(57)【要約】【課題】効率的に放熱し、かつ、内視鏡先端部が小さい内視鏡先端部の放熱構造を提供する。【解決手段】内視鏡先端部の放熱構造は、内視鏡の撮像素子部１８に設けられた撮像素子２２と、シールド部材４０と、撮像素子２２の裏面に設けられた回路基板２４とを備える。シールド部材４０は伝送ケーブル２８の周囲を覆う。キャビティ３４は、回路基板２４の撮像素子２２とは反対側の面に設けられる。伝送ケーブル２８は、撮像素子２２からの画像信号を取出す。キャビティ３４には、撮像素子２２から発せられた熱を放射する熱電素子３６を有する。熱電素子３６の放熱側の接続板は、シールド部材４０と接合する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡の先端硬性部に設けられた撮像素子と、
前記撮像素子からの画像信号を取出すための伝送ケーブルの周面を覆うシールド部材と、
前記撮像素子の裏面に設けられた回路基板とを備え、
前記回路基板の前記撮像素子とは反対側の面にはキャビティが設けられ、前記キャビティには、前記撮像素子から発せられた熱を放熱する熱電素子が設けられ、
前記熱電素子の放熱面が前記シールド部材と接合することを特徴とする内視鏡先端部の放熱構造。
【請求項２】
前記熱電素子は、吸熱面が設けられた吸熱部と放熱面に放熱用ランドが設けられた放熱部とを有し、前記放熱部を除く部分が前記キャビティに埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡先端部の放熱構造。
【請求項３】
前記熱電素子は、吸熱面が設けられた吸熱部と放熱面に放熱用ランドが設けられた放熱部とを有し、前記放熱部は前記回路基板から突出するように、前記キャビティに埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡先端部の放熱構造。
【請求項４】
前記キャビティは回路基板の前記撮像素子とは反対側の面における中央部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡先端部の放熱構造。
【請求項５】
前記回路基板は、撮像素子と接する面が撮像素子と略等しい面積を有する張出部と、
前記張出部の中央から後端方向に延び横断面が前記張出部よりも小さい中間部と、
前記中間部からさらに後端方向に延び横断面が前記中間部よりも大きく且つ前記張出部より小さい取付部とからなり、
前記取付部の側面にケーブル取付ランドが設けられることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡先端部の放熱構造。
【請求項６】
前記突出している熱電素子の放熱部の上面に接続板が設けられ、前記接続板表面には放熱用ランドと前記熱電素子の電源電極と導通する電源電極用ランドとが露出し、前記放熱用ランドは、前記シールド部材と接合することを特徴とする請求項３に記載の内視鏡先端部の放熱構造。
【請求項７】
前記熱電素子は複数の半導体を有し、前記半導体の接続回路が前記キャビティの底部に形成されることを特徴とする請求項６に記載の放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡先端部の放熱構造に関し、より詳しくは先端部が小型の放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内視鏡先端部における撮像素子の積極的な熱対策として、撮像素子や能動部品近傍に熱伝導性の高い放熱部材を、撮像素子の枠に固定して設けることにより放熱する構造が知られている（特許文献１）。また、直接撮像素子に熱伝導性の高い部材を密着させて複合ケーブル側に放熱させる構造も提案されている（特許文献２）。しかし、近年ＣＭＯＳイメージセンサ（以降ＣＩＳ）を搭載することに伴い、多くの熱を生成する多機能の回路が同一チップに搭載されることがある。このため、放熱構造だけでは昇温による画像劣化を防止出来ず、回路基板の長手方向に熱電素子を設けることでより効率的に放熱する構造も提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９１６９３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７９５２７号公報
