JP5399305B2 - 撮像装置及び内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子の回路基板に接続された信号ケーブルで信号の送受信を行う撮像装置、及び挿入部の先端に固体撮像素子を備える内視鏡に関するものである。

内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部と、この挿入部に連設される操作部を有する。挿入部は、先端から順に、先端部、湾曲部、及び可撓管部を有する。先端部には、観察窓、照明窓、鉗子出口、送気・送水口等が設けられている。湾曲部は、操作部に設けたアングルノブを回転操作することで上下左右方向のいずれにも湾曲する。これにより、被検体内への挿入性をスムーズにし、また、先端部を被検体内の所望の方向に向けることができる。

先端部には、観察窓を通して被検体内を撮像する撮像装置が内蔵されている。撮像装置は、観察窓の背後に配置された撮像用レンズと、この後方に配置された固体撮像素子と、この固体撮像素子と電気的に接続され、固体撮像素子の駆動回路や固体撮像素子からの出力信号を増幅するプリアンプ等が構成された回路基板と、回路基板の端子にハンダにて固定され、画像処理装置等に回路基板を電気的に接続する信号ケーブルとからなる。この信号ケーブルは、湾曲部を湾曲させるためのアングルワイヤーや、照明窓へ光源装置からの照明光を導くライトガイド等とともに、挿入部の中に配されている。

内視鏡の湾曲部は、被検体内に挿入されて種々の形状に曲げられるため、挿入部の内容物は、その曲げに応じて挿入部の径方向、長手方向に移動する。このため、上記信号ケーブルには曲げや引っ張りの力が加わる。この力が、回路基板の端子とケーブルとのハンダ付けによる接続箇所近傍に伝わることにより、ケーブルの断線やハンダ付け箇所の剥離等が生じるおそれがある。

特許文献１記載の内視鏡では、固体撮像素子の回路基板に接続された信号ケーブルの外周にケーブル保護チューブが被覆され、更にその外周に弾性被覆材が被覆されている。この弾性被覆材の可撓性は、ケーブル保護チューブの可撓性よりも１．５倍以上低くされている。これにより、弾性被覆材で被覆されている部分の信号ケーブルは、急激に曲がることがないから、断線や、回路基板の端子とのハンダ付け箇所の剥離が防止される。

特許文献２記載の内視鏡では、固体撮像素子の回路基板に信号ケーブルが接続され、固体撮像素子が固定された素子枠にシールド枠が固定されている。シールド枠の後端部分には、ケーブル保護部材が接着剤で固定され、信号ケーブルの外周を覆っている。このため、回路基板や信号ケーブルや固体撮像素子の間の接続部分に生じる応力が軽減され、これらの接続部分での接触不良や断線が防止されるようになっている。

特開平８−５６８９６号公報 特開２０００−１４６３５号公報

上記特許文献１，２では、弾性被覆材やケーブル保護部材を用いて信号ケーブル等を保護しているため、撮像装置の外形サイズが大きくなるという欠点がある。近年では、被検者への負担が軽くなるため、鼻腔から挿入する極細タイプの内視鏡が開発されてきている。撮像装置の外形サイズが大きくなることは、通常タイプの内視鏡においても好ましくないが、上記極細タイプの内視鏡を開発する上において、非常に不利となる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、外形サイズを大きくすることなく、回路基板の端子と信号ケーブルとのハンダ付け箇所の剥離や信号ケーブルの断線を確実に防止する撮像装置、及びこの撮像装置を用いる内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、光学画像を画像信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子が電気的に接続され、複数の端子を有する回路基板と、前記回路基板の各端子に、素線部分がそれぞれ電気的に接続された信号ケーブルと、絶縁性樹脂から形成され、少なくとも前記回路基板の片面を覆うことにより、前記端子から信号ケーブルの素線部分が剥離するのを防止する第１被覆部材と、前記第１被覆部材よりも可撓性が高い樹脂から形成され、前記第１被覆部材から突出した前記信号ケーブルの所定長を被覆する第２被覆部材とを備え、前記回路基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であり、前記端子が設けられた面を内側にして覆うように筒形状に折り曲げ、この筒形状の内側に、前記第１被覆部材を充填したことを特徴とする。

