(57)【要約】  電子画像化装置（４０）は、上面に導体トレース（６６）が配置されるプリント回路基板（５０）及びその基板に取り付けられる画像センサ（４８）を含む。画像センサは、相互接続が画像センサの辺のうち１つだけに配置されるように、複数の辺、及び画像センサをプリント回路基板の導体トレースに結合する導電相互接続部（５２、６４）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子画像化装置であって、
上面に導体トレースが配置されるプリント回路基板と、
前記プリント回路基板に取り付けられ、複数の辺を有する画像センサと、
導電相互接続部であって、該導電相互接続部が前記画像センサの前記辺のうち１つだけに配置されるように前記画像センサを前記プリント回路基板上の前記導体トレースに結合する、導電相互接続部と、
を含むことを特徴とする電子画像化装置。
【請求項２】
前記導電相互接続部がワイヤボンドを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記導電相互接続部が前記画像センサの第一の辺に配置され、かつ前記第一の辺に相対する前記画像センサの第二の辺が前記プリント回路基板の縁から０．５ｍｍ未満に配置される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記プリント回路基板が第一の幅を有し、かつ前記画像センサが第二の幅を有し、かつ前記第一の幅が前記第二の幅より最大０．２ｍｍを越えないだけ大きい、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記プリント回路基板が前記画像センサを収容するための凹部を含む、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記画像センサが前記プリント回路基板に直接固定される半導体チップを含む、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
画像センサ装置であって、
複数の辺を有する半導体基板と、
前記半導体基板に配置される感光素子アレーと、
前記感光素子アレーを前記画像検出装置の外部の回路に結合するため、前記半導体基板の前記辺のうち１つだけに配置される接触パッドと、
を含むことを特徴とする画像センサ装置。
【請求項８】
前記接触パッドがワイヤボンディングによってプリント回路基板に接続されるのに選択された、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
内視鏡であって、
遠位端を有する挿入チューブと、
前記挿入チューブの前記遠位端に配置される画像化アセンブリとを備え、
前記画像化アセンブリは、
上面に導体トレースが配置されるプリント回路基板と、
前記プリント回路基板に取り付けられ、複数の辺を有する画像センサと、
導電相互接続部が前記画像センサの前記辺のうち１つだけに配置されるように、前記画像センサを前記プリント回路基板上の前記導体トレースに結合する導電相互接続部と、
前記挿入チューブの前記遠位端外部の被写体からの光学的放射を集めて前記光学的放射を前記画像センサに集束させるための対物レンズと、
を含むことを特徴とする内視鏡。
【請求項１０】
前記対物レンズが光軸を有し、前記画像センサが前記光軸に対して非直角を成す平面に配置される光学検波器のマトリクスを含む、請求項９に記載の内視鏡。
【請求項１１】
前記画像センサの前記平面に焦点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た前記放射を反射するように配置される光学表面を含む、請求項１０に記載の内視鏡。
【請求項１２】
前記導電相互接続部がワイヤボンドを含む、請求項９乃至１１のうちいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項１３】
前記導電相互接続部が前記画像センサの第一の辺に配置され、前記第一の辺に相対する前記画像センサの第二の辺が前記プリント回路基板の縁から０．５ｍｍ未満に配置される、請求項９乃至１１のうちいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項１４】
前記プリント回路基板が第一の幅を有し、かつ前記画像センサが第二の幅を有し、前記第一の幅が前記第二の幅より最大０．２ｍｍを越えないだけ大きい、請求項９乃至１１のうちいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項１５】
画像化装置の生産方法であって、
複数の辺を有する半導体基板上に感光素子の配列を形成するステップと、
前記感光素子の配列を前記半導体基板の外部の回路に結合するため、前記半導体基板の前記辺のうち１つだけに接触パッドを形成するステップと、
を含むことを特徴とする画像化装置の生産方法。
【請求項１６】
上面に導体トレースが配置されるプリント回路基板に半導体基板を固定するステップと、
