JP2977391B2 - 電子内視鏡の固体撮像素子アセンブリ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医療用、工業用等とし
て用いられる電子内視鏡の固体撮像素子アセンブリに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子内視鏡における撮像手段としては、
ＣＣＤ等の固体撮像素子が用いられ、この固体撮像素子
は、体内に挿入される挿入部の先端部に配される。この
ような、固体撮像素子は基板上に装着され、光入射用の
透明窓を備えたパッケージ内に装着することによって、
固体撮像素子アセンブリを構成し、この固体撮像素子ア
センブリは対物レンズの鏡胴に固着して設けられるよう
になっている。

【０００３】このような電子内視鏡の先端部の径は極め
て小さく形成される必要があることから、この先端部に
配される固体撮像素子のサイズも必然的に小さいものと
なり、例えば１〜２mm角程度のものとされる。

【０００４】したがって、画素数が少なくなってしまう
ことから十分な解像度を得ることが困難であった。

【０００５】しかしながら、近年の半導体技術の進歩に
伴ない、固体撮像素子として集積度が大幅に向上したも
のが開発され、１〜２mm角サイズ程度の極めて小さなＣ
ＣＤのチップ上に例えば数万程度の画素を有する高画素
密度素子が用いられるようになってきており、このよう
な高画素密度素子を用いれば、内視鏡による医療画像の
解像度を向上させることが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記高
画素密度素子を用いた場合でも医療分野で用いられる電
子内視鏡においては、症状を判断する際の信頼性を上げ
るため再生画像の解像度をより上げることが要求されて
いる。

【０００７】また、内視鏡挿入部の径を、より小さくす
ることも要求されており、特に気管支の内部に挿入され
る気管支鏡等にあってはその先端部を含む挿入部を極め
て小さくする必要があることから、上記固体撮像素子の
サイズは大幅に小型化する必要があり、この場合にはど
うしても素子の画素数が小さくなることから再生画像の
解像度の劣化が問題となる。

【０００８】本願発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、電子内視鏡の先端部の小型化を図りつつ、
再生画像の解像度の向上を図り得る電子内視鏡の固体撮
像素子アセンブリを提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】また、上記固体撮像素子はその表面、特に
受光面側の表面が酸素に触れると酸化して品質が劣化す
ることから、従来、窒素ガスや不活性ガス等の雰囲気内
に上記素子を密封するようにしたものが知られている
が、この場合には振動等によって上記ガスの漏れが生じ
るおそれがある。

【００１０】本願発明はこのような事情にも鑑みなされ
たものであり、振動等を受けても固体撮像素子の受光面
側の表面が酸化するおそれのない電子内視鏡の固体撮像
素子アセンブリを提供することを目的とするものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願発明の第１の電子内
視鏡の固体撮像素子アセンブリは、電子内視鏡の撮像部
に配され、該電子内視鏡の対物レンズによって結像され
た被写体像を光電変換する固体撮像素子アセンブリにお
いて、基板と、この基板上に固設された固体撮像素子
と、この固体撮像素子の周囲において前記基板から立設
される圧電アクチュエータからなるフレーム部と、この
フレーム部に支持される前記対物レンズを保持する対物
レンズ保持部と、前記基板と前記対物レンズ保持部を相
対的に振動させて、前記被写体像と前記固体撮像素子が
所定周期で、該固体撮像素子の（２ｎ−１）／２画素ピ
ッチ（但し、ｎは自然数）だけ該素子の水平走査線の延
びる方向に相対移動するよう前記フレーム部に所定電圧
を印加せしめるアクチュエータ電圧印加部とを備えたこ
とを特徴とするものである。

【００１２】すなわち、固体撮像素子搭載基板と対物レ
ンズ保持部を接続する、圧電アクチュエータからなるフ
レーム部に所定電圧を印加して、固体撮像素子の受光面
に結像される被写体像と、該固体撮像素子を所定周期で
（２ｎ−１）／２画素ピッチ（但し、ｎは自然数）だけ
水平走査線の延びる方向に相対移動せしめるようにした
ことを特徴とするものである。

【００１３】また、本願発明の第２の電子内視鏡の固体
撮像素子アセンブリは、前記固体撮像素子の受光面側の
表面を透明なカバー部材により被覆してなることを特徴
とするものである。

【００１４】

【作用】上記第１の電子内視鏡の固体撮像素子アセンブ
リによれば、固体撮像素子を固設してなる基板と対物レ
ンズを保持する対物レンズ保持部との間のフレーム部を
圧電アクチュエータで構成し、このフレーム部に所定の
電圧を印加することよって、対物レンズにより固体撮像
素子上に形成される被写体像と該固体撮像素子とを、所
定周期で（２ｎ−１）／２画素ピッチ（但し、ｎは自然
数）だけ相対移動するようにしている。

