JP2012217598A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡装置において、回路基板の小型化による断線リスクを低減する。
【解決手段】挿入部の先端内部に、撮像素子と、第１の回路基板５０と、第２の回路基板とが設けられ、第１の回路基板５０に配線を半田付けにより接続する複数の接続パッド５１ａ〜５１ｄが挿入部の横断方向に延びる２以上の列をなすように設置され、それらの複数の接続パッドが、基板間を繋ぐ配線が接続される接続パッド５１ａおよび各接続パッド列の両端部に位置する接続パッド５１ｂ、５１ｃからなる第１のパッド群Ｇ１と、それ以外のパッド５１ｄからなる第２のパッド群Ｇ２とに分けられ、第２のパッド群Ｇ２に属する接続パッド５１ｄの列方向の幅がｄ（Ｄｄ）であり、接続パッド５１ｄの列方向における配列ピッチがｐであるとき、第１のパッド群Ｇ１に属する各パッド５１ａ〜５１ｃの列方向の幅Ｄ（Ｄａ〜Ｄｃ）がｐ以上ｄ＋ｐ以下となるように構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、体内に挿入される挿入部を備えた内視鏡装置に関するものであり、特に、挿入部の先端内部の配線接続構造に関するものである。

従来、体腔内の組織を観察する内視鏡装置が広く知られており、体腔内の被観察部を撮像素子によって撮像して画像を得、その画像をモニタ画面上に表示する電子式内視鏡装置が広く実用化されている。

上述した内視鏡装置は、体内に挿入される挿入部を備えている。そして、その挿入部の先端近傍には湾曲部が設けられており、この湾曲部は、内視鏡本体の手元の操作部に設けられた操作ノブを回転操作することで上下左右方向に湾曲する。これにより患者の体内への挿入性をスムーズにし、また、挿入部先端を体腔内の所望の方向に向けることができ、所望の被観察部の画像を撮像することができる。

そして、挿入部の先端内部には、撮像素子と、撮像素子に電気的に接続された回路基板などが設けられ、回路基板には、挿入部内に延設された多芯ケーブル内の各信号線が半田付けなどにより接続される接続パッドの配列パターンが設けられている。

なお、このような内視鏡装置には、挿入部を体内に挿入する際の患者の苦痛を軽減するため、その先端部をより一層細径化することが求められている。そこで、たとえば、特許文献１には、上記配列パターンを形成する複数の接続パッドを１列ではなく２列以上の列をなすように配置することにより、挿入部の先端内部に搭載される回路基板の横幅を小さくしたものが提案されている。また、特許文献２においては、回路基板のパッド配列を形成する複数の接続パッドを千鳥配置にすることにより、１列目の接続パッドに接続される配線どうしの間に２列目の接続パッドに接続される配線が通るようにし、配線の積み上げ高を小さくしたものが提案されている。

特開２００７−２０２９２１号公報 特開２０１０−２５８５８２号公報

ところで、上述したように挿入部の先端部は湾曲部の湾曲動作によって種々の方向に向けられるが、このとき多芯ケーブルが操作部側に向けて引っ張れられ、特に挿入部の横断方向に延びる列をなすように配置されている各接続パッド列の両端部において、多芯ケーブル内の信号配線と回路基板との接続部分に力が加わり、接続パッドから配線が外れてしまうという問題がある。

