WO2020148820A1 - 内視鏡先端構造、および内視鏡 - Google Patents

Abstract

枠体内に撮像モジュールを精密な位置精度で組み付け可能な内視鏡先端構造および内視鏡を提供する。本発明の内視鏡先端構造は、光学ユニットと、撮像素子と、回路基板と、電子部品と、ケーブルと、前記回路基板の電子部品実装領域から前記ケーブルの実装領域までを封止する樹脂封止部と、前記樹脂封止部の外周に突出する凸部と、を有する撮像モジュールと、前記光学ユニットの光軸方向に貫通し、側面の一部が開口する貫通孔を有し、基端部に設けられている挿入口から前記貫通孔に前記撮像モジュールを挿通した状態で保持する枠体と、前記凸部と、前記貫通孔の開口する側面とを接着する第１の接着剤と、前記枠体の貫通孔と、前記貫通孔に挿通されている撮像モジュールとの隙間に充填されて、前記枠体と前記撮像モジュールとを接着する第２の接着剤と、を備える。

Description

内視鏡先端構造、および内視鏡

　本発明は、内視鏡先端構造、および内視鏡に関する。

　従来、内視鏡は、先端に撮像モジュールが設けられた細長形状をなす可撓性の挿入部を患者等の被検体内に挿入することによって、先端部に配置された撮像モジュールにより被検体内の画像データを取得し、外部の情報処理装置に画像データを送信する。撮像モジュールは、撮像素子の保護の観点から、金属製の枠体に挿入され、枠体の内部には、撮像素子に加わる応力の軽減や、水分等による影響を緩和し、撮像素子の位置を固定するために、熱硬化性樹脂等からなる接着剤が注入されている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００１－１２８９３０号公報

　撮像モジュールの組立は、枠体内に撮像モジュールを挿入した後、接着剤を充填し硬化させるが、接着剤の硬化時に接着する母材と接着剤の熱膨張、熱収縮が生じるため、枠体内の撮像モジュールの位置ずれが生じるおそれがあった。また、粘度が低い接着剤を使用する場合、接着剤の流出が生じるという問題も有していた。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、枠体内に撮像モジュールを精密な位置精度で組み付け可能な内視鏡先端構造および内視鏡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、本発明に係る内視鏡先端構造は、光学ユニットと、撮像素子と、回路基板と、電子部品と、ケーブルと、前記回路基板の電子部品実装領域から前記ケーブルの実装領域までを封止する樹脂封止部と、前記樹脂封止部の外周に突出する凸部と、を有する撮像モジュールと、前記光学ユニットの光軸方向に貫通し、側面の一部が開口する貫通孔を有し、基端部に設けられている挿入口から前記貫通孔に前記撮像モジュールを挿通した状態で保持する枠体と、前記凸部と、前記貫通孔の開口する側面とを接着する第１の接着剤と、前記枠体の貫通孔と、前記貫通孔に挿通されている撮像モジュールとの隙間に充填されて、前記枠体と前記撮像モジュールとを接着する第２の接着剤と、を備える。

　また、本発明に係る内視鏡先端構造は、上記発明において、前記凸部は、前記貫通孔の側面の一部の開口から目視可能な前記樹脂封止部の外周に形成されている。

　また、本発明に係る内視鏡先端構造は、上記発明において、前記凸部は、前記樹脂封止部の側面の光軸方向の同じ位置に、前記貫通孔の開口する側面と対向して２つ形成されている。

　また、本発明に係る内視鏡先端構造は、上記発明において、前記第２の接着剤は、前記第１の接着剤よりも硬化後の硬度が小さい。

　また、本発明に係る内視鏡先端構造は、上記発明において、前記第１の接着剤は、前記第２の接着剤よりも硬化前の粘度が高い。

　また、本発明に係る内視鏡先端構造は、上記発明において、前記第１の接着剤は紫外線硬化型接着剤であり、前記第２の接着剤は熱硬化型接着剤である。

　また、本発明に係る内視鏡は、上記のいずれか一つに記載の内視鏡先端構造を備えている。

　本発明によれば、枠体内の撮像モジュールの位置ずれを防止できるため、枠体内に撮像モジュールを精密な位置精度で組み付けることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係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２は、図１の内視鏡システムで使用する内視鏡先端構造の斜視図である。 図３は、図２の内視鏡先端構造で使用する撮像モジュールの上面図である。 図４は、図２の内視鏡先端構造の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。 図５は、本発明の実施の形態の変形例１に係る内視鏡先端構造の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。 図６は、本発明の実施の形態の変形例２に係る撮像ユニットの（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。 図７は、本発明の実施の形態の変形例３に係る撮像ユニットの（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。 図８は、本発明の実施の形態の変形例４に係る撮像ユニットの（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。 図９は、本発明の実施の形態の変形例５に係る内視鏡先端構造の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。

