JPWO2015133254A1 - 撮像装置、および内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

小型化可能な撮像装置、および内視鏡装置を提供する。本発明の撮像装置１００は、入射光を集光する対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３と、対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を嵌合させる嵌合部４３ａ−１〜４３ａ−３が形成されたレンズ支持部材４１と、対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３が集光した光を反射させるプリズム５１と、プリズム５１により反射された光を受光して光電変換を行うことにより電気信号を生成する受光部を有する撮像素子と、を備え、レンズ支持部材４１は、プリズム５１を嵌め合せ可能な切欠き４４または開口部を有し、撮像素子のプリズム５１実装面上に接続されることを特徴とする。

Description

本発明は、被検体内に挿入される内視鏡の挿入部の先端に設けられて被検体内を撮像する撮像装置、および該撮像装置を使用した内視鏡装置に関する。

従来、医療分野および工業分野において、各種検査のために内視鏡装置が広く用いられている。このうち、医療用の内視鏡装置は、患者等の被検体内に、先端部に撮像装置が内蔵された可撓性を有する細長の挿入部を挿入することによって、被検部位の観察等を行うことができるものであるが、被検体への導入のしやすさを考慮し、挿入部の細径化が求められている。

一般に、内視鏡等に用いられる撮像装置は、金属製の鏡筒によって対物光学系としてのレンズ群の外周部を固定し、該鏡筒を筒状の鏡筒保持部材で保持することによりレンズ群の径方向および光軸方向の位置を規定している。挿入部を細径化する技術として、対物光学系の鏡筒を保持する鏡筒保持部材に光路方向の間隔を設け、この間隔部分の外周面をカットした後、固体撮像素子の上面側に近接配置することにより、高さ寸法を低減した内視鏡用撮像装置が開示されている（たとえば、特許文献１および２参照）。

特開２０００−２７１０６６号公報 特開２００２−４５３３３号公報

しかしながら、特許文献１および２の技術では、レンズ群の外周を鏡筒および鏡筒保持部材で覆う構造であるため、高さ寸法の低減には限界があるとともに、高さ寸法の低減のために光路方向に余分な間隔を設けているため、挿入部の長さが長くなり、内視鏡装置の小型化を阻害する要因となりうるものであった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化可能な撮像装置、および内視鏡装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる撮像装置は、入射光を集光するレンズ群と、前記レンズ群を嵌合させる嵌合部が形成されたレンズ支持部材と、前記レンズ群が集光した光を反射させるプリズムと、前記プリズムにより反射された光を受光して光電変換を行うことにより電気信号を生成する受光部を有する撮像素子と、を備え、前記レンズ支持部材は、前記プリズムを嵌め合せ可能な切欠きまたは開口部を有し、前記撮像素子の前記プリズム実装面側に接続されることを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、上記発明において、前記プリズムは、前記撮像素子の受光部表面に実装されることを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、上記発明において、前記切欠きまたは前記開口部の前記レンズ群の光軸方向と平行な側面は、前記プリズムの前記光軸方向と平行な側面の一部と接触し、前記開口部の前記光軸方向と平行な側面の長さは、前記プリズムの実装面の光軸方向の長さより長いことを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、上記発明において、前記レンズ支持部材は、前記撮像素子との接続面側に接続電極が形成されるとともに、前記嵌合部が形成される面側にケーブル接続用の接続電極が形成されることを特徴とする。

また、本発明の内視鏡装置は、生体内に挿入され、生体内部を撮像する撮像装置を備えた内視鏡装置において、前記撮像装置は、上記のいずれか一つに記載の撮像装置であることを特徴とする。

本発明によれば、レンズ支持部材の嵌合部にレンズ群を嵌合することによりレンズ群を保持可能であるため、撮像装置の小型化が可能となる。また、レンズ支持部材は、撮像素子に実装されたプリズムを嵌め合せ可能な切欠きまたは開口部を備え、該切欠きまたは開口部を介してレンズ支持部材を光軸方向に移動することができるためピント調整も簡易に行うことが可能となる。

