JP2015080633A - 電気ユニット及び電気ユニットを用いた内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積層基板の小型化を実現する電気ユニット及び電気ユニットを用いた内視鏡装置を提供する。
【解決手段】電気ユニットは、可撓性基板と、一方の主面が、前記可撓性基板の一方の主面に対向するように設けられ、複数の硬質基板を積層して形成され、少なくとも対向する二つの側面を有する積層基板と、前記可撓性基板に形成される第１のランドと、前記積層基板の対向する二つの側面の少なくとも一方に形成され、前記複数の硬質基板を電気的に接続するとともに、前記第１のランドと接続される第２のランドと、前記第１のランドと前記第２のランドを接続することにより、前記可撓性基板と前記積層基板とを電気的かつ機械的に接続固定する接続部材と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気ユニット及び電気ユニットを用いた内視鏡装置に関する。

従来、医療分野および工業分野において、各種検査のために内視鏡装置が広く用いられている。このうち、医療用の内視鏡装置は、患者等の被検体の体腔内に、先端に撮像ユニットが設けられた細長形状をなす可撓性の挿入部を挿入することによって、被検体を切開せずとも体腔内の体内画像を取得でき、さらに、必要に応じて挿入部先端から処置具を突出させて治療処置を行うことができるため、広く用いられている。

このような内視鏡装置の撮像ユニットは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどの入射光に応じた電気信号を生成する固体撮像素子と、固体撮像素子の素子端子に接続され、光軸方向に延出する可撓性のフレキシブル基板と、フレキシブル基板の表面上に接続され、複数の導体層を有する硬質の積層基板（硬質基板）と、固体撮像素子表面の受光面（受光部）を覆った状態で固体撮像素子に接着するガラスリッドと、を備える。積層基板の複数の導体層は、それぞれ他の導体層と貫通ビアホールによって電気的に接続されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−５０４９７号公報

積層基板に貫通ビアホールを形成する場合、その形成場所は、積層基板の端部から所定距離離す必要がある。そのため、積層基板の表面積が大きくなるという問題がある。また、そのような積層基板を用いた内視鏡の挿入部の小型化が困難になる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、積層基板の小型化を実現する電気ユニット及び電気ユニットを用いた内視鏡装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電気ユニットは、電気ユニットは、可撓性基板と、一方の主面が、前記可撓性基板の一方の主面に対向するように設けられ、複数の硬質基板を積層して形成され、少なくとも対向する二つの側面を有する積層基板と、前記可撓性基板に形成される第１のランドと、前記積層基板の対向する二つの側面の少なくとも一方に形成され、前記複数の硬質基板を電気的に接続するとともに、前記第１のランドと接続される第２のランドと、前記第１のランドと前記第２のランドを接続することにより、前記可撓性基板と前記積層基板とを電気的かつ機械的に接続固定する接続部材と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記発明における電気ユニットと、前記可撓性基板に接続され、受光部を有する固体撮像素子と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、積層基板の小型化を実現する電気ユニット及び電気ユニットを用いた内視鏡装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態１による内視鏡システムの全体構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示す内視鏡先端の部分断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１による撮像ユニットの部分断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１による撮像ユニットの一部の平面図である。 図５は、本発明の実施の形態１の変形例１による撮像ユニットの一部の平面図である。 図６は、本発明の実施の形態２による電気ユニットの平面図である。 図７は、本発明の実施の形態２の変形例１による電気ユニットの平面図である。

以下の説明では、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、撮像ユニットを備えた内視鏡装置について説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による内視鏡システムの全体構成を模式的に示す図である。図１に示すように、内視鏡装置１は、内視鏡２と、ユニバーサルコード５と、コネクタ６と、光源装置７と、プロセッサ（制御装置）８と、表示装置１０とを備える。

内視鏡２は、挿入部３を被検体の体腔内に挿入することによって、被検体の体内画像を撮像し撮像信号を出力する。ユニバーサルコード５内部のケーブルは、内視鏡２の挿入部３の先端まで延伸され、挿入部３の先端部３ｂに設けられる撮像ユニットに接続する。

