(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0017】
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。本明細書において、2つの面が平行であるとは、この2つの面のなす角度が理想的には0度であることを意味するが、この角度には公差が含まれていてもよい。また、任意の面と任意の方向が平行であるとは、この面に垂直な方向とこの任意の方向とのなす角度が理想的には90度であることを意味するが、この角度には公差が含まれていてもよい。また、2つの方向が直交するとは、この2つの方向のなす角度が理想的には90度であることを意味するが、この角度には公差が含まれていてもよい。また、任意の方向における2つの位置が同じであるとは、この2つの位置の差が理想的には“0”であることを意味するが、この差には公差が含まれていてもよい。
【0018】
図1は、本発明の一実施形態である内視鏡装置100の概略構成を示す図である。
【0019】
図1に示すように、内視鏡装置100は、内視鏡1と、この内視鏡1が接続される制御装置4及び光源装置5からなる本体部2と、を備える。
【0020】
制御装置4には、画像情報等を表示する表示部3と、入力操作を受け付ける入力部6とが接続されている。制御装置4は、内視鏡1及び光源装置5を制御する。
【0021】
内視鏡1は、一方向に延びる管状部材であって被検体内に挿入される挿入部10と、挿入部10の基端部に設けられモード切替操作、撮影操作、送気送水操作、及び吸引操作等を行うためのボタンが設けられた操作ボックス11と、操作ボックス11に隣接して設けられたアングルノブ12と、内視鏡1を光源装置5と制御装置4にそれぞれ着脱自在に接続するコネクタ部13A,13Bを含むユニバーサルコード13と、を備える。
【0022】
なお、図示は省略されているが、操作ボックス11及び挿入部10の内部には、鉗子等の処置具を挿入する鉗子チャンネル、送気及び送水用のチャンネル、吸引用のチャンネル等の各種のチャンネルが設けられる。
【0023】
挿入部10は、可撓性を有する軟性部10Aと、軟性部10Aの先端に設けられた湾曲部10Bと、湾曲部10Bの先端に設けられた先端部10Cとから構成される。
【0024】
湾曲部10Bは、アングルノブ12の回動操作により湾曲自在に構成されている。この湾曲部10Bは、内視鏡1が使用される被検体の部位等に応じて、任意の方向及び任意の角度に湾曲でき、先端部10Cを所望の被観察部位に向けることができる。
【0025】
先端部10Cの先端には、被観察部位からの光を取り込むための観察窓、被観察部位に照明光を出射するための照明窓、鉗子等の処置具を出し入れするための開口、及び送気送水ノズル等が設けられている。先端部10Cの内部には、上記の観察窓に対面する位置に、後述する撮像モジュール40が配置されている。
【0026】
図2は、
図1に示す内視鏡1の先端部10Cに内蔵される撮像モジュール40の概略構成を示す断面模式図である。
図3は、
図2に示す撮像モジュール40を構成するフレキシブル基板60の外観斜視図である。
【0027】
撮像モジュール40は、第一のレンズ43、第二のレンズ44、第三のレンズ45、及び第四のレンズ46を含むレンズ群を収容するレンズ鏡筒41と、レンズ鏡筒41の外周に嵌合された筒状のプリズム保持具42と、光学部材であるプリズム47と、シリコン等の半導体の基板に撮像素子51が形成された半導体チップ50と、半導体チップ50と電気的に接続されたフレキシブル基板60と、補強部材70と、を備える。
【0028】
第一のレンズ43、第二のレンズ44、第三のレンズ45、第四のレンズ46、及びプリズム47は、先端部10Cの先端の観察窓に対面する位置から挿入部10の長手方向Xに沿ってこの順番で配列されている。第一のレンズ43、第二のレンズ44、第三のレンズ45、及び第四のレンズ46を含むレンズ群の光軸は、長手方向Xと平行になっている。
【0029】
プリズム47は、プリズム保持具42の湾曲部10B側の端面の開口を塞ぐようにして、この端面又はこの開口に嵌合された透明な円筒状の平行平面板に接着剤によって接着されている。プリズム47は、接着剤を用いずに、図示省略の連結部材によってプリズム保持具42と連結されることでプリズム保持具42に固定されていてもよい。
【0030】
プリズム47は、レンズ鏡筒41に収容されたレンズ群を通って光入射面に入射した光を、このレンズ群の光軸に垂直な方向に曲げて光出射面から出射する。プリズム47の光出射面は、長手方向Xに平行となっている。上記のレンズ群とプリズム47は撮像光学系を構成し、プリズム47はこの撮像光学系における最後段に配置された光学部材を構成する。
【0031】
フレキシブル基板60は、可撓性を有する回路基板であり、