前記第２被覆部材は、円錐台形状をしており、大きい径側の端面が前記第１被覆部材に接合されていることが好ましい。

本発明の内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部と、前記挿入部の先端内部に内蔵され、前記挿入部の先端に設けられた撮像用レンズによって結像された光学画像を画像信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子が電気的に接続され、複数の端子を有する回路基板と、前記回路基板の各端子に、素線部分がそれぞれ電気的に接続された信号ケーブルと、絶縁性樹脂から形成され、少なくとも前記回路基板の片面を覆うことにより、前記端子から信号ケーブルの素線部分が剥離するのを防止する第１被覆部材と、前記第１被覆部材よりも可撓性が高い樹脂から形成され、前記第１被覆部材から突出した前記信号ケーブルの所定長を被覆する第２被覆部材とを備え、前記回路基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であり、前記端子が設けられた面を内側にして覆うように筒形状に折り曲げ、この筒形状の内側に、前記第１被覆部材を充填したことを特徴とする。

本発明によれば、絶縁性樹脂の第１被覆部材によって少なくとも回路基板の片面を覆うとともに、第１被覆部材よりも可撓性が高い樹脂から形成された第２被覆部材によって第１被覆部材から突出した信号ケーブルの所定長を被覆するので、外形サイズを大きくすることなく、回路基板の片面に設けられた回路基板の端子と信号ケーブルとのハンダ付け箇所が第１被覆部材によって保護されるとともに、第１被覆部材から突出した信号ケーブルに掛かる曲げ力等の負荷が第２被覆部材の変形によって減少する。この結果、回路基板の端子と信号ケーブルとのハンダ付け箇所の剥離や信号ケーブルの断線を確実に防止できる。

第２被覆部材は円錐台形状をしているので、径が小さい側が柔軟に変形し、信号ケーブルに掛かる負荷を容易に逃がすことができ、負荷が回路基板の端子と信号ケーブルとのハンダ付け箇所まで達することがない。

回路基板をフレキシブル基板とし、これを端子が設けられた面を内側にして覆うように筒形状に折り曲げ、この筒形状の内側に第１被覆部材を充填するので、回路基板の片面だけを第１被覆部材で被覆する場合よりも更に強固に回路基板の端子と信号ケーブルとのハンダ付け箇所を保護することができる。また、柔軟なフレキシブル基板の保護にも寄与できる。

内視鏡システムの外観図である。 電子内視鏡の先端部の内部を側面から視た断面図である。 折り曲げる前のフレキシブル基板を示す斜視図である。 フレキシブル基板を矩形筒状に折り曲げて内部に絶縁保護部材を充填した様子を示す斜視図である。 被覆部材が変形した撮像装置の状態を示す説明図である。 被覆部材が異なる別の撮像装置の例を示す断面図である。

図１に示すように、内視鏡システム２は、電子内視鏡１０、プロセッサ装置１１、及び光源装置１２等から構成されている。電子内視鏡１０は、被検体内に挿入される挿入部１３と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１４と、プロセッサ装置１１や光源装置１２に接続されるユニバーサルコード１５とを備えている。

ユニバーサルコード１５の先端には、コネクタ１６が取り付けられている。コネクタ１６は複合タイプのコネクタであり、プロセッサ装置１１、及び光源装置１２がそれぞれ接続されている。

プロセッサ装置１１は、被検体内撮影用の固体撮像素子であるＣＣＤ２７（図２参照）からユニバーサルコード１５及びコネクタ１６を介して入力された撮像信号に各種画像処理を施して、映像信号に変換するとともに、ＣＣＤ２７の駆動を制御する駆動制御信号を送信する。プロセッサ装置１１で変換された映像信号は、プロセッサ装置１１にケーブル接続されたモニタ１７に内視鏡画像として表示される。また、プロセッサ装置１１は、光源装置１２と電気的に接続しており、内視鏡システム２全体の動作を統括的に制御する。なお、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳイメージセンサを用いてもよい。

挿入部１３は、先端から順に、先端部１３ａ、湾曲部１３ｂ、及び可撓管部１３ｃで構成されている。先端部１３ａは、表面は樹脂であるが、その内側は硬質な金属材料等で形成され、ＣＣＤ２７等が内蔵される。湾曲部１３ｂは、複数の節輪４５（図２参照）を連結して構成され、アングルノブ１８を操作することにより可撓管部１３ｃ内に挿通されたアングルワイヤー（図示せず）の移動に連動して上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部１３ａが体腔内の所望の方向に向けられ、体腔内の被観察部位をＣＣＤ２７で撮像することができる。可撓管部１３ｃは、操作部１４と湾曲部１３ｂとの間を細径で長尺状に繋ぐ部分であり、可撓性を有している。

