(57)【要約】電子撮像装置（２７）は、被写体からの光学的放射を集めるための、ある光軸を有する対物レンズ（２８）、及びこの光軸に対して実質的に非直角の面に配列される光検出器のマトリクスを含む画像センサ（２４）、を含む。反射鏡（３８）は、対物レンズによって集められる放射を反射して画像センサの平面において焦点画像を形成し、しかも光学面から画像センサの前記平面までの最大距離が画像センサの横の大きさより実質的に小さくなるように位置を定められる光学面を有する。
2005525896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子撮像装置であって、
被写体からの光学的放射を集めるための対物レンズであって、光軸を有する対物レンズと、
前記光軸に対して実質的に非直角の面に配列される光検出器のマトリクスを含む画像センサであって、前記面内で横の大きさを有する画像センサと、
光学面から前記画像センサの前記面までの最大距離が前記画像センサの前記横の大きさより実質的に小さくなると同時に、前記画像センサの前記面に焦点のあった画像を形成するために、前記対物レンズによって集められる放射を反射するよう位置を定められる光学面を有する反射鏡と、
を有する電子撮像装置。
【請求項２】
前記光学面から前記画像センサの前記面までの前記最大距離が、前記画像センサの前記横の大きさの約７５％未満である、請求項１に記載の電子撮像装置。
【請求項３】
前記画像センサの前記面が前記光軸に実質的に平行である、請求項１に記載の電子撮像装置。
【請求項４】
前記反射鏡が、前記画像センサに隣接する出射面及び前記対物レンズに隣接する入射面を有するプリズムを有し、前記光学面が前記入射面と出射面間の対角方向を向くプリズムの反射面を有する、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の電子撮像装置。
【請求項５】
前記プリズムの入射面の高さを小さくして前記高さを前記画像センサの前記横の大きさより実質的に小さくするように、前記プリズムの前記出射面と反対側の面が平らにされる、請求項４に記載の電子撮像装置。
【請求項６】
前記プリズムの前記平らにされる面が、前記装置が収容される管内に前記プリズムがフィットするように面取りされるエッジを有する、請求項５に記載の電子撮像装置。
【請求項７】
前記プリズムの前記入射面が窪みを画定するように形成され、この中に前記対物レンズが配置される、請求項４に記載の電子撮像装置。
【請求項８】
前記画像センサが、
前記光検出器のマトリクスが形成される半導体チップであって、前記画像センサの前記横の大きさによって決定されるチップ面積を有する半導体チップと、
前記チップが取り付けられるチップ・パッケージであって、総面積が前記チップ面積の２００％以下である、チップ・パッケージと、
を有する、請求項１〜３のうちいずれかの一項に記載の電子撮像装置。
【請求項９】
前記画像センサが、その上に前記光検出器のマトリクスが形成される半導体チップを有し、前記チップ上に前記光検出器が製造された後薄化される、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の電子撮像装置。
【請求項１０】
前記画像センサが、その上に前記光学検波器のマトリクスが形成される半導体チップを有し、前記チップが前記画像センサの前記横の大きさによって決定される対角の大きさを有し、かつ前記対物レンズ、反射鏡及び画像センサが、前記装置を前記チップの前記対角の大きさ以下の直径を有する管内に収容できるように、設計され、組み立てられる、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の電子撮像装置。
【請求項１１】
電子撮像装置であって、
被写体からの光学的放射を集めるための対物レンズであって、光軸を有する対物レンズと、
前記光軸に対して実質的に非直角の面に向けられた画像センサであって、
光検出器のモノリシックアレイを有し且つ、予め決められたあるチップ面積を有する半導体チップと、
前記チップが取り付けられるチップ・パッケージであって、総面積が前記チップ面積の約２００％以下であるチップ・パッケージと、
を有する画像センサと、
前記対物レンズによって集められる前記放射を導いて前記画像センサの前記面に焦点のあった画像を形成するように位置を定められる光学面を有する反射鏡と、
を有する電子撮像装置。
【請求項１２】
前記チップ・パッケージの総面積が前記チップ面積の約１５０％以下である、請求項１１に記載の電子撮像装置。
【請求項１３】
前記チップ・パッケージの総面積が前記チップ面積の約１２０％以下である、請求項１２に記載の電子撮像装置。
【請求項１４】
前記画像センサの前記面が前記光軸に対して実質的に平行である、請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載の電子撮像装置。
【請求項１５】
前記光検出器のアレイが前記画像センサの前記面において横の大きさを有し、前記反射鏡が、前記画像センサに隣接する出射面及び前記対物レンズに隣接する入射面を有するプリズムを有し、前記入射面の高さが、前記配列の前記横の大きさより実質的に小さく、且つ前記光学面が前記入射面と出射面間の対角方向を向く前記プリズムの反射面を有する、請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載の電子撮像装置。
【請求項１６】
前記半導体チップは、前記チップ上に前記光検出器が製造された後薄化される、請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載の電子撮像装置。
【請求項１７】
前記半導体チップが前記チップ面積に対応する対角の大きさを有し、かつ前記対物レンズ、反射鏡及び画像センサが、前記装置を前記チップの前記対角の大きさ以下の直径を有する管内に収容できるように、設計され、組み立てられる、請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載の電子撮像装置。
【請求項１８】
前記画像センサが取り付けられる電子回路基板を有し、且つ前記チップ・パッケージが前記回路基板と接触するためのボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を有する、請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載の電子撮像装置。
【請求項１９】
前記回路基板がこれを貫通する開口を形成するように形成され、前記チップ・パッケージが前記回路基板の第一のサイドに配置されるように前記画像センサが前記開口に隣接して取り付けられ、前記反射鏡が、前記開口を通り抜けて前記画像センサに前記放射を導くように前記回路基板の前記第一のサイドと反対側の第二のサイドに配置される、請求項１８に記載の電子撮像装置。
【請求項２０】
内視鏡であって、
予め決められた直径を有するとともに縦軸及び遠位端を有する挿入管と、
前記挿入管内に固定される画像センサであって、前記縦軸に対して実質的に非直角の面に配列される光検出器のマトリクスを含み、前記面において前記挿入管の直径より実質的に大きい対角寸法を有する画像センサと、
前記画像センサに前記被写体の画像を形成するように被写体からの光学的放射を前記画像センサに集束させるため、前記挿入管の前記遠位端に隣接して固定される結像光学機器と、
を有する内視鏡。
【請求項２１】
前記結像光学機器が、
前記被写体からの前記光学的放射を集めるための対物レンズと、
