JP6630639B2 - 内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡に関する。

内視鏡の挿入部の先端部に搭載される撮像装置は、一般に、固体撮像素子と、固体撮像素子が実装される回路基板とを備える。固体撮像素子は、ＡＣＦ（異方性導電性樹脂：Anisotropic Conductive Film）などによって回路基板の端子部に接続される（特許文献１参照）。また、回路基板には、プロセッサユニットなどに繋がる複数の伝送ケーブルが接続される。

特開２０１６−６８８０号公報

内視鏡の撮像装置に使用される固体撮像素子は、小型化の傾向が著しく、現在では１ｍｍ四方以下のものも実用化されている。このように固体撮像素子が小型化するにつれて、固体撮像素子と当該素子が実装される回路基板との接続部の面積は小さくなる。その結果、固体撮像素子と回路基板との接続強度が十分に確保されないと、製造工程時又は内視鏡のアングル動作時にかかる負荷によって接続部が剥離する可能性がある。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、固体撮像素子と回路基板との接続強度を十分に確保可能な内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様の内視鏡は、体腔内に挿入される挿入部の先端部に撮像装置を備えた内視鏡であって、
上記撮像装置は、
撮影レンズを介して入射する撮影光の出射方向を変えるプリズムと、
上記プリズムの出射面に対向する受像面を有し、上記受像面に入射する上記撮影光を光電変換する固体撮像素子と、
上記固体撮像素子の上記受像面の反対側にある端子面に対向する接続面を有し、上記端子面に現れた上記固体撮像素子の複数の端子と上記接続面を介して接続する回路基板と、
上記回路基板と伝送ケーブルとを電気的に接続する可撓性配線板と、
を備え、
上記回路基板は、上記固体撮像素子よりも曲げ剛性の大きいリジッド基板から成り、
上記回路基板には、上記接続面の延長面上に、基板側コネクタ部材を取付けるコネクタ取付部が設けられており、
上記可撓性配線板には、上記伝送ケーブルに接続するケーブル接続部と、上記基板側コネクタ部材に係合する係合コネクタ部材を取付ける係合コネクタ取付部とが設けられており、
上記回路基板と上記可撓性配線板とが、上記基板側コネクタ部材及び係合コネクタ部材を介して電気的に接続する。

本発明によれば、固体撮像素子と回路基板との接続強度を十分に確保可能な内視鏡を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための内視鏡システムの一例の構成図である。 内視鏡の挿入部の先端部に搭載された撮像装置の構成の第１例を示す図である。 内視鏡の挿入部の先端部に搭載された撮像装置の構成の第１例を示す図である。 内視鏡の挿入部の先端部に搭載された撮像装置の構成の第２例を示す図である。 内視鏡の挿入部の先端部に搭載された撮像装置の構成の第３例を示す図である。 第３例の撮像装置が備えるコネクタの斜視図である。 撮像装置の別の構成例を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、内視鏡システムの一例を示す。

内視鏡システム１は、内視鏡２と、光源ユニット３と、プロセッサユニット４とを備える。内視鏡２は、被検体内に挿入される挿入部６と、挿入部６に連なる操作部７と、操作部７から延びるユニバーサルコード８とを有し、挿入部６は、先端部１０と、先端部１０に連なる湾曲部１１と、湾曲部１１と操作部７とを繋ぐ軟性部１２とで構成されている。

先端部１０には、観察部位を照明するための照明光を出射する照明光学系や、観察部位を撮像する撮像装置及び撮像光学系などが設けられている。湾曲部１１は挿入部６の長手軸と直交する方向に湾曲可能に構成されており、湾曲部１１の湾曲動作は操作部７にて操作される。また、軟性部１２は、挿入部６の挿入経路の形状に倣って変形可能な程に比較的柔軟に構成されている。

操作部７には、先端部１０の撮像装置の撮像動作を操作するボタンや、湾曲部１１の湾曲動作を操作するノブなどが設けられている。また、操作部７には、電気メスなどの処置具が導入される導入口１３が設けられており、挿入部６の内部には、導入口１３から先端部１０に達し、処置具が挿通される処置具チャンネル１４が設けられている。

