JP2018519894A - カメラヘッド - Google Patents

Abstract

平行な平面内に配置されている少なくとも２枚の剛性のプリント基板（ＰＣＢ）を備えたビデオカメラヘッド。これら少なくとも２枚のＰＣＢは、導電性材料からなるピンによって、互いに上下に機械的に支持されており、ピンは、下側ＰＣＢから、別のＰＣＢに取り付けられている電子部品または照明手段に電力を伝え、かつ、少なくとも２枚のＰＣＢのうちの別のＰＣＢのうちの１枚のＰＣＢに取り付けられている固体センサチップからの信号を下側ＰＣＢに伝える。【選択図】 図１

Description

本発明は、ビデオカメラの分野のものである。具体的には、本発明は、医療用内視鏡、腹腔鏡、工業用内視鏡などの用途において使用するための小径カメラヘッドに関する。

医療用内視鏡、腹腔鏡、および工業用内視鏡が最初に使用されて以来、ますます小さい直径の開口部を通じてアクセスできるようにする目的でこれらの器具の直径を縮小することは、器具の設計者の目標であり続けている。

直径の縮小を達成する方法は、例えば特許文献１に記載されており、この文書の中で本発明の出願人は、１．４ｍｍ以下の外径を有するカメラヘッドを説明している。

直径をさらに縮小するうえでの障害のうちの２つは、一般的にカメラヘッドのセンサおよび他の部品が取り付けられる可撓性のＰＣＢ基板と、さまざまな電子部品を電気的に接続する内部配線である。特許文献１に記載されているものなどの小径カメラヘッドに関連する第３の障害は、組立て（特に内部配線の接続）が難しく、量産製造に適さないことである。

第４の障害は、上述した装置に照明を組み込む必要性と、カメラ・照明アセンブリの極小の寸法を維持しながら十分な量の電流を伝えることの難しさとに関連する。

国際公開第２０１１／０３３５１３号

したがって、本発明の目的は、上述した障害に対処するカメラヘッドを提供することである。

本発明のさらなる目的および利点は、説明を読み進めるにつれて明らかになるであろう。

第１の態様においては、本発明は、平行な平面内に配置されている少なくとも２枚の剛性のプリント基板（ＰＣＢ）を備えたビデオカメラヘッドである。これらのＰＣＢは、導電性材料からなるピンによって、互いに上下に機械的に支持されている。ピンは、下側ＰＣＢから、少なくとも２枚のＰＣＢのうちの別のＰＣＢに取り付けられている電子部品および／または照明手段に電力を伝え、かつ、少なくとも２枚のＰＣＢのうちの別のＰＣＢのうちの１枚のＰＣＢに取り付けられているセンサチップからの信号を下側ＰＣＢに伝える。

本発明のビデオカメラヘッドの実施形態においては、照明手段は、少なくとも１個のＬＥＤ（例えばＬＥＤの環状アレイ）を備えている。

本発明のビデオカメラヘッドの実施形態は、対物光学系を備えている。

本発明のビデオカメラヘッドの実施形態においては、３枚のＰＣＢを備え、固体センサからの信号を受信しかつ映像信号を出力する部品が、下側ＰＣＢに取り付けられており、固体センサチップが中間ＰＣＢに取り付けられており、対物光学系および照明手段が上側ＰＣＢに取り付けられている。導電性材料からなるピンは、（ａ）下側ＰＣＢの上方に中間ＰＣＢおよび上側ＰＣＢを機械的に支持しており、（ｂ）下側ＰＣＢから中間ＰＣＢおよび上側ＰＣＢに電力を伝え、（ｃ）中間ＰＣＢ上のセンサチップからの信号を下側ＰＣＢに伝える。

本発明のビデオカメラヘッドの実施形態においては、２枚のＰＣＢを備え、固体センサからの信号を受信しかつ映像信号を出力する電子部品が、下側ＰＣＢの下面に取り付けられており、固体センサチップが下側ＰＣＢの上面に取り付けられており、対物光学系および照明手段が上側ＰＣＢに取り付けられている。導電性材料からなるピンは、下側ＰＣＢの上方に上側ＰＣＢを機械的に支持しており、下側ＰＣＢから上側ＰＣＢに電力を伝える。下側ＰＣＢの下面から上面に電力を伝え、かつ、上面におけるセンサチップからの信号を下側ＰＣＢの下面に伝えるため、貫通路（through via）が設けられている。