前記半導体基板の前記辺のうちの前記１つのみで相互接続部を用いて前記接触パッドを前記導体トレースに接続するステップとを含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記接触パッドを前記導体トレースに接続するステップが前記接触パッドと前記導体トレースとの間でワイヤを接合するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記接触パッドが前記半導体基板の第一の辺に配置され、前記半導体基板を前記プリント回路基板に固定するステップが前記第一の辺に相対する前記半導体基板の第二の辺を前記プリント回路基板の縁から０．５ｍｍ未満に配置するステップを含む、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記半導体基板を第一の幅を有するプリント回路基板に固定するステップを含み、前記半導体基板が第二の幅を有し、前記第一の幅が前記第二の幅より最大０．２ｍｍを越えないだけ大きい、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記半導体基板を前記プリント回路基板に固定するステップが前記プリント回路基板の凹部に前記半導体基板を挿入するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電子画像化システム、特に、特定的には内視鏡用の小型カメラヘッド及び関連回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型遠隔ヘッドカメラは、一般に内視鏡及び最小限に侵襲性の手術に関するその他の分野において広く使用される。体腔及び通路内の画像を捕捉するために、ソリッドステート画像センサは適切な結像オプティックスと一緒に内視鏡の遠位端に固定される。一般的に言って、内視鏡のサイズを小さくしながら、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そのサイズを大きくすることが必要であり、内視鏡のサイズを大きくすることになるので、この２つの目的はしばしば矛盾する。
【０００３】
これまで、主に適切な小型オプティックスとセンサ特にＣＣＤセンサとの統合に基づく多様な遠位端のカメラヘッドが特許文書において説明されている。一部のカメラヘッド例の設計は、米国特許第４，６０４，９９２号、第４，４９１，８６５号、第４，７４６，２０３号、第４，７２０，１７８号、第５，１６６，７８７号、第４，８０３，５６２号及び第５，５９４，４９７号において記載されている。画像センサを含む内視鏡の遠位端の全体的寸法を小さくするためのいくつかのシステム及び方法が米国特許第５，９２９，９０１号、第５，９８６，６９３号、第６，０４３，８３９号、第５，３７６，９６０号及び第４，８１９，０６５号及び米国特許出願公開第２００１／００３１９１２Ａ１号において記載されている。
【０００４】
内視鏡の直径を小さくするために示唆された１つの技法は、従来の光学設計のように結像オプティックスの軸に対して平行の平面に対して直角を成すのではなくこの平面上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、第４，６４６，７２１号及び第４，９８６，６４２号及び上記の米国特許出願公開第２００１／００３１９１２Ａ１号において記載されている。
【０００５】
プリント回路基板（ＰＣＢ）に画像センサを取り付けて、センサと他の回路素子との間に必要な電気相互接続を処理するための様々な技法が技術上既知である。例えば、「小型カメラヘッド」と題するＰＣＴ特許国際公開ＷＯ０３／０９８９１３は、この種の画像センサを含む内視鏡のサイズを最小限に抑えるために使用できるいくつかの取り付け形態について記載している。
【０００６】
米国特許第５，７１２，４９３号は、ディスプレイ装置を基板に取り付け、関連相互接続を処理するための方法について記載している。駆動素子が取り付けられる基板の周縁部をよりコンパクトにするために装置の２つまたは３つの辺に沿って相互接続ラインを配置するいくつかの相互接続構造が示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施態様は、プリント回路基板に画像センサを取り付けるための新規の技法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
センサチップとの間の全ての入力及び出力相互接続部がセンサチップの１つの辺に沿って配置されるように、パッケージされていないセンサチップが基板に取り付けられる。１つの実施態様において、接続はワイヤボンディングによって行われるが、当業者には代替接続法が明らかであろう。単一の辺に沿って全ての相互接続部を配置することによって、基板の縁に非常に近接してセンサチップの残りの３つの辺を位置決めすることができる。この技法を用いて、小型カメラヘッドアセンブリの幅をほぼセンサチップの幅と同じくらい狭くすることができ、かつアセンブリの長さを最小限に抑えることができる。
【０００９】