　以下、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、内視鏡先端構造を備えた内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。さらに、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は、各図で例示された形状、大きさおよび位置関係のみに限定されるものではない。さらにまた、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）
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システム１の全体構成を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる内視鏡システム１は、被検体内に導入され、被検体の体内を撮像することによって被検体内の画像信号を生成する内視鏡２と、内視鏡２が撮像した画像信号に所定の画像処理を施すとともに内視鏡システム１の各部を制御する情報処理装置３と、内視鏡２の照明光を生成する光源装置４と、情報処理装置３による画像処理後の画像信号を画像表示する表示装置５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の基端部側であって術者が把持する操作部７と、操作部７から延伸する可撓性のユニバーサルコード８と、を備える。

　挿入部６は、照明ファイバからなるライトガイド、電気ケーブルまたは光ファイバ等を用いて実現される。挿入部６は、後述する撮像装置を内蔵した先端部６ａと、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部６ｂと、湾曲部６ｂの基端部側に設けられた可撓性を有する可撓管部６ｃと、を有する。先端部６ａには、照明レンズを経由して被検体内を照明する照明部、被検体内を撮像する観察部、処置具用チャンネルを連通する開口部および送気・送水用ノズル（図示せず）が設けられている。

　操作部７は、湾曲部６ｂを上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ７ａと、被検体の体腔内に生体鉗子、レーザメス等の処置具が挿入される処置具挿入部７ｂと、情報処理装置３、光源装置４、送気装置、送水装置および送ガス装置等の周辺機器の操作を行う複数のスイッチ部７ｃと、を有する。処置具挿入部７ｂから挿入された処置具は、内部に設けられた処置具用チャンネルを経て挿入部６先端の開口から表出する。

　ユニバーサルコード８は、照明ファイバからなるライトガイド、ケーブル等を用いて構成される。ユニバーサルコード８は、基端で分岐しており、分岐した一方の端部がコネクタ８ａであり、他方の基端がコネクタ８ｂである。コネクタ８ａは、情報処理装置３のコネクタに対して着脱自在である。コネクタ８ｂは、光源装置４に対して着脱自在である。ユニバーサルコード８は、光源装置４から出射された照明光を、コネクタ８ｂ、および照明ファイバからなるライトガイドを経由して先端部６ａに伝播する。また、ユニバーサルコード８は、後述する撮像装置が撮像した画像信号を、ケーブルおよびコネクタ８ａを経由して情報処理装置３に伝送する。

　情報処理装置３は、コネクタ８ａ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、内視鏡システム１全体を制御する。

　光源装置４は、光を発する光源や、集光レンズ等を用いて構成される。光源装置４は、情報処理装置３の制御のもと、光源から光を発し、コネクタ８ｂおよびユニバーサルコード８の照明ファイバからなるライトガイドを経由して接続された内視鏡２へ、被写体である被検体内に対する照明光として供給する。

　表示装置５は、液晶または有機ＥＬ（Electro　Luminescence）を用いた表示ディスプレイ等を用いて構成される。表示装置５は、映像ケーブル５ａを経由して情報処理装置３によって所定の画像処理が施された画像を含む各種情報を表示する。これにより、術者は、表示装置５が表示する画像（体内画像）を見ながら内視鏡２を操作することにより、被検体内の所望の位置の観察および症状を判定することができる。

　次に、内視鏡２の先端部６ａに配置される内視鏡先端構造について詳細に説明する。図２は、図１の内視鏡システム１で使用する内視鏡先端構造１００の斜視図である。図３は、図２の内視鏡先端構造１００で使用する撮像モジュール２０の上面図である。図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係る内視鏡先端構造１００の上面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ線での断面図である。

　内視鏡先端構造１００は、撮像モジュール２０と、光学ユニット１０の光軸方向に貫通し、側面の一部が開口する貫通孔３６を有し、基端部に設けられている挿入口３６ｃ（図２未記載。図４に記載。）から貫通孔３６に撮像モジュール２０を挿通した状態で保持する枠体３０と、凸部１９と貫通孔３６の開口する側面とを接着する第１の接着剤６０と、枠体３０の貫通孔３６と、貫通孔３６に挿通されている撮像モジュール２０との隙間に充填されて、枠体３０と撮像モジュール２０とを接着する第２の接着剤６１と、を備える。

