WO2018078767A1 - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

内視鏡９０は、硬性先端部９Ａを含む挿入部９Ｂと、前記挿入部９Ｂの後部に配設された把持部９Ｃと、を有し、前記硬性先端部９Ａに、第１の貫通孔Ｈ１０と第２の貫通孔Ｈ４０とがあり、前記第１の貫通孔Ｈ１０に挿入されている、複数の光学素子２１～２６と、撮像素子１１を含む複数の半導体素子３１～３６と、の積層体を有する撮像ユニット１０が、前記撮像素子１１を含む第１のブロック２０と、光軸直交方向の面積が前記第１のブロック２０よりも小さい第２のブロック３０と、からなり、前記第１のブロック２０を光軸方向に延長した空間Ｓ２０と前記第２のブロック３０を光軸直交方向に延長した空間Ｓ２０とが重畳している収容空間Ｓ４０に、前記第２の貫通孔Ｈ４０に先端部が挿入されている構成部材である送水送気管４０の一部が配設されている。

Description

内視鏡

　本発明は、撮像素子を含む複数の半導体素子の積層体を有する撮像ユニットが硬性先端部に具備する内視鏡に関する。

　内視鏡は、硬性先端部に撮像ユニットが配設された挿入部を、例えば、患者等の体内に挿入することによって体内の画像を取得する。日本国特開２００５－３３４５０９号公報には、駆動回路を構成するコンデンサ、抵抗およびＩＣ等の電子部品が実装された配線板が、撮像素子の裏面に接合されている撮像ユニットが開示されている。

　電子部品が実装された配線板を有する撮像ユニットは、光軸方向の長さが長くなる。このため、内視鏡の硬性先端部の短小化は容易ではない。

　近年、コンデンサ等の電子部品と同じ機能を有するプレーナ型デバイス（薄膜部品）が形成された半導体素子が開発されている。プレーナ型デバイスが形成された複数の半導体素子が撮像素子とともに積層された積層体により、撮像ユニットの短小化を図ることができる。

　ここで、硬性先端部には、撮像ユニット以外の構成部材、例えば、送水送気管が配設される。送水送気管は、硬性先端部の貫通孔に挿入されている送水パイプと、送水パイプの後部に接続されている可撓性の送水チューブと、送水パイプと送水チューブとの接続部に巻回されている糸部材と、からなる。送水送気管の硬性先端部におけるレイアウトを、外径が最も大きい糸巻部に合わせて設計すると、硬性先端部の外径が大きくなる。

特開２００５－３３４５０９号公報

　本発明は、硬性先端部が短小かつ細径で低侵襲の内視鏡を提供することを目的とする。

　本発明の実施形態の内視鏡は、硬性先端部を含む挿入部と、前記挿入部の後部に配設された把持部と、を有する内視鏡であって、前記硬性先端部に、第１の貫通孔と第２の貫通孔とがあり、前記第１の貫通孔に挿入されている、複数の光学素子と、撮像素子を含む複数の半導体素子との積層体を有する撮像ユニットが、前記撮像素子を含む第１のブロックと、光軸直交方向の面積が前記第１のブロックよりも小さい第２のブロックと、からなり、前記第１のブロックを光軸方向に延長した空間と前記第２のブロックを光軸直交方向に延長した空間とが重畳している収容空間に、前記第２の貫通孔に先端部が挿入されている構成部材の一部が配設されている。

　本発明によれば、硬性先端部が短小かつ細径で低侵襲の内視鏡を提供できる。

第１実施形態の内視鏡の斜視図である。 第１実施形態の内視鏡の硬性先端部の斜視図である。 第１実施形態の内視鏡の硬性先端部の図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 第１実施形態の内視鏡の硬性先端部の図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 第１実施形態の内視鏡の硬性先端部の図３のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 第１実施形態の内視鏡の撮像ユニットの斜視図である。 第２実施形態の内視鏡の硬性先端部の断面図である。 第２実施形態の内視鏡の硬性先端部の図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。 第３実施形態の内視鏡の撮像ユニットの斜視図である。 第３実施形態の内視鏡の硬性先端部の正面図である。

＜第１実施形態＞
　図１に示すように、本実施形態の内視鏡９０は、撮像ユニット１０が硬性先端部９Ａに収容された挿入部９Ｂと、挿入部９Ｂの後部に配設された把持部９Ｃと、把持部９Ｃから延出するユニバーサルコード９Ｄと、を具備する。ユニバーサルコード９Ｄには、撮像ユニット１０と接続されている信号ケーブル３８が挿通している。

　図２～図５に示す様に、内視鏡９０の硬性先端部９Ａには、撮像ユニット１０だけでなく、構成部材である送水送気管４０が配設されている。なお、後述するように、硬性先端部９Ａに配設されている構成部材は送水送気管４０に限られるものではない。

