JP6321916B2

JP6321916B2 - 撮像装置および電子内視鏡

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Publication number: JP6321916B2
Application number: JP2013087583A
Authority: JP
Inventors: 考俊五十嵐
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2033-04-18
Also published as: JP2014210040A

Description

本発明は、撮像装置およびこの撮像装置が設けられた電子内視鏡に関する。

周知の如く、内視鏡は、生体の体内（体腔内）における医療用の観察、処置など、または工業用のプラント設備内の検査、修理などのため広く用いられている。特に、医療用の内視鏡は、細長の挿入部を体腔内に挿入することにより、切開を必要とすることなく、体腔内の検査対象部位を観察でき、必要に応じ、処置具を用いて治療処置できるため広く用いられるようになった。

このような内視鏡には、例えば、特許文献１に開示されるような、挿入部の先端部に撮像装置が配設されている電子内視鏡がある。このような従来の電子内視鏡は、挿入部の先端に内蔵される従来の撮像装置に固体撮像素子の駆動回路などを構成するコンデンサ、ＩＣチップなどの電子部品が取り付けられた回路基板が設けられている。

そして、従来の電子内視鏡に用いられる撮像装置は、回路基板が固体撮像素子の後側に隣接して、この固体撮像素子に固定された構造を有している。なお、従来の撮像装置は、回路基板の後端側に端子が設けられ、これら端子に信号ケーブルが半田付けされている。

特開２００５−３０４８７６号公報

しかしながら、従来の電子内視鏡に内蔵される撮像装置は、電子部品とケーブル接続端子が回路基板上の同一平面上に形成されているため、電子部品と信号ケーブルのそれぞれの接続に所定の面積が必要となり、小型化に限界があるという問題があった。

そのため、撮像装置が内蔵される電子内視鏡の挿入部の先端部の小型化にも限界があり、電子内視鏡の挿入部の細径化を阻害しているという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは従来よりも小型化が可能な撮像装置となり、挿入部の先端部の小型化が可能となることで挿入部を細径化できる電子内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様の撮像装置は、被検体像を検出する受光素子部を備えた固体撮像素子と、前記固体撮像素子の駆動回路を構成する複数の電子部品が内部または表面に実装され、内部に複数の導体層および複数のビアが形成された積層基板と、前記積層基板の表面に設けられ、前記複数の電子部品のうちのいずれかが電気的に接続される接続ランドと、前記積層基板の前記表面に設けられ、複数の信号ケーブルが電気的に接続されるケーブル接続ランドと、を備え、前記積層基板の積層方向に垂直な平面において、前記複数のビアおよび埋設された前記電子部品が、前記被検体像の撮影光軸に沿った方向にのみ隣接して並設され、前記複数の電子部品のうちの少なくとも１つが前記積層基板の内部において、前記接続ランドまたは前記ケーブル接続ランドに対して重畳する位置に埋設されている。

本発明の一態様の内視鏡は、被検体像を検出する受光素子部を備えた固体撮像素子と、前記固体撮像素子の駆動回路を構成する複数の電子部品が内部または表面に実装され、内部に複数の導体層および複数のビアが形成された積層基板と、前記積層基板の表面に設けられ、前記複数の電子部品のうちのいずれかが電気的に接続される接続ランドと、前記積層基板の前記表面に設けられ、複数の信号ケーブルが電気的に接続されるケーブル接続ランドと、を備え、前記積層基板の積層方向に垂直な平面において、前記複数のビアおよび埋設された前記電子部品が、前記被検体像の撮影光軸に沿った方向にのみ隣接して並設され、前記複数の電子部品のうちの少なくとも１つが前記積層基板の内部において、前記接続ランドまたは前記ケーブル接続ランドに対して重畳する位置に埋設されている撮像装置が挿入部の先端部に設けられている。

本発明によれば、従来よりも小型化が可能な撮像装置となり、挿入部の先端部の小型化が可能となることで挿入部を細径化できる電子内視鏡を提供することができる。

本実施の形態の内視鏡を具備する内視鏡装置の外観を示す斜視図同、先端部の先端面の構成を示す平面図同、固体撮像素子および積層基板を後方から見た平面図同、撮像装置の回路基板の構成を示す上面図同、図４のＶ−Ｖ線に沿った回路基板の断面図先端部の先端面の構成を示す平面図