前記対物レンズによって集められる前記放射を反射して前記画像センサの前記面において画像を形成するように位置を定められる光学面を有する反射鏡と、
を有する請求項２０に記載の内視鏡。
【請求項２２】
前記光検出器のマトリクスが前記面において横の大きさを有し、前記反射鏡が、前記光学面から前記画像センサの前記面までの最大距離が前記光検出器のマトリクスの前記横の大きさより実質的に小さくなるように設計され、位置を定められる、請求項２１に記載の内視鏡。
【請求項２３】
前記反射鏡が、前記画像センサに隣接する出射面及び前記対物レンズに隣接する入射面を有するプリズムを有し、前記入射面の高さが前記光検出器のマトリクスの前記横の大きさより実質的に小さく、且つ前記光学面が、前記入射面と出射面間の対角方向を向く前記プリズムの反射面を有する、請求項２２に記載の内視鏡。
【請求項２４】
前記画像センサの前記面が、前記挿入管の前記縦軸に対して実質的に平行である、請求項２０〜２３のうちいずれか一項に記載の内視鏡。
【請求項２５】
前記画像センサが、
前記光検出器のマトリクスが形成される半導体チップであって、前記画像センサの前記横の大きさによって決定されるチップ面積を有する半導体チップと、
前記チップが取り付けられるチップ・パッケージであって、総面積が前記チップ面積の２００％以下である、チップ・パッケージと、
を有する、請求項２０〜２３のうちいずれか一項に記載の内視鏡。
【請求項２６】
前記画像センサが、その上に前記光検出器のマトリクスが形成される半導体チップを有し、前記チップ上に前記光検出器が製造された後薄化される、請求項２０〜２３のうちいずれか一項に記載の内視鏡。
【請求項２７】
前記被写体を照明するために前記挿入管の前記遠位端に取り付けられる１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する、請求項２０〜２３のうちいずれか一項に記載の内視鏡。
【請求項２８】
前記画像センサが取り付けられる第一の取り付けエリア及び前記１以上のＬＥＤが取り付けられる第二の取り付けエリアを含む電子回路基板を有し、前記第二の取り付けエリアが前記第一の取り付けエリアに対して角度を成す、請求項２７に記載の内視鏡。
【請求項２９】
前記挿入管の前記遠位端付近に配置される光源、及び前記被写体を照明するために前記挿入管の前記遠位端から光を発するように前記挿入管を通る光導波路を有する、請求項２０〜２３のうちいずれか一項に記載の内視鏡。
【請求項３０】
内視鏡であって、
縦軸及び遠位端を有する挿入管と、
前記挿入管の前記遠位端内に取り付けられる電子撮像装置であって、
前記挿入管の前記縦軸に対して実質的に平行な光軸を有し、被写体からの光学的放射を集めるための対物レンズと、
前記光軸に対して実質的に非直角の面に配列される光検出器のマトリクスを含み、前記面において横の大きさを有する画像センサと、
光学面から前記画像センサの前記面までの最大距離が前記画像センサの前記横の大きさより実質的に小さくなると同時に、前記画像センサの前記面に焦点のあった画像を形成するために、前記対物レンズによって集められる放射を反射するよう位置を定められる光学面を有する反射鏡と、
を有する電子撮像装置と、
を有する内視鏡。
【請求項３１】
前記反射鏡が、前記画像センサに隣接する出射面及び前記対物レンズに隣接する入射面を有するプリズムを有し、且つ前記光学面は前記入射面と出射面の間の対角方向を向くプリズムの反射面を有し、前記挿入管にフィットするように前記出射面と反対側のプリズム面が平らにされ面取りされる、請求項３０に記載の内視鏡。
【請求項３２】
内視鏡であり、
縦軸及び遠位端を有する挿入管と、
前記挿入管の前記遠位端内に取り付けられる電子撮像装置であって、
前記挿入管の前記縦軸に対して実質的に平行な光軸を有し、被写体からの光学的放射を集めるための対物レンズと、
前記光軸に対して実質的に非直角の面に向けられた画像センサであって、
光検出器のモノリシックアレイを有し、予め決められたチップ面積を有する半導体チップと、
前記チップが取り付けられ、総面積が前記チップ面積の約２００％以下であるチップ・パッケージと、
を有する画像センサと、
前記対物レンズによって集められる前記放射を導いて前記画像センサの前記面に焦点のあった画像を形成するように位置を定められる光学面を有する反射鏡と、
を有する電子撮像装置と、
を有する内視鏡。
【請求項３３】
電子撮像装置であって、
実質的に相互に平行であるそれぞれ第一の光軸及び第二の光軸を有する、被写体からの光学的放射を集めるための第一の対物レンズ及び第二の対物レンズと、
前記光軸に対して実質的に非直角のそれぞれ第一の面及び第二の面に背中合わせに配列されるそれぞれの光検出器のマトリクスを含む第一の画像センサ及び第二の画像センサであって、前記それぞれの面において横の大きさを有する、第一の画像センサ及び第二の画像センサと、
第一の光学面から前記第一の面まで及び第二の光学面から前記第二の面までの最大距離が前記画像センサの前記横の大きさより実質的に小さくなると同時に、前記画像センサの前記第一の面及び第二の面にそれぞれ第一の画像及び第二の画像を形成するために、それぞれ前記第一の対物レンズ及び第二の対物レンズによって集められる前記放射を反射するよう位置を定められるそれぞれ第一の光学面及び第二の光学面を有する、第一の反射鏡及び第二の反射鏡と、
を有する電子撮像装置。
【請求項３４】
前記第一の画像センサ及び第二の画像センサが、これに入射する前記光学的放射に応答してそれぞれ第一の電気信号及び第二の電気信号を生成することに適用され、さらに、前記第一の電気信号及び第二の電気信号を受信し前記被写体の立体画像を生成するように前記信号を処理するために連結される画像プロセッサを有する、請求項３３に記載の電子撮像装置。
【請求項３５】
第一のサイド及び第二のサイドを有する回路基板を含み、前記第一の画像センサ及び第二の画像センサがそれぞれ前記回路基板の前記第一のサイド及び第二のサイドに取り付けられる、請求項３３に記載の電子撮像装置。
【請求項３６】
前記最大距離が前記画像センサの前記横の大きさの約７５％未満である、請求項３３に記載の電子撮像装置。
【請求項３７】
前記第一の面及び第二の面が前記光軸に対して実質的に平行である、請求項３３〜３６のうちいずれか一項に記載の電子撮像装置。
【請求項３８】
前記第一の画像センサ及び第二の画像センサの各々が、
前記光検出器のマトリクスが形成される半導体チップであって、前記画像センサの前記横の大きさによって決定されるチップ面積を有する半導体チップと、
前記チップが取り付けられるチップ・パッケージであって、総面積が前記チップ面積の２００％以下である、チップ・パッケージと、
を有する、請求項３３〜３６のうちいずれか一項に記載の電子撮像装置。
【請求項３９】
前記第一の画像センサ及び第二の画像センサが、前記光検出器のマトリクスが形成される半導体チップを有し、前記チップが、前記チップ上に前記光検出器が製造された後薄化される、請求項３３〜３６のうちいずれか一項に記載の電子撮像装置。
【請求項４０】
内視鏡であって、
縦軸及び遠位端を有する挿入管と、
前記挿入管の前記遠位端内に取り付けられる電子撮像装置であって、
実質的に相互に平行であるそれぞれ第一の光軸及び第二の光軸を有する、被写体からの光学的放射を集めるための第一の対物レンズ及び第二の対物レンズと、
前記光軸に対して実質的に非直角のそれぞれ第一の面及び第二の面に背中合わせに配列されるそれぞれの光検出器のマトリクスを含む第一の画像センサ及び第二の画像センサであって、前記それぞれの面において横の大きさを有する、第一の画像センサ及び第二の画像センサと、
