JP5165023B2 - 内視鏡 - Google Patents
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このような状況の中で、患者への負担を軽減するという観点から、これらの小型化・軽量化が望まれている。
そして上記基板モジュールをカプセルに挿入する際には、必ずクリアランスが必要であるが、そのクリアランスにより、光軸の調整を行ったうえで基板モジュールを固定する必要がある。
また、半田ボールに代えてフレキシブル基板を用いた相互接続も用いられているが、振動や衝撃により、接続信頼性の確保が難しい。
このカプセル型内視鏡100は、図1(a)および(b)、図2に概要を説明するための一部破断分解斜視図および外観図を示すように、外装容器130の内面に直接配線パターンを形成し、外装容器を回路基板として用い、小型かつ軽量化を図るものである。
このカプセル型内視鏡100は、撮像部をはじめとする機能部間の相互接続のための配線部60が外装容器130の内壁に形成された第1の配線パターン61からなることを特徴とする。すなわち、カプセル型内視鏡100は、撮像領域を照射する光源部22としてのLED発光素子と、CCD撮像素子からなる撮像部23と、光源部または撮像部を駆動制御する制御部26と、光源部22、撮像部23、および制御部26に給電するための二次電池としてのボタン電池51と電極端子52a、52bとからなる給電部50とで構成された機能部と、機能部を収納する外装容器130と、外装容器130の内壁に形成され、光源部22、撮像部23、制御部26および給電部50の少なくとも2つを相互接続する配線部60とを備えている。図1(a)は分解斜視図、図1(b)は組み立て工程において、第1の回路基板を実装した状態を示す図である。第1の回路基板20およびこの外装容器130の内壁に形成された配線部60によって、給電部50と、給電部50以外の機能部を構成する第1の回路基板20との間が電気的に接続されている。外装容器130の内壁にはアンテナ部30を構成する配線パターンが形成されている。
これら係止部132ではいずれも配線部60を構成する配線パターンが係止部132まで伸張し、係止部132で機械的接続と同時に電気的接続がなされるように構成されている(後述する)。
この第1の回路基板20の1側面20Sには、図4(a)に示すように、溝部211とこの溝部211に沿って形成された第2の配線パターン236とが形成されている。この第1の回路基板20の1側面20Sを、図4(b)に示すように、外装容器130の第1の半筒部130aに配設された溝部からなる係止部132に当接させ、導電性の接着剤24で接合する。この係止部132には、前述したように配線部60を構成する第1の配線パターン61が伸張しており、この第1の配線パターン61と第2の配線パターン236との電気的接続が実現する。また係止部132を構成する溝部に第1の回路基板20を挿入し、接着剤で接合することで電気的接続と同時に機械的接続が実現される。また位置決めも容易となり、外装容器の内壁に確実かつ強固な接続が達成されることになる。
この後、撮像素子チップ231および透光性部材、制御用ICなどを搭載し、第1の回路基板20を形成する。
そして、外装容器130の第1の半筒部130aの内壁に設けられた係止部の第1の配線パターン61上に半田62をディップし、第1の回路基板20の端子形成面である側面20Sを端部および、給電部50を構成する端子部52a,52bを装着し、加熱し、半田リフローを行う。
そして、図1に示すように第1および第2の半筒部と、レンズ400とをあわせ、第1および第2の半筒部の接合面に形成されたヒータ線900に通電し加熱することで、接合面を融着する。
撮像部23と給電部50をはじめ、各部の相互接続が、外装容器内壁に形成された配線部60で実現され、FPC(可撓性配線基板)や金属端子などの無理な折り曲げが不要であるため、実装部の信頼性が向上する。
また撮像部は、撮像面が外装容器を構成する円筒体の回転軸Oに対して垂直な面上に撮像面23Pを持つように配置されているため、カプセル型内視鏡の前方を効率よく撮像することができる上、光軸あわせも容易である。
これにより更なる小型化を図ることが可能となる。
本発明を実施することにより、固体撮像装置の小型化に有効である。
1)射出成形
図6(a)に示すように、射出成形により第1および第2の半円筒部130a、130bを形成する。材料としては種々の材料が使用可能であるが、PBT、PETその混合物などを適用可能である。
