JP6697021B2

JP6697021B2 - 内視鏡

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Publication number: JP6697021B2
Application number: JP2018071459A
Authority: JP
Inventors: 貴夫佐藤; 英雄白谷
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2038-04-03
Also published as: JP2019186619A; US20190298153A1; US11510550B2; EP3549511A1

Description

本発明は、内視鏡に関する。

内視鏡には、撮像素子を有する撮像ユニットを電気ケーブルの先端に組み立てた撮像装置が用いられている。撮像装置は、例えば、撮像素子と、撮像素子を実装した回路基板とを備える。撮像素子は回路基板を介して電気ケーブルに電気的に接続される（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−１０９０９７号公報

前記撮像装置では、内視鏡の組み立て工程において部品の取り回しが容易でないなどの問題があり、組み立ての容易性を改善することが要望されていた。

本発明の一態様は、組み立ての容易性に優れた内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、電気ケーブルと、撮像素子と、前記撮像素子と前記電気ケーブルの間を電気的に接続した配線を有するフレキシブル配線基板とを備え、前記フレキシブル配線基板は、前記撮像素子を実装する素子実装部と、前記素子実装部の長さ方向の両方の端部のうち一方の端部のみにおいて屈曲部で屈曲されて前記撮像素子とは反対側に延出する後片部とを有し、前記素子実装部は、前記電気ケーブルの先端の軸線方向と交差する面であって前記撮像素子を実装する実装面を有し、前記配線は、前記実装面から前記屈曲部を通って前記後片部で前記電気ケーブルに接続されている、撮像モジュールを提供する。

前記配線は、前記フレキシブル配線基板の一方および他方の面のうち、前記実装面と同じ面で前記電気ケーブルに接続されている構成としてよい。

前記配線は、前記フレキシブル配線基板の一方および他方の面のうち、前記実装面と異なる面で前記電気ケーブルに接続されている構成としてよい。

本発明の他の態様は、前記撮像モジュールと、前記撮像モジュールが挿通する挿通孔が形成された外枠部材と、を備え、前記挿通孔の内面には、前記挿通孔の深さ方向への前記撮像素子の移動を規制する移動規制部が形成されている内視鏡を提供する。

前記移動規制部は、前記撮像モジュールの軸周り方向の姿勢変化を規制できるように形成されていることが好ましい。

本発明の一態様によれば、組み立ての容易性に優れた撮像モジュールおよび内視鏡を提供することができる。

（ａ）第１実施形態に係る撮像モジュールに用いられるフレキシブル配線基板および固体撮像素子を示す平面図である。（ｂ）（ａ）に示すフレキシブル配線基板および固体撮像素子を示す側面図である。第１実施形態に係る撮像モジュール、および前記撮像モジュールを用いて組み立てた内視鏡の先端構造を示す斜視図である。第１実施形態に係る撮像モジュール、および前記撮像モジュールを用いて組み立てた内視鏡の先端構造を示す断面図である。図２の内視鏡に用いられる外枠部材を示す斜視図である。第２実施形態に係る撮像モジュールに用いられるフレキシブル配線基板および固体撮像素子を示す側面図である。第２実施形態に係る撮像モジュール、および前記撮像モジュールを用いて組み立てた内視鏡の先端構造を示す断面図である。フレキシブル配線基板の変形例を示す平面図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１（ａ）は、第１実施形態に係る撮像モジュール１００に用いられるフレキシブル配線基板１０および固体撮像素子４を示す平面図である。図１（ｂ）は、フレキシブル配線基板１０および固体撮像素子４を示す側面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）には、屈曲されていない状態のフレキシブル配線基板１０を示す。図２は、撮像モジュール１００、および内視鏡１０１の先端構造を示す斜視図である。図３は、撮像モジュール１００、および内視鏡１０１の先端構造を示す断面図である。図４は、内視鏡１０１に用いられる外枠部材２１を示す斜視図である。

図３に示すように、素子実装部１１におけるフレキシブル配線基板１０の長さ方向をＬという。図３において上側、すなわち素子実装部１１に対して固体撮像素子４側を前側といい、その反対方向（図３において下側）を後側という。

