JP7163333B2 - 内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡に関する。

内視鏡の挿入部の先端部には、被撮像領域からの光を光電変換する固体撮像素子が設けられる。内視鏡の挿入部には細径化が要求される一方で、固体撮像素子の受光面の小面積化には限界がある。受光面の面積が小さくなるに従って高品質の画像が得られにくくなるからである。この問題を解決するために、被撮像領域からの光をプリズムで直角に屈折させて固体撮像素子に入射させる構造の撮像ユニットを備える内視鏡が考えられた。その一例として、図９に示すように、撮影レンズ１０１を保持する鏡筒１０３の後方に、プリズム１０５とフレキシブル回路基板１０７とを配置し、フレキシブル回路基板１０７を介して固体撮像素子１０９と伝送ケーブル１１１とを電気的に接続するとともに、フレキシブル回路基板１０７にコンデンサなどの電子部品１１３を実装した内視鏡用撮像ユニットが知られている（特許文献１参照）。

国際公開第２０１１／０９２９０１号

しかし、図９に示した特許文献１に記載の内視鏡用撮像ユニットでは、撮影レンズ１０１の光軸Ｏと直交する方向に電子部品１１３が固体撮像素子１０９から距離ｄだけはみ出している。このため、電子部品１１３によって撮像ユニットが少なくとも距離ｄだけ太径化してしまう。すなわち、内視鏡の挿入部の細径化が阻害される。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、挿入部の細径化が可能な内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様の内視鏡は、撮影レンズと、前記撮影レンズを介した撮影光が入射するプリズムと、前記プリズムの出射面に取り付けられた固体撮像素子と、前記固体撮像素子に接続する第一の接続部と、電子部品が実装される第二の接続部とを備える回路基板と、前記回路基板と電気的に接続され、被検体内に挿入される挿入部の基端側に延伸する伝送ケーブルと、前記撮影レンズを保持する保持部材と、を備えた内視鏡であって、前記伝送ケーブルは、前記回路基板と電気的に接続された中心導体の周囲がシールド導体によってシールドされた同軸ケーブルを含み、前記第二の接続部は、前記電子部品を実装する実装面を有し、前記実装面は、前記第一の接続部のうち前記固体撮像素子が実装されている側の面に対し前記第一の接続部を挟んで反対側にあり、前記実装面に、前記電子部品は、前記プリズムの反射面よりも前記内視鏡の基端側で、前記内視鏡の挿入部の長手方向と直交する平面に投影した前記プリズムの影と重なる位置に実装され、前記保持部材は、前記プリズムの入射面及び出射面に直交する前記プリズムの二面を覆って前記基端側に延伸する一対の枠部材を有し、前記電子部品は、前記一対の枠部材の一方と伝熱性のスペーサーを介して接触している、ものである。

本発明によれば、挿入部の細径化が可能な内視鏡を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための内視鏡システムの外観図である。 内視鏡の挿入部の先端部に搭載された撮像装置の構成の第１例を示す図である。 図２に示すＡ－Ａ線断面図である。 内視鏡の挿入部の先端部に搭載された撮像装置の構成の第２例を示す図である。 図４に示すＢ－Ｂ線断面図である。 内視鏡の挿入部の先端部に搭載された撮像装置の構成の第３例を示す図である。 図６に示す撮像装置の上面図である。 撮像装置の別の構成例を示す断面図である。 従来の撮像装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、内視鏡システムの一例を示す。

内視鏡システム１は、内視鏡２と、光源ユニット３と、プロセッサユニット４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に連なる操作部７と、操作部７から延びるユニバーサルコード８とを有し、挿入部６が内視鏡２の先端側、ユニバーサルコード８が基端側に設けられている。挿入部６は、先端部１０と、先端部１０に連なる湾曲部１１と、湾曲部１１と操作部７とを繋ぐ軟性部１２とで構成されており、先端部１０が挿入部６の長手軸における先端側、軟性部１２が同長手軸における基端側に設けられている。なお、挿入部６の長手軸における先端側は内視鏡２の先端側と同義であり、挿入部６の長手軸における基端側は内視鏡２の基端側と同義である。

