JP2022120467A

JP2022120467A - 内視鏡

Info

Publication number: JP2022120467A
Application number: JP2021017376A
Authority: JP
Inventors: 敦小師; Atsushi Koshi
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2022-08-18
Also published as: EP4223209A1; US20240008729A1; CN116490813A; WO2022168528A1

Abstract

【課題】発光素子に電力を供給するための電源線が接続される導電部を好適に配設する内視鏡を提供する。
【解決手段】内視鏡は、挿入管の先端部に組み込まれた発光モジュールを備える内視鏡において、前記発光モジュールは、複数の発光素子が実装された実装基板を含み、前記実装基板は、中央部に前記発光素子を光源とする撮像素子が挿通される孔が設けられた環状を成し、前記発光素子が表面実装される第１面と、前記第１面の周縁に位置する側面とを備え、前記側面には、前記発光素子に導通する導電部が設けられており、前記導電部には、前記発光素子に電力を供給するための電源線が接続される。
【選択図】図１

Description

本技術は、内視鏡に関する。

内視鏡は、被検者の体腔内に挿入することで所望の箇所の観察、処置を可能とする医療用機器であり、体腔内に挿入される挿入管の先端部に組み込まれた撮像部と、該撮像部の撮像視野を照明する照明装置とを備えている。特許文献１には、１８０°以上の広い角度範囲での照明を実現する照明装置を備え、広視野角での観察を可能とした内視鏡が開示されている。

特開２０１５－１６０２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の内視鏡装置においては、照明装置に電力を供給するための電源線が接続される導電部を設けるにあたり、当該導電部の好適な配設に関する点が考慮されていないという問題点がある。

一つの側面では、発光素子に電力を供給するための電源線が接続される導電部を好適に配設することができる内視鏡を提供することを目的とする。

本開示の一態様における内視鏡は、挿入管の先端部に組み込まれた発光モジュールを備える内視鏡において、前記発光モジュールは、複数の発光素子が実装された実装基板を含み、前記実装基板は、中央部に前記発光素子を光源とする撮像素子が挿通される孔が設けられた環状を成し、前記発光素子が表面実装される第１面と、前記第１面の周縁に位置する側面とを備え、前記側面には、前記発光素子に導通する導電部が設けられており、前記導電部には、前記発光素子に電力を供給するための電源線が接続される。

本開示によれば、発光素子に電力を供給するための電源線が接続される導電部を好適に配設する内視鏡を提供することができる。

実施形態１に係る内視鏡の外観図である。挿入管の先端部の拡大図である。実装基板と電源線との接続状態の一例を説明する説明図である。実装基板の一例を説明する模式的平面図である。実装基板の一例を説明する模式的側断面図である。実施形態２（放熱体に凹部）に係る実装基板の一例を説明する模式的側断面図である。

（実施形態１）
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、実施形態１に係る内視鏡１の外観図である。内視鏡１は、挿入管２、操作部３、ユニバーサルチューブ４及びコネクタ部５を備えている。挿入管２は、体腔内に挿入される部分であり、長尺の軟性部２０と、該軟性部２０の一端に湾曲部２１を介して連結された先端部２２とを備える。軟性部２０の他端は、円筒形の連結部２３を介して操作部３に連結されている。ユニバーサルチューブ４は、操作部３に一端を連結され挿入管２と異なる向きに延びており、コネクタ部５は、ユニバーサルチューブ４の他端に連設されている。

操作部３は、医師等の内視鏡１の使用者（操作者）により把持されて各種の操作を行うために設けてあり、湾曲操作ノブ３０、複数の操作ボタン３１等を備えている。湾曲操作ノブ３０は、連結部２３及び軟性部２０の内部に通したワイヤ（図示せず）により湾曲部２１に連結されている。湾曲部２１は、湾曲操作ノブ３０の操作により軸断面内で互いに直交する２方向に湾曲し、体腔内に挿入された先端部２２の向きが変化する。

