JP2010069217A - 電子内視鏡用撮像装置、および電子内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の駆動熱に起因する内視鏡画像の画質劣化を効率的且つ確実に防止する。
【解決手段】電子内視鏡１０に内蔵される撮像装置４０は、対物光学系３６を保持する鏡筒３７と、固体撮像素子３８と、信号処理回路４９とを備える。信号処理回路４９は、鏡筒３７の周面に対向する位置に配置されている。鏡筒３７と信号処理回路４９とは、放熱兼接続回路基板４４および熱伝導性接着剤５４で相互に接続されている。放熱兼接続回路基板４４は、固体撮像素子３８がフリップチップ実装される実装部４５と、鏡筒３７と信号処理回路４９とを繋ぐ放熱部４６とを有する。信号処理回路４９の駆動熱は、放熱兼接続回路基板４４の放熱部４６および熱伝導性接着剤５４を伝って、鏡筒３７、ひいては対物光学系３６を速やかに温める。信号処理回路４９の放熱冷却、対物光学系３６等の結露防止を同時に達成することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子内視鏡用撮像装置、および電子内視鏡に関する。

医療分野や工業分野で利用される電子内視鏡は、周知の撮像装置を内蔵している。撮像装置は、ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子と、電子内視鏡の挿入部先端に設けられた観察窓から入射する被検体内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系とを有している。固体撮像素子の受光部の面上には、カラーフィルタやマイクロレンズを配設するための空隙（エアーギャップ）を空けてカバーガラスが配されている。

医療用の電子内視鏡の挿入部先端は、被検体である体腔内と同程度の温度（〜３７℃）となる。これに対して、挿入部内の温度は、固体撮像素子や信号処理回路等の電子部品の駆動熱によって、時には４０℃以上と体温よりも高温になる。電子部品の性能には温度依存性があるため、この駆動熱による性能低下、ひいては内視鏡画像の画質劣化が問題となっていた。

加えて、挿入部先端には、観察窓が汚れた場合に洗浄水やエアーが噴射されることがあり、挿入部先端表面と内部とに温度差が生じる。このため、挿入部内に湿気が含まれていると、対物光学系やカバーガラスに結露が生じることがあった。また、保管してあった電子内視鏡を使用するにあたり、プロセッサ装置に接続して電源をオンすると、その直後に固体撮像素子や信号処理回路等の電子部品の温度はすぐに上昇するのに対して、対物光学系やカバーガラスといった部材は、電子部品の熱を得て徐々に温度が上昇することになる。このため、電源をオンした直後には、電子部品と対物光学系やカバーガラスといった部材との温度差が大きく、結露が生じやすい。

対物光学系やカバーガラスの内面に結露が生じると、画像に水滴が視認できる程著しく画質が劣化することがあり、観察が困難になってしまう。

上記のような諸問題を防止するために、特許文献１では、固体撮像素子の近傍（裏面）または能動素子の近傍に、熱伝導性の高い放熱部材を設けている。放熱部材を固体撮像素子枠に固定し、延出部を介して対物レンズ枠に繋げている。固体撮像素子等から発生した駆動熱は、放熱部材を介して対物レンズ枠へ放熱される。

特許文献２では、ライトガイドの出射端に遮光板を設け、遮光板で照明光を遮光して、これによる光熱で観察窓を温めている。
特開２００２−２９１６９３号公報 特開２００５−３１９１０１号公報

特許文献１に記載の発明は、熱源である固体撮像素子、能動素子と対物レンズ枠とは、熱伝導性樹脂、放熱部材、延出部を介して繋がれていて距離が離れているため、熱の利用効率が非常に悪いという問題があった。そのうえ、対物レンズ枠を温めるまでに時間が掛かり、急激な温度変化に対応することができないという問題があった。

特許文献２に記載の発明は、遮光板とこれを移動させるためのアクチュエータ等の機構が必要となるため、コスト面、省スペース化の観点からすると不利である。また、電子部品の駆動熱を放熱している訳ではないため、駆動熱による電子部品の性能低下の問題は依然として残る。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、電子部品の駆動熱に起因する内視鏡画像の画質劣化を効率的且つ確実に防止することにある。

上記目的を達成するために、本発明の電子内視鏡用撮像装置は、被検体内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系と、前記対物光学系を保持する鏡筒と、被観察部位の像光を撮像して撮像信号を出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の信号処理回路と、熱伝導性を有する放熱部材とを備える。前記信号処理回路は、前記鏡筒の周面に対向する位置に配置される。前記放熱部材は、前記鏡筒と前記信号処理回路とを接続する。