本発明の一部の実施態様において、この種の小型カメラヘッドアセンブリは内視鏡画像化システムに使用される。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カメラ、及び一般に光軸に対して平行の画像センサを含む。一般にプリズムである反射鏡は対物レンズによって集められた放射の方向を定めて、画像センサに焦点画像を形成する。画像センサは上記の通りプリント回路基板に取り付けられ、これに接続される。その結果、内視鏡の直径は画像センサ自体の幅より大きい必要はない。カメラヘッドアセンブリの長さを最小限に抑えることによって、内視鏡の挿入柔軟性を改善し、狭く曲がりくねった通路を突き進めるようにする。
【００１０】
さらに、軍事用カメラ及び偵察カメラ及び小さいキャビティの診断用の工業用カメラなど、サイズ及び重量が重要である他の画像化用途に本発明の実施態様を使用することができる。
【００１１】
従って、本発明の実施態様に従って、上面に導体トレースが配置されるプリント回路基板、基板に取り付けられ複数の辺を持つ画像センサ、及び導電相互接続部が画像センサの辺のうち１つだけに配置されるように画像センサをプリント回路基板の導体トレースに結合する導電相互接続部、を含む電子画像化装置が提供される。
【００１２】
開示される実施態様において、導電相互接続部はワイヤボンドを含む。
【００１３】
別の実施態様において、導電相互接続部は画像センサの第一の辺に配置され、第一の辺に相対する画像センサの第二の辺はプリント回路基板の縁から０．５ｍｍ未満に配置される。
【００１４】
これに加えてまたはその代わりに、基板は第一の幅を有し、画像センサは第二の幅を有し、第一の幅は第二の幅より最大０．２ｍｍを越えないだけ大きい。
【００１５】
さらに別の実施態様において、プリント回路基板は画像センサを収容するための凹部を含む。
【００１６】
さらに別の実施態様において、画像センサは、基板に直接固定される半導体チップを含む。
【００１７】
本発明の１つの実施態様に従えば、さらに複数の辺を有する半導体基板、基板に配置される感光素子及び感光素子の配列を画像検出装置の外部回路に結合するための半導体基板の辺のうち１つだけに配置される接触パッドを含む画像センサが提供される。
【００１８】
開示される実施態様において、接触パッドはワイヤボンディングによってプリント回路基板に接続される。
【００１９】
本発明の実施態様に従って、遠位端を有する挿入チューブ及び挿入チューブの遠位端に配置される画像化アセンブリを含む内視鏡が提供され、画像化アセンブリは、上面に導体トレースが配置されるプリント回路基板と、基板に取り付けられ複数の辺を有する画像センサと、導電相互接続部が画像センサの辺のうち１つだけに配置されるように、画像センサをプリント回路基板の導体トレースに結合する導電相互接続部と、挿入チューブの遠位端の外部の被写体からの光学的放射を集めて光学的放射を画像センサに集束させるための対物レンズと、を含む。
【００２０】
開示される実施態様において、対物レンズは光軸を有し、画像センサは光軸に対して直角を成さない平面に配置される光学検波器のマトリクスを含む。
【００２１】
別の実施態様において、内視鏡は、画像センサの平面に焦点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に配置される光学表面を含む。
【００２２】
さらに、本発明の実施態様に従って、複数の辺を有する半導体基板に感光素子の配列を形成するステップ及び感光素子の配列を半導体基板の外部回路に結合するために半導体基板の辺のうち１つだけに接触パッドを形成するステップを含む、画像化装置を生産するための方法が提供される。
【００２３】
開示される実施態様において、この方法は、上面に導体トレースが配置されるプリント回路基板に半導体基板を固定するステップ及び半導体基板の辺のうち１つだけで相互接続部を用いて接触パッドを導体トレースに接続するステップを含む。
【００２４】
本発明は、添付図面を参照しながら以下の実施態様の詳細な説明を読むことによってさらに十分に理解されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本発明の１つの実施態様に従った内視鏡画像化システム２０を略図的に示すブロック図である。システム２０はケーブル２４によって処理ユニット（プロセッサ）２６に接続される内視鏡２２を含む。内視鏡は、図に示され下に説明される通り、遠位端３０に小型カメラヘッドを含む挿入チューブ２８を含む。一般に、内視鏡は、カメラヘッドによって映像化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に内部光源も含む。その代わりにまたはこれに加えて、光ファイバ束３４を通じて内視鏡２２内部の光導体へ照明を与えるために外部光源３２を使用することができる。この種の内視鏡システムのさらなる詳細は上記のＰＣＴ特許国際公開ＷＯ０３／０９８９１３において記載されている。
【００２６】