内視鏡１は、コネクタ部５を介してプロセッサ装置１０に接続し内視鏡１装置として用いられる。プロセッサ装置１０は、プロセッサ装置１０は、制御部、記憶部、信号処理回路等を備えており、記憶部に記憶された制御プログラムにより内視鏡装置を統合制御する。

図２は、挿入管の先端部の拡大図である。先端部２２は、湾曲部２１に一側を固定された筒形のハウジング２４を備えている。ハウジング２４の他側は、中央の対物レンズ２５と、該対物レンズ２５の周囲を囲う環状の配光レンズ２６とによって覆われている。ハウジング２４の内部には、対物レンズ２５の内側に面して撮像素子６が組み込まれている。撮像素子６は、対物レンズ２５を介して体腔等の体内部位である観察物（被写体）を撮像する。対物レンズ２５は、挿入管２の先端部２２に設けられた孔部の内枠に嵌め込まれており、観察窓として機能する。配光レンズ２６の内側に面して発光モジュール７が組み込まれている。

撮像素子６は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）等の半導体素子及び、撮像面上に結像させるための光学系により構成され、対物レンズ２５を通して体腔内を撮像する。対物レンズ２５は、例えば広角レンズであり、撮像素子６は、対物レンズ２５を含む光学系の設定により、１８０°以上等の所定の視野角での撮像が可能となるように構成されている。撮像素子６は、撮像した観察物（被写体）の撮像データ（画像信号）を、撮像素子６に接合されている信号線を介して出力する。撮像素子６が出力した撮像データ（画像信号）は、例えばＡＤ変換又はホワイトバランス補正等の前処理が行われ、プロセッサ装置１０に出力される。

発光モジュール７は、撮像素子６の周囲を囲う環状の実装基板７２と、配光レンズ２６に対向する実装基板７２の第１面（実装面）上に実装された複数の発光素子７１を含む。これら複数の発光素子は、例えば、白色ＬＥＤ、狭帯域ＬＥＤ、又は双方のＬＥＤの組み合わせにより構成される。当該複数の発光素子は、環状の実装基板７２の円周に沿って、例えば、１個ずつ、又は２個ずつまとまって、等間隔で配置されている。環状を成す実装基板７２は、中央部にて円形の孔が形成されるものとなり、撮像素子６は、当該円形の孔の中心に位置する。これにより、撮像素子６の外周面と、実装基板７２に形成された孔の内周面（内周側側面）とは、対向するものとなる。

配光レンズ２６は、対物レンズ２５の周縁部から外向きに広がり、湾曲部分を経てハウジング２４の周壁に連続する形状を有する筒状レンズである。発光素子７１の発光は、配光レンズ２６を通して出射され、撮像素子６の撮像視野を照明する。撮像素子６による撮像は、発光素子７１の発光による照明下にて実施される。

図３は、実装基板７２と電源線８との接続状態の一例を説明する説明図である。図４は、実装基板７２の一例を説明する模式的平面図である。図５は、実装基板７２の一例を説明する模式的側断面図である。実装基板７２は、複数の基板７２０（本実施形態では４つの基板７２０）が積層されて構成される多層基板である。実装基板７２は、発光素子７１が実装される実装面である第１面７２１と、第１面７２１の反対側に位置する第２面７２２とを含み、第２面７２２には放熱体９が密着して設けられている。これにより、放熱体９と実装基板７２とは熱的に接続される。

多層基板である実装基板７２を構成する個々の基板７２０において、発光素子７１が実装される実装面である第１面７２１は、最も先端側（対物レンズ２５の側）に位置する基板７２０の表面に相当し、放熱体９が密着する第２面７２２は、最も後端側（湾曲部２１の側）に位置する基板７２０の裏面に相当する。

第１面７２１の周縁に位置する側面は、環状を成す実装基板７２に形成される孔７３の内周面となる内周側側面７２３と、実装基板７２の外周側側面７２６とを含む。内周側側面７２３には、実装基板７２の厚み方向に切りかかれた切欠き部７２４が、複数個、形成されている。すなわち、多層基板である実装基板７２を構成する基板７２０それぞれの側面に切欠き部７２４が形成されており、これら基板７２０の切欠き部７２４それぞれが、基板７２０の厚み方向にて連続するように設けられることにより、多層基板の内周側側面７２３にて、当該多層基板の厚み方向に沿う溝状の切欠き部７２４が、形成されるものとなる。