2)レーザ照射による活性化
図6(b)に要部拡大断面図を示すように、第1および第2の半円筒部内壁130iの配線パターン形成領域に、レーザビームを照射し、物理化学反応により、活性化領域61Rを形成する。この活性化領域61Rが銅めっき層等の核となる。
3)めっき
図6(c)に要部拡大断面図を示すように、めっきにより、活性化領域61Rに銅などのめっき層を形成し、配線パターン61を形成する。なおこの活性化領域が、めっきのための触媒として作用し、選択的に所望の膜厚を得ることができる。このときの膜厚は3〜5μm程度である。銅のほかNi、Au、Sn、Sn/Pb、Ag、Ag/Pdなども形成可能である。
4)アニール処理
形成された配線パターンをアニール処理する。
このようにして、高精度のパターン形成が可能となる。
1)射出成形により第1および第2の半円筒部を形成したのち、表面をプラズマ処理して微細な凹凸を付与する粗面化処理を施す。
2)第1および第2の半円筒部表面全体に下地層として薄い金属膜を設ける。下地層の形成は、第1および第2の半円筒部を構成する樹脂基板の表面にスパッタリングを行うことで、実現する。また、スパッタリングのほか、触媒を付与した後に無電解めっきをおこなったり、CVDやPVDなど、任意の方法で形成することができる。また下地層の材料としては、Cu,Ni,Pd,Cr,Ag等があり、スパッタリングをおこなって形成する場合には、薄い下地層を形成する。また、下地層はめっき用触媒やめっき用触媒の化合物を第1および第2の半円筒部の内壁に形成することによっても形成することができる。
3)レーザ照射
第1および第2の半円筒部の内壁にレーザ等の電磁波を照射して電磁波を照射した部分の薄い下地層を除去する。例えば非回路部の回路部との境界領域の下地層を除去する。
4)めっき
境界領域にレーザを照射したのち、電気めっきにより、回路部の下地層上に銅などのめっき層を析出させる。
5)下地層の除去
表面に露呈する下地層をソフトエッチングにより除去し、配線パターンを形成する。
このようにして、高精度で信頼性の高い配線部60あるいはアンテナ部30を容易に形成することができる。
また、第1の回路基板への第2の配線パターンの形成は、スクリーン印刷によって行ったが、第1の回路基板についても同様に、スパッタリングおよびめっき方を用いるようにしてもよい。
前記実施の形態では、第1の回路基板20に給電部を除いて、機能部のすべてを実装したが、第2の回路基板、あるいはさらに複数の回路基板を追加してもよい。
次に、本発明の実施の形態2として、第2および第3の回路基板と3枚の回路基板を用いた例について説明する。
このカプセル型内視鏡101は、図7および図8に概要を説明するための一部破断分解斜視図および要部拡大図を示すように、本実施の形態でも外装容器130の内面に直接配線パターンを形成し、外装容器を回路基板として用い、小型かつ軽量化を図る点では前記実施の形態1のカプセル型内視鏡100と同様である。図8については後述するが、回路基板係止部の拡大図である。
なお、回路基板が3枚となり、外装容器への実装作業性は低下するが、第1乃至第3の回路基板の実装および取替えは容易である。また通信部を構成する第3の回路基板110においては、アンテナ部30とRFモジュール31が同一基板上に搭載されるため、配線長の低減が可能となり、ノイズを低減することが可能となる。
前記実施の形態1では、第1の回路基板20に給電部を除いて、機能部のすべてを実装し、外装容器130の内壁130iに形成された係止部132を介してこの第1の回路基板20を外装容器130の内壁に装着したが、本実施の形態では、この第1の回路基板20を構成する基板21を外装容器130の内壁130iに一体成形により形成したことを特徴とする。
金型を用意し、外装容器130を構成する分割成形体として、第1および第2の半筒部130a、130bを形成する。このときこれら第1および第2の半筒部130a、130bのうちの一方の内壁からサポートバー135を介して連続的に第1の回路基板部136を形成する(図12(a))。
そしてこのままの状態で、スパッタリング法、めっき法を経て第1の配線パターン161およびアンテナ部30を構成するパターンを形成する(図12(b))。ここでは図示しないが、配線パターン161は、第2の配線パターン236として、第1の半筒部130aの内壁からサポートバー135上を介して第1の回路基板部136に連続形成される。
