JP5377085B2

JP5377085B2 - 内視鏡

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Publication number: JP5377085B2
Application number: JP2009134760A
Authority: JP
Inventors: 剛古田
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-06-04
Also published as: JP2010279527A

Description

本発明は、内視鏡に関する。

内視鏡の先端硬性部には、固体撮像素子と、この固体撮像素子の後方に位置する駆動回路基板とを接着剤を介して結合した撮像ユニットが挿入されている。内視鏡使用時に固体撮像素子と駆動回路基板で発生した熱が撮像ユニット内にこもると、撮影画像にノイズが発生して好ましくないので、放熱シリコンを接着剤として用いるなどの対策が採られているが、放熱シリコンの熱伝導率は高くても数Ｗ／ｍＫに過ぎず、十分な放熱性が得られていない。そこで、固体撮像素子と駆動回路基板で発生した熱を効率的に逃がす（放熱性を高める）ための種々の工夫がなされている。

例えば、特許文献１に開示された内視鏡は、固体撮像素子と駆動回路基板を覆うシールドパイプのまわり（撮像ユニットの外周側）をさらに放熱シリコンで充填して、固体撮像素子と駆動回路基板で発生した熱の流れを促進し、放熱性を高めている。
また、特許文献２に開示された内視鏡は、撮像ユニットの近傍にペルチェ素子を設けて、撮像ユニット内の固体撮像素子と駆動回路基板を冷却している。

特許第２６６５４４１号公報特許第４１０８７８７号公報

しかしながら、特許文献１の内視鏡にあっては、撮像ユニットの外周側に放熱用の部品が追加されているので、先端硬性部が大径化するという問題がある。
また、特許文献２の内視鏡にあっても、ペルチェ素子を設けるための空間が別途必要なので先端硬性部が大径化し、さらにペルチェ素子を設けるための構造が複雑なので作業性が悪化するという問題がある。

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、先端硬性部を大径化することなく、簡単な構造で、高い放熱性が得られる内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の内視鏡は、第１の態様では、固体撮像素子と、該固体撮像素子の後方に位置する駆動回路基板とを接着剤を介して結合した撮像ユニットを、内視鏡の先端硬性部の内部空間に挿入した内視鏡において、上記固体撮像素子と駆動回路基板の間に、上記固体撮像素子の駆動回路基板側の面に面接触する、上記接着剤よりも高い熱伝導率を有する放熱部材を位置させたこと、上記放熱部材の熱伝導率は、１０〜４０（Ｗ／ｍＫ）であること、及び上記駆動回路基板の固体撮像素子側の面には電子回路部品が実装されており、上記放熱部材は、この電子回路部品を避ける退避凹部を有すること、を特徴としている。

上記退避凹部は、上記固体撮像素子側から駆動回路基板側に向かって内幅が拡がるテーパ形状凹部とすることが好ましい。

本発明の内視鏡は、第２の態様では、固体撮像素子と、該固体撮像素子の後方に位置する駆動回路基板とを接着剤を介して結合した撮像ユニットを、内視鏡の先端硬性部の内部空間に挿入した内視鏡において、上記固体撮像素子と駆動回路基板の間に、上記固体撮像素子の駆動回路基板側の面に面接触する、上記接着剤よりも高い熱伝導率を有する放熱部材を位置させたこと、上記放熱部材の熱伝導率は、１０〜４０（Ｗ／ｍＫ）であること、及び上記放熱部材は、上記固体撮像素子の駆動回路基板側の全面と、上記駆動回路基板の固体撮像素子側の全面との双方に面接触していること、を特徴としている。

上記放熱部材として、例えば、３２Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率を有する緻密性アルミナ系セラミック材、又は２０Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率を有する窒化ケイ素材を用いることができる。

上記固体撮像素子は、その外周側面から上記駆動回路基板の外周側面にわたって延びる複数の延伸部と、該延伸部から上記駆動回路基板の背面に沿って折り曲げられた折曲部とを有するリード線を備え、このリード線の折曲部を、駆動回路基板の背面に半田付けされている態様をとることができる。また、上記リード線の延伸部は、固体撮像素子からの撮像信号をコネクタ部に送るケーブル芯線に半田付けされている態様をとることができる。

