JPH0652933B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、撮像手段として固体撮像素子を有し、電子回
路の発生する熱を固体撮像素子側に伝達することを防止
できる撮像装置に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］ 近年、細長の挿入部を体腔内の挿入することにより、体
腔内臓器等を診断したり、検査したりすることのできる
内視鏡（スコープまたはファイバスコープ）が広く用い
られるようになってきた。

また、医療用のみならず、工業用においてもボイラ，機
器，化学プラント等の管内，あるいは機器内等の対象物
を観察、検査等に用いられている。

更に、電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を撮像
手段に用いた電子スコープも各種用いられている。この
電子スコープは、ファイバスコープに比べ解像度が高
く、画像の記録および再生等が容易であり、加えて画像
の拡大や２画面の比較等の画像処理が容易である等の利
点を有する。

ところで、上記電子スコープは、例えば米国特許第４４
９１８６５号に開示されるように、基板上に固体撮像素
子が設けられ、この基板の裏面側に接続される信号線を
樹脂等によって固定し、全体をハウジング内に密閉する
ものがある。この場合、ハウジング内を密閉する目的
は、湿気の混入によるくもりを防止し、且つ、ハウジン
グの強度補強が主である。

また、上記の他にハウジング内に固体撮像素子と共に、
この固体撮像素子を駆動する駆動回路と固体撮像素子が
変換した映像信号を出力する出力バッファとを実装され
た基板がハウジング内に設けられたものがある。

この場合、前記駆動回路は、扱う周波数が高く、また、
固体撮像素子としてＣＣＤのような高容量な素子を駆動
する場合は、特に低インピーダンスで駆動する必要があ
るため発生熱量が大きい。また、特に、ヘッド部と映像
信号を処理するプロセス部とがケーブル等で遠隔接続さ
れた撮像装置では、ケーブル伝送のための出力バッファ
は、低インピーダンス変換、すなわち電流増幅を行うた
めに発生熱量が大きい。この発生熱量は固体撮像素子の
発生熱量より大きい場合が多い。この場合固体撮像素子
と基板を樹脂等で充填すると、基板で発生した熱がハウ
ジング内に滞留しまい、固体撮像素子を加熱し、この結
果、暗電流の増加によるＳ／Ｎ比の低下、熱発生ノイズ
の増大などの画質劣化を引起こす虞れがある。

［発明の目的］ 本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、固
体撮像素子に電気的に悪影響を与えるハウジング内で発
生する熱量を極力固体撮像素子に伝達しないようできる
撮像装置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］ 本発明の撮像装置は、被写体を撮像する撮像手段として
の固体撮像素子と、前記固体撮像素子に接続された電子
回路と、前記固体撮像素子の周囲の少なくとも一部に隣
接するスペースを占める第１の構成部材と、前記第１の
構成部材に隣接して前記電子回路の周囲を占め、第１の
構成部材より熱伝導率の低い第２の構成部材とを備えた
ものである。

［作用］ 本発明では、熱源より撮像素子側に低い熱伝導率の充填
材が充填され、熱源よりプロセッサまたは伝送ケーブル
側には熱伝導率の高い充填材が充填される。

［実施例］ 第１図ないし第３図は本発明の第１実施例を示す。

第１図において、撮像装置１の概念を説明する。

被写体を撮像できる固体撮像素子（以下ＣＣＤと略記
す。）１３の後方で反撮像面側には第１の構成部材とし
ての第１の充填部材１４が設けられている。この第１の
充填部材１４の後方には、前記ＣＣＤ１３に電気的に接
続された電子回路１６の周囲を充填する第２の構成部材
としての第２の充填部材１７が隣接して設けられてい
る。この第２の充填部材１７の後方には更に、電子回路
１６と電気的に接続されたプロセッサ部または伝送ケー
ブル１８が設けられている。

ここで、第１の充填部材１４の熱伝導率をα、第２の充
填部材１７の熱伝導率をβとすればα＜βとなってお
り、第２の充填部材１７内の電子回路１６より発生した
熱がＣＣＤ１３に伝達し難く、プロセッサ部または伝送
ケーブル１８側に伝達し易くなっている。