図１は、本実施の形態１に係る内視鏡装置の全体構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示す内視鏡先端の部分断面図である。 図３Ａは、撮像装置の前面図である。 図３Ｂは、撮像装置の上面図である。 図３Ｃは、撮像装置の側面図である。 図３Ｄは、図３ＢのＡ−Ａ線断面図である。 図４は、撮像装置の製造工程を示すフローチャートである。 図５Ａは、本実施の形態２に係る撮像装置の斜視図である。 図５Ｂは、図５ＡのＢ−Ｂ線断面図である。 図６は、本実施の形態２に係る撮像装置の製造工程を説明する図である。 図７Ａは、本実施の形態２の変形例に係る撮像装置の斜視図である。 図７Ｂは、図７ＡのＣ−Ｃ線断面図である。

以下の説明では、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、撮像モジュールを備えた内視鏡装置について説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡システムの全体構成を模式的に示す図である。図１に示すように、内視鏡装置１は、内視鏡２と、ユニバーサルコード６と、コネクタ７と、光源装置９と、プロセッサ（制御装置）１０と、表示装置１３とを備える。

内視鏡２は、挿入部４を被検体内に挿入することによって、被検体の体内画像を撮像し撮像信号を出力する。ユニバーサルコード６内部の電気ケーブル束は、内視鏡２の挿入部４の先端まで延伸され、挿入部４の先端部３１に設けられる撮像装置に接続する。

コネクタ７は、ユニバーサルコード６の基端に設けられて、光源装置９およびプロセッサ１０に接続され、ユニバーサルコード６と接続する先端部３１の撮像装置が出力する撮像信号に所定の信号処理を施すとともに、撮像信号をアナログデジタル変換（Ａ／Ｄ変換）して画像信号として出力する。

光源装置９は、例えば、白色ＬＥＤを用いて構成される。光源装置９が点灯するパルス状の白色光は、コネクタ７、ユニバーサルコード６を経由して内視鏡２の挿入部４の先端から被写体へ向けて照射する照明光となる。

プロセッサ１０は、コネクタ７から出力される画像信号に所定の画像処理を施すとともに、内視鏡装置１全体を制御する。表示装置１３は、プロセッサ１０が処理を施した画像信号を表示する。

内視鏡２の挿入部４の基端側には、内視鏡機能を操作する各種ボタン類やノブ類が設けられた操作部５が接続される。操作部５には、被検体内に生体鉗子、電気メスおよび検査プローブ等の処置具を挿入する処置具挿入口１７が設けられる。

挿入部４は、撮像装置が設けられる先端部３１と、先端部３１の基端側に連設された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とによって構成される。湾曲部３２内の湾曲管は、操作部５に設けられた湾曲操作用ノブの操作によって湾曲し、挿入部４内部に挿通された湾曲ワイヤの牽引弛緩にともない、たとえば上下左右の４方向に湾曲自在となっている。

内視鏡２には、光源装置９からの照明光を伝送するライトガイド（不図示）が配設され、ライトガイドによる照明光の出射端に照明レンズ（不図示）が配置される。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。

次に、内視鏡２の先端部３１の構成について詳細に説明する。図２は、内視鏡２先端の部分断面図である。図２は、内視鏡２の先端部３１に設けられた撮像装置の基板面に対して直交する面であって撮像装置の入射光の光軸方向と平行、かつ鉛直軸を含む面で切断した場合の断面図である。図２においては、内視鏡２の挿入部４の先端部３１と、湾曲部３２の一部を図示する。

図２に示すように、湾曲部３２は、湾曲管３４内部に挿通された湾曲ワイヤの牽引弛緩にともない、上下左右の４方向に湾曲自在である。この湾曲部３２の先端側に延設された先端部３１内部の上部に、撮像装置１００が設けられ、下部には各種処置具を延出させる処置具チャンネル３６が形成されている。

撮像装置１００は、レンズユニット４０と、レンズユニット４０の基端側に配置する撮像ユニット５０とを有し、接着剤で先端部３１の内側に接着される。先端部３１は、撮像装置１００を収容する内部空間を形成するための硬質部材で形成される。先端部３１の基端外周部は、図示しない柔軟な被覆管によって被覆されている。先端部３１よりも基端側の部材は、湾曲部３２が湾曲可能なように、柔軟な部材で構成されている。

レンズユニット４０は、複数の対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３と、対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を支持するレンズ支持部材４１とを有し、このレンズ支持持部材４１および対物レンズ４０ａ−１の上端が、先端部３１内部の先端固定部３５に挿嵌固定されることによって、先端部３１に固定される。