撮像モジュール１００は、電気ケーブル１と、固体撮像素子４と、フレキシブル配線基板１０（ＦＰＣ）と、レンズユニット２０とを備えている。
図１（ｂ）に示すように、固体撮像素子４は、撮像部３を有する。撮像部３は、固体撮像素子４に形成された電気回路を介して、フレキシブル配線基板１０の配線と電気的に接続される。固体撮像素子４としては、例えば、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化膜半導体）、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ：電荷結合デバイス）などを好適に用いることができる。図１（ｂ）および図３において、固体撮像素子４の上面は受光面４ａである。固体撮像素子４の下面は底面４ｂである。

レンズユニット２０は、固体撮像素子４に取り付けられている。レンズユニット２０は、例えば、鏡筒２０Ａと、鏡筒２０Ａ内に組み込まれた対物レンズ（図示略）とを備える。レンズユニット２０は、対物レンズを通して導かれた光を、固体撮像素子４の撮像部３に結像させる。
レンズユニット２０は、先端面２０ａ（前面）と、側面２０ｃと、底面２０ｂ（後面）とを有する円柱状に形成されている。先端面２０ａおよび底面２０ｂは円形状である。側面２０ｃは、先端面２０ａの周縁から垂下し、底面２０ｂの周縁に達する。円柱状のレンズユニット２０の中心軸に沿う方向の寸法をレンズユニット２０の高さＨ１という。レンズユニット２０の底面２０ｂは、素子実装部１１の実装面１１ａに対面する（図３参照）。底面２０ｂは、固体撮像素子４の底面４ｂと同一の面内にある。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、フレキシブル配線基板１０は、フィルム状に形成された電気絶縁性の絶縁基材と、その一方または両方の面に形成された配線とを有する。フレキシブル配線基板１０には、絶縁基材の一方の面のみに配線が形成されている片面配線を採用してもよいし、絶縁基材の両方の面に配線が形成されている両面配線を採用してもよい。第１実施形態では、フレキシブル配線基板１０の外面１０ａのみに配線が形成されている片面配線が採用されている。絶縁基材は、例えばポリイミドで構成される。配線は、例えば銅または銅合金で構成される。配線は、電気絶縁性のレジスト膜（被覆層、例えばソルダーレジスト）によって覆われていてもよい。

図３に示すように、フレキシブル配線基板１０は、素子実装部１１と、後片部１２とを有する。素子実装部１１は、例えば、フレキシブル配線基板１０の長さ方向の一端部（第１端部１１ｃ）を含む部分、または前記一端部に近い部分である。素子実装部１１の実装面１１ａには、固体撮像素子４がはんだ付け等により実装される。実装面１１ａは、電気ケーブル１の先端の軸線の方向（図３の上下方向）と交差する面である。実装面１１ａは、電気ケーブル１の先端の軸線方向と直交（または略直交）する面であることが好ましい。

フレキシブル配線基板１０の一方および他方の面のうち、実装面１１ａを含む面を外面１０ａという。外面１０ａの反対の面を内面１０ｂという。素子実装部１１の、実装面１１ａと反対の面を内面１１ｂという。１２ａは外面１０ａのうち後片部１２の外面である。１２ｂは内面１０ｂのうち後片部１２の内面（外面１２ａと反対の面）である。

素子実装部１１の長さ方向Ｌの一方の端部はフレキシブル配線基板１０の先端部である。この端部を第１端部１１ｃという。素子実装部１１の長さ方向Ｌの他方の端部を第２端部１１ｄという。第２端部１１ｄから第１端部１１ｃに向かう方向を第１方向Ｌ１という。第１方向Ｌ１と反対の方向を第２方向Ｌ２という。

後片部１２は、フレキシブル配線基板１０が屈曲部１０Ａで屈曲されて後側（固体撮像素子４側とは反対側）へ延出された部分である。屈曲部１０Ａは、素子実装部１１の両方の端部（第１端部１１ｃおよび第２端部１１ｄ）のうち第２端部１１ｄのみに形成されている。

後片部１２は、素子実装部１１に対して屈曲されて形成された延出部１２ｅと、延出部１２ｅの延出端から後側に延びる接続片部１２ｆと、を有する。図３において、延出部１２ｅは、屈曲部１０Ａから下方にいくほど第１方向Ｌ１側に移行するように傾斜している。接続片部１２ｆは、素子実装部１１に垂直な方向（下方）に延びている。