第一の光学面から前記第一の面まで及び第二の光学面から前記第二の面までの最大距離が前記画像センサの前記横の大きさより実質的に小さくなると同時に前記画像センサの前記第一の面及び第二の面にそれぞれ第一の画像及び第二の画像を形成するために、それぞれ前記第一の対物レンズ及び第二の対物レンズによって集められる前記放射を反射するよう位置を定められるそれぞれ第一の光学面及び第二の光学面を有する、第一の反射鏡及び第二の反射鏡と、
を有する電子撮像装置と、
を有する内視鏡。
【請求項４１】
撮像装置であって、
被写体の電子画像を捉えることに適用される画像センサを含むカメラヘッドと、
光源であって、
光学的放射を発生することに適用される発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイと、
それぞれ近位端及び遠位端を有する光ファイバアレイであって、前記近位端が、前記ファイバの各々がそれぞれＬＥＤのうちの１つが発した前記放射を受けるようにそれぞれＬＥＤに結合され、前記遠位端が、前記被写体を照明するように前記カメラヘッドの付近まで前記放射を伝達するように配置される、光ファイバアレイと、
前記被写体の照明を調節するためにそれぞれ異なる強度で光学的放射を発光させるようにＬＥＤを駆動することに適用されるコントローラと、
を有する光源と、
を有する撮像装置。
【請求項４２】
前記コントローラは、前記画像の不均等な輝度に対して調節するように前記被写体の前記画像に応答して前記ＬＥＤを駆動することに適用される、請求項４１に記載の撮像装置。
【請求項４３】
電子撮像の方法であって、
光軸に沿って被写体から光学的放射を集めるために対物レンズを整列することと、
前記光軸に対して実質的に非直角の面において横の大きさを有し、その面内で光検出器のマトリクスを有する画像センサを配置することと、
前記光学面から前記画像センサの前記面までの最大距離が前記画像センサの前記横の大きさより実質的に小さくなると同時に前記画像センサの前記面に焦点のあった画像を形成するため、前記対物レンズによって集められる前記放射を反射するよう反射鏡の光学面の位置を定めること、
を含む、電子撮像の方法。
【請求項４４】
電子撮像の方法であって、
光軸に沿って被写体からの光学的放射を集めるために対物レンズを整列することと、
半導体チップを有し、前記半導体チップが、光検出器のモノリシックアレイを有し且つ予め決められたチップ面積を有しており、前記チップ面積の約２００％以下の総面積を有するチップ・パッケージに取り付けられる画像センサを前記光軸に対して実質的に非直角の面に向けることと、
前記画像センサの前記面に焦点のあった画像を形成するために前記対物レンズによって集められる前記放射を導くよう反射鏡の光学面の位置を定めること、
を含む、電子撮像の方法。
【請求項４５】
内視鏡撮像の方法であって、
縦軸及び遠位端を有する予め決められた直径の挿入管を用意することと、
前記縦軸に対して実質的に非直角の平面に配列される光検出器のマトリクスを含み、且つ前記面において前記挿入管の前記直径より実質的に大きい対角の大きさを有する画像センサを前記挿入管内に固定することと、
前記被写体の画像を前記画像センサに形成するため、被写体からの光学的放射を前記画像センサに集束するよう前記挿入管の前記遠位端に隣接して結像光学機器を整列すること、
を含む、内視鏡撮像の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年５月１６日に提出された米国仮特許出願第６０/３８１，４７８号の利益を請求する。上記出願の開示は参照により本出願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般的に言うと電子撮像システムに関するものであり、特定して言うと特に内視鏡検査に使用される小型カメラヘッド及び関連照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
小型遠隔操作ヘッド・カメラは、内視鏡検査及び最小限に侵襲的な外科診療のその他の分野において一般的に使用されている。体腔及び体内通路内で画像を捉えるために、適切な結像光学機器及び照明源と共に固体画像センサが内視鏡の遠位端に固定される。一般的に言って、内視鏡の直径を小さくし、同時に遠位端のカメラヘッドから得られる画像の質を上げることが望ましい。センサの解像度を上げるためには一般にはサイズを大きくする必要があり、内視鏡の直径を大きくすることになるので、上記の２つの目標は矛盾することが多い。
【０００４】
特許文献においては、主にセンサ、一般にはＣＣＤベースのセンサと適切な小型光学機器を組み込んだ多様な遠位端カメラヘッドが記述されている。いくつかのカメラヘッドの設計例が、米国特許第４，６０４，９９２号、４，４９１，８６５号、４，７４６，２０３号、４，７２０，１７８号、５，１６６，７８７号、４，８０３，５６２号及び５，５９４，４９７号において説明されている。画像センサを含む内視鏡の遠位端の全体的寸法を縮小するためのいくつかのシステム及び方法については、米国特許第５，９２９，９０１号、５，９８６，６９３号、６，０４３，８３９号、５，３７６，９６０号及び４，８１９，０６５号において、また米国特許出願公告第２００１/００３１９１２  Ａ１号において説明されている。これまで内視鏡の直径を小さくするために提案されてきた１つの技法は、従来の光学的設計のように結像光学機器の軸に対して平行の平面に直交する面に画像センサを向けるのではなく、結像光学機器の軸に平行な面に画像センサを向けるものである。この技法の実施については、米国特許第４，６９２，６０８号、４，６４６，７２１号及び４，９８６，６４２号において、また上記の米国特許出願公告第  ２００１/００３１９１２  Ａ１号において記述されている。上記の全ての開示は参照により本出願に組み込まれる。
【０００５】
ほとんどの内視鏡はユーザーに単一の二次元画像を提供するが、三次元画像機能を有する内視鏡も技術上既知である。例えば、異なる２つの光学距離を使用することによって立体画像を生成する内視鏡については、米国特許第５，９４４，６５５号、５，２２２，４７７号、４，６５１，２０１号、５，１９１，２０３号、５，１２２，６５０号、５，４７１，２３７号、５，６７３，１４７号、６，１３９，４９０号及び５，６０３，６８７号において説明されており、その開示は、同様に参照により本出願に組み込まれる。
【０００６】
内視鏡は、一般に、光ファイバを通じて内視鏡の遠位端を照射するために外部照明光源を使用する。他方、内視鏡によっては、内視鏡自体の遠位端か近位端に組み込まれる照明装置を使用する。例えば、この目的のための発光ダイオード（ＬＥＤ）の使用については、米国特許第６，３１８，８８７号、６，３３１，１５６号、６，２６０，９９４号、６，３７１，９０７号及び６，３４０，８６８号において説明されており、その開示は参照により本出願に組み込まれる。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の実施態様においては、小型カメラヘッド・アセンブリは、被写体から光学的放射を集めるための対物レンズ、及び対物レンズの光軸に対して実質的に非直角の平面に配置される画像センサを含む。一般に、センサの面は光軸に対して平行である。反射鏡、典型的なものとしてプリズムは、対物レンズによって集められる放射を導いて、画像センサ上に結像された画像を形成する。
【０００８】