前記固体撮像素子は、その受光部の面が前記対物光学系の光軸に対して垂直となるように前記鏡筒に取り付けられる。前記信号処理回路は、前記固体撮像素子に対して９０°の角度をなし、前記鏡筒の周面と対向する面が前記対物光学系の光軸に対して平行となるように配置される。

前記固体撮像素子と前記信号処理回路とを電気的に接続する接続回路基板を備えることが好ましい。

前記接続回路基板は、前記放熱部材を兼ねる。この場合、前記接続回路基板は、熱伝導性フィラーが添加された樹脂をベースとする。

また、前記接続回路基板は、前記鏡筒の周面と対向する前記信号処理回路の面の全面を覆う放熱部を有することが好ましい。この場合、前記放熱部は、回路パターンを形成する金属箔で覆われる。

前記接続回路基板は、前記放熱部を外側に延出させた、前記鏡筒の周面を覆うように巻き付け固定される巻き付け部を有することが好ましい。

前記接続回路基板は、前記固体撮像素子が突起電極を介してフリップチップ実装される実装部を有することが好ましい。

前記接続回路基板は、前記信号処理回路が前記固体撮像素子に対して９０°の角度をなすように折り曲げられるフレキシブル回路基板である。

前記固体撮像素子または前記信号処理回路のいずれか一方には、互いに９０°の角度をなすように他方を嵌め込み固定するための溝が形成されている。

前記対物光学系に入射面が、前記固体撮像素子の受光部の面に出射面がそれぞれ対向するように配置され、前記対物光学系からの像光を受光部に導光するプリズムを備えることが好ましい。この場合、前記信号処理回路は、その後端面が前記固体撮像素子の前端面に接続され、前記鏡筒の周面と対向する面が前記対物光学系の光軸に対して平行となるように配置される。

前記放熱部材は、前記鏡筒と前記信号処理回路とを直接的、または間接的に接着固定するための接着剤を含む。前記接着剤は、熱伝導性フィラーが添加されたものである。

本発明の電子内視鏡は、被検体内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系と、前記対物光学系を保持する鏡筒と、被観察部位の像光を撮像して撮像信号を出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の信号処理回路と、熱伝導性を有する放熱部材とを有する電子内視鏡用撮像装置を備える。前記信号処理回路は、前記鏡筒の周面に対向する位置に配置される。前記放熱部材は、前記鏡筒と前記信号処理回路とを接続する。

本発明によれば、対物光学系を保持する鏡筒の周面に対向する位置に、主な熱源である固体撮像素子の信号処理回路を配置し、熱伝導性を有する放熱部材で鏡筒と信号処理回路とを接続するので、信号処理回路の駆動熱を、放熱部材を介して鏡筒にダイレクトに伝熱させることができる。したがって、電子部品の駆動熱に起因する内視鏡画像の画質劣化を効率的且つ確実に防止することができる。

［第一実施形態］
図１において、内視鏡システム２は、電子内視鏡１０、プロセッサ装置１１、および光源装置１２からなる。電子内視鏡１０は、周知の如く、患者の体腔内に挿入される可撓性の挿入部１３と、挿入部１３の先端部分に連設され、撮像装置４０（図３、図４参照）が内蔵された先端部１４と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１５と、プロセッサ装置１１および光源装置１２に接続されるコネクタ１６と、操作部１５、コネクタ１６間を繋ぐユニバーサルコード１７とを有する。

操作部１５には、挿入部１３の先端部１４を上下左右方向に湾曲させるためのアングルノブ１８や、挿入部１３の先端からエアー、水を噴出させるための送気・送水ボタン１９等が設けられている。また、操作部１５の挿入部１３側には、電気メス等の処置具が挿通される鉗子口２０が設けられている。

プロセッサ装置１１は、光源装置１２と電気的に接続され、内視鏡システム２の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１１は、ユニバーサルコード１７や挿入部１３内に挿通された伝送ケーブル５１（図３参照）を介して、電子内視鏡１０に給電を行い、固体撮像素子３８（図３参照）の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１１は、伝送ケーブル５１を介して、固体撮像素子３８から出力された撮像信号を受信し、受信した撮像信号に各種処理を施して画像データを生成する。プロセッサ装置１１で生成された画像データは、プロセッサ装置１１にケーブル接続されたモニタ２１に内視鏡画像として表示される。

