WO2020009058A1 - 撮像モジュール及び内視鏡 - Google Patents

Abstract

撮像モジュールは、撮像素子と、発光素子と、撮像素子および発光素子を保持するケースと、を備える。ケースは、ケースの前面に開口する投光孔と、投光孔よりも後方に位置して発光素子を収容するライト収容部と、を有し、ライト収容部と投光孔とは、ケースの内部で連なるとともに、投光孔の後端部は発光素子の発光面に向けて開口している。投光孔の後端部の開口面積は発光素子の発光面の面積よりも小さい。

Description

撮像モジュール及び内視鏡

　本発明は、撮像モジュール及び内視鏡に関する。
　本願は、２０１８年７月２日に日本に出願された特願２０１８－１２５９０１号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来から、下記特許文献１に示されるように、内視鏡などに用いられる撮像モジュールが知られている。この撮像モジュールは、撮像素子および発光素子と、これらの素子を保持するケースとを、備えている。ケースには、その前面から後方に向けて窪むライト収容部が形成されており、このライト収容部に発光素子が収容されている。

日本国特開２００７－２５２８４３号公報

　特許文献１に記載の撮像モジュールを組み立てる際、その構造上、ケースの前方側に向かって発光素子が脱落しやすいという問題がある。

　本発明はこのような事情を考慮してなされ、発光素子が脱落するのを防止することができる撮像モジュール及び内視鏡を提供することを目的とする。

　本発明の第一態様に係る撮像モジュールは、撮像素子と、発光素子と、前記撮像素子および前記発光素子を保持するケースと、を備え、前記ケースは、前記ケースの前面に開口する投光孔と、前記投光孔よりも後方に位置して前記発光素子を収容するライト収容部と、を有し、前記ライト収容部と前記投光孔とは、前記ケースの内部で連なるとともに、前記投光孔の後端部は前記発光素子の発光面に向けて開口し、前記投光孔の後端部の開口面積は前記発光素子の発光面の面積よりも小さい。

　上記態様では、投光孔がライト収容部に連なるとともに、投光孔の後端部が発光素子の発光面に向けて開口している。このため、発光素子が発する光を、投光孔を通じて撮像モジュールの前方に出射させることができる。
　そして、投光孔の後端部の開口面積は発光素子の発光面の面積よりも小さいため、発光素子が投光孔を通して撮像モジュールの前方へと脱落してしまうことも抑止できる。さらに、投光孔の後端部の開口面積は発光素子の発光面の面積よりも小さいため、発光素子の位置決めがしやすい。

　前記投光孔は、前記投光孔の前側開口縁に向かうに従って前記投光孔の横断面積が大きくなるように傾斜したテーパ部を有していてもよい。

　この場合、発光素子が発した光が、テーパ部に沿って広がりながら撮像モジュールの前方に照射される。このため、撮像対象物を、投光孔の前方の開口部より広い範囲で照らすことが可能となる。

　前記テーパ部は、前記投光孔の後側開口縁から前側開口縁にかけて形成されていてもよい。

　この場合、発光素子が発した光が、より直接的にテーパ部に沿って前方に出射される。したがって、より効率よく撮像対象物を照らすことが可能となる。

　前記投光孔の内部には、透明樹脂が充填されていてもよい。

　この場合、投光孔の内部に汚れなどが溜まることを抑止できる。

　前記透明樹脂には、光拡散粒子が含まれていてもよい。

　この場合、発光素子が発した光が、投光孔を通過する際に光拡散粒子によって拡散されるため、撮像対象物をより広い範囲で照らすことが可能となる。

　前記発光面の面積Ａ１および前記投光孔の前端部の開口面積Ａ２が、Ａ１≦Ａ２を満足してもよい。

　この場合、発光面よりも広い面積を有する投光孔の前方の開口を通して光を出射させることができる。つまり、発光素子の位置決めのしやすさと、撮像対象物への投光範囲の広さとを両立させることができる。

　本発明の第二態様に係る内視鏡は、上記撮像モジュールを用いてもよい。

　本発明の上記態様によれば、発光素子が脱落するのを防止することができる撮像モジュール及び内視鏡を提供することができる。

本実施形態の撮像モジュールを備えた内視鏡の先端部の斜視図である。 図１の撮像モジュールを部分的に切断して断面を示した図である。 発光素子と配線との接続状態を示す斜視図である。 図２のＩＶ－ＩＶ断面矢視図である。 図２の断面部分を抜き出した図である。 ケースを後端側から見た斜視図である。 図４のＶＩＩ－ＶＩＩ断面矢視図である。 本実施形態の変形例にかかる撮像モジュールの断面図である。 本実施形態の変形例にかかる撮像モジュールの断面図である。 本実施形態の変形例にかかる撮像モジュールの断面図である。