本発明のビデオカメラヘッドの実施形態においては、４枚のＰＣＢを備え、固体センサからの信号を受信しかつ映像信号を出力する電子部品が、第１の（下側）ＰＣＢおよび第２のＰＣＢに取り付けられており、固体センサチップが第３のＰＣＢに取り付けられており、対物光学系および照明手段が第４の（上側）ＰＣＢに取り付けられている。導電性材料からなるピンは、（ａ）第１のＰＣＢの上方に第２のＰＣＢ、第３のＰＣＢ、および第４の（上側）ＰＣＢを機械的に支持しており、（ｂ）第１のＰＣＢから、第２のＰＣＢ、第３のＰＣＢ、および第４の（上側）ＰＣＢに電力を伝え、（ｃ）第３のＰＣＢ上のセンサチップからの信号を第１のＰＣＢに伝える。

第２の態様においては、本発明は、平行な平面内に配置されている少なくとも２枚の剛性のプリント基板（ＰＣＢ）を備えたビデオカメラヘッドである。この態様のカメラヘッドにおいては、対物光学系および照明手段が、カメラヘッドのハウジングの遠位端部に取り付けられており、固体センサチップが、対物光学系の下方のＰＣＢに取り付けられており、固体センサからの信号を受信しかつ映像信号を出力する電子部品が、ＰＣＢのうちの少なくとも１枚のＰＣＢに取り付けられており、少なくとも２枚のＰＣＢが、導電性のピンによって、互いに上下に機械的に支持されており、カメラハウジングの遠位端部に支持されている照明手段が、光ファイバの出力カプラ（output coupler）、または導光体（light guide）の遠位端部である。

本発明の第２の態様のビデオカメラヘッドの照明手段のための光源は、内視鏡システムで使用されている従来の任意の光源とすることができる。これらの実施形態では、ＬＥＤからの光が、中空の導光体を通じてカメラヘッドのハウジングの遠位端部に伝えられる。

本発明の第２の態様のビデオカメラヘッドの実施形態においては、光源は、カメラヘッドにおけるＰＣＢのうちの１枚のＰＣＢに、またはカメラヘッドより近位側に取り付けられているＬＥＤである。ＬＥＤは、固体センサチップと一緒にＰＣＢに取り付けることができる。別の実施形態では、ＬＥＤは、固体センサチップが取り付けられているＰＣＢの下方のＰＣＢに取り付けられている。

本発明の第２の態様のビデオカメラヘッドの実施形態においては、光源は、カメラヘッドから遠くに位置しており、光は、光源からカメラハウジングの遠位端部における出力カプラに直接伝えられる、またはＰＣＢのうちの１枚のＰＣＢに伝えられ、そのＰＣＢにおいて中空の導光体に入射する。

本発明のビデオカメラヘッドの実施形態においては、ピンは、剛性または可撓性のいずれかとすることができる。

本発明のビデオカメラヘッドの実施形態においては、ＰＣＢは円形ではなく、対称的または非対称的な任意の形状を有することができる。

本発明のビデオカメラヘッドの実施形態においては、カメラヘッドにおけるＰＣＢのうちのいくつかまたはすべてのＰＣＢが、カメラヘッドにおける別のＰＣＢの形状および寸法とは異なっていることができる。

本発明のビデオカメラヘッドの実施形態においては、対物光学系の部品のいくつかまたはすべてを、カメラヘッドのハウジングに取り付けることができる。

以下では、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら実例を通じて説明する（ただし本発明は以下の説明によって制限されない）。本発明の上記および他のすべての特徴および利点は、以下の説明を通じてさらに理解されるであろう。

本発明のカメラヘッドの一実施形態の構造を概略的に示している。 本発明のカメラヘッドの第２の実施形態を概略的に示している。 本発明のカメラヘッドの第２の実施形態を概略的に示している。

図１は、本発明のカメラヘッド（１０）の一実施形態の構造を概略的に示している。本発明のカメラヘッドのこの実施形態は、３枚の剛性のＰＣＢ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を備えている。これら３枚のＰＣＢは、３つの平行な平面内に互いに上下に配置されている。（なお便宜上、カメラヘッドは、その中心軸線が垂直な向きにあると想定して説明してある。これにより、本明細書で使用されている上側および下側などの相対的な方向が定義される。）

中間ＰＣＢ（１２ｂ）は、６本の短いピン（１４）によって下側ＰＣＢ（１２ｃ）の上方に機械的に支持されており、上側ＰＣＢ（１２ａ）は、ＰＣＢ（１２ｂ）における貫通路を通る２本の長いピン（１６）によって、下側ＰＣＢ（１２ｃ）の上方に機械的に支持されている。なお、カメラヘッド（１０）の実施形態は、６本よりも多いまたは６本よりも少ないピン（１４）と、２本よりも多いピン（１６）を備えていてもよいことに留意されたい。

