WO2022259390A1 - 撮像ユニットおよび内視鏡 - Google Patents

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秀範 橋本
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オリンパス株式会社
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    • A61B1/00112—Connection or coupling means
    • A61B1/00114—Electrical cables in or with an endoscope

Definitions

  • the present invention relates to an imaging unit and an endoscope provided at the distal end of an insertion section having a bending section.
  • endoscopes are widely used for observation and treatment of the inside of a living body (inside a body cavity), or for inspection and repair of industrial plant equipment.
  • Such an endoscope has an insertion section for insertion into a curved duct.
  • Such an endoscope is known to have a configuration in which an imaging unit or the like is provided at the distal end of the insertion section.
  • Such an endoscope is provided with a physical quantity detection sensor such as a gyro (angular acceleration) sensor, an acceleration sensor, etc. Techniques for detecting the orientation of the tip are known.
  • a physical quantity detection sensor such as a gyro (angular acceleration) sensor, an acceleration sensor, etc.
  • the present invention provides an image pickup unit and an endoscopy unit that improve the detection accuracy of physical quantities for measuring the direction of the distal end even if a stress load is applied through a board on which electronic components are mounted due to changes in cable tension.
  • the purpose is to provide a mirror.
  • the imaging unit includes an image sensor that captures an image of a subject, a physical quantity detection sensor that detects physical quantities such as acceleration and angular acceleration, and a stress detector that detects a correction value for the physical quantities from dynamic stress.
  • a wiring connection that holds a sensor, a cable that transmits signals of the image sensor, the physical quantity detection sensor, and the stress detection sensor, and the image sensor, the physical quantity detection sensor, and the stress detection sensor, and that is connected to the cable. and a holding member provided with a member, wherein the tip of the stress detection sensor is provided between the physical quantity detection sensor and the cable connecting portion.
  • An endoscope includes an insertion section having a distal end portion and a bending portion in which an imaging unit is built; the imaging unit includes an image sensor that captures an image of a subject; a physical quantity detection sensor that detects, a stress detection sensor that detects a correction value of the physical quantity from dynamic stress, the image sensor, a cable that transmits signals from the physical quantity detection sensor and the stress detection sensor, and the image sensor and a holding member provided with a wiring connection member that holds the physical quantity detection sensor and the stress detection sensor and to which the cable is connected, and the tip of the stress detection sensor is the physical quantity detection sensor and the cable It is provided between the connection part.
  • an imaging unit and an endoscope are provided that improve the accuracy of physical quantities for detecting the direction of the distal end even when a stress load is applied through a substrate on which electronic components are mounted due to changes in cable tension. can provide.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams showing the appearance of an endoscope according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the bending state of the bending portion of the insertion portion
  • Top view showing the configuration of the imaging unit to which the cable is connected
  • Bottom view showing the configuration of the imaging unit to which the cable is connected
  • Side view showing the configuration of the imaging unit to which the cable is connected
  • Block diagram showing a physical quantity detection sensor, a stress detection sensor, a correction value calculation unit, and a memory in the same
  • Schematic diagram showing three axial directions of the physical quantity detection sensor A side view showing the configuration of an imaging unit to which a cable of the first modification is connected.
  • a side view showing the configuration of an imaging unit to which a cable of the second modification is connected.
  • a side view showing the configuration of an imaging unit to which a cable of the third modification is connected
  • a side view showing the configuration of an imaging unit to which a cable of the fourth modification is connected
  • the endoscopes in the description of the configuration below are so-called flexible endoscopes having a flexible insertion section for insertion into bronchoscopes, urological instruments, digestive organs, etc., and an insertion section having a curved section used for surgery. It can also be applied to hard so-called rigid scopes.
  • an endoscope 1 As shown in FIG. 1, an endoscope 1 according to the present embodiment has a long and slender insertion section 2 to be inserted into a subject, an operation section 3, and a universal cable 4 which is a composite cable. is configured as
  • the insertion portion 2 of the endoscope 1 includes a distal end portion 6, a bending portion 7, and a flexible tube portion 8 in order from the distal end.
  • a bending operation knob 14 for bending the bending portion 7 of the insertion portion 2 is rotatably disposed in the operation portion 3, and various endoscope functions, near point observation, far point observation, release, Switches 15 and 16 for switching observation images such as still images, a fixing lever 17 for fixing the rotation of the bending operation knob 14, and the like are provided.
  • the bending operation knob 14 is composed of two substantially disk-shaped knobs, a UD bending operation knob 12 for bending the bending portion 7 in the vertical direction and an RL bending operation knob 13 for bending the bending portion 7 in the horizontal direction.
  • the rotary knobs are arranged so as to overlap each other.
  • the connecting portion between the insertion portion 2 and the operation portion 3 includes a grip portion 11 that is gripped by the user, and a treatment instrument inserting portion that is arranged on the grip portion 11 and through which various treatment instruments arranged in the insertion portion 2 are inserted. and a treatment instrument insertion channel insertion portion 18 that serves as an opening of the channel.