　なお、以下の説明において、各実施形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、夫々の部分の厚さの比率および相対角度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。また、一部の構成要素の図示を省略する場合がある。

　また、光軸方向のうち、第１のブロック２０の配置されている方向（Ｚ軸値増加方向）を先端側または前側、第２のブロック３０の配置されている方向（Ｚ軸値減少方向）を後側という。

　金属または硬質樹脂からなる硬性先端部９Ａには、第１の貫通孔Ｈ１０と第２の貫通孔Ｈ４０がある。第１の貫通孔には撮像ユニット１０が挿入されており、第２の貫通孔Ｈ４０には送水送気管４０が挿入されている。

　撮像ユニット１０は、複数の光学部材２１～２６を含むレンズユニットと、撮像素子１１を含む複数の半導体素子３１～３６の積層体と、を有する。

　そして、図６に示す様に、撮像ユニット１０は、レンズユニットと撮像素子１１とを含む直方体の第１のブロック２０と、直方体の第２のブロック３０とからなる。第１のブロック２０の後面の第１の半導体素子３１に、第２のブロック３０の前面の第２の半導体素子３２が接合されている。第２のブロック３０は、第１のブロック２０よりも光軸直交方向の面積（平面視寸法）が小さい。このため、第１のブロック２０を光軸方向に延長した空間Ｓ２０と第２のブロック３０を光軸直交方向に延長した空間Ｓ３０とが重畳している収容空間Ｓ４０がある。

　すなわち、撮像ユニット１０では、平面視寸法が第１のブロック２０よりも小さい第２のブロック３０は、３つの側面が第１のブロック２０の３つの側面とそれぞれ同一平面上にあり、１つの側面が、第１のブロック２０の側面よりも光軸側に位置している。第１のブロック２０および第２のブロック３０は、共に平面視矩形で、横幅（Ｘ方向寸法）が同じで、高さ（Ｙ軸方向寸法）が異なる。そして高さ方向の一辺が重なり合うように接合されている。

　一方、送水送気管４０は、第２の貫通孔Ｈ４０に挿入されている第１の円筒部材である送水パイプ４１と、送水パイプ４１の後端部の外周に差し込まれている、第２の円筒部材である可撓性の送水チューブ４２と、送水パイプ４１と送水チューブ４２との接続部を巻回している糸部材４３と、からなる。すなわち、送水チューブ４２は送水パイプ４１の後部と接続されている。

　図示しない接着剤により糸部材４３が固定されることにより、送水チューブ４２は送水パイプ４１に強固に固定されている。糸部材４３の材質は、例えば、ポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、あるいはポリフッ化ビニリデンである。接着剤は、例えば、エポキシ樹脂系接着剤である。糸部材４３の直径は、例えば、０．０５ｍｍから０．３ｍｍである。

　そして、収容空間Ｓ４０には、第２の貫通孔Ｈ４０に先端部が挿入されている送水送気管４０の一部である糸部材４３の一部および送水チューブ４２の一部が配設されている。言い替えれば、送水送気管４０は光軸直交方向の断面形状が円形であり、外周部の一部である糸部材４３等が収容空間Ｓ４０に配設されている。

　ここで、収容空間Ｓ４０は撮像ユニット１０の構成により生じている空間であるが、その収容空間Ｓ４０に撮像ユニット１０とは直接には関係の無い構成部材である送水送気管４０の一部が配設されている。すなわち、送水送気管４０は、撮像ユニット１０とは電気的に接続されていない。

　内視鏡９０の硬性先端部９Ａは、収容空間Ｓ４０に送水送気管４０の一部が配設されているため、細径で低侵襲である。

　例えば、硬性先端部９Ａの外径が約３ｍｍの内視鏡では、本発明の構成により、硬性先端部９Ａの外径の外径を０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度、小さくすることが可能である。

　次に、内視鏡９０の構成要素について詳細を説明する。

　撮像ユニット１０の第１のブロック２０は、先端の凹レンズ２１と絞りが配設されている透明板２２とスペーサ２３と凸レンズを構成している透明板２４とスペーサ２５とカバーガラス２６と撮像素子１１と第１の半導体素子３１とからなる。

　凹レンズ２１～カバーガラス２６を介して、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ受光素子である撮像素子１１に入射した光は、撮像信号に光電変換され、撮像信号は、図示しない貫通配線を介して裏面の電極に伝送される。撮像素子１１と第１の半導体素子３１とは、図示しないバンプ等の接合部を介して接続されている。

　撮像ユニット１０の第２のブロック３０は、第２の半導体素子３２と第３の半導体素子３３と第４の半導体素子３４と第５の半導体素子３５と第６の半導体素子３６とからなる。第２の半導体素子３２～第６の半導体素子３６も、図示しない貫通配線およびバンプを介して接続されている。なお、素子の間は、封止樹脂層（アンダーフィル）により封止されている。封止樹脂層は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂またはポリビニル樹脂等の絶縁樹脂からなる。

