JP2019041883A

JP2019041883A - 内視鏡

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Publication number: JP2019041883A
Application number: JP2017166130A
Authority: JP
Inventors: 敦小師; Atsushi Koshi
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2037-08-30
Also published as: US11304599B2; WO2019044609A1; US20200178779A1; JP6956567B2; CN211834305U

Abstract

【課題】内視鏡の提供。
【解決手段】挿入部の先端部に設けられた対物レンズと、対物レンズとの対向面に受光エリアが形成された撮像素子と、撮像素子の背面側に配置され、撮像素子を駆動する駆動回路が実装された駆動回路基板とを備える内視鏡において、撮像素子及び駆動回路基板を収容する電磁遮蔽シールドを備え、電磁遮蔽シールドは、撮像素子の側部を覆う筒体と、撮像素子と対物レンズとの間に配され、対物レンズからの光が入光する開口部を備えた構造体と、筒体及び構造体の内周面に形成され、撮像素子と駆動回路基板とを電気的に接続する配線パターンとを備えた第１のシールド部材、及び第１のシールド部材の後端側に外嵌される第２のシールド部材を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、内視鏡に関する。

患者の体内を診察するために内視鏡が使用されている。内視鏡は、体内に挿入される挿入管を有し、挿入管の先端には、撮像素子が収納された先端部が設けられている。

従来、受光側に電極取り出しパッド（ボンディングパッド）が設けられた撮像素子を内視鏡の先端部に組み込む場合、ワイヤボンディングやＴＡＢにより配線取り出しを行い、一旦パッケージングしてからケーブルを接続し、電磁両立性確保のためのシールド枠内に挿入していた。

特許第５３７７０８５号公報特許第３８７５５０５号公報

しかしながら、ワイヤボンディングで電極を取り出す従来の手法では、チップ周辺に別のボンディングパッドが必要となり、パッケージが大きくなるという欠点を有している。

また、ＴＡＢにより配線を取り出す手法では、近年のボンディングパッドの挟ピッチ配置に対応するために、フライングリード幅を狭小化することが行われているが、この場合、曲げ耐性が低下するという問題点を有している。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ワイヤボンディングやＴＡＢを利用することなく、撮像素子の受光側に形成されたボンディングパッドから配線を取り出すことが可能な内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る内視鏡は、挿入部の先端部に設けられた対物レンズと、該対物レンズとの対向面に受光エリアが形成された撮像素子と、該撮像素子の背面側に配置され、該撮像素子を駆動する駆動回路が実装された駆動回路基板とを備える内視鏡において、前記撮像素子及び前記駆動回路基板を収容する電磁遮蔽シールドを備え、該電磁遮蔽シールドは、前記撮像素子の側部を覆う筒体と、前記撮像素子と前記対物レンズとの間に配され、前記対物レンズからの光が入光する開口部を備えた構造体と、前記筒体及び前記構造体の内周面に形成され、前記撮像素子と前記駆動回路基板とを電気的に接続する配線パターンとを備えた第１のシールド部材、及び該第１のシールド部材の後端側に外嵌される第２のシールド部材を備える。

本願によれば、ワイヤボンディングやＴＡＢを利用することなく、撮像素子の受光側に形成されたボンディングパッドから配線を取り出すことが可能である。

本実施の形態に係る内視鏡の全体構成を示す模式図である。先端部の内部構成を説明する模式的断面図である。撮像ユニットの外観斜視図である。撮像ユニットの拡大断面図である。実施の形態２に係る駆動回路基板の構成を説明する部分拡大図である。実施の形態３に係る撮像ユニットの拡大断面図である。実施の形態４に係る撮像ユニットの拡大断面図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は本実施の形態に係る内視鏡の全体構成を示す模式図である。本実施の形態に係る内視鏡は、操作者によって把持される操作部１と、この操作部１から延出する挿入部２とを有する。

