上にスピンコーティングすることができる。続いて、これらの層をマスクを用いて選択的にUV光に露出し、所望の構造を形成する。これらのポリマーブロックは各々アダプタの基板となることができる。この構造のサイズの例としては、高さ300μm、長さ360μm、幅380μmとすることができる。レンズを保持する中央開口は約300μmの直径とすることができる。このように、長さが360μmで開口の直径が300μmである本実施例の場合、開口の端とポリマーの端との間には、たかだか30乃至35μmの距離があることとなる。上記した寸法は例として挙げたものである。より大きなまたはより小さなブロックを、開示される方法に基づいて形成することができる。
For example, a
ポリマー106の上面に、金属細線材料108がスパッタリングまたは蒸着により適切な厚さに形成される。金属細線材料は最終的に導電ストリップとなる。例えば金を金属細線材料として用いることができる。また、形成される金属細線の適切な厚さは、製造されるSSIDのサイズに依存する。しかしながら、本例に合った厚さとしては、約0.5μmの厚さを用いることができる。
A thin
そうして、フォトレジスト材料110を金属細線材料の上に加えることができる。フォトレジスト材料は、熱やUV光などのエネルギーに曝すことで変質し得る任意の材料とすることができる。また、フォトレジスト材料は、用途に応じて、所望の結果が得られるように希釈することができる。一実施例では、溶剤の蒸散により熱に感受性を有するフォトレジスト材料を用いることができる。UV光を用いて選択的にフォトレジストを露光することができ、UV露光されたフォトレジストは現像器で現像することで除去したり(ポジ型フォトレジストを使用)、露光されなかったフォトレジストを現像器で現像して除去したりすることができる(ネガ型フォトレジストを使用)。厚みにばらつきがあるため、フォトレジストは異なる速度で蒸発して、例えば図44bに示すような形状のフォトレジスト材料が残る。使用されるフォトレジスト材料によって、厚みの差は10倍程度或いはそれ以上になることがあり、例えばある領域では2μmで別の領域では20μmということもあり得る。所望の形状のフォトレジスト材料110が形成されると、基板102とは反対の側から、フォトレジスト材料にUV光116が照射される。フォトマスク114を用いて、図44cに示すように、フォトレジスト材料の離散した所望の部分のみが現像されるようにすることができる。また、このときフォトレジスト材料の薄い部分、即ち、上部のみが除去される。
Thus, a
図44cでは、フォトレジスト材料が除去され金属細線要素の露出された部分が、例えばウェットエッチングまたはドライエッチングにより除去可能となっている。図44dは、上述したように部分的に除去された後のフォトレジスト材料の状態を示している。続いて、図44eに示すように、フォトレジスト材料が完全に除去される。フォトレジスト材料は、選択されたフォトレジスト材料と反応することが知られている材料を用いて除去することができる。一実施例では、フォトレジスト材料の除去にアセトンを用いることができる。 In FIG. 44c, the photoresist material is removed and the exposed portion of the fine metal line element can be removed by, for example, wet etching or dry etching. FIG. 44d shows the state of the photoresist material after it has been partially removed as described above. Subsequently, as shown in FIG. 44e, the photoresist material is completely removed. The photoresist material can be removed using materials known to react with the selected photoresist material. In one example, acetone can be used to remove the photoresist material.