切欠き部７２４は、実装基板７２（多層基板）を構成する全ての基板７２０に形成されているものであってもよく、又は、発光素子７１が実装される実装面である第１面７２１を備える基板７２０を少なくとも含む一部の基板７２０においてのみ、形成されているものであってもよい。本実施形態においては、切欠き部７２４は、多層基板を構成する複数の基板７２０のうち、放熱体９が密着している基板７２０以外の基板７２０に形成されている。すなわち、放熱体９が密着している基板７２０、すなわち第２面７２２の基板７２０には切欠き部７２４が設けられていない。このように多層基板を構成する複数の基板７２０のうち、放熱体９に密着している基板７２０には切欠き部７２４及び導電部７２５を設けないことにより、放熱体９に密着している基板７２０によって、放熱体９と、他の基板７２０の切欠き部７２４に設けられた導電部７２５とを絶縁することができる。

内周側側面７２３に形成された切欠き部７２４、すなわち内周側側面７２３にて厚み方向に形成された溝には、導電部７２５が設けられている。導電部７２５は、銅、銅合金又は導電体ペースト等の導電性の良い導電材により構成され、例えばケーブル接続用ランドである。導電部７２５は、内周側側面７２３に形成された切欠き部７２４（溝）を埋めるように設けられている。

導電部７２５における第１面７２１の側の端部は、第１面７２１の上に位置するように設けられ、Ｌ字状を成すものであってもよい。本実施形態における図示のとおり、Ｌ字状を成す導電部７２５において、切欠き部７２４に設けられた導電部７２５の部位はＬ字の縦辺部に相当し、第１面７２１の上に位置する導電部７２５の部位はＬ字の横辺部に相当するものであってもよい。Ｌ字の縦辺部に相当する導電部７２５の部位に、電源線８の芯線８１が接合される。

導電部７２５は、第１面７２１及び積層されている各基板７２０の面に設けられた配線パターン、ランド又はスルーホール等を介して、発光素子７１の端子又は発光素子ランド７１１と電気的に接続されている。上述のとおり、発光素子７１はＬＥＤ等により構成され、導電部７２５は、当該ＬＥＤのアノード（正極側）に接続される導電部７２５（正極側導電部）と、カソード（負極側）に接続される導電部７２５（負極側導電部）とを含む。

導電部７２５の個数は、複数の発光素子７１それぞれに対する個々の制御態様に基づき決定され、例えば、発光素子７１（ＬＥＤ）を８個搭載した時に、個々の発光素子７１（ＬＥＤ）の明るさを制御する場合は、アノード側に８個の導電部７２５（正極側導電部）を設け、カソード側は１つの回路にまとめることによる１個の導電部７２５（負極側導電部）又は、２つの回路として断線に対する冗長性を持たせた２個の導電部７２５（負極側導電部）とするものであってもよい。このようにカソード側の導電部７２５（負極側導電部）の個数は、アノード側の導電部７２５（正極側導電部）の個数よりも少なくするものであってもよい。

実装基板７２の内周側側面７２３に設けられる切欠き部７２４及び導電部７２５は、実装基板７２を環状すべく孔７３を形成（くり抜く）際に、ＶＩＡ（ビアホール）を半割にして作成してもよく、又は実装基板７２を成形後にパターン成形してもよい。

導電部７２５には、プロセッサ装置１０から延設された電源線８の芯線８１が接合されている。プロセッサ装置１０からの電力は、電源線８及び導電部７２５を介して発光モジュール７に供給され、発光素子７１を点灯させる。