図２において、先端部１３ａの端面には、観察窓２１、照明窓（図示せず）、鉗子出口２２、及び送気・送水ノズル２３が設けられている。観察窓２１の奥には、体腔内の像光を取り込むための対物光学系２４（撮像用レンズ）が鏡筒２５内に配設されている。対物光学系２４を経由した観察部位の像光は、プリズム２６に入射してプリズム２６の内部で屈曲することでＣＣＤ２７の撮像面２７ａに結像する。

照明窓には、ライトガイド２８の出射端が面している。ライトガイド２８は、多数の光ファイバー（例えば、石英からなる）を束ねて形成したものである。ライトガイド２８は、挿入部１３、操作部１４、ユニバーサルコード１５、及びコネクタ１６の内部を通っており、コネクタ１６が光源装置１２に接続されたとき、光源装置１２から発する照明光を、照明窓へ導いて体腔内の被観察部位に照射させる。

送気・送水ノズル２３は、操作部１４に設けられた送気・送水ボタン１９（図１参照）を操作することによって、光源装置１２に内蔵の送気・送水装置（図示せず）から供給されるエアー及び洗浄水を観察窓２１へ噴射する。鉗子出口２２は、操作部１４に設けられた鉗子口２０（図１参照）から被観察部位への処置を施す各種処置具が挿入される。

ＣＣＤ２７は、例えばインターライン型のＣＣＤからなり、撮像面２７ａが表面に設けられたベアチップが用いられる。撮像面２７ａ上には、四角枠状のスペーサ２９を介して矩形板状のカバーガラス３０が取り付けられている。

ＣＣＤ２７の後端側の辺縁部には、図３に示すように、回路基板であるフレキシブル基板３１が、例えばフリップチップ方式によりバンプ（図示せず）を介して電気的に接続されている。そして、ＣＣＤ２７とフレキシブル基板３１とが容易に引き剥がれることがないように、接着剤（図示せず）により補強的に接着されている。

フレキシブル基板３１のＣＣＤ２７が電気的に接続されている側と反対側の片面３１ａには、ＣＣＤ２７の駆動回路やＣＣＤ２７からの出力信号を増幅するプリアンプ３２や複数の端子３３等が設けられている。この各端子３３には、それぞれ信号ケーブル３５が半田付けにより電気的に接続されている。各端子３３は、例えば入出力端子やアース端子である。信号ケーブル３５は、挿入部１３の長手方向に沿って配列され、図示しない多芯ケーブルから引き出されている。

フレキシブル基板３１は、ＣＣＤ２７の幅サイズの４倍の長さを有する。フレキシブル基板３１をほぼ４等分する３本の破線３１ｂ〜３１ｄで示す各箇所でほぼ直角に、片面３１ａが内側となるように、フレキシブル基板３１を折り曲げる。これにより、図４に示すように、フレキシブル基板３１は、ほぼ矩形の筒形状になる。この筒形状にされたフレキシブル基板３１の内側に、絶縁性樹脂から形成された絶縁保護部材３６（第１被覆部材）を充填する。

絶縁保護部材３６は、例えば一液硬化性のエポキシ樹脂の絶縁性樹脂であり、上記矩形筒内に充填された後、加熱して硬化させる。これにより、信号ケーブル３５が引っ張られる等の力が加えられても、端子３３と信号ケーブル３５との間には、負荷が掛からないか、あるいは、掛かったとしても僅かであるから、端子３３と信号ケーブル３５の信号線とのハンダ付け箇所の剥離を防止することができる。

図２に戻って、絶縁保護部材３６の信号ケーブル３５が突出された側の端面には、信号ケーブル３５を所定の長さ、例えば１０ｍｍ程度にわたって被覆する被覆部材３７（第２被覆部材）が、絶縁保護部材３６と一体的に接合されている。この被覆部材３７は、絶縁保護部材３６に接合される側から先端側に向かってなだらかに径が細くなる円錐台形状に形成されているため、先端側ほど柔軟性に富む。