図２および図３において、先端部１４の端面１４ａには、観察窓３０、照明窓３１、鉗子出口３２、及び送気・送水用ノズル３３が設けられている。観察窓３０は、端面１４ａの片側中央に配置されている。照明窓３１は、観察窓３０に関して対称な位置に二個配されている。照明窓３１の背後には、光源装置１２からの照明光を導くライトガイド３４の出射端が配されている。照明窓３１は、ライトガイド３４で導かれた照明光を、体腔内の被観察部位に照射する。

鉗子出口３２は、挿入部１３内に配設された鉗子チャンネル３５に接続され、鉗子口２０に連通している。鉗子口２０に挿通された処置具の先端は、鉗子出口３２から露呈される。送気・送水用ノズル３３は、送気・送水ボタン１９の操作に応じて、光源装置１２に内蔵の送気・送水装置から供給されるエアーや水を、観察窓３０に向けて噴射する。

観察窓３０の奥には、体腔内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系３６を保持する鏡筒３７が配設されている。鏡筒３７は、先端部１４の中心軸に対物光学系３６の光軸が平行となるように取り付けられている。

鏡筒３７の後端には、固体撮像素子３８が接続されている。固体撮像素子３８は、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサからなる。固体撮像素子３８には、受光部３９が表面に設けられ、貫通電極を介して裏面に電極パッドが設けられたチップ、または受光部３９が裏面に設けられ、表面に電極パッドが設けられたいわゆる裏面照射型のチップの表裏を引っ繰り返したものが用いられる。固体撮像素子３８は、受光部３９が対物光学系３６と対向し、受光部３９の面が対物光学系３６の光軸と垂直となるように配置されている。これら対物光学系３６、鏡筒３７、および固体撮像素子３８等によって、撮像装置４０が構成される。

撮像装置４０の周辺を拡大した図４にも示すように、受光部３９上には、四角枠状のスペーサ４１を介して矩形板状のカバーガラス４２が取り付けられている（図５も参照）。固体撮像素子３８、スペーサ４１、およびカバーガラス４２は、接着剤で互いに接着されて組み付けられる。これにより、スペーサ４１、およびカバーガラス４２で囲まれた密閉空間内に受光部３９が収容され、塵埃や水等の侵入から受光部３９が保護される。

固体撮像素子３８の裏面には、複数の突起電極（バンプ）４３を介して、略Ｓ字状の放熱兼接続回路基板（以下、単に基板という）４４がフリップチップ実装されている。

基板４４は、ポリイミド等の樹脂に酸化珪素、酸化アルミ、酸化マグネシウム等の熱伝導性フィラーを練り込んだものをベースとする、熱伝導性フレキシブル回路基板である。基板４４は、固体撮像素子３８が接続される実装部４５、先端部１４の先端側に延出された放熱部４６、および後端側に延出された伝送部４７を有する。放熱部４６、伝送部４７は、実装部４５に対して反対の方向に直角に折り曲げられている。放熱部４６は、鏡筒３７の下部中央付近まで迫り出している。

放熱部４６の裏面には、複数の突起電極４８を介して、信号処理回路４９がフリップチップ実装されている。鏡筒３７の下部中央付近まで迫り出した放熱部４６の裏面に信号処理回路４９を取り付けたことで、信号処理回路４９は、鏡筒３７の周面と対向する位置に配置される。信号処理回路４９には、例えば、固体撮像素子３８を駆動させるための駆動信号を伝達する回路、固体撮像素子３８からの撮像信号をデジタル化する等の信号処理を施すための回路、撮像信号をプロセッサ装置に転送するための回路等が実装されている。

伝送部４７の裏面には、複数の電極パッド５０が設けられており、この電極パッド５０に伝送ケーブル５１から引き出された伝送線５２が半田付けされている。なお、伝送ケーブル５１は、複数の伝送線５２からなる多芯ケーブルであるが、図では煩雑化を避けるため、伝送線５２は一本のみ図示している。

固体撮像素子３８の裏面と対向する実装部４５の表面には、固体撮像素子３８と信号処理回路４９の接続回路を構成する回路パターン５３（図６参照）が形成されている。また、信号処理回路４９の表面と対向する放熱部４６の裏面、および電極パッド５０が形成された伝送部４７の裏面にも、熱伝導性フィラー入りポリイミド樹脂等のベースを挟んで、同様に回路パターン５３（図示せず）が形成されている。回路パターン５３は、銅箔等の金属箔からなる。実装部４５の表面の回路パターン５３と放熱部４６、伝送部４７の裏面の回路パターン５３とは、貫通電極（図示せず）で接続されている。