図２は、本発明の１つの実施態様に従った挿入チューブ２８内の小型カメラヘッドアセンブリ４０を示す略図的断面図である。一般にＬＥＤを含む１つまたはそれ以上の光源４２は内視鏡２２のすぐ遠位の領域を照明する。遠位端３０に取り付けられる対物レンズ４４は、光源４２によって照明される被写体からの光を集めて、集束させる。一般に直角プリズム４６を含む反射鏡は、対物レンズ４４によって集められた光を反射して、画像センサ４８の焦点平面に集束させる。センサ４８は、当該技術分野で公知の通り一般にＣＭＯＳ、ＣＣＤまたはその他のソリッドステート画像化テクノロジーに基づく検波器素子の二次元マトリクスを含む。一般に、センサの焦点平面は対物レンズ４４の光軸に平行である。その代わりに、センサが異なる角度にすなわち対物レンズの光軸に直角または非直角を成すように反射鏡及び画像センサを配置することができる。
【００２７】
センサ４８は、回路基板５０（典型的なものはプリント回路基板（ＰＣＢ））に取り付けられる。回路基板は、一般に、当該技術分野で公知の通り標準的な“ＦＲ４”ＰＣＢ材料で作られる。その代わりに、セラミックまたはガラスを主原料とする基板材料を使用することもできる。本発明の実施態様において、当該技術分野で公知の通り、センサは適切な接着剤を用いてアンパッケージチップとして基板に取り付けられる。
【００２８】
１つの実施態様において、センサチップを収容し、それによってアセンブリ４０の電子部の厚みを減少するために適切な凹部が基板に切削される。その代わりに、センサは直接凹部なしの基板に取り付けられる。
【００２９】
一般に、センサ４８と基板５０に載っている回路との間の全ての電気相互接続は、ワイヤボンド５２を用いて実現される。全ての相互接続ワイヤは、センサの周りの付加的な基板面積を最小限に抑えるためにセンサの１つの辺に沿って配置され、それによってオーバーヘッド面積を１つの辺のみに制限する。当業者には明らかなように、全ての相互接続が物理的にセンサの単一の辺に沿って配置される限り、センサとの間に他のタイプの電気相互接続を使用することができる。
【００３０】
内視鏡を貫通するケーブル２４はアセンブリ４０を処理ユニット２６に接続する。基板５０上の１つまたはそれ以上のコントローラ及び通信インターフェイスチップ５４は、電気信号を画像センサ４８から処理ユニット２６へ送り、処理ユニットから制御入力を受け取る役割を果たす。実質的に内視鏡２２の全長に伸びる作業チャネル５６は一般に基板５０の下方に配置される。
【００３１】
図３は、本発明の１つの実施態様に従ったカメラヘッドアセンブリ４０の一部の略図的上面図である。上述の通り、画像センサ４８はアンパッケージチップとして基板５０に取り付けられる。画像センサは、長方形の半導体基板６０を含み、この上に、感光素子のマトリクス６２が形成される。接触パッド６４は、ワイヤボンド５２によって基板５０上の導体トレース６６に接続され、それによって画像センサを基板５０上の回路に連結する。接触パッド及びワイヤボンドは半導体基板６０の単一の辺に沿って配置される。
【００３２】
基板５０の全幅は一般にセンサ４８の幅の２０％未満だけ広く、画像センサの幅の１０％未満だけ広くすることさえできることに留意すること。（一般に、基板５０はセンサのどの辺においてもこれから０．２ｍｍ以下だけ延長する）（この場合、幅の寸法は、図３において垂直の方向である）。このようにして、カメラヘッドアセンブリ４０全体及び内視鏡２２の直径が最小限に抑えられる。また、センサ４８は基板５０の右縁に非常に近接して（一般に縁から０．５ｍｍ未満に）配置され、それによってカメラヘッドアセンブリ４０全体の長さが最小に抑えられることにも留意すること。その結果として、カメラヘッドアセンブリを収容するために内視鏡２２の遠位端の短いセクションしか剛性にする必要がなく、内視鏡の残り部分は望みどおりに柔軟性にすることができる。
【００３３】
上述の実施態様は例として示されているのであり、本発明は特に図に示され上に説明されることに限定されないことが判るだろう。むしろ、本発明の範囲は、上に説明される様々な特徴の結合及び小結合の両方並びに上の説明を読んで当業者が思いつく先行技術において開示されていない変形及び修正を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の１つの実施態様に従った内視鏡画像化システムを略図的に示すブロック図である。
【図２】本発明の１つの実施態様に従ったカメラヘッドアセンブリの略図的断面図である。
【図３】本発明の１つ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略図的上面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年9月26日(2007.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の軸を有する電子画像化装置であって、
上面に導体トレースが配置され、前記電子画像化装置の長手方向の軸に平行なプリント回路基板と、
前記プリント回路基板に取り付けられ、複数の辺および上部表面と下部表面を有する画像センサと、
導電相互接続部であって、該導電相互接続部が前記画像センサの前記辺のうち１つだけに配置されかつ前記上部表面と下部表面のうち１つだけに配置されるように前記画像センサを前記プリント回路基板上の前記導体トレースに結合する、導電相互接続部と、
を含むことを特徴とする電子画像化装置。
【請求項２】
