CN112135557A - 摄像单元和斜视型内窥镜 - Google Patents

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Abstract

提供防止图像低下并且在制造时容易处理的摄像单元和斜视型内窥镜。本发明的摄像单元(30)用于斜视型内窥镜，该斜视型内窥镜的作为内窥镜前端部(6a)的长度方向的内窥镜轴(O2)和作为观察方向的透镜单元(22)的光轴(O1)交叉成锐角，其特征在于，该摄像单元具有：半导体封装(25)，具有受光面与透镜单元(22)的光轴(O1)垂直配置并将光学像转换为图像信号的摄像元件，在背面形成有传感器电极；第一电路基板(31)，在表面侧具有第一连接电极，并且在背面具有第二连接电极(33)并安装有电子部件(50)；第二电路基板(40)，具有呈与光轴(O1)垂直的倾斜面且设置有第三连接电极的第一区域(41)和设置有缆线连接电极的第二区域(42)。

Description

摄像单元和斜视型内窥镜
技术领域
本发明涉及在从倾斜方向观察被检体内的斜视型内窥镜中使用的摄像单元和斜视型内窥镜。
背景技术
以往，能够***到被检体内进行被检部位的观察、根据需要使用贯穿***到处置器具通道内的处置器具进行各种治疗处置的内窥镜被广泛利用。该内窥镜根据观察方向，除了使用观察正面的正视型之外，还使用变更了透镜单元的配置方向的侧视型、斜视型。
作为斜视型的内窥镜，提出了如下的内窥镜：以透镜单元的光轴相对于内窥镜轴倾斜的方式配置透镜单元，并且将摄像元件与透镜单元平行配置(以摄像元件的受光面与透镜单元的光轴垂直的方式配置)，使安装有电子部件和缆线并与内窥镜轴平行配置的挠性印刷基板的端部弯折，从而与摄像元件的端子连接(例如参照专利文献1)。
另外，提出了如下的斜视型内窥镜：使来自透镜单元的光经由棱镜入射到受光面与内窥镜轴垂直配置的固体摄像元件，该透镜单元被配置为光轴相对于内窥镜轴倾斜(例如，参照专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-239312号公报
专利文献2：日本特开2001-212074号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在专利文献1的内窥镜中，由于挠性印刷基板的形状不确定，所以处理变得困难，并且由于无法将电子部件配置在摄像元件的附近，所以阻抗变高，导致由噪声产生引起的画质低下。另外，在专利文献2的内窥镜中具有如下问题：随着近年来的摄像元件的高像素化，棱镜的制造导致高成本，并且难以进行用于防止画质模糊等的组装调整。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种防止图像低下并且组装调整容易的摄像单元和斜视型内窥镜。
解决问题的手段
为了解决所述课题并达到目的，本发明的摄像单元用于斜视型内窥镜，该斜视型内窥镜的作为内窥镜前端部的长度方向的内窥镜轴与作为观察方向的透镜单元的光轴交叉的角度θ1呈锐角，其特征在于，该摄像单元具备：矩形的半导体封装，其具有受光面与所述透镜单元的光轴垂直配置并将所述透镜单元形成的光学像转换为图像信号的摄像元件，在该半导体封装的背面形成有传感器电极；第一电路基板，其在表面侧具有与所述传感器电极连接的第一连接电极，并且在背面具有第二连接电极并安装有电子部件；以及第二电路基板，其具有第一区域和第二区域，所述第一区域呈与所述光轴垂直的倾斜面，并设置有与所述第二连接电极连接的第三连接电极，所述第二区域设置有连接缆线的缆线连接电极。