また、上述したような内視鏡装置には、挿入部の先端内部の空き空間を有効に活用するため、補助回路基板を、挿入部の横断方向に上記回路基板（以下、主回路基板という）とは離れた位置において、主回路基板と横断方向から見て少なくとも一部が重なるように配置し、その補助回路基板に搭載された補助回路により撮影素子からの出力信号を処理したり、撮影素子を駆動制御したりするように構成したものがある。しかし、この場合、補助回路基板と主回路基板に設けられている接続パッドどうしを繋ぐ配線は、上記主回路基板に多数接続されている多芯ケーブルの信号配線とはある意味交差する形で配置され、湾曲部の湾曲動作によって多芯ケーブルの信号配線に力が加わると、その基板間を繋ぐ配線の接続部分にも力が加わり、接続パッドから配線が外れやすくなるという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、挿入部の先端内部に撮像素子およびその撮像素子が接続される回路基板が設けられた内視鏡装置において、回路基板の小型化による断線リスクを低減することができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の内視鏡装置は、体内に挿入される挿入部を備えた内視鏡装置において、挿入部の先端内部に、撮像素子と、撮像素子と電気的に接続された第１の回路基板と、挿入部の横断方向に第１の回路基板とは離れた位置において、第１の回路基板と横断方向から見て少なくとも一部が重なるように配置された第２の回路基板とが設けられ、第１の回路基板に配線を半田付けにより接続する複数の接続パッドが挿入部の横断方向に延びる２以上の列をなすように設置されるとともに、第２の回路基板に配線を半田付けにより接続する複数の接続パッドが設置され、第１の回路基板に設置された複数の接続パッドが、第２の回路基板に設置された複数の接続パッドのいずれかに接続されている配線が接続される全ての接続パッドおよび／または各列の両端部に位置する全ての接続パッドからなる第１のパッド群と、第１のパッド群以外の接続パッドからなる第２のパッド群とに分けられ、第２のパッド群に属する接続パッドの列方向の幅がｄであり、第２のパッド群に属する接続パッドの列方向における配列ピッチがｐであるとき、第１のパッド群に属する各パッドの列方向の幅Ｄが、下記式（１）の条件を満たすことを特徴とするものである。
ｐ ≦ Ｄ ≦ ｄ＋ｐ （１）

ここで、「第２のパッド群に属する接続パッドの列方向の幅がｄである」とは、第２のパッド群に属する全ての接続パッドの列方向の幅がほぼ同じ大きさｄであることを意味する。なお、接続パッドごとの列方向の幅に大小がある場合、その平均値をｄとすることができる。

また、「第２のパッド群に属する接続パッドの列方向における配列ピッチがｐである」とは、第２のパッド群に属する接続パッドが隣り合って配列されている部分において、第２のパッド群に属する接続パッドがほぼ同じ長さｐのピッチで配列されていることを意味する。

また、上記内視鏡装置において、第１の回路基板に設置された各接続パッドの列方向に直交する方向の幅ｑは、下記式（２）の条件を満たすものであってもよい。
２ｄ ≦ ｑ ≦ ２ｄ＋ｐ （２）

また、上記内視鏡装置において、第１の回路基板に設置された複数の接続パッドは、全体的に千鳥状に配置されているものであってもよい。

ここで、千鳥状に配置されているとは、挿入部の長手方向から見て、隣り合う列の接続パッドが交互に並ぶように配置されていることを意味し、全体的に千鳥状に配置されているとは、ほとんど全ての接続パッドが千鳥状に配置されていることを意味し、全ての接続パッドが千鳥状に配置されている場合に限らず、一部例外的に千鳥状に配置されていない接続パッドが存在する場合が含まれる。

本発明の内視鏡装置は、体内に挿入される挿入部を備えた内視鏡装置において、挿入部の先端内部に、撮像素子と、撮像素子と電気的に接続された第１の回路基板と、挿入部の横断方向に第１の回路基板とは離れた位置において、第１の回路基板と横断方向から見て少なくとも一部が重なるように配置された第２の回路基板とが設けられ、第１の回路基板に配線を半田付けにより接続する複数の接続パッドが挿入部の横断方向に延びる２以上の列をなすように設置されるとともに、第２の回路基板に配線を半田付けにより接続する複数の接続パッドが設置され、第１の回路基板に設置された複数の接続パッドが、第２の回路基板に設置された複数の接続パッドのいずれかに接続されている配線が接続される全ての接続パッドおよび／または各列の両端部に位置する全ての接続パッドからなる第１のパッド群と、第１のパッド群以外の接続パッドからなる第２のパッド群とに分けられ、第２のパッド群に属する接続パッドの列方向の幅がｄであり、第２のパッド群に属する接続パッドの列方向における配列ピッチがｐであるとき、第１のパッド群に属する各パッドの列方向の幅Ｄが、上記式（１）の条件を満たすようにしたので、上述したように断線が起こりやすい接続パッド、すなわち、各接続パッド列の両端部に位置する接続パッドと基板間を繋ぐ配線が接続される接続パッドの両方またはいずれか一方における配線の半田接続面積を大きくして接続強度を確保することができ、断線の発生を低減することができる。