この後、サポートバーの部分に半田あるいは導電性接着剤を充填し、電気的接続および機械的接続を補う。
そして、給電部を装着し、第2の半筒部および前面レンズ400とともに接合し、実施の形態1と同様にカプセル型内視鏡を得る。
前記実施の形態1乃至3では、給電部50としてボタン電池を備えたものについて説明したが、本実施の形態では、図13に示すように、非接触給電により給電を行うように構成された磁性体パターンからなる受電側コイル53を印刷配線により形成し、図示しない外部に配設された給電側コイルを介して給電するようにしたものである。また本実施の形態では、外装容器の軸Oに沿って第1の回路基板部146が一体形成されており、この第1の回路基板部146に撮像素子チップ123が搭載され、撮像面がこの中心軸Oに平行な方向となるように形成されている。236はLED発光素子である。
また、内視鏡の側面方向を撮像面として信頼性の高い画像出力を得ることが可能となる。
前記実施の形態4では、外装容器の軸Oに沿って第1の回路基板部146Sが一体形成されており、撮像面がこの中心軸Oに平行な方向となるように形成したが、本実施の形態では、図14に示すように、外装容器の軸Oに垂直な方向に第1の回路基板部146Sが一体形成されており、この第1の回路基板部146Sに撮像素子チップ231が搭載され、撮像面がこの中心軸Oに垂直な方向となるように形成されている。121はLED発光素子である。
また、内視鏡の前方を撮像面として信頼性の高い画像出力を得ることが可能となる。
本実施の形態の内視鏡は、図15に示すように、ケーブル702を介して体外のディスプレイ(図示せず)に接続するように構成され、本体部102に形成されたソケット137を介してコネクタ接続できるものである。すなわち本体部102のソケット137に接続可能に構成されたプラグ701を有するアダプタ700を具備し、このアダプタ700の他端がケーブル702を介して体外に導出される。また、本体部102には実施の形態4と同様に非接触給電を可能とする受電コイルを具備し、対外からケーブルを介しての接触給電と、受電コイルを介しての非接触給電の両方を使用可能に構成されている。
ここでも、図示しない第1の回路基板が第1および第2の半筒部130a、130bの2分割体として形成された外装容器130内に収納されている。そして、外装容器130の内壁に配線部(図示せず)が形成され、光源部、撮像部、制御部および給電部を相互接続する。この配線部(図示せず)は外装容器130の内壁に形成された第1の配線パターン(図示せず)からなる。
給電部以外の機能部については実施の形態1と同様に形成されているため、ここでは説明を省略する。
前記実施の形態1乃至6では、外装容器130を軸に対して平行に2分割して構成したが、本実施の形態では、図16および図17に示すように、外装容器は半球状の外装容器本体部630と、これにコネクタ接続される補助機能部650とで構成されたことを特徴とする。図18は、本発明の実施の形態7のカプセル型内視鏡の組み立て状態を示す説明図である。
本実施の形態では、図16に全体斜視図、図17に概要を説明するための本体部の断面図を示す。半球状の外装容器本体部630は、立体回路基板としてのセラミック基板で構成され、中間支持部630Tを円筒状体の中間位置で内壁から内方に突出するように構成され、頂面に接合される透光性樹脂で構成された蓋部630Fとで構成されている。この外装容器本体部630の内壁には中間支持部630Tの第1の面TAには撮像素子チップ231、第2の面TBにはIRフィルタ232が搭載され、さらに外側に、レンズユニット40が搭載されている。レンズユニット40はレンズ41と、絞り43とを具備している。この外装容器本体部630は、絶縁層と配線層とを有する積層セラミックで構成され、中心の開口部Hに向けて突出する中間支持部630Tを有している。外装容器本体部内壁に形成された配線部636を介して機能部が相互接続されるとともに固定されることで、撮像部と外装容器本体部との位置合わせおよび固定が可能になっている。前面にはこの外装容器本体部630に直接LED発光素子からなる光源部22が搭載されている。補助機能部650は外装容器本体部630との間でコネクタ接続されており、給電部と通信部とが搭載されている。137はコネクタ配線を示す。
そして補助機能部650を図16に示すように、コネクタ接続することで、ケーブル式の内視鏡が構成される。
本実施の形態においても、外装容器全体をメディカルグレードの高い被覆剤で被覆して用いるのが望ましい。