実装部４５の表面の回路パターン５３、および放熱部４６、伝送部４７の裏面の回路パターン５３を形成する金属箔のうち、伝送に寄与しない一部の金属箔は、放熱部４６の表面全体、および信号処理回路４９との電気的接続部以外の放熱部４６の裏面全体を覆っている。

鏡筒３７の下部、固体撮像素子３８、スペーサ４１、およびカバーガラス４２の下側面、並びに信号処理回路４９の表面と、基板４４との間には、熱伝導性接着剤５４が充填されており、相互に接着固定されている。熱伝導性接着剤５４としては、例えば、絶縁性熱伝導シリコーン接着剤（ＲＴＶゴム系接着剤等）や、基板４４同様の熱伝導性フィラーが練り込まれた一液硬化性エポキシ系接着剤が用いられる。なお、ここで挙げた基板４４や熱伝導性接着剤５４の材質は一例であり、熱伝導性を有するものであれば、上記以外の材質でも構わない。

撮像装置４０を製造する際には、まず、図５に示すように、固体撮像素子３８の受光部３９上に、スペーサ４１を介してカバーガラス４２を取り付ける。

カバーガラス４２の取り付け後、図６に示すように、基板４４の実装部４５と信号処理回路４９の回路パターンの電極パッドに突起電極４３、４８をそれぞれ形成し、固体撮像素子３８および信号処理回路４９と、実装部４５および放熱部４６とをフリップチップ実装する。その後、固体撮像素子３８および信号処理回路４９と基板４４の間に、アンダーフィル剤として熱伝導性接着剤５４を流し込み、相互を接着固定する。なお、突起電極４３、４８は、固体撮像素子３８や放熱部４６の裏面の電極パッドに形成しても構わない。

次いで、基板４４を略Ｓ字状に折り曲げる。そして、鏡筒３７を接着剤でカバーガラス４２に取り付ける。さらに図７に示すように、鏡筒３７の下部、固体撮像素子３８、スペーサ４１、およびカバーガラス４２の下側面と基板４４との間に熱伝導性接着剤５４を充填し、相互を接着固定する。最後に、伝送線５２を電極パッド５０に結線する。熱伝導性接着剤５４に対する濡れ性を向上させるため、鏡筒３７の下部といった熱伝導性接着剤５４が接する箇所に、プラズマ処理等の表面改質処理を施してもよい。

続いて、上記のように構成された内視鏡システム２の作用について説明する。電子内視鏡１０で患者の体腔内を観察する際、施術者は、電子内視鏡１０と各装置１１、１２とを繋げ、各装置１１、１２の電源をオンする。そして、患者に関する情報等を入力し、検査開始を指示する。

検査開始を指示した後、施術者は、挿入部１３を体腔内に挿入し、光源装置１２からの照明光で体腔内を照明しながら、固体撮像素子３８による体腔内の内視鏡画像をモニタ２１で観察する。

固体撮像素子３８から出力された撮像信号は、信号処理回路４９で各種処理を施された後、伝送ケーブル５１を介してプロセッサ装置１１に入力される。プロセッサ装置１１では、入力された撮像信号に対して各種画像処理が施され、画像データが生成される。これにより、画像データがモニタ２１に内視鏡画像として表示される。

固体撮像素子３８および信号処理回路４９は、駆動されると内部負荷等に起因する駆動熱を発し、時には４０℃以上と体温よりも高温になる。一方、体腔内に挿入された電子内視鏡１０の先端部１４は、体温と同程度の温度（〜３７℃）となる。

電子内視鏡１０の電源投入直後は、固体撮像素子３８および信号処理回路４９の温度はすぐに上昇するのに対して、対物光学系３６やカバーガラス４２といった部材は、固体撮像素子３８および信号処理回路４９の駆動熱を得て徐々に温度が上昇する。また、送気・送水用ノズル３３で観察窓３０に向けてエアーや水を噴射した場合には、先端部１４が３０℃程度まで急激に冷却される。このため、先端部１４の大凡の温度分布は、観察窓３０、対物光学系３６、鏡筒３７、カバーガラス４２、スペーサ４１、固体撮像素子３８、信号処理回路４９の順に高温となる。

