JP2011078566A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大電流で駆動するＬＥＤを用いた場合であっても、ＬＥＤを十分に冷却することができ、内視対象に対して安定して明るい照明を行う。
【解決手段】内視対象の管腔内に挿入される挿入部の先端に配置され、先端側に突出する凸部１２を有する金属製の取付ベース４と、該取付ベース４の凸部１２を回避した位置に配置され、表面側に電極パッド７ｂを有し、裏面側を取付ベース４に熱伝導性接合材１７により接合されたフレキシブル基板７と、裏面に電極６ｃを有し、該電極６ｃがフレキシブル基板７の電極パッド７ｂにハンダ付けされるとともに、電極６ｃ以外の裏面部分６ｄが取付ベース４の凸部１２の先端面に熱伝導性接合材１８により接合されたＬＥＤパッケージ６とを備える内視鏡装置を提供する。
【選択図】図６

Description

本発明は、内視鏡装置に関するものである。

従来、内視鏡装置として、挿入部の先端にＬＥＤを取り付けた基板を固定した構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−２６７０９９号公報

しかしながら、特許文献１の内視鏡装置は、ＬＥＤにおいて発生した熱は、基板を貫通する導体と、基板の裏側において導体に接続された細い断面積を有する導線を介して放出されるのみであるため、冷却が十分に行われないというおそれがある。特に、高い光量を確保するために大電流で駆動するＬＥＤを用いることが望まれており、この場合には、さらに冷却の問題が深刻となるおそれがある。

そこで、大電流で駆動するＬＥＤを用いた場合であっても、ＬＥＤを十分に冷却することができ、内視対象に対して安定して明るい照明を行うことができる内視鏡装置が望まれていた。

手段の一態様は、内視対象の管腔内に挿入される挿入部の先端に配置され、先端側に突出する凸部を有する金属製の取付ベースと、該取付ベースの前記凸部を回避した位置に配置され、表面側に電極パッドを有し、裏面側を前記取付ベースに熱伝導性接合材により接合されたフレキシブル基板と、裏面に電極を有し、該電極が前記フレキシブル基板の電極パッドにハンダ付けされるとともに、電極以外の裏面部分が前記取付ベースの凸部の先端面に熱伝導性接合材により接合されたＬＥＤパッケージとを備える内視鏡装置である。

この態様によれば、取付ベースに固定されたフレキシブル基板を介して供給された電流が、基板の電極パッドに電気的に接続された電極を介してＬＥＤパッケージに供給され、ＬＥＤパッケージから照明光が発せられ、挿入部の先端側に配置されている内視対象の管腔内が照明される。電流が供給されて発光することによりＬＥＤパッケージは発熱することとなるが、その熱は熱伝導性接合材により金属製の取付ベースに接合されたＬＥＤパッケージの裏面の電極以外の部位から取付ベースに容易に放熱される。さらに、電極部分においても、ＬＥＤパッケージの熱は、熱伝導性接合材により金属製の取付ベースに接合されたフレキシブル基板の電極パッドを貫通して、取付ベースに容易に放熱される。電極パッドは、ＬＥＤパッケージ裏面の電極に合わせて比較的大きな面積に形成することができ、従来の導線と比較して放熱性を向上することができる。

上記態様においては、前記取付ベースを軸方向に貫通して配置され、前記管腔からの光を集光する複数のレンズと、該レンズを収容する筒状のレンズ枠とを有する撮影光学系を備え、前記レンズ枠の外面に、前記ＬＥＤパッケージの側面を突き当てる突当て面が設けられていてもよい。

このようにすることで、ＬＥＤパッケージの側面を突当て面に突き当てるだけで、ＬＥＤパッケージと撮影光学系とを可能な限り近接させ、かつ、ＬＥＤパッケージの位置決めを容易に行うことができる。ＬＥＤパッケージを撮影光学系に近接させることで、挿入部の小径化を図ることができる。