ユニバーサルコード８の末端にはコネクタ９が設けられ、内視鏡２は、コネクタ９を介して、先端部１０の照明光学系から出射される照明光を生成する光源ユニット３、及び先端部１０の撮像装置によって取得される映像信号を処理するプロセッサユニット４と接続される。プロセッサユニット４は、入力された映像信号を処理して観察部位の映像データを生成し、生成した映像データをモニタ５に表示させ、また記録する。

挿入部６及び操作部７並びにユニバーサルコード８の内部にはライトガイドや電線群が収容されている。光源ユニット３にて生成された照明光がライトガイドを介して先端部１０の照明光学系に導光され、先端部１０の撮像装置とプロセッサユニット４との間で信号や電力が電線群を介して伝送される。

（撮像装置の第１例）
図２及び図３は、挿入部６の先端部１０に搭載された撮像装置の構成の第１例を示す。図２及び図３に示す撮像装置２０Ａは、図示しない撮影レンズを収納した鏡筒２１と、撮影レンズを介した撮影光が入射するプリズム２２と、プリズム２２の出射面に取り付けられるイメージセンサ２３と、イメージセンサ２３が実装された回路基板２４とを有する。

プリズム２２は、入射面と出射面とが直角に交差する直角プリズムである。

イメージセンサ２３は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子である。イメージセンサ２３は、その受像面がプリズム２２の出射面に対面し、かつ、挿入部６の長手方向と平行して配置されている。イメージセンサ２３の受像面とは反対側の面である端子面２３ａには、半球状の端子３１が二次元のマトリクス状に縦にも横にも均等に複数配置されている。すなわち、端子面２３ａは、ＢＧＡ（Ball Grid Array）の構成を有するが、ＬＧＡ（Land Grid Array）であっても良い。なお、端子面２３ａ上における複数の端子３１の総面積は、イメージセンサ２３の受像面における撮像エリアの面積の１０％以上を占める。

回路基板２４は、可撓性を有する、いわゆるフレキシブル基板である。回路基板２４は、イメージセンサ２３が実装されるイメージセンサ接続部２５と、伝送ケーブル２９が接続されるケーブル接続部２７とを有する。イメージセンサ接続部２５は、イメージセンサ２３の端子面２３ａに対向する接続面２５ａを有する。接続面２５ａには、イメージセンサ２３の各端子３１と対向する位置にランドが形成される。回路基板２４の接続面２５ａとイメージセンサ２３の端子面２３ａとは、イメージセンサ２３を回路基板２４にマウントし、イメージセンサ２３の端子３１を回路基板２４のランドに半田接続することにより電気的に接続される。

上記説明した第１例の構成によれば、イメージセンサ２３の端子面２３ａには、イメージセンサ２３の撮像エリアに対する総面積が１０％以上を占める複数の端子３１が二次元のマトリクス状に縦にも横にも均等に配置され、回路基板２４の接続面２５ａとイメージセンサ２３の端子面２３ａはこれら複数の端子３１を介して接続される。このため、イメージセンサ２３と回路基板２４との接続面積を十分に確保することができるため、イメージセンサ２３と回路基板２４との接続に関する強度及び信頼性を高めることができる。

（撮像装置の第２例）
図４は、挿入部６の先端部１０に搭載された撮像装置の構成の第２例を示す。なお、第１例に示した撮像装置２０Ａが有する構成要素と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。図４に示す撮像装置２０Ｂは、鏡筒２１と、プリズム２２と、イメージセンサ２３と、イメージセンサ２３が実装された回路基板４１と、伝送ケーブル２９が接続される可撓性配線基板４３とを有する。鏡筒２１、プリズム２２及びイメージセンサ２３は第１例と同様である。

回路基板４１は、曲げ剛性がイメージセンサ２３よりも大きいリジッド基板である。また、回路基板４１は、イメージセンサ２３の基板として用いられるシリコンやガラスの熱膨張係数に近い値を有するセラミック基板が望ましい。また、セラミック基板は、リジッド基板として用いられるガラスエポキシ基板等と比較して、高い弾性率を有する。このため、セラミックスによって形成された回路基板４１は薄くても高い曲げ剛性を有するといった点で、回路基板４１はセラミック基板であることが望ましい。