図3に示すように、長手方向Xに延びた平板状の一端部60aと、一端部60aに平行であり一端部60aの一部と対向する直線部60dと、一端部60aと直線部60dとを繋ぐU字型に湾曲された湾曲部60cと、直線部60dの長手方向Xの端部からプリズム47の傾斜面に沿ってこの傾斜面と対面する位置まで延びた他端部60eと、直線部60dから直線部60dの長手方向に直交する方向に突出されるとともに直角に折り曲げられた枝部60fと、枝部60fの先端に連設され直線部60dに平行なサブ基板60gと、を備える。
【0032】
フレキシブル基板60の一端部60aには、プリズム47の光出射面に垂直な方向に貫通する開口部60bが形成されている。
【0033】
サブ基板60gには、フレキシブル基板60内の回路の端子群と、内視鏡1の挿入部10に内蔵された信号ケーブル80の各信号線81とを接続するための半田付け部62が形成されている。
【0034】
他端部60eのプリズム47側の面には、撮像素子51を駆動する回路及び撮像素子51から出力される撮像信号を増幅するアンプ等の部品が設けられている。他端部60eには、これら部品を保護するためのカバー61が固着されている。このカバー61は、プリズム47に固着されている。
【0035】
半導体チップ50は、シリコン等で構成された矩形板状の半導体基板に形成されたCCDイメージセンサ又はCMOSイメージセンサ等の撮像素子51と、この半導体基板における撮像素子51の撮像面51aが形成された側の面において撮像面51aの周囲に形成された枠状部材からなるスペーサ52と、スペーサ52の上に形成され撮像面51aに平行な平板状の透光性部材53と、を備える。
【0036】
半導体チップ50は、撮像素子51の撮像面51aがフレキシブル基板60の一端部60aの開口部60bに向いた状態で、フレキシブル基板60の一端部60aのプリズム47側の面と反対側の面に固定されて、この一端部60aに形成されている端子と電気的に接続されている。
【0037】
透光性部材53の表面は、プリズム47の光出射面と平行になっている。透光性部材53の表面とプリズム47の光出射面は、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂等の接着剤によって接着されている。
【0038】
補強部材70は、半導体チップ50の外周に配置された枠状の成形部材であり、半導体チップ50の強度及び剛性の少なくとも一方を補強するために設けられている。
【0039】
補強部材70は、半導体チップ50より硬質の材料によって構成されている。補強部材70の材料としては、半導体チップ50の基板より強度又は剛性の高い、例えばセラミック(例えばジルコニア等)又は炭素繊維複合材等の材料が用いられる。
【0040】
補強部材70の内周面の全体は、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂等の接着剤によって半導体チップ50の外周面と接着されている。この接着剤は、例えば熱膨張係数が十分に低い材料が用いられる。
【0041】
撮像面51aに垂直な方向における補強部材70の厚みと半導体チップ50の厚みは同じになっている。つまり、撮像面51aに垂直な方向における半導体チップ50の撮像面51a側の面は、撮像面51aに垂直な方向における補強部材70のフレキシブル基板60側の面と同一面になっている。また、撮像面51aに垂直な方向における半導体チップ50の撮像面51a側の面と反対側の面(第二の面)は、撮像面51aに垂直な方向における補強部材70のフレキシブル基板60側の面と反対側の面(第一の面)と同一面になっている。第一の面と第二の面の位置の差は理想的には“0”であるが、この差には公差が含まれていてもよい。
【0042】
補強部材70の外周面は、半導体チップ70の外周面と平行になっている。これにより、撮像面51aに平行な方向における補強部材70の厚みを十分に確保することができ、補強部材70の補強性能が高められている。
【0043】
図4は、
図2に示す撮像モジュール40の外観斜視図である。
図5は、
図2に示す撮像モジュール40の部分拡大図であり、半導体チップ50の背面側から撮像面51aに垂直な方向に見た正面図である。なお、
図4では、カバー61及び半田付け部62の図示は省略されている。
【0044】
図4及び
図5に示すように、長手方向Xにおける補強部材70の一方側(先端部10Cの先端側)の端部70xの位置と、長手方向Xにおけるフレキシブル基板60の一方側(先端部10Cの先端側)の端部60xの位置は同じになっている。
【0045】
また、撮像面51aに平行かつ長手方向Xに直交する方向である直交方向Yにおける補強部材70の一方側(
図5中の上側)の端部70yuの位置は、直交方向Yにおけるフレキシブル基板60の一方側(