コネクタ６は、ユニバーサルコード５の基端に設けられて、光源装置７及びプロセッサ８に接続され、ユニバーサルコード５と接続する先端部３ｂの撮像ユニットが出力する撮像信号（出力信号）に所定の信号処理を施すとともに、撮像信号をアナログデジタル変換（Ａ／Ｄ変換）して画像信号として出力する。

光源装置７は、例えば、白色ＬＥＤを用いて構成される。光源装置７が点灯するパルス状の白色光は、コネクタ６、ユニバーサルコード５を経由して内視鏡２の挿入部３の先端から被写体へ向けて照射する照明光となる。

プロセッサ８は、コネクタ６から出力される画像信号に所定の画像処理を施すとともに、内視鏡装置１全体を制御する。表示装置１０は、プロセッサ８が処理を施した画像信号を表示する。

内視鏡２の挿入部３の基端側には、内視鏡機能を操作する各種ボタン類やノブ類が設けられた操作部４が接続される。操作部４には、被検体の体腔内に生体鉗子、電気メスおよび検査プローブ等の処置具を挿入する処置具挿入口４ａが設けられる。

挿入部３は、撮像ユニットが設けられる先端部３ｂと、先端部３ｂの基端側に連設された上下方向に湾曲自在な湾曲部３ａと、この湾曲部３ａの基端側に連設された可撓管部３ｃとを備える。湾曲部３ａは、操作部４に設けられた湾曲操作用ノブの操作によって上下方向に湾曲し、挿入部３内部に挿通された湾曲ワイヤの牽引弛緩にともない、たとえば上下の２方向に湾曲自在となっている。なお、ここでの上下方向は表示装置１０に表示される画像の上下方向と一致している。また、本明細書における上下方向は、挿入部３が延びる方向（長手方向）と直交する方向であって、互いに相反する方向である。

内視鏡２には、光源装置７からの照明光を伝送するライトガイド３２（図２）が配設され、照明光が被検体に向けて照射される。

次に、内視鏡２の先端部３ｂの構成について詳細に説明する。図２は、内視鏡２先端の部分断面図である。図３は、本発明の実施の形態１による撮像ユニットの部分断面図である。図４は、本発明の実施の形態１による撮像ユニットの一部の平面図である。

図２及び図３は、内視鏡２の先端部３ｂに設けられた撮像ユニットの基板面に対して直交する面であって撮像ユニットの光軸方向と平行な面で切断した場合の断面図である。図２においては、内視鏡２の挿入部３の先端部３ｂと、湾曲部３ａの一部を図示する。また、図２において、上方向（ＵＰ）は湾曲部３ａの湾曲上方向及び表示装置１０に表示される画像の上方向に対応し、下方向（ＤＯＷＮ）は湾曲部３ａの湾曲下方向及び表示装置１０に表示される画像の下方向に対応している。

図２に示すように、湾曲部３ａは、被覆管３０ａ内側に配置する湾曲管内部に挿通された上方湾曲ワイヤ３５及び下方湾曲ワイヤ３６の牽引弛緩にともない、上下方向に湾曲自在である。この湾曲部３ａの先端側に延設された先端部３ｂ内部に、撮像ユニットが設けられる。被覆管３０ａは、湾曲部３ａが湾曲可能なように、柔軟な部材で構成されている。

先端部本体３０ｂは、撮像ユニットを収容する内部空間を形成するための硬質部材で形成される。先端部本体３０ｂが配置される先端部３ｂが挿入部３の硬質部分となる。この硬質部分の長さ（硬質長）は、挿入部３先端から先端部本体３０ｂの基端までとなる。先端部本体３０ｂの内側には、撮像ユニットが接着される。