  • a universal cable 4 extending from the operating section 3 has a light source device (not shown) and a detachable endoscope connector 20 at the extending end.
  • the endoscope 1 uses a light guide bundle (not shown) of illumination means inserted through the insertion section 2, the operation section 3 and the universal cable 4, to guide the tip from the light source device (not shown). Illumination light is transmitted to the part 6.
  • FIG. 1 A light guide bundle (not shown) of illumination means inserted through the insertion section 2, the operation section 3 and the universal cable 4, to guide the tip from the light source device (not shown). Illumination light is transmitted to the part 6.
  • the endoscope connector 20 is connected to a coiled coil cable (not shown here), and a video processor (not shown) and a detachable electrical connector are provided at the extending end of the coil cable.
  • the bending portion 7 of the insertion portion 2 is bent in the upward (UP)-downward (DOWN) direction in accordance with the turning operation of the UD bending operation knob 12, and the RL bending operation knob 13 is turned.
  • a bending operation is performed in the right (RIGHT)-left (LEFT) direction according to the movement operation.
  • the bending portion 7 is configured to freely bend 360 degrees around the longitudinal axis X, which is the insertion axis, by a combination of bending operations up, down, left, and right.
  • the image pickup unit 30 is built in the distal end portion 6 of the insertion portion 2 .
  • the image pickup unit 30 includes an image pickup section 32, which is an image sensor having a CCD or CMOS on the front end side of the object side, and the image pickup section 32 and the base end side. and a substrate 33 as an electrically connected holding member.
  • the imaging unit 30 is provided with a reinforcing frame (not shown) that covers the lens unit (not shown), the imaging section 32, and the substrate 33.
  • a hardened resin that covers the periphery of the imaging section 32 and the substrate 33 is placed inside the reinforcing frame. filled.
  • the board 33 is a mounting board on which hard electronic components are mounted, and the physical quantity detection sensor 41 of a MEMS sensor such as an acceleration sensor or a gyro (angular acceleration) sensor is mounted on one surface, which is the upper surface here, on the lower surface here.
  • a stress detection sensor 42 such as a strain sensor is mounted on the other side.
  • the stress detection sensor 42 is generated in a rigid body such as the substrate 33 on which the physical quantity detection sensor 41 is mounted, the cured resin filling the space around the substrate 33, and the rigid body such as a reinforcing frame around it. Detect stress. That is, the stress detection sensor 42 is mounted on the substrate 33 and integrated by fixing, so that the stress of the rigid body composed of the substrate 33 on which the physical quantity detection sensor 41 is mounted, the cured resin, and the reinforcing frame can be estimated. It's becoming
  • four wiring connection members 35 which are wiring conductors, are formed by plating printing or the like. Core wires 36 of four wires 37 of the cable 31 are individually connected to these four wire connection members 35 by soldering or the like.
  • the cable 31 is inserted through the insertion section 2 and transmits signals from the imaging section 32 , the physical quantity detection sensor 41 and the stress detection sensor 42 .
  • the substrate 33 is deformed dynamically according to the change in tension of the cable 31 by the bending operation of the bending portion 7 .
  • a and a stress concentration deformation region B are defined on the proximal side.
  • a predetermined length range on the distal end side in the direction of the longitudinal axis L is defined as a minute deformation area A
  • a predetermined length range from the minute deformation area A on the base end side is defined as a stress concentration deformation area B.
  • the physical quantity detection sensor 41 and the stress detection sensor 42 mounted on the substrate 33 are provided in the minute deformation area A on the tip side of the substrate 33 .
  • a physical quantity detection sensor 41 is mounted on the upper surface (surface) of the substrate 33 on the tip side of the four wiring connection members 35 , and a stress detection sensor 42 is mounted on the bottom surface (back surface) of the substrate 33 on the tip side of the four wiring connection members 35 . is implemented.
  • the stress detection sensor 42 is arranged on a surface symmetrical to the physical quantity detection sensor 41, the load generated on the physical quantity detection sensor 41 can be easily estimated, and the longitudinal axis L direction of the substrate 33 can be shortened.
  • the physical quantity detection sensor 41 and the stress detection sensor 42 are mounted on the substrate 33 so that the front end surface 42a of the stress detection sensor 42 is located on the proximal side with respect to the front end surface 41a of the physical quantity detection sensor 41. .
  • the stress detection sensor 42 has a configuration in which the tip surface 42 a thereof is provided between the tip surface 41 a of the physical quantity detection sensor 41 and the four wiring connection members 35 on the substrate 33 .
  • the stress load detection sensitivity is improved by placing the stress detection sensor 42 between the wiring connection member 35 near the stress generation source and the physical quantity detection sensor 41 .
  • the physical quantity detection sensor 41 and the stress detection sensor 42 are mounted on the substrate 33 so that the base end surface 42b of the stress detection sensor 42 is located on the distal side with respect to the base end surface 41b of the physical quantity detection sensor 41.