挿入部２は、可撓性を有するシース（外皮）によって外装された可撓管２３を備えており、可撓管２３の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された先端部２１が連結されている。可撓管２３と先端部２１との連結箇所にある湾曲部２２は、操作部１からの操作により内視鏡の光軸方向と交差する方向に湾曲するように構成されている。この湾曲機構は、一般的な内視鏡に組み込まれている周知の機構であり、操作部１の操作（具体的には、湾曲操作ノブの回転操作）に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部２２が湾曲するように構成されている。先端部２１の方向が上記操作による湾曲動作に応じて変わることにより、内視鏡による撮影領域が移動するように構成されている。

操作部１は、湾曲部２２を湾曲させるための湾曲操作ノブの他、先端部２１からガスや液体を噴出させるための送気／送水ボタン、観察画像を動画表示又は静止画表示に切り替えるためのフリーズボタン、観察画像の拡大／縮小を指示するズームボタン、通常光と治療光との切り替えを行う切替ボタンなどが設けられる。

また、操作部１には、ユニバーサルコード８を介してコネクタ部９が連結されている。内視鏡は、コネクタ部９を介して電気的かつ光学的にプロセッサ装置（不図示）に接続される。プロセッサ装置は、内視鏡からの画像信号を処理する信号処理装置と、自然光が届かない体腔内を内視鏡を介して照射する光源装置とを一体に備えた装置である。別の実施形態では、信号処理装置と光源装置とを別体で構成してもよい。プロセッサ装置は、処理後の画像信号を外部のモニタ装置（不図示）へ出力することにより、モニタ装置に観察画像を表示させる。

図２は先端部２１の内部構成を説明する模式的断面図である。図２は、レンズユニット３及び撮像ユニット５の光軸に沿って先端部２１を切断した断面を示している。なお、以下の説明において、挿入部２の先端側を内視鏡の「前方」とも記載し、挿入部２の基端側（操作部１側）を内視鏡の「後方」とも記載する。

先端部２１は、硬質かつ熱伝導性が良好な金属又は樹脂により形成された円筒形状の先端部本体２１０と、先端部本体２１０の前方側に嵌合される先端部カバー２１１とを備える。先端部本体２１０の後方側の外周面には、前述の湾曲部２２を構成する湾曲ゴム２１２が配設されている。湾曲ゴム２１２は、伸縮性の少ない緊縛糸２１３によって先端部本体２１０に固定され、更に接着剤で固定されることにより、挿入部２における水密を確保している。

先端部本体２１０には、複数の対物レンズを含むレンズユニット３と、撮像素子５１（図４を参照）などの電子部品を備えた撮像ユニット５とを収容する収容空間２１４が設けられている。この収容空間２１４は、例えば矩形断面を有する。レンズユニット３は、各対物レンズを所定の位置に配置するためのレンズ枠３１を介して、収容空間２１４内に配設されている。また、撮像ユニット５は、レンズユニット３よりも後方の位置にて、熱伝導性が良好な接着剤などにより収容空間２１４内に固定されている。

また、先端部２１には、収容空間２１４に並設して、ライトガイド７１を収容する収容空間２１５が設けられている。この収容空間２１５は、例えば円形断面を有する。収容空間２１５内には、複数の光ファイバからなるライトガイド７１の先端部が固定されている。また、ライトガイド７１の前方には、ライトガイド７１によって導かれた光源装置からの照明光を出射する照明用の光学レンズ群７２が配設されている。

以下、撮像ユニット５の構成について説明する。
図３は撮像ユニット５の外観斜視図であり、図４は撮像ユニット５の拡大断面図である。撮像ユニット５は、対物レンズを含むレンズユニット３との対向面にフォトダイオードからなる受光エリア５１０を有する撮像素子５１、撮像素子５１の後方に配置され、撮像素子５１を駆動する駆動回路５２０が実装された駆動回路基板５２、撮像素子５１及び駆動回路基板５２を収容する電磁遮蔽シールド５３、バンドパスフィルタ６２、並びにカバーガラス６３を備える。なお、図３においては、バンドパスフィルタ６２及びカバーガラス６３の図示を省略している。