固体撮像素子３８および信号処理回路４９から発生した駆動熱は、熱伝導性接着剤５４を介して基板４４に伝わる。基板４４に伝わった熱は、主に放熱部４６、熱伝導性接着剤５４を通して、比較的温度が低い鏡筒３７に伝わる。一部は伝送部４７や伝送ケーブル５１から、先端部１４の後端側の空間に放熱される。鏡筒３７に伝わった熱は、鏡筒３７は勿論のこと、内部の対物光学系３６や先端の観察窓３０をも温める。

基板４４の作用により、低温部である観察窓３０、対物光学系３６、鏡筒３７と、高温部であるカバーガラス４２、スペーサ４１、固体撮像素子３８、信号処理回路４９の温度差が均される。言い換えれば、低温部は駆動熱によって温められ、高温部は放熱冷却されて、先端部１４の温度分布が均一となる。

固体撮像素子３８や信号処理回路４９が高温になると、これらの性能が低下して内視鏡画像の画質が劣化する。また、先端部１４の各部材の温度差が大であると、観察窓３０やカバーガラス４２の内面に結露が生じてしまう。本例では、基板４４や熱伝導性接着剤５４によって、固体撮像素子３８や信号処理回路４９の熱が放熱され、また、先端部１４の温度分布が均一となるため、固体撮像素子３８や信号処理回路４９の性能が低下することはないし、結露が生じることもない。したがって、固体撮像素子３８や信号処理回路４９の性能が低下、あるいは結露が原因で内視鏡画像の画質が劣化し、観察が困難になるといった問題も起こらない。

熱源である信号処理回路４９を鏡筒３７の下部に配置しているので、信号処理回路４９の駆動熱が鏡筒３７にダイレクトに伝わる。このため、信号処理回路４９を鏡筒３７から遠ざけた場合よりも熱効率がよく、鏡筒３７を温めるまでに時間が掛からない。電子内視鏡１０の電源投入直後で温度差が生じるときや、送気・送水用ノズル３３で観察窓３０に向けてエアーや水を噴射して急激な温度変化があったときにも対応することができる。

基板４４は、名の通り固体撮像素子３８と信号処理回路４９の接続と放熱の機能を兼ねるので、部品、製造コスト削減、省スペース化に寄与することができる。

信号処理回路４９を鏡筒３７側に迫り出させた分、先端部１４の長さを短くすることができる。先端部１４は硬質な材料からなるため、先端部１４が長いと、患者が嚥下するときに苦痛を与えることになるが、この苦痛を和らげることができる。また、熱伝導性接着剤５４で固体撮像素子３８、基板４４、信号処理回路４９との接続がさらに補強されるので、機械的強度を高めることができる。

第一実施形態では、実装部４５、放熱部４６、および伝送部４７を有する基板４４を用いているが、本発明はこれに限定されない。なお、以下では、第一実施形態と同一の部材については符号のみを付し、説明を省略する。

［第二実施形態］
第二実施形態の撮像装置６０を示す図８において、基板６１は、第一実施形態の基板４４と異なり、折れ曲がり箇所がないストレートな形状である。基板６１は、基板４４と同様の放熱部６２、および伝送部６３を有するが、実装部は有していない。実装部に該当する機能は、フレキシブル回路基板６４が担う。フレキシブル回路基板６４には、第一実施形態の実装部４５と同様、固体撮像素子３８がフリップチップ実装される。また、フレキシブル回路基板６４は、放熱部６２と伝送部６３の境界付近で、突起電極６５を介して基板６１に接続されている。

撮像装置６０を製造する際には、第一実施形態と同様に図５の工程を実施した後、フレキシブル回路基板６４に固体撮像素子３８をフリップチップ実装する。そして、基板６１に信号処理回路４９をフリップチップ実装する前または後に、フレキシブル回路基板６４を基板６１にフリップチップ実装する。

その後、第一実施形態と同様に、鏡筒３７を接着剤でカバーガラス４２に取り付け、鏡筒３７の下部、固体撮像素子３８、スペーサ４１、およびカバーガラス４２の下側面と基板６１との間に熱伝導性接着剤５４を充填して相互を接着固定し、最後に、伝送線５２を電極パッド５０に結線する。本実施形態によれば、放熱兼接続回路基板を折り曲げる工程を省くことができる。このため、基板６１は、フレキシブル回路基板である必要はない。

［第三実施形態］
図９において、第三実施形態の撮像装置７０は、固体撮像素子７１と信号処理回路７２とを、実装部、放熱部、伝送部がない短尺の基板（フレキシブルケーブルでも可）７３で接続し、さらに、熱伝導性接着剤５４で鏡筒３７に信号処理回路７２を直接接着固定している点が第一、第二実施形態と異なる。