前記導電相互接続部がワイヤボンドを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記導電相互接続部が前記画像センサの第一の辺に配置され、かつ前記第一の辺に相対する前記画像センサの第二の辺が前記プリント回路基板の縁から０．５ｍｍ未満に配置される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記プリント回路基板が第一の幅を有し、かつ前記画像センサが第二の幅を有し、かつ前記第一の幅が前記第二の幅より最大０．２ｍｍを越えないだけ大きい、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記プリント回路基板が前記画像センサを収容するための凹部を含む、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記画像センサが前記プリント回路基板に直接固定される半導体チップを含む、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
長手方向の軸を有する内視鏡であって、
遠位端を有する挿入チューブと、
前記挿入チューブの前記遠位端に配置される画像化アセンブリとを備え、
前記画像化アセンブリは、
上面に導体トレースが配置されるプリント回路基板と、
前記内視鏡の長手方向の軸に平行な前記プリント回路基板に取り付けられ、複数の辺および上部表面と下部表面を有する画像センサと、
導電相互接続部が前記画像センサの前記辺のうち１つだけに配置されかつ前記上部表面と下部表面のうち１つだけに配置されるように、前記画像センサを前記プリント回路基板上の前記導体トレースに結合する導電相互接続部と、
前記挿入チューブの前記遠位端外部の被写体からの光学的放射を集めて前記光学的放射を前記画像センサに集束させるための対物レンズと、
を含むことを特徴とする内視鏡。
【請求項８】
前記対物レンズが光軸を有し、前記画像センサが前記光軸に対して非直角を成す平面に配置される光学検波器のマトリクスを含む、請求項７に記載の内視鏡。
【請求項９】
前記画像センサの前記平面に焦点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た前記放射を反射するように配置される光学表面を含む、請求項８に記載の内視鏡。
【請求項１０】
前記導電相互接続部がワイヤボンドを含む、請求項７乃至９のうちいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項１１】
前記導電相互接続部が前記画像センサの第一の辺に配置され、前記第一の辺に相対する前記画像センサの第二の辺が前記プリント回路基板の縁から０．５ｍｍ未満に配置される、請求項７乃至９のうちいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項１２】
前記プリント回路基板が第一の幅を有し、かつ前記画像センサが第二の幅を有し、前記第一の幅が前記第二の幅より最大０．２ｍｍを越えないだけ大きい、請求項７乃至９のうちいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項１３】
長手方向の軸を有する内視鏡の生産方法であって、
複数の辺および上部表面と下部表面を有する半導体基板上に感光素子の配列を形成するステップと、
前記感光素子の配列を前記半導体基板の外部の回路に結合するため、前記半導体基板の前記辺のうち１つだけにかつ前記上部表面と下部表面のうち１つだけに接触パッドを形成するステップと、
前記半導体基板が前記内視鏡の長手方向の軸に平行となるように上面に導体トレースが配置されるプリント回路基板に半導体基板を固定するステップと、
前記半導体基板の前記辺のうちの前記１つのみでかつ前記上部表面と下部表面のうち１つのみで相互接続部を用いて前記接触パッドを前記導体トレースに接続するステップと
を含むことを特徴とする画像化装置の生産方法。
【請求項１４】
前記接触パッドを前記導体トレースに接続するステップが前記接触パッドと前記導体トレースとの間でワイヤを接合するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記接触パッドが前記半導体基板の第一の辺に配置され、前記半導体基板を前記プリント回路基板に固定するステップが前記第一の辺に相対する前記半導体基板の第二の辺を前記プリント回路基板の縁から０．５ｍｍ未満に配置するステップを含む、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記プリント回路基板が第一の幅を有し、前記半導体基板が第二の幅を有し、前記第一の幅が前記第二の幅より最大０．２ｍｍを越えないだけ大きい、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記半導体基板を前記プリント回路基板に固定するステップが前記プリント回路基板の凹部に前記半導体基板を挿入するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2008528094.tif 000006
2008528094.tif 000007
2008528094.tif 000008