プロセッサ装置１０側から延設される電源線８は、挿入管２の延伸方向を基準に、導電部７２５に対し平行（並行）、すなわち多層基板の厚み方向に沿う溝状の切欠き部７２４と平行となるように接続される。これにより、導電部７２５に接合される電源線８の芯線８１の軸方向は、挿入管２の延伸方向と平行であり、実装基板７２の厚み方向となり、当該芯線８１も、実装基板７２の孔７３の内側に位置するものとなる。このようにプロセッサ装置１０側から延設される電源線８は、挿入管２の延伸方向において、導電部７２５に対し平行に接続されるため、導電部７２５が接続される部位の近傍における電源線８の個所において、当該電源線８が屈曲することを抑制することができる。これにより、電源線８を導電部７２５から引き剥がす方向に作用する応力が発生することを抑制し、電源線８と導電部７２５との接続強度を担保又は向上させることができる。

放熱体９は、熱伝導性の高い金属製であり、実装基板７２と同様な環状による板部材によって、構成される。環状を成す放熱体９には、実装基板７２と同様に中央部に孔が設けられており、放熱体９の孔と、実装基板７２の孔７３とは同心円を構成する。放熱体９の孔の内部には、複数の電源線８、及び撮像素子６に接続される信号線が位置する。

実装基板７２の第２面７２２に放熱体９は密着しており、実装基板７２と放熱体９とは熱的に接続されている。これにより、発光素子７１によって発生した熱は、放熱体９を介して周囲の空間に放熱され、当該発光素子７１の温度上昇を抑制して冷却することができる。実装基板７２の第２面７２２と、放熱体９とは、電気的に絶縁されていることは言うまでもない。実装基板７２（第２面７２２）と放熱体９（密着面９１）とが直接的に密着している場合に限定されず、実装基板７２（第２面７２２）と放熱体９（密着面９１）との間に絶縁性を有する熱伝導ペーストが設けられているものであってもよい。

撮像素子６の外周面と、導電部７２５が設けられている実装基板７２の内周側側面７２３とは、対向しており、当該撮像素子６の外周面と実装基板７２の内周側側面７２３との間にて形成される空隙には、絶縁性を有する樹脂部材等が設けられているものであってもよい。絶縁性を有する樹脂部材等を、当該空隙に封入して設けることにより、導電部７２５及び当該導電部７２５に接続されている芯線８１と、撮像素子６との絶縁性を担保することができる。

本実施形態において、切欠き部７２４及び導電部７２５は、実装基板７２の内周側側面７２３に設けられとしたがこれに限定されず、実装基板７２の外周側側面７２６に設けられるものであってもよい。本実施形態において、実装基板７２は多層基板であるとしたがこれに限定されず、実装基板７２は１枚の基板７２０にて構成される単層基板であってもよい。

本実施形態によれば、発光素子７１に電力を供給するための電源線８が接続される導電部７２５は、当該発光素子７１が表面実装される第１面７２１の周縁に位置する内周側側面７２３に設けられている。これにより、当該第１面７２１に導電部７２５（導電部７２５における芯線８１と接合される部位）を設けることを不要とすることができ、挿入管２の先端部に内包される実装基板７２において、当該導電部７２５を好適に配設することができる。第１面７２１の面積を小さくし、発光モジュール７を組み込む挿入管２の先端部のサイズを小さくすることができる。第１面７２１の面積を小さくすることにより、実装基板７２に設けられる孔７３の径を大きくすることができ、これにより実装基板７２の外径及び挿入管２の先端部のサイズを大きくすることなく、孔７３に挿通されて配置される撮像素子６のサイズを大きくすることができる。第１面７２１の実装スペースを拡大させ、第１面７２１における発光素子７１の配置自由度（実装自由度）を向上させ、発光素子７１の実装数を増加させ、これら複数の発光素子７１を多数配置することができる。導電部７２５は、撮像素子６が挿通される孔７３の内周面を構成する内周側側面７２３に設けられているため、当該孔７３の内部に導電部７２５を設けることができる。これにより、挿入管２の先端部のサイズを小さくすることができる。

