JP2017011711A - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に接続された撮像素子及び部品が生じた熱を効率よく放熱する基板の放熱装置を得る。【解決手段】第１の撮像素子１１０が熱を発すると、熱はパターン配線１６１及びビア１６２を介して第１の放熱部材１８０に伝達される。第１の放熱部材１８０は、後端面１８３から網組線１４３に熱を伝達する。網組線１４３を介して熱が発散される。第１の基板１５０及びパターン配線１６１を介して第１の放熱部材１８０に伝達された熱が、再び第１の基板１５０及び第１の撮像素子１１０に戻るおそれがある。そこで、第１の基板１５０の材料よりも遙かに低い熱伝導率を有する空気を第１の放熱部材１８０の周囲に断熱体として配置することにより、第１の放熱部材１８０に伝達された熱が第１の撮像素子１１０に戻ることを防ぐ。【選択図】図２

Description

本発明は、基板に接続された部品が発する熱を放熱する装置に関する。

人体に挿入されて体内の画像を撮像する内視鏡と、内視鏡から画像信号を受信して表示する内視鏡プロセッサが知られている。このような内視鏡は先端に撮像素子を備え、撮像素子が出力した画像信号を内視鏡プロセッサに出力する。撮像素子は種々の部品と共に基板に取り付けられ、内視鏡に固定される。基板に取り付けられた撮像素子及び部品は、動作時に熱を発する。撮像素子及び部品が発した熱により素子自体が動作不良や破壊を起こしたり、最悪の場合には体内が火傷することを防ぐために、効率的に熱を放熱する種々の構成が知られている。特許文献１は、固体撮像素子の裏面に取り付けられた伝熱バンプと、プリント基板に積層して設けられる放熱層と、プリント基板の厚さ方向に埋め込まれた受熱部とを有する撮像ユニットを開示する。固体撮像素子が生じた熱は伝熱バンプと受熱部を介して放熱層に伝えられ、放熱層を介してプリント基板の外部に排出される。特許文献２は、プリント基板に積層して設けられるヒートシンク層に同軸ケーブルの外部導体を接続して、電気回路等が発した熱を外部導体に伝達して放熱する放熱構造を開示する。

特開２０１０−２０５７８０号公報 特開２００７−１４２２４９号公報

しかし特許文献１及び２に記載のように、プリント基板に積層して放熱層又はヒートシンク層を設けると、現在主流を占める多層基板において層間接続を確保することが困難になるとともに、プリント基板を特殊な製造工程で製造しなければならず、コストが上がるおそれがある。

本発明はこれらの問題を鑑みてなされたものであり、基板に接続された撮像素子及び部品が生じた熱を効率よく放熱する基板の放熱装置を得ることを目的とする。

本願発明による基板の放熱装置は、撮像素子の撮像面の裏面に取り付けられる放熱装置であって、撮像面の裏面に対向する実装面と、実装面の裏面である背面とを有する基板と、背面から実装面の手前まで基板に埋め込まれる放熱部材と、放熱部材と少なくとも熱的に接続される遮蔽部材を有する同軸ケーブルと、放熱部材と基板との間の少なくとも一部に設けられ、放熱部材と基板との熱伝達率を低下させる断熱部材とを備えることを特徴とする。

放熱装置は、撮像面の裏面に設けられた端子面に取り付けられることが好ましい。

基板の内部に設けられ、端子面及び放熱部材に熱的に接続される配線部材をさらに備えることが好ましい。

断熱部材は、放熱部材と基板との間の少なくとも一部に設けられる空気層から成るものであることが好ましい。

断熱部材は、放熱部材と基板との間の少なくとも一部に設けられる断熱材から成るものであってもよい。

背面から実装面の手前まで延びる第１の基板円筒穴を基板が有し、第１の基板円筒穴の内周面には雌ねじが形成され、放熱部材は円柱であって、円柱の外周面には雄ねじが形成され、第１の基板円筒穴の内周面と円柱の外周面とが螺合することが好ましい。

背面から実装面の手前まで延びる基板穴を基板が有し、基板穴の内周面と断熱部材の外周面とが嵌合し、断熱部材は断熱円筒穴を有し、断熱円筒穴の内周面には雌ねじが形成され、放熱部材は円柱であって、円柱の外周面には雄ねじが形成され、断熱円筒穴の内周面と円柱の外周面とが螺合するように構成されても良い。

背面から実装面の手前まで延びる第２の基板円筒穴を基板が有し、第２の基板円筒穴の内周面には雌ねじが形成され、断熱部材は円筒であって、円筒の外周面には雄ねじが形成され、第２の基板円筒穴の内周面と円筒の外周面とが螺合し、円筒の内周面には放熱部材が嵌合するように構成されても良い。

放熱装置は、基板付近の温度を測定する温度センサと、熱処理部材の熱移動量を制御する制御部材とをさらに備え、放熱部材は、背面から実装面に向けて延びるセンサ穴を有し、温度センサはセンサ穴に取り付けられてもよい。