上記態様においては、前記突当面が、前記レンズの内で最も先端側に配置された前記レンズの径方向の外縁位置よりも、前記レンズ枠の中心から近い距離に配置されていてもよい。
このようにすることで、撮影光学系の光軸とＬＥＤパッケージとをさらに近接させることができる。撮影光学系を構成する複数のレンズとしては、最も先端に配置されるレンズが大きく、他のレンズはそれよりも小さくすることができる。したがって、その小さいレンズの位置に突当て面を設けることで、撮影光学系により集光する光を遮ることなく挿入部のさらなる小径化を図ることができる。

また、上記態様においては、最も先端側に配置された前記レンズの周方向の一部の、前記突当面に対応する位置に切欠が設けられていてもよい。
このようにすることで、撮影光学系の光軸とＬＥＤパッケージとをさらに近接させることができる。撮影光学系に入射される全ての光が有用ではなく、半径方向の最も外側から入射される光はその一部を制限しても必要な情報を得ることができる。この場合には、最も先端に配置されるレンズの位置に突当て面を設けることにしてもよく、挿入部の小径化を図ることができる。

大電流で駆動するＬＥＤを用いた場合であっても、ＬＥＤを十分に冷却することができ、内視対象に対して安定して明るい照明を行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る内視鏡装置を示す部分的な縦断面図である。 図１の内視鏡装置に備えられるアダプタを部分的に示す組立斜視図である。 図２のアダプタの分解斜視図である。 図１のアダプタに備えられるＬＥＤパッケージの裏面を示す斜視図である。 図１のアダプタの組立手順を示す図であり，（ａ）接着剤の塗布、（ｂ）フレキシブル基板の接着、（ｃ）はんだペーストの塗布、（ｄ）ＬＥＤパッケージの装着をそれぞれ示す図である。 図５の組立手順によって組み立てられたアダプタを部分的に示す図である。 図４の変形例を示すＬＥＤパッケージの裏面を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係る内視鏡装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡装置１は、図１および図２に示されるように、内視対象の管腔内に挿入される挿入部２を備えている。挿入部２の先端には、該先端を覆うキャップ状のアダプタ３が取り付けられている。

アダプタ３は、図１および図２に示されるように、挿入部２の先端に配置される金属製の取付ベース４と、該取付ベース４に固定された撮影光学系５、ＬＥＤパッケージ６およびフレキシブル基板７（図２参照。）と、これらを覆うガラス板８を備えるカバー９と、取付ベース４およびカバー９を一体として挿入部２に固定する取付スリーブ１０とを備えている。

取付ベース４には、撮影光学系５を取り付ける貫通孔１１と、ＬＥＤパッケージ６を取り付けるＬＥＤ固定部１２と、フレキシブル基板７を取り付ける基板固定部１３とが設けられている。貫通孔１１は、ＬＥＤ固定部１２および基板固定部１３に対して高い位置に形成された段部１４に設けられている。

段部１４には、図３に示されるように、貫通孔１１の両側に給電用貫通孔１５が設けられており、挿入部２側に固定されている給電部（図示略）が給電用貫通孔１５を貫通させられて段部１４の上面側まで延びて配置されるようになっている。

ＬＥＤ固定部１２と基板固定部１３は、図３に示されるように、挿入部２の先端に固定されたときに先端方向に向かう面に設けられている。図４に示されるように、ＬＥＤ固定部１２は基板固定部１３に対して、フレキシブル基板７の厚さ寸法とほぼ同等の段差によって一段高く形成されている。

撮影光学系５は、図１に示されるように、光軸方向に沿って配列された複数のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃと、これらのレンズ５ａ〜５ｃを収容する筒状のレンズ枠５ｄとを備えている。レンズ枠５ｄは、取付ベース４に設けられた貫通孔１１に嵌合されることにより、取付ベース４に位置決め状態に取り付けられるようになっている。

複数のレンズ５ａ〜５ｃの内、最も先端側に配置されるレンズ５ａは、負の屈折力を有するレンズであって、最も大きな外径寸法を有している。このレンズ５ａの後段に配置される他のレンズ５ｂ，５ｃは、最先端のレンズ５ａにより集光された細い光束を通過させるだけの比較的小さい外径寸法を有している。