  • the correction value calculation unit is set based on the relationship between the output variation of the physical quantity detection sensor 41 and the output of the stress detection sensor 42 according to the bending state (bending angle) of the bending portion 7 of the insertion portion 2.
  • the correction value for the detection value of the physical quantity detection sensor 41 calculated by 43 is stored in the memory 44 (see FIG. 7).
  • the correction value stored in the memory 44 is read according to the bending state (bending angle) of the bending portion 7 , and the correction value calculation section 43 changes the detection value of the physical quantity detection sensor 41 . Make corrections.
  • the memory 44 is provided in the operation section 3 of the endoscope 1 or the like.
  • correction value calculation unit 43 may be provided on the endoscope 1 side, or may be provided on the side of an external device such as a correction calculation device, a light source device, or a video processor.
  • ⁇ means the sensitivity of the physical quantity detection sensor 41 as a proportional coefficient.
  • ⁇ means the offset of the physical quantity detection sensor 41 in the intercept.
  • the cable 31 connected to the imaging unit 30 and the cable 31 connected to the imaging unit 30 are connected to the imaging unit 30 in accordance with the bending operation of the bending section 7 provided in the insertion section 2 .
  • the output value of the physical quantity detection sensor 41 fluctuates.
  • the output value of the physical quantity detection sensor 41 is corrected using the correction value stored in the memory 44 .
  • the cable 31 that extends up to the distal end portion 6 of the insertion portion 2 and is connected to the imaging unit 30 , the substrate 33 provided in the imaging unit 30 , and the like are connected.
  • the variation of the output value due to the stress load applied to the physical quantity detection sensor 41 provided in the imaging unit 30 is corrected by the correction value corresponding to the strain detected by the stress detection sensor 42 .
  • a correction value for correcting the physical quantity detected by the physical quantity detection sensor 41 is detected from the strain output value detected by the stress detection sensor 42 .
  • the endoscope 1 connects the cable 31 connected to the imaging unit 30 and the physical quantity detection sensor 41 to the physical quantity detection sensor 41 provided in the imaging unit 30 for detecting the physical quantity for measuring the direction of the distal end portion 6 and the like. Even if a stress load is applied through the board 33 on which the physical quantity detection sensor 41 is mounted, the physical quantity detected by the physical quantity detection sensor 41 can be corrected to improve its accuracy.
  • the physical quantity detection sensor 41 and the stress detection sensor 42 are mounted on the same surface (here, the upper surface) of the substrate 33, and between the physical quantity detection sensor 41 and the wiring connection member 35.
  • a stress detection sensor 42 is arranged in the .
  • the distal end surface 42a and the proximal end surface 42b of the stress detection sensor 42 are arranged closer to the proximal end than the distal end surface 41a and the proximal end surface 41b.
  • a physical quantity detection sensor 41 is mounted in the minute deformation region A on the distal end side of the substrate 33
  • a stress detection sensor 42 is mounted in the stress concentrated deformation region B on the proximal end side of the substrate 33 .
  • the stress detection sensor 42 is configured to be able to detect minute strain in the vicinity of the physical quantity detection sensor 41 with high accuracy.
  • the imaging unit 30 of this modification includes a physical quantity detection sensor 41 mounted on the upper surface, which is one surface of the substrate 33, and a stress detection sensor 42 mounted on the lower surface, which is the other surface opposite to the wiring connection member 35. are placed.
  • the distal end surface 42 a and the proximal end surface 42 b of the stress detection sensor 42 are arranged closer to the proximal end than the distal end surface 41 a and the proximal end surface 41 b of the physical quantity detection sensor 41 .
  • a physical quantity detection sensor 41 is mounted in the minute deformation region A on the distal end side of the substrate 33
  • a stress detection sensor 42 is mounted in the stress concentrated deformation region B on the proximal end side of the substrate 33 .
  • the substrate 33 is prevented from becoming long in the direction of the longitudinal axis L due to the area where the wiring connection member 35 necessary for connecting the core wire 36 of the cable 31 is provided and the area where the stress detection sensor 42 is mounted. can do.
  • the imaging unit 30 of this modification has a configuration in which the stress detection sensor 42 is mounted on a different surface of the substrate 33 from the physical quantity detection sensor 41, but there is no particular demerit for the stress load estimation by the stress detection sensor 42. is.
  • the imaging unit 30 of this modified example has a physical quantity detection sensor 41 mounted on the upper surface, which is one surface of the substrate 33, and the other surface opposite to the wiring connection member 35, similarly to the second modified example.
  • a stress detection sensor 42 is arranged on the lower surface of the .
  • the distal end surface 42 a and the proximal end surface 42 b of the stress detection sensor 42 are arranged closer to the proximal end than the distal end surface 41 a and the proximal end surface 41 b of the physical quantity detection sensor 41 .
  • a physical quantity detection sensor 41 is mounted in the minute deformation region A on the distal end side of the substrate 33
  • a stress detection sensor 42 is mounted in the stress concentrated deformation region B on the proximal end side of the substrate 33 .
