JP4597642B2 - 電子内視鏡用撮像装置 - Google Patents

Description

電子内視鏡の先端部に配置され、生体内の観察部位の像光を取り込むための対物光学系と、この対物光学系の光軸に撮像面が平行となるように配置されて、プリズムにより像光が撮像面に導光され、撮像面上に空隙を空けてカバーガラスが取り付けられた撮像素子とを備えた電子内視鏡用撮像装置に関する。

従来から、医療分野において、電子内視鏡を利用した医療診断が盛んに行われている。電子内視鏡は、その先端にＣＣＤなどの撮像素子を備えた撮像装置が内蔵され、ＣＣＤにより取得した撮像信号に対して、プロセッサ装置で信号処理を施すことで、モニタなどによって生体内の画像を観察することができる。

上記のような電子内視鏡用撮像装置には、電子内視鏡の先端部に、生体内の観察部位の像光を取り込むための対物光学系を配置するとともに、この対物光学系の光軸に撮像面が平行となるようにＣＣＤを配置して、プリズムにより像光を撮像面に導光するタイプのものがある。このようなタイプの電子内視鏡用撮像装置では、撮像装置自体の光軸に垂直な方向の寸法（厚さ）が、電子内視鏡の径寸法に直接的な影響を与える。このため、従来、撮像装置の厚さをなるべく小さくして、電子内視鏡の細径化を図る様々な試みがなされている（特許文献１〜３参照）。

特許文献１では、ＣＣＤが上面に載置され、かつ所定方向に延びる延出部領域を設けた底面基板と、底面基板の上面に重ねられ、ＣＣＤの収納部を形成する収納孔を有し、かつ所定方向に延びる延出部領域を設けた延出部補強用基板とからなり、底面基板の厚さを０．５ｍｍ未満にするとともに、両基板の延出部領域を重ねて側面から一方向に延びる延出部を形成し、この延出部に端子部を設けたＣＣＤパッケージが提案されている。このＣＣＤパッケージによれば、従来パッケージの下側に突出させていた接続ピンが不要となり、延出部の上部空間を利用して信号線を配線することができるので、パッケージ全体の厚さを薄くすることができる。

特許文献２では、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方式により、ＣＣＤの端子にその外周から突出する状態で導体リードを形成し、ＣＣＤを回路基板の開口孔に配置して、導体リードを回路基板の端子に接続することで、ＣＣＤパッケージを不要とした内視鏡用撮像装置が提案されている。

特許文献３では、ＣＣＤの上面の接続端子列の途中に、端子を配置しない空き領域を設定し、この空き領域に対物光学系の保持部材を近接配置した電子内視鏡用カメラヘッド装置が提案されている。この電子内視鏡用カメラヘッド装置によれば、端子接続に用いるボンディングワイヤを避けて対物光学系の保持部材を配置する必要がなくなり、対物光学系の保持部材を近接配置した分だけ電子内視鏡を細径化することができる。
特許第２８５３９３９号 特許第３３６４５７４号 特許第３１８６９６５号

しかしながら、特許文献１および３に記載の技術では、基板上にＣＣＤを載置しているので、基板の分だけ厚さが大きくなってしまう。そのうえ、特許文献１では、特殊な形状をした基板を複数用いており、また、特許文献３では、空き領域を設けるために端子のレイアウトを考慮しなければならず、いずれも部品コストが嵩むという問題がある。