　撮像モジュール２０は、被写体を結像する光学ユニット１０と、光学ユニット１０が結像した被写体像を光電変換して、画像信号を生成する撮像素子１１と、撮像素子１１および電子部品１７が実装されている回路基板１２と、回路基板１２に接続されているケーブル１３と、回路基板１２の電子部品実装領域からケーブル１３の実装領域までを封止する樹脂封止部１６と、樹脂封止部１６の外周に突出する凸部１９と、を備える。

　光学ユニット１０は、図示しない複数の対物レンズと、カバーガラスを保持するレンズホルダを有する。

　撮像素子１１は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどから構成され、撮像素子１１の受光部は、カバーガラスにより覆われて接着されている。撮像素子１１は、撮像素子枠２１に保持され、撮像素子枠２１と光学ユニット１０のレンズホルダとが嵌合されている。

　回路基板１２は、表面に配線パターン１８および接続電極が形成され、各接続電極に、撮像素子１１、撮像素子１１を駆動する電子部品１７、および撮像素子１１に電源を供給、あるいは撮像素子１１へ信号を入力または出力する複数のケーブル１３の芯線１５が、電気的および機械的に接続されている。ケーブル１３は、端部の外皮１４が削除されて芯線が露出している。

　樹脂封止部１６は、回路基板１２の電子部品実装領域からケーブル１３の実装領域までを封止する。樹脂封止部１６は、電子部品１７と回路基板１２との接続部、回路基板１２とケーブル１３との接続部を保護する。

　凸部１９は、貫通孔３６の側面の一部の開口から目視可能な樹脂封止部１６の外周に、樹脂封止部１６の外周の光軸方向の同じ位置に、貫通孔３６の側面に対向して２つ形成されている。凸部１９は、樹脂封止部１６と同じ樹脂からなり、樹脂封止部１６および凸部１９の形状を有する金型を使用し、射出成型で形成される。凸部１９は矩形柱状をなしているが、円柱状、半球状、円錐状、四角錘状でもよい。凸部１９の距離ｈ１は、貫通孔３６ｂへの撮像モジュール２０の挿通のしやすさ、および第１の接着剤６０の使用量の低減の観点から、貫通孔３６ｂと樹脂封止部１６との間の隙間の距離ｈ２の５０％～７０％であることが好ましい。

　枠体３０は、先端枠部３１と、基端枠部３２と、からなり、被覆管で覆われる基端枠部３２は、先端枠部３１よりも小径に形成されている。枠体３０は、貫通孔３６、３８、３９を有し、貫通孔３６、３８、３９に撮像モジュール２０、ライトガイド４０、および処置具等のチャンネルチューブ５０をそれぞれ挿通することにより、撮像モジュール２０、処置具等のチャンネルチューブ５０、およびライトガイド４０を保持、固定する。枠体３０の先端面には、観察窓３３、照明窓３４、および処置具口３５が設けられている。

　貫通孔３６は、先端枠部３１から基端枠部３２まで光軸方向に貫通して設けられており、先端枠部３１内の貫通孔３６ａは、光学ユニット１０および撮像素子枠１１を嵌合させる同心円の段部を有する円筒形状に形成され、基端枠部３２内の貫通孔３６ｂは、樹脂封止部１６の形状よりも大きい矩形柱状をなしている。基端枠部３２は、貫通孔３６ｂの外周側の側面が除去されて、貫通孔３６ｂが開口している。基端枠部３２に開口部３６ｄを設けることにより、貫通孔３６内への第２の接着剤６１の充填を容易に行うことができる。

　第１の接着剤６０は、凸部１９と、貫通孔３６ｂの開口する側面とを接着する。図４（ｂ）に示すように、第１の接着剤６０は、凸部１９の表面を覆った状態で、撮像モジュール２０を枠体３０に接着固定する。第１の接着剤６０は、即時に硬化して、凸部１９と貫通孔３６ｂの開口する側面とを仮固定する観点から、紫外線硬化型接着剤を用いることが好ましい。

　第１の接着剤６０は、凸部１９と貫通孔３６ｂの開口する側面とを接着するために、貫通孔３６ｂの開口する側面と凸部１９との隙間に供給されるが、第１の接着剤６０の液だれを防止する観点から粘度（硬化前）が高いことが好ましい。また、第１の接着剤６０は、貫通孔３６ｂの開口する側面と凸部１９との仮接着の強度および位置精度の観点から、硬化後の硬度が大きいことが好ましい。