後片部１２の外面１２ａ（詳しくは接続片部１２ｆの外面）には、導体用端子部１２ｃ、１２ｄが設けられている。導体用端子部１２ｃには、電気ケーブル１から口出しされた導体２の内部導体２ａが電気的に接続されている。導体用端子部１２ｄには、導体２の外部導体２ｂが電気的に接続されている。後片部１２には、導体接続部１７ａと、導体接続部１７ｂとが形成されている。導体接続部１７ａは、導体用端子部１２ｃに内部導体２ａをはんだ付けすることにより形成されている。導体接続部１７ｂは、導体用端子部１２ｄに外部導体２ｂをはんだ付けすることにより形成されている。

図１（ａ）に示すように、電気ケーブル１では、複数本の導体２が外被５によって一括被覆されることで、ケーブルユニットが構成されている。導体２は、内部導体２ａと、内部導体２ａを被覆する一次被覆層２ｃと、金属細線によって網状に形成され一次被覆層２ｃの周囲に設けられた外部導体２ｂと、この外部導体２ｂを被覆する二次被覆層２ｄとを有する。

図３に示すように、フレキシブル配線基板１０の配線は、素子実装部１１から屈曲部１０Ａを通って後片部１２に至り、導体用端子部１２ｃ、１２ｄと電気的に接続されている。これによって、固体撮像素子４の電気回路と、電気ケーブル１の導体２とが配線を介して電気的に接続される。

図２に示すように、内視鏡１０１は、撮像モジュール１００と、外枠部材２１とを備えている。
図４に示すように、外枠部材２１は、例えば円柱状に形成されている。「Ｃ」は外枠部材２１の中心軸である。以下、中心軸Ｃに沿う方向を上下方向（高さ方向）とし、外枠部材２１の先端面２１ａが上面であると規定して、各構成の位置関係を説明する。

外枠部材２１には、中心軸Ｃに沿って挿通孔２２〜２５が形成されている。中心軸Ｃに直交する挿通孔２２〜２５の断面は、例えば円形状である。図２に示すように、挿通孔２２は、撮像モジュール１００が挿通可能である。挿通孔２２の内周面２２ａ（内面）には、移動規制部２６が形成されている。図４に示すように、移動規制部２６は板状とされ、内周面２２ａから中心軸Ｃに直交する方向に突出して形成されている。移動規制部２６は、中心軸Ｃの方向から見て挿通孔２２の中心に達する半円形状である。移動規制部２６の上面２６ａは、中心軸Ｃに垂直な面である。

図３に示すように、移動規制部２６の上面２６ａには、レンズユニット２０および固体撮像素子４の底面２０ｂ，４ｂを、素子実装部１１を介して当接させる。これにより、レンズユニット２０および固体撮像素子４の、下方（挿通孔２２の深さ方向）への移動は規制される。そのため、レンズユニット２０および固体撮像素子４を高さ方向（光軸方向）に高精度に位置決めすることができる。

移動規制部２６の上面２６ａには、レンズユニット２０および固体撮像素子４の底面２０ｂ，４ｂを、素子実装部１１を介して面的に当接させるのが好ましい。これによって、レンズユニット２０および固体撮像素子４の傾動を規制し、レンズユニット２０および固体撮像素子４の光軸方向を精度よく定めることができる。

外枠部材２１の先端面２１ａと、移動規制部２６の上面２６ａとの高低差Ｈ２は、レンズユニット２０の高さＨ１とほぼ等しいか、または高さＨ１よりやや大きいことが好ましい。これにより、レンズユニット２０の先端面２０ａの高さ位置を先端面２１ａに合わせることができ、撮像モジュール１００の光学特性を良好にできる。

移動規制部２６は、中心軸Ｃの方向から見て半円形状に形成されているため、撮像モジュール１００の軸周り方向（電気ケーブル１の軸周り方向）の姿勢変化を規制できる。そのため、固体撮像素子４の軸周り方向の配置のずれを回避でき、光学特性を確保するために有利となる。