　以下、本実施形態の撮像モジュール、および撮像モジュールを備えた内視鏡について図面に基づいて説明する。
　図１に示すように、内視鏡１は、撮像モジュール２と、チューブ３と、を備えている。撮像モジュール２は、撮像素子４と、発光素子５（図２参照）と、撮像素子４および発光素子５を保持するケース１０と、を備えている。ケース１０の外径がチューブ３の外径と同等となるように、ケース１０が略円柱状に形成されている。ケース１０は、チューブ３の先端に取り付けられている。

（方向定義）
　本実施形態では、ケース１０の中心軸を中心軸Ｏという。また、中心軸Ｏに沿う方向を長手方向Ｘという。長手方向Ｘのうち、チューブ３から見たケース１０側を前方（＋Ｘ側）といい、ケース１０から見たチューブ３側を後方（－Ｘ側）という。長手方向Ｘに直交する断面を横断面といい、横断面における面積を横断面積という。

　図１に示すように、撮像モジュール２は、発光素子５が発する光で内視鏡１の前方側を照射しつつ、撮像素子４で内視鏡１の前方側にある撮像対象物を撮像するように構成されている。また、ケース１０には、このケース１０を長手方向Ｘに沿って貫通する孔（チャネル１１）が形成されている。チャネル１１は、チューブ３の内部に連なっている。チャネル１１内に処置具を収容することで、内視鏡１をカテーテルとして用いることができる。処置具としては、例えば、各種鉗子、スネア、ガイドワイヤ、ステント、レーザ処置具、高周波処置具等が挙げられる。
　以下、各部の構成をより詳しく説明する。

（チューブ）
　図１に示すように、チューブ３は、略円筒状に形成されている。チューブ３は、可撓性を有している。チューブ３の材質としては、シリコン、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の絶縁性を有する材質を用いることができる。なお、チューブ３として、金属材料を用いてもよい。チューブ３の内部には、撮像モジュール２の各種配線が挿通されている。

（撮像素子）
　図１に示すように、撮像素子４は、ケース１０に形成されたカメラ収容部１２内に収容されている。撮像素子４としては、例えば、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）などを用いることができる。撮像素子４には、不図示の配線が接続されており、この配線はケース１０内およびチューブ３内に収容されている。

（発光素子）
　図２に示すように、本実施形態の撮像モジュール２は、撮像素子４を挟んで、２つの発光素子５を有している。２つの発光素子５は、ケース１０に形成された２つのライト収容部１３内に、それぞれ収容されている。２つの発光素子５の構成は同様である。ただし、撮像モジュール２が有する発光素子５の数は適宜変更してもよいし、異なる構成の発光素子５を組み合わせて用いてもよい。

　図３に示すように、発光素子５としては、表面実装型の発光ダイオードなどを用いることができる。本実施形態の発光素子５は、厚さ０．２５ｍｍ程度の平板状であり、長手方向Ｘの前方側から見て長方形状（矩形状）に形成されている。発光素子５は、前方を向く発光面５ａを有している。発光素子５の発光面５ａと反対の面５ｂには、配線６が半田等（図示略）で接続されている。図３では、配線６は２本であるが、配線６の数は適宜変更してもよい。図２に示すように、配線６は、チューブ３内に挿通されている。

（ケース）
　図１に示すようにケース１０は、チューブ３の前側の端部に取り付けられている。ケース１０の前面１０ａは、長手方向Ｘの前方側から見て略円形状に形成されている。本実施形態のケース１０は、ステンレスなどの金属材料を切削加工することで形成されている。ただし、ケース１０の材質や加工方法は適宜変更可能である。

　図２に示すようにケース１０には、チャネル１１と、カメラ収容部１２と、ライト収容部１３と、投光孔１４と、が形成されている。ライト収容部１３および投光孔１４は、撮像モジュール２が備える発光素子５の数にあわせて、それぞれ２つ形成されている。長手方向Ｘの前方側から見て、２つの投光孔１４は、カメラ収容部１２を挟んで配置されている。