図5中の上側)の端部60yuと同じ位置になっている。
【0046】
また、直交方向Yにおける補強部材70の他方側(
図5中の下側)の端部70ydの位置は、直交方向Yにおけるフレキシブル基板60の他方側(
図5中の下側)の端部60ydと同じ位置になっている。
【0047】
以上のように構成された内視鏡1では、撮像面51aが長手方向Xと平行となるよう半導体チップ50が配置されている。このため、レンズ鏡筒41内のレンズ群の光軸に垂直な方向への撮像モジュール40の厚みの増加を抑えることができ、内視鏡1の細経化が可能となる。
【0048】
また、撮像モジュール40の半導体チップ50は、その外周面の全体に補強部材70が接着されており、この補強部材70の作用によって強度及び剛性の少なくとも一方が補強されている。このため、挿入部10の引き回し又は先端部10Cに加わる衝撃等によって半導体チップ50が損傷したり、半導体チップ50とフレキシブル基板60との電気的接続が切断されたりするのを防ぐことができる。
【0049】
また、補強部材70の撮像面51aに垂直な方向におけるフレキシブル基板60側の面と反対側の面は、半導体チップ50の撮像面51aに垂直な方向における撮像面51a側の面と反対側の面と同一面になっている。このため、撮像面51aに垂直な方向の撮像モジュール40の厚みを薄くすることができ、内視鏡1の細径化が可能となる。
【0050】
また、撮像モジュール40によれば、半導体チップ50が補強部材70によって補強されることから、半導体チップ50を更に薄くすることが可能となり、内視鏡1の更なる細径化と製造コストの低減を図ることができる。
【0051】
図6は、
図2に示す補強部材70の変形例である補強部材70Aの構成を示す図であり、
図5に対応する正面図である。
【0052】
補強部材70Aは、長手方向Xの一方側の端部70xが、フレキシブル基板60の長手方向Xの一方側の端部60xよりも長手方向Xに向かって突き出ている点を除いては、補強部材70と同じ構成である。
【0053】
このように、補強部材70Aの端部70xがフレキシブル基板60の端部60xよりも長手方向Xに突き出ていることで、内視鏡1の細径化を妨げることなく、半導体チップ50の補強効果を更に高めることができる。
【0054】
図7は、
図2に示す補強部材70の変形例である補強部材70Bの構成を示す図であり、
図5に対応する正面図である。
【0055】
補強部材70Bは、直交方向Yの一方側の端部70yuが、フレキシブル基板60の直交方向Yの一方側の端部60yuよりも直交方向Yに向かって突き出ている点と、直交方向Yの他方側の端部70ydが、フレキシブル基板60の直交方向Yの他方側の端部60ydよりも直交方向Yに向かって突き出ている点と、を除いては、補強部材70と同じ構成である。
【0056】
このように、補強部材70Bの端部70yu(端部70yd)がフレキシブル基板60の端部60yu(端部60yd)よりも直交方向Yに突き出ていることで、半導体チップ50の補強効果を更に高めることができる。
【0057】
なお、補強部材70Bにおいて、直交方向Yにおける端部70yuの位置がフレキシブル基板60の端部60yuと同じ構成であってもよい。また、補強部材70Bにおいて、直交方向Yにおける端部70ydの位置がフレキシブル基板60の端部60ydと同じ構成であってもよい。これらの構成であっても、補強部材70と比較して、半導体チップ50の補強効果を高めることができる。
【0058】
図8は、
図2に示す補強部材70の変形例である補強部材70Cの構成を示す図であり、
図5に対応する正面図である。
【0059】
補強部材70Cは、長手方向Xの一方側の端部70xが、フレキシブル基板60の長手方向Xの一方側の端部60xよりも長手方向Xに向かって突き出ている点と、直交方向Yの一方側の端部70yuが、フレキシブル基板60の直交方向Yの一方側の端部60yuよりも直交方向Yに向かって突き出ている点と、直交方向Yの他方側の端部70ydが、フレキシブル基板60の直交方向Yの他方側の端部60ydよりも直交方向Yに向かって突き出ている点と、を除いては、補強部材70と同じ構成である。
【0060】
このように、補強部材70Cの端部70xがフレキシブル基板60の端部60xよりも長手方向Xに突き出ており、更に、補強部材70Cの端部70yu(端部70yd)がフレキシブル基板60の端部60yu(端部60yd)よりも直交方向Yに突き出ていることで、半導体チップ50の補強効果を更に高めることができる。
【0061】
なお、補強部材70Cにおいて、直交方向Yにおける端部70yuの位置がフレキシブル基板60の端部60yuと同じ構成であってもよい。また、補強部材70Cにおいて、直交方向Yにおける端部70ydの位置がフレキシブル基板60の端部60ydと同じ構成であってもよい。これらの構成であっても、補強部材70と比較して、半導体チップ50の補強効果を高めることができる。