本発明によれば、基板に接続された撮像素子及び部品が生じた熱を効率よく放熱する基板の放熱装置を得る。

第１の実施形態による撮像ユニットを概略的に示した分解斜視図である。 図１のII−II線における端面図である。 第２の実施形態による撮像ユニットの端面図である。 第３の実施形態による撮像ユニットの端面図である。 第４の実施形態による撮像ユニットの端面図である。 第５の実施形態による撮像ユニットの端面図である。 第６の実施形態による撮像ユニットの端面図である。

以下、本発明の第１の実施形態による第１の放熱装置１２０について添付図面を参照して説明する。まず、図１及び２を用いて第１の放熱装置１２０を備える第１の撮像ユニット１００の構成について説明する。

第１の撮像ユニット１００は、第１の撮像素子１１０及び第１の放熱装置１２０を備える。

第１の撮像素子１１０は、ＣＭＯＳであって、被写体像が結像する撮像面１１１と、撮像面１１１の裏面に設けられた端子面１１２とを備える。格子状に並べられた複数のボール状端子１１３が端子面１１２に設けられる。すなわち、第１の撮像素子１１０はＢＧＡパッケージである。

第１の放熱装置１２０は、同軸ケーブル１４０と、第１の基板１５０と、第１の放熱部材１８０と、第１の断熱部材１５６とを備える。

同軸ケーブル１４０は、複数の銅線から成る芯線１４１と、芯線１４１を包み込むように周囲に設けられる絶縁体１４２と、絶縁体１４２の周囲に設けられる網組線１４３と、網組線１４３を覆うように設けられる外皮１４４とを備える。絶縁体１４２は例えばポリエチレンから成る。網組線１４３は遮蔽部材とも呼ばれ、複数の銅線を編んで網状にしたもの、或いは単純に巻き付けたものである。外皮１４４はビニールなどの絶縁体から成る。

第１の基板１５０は、直方体形状を有する多層基板であって、第１の撮像素子１１０側に位置する実装面１５１と、実装面１５１の裏面であるケーブル面１５２と、ケーブル面１５２に開口する第１の断熱穴１５３と、第１の断熱穴１５３の底面１５７から実装面１５１に向けて開口する第１の基板円筒穴１５４とを有する。実装面１５１からケーブル面１５２への方向を厚さ方向とする。第１の基板１５０は、厚さ方向を拡大して図示されている。第１の基板１５０の材料は、例えばジルコニア、ＦＲ４、シリコン、ガラス、窒化アルミ、アルミナである。ジルコニアの熱伝導率は３Ｗ／ｍ・Ｋ、ＦＲ４の熱伝導率は０．４４Ｗ／ｍ・Ｋ、シリコンの熱伝導率は１６８Ｗ／ｍ・Ｋ、ガラスの熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋ、窒化アルミの熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・Ｋ、アルミナの熱伝導率は３２Ｗ／ｍ・Ｋである。熱伝導率が低い材料により第１の基板１５０が形成されることが望ましい。なお、第１の基板１５０に設けられた部品は図示されない。

実装面１５１は、第１の断熱穴１５３の周囲に格子状に並べられた円盤形状の複数の円状端子１５５を有する。円状端子１５５は、ボール状端子１１３と半田付けされる。

第１の断熱穴１５３は、ケーブル面１５２に矩形の開口を有し、ケーブル面１５２から第１の基板１５０の厚さ方向の約２／５までケーブル面１５２に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ矩形である。第１の断熱穴１５３の内部には空気が流入可能であって、第１の断熱穴１５３の内側の空間は空気を断熱体として第１の断熱部材１５６を形成する。空気の熱伝導率は０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋである。

第１の基板円筒穴１５４は、第１の基板１５０の厚さの約１／５の長さを有する円筒形状であって、第１の断熱穴１５３の底面１５７から実装面１５１に向けて延びる。第１の基板円筒穴１５４の内周面全体に雌ねじが切られる。

第１の放熱部材１８０は、熱伝導率が高くかつ導電性の材料、例えば銅から成る円柱である。第１の放熱部材１８０において先端面１８２付近の外周面には、雄ねじが切られた第１の雄ねじ面１８４が形成される。第１の放熱部材１８０は第１の基板円筒穴１５４と螺合し、先端面１８２及び先端面１８２付近の第１の雄ねじ面１８４は熱伝導性グリスを介して第１の基板円筒穴１５４と密着する。第１の放熱部材１８０の後端面１８３には網組線１４３が半田付けされる。

第１の基板１５０の内部には、厚さ方向に対して直角な方向に延びる複数のパターン配線１６１と、厚さ方向に延びる複数のビア１６２とが設けられる。異なる層に設けられたパターン配線１６１をビア１６２が接続する。第１の基板１５０の側面１５８には、複数の側面端子１６３が設けられる。側面端子１６３は、第１の基板１５０の内部においてパターン配線１６１あるいはビア１６２と接続され、第１の基板１５０の外部において芯線１４１と半田付けされる。