下側ＰＣＢ（１２ｃ）の表面に金属被覆（１８）（metallization）が形成されており、固体撮像素子（例えばＣＭＯＳ）からの信号を受信しかつ映像信号を出力する電子部品（２０）が、この金属被覆に電気的に接続されている。カメラヘッドに電力を伝え、かつカメラヘッドからの映像信号を遠隔の信号プロセッサに伝えるカメラケーブル（３０）は、貫通路に通されることによってＰＣＢ（１２ｃ）の上面の金属被覆パターンに接続されている。

中間ＰＣＢ（１２ｂ）は、固体センサチップ（２２）を支持している。

上側ＰＣＢ（１２ａ）は、ハウジング（２６）の内側の対物光学系（２４）と、照明手段（例えばハウジング（２６）を囲む少なくとも１個のＬＥＤ（２８）、またはＬＥＤ（２８）の環状アレイ）を支持している。

ピン（１４）および（１６）は、導電性材料からなる。したがって、これらのピンは、上側の２枚のＰＣＢを機械的に支持するという目的と、センサチップ（２２）に電力を伝え、センサチップ（２２）からの信号を伝え、かつＬＥＤ ２８に電力を伝えるという目的の２つを果たす。

したがって、カメラヘッド（１０）の内部構造は、本出願の背景技術のセクションで説明した４つの障害すべてに対処している。第一に、可撓性のＰＣＢの代わりに剛性のＰＣＢを使用することによって、通常ではカメラヘッドの直径を増大させる可撓性ＰＣＢの曲げ半径が排除される。第二に、導電性のピンを使用することによって、照明源のための十分な量の電流を伝えることができる。第三および第四に、電気的に接続するピンを使用することによって、内部配線接続を形成するうえでの困難のほとんどが排除され、したがって組立工程が大幅に単純化され、これによってカメラヘッド（１０）が、量産製造に極めて適する装置になる。

なお、本発明のカメラヘッドの一実施形態は、２枚のＰＣＢを備えていることができ、その場合、電子部品が下側ＰＣＢの下面に位置し、センサチップが下側ＰＣＢの上面に位置し、対物レンズ系および照明源が上側ＰＣＢ上に位置することに留意されたい。別の実施形態は、３枚より多くのＰＣＢ、例えば４枚のＰＣＢを備えていることができ、その場合、下側の２枚のＰＣＢが電子部品を支持し、３番目のＰＣＢがセンサチップを支持し、上側ＰＣＢが対物光学系および照明手段を支持する。すべての実施形態において、導電性のピンは、ＰＣＢを隔てて機械的に支持するという目的と、ＰＣＢの間で電力および映像信号を伝えるという目的の２つを果たす。

本発明の別の実施形態においては、最も上のＰＣＢ上に支持されている照明手段は、光ファイバまたは導光体の出力カプラである。これらの実施形態では、光源は、内視鏡システムで使用されている従来の任意の光源とすることができる（例えば、カメラヘッドにおける下側の複数のＰＣＢの内の１枚に、または、カメラヘッドの近位に、取り付けられるＬＥＤ）。いくつかの実施形態では、導電性のピンを中空の導光体と組み合わせることができる。

図２に概略的に示した一実施形態においては、カメラヘッドは、導電性のピン１４，１６によって互いに上下に機械的に支持されている３枚のＰＣＢを備えている。下側の２枚のＰＣＢ １２ｂ，１２ｃは、固体撮像素子２２からの信号を受信しかつ映像信号を出力する電子部品（図には示していない）を支持している。最も上のＰＣＢ １２ａは、固体センサ２２と、センサを囲む１個または複数のＬＥＤ ２８（例えば円形アレイ）とを支持している。この実施形態では、自身のハウジング２６に囲まれている対物レンズ系２４は、支持構造（例えば、自身の下端部においてＰＣＢ １２ａに向かって取り付けられている中空管）によって、または、カメラヘッドの内部部品を囲むカメラハウジング３４に取り付けられている構造によって、センサ２２の上方の所定の位置に保持されている。さらにカメラヘッドは、垂直管状導光体３２（vertical tubular light guides）も備えており、この導光体３２は、ＬＥＤ ２８からの光を、撮像される目標物に面するカメラハウジング３４の遠位端部３６における対物レンズ２４の高さまで伝える。導光体３２は、例えばその下端部においてＰＣＢ １２ａに取り付けられていることによって、またはカメラハウジング３４の内側に取り付けられている支持部によって、ＬＥＤ ２８の上に支持されている。

