JP2012071064A - 内視鏡装置及びその撮像素子放熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡装置の先端部に内蔵される撮像素子の良好な放熱を図り、撮像素子の多画素化，高速駆動化を図る。
【解決手段】内視鏡先端部に内蔵され被写体からの入射光を受光する撮像素子５９と、撮像素子５９及び撮像素子駆動回路部品７７等が実装され内視鏡先端部に内蔵されるフレキシブルな回路基板５７とを備える内視鏡装置であって、撮像素子５９の受光面以外の領域に直接又は他部材を介して放熱シート８８の一領域８８ａを貼り付け内視鏡先端部内の放熱部材６１に放熱シート８８の他領域８８ｂを熱接触して撮像素子５９の熱を放熱部６１に伝熱する。
【選択図】図３

Description

本発明は、先端部に撮像素子を内蔵した内視鏡装置及びその撮像素子放熱方法に関する。

電子装置を組み立てる場合、組み立ての自由度を高めるために、フレキシブル回路基板を用いるのが一般的である。フレキシブル回路基板を用いることで、任意箇所での折り曲げ等が可能となり、狭い箇所への組み付けが容易となる。

例えば、下記の特許文献１に記載された電子内視鏡装置では、撮像素子をフレキシブル回路基板に搭載し、狭い内視鏡先端部への撮像素子の組み付けを容易にしている。

狭い内視鏡先端部に発熱素子である撮像素子やその駆動回路等を収納するには、放熱が良好に行われる構造にする必要があり、特許文献１記載の電子内視鏡装置でもフレキシブル回路基板の一部を放熱部としている。

近年の電子内視鏡装置は、被検体に挿入する先端部の直径が１ｃｍ程度であるが更に細径化が進む傾向にあり、更に、先端部の短尺化の要望もある。また、撮像素子も画素数の多画素化が図られ、撮像画像の画質向上のために駆動周波数の高周波化も図られる傾向にある。

撮像素子は発熱部品であり多画素化が進むと発熱量が増え、また、撮像素子を高速駆動すると駆動回路からの発熱量も多くなってしまう。このため、内視鏡先端部に撮像素子を収納する電子内視鏡装置では、更に放熱特性が良好となる構造にする必要がある。しかし、内視鏡先端部の細径化，短尺化が図られると、撮像素子やそれを搭載するフレキシブル回路基板も小型化しなければならず、撮像素子の放熱経路の確保が困難になってしまう。

下記の特許文献２には、フレキシブル回路基板の放熱性能を高めるために、フレキシブル回路基板の樹脂層表面に熱伝導性の高いグラファイト層を積層する技術を開示している。しかし、熱伝導性の高いグラファイト層をフレキシブル回路基板に積層すると、フレキシブル回路基板自体の厚さが厚くなり、狭い箇所へのフレキシブル回路基板の収納が困難になってしまう。

また、下記の特許文献３の電子内視鏡装置では、撮像素子に接続される信号ケーブルのＧＮＤ端子領域を大きくとり、このＧＮＤ端子を通して撮像装置の熱を信号ケーブルに放熱する構造を採用している。しかし、特許文献３の放熱構造だけでは、多画素化，高速駆動化が図られた撮像素子を、細径化を図った内視鏡先端部に収納したとき、充分な放熱特性を得ることができない虞がある。

特開２０１０―６９２１７号公報 特開２００２―３４４０９５号公報 特開２００３―１０１１１号公報

本発明の目的は、放熱性能が高い構造を備える内視鏡装置及びその撮像素子放熱方法を提供することにある。

本発明の内視鏡装置は、内視鏡先端部に内蔵され被写体からの入射光を受光する撮像素子と、該撮像素子及び撮像素子駆動回路部品が実装され前記内視鏡先端部に内蔵されるフレキシブルな回路基板と、前記撮像素子の受光面以外の領域に直接又は他部材を介して一領域が貼り付けられ前記内視鏡先端部内の放熱部材に他領域が熱接触されるフレキシブルな放熱シートとを備えることを特徴とする。