次に、図44fに示すように、基板中に切れ込み(saw cut)112を、例えば、チップ製造用鋸を用いて例えば基板の概ね半分に達するように形成することができる。この過程によって、図44gに示すように除去可能層104を除去するための開口が形成される。例えば除去可能層104が二酸化シリコンからなる場合、フッ化水素酸(HF)を用いて除去可能層と反応させ、ポリマー106を基板との接続から解放することができる。二酸化シリコンが除去されると、ポリマー106に付着していない金属細線部分108は図44hに示すように破り捨てることができる。こうして、2つのアダプタ52を基板102から分離して、各々を上述したようなSSIDを担うカテーテルと共に使用することができる。
Next, as shown in FIG. 44f, a
これまで説明した実施例は、直接ボンディングまたは結合によってSSIDのイメージングアレイに光学的に結合されたGRINレンズを示していた。しかしながら、“光学的に結合”という用語は、GRINレンズから光を集めるとともにSSIDのイメージングアレイにレンズを結合する更なる手段も提供する。例えば、GRINレンズとSSIDの間に、カラーフィルタ、光ファイバ、或いはプリズムや広角レンズのような所望の形状のレンズなどの別の光学素子を設けることができる。特に、ベイヤー(Bayer)フィルタパターンのような所定のパターンを有するフィルタを用いることにより、単色イメージングを多色カラーへと変換するシステムを実現することができる。ベイヤーフィルタパターンの基本構成ブロックは、1つの青(B)、1つの赤(R)、及び2つの緑(G)の四角形領域を有する2×2パターンである。ベイヤーフィルタパターンを用いる利点は、一つのセンサのみを用いて、全カラー情報を同時に記録することができ、より小さな且つ安価な装置を提供することができることである。一実施例では、分離された色のモザイクを真の色の同じ大きさのモザイクに変換するのにデモザイク(demosaicing)アルゴリズムを用いることができる。各カラー画素を2回以上用いることができ、一つの画素の真の色は周囲の直近の画素の値を平均することによって定めることができる。 The embodiments described so far have shown GRIN lenses optically coupled to an SSID imaging array by direct bonding or bonding. However, the term “optically coupled” also provides additional means of collecting light from the GRIN lens and coupling the lens to the SSID imaging array. For example, another optical element such as a color filter, an optical fiber, or a lens having a desired shape such as a prism or a wide-angle lens can be provided between the GRIN lens and the SSID. In particular, by using a filter having a predetermined pattern such as a Bayer filter pattern, it is possible to realize a system for converting monochromatic imaging into multicolored colors. The basic building block of the Bayer filter pattern is a 2 × 2 pattern having one blue (B), one red (R), and two green (G) square regions. The advantage of using a Bayer filter pattern is that all color information can be recorded simultaneously using only one sensor, and a smaller and less expensive device can be provided. In one embodiment, a demosaicing algorithm can be used to convert the isolated color mosaic into a true color mosaic of the same size. Each color pixel can be used more than once, and the true color of one pixel can be determined by averaging the values of the nearest neighboring pixels.
具体的には、図45乃至図47を参照すると、全体に符号370が付されたカラーフィルタインサートが、概ね光学的に透明なフィルタ基板372とカラーフィルタモザイク部374とを有している。このフィルタインサートは全体的に緑色透明カラー材料376、青色透明カラー材料378、及び赤色透明カラー材料377とからなる。透明カラー材料376、378、377の各々はBrewer Scienceから入手可能な重合カラー樹脂からなるものとすることができる。一実施例では、緑色カラー材料376を最初に透明なフィルタ基板上に配置し、続いて赤色カラー材料377及び青色カラー材料378を緑色材料によって定められた適切な空間に配置することができる。各透明カラー材料は、SSIDイメージアレイ画素の大きさとなるように構成することができる。光学的に透明なフィルタ基板は、例えば、IBMから入手可能なSU−8のようなポリマー材料とし、約20μmの厚さとすることができるが、他の厚さを用いてもよい。
Specifically, referring to FIGS. 45 to 47, the color filter insert denoted by
図48を参照すると、システム380では、光学的に透明なフィルタ基板372とカラーフィルタモザイク部374を有するカラーフィルタインサート370が、レンズ40とSSID38のイメージングアレイ48との間に配置されている。SSIDをカラーフィルタインサートまたは光ファイバを介してレンズに接続して光学的接続を達成するのに、例えば光学的に透明なボンディング用エポキシによるボンディングなど、任意のボンディング技術または機械的結合を用いることができる。図48には、図42に関連して説明したのと同様の他の構造も示されている。