先端部１０には、観察部位を照明するための照明光を出射する照明光学系や、観察部位を撮像する撮像装置及び撮像光学系などが設けられている。湾曲部１１は挿入部６の長手軸と直交する方向に湾曲可能に構成されており、湾曲部１１の湾曲動作は操作部７にて操作される。また、軟性部１２は、挿入部６の挿入経路の形状に倣って変形可能な程に比較的柔軟に構成されている。

操作部７には、先端部１０の撮像装置の撮像動作を操作するボタンや、湾曲部１１の湾曲動作を操作するノブなどが設けられている。また、操作部７には、電気メスなどの処置具が導入される導入口１３が設けられており、挿入部６の内部には、導入口１３から先端部１０に達し、処置具が挿通される処置具チャンネル１４が設けられている。

ユニバーサルコード８の末端にはコネクタ９が設けられ、内視鏡２は、コネクタ９を介して、先端部１０の照明光学系から出射される照明光を生成する光源ユニット３、及び先端部１０の撮像装置によって取得される映像信号を処理するプロセッサユニット４と接続される。プロセッサユニット４は、入力された映像信号を処理して観察部位の映像データを生成し、生成した映像データをモニタ５に表示させ、また記録する。

挿入部６及び操作部７並びにユニバーサルコード８の内部にはライトガイドや電線群が収容されている。光源ユニット３にて生成された照明光がライトガイドを介して先端部１０の照明光学系に導光され、先端部１０の撮像装置とプロセッサユニット４との間で信号や電力が電線群を介して伝送される。

（撮像装置の第１例）
図２は、挿入部６の先端部１０に搭載された撮像装置の構成の第１例を示す。図３は、図２に示すＡ－Ａ線断面図である。図２及び図３に示す撮像装置２０Ａは、撮影レンズ２１と、プリズム２３と、撮影レンズ２１及びプリズム２３を保持する金属製の保持部材２５と、プリズム２３の出射面２３ｃに取り付けられたイメージセンサ２７と、イメージセンサ２７に接続された回路基板２９と、回路基板２９に実装される電子部品の一つであるコンデンサ３１と、複数（本例では３本）の伝送ケーブル５１とを備える。

プリズム２３は、撮影レンズ２１を介した被撮像領域からの撮影光が入射する入射面２３ａ、図３に示す光軸Ｏに沿った光束を略直角に屈折させて出射面２３ｃに導く反射面２３ｂ、及び出射面２３ｃを有する直角プリズム２３Ａと、直角プリズム２３Ａの反射面２３ｂに接合して反射面２３ｂを保護する貼り合わせ部材２３Ｂとから構成される。プリズム２３は、直角プリズム２３Ａと貼り合わせ部材２３Ｂとを一体に構成することで略立方体に形成される。貼り合わせ部材２３Ｂを構成する５つの面のうち、挿入部６における基端側の面と、直角プリズム２３Ａの出射面２３ｃに対向する面の各面上には、伝熱膜３５が設けられている。伝熱膜３５は、導電性を有する金属薄膜であり、金属蒸着によって形成される。

保持部材２５は、いずれも導電性を有する金属製のレンズ保持体４１とハウジング部４３と遮光部材４５を有する。レンズ保持体４１は、撮影レンズ２１を保持する。ハウジング部４３は、レンズ保持体４１とカバーガラス４６とを保持する。カバーガラス４６は、直角プリズム２３Ａの入射面２３ａに光学接着剤によって貼着されることによりプリズム２３と一体化している。したがって、プリズム２３は、カバーガラス４６を介してハウジング部４３に保持されている。プリズム２３がハウジング部４３によって保持されると、プリズム２３の貼り合わせ部材２３Ｂに設けられた伝熱膜３５の挿入部６における先端側はハウジング部４３と接触した状態になる。このため、伝熱膜３５と保持部材２５は熱的及び電気的に導通する。