カメラヘッド・アセンブリは、アセンブリの半径寸法（光軸に直角の平面において測定して）を公知技術の同等のアセンブリにおけるより実質的に小さいサイズにするように構成され、組み立てられる。一般に、カメラヘッド・アセンブリは、画像センサの斜角寸法より小さい直径を持つ内視鏡挿入管などチューブ内に納めることができる。直径の減少は、特に、画像センサ上方の反射鏡の高さを、センサが光軸に対して平行に配置される技術上既知の設計に比べて小さくすることができる新規の光学的設計によって達成される。これに加えてまたはその代わりに、さらに直径を小さくするために、カメラヘッド内に画像センサ・チップを取り付けるための新規の方法が使用される。
【０００９】
このように、本願発明に従ったカメラヘッド・アセンブリは、公知技術の同等の解像度の内視鏡と比べて小さい直径の内視鏡を生産するために特に有益である。本願発明の実施態様は、さらに、軍事及び監視カメラ及び小さい空洞の診断用の産業用カメラなどサイズ及び重量が重要な意味を持つその他の撮像用途において使用することができる。
【００１０】
従って、本発明の実施態様に従って、提供される電子撮像装置は、
被写体からの光学的放射を集めるための対物レンズであって、光軸を有する対物レンズと、
光軸に対して実質的に非直角の面に配列される光検出器のマトリクスを含む画像センサであって、前記面内で横の大きさを有する画像センサと、
光学面から画像センサ面までの最大距離が画像センサの横の大きさより実質的に小さくなると同時に、画像センサのその面に焦点のあった画像を形成するために、対物レンズによって集められた放射を反射するよう位置を定められる光学面を有する反射鏡、を有する。
【００１１】
典型的には、光学面から画像センサ面までの最大距離は、画像センサの横の大きさの約７５％未満であり、画像センサ面は光軸に対して実質的に平行である。
【００１２】
一部の実施態様においては、反射鏡は、画像センサに隣接する出射面及び対物レンズに隣接する入射面を有するプリズムを有し、光学面は入射面と出射面の間の対角方向を向くプリズムの反射面を有する。１つの実施態様においては、プリズムの入射面の高さを小さくしてこの高さが画像センサの横の大きさより実質的に小さくなるように、プリズムの出射面と反対側の面が、平らにされ、またプリズムの平らな面は、装置が収容される管内にプリズムがフィットするように面取りされるエッジを有する。これに加えてまたはその代わりに、プリズムの入射面は対物レンズが配置される窪みを画定するように形成される。
【００１３】
典型的には、画像センサは、その上に光検出器のマトリクスが構成される半導体チップを有し、チップは、チップ上に光検出器が製造された後薄化される。
【００１４】
また、本発明の実施態様に従って提供される電子撮像装置は、
被写体からの光学的放射を集めるための対物レンズであって、光軸を有する対物レンズと、
その光軸に対して実質的に非直角の面に向けられた画像センサであって、
光検出器のモノリシックアレイを有し且つ予め決められたチップ面積を有する半導体チップと、
その上にチップが取り付けられるチップ・パッケージであって、総面積がチップ面積の約２００％以下であるチップ・パッケージ、
を含む、画像センサと、
対物レンズによって集められた放射を導いて画像センサの面に焦点のあった画像を形成するように位置を定められる光学面を有する反射鏡、を有する。
【００１５】
チップ・パッケージの総面積はチップ面積の約１５０％以下であることが好ましく、チップ面積の１２０％以下であることがさらに好ましい。
【００１６】
一部の実施態様においては、装置は電子回路基板を含み、その基板に画像センサが取り付けられ、チップ・パッケージは回路基板と接触するためのボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を含む。１つの実施態様においては、回路基板は、これを貫通する開口を形成するように形成され、チップ・パッケージが回路基板の第一のサイドに配置されるように画像センサが開口に隣接して取り付けられ、反射鏡は、開口を通り抜けて画像センサに放射を導くように回路基板の第一のサイドの反対の第二のサイドに配置される。
【００１７】
さらに、本発明の実施態様に従って、提供される内視鏡は
予め決められた直径を有するとともに、縦軸及び遠位端を有する挿入管と、
挿入管内に固定される画像センサであって、縦軸に実質的に非直角の面に配列される光検出器のマトリクスを含み、前記面上において挿入管の直径より実質的に大きい対角寸法を有する、画像センサと、
画像センサに被写体の画像を形成するように被写体からの光学的放射を画像センサに集束させるため、挿入管の遠位端に隣接して固定される結像光学機器、を有する。
【００１８】
１つの実施態様においては、内視鏡は、被写体を照明するように挿入管の遠位端に取り付けられる１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。内視鏡は、また、電子回路基板を含むこともでき、回路基板は画像センサが取り付けられる第一の取り付けエリア及び１以上のＬＥＤが取り付けられる第二の取り付けエリアを含み、第二の取り付けエリアは第一の取り付けエリアに対して角度を成す。
【００１９】
その代わりに、内視鏡は、挿入管の遠位端付近に配置される光源、及び被写体を照明するために挿入管の遠位端から光を発するように挿入管を通る光導波路を含む。
【００２０】
さらに、本発明の実施態様に従って提供される内視鏡は、
縦軸及び遠位端を有する挿入管と、
挿入管の遠位端内に取り付けられる電子撮像装置であって、
挿入管の縦軸に対して実質的に平行な光軸を有し、被写体からの光学的放射を集めるための対物レンズと、
光軸に対して実質的に非直角の面に配列される光検出器のマトリクスを含み、その面において横の大きさを有する画像センサと、
光学面から画像センサの面までの最大距離が画像センサの横の大きさより実質的に小さくなると同時に、画像センサ面に焦点のあった画像を形成するために、対物レンズによって集められる放射を反射するよう位置を定められる光学面を有する反射鏡、
を有する電子撮像装置とを有する。
【００２１】
典型的には、反射鏡は、画像センサに隣接する出射面及び対物レンズに隣接する入射面を有するプリズムを有し、且つ光学面は入射面と出射面の間の対角方向を向くプリズムの反射面を有し、挿入管内にはまるように、出射面と反対側のプリズムの面は平らにされ面取りされる。
【００２２】
本発明の実施態様に従って、さらに提供される内視鏡は、
縦軸及び遠位端を有する挿入管と、
挿入管の遠位端内に取り付けられる電子撮像装置であって、
挿入管の縦軸に対して実質的に平行な光軸を有し、被写体からの光学的放射を集めるための対物レンズと、
光軸に対して実質的に非直角の面に向けられた画像センサであって、
光検出器のモノリシックアレイを有し予め決められたチップ面積を有する半導体チップと、
チップが取り付けられ、総面積がチップ面積の約２００％以下であるチップ・パッケージ、
を有する画像センサと、
対物レンズによって集められる放射を導いて画像センサ面に焦点のあった画像を形成するように位置を定められる光学面を有する反射鏡、
を有する電子撮像装置とを有する。
【００２３】
さらに、本発明の実施態様に従って、提供される電子撮像装置は、
相互に実質的に平行であるそれぞれ第一の光軸及び第二の光軸を有する、被写体からの光学的放射を集めるための第一の対物レンズ及び第二の対物レンズと、
光軸に対して実質的に非直角のそれぞれ第一の面及び第二の面に背中合わせに配列されるそれぞれの光検出器のマトリクスを含む第一の画像センサ及び第二の画像センサであって、それぞれの面において横の大きさを有する、第一の画像センサ及び第二の画像センサと、
