JP2977392B2 - 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配設されることによって固
体撮像素子アセンブリを構成する。この固体撮像素子ア
センブリは対物レンズの鏡胴の端部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は困難と考えられてい
たが、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、１〜２
mm角程度の極めて小さなＣＣＤ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
なりつつある。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。

【０００５】

【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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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
に上記素子を配設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、結局上記表面が酸化してしまうというおそれがあ
る。

【０００９】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。

【００１０】

【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を取り囲むようにして前記
基板から立設される第１のフレーム部と、この第１のフ
レーム部上に支持されてこの第１のフレーム部が囲む空
間を密閉する透明な板状体と、この板状体に立設される
圧電アクチュエータからなる第２のフレーム部と、この
第２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、前記板状体と該対物レンズ保持
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）だけ該素子の走査線の
延びる方向に相対移動するよう前記第２のフレーム部に
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。

【００１１】すなわち、固体撮像素子を酸化防止用のガ
ス雰囲気中に密封する蓋体として機能する透明な板状体
と対物レンズ保持部を接続する、圧電アクチュエータか
らなる第２の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。

【００１２】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、前記基板、前記第１のフレーム
部および前記板状体により密閉される前記空間内に前記
固体撮像素子の表面の酸化を防止し得る気体を封入して
なることを特徴とするものである。

【００１３】

【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、固体撮像素子を酸化防止用のガス雰囲気中
に密封する蓋体として機能する透明な板状体と対物レン
ズ保持部との間の第２のフレーム部を圧電アクチュエー
タで構成し、この第２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。

【００１４】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。

【００１５】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ボンディ
ングの導電線が上記振動によって切断されるおそれがな
い。

【００１６】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、固体撮像素子を密封するため
の、酸化防止用のガスを封入されてなる箱体を基板、第
１のフレーム部および透明な板状体で構成し、第２のフ
レーム部の振動時においてこれら箱体を一体的に振動せ
しめるようにしているから、この箱体内に封入されてい
る窒素ガスや不活性ガス等の封入ガスのリークのおそれ
がなく、固体撮像素子の受光面側表面の酸化を確実に防
止することができる。

【００１７】

【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。

【００１８】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。

【００１９】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部18a が形成されて、この端子パ
ッド部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。

【００２０】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。

【００２１】また、基板15上には固体撮像素子16の４方
を囲むことができるように矩形状の縁体として構成され
てなるセラミック製の第１のフレーム23が固設され、こ
の第２のフレーム23の上面に蓋をするようにして透明な
ガラスよりなる平行平面板24が固設されている。

【００２２】したがって、固体撮像素子16は基板15、第
１のフレーム23および平行平面板24の各部材により囲ま
れる空間25内に密封される。

【００２３】また、この空間25内には窒素ガスが封入さ
れており、固体撮像素子16の受光面側表面の酸化等によ
る劣化が防止される。

【００２４】なお、上記平行平面板24は被写体の光像が
高効率で透過し得、かつ上記第１のフレーム部23と確実
に接着し得るように構成されている。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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第２のフレーム26を振動せしめて、
固体撮像素子16と一体化された平行平面板24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1/2
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。

【００２８】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と一体化された平行平面板24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。

【００２９】本実施例では、上記第２のフレーム26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26
a が使用されている。

【００３０】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。

【００３１】このバイモルフ型の圧電アクチュエータ26
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平行平面板24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26a へ
の電圧印加に伴ない平行平面板24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。

【００３２】なお、このようなバイモルフ型の圧電アク
チュエータ26a 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。

【００３３】この圧電アクチュエータ26a 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。

【００３４】なお、この圧電アクチュエータからなる２
本の第２のフレーム26の平行平面板24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本の第２のフレーム26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。

【００３５】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るように配慮
されているので、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。

【００３６】次に、固体撮像素子16を囲むように、基板
15上に第１のフレーム23を固着し、さらにこの第１のフ
レーム23の開放端面をふさぐように平行平面板24を装着
するとともに空間25内に窒素ガスを封入する。

【００３７】この後、２本の圧電アクチュエータからな
る第２のフレーム26の各々の一端を上記平行平面板24
に、他端を鏡胴13に各々接着等の手段により固着する。

【００３８】この第２のフレーム26に所定の電圧が印加
されると、平行平面板24は鏡胴13に対して振動するよう
に往復動することとなるが、この場合においても、平行
平面板24、第１のフレーム23、基板15および固体撮像素
子16は組合せ時の形状を維持しており、窒素ガスが封入
された空間25を囲む箱体の形状は変化しないこととなる
から、この空間25内の窒素ガスがリークするのを防止で
き、固体撮像素子16の表面の酸化を完全に防止すること
ができる。なお、基板15の裏面にはケーブル20が接続さ
れる。

【００３９】また、電子内視鏡10の内部には、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。

【００４０】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。

【００４１】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、これに代えて図８に示す如きすべり積層
型と称されるもの26b 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。

【００４２】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やＭＯＳ
型のものを用いることも可能である。

【００４３】この場合は対物レンズ12を内視鏡先端部10
から遊離させて振動させることになるから、対物レンズ
12の前段の対物窓部に透明な窓材を配設して防水化を図
る必要がある。

【００４４】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と一体化された平
行平面板２４を振動せしめるようにしているが、平行平
面板24側を固定し、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。

【００４５】さらに、板状体と対物レンズ保持部材は相
対的に固体撮像素子の走査線方向に移動させればよく、
上記実施例の如く平行平面板24を図１中の、紙面と垂直
方向に移動させる代わりに、図１中かん子用チューブ35
との接離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、平行平面板24を紙面と垂直方向に移動
させるようにすれば、この固体撮像素子アセンブリと上
記かん子用チューブ35が抵触するおそれがない。

【００４６】なお、本発明に係るアセンブリの透明な板
状体として、ガラスの代わりに透明なプラスチック樹脂
等を使用することも可能である。

【００４７】さらに、基板と第１のフレームと板状体に
より形成される空間内に封入される素子酸化防止用のガ
スとして、窒素ガスの代わりに不活性ガス等の他のガス
を使用することが可能である。

【００４８】

【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。

【００４９】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不都合がない。

【００５０】また、基板と第１のフレームと透明な板状
体によって形成される組立体は上記振動によってもその
形状が変化しないことから、この組立体内の空間に固体
撮像素子の酸化を防止し得るガスを封入した場合にも、
このガスのリークが生じるおそれが少なく、これにより
該素子の酸化による劣化を防止できる。

【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） 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 端子パッド部 21 凹部 22 導電線 23 第１のフレーム 24 平行平面板 25 空間 26 第２のフレーム（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を取り囲むようにして前記基板から
   立設される第１のフレーム部と、この第１のフレーム部
   上に支持されてこの第１のフレーム部が囲む空間を密閉
   する透明な板状体と、この板状体に立設される圧電アク
   チュエータからなる第２のフレーム部と、この第２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、前記板状体と該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）だけ該素子の走査線の延びる方
   向に相対移動するよう前記第２の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】 前記基板、前記第１のフレーム部および
   前記板状体により密閉される前記空間内に前記固体撮像
   素子の表面の酸化を防止し得る気体を封入してなること
   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。