　撮像モジュール２０とライトガイド４０とを、貫通孔３６、３８に挿通して相対位置を固定した後、貫通孔３６内に第２の接着剤６１を充填することによって撮像モジュール２０とライトガイド４０の位置を固定しているが、第２の接着剤６１を硬化する際の熱膨張、熱収縮に伴い、撮像モジュール２０の貫通孔３６内での位置にずれが生じるおそれがある。撮像モジュール２０の位置ずれを防止するために、瞬時に硬化する第１の接着剤６０で撮像モジュール２０を仮固定した後に、第２の接着剤６１で接着固定することが考えられる。しかしながら、凸部１９を設けないで第１の接着剤６０を開口部３６ｄから供給すると、使用する第１の接着剤６０の量が多くなり、第１の接着剤６０が貫通孔３６内に広がってしまい、本固定の第２の接着剤６１の充填領域に浸出してしまう。第２の接着剤６１は、撮像モジュール２０の位置固定の機能に加え、撮像モジュール２０に加わる応力を低減するものであるため、第２の接着剤６１の充填領域が狭くなるのは好ましくない。

　本発明の実施の形態では、樹脂封止部１６の外周に凸部１９を設けることにより、撮像モジュール２０と貫通孔３６表面のクリアランスを狭くして第１の接着剤６０の使用量を低減し、かつ第２の接着剤６１の充填領域への浸出を防止することができる。また、第１の接着剤６０は、凸部１９の表面を覆った状態で、撮像モジュール２０を枠体３０に接着固定するため、第１の接着剤６０の使用量を低減しながら、接続面積の増加に伴い接続強度を向上することができる。

　第２の接着剤６１は、貫通孔３６と撮像モジュール２０との隙間に充填されて、枠体３０と撮像モジュール２０とを接着する。第２の接着剤６１は、第１の接着剤６０により凸部１９と貫通孔３６ｂの側面とを接着固定後、硬化した第１の接着剤６０の左右の開口部３６ｄから貫通孔３６と樹脂封止部１６との隙間に供給される。第２の接着剤６１は、熱硬化型接着剤を用いることが好ましい。

　第２の接着剤６１は、開口部３６ｄへの充填のしやすさ等の観点から、粘度（硬化前）が低いことが好ましい。第２の接着剤６１の硬化前の粘度は、第１の接着剤６０よりも低いことが好ましい。

　第２の接着剤６１は、内視鏡先端構造１００に応力が加わった際に、撮像素子１１の破壊を防止する観点から、硬化後の硬度が小さいことが好ましく、第２の接着剤６１の硬化後の硬度は、第１の接着剤６０の硬化後の硬度よりも小さいことが好ましい。

　本発明の実施の形態では、第１の接着剤６０で凸部１９と貫通孔３６ｂの側面とを接着固定するため、第２の接着剤６１の硬化に伴う熱膨張、熱収縮の際にも撮像モジュール２０の位置ずれを防止することができる。また、凸部１９を設けることにより、第１の接着剤６０の使用量を低減できるとともに、第１の接着剤６０の第２の接着剤６１の充填領域への浸出を防止できる。

　上記の実施の形態では、凸部１９を２つ設けているが、凸部１９は、必ずしも２つ設ける必要はなく、１つのみ形成してもよい。図５（ａ）は、本発明の実施の形態の変形例１に係る内視鏡先端構造１００Ａの上面図、および図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ線での断面図である。

　変形例１に係る内視鏡先端構造１００Ａにおいて、撮像ユニット２０Ａの樹脂封止部１６Ａには、凸部１９が１つのみ形成されている。凸部１９を片側に１つのみ形成することにより、実施の形態のように凸部１９を貫通孔３６ｂの側面に対向して設けた場合に比して位置精度の観点では若干劣るものの、第２の接着剤６１の貫通孔３６ｂへの充填作業が容易になるとともに、撮像モジュール２０Ａの位置ずれを防止するとともに、第１の接着剤６０の使用量を低減できる。

　また、上記の実施の形態では、凸部１９を樹脂封止部１６と同じ材料で、樹脂封止部１６と同時に形成しているが、凸部１９を別途形成してもよい。図６（ａ）は、本発明の実施の形態の変形例２に係る撮像ユニット２０Ｂの上面図、および図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ－Ａ線での断面図である。

　変形例２に係る撮像ユニット２０Ｂにおいて、凸部１９Ｂは、樹脂封止部１６を形成した後、樹脂封止部１６の側面に紫外線硬化型の接着剤を塗付し、紫外線の照射により硬化させて形成している。変形例２では、樹脂封止部１６および凸部１９Ｂを形成する際に金型を用いずに形成するため、容易に作製することができる。