Referring to FIG. 48, in the system 380, a
図49及び図50は、それぞれ、下側斜視図及び上側斜視図として、カラーフィルタインサート370及びアダプタ52の関係の一例を示しており、カラーフィルタはアダプタ上に直接的に一体化することができる。アダプタは、上述したように、基板78と導電ストリップ56とを有する。
49 and 50 show an example of the relationship between the
図51を見ると、システム390において、光学的に透明なフィルタ基板372とカラーフィルタモザイク部374を有するカラーフィルタインサート370が、レンズ40とSSID38のイメージングアレイ(図示せず)との間に配置されている。図52は、別のシステム400を示しており、そこでは、レンズ40をSSID38のイメージングアレイ(図示せず)に光学的に結合するのに光ファイバ202が用いられている。SSIDをカラーフィルタインサートまたは光ファイバを介してレンズに接続して光学的接続を達成するのに、例えば透明なボンディング用エポキシによるボンディングなど、任意のボンディング技術または機械的結合を用いることができる。上記したように、図51及び図52のどちらでも、末端部分15に設けられたイメージング装置は、導電ワイヤ32や他のユーティリティ(図示せず)を含み得るアンビリカル30を支持するためのユーティリティガイド36を有することができる。また、図51及び図52のどちらも、カメラを支持するとともに方向を変えられるようにするマイクロ加工された管46を示している。
51, in the
理解されるように、本発明の原理に基づくイメージング装置は非常に小型とすることができ、様々なイメージングにおける問題を解決するのに有用であり、特に、例えば人体における小さな開口または管腔(トロカール管腔のように人工的なもの或いは解剖学的構造上のもの)の内方に位置する部位をイメージングしたり、小さな切れ目などを通じてイメージングしたりする場合のように、小さな開口の内方の離れた場所をイメージングする際の問題を解決するのに有用であり、本構造によってアセンブリの小型化及び単純化が容易となる。実際、SSIDが固体素子であることや他の特徴によって、これらのカメラをミクロンオーダーで作成することができ、従前はアクセスできなかった領域(歯科/歯列矯正、ファロピーオ管、心臓、肺、耳の前庭、など)に到達することが可能となる。また、結腸、胃、食道、その他の同様の体内構造を含むより大きな管腔や腔所を、患者にかける負担はより小さく、より快適に観察することができる。更に、このような装置はその場(in situ)での組織分析に用いることもできる。 As will be appreciated, an imaging device based on the principles of the present invention can be very compact and is useful in solving various imaging problems, in particular, for example, small openings or lumens in the human body (trocars). The inner part of a small opening, such as when imaging a part located inside an artificial or anatomical structure (such as a lumen) or through a small cut, etc. This structure is useful for solving the problem of imaging a new location, and the structure facilitates miniaturization and simplification of the assembly. In fact, due to the fact that the SSID is a solid state element and other features, these cameras can be made on the micron order and have previously been inaccessible areas (dental / orthodontic, faropio tube, heart, lung, ear To reach the front yard, etc.). Also, larger lumens and cavities including the colon, stomach, esophagus and other similar body structures are less burdensome on the patient and can be observed more comfortably. Furthermore, such a device can also be used for tissue analysis in situ.
上記した実施例は本発明の原理の適用例を示すものであることを理解されたい。本発明は、本発明の実施例に基づいて説明され且つ図面に示されているが、様々な変形変更が本発明の思想及び範囲を逸脱することなく可能である。当業者には明らかなように、特許請求の範囲に記載された本発明の原理及び概念を逸脱することなく様々な変形を行うことができる。 It should be understood that the above-described embodiments are examples of the application of the principles of the present invention. While the invention has been described in terms of an embodiment of the invention and shown in the drawings, various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the principles and concepts of the invention as set forth in the claims.
