(57)【要約】【課題】電子内視鏡において、簡単な構成で低コストでありながら電気特性，耐久性を維持する。【解決手段】ＣＣＤ２７に一端部が接続されたフレキシブル基板３７はＳ字状に屈曲され、他端部が、熱伝導性が高い金属板から形成された保護枠４１の内壁面に密接されている。保護枠４１はコの字状部４１ａとバネ部４１ｂからなる。コの字状部４１ａはフレキシブル基板３７を覆って保護する。保護枠４１を節輪３２の円筒部３２ａの内側に挿入するだけで、バネ部４１ｂの先端側の両縁部が円筒部３２ａの内周面に確実に弾性接触する。ＣＣＤ２７やフレキシブル基板３７から発生した熱がコの字状部４１ａに伝わり、バネ部４１ｂから節輪３２に伝わる。節輪３２は複数個の節輪３３に連結され、ＣＣＤ２７やフレキシブル基板３７から発生した熱は、保護枠４１及び節輪３２から複数個の節輪３３に伝わり、効率よく放熱される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学画像を画像信号に変換する固体撮像素子が内蔵され、被検体内に挿入される挿入部の先端部と、この先端部に連設され、回転自在に直列に連結された複数個の関節用節輪を内蔵することにより湾曲自在に構成された湾曲部とを備えた電子内視鏡において、
前記固体撮像素子と電気的に接続され、前記固体撮像素子の駆動に係る回路等が設けられたフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板をコの字状に覆って保護するとともにフレキシブル基板の少なくとも一部が内壁面の一部に密接されるコの字状部と、このコの字状部と一体に連設され、前記関節用節輪に弾性接触されるバネ部とからなる熱伝導性を有する保護枠と
を備えたことを特徴とする電子内視鏡。
【請求項２】
前記関節用節輪に弾性接触されるバネ部の端部には、一対のスリットが形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡。
【請求項３】
前記コの字状部の内側に熱伝導性を有する樹脂を充填することを特徴とする請求項１または２記載の電子内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、挿入部の先端に固体撮像素子を備える電子内視鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部と、この挿入部に連設される操作部を有する。挿入部は、先端から順に、先端部、湾曲部、及び可撓管部を有する。先端部には、観察窓、照明窓、鉗子出口、送気・送水口等が設けられている。湾曲部は、内部に複数個の関節用節輪（以下、単に節輪という）が連結して設けられており、操作部に設けたアングルノブを回転操作することで上下左右方向のいずれにも湾曲する。これにより、被検体内への挿入性をスムーズにし、また、先端部を被検体内の所望の方向に向けることができる。
【０００３】
先端部には、観察窓を通して被検体内を撮像する撮像装置が内蔵されている。撮像装置は、観察窓の背後に配置された撮像用レンズと、この後方に配置された固体撮像素子と、この固体撮像素子と電気的に接続され、固体撮像素子の駆動回路や固体撮像素子からの出力信号を増幅するプリアンプ等が構成された回路基板と、回路基板の端子にハンダにて固定され、画像処理装置等に回路基板を電気的に接続する信号ケーブルとからなる。この信号ケーブルは、湾曲部を湾曲させるためのアングルワイヤーや、照明窓へ光源装置からの照明光を導くライトガイド（光ファイバー）等とともに、挿入部の中に配されている。
【０００４】
近年では、被検者の苦痛を軽減するため、挿入部の細径化が推進されている。例えば、特許文献１記載の内視鏡用撮像装置では、固体撮像素子にフレキシブル基板を直付けし、固体撮像素子の外形から突出したフレキシブル基板を固体撮像素子の外形中心側へ折り曲げ、これに回路基板と信号ケーブルの少なくとも一方を接続することにより、回路基板や信号ケーブルと固体撮像素子との接続部分の小型化を図っている。
【０００５】
特許文献２記載の電子内視鏡では、先端部に最も近い位置にある節輪の一部を先端部側に延長して平面部とし、この平面部に固体撮像素子やＩＣチップ等を配置することにより、先端部を細径化・小型化するとともに、導電性のよい節輪を固体撮像素子やＩＣチップの放熱部材として利用することにより固体撮像素子やＩＣチップの温度上昇を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−８３８９６号公報