【0062】
撮像モジュール40において、補強部材70,70A,70B,70Cの各々のフレキシブル基板60側の面は、フレキシブル基板60に対し接着剤によって接着されていることが好ましい。この構成によれば、補強部材の剛性によってフレキシブル基板60の変形を防ぐことができる。このため、半導体チップ50の姿勢を安定化することができ、半導体チップ50の損傷又は配線接続の切断等を防ぐ効果を高めることができる。
【0063】
撮像モジュール40では、補強部材70,70A,70B,70Cの各々の作用によって半導体チップ50を従来よりも薄くすることが可能となる。このため、半導体チップ50を薄型化した分の厚みを持つジルコニア等のセラミック板を半導体チップ50の背面に接着して、半導体チップ50の保護を図ることも可能である。
【0064】
ここまでの説明では、補強部材70,70A,70B,70Cの各々のフレキシブル基板60側の面と反対側の第一の面が、半導体チップ50の撮像面51a側の面と反対側の第二の面と同一面であるとしたが、これに限定されるものではない。
【0065】
例えば、
図9に示すように、第一の面が第二の面よりも撮像面51a側に位置していたり、
図10に示すように、第一の面が第二の面より撮像面51a側と反対側に位置していたりしていてもよい。これらの構成であっても、半導体チップ50が薄型化されていれば、内視鏡1の細径化は可能である。
【0066】
また、撮像モジュール40では、半導体チップ50と電気的に接続される回路基板として可撓性のフレキシブル基板60が用いられているが、回路基板としては可撓性を有しない硬質の回路基板が用いられてもよい。
【0067】
硬質の回路基板であっても、撮像面51aを露出させるための開口部が形成されることで、回路基板の剛性が低下することから、補強部材70,70A,70B,70Cを設けることが有効となる。回路基板が可撓性基板の場合には、開口部を有することで剛性が特に低下しやすい。このため、補強部材70,70A,70B,70Cを設けることが特に有効となる。
【0068】
以上のように、本明細書には以下の事項が開示されている。
【0069】
(1) 内視鏡の挿入部の先端部に設けられる撮像モジュールであって、上記先端部に設けられる光学部材に対面する開口部を有する回路基板と、撮像面が上記挿入部の長手方向に平行な状態で配置される撮像素子を有し、上記撮像面が上記開口部に向いた状態で配置されて上記回路基板と電気的に接続された半導体チップと、上記半導体チップの外周に配置されて上記半導体チップを補強する枠状の補強部材であって、内周面が上記半導体チップの外周面に接着された補強部材と、を備える撮像モジュール。
【0070】
(2) (1)記載の撮像モジュールであって、上記補強部材は、更に上記回路基板と接着されている撮像モジュール。
【0071】
(3) (1)又は(2)記載の撮像モジュールであって、上記補強部材の上記回路基板側の面と反対側の第一の面は、上記半導体チップの上記撮像面側の面と反対側の第二の面と同一面上又は上記第二の面より上記撮像面側に位置している撮像モジュール。
【0072】
(4) (1)〜(3)のいずれか1つに記載の撮像モジュールであって、上記補強部材の上記長手方向の一方側の端部は、上記回路基板の上記一方側の端部よりも上記長手方向に突き出ている撮像モジュール。
【0073】
(5) (1)〜(4)のいずれか1つに記載の撮像モジュールであって、上記補強部材の上記撮像面に平行かつ上記長手方向に直交する直交方向の端部は、上記回路基板の上記直交方向の端部よりも上記直交方向に突き出ている撮像モジュール。
【0074】
(6) (1)〜(5)のいずれか1つに記載の撮像モジュールであって、上記補強部材は、上記半導体チップより硬質の材料によって構成されている撮像モジュール。
【0075】
(7) (6)記載の撮像モジュールであって、上記材料は、セラミック又は炭素繊維複合材で構成されている撮像モジュール。
【0076】
(8) (1)〜(7)のいずれか1項記載の撮像モジュールであって、上記補強部材の外周面は、上記半導体チップの外周面と平行になっている撮像モジュール。
【0077】
(9) (1)〜(8)のいずれか1つに記載の撮像モジュールであって、上記回路基板は可撓性を有する回路基板である撮像モジュール。
【0078】
(10) 被検体内に挿入される挿入部と、上記挿入部の先端部に設けられた(1)〜(9)のいずれか1つに記載の撮像モジュールと、を備える内視鏡。
【0079】
(11) (10)記載の内視鏡と、上記内視鏡が接続される光源装置と、上記内視鏡が接続され上記内視鏡と上記光源装置を制御する制御装置と、を備える内視鏡装置。