第一の光学面から第一の面及び第二の光学面から第二の面までの最大距離が画像センサの横の大きさより実質的に小さくなるとともに、画像センサの第一の面及び第二の面にそれぞれ第一の画像及び第二の画像を形成するために、それぞれ第一の対物レンズ及び第二の対物レンズによって集められる放射を反射するよう位置を定められるそれぞれ第一の光学面及び第二の光学面を有する、第一の反射鏡及び第二の反射鏡、を有する。
【００２４】
典型的には、第一の画像センサ及び第二の画像センサは、これに入射する光学的放射に応答してそれぞれ第一の電気信号及び第二の電気信号を生成することに適用され、この装置は、第一の信号及び第二の信号を受信し被写体の立体画像を生成するように信号を処理するために連結される画像プロセッサを含む。
【００２５】
開示される実施態様において、装置は、第一のサイド及び第二のサイドを有する回路基板を含み、第一の画像センサ及び第二の画像センサがそれぞれ回路基板の第一のサイド及び第二のサイドに取り付けられ、第一の面及び第二の面は光軸に対して実質的に平行である。
【００２６】
また、本願発明の実施態様に従って提供される内視鏡は、
縦軸及び遠位端を有する挿入管と、
挿入管の遠位端内に取り付けられる電子撮像装置であって、
相互に実質的に平行のそれぞれ第一の光軸及び第二の光軸を有し、被写体からの光学的放射を集めるための第一の対物レンズ及び第二の対物レンズと、
光軸に対して実質的に非直角のそれぞれ第一の面及び第二の面に背中合わせに配列されるそれぞれの光検出器のマトリクスを含む第一の画像センサ及び第二の画像センサであって、それぞれの面において横の大きさを有する、第一の画像センサ及び第二の画像センサと、
第一の光学面から第一の面まで及び第二の光学面から第二の面までの最大距離が画像センサの横の大きさより実質的に小さくなると同時に、画像センサの第一の面及び第二の面にそれぞれ第一の画像及び第二の画像を形成するために、それぞれ第一の対物レンズ及び第二の対物レンズによって集められる放射を反射するよう位置を定められるそれぞれ第一の光学面及び第二の光学面を有する、第一の反射鏡及び第二の反射鏡、
を有する電子撮像装置とを有する。
【００２７】
さらに、本発明の実施態様に従って提供される撮像装置は、
被写体の電子画像を捉えることに適用される画像センサを含むカメラヘッドと、
光源であって、
光学的放射を発生することに適用される発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイと、
それぞれ近位端及び遠位端を有する光ファイバアレイであって、近位端が、光ファイバの各々がそれぞれＬＥＤのうち１つが発した放射を受けるようにそれぞれＬＥＤに結合され、遠位端が、被写体を照明するようにカメラヘッドの付近まで放射を伝達するように配置される、光ファイバアレイと、
被写体の照明を調節するためそれぞれ異なる強度で光学的放射を発光させるようＬＥＤを駆動することに適用されるコントローラ、
を有する光源と、を有する。
【００２８】
典型的には、コントローラは、画像の不均等の輝度に対して調節するように被写体の画像に応答してＬＥＤを駆動することに適用される。
【００２９】
さらに、本発明の実施態様に従って、提供される電子撮像の方法は、
光軸に沿って被写体から光学的放射を集めるために対物レンズを整列することと、
光軸に対して実質的に非直角の面において横の大きさを有し、その面内で光検出器のマトリクスを有する画像センサを配置することと、
反射鏡の光学面から画像センサ面までの最大距離が画像センサの横の大きさより実質的に小さくなると同時に、画像センサに焦点のあった画像を形成するため、対物レンズによって集められる放射を反射するよう反射鏡の光学面の位置を定めること、を含む。
【００３０】
さらに、本発明の実施態様に従って、提供される電子撮像の方法は、
光軸に沿って被写体から光学的放射を集めるために対物レンズを整列することと、
半導体チップを有し、その半導体チップが光検出器のモノリシックアレイを有し且つ予め決められたチップ面積を有しており、チップ面積の２００％以下の総面積を有するチップ・パッケージ上に取り付けられる画像センサを光軸に実質的に非直角の面に向けることと、
画像センサ面に焦点のあった画像を形成するために対物レンズによって集められる放射を導くよう、反射鏡の光学面の位置を定めること、を含む。
【００３１】
さらに、本発明の実施態様に従って提供される内視鏡撮像の方法は、
縦軸及び遠位端を有する、予め決められた直径を持つ挿入管を用意することと、
縦軸に対して実質的に非直角の面に配列される光検出器のマトリクスを含み、且つその面において挿入管の直径より実質的に大きい対角の大きさを有する画像センサを挿入管内に固定することと、
画像センサに被写体の画像を形成するため、被写体からの光学的放射を画像センサに集束するよう挿入管の遠位端に隣接して結像光学機器を整列すること、を含む。
【００３２】
本願発明は、添付図面と一緒に以下の実施態様の詳細な説明を読めばさらに充分に理解できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は、本発明の実施態様に従った内視鏡撮像システム２０を略図的に示すブロック図である。システム２０は、内視鏡２１を有し、内視鏡はケーブル１２によって処理ユニット１６に接続される。内視鏡は、図に示されかつ以下に説明される通り、その遠位端２５に小型カメラヘッドを含む挿入管２３を有する。一般に、内視鏡は、カメラヘッドによって撮像される内視鏡の遠位端に隣接するエリアを照明するための内部光源も含む。その代わりにまたはこれに加えて、光ファイバ・バンドル１５を通じて内視鏡２１内の光導波路に照明を与えるために外部光源１４を使用することができる。その代わりに、１以上の液体充填光導波路を通じて外部光源を内視鏡の遠位端に光学的に接続することができる。光源１４は、一般に、以下に説明する通り、ＬＥＤなど１つまたはそれ以上の固体発光体を有する。その代わりに、光源は、公知技術である、ガス放電灯を含むことができる。
【００３４】
処理ユニット１６は、ケーブル１２を通じて小型カメラヘッドから信号を受信し、ディスプレイ１８においてビデオ画像を生成するために信号を処理する。処理ユニット１６は、画像処理機能及び制御回路を有するスタンドアロンユニットか、適切なフロントエンド回路及びソフトウェアを含むパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）とすることができる。その代わりに、処理ユニットの機能を内視鏡２１内の電子機器が果たすことができる。電子機器、及び遠位端２５を照明するための光源を、内視鏡を操作するために使用されるハンドル（図には示されていない）内に含めることができる。一部の実施態様においては、図１４及び１５に示される通り、内視鏡２０は立体画像情報を与え、処理ユニットは三次元画像再構成及び表示を行うことができる。処理装置１６は、さらに、以下に説明する通り、光源１４のコントローラとして機能することができる。
【００３５】
図２は、本発明の実施態様に従った挿入管２３内の小型カメラヘッド・アセンブリ２７を示す断面略図である。１以上の光源３０が内視鏡２１のすぐ遠位の領域を照明する。一般に、光源３０は白色光ＬＥＤを有するが、その代わりに、他の色のＬＥＤまたは赤外線ＬＥＤまたは用途によっては公知技術である小型白熱光源を含めて、他のタイプの小型光源を使用することができる。
【００３６】