本発明の内視鏡装置の撮像素子放熱方法は、内視鏡先端部に内蔵され被写体からの入射光を受光する撮像素子と、該撮像素子及び撮像素子駆動回路部品が実装され前記内視鏡先端部に内蔵されるフレキシブルな回路基板とを備える内視鏡装置の撮像素子放熱方法であって、前記撮像素子の受光面以外の領域に直接又は他部材を介して放熱シートの一領域を貼り付け前記内視鏡先端部内の放熱部材に前記放熱シートの他領域を熱接触して前記撮像素子の熱を前記放熱部材に伝熱することを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子を搭載する回路基板は内視鏡外部のプロセッサに信号を送る配線が接続されるため回路基板から信号配線への放熱経路が形成される。これに加え、放熱シートを撮像素子の裏面側に直接又は他部材を介して貼り付け、この放熱シートの反対側を放熱部材に貼り付けるため、回路基板を介しての放熱とは別経路で撮像素子の放熱を図ることができ、撮像装置の放熱性能が高くなる。これにより、撮像素子の高速駆動化等を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の全体構成図である。 図１に示す内視鏡装置の先端部の外観図である。 図２のＡ―Ａ線断面図である。 図３に示す放熱シートを展開した平面図である。 図３に示した撮像装置だけの外観斜視図である。 図５に示す撮像装置の上面図である。 図５に示す撮像装置の側面図である。 図５に示す撮像装置の底面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の全体構成図である。内視鏡装置１００は、本体操作部１１と、この本体操作部１１に連設され体腔内に挿入される内視鏡挿入部１３とを備える。本体操作部１１には、ユニバーサルケーブル１５が接続され、このユニバーサルケーブル１５の先端に不図示のコネクタが設けられる。コネクタは不図示の光源装置に着脱自在に連結され、これによって内視鏡挿入部１３の先端部１７の照明光学系に照明光が送られる。また、このコネクタには、ビデオコネクタも接続され、このビデオコネクタが画像信号処理等を行うプロセッサに着脱自在に連結される。

内視鏡挿入部１３は、本体操作部１１側から順に軟性部１９、湾曲部２１、及び先端部１７で構成され、湾曲部２１は、本体操作部１１のアングルノブ２３，２５を回動することによって遠隔的に湾曲操作される。これにより、先端部１７は所望の方向に向けられる。

本体操作部１１には、前述のアングルノブ２３，２５の他、送気・送水ボタン、吸引ボタン、シャッターボタン等の各種ボタン２７が並設されている。また、内視鏡挿入部１３側へ延長された連設部２９は鉗子挿入部３１を有する。鉗子挿入部３１から挿入された鉗子等の処置具は、内視鏡挿入部１３の先端部１７に形成された鉗子口３３（図２参照）から導出される。

図２は、内視鏡挿入部の先端部の斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ線断面構成図である。図２に示すように、内視鏡挿入部１３の先端部位である先端部（以降、内視鏡先端部とも呼称する）１７は、その先端面３５に、撮像光学系の観察窓３７と、観察窓３７の両脇側に設けられた照明光学系照射口３９Ａ，３９Ｂとが配置され、その近傍に、鉗子口３３が配置されている。更に観察窓３７に送気・送水するノズル４１が、その噴出口を観察窓３７に向けて配置されている。

内視鏡先端部１７は、図３に示す様に、ステンレス鋼材などの金属材料からなる先端硬質部４３と、先端硬質部４３に形成された穿設孔４３ａに鏡筒４５を嵌挿して固定される撮像部４７と、他の穿設孔４３ｂに配設された金属製の鉗子パイプ４９（先端開口が鉗子口３３となる。）を備える他、ノズル４１に接続される送気・送水管５１と、更に照明光学系に接続される不図示の導光用ライトガイド等の各種の部材とが収容されている。