撮像ユニットは、レンズユニット１１と、レンズユニット１１の基端側に配置するＣＣＤまたはＣＭＯＳなどの入射光に応じた電気信号を生成する固体撮像素子１３、電気ユニット、および固体撮像素子１３表面の受光面（受光部）を覆った状態で固体撮像素子１３に接着するガラスリッド１２を備える。

電気ユニットは、固体撮像素子１３から光軸方向に延出する可撓性のフレキシブル基板１６と、複数の導体層を有する硬質の積層基板（硬質基板）１４と、電子部品１５とを備える。固体撮像素子１３は、その表面に受光面（受光部）と、受光面と同一面上に配置される素子端子（下部電極）とを有している。

レンズユニット１１は、複数の対物レンズと、対物レンズを保持するレンズホルダとを有し、このレンズホルダの先端が、先端部本体３０ｂ内部に挿嵌固定されることによって、先端部本体３０ｂに固定される。

レンズユニット１１によって結像された被写体９の像は、レンズユニット１１の結像位置に配設された固体撮像素子１３によって検出されて、撮像信号に変換される。撮像信号（出力信号）は、フレキシブル基板１６、積層基板１４、電子部品１５、及びケーブル３３を経由して、プロセッサ８に出力される。

積層基板１４は硬質基板であり、複数の絶縁体層（硬質基板）１４ａ，１４ｂ，１４ｃを積層して形成される。積層基板１４の先端側の側面は、絶縁性の接着剤４０によって固体撮像素子１３の裏面に接続固定され、積層基板１４の後端側は、固体撮像素子１３の光軸方向に延出して配設される。なお、積層基板１４の絶縁体層の数は３層に限らず、必要に応じて増減することが可能である。

積層基板１４の最上層面には、電子部品接続用ランド（端子）１８ａ及びケーブル接続用ランド（端子）１８ｂが形成される。また、積層基板１４の裏面（最上層面と反対側の表面）には、積層基板１４とフレキシブル基板１６とを電気的に接続するための基板接続用ランド（端子）１８ｄが形成される。さらに、積層基板１４の先端側の側面及び後端側の側面には、積層基板１４の導体層である配線層１４ｅ（１４ｅ１〜１４ｅ５）を電気的に接続するための接続ランド（端子）１８ｃが形成されている。

積層基板１４のそれぞれの絶縁体層１４ａ〜１４ｃは、その上面及び／又は下面に配線層１４ｅ（１４ｅ１〜１４ｅ５）が形成されている。また、積層基板１４の内部には、複数のビア１４ｆが形成される。図３に示す断面では、配線層１４ｅ２と配線層１４ｅ３、配線層１４ｅ３と配線層１４ｅ５がそれぞれビア１４ｆにより電気的に接続されている。

配線層１４ｅ１と配線層１４ｅ２は、ビア１４ｆではなく、積層基板１４の先端側の側面に形成された接続ランド１８ｃにより相互に電気的に接続されている。また、配線層１４ｅ４と配線層１４ｅ５も同様に、ビア１４ｆではなく、積層基板１４の後端側の側面に形成された接続ランド１８ｃにより相互に電気的に接続されている。

フレキシブル基板１６は、可撓性のプリント基板である。フレキシブル基板１６のインナーリード１７が、固体撮像素子１３の素子端子に電気的に接続され、封止樹脂（接着剤）によって覆われることによって、固体撮像素子１３とフレキシブル基板１６とが接続される。フレキシブル基板１６は、固体撮像素子１３の光軸方向に向かって、固体撮像素子１３から延出する。

フレキシブル基板１６の積層基板１４と対向する表面（対向面）には、フレキシブル基板１６と積層基板１４とを電気的に接続するための基板接続用ランド（端子）１９ａ及び１９ｂとが形成される。基板接続用ランド１９ｂは、積層基板１４の基板接続用ランド１８ｄとはんだ２１等により電気的に接続される。基板接続用ランド１８ｄと基板接続用ランド１９ｂをはんだ付けすることにより、積層基板１４とフレキシブル基板１６とが電気的且つ機械的に接続される。