  • the substrate 33 is configured to reduce the stress load by providing a reinforcing substrate 33a bonded to the base end surface of the imaging unit 32 in order to increase the rigidity in the vicinity of the physical quantity detection sensor 41.
  • the substrate 33 has a T-shape having a reinforcing substrate 33a having a predetermined thickness in a direction orthogonal to the longitudinal axis L of the substrate 33 on the distal end side of the physical quantity detection sensor 41.
  • the reinforcing substrate 33a here has a bonding surface having a similar shape to the base end surface of the imaging unit 32. As shown in FIG.
  • the substrate 33 has improved rigidity in the vicinity of the physical quantity detection sensor 41, and can reduce the stress load.
  • the physical quantity detection sensor 41 and the stress detection sensor 42 are mounted on the same surface of the substrate 33, here, on the upper surface, similarly to the first modified example.
  • a stress detection sensor 42 is arranged between the sensor 41 and the wiring connection member 35 .
  • the substrate 33 has a reinforcing substrate 33a bonded to the base end surface of the imaging section 32 in order to increase the rigidity in the vicinity of the physical quantity detection sensor 41, as in the third modification.
  • the distal end surface 42 a and the proximal end surface 42 b of the stress detection sensor 42 are arranged closer to the proximal end than the distal end surface 41 a and the proximal end surface 41 b of the physical quantity detection sensor 41 .
  • a physical quantity detection sensor 41 is mounted in the minute deformation region A on the distal end side of the substrate 33
  • a stress detection sensor 42 is mounted in the stress concentrated deformation region B on the proximal end side of the substrate 33 .
  • the thickness of the substrate 33 is set larger toward the lower surface side in the direction orthogonal to the longitudinal axis L in the small deformation region A, and the lower surface of the stress concentrated deformation region B is stepped.
  • a plurality of wiring connection members 35 are formed on the surface.
  • the rigidity of the substrate 33 can be further increased, and by forming the wiring connection member 35 on the stepped surface, the wiring connection member 35 can be arranged in the longitudinal axis L direction when the number of wirings 37 is large. Multiple rows can be provided.
  • the image pickup unit 30 of this modified example includes a main substrate 33c formed with a recess 33d that opens at the tip of the substrate 33 and an image pickup unit 32 that closes the recess 33d. and a sub-substrate 33b to be joined.