これらのレンズ５ａ〜５ｃを収容するレンズ枠５ｄは、後段のレンズ５ｂ，５ｃの位置において半径方向内方に括れた形状を有し、その位置における外径寸法は、最先端のレンズ５ａの外径寸法より小さく構成されている。そして、この位置において、レンズ枠５ｄはＬＥＤパッケージ６の側面を突き当てる突当て面１６を構成している。

また、撮影光学系５の最先端のレンズ５ａは、図２に示されるように、円形に形成された周方向の一部に直線状に切り欠いた切欠（Ｄカット）を有している。切欠は、突当て面１６に対応する位置に位相を合わせて配置されている。

ＬＥＤパッケージ６は、内部に配置されたＬＥＤ（図示略）を支持する略正方形の板状のセラミック基板６ａと、ＬＥＤを被覆する透明な樹脂材料からなる略半球形のモールド部６ｂとを備えている。セラミック基板６ａのモールド部６ｂとは反対側に配置される裏面側には、図４に示されるように、ＬＥＤに接続される電極６ｃが露出している。電極６ｃは、図４に示されるように、セラミック基板６ａの中央部を避けて両側に２カ所配置されている。また、中央部には、放熱用の放熱パッド６ｄが設けられている。

ＬＥＤパッケージ６のセラミック基板６ａの裏面に設けられた放熱パッド６ｄは、取付ベース４に固定される際に、取付ベース４に設けられたＬＥＤ固定部１２に接合されるようになっている。この状態で、セラミック基板６ａの裏面に設けられた２カ所の電極６ｃは、取付ベース４の基板固定部１３にそれぞれ対向して配置されるようになっている。

フレキシブル基板７は、図２に示されるように、例えば、ポリイミド樹脂のような電気的絶縁性の高い柔軟なフィルム状の基材７ａの上に導電性材料からなる配線パターン７ｂを形成することにより、一表面のみに電極パッド７ｂが形成されている。フレキシブル基板７は、図２および図３に示されるように、屈曲させられて使用され、取付ベース４の基板固定部１３から、段部１４の上面にかけて配置されるようになっている。段部１４の上面には給電用貫通孔１５が開口しており、該給電用貫通孔１５を貫通して挿入部２側から延びてきた給電部がフレキシブル基板７の電極パッド７ｂに電気的に接続され、フレキシブル基板７上の電極パッド７ｂに電流を供給することができるようになっている。

取付ベース４へのフレキシブル基板７およびＬＥＤパッケージ６の取り付けは、以下のようにして行われる。
取付ベース４には、その貫通孔１１に予め撮影光学系５を取り付けておく。

フレキシブル基板７は、図５（ａ）に示されるように、その裏面側に塗布された熱伝導性接着剤１７を介して取付ベース４の基板固定部１３に接着されるようになっている。基板固定部１３とＬＥＤ固定部１２とはフレキシブル基板７および熱伝導性接着剤１７を加えた厚さと略同等の寸法の段差を有しているので、フレキシブル基板７を基板固定部１３に接着すると、図５（ｂ）に示されるように、フレキシブル基板７の電極パッド７ｂの表面と、ＬＥＤ固定部１２の表面とはほぼ同一平面上に配置されるようになる。

この状態で、図５（ｃ）に示されるように、ＬＥＤ固定部１２の表面および電極パッド７ｂの表面にはんだペースト１８を塗布して、図５（ｄ）に示されるように、その上にＬＥＤパッケージ６を配置する。ＬＥＤパッケージ６を配置する際には、ＬＥＤパッケージ６のセラミック基板６ａの側面をレンズ枠５ｄにより構成された突当て面１６に突き当てる。そして、この状態でリフローはんだ付けを行うことにより、ＬＥＤパッケージ６裏面の電極６ｃをフレキシブル基板７の電極パッド７ｂに、また、ＬＥＤパッケージ６裏面の放熱パッド６ｄを取付ベース４のＬＥＤ固定部１２にそれぞれ接合することができる。