【００１５】すなわち、この所定周期を画面切替周期と
すれば、前後の画面同志は一方の、水平走査線方向の画
素間位置に他方の画素が配される状態となるから、空間
サンプリング領域が増加し、これにより水平解像度を向
上させることが可能となる。

【００１６】なお、この固体撮像素子アセンブリにおい
ては、固体撮像素子を固設した基板と対物レンズ保持部
とを相対的に振動させるようにしており、固体撮像素子
と基板との相対移動がないようにしているからこの固体
撮像素子と基板の各パターンを接続するワイヤが上記振
動によって切断されるおそれがない。

【００１７】また、上記第２の電子内視鏡の固体撮像素
子アセンブリによれば、固体撮像素子の結像面側表面を
透明なカバー部材によって被覆しているから、該表面を
窒素ガスや不活性ガス等により密封しなくてもこの受光
面側表面が酸素にさらされることがなく、したがって上
記ガスのリークのおそれなく固体撮像素子の受光面側表
面の酸化を防止することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１９】図１は本発明の固体撮像素子アセンブリを
搭載した電子内視鏡の挿入部における先端部分の概略構
成を示す。同図において、先端本体10には観察窓（レン
ズＡｓｓ′ｙ）11が開設されており、該観察窓（レンズ
Ａｓｓ′ｙ）11には対物レンズ12の鏡胴（対物レンズ保
持部材；以下同じ）13が装着せしめられている。そし
て、この鏡胴13の端部には撮像手段としての固体撮像素
子アセンブリ14が固着して設けられている。

【００２０】固体撮像素子アセンブリ14は、図２〜図５
に示すように構成される。即ち、セラミック等の絶縁部
材からなる基板15上の凹部21には固体撮像素子16が装着
されている。本実施例ではこの固体撮像素子16としてイ
ンタライン転送型ＣＣＤを使用している。また、この基
板15の表面には配線パターン17が形成されており、この
配線パターン17の先端部分は固体撮像素子16の電極部17
a と極めて細い導電線22により接続されている。そし
て、配線パターン17の他端はスルーホール18に接続さ
れ、この配線パターン17は該スルーホール18により基板
15の裏面側に引き廻されている。さらに、この基板15の
裏面側には端子パッド18a が形成されて、この端子パッ
ド18a にはバッファアンプ19が取り付けられると共に、
ケーブル20が接続されるようになっている。

【００２１】前述したように、基板15には凹部21が形成
されており、固体撮像素子16はこの凹部21の底面に接着
されるようになっている。この凹部21は、固体撮像素子
16を搭載して、その支持を行なうことができるような深
さに形成されている。そして、配線パターン17には基板
16上において、この凹部21に近接した位置に形成される
ようになっており、この配線パターン17と固体撮像素子
16の端子との間はワイヤボンディング手段により導電線
22が架け渡されている。

【００２２】この導電線22が配設された部分は樹脂23が
充填されることによって封止され、一方固体撮像素子16
の受光面にはガラス板24が固着して設けられている。こ
れによって、固体撮像素子16を完全に密封された状態に
保持することができ、酸化等による劣化の防止が図られ
る。このガラス板24は固体撮像素子16の受光面を覆うよ
うになっておればよいので、このガラス板24は封止樹脂
23の固体撮像素子16の表面から上方への突出高さと同じ
か、またはそれよりも僅かに高くなる程度の肉厚を持っ
たもので形成されている。

【００２３】ところで、このような電子内視鏡の先端部
に配される固体撮像素子16は、一般のビデオカメラ等に
使用される固体撮像素子と比べて微少なサイズに形成さ
れている。

【００２４】すなわち、この電子内視鏡の先端部は胃や
気管支等の体内に挿入されることからこの挿入部分の径
はなるべく小さくする必要があり、この固体撮像素子16
のサイズも必然的に小さくなるのであるが、これに伴な
い固体撮像素子16が有する画素数も少なくなってしま
い、このため再生画像の解像度も低下してしまう。

【００２５】そこで、上記実施例においては、圧電アク
チュエータからなるフレーム25を振動せしめて、固体撮
像素子16を固設する基板23と、対物レンズ12を保持する
鏡胴13とを周波数が30Hzで振幅が0.5 画素ピッチとなる
ように該素子の水平走査線の延びる方向（図１において
紙面と垂直となる方向）に振動させるようにしている。