Claims (76)
(a)ユーティリティをサポートするべく構成された少なくとも1つの開口を有するユーティリティガイドと、
(b)i)上面に設けられたイメージングアレイ及び
ii)側面に設けられ、前記イメージングアレイに電気的に結合された導電要素を有する、前記ユーティリティガイドにより支持されたSSIDと、
(c)イメージングアレイに光学的に結合されたレンズと、
(d)前記SSID側面に設けられた前記導電要素に電気的に結合された導電ラインを含み、前記少なくとも1つの開口により支持されたアンビリカルとを有することを特徴とする小型イメージング装置。 A small imaging device,
(A) a utility guide having at least one opening configured to support the utility;
(B) i) an imaging array provided on the top surface; and ii) a SSID provided on the side surface and having a conductive element electrically coupled to the imaging array and supported by the utility guide;
(C) a lens optically coupled to the imaging array;
(D) A compact imaging apparatus comprising a conductive line electrically coupled to the conductive element provided on the side surface of the SSID, and an umbilical supported by the at least one opening.
(a)一体的に形成された構造を有し、導電パッドに電気的に結合されたイメージングアレイ及び貫通する少なくとも1つのユーティリティ開口を有するSSIDと、
(b)前記イメージングアレイに光学的に結合されたレンズと、
(c)前記少なくとも1つのユーティリティ開口に支持され、前記導電パッドに電気的に結合された導電ラインを含むアンビリカルとを有することを特徴とする小型イメージング装置。 A small imaging device,
(A) an SSID having an integrally formed structure and electrically coupled to a conductive pad and having at least one utility aperture therethrough;
(B) a lens optically coupled to the imaging array;
And (c) an umbilical including a conductive line supported by the at least one utility opening and electrically coupled to the conductive pad.
(a)レンズを、SSIDのイメージングアレイに光学的に結合する過程と、
(b)複数の導電路を確保し、そのうちの少なくとも1本を、前記SSIDの複数の非同一面に沿って配置する過程と、
(c)前記導電路のうちの第1の導電路を介して前記SSIDにパワーを供給する過程と、
(d)前記導電路のうちの第2の導電路を介して前記SSIDから信号を受け取る過程とを有することを特徴とする方法。 A method of operating a micro camera,
(A) optically coupling the lens to an SSID imaging array;
(B) securing a plurality of conductive paths and arranging at least one of them along a plurality of non-identical surfaces of the SSID;
(C) supplying power to the SSID via the first conductive path of the conductive paths;
(D) receiving a signal from the SSID via a second of the conductive paths.
(a)レンズを、SSIDのイメージングアレイに光学的に結合する過程と、
(b)第1の導電路を介して前記SSIDにパワーを供給する過程と、
(c)第2の導電路を介して前記SSIDからイメージ観測用信号を発信する過程とを有し、
前記第1の導電路が、第1の導電性アンビリカルワイヤと、第1の導電性パッドと、前記第1の導電性アンビリカルワイヤの端部を前記第1の導電性パッドに直接結合する第1のボンディング結合とを含み、
前記第2の導電路が、第2の導電性パッドと、第2の導電性アンビリカルワイヤと、前記第2の導電性アンビリカルワイヤの端部を前記第2の導電性パッドに直接結合する第2のボンディング結合とを含むことを特徴とする方法。 A method of operating a micro camera,
(A) optically coupling the lens to an SSID imaging array;
(B) supplying power to the SSID via a first conductive path;
(C) transmitting an image observation signal from the SSID via a second conductive path;
The first conductive path first couples a first conductive umbilical wire, a first conductive pad, and an end of the first conductive umbilical wire directly to the first conductive pad. Bond bonding,
The second conductive path directly couples a second conductive pad, a second conductive umbilical wire, and an end of the second conductive umbilical wire to the second conductive pad. A bonding bond.