挿通孔２３〜２５は、他の用途、例えば、照明用のライトガイドを挿通させるための挿通孔、注水のための注水孔、鉗子を通すための挿通孔などとして使用できる。

レンズユニット２０の外径と挿通孔２２の内径の差が小さい場合には、移動規制部２６がない場合でも、レンズユニット２０を接着剤、摩擦力などにより挿通孔２２の内周面２２ａに対して位置決めすることができる。そのため、外枠部材２１は、移動規制部２６がない構造であってもよい。レンズユニット２０の外径と挿通孔２２の内径との差が小さいと、内周面２２ａによってレンズユニット２０および固体撮像素子４の傾動を規制し、レンズユニット２０および固体撮像素子４の光軸方向を精度よく定めることができるという利点もある。

撮像モジュール１００は、素子実装部１１の長さ方向Ｌの両方の端部（第１端部１１ｃおよび第２端部１１ｄ）のうち第２端部１１ｄのみにおいて屈曲部１０Ａで屈曲された後片部１２を備える。撮像モジュール１００は簡略な構成であるため、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すフレキシブル配線基板１０の１箇所（図３の屈曲部１０Ａ）に曲げを加えるとともに、外枠部材２１の挿通孔２２に挿入するだけで、図３に示す構造の撮像モジュール１００が得られる。そのため、撮像モジュール１００を外枠部材２１への組み付けるのが容易である。したがって、内視鏡１０１の組み立て作業を容易にすることができる。また、撮像モジュール１００では、組み立て工数を少なくしてコスト低減を図ることができる。

撮像モジュール１００は、フレキシブル配線基板１０を用いるため、取り回しが容易であり、挿通孔２２の内径が小さい場合でも容易に外枠部材２１への組付けが可能である。したがって、内視鏡１０１の組み立て作業を容易にすることができる。

例えば、フレキシブル配線基板に複雑な折り曲げ加工が必要となる場合（例えば、素子実装部の両方の端部で折り曲げ加工を行う場合）には、折り曲げ加工の都合上、撮像素子へのレンズユニット装着を折り曲げ加工より先に行うことは難しい。
これに対し、撮像モジュール１００では、フレキシブル配線基板１０への複雑な折り曲げ加工は必要ないため、固体撮像素子４をフレキシブル配線基板１０に実装するに先だって、レンズユニット２０を固体撮像素子４に装着することが可能となる。そのため、レンズユニット２０の装着工程で不良が発生した場合に、フレキシブル配線基板１０等が無駄になるのを回避できる。よって、不良損金を抑制し、コスト削減を図ることができる。

撮像モジュール１００では、固体撮像素子４をフレキシブル配線基板１０に実装するに先だって、レンズユニット２０を固体撮像素子４に装着することができるため、レンズユニット２０の装着工程における、レンズユニット２０および固体撮像素子４の取り回しが容易となる。したがって、内視鏡１０１の組み立て作業を容易にすることができる。

撮像モジュール１００では、片面配線のフレキシブル配線基板１０が用いられているため、フレキシブル配線基板１０の同じ面（外面１０ａ）に固体撮像素子４とレンズユニット２０と電気ケーブル１とが設けられる。したがって、はんだ付け等により固体撮像素子４、レンズユニット２０および電気ケーブル１をフレキシブル配線基板１０に取り付ける作業において、フレキシブル配線基板１０の取り回しが容易となり、作業性が良好となる。

［第２実施形態］
第２実施形態の撮像モジュールを、図５および図６を用いて説明する。なお、第１実施形態との共通構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図５は、第２実施形態に係る撮像モジュール２００に用いられるフレキシブル配線基板１１０、および固体撮像素子４を示す側面図である。図６は、撮像モジュール２００、および撮像モジュール２００を用いて組み立てた内視鏡２０１の先端構造を示す断面図である。

図５および図６に示すように、撮像モジュール２００では、両面配線のフレキシブル配線基板１１０が用いられている。フレキシブル配線基板１１０では、素子実装部１１のうち固体撮像素子４が実装される部分においては、配線は実装面１１ａ（外面１１０ａ）に形成されている。一方、屈曲部１１０Ａを含む範囲および後片部１１２では、配線は内面１１０ｂに設けられている。そのため、電気ケーブル１は内面１１０ｂに接続されている。フレキシブル配線基板１１０の外面１１０ａの配線と内面１１０ｂの配線とは、フレキシブル配線基板１１０に形成されたスルーホール（図示略）等を利用して互いに接続できる。