另外，本发明的摄像单元的特征在于，在上述发明中，在所述第一电路基板的背面的中央部具有安装所述电子部件的凹部，并且在所述凹部的周围配置有所述第二连接电极。
另外，本发明的摄像单元的特征在于，在上述发明中，所述摄像单元具有保持所述透镜单元的保持框，所述第二电路基板具有与所述内窥镜轴平行的第三区域，所述第二电路基板被所述保持框包围。
另外，本发明的摄像单元的特征在于，在上述发明中，还具有：保持所述透镜单元的保持框；和保持所述第二电路基板的保持部，所述第二电路基板是柔性印刷基板，以所述第二区域与所述第一区域交叉的角度θ呈钝角的程度弯折，所述保持部具有与所述第一区域抵接的第四区域、与所述第二区域抵接的第五区域、以及第六区域，该第六区域分别与所述第四区域和所述第五区域呈锐角交叉，并且与所述内窥镜轴平行。
另外，本发明的摄像单元的特征在于，在上述发明中，所述保持部由高导热性材料形成，所述第一区域和所述第四区域由导热性比粘接所述第二区域和所述第五区域的材料高的材料粘接。
另外，本发明的摄像单元的特征在于，在上述发明中，所述保持部在表面设置有连接缆线的缆线连接电极。
另外，本发明的斜视型内窥镜的特征在于，该斜视型内窥镜具有在前端配置有以上任一项所述的摄像单元的***部。
发明的效果
本发明通过在与半导体封装的背面连接的第一电路基板上安装电容器等电子部件，并经由第二电路基板的呈与光轴垂直的倾斜面的第一区域与第一电路基板连接，能够防止噪声的产生，防止图像低下，并且不使用棱镜，所以能够得到低成本且组装调整容易的摄像单元和斜视型内窥镜。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式1的内窥镜***的整体结构的图。
图2是图1所示的内窥镜的前端部的剖视图。
图3是图2所示的摄像单元的立体图。
图4是第一电路基板的立体图。
图5是本发明实施方式1的变形例1的摄像装置的剖视图。
图6是图5所示的摄像装置的侧视图。
图7是本发明实施方式1的变形例2的摄像单元的立体图。
图8是本发明的实施方式2的内窥镜的前端部的剖视图。
具体实施方式
在以下的说明中，作为用于实施本发明的方式(以下称为“实施方式”)，对具有摄像单元的内窥镜***进行说明。另外，本发明并不限定于该实施方式。并且，在附图的记载中，对同一部分标注同一符号。另外，附图是示意性的，需要注意各部件的厚度与宽度的关系、各部件的比率等与现实不同。另外，在附图相互之间也包含相互的尺寸、比例不同的部分。
(实施方式1)
图1是示意性地表示本发明的实施方式1的内窥镜***1的整体结构的图。如图1所示，本实施方式1的内窥镜***1具有：内窥镜2，其被***到被检体内，对被检体的体内进行摄像，生成被检体内的图像信号；信息处理装置3，其对内窥镜2所拍摄的图像信号实施规定的图像处理，并且控制内窥镜***1的各部；光源装置4，其生成内窥镜2的照明光；以及显示装置5，其对由信息处理装置3进行图像处理后的图像信号进行图像显示。
内窥镜2是从倾斜方向观察被检体内的斜视型内窥镜，其具有：***部6，其***到被检体内；操作部7，其位于***部6的基端部侧，供手术者把持；以及挠性的通用软线8，其从操作部7延伸。
***部6使用照明光纤、电缆和光纤等来实现。***部6具有：前端部6a，其内置有后述的摄像单元；弯曲自如的弯曲部6b，其由多个弯曲块构成；以及挠性管部6c，其设置在弯曲部6b的基端部侧，具有挠性。在前端部6a上设置有：经由照明透镜21(参照图2)对被检体内进行照明的光导缆线20(参照图2)、对被检体内进行摄像的观察部、连通处置器具用通道的开口部以及送气送水用喷嘴(未图示)。
操作部7具有：弯曲旋钮7a，其使弯曲部6b向上下方向和左右方向弯曲；处置器具***部7b，其将活体钳子、激光刀等处置器具***到被检体的体腔内；以及多个开关部7c，其进行信息处理装置3、光源装置4、送气装置、送水装置和气体输送装置等周边设备的操作。从处置器具***部7b***的处置器具经过设置在内部的处置器具用通道从***部6前端的开口部露出。