　チャネル１１は、長手方向Ｘの前方側から見て略円形状に形成された貫通孔である。
　カメラ収容部１２は、長手方向Ｘの前方側から見て略正方形状に形成された貫通孔である。カメラ収容部１２の内部に、撮像素子４が嵌合されている。カメラ収容部１２の隅部には、ケース１０を切削加工する際の逃げ形状が形成されている。カメラ収容部１２と撮像素子４との間の隙間には、不図示の接着剤が充填されている。これにより、カメラ収容部１２内の隙間が埋められるとともに、撮像素子４がケース１０に固定される。

　図２に示すように、ライト収容部１３は、ケース１０の後端部から前方に向けて窪む凹部である。ライト収容部１３は、投光孔１４よりも後方に位置している。ライト収容部１３の内部に、発光素子５が発光面を前方に向くようにして収容されている。長手方向Ｘの前方側から見て、ライト収容部１３の内面と発光素子５との間には、隙間が設けられている。ライト収容部１３の内面と発光素子５との間の隙間には、絶縁性の樹脂２０が充填されている。
　図４に示すように、ライト収容部１３は、長手方向Ｘの前方側から見て、発光素子５よりも大きい略長方形状に形成されている。図４では、樹脂２０の図示を省略する。

　図２に示すように、投光孔１４は、ケース１０の前面１０ａから後方に向けて窪む凹部である。投光孔１４は、ケース１０の内部で、ライト収容部１３に連なっている。投光孔１４の後端部は、発光素子５の発光面５ａに向けて開口している。言い換えれば、投光孔１４とライト収容部１３とが連なることで、ケース１０を長手方向Ｘに沿って貫通する孔が形成される。

　図２に示すように、投光孔１４の内部には、透明樹脂７が充填されている。透明樹脂７としては、光透過性の高い樹脂を用いることができる。例えば、アクリルやＵＶ硬化樹脂などが透明樹脂７として好適である。透明樹脂７は、撮像モジュール２を製造する際に、発光素子５がライト収容部１３内に固定された後、投光孔１４の内部に充填および硬化される。
　透明樹脂７は、光を拡散させる性質を有する光拡散粒子を含んでいてもよい。光拡散粒子としては、アルミナ粒子などを好適に用いることができる。

　図５に示すように、投光孔１４は、ストレート部１４ａとテーパ部１４ｂとを有している。ストレート部１４ａの内面は、長手方向Ｘに沿って平行に延びている。テーパ部１４ｂのうち少なくとも一部の内面は、前側開口縁１４ｄに向かうに従って投光孔１４の横断面積が大きくなるように、長手方向Ｘに対して傾斜している。この形状により、投光孔１４の前端部の開口面積（前側開口縁１４ｄにおける投光孔１４の横断面積）が、投光孔１４の後端部の開口面積（後側開口縁１４ｃにおける投光孔１４の横断面積）よりも大きくなっている。また、発光面５ａの面積Ａ１および投光孔１４の前端部の開口面積Ａ２が、Ａ１≦Ａ２を満足している。

　投光孔１４の内面（ストレート部１４ａおよびテーパ部１４ｂの内面）には、鏡面加工が施されていてもよい。これにより、発光素子５が発した光が、投光孔１４を通過する際に投光孔１４の内面で反射するため、減衰することが抑制され、より効率よく撮像対象物を照らすことができる。

　図４及び図６に示すように、カメラ収容部１２の後端および２つのライト収容部１３の後端は、共通の凹部１６に連なっている。凹部１６は、ケース１０の＋Ｘ方向から－Ｘ方向に向けて窪むように形成されている。凹部１６は、後方から見て略台形状に形成されている。ケース１０を切削加工する場合、凹部１６を形成してからカメラ収容部１２およびライト収容部１３を形成することで、カメラ収容部１２およびライト収容部１３を形成する際の加工時間を短縮することができる。特に、カメラ収容部１２およびライト収容部１３は、撮像素子４および発光素子５を位置決めする部位であるため、比較的高い加工精度が要求される場合がある。このような場合でも、本実施形態のように凹部１６を設けることで、短い加工時間で高精度にケース１０を形成することができる。