次に、第１の撮像ユニット１００の組み立て工程について説明する。まず、円状端子１５５とボール状端子１１３とを半田付けして、第１の撮像素子１１０と第１の基板１５０とを接続及び固定する。次に、第１の放熱部材１８０を先端面１８２から第１の断熱穴１５３を経て第１の基板円筒穴１５４に挿入して、第１の基板円筒穴１５４に第１の放熱部材１８０を螺合させる。そして、第１の放熱部材１８０の後端面１８３に網組線１４３が半田付けされ、側面端子１６３が芯線１４１と半田付けされる。第１の放熱部材１８０はパターン配線１６１の１つと電気的及び熱的に接続される。このパターン配線１６１は第１の撮像素子１１０のＧＮＤである。前述のように第１の放熱部材１８０は導電性であるため、第１の撮像素子１１０のＧＮＤは、第１の放熱部材１８０を介して同軸ケーブル１４０の網組線１４３と接続され、接地される。

次に、第１の撮像素子１１０が熱を発したときの第１の放熱装置１２０の状態について説明する。第１の撮像素子１１０が熱を発すると、熱はパターン配線１６１及びビア１６２を介して第１の放熱部材１８０に伝達される。第１の放熱部材１８０は、後端面１８３から網組線１４３に熱を伝達する。網組線１４３を介して熱が発散される。

第１の基板１５０は熱伝導率が低い材料から成るが、比較的熱伝導率が低いＦＲ４であっても０．４４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。そのため、第１の基板１５０及びパターン配線１６１を介して第１の放熱部材１８０に伝達された熱が、再び第１の基板１５０及び第１の撮像素子１１０に戻るおそれがある。そこで、第１の基板１５０の材料よりも遙かに低い熱伝導率を有する空気を第１の放熱部材１８０の周囲に断熱体として配置することにより、第１の放熱部材１８０に伝達された熱が第１の撮像素子１１０に戻ることを防ぐ。

本実施形態によれば、第１の撮像素子１１０が生じた熱を効率よく吸収し、再び第１の撮像素子１１０及び第１の基板１５０に戻ることを防止しながら、効率よく放熱することができる。

次に、図３を用いて第２の実施形態による第２の放熱装置２２０について説明する。第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。同軸ケーブルの構成は第１の実施形態と同様であるため、図３において省略される。第２の放熱装置２２０は、基板及び放熱部材の形状が第１の実施形態と異なる。以下、これらの形状について主に説明する。

第２の放熱装置２２０は、図示されない同軸ケーブルと、第２の基板２５０と、第２の放熱部材２８０とを備える。

第２の基板２５０は、熱伝導率が低い材料から成り、直方体形状を有する多層基板であって、第１の撮像素子１１０側に位置する実装面１５１と、実装面１５１の裏面であるケーブル面１５２と、ケーブル面１５２に開口する第１の断熱穴１５３と、第１の断熱穴１５３の底面１５７から実装面１５１に向けて開口する第２の基板円筒穴２５４とを有する。実装面１５１からケーブル面１５２への方向を厚さ方向とする。第２の基板２５０は、厚さ方向を拡大して図示されている。第２の基板２５０の材料は、第１の基板１５０の材料と同様である。なお、第２の基板２５０に設けられた部品は図示されない。

第２の基板円筒穴２５４は、第２の基板２５０の厚さの約１／５の長さを有する円筒形状であって、第１の断熱穴１５３の底面１５７から実装面１５１に向けて延びる。

第２の放熱部材２８０は、熱伝導率が高くかつ導電性の材料、例えば銅から成る円柱である。第２の放熱部材２８０は第２の基板円筒穴２５４と係合する。すなわち、第２の放熱部材２８０の先端面２８２及び先端面２８２付近の外周面２８４は熱伝導性グリスを介して第２の基板円筒穴２５４と密着する。第２の放熱部材２８０の後端面２８３には網組線１４３が半田付けされる。

第２の放熱部材２８０を第１の撮像素子１１０に取り付ける工程について説明する。まず、円状端子１５５とボール状端子１１３とを半田付けして、第１の撮像素子１１０と第２の基板２５０とを接続及び固定する。次に、第２の放熱部材２８０を先端面２８２から第１の断熱穴１５３を経て第２の基板円筒穴２５４に挿入して、第２の基板円筒穴２５４に第２の放熱部材２８０を係合させる。そして、第２の放熱部材２８０の後端面２８３に網組線１４３が半田付けされ、側面端子１６３が芯線１４１と半田付けされる。第２の放熱部材２８０はパターン配線１６１の１つと電気的及び熱的に接続される。このパターン配線１６１は第１の撮像素子１１０のＧＮＤである。前述のように第２の放熱部材２８０は導電性であるため、第１の撮像素子１１０のＧＮＤは、第２の放熱部材２８０を介して同軸ケーブル１４０の網組線１４３と接続され、接地される。

第１の撮像素子１１０が熱を発したときの第２の放熱装置２２０の状態は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得る。

次に、図４を用いて第３の実施形態による第３の放熱装置３２０について説明する。第１及び第２の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。同軸ケーブルの構成は第１の実施形態と同様であるため、図４において省略される。第３の放熱装置３２０は、基板及び放熱部材の形状が第１の実施形態と異なる。以下、これらの形状について主に説明する。

第３の放熱装置３２０は、第２の撮像素子２１０及び第３の放熱装置３２０を備える。

第２の撮像素子２１０は、ＣＭＯＳであって、被写体像が結像する撮像面２１１と、撮像面２１１の裏面に設けられた端子面２１２とを備える。格子状に並べられた複数のボール状端子１１３が端子面２１２に設けられる。すなわち、第２の撮像素子２１０はＢＧＡパッケージである。複数のボール状端子１１３の中央には、第２の撮像素子２１０が発する熱を発散する平面形状の放熱端子２１４が設けられる。放熱端子２１４は、第２の撮像素子２１０のＧＮＤを兼ねる。