撮像部４７は、観察窓３７から取り込まれ、鏡筒４５に収容された図示省略の対物レンズ群を通った被写体からの入射光を、三角プリズム５５によって光路Ｌを直角に変更し、フレキシブルな回路基板５７に実装された撮像素子５９に結像する。そして、撮像素子５９に取り込まれた被写体の画像情報に基づく画像信号が、回路基板５７を通して後述の信号ケーブル６１に出力される。

鏡筒４５内の対物レンズ群、三角プリズム５５、及び撮像素子５９を含む撮像光学系は、内視鏡先端部１７の筐体内部に配置され、撮像装置４７として機能する。また、照射口３９Ａ，３９Ｂ（図２参照）に配置されるレンズ等の光学部材及びこの光学部材に接続されるライトガイドは、照明光学系を構成する。これらも内視鏡先端部１７の筐体内部に配置される。撮像素子５９から出力される画像情報は、信号ケーブル６１を通じて上記のプロセッサに送信され、表示用画像として処理される。

先端硬質部４３の外周には不図示の金属スリーブが外嵌され、この金属スリーブに、湾曲部２１（図１参照）に配設される不図示の節輪が湾曲自在に接続されている。金属スリーブの外周は外皮チューブ５０で覆われており、先端硬質部４３の先端側は先端カバー６３で覆われており、これら外皮チューブ５０と先端カバー６３とは内部への浸水がないように互いに密着して接合されている。

鏡筒４５内の対物レンズ群は三角プリズム５５の入射側端面５５ａに接続されており、三角プリズム５５の出射側端面５５ｂには透光性保護基板であるカバーガラス６５が接合されている。カバーガラス６５の三角プリズム５５とは反対側には、エアーギャップ６７を介して撮像素子５９が配置されている。エアーギャップ６７は、撮像素子５９の周囲に配置された枠体６０によって予め定めた容積に設定される。

そして、撮像素子５９が実装された回路基板５７は、図３中の第１折り曲げ軸Ｂ１で折り返され、更に、第２折り曲げ軸Ｂ２で三角プリズム５５の全反射面となるプリズム外面の全反射斜面（以下、単に斜面と称する）に沿って図中の水平面から上方へ折り曲げられて、三角プリズム５５の斜面を押圧している。ここでは、撮像素子５９へ光を導く光学部材として三角プリズムを例示しているが、これに限らず、他の形状、他の方式の光路変更部材であってもよい。また、カバーガラス６５は、観察光に対する透光性を有していればよく、ガラス材に限らず透明樹脂等の他の材料であってもよい。

上述した実施形態の内視鏡装置１００では、撮像素子５９や回路部品７７，７９等の発熱に対し、フレキシブルな回路基板５７を通して三角プリズム５５や信号ケーブル６１へ熱伝播させる放熱経路が確保される。しかし、本実施形態では更に、撮像素子５９の発熱に対して、別の放熱経路を確保している。

図３において、撮像素子５９を載置したフレキシブルな回路基板５７の裏面には、フレキシブルな放熱シート（回路基板５７とは別のフレキシブル回路基板でもよい。）８８を接着材にて貼り付けている。なお、この実施形態では、回路基板５７を介して放熱シート８８を撮像素子５９に貼り付けているが、回路基板５７が撮像素子５９の裏面に存在しない箇所があれば、放熱シート８８を撮像素子５９の裏面に直接貼り付けても良い。この放熱シート８８は、図３の紙面の裏面側で折り返され、回路基板５７のケーブル接続部７３の上面に接着材により貼り付けられる。以下、放熱シート８８について説明する。

図４は、放熱シート８８を展開した平面図である。この放熱シート８８は、撮像素子の裏面側が貼り付けられる領域となる撮像素子裏面貼付部８８ａと、回路基板５７のケーブル接続部７３に貼り付けられる領域となる貼付部８８ｂと、貼付部８８ａと貼付部８８ｃとを接続する折曲部８８ｃとで構成される。