回路基板４１は、イメージセンサ２３の端子面２３ａに対向する接続面４１ａを有する。接続面４１ａには、イメージセンサ２３の各端子３１と対向する位置にランドが形成される。回路基板４１の接続面４１ａとイメージセンサ２３の端子面２３ａとは、イメージセンサ２３を回路基板４１にマウントし、イメージセンサ２３の端子３１を回路基板４１のランドに半田接続することにより電気的に接続される。

可撓性配線基板４３は、いわゆるフレキシブル基板であり、回路基板４１と電気的に接続される基板接続部４３ａと、伝送ケーブル２９が接続されるケーブル接続部４３ｂとを有する。回路基板４１と可撓性配線基板４３とは、基板接続部４３ａで半田又はＡＣＦ（異方性導電性樹脂：Anisotropic Conductive Film）により接続される。

上記説明した第２例の構成によれば、イメージセンサ２３が接続される回路基板４１は、曲げ剛性がイメージセンサ２３よりも大きいリジッド基板であるため、内視鏡のアングル動作時などに発生する曲げ応力は、イメージセンサ２３と回路基板４１との接続部には及ばない。したがって、イメージセンサ２３と回路基板２４との接続の信頼性を高めることができる。

また、回路基板４１は、イメージセンサ２３の基板として用いられるシリコンやガラスの熱膨張係数に近い値を有するセラミック基板であるため、回路基板４１にイメージセンサ２３を実装する際の温度変化による膨張及び収縮が、イメージセンサ２３と回路基板４１とでは同程度に生じる。仮に、熱膨張係数がシリコンやガラスよりも大きいポリイミドなどを主成分としたフレキシブル基板にイメージセンサ２３を実装する際には、特に冷却時に発生するフレキシブル基板の変形のためにイメージセンサ２３の基板に反りが生じて、イメージセンサ２３と回路基板４１との接続部に局地的な歪みが生じる場合がある。しかし、第２例の構成によれば、イメージセンサ２３の基板に近い熱膨張係数を有し、高い曲げ剛性を有するセラミック基板が回路基板４１として用いられる。回路基板４１に対するイメージセンサ２３の実装時に上記説明した歪みが起こりにくい。その結果、回路基板４１に対するイメージセンサ２３の接続が均等に行われ、イメージセンサ２３の基板に対する不要な力も加わらない。したがって、イメージセンサ２３と回路基板２４との接続の信頼性を高めることができる。

（撮像装置の第３例）
図５は、挿入部６の先端部１０に搭載された撮像装置の構成の第３例を示す。なお、第２例に示した撮像装置２０Ｂが有する構成要素と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。図５に示す撮像装置２０Ｃは、鏡筒２１と、プリズム２２と、イメージセンサ２３と、イメージセンサ２３が実装される回路基板６１と、伝送ケーブル２９が接続される可撓性配線基板６３と、回路基板６１と可撓性配線基板６３とを電気的に接続する対のコネクタ（オスコネクタ６５ａとメスコネクタ６５ｂ）とを有する。鏡筒２１、プリズム２２及びイメージセンサ２３は第１例又は第２例と同様である。

回路基板６１は、第２例と同様に、曲げ剛性がイメージセンサ２３よりも大きいリジッド基板であって、セラミック基板である。回路基板６１は、イメージセンサ２３の端子面２３ａに対向する接続面６１ａと、メスコネクタ６５ｂが取り付けられるコネクタ取付部６１ｂとを有する。接続面６１ａには、イメージセンサ２３の各端子３１と対向する位置にランドが形成される。回路基板６１の接続面６１ａとイメージセンサ２３の端子面２３ａとは、イメージセンサ２３を回路基板６１にマウントし、イメージセンサ２３の端子３１を回路基板６１のランドに半田接続することにより電気的に接続される。