  • the stress detection sensor 42 is provided on the base end surface of the main substrate 33c.
  • the base end portion of the main substrate 33c is stepped on both the top and bottom or left and right sides, and a plurality of wiring connection members 35 are formed on the stepped surface.
  • the substrate 33 surrounds the physical quantity detection sensor 41 with the base materials of the main substrate 33c and the sub-substrate 33b, and can receive most of the load from the cable 31.

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Abstract

撮像ユニット３０は、イメージセンサ３２と、物理量検出センサ４１と、応力検出センサ４２と、ケーブル３１と、イメージセンサ３２と物理量検出センサ４１と応力検出センサ４２とを保持し、ケーブル３１が接続される配線接続部材３５が設けられた保持部材３３と、を有し、応力検出センサ４２の先端が物理量検出センサ４１とケーブル接続部３５との間に設けられている。

Description

撮像ユニットおよび内視鏡
　本発明は、湾曲部を備えた挿入部の先端に設けられる撮像ユニットおよび内視鏡に関する。
　周知の如く、内視鏡は、生体の体内（体腔内）の観察、処置など、または工業用のプラント設備内の検査、修理などのため広く用いられている。このような、内視鏡は、屈曲する管路に挿入するための挿入部を有している。このような内視鏡には、挿入部の先端部には撮像ユニットなどが設けられた構成が知られている。
　このような内視鏡は、例えば、特開平１１－２８１８９７号公報に開示されるように、内視鏡の先端部にジャイロ（角加速度）センサ、加速度センサなどの物理量検出センサを設けることで、先端部の方角を検出する技術が知られている。
　また、例えば、特開２０２０-１３７７０４号公報には、内視鏡先端に含まれる位置センサへの配線ばらつきによる誤差をあらかじめ求めてプロセッサメモリに保持し、センサ駆動時にプロセッサメモリの誤差情報からセンサ出力を補正する技術が開示されている。
　しかしながら、内視鏡は、湾曲部が湾曲することに伴い、先端部まで挿入部内に配設されて撮像ユニットに接続されるケーブルの張力変化によって、撮像ユニットに設けられる電子部品が実装された基板などを通じて物理量検出センサに応力負荷が加わると、その出力値（検出値）が変動するため、先端部の方角などを計測する物理量の検出精度が低下するという課題があった。
　そこで、本発明は、ケーブルの張力変化により、電子部品が実装される基板などを通じた応力負荷が加えられても、先端部の方角などを計測する物理量の検出精度を向上させる撮像ユニットおよび内視鏡を提供することを目的とする。 
　本発明の一態様における撮像ユニットは、被写体像を撮像するイメージセンサと、加速度、角加速度などの物理量を検出する物理量検出センサと、動的時の応力から前記物理量の補正値を検出する応力検出センサと、前記イメージセンサ、前記物理量検出センサおよび前記応力検出センサの信号を伝送するケーブルと、前記イメージセンサと前記物理量検出センサと前記応力検出センサとを保持し、前記ケーブルが接続される配線接続部材が設けられた保持部材と、を有し、前記応力検出センサの先端が前記物理量検出センサと前記ケーブル接続部との間に設けられている。
　本発明の一態様における内視鏡は、撮像ユニットが内蔵された先端部および湾曲部を有する挿入部と、前記撮像ユニットは、被写体像を撮像するイメージセンサと、加速度、角加速度などの物理量を検出する物理量検出センサと、動的時の応力から前記物理量の補正値を検出する応力検出センサと、前記イメージセンサ、前記物理量検出センサおよび前記応力検出センサの信号を伝送するケーブルと、前記イメージセンサと前記物理量検出センサと前記応力検出センサとを保持し、前記ケーブルが接続される配線接続部材が設けられた保持部材と、を有し、前記応力検出センサの先端が前記物理量検出センサと前記ケーブル接続部との間に設けられている。
　本発明によれば、ケーブルの張力変化により、電子部品が実装される基板などを通じて応力負荷が加えられても、先端部の方角などを検出する物理量の精度を向上させる撮像ユニットおよび内視鏡を提供することができる。
本発明の一態様の内視鏡の外観を示す図 同、挿入部の湾曲部の湾曲状態を説明する図 同、ケーブルが接続された撮像ユニットの構成を示す上面図 同、ケーブルが接続された撮像ユニットの構成を示す下面図 同、ケーブルが接続された撮像ユニットの構成を示す側面図 同、物理量検出センサ、応力検出センサ、補正値演算部およびメモリを示すブロック図 同、物理量検出センサの３軸方向を示す概略図 第１の変形例のケーブルが接続された撮像ユニットの構成を示す側面図 第２の変形例のケーブルが接続された撮像ユニットの構成を示す側面図 第３の変形例のケーブルが接続された撮像ユニットの構成を示す側面図 第４の変形例のケーブルが接続された撮像ユニットの構成を示す側面図 第５の変形例のケーブルが接続された撮像ユニットの構成を示す側面図