通用软线8使用照明光纤、缆线等构成。通用软线8在基端分支，分支后的一方的端部是连接器8a，另一方的基端是连接器8b。连接器8a相对于信息处理装置3的连接器装卸自如。连接器8b相对于光源装置4装卸自如。通用软线8将从光源装置4射出的照明光经由连接器8b及照明光纤传播到前端部6a。另外，通用软线8将后述的摄像单元拍摄到的图像信号经由缆线及连接器8a传送到信息处理装置3。
信息处理装置3对从连接器8a输出的图像信号实施规定的图像处理，并且控制内窥镜***1整体。
光源装置4使用发出光的光源，聚光透镜等构成。光源装置4根据信息处理装置3的控制，从光源发出光，将其作为针对作为被摄体的被检体内的照明光，提供给经由连接器8b和通用软线8的照明光纤连接的内窥镜2。
显示装置5由使用液晶或有机EL(Electro Luminescence：电致发光)的显示器等构成。显示装置5显示经由影像缆线5a的包含由信息处理装置3实施了规定的图像处理的图像在内的各种信息。由此，手术者通过一边观察显示装置5所显示的图像(体内图像)一边操作内窥镜2，能够观察被检体内的期望位置并判定性状。
接着，详细说明内窥镜2的前端部6a的结构。图2是内窥镜2的前端部6a的剖视图。图3是图2所示的摄像单元30的立体图。图4是从第一电路基板31的背面侧观察的立体图。另外，图2是与内窥镜2的后述的透镜单元22的光轴O1和内窥镜轴O2平行的面(包含透镜单元的光轴O1和内窥镜轴O2的面)的剖视图。另外，在图3中，省略了保持部60的图示。
摄像装置100具有透镜单元22、配置在透镜单元22的基端侧的摄像单元30以及集成缆线45。
前端部主体51由用于形成容纳摄像装置的内部空间的硬质部件形成。前端部主体51的外周部被柔软的包覆管52包覆。前端部主体51的前端面51a形成为斜面。
透镜单元22具有多个物镜22a、22b和22c、以及保持物镜22a～22c的透镜保持件24，该透镜保持件24通过嵌插固定在前端部主体51内部而固定于前端部主体51。透镜单元22的光轴O1与内窥镜轴O2成θ1的角度，θ1配置为锐角，即配置为大于0°且小于90°地交叉，由此从倾斜方向观察被检体内。
摄像单元30具有：矩形的半导体封装25，其具有摄像元件，并在背面即面f2上形成有未图示的传感器电极，该摄像元件通过对由受光面即面f1接收到的光学像进行光电转换而生成电信号；与半导体封装25连接的第一电路基板31；与第一电路基板31连接的第二电路基板40；保持第二电路基板40的保持部60。半导体封装25通过玻璃罩23粘附并固定于物镜22c。
半导体封装25配置成受光面即面f1与透镜单元22的光轴O1垂直，透镜单元22会聚的光入射到受光面即f1面。传感器电极形成在半导体封装25的面f2(背面)上。半导体封装25优选为CSP(Chip Size Package：芯片尺寸封装)，即，对晶片状态的摄像元件芯片进行布线、电极形成、树脂密封以及切割，最终使摄像元件芯片的大小直接成为半导体封装25的大小。