また、ここでは接着部材を半田としたが、半田に限定されることなく、銀ペーストなどの導電性接着剤、あるいは絶縁性接着剤にも適用可能であることはいうまでもない。
この構成は、前記実施の形態1乃至6のいずれにも適用可能であることはいうまでもない。
21 基板
22 光源部
23 撮像部
26 制御部
30 アンテナ
31 RFモジュール
40 レンズユニット
42S 支持部
50 給電部
51 ボタン電池
52a、52b 電極端子
60 配線部
61、161 第1の配線パターン
100、101 カプセル型内視鏡
102 本体部
130 外装容器
130a 第1の半筒部
130b 第2の半筒部
130i 内壁
130S 接合面
136 第1の回路基板部
137 ソケット
H 開口部
TA 第1の面
TB 第2の面
231 CCD撮像素子チップ
232 IRフィルタ
236 第2の配線パターン
261 制御用IC
262 通信用IC
400 前面レンズ
630 外装容器本体部
630T 中間支持部
630F1 前面蓋部
650 補助機能部
630F2 背面蓋部
651 ボタン電池
652 電極端子
700 アダプタ
701 プラグ
702 ケーブル
900 ヒータ線
Claims (9)
- 光源部と、撮像部と、前記光源部または前記撮像部を制御する制御部と、前記光源部、前記撮像部、前記制御部の少なくとも1つに給電するための給電部と、を有する機能部と、
前記機能部を収納する外装容器と、
前記外装容器の内壁に形成された第1の配線パターンを有する配線部と、
を備え、
前記撮像部は、第1の回路基板に搭載され、
前記外装容器は、前記外装容器の内壁が露呈するように分割された第1の分割部と第2の分割部を有し、前記第1の分割部と前記第2の分割部は接合面で互いに当接しており、 前記外装容器の内壁は、前記第1の分割部に設けられると共に、平坦な面からなる第1の内壁と、前記第1の内壁に垂直な第2の内壁と、を備え、前記第2の内壁は、前記第1の分割部における開口方向に対向するように形成された平坦な表面をもつ内壁であり、
前記第2の内壁の表面には、前記配線部における前記第1の配線パターンが形成されており、
かつ、前記第1の内壁は、前記第1の回路基板または前記給電部を係止すると共に、配線が非形成である係止部としての溝部を有し、
前記第1の回路基板または前記給電部は、前記係止部としての溝部に挿入されて、前記第1の回路基板における前記第2の内壁に対向する側面に設けられている第2の配線パターンが前記第1の配線パターンに、または、前記給電部が前記第1の配線パターンに、電気的に接続されている内視鏡。 - 請求項1に記載の内視鏡であって、
前記外装容器は、前記分割部が前記接合面で互いに当接することで気密構造体を構成する内視鏡。 - 請求項1または2に記載の内視鏡であって、
前記第1の配線パターンが前記係止部まで伸張し、前記係止部で、機械的接続と同時に電気的接続がなされる内視鏡。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の内視鏡であって、
前記外装容器の内壁が露呈するように分割された前記第1の分割部および前記第2の分割部は、半円筒状の外周部を有し、かつ前記外装容器の一部を構成する第1の半筒部と、前記第1の半筒部とともに、前記外装容器を構成する第2の半筒部とを有する内視鏡。 - 請求項4に記載の内視鏡であって、
前記係止部としての溝部は、前記給電部を係止する溝部のみが設けられ、
前記第1の半筒部における前記第2の内壁から連続するサポートバーを介して前記第1の回路基板が一体的に形成された内視鏡。 - 請求項4または5に記載の内視鏡であって、
前記第2の半筒部は、内壁に配線パターンを有する内視鏡。 - 請求項4乃至6のいずれかに記載の内視鏡であって、
前記制御部を構成する第2の回路基板を具備し、
前記第2の回路基板は、前記第1または第2の半筒部の内壁に設けられた配線パターンに電気的に接続された係止部で係止され、前記配線部を介して前記第1の基板と電気的に接続された内視鏡。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の内視鏡であって、
前記外装容器の内壁にアンテナ部を構成する導体パターンが配設された内視鏡。 - 請求項1に記載の内視鏡であって、
前記給電部は、前記外装容器の一端部にコネクタ接続され、着脱自在に接続された内視鏡。
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