撮像モジュール２００では、屈曲部１１０Ａを含む範囲において配線がフレキシブル配線基板１１０の内面１１０ｂに形成されているため、フレキシブル配線基板１１０の曲げにより配線に過大な力がかかるのを回避し、配線の破損を防ぐことができる。
撮像モジュール２００では、電気ケーブル１が内面１１０ｂに接続されているため、電気ケーブル１の外径が大きい場合でも屈曲部１１０Ａにおける曲げ角度を小さくできる。そのため、屈曲部１１０Ａにおける配線の破損が起こりにくい。

［変形例］
第１実施形態の撮像モジュールのフレキシブル配線基板１０（図１（ａ）参照）の変形例を、図７を用いて説明する。なお、第１および第２実施形態との共通構成については同じ符号を付して説明を省略する。図７は、第１実施形態の撮像モジュールのフレキシブル配線基板１０の変形例を示す平面図である。

図７に示すように、この例のフレキシブル配線基板２１０の側縁２１０ｃ，２１０ｃにおいて屈曲部１０Ａ（図３参照）に相当する箇所には、円弧状の切欠き１３，１３が形成されている。なお、切欠き１３，１３の形状は円弧状に限らず、矩形状、Ｖ字形状などとしてよい。

この例のフレキシブル配線基板２１０では、切欠き１３，１３が形成された箇所において曲げ弾性を低くできるため、屈曲部１０Ａ（図３参照）の形成が容易となる。また、正確な位置に屈曲部１０Ａを形成することができる。よって、撮像モジュールを外枠部材２１に組み付けるのが容易となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。図３に示す素子実装部１１の実装面１１ａは、電気ケーブル１の先端の軸線方向と直交（または略直交）する面であるが、実装面は電気ケーブルの先端の軸線方向と直交する面でなくてもよい。

１…電気ケーブル、４…固体撮像素子（撮像素子）、１０，１１０…フレキシブル配線基板、１０Ａ，１１０Ａ…屈曲部、１０ａ…外面、１０ｂ…内面、１１…素子実装部、１１ａ…実装面、１１ｃ…第１端部、１１ｄ…第２端部、１２，１１２…後片部、２１…外枠部材、２２…挿通孔、２２ａ…内周面（内面）、２６…移動規制部、１００，２００…撮像モジュール、１０１，２０１…内視鏡、Ｌ…素子実装部の長さ方向。

Claims

撮像モジュールと、前記撮像モジュールが挿通する挿通孔が形成された外枠部材と、を備え、
前記撮像モジュールは、電気ケーブルと、撮像素子と、前記撮像素子と前記電気ケーブルの間を電気的に接続した配線を有するフレキシブル配線基板とを備え、
前記フレキシブル配線基板は、前記撮像素子を実装する素子実装部と、前記素子実装部の長さ方向の両方の端部のうち一方の端部のみにおいて屈曲部で屈曲されて前記撮像素子とは反対側に延出する後片部とを有し、
前記素子実装部は、前記電気ケーブルの先端の軸線方向と交差する面であって前記撮像素子を実装する実装面を有し、
前記配線は、前記実装面から前記屈曲部を通って前記後片部で前記電気ケーブルに接続され、
前記挿通孔の内面に、前記挿通孔の深さ方向への前記撮像素子の移動を規制する移動規制部が形成され、
前記移動規制部は、前記挿通孔の内面から中心に向けて突出して形成され、前記挿通孔の深部側から前記撮像素子を支えることによって前記挿通孔の深さ方向への前記撮像素子の移動を規制する、内視鏡。
前記配線は、前記フレキシブル配線基板の一方および他方の面のうち、前記実装面と同じ面で前記電気ケーブルに接続されている、請求項１記載の内視鏡。
前記配線は、前記フレキシブル配線基板の一方および他方の面のうち、前記実装面と異なる面で前記電気ケーブルに接続されている、請求項１記載の内視鏡。
前記移動規制部は、前記撮像モジュールの軸周り方向の姿勢変化を規制できるように形成されている、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の内視鏡。
前記移動規制部は、前記挿通孔の内面の周方向の一部に形成されている、請求項４に記載の内視鏡。