貼付部８８ａは、撮像素子５９の裏面全面に対応する領域を貼り付けることができる面積を有しており、貼付部８８ｂも、回路基板５７のケーブル接続部７３の全面を貼り付けることができる面積を有している。両者間を結ぶ折曲部８８ｃの幅は撮像素子５９の幅と同程度に広く形成されており、撮像素子５９から伝わった熱が良好に貼付部８８ｂに伝わるようになっている。

放熱シート８８は、折曲部８８ｃの任意箇所で折り曲げられる。例えば、貼付部８８ａの付近で放熱シート８８がケーブル６１側に折り曲げられ、貼付部８８ｃの付近で貼付部８８ｃが回路基板５７のケーブル接続部７３上面を覆うように折り曲げられる。これにより、貼付部８８ａの熱は、貼付部８８ｃ及び回路基板５７のケーブル接続部７３を通して信号ケーブル６１に逃がされる。

図５は、図３の構成のうち、撮像装置４７だけを内視鏡先端部１７から引き出した状態を示す外観斜視図である。対物レンズ群を収納した鏡筒４５の背部に三角プリズム５５が設けられ、三角プリズム５５の出射面側に撮像素子５９が設けられている。この撮像素子５９を搭載したフレキシブルな回路基板５７は、前述した様に、大きく折り曲げられて三角プリズム５５の斜面に接着剤層８９で貼り付けられている。

撮像素子５９の裏面側には、放熱シート８８の下端側貼付部８８ａが貼り付けられており、この放熱シート８８が、図５の紙面の向こう側で折り曲げられ、上端側貼付部８８ｂが、回路基板５７のケーブル接続部７３（図３参照）に貼り付けられている。

図６，図７，図８は、図５に示す撮像装置４７の上面図、側面図、底面図である。放熱シート８８は、撮像装置４７のうち、鏡筒４５と信号ケーブル６１との間の部材（三角プリズム５５、撮像素子５９、回路基板５７と信号ケーブル６１との接続部）の底面、上面、１側面の３方を覆うように設けられている。撮像素子５９の放熱経路が回路基板５７と放熱シート８８の２経路となって放熱性能が向上するが、更に本実施形態では、放熱シート８８の内側の撮像装置４７の凹凸部分が放熱シート８８で覆われ、撮像装置４７の内視鏡先端部１７内への組み付けが容易となる。組み付け性を更に向上するために、撮像装置４７の底面、上面、２側面の４方を放熱シート８８で覆ってしまう構成としても良い。

以上述べた実施形態の内視鏡装置及びその撮像素子放熱方法は、内視鏡先端部に内蔵され被写体からの入射光を受光する撮像素子と、該撮像素子及び撮像素子駆動回路部品が実装され前記内視鏡先端部に内蔵されるフレキシブルな回路基板とを備え、前記撮像素子の受光面以外の領域に直接又は他部材を介して放熱シートの一領域を貼り付け前記内視鏡先端部内の放熱部材に前記放熱シートの他領域を熱接触して前記撮像素子の熱を前記放熱部材に伝熱することを特徴とする。

また、実施形態の内視鏡装置及びその撮像素子放熱方法は、前記回路基板の一領域が前記放熱部材に貼り付けられ、前記放熱シートの前記他領域が該回路基板の前記一領域に貼り付けられることで前記熱接触が図られることを特徴とする。

また、実施形態の内視鏡装置及びその撮像素子放熱方法は、前記放熱シートは前記内蔵された前記回路基板の周囲で折り曲げられ該回路基板の周囲を包囲することを特徴とする。

また、実施形態の内視鏡装置及びその撮像素子放熱方法は、前記放熱シートは、前記回路基板とは別のフレキシブルな回路基板であることを特徴とする。

また、実施形態の内視鏡装置及びその撮像素子放熱方法は、前記放熱部材は、前記撮像素子及び前記撮像素子駆動回路部品に接続される配線を纏めた信号ケーブルであることを特徴とする。