第３の放熱装置３２０は、熱処理部材を成すペルチェ素子１３０と、図示されない同軸ケーブルと、第３の基板３５０と、第３の放熱部材３８０とを備える。

ペルチェ素子１３０は、吸熱面２３１と放熱面１３２とを有する。図示しない電力線からペルチェ素子１３０に電力を供給すると、吸熱面２３１から放熱面１３２に向けて熱が移動する。熱の移動量は、ペルチェ素子１３０に流す電流の大きさにより決定される。熱伝導性グリスを介して吸熱面２３１が放熱端子２１４に密着される。

第３の基板３５０は、熱伝導率が低い材料から成り、直方体形状を有する多層基板であって、第２の撮像素子２１０側に位置する実装面１５１と、実装面１５１の裏面であるケーブル面１５２と、実装面１５１に開口する第３の素子側断熱穴３５３と、実装面１５１からケーブル面１５２まで貫通する第３の基板円筒穴３５４と、ケーブル面１５２に開口する第３のケーブル側断熱穴３７１と、第３の素子側断熱穴３５３と第３のケーブル側断熱穴３７１との間に設けられる第３の中間断熱穴３７４とを有する。第３の基板３５０は、厚さ方向を拡大して図示されている。第３の基板３５０の材料は、第１の基板１５０の材料と同様である。なお、第３の基板３５０に設けられた部品は図示されない。

実装面１５１は、第３の素子側断熱穴３５３の周囲に格子状に並べられた円盤形状の複数の円状端子１５５を有する。円状端子１５５は、ボール状端子１１３と半田付けされる。

第３の素子側断熱穴３５３は、実装面１５１に矩形の開口を有し、実装面１５１から第３の基板３５０の厚さ方向の略１／３までケーブル面１５２に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ矩形である。第３の素子側断熱穴３５３の内部には空気が流入可能であって、第３の素子側断熱穴３５３の内側の空間は空気を断熱体として第３の素子側断熱部材３５６を形成する。

第３のケーブル側断熱穴３７１は、ケーブル面１５２に矩形の開口を有し、ケーブル面１５２から第３の基板３５０の厚さ方向の略１／１０まで実装面１５１に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ矩形である。第３のケーブル側断熱穴３７１の内部には空気が流入可能であって、第３のケーブル側断熱穴３７１の内側の空間は空気を断熱体として第３のケーブル側断熱部材３７２を形成する。

第３の中間断熱穴３７４は、厚さ方向に対して第３の素子側断熱穴３５３と第３のケーブル側断熱穴３７１との間に設けられる。厚さ方向に直角を成す断面の形状は、第３の素子側断熱穴及び第３のケーブル側断熱穴３７１と同じである。厚さ方向における第３の中間断熱穴３７４の長さは、基板の厚さの略１／５である。第３のケーブル側断熱穴３７１の内部には空気が存在し、第３のケーブル側断熱穴３７１の内側の空間は空気を断熱体として第３の中間断熱部材３７５を形成する。

第３の基板円筒穴３５４は、円筒形状であって、第３の素子側断熱穴３５３の底面３５７から第３の中間断熱穴３７４を介して第３のケーブル側断熱穴３７１の底面３７３に貫通する。第３の基板円筒穴３５４の内周面全体に雌ねじが切られる。

第３の放熱部材３８０は、熱伝導率が高い材料、例えば銅から成る円柱である。第３の放熱部材３８０の外周面の一部には、雄ねじが切られた第３の雄ねじ面３８４が形成される。第３の放熱部材３８０の先端面３８２は、熱伝導性グリスを介して放熱面１３２と密着する。第３の放熱部材３８０の後端面３８３には網組線１４３が半田付けされる。

次に、第３の放熱装置３２０を第２の撮像素子２１０に取り付ける工程について説明する。まず、放熱端子２１４に吸熱面２３１を接触させることにより、第２の撮像素子２１０とペルチェ素子１３０とを接続する。次に、円状端子１５５とボール状端子１１３とを半田付けして、第２の撮像素子２１０に基板を接続する。そして、第３の放熱部材３８０の先端面３８２をケーブル面１５２から第３の基板円筒穴３５４に挿入して、第３の基板円筒穴３５４に第３の放熱部材３８０を螺合させる。その後、第３の放熱部材３８０を適切に回転させて、第３の放熱部材３８０の先端面３８２を放熱面１３２に押しつける。回転数を適切に保つことにより、第３の放熱部材３８０とペルチェ素子１３０、そしてペルチェ素子１３０と放熱端子２１４が適切な圧力で密着する。そして最後に、第３の放熱部材３８０の後端面３８３に網組線１４３が半田付けされ、側面端子１６３が芯線１４１と半田付けされる。第３の放熱部材３８０はパターン配線１６１の１つと電気的に接続される。このパターン配線１６１は第２の撮像素子２１０のＧＮＤである。前述のように第３の放熱部材３８０は導電性であるため、第２の撮像素子２１０のＧＮＤは、第３の放熱部材３８０を介して同軸ケーブル１４０の網組線１４３と接続され、接地される。

