(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化できると共に、対物光学系を凹部に収納して簡単に精度良く位置決め固定できる。【解決手段】挿入部先端部に収納部を形成した内視鏡と、内視鏡とは別体であって、内視鏡における収納部に収納されて配設された固体撮像装置１とを具備し、固体撮像装置は、先端方向に向けて開口し、対物光学系２３を収納する凹部７を形成した基板筐体と、基板筐体における凹部周りの壁部先端部に配設された発光素子４と、凹部における対物光学系の基端側に配設され、発光素子から照射された被写体像光を受光して光電変換する感光部を有する固体撮像素子５と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入部先端部に収納部を形成した内視鏡と、
前記内視鏡とは別体であって、前記内視鏡における前記収納部に収納されて配設された固体撮像装置と、
を具備し、
前記固体撮像装置は、
先端方向に向けて開口し、対物光学系を収納する凹部を形成した基板筐体と、
前記基板筐体における前記凹部周りの壁部先端部に配設された発光素子と、
前記凹部における前記対物光学系の基端側に配設され、前記発光素子から照射された被写体像光を受光して光電変換する感光部を有する固体撮像素子と、
を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
挿入部先端部に収納部を形成した内視鏡とは別体であって、前記内視鏡における前記収納部に収納されて配設された固体撮像装置において、
先端方向に向けて開口し、対物光学系を収納する凹部を形成した基板筐体と、
前記基板筐体における前記凹部周りの壁部先端部に配設された発光素子と、
前記凹部における前記対物光学系の基端側に配設され、前記発光素子から照射された被写体像光を受光して光電変換する感光部を有する固体撮像素子と、
を具備したことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一の基板上に固体撮像素子と発光素子とを設けた固体撮像装置および固体撮像装置を備える内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内視鏡は医療用分野及び工業用分野で広く用いられるようになった。この内視鏡には、対物レンズにより結像される光学像を伝送するイメージガイドを採用した光学式の内視鏡の他に、対物レンズにより結像される位置に電荷結合素子（ＣＣＤと略記）等の固体撮像素子を配置し、この固体撮像素子で撮像した画像信号を信号処理してモニタに表示するようにした電子内視鏡がある。
【０００３】
電子内視鏡を小型化するために、特開平６−１５３０９７号公報では、固体撮像素子に発光素子を設けたものが開示されている。  
この公報では、同一半導体基板上に撮像素子部と発光素子部を設けた固体撮像素子を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記公報の従来例では電子内視鏡のように照明及び撮像を行う機能を備えた装置を構成しようとした場合、さらに対物光学系等を設けることが必要となり、対物光学系の組み立てに手間がかかると共に、組み立てた場合における光軸のずれ等の調整も必要になり、これらを精度良く位置決めすることが困難になる欠点がある。
【０００５】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、簡単にかつ精度良く位置決め固定でき、小型化に適した固体撮像装置および固体撮像装置を備える内視鏡装置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】