第２図および第３図において、本実施例の具体例を説明
する。

第３図において、撮像装置１を内蔵するカメラヘッド２
はファイバスコープ３の接眼部４に着脱自在に設けられ
るようになっている。このファイバスコープ３は前部に
細長で可撓性の挿入部５が設けられており、この挿入部
５の後端には太径の操作部６が連設されている。この操
作部６の側部からは照明光を伝送でき、図示しない光源
装置に接続できる光源コネクタ７が先端部に設けられた
ユニバーサルコード８が延設されている。

前記カメラヘッド２の後端からは映像信号が伝送される
信号ケーブル９が延設され、この信号ケーブル９の後端
部に設けられた信号コネクタ１１が信号処理装置１２に
接続されるようになっている。この信号処理装置１２は
図示しないモニタにビデオ信号を送出するようになって
いる。

前記カメラヘッド２は硬性のカメラヘッド本体１９によ
って形成されており、このカメラヘッド本体１９内の前
部には前記接眼部４が着脱自在に接続できる接続部２１
が設けられている。この接続部２１の後方には前記接眼
部４の図示しない接眼レンズ系に光軸を一致させた対物
レンズ系２２が位置決めされて固定されている。この対
物レンズ系２２の結像位置には、カメラヘッド本体１９
と直接接触しないように配設されたＣＣＤ１３の撮像面
が位置するようになっている。このＣＣＤ１３の反撮像
面側には、このＣＣＤ１３を駆動する駆動信号と、ＣＣ
Ｄ１３によって光電変換された映像信号とを入出力でき
るリード部２３が後方に突出している。このリード部２
３は、更に後方にＣＣＤ１３と直角になるように配設さ
れた例えばＣＣＤ１３の駆動回路またはＣＣＤ１３の出
力回路等の電子回路１６が実装され、配線が施された基
板２４に接続されている。なお、この基板の素材として
は熱伝導率２５．２kcal/m・h ・℃のアルミナセラミッ
クスや熱伝導率０．１４kcal/m・h ・℃のエポキシ系樹
脂等が使用されている。

この基板２４の後端部には、前記信号ケーブル９内を挿
通された信号線２６が接続され、映像信号およびＣＣＤ
１３の駆動信号等を伝送できるように前記信号処理装置
１２に接続されている。

前記カメラヘッド本体１９内の基板２４の前部とＣＣＤ
１３の反撮像面側の周囲には熱伝導率が低い第１の充填
部材１４が充填されている。この第１の充填部材１４の
素材としては熱伝導率０．０２２kcal/m・h ・℃の空
気，０．０１kcal/m・h ・℃の発泡スチロール等であ
る。更に、基板２４の後部と基板２４上に実装された電
子回路１６の周囲には、第１の充填部材１４より熱伝導
率の高い第２の充填部材１７が充填されている。この第
２の充填部材１４の素材としては熱伝導率０．９kcal/m
・h ・℃の放熱用シリコン，０．７kcal/m・h ・℃のセ
メントや低融点ガラス，２５．２kcal/m・h ・℃のセラ
ミックス等である。

なお、基板２４は樹脂等によって形成されたフレキシブ
ル基板等でもよい。

上記のように構成された撮像装置１の作用を説明する。

ファイバスコープ３の接眼部４に接続されたカメラヘッ
ド２は被写体像をＣＣＤ１３の撮像面に受光する。一
方、信号処理装置１２からは電子回路１６の駆動回路に
駆動信号が入力され、電圧レベルを調整されてＣＣＤ１
３に印加される。ＣＣＤ１３ではこの駆動信号によって
光電変換された映像信号が読み出されて、電子回路１６
の出力回路で増幅されて信号処理装置１２に送出され
る。信号処理装置１２は映像信号をビデオ信号に変換し
て図示しないモニタに出力し、このモニタの画面上に画
像を表示する。

電子回路１６では電流増幅が行なわれるために発生熱量
が大きく、この発生熱量は第２の充填部材１７内を拡散
する。第２の充填部材１７に隣接するカメラヘッド本体
１９と第１の充填部材１４と信号ケーブル９には、発生
熱量が伝達されるが特に第１の充填部材１４は第２の充
填部材１７に比べ熱伝導率が低いために発生熱量の伝達
に時間がかかり、発生熱量のほとんどがカメラヘッド本
体１９と信号ケーブル９に伝達され、信号ケーブル９よ
り放熱される。ＣＣＤ１３はカメラヘッド本体１９に接
触しておらず、リード部２３よりのみ僅かな熱量が伝達
される。