撮像ユニット５０は、レンズユニット４０の対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３から出射された光を反射させるプリズム５１、プリズム５１により反射された光を受光して光電変換を行うことにより電気信号を生成する受光部５２を有する撮像素子５３を備える。撮像素子５３は、受光部５２が水平となるように配置される横置き型であり、プリズム５１は受光部５２上に接着されている。また、撮像素子５３の基端には、電気ケーブル束の各信号ケーブル５５の先端が接続される。なお、撮像素子５３には、基板が接続され、該基板に処理回路５４を構成する電子部品および信号ケーブル５５が実装または接続されてもよい。

各信号ケーブル５５の基端は、挿入部４の基端方向に延伸する。電気ケーブル束は、挿入部４に挿通配置され、図１に示す操作部５およびユニバーサルコード６を介して、コネクタ７まで延設されている。

レンズ支持部材４１の一端から入射した光は、対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３によって集光され、プリズム５１に入射する。ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサ等から選択される受光部５２は、プリズム５１から照射された光を受光できる位置に形成され、受光した光を撮像信号に変換する。撮像信号は、撮像素子５３に接続される信号ケーブル５５およびコネクタ７を経由して、プロセッサ１０に出力される。本明細書において、レンズ支持部材４１の光が入射する側、すなわち対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３が配置される側を前端部といい、プリズム５１が配置される側を後端部という。

レンズ支持部材４１は撮像素子５３と接着剤により接着され、レンズ支持部材４１の後端、および撮像素子５３上のプリズム５１の組み付け位置の後端側は、封止樹脂５６により封止されている。

次に、撮像装置１００について説明する。図３Ａは、撮像装置１００の前面図である。図３Ｂは、撮像装置１００の上面図である。図３Ｃは、撮像装置１００の側面図である。図３Ｄは、図３ＢのＡ−Ａ線断面図である。

図３Ａ〜３Ｄに示すように、レンズ支持部材４１は板状をなし、入射光の光路となる溝部４２と、対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を嵌合させる嵌合部４３ａ−１〜４３ａ−３と、プリズム５１を嵌め合せ可能な切欠き４４が形成されている。

嵌合部４３ａ−１〜４３ａ−３は、対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を固定し、その間隔を保持できる構成とすればよい。本実施の形態１では、溝部４２の対向する側面に嵌合部４３ａ−１〜４３ａ−３を形成しているが、溝部４２の底面部も切削して嵌合部としてもよい。溝部４２の底面部にも嵌合部を形成することにより、先端部３１の小型化が可能となる。底面として溝部４２の底面部を切削して嵌合部を形成する際、貫通穴として対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３が撮像素子５３に接するような嵌合部としてもよい。あるいは、溝部４２の幅を対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３の径と同じくし、溝部４２の底面のみに嵌合部４３ａ−１〜４３ａ−３を形成してもよい。

切欠き４４は、プリズム５１を嵌め合せるために、レンズ支持部材４１の後端側に形成され、切欠き４４の光軸方向と平行な側面は、プリズム５１の光軸方向と平行な側面と接する長さに形成される。切欠き４４の光軸方向と平行な側面は、プリズム５１の光軸方向と平行な側面の一部と接するように形成されることにより、ピント調整を容易に行うことが可能となる。本実施の形態１では、プリズム５１を嵌め合せる構造として切欠き４４を採用しているが、切欠き４４の後端が閉じている開口部としてもよい。開口部とする場合は、開口部の光軸方向と平行な側面を、プリズム５１の光軸方向と平行な側面の一部と接するように形成するとともに、光軸方向と平行な側面の長さを、プリズム５１の実装面の光軸方向の長さより長くする。

本実施の形態１では、レンズ支持部材４１の幅Ｒ１は、撮像素子５３の幅Ｒ２と同じ長さとしているが、対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３の固定が可能であれば、撮像素子５３の幅Ｒ２より短くしてもよい。また、レンズ支持部材４１の厚さＲ３は、対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３の径Ｒ４より小さいことが好ましい。

撮像素子５３は、受光部５２と処理回路５４とを備えるとともに、信号ケーブル５５を接続する接続電極５７が形成されている。レンズ支持部材４１は、撮像素子５３のプリズム５１の実装面上に接続されている。

次に、本実施の形態１の撮像装置１００の製造方法について説明する。図４は、撮像装置１００の製造工程を示すフローチャートである。

まず、撮像素子５３の受光部５２表面にプリズム５１を実装し（ステップＳ１）、レンズ支持部材４１の嵌合部４３ａ−１〜４３ａ−３に、対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を嵌合し、接着剤により固定する（ステップＳ２）。