第２の撮像素子２１０が熱を発したときの第３の放熱装置３２０の状態について説明する。第２の撮像素子２１０が熱を発すると、熱は放熱端子２１４を介してペルチェ素子１３０に伝達される。ペルチェ素子１３０は、吸熱面２３１から放熱面１３２に向けて熱を移動させる。そして、放熱面１３２から第３の放熱部材３８０の先端面３８２に熱が伝達される。先端面３８２を介して第３の放熱部材３８０に伝達された熱は、後端面３８３から網組線１４３に伝達される。網組線１４３を介して熱が発散される。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得る。また、ペルチェ素子１３０を設けることにより第１の実施形態よりも撮像素子を冷却できる。さらに、ペルチェ素子１３０の周囲に第３の素子側断熱部材３５６を設けることにより、第３の放熱部材３８０に伝達された熱が第２の撮像素子２１０及び第３の基板３５０に戻ることを防ぐ。

次に、図５を用いて第４の実施形態による第４の放熱装置４２０について説明する。第１から第３の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。同軸ケーブルの構成は第１の実施形態と同様であるため、図５において省略される。第４の放熱装置４２０は、基板、放熱部材、及び断熱部材の形状が第１の実施形態と異なる。以下、これらの形状について主に説明する。

第４の放熱装置４２０は、図示しない同軸ケーブルと、第４の基板４５０と、第４の放熱部材４８０と、第４の断熱部材４５６とを備える。

第４の基板４５０は、直方体形状を有する多層基板であって、ケーブル面１５２に開口する第４の基板穴４５４を有する。第４の基板穴４５４は、ケーブル面１５２に矩形の開口を有し、ケーブル面１５２から第４の基板４５０の厚さ方向の約３／５まで実装面１５１に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ矩形である。なお、第４の基板４５０に設けられた部品は図示されない。

第４の放熱部材４８０は、熱伝導率が高くかつ導電性の材料、例えば銅から成る円柱である。第４の放熱部材４８０の外周面の一部には、雄ねじが切られた第４の雄ねじ面４８４が形成される。第４の放熱部材４８０の先端面４８２は、熱伝導性グリスを介して第４の基板穴４５４の底面４５５と密着する。第４の放熱部材４８０の後端面４８３には網組線１４３が半田付けされる。

第４の断熱部材４５６は熱伝導率が低い材料から成る円筒であって、内周面４７４には雌ねじが切られる。材料には、例えば熱伝導率が０．２１Ｗ／ｍ・Ｋであるエポキシ樹脂等が用いられる。第４の断熱部材４５６の軸方向長さは、第４の基板穴４５４の軸方向長さと同じである。内周面４７４に第４の放熱部材４８０がねじ込まれる。

第４の基板穴４５４の内部には、第４の断熱部材４５６がケーブル面１５２側から圧入される。第４の基板穴４５４と第４の断熱部材４５６との間には、耐熱性の接着剤が設けられ、第４の基板穴４５４と第４の断熱部材４５６とが互いに密着して動かないように固定される。第４の断熱部材４５６の軸方向端面は、ケーブル面１５２と面一と成る。

次に、第４の放熱装置４２０を第１の撮像素子１１０に取り付ける工程について説明する。まず、円状端子１５５とボール状端子１１３とを半田付けして、第１の撮像素子１１０と第４の基板４５０とを接続及び固定する。次に、第４の断熱部材４５６をケーブル面１５２から第４の基板穴４５４に挿入して、第４の基板穴４５４に第４の放熱部材４８０を固定する。そして、第４の放熱部材４８０を先端面４８２から第４の断熱部材４５６の内周面４７４に螺合させて、第４の放熱部材４８０の先端面４８２が第４の基板穴４５４の底面４５５と密着するまで第４の断熱部材４５６に第４の断熱部材４５６を回転挿入する。これにより、第４の放熱部材４８０の先端面４８２が第４の基板穴４５４と熱的に接続される。最後に、第４の放熱部材４８０の後端面４８３に網組線１４３を半田付けし、側面端子１６３を芯線１４１と半田付けする。また第４の基板４５０内に設けられた図示しない配線により第１の撮像素子１１０のＧＮＤが第４の放熱部材４８０に接続され、これにより第１の撮像素子１１０のＧＮＤが同軸ケーブル１４０の網組線１４３と接続され、接地される。

次に、第１の撮像素子１１０が熱を発したときの第４の放熱装置４２０の状態について説明する。第４の基板４５０に取り付けられた図示しない部品及び第１の撮像素子１１０が熱を発すると、パターン配線１６１、ビア１６２、及び基板を介して熱が第４の放熱部材４８０の先端面４８２に伝達される。第４の放熱部材４８０は、先端面４８２を介して後端面４８３から網組線１４３に熱を伝達する。網組線１４３を介して熱が発散される。