被覆部材３７は、絶縁保護部材３６と同じ樹脂で形成してもよいが、絶縁保護部材３６よりも可撓性が高い樹脂から形成するのがより望ましい。なお、被覆部材３７を絶縁保護部材３６と同じ樹脂で形成する場合、円錐台形状に形成するのに加え、周方向に輪状に形成された溝を長さ方向に複数個隣接して設けるのが好ましい。

先端部１３ａの前端部４０は硬質樹脂、周表皮４１は軟質樹脂からそれぞれ形成されており、周表皮４１の内側には、硬質な金属材料から形成された筒状部４２が一端部を前端部４０に接合されて設けられている。筒状部４２の他端部の内壁面には、前端部４０側に最も近い節輪４４の円筒部４４ａの外周面が固着されている。節輪４４には、一方の端縁から軸方向に突出する一対の外側リンク部４４ｂが形成され、これに、節輪４４と形状が異なる節輪４５の内側リンク部４５ｃが連結されている。この節輪４５は、複数個が湾曲部１３ｂ内に直列に連結して設けられている。

節輪４５は、円筒部４５ａと、この円筒部４５ａの一方の端縁から軸方向に突出する一対の外側リンク部４５ｂと、他方の端縁から軸方向に突出する一対の内側リンク部４５ｃとからなる。外側リンク部４５ｂと内側リンク部４５ｃとは、円筒部４５ａの周方向に９０度ずらして配置されており、それぞれに連結穴４６が形成されている。

隣接する節輪４５は、外側リンク部４５ｂと内側リンク部４５ｃとを重ね合わせて連結穴４６に結合ピン（図示せず）を通して回転自在に連結されている。節輪４４，４５内には上下及び左右方向に操作するための操作ワイヤ（図示せず）が一対ずつ設けられ、アングルノブ１８の操作で各操作ワイヤを押し引きすることによって節輪４４，４５同士が回転して湾曲部１３ｂ全体が湾曲する。

図５に示すように、対物光学系２４、ＣＣＤ２７、フレキシブル基板３１、信号ケーブル３５、絶縁保護部材３６、及び被覆部材３７等によって、本発明に係る撮像装置４７が構成される。湾曲部１３ｂが大きく曲げられ、被覆部材３７に大きな力が加わった場合、被覆部材３７の先端側が変形し、信号ケーブル３５は緩やかに曲がるので、信号ケーブル３５が断線したり、端子３３と信号ケーブル３５との間に大きな負荷が掛かってこれらの接合が剥がれるようなことはない。また、被覆部材３７は、フレキシブル基板３１から形成された矩形筒よりも径が小さいから、撮像装置の外形サイズを大きくすることがない。

上記構成の作用について説明する。内視鏡システム２で検査を行う際には、電子内視鏡１０のコネクタ１６をプロセッサ装置１１及び光源装置１２に差し込み、プロセッサ装置１１と光源装置１２とを接続した状態でプロセッサ装置１１及び光源装置１２の電源スイッチ、及び光源の点灯スイッチをそれぞれオンする。電源スイッチがオンされると、プロセッサ装置１１、光源装置１２の各部に電力が供給されるとともに、プロセッサ装置１１から電子内視鏡１０へ電力が供給され、ＣＣＤ２７が起動する。

光源装置１２の光源が点灯するとともに、ＣＣＤ２７が起動して体腔内の撮像が開始されて検査が行われているとき、観察方向を変える場合には、術者は、アングルノブ１８を操作することにより湾曲部１３ｂを湾曲させて可撓管部１３ｃに対する先端部１３ａの角度を変える。

湾曲部１３ｂが様々な形状に湾曲することによって、信号ケーブル３５は、先端部１３ａの軸方向及び径方向にそれぞれ引っ張られたり、押されたり、捩られたりする。しかし、信号ケーブル３５の信号線及びそのハンダ付け部分は、フレキシブル基板３１とともに絶縁保護部材３６によって一体化され、絶縁保護部材３６から突出した信号ケーブル３５の所定長部分は、被覆部材３７によって被覆されているから、これらの負荷が信号ケーブル３５の信号線やそのハンダ付け部分に加わることはない。また、絶縁保護部材３６や被覆部材３７は、湾曲部１３ｂの様々な形状の湾曲による負荷に対して十分な耐性を備えているから、信号ケーブル３５の信号線の断線やハンダ付け箇所の剥離が防止される。