本発明の内視鏡装置は、挿入部先端部に収納部を形成した内視鏡と、前記内視鏡とは別体であって、前記内視鏡における前記収納部に収納されて配設された固体撮像装置と、を具備し、前記固体撮像装置は、先端方向に向けて開口し、対物光学系を収納する凹部を形成した基板筐体と、前記基板筐体における前記凹部周りの壁部先端部に配設された発光素子と、前記凹部における前記対物光学系の基端側に配設され、前記発光素子から照射された被写体像光を受光して光電変換する感光部を有する固体撮像素子と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の挿入部先端部に収納部を形成した内視鏡とは別体であって、前記内視鏡における前記収納部に収納されて配設された固体撮像装置において、先端方向に向けて開口し、対物光学系を収納する凹部を形成した基板筐体と、前記基板筐体における前記凹部周りの壁部先端部に配設された発光素子と、前記凹部における前記対物光学系の基端側に配設され、前記発光素子から照射された被写体像光を受光して光電変換する感光部を有する固体撮像素子と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小型化できると共に、対物光学系を凹部に収納して簡単に精度良く位置決め固定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は第１の実施の形態の固体撮像装置の構成を示し、図２は固体撮像素子部分を正面図及び斜視図で示し、図３は対物光学系を取り付けた状態の固体撮像素子の断面図を示し、図４は第１変形例における対物光学系の構造を示し、図５は第２変形例における固体撮像素子を示す。
【００１１】
図１に示すように本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置１は例えば電荷結像素子（ＣＣＤと略記）チップ３がＣＣＤ基板２の中央部に設けられており、このＣＣＤチップ３の例えば上下（図２では左右）の両側に複数の発光素子としての発光ダイオード（ＬＥＤと略記）４を一体的に設けた固体撮像素子（具体例では電荷結合素子）５を有する。なお、ＣＣＤ基板２は耐熱性を備えた例えばセラミック、その他の絶縁性の材質の基板で構成されるが、半導体基板で形成しても良い。
【００１２】
ＣＣＤチップ３は例えば正方形の板形状で、そのＣＣＤチップ３の前面の光を受光して光電変換する感光部としての受光面には光学的に色分離するモザイクフィルタ６ａが取り付けられ、さらにその前面はカバーガラス６ｂで保護されている。
【００１３】
この固体撮像素子５部分を図２に示す。図２に示すようにＣＣＤチップ３の受光面の前方部分には対物光学系装着部（或いは対物光学系の位置決め固定部）としての円柱形状の凹部７が設けてある。
【００１４】
この場合、例えばＣＣＤチップ３の中心位置にその中心位置が一致するように正方形の受光面が設けられ、かつこの中心軸上にその凹部７の中心軸が一致するように凹部７がＣＣＤ基板２に設けられている。
【００１５】
また、ＣＣＤチップ３の両側に配置されるＬＥＤ４は受光面より前方に突出し、ＣＣＤ基板２の前面付近に位置するようにＣＣＤ基板２内に例えば埋め込まれるようにしてＣＣＤ基板２に設けてあり、ＬＥＤ４から延出されたＬＥＤリード９はＣＣＤ基板２内を通り、ＣＣＤ基板２の裏面に突出する。
【００１６】
図１に示すようにこのＣＣＤ基板２の裏面に突出するＣＣＤリード１１は総合ケーブル１２を構成する信号線１３に接続されるものと、このＣＣＤ基板２の裏面に配置される回路基板１４に接続されるものとがある。
【００１７】
この回路基板１４には封止樹脂１５で封止されたＩＣ１６、コンデンサ１７等の電子部品が実装されており、この回路基板１４の回路を通すことによりＣＣＤチップ３の出力信号を電流増幅或いはインピーダンス変換等を行い、この回路基板１４に接続された信号線１３を経て信号伝送される際の出力信号の減衰等を防止し、良好なＳ／Ｎを確保する。
【００１８】