【００２６】上記鏡胴13は内視鏡本体10に固定されてい
るから、固体撮像素子16を固設した基板23側が移動する
ことになり、所定のタイミングで1/60秒の間隔をおいて
撮像された２つのフィールド画像は、水平走査線方向に
互いに1/2 画素ピッチだけずれたものとなる。したがっ
て、一方のフィールドの水平走査線方向の画素の間に他
方のフィールドの画素が位置するようにして撮像される
こととなり、結局撮像された画像を動画として再生する
場合には空間サンプリング領域を約２倍に拡大すること
ができるから水平解像度を約２倍に増大させることがで
きる。

【００２７】本実施例では、上記フレーム25を構成する
圧電アクチュエータとしてバイモルフ型のもの25a が使
用されている。

【００２８】これは、図６に示す如く、シム（金属弾性
板）30を２枚のセラミック型圧電素子31a ，31b で挾
み、これら圧電素子31a ，31b の分極方向（矢印Ｐ方
向）を図の如く設定したもので、交流電源32の一方の端
子を上記シム30に、他方の端子を上記圧電素子31a ，31
b に各々接続し、交流電源32から上記シム30および上記
圧電素子31a ，31b に電圧を印加するように構成されて
いる。

【００２９】このバイモルフ型の圧電アクチュエータ25
a は、その圧電素子31a ，31b の延びる方向に対向する
両端子のうち一方を基板15に、他方を鏡胴13に各々固着
され、これによりこの圧電アクチュエータ25a への電圧
印加に伴ない基板15と鏡胴13、ひいては固体撮像素子16
と対物レンズ12が互いに面方向に振動することになる。

【００３０】なお、このようなバイモルフ型の圧電アク
チュエータ25a を用いたときの、印加電圧に対するアク
チュエータ変位量（固定端から10mmの位置における変位
量）を図７に示す。すなわち、固体撮像素子16の１画素
ピッチを8.5 μｍであるとすれば1/2 画素ピッチは4.25
μｍとなり、したがって図７のグラフによれば、1/2画
素ピッチの変位量を得るためには約3.5 Ｖ程度の電圧を
フレーム25の両端に印加する必要がある。

【００３１】この圧電アクチュエータ25a に印加される
電圧波形は、フレーム切替周期と一致する30Hzの周波数
を有し、固体撮像素子16の受光面上で1/2 画素ピッチだ
け該素子16を水平走査線方向に移動せしめるだけの大き
さを有している。

【００３２】なお、この圧電アクチュエータからなる２
つのフレーム25の基板15への接合部分は配線パターン17
が形成された位置の外側となっている。そして、この平
行に配置された２枚のフレーム25の上面が対物レンズ12
の鏡胴13に固着されるようになっている。

【００３３】本実施例は前述のように構成されるもの
で、この固体撮像素子アセンブリ14を形成する際には、
まず固体撮像素子16を基板15に設けた凹部21内に装着す
る。この状態で、ワイヤボンディング手段により導電線
22を該基板15における配線パターン17と固体撮像素子16
の電極部17a との間に架設する。この固体撮像素子16の
表面と基板15の表面との高低差が微小となっているの
で、前述の導電線22をアーチ状にして両端をボンディン
グするに当って、このアーチ部分を緩やかな角度とする
ことができることになる。次に、導電線22の架設部分に
封止樹脂23を充填し固体撮像素子16の受光面表面にガラ
ス板を固着、しかる後に、基板15上にフレーム25を接着
等の手段により固着する。

【００３４】これによって、固体撮像素子16は完全に密
封されて、外気と接触して酸化を起こす等の不都合を生
じることはない。一般に固体撮像素子16を保護するに
は、それをパッケージ化するに際して窒素ガス等の不活
性ガスを封入するようにしているが、このように不活性
ガスを封入した場合には、完全に密閉しなければガス漏
れが発生するおそれがある。これに対して、樹脂による
封止を行なうようにすると、固体撮像素子16が外気に接
触するおそれを完全に防止することができる上、製造技
術も簡単である。

【００３５】さらに、この後フレーム25の上面を対物レ
ンズ12の鏡胴13の端部に接着等の手段により固着するよ
うに取り付けられ、また基板15の裏面にはケーブル20が
接続される。

【００３６】なお、電子内視鏡10の端面には、対物レン
ズ12の鏡胴13と隣接してかん子用チューブ35が配設され
ている。

【００３７】なお、本発明の電子内視鏡の固体撮像素子
アセンブリとしては上記実施例のものに限られるもので
はなく、その他の種々の変更が可能である。

【００３８】例えば、上記実施例においては、フレーム
を構成する圧電アクチュエータとしてバイモルフ型を使
用しているが、これに代えてすべり積層型と称されるも
の25b を使用することも可能である。すなわち、図８に
示す如く、分極方向（矢印Ａ方向）に対して垂直方向に
電源33による電界を印加すると図中破線で示す如きせん
断変形が生じるもので、この変形量は印加電圧の大きさ
と素子の長さにより決定される。