【特許文献２】特開昭６３−２２６６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１，２に記載されているように、挿入部の細径化が急速に進められている。これに伴い、種々の問題が発生してきている。例えば、固体撮像素子を小型化すれば、受光部の面積が小さくなるため、体腔内を照明する光源（ＬＥＤ等）の光量をアップしなければ、固体撮像素子から得られる画像の輝度が下がる。光源の光量をアップすると、光源からの光を内視鏡先端部まで導く光ファイバーの温度が上昇し、光ファイバーに近接して設けられている固体撮像素子や回路基板の温度も上昇する。これにより、暗電流レベルが上昇して固体撮像素子からの出力信号にノイズがのる等の電気特性低下の問題が発生する。また、固体撮像素子や回路基板の温度上昇により、これら電子部品の耐久性が低下する（電気特性の劣化や物理的破損の時期が早まる）という問題も生じる。
【０００８】
固体撮像素子や回路基板の温度上昇を抑えるために、特許文献２記載のように、先端部に最も近い位置にある節輪の一部を先端部側に延長して平面部とし、この平面部に固体撮像素子やＩＣチップ等を配置することも考えられるが、従来とは大幅に異なる形状の節輪を用いることになるため、電子内視鏡の製造コストが大幅にアップするという欠点がある。
【０００９】
また、挿入部の先端部には、光源からの照明光を伝搬する光ファイバーや固体撮像素子ばかりでなく、患部の組織を採取する鉗子や固体撮像素子の観察窓を洗浄する水を散布したり薬液を散布するチューブ等が集中しているため、挿入部の細径化に伴って先端部の内部が益々高密度化する。この結果、回路基板やケーブル接続部の耐久性が低下するという構造的な耐久性低下の問題が発生する。
【００１０】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、簡単な構成で低コストでありながら電気特性維持及び耐久性維持を同時に満たす電子内視鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電子内視鏡は、光学画像を画像信号に変換する固体撮像素子が内蔵され、被検体内に挿入される挿入部の先端部と、この先端部に連設され、回転自在に直列に連結された複数個の関節用節輪を内蔵することにより湾曲自在に構成された湾曲部とを備えた電子内視鏡において、前記固体撮像素子と電気的に接続され、前記固体撮像素子の駆動に係る回路等が設けられたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板をコの字状に覆って保護するとともにフレキシブル基板の少なくとも一部が内壁面の一部に密接されるコの字状部と、このコの字状部と一体に連設され、前記関節用節輪に弾性接触されるバネ部とからなる熱伝導性を有する保護枠とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記関節用節輪に弾性接触されるバネ部の端部には、一対のスリットが形成されていることが好ましい。前記コの字状部の内側に熱伝導性を有する樹脂を充填することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フレキシブル基板をコの字状に覆って保護するとともに関節用節輪に弾性接触される熱伝導性を有する保護枠を設けたので、簡単な構成で低コストでありながら電子内視鏡の電気特性維持及び耐久性維持を同時に満たすことができる。また、関節用節輪に弾性接触されるバネ部の端部に一対のスリットを形成すると、関節用節輪に弾性接触される部分がより増加するので、固体撮像素子やフレキシブル基板から発生した熱を関節用節輪へより効率的に放熱することができる。また、コの字状部の内側に熱伝導性を有する樹脂を充填すると、フレキシブル基板をより強固に保護することができるとともに、関節用節輪への熱伝導性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電子内視鏡に係る内視鏡システムの外観図である。
【図２】先端部の内部及び湾曲部の一部の内部を側面から視た断面図である。