固体撮像素子７１は、受光部７４、電極パッドの両方が表面に設けられたものである。信号処理回路７２は、裏面に伝送線５２が繋がる電極パッド７５が設けられたもので、この電極パッド７５は、信号処理回路７２の表面の回路パターンの電極パッドと貫通電極（ともに図示せず）で接続されている。基板７３は、突起電極７６、７７を介して、固体撮像素子７１の電極パッドと信号処理回路７２の電極パッドとを接続している。熱伝導性接着剤５４は、鏡筒３７の下部と信号処理回路７２との間に充填されている。

撮像装置７０を製造する際には、第一、第二実施形態と同様に図５の工程を実施した後、固体撮像素子７１の電極パッドと信号処理回路７２の電極パッドに、突起電極７６、７７を介して基板７３をフリップチップ実装する。そして、基板７３を軸にして固体撮像素子７１と信号処理回路７２を９０°折り曲げる。その後の工程は第一、第二実施形態と同様である。

本実施形態の変形例として、図１０、図１１を挙げることができる。図１０に示す例では、表面だけでなく、信号処理回路７８と対向する側面にも電極パッドを設けた固体撮像素子７９を用いている。固体撮像素子７９の側面の電極パッドは、信号処理回路７８の電極パッドと突起電極８０を介してフリップチップ実装されている。固体撮像素子７９の表面の電極パッド、および信号処理回路７８の電極パッドは、図９の撮像装置７０と同様に、突起電極７６、７７を介して基板７３に接続されている。

また、図１１に示す例では、図９と同様の固体撮像素子７１を用いたうえで、信号処理回路８１に、固体撮像素子７１の側面部を嵌め込むための溝８２を設けている。溝８２は、周知のダイシング、エッチング加工技術で形成される。この場合、まず、固体撮像素子７１の側面部を溝８２に嵌め込んで熱伝導性接着剤５４で接着固定した後、固体撮像素子７１の表面の電極パッドと信号処理回路８１の電極パッドとを半田８３で接続する。なお、本例とは逆に、固体撮像素子に信号処理回路の後端部が嵌め込まれる溝を形成してもよい。

図９に示す例では、基板７３が丁度蝶番のようになるため、撮像装置７０の製造時に何度も折り曲げを繰り返すと基板７３にストレスが掛かる。対して、図１０、図１１に示す例では、固体撮像素子と信号処理回路を９０°の角をなす状態で先に固定するので、折り曲げによるストレスを考慮しなくて済む。

本実施形態によれば、放熱兼接続回路基板の規模を縮小、または放熱兼接続回路基板を省略することができ、部品コスト削減に寄与することができる。なお、図９、図１０に示す例では、基板７３は固体撮像素子と信号処理回路との熱伝導の機能のみで、鏡筒３７への熱伝導は主に熱伝導性接着剤５４が担うので、基板７３を放熱機能がない単なるフレキシブル回路基板としてもよい。また、本実施形態は、信号処理回路を固体撮像素子に対して９０°に折り曲げて、信号処理回路を鏡筒の下部に配置することが要点であるので、放熱兼接続回路基板やフレキシブル回路基板で固体撮像素子と信号処理回路を接続する必要はなく、図１１に例示する半田８３、あるいはボンディングワイヤで接続してもよい。

［第四実施形態］
図１２および図１３において、本実施形態の撮像装置９０に用いられる基板９１は、第一実施形態の基板４４の放熱部４６上の金属箔を幅方向に広げた巻き付け部９２を有している。巻き付け部９２は、鏡筒３７の周面を覆うように鏡筒３７に巻き付けられ、熱伝導性接着剤５４を介して鏡筒３７に接着固定される。

本実施形態によれば、鏡筒３７の下面のみを熱伝導性接着剤５４で充填する他の実施形態と比較して、固体撮像素子３８および信号処理回路４９の駆動熱を、鏡筒３７の全周に満遍なく行き渡らせることができる。したがって、熱効率をさらに高めることができる。なお、巻き付け部９２は、本例のように金属箔を左右に広げたものに限らず、一方向に金属箔を延出させたものでもよいし、放熱部４６自体を広げたものでもよい。

