JP2011212161A - 固体撮像装置及び内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡装置の挿入部の小型化を図りつつ、回路基板の接続端子に接続される信号ケーブル先端の導体露出部におけるノイズの放射及び混入を防止する。
【解決手段】固体撮像素子と、前記固体撮像素子が接続される回路基板本体と、前記回路基板本体に折り曲げ可能に連接され、シールドパターンが配設されるシールド片と、前記回路基板本体に接続され、前記固体撮像素子に対する入出力信号を伝送する信号ケーブルと、を備え、前記シールド片は前記接続端子が形成される領域の少なくとも一面側に折り曲げられていることを特徴とする固体撮像装置を提供することにより、前記課題を解決する。
【選択図】図６

Description

本発明は、内視鏡挿入部の先端に内蔵される固体撮像装置及び内視鏡装置に関する。

医療分野において、内視鏡装置（電子内視鏡）を利用した診断が広く行われている。内視鏡装置には、被検体内に挿入される挿入部先端に固体撮像素子（例えばＣＣＤ撮像素子）が内蔵されており、固体撮像素子が実装された回路基板に接続された信号ケーブルは挿入部の中を通ってプロセッサ装置（信号処理装置）に接続されるコネクタに繋げられている。固体撮像素子から出力された撮像信号に対してプロセッサ装置で信号処理を施すことで、モニタ装置で観察部位の画像（内視鏡画像）を観察することができる。また、内視鏡装置の挿入部には処置具が挿通される鉗子チャンネルが配設されており、この鉗子チャンネルの中に高周波メスなどの電気処置具が挿入されて使用されることがある。

従来より、内視鏡装置の挿入部の小型化や高密度実装が図られており、挿入部内におけるノイズ対策は重要な技術的課題の１つとなっている。

例えば、特許文献１には、固体撮像素子用伝送路から超音波信号伝送路に与えるノイズの影響を防止するために、固体撮像素子用伝送路のうち超音波信号伝送路とオーバーラップする部分にシールド部材を適用した技術が開示されている。

また、特許文献２には鉗子チャンネルに挿入された高周波メスが発する高周波ノイズから保護するために、鉗子チャンネルを構成する樹脂チューブを金属メッキ層で覆う技術が開示されている。

特開２００８−２３７８４２号公報 特開２０１０−３５７５５号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示される従来の技術では、回路基板の接続端子に接続される信号ケーブルの先端では導体が剥き出し状態となっており、この部分に対するノイズ対策は何ら検討されていない。このため、導体露出部から外部にノイズが放射されたり、外部から導体露出部にノイズが混入したりしやすいという問題がある。

特に内視鏡装置の高画質化に伴って固体撮像素子の高画素化が図られており、固体撮像素子とプロセッサ装置との間で伝送される信号の高速化・大容量化が進んでいる。このため、信号ケーブルの導体露出部から生じる高周波ノイズの問題がより顕著になる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、内視鏡装置の挿入部の小型化を図りつつ、回路基板の接続端子に接続される信号ケーブル先端の導体露出部におけるノイズの放射及び混入を防止することができる固体撮像装置及び内視鏡装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子が接続される回路基板本体と、前記回路基板本体に折り曲げ可能に連接され、シールドパターンが配設されるシールド片と、前記回路基板本体に設けられる接続端子に接続され、前記固体撮像素子に対する入出力信号を伝送する信号ケーブルと、を備え、前記シールド片は前記接続端子が形成される領域の少なくとも一面側に折り曲げられていることを特徴とする。

本発明によれば、回路基板本体の接続端子に接続される信号ケーブルの導体露出部で生じるノイズの放射や混入は、回路基板本体に連接されるシールド片のシールドパターンによって防止される。また、信号ケーブルの導体露出部に対するシールド性を簡易な構成で高めることが可能であり、ノイズの影響を受けることなく内視鏡挿入部先端の限られたスペースを有効活用することができ、内視鏡挿入部の小型化を図ることが可能となる。

本発明に係る固体撮像装置は、前記シールド片に配設されるシールドパターンと同一平面上に前記接続端子を投影した場合に、前記シールドパターン内に前記接続端子が含まれることが好ましい。

また、前記回路基板本体に対して前記シールド片が略平行になるように折り曲げられていることが好ましい。

また、前記回路基板本体には少なくとも２つのシールド片が折り曲げ可能に連接され、前記２つのシールド片が互いに重なり合うように折り曲げられていることが好ましい。

また、前記信号ケーブル側にシールド層が設けられ、前記シールド片には前記シールドパターンが露出している開口部が形成され、前記シールド片は前記開口部から露出している前記シールドパターンと前記シールド層が接触するように折り曲げられていることが好ましい。