基板接続用ランド１９ａは、積層基板１４の接続ランド１８ｃと、フィレット形状のはんだ（はんだフィレット）２０により、電気的に接続される。はんだフィレット２０により、積層基板１４の先端側の側面及び後端側の側面とフレキシブル基板１６をはんだ付けすることにより、積層基板１４とフレキシブル基板１６との機械的接続強度を向上させることができる。

電子部品１５は、電子部品接続用ランド１８ａに、はんだ２１等により電気的且つ機械的に接続固定される。電子部品１５は、例えば、固体撮像素子１３の伝送用バッファやコンデンサなどの受動部品である。図３では、電子部品１５を１つのみ接続しているが、積層基板１４の最上層面に複数の電子部品１５を接続することもできる。また、積層基板１４内部にも電子部品１５を実装することができる。また、電子部品１５をフレキシブル基板１６上に設けることも可能である。

ケーブル３３は、その先端の導体がケーブル接続用ランド１８ｂに、はんだ２１等により電気的且つ機械的に接続固定される。電子部品接続用ランド１８ａ及びケーブル接続用ランド１８ｂは、図３に示す断面とは異なる断面において、ビア１４ｆを介して他の配線層１４ｅ１〜１４ｅ５に電気的に接続される。ケーブル３３は、例えば、固体撮像素子１３を駆動するための駆動信号用信号線、固体撮像素子１３の出力信号を伝送するための出力信号用信号線、固体撮像素子１３に電源を供給する電源用信号線等である。

以上、本発明の実施の形態１によれば、積層基板１４の側面に形成した接続ランド１８ｃにより、積層基板１４の異なる導体層の配線間を電気的に接続するので、当該層間配線のためのビア１４ｆを省略することが可能となる。よって、ビア１４ｆを形成するための領域分、積層基板１４を小型化することが可能となる。

また、積層基板１４の側面に形成した接続ランド１８ｃとフレキシブル基板１６上に形成した基板接続用ランド１９ａとを、はんだ付けすることにより、積層基板１４とフレキシブル基板１６との機械的接続強度を向上させることができる。このとき、はんだ２０をフィレット形状に形成することにより、機械的接続強度をさらに向上させることができる。

なお、上述の実施の形態１では、積層基板１４の対向する二つの側面（先端側及び後端側の側面）の双方において、はんだフィレット２０により積層基板１４とフレキシブル基板１６を接続固定したが、上記対向する二つの側面のいずれか一方のみ（先端側または後端側の側面）において、はんだフィレット２０により積層基板１４とフレキシブル基板１６を接続固定するようにしてもよい。

（実施の形態１の変形例１）
図５は、本発明の実施の形態１の変形例１による撮像ユニットの一部の平面図である。この実施の形態１の変形例１では、積層基板１４の先端側及び後端側のそれぞれの側面に複数の接続ランド１８ｃを設けている。図５に示す例では、積層基板１４の先端側及び後端側のそれぞれの側面に接続ランド１８ｃを二つずつ設けている。

実施の形態１の変形例１によれば、複数の接続ランド１８ｃを設けて積層基板１４の異なる導体層の配線間をそれぞれ独立して電気的に接続することにより、複数の信号経路を形成することが可能となり、さらに多くのビア１４ｆを省略することが可能となる。よって、機械的接続強度の向上を図りつつ、積層基板１４をさらに小型化することが可能となる。

なお、上述の実施の形態１の変形例１において、積層基板１４の側面に設ける接続ランド１８ｃの数は、二つに限らず必要に応じて増やすことが可能である。また、対向する二つの側面において、はんだフィレット２０により接続する場所の数を同一とすることが接続強度のバランスをとる上で好ましいが、対向する二つの側面のいずれか一方のみ（先端側または後端側の側面）において、複数のはんだフィレット２０により積層基板１４とフレキシブル基板１６を接続固定するようにしてもよい。さらに、対向する二つの側面（先端側及び後端側の側面）のそれぞれにおいて、積層基板１４の各側面に設けるはんだフィレット２０（はんだフィレット２０により接続固定される基板接続ランド１８ｃ及び１９ａ）の数を異ならせてもよい。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２による電気ユニットの平面図である。実施の形態２では、電気ユニットを内視鏡２以外の用途に用いる場合を説明する。実施の形態２による電気ユニットの断面は実施の形態１と同様であるので、断面については図３を参照する。