【図３】保護枠の一例を示す斜視図である。
【図４】図３に示す保護枠のバネ部が節輪の円筒部の内周面に弾性接触している様子を示す説明図である。
【図５】別の保護枠の例を示す斜視図である。
【図６】図５に示す保護枠のバネ部が節輪の円筒部の内周面に弾性接触している様子を示す説明図である。
【図７】保護枠のコの字状部の内側に樹脂を充填した例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、内視鏡システム２は、電子内視鏡１０、プロセッサ装置１１、及び光源装置１２等から構成されている。電子内視鏡１０は、被検体内に挿入される挿入部１３と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１４と、プロセッサ装置１１や光源装置１２に接続されるユニバーサルコード１５とを備えている。
【００１６】
ユニバーサルコード１５の先端には、コネクタ１６が取り付けられている。コネクタ１６は複合タイプのコネクタであり、プロセッサ装置１１、及び光源装置１２がそれぞれ接続されている。光源装置１２は、後述するＣＣＤ２７（図２参照）の小型化に伴う撮像面２７ａの面積の縮小化に起因するＣＣＤ２７から得られる画像の輝度低下を補うため、従来よりも高輝度の光を発生する光源を内蔵する。
【００１７】
プロセッサ装置１１は、被検体内撮影用の固体撮像素子であるＣＣＤ２７（図２参照）からユニバーサルコード１５及びコネクタ１６を介して入力された撮像信号に各種画像処理を施して、映像信号に変換するとともに、ＣＣＤ２７の駆動を制御する駆動制御信号を送信する。プロセッサ装置１１で変換された映像信号は、プロセッサ装置１１にケーブル接続されたモニタ１７に内視鏡画像として表示される。また、プロセッサ装置１１は、光源装置１２と電気的に接続しており、内視鏡システム２全体の動作を統括的に制御する。
【００１８】
挿入部１３は、先端から順に、先端部１３ａ、湾曲部１３ｂ、及び可撓管部１３ｃで構成されている。先端部１３ａは、表面は樹脂であるが、その内側は硬質な金属材料等で形成され、ＣＣＤ２７等が内蔵される。湾曲部１３ｂは、複数の関節用節輪（以下、単に節輪という）３３（図２参照）を連結して構成され、アングルノブ１８を操作することにより可撓管部１３ｃ内に挿通されたアングルワイヤー（図示せず）の移動に連動して上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部１３ａが体腔内の所望の方向に向けられ、体腔内の被観察部位をＣＣＤ２７で撮像することができる。可撓管部１３ｃは、操作部１４と湾曲部１３ｂとの間を細径で長尺状に繋ぐ部分であり、可撓性を有している。
【００１９】
図２において、先端部１３ａの端面には、観察窓２１、照明窓（図示せず）、鉗子出口２２、及び送気・送水ノズル２３が設けられている。観察窓２１の奥には、体腔内の像光を取り込むための対物光学系２４（撮像用レンズ）が鏡筒２５内に配設されている。対物光学系２４を経由した観察部位の像光は、プリズム２６に入射してプリズム２６の内部で屈曲することでＣＣＤ２７の撮像面２７ａに結像する。なお、ＣＣＤ２７の代わりにＣＭＯＳイメージセンサを設けてもよい。
【００２０】
照明窓には、ライトガイド２８の出射端が面している。ライトガイド２８は、多数の光ファイバー（例えば、石英からなる）を束ねて形成したものである。ライトガイド２８は、挿入部１３、操作部１４、ユニバーサルコード１５、及びコネクタ１６の内部を通っており、コネクタ１６が光源装置１２に接続されたとき、光源装置１２から発する照明光を、照明窓へ導いて体腔内の被観察部位に照射させる。
【００２１】
送気・送水ノズル２３は、操作部１４に設けられた送気・送水ボタン１９（図１参照）を操作することによって、光源装置１２に内蔵の送気・送水装置（図示せず）から供給されるエアー及び洗浄水を観察窓２１へ噴射する。鉗子出口２２は、操作部１４に設けられた鉗子口２０（図１参照）から被観察部位への処置を施す各種処置具が挿入される。
【００２２】
先端部１３ａの前端部２９は硬質樹脂、周表皮３０は軟質樹脂からそれぞれ形成されており、周表皮３０の内側には、硬質な金属材料から形成された筒状部３１が一端部を前端部２９に接合されて設けられている。組み立てられた先端部１３ａを湾曲部１３ｂに連結する際、筒状部３１の他端部の内壁面に、最も先端部１３ａに近い位置に配置された熱伝導性が高い金属製の節輪３２の円筒部３２ａの外周面が固着される。