　第１の半導体素子３１～第６の半導体素子３６には、それぞれ、コンデンサ、抵抗もしくはバッファ等の電子部品機能回路、または、ノイズ除去回路もしくはアナログデジタル変換回路等の信号処理回路を構成しているプレーナ型デバイスが形成されている。第６の半導体素子３６の裏面には、配線板３７を介して信号ケーブル３８が接続されている。

　半導体素子３１～３６の厚さは、３０μｍ～１００μｍ程度である。また、プレーナ型デバイスは、それぞれの半導体素子３１～３６の片面だけに形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよい。また、半導体素子３１～３６の数は２つ以上であればよく、本実施例のように６つに限定されるものではない。

　第１のブロック２０および第２のブロック３０は、いわゆるウエハレベル構造体である。例えば、第１のブロック２０は、それぞれが複数の光学素子２１～２６を含む複数の光学ウエハ、複数の撮像素子１１を含む撮像素子ウエハ、および、複数の第１の半導体素子３１を含む複数の半導体ウエハが接合された積層ウエハの切断により作製される。光軸直交方向の面積が異なる第１のブロック２０と第２のブロック３０とは、それぞれの積層ウエハを切断後に接合される。

　もちろん、生産性が良くはないが、複数の素子を含む素子ウエハを切断後に、素子を接合することで、第１のブロック２０等を作製してもよい。逆に、全てのウエハを積層した積層ウエハを作製し、いわゆるステップカットダイシングにより、プレーナ型デバイス等が形成されていない領域を研削することで、収容空間Ｓ４０を作製してもよい。また、エッチングによりプレーナ型デバイス等が形成されていない領域を除去することで、収容空間Ｓ４０を作製してもよい。

　なお、第１のブロック２０は撮像素子１１が含まれていればよく、第１の半導体素子３１が第２のブロック３０に含まれていてもよい。逆に、複数の半導体素子が第１のブロック２０に含まれていてもよい。また、第２のブロック３０は少なくとも１つの半導体素子を有していればよい。

　図５に示したように、内視鏡９０の硬性先端部９Ａでは、第２の貫通孔Ｈ４０の後部開口よりも後ろに位置している第１の貫通孔Ｈ１０の後部は１面が開口の溝Ｔ２０である。そして、溝Ｔ２０の一部が収容空間Ｓ４０を構成している。このため、第１の貫通孔Ｈ１０および溝Ｔ２０に、撮像ユニット１０を挿入した後に、第２の貫通孔Ｈ４０に送水送気管４０を挿入することで、収容空間Ｓ４０に外径の大きい糸部材４３を配設することができる。このため、内視鏡９０は製造が容易である。

＜第２実施形態＞
　第２実施形態の内視鏡９０Ａは、内視鏡９０と類似し同じ効果を奏するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

　図７および図８に示す様に、内視鏡９０Ａでは、構成部材である送水送気管４０の金属からなる送水パイプ４１に、第１のブロック２０の後面と当接している、例えば銅からなる金属部材４５が配設されている。すなわち、金属部材４５を介して、撮像ユニット１０が発生した熱が送水送気管４０に伝熱されるように構成されている。

　金属部材４５と第１のブロック２０の後面との当接面は広いため、効率的に伝熱することができる。なお、銅からなる金属部材４５に替えて、アルミニウム、シリコン、ＡｌＮ、グラファイト金属複合材料等の高熱伝導率材料からなる高熱伝導率部材を用いてもよい。

＜第３実施形態＞
　第３実施形態の内視鏡９０Ｂは、内視鏡９０と類似し同じ効果を奏するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

　図９に示す様に、内視鏡９０Ｂの撮像ユニット１０Ｂでは、第２のブロック３０Ｂの周囲に４つの収容空間Ｓ４０Ａ、Ｓ５０Ａ、Ｓ６０Ａ、Ｓ７０Ａがある。すなわち、撮像ユニット１０Ｂでは、平面視寸法が第１のブロック２０Ｂよりも小さい第２のブロック３０Ｂは、第１のブロック２０Ｂの後面の略中央に接合されている。そして図１０に示す様に、硬性先端部９Ａに５つの貫通孔Ｈ１０、Ｈ４０、Ｈ５０、Ｈ６０、Ｈ７０がある。

　中央の平面視矩形の貫通孔Ｈ１０には、撮像ユニット１０Ｂが挿入されている。平面視円形の貫通孔Ｈ４０には、送水送気管４０が挿入されている。平面視円形の貫通孔Ｈ５０、Ｈ６０には、それぞれライトガイド５０、６０が挿入されている。そして、平面視円形の貫通孔Ｈ７０には、処置具チャンネル７０が挿入されている。