(a)或る厚さを有する基板上の所定の領域に、イメージングアレイに電気的に結合された導電パッドを含む特徴部を形成する過程と、
(b)前記基板の前記所定の領域以外の部分の厚さを減じるように前記所定の領域以外の部分を除去し、SSIDを、前記導電パッドが形成された上面及び該上面に隣接する側面を有し、厚さが減じられた基板に取り付けられた状態で形成する過程と、
(c)前記導電パッド及び前記側面が露出するように前記SSIDを3次元的にマスクする過程と、
(d)前記導電パッド及び前記側面に導電材料を被膜し、前記導電パッド及び前記側面を互いに電気的に結合する過程とを有することを特徴とする方法。 A method of manufacturing an SSID,
(A) forming a feature including a conductive pad electrically coupled to an imaging array in a predetermined region on a substrate having a thickness;
(B) The portion other than the predetermined region is removed so as to reduce the thickness of the portion other than the predetermined region of the substrate, and the SSID is formed on the upper surface on which the conductive pad is formed and the side surface adjacent to the upper surface. Having a process of forming the substrate attached to a substrate having a reduced thickness;
(C) three-dimensionally masking the SSID so that the conductive pad and the side surface are exposed;
(D) coating the conductive pad and the side surface with a conductive material, and electrically coupling the conductive pad and the side surface to each other.
(a)或る厚さを有する基板上の所定の領域に、イメージングアレイに電気的に結合された導電パッドを含む特徴部を形成する過程と、
(b)前記基板の前記所定の領域以外の部分の厚さを減じるように前記所定の領域以外の部分を除去し、SSIDを、厚さが減じられた基板に取り付けられた状態で形成する過程と、
(c)前記SSIDを貫通する複数のユーティリティ開口を形成する過程と、
(d)厚さが減じられた前記基板から前記SSIDを切り離す過程とを有することを特徴とする方法。 A method of manufacturing an SSID,
(A) forming a feature including a conductive pad electrically coupled to an imaging array in a predetermined region on a substrate having a thickness;
(B) A step of removing a portion other than the predetermined region so as to reduce a thickness of the portion other than the predetermined region of the substrate, and forming an SSID attached to the substrate having a reduced thickness. When,
(C) forming a plurality of utility openings through the SSID;
(D) detaching the SSID from the substrate having a reduced thickness.
(a)イメージングアレイを含むSSIDと、
(b)前記SSIDの前記イメージングアレイに光学的に結合されたGRINレンズとを有することを特徴とする小型イメージング装置。 A small imaging device,
(A) an SSID including an imaging array;
(B) A compact imaging apparatus comprising a GRIN lens optically coupled to the imaging array of the SSID.
(a)SSIDのイメージングアレイに光学的に結合されたGRINレンズを含むマイクロカメラを小さな管腔の開口内に挿入する過程と、
(b)前記小さな管腔の開口内またはそれよりも内方の部分にて前記GRINレンズの周囲を照明する過程と、
(c)前記小さな管腔の開口内またはそれよりも内方の部分の対象から反射された光または光子エネルギを前記GRINレンズ内に受光し、前記イメージングアレイにフォーカスされた光または光子エネルギを提供する過程と、
(d)前記フォーカスされた光または光子エネルギをデジタルデータに変換する過程と、
(e)遠隔配置されたモニタで観測し得るように、前記デジタルデータを処理する過程とを有することを特徴とする観測方法。 A method for observing a small lumen opening or an inner portion thereof,
(A) inserting a micro camera including a GRIN lens optically coupled to an SSID imaging array into a small lumen opening;
(B) illuminating the periphery of the GRIN lens in the opening of the small lumen or inwardly thereof;
(C) receiving light or photon energy reflected from an object within or smaller than the opening of the small lumen into the GRIN lens and providing focused light or photon energy to the imaging array The process of
(D) converting the focused light or photon energy into digital data;
And (e) a process for processing the digital data so that the digital data can be observed on a remotely located monitor.