第一电路基板31是以表面f3及背面f4与透镜单元22的光轴O1垂直的方式配置且形成有布线的多个基板在光轴O1方向上层叠而成的硬质层叠基板。第一电路基板31呈矩形，具有与半导体封装25的光轴方向的投影面相同或位于投影面内的大小。在第一电路基板31的正面f3侧形成有第一连接电极，该第一连接电极通过焊球等接合部件与半导体封装25的传感器电极连接，并且如图4所示在背面f4侧形成有第二连接电极33。接合部件除了焊球之外，也可以是金属芯焊球、树脂芯焊球、Au凸块等。另外，在背面f4侧的中央部形成有安装电容器等电子部件50的凹部32，第二连接电极33配置在凹部的周围。通过使第一电路基板31为层叠基板，凹部32的形成、连接电子部件的端子等的配置变得容易，但第一电路基板31并不限定于层叠基板。层叠的基板可以使用陶瓷基板、玻璃环氧树脂基板、玻璃基板、硅基板等。根据防止由半导体封装25的发热、内窥镜2的加热杀菌时的热膨胀系数的差异引起的连接部的破坏这一观点，第一电路基板31优选为陶瓷基板。另外，如果使用矩形的一般基板作为第一电路基板31，则也可以与在正视型的内窥镜中使用的电路基板共用。
第二电路基板40具有呈与光轴O1垂直的倾斜面的第一区域41、和配置成与第一区域41交叉的角度θ呈钝角的第二区域42。在第一区域41中，设置有与第二连接电极33连接的未图示的第三连接电极，在第二区域42中，如图3所示，缆线连接电极43以上下不重叠的方式设置为2段。第二电路基板40由柔性印刷基板构成，并且以第一区域41和第二区域42呈钝角的程度弯折。通过以第一区域41和第二区域42呈钝角的程度弯折，能够防止摄像单元30的粗径化，并且能够获得缆线连接电极43的配置区域。另外，角度θ优选为钝角，但角度θ不限于钝角。在作为内窥镜的前端部6a的长度方向的内窥镜轴O2与作为观察方向的透镜单元的光轴O1交叉的角度θ1的角度小时，即使在将角度θ设为锐角的情况下，也能够防止粗径化，获得布线区域。
保持部60具有：第四区域61，其与第一区域41抵接；第五区域62，其与第二区域42抵接；以及第六区域63，其分别与第四区域61和第五区域62以锐角交叉，并且与内窥镜轴O2平行地配置。保持部60在第四区域61和第五区域62中抵接并保持第二电路基板40的第一区域41和第二区域42。通过由保持部60保持第二电路基板40，可以将第一区域41和第二区域所成的角度保持为预定的角度。此外，通过将第二电路基板40按压在保持部60上，第一区域41和第二区域42可以以呈预定的角度的方式弯折。通过用保持部60保持第二电路基板40，在第一电路基板31和第二电路基板40的连接时、以及在第二电路基板40上连接信号缆线48时，由于第二电路基板40被保持部60固定，因此连接作业变得容易。
保持透镜单元22的透镜保持件24作为包围半导体封装25、第一电路基板31、第二电路基板40和保持部60的保持框而发挥功能。在本实施方式1中，由一个透镜保持件24保持透镜单元22，并且包围第一电路基板31、第二电路基板40和保持部60，但可以构成为除了透镜保持件24之外，还由隔着玻璃罩23保持半导体封装25的摄像框、屏蔽框等包围第一电路基板31、第二电路基板40和保持部60。在这种情况下，透镜保持件、摄像框和屏蔽框用作保持框。
图5是本发明实施方式1的变形例1的摄像装置100D的剖视图。图6是图5所示的摄像装置100D的侧视图。摄像装置100D具有透镜单元22、配置在透镜单元22的基端侧的摄像单元30、集成缆线45、屏蔽框70以及热收缩管80。
屏蔽框70呈内部为空洞的大致矩形柱状，前端侧嵌合在透镜保持件24的基端侧的外周。在屏蔽框70的前端侧设置有用于避免与透镜保持件24的平行于光轴O1的部分发生干涉的切口71。屏蔽框70的基端侧和集成缆线45的前端部的周围被热收缩管80覆盖。通过采用上述结构，能够提高摄像装置100D的连接部的可靠性。