電気ユニットは、実施の形態１と同様に、複数の導体層を有する硬質の積層基板（硬質基板）１４と、電子部品１５と、可撓性のフレキシブル基板１６と、を備える。

積層基板１４は硬質基板であり、実施の形態１と同様に、複数の絶縁体層１４ａ〜１４ｃを積層して形成される。積層基板１４の最上層面には、電子部品接続用ランド（端子）１８ａが形成され、電子部品１５が実装される。図６に示す例では、二つの電子部品１５が実装されている。なお、積層基板１４の最上層面に実装する電子部品１５の数は二つに限らず、必要に応じて増減可能である。また、実施の形態１と同様に信号ケーブル等を接続することも可能である。

また、積層基板１４の裏面（最上層面と反対側の表面）には、積層基板１４とフレキシブル基板１６とを電気的に接続するための基板接続用ランド（端子）１８ｄが形成される。さらに、積層基板１４の全ての側面には、積層基板１４の導体層である配線層１４ｅ１〜１４ｅ５を電気的に接続するための接続ランド（端子）１８ｃが形成されている。

フレキシブル基板１６は、実施の形態１と同様に、可撓性のプリント基板である。フレキシブル基板１６の積層基板１４と対向する表面（対向面）には、フレキシブル基板１６と積層基板１４とを電気的に接続するための基板接続用ランド（端子）１９ａ及び１９ｂとが形成される。基板接続用ランド１９ｂは、積層基板１４の基板接続用ランド１８ｄとはんだ２１等により電気的に接続される。基板接続用ランド１８ｄと基板接続用ランド１９ｂをはんだ付けすることにより、積層基板１４とフレキシブル基板１６とが電気的且つ機械的に接続される。なお、フレキシブル基板１６上に電子部品１５を設けることも可能である。

基板接続用ランド１９ａは、積層基板１４の接続ランド１８ｃと、フィレット形状のはんだ（はんだフィレット）２０により、電気的に接続される。はんだフィレット２０により、積層基板１４の全ての側面とフレキシブル基板１６をはんだ付けすることにより、積層基板１４とフレキシブル基板１６との機械的接続強度を向上させることができる。

実施の形態１では、電気ユニットを内視鏡２に用いるため、内視鏡２の挿入部３の幅方向のサイズの増大を防止するため、内視鏡２の挿入部３の延在方向（先端側及び後端側）にのみ、はんだフィレット２０を設けた。これに対して、この実施の形態２では、幅方向のサイズに制約がない場合を想定して、積層基板１４の四つの側面全てにはんだフィレット２０を設けて、積層基板１４とフレキシブル基板１６との機械的接続強度をさらに向上させることができる。

（実施の形態２の変形例１）
図７は、本発明の実施の形態２の変形例１による電気ユニットの平面図である。この実施の形態２の変形例１では、積層基板１４の全ての側面のそれぞれに複数の接続ランド１８ｃを設けている。図７に示す例では、積層基板１４の短辺側の側面に接続ランド１８ｃを二つずつ設け、長辺側の側面に接続ランド１８ｃを三つずつ設けている。なお、積層基板１４の側面に設ける接続ランド１８ｃの数は、必要に応じて増減することが可能である。

実施の形態２の変形例１によれば、複数の接続ランド１８ｃを設けて積層基板１４の異なる導体層の配線間をそれぞれ独立して電気的に接続することにより、複数の信号経路を形成することが可能となり、さらに多くのビア１４ｆを省略することが可能となる。よって、機械的接続強度の向上を図りつつ、積層基板１４をさらに小型化することが可能となる。