本実施形態によれば、導電部７２５は、側面に形成された切欠き部７２４に設けられているため、当該導電部７２５と、切欠き部７２４が形成されていない側面との間にて形成される凸部の高さを小さくすることができる。切欠き部７２４が形成されている側面が、孔７３の内周面を構成する内周側側面７２３である場合、切欠き部７２４に導電部７２５を設けることにより、孔７３の内周面にて導電部７２５が突出することを抑制することができ、孔７３の径を大きくすることができる。

本実施形態によれば、複数の基板７２０が積層された多層基板によって実装基板７２を構成することにより、導電部７２５と発光素子７１とを接続する配線パターンの配線自由度を向上させることができる。多層基板による実装基板７２において、発光素子７１の実装面である第１面７２１の反対側に位置する第２面７２２には、ヒートシンク等の放熱体９が密着している。当該多層基板を構成する複数の基板７２０のうち、放熱体９が密着している基板７２０以外の基板７２０には切欠き部７２４が設けられているが、放熱体９が密着している基板７２０、すなわち第２面７２２を有する基板７２０には切欠き部７２４が設けられていない。従って、放熱体９が密着している基板７２０（第２面７２２を含む基板７２０）には、導電部７２５が設けられていない。このように多層基板を構成する複数の基板７２０のうち、放熱体９に密着している基板７２０には切欠き部７２４及び導電部７２５を設けないことにより、放熱体９に密着している基板７２０によって、放熱体９と、他の基板７２０の切欠き部７２４に設けられた導電部７２５とを絶縁することができる。

本実施形態によれば、プロセッサ装置１０側から延設される電源線８は、挿入管２の延伸方向において、導電部７２５に対し平行に接続されるため、導電部７２５が接続される部位の近傍における電源線８の個所において、当該電源線８が屈曲することを抑制することができる。これにより、電源線８が導電部７２５から引き剥がされる応力が発生することを抑制し、電源線８と導電部７２５との接続強度（はんだ付け面の信頼性）を向上させることができる。電源線８の芯線８１を内周側側面７２３に設けることにより、電源線８の屈曲が抑制されるため、当該屈曲（折り曲げ）による曲げ部（Ｒ部）によって孔７３の中心部に挿入される撮像素子６への干渉が無くなるものとなる。これにより、実装基板７２の内周側側面７２３と、撮像素子６の外周面との面間距離（クリアランス）は、電源線８の外径寸法分を確保すればよく、実装基板７２の孔７３の内径の寸法（実装基板７２内径寸法）を小さくすることができる。

（実施形態２）
図６は、実施形態２（放熱体９に凹部９２）に係る実装基板７２の一例を説明する模式的側断面図である。本実施形態においては、多層基板である実装基板７２を構成する全ての基板７２０の側面に切欠き部７２４が形成されており、これら基板７２０の切欠き部７２４それぞれが、基板７２０の厚み方向にて連続するように設けられている。これにより、多層基板の内周側側面７２３にて厚み方向に延びる溝状の切欠き部７２４が形成される。すなわち、放熱体９が密着している基板７２０、すなわち第２面７２２を有する基板７２０においても、切欠き部７２４が設けられている。

多層基板である実装基板７２を構成する全ての基板７２０に切欠き部７２４を形成することにより、実装基板７２の側面において、当該実装基板７２の厚みと同じ長さとなる切欠き部７２４（溝）を形成することでき、挿入管２の延伸方向に平行となる切欠き部７２４の長さを長くすることができる。当該切欠き部７２４の全域において導電部７２５が設けられており、これにより、挿入管２の延伸方向に平行となる導電部７２５の長さを長くすることができ、当該導電部７２５と、電源線８の芯線８１とを接合するにあたっての、接合面積を大きくし、導電部７２５と芯線８１（電源線８）との接合強度を向上させることができる。

実装基板７２の第２面７２２に対向して密着する放熱体９の密着面９１には、縁部の一部を欠落させる（切り欠く）ことにより形成される凹部９２が設けられている。凹部９２は、環状を成す放熱体９の孔の内周の縁部（内周縁）に沿って、密着面９１に形成されている。