撮像素子５１は、適宜の厚みを有し、受光エリア５１０がレンズユニット３の光軸方向と略直交するように、電磁遮蔽シールド５３内に配置されている。撮像素子５１の前面には受光エリア５１０や複数の回路と共にボンディングパッド（不図示）が形成されている。撮像素子５１は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ又はＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の光電変換素子である。撮像素子５１は、受光エリア５１０で結像した光学像の光量に応じて蓄積される電荷を取り出し、撮像信号（電気信号）に変換した後にボンディングパッドを通じて外部へ出力する。

駆動回路基板５２は、適宜の厚みを有する矩形状の基板であり、基板面が撮像素子５１の基板面と略平行となるように、電磁遮蔽シールド５３内で撮像素子５１の後方に配置されている。駆動回路基板５２の前面には、ＩＣ（Integrated Circuit）、コンデンサ、抵抗などの電子回路部品と、これらの電子回路部品を電気的に接続する配線パターンとにより構成された駆動回路５２０が実装されており、駆動回路基板５２の後面には、複合ケーブル６１０として束ねられる各ケーブル６１の一端がそれぞれ接続されている。複合ケーブル６１０の各ケーブル６１は、例えば駆動回路基板５２を貫通する貫通電極（不図示）を介して、前面の駆動回路５２０及び後述する３次元配線層５４３が有するランド５４５の一部に接続される。複合ケーブル６１０は、湾曲部２２、可撓管２３及び操作部１の内部を通ってコネクタ部９に接続されており、撮像素子５１から出力される撮像信号等をコネクタ部９を介してプロセッサ装置へ伝送すると共に、コネクタ部９を介して入力されるプロセッサ装置からの制御信号を駆動回路基板５２及び撮像素子５１へ伝送するように構成されている。

電磁遮蔽シールド５３は、前方（先端側）に位置する前シールド部材５４と、前シールド部材５４の後端部に外嵌される後シールド部材５５とを備える。電磁遮蔽シールド５３は、前シールド部材５４と後シールド部材５５とにより形成される内部空間にて撮像素子５１及び駆動回路基板５２を収容し、電磁両立性を確保する。なお、電磁遮蔽シールド５３は、図に示してない配線を通じて接地されていることが好ましい。

前シールド部材５４は、矩形断面を有し、撮像素子５１の側部を覆う筒体５４Ａと、この筒体５４Ａの前端部に連なり、レンズユニット３と撮像素子５１との間に配される構造体５４Ｂとを備える。構造体５４Ｂには、撮像素子５１の前面に形成された受光エリア５１０を露出させ、レンズユニット３からの光が入光する矩形状の開口部５４Ｃが設けられている。

なお、前シールド部材５４の前方には、バンドパスフィルタ６２及びカバーガラス６３が設けられている。バンドパスフィルタ６２は、特定の波長領域の光を透過し、それ以外の波長領域の光の透過を阻止する。本実施の形態では、内視鏡検査で不要な赤外光を除去するためにバンドパスフィルタ６２が設けられている。また、カバーガラス６３は、光透過率が高い光学部材であり、受光エリア５１０の汚損を防ぐために、バンドパスフィルタ６２と前シールド部材５４の構造体５４Ｂとの間にて開口部５４Ｃを覆うように取り付けられている。

前シールド部材５４を構成する筒体５４Ａ及び構造体５４Ｂは、金属製の基部５４１と、基部５４１の内周面側に配置される絶縁層５４２とにより一体的に形成される。基部５４１は、ステンレス鋼、真鍮などの導電性材料により形成され、例えば０．０５〜０．１ｍｍ程度の厚みを有する。一方、絶縁層５４２は、基部５４１の内周面に絶縁性樹脂を塗布することにより形成され、例えば０．２〜０．５ｍｍ程度の厚みを有する。なお、基部５４１に塗布される絶縁性樹脂は、後述する３次元配線層５４３（メタル配線）との密着性が高い材料であることが好ましい。