本発明によれば、先端硬性部を大径化することなく、簡単な構造で、高い放熱性が得られる内視鏡を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電子内視鏡の全体構成を示す図である。図１の先端硬性部の断面図である。図２の一部拡大図である。固体撮像素子と駆動回路基板へのリード線の配設構造を示す図である。図４のリード線にケーブル芯線を半田付けした図である。放熱部材の構成を示す断面図である。電子内視鏡の別の実施形態を示す図３に対応する断面図である。

図１を用いて、本発明の対象とする電子内視鏡１０の全体構成について説明する。

内視鏡１０は、操作者が把持する把持操作部１１と、この把持操作部１１から延出する可撓性のある挿入部１２とを有している。本明細書における前後方向は、挿入部１２の先端側を「前方」、挿入部１２の基端側を「後方」とする。挿入部１２の先端部は先端硬性部１３により構成してあり、その直後は管状の湾曲部１４となっている。湾曲部１４は、把持操作部１１に設けた湾曲操作レバー１５の回転操作に応じて湾曲するものである。把持操作部１１からはユニバーサルチューブ１６が延出されており、このユニバーサルチューブ１６の先端にはコネクタ部１７が設けられている。また、図示していないが、内視鏡１０にはライトガイドファイバが内蔵されていて、このライトガイドファイバは、挿入部１２の先端硬性部１３から湾曲部１４、把持操作部１１、ユニバーサルチューブ１６、コネクタ部１７から突出するライトガイドスリーブ１８内まで延びている。コネクタ部１７の端子１７ａがビデオプロセッサのコネクタ端子（図示せず）に接続されると、このライトガイドファイバは、ビデオプロセッサに内蔵された内視鏡光源（図示せず）と光学的に接続される。そして、この内視鏡光源から発せられた照明光は、ライトガイドファイバ内を導かれ、挿入部１２の先端硬性部１３の端面近傍に位置する照明光出射端面（図示せず）から出射され、同先端硬性部１３の端面に設けられた配光レンズ（図示せず）によって所定の配光で外方に出射される。

図２及び図３を用いて、挿入部１２の先端硬性部１３について説明する。先端硬性部１３は、金属部材からなる先端部本体２０を有しており、この先端部本体２０の内部空間２０ａに、対物枠（レンズ枠）２１に収納された対物光学系（対物レンズ）２２が絶縁枠２３を介して挿入され、その後方に撮像ユニット５０が挿入されている。図示していないが、先端部本体２０の先端部外周には樹脂材料からなる先端カバーが被せられている。先端部本体２０の後端部には、湾曲部１４の主要構成部材である複数の金属筒状部材が回動可能に連結されて湾曲自在となった湾曲管の湾曲駒２４の先端が、湾曲ワイヤ（アングルワイヤ）２５により湾曲可能な状態で接続固定されている。湾曲駒２４の外周は、柔軟性を有するゴムからなる湾曲ゴム（アングルゴム）２６によって被覆されており、湾曲ゴム２６は、緊縛糸２７によって先端部本体２０に固定されている。緊縛糸２７は、接着剤２８によって薬品等から保護されている。また、先端部本体２０の内部空間２０ｂには、鉗子挿通及び送気送水を行なうための中空パイプ（チャンネルパイプ）２９が挿入されている。

撮像ユニット５０は、前方から順に配置された固体撮像素子５１、放熱部材５２及び駆動回路基板５３、並びに固体撮像素子５１と駆動回路基板５３を電気的に接続するリード線５４、このリード線５４に半田付けされたケーブル芯線５５及びこのケーブル芯線５５を束ねる糸巻部５６を、絶縁樹脂からなる接着剤５７（例えばシリコン接着剤）によって結合してなる。糸巻部５６の近傍で束ねられたケーブル芯線５５は、被覆チューブ５８内に導かれ、内視鏡の１０のコネクタ部１７まで延びている。絶縁テープ５９により囲まれた筒状の金属枠からなるシールドパイプ６０の内円筒面と撮像ユニット５０の間には接着剤５７が充填されており、撮像ユニット５０は、シールドパイプ６０に挿入された状態で先端部本体２０の内部空間２０ａに嵌められている。固体撮像素子５１の前方には、カバーガラス５１ａが設けられている。駆動回路基板５３の前面（固体撮像素子５１側の面）には、ＩＣやコンデンサ、抵抗等の電子回路部品５３ａが実装されている。