なお、第１のパッド群に属する各パッドの列方向の幅Ｄが、ｐよりも小さい場合は、充分な配線の接続強度が確保できず、ｄ＋ｐよりも大きい場合には、個々の接続パッドの配置スペースが大きくなり、第１の回路基板上に配設可能な接続パッドの数が減少してしまう。

また、上記内視鏡装置において、第１の回路基板に設置された各接続パッドの列方向に直交する方向の幅ｑが、上記式（２）の条件を満たすようにした場合には、各接続パッドが挿入部の長手方向に長い形状となるため、その長辺方向を配線の延設方向と一致させることができ、接続パッドが挿入部の断面方向に長い形状である場合に比べ、配線との接続強度を強くすることができる。

また、上記内視鏡装置において、第１の回路基板に設置された複数の接続パッドが、全体的に千鳥状に配置されている場合には、各列の接続パッドに接続された配線どうしの間に隣列の接続パッドに接続される配線が通るようにすることができ、配線の積み上げ高を小さくすることができる。

なお、第１の回路基板に設置された複数の接続パッドが千鳥状に配置されているか格子状に配置されているかに関わらず、上述したように第１のパッド群に属する各パッドの列方向の幅Ｄが上記式（１）の条件を満たす場合には、第１のパッド群に属する接続パッドと第２のパッド群に属する接続パッドとが隣列において隣り合って配置されている部分において、接続パッドどうしが長手方向から見て重ならない部分が生じるため、少なくともその部分においては、各パッドに接続される配線の接続位置を列方向多少ずらすことができ、上述したような千鳥配置をした場合と同様に、配線の積み上げ高を小さくできるという効果が得られる。

内視鏡システムの概略構成を示す外観図 挿入部の可撓管部の内部を示す断面図 挿入部の先端の構成を示す図 挿入部の先端の内部を示す断面図 図４に示す接続パッドの配列パターンを矢印Ｘ方向から見た図 本発明の接続パッドの配列パターンのその他の実施形態を示す図 本発明の接続パッドの配列パターンのその他の実施形態を示す図

以下、図面を参照して本発明の内視鏡装置の一実施形態を用いた内視鏡システムについて詳細に説明する。本実施形態は、体内に挿入される挿入部の先端内部の配線接続構造に特徴を有するものであるが、まずは、そのシステム全体の構成から説明する。図１は、本実施形態の内視鏡システムの概略構成を示す外観図である。

本実施形態の内視鏡システムは、図１に示すように、内視鏡本体１０と、内視鏡本体１０に一端が接続されるユニバーサルケーブル１３と、ユニバーサルケーブル１３の他端が接続されるプロセッサ装置１８および光源装置１９と、プロセッサ装置１８から出力された画像信号に基づいて画像を表示するモニタ２０とを備えている。

内視鏡本体１０は、体内に挿入される挿入部１１と、操作者の所定の操作を受け付ける操作部１２とを備えている。挿入部１１は管状に形成されたものであり、具体的には、図１に示すように、先端から順に、先端硬質部１４と湾曲部１５と可撓管部１６とを備えている