上記各実施形態では、受光部の面が対物光学系の光軸と垂直となるように固体撮像素子を配置する例を挙げているが、本発明はこれに限定されない。

［第五実施形態］
図１４において、本実施形態の撮像装置１００は、図９の固体撮像素子７１、信号処理回路７２を用いたうえで、鏡筒３７とカバーガラス４２の間にプリズム１０１を設けている。プリズム１０１は、その入射面１０１ａが鏡筒３７に、出射面１０１ｂがカバーガラス４２にそれぞれ接続されている。これにより、対物光学系３６の光軸と固体撮像素子７１の受光部７４の面とが平行となるように配置される。

固体撮像素子７１と信号処理回路７２とは、その前端面と後端面とが突き合わせて接着されている。信号処理回路７２は、固体撮像素子７１の前端面に接着されることで、鏡筒３７の下部に配置される。信号処理回路７２と鏡筒３７の下部には、熱伝導性接着剤５４が充填されている。

固体撮像素子７１の前端と信号処理回路７２の後端の表面には、電極パッドが形成されており、これらはボンディングワイヤ等で電気的に接続される。プリズム１０１等の屈曲光学系を用いた撮像装置１００についても、本発明を適用することができる。

以上、第一〜第五実施形態を挙げて本発明の種々の態様を説明してきたが、要するに、熱源である信号処理回路を鏡筒の周面に対向する位置に配置し、信号処理回路と鏡筒とを熱伝導性部材で接続するという本発明の主旨を逸脱しなければ、如何様にも変更することが可能である。

なお、図１５、図１６に示す態様を採用してもよい。図１５に示す撮像装置１１０は、固体撮像素子７１と信号処理回路７２の接続形態を図１４の例と同一とし、プリズム１０１をなくして、第一〜第四実施形態と同様に受光部７４の面が対物光学系３６の光軸と垂直となるように固体撮像素子７１を配置している。そして、９０°に折り曲げた熱伝導性の放熱板１１１と熱伝導性接着剤５４で、信号処理回路７２とスペーサ４１、カバーガラス４２の下側面、および鏡筒３７の下部とを接続している。放熱板１１１は、基板４４のベースと同様の素材からなる。

図１６に示す撮像装置１２０は、固体撮像素子３８の裏面に突起電極４３を介して信号処理回路１２１をフリップチップ実装している。そして、放熱板１１１と同様の材質の放熱板１２２と熱伝導性接着剤５４で、信号処理回路１２１の下側面と、固体撮像素子３８、スペーサ４１、カバーガラス４２、および鏡筒３７の下部を接続している。なお、符号１２３は、伝送線５２が半田接続される電極パッドである。固体撮像素子３８の裏面に信号処理回路１２１をフリップチップ実装しているため、図１５の例と比べて、先端部１４の径方向のサイズを小さくすることができる。図１５、図１６に示す例では、信号処理回路と鏡筒が離れている分、上記各実施形態と比べて熱効率の点では若干劣る。

放熱板１１１、１２２としては、銅やアルミ等の熱伝導性のよい金属を用いてもよい。金属を用いた場合は、固体撮像素子と信号処理回路の接続を補強することができる。また、図１６に示す例では、固体撮像素子や信号処理回路と鉗子チャンネルとの間に放熱板が配されるので、鉗子チャンネルに挿通される高周波電気メス等による電磁ノイズの影響を遮断することができる。

上記各実施形態では、熱伝導性接着剤を各部材の全面に充填しているが、熱伝導性が十分であれば局所的に充填しても構わない。

上記各実施形態では、電子内視鏡を例示して説明しているが、撮像装置に加えて超音波トランスデューサが内蔵された超音波内視鏡についても、本発明を適用することが可能である。また、医療用電子内視鏡だけでなく、工業分野で利用される電子内視鏡に適用しても可である。

内視鏡システムの構成図である。 電子内視鏡の先端部の端面を示す図である。 電子内視鏡の先端部の内部構造を示す断面図である。 第一実施形態の撮像装置の周辺を拡大した断面図である。 スペーサを介してカバーガラスを固体撮像素子に取り付ける工程の説明図である。 放熱兼接続回路基板に固体撮像素子および信号処理回路をフリップチップ実装する工程の説明図である。 放熱兼接続回路基板を折り曲げて、熱伝導性接着剤を介して鏡筒等に接着固定する工程の説明図である。 第二実施形態の撮像装置を示す断面図である。 第三実施形態の撮像装置を示す断面図である。 第三実施形態の変形例を示す図である。 第三実施形態の変形例を示す図である。 第四実施形態の撮像装置に用いられる放熱兼接続回路基板を示す斜視図である。 第四実施形態の撮像装置を示す斜視図である。 第五実施形態の撮像装置を示す断面図である。 撮像装置の他の例を示す断面図である。 撮像装置のさらに他の例を示す断面図である。