【特許文献３】特開２０１０−０３５８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、長手方向に熱電素子を実装すると、内視鏡先端の硬性部が大きくなるという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、効率的に放熱し、かつ、内視鏡先端部が小さい内視鏡先端部の放熱構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る内視鏡先端部の放熱構造は、内視鏡の先端硬性部に設けられた撮像素子と、撮像素子からの画像信号を取出すための伝送ケーブルの周面を覆うシールド部材と、撮像素子の裏面に設けられた回路基板とを備え、回路基板の撮像素子とは反対側の面にはキャビティが設けられ、キャビティには、撮像素子から発せられた熱を放射する熱電素子が設けられ、熱電素子の放熱面がシールド部材と接合することを特徴とする。
【０００７】
また、熱電素子は、吸熱板が設けられた吸熱部と放熱板に放熱用ランドが設けられた放熱部とを有し、放熱部を除く部分がキャビティに埋め込まれることが好ましい。また、回路基板の側面にケーブル取付ランドが設けられてもよい。
【０００８】
さらに、回路基板は、撮像素子と接する面が撮像素子と略等しい面積を有する張出部と、張出部の中央から後端方向に延び横断面が張出部よりも小さい中間部と、中間部からさらに後端方向に延び横断面が中間部よりも大きく且つ張出部より小さい取付部とからなり、取付部の側面にケーブル取付ランドが設けられても良い。張出部には、電子部品が備えられることが好ましい。電子部品を張出部に配置することにより先端部をより小型化できる。また、撮像素子は、ＣＩＳであっても良い。ＣＣＤと比較してＣＩＳは多機能な回路が盛り込まれることが多く発熱量が多くなる場合があるが、本発明の構造によって省スペースで、かつ、効率的に放熱することが可能となる。撮像素子がＢＧＡ型であることが好ましい。ＢＧＡ型であれば、外部電極接続ランドが不要となり、先端硬性部をさらに小型化することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、効率的に放熱し、かつ、内視鏡先端部が小さい内視鏡先端部の放熱構造を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を適用した内視鏡の全体図である。
【図２】第１の実施形態における撮像素子部の縦断面を表す図である。
【図３】図２を基端方向から見た立体図である。
【図４】第２の実施形態における撮像素子部の斜視図である。
【図５】図４を基端方向から見た立体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１を参照すると、内視鏡１０は、体内に挿入される内視鏡可撓管１１と、内視鏡１０を操作するために使用者によって把持される操作部１５と、内視鏡１０をプロセッサ（図示せず）に接続するためのコネクタ１６を備える。内視鏡可撓管１１は、可撓性を有する可撓部１２と、可撓部１２の先端に接続される湾曲部１３と、湾曲部１３の先端に接続された先端硬性部１４とを備える。操作部１５は、ユニバーサルケーブル１７を介してコネクタ１６に接続される。
【００１２】
先端硬性部１４において撮影された体内の光学像は、先端硬性部１４に設けられた撮像素子部１８によって電気信号に変換される。電気信号は、ユニバーサルケーブル１７及びコネクタ１６を介し、プロセッサにおいて画像処理され、画像はオペレータにより観察される。
【００１３】
図２を参照し、撮像素子部１８の構成を説明する。撮像素子部１８は、カバーガラス２０に保護されたＣＩＳ撮像素子２２を有し、撮像素子２２の裏面には回路基板２４が設けられる。積層セラミックである回路基板２４の側面には、複数のケーブル取付ランド２６が設けられ、ケーブル取付ランド２６には、伝送ケーブル２８の接続部３０が接続される。撮像素子２２からの電気信号は、伝送ケーブル２８を介して内視鏡の基端部へ伝送される。また、撮像素子２２の外部電極３２は、ケーブル取付ランド２６へ接続される。
【００１４】
回路基板２４の撮像素子２２とは反対側の面の中央部には、キャビティ３４が形成される。キャビティ３４には撮像素子２２から発せられた熱を放射する熱電素子３６が設けられる。熱電素子３６は、吸熱面３５と放熱面３７との間にＮ型、Ｐ型半導体を交互に直列接続させた構造で、放熱面３７を除く部分がキャビティ３４に埋め込まれる。すなわち、放熱面３７は回路基板２４から突出する。キャビティ３４の底部、すなわち撮像素子２２に近い面には熱電素子３６の複数の半導体を直列につなぐための接続回路が形成される。また、熱電素子３６の発熱側である放熱面３７は、回路基板２４に接触しない位置に設けられる。ここで、熱電素子３６とキャビティ３４との間には空間が形成されるか又は断熱樹脂が充填される。これにより、放熱側から吸熱側へ熱が伝導することを防止できる。
【００１５】
熱電素子３６の放熱面は、接続板４１に接続され、放熱用ランド３８（図３参照）を介してシールド線束（シールド部材）４０に接続されて放熱経路を形成する。シールド線束４０は、シールド線を束ねたものが一旦はんだ処理されて形成された後、はんだ付け等により放熱用ランド３８に接合される。このように、放熱用ランド３８にシールド線束４０が接合されると、接合されない場合と比較して大幅に放熱効率が上がる。