以下、図面を参照して、本実施の形態の内視鏡先端構造を備える内視鏡について説明する。図１は、本実施形態を示す内視鏡を具備する内視鏡装置の外観を示す斜視図、図２は先端部の先端面の構成を示す平面図、図３は固体撮像素子および積層基板を後方から見た平面図、図４は撮像装置の回路基板の構成を示す上面図、図５は図４のＶ−Ｖ線に沿った回路基板の断面図である。

なお、以下の説明において、実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

図１に示すように、内視鏡装置１は、電子内視鏡（以下、単に内視鏡という）２および周辺装置３により主要部が構成されている。内視鏡２は、被検体内に挿入される挿入部４と、この挿入部４の基端側に接続された操作部５と、ユニバーサルコード６と、内視鏡コネクタ７とから主要部が構成されている。

周辺装置３は、光源装置９、ビデオプロセッサ１０、接続ケーブル１１、キーボード１２、モニタ１３などが架台８に載置されてシステムが構成されている。また、このような構成を有する内視鏡２および周辺装置３とは、内視鏡コネクタ７により互いに接続されている。

内視鏡２の操作部５には、湾曲操作ノブ１４と、内視鏡機能を操作するボタン類１５，１６と、処置具挿入口１７と、操作部材である回動自在な固定用レバー１８とが設けられている。なお、湾曲操作ノブ１４は、上下湾曲操作用ノブ２１と左右湾曲操作用ノブ２２とから構成されている。

内視鏡２の挿入部４は、先端側から順に、先端部３１と、この先端部３１の基端側に連設された動作部である複数方向に湾曲自在な湾曲部３２と、この湾曲部３２の基端側に連設された可撓管部３３と、により構成されている。

湾曲部３２は、操作部５に設けられた湾曲操作ノブ１４の２つ上下湾曲操作用ノブ２１と左右湾曲操作用ノブ２２による回動操作入力によって動作する。即ち、湾曲部３２は、湾曲操作ノブ１４の操作によって湾曲するものであり、挿入部４内に挿通された湾曲操作ワイヤ（不図示）の牽引弛緩に伴い、例えば上下左右の４方向に湾曲自在となっている。

内視鏡２のユニバーサルコード６の先端に設けられた内視鏡コネクタ７は、周辺装置３の光源装置９に接続されている。内視鏡コネクタ７には、図示しない各種口金や、各種電気接点が設けられているとともに、ビデオプロセッサ１０と接続ケーブル１１を介して電気的に接続されている。

内視鏡２には、光源装置９からの照明光を伝送するライトガイドバンドル（不図示）が配設され、このライトガイドバンドルによる照明光の出射端に照明レンズ(不図示)が配置されている。この照明レンズは、挿入部４の先端部３１に設けられており、照明光が被検体に向けて照射される。

なお、上述した内視鏡装置１の構成はあくまでも一例であり、上述の構成に限定されない。

次に、本実施の形態の内視鏡２の先端部３１の構成と、この先端部３１に配設される撮像装置の構成について以下に詳しく説明する。
図２に示すように、内視鏡２の挿入部４の先端部３１内には、撮像装置４０が設けられ、この撮像装置４０を嵌合保持する略円柱状の先端部本体４１を備えている。この先端部本体４１の基端外周部には、先端部３１に撮像装置を収容する内部空間を形成する硬質管４２が嵌合されている。

撮像装置４０は、レンズユニット４３、固体撮像素子４４、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）４５および回路基板である積層基板４６を主に有している。なお、積層基板４６には、電気ケーブル束４７の複数の信号ケーブル４８が接続されている。

レンズユニット４３は、対物光学系である複数の対物レンズ４３ａを保持するレンズホルダ４３ｂを備えており、このレンズホルダ４３ｂが先端部本体４１に挿嵌固定される。これにより、レンズユニット４３が先端部本体４１に固定される。

固体撮像素子４４は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどであって、レンズユニット４３の複数の対物レンズによって集束された被検体像（図中の撮影光軸Ｏで示す撮影光）を検出する画素部としての受光素子部４４ａを備えている。そして、固体撮像素子４４は、受光素子部４４ａを覆うようにガラスリッド４９が貼着されている。

ガラスリッド４９は、前面がレンズユニット４３の最基端の対物レンズ４３ａと固着されている。即ち、レンズユニット４３と固体撮像素子４４は、ガラスリッド４９を介して固着されている。

固体撮像素子４４は、その表面下部の電極（不図示）に、ＦＰＣ４５のフライングリード（不図示）が電気的に接続され、封止樹脂４５ａにより封止されている。この封止樹脂４５ａは、ＦＰＣ４５の先端にて略９０°折り曲げられているフライングリードを覆い、封止している。