この場合において、フレキシブル基板７の電極パッド７ｂの表面とＬＥＤ固定部１２の表面との間に微小な段差が存在しても、リフローはんだ付けによってはんだが溶融する際にその段差が吸収されて、両者ともに隙間無く接合されることになる。
なお、上述したはんだペースト１８に代えて、導電性接着材を用いることもできる。

このようにして、図６に示されるように、固定されたＬＥＤパッケージ６は、電極６ｃをフレキシブル基板７の電極パッド７ｂにはんだ付けされることにより、電気的に接続されている。また、放熱パッド６ｄをＬＥＤ固定部１２にはんだ付けされることにより、伝熱経路Ａが形成されている。さらに、フレキシブル基板７と取付ベース４の基板固定部１３とを熱伝導性接着剤１７により接着しているので、ＬＥＤパッケージ６の電極６ｃ、該電極６ｃにはんだ付けされた電極パッド７ｂを有するフレキシブル基板７を介してフレキシブル基板７の厚さ方向に貫通する伝熱経路Ｂも形成されている。

フレキシブル基板７およびＬＥＤパッケージ６を固定した状態の取付ベース４には、図１に示されるように、ガラス板８を備えたカバー９および取付スリーブ１０が被せられることによりアダプタ３が構成される。そして、このアダプタ３は、該取付スリーブ１０に備えられた雌ネジ１０ａを、挿入部２に備えられた雄ネジ（図示略）に締結することにより、挿入部２に固定され、本実施形態に係る内視鏡装置１が構成される。

このように構成された本実施形態に係る内視鏡装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡装置１によれば、図６に示されるように、給電部を介して挿入部２から供給された電流Ｃが、給電部に接続されたフレキシブル基板７の配線パターンを介して、該配線パターンの一部に構成された電極パッド７ｂから、ＬＥＤパッケージ６裏面の電極６ｃに供給され、ＬＥＤが点灯させられる。

ＬＥＤパッケージ６は、カバー９により覆われているが、発せられた照明光はカバー９に設けられたガラス板８を透過して挿入部２の前方へ照射され、内視対象の管腔内を照明する。管腔内において反射等して挿入部２の先端側に戻ってきた光は、撮影光学系６によって集光され、挿入部２側に設けられている撮像素子（図示略）によって撮影される。これにより、管腔内の内視鏡観察を行うことができる。

この場合において、ＬＥＤパッケージ６として大電流により駆動されるＬＥＤを備えたものを使用することにより、明るい照明光を発生させることができ、管腔内の鮮明な内視鏡画像を得て、より確実な内視鏡観察を行うことができる。この場合には、ＬＥＤパッケージ６からの発熱が大きくなるが、本実施形態に係る内視鏡装置１によれば、ＬＥＤパッケージ６の裏面の放熱パッド６ｄが、はんだ１８を介して金属製の取付ベース４に直接接合されているので、ＬＥＤパッケージ６から発生した熱の大部分がこの伝熱経路Ｂを介して取付ベース４側に放熱される。

さらに、ＬＥＤパッケージ６の裏面の電極６ｃも、はんだを介して電極パッド７ｂに接合され、かつ、フレキシブル基板７も熱伝導性接着剤１８を介して金属製の取付ベース４に接合されているので、ＬＥＤパッケージ６から発生した熱の一部はこの伝熱経路Ｂを介して取付ベース４側に放熱される。電極６ｃおよび電極パッド７ｂは、従来の導線よりも十分に大きな断面積に形成することができ、伝熱経路Ｂを大きく確保することができる。したがって、高発熱を伴う大電流駆動のＬＥＤパッケージ６であっても、これを十分に冷却することができる。