　ライトガイド５０、６０は、複数の細い光ファイバが束ねられ、外周は外皮に覆われている。貫通孔Ｈ５０、Ｈ６０に挿入されている先端部からは外皮が取り去られている。先端部の後部には、複数の光ファイバを巻回している糸部材がある。そして、糸部材の一部が、収容空間Ｓ５０Ａ、Ｓ６０Ａ、に配設されている。

　また、貫通孔Ｈ７０に挿入されている処置具チャンネル７０は、送水送気管４０と略同じ構成であり、先端パイプと、可撓性のチャンネルチューブと、接続部を巻回している糸部材と、からなる。そして、糸部材の一部が、収容空間Ｓ７０Ａ、に配設されている。

　以上の説明のように、内視鏡９０Ｂでは硬性先端部９Ａに、少なくとも、さらに第３の貫通孔Ｈ５０があり、収容空間Ｓ５０Ａに、第３の貫通孔Ｈ５０に先端部が挿入されている第２の構成部材であるライトガイド５０の一部が配設されている。

　もちろん、内視鏡９０、９０Ａにおいても、第２の構成部材が、処置具チャンネルであってもよい。さらに、貫通孔Ｈ４０に先端部が挿入されている構成部材が、処置具チャンネルであってもよい。さらに、内視鏡９０Ｂのように、硬性先端部９Ａに、４以上の貫通孔があってもよいし、複数の構成部材が同じ構成であってもよい。また、収容空間が、第２のブロックの２側面の上部、または３側面の上部にあってもよい。

　また、実施形態１～３では、貫通孔に先端部が挿入されている構成部材は、いずれも光軸直交方向の外周面の断面形状（平面視形状）が円形であったが、矩形または多角形等の部材であってもよい。さらに、収容空間に配設されている構成部材が、金属部材４５のように構成部材の外周の一部から突出している部材であってもよい。

　また、内視鏡９０等は軟性鏡であるが、硬性鏡でもよいし、医療用内視鏡でも工業用内視鏡でもよい。

　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

９Ａ・・・硬性先端部
９Ｂ・・・挿入部
９Ｃ・・・把持部
９Ｄ・・・ユニバーサルコード
１０・・・撮像ユニット
１１・・・撮像素子
２０・・・第１のブロック
２１～２６・・・光学部材
３０・・・第２のブロック
３１～３６・・・半導体素子
３７・・・配線板
３８・・・信号ケーブル
４０・・・送水送気管
４１・・・送水パイプ
４２・・・送水チューブ
４３・・・糸部材
４５・・・金属部材
５０・・・ライトガイド
７０・・・処置具チャンネル
９０、９０Ａ、９０Ｂ・・・内視鏡
Ｈ１０・・・第１の貫通孔
Ｈ２０・・・第２の貫通孔
Ｓ４０・・・収容空間
Ｔ２０・・・溝

Claims (6)

1. 　硬性先端部を含む挿入部と、前記挿入部の後部に配設された把持部と、を有する内視鏡であって、
   　前記硬性先端部に、第１の貫通孔と第２の貫通孔とがあり、
   　前記第１の貫通孔に挿入されている、複数の光学素子と、撮像素子を含む複数の半導体素子と、の積層体を有する撮像ユニットが、前記撮像素子を含む第１のブロックと、光軸直交方向の面積が前記第１のブロックよりも小さい第２のブロックと、からなり、
   　前記第１のブロックを光軸方向に延長した空間と前記第２のブロックを光軸直交方向に延長した空間とが重畳している収容空間に、前記第２の貫通孔に先端部が挿入されている構成部材の一部が配設されていることを特徴とする内視鏡。
2. 　前記第２の貫通孔に挿入されている前記構成部材が前記光軸直交方向の断面形状が円形で、前記構成部材の外周部の一部が、前記収容空間に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
3. 　前記構成部材が、前記第２の貫通孔に挿入されている第１の円筒部材と、前記第１の円筒部材の後部と接続されている第２の円筒部材と、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材との接続部を巻回している糸部材と、からなり、
   　前記糸部材の一部が、前記収容空間に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡。
4. 　前記硬性先端部に、さらに第３の貫通孔があり、
   　前記第１のブロックを光軸方向に延長した空間と前記第２のブロックを光軸直交方向に延長した空間とが重畳している第２の収容空間に、前記第３の貫通孔に先端部が挿入されている第２の構成部材の一部が配設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内視鏡。
5. 　前記構成部材が、送水送気管、処置具チャンネルまたはライトガイドの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡。
6. 　前記構成部材に、前記第１のブロックの後面と当接している金属部材が配設されており、
   　前記金属部材を介して、前記撮像ユニットが発生した熱が、前記構成部材に伝熱されるように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内視鏡。

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