撮像素子５１のボンディングパッドと相対する構造体５４Ｂの部位にはバンプ５４４が設けられている。撮像素子５１は、このバンプ５４４を介したフリップチップ実装により、前シールド部材５４の内部空間に実装される。なお、バンプ５４４は撮像素子５１のボンディングパッド上に設けられてもよい。また、筒体５４Ａの後端面には、駆動回路基板５２の前面に形成された配線パターン（不図示）の所定部位と相対するように配置されたランド５４５が形成されている。駆動回路基板５２は、配線パターンの所定部位とランド５４５とが導通を持つように、半田付け等の手段により筒体５４Ａの後端面に実装される。

本実施の形態では、前シールド部材５４（絶縁層５４２）の内周面に３次元配線層５４３を設けることにより、撮像素子５１側のバンプ５４４と、駆動回路基板５２側のランド５４５との間の導通を確保している。３次元配線層５４３は、レーザ加工を併用した選択めっき法、若しくはレジストパターンを用いた選択めっき法により、前シールド部材５４の内周面に選択的に金属を堆積させることによって形成される。

撮像素子５１側のバンプ５４４と駆動回路基板５２側のランド５４５とが３次元配線層５４３を介して接続されているので、撮像素子５１が出力する撮像信号は、３次元配線層５４３を介して駆動回路基板５２へ伝送され、更に駆動回路基板５２に接続されたケーブル６１を介してプロセッサ装置へ伝送される。また、ケーブル６１を介して入力されるプロセッサ装置からの制御信号は、不図示の貫通電極を通じて、駆動回路基板５２の前面に形成された配線パターンに伝送され、配線パターンの所定部位に接続された３次元配線層５４３を介して撮像素子５１へ伝送される。

なお、本実施の形態では、前シールド部材５４の基部５４１を金属製としたが、モールド成形された樹脂製又はセラミック製の基部を用いてもよい。この場合、樹脂製又はセラミック製の基部の外周面にベタのＧＮＤパターン（導電層）を設けて、シールド機能を確保すればよい。

また、本実施の形態では、筒体５４Ａ及び構造体５４Ｂが一体的に形成されているものとしたが、筒体５４Ａ及び構造体５４Ｂは別体であってもよい。

後シールド部材５５は、矩形断面を有する筒体であり、前シールド部材５４の後端部に嵌め込み可能な大きさを有する。後シールド部材５５の筒壁は、ステンレス鋼、真鍮などの導電性材料により形成され、例えば０．０５〜０．１ｍｍ程度の厚みを有する。後シールド部材５５は、撮像素子５１及び駆動回路基板５２が前シールド部材５４に実装され、複合ケーブル６１０を構成する各ケーブル６１が駆動回路基板５２の後面に接続された後、前後方向に適宜の幅だけオーバラップするように前シールド部材５４の後端部に外嵌され、接着又は半田付け等の手段により固定される。

なお、駆動回路基板５２の側面及び後面から後シールド部材５５の開口端までの後シールド部材５５の内部空間には、絶縁性を有し、熱伝導性が良好な樹脂剤５５１（充填剤）が充填される。これにより、駆動回路基板５２及び複合ケーブル６１０を構成する各ケーブル６１は、後シールド部材５５の内部に固定される。

以上により、本実施の形態では、ワイヤボンディングを採用した従来のパッケージングより、光軸方向と直交する方向（面方向）のサイズを縮小することができる。また、電磁遮蔽シールド５３の内周面に３次元配線層５４３を設けるので、ＴＡＢ構造のような銅箔回路の折り曲げが必要なくなり、断線のリスクを軽減することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、駆動回路基板５２の一部に面方向に切り欠いた切欠部（半割りスルーホール）を設けた構成について説明する。

図５は実施の形態２に係る駆動回路基板５２の構成を説明する部分拡大図である。前述したように、前シールド部材５４の後端面には撮像素子５１に電気的に接続されたランド５４５が設けられている。実施の形態２における駆動回路基板５２は、前シールド部材５４の後端面に形成されたランド５４５の一部を露出させるべく、基板周縁を厚み方向に切り欠いた半割りスルーホール５４６を備える。