第４の基板４５０は熱伝導率が低い材料から成るが、比較的熱伝導率が低いＦＲ４であっても０．４４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。そのため、第４の放熱部材４８０に伝達された熱が、再び第４の基板及び第１の撮像素子１１０に戻るおそれがある。そこで、第４の基板４５０の材料よりも遙かに低い熱伝導率を有する第４の断熱部材４５６を第４の放熱部材４８０の周囲に断熱体として配置することにより、第４の放熱部材４８０に伝達された熱が第４の基板及び第１の撮像素子１１０に戻ることを防ぐ。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ると共に、第４の断熱部材４５６が第４の放熱部材４８０を確実に支持する。

なお、第４の断熱部材４５６は円筒形でなくても良い。軸方向の断面において、外側面が矩形を有し、内側面が円形を有しても良い。このとき、第４の基板穴４５４は、矩形断面を有する筒形となる。

次に、図６を用いて第５の実施形態による第５の放熱装置５２０について説明する。第１から第４の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。同軸ケーブルの構成は第１の実施形態と同様であるため、図６において省略される。第５の放熱装置５２０は、基板、放熱部材、及び断熱部材の形状が第１から第４の実施形態と異なる。以下、これらについて主に説明する。

第５の放熱装置５２０は、図示されない同軸ケーブルと、第５の基板５５０と、第５の放熱部材５８０と、第５の断熱部材５７２とを備える。

第５の基板５５０は、直方体形状を有する多層基板であって、ケーブル面１５２に開口する第５の基板穴５５４を有する。第５の基板穴５５４は、ケーブル面１５２に円形の開口を有し、ケーブル面１５２から第５の基板５５０の厚さ方向の約３／５まで実装面１５１に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ円形である。第５の基板穴５５４の内周面には雌ねじが切られる。なお、第５の基板５５０に設けられた部品は図示されない。

第５の放熱部材５８０は、熱伝導率が高くかつ導電性の材料、例えば銅から成る円柱である。第５の放熱部材５８０の先端面５８２は、熱伝導性グリスを介して第５の基板穴５５４の底面５５５と密着する。第５の放熱部材５８０の後端面５８３には網組線１４３が半田付けされる。

第５の断熱部材５７２は熱伝導率が低い材料から成る円筒であって、外周面５７３には雌ねじが切られる。材料には、例えば熱伝導率が０．２１Ｗ／ｍ・Ｋであるエポキシ樹脂等が用いられる。第５の断熱部材５７２の軸方向長さは、第５の基板穴５５４の軸方向長さと同じである。第５の断熱部材５７２は第５の基板穴５５４にねじ込まれ、第５の基板穴５５４に第５の放熱部材５８０が圧入される。これにより、第５の基板穴５５４と第５
の断熱部材５７２、及び第５の断熱部材５７２と第５の放熱部材５８０とが互いに密着し
て動かないように固定される。第５の断熱部材５７２の軸方向端面は、ケーブル面１５２
と略面一と成る。

次に、第５の放熱装置５２０を第１の撮像素子１１０に取り付ける工程について説明する。まず、円状端子１５５とボール状端子１１３とを半田付けして、第１の撮像素子１１０と第５の基板５５０とを接続及び固定する。次に、第５の断熱部材５７２をケーブル面１５２から第５の基板穴５５４に回転挿入して、第５の基板穴５５４に第５の放熱部材５８０を螺合させ、固定する。そして、第５の放熱部材５８０を第５の断熱部材５７２の内周面５７４に挿入して、第５の放熱部材５８０の先端面５８２が第５の基板穴５５４の底面５５５と密着するまで第５の断熱部材５７２に第５の放熱部材５８０を圧入する。これにより、第５の放熱部材５８０の先端面５８２が第５の基板５５０と熱的に接続される。最後に、第５の放熱部材５８０の後端面５８３に網組線１４３を半田付けし、側面端子１６３を芯線１４１と半田付けする。また第５の基板５５０内に設けられた図示しない配線により第１の撮像素子１１０のＧＮＤが第５の放熱部材５８０に接続され、これにより第１の撮像素子１１０のＧＮＤが同軸ケーブル１４０の網組線１４３と接続され、接地される。

次に、第１の撮像素子１１０が熱を発したときの第５の放熱装置５２０の状態について説明する。第５の基板５５０に取り付けられた図示しない部品及び第１の撮像素子１１０が熱を発すると、パターン配線１６１、ビア１６２、及び基板を介して熱が第５の放熱部材５８０の先端面５８２に伝達される。第５の放熱部材５８０は、先端面５８２を介して後端面５８３から網組線１４３に熱を伝達する。網組線１４３を介して熱が発散される。

第５の基板５５０は熱伝導率が低い材料から成るが、比較的熱伝導率が低いＦＲ４であっても０．４４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。そのため、第５の放熱部材５８０に伝達された熱が、再び第５の基板及び第１の撮像素子１１０に戻るおそれがある。そこで、第５の基板５５０の材料よりも遙かに低い熱伝導率を有する第５の断熱部材５７２を第５の放熱部材５８０の周囲に断熱体として配置することにより、第５の放熱部材５８０に伝達された熱が第５の基板及び第１の撮像素子１１０に戻ることを防ぐ。