なお、実施の形態２及びその変形例１は、内視鏡２に用いることも可能である。その場合には、内視鏡２の挿入部３の延在方向と平行な側面に設けるはんだフィレット２０を合わせた電気ユニット全体の幅が、固体撮像素子１３を該固体撮像素子１３の光軸と垂直な面に投影した投影面内に収まるようにすることが好ましい。

また、実施の形態２及びその変形例１においても、対向する二つの側面において、はんだフィレット２０により接続する場所の数を同一とすることが接続強度のバランスをとる上で好ましいが、積層基板１４の各側面に設けるはんだフィレット２０（はんだフィレット２０により接続固定される基板接続ランド１８ｃ及び１９ａ）の数を、側面ごとに異ならせてもよい。

なお、上述の実施の形態１及びその変形例１ならびに実施の形態２及びその変形例１では、基板接続ランド１８ｃ及び１９ａを接続することにより、積層基板１４をフレキシブル基板１６に電気的かつ機械的に接続する接続部材としてはんだフィレット２０を用いたが、導電性の接着剤等の他の接続部材を用いることもできる。

１ 内視鏡装置
２ 内視鏡
３ 挿入部
３ａ 湾曲部
３ｂ 先端部
３ｃ 可撓管部
４ 操作部
４ａ 処置具挿入口
５ ユニバーサルコード
６ コネクタ
７ 光源装置
８ プロセッサ
９ 被写体
１０ 表示装置
１１ レンズユニット
１２ ガラスリッド
１３ 固体撮像素子
１４ 積層基板
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 絶縁体層（硬質基板）
１４ｅ１，１４ｅ２，１４ｅ３，１４ｅ４，１４ｅ５ 配線層
１４ｆ ビア
１５ 電子部品
１６ フレキシブル基板
１７ インナーリード
１８ａ 電子部品接続用ランド
１８ｂ ケーブル接続用ランド
１８ｃ 接続ランド
１８ｄ，１９ａ，１９ｂ 基板接続用ランド
２０ はんだフィレット（接続部材）
２１ はんだ
３０ａ 被覆管
３０ｂ 先端部本体
３２ ライトガイド
３３ ケーブル
３５ 上方湾曲ワイヤ
３６ 下方湾曲ワイヤ
４０ 接着剤

Claims (7)

1. 可撓性基板と、
   一方の主面が、前記可撓性基板の一方の主面に対向するように設けられ、複数の硬質基板を積層して形成され、少なくとも対向する二つの側面を有する積層基板と、
   前記可撓性基板に形成される第１のランドと、
   前記積層基板の対向する二つの側面の少なくとも一方に形成され、前記複数の硬質基板を電気的に接続するとともに、前記第１のランドと接続される第２のランドと、
   前記第１のランドと前記第２のランドを接続することにより、前記可撓性基板と前記積層基板とを電気的かつ機械的に接続固定する接続部材と、
   を備えたことを特徴とする電気ユニット。
2. 前記積層基板の対向する二つの側面のそれぞれに、前記第２のランドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電気ユニット。
3. 前記積層基板の対向する二つの側面の少なくとも一方に、前記第２のランドを複数個設けたことを特徴とする請求項１に記載の電気ユニット。
4. 前記積層基板の対向する二つの側面のそれぞれに、前記第２のランドを複数個設けたことを特徴とする請求項１に記載の電気ユニット。
5. 前記積層基板は、前記対向する二つの側面とは別に対向する二つの側面をさらに有し、
   前記別に対向する二つの側面の少なくとも一方に、前記第２のランドをさらに設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気ユニット。
6. 前記別に対向する二つの側面の少なくとも一方に、前記第２のランドを複数個設けたことを特徴とする請求項５に記載の電気ユニット。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気ユニットと、
   前記可撓性基板に接続され、受光部を有する固体撮像素子と、
   を備えたことを特徴とする電気ユニットを用いた内視鏡装置。

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