実施の形態２では、駆動回路基板５２を前シールド部材５４に実装した状態にて、前シールド部材５４の後端面に形成されたランド５４５の一部を露出させることが可能であるため、ランド５４５に複合ケーブル６１０を構成するケーブル６１の一部を接続することができる。これにより、実施の形態２では、駆動回路基板５２を経由する必要がない撮像素子５１の端子（例えばグランド端子）から直接的に配線を取り出すことが可能となる。また、半割りスルーホール５４６に半田を塗着し、駆動回路基板５２と前シールド部材５４とを半田付けする構成としてもよい。

（実施の形態３）
実施の形態３では、駆動回路基板５２の他の実装例について説明する。

図６は実施の形態３に係る撮像ユニット５の拡大断面図である。実施の形態３に係る撮像ユニット５は、対物レンズを含むレンズユニット３との対向面に受光エリア５１０が形成された撮像素子５１、撮像素子５１の後方に配置され、撮像素子５１を駆動する駆動回路５２０が実装された駆動回路基板５２、撮像素子５１及び駆動回路基板５２を収容する電磁遮蔽シールド５３、バンドパスフィルタ６２、並びにカバーガラス６３を備える。

電磁遮蔽シールド５３は、実施の形態１と同様に、前シールド部材５４及び後シールド部材５５を備える。前シールド部材５４の筒体５４Ａは、駆動回路基板５２の面方向のサイズよりも少しだけ大きな内径寸法を有する。実施の形態３では、駆動回路基板５２は、駆動回路基板５２の側面と筒体５４Ａの後端部付近の内周面とが対面した状態にて、筒体５４Ａに実装される。具体的には、駆動回路基板５２の後面と筒体５４Ａの後端面とが半田付けされることにより、駆動回路基板５２が筒体５４Ａに実装される。

なお、本実施の形態では、駆動回路５２０用の配線パターンの一部を駆動回路基板５２の後面に形成し、この配線パターンを図に示していない貫通電極を介して駆動回路５２０に接続すると共に、駆動回路基板５２の後面に形成した配線パターンを筒体後端面のランド５４５に接続してもよい。この場合、駆動回路基板５２に実装された駆動回路５２０と撮像素子５１との間には、駆動回路基板５２の前面に形成された配線パターン、貫通電極、駆動回路基板５２の後面に形成された配線パターン、ランド５４５、３次元配線層５４３、及びバンプ５４４を経由する導通路が確保され、この導通路を介して信号の送受を行うことが可能となる。

以上のように、実施の形態３では、駆動回路基板５２は、駆動回路基板５２の側面と筒体５４Ａの後端部付近の内周面とが対面した状態にて筒体５４Ａに実装されているので、電磁遮蔽シールド５３の外部から面内方向に働く外力を駆動回路基板５２の側面にて受けることが可能となり、電磁遮蔽シールド５３の強度を向上させることができる。

（実施の形態４）
実施の形態４では、駆動回路基板５２の後面に駆動回路が実装された構成について説明する。

図７は実施の形態４に係る撮像ユニット５の拡大断面図である。実施の形態４に係る撮像ユニット５は、対物レンズを含むレンズユニット３との対向面に受光エリア５１０が形成された撮像素子５１、撮像素子５１の後方に配置され、撮像素子５１を駆動する駆動回路５２０が実装された駆動回路基板５２、撮像素子５１及び駆動回路基板５２を収容する電磁遮蔽シールド５３、バンドパスフィルタ６２、並びにカバーガラス６３を備える。

電磁遮蔽シールド５３は、実施の形態１と同様に、前シールド部材５４及び後シールド部材５５を備える。前シールド部材５４の筒体５４Ａは、駆動回路基板５２の面方向のサイズよりも少しだけ大きな内径寸法を有する。実施の形態３では、駆動回路基板５２は、駆動回路基板５２の側面が筒体５４Ａの後端部付近の内周面に当接した状態にて、筒体５４Ａに実装される。具体的には、駆動回路基板５２の後面と筒体５４Ａの後端面とが半田付けされることにより、駆動回路基板５２が筒体５４Ａに実装される。