本実施形態によれば、第１及び第４の実施形態と同様の効果を得ると共に、第５の断熱部材５７２が第５の放熱部材５８０を確実に支持する。

なお、第５の断熱部材５７２の内周は円筒形でなく、矩形であっても良い。このとき、第５の放熱部材５８０は、矩形断面を有する直方体となる。

次に、図７を用いて第６の実施形態による第６の放熱装置６２０について説明する。第１から第５の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。同軸ケーブルの構成は第１の実施形態と同様であるため、図７において省略される。第６の放熱装置６２０は、基板及び放熱部材の形状が第１の実施形態と異なる。以下、これらの形状について主に説明する。

第６の放熱装置６２０は、図示されない同軸ケーブルと、第６の基板６５０と、第６の放熱部材６８０とを備える。

第６の基板６５０は、熱伝導率が低い材料から成り、直方体形状を有する多層基板であって、第１の撮像素子１１０側に位置する実装面１５１と、実装面１５１の裏面であるケーブル面１５２と、ケーブル面１５２に開口する第６の断熱穴６５２と、ケーブル面１５２に開口する第６の基板穴６５４とを有する。第６の基板６５０は、厚さ方向を拡大して図示されている。第６の基板６５０の材料は、第１の基板１５０の材料と同様である。なお、第６の基板６５０に設けられた部品は図示されない。

第６の断熱穴６５２は、ケーブル面１５２に矩形の開口を有し、ケーブル面１５２から第６の基板６５０の厚さ方向の略１／６まで実装面１５１に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ矩形である。第６の断熱穴６５２の内部には空気が流入可能であって、第６の断熱穴６５２の内側の空間は空気を断熱体として第６の断熱部材６５６を形成する。

第６の基板穴６５４は、円筒形状であって、第６の基板６５０の厚さの略２／３の深さを有し、第６の断熱穴６５２の底面６５３から実装面１５１に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ円形である。

第６の放熱部材６８０は、熱伝導率が高い材料、例えば銅から成る円柱であって、第６の基板穴６５４に圧入され、熱伝導性が高い接着剤等により固定される。第６の放熱部材６８０の先端面６８２は、熱伝導性グリスを介して第６の基板穴６５４の底面６５５と密着する。第６の放熱部材６８０の後端面６８３には網組線１４３が半田付けされる。

後端面６８３から第６の放熱部材６８０の軸方向にセンサ穴６８４が設けられる。センサ穴６８４は円筒形であって、後端面６８３から先端面６８２に向けて、第６の放熱部材６８０の軸方向長さの約４／３まで延びる。センサ穴６８４には温度センサ６９１が挿入される。温度センサ６９１から延びる信号線６９２は、制御部材６９３に接続される。

制御部材６９３は、温度センサ６９１からの信号に応じてユーザに警告を発する。すなわち、温度センサ６９１が検出した温度が所定値を超えると、警報ランプ６９４を点灯させてユーザに警報を発する。

次に、第６の放熱装置６２０を第１の撮像素子１１０に取り付ける工程について説明する。まず、円状端子１５５とボール状端子１１３とを半田付けして、第１の撮像素子１１０に基板を接続する。そして、第６の放熱部材６８０を第６の断熱穴６５２の底面６５３から第６の基板穴６５４に挿入して、第６の基板穴６５４に第６の放熱部材６８０を固定する。このとき、先端面６８２を第６の基板穴６５４の底面６５５に押しつける。そして、センサ穴６８４に温度センサ６９１を挿入して、耐熱性接着剤で固定する。最後に、第６の放熱部材６８０の後端面６８３に網組線１４３が半田付けされ、側面端子１６３が芯線１４１と半田付けされる。第６の放熱部材６８０はパターン配線１６１の１つと電気的に接続される。このパターン配線１６１は第１の撮像素子１１０のＧＮＤである。前述のように第６の放熱部材６８０は導電性であるため、第１の撮像素子１１０のＧＮＤは、第６の放熱部材６８０を介して同軸ケーブル１４０の網組線１４３と接続され、接地される。

次に、第１の撮像素子１１０が熱を発したときの第６の放熱装置６２０の状態について説明する。第１の撮像素子１１０が熱を発すると、熱は第６の基板６５０を介して第６の放熱部材６８０に伝達される。第６の放熱部材６８０に伝達された熱は、後端面６８３から網組線１４３に伝達される。網組線１４３は、同軸ケーブル１４０を介して熱を発散させる。温度センサ６９１は第６の放熱部材６８０の温度を測定し、制御部材６９３に測定値を送信する。制御部材６９３は、温度センサ６９１が検出した温度が所定値を超えると、警報ランプ６９４を点灯させてユーザに警報を発する。これにより、ユーザは第１の撮像素子１１０の温度をリアルタイムで把握しながら、観察を行うことが出来る。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得るとともに、ユーザは第１の撮像素子１１０の温度をリアルタイムで把握しながら、観察を行うことが出来る。
なお、第６の断熱穴６５２の断面は、矩形断面でなく、円形断面であっても良い。

なお、第１の撮像素子１１０はＣＣＤであっても良い。

また、いずれの実施形態においても断熱部材の大きさは前述の大きさに限定されず、他の大きさであっても良い。また、基板、放熱部材、及び断熱部材の材料は前述の材料に限定されず、それぞれの特性に適合した材料であればよい。そして、基板の形状は直方体に限定されない。