また、前記回路基板本体と前記シールド片を連接する連接部が設けられ、前記シールドパターンは、前記連接部の少なくとも一部に延設されていることが好ましい。

また、前記回路基板本体と前記シールド片は可撓性を有するフレキシブル基板で一体的に形成されていることが好ましい。

また、前記シールド片及び前記接続端子の周辺部は樹脂で封止固定されていることが好ましい。

また前記目的を達成するために、本発明に係る内視鏡装置は、被検体内に挿入される挿入部先端に請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えたことを特徴とする。

本発明に係る内視鏡装置は、前記挿入部先端に形成された鉗子出口に連通し、被検体への処置を施す処置具が挿入される鉗子チャンネルを備え、前記シールド片は前記接続端子と前記鉗子チャンネルとの間に配置されるように折り曲げられていることが好ましい。

本発明によれば、回路基板本体の接続端子に接続される信号ケーブルの導体露出部で生じるノイズの放射や混入は、回路基板本体に連接されるシールド片のシールドパターンによって防止される。また、信号ケーブルの導体露出部に対するシールド性を簡易な構成で高めることが可能であり、ノイズの影響を受けることなく内視鏡挿入部先端の限られたスペースを有効活用することができ、内視鏡挿入部の小型化を図ることが可能となる。

電子内視鏡システムを示した全体構成図 軟性部の内部を示す断面図 先端部の先端面を示す平面図、 先端部の内部を側面から視た概略断面図 固体撮像素子の他の配置例を示した構成図 多芯ケーブルの内部を示す断面図 フレキシブル基板及びその周辺部の構成例を示した斜視図 フレキシブル基板が折り曲げられる前の状態を示した展開平面図 フレキシブル基板の他の構成例を示した展開平面図 図９に示したフレキシブル基板が折り曲げられたときに正面から視た断面図 フレキシブル基板の更に他の構成例を示した展開平面図 図１０に示したフレキシブル基板が折り曲げられたときに正面から視た断面図 第２の実施形態に係るフレキシブル基板及びその周辺部の構成を示した側面図

以下、添付図面に従って本発明に係る固体撮像装置、及び内視鏡装置の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は内視鏡システムを示した全体構成図である。図１に示す内視鏡システムは、主として、本発明が適用される固体撮像装置が搭載される内視鏡装置（電子内視鏡）１０、プロセッサ装置２６、光源装置２０、及びモニタ装置５０を備えて構成される。

内視鏡装置１０は、患者（被検体）の体腔内に挿入される挿入部１２と、挿入部１２の基端部分に連設された手元操作部１４とから主に構成される。

手元操作部１４には、送気・送水ボタン２８、吸引ボタン３０、シャッターボタン３２、機能切替ボタン３４、及び一対のアングルノブ３６、３６が設けられる。また、鉗子等の処置具が挿入される鉗子口４６が設けられる。

また、手元操作部１４には、ユニバーサルケーブル１６を介してＬＧコネクタ１８が設けられており、ＬＧコネクタ１８は光源装置２０に着脱自在に連結される。また、ＬＧコネクタ１８には、ケーブル２２を介して電気コネクタ２４が接続されており、電気コネクタ２４はプロセッサ装置２６に着脱自在に連結される。

挿入部１２は、先端（手元操作部１４とは反対側）から順に、先端部４４、湾曲部４２、及び軟性部４０から構成される。先端部４４は、硬質な金属材料等で形成され、被検体内撮影用の固体撮像素子（図４に符号８０で図示）などが内蔵される。

湾曲部４２は、複数の湾曲駒を連結して構成され、手元操作部１４に設けられたアングルノブ３６、３６の操作に連動して、挿入部１２内に挿設されたワイヤが押し引きされて上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部４４が被検体内の所望の方向に向けられる。

軟性部４０は、手元操作部１４と湾曲部４２との間を繋ぐ細径で長尺状の部分であり、可撓性を有している。軟性部４０は、先端部４４が被観察部位に到達可能なように、且つ術者が手元操作部１４を把持して操作する際に支障を来さない程度に患者との距離を保つために１〜数ｍの長さを有する。