【００３９】また、固体撮像素子のタイプとして、上記
実施例ではインタライン転送型のＣＣＤを用いている
が、インタライン転送型としては、フィールド蓄積型の
ものあるいはフレーム蓄積型のものいずれであってもよ
く、また、これに代えてフレーム転送型ＣＣＤのものを
用いることも可能である。

【００４０】また、上記実施例では鏡胴13を固定し、こ
の鏡胴13に対して、固体撮像素子16を搭載した基板15を
振動せしめるようにしているが、基板15を固定し、これ
に対して鏡胴13を振動せしめるようにすることも可能で
ある。

【００４１】この場合は、対物レンズ12を内視鏡先端部
とを遊離させるため、内視鏡先端部の対物窓を透明な窓
材によって防水化を図っておく必要がある。

【００４２】さらに、基板15と鏡胴13は相対的に固体撮
像素子16の水平走査線方向に移動させればよく、上記実
施例の如く、水平画素方向が紙面の上下方向であるよう
に配置したときは、基板15を図１中の、紙面と垂直方向
に移動させる代わりに、図中上下方向に移動させるよう
にしてもよい。但し、上記実施例の如く、基板15を紙面
と垂直方向に移動させるようにすれば、この基板15と上
記かん子用チューブ35が抵触するおそれがない。

【００４３】

【発明の効果】以上に説明したように、本願発明の電子
内視鏡の固体撮像素子アセンブリによれば、固体撮像素
子を、この受光面上の被写体像に対して一定の周期で、
その水平走査線方向に、（２ｎ−１）／２画素ピッチ
（ｎは自然数）の振幅で相対的に振動せしめるようにし
ており、この周期を適当にとれば、前後に連続するフィ
ールド画面の間で、一方の水平走査線方向の画素の間に
他方の画素が入り込むような状態とすることができるか
ら、結局連続画像として再生した場合に空間サンプリン
グ領域を倍増することができ、再生画像の水平解像度を
倍増することが可能となる。

【００４４】また、このような振動によっても基板と固
体撮像素子は一体的に移動するから、両者の間に接続さ
れている導電線が切断される等のおそれがない。

【００４５】また、固体撮像素子の受光面側表面に透明
なカバー部材を配設すれば、この表面が酸素と接触する
のを防止でき、密封した窒素ガス雰囲気内に固体撮像素
子を配設する等の面倒な操作を必要とせずに上記素子の
酸化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る電子内視鏡の固体撮像素
子アセンブリを搭載した電子内視鏡の先端部を示す断面
図

【図２】図１に示す固体撮像素子アセンブリを分解して
示す斜視図

【図３】図１に示す固体撮像素子アセンブリを拡大して
示す正面図

【図４】図１に示す固体撮像素子アセンブリを対物レン
ズと組合せて示す概略図

【図５】図１に示す固体撮像素子アセンブリの一部を示
す平面図

【図６】図１に示す固体撮像素子アセンブリの圧電アク
チュエータの作用を説明するための概略図

【図７】図６に示す圧電アクチュエータにおける印加電
圧と変位量との関係を示すグラフ

【図８】図６に示す圧電アクチュエータとは異なる圧電
アクチュエータを示す概略図

【符号の説明】

10 先端本体 12 対物レンズ 13 鏡胴（対物レンズ保持部材） 14 固体撮像素子アセンブリ 15 基板 16 固体撮像素子 17 配線パターン 17a 電極部 18a 端子パッド 21 凹部 22 導電線 23 封止樹脂 24 ガラス板 25 フレーム（圧電アクチュエータ） 32，33 電源

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子内視鏡の撮像部に配され、該電子内
   視鏡の対物レンズによって結像された被写体像を光電変
   換する固体撮像素子アセンブリにおいて、 基板と、この基板上に固設された固体撮像素子と、この
   固体撮像素子の周囲において前記基板から立設される圧
   電アクチュエータからなるフレーム部と、このフレーム
   部に支持される前記対物レンズを保持する対物レンズ保
   持部と、前記基板と前記対物レンズ保持部を相対的に振
   動させて、前記被写体像と前記固体撮像素子が所定周期
   で、該固体撮像素子の（２ｎ−１）／２画素ピッチ（但
   し、ｎは自然数）だけ該素子の水平走査線の延びる方向
   に相対移動するよう前記フレーム部に所定電圧を印加せ
   しめるアクチュエータ電圧印加部とを備えたことを特徴
   とする電子内視鏡の固体撮像素子アセンブリ。
2. 【請求項２】 前記固体撮像素子の受光面側の表面を透
   明なカバー部材により被覆してなることを特徴とする請
   求項１記載の電子内視鏡の固体撮像素子アセンブリ。