集束信号缆线48的集成缆线45贯穿***配置在***部6中，经由图1所示的操作部7及通用软线8延伸设置到连接器8a及8b。信号缆线48的芯线49通过焊料等连接部件连接到第二电路基板40的缆线连接电极43。
由透镜单元22的物镜22a～22c成像的光学像通过配设在物镜22a～22c的成像位置上的摄像元件被转换成图像信号，并经由第一电路基板31、第二电路基板40以及信号缆线48被发送到信息处理装置3。
根据本实施方式1的摄像单元30，将半导体封装25和第一电路基板31配置成受光面f1和表面f3与光轴O1垂直，将在背面f4安装有电子部件的第一电路基板31与半导体封装25的背面f2连接。由于将电子部件50配置在半导体封装25附近，所以可以抑制阻抗的增加，降低噪声。另外，作为第一电路基板31，使用线膨胀系数与半导体封装25接近的材料的基板，例如陶瓷基板，由此能够提高施加热负荷时的连接可靠性。
在本实施方式1中，将电路基板分成安装电子部件50的第一电路基板31和连接信号缆线48的第二电路基板40。通过将电路基板分成第一电路基板31和第二电路基板40，在将第二电路基板40连接到第一电路基板时、以及当将信号缆线48连接到缆线连接电极43时，可以减轻施加到半导体封装25的热负荷，并可以减少连接分的剥离等问题。
在实施方式1中使用的保持部60呈三棱柱状，但只要能够保持第二电路基板40即可，也可以是内部空洞的三棱柱。另外，也可以是将金属板弯折的构造，即没有第六区域63而仅由第四区域61及第五区域62构成的构造。进而，也可以在保持部60上形成缆线连接电极43，而连接信号缆线48。另外，保持部60也可以仅在制造摄像单元30时，例如信号缆线48与第二电路基板40连接时、第一电路基板31与第二电路基板40连接时使用，而从最终产品中去除。
在上述实施方式1中，作为第二电路基板40使用了柔性印刷基板，但也可以使用陶瓷基板、MID(Molded Interconnect Device：模制互连组件)基板。图7是本发明实施方式1的变形例2的摄像单元30A的立体图。
在摄像单元30A中，半导体封装25和第一电路基板31是与实施方式1相同的结构。
第二电路基板40A是陶瓷层叠基板，其具有呈与光轴O1垂直的倾斜面的第一区域41、和在侧面f5及侧面f6设置缆线连接电极43的第二区域42。基板与侧面f5及侧面f6平行地层叠。在第二电路基板40A的基端侧形成有台阶部44，在台阶部44形成有缆线连接电极43。
在本实施方式1的变形例的摄像单元30A中，与实施方式1同样，能够将电子部件50配置在半导体封装25的附近，因此能够抑制阻抗的增加，降低噪声。此外，通过将电路基板分成安装电子部件50的第一电路基板31和连接信号缆线48的第二电路基板40A，当将第二电路基板40A连接到第一电路基板时、以及将信号缆线48连接到缆线连接电极43时，可以减轻施加到半导体封装25的热负荷，并可以减少连接部的剥离等问题。进而，由于将第二电路基板40A设为作为硬质基板的陶瓷基板，所以不使用保持部60就能够容易地进行连接作业。
(实施方式2)
图8是本发明的实施方式2的内窥镜的前端部6a的剖视图。在实施方式2的摄像单元30B中，利用第一接合部64和第二接合部65接合第二电路基板40和保持部60B。
在实施方式2的摄像单元30B中，半导体封装25、第一电路基板31以及第二电路基板40是与实施方式1相同的结构。
第一接合部64接合第一区域41和第四区域61。第二接合部65接合第二区域42和第五区域62。第一接合部64由导热性比第二接合部65高的材料构成。
保持部60B由高导热性材料形成。当摄像单元30B启动时，半导体封装25的摄像元件发热，因此需要高效地散热。从半导体封装25传递到第一电路基板31的热通过第二电路基板40和第一接合部64传递到作为高导热性材料的保持部，而高效地散热。