　また、上記の実施の形態では、凸部１９を樹脂封止部１６上に形成しているが、回路基板１２に凸部を形成してもよい。図７（ａ）は、本発明の実施の形態の変形例３に係る撮像ユニット２０Ｄの上面図、および図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ－Ａ線での断面図である。

　変形例３に係る撮像ユニット２０Ｄにおいて、回路基板１２の基板材料で回路基板１２に凸部２３を形成している。撮像ユニット２０Ｄは、凸部２３を有する回路基板１２Ｄに樹脂封止部１６の材料である樹脂を塗付し、硬化した後、収縮チューブ２２で樹脂封止部１６を被覆する。変形例３では、樹脂封止部１６および凸部２３を形成する際に金型を用いずに形成するため、容易に作製することができる。

　さらに、凸部は、金属ピンで形成してもよい。図８（ａ）は、本発明の実施の形態の変形例４に係る撮像ユニット２０Ｅの上面図、および図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ－Ａ線での断面図である。

　変形例４に係る撮像ユニット２０Ｅにおいて、凸部２４は金属ピンからなる。凸部２４は、金型を使用して樹脂封止部１６を成形する際に、回路基板１２に嵌合させる金属ピンを挿入し、樹脂封止部１６により回路基板１２と金属ピンとを固定し、凸部２４とする。変形例４では、凸部２４を金属ピンで形成するため、撮像モジュール２０Ｅと枠体３０との接続部の剛性および接着強度を向上することができる。

　また、本実施の形態では、撮像ユニットの封止樹脂の外周に凸部を設けているが、貫通孔３６ｂの側面にも凸部を設けてもよい。図９（ａ）は、本発明の実施の形態の変形例５に係る内視鏡先端構造１００Ｆの上面図、および図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ－Ａ線での断面図である。

　内視鏡先端構造１００Ｆにおいて、貫通孔３６ｂの側面には、凸部３７が形成されている。凸部３７は、枠体３０Ｆの貫通孔３６に撮像ユニット２０を挿通させた際、凸部１９と対向する位置に形成されている。枠体３０Ｆ側にも凸部３７を形成することにより、実施の形態の効果に加え、枠体３０Ｆと撮像ユニット２０との位置合わせが容易となる。また、接着面積が増えるため、接着強度を向上することができる。

　１０　光学ユニット
　１１　撮像素子
　１２　基板
　１３　ケーブル
　１４　外皮
　１５　芯線
　１６　樹脂封止部
　１７　電子部品
　１８　配線パターン
　１９　凸部
　２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ　撮像モジュール
　２１　撮像素子枠
　３０　枠体
　３１　先端枠部
　３２　基端枠部
　３３　観察窓
　３４　照明窓
　３５　処置具口
　３６、３８、３９　貫通孔
　４０　ライトガイド
　５０　チャンネルチューブ
　１００、１００Ａ、１００Ｆ　内視鏡先端構造

Claims (7)

1. 　光学ユニットと、撮像素子と、回路基板と、電子部品と、ケーブルと、前記回路基板の電子部品実装領域から前記ケーブルの実装領域までを封止する樹脂封止部と、前記樹脂封止部の外周に突出する凸部と、を有する撮像モジュールと、
   　前記光学ユニットの光軸方向に貫通し、側面の一部が開口する貫通孔を有し、基端部に設けられている挿入口から前記貫通孔に前記撮像モジュールを挿通した状態で保持する枠体と、
   　前記凸部と、前記貫通孔の開口する側面とを接着する第１の接着剤と、
   　前記枠体の貫通孔と、前記貫通孔に挿通されている撮像モジュールとの隙間に充填されて、前記枠体と前記撮像モジュールとを接着する第２の接着剤と、
   　を備える内視鏡先端構造。
2. 　前記凸部は、前記貫通孔の側面の一部の開口から目視可能な前記樹脂封止部の外周に形成されている請求項１に記載の内視鏡先端構造。
3. 　前記凸部は、前記樹脂封止部の側面の光軸方向の同じ位置に、前記貫通孔の開口する側面と対向して２つ形成されていることを請求項２に記載の内視鏡先端構造。
4. 　前記第２の接着剤は、前記第１の接着剤よりも硬化後の硬度が小さい請求項１～３のいずれか一つに記載の内視鏡先端構造。
5. 　前記第１の接着剤は、前記第２の接着剤よりも硬化前の粘度が高い請求項１～４のいずれか一つに記載の内視鏡先端構造。
6. 　前記第１の接着剤は紫外線硬化型接着剤であり、前記第２の接着剤は熱硬化型接着剤である請求項１～５のいずれか一つに記載の内視鏡先端構造。
7. 　請求項１～６のいずれか一つに記載の内視鏡先端構造を備える内視鏡。

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