　以下、本発明である内視鏡の撮像ユニットおよび内視鏡の一態様を説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率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、以下の構成説明における内視鏡は、気管支鏡、泌尿器鏡、消化器官などに挿入するため挿入部が可撓性のある所謂軟性鏡、外科用に用いられる湾曲部を備えた挿入部が硬質な所謂硬性鏡にも適用できるものである。
　図面に基づいて本発明の一態様の内視鏡を説明する。　
　図１に示すように、本実施の形態の内視鏡１は、被検体に挿入される長尺で細長な挿入部２と、操作部３と、複合ケーブルであるユニバーサルケーブル４と、を有して構成されている。内視鏡１の挿入部２は、先端から順に先端部６と、湾曲部７と、可撓管部８と、を有して構成されている。
　操作部３には、挿入部２の湾曲部７を湾曲操作するための湾曲操作ノブ１４が回動自在に配設されると共に、各種内視鏡機能、近点観察、遠点観察、レリーズ、静止画などの観察画像を切換えるスイッチ類１５，１６、湾曲操作ノブ１４の回動を固定する固定レバー１７などが設けられている。
　なお、湾曲操作ノブ１４は、湾曲部７を上下方向に湾曲操作するためのＵＤ湾曲操作ノブ１２および湾曲部７を左右方向に湾曲操作するためのＲＬ湾曲操作ノブ１３の２つの略円盤状の回転ノブが重畳するように配設されている。
　また、挿入部２と操作部３の連結部は、ユーザによる把持される把持部１１と、この把持部１１に配置されて、挿入部２に配設された各種処置具を挿通する処置具挿通チャンネルの開口部となる処置具挿通チャンネル挿通部１８と、を有して構成されている。
　操作部３から延設されたユニバーサルケーブル４は、延出端に図示しない光源装置と着脱自在な内視鏡コネクタ２０を有している。なお、本実施の形態の内視鏡１は、挿入部２、操作部３およびユニバーサルケーブル４に挿通配設された照明手段のライトガイドバンドル（不図示）によって、光源装置（不図示）から先端部６まで照明光を伝送するものである。
　また、内視鏡コネクタ２０は、ここでは図示しないがコイル状のコイルケーブルが接続され、このコイルケーブルの延出端にビデオプロセッサ（不図示）と着脱自在な電気コネクタが設けられている。
　図２に示すように、挿入部２の湾曲部７は、ＵＤ湾曲操作ノブ１２の回動操作に応じて上（ＵＰ）－下（ＤＯＷＮ）方向に湾曲操作され、ＲＬ湾曲操作ノブ１３の回動操作に応じて右（ＲＩＧＨＴ）－左（ＬＥＦＴ）方向に湾曲操作される。なお、湾曲部７は、上下左右の湾曲操作の組み合わせにより、挿入軸である長手軸Ｘ回りに３６０度の湾曲自在な構成となっている。
　挿入部２の先端部６には、撮像ユニット３０が内蔵されている。この撮像ユニット３０は、図３および図４に示すように、被写体側となる先端側にＣＣＤまたはＣＭＯＳを備えたイメージセンサである撮像部３２と、この撮像部３２と基端側に配置されて電気的な接続された保持部材としての基板３３と、を有している。なお、撮像ユニット３０には、図示しないレンズユニット、撮像部３２および基板３３を覆う図示しない補強枠が設けられており、この補強枠の内部に撮像部３２および基板３３の周囲を覆う硬化樹脂が充填されている。
　基板３３は、硬質な電子部品が実装される実装基板であり、ここでは上面となる一面に加速度センサ、ジャイロ（角加速度）センサなどであるＭＥＭＳセンサの物理量検出センサ４１が搭載されるここでは下面となる他面に歪センサなどの応力検出センサ４２が搭載されている。
　なお、応力検出センサ４２は、物理量検出センサ４１を実装する基板３３、基板３３周辺の空間に充填する硬化樹脂、その周囲の補強枠などの剛体の伸縮、捻じれなどの歪である剛体に生じる応力を検出する。即ち、応力検出センサ４２は、基板３３に実装され、固定による一体化されることで、物理量検出センサ４１が実装された基板３３、硬化樹脂および補強枠から構成される剛体の応力推定が可能となっている。
　基板３３の基端部分の一面には、配線導体である、ここでは４つの配線接続部材３５がメッキプリントなどにより形成されている。これら４つの配線接続部材３５には、ケーブル３１の４つの配線３７の芯線３６が半田などにより個々に接続されている。
　なお、ケーブル３１は、挿入部２内に挿通されており、撮像部３２、物理量検出センサ４１および応力検出センサ４２の信号を伝送する。
　ところで、基板３３は、湾曲部７の湾曲操作によってケーブル３１の張力変化に応じた動的時の変形領域として、図５に示すように、基板３３の長手軸Ｌ方向の先端側を微小変形領域Ａおよび基端側を応力集中変形領域Ｂが規定される。
　即ち、基板３３は、ケーブル３１が基端部分に接続されているため、湾曲部７が湾曲すると、先端側に比して基端側のほうがケーブル３１の張力変化に対する変形量が大きくなるため、長手軸Ｌ方向の先端側の所定の長さの範囲を微小変形領域Ａとし、この微小変形領域Ａから基端側の所定の長さの範囲を応力集中変形領域Ｂとされる。
　本実施の形態の撮像ユニット３０は、基板３３に実装する物理量検出センサ４１および応力検出センサ４２を基板３３の先端側の微小変形領域Ａに設けられている。
　そして、基板３３は、４つの配線接続部材３５よりも先端側の上面（表面）に物理量検出センサ４１が実装され、４つの配線接続部材３５よりも先端側の下面（裏面）に応力検出センサ４２が実装される。
　これにより、物理量検出センサ４１と表裏対称の面に応力検出センサ４２を配置するため、物理量検出センサ４１に生じる負荷を推定し易く、基板３３の長手軸Ｌ方向を短縮できる構成となっている。
　また、基板３３は、物理量検出センサ４１の先端面４１ａに対して、応力検出センサ４２の先端面４２ａが基端側に位置するように、物理量検出センサ４１と応力検出センサ４２が実装されている。
　このように、応力検出センサ４２は、基板３３において、その先端面４２ａが物理量検出センサ４１の先端面４１ａと４つの配線接続部材３５の間に設けられた構成となっている。