回路基板６１のコネクタ取付部６１ｂには、メスコネクタ６５ｂが取り付けられる凹部６２が設けられ、当該凹部６２上表面にはメスコネクタ６５ｂの電極と電気的に接続される複数の電極が形成されている。なお、凹部６２の底面の略中央には、抵抗やコンデンサ等の電子部品６７が実装される。

可撓性配線基板６３は、いわゆるフレキシブル基板であり、オスコネクタ６５ａを介して回路基板６１と電気的に接続される基板接続部６３ａと、伝送ケーブル２９が接続されるケーブル接続部６３ｂとを有する。基板接続部６３ａには、オスコネクタ６５ａが実装されている。

メスコネクタ６５ｂは、図６に示すように、中央に凹部が設けられた矩形平板状のコネクタ本体６９を有し、コネクタ本体６９の長辺部に複数の電極７１が設けられている。オスコネクタ６５ａは、メスコネクタ６５ｂのコネクタ本体６９に設けられた凹部に嵌め込まれる。なお、オスコネクタ６５ａの中央にも凹部が設けられている。この凹部がオスコネクタ６５ａに設けられているために、オスコネクタ６５ａがメスコネクタ６５ｂに嵌め込まれた状態で、コネクタ取付部６１ｂの凹部６２に実装された電子部品６７とオスコネクタ６５ａとが干渉しない。こうした回路基板６１と可撓性配線基板６３との接続領域外に電子部品を実装できるため、電子部品の配置に係る省スペース化を実現できる。

上記説明した第３例の構成によれば、回路基板６１と可撓性配線基板６３とをコネクタ６５を介して接続したことにより、回路基板６１と可撓性配線基板６３との接続の信頼性と組立容易性を向上できる。仮に、回路基板６１と可撓性配線基板６３との接続が半田又はＡＣＦによる構成であると、接続面積によっては接続強度が不十分となる可能性がある。また、回路基板６１と可撓性配線基板６３との接続がＡＣＦにより、かつ、回路基板６１が薄い構成であると、可撓性配線基板６３を接続するために加圧された回路基板６１が破損する可能性がある。しかし、第３例の構成によれば、可撓性配線基板６３に装着されたコネクタ６５を回路基板６１のコネクタ取付部６１ｂに嵌入するといった容易な作業を行うのみで、十分かつ信頼性の高い接続を実現できる。また、コネクタ６５を回路基板６１のコネクタ取付部６１ｂから取り外すこともできるため修理性が良い。

さらに、コネクタ６５に設けられた凹部６９ａ内に電子部品が配置された構成であるため、撮像装置２０Ｃのサイズを小さくできる。

なお、上述した第１例〜第３例の撮像装置はプリズム２２を有し、イメージセンサ２３は、受像面がプリズム２２の出射面に対向し、当該受像面が挿入部６の長手方向と平行して配置されているが、図７に示すように、イメージセンサ２３の受像面が挿入部６の長手方向と直角に配置した構成としても良い。この場合、撮像装置にプリズム２２は設けられず、イメージセンサ２３が実装される回路基板７５は、フレキシブル基板であろうがリジッド基板であろうが、その先端部が挿入部６の長手方向に対して直角に屈曲した形状を有する。

以上説明したとおり、本明細書に開示された内視鏡は、
体腔内に挿入される挿入部の先端部に撮像装置を備えた内視鏡であって、
上記撮像装置は、
撮影レンズを介して受像面に入射された撮影光を光電変換する固体撮像素子と、
上記固体撮像素子の上記受像面とは反対側の面である端子面に対向する接続面を有する回路基板と、を有し、
上記固体撮像素子の上記端子面には、複数の端子が二次元のマトリクス状に縦にも横にも均等に配置され、
上記回路基板の上記接続面と上記固体撮像素子の上記端子面とは、上記複数の端子を介して接続され、
上記端子面上における上記複数の端子の総面積は、上記固体撮像素子の上記受像面における撮像エリアの面積の１０％以上を占める。

また、上記撮像装置が、上記撮影レンズを介した上記撮影光が入射するプリズムを有し、
上記固体撮像素子は、上記受像面が上記プリズムの出射面に対向し、上記受像面が上記挿入部の長手方向と平行して配置される。