また、ハウジング部４３の挿入部６における基端側一部及びプリズム２３の上部及び両側部の周囲には、遮光部材４５が設けられている。遮光部材４５はプリズム２３と離間するように配設されているが、遮光部材４５とプリズム２３との間の空間には、フィラー入りの高熱伝導性樹脂４７が充填されている。また、高熱伝導性樹脂４７を充填する代わりに熱溶着や半田付けを行うことによって、伝熱膜３５とハウジング部４３との間の熱接触を計ってもよい。

イメージセンサ２７は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子である。イメージセンサ２７は、その受像面が直角プリズム２３Ａの出射面２３ｃに対向し、かつ、挿入部６の長手方向と平行に配置されている。

回路基板２９は、可撓性を有する、いわゆるフレキシブル回路基板である。回路基板２９は、展開すると略Ｈ型の形状を有し、つなぎ部２９ｃを中心に２つの接続部２９ａ，２９ｂが折り畳まれた構造を有する。回路基板２９の一方の接続部２９ａにはイメージセンサ２７が実装され、他方の接続部２９ｂにはコンデンサ３１が実装されている。

回路基板２９の接続部２９ｂに実装されたコンデンサ３１は、プリズム２３よりも挿入部６の基端側で、挿入部６の長手方向と直交する平面に投影したプリズム２３の影と重なる位置に設けられている。また、本例では、図２及び図３に示すように、コンデンサ３１は、プリズム２３の貼り合わせ部材２３Ｂの表面に設けられた伝熱膜３５と接触して配置されている。また、コンデンサ３１は、その長手方向が挿入部６の長手方向と一致するよう設置され、正極３４ｂよりも負極３４ａの方がプリズム２３側に位置するよう配置されている。したがって、コンデンサ３１の負極３４ａが伝熱膜３５と接触する。

伝送ケーブル５１は、挿入部６の基端側に延伸する複合ケーブルであり、中心導体５１ａと、中心導体５１ａの周囲に絶縁層を介して設けられた編組線のシールド導体５１ｂとを有する同軸ケーブルを含む。中心導体５１ａは、回路基板２９の接続部２９ａ又は接続部２９ｂと電気的に接続されている。また、シールド導体５１ｂは、伝熱膜３５に接触したコンデンサ３１の負極３４ａと接続されている。本例では、シールド導体５１ｂとコンデンサ３１の負極３４ａとの接続位置は、中心導体５１ａと回路基板２９の接続部２９ａ，２９ｂとの接続位置よりも、挿入部６の先端側である。このため、シールド導体５１ｂは伝送ケーブル５１の延伸方向に対して張力がかかった状態であるのに対し、中心導体５１ａは、同方向に長さに余裕がある状態で接続される。このように、中心導体５１ａは撓みがある状態で回路基板２９に接続されているため、内視鏡２のアングル動作時などに発生する曲げ応力に対して、中心導体５１ａと回路基板２９との剥離が起きにくい。

上記説明した第１例の構成によれば、コンデンサ３１が、プリズム２３よりも挿入部６の基端側で、挿入部６の長手方向と直交する平面に投影したプリズム２３の影と重なる位置に設けられている。すなわち、コンデンサ３１は、挿入部６の長手方向（図３に示す光軸Ｏの方向）と直交する方向に上記影からはみ出さないため、撮像装置２０Ａの小型化を実現でき、内視鏡２の挿入部６を細径化できる。

また、コンデンサ３１は、プリズム２３の貼り合わせ部材２３Ｂの表面に設けられた伝熱膜３５と接触して配置されているため、コンデンサ３１で発生したジュール熱は伝熱膜３５に伝導する。さらに、伝熱膜３５は保持部材２５と接触しているため、伝熱膜３５に伝導した熱は保持部材２５にも伝導し、保持部材２５に伝導した熱は撮像装置２０Ａの先端から放熱される。このように、コンデンサ３１に伝熱膜３５が接触し、伝熱膜３５が保持部材２５と接触した構成であるため、コンデンサ３１で発生したジュール熱の放熱経路を強化できる。また、コンデンサ３１の負極３４ａには伝送ケーブル５１のシールド導体５１ｂが接続されているため、コンデンサ３１で発生したジュール熱はシールド導体５１ｂにも伝導する。したがって、コンデンサ３１で発生したジュール熱の放熱経路をさらに強化できる。その結果、コンデンサ３１の過熱を抑えて、熱影響による撮像信号の品質悪化等を防止できる。