凹部９２は、導電部７２５に対応して設けられており、密着面９１に形成されている凹部９２の個数は、実装基板７２の内周側側面７２３に設けられている導電部７２５の個数と同数であってもよい。凹部９２と導電部７２５との位置的対応関係は、実装基板７２を平面視した際、すなわち実装基板７２の第１面７２１に対する垂直方向において、凹部９２と導電部７２５との領域が重複する関係を含む。

密着面９１に設けられた凹部９２によって、実装基板７２の導電部７２５、特に第２面７２２を有する基板７２０（最も後端側に位置する基板７２０）に設けられた導電部７２５の部位と、放熱体９とを確実に離間させ、導電部７２５と放熱体９との絶縁距離を確保することができる。

導電部７２５と放熱体９との絶縁距離を確保するための凹部９２は、個々の導電部７２５に対応して、密着面９１の内周縁に複数個、形成されるとしたが、これに限定されない。放熱体９の密着面９１に設けられた孔の内周縁にて、全周に亘って欠落させる（切り欠く）ことにより、凹部９２が形成されるものであってもよい。

本実施形態によれば、実装基板７２において、発光素子７１の実装面である第１面７２１の反対側に位置する第２面７２２には、ヒートシンク等の放熱体９が密着しており、当該第２面７２２に密着する放熱体９の密着面９１、すなわち第２面７２２に対向する、放熱体９の面（密着面９１）には、凹部９２が設けられている。密着面９１に設けられた凹部９２によって、実装基板７２の導電部７２５と、放熱体９とを離間させることができ、導電部７２５に対する放熱体９の絶縁を担保することができる。

今回開示された実施の形態はすべ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。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。

１内視鏡
１０プロセッサ装置
２挿入管
２０軟性部
２１湾曲部
２２先端部
２３連結部
２４ハウジング
２５対物レンズ
２６配光レンズ
３操作部
３０湾曲操作ノブ
３１操作ボタン
４ユニバーサルチューブ
５コネクタ部
６撮像素子
７発光モジュール
７１発光素子
７１１発光素子ランド
７２実装基板
７２０基板
７２１第１面
７２２第２面
７２３内周側側面
７２４切欠き部
７２５導電部（正極側導電部、負極側導電部）
７２６外周側側面
７３孔
８電源線
８１芯線
９放熱体
９１密着面
９２凹部

Claims

挿入管の先端部に組み込まれた発光モジュールを備える内視鏡において、
前記発光モジュールは、複数の発光素子が実装された実装基板を含み、
前記実装基板は、中央部に前記発光素子を光源とする撮像素子が挿通される孔が設けられた環状を成し、前記発光素子が表面実装される第１面と、前記第１面の周縁に位置する側面とを備え、
前記側面には、前記発光素子に導通する導電部が設けられており、
前記導電部には、前記発光素子に電力を供給するための電源線が接続される
内視鏡。
前記側面は、前記孔の内周面を構成する内周側側面である
請求項１に記載の内視鏡。
前記側面には、切欠き部が形成されており、
前記導電部は、前記切欠き部に設けられている
請求項１又は請求項２に記載の内視鏡。
前記実装基板は、複数の基板が積層された多層基板であり、
前記第１面の反対側に位置する第２面には、放熱体が密着しており、
前記切欠き部は、前記多層基板を構成する複数の基板のうち、前記放熱体が密着している基板以外の基板に形成されている
請求項３に記載の内視鏡。
前記第１面の反対側に位置する第２面には、放熱体が密着しており、
前記放熱体における前記第２面に密着する密着面には、凹部が設けられており、
前記凹部によって、前記放熱体と前記導電部とは離間する
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の内視鏡。
前記電源線は、
前記内視鏡に接続されるプロセッサ装置側から延設され、
前記挿入管の延伸方向において、前記導電部に対し平行に接続される
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の内視鏡。
前記導電部は、前記発光素子の正極側に接続される正極側導電部と、前記発光素子の負極側に接続される負極側導電部とを含み、
前記負極側に接続される負極側導電部の個数は、前記正極側に接続される正極側導電部の個数よりも少ない
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の内視鏡。