ＦＰＣ４５は、固体撮像素子４４から後方側に延設されている。このＦＰＣ４５上には、積層基板４６が電気的および機械的に接続されており、これらＦＰＣ４５および積層基板４６によって撮像装置４０の回路基板部が構成されている。

撮像装置４０には、レンズユニット４３の基端部分から電気ケーブル束４７の先端部分までを覆うように熱収縮チューブ５０が配設されている。この熱収縮チューブ５０内は、充填樹脂５１によって部品間の隙間が埋められている。なお、先端部３１の内部空間を埋めるように、充填樹脂５１を、熱収縮チューブ５０と硬質管４２との間にも充填してもよい。

電気ケーブル束４７は、挿入部４に挿通配置され、図１に示した、操作部５およびユニバーサルコード６を介して、内視鏡コネクタ７まで延設されている。

また、上述のライトガイドバンドル（不図示）は、光源装置９からの照明光を先端部に伝送する複数の光ファイバを束ねた構成となっており、外皮に被覆された状態で挿入部４の湾曲部３２および可撓管部３３に挿通配置され、図１に示した、操作部５およびユニバーサルコード６を介して、内視鏡コネクタ７まで延設されている。

次に、本実施形態の積層基板４６の構成について、以下に説明する。
積層基板４６は、図３から図５に示すように、上部表面（上面）に、少なくとも１つ、ここでは２つの電子部品５５，５６が実装され、内部に、少なくとも１つ、ここでは２つの電子部品５７，５８が埋設されて、後述する固体撮像素子４４の駆動回路を構成する合計４つの電子部品５５，５６，５７，５８が設けられている。

積層基板４６の上部表面には、図４および図５に示すように、第１の電子部品５５が電気的に接続される２つの接続ランド６１と、第２の電子部品５６が電気的に接続される２つの接続ランド６２と、複数、ここでは６つの信号ケーブル４８が半田などで電気的に接続される６つのケーブル接続ランド６３が形成されている。

積層基板４６の下部表面には、ＦＰＣ４６の接続端子と電気的に接続される複数の接続ランド６４，６５，６６，６７が形成されている。

積層基板４６の内部には、複数の導体層７６，７７，７８が積層されている。これら導体層７６，７７，７８は、積層基板４６内に設けられた、複数のビア７１，７２，７３，７４，７５の何れかと電気的に接続するように形成されている。

例えば、積層基板４６の上面側の２つの接続ランド６１は、ビア７１，７２を介して、積層基板４６の下面側の異なる２つの接続ランド６４（図５では１つのみ図示）と電気的に接続されており、積層基板４６の上面側の２つの接続ランド６２は、ビア７３，７４を介して、積層基板４６の下面側の異なる２つの接続ランド６７（図５では１つのみ図示）と電気的に接続されている。

なお、第３の電子部品５７は、導体層７６に電気的に接続され、第４の電子部品５８は導体層７７に電気的に接続されている。これら導体層７６，７７は、ここでは図示されていないビアを介して、積層基板４６の下面側に形成された接続ランド６５，６６と電気的に接続されている。

また、６つのケーブル接続ランド６３は、それぞれ個別に複数のビア７５（図５では１つのみ図示）を介して、導体層７６，７７，７８などに電気的に接続されている。なお、導体層７８は、ビア７３（またはビア７４）を介して、下面側の接続ランド６７と電気的に接続されている（いずれも図５では１つのみ図示）。

そして、本実施の形態の積層基板４６は、第１の電子部品５５または第２の電子部品５６が接続される、上部側の表面に形成された複数の接続ランド６１，６２に対して第３の電子部品５７が上面視にて重なる位置に埋設されており、信号ケーブル４８が接続される、上部側の表面に形成された複数のケーブル接続ランド６３に対して第４の電子部品５８が上面視にて重なる位置に埋設されている。

換言すると、積層基板４６は、第３の電子部品５７が第１の電子部品５５または第２の電子部品５６が接続される複数の接続ランド６１，６２に重畳する位置に埋設されており、第４の電子部品５８が信号ケーブル４８と接続される複数の接続ランド６３に重畳する位置に埋設されている。

これにより、積層基板４６は、例えば、上部側の表面一面上に全ての電子部品５５，５６，５７，５８を実装して、信号ケーブル４８が接続される複数のケーブル接続ランド６３を配置する構成に比して、上面視における基板面積を縮小することが可能となり、その結果、撮像装置４０の小型化が可能となる。