一方、特許文献２に記載の技術では、ＣＣＤパッケージが不要となるため、特許文献１および３のように基板の厚さ分大きくなるという問題は解決されるが、回路基板にＣＣＤを配置するための開口孔を設ける必要があり、やはり部品コストが嵩むという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、簡単な構成で安価に電子内視鏡の細径化を実現させることが可能な電子内視鏡用撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、電子内視鏡の先端部に配置され、生体内の観察部位の像光を取り込むための対物光学系と、この対物光学系の光軸に撮像面が平行となるように配置されて、プリズムにより前記像光が前記撮像面に導光され、前記撮像面上に空隙を空けてカバーガラスが取り付けられた撮像素子とを備えた電子内視鏡用撮像装置において、前記撮像素子として、前記撮像面が設けられた表面の、前記挿入部後端側の辺縁部に、信号端子が集中配置されたベアチップを用いるとともに、前記ベアチップと略同等の厚さをもち、前記挿入部先端側の辺縁部に、前記ベアチップの信号端子にワイヤボンディングにより接続される信号端子が集中配置された回路基板を、前記ベアチップに取り付けたことを特徴とする。

なお、前記ベアチップの裏面から前記回路基板の裏面に渡って、前記ベアチップと前記回路基板とを電気的に接続する導電板を取り付けることが好ましい。また、前記導電板は、前記ベアチップの１／４以上の横幅を有し、前記ベアチップおよび前記回路基板の裏面の片側に寄せて配置されることが好ましい。さらに、前記導電板を介して、前記撮像素子に電子シャッタの駆動制御信号が入力されることが好ましい。

本発明の電子内視鏡用撮像装置によれば、撮像素子として、撮像面が設けられた表面の、電子内視鏡の挿入部後端側の辺縁部に、信号端子が集中配置されたベアチップを用いるとともに、ベアチップと略同等の厚さをもち、挿入部先端側の辺縁部に、ベアチップの信号端子にワイヤボンディングにより接続される信号端子が集中配置された回路基板を、ベアチップに取り付けたので、簡単な構成で安価に電子内視鏡の細径化を実現させることが可能となる。

図１において、電子内視鏡装置２は、電子内視鏡１０、プロセッサ装置１１、および光源装置（図示せず）などから構成される。電子内視鏡１０は、生体内に挿入される挿入部１２と、挿入部１２の基端部分に連設された操作部１３と、プロセッサ装置１１や光源装置に接続されるコード１４とを備えている。操作部１３には、処置具が挿通される鉗子口１５が設けられている。また、挿入部１２の先端に連設された先端部１２ａには、生体内撮影用の撮像装置１６（図２参照）が内蔵されている。

プロセッサ装置１１には、撮像装置１６で取得した撮像信号に各種信号処理を施す信号処理回路などが、光源装置には、コード１４を通して電子内視鏡１０に照明光を供給する光源がそれぞれ搭載されており、撮像装置１６で撮像した生体内の画像を、モニタ１７により観察することが可能となっている。

図２において、先端部１２ａには、観察窓２０が設けられている。観察窓２０には、生体内の観察部位の像光を取り込むための対物光学系（レンズ群）２１を保持する鏡筒２２が配設されている。鏡筒２２は、挿入部１２の中心軸１２ｂに対物光学系２１の光軸２１ａが平行となるように取り付けられている。

鏡筒２２の後端には、鏡筒保持枠２２ａを介して対物光学系２１を経由した観察部位の像光をＣＣＤ２３に導光するプリズム２４が接続されている。プリズム２４は、後述するカバーガラス２６に接続されている。これにより、対物光学系２１の光軸２１ａとＣＣＤ２３の撮像面２３ａとが平行となるように配置される。なお、図示はしていないが、先端部１２ａには、生体内の観察部位に光源装置からの照明光を照射するための照明窓や、鉗子口１５に連通した鉗子出口などが設けられている。

ＣＣＤ２３は、例えばインターライン型のＣＣＤからなり、撮像面２３ａが表面２３ｂに設けられたベアチップが用いられる。図３にも示すように、ＣＣＤ２３の撮像面２３ａ上には、四角枠状のスペーサ２５を介して矩形板状のカバーガラス２６が取り付けられている。これらＣＣＤ２３、スペーサ２５、およびカバーガラス２６は、接着剤で互いに接着されて組み付けられる。