本実施例のように発生熱量の拡散に方向性を持たせるよ
うにしたため、電子回路１６によって発生する熱量をＣ
ＣＤ１３に伝達することを極力防止することができ、Ｃ
ＣＤ１３を加熱することによって起こる暗電流の増加を
防ぎ、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。

更に、その他の効果として電子回路１６と各電気接点の
防湿，密閉封止を行うことができ、カメラヘッド全体の
強度を向上させることができる。

第４図は本発明の第２実施例を示す。

本実施例は基板２４をＣＣＤ１３の反撮像面に対して対
面するように設けたものである。なお、第１実施例と異
なる構成および作用について述べる。

撮像装置１を内蔵するカメラヘッド２を構成する硬性の
カメラヘッド本体１９には、接眼部４に着脱自在に接続
できる接続部２１が前部に設けられている。この接続部
２１の後方には前記接眼部４の図示しない接眼レンズ系
に光軸を一致させた対物レンズ系２２が位置決めされて
固定されている。この対物レンズ系２２の結像位置に
は、カメラヘッド本体１９と直接接触しないように配設
されたＣＣＤ１３の撮像面が位置するようになってい
る。このＣＣＤ１３の反撮像面側には、このＣＣＤ１３
によって光電変換された映像信号を送出できるリード部
２３が後方に突出している。このリード部２３は、更に
後方にＣＣＤ１３の反撮像面と対面するように配設され
た基板２４の上部と電気的に接続されている。この基板
２４の下部は基板２８，２８…が積層されており、この
積層された基板２８上にＣＣＤ１３の駆動回路またはＣ
ＣＤ１３の出力回路等の電子回路１６が実装されてい
る。この基板２８には信号ケーブル９内を挿通された信
号線２６が接続されている。

カメラヘッド本体１９内の基板２４の上部とＣＣＤ１３
の反撮像面の周囲は熱伝導率の低い第１の充填部材１４
のよって充填されており、基板２４の下部で基板２８と
電子回路１６の周囲は熱伝導率の高い第２の充填部材１
７によって充填されている。

一般に基板に使用される素材はセラミックスであるが、
セラミックスは熱伝導率が高く、発生熱量を伝達し易
い。この場合には本実施例のように基板２８を積層して
熱の伝達を遅らせることができる。更に、基板２８の材
質を部分的に変化させるようにしてもよい。

その他の構成，作用および効果は第１実施例と同様であ
る。

第５図は本発明の第３実施例を示す。

本実施例は基板２４がＣＣＤ１３の反撮像面と対面した
ものである。

カメラヘッド本体１９の前部に内蔵された対物レンズ系
２２の結像位置にはＣＣＤ１３に形成された撮像面が位
置している。ＣＣＤ１３の反撮像面には、リード部２３
が後方に突出している。このリード部２３はＣＣＤ１３
の反撮像面に対面して配設された基板２４の上部が電気
的に接続されている。この基板２４の下部には電子回路
１６が実装されており、更に基板２４の下端部には、信
号ケーブル９内を挿通された信号線２６が電気的に接続
されている。

カメンラヘッド本体１９内でＣＣＤ１３の反撮像面と基
板２４の周囲は熱伝導率の低い第１の充填部材１４で充
填されており。基板２４の下部の電子回路１６の周囲は
熱伝導率の高い第２の充填部材１７によって充填されて
いる。

その他の構成，作用および効果は第１実施例と同様であ
る。

第６図は本発明の第４実施例を示す。

本実施例のカメラヘッド２はカメラヘッド基部材２９と
カメラヘッド先端部材３１とから構成されており、この
カメラヘッド基部材２９とカメラヘッド先端部材３１と
の間は一定の間隔が保たれている。