【００２３】
節輪３２には、一方の端縁から軸方向に突出する一対の外側リンク部３２ｂが形成され、これに、節輪３２と形状が異なる熱伝導性が高い金属製の節輪３３の内側リンク部３３ｃが連結されている。この節輪３３は、複数個が湾曲部１３ｂ内に直列に連結して設けられている。節輪３２，３３は、その構成を従来からなんら変更することなく、そのまま使用できるので、電子内視鏡１０の製造コストを高くすることがない。
【００２４】
節輪３３は、円筒部３３ａと、この円筒部３３ａの一方の端縁から軸方向に突出する一対の外側リンク部３３ｂと、他方の端縁から軸方向に突出する一対の内側リンク部３３ｃとからなる。外側リンク部３３ｂと内側リンク部３３ｃとは、円筒部３３ａの周方向に９０度ずらして配置されており、それぞれに連結穴３４が形成されている。隣接する節輪３３は、外側リンク部３３ｂと内側リンク部３３ｃとを重ね合わせて連結穴３４に結合ピンを通して回転自在に連結されている。節輪３２，３３内には上下及び左右方向に操作するための操作ワイヤ（図示せず）が一対ずつ設けられ、アングルノブ１８の操作で各操作ワイヤを押し引きすることによって節輪３２，３３同士が回転して湾曲部１３ｂ全体が湾曲する。
【００２５】
ＣＣＤ２７は、例えばインターライン型のＣＣＤからなり、撮像面２７ａが表面に設けられたベアチップが用いられる。挿入部１３の細径化に伴って、先端部１３ａを小型化するため、ＣＣＤ２７も小型のものが採用されている。このため、撮像面２７ａの面積も従来のものよりも小さくなっている。撮像面２７ａ上には、四角枠状のスペーサ３５を介して矩形板状のカバーガラス３６が取り付けられている。
【００２６】
ＣＣＤ２７の後端側の辺縁部には、フレキシブル基板３７の一端部が、例えばフリップチップ方式によりバンプ３８を介して電気的に接続されている。そして、ＣＣＤ２７とフレキシブル基板３７とが容易に引き剥がれることがないように、接着剤３９により補強的に接着されている。フレキシブル基板３７には、ＣＣＤ２７を駆動する回路やＣＣＤ２７から出力される映像信号を増幅するアンプ等の回路が設けられている。
【００２７】
フレキシブル基板３７は、Ｓ字状に屈曲されており、その他端部が、保護枠４１の内壁面に密接されている。保護枠４１は、熱伝導性が高い金属板、例えば銅板から形成されており、図３に示すように、コの字状に形成されたコの字状部４１ａと、コの字状部４１ａに連設されたバネ部４１ｂとからなる。
【００２８】
コの字状部４１ａは、Ｓ字状に屈曲されたフレキシブル基板３７を覆い、これを保護するから、フレキシブル基板３７や、後述する信号ケーブル４５，４６との接続部の耐久性が低下するという構造的な耐久性低下の問題は発生しない。
【００２９】
バネ部４１ｂは、側方から観てヘアピンカーブのような形状に屈曲されているから、組み立てた先端部１３ａの保護枠４１を節輪３２の円筒部３２ａの内側に挿入するだけで、バネ部４１ｂの先端側の両縁部が、図４に示すように、円筒部３２ａの内周面に確実に弾性接触される。これにより、ＣＣＤ２７やフレキシブル基板３７から発生した熱が保護枠４１のコの字状部４１ａに伝わり、バネ部４１ｂから節輪３２に伝わる。
【００３０】
図２に戻って、節輪３２は複数個の節輪３３に連結されているから、ＣＣＤ２７やフレキシブル基板３７から発生した熱は、保護枠４１及び節輪３２を介して複数個の節輪３３に伝わり、これらによって効率よく放熱される。この結果、ＣＣＤ２７，フレキシブル基板３７は冷却され、ＣＣＤ２７，フレキシブル基板３７の温度上昇及び先端部１３ａの内部の温度上昇を防止することができる。
【００３１】
前述したように、光源装置１２は高輝度光源を採用しているため、この光源からの光を伝導するライトガイドの発熱量も大きくなる。しかしながら、ライトガイドの発熱によって上昇する先端部１３ａ内部の温度は、保護枠４１及び節輪３２を介して複数個の節輪３３に伝わり、効率よく放熱されるから、先端部１３ａ内部の温度はほとんど上昇せず、ライトガイドからの熱によって、ＣＣＤ２７及びフレキシブル基板３７からの発熱量が上昇することはなく、暗電流レベルが上昇してＣＣＤ２７から出力される映像信号にノイズがのる等の電気特性低下の問題が発生することはない。