これに加え、本実施の形態の積層基板４６は、図３に示したように、上面に実装される第１の電子部品５５および第２の電子部品５６および接続される複数の信号ケーブル４８を含めた全体が固体撮像素子４４の投影面積内に収まるように配置されている。即ち、積層基板４６は、撮影光軸Ｏに沿った方向に対して、全体が固体撮像素子４４の投影面積内に収まるように配置されている。このため、撮像装置４０の小型化が実現できる。

ところで、複数の導体層７６，７７，７８は、積層基板４６において、受光素子部４４ａが設けられた平面に対して平行に積層形成すると、積層基板４６の高さ方向が大きくなり、積層基板４６が固体撮像素子４４の投影面積内に収めることは困難となる。

そのため、本実施の形態の積層基板４６では、内部の複数の導体層７６，７７，７８が固体撮像素子４４の受光素子部４４ａが設けられた平面に対して垂直な方向に延設するように積層して形成されている。

即ち、受光素子部４４ａが設けられた固体撮像素子４４の平面に直交する方向に延設するように複数の導体層７６，７７，７８を積層形成することで、積層基板４６を低背とすることができ、固体撮像素子４４の投影面積内に収めることが可能となる。

さらに、積層基板４６の製造工程上、埋設する第３の電子部品５７および第４の電子部品５８と複数のビア７１，７２，７３，７４との間に所定の距離を設けて、それぞれを離間させる必要がある。

そのため、本実施の形態では、埋設する第３の電子部品５７および第４の電子部品５８に対して積層基板４６の前後方向に複数のビア７１，７２，７３，７４を隣接させて、積層基板４６の長手方向に沿って並設することにより、積層基板４６の幅方向への広がりを抑えて、積層基板４６の幅が小さくなるようにしている。その結果、撮像装置４０の細径化が可能となる。

上述の実施の形態に記載した発明は、その実施の形態および変形例に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。

例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。

１…内視鏡装置
２…電子内視鏡
３…周辺装置
４…挿入部
５…操作部
６…ユニバーサルコード
７…内視鏡コネクタ
８…架台
９…光源装置
１０…ビデオプロセッサ
１１…接続ケーブル
１２…キーボード
１３…モニタ
１４…湾曲操作ノブ
１５，１６…ボタン類
１７…処置具挿入口
１８…固定用レバー
２１…上下湾曲操作用ノブ
２２…左右湾曲操作用ノブ
３１…先端部
３２…湾曲部
３３…可撓管部
４０…撮像装置
４１…先端部本体
４２…硬質管
４３…レンズユニット
４３ａ…対物レンズ
４３ｂ…レンズホルダ
４４…固体撮像素子
４４ａ…受光素子部
４５…フレキシブルプリント基板
４５ａ…封止樹脂
４６…積層基板
４７…電気ケーブル束
４８…信号ケーブル
４９…ガラスリッド
５０…熱収縮チューブ
５１…充填樹脂
５５…第１の電子部品
５６…第２の電子部品
５７…第３の電子部品
５８…第４の電子部品
６１，６２…接続ランド
６３…ケーブル接続ランド
６４，６５，６６，６７…接続ランド
７１，７２，７３，７４，７５…ビア
７６，７７，７８…導体層

Claims

被検体像を検出する受光素子部を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の駆動回路を構成する複数の電子部品が内部または表面に実装され、内部に複数の導体層および複数のビアが形成された積層基板と、
前記積層基板の表面に設けられ、前記複数の電子部品のうちのいずれかが電気的に接続される接続ランドと、
前記積層基板の前記表面に設けられ、複数の信号ケーブルが電気的に接続されるケーブル接続ランドと、
を備え、
前記積層基板の積層方向に垂直な平面において、前記複数のビアおよび埋設された前記電子部品が、前記被検体像の撮影光軸に沿った方向にのみ隣接して並設され、前記複数の電子部品のうちの少なくとも１つが前記積層基板の内部において、前記接続ランドまたは前記ケーブル接続ランドに対して重畳する位置に埋設されていることを特徴とする撮像装置。
前記被検体像の撮影光軸に沿った方向に対して、前記固体撮像素子の投影面内に前記積層基板、前記複数の電子部品および前記複数の信号ケーブルが収まるように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記積層基板の前記導体層は、前記固体撮像素子の受光素子部が形成された平面に直交する方向に延設するように積層形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置が挿入部の先端部に設けられたことを特徴とする電子内視鏡。