ＣＣＤリード１１，回路基板１４等はＣＣＤ基板２の後端外周にその前端が固定された導電性のシールド枠１８で覆い、この内部空間に絶縁性の充填剤１９を充填し、その外側を熱収縮チューブ等の絶縁性の被覆部材２０で覆っている。
【００１９】
本実施の形態におけるＬＥＤ４は例えば白色発光ＬＥＤが採用されており、図１で概略を示すように白色発光ＬＥＤはＬＥＤパケージ内に青色で発光する青色発光ＬＥＤ２１ａと、その前面に配置され、青色の光を入射することにより、白色の光を出射する白色蛍光板２１ｂとを有し、この白色蛍光板２１ｂの前に凸レンズ等による照明レンズ２２を設けている。  
なお、ＬＥＤパケージは金属であり、光が側方に漏れないように遮光する機能を備えている。
【００２０】
本実施の形態では、固体撮像素子５には円柱形状の凹部７が設けてあり、図１或いは図３に示すように対物光学系として（例えば第１レンズ２３ａと第２レンズ２３ｂからなる）対物レンズ群２３を簡単に位置決め固定できるようにしている。
【００２１】
つまり、対物レンズ群２３を取り付ける場合には、図３に示すように凹部７に嵌合する円環状で所定の間隔のスペーサ（間隔環）２４ａを嵌入してこの凹部７に嵌合する第２レンズ２３ｂを嵌め込み、さらに次のスペーサ２４ｂを嵌入して第１レンズ２３ａを嵌め込み接着剤等で固定することにより簡単に対物レンズ群２３を精度良く、位置決め固定できる。  
なお、ＬＥＤ４に設けた照明レンズ２２は対物レンズ群２３による結像範囲を照明するのに適した特性のレンズにしている。
【００２２】
この固体撮像装置１は電子内視鏡の挿入部の先端部に収納することにより、小型で照明及び撮像を行う撮像手段を形成できる。また、総合ケーブル１２は電子内視鏡内を挿通され、図示しない信号処理装置としてのビデオプロセッサに接続される。
【００２３】
このビデオプロセッサ内には総合ケーブル１２を介してＬＥＤ４と接続されたＬＥＤ電源部と、ＣＣＤチップ３に対してドライブ信号を出力するドライブ回路と、ＣＣＤチップ３からの光電変換された信号に対して増幅などして標準的な映像信号を生成する映像信号処理回路と接続される。
【００２４】
そして、ＬＥＤ電源部は例えば直流の発光電源をＬＥＤ４に供給して、白色光を出射させ、この白色光で照明された患部等の被写体は対物レンズ群２３でＣＣＤチップ３の受光面にモザイクフィルタ６ａで色分離されて結像され、光電変換された信号は映像信号処理回路により標準的な映像信号に変換され、図示しないモニタ装置に被写体像をカラー表示する。
【００２５】
本実施の形態は、同一のＣＣＤ基板２上に受光して光電変換する感光部を有する固体撮像素子としてのＣＣＤチップ３と、発光するＬＥＤ４とを設けた小型の固体撮像素子５を有する固体撮像装置１を形成しているので、電子内視鏡の先端部に収納した場合、先端部を小型化できる。
【００２６】
また、ＣＣＤ基板２に前記感光部前方に設置される対物光学系を嵌合して収納する凹部７を設けているので、前記凹部７に簡単かつ精度良く対物光学系を位置決め固定できる。
【００２７】
このため、小型の対物光学系の場合にも、簡単に位置決め固定ができ、取付けの調整を殆ど不要にでき、手間をかけないで必要とされる精度で組み立てることができ、画質の劣化を防止できる。これに対し、従来例では、小型化できるが、位置決め手段が考慮されていないので、取付けの際の調整に手間がかかる（小型化できるが、それに伴って僅かな位置ずれも結像特性に大きな影響を及ぼし、画質の劣化となり易い）。
【００２８】
また、対物光学系の周辺の両側に照明レンズ２２を一体化したＬＥＤ４をＣＣＤ基板２上に一体的に配置しているので、さらに照明レンズを組み付ける手間を必要としない。
【００２９】
従って、本実施の形態によれば、固体撮像装置１を小型化できると共に、光軸のズレを小さくできる等、精度良く対物光学系を位置決め固定できるので、バラツキを減らすことができ、撮像により得られる画質を確保できる（高品質の画質を維持できる）。
【００３０】