另一方面，将信号缆线48连接到第二电路基板40的缆线连接电极43上进行加热，但为了抑制所加的热经由第二接合部65从保持部60B散热，第二接合部65采用导热性低的材料，从而可以防止能量效率的低下。
另外，作为散热效率优异的摄像单元，除了实施方式2的摄像单元30B之外，例如也可以使第二电路基板为在实施方式1的变形例中使用的MID、陶瓷基板，在第一区域和第二区域中使用的区域以外的表面区域配置全面接地(ベタグラウンド)，经由该全面接地进行散热。
[符号说明]
1 内窥镜***
2 内窥镜
3 信息处理装置
4 光源装置
5 显示装置
6 ***部
6a 前端部
6b 弯曲部
6c 挠性管部
7 操作部
7a 弯曲旋钮
7b 处置器具***部
7c 开关部
8 通用软线
8a、8b 连接器
20 光导缆线
21 照明透镜
22 透镜单元
23 玻璃罩
24 透镜保持件
25 半导体封装
30、30A、30B 摄像单元
31 第一电路基板
32 凹部
33 第二连接电极
40、40A 第二电路基板
41 第一区域
42 第二区域
43 缆线连接电极
44 台阶部
45 集成缆线
48 信号缆线
49 芯线
50 电子部件
51 前端部主体
52 包覆管
60 保持部
61 第四区域
62 第五区域
63 第六区域
64 第一接合部
65 第二接合部
100、100D 摄像装置

Claims (7)

1.一种摄像单元，其用于斜视型内窥镜，该斜视型内窥镜的作为内窥镜前端部的长度方向的内窥镜轴与作为观察方向的透镜单元的光轴交叉的角度θ1呈锐角，其特征在于，该摄像单元具备：
矩形的半导体封装，其具有受光面与所述透镜单元的光轴垂直配置并将所述透镜单元形成的光学像转换为图像信号的摄像元件，在该半导体封装的背面形成有传感器电极；
第一电路基板，其在表面侧具有与所述传感器电极连接的第一连接电极，并且在背面具有第二连接电极并安装有电子部件；以及
第二电路基板，其具有第一区域和第二区域，所述第一区域呈与所述光轴垂直的倾斜面，并设置有与所述第二连接电极连接的第三连接电极，所述第二区域设置有连接缆线的缆线连接电极。
2.根据权利要求1所述的摄像单元，其特征在于，
在所述第一电路基板的背面的中央部具有安装所述电子部件的凹部，并且在所述凹部的周围配置有所述第二连接电极。
3.根据权利要求1所述的摄像单元，其特征在于，
该摄像单元具有保持所述透镜单元的保持框，
所述第二电路基板具有与所述内窥镜轴平行的第三区域，
所述第二电路基板被所述保持框包围。
4.根据权利要求1所述的摄像单元，其特征在于，还具有：
保持所述透镜单元的保持框；和
保持所述第二电路基板的保持部，
所述第二电路基板是柔性印刷基板，以所述第二区域与所述第一区域交叉的角度θ呈钝角的程度弯折，
所述保持部具有与所述第一区域抵接的第四区域、与所述第二区域抵接的第五区域、以及第六区域，该第六区域分别与所述第四区域和所述第五区域呈锐角交叉，并且与所述内窥镜轴平行。
5.根据权利要求4所述的摄像单元，其特征在于，
所述保持部由高导热性材料形成，
所述第一区域和所述第四区域由导热性比粘接所述第二区域和所述第五区域的材料高的材料粘接。
6.根据权利要求4所述的摄像单元，其特征在于，
所述保持部在表面设置有连接缆线的缆线连接电极。
7.一种斜视型内窥镜，其特征在于，
该斜视型内窥镜具有在前端配置有权利要求1所述的摄像单元的***部。
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