図４に示すように、リード線５４は、固体撮像素子５１の外周側面５１ｂから駆動回路基板５３の外周側面５３ｂにわたって延びる複数の延伸部５４ａと、この延伸部５４ａから駆動回路基板５３の背面（撮像素子５１と反対側の面）５３ｃに沿って折り曲げられた折曲部５４ｂとを有し、この折曲部５４ｂが駆動回路基板５３の背面５３ｃに半田付けされている。同時に、リード線５４の折曲部５４ｂによって、固体撮像素子５１と駆動回路基板５３が、その間に放熱部材５２を挟み込んだ状態で固定されている（固体撮像素子５１と放熱部材５２と駆動回路基板５３がユニット化されている）。すなわち、別部材としての固定部材を設けることなく、既存のリード線により簡単な構造で、固体撮像素子５１と駆動回路基板５３を固定することができる。また、図５に示すように、ケーブル芯線５５は、リード線５４の延伸部５４ａに半田付けされている。

放熱部材５２は、固体撮像素子５１と駆動回路基板５３の間隔を定めるスペーサとして機能している。放熱部材５２の前面は、固体撮像素子５１の背面に面接触（本実施形態では全面が接触）しており、同放熱部材５２の背面には、駆動回路基板５３に実装された電子回路部品５３ａを避ける退避凹部５２ａが形成されている。図６に示すように、退避凹部５２ａは、固体撮像素子５１側から駆動回路基板５３側に向かって内幅が拡がるテーパ形状凹部であり、その抜き勾配θ（テーパ面５２ｂと底面５２ｃがなす角度）は、例えば５°〜１０°程度となっている。また、テーパ面５２ｂと底面５２ｃの交点には、少なくとも０．１ｍｍ以上のコーナーＲを設けるのが望ましい。図２、４、５においては、放熱部材５２の抜き勾配θ及びコーナーＲを表現していない。

放熱部材５２の熱伝導率は１０〜４０（Ｗ／ｍＫ）であり、例えばシリコン接着剤などの絶縁樹脂からなる接着剤５７の熱伝導率（高くても数Ｗ／ｍＫ）よりも高くなっている。放熱部材５２は具体的に、高い熱伝導率と絶縁性を併せ持つ緻密性アルミナ系セラミック材、又は窒化ケイ素材から構成することができる。例えば、緻密性アルミナ系セラミック材の熱伝導率は３２Ｗ／ｍＫ程度であり、窒化ケイ素材の熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫ程度である。

以上のように構成された内視鏡１０を用いて観察を行なう際には、挿入部１２を被験者の体腔内に挿入して先端硬性部１３を観察対象部位まで導き、ライトガイドファイバ（図示せず）を介して観察対象部位に照明光を照射する。観察対象部位から反射した照明光は、対物光学系２２を通して撮像ユニット５０の固体撮像素子５１の受光面に結像し、画像信号に光電変換される。この画像信号は、リード線５４からケーブル芯線５５を介して、内視鏡１０のコネクタ部１７に接続されたビデオプロセッサ（図示せず）まで伝送され、観察画像の表示が可能になる。

ここで、内視鏡１０による観察を長時間継続した場合には、撮像ユニット５０の固体撮像素子５１及び駆動回路基板５３が発熱する。

本実施形態では、固体撮像素子５１と駆動回路基板５３の間に、主発熱源である固体撮像素子５１に面接触する放熱部材５２を位置させており、しかも、放熱部材５２の熱伝導率は接着剤５７の熱伝導率よりも高いので、固体撮像素子５１で発生した熱の放熱性を高めることができる。すなわち、放熱部材５２によって固体撮像素子５１で発生した熱の流れ（逃げ）が促進され、放熱部材５２からリード線５４及びケーブル芯線５５を伝って放熱する経路と、同放熱部材５２から接着剤５７を介してシールドパイプ６０を伝って放熱する経路の双方から効率的に熱を逃がすことができる。放熱部材５２は、固体撮像素子５１の背面（の全面）に面接触しているので、固体撮像素子５１の小型化が進む中にあっても、十分な接触面積を確保して、高い放熱性が得られる。

また、放熱部材５２は、固体撮像素子５１と駆動回路基板５３の間に位置し、撮像ユニット５０の外周側には位置しないので、先端硬性部１３が大径化することはない。さらに、ペルチェ素子のような冷却用の部材を別途設ける必要がないので、構造が簡単で組立作業性が良い。