なお、対物レンズ群２３を精度良く位置決め固定できるように図３の第２レンズ２３ｂにおけるスペーサ２４ａ，２４ｂが当接するリング状周縁部分を平面形状にしても良い。このようにすると、より位置決めを精度良く行うことができる。また、以下のようにして、より簡単に精度良く位置決め固定できる構造にしても良い。
【００３１】
例えば、図４に示す第１変形例のようにしても良い。この変形例では第１レンズ２３ａには図３のスペーサ２４ｂが一体的に取り付けた第１レンズ２３ａ′にしてあり、また第２レンズ２３ｂには図３のスペーサ２４ａが一体的に取り付けた第２レンズ２３ｂ′にしている。この変形例のようにすると、第１の実施の形態の効果に対し、より簡単に組立ができる。また、光軸のズレ等をより小さくできる。この場合にも、第２レンズ２３ｂにおけるスペーサ２４ｂと接触する部分を平面にしても良い。
【００３２】
図５は第２変形例における対物光学系の取付け構造を示す。この第２変形例では対物光学系は１つのレンズユニット３１になっている。つまり、対物レンズ群２３を構成する第１レンズ２３ａ及び第２レンズ２３ｂは予めレンズ枠３２にスペーサ３３により所定の位置に固着されている。
【００３３】
従って、この第２変形例によれば、図５に示すように凹部７にレンズユニット３１に嵌入して接着剤等で固定すれば良い。この第２変形例はさらに組立固定の手間がかからないで、精度良く位置決め固定できる。
【００３４】
なお、上記説明ではＬＥＤ４は白色光を出射する白色ＬＥＤとして説明したが、赤、緑、青で発光するＬＥＤを同時に発光させて白色照明光を得るものでも良いし、赤、緑、青で発光するＬＥＤを順次に発光させる面順次照明光を得るようにしても良い。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図６は本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置４１を示す。本実施の形態の固体撮像装置４１は基本的には第１の実施の形態に冷却手段を設けた構造にしたものである。
【００３６】
図６に示す固体撮像装置４１では、固体撮像素子５のＣＣＤ基板２の裏面に、ペルティエ素子４２の一方の面に設けた吸熱側基板４３が固着されている。  
ペルティエ素子４２の他方の面の放熱側基板４４は総合ケーブル１２に設けたペルティエ素子電源供給線４５と接続されている。
【００３７】
本実施の形態ではＣＣＤ基板２の裏面に吸熱側基板４３を取り付けた構造にしたため、図１ではＣＣＤ基板２の裏面に突出していたＣＣＤリード１１はＣＣＤ基板２の上面及び下面から後方に延出され、図１の場合と同様に信号線１３及び回路基板１４と接続されている。
【００３８】
また、ＣＣＤリード１１をＣＣＤ基板２の上面及び下面に設けたので、本実施の形態ではＣＣＤ基板２の外周にＣＣＤホルダ４６を設けてシールド枠１８でシールドし、その外側に被覆部材２０で覆うようにしている。その他の構成は第１の実施の形態と同様の構成であり、同一部材には同じ符号を付け、その説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果の他に、固体撮像素子５のＣＣＤチップ３がＬＥＤ４の発光の際に伴う熱で温度上昇するのを有効に防止でき、ＣＣＤチップ３の特性劣化とか破壊等を有効に防止できる。
【００４０】
つまり、ＣＣＤチップ３とＬＥＤ４とをＣＣＤ基板２に設けた場合、ＬＥＤ４が発熱し、その熱がＣＣＤチップ３側に伝導し、ＣＣＤチップ３の温度が使用範囲を越えるおそれがあるが、冷却手段としてのペルティエ素子４２により、ＣＣＤチップ３の温度上昇を抑制できる。
【００４１】
なお、ＣＣＤ基板２におけるＣＣＤチップ３付近の位置等に温度センサを設けて温度センサにより、ペルティエ素子４２の冷却動作を制御しても良い。例えば、通常はペルティエ素子４２の冷却動作をＯＦＦとし、有る程度の温度以上になった場合には、ペルティエ素子４２の冷却動作をＯＮにしても良い。
【００４２】