先端硬質部１４は、硬質な金属材料などから形成されるものであり、可撓管部１６は、操作部１２と湾曲部１５との間を細径で長尺状に繋ぐ部分であり、可撓性を有するものである。湾曲部１５は、操作部１２に設けられたアングルノブ１２ａの操作に連動して挿入部１１内に挿設されたアングルワイヤが押し引きされることによって湾曲動作するものである。これにより先端硬質部１４が体内の所望の方向に向けられ、先端硬質部１４内に設けられた後述する撮像素子によって所望の被観察部が撮像される。また、操作部１２には、処置具が挿通される鉗子口２１が設けられており、この鉗子口２１は挿入部１１内に配される後述する鉗子チューブ２６に接続される。

可撓管部１６は、図２に示すように、可撓性管２３の内部に、先端硬質部１４の照明用レンズに照明光を導くためのライトガイド２４，２５、鉗子チューブ２６、送気・送水チューブ２７、多芯ケーブル２８、およびジェット噴射用チューブ２９などの複数本の内容物を遊挿した構成になっている。多芯ケーブル２８は、主に、プロセッサ装置１８から撮像素子を駆動するための制御信号を送るための制御信号配線や、撮影素子によって撮像された画像信号をプロセッサ装置１８に送るための画像信号配線をまとめたものであり、これらの複数の信号配線を保護被膜で覆ったものである。なお、符号３０は、湾曲部１５を操作するためのアングルワイヤであり、密着コイルパイプ３０ａの中に挿通されている。

先端硬質部１４の先端面１４ａには、図３に示すように、観察窓３１、照明窓３２,３３、ジェット噴射用噴射口３４、鉗子出口３５、送気・送水ノズル３６などが設けられている。観察窓３１には、体内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系の一部が配されている。照明窓３２，３３は、照明用レンズの一部が組み込まれており、光源装置１９から発せられ、ライトガイド２４，２５によって導光された照明光を体内の被観察部位に照射するものである。鉗子出口３５は、鉗子チューブ２６を介して操作部１２に設けた鉗子口２１と連通されるものである。送気・送水ノズル３６は、操作部１２に設けた送気・送水ボタンを操作することによって観察窓３１の汚れを落とすための洗浄水やエアーを噴射するものである。ジェット噴射用噴射口３４は、送気装置から供給される流体、例えば空気や二酸化炭素ガスなどを被観察部位に向けて噴射するものである。

そして、図４に示すように、観察窓３１に対向する位置に対物光学系３７が配置されている。照明窓３２，３３から発せられる照明光は、被観察部位を反射して観察窓３１に入射する。観察窓３１から入射した被観察部の像は、対物光学系３７を通ってプリズム３８に入射し、プリズム３８の内部で屈曲することによって撮像素子３９の撮像面に結像される。撮像素子３９としては、例えばＣＣＤセンサや、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどが用いられるが、本実施形態においては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接続線４１を介して主回路基板５０（第１の回路基板に相当）上の配線パターンに接続されている。

主回路基板５０は、挿入部１１の長手方向に平行に配設されるものであり、先端硬質部１４の内部で固定されている。そして、主回路基板５０には、前記配線パターンと接触するとともに、多芯ケーブル２８の配線７１や、補助回路基板６０（第２の回路基板に相当）から延出する配線７２（以下、これらをまとめて配線という）が半田付けにより接続される複数の接続パッド５１が２次元状に配設されている。この接続パッド５１は、各配線７１、７２に対してそれぞれ設けられるものであり、金属などの導体から形成されている。これにより、配線７１、７２は、接続パッド５１を介して主回路基板５０の配線パターンに電気的に接続される。

補助回路基板６０は、撮影素子３９からの出力信号を処理する回路、撮影素子３９を駆動制御する回路等の補助回路を搭載した基板であって、挿入部１１の横断方向に主回路基板５０とは離れた位置（プリズム３８の後方、かつ主回路基板５０の上方）において、主回路基板５０と矢印Ｘ方向から見て少なくとも一部が重なるように配設されている。また、補助回路基板６０には、前記補助回路の配線パターンと接触するとともに、主回路基板５０とを繋ぐ配線７２が半田などで接続される接続パッド６１が設けられている。