　このような構成により、応力検出センサ４２を応力発生源に近い配線接続部材３５と物理量検出センサ４１との間に配置することで、応力負荷検出感度が向上する。
　さらに、基板３３は、物理量検出センサ４１の基端面４１ｂに対して、応力検出センサ４２の基端面４２ｂが先端側に位置するように、物理量検出センサ４１と応力検出センサ４２が実装されている。
　ところで、内視鏡１は、工場出荷時に、挿入部２の湾曲部７の湾曲状態（湾曲角度）に応じた物理量検出センサ４１の出力変動と応力検出センサ４２の出力の関係から補正値演算部４３によって演算した物理量検出センサ４１の検出値に対する補正値をメモリ４４に記憶する（図７参照）。
　そして、内視鏡１は、使用時に、湾曲部７の湾曲状態（湾曲角度）に応じて、メモリ４４に記憶された補正値を読み出し、補正値演算部４３により物理量検出センサ４１の検出値の補正を行う。メモリ４４は、内視鏡１の操作部３などに設けられる。
　なお、補正値演算部４３は、内視鏡１側に設けられてもよいし、補正演算装置、光源装置、ビデオプロセッサなどの外部機器側に設けられてもよい。
　ここで、物理量検出センサ４１が加速度センサの場合の構成と補正方法の一例について以下に説明する。　
　加速度センサの物理量検出センサ４１から得られる加速度データＡは、実際に印可される加速度ａと線形関係にあると仮定すると、Ａ＝α・ａ＋βと表すことができる。
　なお、αは、比例係数として物理量検出センサ４１の感度を意味する。
　また、βは、切片で物理量検出センサ４１のオフセットを意味する。
　物理量検出センサ４１は、図７に示すように、３軸センサなので、Ａ、ａ、α、βは、各々の軸の成分(ｘ、ｙ、ｚ)を持っている（下記式１）。
［式１］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　一般的には、α、βを用いてセンサ出力Ａを補正し、補正が完全であれば、Ａ´と加速度ａとの関係性においてα＝１、β＝０となる。
　加速度センサである物理量検出センサ４１の感度αとオフセットβが歪み量εの依存性を持つことに着目し、その依存関係から補正を演算する（下記式２）。
［式２］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　以上に説明したように、本実施の形態の内視鏡１は、挿入部２に設けられた湾曲部７の湾曲操作に伴い、撮像ユニット３０に接続されたケーブル３１、撮像ユニット３０に設けられた基板３３などを通じて物理量検出センサ４１に応力負荷が加わると、物理量検出センサ４１の出力値が変動するが、この物理量検出センサ４１に生じる応力負荷を応力検出センサ４２が検出する歪に応じて、メモリ４４に記憶された補正値によって物理量検出センサ４１の出力値を補正する構成となっている。
　即ち、内視鏡１は、湾曲部が湾曲することに伴い、挿入部２の先端部６まで配設されて撮像ユニット３０に接続されるケーブル３１、撮像ユニット３０に設けられた基板３３などを通じて、撮像ユニット３０に設けられた物理量検出センサ４１に加わる応力負荷による出力値の変動を応力検出センサ４２で検出された歪に対応した補正値によって補正する。
　つまり、応力検出センサ４２が検出する歪の出力値から、物理量検出センサ４１が検出する物理量を補正する補正値が検出される。
　これにより、内視鏡１は、撮像ユニット３０に設けられた、先端部６の方角などを計測する物理量を検出する物理量検出センサ４１に、撮像ユニット３０に接続されたケーブル３１、物理量検出センサ４１が実装される基板３３などを通じて応力負荷が加えられても、物理量検出センサ４１が検出する物理量を補正して、その精度を向上させることができる。 
（変形例）
　以下、基板３３に実装される物理量検出センサ４１および応力検出センサ４２の異なる配置例または基板３３の異なる形状例を記載する。
（第１の変形例）
　本変形例の撮像ユニット３０は、図８に示すように、物理量検出センサ４１および応力検出センサ４２が基板３３の同一面、ここでは上面に実装され、物理量検出センサ４１と配線接続部材３５の間に応力検出センサ４２が配置されている。
　ここでは、応力検出センサ４２の先端面４２ａおよび基端面４２ｂは、の先端面４１ａおよび基端面４１ｂよりも基端側に配置されている。また、物理量検出センサ４１が基板３３の先端側の微小変形領域Ａに実装され、応力検出センサ４２が基板３３の基端側の応力集中変形領域Ｂに実装されている。
　このような構成により、応力検出センサ４２は、物理量検出センサ４１付近の微小な歪を精度良く検出することができる構成となる。
（第２の変形例）
　本変形例の撮像ユニット３０は、図９に示すように、基板３３の一面である上面に実装される物理量検出センサ４１および配線接続部材３５と反対の他面である下面に応力検出センサ４２が配置されている。
　ここでも、応力検出センサ４２の先端面４２ａおよび基端面４２ｂは、物理量検出センサ４１の先端面４１ａおよび基端面４１ｂよりも基端側に配置されている。また、物理量検出センサ４１が基板３３の先端側の微小変形領域Ａに実装され、応力検出センサ４２が基板３３の基端側の応力集中変形領域Ｂに実装されている。
　このような構成により、基板３３は、ケーブル３１の芯線３６の接続に必要な配線接続部材３５を設ける領域と応力検出センサ４２を実装する領域によって長手軸Ｌ方向の長さが長くなることを回避することができる。
　なお、本変形例の撮像ユニット３０は、基板３３の物理量検出センサ４１とは異なる面に応力検出センサ４２が実装された構成であるが、応力検出センサ４２による応力負荷推定に対するデメリットは特にないものである。
（第３の変形例）
　本変形例の撮像ユニット３０は、図１０に示すように、第２の変形例と同様に、基板３３の一面である上面に実装される物理量検出センサ４１および配線接続部材３５と反対の他面である下面に応力検出センサ４２が配置されている。
　ここでも、応力検出センサ４２の先端面４２ａおよび基端面４２ｂは、物理量検出センサ４１の先端面４１ａおよび基端面４１ｂよりも基端側に配置されている。また、物理量検出センサ４１が基板３３の先端側の微小変形領域Ａに実装され、応力検出センサ４２が基板３３の基端側の応力集中変形領域Ｂに実装されている。