【００３２】
また、高画質化のためにＣＣＤ２７のフレーム数を上げる場合も、ＣＣＤ２７の発熱量が増加するが、保護枠４１及び節輪３２を介して複数個の節輪３３によって効率よく放熱されるから、先端部１３ａ内部の温度が上昇することが防止される。この結果、先端部１３ａ内部の温度上昇によって暗電流レベルの上昇し、ＣＣＤ２７から出力される映像信号にノイズがのる等の電気特性低下や、先端部１３ａ内部の温度上昇によって各電子部品の耐久性が低下する（電気特性の劣化や物理的破損の時期が早まる）という耐久性低下の問題は発生しない。
【００３３】
フレキシブル基板３７の他端部側の片面には、複数の端子が設けられ、このうち例えば端子４３，４４には、信号ケーブル４５，４６の各信号線（素線部分）がそれぞれ半田付けによって接続されている（接続部）。端子４３，４４は、例えば入出力端子やアース端子である。信号ケーブル４５，４６は、挿入部１３の管軸の方向（軸方向）に沿って配列され、多芯ケーブル４７から引き出されている。
【００３４】
上記保護枠としては、上記実施形態に挙げたものに限らず、図５に示すような保護枠５０でもよい。この保護枠５０は、コの字状部５０ａは保護枠４１のコの字状部４１ａと同様の形状であるが、バネ部５０ｂには、長手方向に一対のスリット５１が形成され、中央部５２と左右端部５３，５４に分割されている。これにより、保護枠５０を節輪３２の円筒部３２ａの内側に挿入すると、左右端部５３，５４の先端側の両縁部が、図６に示すように、円筒部３２ａの内周面に弾性接触されると同時に、中央部５２の先端側の両縁部が円筒部３２ａの内周面に弾性接触される。この結果、保護枠５０のバネ部５０ｂと節輪３２との接触面積が増加し、熱伝導性がより高くなる。
【００３５】
また、図７に示すように、保護枠４１のコの字状部４１ａの内側に熱伝導性が高い樹脂５５を充填してもよい。このようにすると、フレキシブル基板３７の保護及び信号ケーブル４５，４６との接続部の保護がより強固なものとなる。例えば、信号ケーブル４５，４６が引っ張られる等の力が加えられても、端子４３，４４と信号ケーブル４５，４６との間には、負荷が掛からないか、あるいは、掛かったとしても僅かであるから、端子４３，４４と信号ケーブル４５，４６の各信号線とのハンダ付け箇所の剥離を防止することができる。また、熱伝導性が高い樹脂５５により、ＣＣＤ２７及びフレキシブル基板３７から発生した熱がより効率よく保護枠４１に伝導され、より効率よくＣＣＤ２７及びフレキシブル基板３７を冷却できる。なお、熱伝導性が高い樹脂５５としては、例えばエポキシ樹脂にアルミナ、シリカ等の酸化物フィラーを混練したもの等が使用される。
【００３６】
以上説明した実施形態では、フレキシブル基板の他端部が保護枠の内壁面に密接されているとしたが、単に密接されているだけでなく、接合するようにしてもよい。
【００３７】
上記実施形態では、フレキシブル基板の一端部がＣＣＤの後端側の辺縁部に電気的に接続されるようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、フレキシブル基板に矩形状の開口である窓を形成し、この窓からＣＣＤの撮像面が露呈するようにフレキシブル基板を配設し、窓の４辺のうち少なくとも１辺の縁部とＣＣＤとを電気的に接続するようにしてもよい。この場合、ＣＣＤの撮像面の外側周辺部と窓の各辺の縁部とは、接着剤により補強的に接着されるのが好ましい。
【符号の説明】
【００３８】
２  内視鏡システム
１０  電子内視鏡
１３  挿入部
１３ａ  先端部
１３ｂ  湾曲部
２７  ＣＣＤ
３２，３３  節輪
３２ａ，３３ａ  円筒部
３７  フレキシブル基板
４１，５０  保護枠
４１ａ，５０ａ  コの字状部
４１ｂ，５０ｂ  バネ部
５５  樹脂
【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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【図６】
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【図７】
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