図２は軟性部４０の内部を示す断面図である。図２に示すように、軟性部４０の内部には、照明光を導くためのライトガイド５２、５２、鉗子チャンネル５４、送気・送水チャンネル５６、多芯ケーブル５８等の複数本の内容物を遊挿した構成になっている。

軟性部４０は、内側より順に可撓性を保ちながら内部を保護するフレックスと呼ばれる螺管６０と、この螺管６０の上に被覆され螺管６０の伸張を防止するブレードと呼ばれるネット６２と、このネット６２上に樹脂を被着した外層６４との３層で構成されている。

次に、先端部４４の構造について説明する。図３は先端部４４の先端面を示す平面図、図４は先端部４４の内部を側面から視た概略断面図である。

図３に示すように、先端部４４の先端面４４ａには、観察窓６６、照明窓６８、６８、鉗子出口７０、送気・送水ノズル７２などが露呈して設けられている。

照明窓６８、６８の背後には、照明用レンズが組み込まれており、光源装置２０から発する照明光をライトガイド５２、５２で導いて体腔内の被観察部位に照射する。鉗子出口７０は、鉗子チャンネル５４を介して手元操作部１４に設けた鉗子口４６と連通されている。送気・送水ノズル７２は、手元操作部１４に設けた送気・送水ボタン２８を操作することによって観察窓６６の汚れを落とすための洗浄水やエアーを噴射する。

観察窓６６の後方には、図４に示すように、観察窓６６から取り込まれた観察部位の像光（入射光）を集光させるための対物光学系７４が配設されている。対物光学系７４は、不図示のレンズ鏡胴内に保持される複数枚のレンズ７４ａ、７４ｂで構成される。対物光学系７４の後方には、対物光学系７４を通過した入射光の光路を９０度方向変換するプリズム７６が設けられ、その下方には、カバーガラス７８を備えた固体撮像素子８０が設けられる。カバーガラス７８は、固体撮像素子８０の撮像面（受光部）８２を保護するための透明保護部材であり、不図示のスペーサを介して撮像面８２上に配置される。

観察窓６６から取り込まれた観察部位の像光は、対物光学系７４、プリズム７６、及びカバーガラス７８を介して固体撮像素子８０の撮像面８２に結像される。

固体撮像素子８０は、例えばインターライン型のＣＣＤからなり、パッケージングが行われていないベアチップの形態になっており、ワイヤボンディング、ＴＡＢ（tape automated bonding）、フリップチップなどの方法によりチップ上の電極が可撓性を有するフレキシブル基板（ＦＰＣ）８４上の電極に接続されている。

図４に示すように、フレキシブル基板８４の後端側には、多芯ケーブル５８を構成する複数の信号線８６が半田付けされる入出力端子（接続端子）８８が設けられている。なお、図４においては、図面の煩雑化を避けるため、信号線８６は１本のみ図示している。

なお、図４では、先端部４４の軸方向と平行になるように固体撮像素子８０の撮像面８２が配置されているが、これに限らず、図５に示すように先端部４４の軸方向に垂直に配置されていてもよい。

図６は多芯ケーブルの内部を示す断面図である。図６に示すように、多芯ケーブル５８は、複数の信号線８６を束ね、この束ねた信号線８６に絶縁体９０を覆い、絶縁体９０の上に電気シールド層として編組線９２を覆い、さらにこの編組線９２の上に外皮９４を覆っている。信号線８６としては同軸線８６Ａや絶縁線８６Ｂがあり、使用周波数が高周波の場合には同軸線８６Ａが用いられ、低周波の場合には絶縁線８６Ｂが用いられる。多芯ケーブル５８は、フレキシブル基板８４の近傍で絶縁体９０、編組線９２、外皮９４が除去され、複数の信号線８６を露呈している。フレキシブル基板８４の入出力端子８８には、信号線８６の外皮である絶縁体を剥がした導体が接続される。

ここで、フレキシブル基板８４の構成について詳しく説明する。

図７はフレキシブル基板及びその周辺部の構成を示した斜視図、図８は図７に示したフレキシブル基板が折り曲げられる前の状態を示した展開平面図である。

図７及び図８に示すように、第１の実施形態のフレキシブル基板８４（８４Ａ）は、固体撮像素子８０が実装される基板本体部（回路基板本体）８４ａと、基板本体部８４ａと同等の幅を有し、基板本体部８４ａの後端よりも後方に突出して形成される小片部（シールド片）８４ｂと、基板本体部８４ａと小片部８４ｂを接続する連接部８４ｃとから一体的に構成されている。なお、フレキシブル基板８４上には、複数の電子部品８１（例えば、ＩＣ、抵抗器、コンデンサ、トランジスタ等）が設けられている。