遠位端２５に取り付けられる対物レンズ２８は、光源３０によって照明された被写体からの光を集めて、これを集束させる。一般に直角プリズム３８を含む反射鏡は、画像センサ２４の焦点面に集束させるために対物レンズ２８によって集められる光を反射する。センサ２４は、一般に、公知技術である、ＣＭＯＳ、ＣＣＤまたはその他の固体撮像技術に基づく検出素子の二次元マトリクスを有する。例えば、センサ２４は、アイダホ州ボイジーのマイクロンテクノロジーが製造する、３７７×３１２の検出素子を有し、全体チップ寸法３×３．７ｍｍ（対角寸法約４．８ｍｍ）のうち約２×１．８ｍｍの画像領域を持つＭＩ０１３３  ＣＭＯＳ撮像アレイを有するようにしてもよい。一般に、プリズム３８は集束光線の光軸を９０°曲げ、そのためセンサの焦点面が対物レン２８の光軸に対して実質的に平行となる。その代わりに、センサが対物レンズの光軸に対して非直角の別の角度に向くように、反射鏡と画像センサを配置することができる。
【００３７】
センサ２４は、公知技術である、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）に配列されるボール２９によって、プリント回路基板４０などの回路基板に取り付けられる。センサ２４をパッケージして取り付けるこの方法は、センサをセンサ・チップ自体よりあまり広くないチップ規模のパッケージに収容することを可能とする。センサ・チップをチップ規模のパッケージにして取り付けるこの方法及びその他の方法については以下に詳細に説明する。内視鏡２１を貫通するケーブル２２はアセンブリ２７を処理ユニット１６に接続する。基板４０上の１以上のコントローラ及び通信インターフェイス・チップ２６は、電気信号を画像センサ２４から処理ユニット１５に送り、処理装置から制御入力を受け取る役割を果たす。ケーブル２２は、一般にケーブル・クランプ３４によって基板４０に機械的に固定される。光源３０を取り付けるために基板４０の垂直延長部４１を設けることができる。その代わりに、基板４０は、可撓性の端部を含み、これを折り曲げて光源３０を取り付けることができる。さらに、その代わりに、公知技術のその他の適切な手段を用いて、遠位端２５に光源を取り付けることができる。内視鏡のほぼ全長に伸びる作業用チャネル４２が、基板４０の下に配置される。
【００３８】
図３は、本発明の別の実施態様に従った小型カメラヘッド・アセンブリ３７の断面略図である。アセンブリ３７は、このアセンブリ３７においては遠隔光源を用いて内視鏡２１の全長に伸びる光ファイバ光導波路４４を通じて遠位端２５を照明する点を除いて、図２に示されるアセンブリ２７と同様である。遠隔光源は、外部光源１４または内視鏡２１内の近位に配置される内部光源（図には示されていない）とすることができる。光源３０に代わって、照明レンズ３１は光導波路４４からの光を内視鏡の遠位に在る被写体に向ける。光導波路４４は、一般に複数の光ファイバを有し、光ファイバは複数の照明レンズを通じて光を出力するために遠位端２５で分岐してもよい。さらにその代わりに、図２に示される通り１以上の遠位端光源３０を、光導波路４４によって光を供給される１以上のレンズ３１と組み合わせて使用することができる。
【００３９】
図４は、遠位端２５のアセンブリ２７（図２）の素子を示す、挿入管２３の端面略図である。４つの光源３０がこの実施態様においては示されているが、適切な照明を行うために必要に応じてもっと多いまたは少ない光源を採用することができる。アセンブリ３７は、光源３０の代わりに照明レンズ３１を用いて同様に構成することができる。挿入管２３の最小達成可能直径は、センサ２４及び基板４０の横の大きさ（幅）及びセンサ２４の平面上方のプリズム３８の高さによってほぼ決定されることが観察される。プリズム３８の高さを小さくするための技法及び光学設計については以下に説明する。その上にセンサ２４が製造されるチップは薄化され、チップ・パッケージ（使用される場合には）及び基板４０は、基板がチップ自体よりあまり広くならないように設計されることが好ましい。このように、挿入管２３の直径は、センサ２４の対角寸法より小さくすることができる。
【００４０】
アセンブリ２７及び３７の半径方向の全体的寸法を最小限に抑えることは設計上主要な問題であり、そのため挿入管２３をより狭くして狭い体内通路により容易に通せるようにすることもある。上述の通り、画像センサの典型的な横の大きさは３×３．７ｍｍである。製造されたままのセンサ・チップは、一般に約０．７ｍｍの厚みである。基板４０の典型的な厚みは０．３ｍｍである。挿入管２３の壁の厚みは、約０．１５ｍｍである。図４に示される図において、挿入管２３の直径は、水平方向において基板４０の幅プラス挿入管の壁の厚みの２倍によって制限されることが分かる。基板の幅を３ｍｍとすると、水平方向の最小直径は下記の式で求められる。
【００４１】
直径≧３+２*０．１５＝３．３ｍｍ                                （１）
一方、垂直方向においては、挿入管２３の最小直径は、基板４０の厚み、プラス、センサ２４の厚みの２倍及びプリズムの高さの２倍（基板４０が挿入管２３のほぼ中央に配置されると仮定して）、プラス、挿入管の厚みの２倍によって制限される。従来の光学設計においては、プリズム（またはその他の反射鏡）の高さは、センサアレイの横寸法、この例においては２ｍｍより小さくすることはできない。従って、垂直方向における直径の限度は、下記の通りである。
【００４２】
直径≧０．３+２*（０．７+２+０．１５）＝６．０ｍｍ                （２）
しかし、本発明の実施態様においては、図４に示されるようにプリズムの高さが小さくなるので、垂直方向における挿入管２３の限界直径が実質的に小さくなる。センサ・チップを０．７ｍｍの標準厚みより薄化することもできる。これらの結果として、挿入管２３の最小直径は、好ましくはセンサ２４の対角寸法（この例においては４．８ｍｍ）未満に減少される。
【００４３】
次に、図５は、本発明の実施態様に従ってプリズムの最小高さＨがどのように決定されるかを示すプリズム３８の単純化された光線図である。中心光線５４及び両端の光線５３及び５５は、光学アセンブリ２７の開口絞り５０から発してセンサ２４で焦点を結ぶようにプリズム３８の反射面５２で反射される。光線５４は、センサ２４の中心に入射するのに対して、光線５３及び５５は画像のエッジに対応する。光線Ｄを、絞り５０から光線５４が面５２から反射する点までの距離とし、Ａを、光線５４がセンサ２４にぶつかる点と光線５５がセンサ２４にぶつかる点の間の水平距離とする。（言い換えると、Ａはセンサ２４の活動エリアの幅のほぼ半分であるはずなので、この例においてはＡ＝1/2×２ｍｍ＝１ｍｍである）。プリズム３８の高さＨと距離Ａ及びＤとの間の関係は、下記の式で表すことができる。
【００４４】
Ｈ＝２Ａ*（Ａ+Ｄ）/（２Ａ+Ｄ）                                        （３）
従って、所与の値Ａの時にＤを小さくすると、プリズム38の高さＨを小さくすることができる。Ｃを、プリズム３８の前面と光線５４が面５２から反射する点との間の水平距離と定義し、Ｂを、光線５４がセンサ２４にぶつかる点と光線５３がセンサ２４にぶつかる点の間の水平距離と定義する。距離Ｃ及びＢが図５に示される通りほぼ等しいと仮定し、ＢがほぼＡに等しいと仮定すると、最小距離Ｄminは、下記の通りである。
【００４５】
Ｄmin＝Ｂ＝Ｃ                                                        （４）
従って、
Ｈmin＝１．３３*Ａ                                            （５）