以上の実施形態では、固体撮像素子５１と駆動回路基板５３の間（駆動回路基板５３の前面）に電子回路部品５３ａが実装されているために、放熱部材５２に退避凹部５２ａを設ける必要がある。しかし、固体撮像素子５１と駆動回路基板５３の間に電子回路部品５３ａが実装されていない場合には、放熱部材５２に退避凹部５２ａを設ける必要はない。図７はその実施形態を示しており、固体撮像素子５１と駆動回路基板５３の間に直方体形状の放熱部材７０が位置し、放熱部材７０の前面と固体撮像素子５１の背面、及び放熱部材７０の背面と駆動回路基板５３の前面が全面にわたって接触している。したがって、放熱部材７０によって固体撮像素子５１と駆動回路基板５３からの熱の流れ（逃げ）がさらに促進され、放熱性を高めることができる。

１０電子内視鏡
１１把持操作部
１２挿入部
１３先端硬性部
１４湾曲部
１５湾曲操作レバー
１６ユニバーサルチューブ
１７コネクタ部
１８ライトガイドスリーブ
２０先端部本体
２０ａ、２０ｂ内部空間
２１対物枠（レンズ枠）
２２対物光学系（対物レンズ）
２３絶縁枠
２４湾曲駒
２５湾曲ワイヤ（アングルワイヤ）
２６湾曲ゴム（アングルゴム）
２７緊縛糸
２８接着剤
２９中空パイプ（チャンネルパイプ）
５０撮像ユニット
５１固体撮像素子
５１ａカバーガラス
５１ｂ外周側面
５２放熱部材
５２ａ退避凹部
５２ｂテーパ面
５２ｃ底面
５３駆動回路基板
５３ａ電子回路部品
５３ｂ外周側面
５３ｃ背面
５４リード線
５４ａ延伸部
５４ｂ折曲部
５５ケーブル芯線
５６糸巻部
５７接着剤
５８被覆チューブ
５９絶縁テープ
６０シールドパイプ
７０放熱部材

Claims

固体撮像素子と、該固体撮像素子の後方に位置する駆動回路基板とを接着剤を介して結合した撮像ユニットを、内視鏡の先端硬性部の内部空間に挿入した内視鏡において、
上記固体撮像素子と駆動回路基板の間に、上記固体撮像素子の駆動回路基板側の面に面接触する、上記接着剤よりも高い熱伝導率を有する放熱部材を位置させたこと、
上記放熱部材の熱伝導率は、１０〜４０（Ｗ／ｍＫ）であること、及び
上記駆動回路基板の固体撮像素子側の面には電子回路部品が実装されており、上記放熱部材は、この電子回路部品を避ける退避凹部を有すること、
を特徴とする内視鏡。
請求項１記載の内視鏡において、
上記退避凹部は、上記固体撮像素子側から駆動回路基板側に向かって内幅が拡がるテーパ形状凹部である内視鏡。
固体撮像素子と、該固体撮像素子の後方に位置する駆動回路基板とを接着剤を介して結合した撮像ユニットを、内視鏡の先端硬性部の内部空間に挿入した内視鏡において、
上記固体撮像素子と駆動回路基板の間に、上記固体撮像素子の駆動回路基板側の面に面接触する、上記接着剤よりも高い熱伝導率を有する放熱部材を位置させたこと、
上記放熱部材の熱伝導率は、１０〜４０（Ｗ／ｍＫ）であること、及び
上記放熱部材は、上記固体撮像素子の駆動回路基板側の全面と、上記駆動回路基板の固体撮像素子側の全面との双方に面接触していること、
を特徴とする内視鏡。
請求項１ないし３のいずれか1項記載の内視鏡において、
上記放熱部材は、緻密性アルミナ系セラミック材からなる内視鏡。
請求項１ないし３のいずれか1項記載の内視鏡において、
上記放熱部材は、窒化ケイ素材からなる内視鏡。
請求項１ないし５のいずれか１項記載の内視鏡において、
上記固体撮像素子は、その外周側面から上記駆動回路基板の外周側面にわたって延びる複数の延伸部と、該延伸部から上記駆動回路基板の背面に沿って折り曲げられた折曲部とを有するリード線を備え、
上記リード線の折曲部は、駆動回路基板の背面に半田付けされている内視鏡。
請求項６記載の内視鏡において、
上記リード線の延伸部は、固体撮像素子からの撮像信号をコネクタ部に送るケーブル芯線に半田付けされている内視鏡。