符号の説明

２ 内視鏡システム
１０ 電子内視鏡
３６ 対物光学系
３７ 鏡筒
３８、７１、７９ 固体撮像素子
３９、７４ 受光部
４０、６０、７０、９０、１００、１１０、１２０ 撮像装置
４３、７６ 突起電極
４４、６１、７３、９１ 放熱兼接続回路基板（基板）
４５ 実装部
４６、６２ 放熱部
４９、７２、７８、８１、１２１ 信号処理回路
５３ 回路パターン
５４ 熱伝導性接着剤
６４ フレキシブル回路基板
８２ 溝
９２ 巻き付け部
１０１ プリズム
１１１、１２２ 放熱板

Claims (15)

1. 被検体内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系と、
   前記対物光学系を保持する鏡筒と、
   被観察部位の像光を撮像して撮像信号を出力する固体撮像素子と、
   前記鏡筒の周面に対向する位置に配置された前記固体撮像素子の信号処理回路と、
   前記鏡筒と前記信号処理回路とを接続する、熱伝導性を有する放熱部材とを備えることを特徴とする電子内視鏡用撮像装置。
2. 前記固体撮像素子は、その受光部の面が前記対物光学系の光軸に対して垂直となるように前記鏡筒に取り付けられており、
   前記信号処理回路は、前記固体撮像素子に対して９０°の角度をなし、前記鏡筒の周面と対向する面が前記対物光学系の光軸に対して平行となるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡用撮像装置。
3. 前記固体撮像素子と前記信号処理回路とを電気的に接続する接続回路基板を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電子内視鏡用撮像装置。
4. 前記接続回路基板は、前記放熱部材を兼ねることを特徴とする請求項３に記載の電子内視鏡用撮像装置。
5. 前記接続回路基板は、熱伝導性フィラーが添加された樹脂をベースとすることを特徴とする請求項４に記載の電子内視鏡用撮像装置。
6. 前記接続回路基板は、前記鏡筒の周面と対向する前記信号処理回路の面の全面を覆う放熱部を有することを特徴とする請求項４または５に記載の電子内視鏡用撮像装置。
7. 前記放熱部は、回路パターンを形成する金属箔で覆われることを特徴とする請求項６に記載の電子内視鏡用撮像装置。
8. 前記接続回路基板は、前記放熱部を外側に延出させた、前記鏡筒の周面を覆うように巻き付け固定される巻き付け部を有することを特徴とする請求項６または７に記載の電子内視鏡用撮像装置。
9. 前記接続回路基板は、前記固体撮像素子が突起電極を介してフリップチップ実装される実装部を有することを特徴とする請求項３ないし８のいずれかに記載の電子内視鏡用撮像装置。
10. 前記接続回路基板は、前記信号処理回路が前記固体撮像素子に対して９０°の角度をなすように折り曲げられるフレキシブル回路基板であることを特徴とする請求項３ないし９のいずれかに記載の電子内視鏡用撮像装置。
11. 前記固体撮像素子または前記信号処理回路のいずれか一方には、互いに９０°の角度をなすように他方を嵌め込み固定するための溝が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡用撮像装置。
12. 前記対物光学系に入射面が、前記固体撮像素子の受光部の面に出射面がそれぞれ対向するように配置され、前記対物光学系からの像光を受光部に導光するプリズムを備え、
    前記信号処理回路は、その後端面が前記固体撮像素子の前端面に接続され、前記鏡筒の周面と対向する面が前記対物光学系の光軸に対して平行となるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡用撮像装置。
13. 前記放熱部材は、前記鏡筒と前記信号処理回路とを直接的、または間接的に接着固定するための接着剤を含むことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の電子内視鏡用撮像装置。
14. 前記接着剤は、熱伝導性フィラーが添加されたものであることを特徴とする請求項１３に記載の電子内視鏡用撮像装置。
15. 被検体内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系と、
    前記対物光学系を保持する鏡筒と、
    被観察部位の像光を撮像して撮像信号を出力する固体撮像素子と、
    前記鏡筒の周面に対向する位置に配置された前記固体撮像素子の信号処理回路と、
    前記鏡筒と前記信号処理回路とを接続する、熱伝導性を有する放熱部材とを有する電子内視鏡用撮像装置を備えることを特徴とする電子内視鏡。

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