以上説明した実施形態では、被覆部材を円錐台形状としたが、本発明はこれに限定されることなく、図６に示すように、撮像装置４８では、ほぼ直方体の被覆部材４９としてもよい。この被覆部材４９は、フレキシブル基板３１及び絶縁保護部材３６からなる一体化物の端面とほぼ同じサイズの端面を有し、この一体化物と一体的に接続されている。これにより、撮像装置４８の外形サイズを大きくすることがない。被覆部材４９は、絶縁保護部材３６よりも可撓性が高い樹脂から形成されている。被覆部材４９に負荷が掛かると、被覆部材４９が変形するから、負荷が信号ケーブル３５の信号線やそのハンダ付け部分に加わることはない。

上記実施形態では、絶縁保護部材３６を、熱硬化型の一液硬化性エポキシ樹脂から形成したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、ＵＶ硬化型、常温硬化型等のエポキシ樹脂から形成してもよいし、二液硬化性エポキシ樹脂から形成してもよい。また、エポキシ樹脂に限らず、シリコン樹脂から形成してもよい。

上記実施形態では、フレキシブル基板を矩形筒状に屈曲させたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、フレキシブル基板を円筒状等としてもよい。また、上記実施形態では、フレキシブル基板を矩形筒状に屈曲させ、この内側に絶縁保護部材を充填するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、平板状の回路基板の端子が設けられた側の面をエポキシ樹脂等の絶縁保護部材で覆い、絶縁保護部材から突出した信号ケーブルを所定長にわたって絶縁保護部材よりも可撓性が高い樹脂で覆うようにしてもよい。

上記実施形態では、本発明を説明するために電子内視鏡を例示しているが、本発明はこれに限らず、超音波トランスデューサが先端部に一体化された超音波内視鏡等、他の形態の内視鏡にも適用することができる。さらに、本発明の撮像装置は、回路基板に信号ケーブルが接続されるものであれば、内視鏡以外にも適用可能である。

２ 内視鏡システム
１０ 電子内視鏡
１３ 挿入部
１３ａ 先端部
２７ ＣＣＤ
３１ フレキシブル基板
３３ 端子
３５ 信号ケーブル
３６ 絶縁保護部材
３７，４９ 被覆部材
４４，４５ 節輪
４７，４８ 撮像装置

Claims (3)

1. 光学画像を画像信号に変換する固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子が電気的に接続され、複数の端子を有する回路基板と、
   前記回路基板の各端子に、素線部分がそれぞれ電気的に接続された信号ケーブルと、
   絶縁性樹脂から形成され、少なくとも前記回路基板の片面を覆うことにより、前記端子から信号ケーブルの素線部分が剥離するのを防止する第１被覆部材と、
   前記第１被覆部材よりも可撓性が高い樹脂から形成され、前記第１被覆部材から突出した前記信号ケーブルの所定長を被覆する第２被覆部材とを備え、
   前記回路基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であり、前記端子が設けられた面を内側にして覆うように筒形状に折り曲げ、この筒形状の内側に、前記第１被覆部材を充填したことを特徴とする撮像装置。
2. 前記第２被覆部材は、円錐台形状をしており、大きい径側の端面が前記第１被覆部材に接合されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 被検体内に挿入される挿入部と、
   前記挿入部の先端内部に内蔵され、
   前記挿入部の先端に設けられた撮像用レンズによって結像された光学画像を画像信号に変換する固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子が電気的に接続され、複数の端子を有する回路基板と、
   前記回路基板の各端子に、素線部分がそれぞれ電気的に接続された信号ケーブルと、
   絶縁性樹脂から形成され、少なくとも前記回路基板の片面を覆うことにより、前記端子から信号ケーブルの素線部分が剥離するのを防止する第１被覆部材と、
   前記第１被覆部材よりも可撓性が高い樹脂から形成され、前記第１被覆部材から突出した前記信号ケーブルの所定長を被覆する第２被覆部材とを備え、
   前記回路基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であり、前記端子が設けられた面を内側にして覆うように筒形状に折り曲げ、この筒形状の内側に、前記第１被覆部材を充填したことを特徴とする内視鏡。

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