ＰＣＢ １２ａ，１２ｂ上に位置している電子部品を、一方のみのＰＣＢに再分配する、および／または、いくつかの電子部品をＰＣＢ １２ａ上に位置させることができ、これにより、カメラヘッドのこの実施形態は、２枚のみのＰＣＢを備えることができる。すべての実施形態において、カメラケーブル３０は、下側ＰＣＢ上の電子部品に接続されている。

図３は、図２に示した実施形態のバリエーションを概略的に示している。図３に示したカメラヘッドにおいては、電子部品（図示していない）がＰＣＢ １２ａ，１２ｃ（いくつかの変形形態ではさらに１２ｂ）上に位置しており、ＬＥＤ ２８がＰＣＢ １２ｃ上であり、導光体３２は、ＬＥＤ ２８からの光を、撮像される目標物に面するカメラハウジング３４の遠位端部３６における対物レンズ２４の高さまで伝える。

別の実施形態においては、光源をカメラヘッドから遠くに位置させることができ、光は、光源からカメラハウジング３４の遠位端部３６における出力カプラに直接伝えられる、またはこれに代えて、図２および図３に示したように、ＰＣＢのうちの１枚のＰＣＢに伝えられ、そのＰＣＢにおいて中空の導光体に入射する。

ここまで本発明の実施形態を例として説明してきたが、本発明は、請求項の範囲から逸脱することなく、例えば以下のように、多数の変更、修正、適合化を伴って実施することができることを理解されたい。
ａ） ピンは、剛性または可撓性とすることができる。
ｂ） ＰＣＢの形状が円形ではなく、任意の対称的な形状（例えば正方形または長方形）または非対称的な形状とすることができる。
ｃ） カメラヘッドにおけるＰＣＢのうちのいくつかまたはすべてのＰＣＢの形状および寸法を、カメラヘッドにおける別のＰＣＢの形状および寸法とは異なるものとすることができる。
ｄ） カメラヘッドの実施形態においては、対物光学系の部品のいくつかまたはすべてをカメラヘッドのハウジングに取り付けることができる。

中間ＰＣＢ（１２ｂ）は、６本の短いピン（１４）によって下側ＰＣＢ（１２ｃ）の上方に機械的に支持されており、上側ＰＣＢ（１２ａ）は、ＰＣＢ（１２ｂ）における貫通路を通る２本の長いピン（１６）によって、下側ＰＣＢ（１２ｃ）の上方に機械的に支持されている。なお、カメラヘッド（１０）の実施形態は、６本よりも多いまたは６本よりも少ないピン（１４）と、２本よりも多いピン（１６）を備えていてもよいことに留意されたい。図１〜図３に示されるように、全てのピンは、ＰＣＢのそれぞれの面内に配置され、ＰＣＢの貫通路を通ってその上方のＰＣＢへ届く。

Claims (18)