対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を固定したレンズ支持部材４１を、プリズム５１を実装した撮像素子５３上に載置する（ステップＳ３）。載置の際、レンズ支持部材４１の切欠き４４をプリズム５１に嵌め合せるようにして載置する。

レンズ支持部材４１を撮像素子５３上に載置した後、対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を保持したレンズ支持部材４１を光軸方向に移動することによりピント調整を行う（ステップＳ４）。ピント調整は、信号ケーブル５５の接続電極５７にプローブ等を当接して、出力画像により行うことが好ましい。

ピント調整によりレンズ支持部材４１の位置を規定した後、レンズ支持部材４１を撮像素子５３に接着固定する（ステップＳ５）。レンズ支持部材４１と撮像素子５３の固定は、あらかじめレンズ支持部材４１および／または撮像素子５３の表面に接着剤を塗布しておき、ピント調整終了後、加熱または紫外線照射等を行うことにより接着剤を硬化し接着すればよい。

本実施の形態１では、レンズ支持部材４１の嵌合部４３ａ−１〜４３ａ−３に対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を嵌合することにより対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を保持可能であるため、レンズを保持する外枠を有する部材を用いる必要がなく、撮像装置１００の小型化が可能となる。また、レンズ支持部材４１は、撮像素子５３に実装されたプリズム５１を嵌め合せ可能な切欠き４４を備え、該切欠き４４を介してレンズ支持部材４１を光軸方向に移動することにより、簡易にピント調整を行うことができる。さらに、本実施の形態１に係る撮像装置１００は、撮像素子５３に処理回路５４が形成されるため、電子部品実装用の基板を使用する必要がなく、内視鏡装置として使用する場合、先端部３１の短縮が可能となるとともに、基板と撮像素子との接続する工程等も省略することが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る撮像装置は、レンズ支持部材上に信号ケーブル５５の接続電極が形成される点で実施の形態１と異なる。図５Ａは、本実施の形態２に係る撮像装置の斜視図である。図５Ｂは、図５ＡのＢ−Ｂ線断面図である。

図５Ａおよび図５Ｂに示すように、レンズ支持部材４１Ａには、プリズム５１を嵌め合せ可能な開口部４４Ａが形成されるとともに、後端側に信号ケーブル５５を接続する接続電極５７が形成されている。接続電極５７は、裏面に形成される接続電極５８、ビア５９とともに貫通電極を形成する。

撮像素子５３Ａには、受光部５２および処理回路５４とともに、接続電極６０が形成され、レンズ支持部材４１Ａの接続電極５８と電気的に接続される。

次に、本実施の形態２の撮像装置１００Ａの製造方法について説明する。図６は、撮像装置１００Ａの製造工程を説明する図である。

実施の形態１と同様に、撮像素子５３Ａの受光部５２表面にプリズム５１を実装し、レンズ支持部材４１Ａの嵌合部４３ａ−１〜４３ａ−３に、対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を嵌合して、接着剤により固定する。対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を固定したレンズ支持部材４１Ａは、図６（ａ）に示すように、開口部４４Ａを介し、プリズム５１を実装した撮像素子５３Ａ上に載置する。載置の際、レンズ支持部材４１Ａの接続電極５８を撮像素子５３Ａの接続電極６０に当接するように載置する。

レンズ支持部材４１Ａを撮像素子５３Ａ上に載置した後、図６（ｂ）に示すように、対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を保持したレンズ支持部材４１Ａを光軸方向に移動してピント調整を行う。ピント調整は、接続電極５７にプローブ等を当接して、出力画像により行うことが好ましい。接続電極５８および６０は、ピント調整によって光軸方向の位置が調整された場合であっても、電気的接続が取れる長さに設計されることが好ましい。ピント調整後、レンズ支持部材４１Ａは撮像素子５３Ａに接着固定される。

本実施の形態２では、実施の形態１と同様にレンズ支持部材４１Ａの嵌合部４３ａ−１〜４３ａ−３に対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を嵌合することにより対物レンズ４０ａ−１〜４０ａ−３を保持可能であるため、レンズを保持する外枠を有する部材を用いる必要がなく、撮像装置１００Ａの小型化が可能となる。また、レンズ支持部材４１Ａは、撮像素子５３Ａに実装されたプリズム５１を嵌め合せ可能な開口部４４Ａを備え、開口部４４Ａを介してレンズ支持部材４１Ａを光軸方向に移動することにより、簡易にピント調整を行うことができる。さらに、本実施の形態２に係る撮像装置１００Ａは、撮像素子５３Ａに処理回路５４が形成されるため、電子部品実装用の基板を使用する必要がないため、内視鏡装置として使用する際、先端部３１の短縮が可能となるとともに、基板と撮像素子との接続する工程等も省略することが可能となる。