【００１６】
図３を参照して、撮像素子部１８の立体構造を説明する。先端面と平行な撮像素子２２の面は約３ｍｍ角の正方形状であり、この面と接する回路基板２４の面は、略同形状である。回路基板２４の撮像素子２２とは反対側の面には、２ｍｍ角の正方形状で深さ１ｍｍのキャビティ３４が設けられる。このキャビティ３４にはキャビティ３４の深さよりも高さのある熱電素子３６が配置される。熱電素子３６の吸熱面３５は撮像素子２２に近い方に配置され、対向する位置には熱電素子３６の放熱面３７（図２参照）が配置される。また、キャビティ３４の開口と同一面上では、キャビティ３４の開口を取り巻くように電子部品２１が配置される。
【００１７】
キャビティ３４の内部に備えられて、突出した熱電素子３６の放熱面３７の上面には、接続板４１が設けられる。接続板４１の表面において、放熱用ランド３８と、熱電素子３６の電源電極と導通する電源電極用ランド４２とが露出される。放熱用ランド３８には、上述のシールド線束４０（図２参照）が接続される。これにより、熱電素子３６の吸熱面３５から放熱面３７に移動した熱は、シールド線束４０によって吸収されて放射され、撮像素子２２が冷却される。
【００１８】
このように、回路基板２４に設けられたキャビティ３４内に熱電素子３６が配置されることで、撮像素子部１８（図２参照）が太く又は長くなることはない。より具体的には、熱電素子３６の厚みの８０％以上がキャビティ３４に収められ、従来と同等の寸法でケーブルが配置可能となる。これにより、内視鏡の先端硬性部１４の寸法に影響を与えることの無い放熱構造が実現される。
【００１９】
次に、図４を参照し、第２の実施形態を説明する。第１の実施形態との違いは、撮像素子２２がＴＣＰ（Tape Carrier Package）型ではなくＢＧＡ（Ball Grid Array）型であることである。これにより、以下に詳述するように、回路基板２４の形状が異なる。また、第１の実施形態と同じ部材には同符号を付している。
【００２０】
回路基板２４は、撮像素子２２と電気的に接続される面が、撮像素子２２と略等しい面積の張出部６２を有する。張出部６２と撮像素子２２とは、ＢＧＡバンプ６０によって電気的に接続される。張出部６２の中央から後端方向には、横断面が張出部６２よりも小さい中間部６４が延設される。中間部６４からさらに後端方向には、横断面が中間部６４よりも大きく且つ張出部６２より小さい取付部６６が延設される。すなわち、第２の実施形態における回路基板２４は、張出部６２と中間部６４と取付部６６とから成る。
【００２１】
図５を参照すると、中間部６４（図示せず）の周囲すなわち張出部６２には、中間部６４を囲むように電子部品２１が配置される。これにより、電子部品２１の配置スペースを別途設ける必要が無く、撮像素子部１８を小さく設計することが出来る。また、取付部６６の側面には、ケーブル取付ランド２６が設けられ、伝送ケーブル２８（図４参照）の接続部３０（図４参照）が接続される。ここで、撮像素子２２はＢＧＡ型であり、外部電極３２が撮像素子の外周面に無いため、回路基板２４の外周面に外部電極３２（図２参照）との接続用ランドを用意する必要は無い。したがって、撮像素子２２の大きさに依らず、取付部６６を細く設けることが可能となる。つまり、ケーブル取付ランド２６に接続される伝送ケーブル２８は、第１の実施形態と比較して小さくまとめられる。
【００２２】
このように、第２の実施形態では、張出部６２のスペースを利用して電子部品２１を配置でき、また、伝送ケーブル２８を取付部６６の外周面に沿って小さくまとめることができる。これにより、第１の実施形態よりも撮像素子部１８を小さく設計することが可能となる。
【００２３】
なお、回路基板２４の幾何学的な中心部位置には回路が無いため、キャビティ３４が形成されても電気的な構成に問題は生じない。また、回路基板２４は、積層アルミナセラミックであるため熱伝導性及び放熱性に優れ、昇温をより効果的に抑制可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１４  先端硬性部
２２  撮像素子
２４  回路基板
２６  ケーブル取付ランド
２８  伝送ケーブル
３４  キャビティ
３５  吸熱面（吸熱部）
３６  熱電素子
３７  放熱面
３８  放熱用ランド
４０  シールド線束（シールド部材）
６２  張出部
６４  中間部
６６  取付部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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