また、ペルティエ素子４２の冷却動作を常時ＯＮにして、それでも有る程度の温度以上になった場合には、ＬＥＤ４の発光を制限したり（低発光にしたり、発光を停止させたり）、それに応じてＣＣＤの撮像とか信号処理の機能を制御する。
【００４３】
図７は第１変形例における主要部を示す。この第１変形例では、固体撮像素子５は第１の実施の形態と類似してＣＣＤ基板２の裏面にＣＣＤリード１１が例えばペルティエ素子４２を貫通するように後方に延出している。  
また、ペルティエ素子４２の放熱側基板４４にはペルティエ素子電源供給線４５が接続される。
【００４４】
図８は第２変形例の固体撮像装置５１を示す。この第２変形例は図６においてＬＥＤ４をＬＥＤ４′とし、このＬＥＤ４′をＣＣＤチップ３の受光面に隣接して形成した固体撮像素子５′を採用し、ＣＣＤホルダ４６により取り付けられた照明レンズ群５３と対物レンズ群２３とを取り付けたレンズ枠５２とＣＣＤ基板２とを固定している。
【００４５】
また、第２変形例ではＬＥＤ４′は図１のＬＥＤ４において、例えば照明レンズ２２を有しない構造である。その他の構成は図６と同様の構成であり、同一部材には同じ符号を付け、その説明を省略する。
【００４６】
この固体撮像装置５１ではＣＣＤ基板２自体には対物光学系を位置決め固定する凹部７を設けてないで、対物光学系及び照明光学系を位置決め固定する手段をＣＣＤホルダ４６で形成している。従って、この場合にも、ＣＣＤチップ３の受光面の前方の対物光学系の位置決めが精度良くできると共に、ＬＥＤ４の前方の照明光学系の位置決めが精度良くできる。
【００４７】
なお、ＣＣＤホルダ４６の内周面とレンズ枠５２の外周面との一方に溝部、他方に前記溝に嵌合する凸部を設けて、周方向の位置決めを行うことができるようにしても良い。
【００４８】
図９は直視及び側視の切換ができる電子内視鏡の挿入部６０の先端部６１の構造を示す。  
先端部６１には、その長手方向に直視用対物レンズ群６２と直視用照明レンズ群６３とが隣接して配置され、これらの光軸上の後方位置に固体撮像素子６４が配置されている。
【００４９】
この固体撮像素子６４はＣＣＤ基板６５にＣＣＤチップ６６とＬＥＤ６７とが隣接して設けられ、ＣＣＤチップ６６の受光面はカバーガラス６８で覆われている。  
そして、直視用対物レンズ群６２の光軸上の後方位置にＣＣＤチップ６６の受光面の中心が位置するように配置され、また直視用照明レンズ群６３の光軸上の後方位置にＬＥＤ６７の発光部の中心が位置するように配置されている。
【００５０】
また、直視用対物レンズ群６２とＣＣＤチップ６６との間と、直視用照明レンズ群６３とＬＥＤ６７との間にはプリズム枠６９に取り付けられたプリズム７０及び７１が挿脱自在に配置されている。これら２つのプリズム７０、７１は先端部６１の長手方向にずれて配置されている。
【００５１】
また、先端部６１における側部、例えば上部側となる側面部分には、その光軸がそれぞれ側部を向くようにして側視用対物レンズ群７２と側視用照明レンズ群７３（なお、符号７３′で示すレンズはプリズム枠６９と共に移動する）とが隣接して配置されている。  
また、ＬＥＤ６７の前面にはロッドレンズ７４が配置されている。
【００５２】
そして、図９に示すようにプリズム枠６９をプリズム７０、７１がＣＣＤチップ６６の受光面とＬＥＤ６７に対向する位置に配置した状態では、側視方向に照明光を出射し、かつ側視方向が撮像可能な状態となる。
【００５３】
この状態で先端面から見た概略図を図１０に示す。  
直視用対物レンズ群６２と直視用照明レンズ群６３の光軸上にプリズム７０、７１が位置し、この状態ではＬＥＤ６７の光は側方に出射され、かつ側方を撮像する状態となる。なお、図１０において、直視用対物レンズ群６２に隣接してノズル７５が設けてあり、直視用照明レンズ群６３に隣接してチャンネル７６が設けてある。
【００５４】
また、この状態から図１０に示す点線のようにプリズム枠６９を他方に移動した場合には、直視方向を照明及び撮像できるようになる。このプリズム枠６９の移動は図示しない操作ワイヤとか図示しないモータの駆動により移動できるようにしている。