本実施の形態では、配線パターンを含む駆動回路５２０を駆動回路基板５２の後面に形成し、この配線パターンを筒体後端面のランド５４５に接続してもよい。この場合、駆動回路基板５２に実装された駆動回路５２０と撮像素子５１との間には、駆動回路基板５２の後面に形成された配線パターン、ランド５４５、３次元配線層５４３、及びバンプ５４４を経由する導通路が確保され、この導通路を介して信号の送受を行うことが可能となる。

以上のように、実施の形態４では、駆動回路基板５２は、駆動回路基板５２の側面が筒体５４Ａの後端部付近の内周面に当接した状態にて筒体５４Ａに実装されているので、電磁遮蔽シールド５３の外部から面内方向に働く外力を駆動回路基板５２の側面にて受けることが可能となり、電磁遮蔽シールド５３の強度を向上させることができる。

また、実施の形態４では、駆動回路基板５２の後面側に駆動回路５２０を実装しているので、熱の発生源である駆動回路５２０を撮像素子５１から遠ざけることができると共に、後シールド部材５５の内部空間に充填された樹脂剤５５１により駆動回路５２０で発生した熱を効率良く放熱することができる。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１操作部
２挿入部
３レンズユニット
５撮像ユニット
８ユニバーサルコード
９コネクタ部
２１先端部
２２湾曲部
２３可撓管
５１撮像素子
５２駆動回路基板
５３電磁遮蔽シールド
５４前シールド部材
５４Ａ筒体
５４Ｂ構造体
６１ケーブル
６２バンドパスフィルタ
６３カバーガラス
５１０受光エリア
５２０駆動回路
５４１基部
５４２絶縁層
５４３３次元配線層
５４４バンプ
５４５ランド
５４６半割りスルーホール
５５１樹脂剤
６１０複合ケーブル

Claims

挿入部の先端部に設けられた対物レンズと、該対物レンズとの対向面に受光エリアが形成された撮像素子と、該撮像素子の背面側に配置され、該撮像素子を駆動する駆動回路が実装された駆動回路基板とを備える内視鏡において、
前記撮像素子及び前記駆動回路基板を収容する電磁遮蔽シールド
を備え、
該電磁遮蔽シールドは、
前記撮像素子の側部を覆う筒体と、
前記撮像素子と前記対物レンズとの間に配され、前記対物レンズからの光が入光する開口部を備えた構造体と、
前記筒体及び前記構造体の内周面に形成され、前記撮像素子と前記駆動回路基板とを電気的に接続する配線パターンと
を備えた第１のシールド部材、及び
該第１のシールド部材の後端側に外嵌される第２のシールド部材
を備える内視鏡。
前記配線パターンの一端に接続され、前記撮像素子と相対する前記構造体の部位に設けられたバンプと、
前記配線パターンの他端に接続され、前記駆動回路基板に実装された駆動回路との導通を確保するためのランドと
を備える請求項１に記載の内視鏡。
前記駆動回路基板は、該駆動回路基板の前面と前記筒体の後端面とが対面した状態にて、前記筒体に実装してある
請求項２に記載の内視鏡。
前記駆動回路基板は、前記ランドの一部を露出させるべく前記駆動回路基板の厚み方向に切り欠いた切欠部を備える
請求項３に記載の内視鏡。
前記駆動回路基板は、該駆動回路基板の側面と前記筒体の内周面とが対面した状態にて、前記筒体に実装してある
請求項２に記載の内視鏡。
前記筒体及び前記構造体は、一体的に形成されており、導電性材料により形成された基部と、該基部の内周面に形成された絶縁層とを備える
請求項１から請求項５の何れか１つに記載の内視鏡。
前記筒体及び前記構造体は、一体的に形成されており、絶縁性材料により形成された基部と、該基部の外周面に形成された導電層とを備える。
請求項１から請求項５の何れか１つに記載の内視鏡。
前記撮像素子は、前記バンプを介して前記電磁遮蔽シールド内に実装してある
請求項２に記載の内視鏡。
前記第２のシールド部材の内部空間に絶縁性を有する充填剤を充填してある
請求項１から請求項８の何れか１つに記載の内視鏡。