（突き当て面）
　本実施形態では、図７に示すように、ライト収容部１３と投光孔１４とはケース１０の内部で連なっており、ライト収容部１３と投光孔１４との接続部分には、後方を向く段差２５が形成されている。本実施形態ではこの段差２５を、発光素子５の発光面５ａを突き当てる（接触させる）ための突き当て面１３ａとして用いている。

　図７に示すように、突き当て面１３ａは、ライト収容部１３の内面の一部である。突き当て面１３ａは、投光孔１４の後側開口縁１４ｃから外側に向かって広がるように延びている。この突き当て面１３ａに発光素子５の発光面５ａが接することで、発光素子５の長手方向Ｘにおける位置が決まる。投光孔１４の後端部の開口面積（後側開口縁１４ｃにおける投光孔１４の横断面積）は、発光面５ａの面積よりも小さい。

　本実施形態では、図４に示すように、投光孔１４の後側開口縁１４ｃおよび発光素子５の発光面５ａがいずれも略長方形状に形成されている。そして、後側開口縁１４ｃおよび発光面５ａの長辺の寸法は同等であり、短辺の寸法も同等である。一方、投光孔１４の後側開口縁１４ｃは、隅部が曲線となった略長方形状に形成されている。そして、突き当て面１３ａのうち、上記曲線の外側の部分が、発光素子５の発光面５aに接している。このため、発光面５ａの大部分は投光孔１４に対向しており、発光面５ａの角部５ｃが突き当て面１３ａに接することで、発光素子５の位置および姿勢が定まっている。図５では発光面５ａが突き当て面１３ａに接していないように見えるが、これは、図４に示すように、発光面５ａの角部５ｃのみが突き当て面１３ａに接しているためである。

（作用）
　以上説明したように、本実施形態では、投光孔１４がライト収容部１３に連なるとともに、投光孔１４の後端部が発光素子５の発光面５ａに向けて開口している。このため、発光素子５が発する光を、投光孔１４を通じて撮像モジュール２の前方に出射させることができる。

　そして、投光孔１４の後方の開口面積（後側開口縁１４ｃの内側の面積）が、発光面５ａの面積よりも小さくなっている構造であるため、例えば発光素子５が投光孔１４を通して撮像モジュール２の前方へと脱落してしまうことも抑止できる。

　また、投光孔１４の後方の開口面積（後側開口縁１４ｃの内側の面積）が、発光面５ａの面積よりも小さくなるように、撮像モジュール２が構成されているため、撮像モジュール２を組み立てる際は、ケース１０の後方から発光素子５をライト収容部１３内に収容する手順を採用することができる。したがって、発光素子５の配線６をライト収容部１３に挿通させる作業が不要となるとともに、ライト収容部１３内に発光素子５を固定する作業も行いやすい。また、撮像素子４やチャネル１１内に収容される処置具等もケース１０の後方から取り付ける場合が一般的であるため、これらの部品と発光素子５とを同様に組み付けることが可能となる。
　このように、上記態様の撮像モジュール２によれば、撮像モジュールの製造効率を向上させることができる。

　また、投光孔１４がテーパ部１４ｂを有しているため、発光素子５が発した光がテーパ部１４ｂに沿って広がりながら撮像モジュール２の前方に照射される。したがって、撮像対象物を、投光孔１４の前方の開口部より広い範囲で照らすことが可能となる。

　また、投光孔１４の内部に透明樹脂７が充填されていることで、投光孔１４の内部に汚れなどが溜まることを抑止できる。さらに、透明樹脂７が絶縁体として機能するため、発光素子５と撮像対象物とをより確実に絶縁することができる。

　また、透明樹脂７に光拡散粒子が含まれる場合には、発光素子５が発した光が、投光孔１４を通過する際に光拡散粒子によって拡散されるため、撮像対象物をより広い範囲で照らすことが可能となる。

　また、投光孔１４の後側開口縁１４ｃは、隅部が曲線となった略長方形状に形成されている。そして、突き当て面１３ａのうち、上記曲線の外側の部分が、発光素子５の発光面５aに接している。この構成により、発光面５ａの角部５ｃを突き当て面１３ａに突き当てつつ、角部５ｃ以外の大部分を投光孔１４に対向させることができる。したがって、発光素子５の位置決めを行いつつ、発光素子５が発した光をより効率よく投光孔１４を通して前方に照射させることができる。

　なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

　例えば、投光孔１４の形状を変更し、図８Ａ～図８Ｃに示すような形状を採用してもよい。
　図８Ａでは、投光孔１４がテーパ部１４ｂを有さず、ストレート部１４ａのみによって構成されている。また、投光孔１４の前側開口縁および後側開口縁の形状は互いに同様となっている。この場合、ケース１０の加工がより容易になる。

　図８Ｂでは、投光孔１４がストレート部１４ａを有さず、テーパ部１４ｂのみによって構成されている。また、テーパ部１４ｂは、投光孔１４の後側開口縁１４ｃから前側開口縁１４ｄにかけて形成される。この場合、発光素子５が発した光が、より直接的にテーパ部１４ｂに沿って前方に出射される。したがって、より効率よく撮像対象物を照らすことが可能となる。さらに、発光面５ａの面積Ａ１よりも投光孔１４の前端部の開口面積Ａ２を大きくすることができる。

　図８Ｃでは、投光孔１４がテーパ部１４ｂを有さず、横断面積の異なる２つのストレート部１４ａ１、１４ａ２を有している。第２ストレート部１４ａ２は、第１ストレート部１４ａ１よりも前方に位置し、ケース１０の前面１０ａに開口している。また、第２ストレート部１４ａ２の横断面積は、第１ストレート部１４ａ１の横断面積よりも大きい。この形状によれば、テーパ部１４ｂを形成する場合と比較してケース１０の加工が容易になるとともに、発光面５ａの面積Ａ１よりも投光孔１４の前方の開口面積Ａ２を大きくすることができる。

　また、前記実施形態における投光孔１４の後側開口縁１４ｃ（図４参照）は、隅部が曲線となった長方形状であったが、この後側開口縁の形状を変更してもよい。例えば、発光素子５の発光面５ａが正方形状であるとき、後側開口縁１４ｃを、発光面５ａの形状における隅部を曲線とした略正方形状としてもよい。同様に、発光面５ａがＮ角形状（多角形状）であるとき、後側開口縁１４ｃを、上記Ｎ角形状の隅部を曲線とした形状としてもよい。これらの場合でも、発光面５ａの角部５ｃを突き当て面１３ａに突き当てつつ、角部５ｃ以外の大部分を投光孔１４に対向させることができる。したがって、発光素子５の位置決めを行いつつ、発光素子５が発した光をより効率よく凹部を通して前方に照射させることができる。

　また、投光孔１４の後側開口縁１４ｃは、曲線部を有していなくてもよい。後側開口縁１４ｃの内側の面積（投光孔１４の後方の開口面積）が、発光素子５の発光面５ａの面積よりも小さければ、少なくとも発光面５ａを突き当て面１３ａに突き当てて発光素子５の位置決めを行うことが可能となる。

　その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

　本発明によれば、発光素子が脱落するのを防止することができる撮像モジュールを提供することができる。

　１…内視鏡　２…撮像モジュール　４…撮像素子　５…発光素子　５ａ…発光面　７…透明樹脂　１０…ケース　１３…ライト収容部　１３ａ…突き当て面　１４…投光孔　１４ｂ…テーパ部　１４ｃ…後側開口縁　

Claims (7)

1. 　撮像素子と、
   　発光素子と、
   　前記撮像素子および前記発光素子を保持するケースと、を備え、
   　前記ケースは、前記ケースの前面に開口する投光孔と、前記投光孔よりも後方に位置して前記発光素子を収容するライト収容部と、を有し、
   　前記ライト収容部と前記投光孔とは、前記ケースの内部で連なるとともに、前記投光孔の後端部は前記発光素子の発光面に向けて開口し、
   　前記投光孔の後端部の開口面積は前記発光素子の発光面の面積よりも小さい
   撮像モジュール。
2. 　前記投光孔は、前記投光孔の前側開口縁に向かうに従って前記投光孔の横断面積が大きくなるように傾斜したテーパ部を有している、請求項１に記載の撮像モジュール。
3. 　前記テーパ部は、前記投光孔の後側開口縁から前側開口縁にかけて形成されている、請求項２に記載の撮像モジュール。
4. 　前記投光孔の内部には、透明樹脂が充填されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
5. 　前記透明樹脂には、光拡散粒子が含まれている、請求項４に記載の撮像モジュール。
6. 　前記発光面の面積Ａ１および前記投光孔の前端部の開口面積Ａ２が、Ａ１≦Ａ２を満足する、請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像モジュールを用いた内視鏡。

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