1. 平行な平面内に配置されている少なくとも２枚の剛性のプリント基板（ＰＣＢ）を備えたビデオカメラヘッドであって、
   前記少なくとも２枚のＰＣＢが、
   下側ＰＣＢから、前記少なくとも２枚のＰＣＢのうちの別のＰＣＢに取り付けられている電子部品または照明手段に電力を伝え、かつ、前記少なくとも２枚のＰＣＢのうちの前記別のＰＣＢのうちの１枚のＰＣＢに取り付けられている固体センサチップからの信号を前記下側ＰＣＢに伝える、導電性材料からなるピン、によって互いに上下に機械的に支持されている、
   ビデオカメラヘッド。
2. 前記照明手段が、少なくとも１個のＬＥＤを備えている、請求項１のビデオカメラヘッド。
3. 前記照明手段が、ＬＥＤの環状アレイを備えている、請求項２のビデオカメラヘッド。
4. 対物光学系を備えている、請求項１のビデオカメラヘッド。
5. ３枚のＰＣＢを備え、固体センサからの信号を受信しかつ映像信号を出力する電子部品が、前記下側ＰＣＢに取り付けられており、固体センサチップが中間ＰＣＢに取り付けられており、対物光学系および照明手段が上側ＰＣＢに取り付けられており、導電性材料からなるピンが、（ａ）前記下側ＰＣＢの上方に前記中間ＰＣＢおよび前記上側ＰＣＢを機械的に支持しており、（ｂ）前記下側ＰＣＢから前記中間ＰＣＢおよび前記上側ＰＣＢに電力を伝え、（ｃ）前記中間ＰＣＢ上の前記センサチップからの信号を前記下側ＰＣＢに伝える、請求項１のビデオカメラヘッド。
6. ２枚のＰＣＢを備え、
   固体センサからの信号を受信しかつ映像信号を出力する電子部品が、前記下側ＰＣＢの下面に取り付けられており、固体センサチップが前記下側ＰＣＢの上面に取り付けられており、対物光学系および照明手段が上側ＰＣＢに取り付けられており、
   導電性材料からなるピンが、前記下側ＰＣＢの上方に前記上側ＰＣＢを機械的に支持しており、かつ、前記下側ＰＣＢから前記上側ＰＣＢに電力を伝え、
   前記下側ＰＣＢの下面から前記上面に電力を伝え、かつ、前記上面の前記センサチップからの信号を前記下側ＰＣＢの前記下面に伝えるため、貫通路が使用されている、
   請求項１のビデオカメラヘッド。
7. ４枚のＰＣＢを備え、固体センサからの信号を受信しかつ映像信号を出力する電子部品が、第１の（下側）ＰＣＢおよび第２のＰＣＢに取り付けられており、固体センサチップが第３のＰＣＢに取り付けられており、対物光学系および照明手段が第４の（上側）ＰＣＢに取り付けられており、導電性材料からなるピンが、（ａ）前記第１のＰＣＢの上方に前記第２のＰＣＢ、前記第３のＰＣＢ、および前記第４のＰＣＢを機械的に支持しており、（ｂ）前記第１のＰＣＢから、前記第２のＰＣＢ、前記第３のＰＣＢ、および前記第４のＰＣＢに電力を伝え、（ｃ）前記第３のＰＣＢ上の前記センサチップからの信号を前記第１のＰＣＢに伝える、請求項１のビデオカメラヘッド。
8. 平行な平面内に配置されている少なくとも２枚の剛性のプリント基板（ＰＣＢ）を備えたビデオカメラヘッドであって、対物光学系および照明手段が、前記カメラヘッドのハウジングの遠位端部に取り付けられており、固体センサチップが、前記対物光学系の下方のＰＣＢに取り付けられており、固体センサからの信号を受信しかつ映像信号を出力する電子部品が、前記少なくとも２枚のＰＣＢのうちの少なくとも１枚のＰＣＢに取り付けられており、前記少なくとも２枚のＰＣＢが、導電性のピンによって、互いに上下に機械的に支持されており、前記カメラハウジングの前記遠位端部に支持されている前記照明手段が、光ファイバの出力カプラ、または導光体の遠位端部である、
   ビデオカメラヘッド。
9. 前記照明手段のための光源が、内視鏡システムで使用されている従来の任意の光源である、請求項８のビデオカメラヘッド。
10. 前記光源が、前記カメラヘッドにおける前記少なくとも２枚のＰＣＢのうちの１枚のＰＣＢに、または前記カメラヘッドの近位に取り付けられている少なくとも１個のＬＥＤである、請求項９のビデオカメラヘッド。
11. 前記少なくとも１個のＬＥＤからの光が、中空の導光体を通じて、前記カメラヘッドのハウジングの遠位端部に伝えられる、請求項１０のビデオカメラヘッド。
12. 前記少なくとも１個のＬＥＤが、前記固体センサチップと一緒にＰＣＢに取り付けられている、請求項１０のビデオカメラヘッド。
13. 前記少なくとも１個のＬＥＤが、前記固体センサチップが取り付けられているＰＣＢの下方のＰＣＢに取り付けられている、請求項１０のビデオカメラヘッド。
14. 前記光源が、前記カメラヘッドから離れて配置されており、光が、前記光源から前記カメラハウジングの前記遠位端部における出力カプラに直接伝えられる、または前記少なくとも２枚のＰＣＢのうちの１枚のＰＣＢに伝えられ、前記１枚のＰＣＢにおいて中空の導光体に入射する、請求項９のビデオカメラヘッド。
15. 前記ピンが、剛性または可撓性の一方である、請求項１のビデオカメラヘッド。
16. 前記ＰＣＢが、対称的または非対称的な任意の形状である、請求項１のビデオカメラヘッド。
17. カメラヘッドにおける前記少なくとも２枚のＰＣＢのうちのいくつかまたはすべてのＰＣＢの形状および寸法が、前記カメラヘッドにおける別のＰＣＢの形状および寸法とは異なる、請求項１のビデオカメラヘッド。
18. 前記対物光学系の部品のいくつかまたはすべてが、前記カメラヘッドの前記ハウジングに取り付けられている、請求項８のビデオカメラヘッド。