(a)SSIDによりそれぞれ支持された複数のイメージングアレイと、
(b)前記複数のイメージングアレイにそれぞれ光学的に結合された複数のGRINレンズとを有することを特徴とする小型イメージング装置。 A small imaging device,
(A) a plurality of imaging arrays each supported by an SSID;
(B) A small imaging apparatus comprising a plurality of GRIN lenses optically coupled to the plurality of imaging arrays, respectively.
(a)レンズと、
(b)前記レンズに光学的に結合されたイメージングアレイを含むSSIDと、
(c)導電ラインを含むアンビリカルと、
(d)前記レンズを支持するべく構成され、前記SSIDと前記導電ラインとの間の導通を提供するアダプタとを有することを特徴とする小型イメージング装置。 A small imaging device,
(A) a lens;
(B) an SSID including an imaging array optically coupled to the lens;
(C) an umbilical including a conductive line;
(D) A compact imaging apparatus comprising an adapter configured to support the lens and providing conduction between the SSID and the conductive line.
(a)レンズと、
(b)前記レンズに光学的に結合されたイメージングアレイを含むSSIDと、
(c)導電ラインを含むアンビリカルと、
(d)導電路を介して前記SSIDと前記導電ラインとの間の導通を提供する剛体をなすアダプタとを有し、
前記アダプタの第1の面にて前記SSIDが前記導電路に電気的に接続され、前記アダプタの非同一面をなす第2の面にて前記導電ラインが前記導電路に電気的に接続されるように、前記導電路が、前記アダプタの複数の互いに隣接する面に沿って設けられていることを特徴とする小型イメージング装置。 A small imaging device,
(A) a lens;
(B) an SSID including an imaging array optically coupled to the lens;
(C) an umbilical including a conductive line;
(D) having a rigid adapter that provides conduction between the SSID and the conductive line via a conductive path;
The SSID is electrically connected to the conductive path at the first surface of the adapter, and the conductive line is electrically connected to the conductive path at a second surface forming a non-identical surface of the adapter. In this way, the conductive path is provided along a plurality of mutually adjacent surfaces of the adapter.
(a)レンズを、剛体をなすアダプタに電気的に結合されたSSIDのイメージングアレイに光学的に結合する過程と、
(b)複数の導電路を確保し、そのうちの少なくとも1本を、前記アダプタの複数の非同一面に沿って配置する過程と、
(c)前記導電路のうちの第1の導電路を介して前記SSIDにパワーを供給する過程と、
(d)前記導電路のうちの第2の導電路を介して前記SSIDから信号を受け取る過程とを有することを特徴とする方法。 A method of operating a micro camera,
(A) optically coupling the lens to an SSID imaging array electrically coupled to a rigid adapter;
(B) securing a plurality of conductive paths, and arranging at least one of them along a plurality of non-coplanar surfaces of the adapter;
(C) supplying power to the SSID via the first conductive path of the conductive paths;
(D) receiving a signal from the SSID via a second of the conductive paths.
(a)アダプタ基板に導電材料層を形成する過程と、
(b)前記導電材料層上にフォトレジスト層を形成する過程と、
(c)前記導電材料層の第1の部分が露出し、前記導電材料層の第2の部分が保護されるように、前記フォトレジスト層の一部を現像する過程と、
(d)前記アダプタ基板から前記導電材料層の前記第1の部分を除去する過程とを有することを特徴とする方法。 An adapter manufacturing method comprising:
(A) forming a conductive material layer on the adapter substrate;
(B) forming a photoresist layer on the conductive material layer;
(C) developing a portion of the photoresist layer such that the first portion of the conductive material layer is exposed and the second portion of the conductive material layer is protected;
(D) removing the first portion of the conductive material layer from the adapter substrate.
52. Miniature imaging according to claim 1, 2, 28, 50 or 51, characterized in that the imaging device is received in a micromachined tube configured to manipulate the distal end of the device. apparatus.
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