　なお、基板３３は、物理量検出センサ４１付近の剛性を高めるため、撮像部３２の基端面に接合される補強基板３３ａを設けることで応力負荷を低減させることができる構成となっている。
　具体的には、基板３３は、物理量検出センサ４１よりも先端側に基板３３の長手軸Ｌに直交する方向に所定の厚みを備えた補強基板３３ａを有するＴ字形状となっている。なお、ここでの補強基板３３ａは、撮像部３２の基端面と相似形状の接合面を有している。
　このような構成により、基板３３は、物理量検出センサ４１付近の剛性が向上し、応力負荷を低減させることができるようになる。
（第４の変形例）
　本変形例の撮像ユニット３０は、図１１に示すように、第１の変形例と同様に、物理量検出センサ４１および応力検出センサ４２が基板３３の同一面、ここでは上面に実装され、物理量検出センサ４１と配線接続部材３５の間に応力検出センサ４２が配置されている。さらに、基板３３は、第３の変形例と同様に、物理量検出センサ４１付近の剛性を高めるため、撮像部３２の基端面に接合される補強基板３３ａを有している。
　ここでも、応力検出センサ４２の先端面４２ａおよび基端面４２ｂは、物理量検出センサ４１の先端面４１ａおよび基端面４１ｂよりも基端側に配置されている。また、物理量検出センサ４１が基板３３の先端側の微小変形領域Ａに実装され、応力検出センサ４２が基板３３の基端側の応力集中変形領域Ｂに実装されている。
　これに加えて、基板３３は、微小変形領域Ａにおける長手軸Ｌに直交する方向の下面側に向けて厚さが大きく設定され、応力集中変形領域Ｂの下面を段状形成して、この段状表面に複数の配線接続部材３５が形成されている。
　このような構成により、基板３３は、さらに剛性を高めることができ、配線接続部材３５を段状表面に形成することで、配線３７の本数が多い場合に配線接続部材３５を長手軸Ｌ方向に複数列設けることができる。
（第５の変形例）
　本変形例の撮像ユニット３０は、図１２に示すように、さらに剛性を高めるため、基板３３が先端側で開口する凹部３３ｄが形成された主基板３３ｃと、凹部３３ｄを塞ぎ、撮像部３２に接合される副基板３３ｂと、を有した構成となっている。
　また、応力検出センサ４２は、主基板３３ｃの基端面に設けられている。主基板３３ｃの基端部分は、上下または左右の両面が段状形成され、この段状表面に複数の配線接続部材３５が形成されている。
　このような構成により、基板３３は、物理量検出センサ４１を主基板３３ｃと副基板３３ｂの基材で囲み、ケーブル３１からの負荷の多くを受け止める構成とすることができる。
　以上の実施の形態および変形例に記載した発明は、それら実施の形態および変形例に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態および変形例には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。
　例えば、実施の形態および変形例に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。

Claims (7)

  1. 　被写体像を撮像するイメージセンサと、
    　加速度、角加速度などの物理量を検出する物理量検出センサと、
    　動的時の応力から前記物理量の補正値を検出する応力検出センサと、
    　前記イメージセンサ、前記物理量検出センサおよび前記応力検出センサの信号を伝送するケーブルと、
    　前記イメージセンサと前記物理量検出センサと前記応力検出センサとを保持し、前記ケーブルが接続される配線接続部材が設けられた保持部材と、
    　を有し、
    　前記応力検出センサの先端が前記物理量検出センサと前記配線接続部材との間に設けられていることを特徴とする撮像ユニット。
  2. 　前記応力検出センサの先端は、前記物理量検出センサの基端より先端側に位置することを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  3. 　前記応力検出センサの基端は、前記物理量検出センサの基端より基端側に位置することを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  4. 　前記応力検出センサは、前記保持部材において前記物理量検出センサが設けられた一面と同じ面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  5. 　前記応力検出センサは、前記保持部材において前記物理量検出センサが設けられた一面とは反対側の他面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  6. 　前記配線接続部材は、前記応力検出センサの先端より基端側に位置することを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  7. 　撮像ユニットが内蔵された先端部および湾曲部を有する挿入部と、
    　前記撮像ユニットは、
    　被写体像を撮像するイメージセンサと、
    　加速度、角加速度などの物理量を検出する物理量検出センサと、
    　動的時の応力から前記物理量の補正値を検出する応力検出センサと、
    　前記イメージセンサ、前記物理量検出センサおよび前記応力検出センサの信号を伝送するケーブルと、
    　前記イメージセンサと前記物理量検出センサと前記応力検出センサとを保持し、前記ケーブルが接続される配線接続部材が設けられた保持部材と、
    　を有し、
    　前記応力検出センサの先端が前記物理量検出センサと前記配線接続部材との間に設けられていることを特徴とする内視鏡。 
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