また、コンデンサ３１と伝熱膜３５とが接触する位置は負極３４ａであり、この負極３４ａには伝送ケーブル５１のシールド導体５１ｂも接続する。したがって、コンデンサ３１の負極３４ａは伝熱膜３５を介して保持部材２５に導通し、かつ、シールド導体５１ｂにも導通した状態であるため、接地面積を大きくとることができ、グランド機能を強化できる。

また、コンデンサ３１の負極３４ａとシールド導体５１ｂとの接続位置は、中心導体５１ａが回路基板２９の接続部２９ａ，２９ｂに接続される位置よりも、挿入部６の先端側である。さらに、シールド導体５１ｂは、伝送ケーブル５１の延伸方向に対して張力がかかった状態であるのに対し、中心導体５１ａは、同方向に長さに余裕がある状態で接続される。このため、内視鏡２のアングル動作時などに撮像装置２０Ａに曲げモーメントが作用し、中心導体５１ａに引っ張り応力が作用しても、撓みによる中心導体５１ａの余長分によって吸収され、中心導体５１ａと回路基板２９との接続部には応力が作用しない。その結果、伝送ケーブル５１の中心導体５１ａと回路基板２９との接続状態を安定に維持し、電力経路や信号経路の断線などを防止できる。

また、シールド導体５１ｂとコンデンサ３１との接続位置が中心導体５１ａと回路基板２９との接続位置よりも、挿入部６の先端側にあることで、撮像装置２０Ａに作用する曲げモーメントに強い構造が実現される。

（撮像装置の第２例）
図４は、挿入部６の先端部１０に搭載された撮像装置の構成の第２例を示す。図５は、図４に示すＢ－Ｂ線断面図である。なお、第１例に示した撮像装置２０Ａが有する構成要素と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

図４及び図５に示す撮像装置２０Ｂでは、挿入部６の長手方向に対するコンデンサ３２の向きが第１例とは異なり、その長手方向が挿入部６の長手方向と直交するようコンデンサ３２が設置されている。なお、本例でも、第１例と同様に、回路基板２９の接続部２９ｂに実装されたコンデンサ３２は、プリズム２３よりも挿入部６の基端側で、挿入部６の長手方向と直交する平面に投影したプリズム２３の影と重なる位置に設けられている。

本例のコンデンサ３２は、プリズム２３の貼り合わせ部材２３Ｂの表面に設けられた伝熱膜３５に対して挿入部６の基端側に少し離れて配置されるが、負極３４ａと伝熱膜３５の間に高熱伝導性及び導電性を有するスペーサー３６が設けられ、コンデンサ３２は、スペーサー３６を介して伝熱膜３５と接触する。なお、スペーサー３６は負極３４ａと伝熱膜３５の間にのみ設けられているため、コンデンサ３２の正極３４ｂと負極３４ａはショートしない。

また、コンデンサ３２の負極３４ａには、第１例と同様に、伝送ケーブル５１のシールド導体５１ｂが接続されている。シールド導体５１ｂは伝送ケーブル５１の延伸方向に対して張力がかかった状態であるのに対し、中心導体５１ａは、同方向に長さに余裕がある状態で回路基板２９の接続部２９ａ，２９ｂに接続される。

上記説明した第２例の構成によれば、コンデンサ３２は、負極３４ａと伝熱膜３５の間に設けられたスペーサー３６を介して伝熱膜３５と接触するため、コンデンサ３２で発生したジュール熱はスペーサー３６を介して伝熱膜３５に伝導する。このため、第１例の構成による効果と同様に、コンデンサ３２で発生したジュール熱の放熱経路を強化できる。なお、内視鏡２の挿入部６の細径化、グランド機能の強化、及び伝送ケーブル５１の中心導体５１ａと回路基板２９との接続状態の維持に関する各効果は第１例と同様である。

（撮像装置の第３例）
図６は、挿入部６の先端部１０に搭載された撮像装置の構成の第３例を示す。図７は、図６に示す撮像装置の上面図である。なお、第２例に示した撮像装置２０Ｂが有する構成要素と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