フレキシブル基板８４の表裏面(端子部を除く)は可撓性を有する絶縁部材（例えばポリイミドフィルムなどの絶縁性フィルム）で構成されており、その内部には第１及び第２の導体パターンが埋設されている。

第１の導体パターンは基板本体部８４ａの内部に配設され、その一端は固体撮像素子に電気的に接続されるとともに他端は入出力端子８８に電気的に接続され、固体撮像素子８０から入出力される電気信号を入出力端子８８などに伝送するための配線パターンとして機能する。

第２の導体パターンは小片部８４ｂの内部に配設され、基板本体部８４ａの入出力端子８８に接続される信号線８６の先端の導体露出部におけるノイズの放射及び混入を防止するシールドパターンとして機能する。シールドパターンは小片部８４ｂの全面にベタ状に形成されていてもよいし、メッシュ状に形成されていてもよい。シールドパターンの一端は小片部８４ｂに設けられるシールド端子（不図示）に電気的に接続されている。シールドパターンは小片部８４ｂに限らず、連接部８４ｃの一部又は全面に延設されていてもよい。

このように構成されるフレキシブル基板８４は、基板本体部８４ａと小片部８４ｂが略平行となるようにＵ字状（又はコ字状）に折り曲げられ、基板本体部８４ａと小片部８４ｂに囲まれた領域内に複数の入出力端子８８（即ち、多芯ケーブル５８から露呈した複数の信号線８６の先端部分）が配置されるようになっている。

換言すれば、図７に示すようにフレキシブル基板８４が折り曲げられた状態において、小片部８４ｂと同一平面上に各入出力端子８８を投影した場合、小片部８４ｂに配設されるシールドパターンが形成される領域内に入出力端子８８が含まれるようになっている。

また、フレキシブル基板８４が折り曲げられた状態において、少なくとも小片部８４ｂ及び入出力端子８８を含む領域１１０（図４において点線で囲んだ領域）は樹脂で封止固定されていることが好ましい。小片部８４ｂと入出力端子８８との位置関係を確実に固定することができる。

本実施形態によれば、多芯ケーブル５８から露呈している複数の信号線８６の先端部分（導体露出部）の上方にはフレキシブル基板８４を構成する基板本体部８４ａと一体的に形成される小片部８４ｂが配置されるので、信号線８６の導体露出部におけるノイズの放射及び混入を小片部８４ｂに形成されたシールドパターンで確実に防止することができる。これにより、ノイズの影響を受けることなく、小片部８４ｂを挟んで入出力端子８８側とは反対側（図４において上側）のスペースを有効活用することが可能となり、先端部４４の小型化を図ることができる。

本実施形態のフレキシブル基板８４は、図７及び図８に示した構成に限定されるものではない。以下、フレキシブル基板８４の他の構成例について説明する。

図９はフレキシブル基板の他の構成例を示した展開平面図、図１０は図９に示したフレキシブル基板が折り曲げられたときに正面から視た断面図である。

図９に示したフレキシブル基板８４Ｂは、基板本体部８４ａの片側だけでなく両側にそれぞれ連接部８４ｃを介して小片部８４ｂが接続されている。このため、図１０に示すようにフレキシブル基板８４が折り曲げられたとき、２つの小片部８４ｂ、８４ｂに形成されるシールドパターンが上下に重なり合い、信号線８６の先端部分（導体露出部）に対する遮蔽性（シールド性）がより高まり、ノイズの放射及び混入をより確実に防止することができる。

図１１はフレキシブル基板の更に他の構成例を示した展開平面図、図１２は図１１に示したフレキシブル基板が折り曲げられたときに正面から視た断面図である。

図１１に示したフレキシブル基板８４Ｃは、小片部８４ｂの後端側の所定位置にシールドパターンが表面に露出された開口部１００が形成されている。この開口部１００はシールド端子として機能し、図１２に示すようにフレキシブル基板８４が折り曲げられたとき、多芯ケーブル５８の先端から露呈している編組線（電気シールド層）９２に開口部１００から露出しているシールドパターン１０２に直接的に接触させることにより電気的導通がとられるように構成されている。

また、信号線８６として同軸線８６Ａが用いられる場合には、多芯ケーブル５８の編組線９２に代えて、同軸線８６Ａに設けられる編組線（シールド層）を開口部１００から露出しているシールドパターン１０２と直接的に接触させることにより電気的導通をとるようにしてもよい。