このように、本実施形態に係る内視鏡装置１によれば、明るい照明を行うとともに、ＬＥＤパッケージ６を十分に冷却して画像ノイズの発生を抑え、鮮明な内視鏡画像を得ることができるという利点がある。また、ＬＥＤパッケージ６の冷却に特別なヒートシンクを設けるのではなく、金属製の取付ベース４を利用するので、簡易な構造で部品点数を低減することができる。

さらに、本実施形態に係る内視鏡装置１によれば、撮影光学系５のレンズ枠５ｄに設けた突当て面１６にＬＥＤパッケージ６の側面を突き当てるだけで取付ベース４に対するＬＥＤパッケージ６の位置決めを行うことができ、製造容易である。そして、突当て面１６が、撮影光学系５を構成する複数のレンズ５ａ〜５ｃのうち、最も径の大きな最先端のレンズ５ａの外縁よりも撮影光学系５の光軸方向に配置される位置に設けられているので、撮影光学系５とＬＥＤパッケージ６とを十分に近接させて配置することができ、アダプタ３およびこれを取り付ける挿入部２の小径化を図ることができるという利点がある。

また、最先端のレンズ５ａのＬＥＤパッケージ６側の周方向の一部をＤカットしているので、ＬＥＤパッケージ６からの照明光が撮影光学系５によって遮られることを低減し、広範囲にわたる照明を行うことができる。

なお、本実施形態においては、ＬＥＤパッケージ６の裏面の中央に放熱パッド６ｄ、該放熱パッド６ｄを挟んで両側に電極６ｃを有するものを例示したが、これに限定されるものではなく、図７に示されるように、放熱パッド６ｄの位置および電極６ｃの位置は、図４のものとは異なっていてもよいし、他の任意の位置に配置されたＬＥＤパッケージ６を採用してもよい。この場合には、放電パッド６ｄおよび電極６ｃの位置に応じて、取付ベース４側のＬＥＤ固定部１２および基板固定部１３を形成すればよい。

また、本実施形態においては、ＬＥＤパッケージ６を取付ベース４に接合する熱伝導性接合材としてはんだペースト１８を採用し、フレキシブル基板７を取付ベース４に固定する熱伝導性接合材として接着剤を採用したが、これに限定されるものではなく、はんだペースト１８に代えて、導電性を有する他の接着剤を採用してもよい。

１ 内視鏡装置
２ 挿入部
４ 取付ベース
５ 撮影光学系
５ａ〜５ｃ レンズ
５ｄ レンズ枠
６ ＬＥＤパッケージ
６ｃ 電極
６ｄ 放熱パッド（裏面部分）
７ フレキシブル基板
７ｂ 電極パッド
１２ ＬＥＤ固定部（凸部）
１６ 突当て面
１７ 熱伝導性接合材
１８ はんだペースト（熱伝導性接合材）

Claims (4)

1. 内視対象の管腔内に挿入される挿入部の先端に配置され、先端側に突出する凸部を有する金属製の取付ベースと、
   該取付ベースの前記凸部を回避した位置に配置され、表面側に電極パッドを有し、裏面側を前記取付ベースに熱伝導性接合材により接合されたフレキシブル基板と、
   裏面に電極を有し、該電極が前記フレキシブル基板の電極パッドに導電性部材を介して接続されるとともに、電極以外の裏面部分が前記取付ベースの凸部の先端面に熱伝導性接合材により接合されたＬＥＤパッケージと、
   を備える内視鏡装置。
2. 前記取付ベースを軸方向に貫通して配置され、前記管腔からの光を集光する複数のレンズと、該レンズを収容する筒状のレンズ枠とを有する撮影光学系を備え、
   前記レンズ枠の外面に、前記ＬＥＤパッケージの側面を突き当てる突当て面が設けられている請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記突当て面が、前記レンズの内で最も先端側に配置された前記レンズの径方向の外縁位置よりも、前記レンズ枠の中心から近い距離に配置されている請求項２に記載の内視鏡装置。
4. 最も先端側に配置された前記レンズの周方向の一部の、前記突当て面に対応する位置に切欠が設けられている請求項３に記載の内視鏡装置。

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