図６及び図７に示す撮像装置２０Ｃが備える保持部材２５は、遮光部材４５から延伸し、図７に示す光軸Ｏに平行な直角プリズム２３Ａの対向する二側面とコンデンサ３３とを両側から覆う板状の一対の枠部材７１を有する。枠部材７１は、遮光部材４５と同様に、導電性を有する金属によって形成され、遮光部材４５を挿入部６の長手方向の基端側に延在させてなる。なお、枠部材７１により、撮像装置２０Ｃの剛性が高められる。

本例のコンデンサ３３は、第２例と同様に、プリズム２３よりも挿入部６の基端側で、挿入部６の長手方向と直交する平面に投影したプリズム２３の影と重なる位置に設けられている。また、第２例と同様に、プリズム２３の貼り合わせ部材２３Ｂの表面に設けられた伝熱膜３５に対して挿入部６の基端側に少し離れて配置されるが、負極３４ａと伝熱膜３５の間に高熱伝導性及び導電性を有するスペーサー３６が設けられ、コンデンサ３３は、スペーサー３６を介して伝熱膜３５と接触する。また、コンデンサ３３の負極３４ａと一対の枠部材７１の一方との間にも、高熱伝導性及び導電性を有するスペーサー３７が設けられ、コンデンサ３３は、スペーサー３７を介して枠部材７１と接触する。また、コンデンサ３３の負極３４ａには、伝送ケーブル５１のシールド導体５１ｂが接続されている。シールド導体５１ｂは伝送ケーブル５１の延伸方向に対して張力がかかった状態であるのに対し、中心導体５１ａは、同方向に長さに余裕がある状態で回路基板２９の接続部２９ａ，２９ｂに接続される。

上記説明した第３例の構成によれば、コンデンサ３３は、伝熱膜３５だけでなく、負極３４ａと枠部材７１の間に設けられたスペーサー３７を介して枠部材７１とも接触するため、コンデンサ３３で発生したジュール熱はスペーサー３７を介して枠部材７１にも伝導する。このため、コンデンサ３３で発生したジュール熱の放熱経路をさらに強化できる。なお、内視鏡２の挿入部６の細径化、グランド機能の強化、及び伝送ケーブル５１の中心導体５１ａと回路基板２９との接続状態の維持に関する各効果は第１例及び第２例と同様である。

なお、図８に示すように、遮光部材４５の全体を挿入部６の長手方向の基端側に延在し、プリズム２３、コンデンサ３１～３３及び回路基板２９を全て覆い、遮光部材４５によって囲まれた空間に、熱伝導性の高い絶縁性の樹脂８１を充填した構成としても良い。この構成例によれば、樹脂８１全体が熱伝導経路となるので、コンデンサ３１を伝熱膜３５に接触させなくても十分な放熱性を得ることができる。その結果、コンデンサ３１をプリズム２３から離れた位置に実装することもできる。

以上説明した第１～３例では、直角プリズム２３Ａと、その反射面２３ｂに接合された貼り合わせ部材２３Ｂとを有するプリズム（立方体プリズム）２３を用いた構成について説明したが、直角プリズム２３Ａだけを使用した構成にも本発明を適用可能である。その場合、直角プリズム２３Ａの反射面２３ｂ上に伝熱膜３５を設け、その伝熱膜３５にコンデンサ３１を接触させる。

以上説明したとおり、本明細書に開示された内視鏡は、
撮影レンズと、
上記撮影レンズを介した撮影光が入射するプリズムと、
上記プリズムの出射面に取り付けられた固体撮像素子と、
上記固体撮像素子に接続された回路基板と、
上記回路基板に実装された電子部品と、を備えた内視鏡であって、
上記電子部品は、上記プリズムの反射面よりも上記内視鏡の基端側で、上記内視鏡の挿入部の長手方向と直交する平面に投影した上記プリズムの影と重なる位置に、実装される。

また、上記撮影レンズを保持する保持部材と、
上記プリズムの反射面上に設けられ、上記保持部材と当接した伝熱膜と、を備え、
上記電子部品は、上記伝熱膜と接触している。