本構成によれば、小片部８４ｂのシールドパターンを接続するための配線が不要となるので、先端部４４の内部構造を簡略化することができ、先端部４４の小型化を図ることができる。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。

図１３は第２の実施形態に係るフレキシブル基板及びその周辺部の構成を示した側面図である。図１３中、図４と共通又は類似する部材には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１３に示すように、第２の実施形態のフレキシブル基板８４Ｄは、基板本体部８４ａ、小片部８４ｂ、及び連接部８４ｃから構成される点は第１の実施形態と同様であるが、基板本体部８４ａがＺ状に折り曲げられており、その折り曲げられた部分の表裏面には複数の電子部品１０４（例えばＩＣ、コンデンサ、抵抗器、トランジスタ等）が高密度に実装されている。

また、基板本体部８４ａの後端側に形成される入出力端子８８は固体撮像素子８０が実装される面とは反対側（裏面側）に形成されている。このため、多芯ケーブル５８を構成する複数の信号線８６は基板本体部８４ａの裏面側に接続されており、基板本体部８４ａに連接部８４ｃを介して接続される小片部８４ｂは、第１の実施形態とは反対側の基板本体部８４ａより下方に折り曲げられている。

また、フレキシブル基板８４Ｄが折り曲げられた状態において、少なくとも小片部８４ｂ及び入出力端子８８を含む領域１１２（図１３において点線で囲んだ領域）は封止で封止固定されることが好ましい。

また、図１３に示すように、フレキシブル基板８４Ｄは第２の小片部（第２のシールド片）８４ｄを更に備え、フレキシブル基板８４Ｄの固体撮像素子８０が配置される面とは反対側の面と鉗子チャンネル５４との間に第２の小片部８４ｄが配置されるようにしてもよい。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、フレキシブル基板８４を構成する基板本体部８４ａと一体的に形成される小片部８４ｂが基板本体部８４ａの入出力端子８８と鉗子チャンネル５４との間に配置されるため、鉗子チャンネル５４に挿入される電気メスなどの電気処置具から放射される高周波ノイズによる影響も防止することができる。

以上、本発明の固体撮像装置及び内視鏡装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…内視鏡装置、１２…挿入部、１４…手元操作部、２０…光源装置、２６…プロセッサ装置、４０…軟性部、４２…湾曲部、４４…先端部、５４…鉗子チャンネル、５８…多芯ケーブル、６６…観察窓、７４…対物光学系、８０…固体撮像素子、８４…フレキシブル基板、８４ａ…基板本体部、８４ｂ…小片部、８４ｃ…連接部、８６…信号線、８８…入出力端子

Claims (10)

1. 固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子が接続される回路基板本体と、
   前記回路基板本体に折り曲げ可能に連接され、シールドパターンが配設されるシールド片と、
   前記回路基板本体に設けられる接続端子に接続され、前記固体撮像素子に対する入出力信号を伝送する信号ケーブルと、を備え、
   前記シールド片は前記接続端子が形成される領域の少なくとも一面側に折り曲げられていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記シールド片に配設されるシールドパターンと同一平面上に前記接続端子を投影した場合に、前記シールドパターン内に前記接続端子が含まれることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記回路基板本体に対して前記シールド片が略平行になるように折り曲げられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
4. 前記回路基板本体には少なくとも２つのシールド片が折り曲げ可能に連接され、
   前記２つのシールド片が互いに重なり合うように折り曲げられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記信号ケーブル側にシールド層が設けられ、
   前記シールド片には前記シールドパターンが露出している開口部が形成され、
   前記シールド片は前記開口部から露出している前記シールドパターンと前記シールド層が接触するように折り曲げられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
6. 前記回路基板本体と前記シールド片を連接する連接部が設けられ、
   前記シールドパターンは、前記連接部の少なくとも一部に延設されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 前記回路基板本体と前記シールド片は可撓性を有するフレキシブル基板で一体的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
8. 前記シールド片及び前記接続端子の周辺部は樹脂で封止固定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
9. 被検体内に挿入される挿入部先端に請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
10. 前記挿入部先端に形成された鉗子出口に連通し、被検体への処置を施す処置具が挿入される鉗子チャンネルを備え、
    前記シールド片は前記接続端子と前記鉗子チャンネルとの間に配置されるように折り曲げられていることを特徴とする請求項９に記載の内視鏡装置。

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