ＣＣＤ２３の後端面には、ＣＣＤ２３と略同等の厚さをもつ回路基板２７が、接着剤により接着されている。また、ＣＣＤ２３の裏面２３ｃから回路基板２７の裏面２７ａに渡って、銀ペーストにより導電板２８が取り付けられている。導電板２８は、図示しないスルーホールを介してＣＣＤ２３と回路基板２７とを電気的に接続している。この導電板２８を介して、ＣＣＤ２３に電子シャッタの駆動制御信号、例えば、オーバーフロードレイン制御信号が入力される。

導電板２８は、ＣＣＤ２３と回路基板２７との接着を機械的に補強するために、その横幅ｄ１がＣＣＤ２３の横幅ｄ２の１／４以上となっており、放熱性に優れた材質、例えば銅板からなる。なお、導電板２８は、０．２ｍｍ程度の厚さに形成される。

ＣＣＤ２３の表面２３ｂの、挿入部１２の後端側の辺縁部２３ｄには、端子２９が集中配置されている。一方、回路基板２７には、辺縁部２３ｄに対向する挿入部１２の先端側の辺縁部２７ｂに、端子３０が集中配置されている。端子２９と端子３０とは、ボンディングワイヤ３１により電気的に接続されている。回路基板２７の端子３０の後端側には、コード１４を介してプロセッサ装置１１に各種信号を入出力するための信号線３２が半田付けされる入出力端子３３が設けられている。

端子２９、３０、およびボンディングワイヤ３１は、封止剤３４により封止されている。また、スペーサ２５により形成されるＣＣＤ２３とカバーガラス２６との間の空隙の気密性を確保するために、スペーサ２５、およびカバーガラス２６の端面を覆うように封止剤３５が塗布されている。封止剤３４、３５は、例えば一液硬化性のエポキシ樹脂からなる。

封止剤３５は、スペーサ２５を介してカバーガラス２６が取り付けられたＣＣＤ２３と回路基板２７とを接着して、ボンディングワイヤ３１により端子２９と端子３０とを接続し、封止剤３４により端子２９、３０、およびボンディングワイヤ３１を封止した後に塗布される。

次に、上記実施形態による撮像装置１６の製造手順を説明する。まず、ＣＣＤ２３の撮像面２３ａ上に、スペーサ２５を介してカバーガラス２６を取り付ける。

カバーガラス２６の取り付け後、ＣＣＤ２３の後端面に回路基板２７を接着する。次いで、ボンディングワイヤ３１により端子２９と端子３０とを接続し、封止剤３４により端子２９、３０、およびボンディングワイヤ３１を封止する。そして、スペーサ２５、およびカバーガラス２６の端面を覆うように封止剤３５を塗布する。

封止剤３５の塗布後、ＣＣＤ２３と回路基板２７の裏面に導電板２８を片側に寄せて懸け渡す。このとき、ＣＣＤ２３および回路基板２７に設けたスルーホールを介して、導電板２８でＣＣＤ２３と回路基板２７とを電気的に接続する。最後に、鏡筒保持枠２２ａに接続されたプリズム２４に、接着剤によりカバーガラス２６を取り付ける。

上記のように製造された撮像装置１６を電子内視鏡１０の挿入部１２の先端部１２ａに内蔵し、コード１４を介して電子内視鏡１０を光源装置およびプロセッサ装置１１に接続し、挿入部１２を生体内に挿入して、撮像装置１６による生体内の観察部位の画像をモニタ１７で観察する。

上記のように、ＣＣＤ２３として、撮像面２３ａが設けられた表面２３ｂの、挿入部１２の後端側の辺縁部２３ｄに、端子２９が集中配置されたベアチップを用いるとともに、辺縁部２３ｄに対向する挿入部１２の先端側の辺縁部２７ｂに、端子２９とワイヤボンディングにより接続される端子３０が集中配置された回路基板２７を、ＣＣＤ２３に取り付けたので、図２に示すように、ＣＣＤ２３からカバーガラス２６までの厚みｄ３を極めて小さくすることができる。