以上述べた実施形態によれば、撮像素子の放熱経路が、回路基板を通した経路と放熱シートを通した経路の２経路用意され、良好な放熱性能を得ることが可能となる。これにより、撮像素子の駆動周波数を高周波化して撮像画像の高品質化を図ることが可能となり、また、撮像素子の多画素化を図ることも可能となる。

本発明に係る内視鏡装置は、撮像装置の放熱性能を向上させることができるため、撮像素子の多画素化，高速駆動化を図ることが可能となり、細径化，短尺化を図る内視鏡装置に適用すると有用である。

１１ 操作部
１３ 内視鏡挿入部
１７ 先端部
２１ 湾曲部
２３，２５ アングルノブ
３３ 鉗子口
３７ 観察窓
４５ 鏡筒
４７ 撮像装置
５５ 三角プリズム
５７ フレキシブルな回路基板
５９ 撮像素子
６１ 信号ケーブル
７３ 回路基板のケーブル接続部
８８ 放熱シート
８８ａ 撮像素子裏面側の貼付部
８８ｂ ケーブル接続部の貼付部
１００ 内視鏡装置

Claims (10)

1. 内視鏡先端部に内蔵され被写体からの入射光を受光する撮像素子と、該撮像素子及び撮像素子駆動回路部品が実装され前記内視鏡先端部に内蔵されるフレキシブルな回路基板と、前記撮像素子の受光面以外の領域に直接又は他部材を介して一領域が貼り付けられ前記内視鏡先端部内の放熱部材に他領域が熱接触されるフレキシブルな放熱シートとを備える内視鏡装置。
2. 請求項１に記載の内視鏡装置であって、前記回路基板の一領域が前記放熱部材に貼り付けられ、前記放熱シートの前記他領域が該回路基板の前記一領域に貼り付けられることで前記熱接触が図られる内視鏡装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内視鏡装置であって、前記放熱シートは前記内蔵された前記回路基板の周囲で折り曲げられ該回路基板の周囲を包囲する内視鏡装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記放熱シートは、前記回路基板とは別のフレキシブルな回路基板である内視鏡装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記放熱部材は、前記撮像素子及び前記撮像素子駆動回路部品に接続される配線を纏めた信号ケーブルである内視鏡装置。
6. 内視鏡先端部に内蔵され被写体からの入射光を受光する撮像素子と、該撮像素子及び撮像素子駆動回路部品が実装され前記内視鏡先端部に内蔵されるフレキシブルな回路基板とを備える内視鏡装置の撮像素子放熱方法であって、前記撮像素子の受光面以外の領域に直接又は他部材を介して放熱シートの一領域を貼り付け前記内視鏡先端部内の放熱部材に前記放熱シートの他領域を熱接触して前記撮像素子の熱を前記放熱部材に伝熱する内視鏡装置の撮像素子放熱方法。
7. 請求項６に記載の内視鏡装置の撮像素子放熱方法であって、前記回路基板の一領域が前記放熱部材に貼り付けられ、前記放熱シートの前記他領域が該回路基板の前記一領域に貼り付けられることで前記熱接触が図られる内視鏡装置の撮像素子放熱方法。
8. 請求項６又は請求項７に記載の内視鏡装置の撮像素子放熱方法であって、前記放熱シートは前記内蔵された前記回路基板の周囲で折り曲げられ該回路基板の周囲を包囲する内視鏡装置の撮像素子放熱方法。
9. 請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の内視鏡装置の撮像素子放熱方法であって、前記放熱シートは、前記回路基板とは別のフレキシブルな回路基板である内視鏡装置の撮像素子放熱方法。
10. 請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の内視鏡装置の撮像素子放熱方法であって、前記放熱部材は、前記撮像素子及び前記撮像素子駆動回路部品に接続される配線を纏めた信号ケーブルである内視鏡装置の撮像素子放熱方法。

Images