また、上記回路基板が、曲げ剛性が上記固体撮像素子よりも大きいリジッド基板である

また、上記回路基板が、曲げ剛性が上記固体撮像素子よりも大きいリジッド基板である。

また、上記撮像装置が、上記撮影レンズを介した上記撮影光が入射するプリズムを有し、
上記固体撮像素子は、上記受像面が上記プリズムの出射面に対向し、上記受像面が上記挿入部の長手方向と平行して配置される。

また、上記回路基板が、セラミック基板である。

また、上記回路基板と電気的に接続され、伝送ケーブルが電気的に接続される可撓性配線板を有し、
上記回路基板と上記可撓性配線板はコネクタを介して電気的に接続される。

また、上記回路基板と電気的に接続され、伝送ケーブルが電気的に接続される可撓性配線板を有し、
上記回路基板は、上記可撓性配線板との接続領域外に、内部に電子部品が実装される凹部を有する。

また、上記回路基板は、上記コネクタによる上記可撓性配線板との接続領域によって囲まれた領域に、内部に電子部品が実装される凹部を有する。

１ 内視鏡システム
２ 内視鏡
２０ 撮像装置
２１ 鏡筒
２３ イメージセンサ（固体撮像素子）
２２ プリズム
２３ａ 端子面
２４ 回路基板
２５ イメージセンサ接続部
２５ａ 接続面
２７ ケーブル接続部
２９ 伝送ケーブル
３１ 端子
４０ 撮像装置
４１ 回路基板
４１ａ 接続面
４３ 可撓性配線基板
４３ａ 基板接続部
４３ｂ ケーブル接続部
６０ 撮像装置
６１ 回路基板
６１ａ 接続面
６１ｂ コネクタ取付部
６３ 可撓性配線基板
６３ａ 基板接続部
６３ｂ ケーブル接続部
６５ コネクタ
６９ コネクタ本体
６９ａ 凹部
７１ 電極
７５ 回路基板

Claims (6)

1. 体腔内に挿入される挿入部の先端部に撮像装置を備えた内視鏡であって、
   撮影レンズを介して入射する撮影光の出射方向を変えるプリズムと、
   前記プリズムの出射面に対向する受像面を有し、前記受像面に入射する前記撮影光を光電変換する固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の前記受像面の反対側にある端子面に対向する接続面を有し、前記端子面に現れた前記固体撮像素子の複数の端子と前記接続面を介して接続する回路基板と、
   前記回路基板と伝送ケーブルとを電気的に接続する可撓性配線板と、
   を備え、
   前記回路基板は、前記固体撮像素子よりも曲げ剛性の大きいリジッド基板から成り、
   前記回路基板には、前記接続面の延長面上に、基板側コネクタ部材を取付けるコネクタ取付部が設けられており、
   前記可撓性配線板には、前記伝送ケーブルに接続するケーブル接続部と、前記基板側コネクタ部材に係合する係合コネクタ部材を取付ける係合コネクタ取付部とが設けられており、
   前記回路基板と前記可撓性配線板とが、前記基板側コネクタ部材及び係合コネクタ部材を介して電気的に接続する、内視鏡。
2. 請求項１に記載の内視鏡であって、
   前記固体撮像素子の前記受像面が前記挿入部の長手方向と平行して配置されている、内視鏡。
3. 請求項１又は２に記載の内視鏡であって、
   前記回路基板は、セラミック基板である、内視鏡。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の内視鏡であって、
   前記回路基板は、前記コネクタ取付部の領域外に、内部に電子部品が実装される凹部を有する、内視鏡。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の内視鏡であって、
   前記回路基板は、前記コネクタ取付部の前記基板側コネクタ部材によって囲まれた領域に、内部に電子部品が実装される凹部を有する、内視鏡。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の内視鏡であって、
   前記固体撮像素子の複数の端子は、前記端子面に二次元のマトリクス状に縦にも横にも均等に配置され、前記端子面上における前記複数の端子の総面積は、前記固体撮像素子の前記受像面における撮像エリアの面積の１０％以上を占める、内視鏡。

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