また、撮像装置１６の要部の厚さは、高々ベアチップであるＣＣＤ２３、カバーガラス２６、導電板２８の厚さを加えたものとなり、従来のように基板やパッケージの厚さを計上しなくてもよい。さらに、従来のように特殊な形状の基板を製造することなく、単純な加工で形成することが可能な部品で撮像装置１６を製造することができる。したがって、簡単な構成で安価に電子内視鏡の細径化を実現させることが可能となる。

また、ＣＣＤ２３および回路基板２７の裏面２３ｃ、２７ａに、導電板２８を懸け渡したので、ＣＣＤ２３と回路基板２７との接着が機械的に補強されるとともに、ＣＣＤ２３を駆動する際にＣＣＤ２３および回路基板２７で発生する熱が、導電板２８を伝って効率的に外部に放熱される。

なお、導電板２８の横幅ｄ１は、ＣＣＤ２３の横幅ｄ２の１／４以上であればよく、ＣＣＤ２３の横幅ｄ２と略同等であってもよい。

上記実施形態では、ＣＣＤ２３とカバーガラス２６との間に空隙を空けるために、スペーサ２５を使用しているが、スペーサ２５の代わりに透明接着剤を用いてもよく、カバーガラス２６に脚を形成してもよい。

また、上記実施形態では、挿入部１２の中心軸１２ｂに対物光学系２１の光軸２１ａが平行となるように取り付けた、いわゆる直視型の電子内視鏡１０を例に挙げて説明したが、側視型の電子内視鏡であっても、対物光学系２１の光軸２１ａとＣＣＤ２３の撮像面２３ａが平行となるように配置されるものであれば、本発明は適用することが可能である。

電子内視鏡装置の構成を示す概略図である。 電子内視鏡の挿入部先端の構成を示す拡大部分断面図である。 ＣＣＤ、スペーサ、カバーガラス、および回路基板の構成を示す分解斜視図である。

符号の説明

２ 電子内視鏡装置
１０ 電子内視鏡
１１ プロセッサ装置
１２ 挿入部
１２ａ 先端部
１６ 撮像装置
２３ ＣＣＤ
２３ａ 撮像面
２３ｄ 辺縁部
２６ カバーガラス
２７ 回路基板
２７ｂ 辺縁部
２８ 導電板
２９、３０ 端子
３１ ボンディングワイヤ
３４、３５ 封止剤

Claims (3)

1. 電子内視鏡の先端部に配置され、生体内の観察部位の像光を取り込むための対物光学系と、この対物光学系の光軸に撮像面が平行となるように配置されて、プリズムにより前記像光が前記撮像面に導光され、前記撮像面上に空隙を空けてカバーガラスが取り付けられた撮像素子とを備えた電子内視鏡用撮像装置において、
   前記撮像素子として、前記撮像面が設けられた表面の、前記挿入部後端側の辺縁部に、信号端子が集中配置されたベアチップを用いるとともに、
   前記ベアチップと略同等の厚さをもち、前記挿入部先端側の辺縁部に、前記ベアチップの信号端子にワイヤボンディングにより接続される信号端子が集中配置された回路基板を、前記ベアチップに取り付け、
   前記ベアチップの裏面から前記回路基板の裏面に渡って、前記ベアチップと前記回路基板とを電気的に接続する導電板を取り付け、
   前記導電板は、前記ベアチップよりも狭い横幅を有し、前記ベアチップおよび前記回路基板の裏面の片側に寄せて配置されたことを特徴とする電子内視鏡用撮像装置。
2. 前記ベアチップの後端面に前記回路基板を接着し、これらの接着部分をまたぐように前記導電板を取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡用撮像装置。
3. 前記導電板を介して、前記撮像素子に電子シャッタの駆動制御信号が入力されることを特徴とする請求項１または２に記載の電子内視鏡用撮像装置。

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