また、上記プリズムは、上記反射面に接合して上記反射面を保護する貼り合わせ部材を含み、
上記内視鏡は、
上記撮影レンズを保持する保持部材と、
上記プリズムの上記貼り合わせ部材の面上に設けられ、上記保持部材と当接した伝熱膜と、を備え、
上記電子部品は、上記伝熱膜と接触している。

また、上記撮影レンズを保持する保持部材を備え、
上記保持部材は、上記撮影レンズを保持するハウジング部に接続され、上記撮影光に平行な上記プリズムの対向する二面と上記電子部品とを覆う枠部材を含み、
上記電子部品は、上記枠部材と接触している。

また、上記回路基板と電気的に接続され、上記挿入部の基端側に延伸する伝送ケーブルを備え、
上記伝送ケーブルは、上記回路基板と電気的に接続された中心導体の周囲がシールド導体によってシールド導体された同軸ケーブルであり、
上記シールド導体は、上記電子部品に接続されている。

また、上記シールド導体と上記電子部品との接続位置は、上記中心導体と上記回路基板との接続位置よりも、上記挿入部の先端側である。

また、上記シールド導体は、上記電子部品の負極端子と電気的に接続されている。

また、上記保持部材及び上記伝熱膜は金属製である。

また、上記保持部材及び上記伝熱膜は、導電性を有する金属製である。

また、上記枠部材は金属製である。

２ 内視鏡
６ 挿入部
１０ 先端部
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 撮像装置
２１ 撮影レンズ
２３ プリズム
２３Ａ 直角プリズム
２３Ｂ 貼り合わせ部材
２３ａ 入射面
２３ｂ 反射面
２３ｃ 出射面
２５ 保持部材
２７ イメージセンサ（固体撮像素子）
２９ 回路基板
２９ａ，２９ｂ 接続部
２９Ｃ つなぎ部
３１～３３ コンデンサ（電子部品）
３４ａ 負極
３４ｂ 正極
３５ 伝熱膜
３６ スペーサー
３７ スペーサー
４１ レンズ保持体
４３ ハウジング部
４５ 遮光部材
４６ カバーガラス
４７ 高熱伝導性樹脂
５１ 伝送ケーブル
５１ａ 中心導体
５１ｂ シールド導体
７１ 枠部材

Claims (4)

1. 撮影レンズと、
   前記撮影レンズを介した撮影光が入射するプリズムと、
   前記プリズムの出射面に取り付けられた固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子に接続する第一の接続部と、電子部品が実装される第二の接続部とを備える回路基板と、
   前記回路基板と電気的に接続され、被検体内に挿入される挿入部の基端側に延伸する伝送ケーブルと、
   前記撮影レンズを保持する保持部材と、
   を備えた内視鏡であって、
   前記伝送ケーブルは、前記回路基板と電気的に接続された中心導体の周囲がシールド導体によってシールドされた同軸ケーブルを含み、
   前記第二の接続部は、前記電子部品を実装する実装面を有し、
   前記実装面は、前記第一の接続部のうち前記固体撮像素子が実装されている側の面に対し前記第一の接続部を挟んで反対側にあり、
   前記実装面に、前記電子部品は、前記プリズムの反射面よりも前記内視鏡の基端側で、前記内視鏡の挿入部の長手方向と直交する平面に投影した前記プリズムの影と重なる位置に実装され、
   前記保持部材は、前記プリズムの入射面及び出射面に直交する前記プリズムの二面を覆って前記基端側に延伸する一対の枠部材を有し、
   前記電子部品は、前記一対の枠部材の一方と伝熱性のスペーサーを介して接触している、
   内視鏡。
2. 請求項１に記載の内視鏡であって、
   前記枠部材は金属製である、内視鏡。
3. 請求項１又は２に記載の内視鏡であって、
   前記シールド導体は、前記電子部品の負極端子と電気的に接続している、内視鏡。
4. 請求項３に記載の内視鏡であって、
   前記シールド導体と前記電子部品との接続位置は、前記中心導体と前記回路基板との接続位置よりも、前記挿入部の先端側である、内視鏡。

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