湾曲部１５の内部には、合成樹脂性のフレキシブル管４４が配されている。フレキシブル管４４の一端には鉗子チューブ２６が接続されており、他端には先端硬質部１４の内部に配した硬質管４５が接続されている。この硬質管４５は、先端硬質部１４の内部で固定されており、先端が鉗子出口３５に接続されている。

ここで、接続パッド５１の詳細な構成について、図５から図７を参照しながら説明する。図５は、図４に示す接続パッド５１の配列パターンを矢印Ｘ方向から見た図である。図５に示すように、主回路基板５０には、複数の接続パッド５１（５１ａ〜５１ｄ）が、挿入部１１の横断方向に延びる３つの列をなすように、かつ、千鳥状（長手方向から見て隣り合う列の接続パッドが交互に並ぶように）に配置されている。

本実施形態の内視鏡システムにおいては、図５に示すように、複数の接続パッド５１を、主回路基板５０と補助回路基板６０を繋ぐ配線７２が接続される接続パッド５１ａと、各接続パッド列の両端部に位置する接続パッド５１ｂ、５１ｃと、それ以外のパッド５１ｄに分けて、さらに、それらの接続パッド５１ａ〜５１ｄを、接続パッド５１ａ〜５１ｃからなる第１のパッド群Ｇ１と、接続パッド５１ｄからなる第２のパッド群Ｇ２とに分けている。そして、第２のパッド群Ｇ２に属する全ての接続パッド５１ｄの列方向（挿入部１１の横断方向）の幅がほぼ同じ大きさｄ（Ｄｄ）となるように設定し、各接続パッド列の接続パッド５１ｄどうしが隣り合って配列されている部分において、接続パッド５１ｄがほぼ同じ長さｐのピッチで配置されるよう設定するとともに、それらの接続パッド列を１列ごとに半ピッチずらした千鳥配列としている。また、第１のパッド群Ｇ１に属する各パッド５１ａ〜５１ｃの列方向の幅Ｄ（Ｄａ〜Ｄｃ）が下記式（１）の条件を満たすようにしている。具体的には、接続パッド５１ａの幅Ｄａは、ｄ＋０．５ｐとし、接続パッド５１ｂの幅Ｄｂは、ｄ＋０．５ｐとし、接続パッド５１ｃの幅Ｄｃは、ｄ＋ｐとしている。
ｐ ≦ Ｄ ≦ ｄ＋ｐ （１）

さらに、各接続パッド５１ａ〜５１ｄの前記列方向に直交する方向の幅ｑが、下記式（２）の条件を満たすようにしている。
２ｄ ≦ ｑ ≦ ２ｄ＋ｐ （２）

接続パッド５１ａ〜５１ｄを上述したように構成することによって、湾曲部１５の湾曲動作によって断線が起こりやすい接続パッド、すなわち、各接続パッド列の両端部に位置する接続パッドと基板間を繋ぐ配線が接続される接続パッドにおける配線の半田接続面積を大きくして接続強度を確保することができ、断線の発生を低減することができる。

また、上記実施形態においては、接続パッド５１を、接続パッド５１ａ〜５１ｃからなる第１のパッド群Ｇ１と、接続パッド５１ｄからなる第２のパッド群Ｇ２とに分けた上で、各接続パッドの構成を規定するようにしたが、これに限らず、たとえば、図６に示すように、接続パッド５１ａからなる第１のパッド群Ｇ１と、接続パッド５１ｂ〜５１ｄからなる第２のパッド群Ｇ２とに分けて規定するようにしてもよい。すなわち、第２のパッド群Ｇ２に属する全ての接続パッド５１ｂ〜５１ｄの列方向の幅がほぼ同じ大きさｄ（Ｄｂ〜Ｄｄ）となるように設定し、第２のパッド群Ｇ２に属する接続パッド５１ｂ〜５１ｄどうしが隣り合って配列されている部分において、接続パッド５１ｂ〜５１ｄがほぼ同じ長さｐのピッチで配置されるよう設定するとともに、第１のパッド群Ｇ１に属する各パッド５１ａの列方向の幅Ｄ（Ｄａ）が上記式（１）の条件を満たすようにすることができる。接続パッド５１ａ〜５１ｄをこのように構成した場合には、少なくとも基板間を繋ぐ配線が接続される接続パッドにおける断線の発生を低減することができる。