Ｈ＝１．３３ｍｍを式（２）に挿入すると、挿入管の限界直径は４．６６ｍｍとなる。この限界は、センサ２４の対角の大きさ、約４．８ｍｍより小さいことが分かるであろう。
【００４６】
実際の光学設計においては、開口絞り５０をプリズム３８の入射面に配置する必要性による制約のため、Ｄを式（４）で示されるＤminの値まで小さくすることは困難だろう。しかし、Ｄの値がもっと大きくても、本発明に基づいて、公知技術の反射鏡（例えば、プリズムの高さと底面の大きさが等しく、底面の大きさが画像センサの横の大きさにほぼ等しいもの）で典型的な公称高さＨ≒２ＡよりＨの値を実質的に下げることが可能である。例えば、Ｄ＝２Ａの場合、Ｈ＝１．５*Ａの高さのプリズムを使用することができるので、プリズムの高さはセンサ２４の横寸法の約７５％またはこれより小さくなる。図９に示される通り、Ｃ＜Ｂとなるように反射プリズムを設計することも可能であり、これにより、Ｈをさらに、Ｈmin≒Ａの限界まで小さくすることができる。
【００４７】
図６は、本発明の実施態様に従ったアセンブリ２７の光学設計例を示す光線図である。光線のグループ７２及び７４は対物レンズ２８によって集められ面５２によってセンサ２４の焦点面７０に反射される画像のエッジを定める。プリズム３８は、光線のグループ７２が左下隅からプリズムを出るのに対して、光線グループ７４が右下隅からプリズムを出るように設計される。プリズムは１．３３*Ａよりわずかに大きい高さの平面８０において先端が切り取られる。開口絞り５０と面５２の間の距離Ｄが短いので、反射面の上部（平面８０より上）は必要なく、図に示される通り排除することができる。
【００４８】
この実施態様においては、対物レンズ２８は、保護ウィンドウ７３、これに続く２枚のレンズ７５及び７７を有し、これらの間に空隙がある。プリズム３８及び両方のレンズはＰＭＭＡで作られる。開口絞り５０はレンズ７７の第一面に配置される。対物レンズ２８の前側焦点距離は水中で１０ｍｍである。表１は、この設計の光学パラメータを列記している。
【００４９】
表１−図６の光学的設計パラメータの例
・   厚み０．１ｍｍのＢＫ７から作られる保護ウィンドウ７３
・   保護ウィンドウからレンズ７５の第一面までの空隙：０．０５ｍｍ
・   レンズ７５の第一面の曲率半径：-．７９８２（凹面）
・   レンズ７５の厚み：０．３ｍｍ
・   レンズ７５の第二面の曲率半径：１．５９３（凹面）
・   レンズ７５の第二面と開口絞り５０との間の空隙：０．１５７ｍｍ
・   開口絞り直径：０．２９ｍｍ
・   開口絞り５０とレンズ７７の第一面との間の空隙：０
・   レンズ７７の第一面の曲率半径：１．７５６（凸面）
・   レンズ７７の厚み：０．４ｍｍ
・   レンズ７７の第二面の曲率半径：-０．５４７（凸面）
・   レンズ７７の第二面とプリズム３８との間の空隙：０．１ｍｍ
・   ４５°プリズム、底面２ｍｍ×２ｍｍ
・   プリズム出射面とセンサ２４との間の距離：０．１５ｍｍ
図７Ａ及び７Ｂは、本発明の実施態様に従って大きさをさらに小さくしたプリズム３９のそれぞれ側面及び端面略図である。面取りされた面７６は平面８０の両側で切断されるので、図４に示される通り、プリズムを丸い挿入管により容易に組み込まれやすくする。対物レンズ２８からセンサ２４に結像光線を反射するために使用されない面５２のエリアからしか材料が取り除かれないので、面取りされた面はプリズム３９の性能に影響を及ぼさない。
【００５０】
図８は、本発明の代替実施態様に従った丸い面取りされた面７８を有する別のプリズム８１の端面略図である。その代わりにまたはこれに加えて、図７Ａ及び７Ｂに示されるものから図８に示されるものまでの範囲の形状を有するプリズムを得るためにいくつでも直線に面取りすることを採用することができる。
【００５１】
図９は、本発明のさらなる実施態様に従った別のカメラヘッド・アセンブリ８７の光学設計例である。この実施態様においては、プリズム８３及びこれに付随する対物レンズ８５は、プリズムの高さが前の実施態様におけるよりさらに小さくなるように設計されている。このために、対物レンズ８５は（従って、開口絞り５０も）、プリズム８３の入射面に形成される窪みによって、面５２のより近くに配置される。同様に、前面延長部をプリズムに加えることができる。いずれの場合にも、プリズムの右下部は光線のグループ７４の変形を防ぐ役割を果たす。
【００５２】
この実施態様においては、対物レンズ８５は３枚のレンズ９０、９２、９４を有し、このうち、レンズ９２と９４は接合レンズであり、そのレンズの間に空隙を有する。開口絞り５０はレンズ９２と９４との間に配置される。対物レンズ２８の前側焦点距離は水中で３０ｍｍである。下の表２は、この設計の光学的パラメータを示している。
【００５３】
表２−図９の光学設計パラメータの例
・   厚み０．１ｍｍのＳＫ１６から作られるレンズ９０
・   レンズ９０の第一面の曲率半径は無限（平ら）であり、第二面の曲率半径は０．９２７（凹面）
・   レンズ９０からレンズ９２の第一面までの空隙：０．０５ｍｍ
・   ＳＫ１６/ＳＦＬ６で作られるレンズ９２
・   レンズ９２の第一面の曲率半径：０．４６１（凸面）
・   レンズ９２の第二面の曲率半径：０．４１３５（第一の素子に対しては凹面、接合素子に対しては凸面）
・   レンズ９２の第三面の曲率半径：１．１１１（凹面）
・   レンズ９２の厚み：０．１/０．１ｍｍ（接合レンズ全体厚み０．２ｍｍ）
・   レンズ９２の第三面と開口絞り５０との間の空隙：０．０５ｍｍ
・   開口絞り５０とレンズ９４の第一面との間の空隙：０．０５ｍｍ
・   ＳＦＬ６/ＳＫ１６で作られるレンズ９４
・   レンズ９４の第一面の曲率半径：２．３７６（凸面）
・   レンズ９４の第二面の曲率半径：７．４５５７（第一の素子に対しては凹面、接合素子に対しては凸面）
・   レンズ９４の第三面の曲率半径：１９．０３７（凹面）
・   レンズ９４の厚み：０．１/０．１ｍｍ（接合レンズ全体厚み０．２ｍｍ）
・   レンズ９４の第三面とプリズム８３との間の空隙：０．０５ｍｍ
・   ＳＦＬ６で作られる４５°プリズム、底面１．７ｍｍ×１．７ｍｍ
・   プリズム出射面と焦点面７０との間の距離：０．０５ｍｍ
図１０は、図２に断面図で示されるカメラヘッド・アセンブリ２７のセンサ・アセンブリ部分の上面略図である。この実施態様においては、画像センサ２４は、イスラエル、エルサレムのＳｈｅｌｌＣａｓｅ  Ｌｔｄ．によって製造されるＳｈｅｌｌＯＰパッケージまたは別の同様のタイプのパッケージに収容される。画像センサ・チップの入力/出力（Ｉ/Ｏ）パッドは延長ワイヤ（図には示されていない）によってダイスの底まで伸び、ここで、上述したようにボール２９によって基板４０に接続される。この技法は、公知技術であるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージング法の１つの実施形態である。センサ・チップをＳｈｅｌｌＯＰパッケージにパッケージする前に、シリコン・ダイスが薄化され、チップとパッケージの合計厚みが一般には約０．７ｍｍになる。従って、式（２）によって求められる通り挿入管２３の限界直径が維持される。
【００５４】
図１０の平面において測定されるように、センサ２４、プラスそのパッケージの総面積がセンサ・チップ自体の面積よりわずかに大きいだけであることにも留意する。従って、水平方向における挿入管の限界直径は、式（１）によって求められる通り、チップ・パッケージによってあまり増大しない。この実施態様及び以下に説明する実施態様において、センサ２４は、センサ面における総面積という点で、センサ・チップ自体の面積の２００％以下のチップ規模のパッケージに収容されることが好ましい。チップ規模のパッケージの総面積はセンサ・チップの面積の１５０％以下であることがさらに好ましく、１２０％以下であることが最も好ましい。これらの寸法は概数であり、±２５％変動しても本願発明のこの態様を実現できることが分かるだろう。