放熱部材と網組線１４３とは、半田付けでなく、圧着等の熱伝達率が高くかつ導電性を確保できる手段により接続されても良い。

１００ 第１の撮像ユニット
１１０ 第１の撮像素子
１１１ 撮像面
１１２ 端子面
１１３ ボール状端子
１２０ 第１の放熱装置
１４０ 同軸ケーブル
１４１ 芯線
１４２ 絶縁体
１４３ 網組線
１４４ 外皮
１５０ 第１の基板
１５１ 実装面
１５２ ケーブル面
１５３ 第１の断熱穴
１５４ 第１の基板円筒穴
１５５ 円状端子
１５６ 第１の断熱部材
１５７ 底面
１５８ 側面
１６１ パターン配線
１６２ ビア
１６３ 側面端子
１８０ 第１の放熱部材
１８２ 先端面
１８３ 後端面
１８４ 第１の雄ねじ面

本発明は、基板に接続された部品が発する熱を放熱する装置を備えた内視鏡に関する。

本発明はこれらの問題を鑑みてなされたものであり、内視鏡において、基板に接続された撮像素子及び部品が生じた熱を効率よく放熱することを目的とする。

本発明の内視鏡は、撮像素子と、撮像素子の撮像面の裏面に対向する実装面と、実装面の裏面である背面とを有する基板と、背面から基板に挿入されている放熱部材と、放熱部材と少なくとも熱的に接続される遮蔽部材を有する同軸ケーブルとを備え、放熱部材と基板との間の少なくとも一部に、放熱部材と基板との熱伝達率を低下させる断熱部が含まれている。また、本発明の他の態様における内視鏡は、撮像素子と、撮像素子の撮像面の裏面に対向する実装面と、実装面の裏面である背面とを有する基板と、背面から基板に挿入されている放熱部材と、放熱部材と少なくとも熱的に接続される遮蔽部材を有する同軸ケーブルとを備え、放熱部材と基板との間の少なくとも一部に、空間が形成されている。

基板は、撮像面の裏面に設けられた端子面に取り付けられることが好ましい。

断熱部は、空気であるのが好ましい。

断熱部は、放熱部材と基板との間の少なくとも一部に設けられる断熱材から成るものであってもよい。

本発明によれば、内視鏡において、基板に接続された撮像素子及び部品が生じた熱を効率よく放熱することができる。

Claims (9)

1. 撮像素子の撮像面の裏面に取り付けられる放熱装置であって、
   前記裏面に対向する実装面と、前記実装面の裏面である背面とを有する基板と、
   前記背面から前記実装面の手前まで前記基板に埋め込まれる放熱部材と、
   前記放熱部材と少なくとも熱的に接続される遮蔽部材を有する同軸ケーブルと、
   前記放熱部材と前記基板との間の少なくとも一部に設けられ、前記放熱部材と前記基板との熱伝達率を低下させる断熱部材とを備える基板の放熱装置。
2. 前記撮像面の裏面に設けられた端子面に取り付けられる請求項１に記載の放熱装置。
3. 前記基板の内部に設けられ、前記端子面及び前記放熱部材に熱的に接続される配線部材をさらに備える請求項１又は２に記載の基板の放熱装置。
4. 前記断熱部材は、前記放熱部材と前記基板との間の少なくとも一部に設けられる空気層から成る請求項１又は２に記載の基板の放熱装置。
5. 前記断熱部材は、前記放熱部材と前記基板との間の少なくとも一部に設けられる断熱材から成る請求項１又は２に記載の基板の放熱装置。
6. 前記背面から前記実装面の手前まで延びる第１の基板円筒穴を前記基板が有し、前記第１の基板円筒穴の内周面には雌ねじが形成され、前記放熱部材は円柱であって、前記円柱の外周面には雄ねじが形成され、前記第１の基板円筒穴の内周面と前記円柱の外周面とが螺合する請求項１又は２に記載の基板の放熱装置。
7. 前記背面から前記実装面の手前まで延びる基板穴を前記基板が有し、前記基板穴の内周面と前記断熱部材の外周面とが嵌合し、前記断熱部材は断熱円筒穴を有し、前記断熱円筒穴の内周面には雌ねじが形成され、前記放熱部材は円柱であって、前記円柱の外周面には雄ねじが形成され、前記断熱円筒穴の内周面と前記円柱の外周面とが螺合する請求項５に記載の基板の放熱装置。
8. 前記背面から前記実装面の手前まで延びる第２の基板円筒穴を前記基板が有し、前記第２の基板円筒穴の内周面には雌ねじが形成され、前記断熱部材は円筒であって、前記円筒の外周面には雄ねじが形成され、前記第２の基板円筒穴の内周面と前記円筒の外周面とが螺合し、前記円筒の内周面には前記放熱部材が嵌合する請求項５に記載の基板の放熱装置。
9. 前記放熱装置は、前記基板付近の温度を測定する温度センサと、前記熱処理部材の熱移動量を制御する制御部材とをさらに備え、
   前記放熱部材は、前記背面から前記実装面に向けて延びるセンサ穴を有し、前記温度センサは前記センサ穴に取り付けられる請求項１又は２に記載の基板の放熱装置。

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