なお、実施の形態２のレンズ支持部材４１Ａは、貫通電極により撮像素子５３Ａと信号ケーブル５５とを電気的に接続しているが、接続電極５７および５８を、レンズ支持部材４１Ａの表面に形成した配線により接続してもよい。接続電極５７および５８を配線により接続する場合、レンズ支持部材４１Ａの後端側面に形成すればよい。

また、処理回路５４を撮像素子の前端部、すなわち、対物レンズ４０ａ−２〜４０ａ−３下部に形成すれば、撮像装置の小型化が可能となる。図７Ａは、本実施の形態２の変形例に係る撮像装置の斜視図である。図７Ｂは、図７ＡのＣ−Ｃ線断面図である。

図７Ａおよび図７Ｂに示すように、変形例に係る撮像装置１００Ｂは、処理回路５４が撮像素子５３Ｂの前端部に形成されるとともに、撮像素子５３Ｂのさらに前端側、対物レンズ４０ａ−１の下部に接続電極（図示しない）が形成されている。

レンズ支持部材４１Ｂの撮像素子５３Ｂとの接続面側には、撮像素子５３Ｂ側の接続電極と接続される接続電極（図示しない）が形成されている。また、レンズ支持部材４１Ｂの表面には、信号ケーブル５５が接続される接続電極５７と、撮像素子５３Ｂの撮像素子電極と接続される接続電極とを結ぶ配線が形成されている。

変形例にかかる撮像装置１００Ｂは、実施の形態２と同様に効果を奏するとともに、処理回路５４が撮像素子５３Ｂの前端部に形成されるため、内視鏡装置として使用する際、先端部３１のさらなる短縮が可能となる。

１ 内視鏡装置
２ 内視鏡
４ 挿入部
５ 操作部
６ ユニバーサルコード
７ コネクタ
９ 光源装置
１０ プロセッサ
１３ 表示装置
１７ 処置具挿入口
３１ 先端部
３２ 湾曲部
３３ 可撓管部
３４ 湾曲管
３５ 先端固定部
３６ 処置具チャンネル
４０ レンズユニット
４０ａ−１〜４０ａ−３ 対物レンズ
４１、４１Ａ、４１Ｂ レンズ支持部材
４２ 溝部
４３ａ−１〜４３ａ−３ 嵌合部
４４ 切欠き
４４Ａ 開口部
５０ 撮像ユニット
５１ プリズム
５２ 受光部
５３、５３Ａ、５３Ｂ 撮像素子
５４ 処理回路
５５ 信号ケーブル
５６ 封止樹脂
５７、５８、６０ 接続電極
５９ ビア
１００、１００Ａ、１００Ｂ 撮像装置

Claims (5)

1. 入射光を集光するレンズ群と、
   前記レンズ群を嵌合させる嵌合部が形成されたレンズ支持部材と、
   前記レンズ群が集光した光を反射させるプリズムと、
   前記プリズムにより反射された光を受光して光電変換を行うことにより電気信号を生成する受光部を有する撮像素子と、
   を備え、前記レンズ支持部材は、前記プリズムを嵌め合せ可能な切欠きまたは開口部を有し、前記撮像素子の前記プリズム実装面側に接続されることを特徴とする撮像装置。
2. 前記プリズムは、前記撮像素子の受光部表面に実装されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記切欠きまたは前記開口部の前記レンズ群の光軸方向と平行な側面は、前記プリズムの前記光軸方向と平行な側面の一部と接触し、
   前記開口部の前記光軸方向と平行な側面の長さは、前記プリズムの実装面の光軸方向の長さより長いことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記レンズ支持部材は、前記撮像素子との接続面側に接続電極が形成されるとともに、前記嵌合部が形成される面側にケーブル接続用の接続電極が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の撮像装置。
5. 生体内に挿入され、生体内部を撮像する撮像装置を備えた内視鏡装置において、
   前記撮像装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の撮像装置であることを特徴とする内視鏡装置。

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