または、図７に示すように、接続パッド５１ｂ、５１ｃからなる第１のパッド群Ｇ１と、接続パッド５１ａ、５１ｄからなる第２のパッド群Ｇ２とに分けて規定するようにしてもよい。すなわち、第２のパッド群Ｇ２に属する全ての接続パッド５１ａ、５１ｄの列方向の幅がほぼ同じ大きさｄ（Ｄａ、Ｄｄ）となるように設定し、第２のパッド群Ｇ２に属する接続パッド５１ａ、５１ｄどうしが隣り合って配列されている部分において、接続パッド５１ａ、５１ｄがほぼ同じ長さｐのピッチで配置されるよう設定するとともに、第１のパッド群Ｇ１に属する各パッド５１ｂ、５１ｃの列方向の幅Ｄ（Ｄｂ、Ｄｃ）が上記式（１）の条件を満たすようにすることができる。接続パッド５１ａ〜５１ｄをこのように構成した場合には、少なくとも各接続パッド列の両端部に位置する接続パッドにおける断線の発生を低減することができる。

１０ 内視鏡本体
１１ 挿入部
１２ 操作部
１４ 先端硬質部
１５ 湾曲部
１６ 可撓管部
２８ 多芯ケーブル
３１ 観察窓
３７ 対物光学系
３８ プリズム
３９ 撮像素子
５０ 主回路基板
５１ 接続パッド
６０ 補助回路基板
６１ 接続パッド
７１ 多芯ケーブルの配線
７２ 基板間を繋ぐ配線

Claims (3)

1. 体内に挿入される挿入部を備えた内視鏡装置において、
   前記挿入部の先端内部に、撮像素子と、該撮像素子と電気的に接続された第１の回路基板と、前記挿入部の横断方向に該第１の回路基板とは離れた位置において、前記第１の回路基板と前記横断方向から見て少なくとも一部が重なるように配置された第２の回路基板とが設けられ、
   前記第１の回路基板に配線を半田付けにより接続する複数の接続パッドが前記挿入部の横断方向に延びる２以上の列をなすように設置されるとともに、前記第２の回路基板に配線を半田付けにより接続する複数の接続パッドが設置され、
   前記第１の回路基板に設置された複数の接続パッドが、前記第２の回路基板に設置された複数の接続パッドのいずれかに接続されている配線が接続される全ての接続パッドおよび／または前記各列の両端部に位置する全ての接続パッドからなる第１のパッド群と、該第１のパッド群以外の接続パッドからなる第２のパッド群とに分けられ、
   前記第２のパッド群に属する接続パッドの前記列方向の幅がｄであり、前記第２のパッド群に属する接続パッドの前記列方向における配列ピッチがｐであるとき、前記第１のパッド群に属する各パッドの前記列方向の幅Ｄが、下記式（１）の条件を満たすことを特徴とする内視鏡装置。
   ｐ ≦ Ｄ ≦ ｄ＋ｐ （１）
2. 前記第１の回路基板に設置された各接続パッドの前記列方向に直交する方向の幅ｑが、下記式（２）の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
   ２ｄ ≦ ｑ ≦ ２ｄ＋ｐ （２）
3. 前記第１の回路基板に設置された複数の接続パッドが、全体的に千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡装置。

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