【００５５】
同様に、基板４０は、センサ２４のパッケージよりわずかに広いだけであることが好ましい（この場合幅の大きさは、図１０の垂直方向または図４の水平方向とみなされる）。基板に必要とされる幅を最小限に抑えるために、センサ２４は、Ｉ/Ｏパッドをチップの２つの側だけ、典型的には図１０に示される図において左側と右側だけに持つように作成してもよい。
【００５６】
図１１は、本発明の別の実施態様に従った、カメラヘッドに使用されるセンサ・アセンブリ１００の断面略図である。この実施態様においては、画像センサ２４は、公知技術であるフリップチップ・パッケージまたはＳｈｅｌｌＣａｓｅが製造するタイプのパッケージといった別のタイプのＢＧＡパッケージに収納される。センサは、基板４０の「ウィンドウ」１０４の下に取り付けられ、センサＩ/Ｏパッド（図には示されていない）はボール１０２によってＰＣＢ４０に接続される。画像センサ２４のこのＢＧＡパッケージング法は、同様に、チップ・パッケージの典型的な全体厚みを０・４ｍｍにするためにシリコン・ダイスを薄化するステップを含む。センサ２４を基板の下に取り付けプリズム３８を基板から突き出させるこの取り付け方法は、式（２）によって求められる直径限度をさらに小さくするのに有用である。
【００５７】
図１２は、本発明のさらに別の実施態様に従った、カメラヘッドに使用されるセンサ・アセンブリの断面略図である。この実施態様においては、画像センサ２４は、センサ・チップに合うように作られる基板の凹部にフィットさせる。センサは、公知技術の通り結合線によって基板４０に電気的に結合される。前の実施態様と同様、センサ・チップは、基板４０に組み込む前に薄化されることが好ましい。チップは、それ以上パッケージせずに裸チップとして基板４０の凹部にフィットさせてもよい。その代わりに、特別の凹部なしに基板４０の表面に裸チップを直接取り付けてもよい。
【００５８】
図１３は、本発明の実施態様に従った、各々がそれぞれの光導波路１１２に結合されるＬＥＤ１０７の配列１１４の上面略図である。光導波路はバンドル１５にまとめられ、これが内視鏡２１に光を送る。ＬＥＤ１０７は、例えば上記の米国特許出願公示第ＵＳ２００１/００３１９１２  Ａ１において説明される通り、内視鏡２１の遠位端においてセンサ２４の視界内の不均等の照度を補正するために、個別に制御することができる。ＬＥＤ１０７は、白色光など全て同じ色の光を発するか、またはそれぞれのＬＥＤが赤外線を含めて異なる色を発するように構成することができる。
【００５９】
図１４及び１５は、本発明の実施態様に従った、立体撮像用の小型カメラヘッド・アセンブリ１１５を略図的に示している。図１４は、アセンブリ１１５の側面断面図であるのに対して、図１５は図１４の右側から見た端面図である。アセンブリ１１５の設計は、上に詳細に説明した通りのアセンブリ２７の原理に基づいており、内視鏡の遠位端内で使用するのに適する。アセンブリ１１５の２つの画像センサ１２８及び１３０は、基板４０の反対側に背中合わせに取り付けられる。上述の通り、このために例えばＢＧＡ取付けを使用することができる。各センサは、それぞれの反射プリズム１１８、１２０及び対物レンズ１２２、１２４を有する。このようにして、画像センサ１２８及び１３０は、平行であるが、相互にずれる光軸に沿って、対物レンズ１２２及び１２４の視界に在る被写体の画像を捉える。プロセッサ１６（図１）は、画像センサが生成する信号を受信し、ディスプレイ１８に擬似三次元画像を生成するようこの信号を処理する。プリズム１１８及び１２０の高さを最小限に抑えること及びセンサ１２８及び１３０の幅及び厚みを小さくすることを含めて、上述の設計原理に基づいて、アセンブリ１１５の全体直径を、同等の解像度の画像を生成するための公知技術の小型立体カメラヘッドの直径より実質的に小さくすることができる。
【００６０】
上述の実施態様は、特に内視鏡撮像に関して説明されているが、本発明の原理は、軍事及び監視カメラ及び小さい空洞の診断用の産業用カメラなど、サイズ及び重量が重要となるその他の電子撮像の分野においても同様に応用できる。従って、上述の実施態様は例として述べられており、本発明は特に図に示され上に説明されるものに限定されないことが分かるだろう。本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせ、並びに以上の説明を読むことによって当業者が思い当たる、先行技術においては開示されていないその変形及び修正を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本願発明の実施態様に従った、内視鏡撮像システムを略図的に示すブロック図である。
【図２】本願発明の実施態様に従った、カメラヘッド・アセンブリの断面略図である。
【図３】本願発明の実施態様に従った、カメラヘッド・アセンブリの断面略図である。
【図４】図２のカメラヘッド・アセンブリの端面略図である。
【図５】本願発明の実施態様に従った、カメラヘッド・アセンブリに使用されるプリズムの光線略図である。
【図６】本願発明の実施態様に従った、カメラヘッド・アセンブリの素子を示す光線略図である。
【図７Ａ】本願発明の実施態様に従った、カメラヘッド・アセンブリに使用されるプリズムの側面略図である。
【図７Ｂ】本願発明の実施態様に従った、カメラヘッド・アセンブリに使用されるプリズムの端面略図である。
【図８】本願発明の代わりの実施態様に従った、カメラヘッド・アセンブリに使用されるプリズムの端面略図である。
【図９】本願発明の別の実施態様に従った、カメラヘッド・アセンブリの素子を示す光線略図である。
【図１０】本願発明の実施態様に従った、カメラヘッドに使用されるセンサ・アセンブリの上面略図である。
【図１１】本願発明の実施態様に従った、カメラヘッドに使用されるセンサ・アセンブリの断面略図である。
【図１２】本願発明の別の実施態様に従った、カメラヘッドに使用されるセンサ・アセンブリの断面略図である。
【図１３】本願発明の実施態様に従った、内視鏡システムに使用される照明アセンブリの上面略図である。
【図１４】本願発明の実施態様に従った、立体カメラヘッド・アセンブリの側面略図である。
【図１５】本願発明の実施態様に従った、立体カメラヘッド・アセンブリの端面断面略図である。
【図１】
2005525896.tif 000003
【図２】
2005525896.tif 000004
【図３】
2005525896.tif 000005
【図４】
2005525896.tif 000006
【図５】
2005525896.tif 000007
【図６】
2005525896.tif 000008
2005525896.tif 000009
【図８】
2005525896.tif 000010
【図９】
2005525896.tif 000011
【図１０】
2005525896.tif 000012
【図１１】
2005525896.tif 000013
【図１２】
2005525896.tif 000014
【図１３】
2005525896.tif 000015
【図１４】
2005525896.tif 000016
【図１５】
2005525896.tif 000017
【国際調査報告】
2005525896.tif 000018
2005525896.tif 000019