【００５５】
また、図９に示すように固体撮像素子６４の裏面に突出するＣＣＤリード７８はケーブル７９の信号線８０と回路基板８１に接続されている。この回路基板８１には封止樹脂８２で封止されたＩＣ８３、コンデンサ８４等の電子部品が実装されている。また、この回路基板８１は信号線８０と接続されている。
【００５６】
この電子内視鏡によれば、切換操作により小型で直視と側視の観察ができる。  従って、１つの電子内視鏡により広い用途に使用できる。  
なお、上述した実施の形態等を部分的等で組み合わせて構成される実施の形態等も本発明に属する。
【００５７】
［付記］
１．同一の基板上に受光して光電変換する感光部を有する固体撮像素子と、発光する発光素子とを設けた固体撮像装置において、
前記基板に前記感光部前方に設置される対物光学系を収納する凹部を設け、前記凹部周辺に発光素子を配置したことを特徴とする固体撮像装置。  
２．付記１において、前記基板にペルティエ素子を一体的に設けた固体撮像装置。
【００５８】
３．同一の基板上に受光して光電変換する感光部を有する固体撮像素子と、発光する発光素子とを設けた固体撮像装置において、
前記基板にペルティエ素子を一体的に設けた固体撮像装置。  
４．同一の基板上に受光して光電変換する感光部を有する固体撮像素子と、発光する発光素子とを設けた固体撮像装置において、
前記基板に前記感光部前方に設置される対物光学系を位置決め固定する凹部を設けたことを特徴とする固体撮像装置。
【００５９】
５．同一の基板上に受光して光電変換する感光部を有する固体撮像素子と、発光する発光素子とを設けた固体撮像装置において、
前記感光部前方に設置される対物光学系及び発光素子の前方に配置される照明光学系を位置決め固定するリング状部材を設けたことを特徴とする固体撮像装置。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置の構成を示す断面図。
【図２】固体撮像素子部分を示す正面及び斜視図。
【図３】対物光学系を取り付けた状態の固体撮像素子の断面図。
【図４】第１変形例における対物光学系の構造を示す側面図。
【図５】第２変形例における固体撮像素子を示す断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置の構成を示す断面図。
【図７】第２の実施の形態の第１変形例における固体撮像素子の構造を示す断面図。
【図８】第２の実施の形態の第２変形例の固体撮像装置の構成を示す断面図。
【図９】直視及び側視の切換ができる電子内視鏡の先端部の構造を示す図。
【図１０】図９の正面から見た概略図。
【符号の説明】
【００６１】
１…固体撮像装置
２…ＣＣＤ基板
３…ＣＣＤチップ
４…ＬＥＤ
５…固体撮像素子
６ｂ…カバーガラス
７…凹部
９…ＬＥＤリード
１１…ＣＣＤリード
１２…総合ケーブル
１３…信号線
１４…回路基板
１８…シールド枠
１９…充填剤
２０…被覆部材
２１ａ…青色発光ＬＥＤ
２１ｂ…白色蛍光板
２２…照明レンズ
２３…対物レンズ群
２４ａ，２４ｂ…スペーサ
【図１】
2008237916.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008237916.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008237916.tif 000007
【図６】
2008237916.tif 000008
【図７】
2008237916.tif 000009
【図８】
2008237916.tif 000010
【図９】
2008237916.tif 000011
【図１０】
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