カメラヘッド先端部材３１の先端部にはファイバスコー
プ３の接眼部４と着脱自在な接続部２１が設けられてい
る。この接続部２１の後方には接眼部４に設けられた図
示しない接眼レンズ系と光軸を一致させた対物レンズ系
２２が設けられている。この対物レンズ系２２の結像位
置にはＣＣＤ１３に形成された撮像面が位置するように
なっている。このＣＣＤ１３の反撮像面にはリード部２
３が後方に突出するようにして設けられている。リード
部２３はＣＣＤ１３と直角に配設された基板２４の前部
と電気的に接続されている。ＣＣＤ１３の反撮像面とリ
ード部２３と基板２４の前部とは熱伝導率の低い第１の
充填部材１４によって充填されている。基板２４の後部
はカメラヘッド先端部材３１の後方に突出するようにな
っている。この突出した基板２４の後部には電子回路１
６が実装されており、更に、基板２４の後端部には信号
ケーブル９内を挿通された信号線２６が電気的に接続さ
れている。この基板２４の後部と電子回路１６と信号線
２６の先端部は前記カメラヘッド基部材２９によって包
囲されており、周囲を熱伝導率の高い第２の充填部材１
７のよって充填されている。第１の充填部材１４と第２
の充填部材１７との間には熱伝導率が第１の充填部材よ
り高く、第２の充填部材１７より低い第３の充填部材３
２によってカメラヘッド基部材２９とカメラヘッド先端
部材３１との間隔を一定に保つように充填されている。

なお、第３の充填部材３２の熱伝導率は第１の充填部材
１４より低くても良く、第２の充填部材１７より低いも
のであればよい。

本実施例のように構成することによって、熱伝導率の高
い素材でカメラヘッドを構成した場合でもＣＣＤ１３を
内蔵するカメラヘッド先端側に熱が伝達することを防止
することができ、ＣＣＤ１３がカメラヘッドによって間
接的に加熱されることを防止できる。

その他の構成，作用および効果は第１実施例と同様であ
る。

第７図および第８図は本発明の第５実施例を示す。

本実施例は撮像装置１を内視鏡先端部に内蔵したもので
ある。

第７図において、内視鏡装置３６は内視鏡３７と、この
内視鏡３７に照明光を供給する光源部と内視鏡３７から
出力される画像信号を信号処理する信号処理部とを有す
る制御装置３８と、この制御装置３８から出力される映
像信号を画面上に表示するモニタ３９とから構成されて
いる。

前記内視鏡３７は細長の挿入部４１と、この挿入部４１
の後端側に連設された太径の操作部４２と、この操作部
４２の側部から延設されたライトガイドおよび信号用ケ
ーブル４３とを備えている。

前記挿入部４１の先端側には、硬性の先端部４４が設け
られ、この先端部４４に隣接する後方側に湾曲可能な湾
曲部４６が設けられている。更に、この湾曲部４６の後
方には、可撓性の軟性部４７が連設されている。前記湾
曲部４６は前記操作部４２に設けられた湾曲操作ノブ４
８を操作することによって上下／左右方向に湾曲できる
ようになっている。

前記ライトガイドおよび信号用ケーブル４３の後端には
ライトガイドおよび信号用コネクタ４９が設けられてお
り、前記制御装置３８のコネクタ受け５１に接続されて
いる。

前記制御装置３８は信号ケーブル５２によって前記モニ
タ３９と接続されている。

第８図において、先端部４４は硬性の先端部本体５３を
備えている。この先端部本体５３の先端面には観察用透
孔５４と照明用透孔５６とが挿入部４１の長手方向に設
けられている。前記観察用透孔５４の前部には、対物レ
ンズ系２２が嵌入固定されており、この対物レンズ系２
２の結像位置にはＣＣＤ１３に形成された撮像面が位置
するようになっている。このＣＣＤ１３の反撮像面側に
は後方に突出するようにリード部２３が設けられてお
り、このリード部２３はＣＣＤ１３に対して直角に配設
された基板２４の先端部に電気的に接続されている。こ
の基板２４の後部には電子回路１６が実装されており、
更に基板２４の後端部にはライトガイドおよび信号用ケ
ーブル４３を介して制御装置３８に接続される信号線２
６が電気的に接続されている。

ＣＣＤ１３の反撮像面とリード部２３と基板２４の前部
は熱伝導率の低い第１の充填部材１４によって充填され
ており、電子回路１６と基板２４の後部と信号線２６の
先端部とは熱伝導率の高い第２の充填部材１７によって
充填されている。

前記照明用透孔５６の先端部には配光用レンズ５７が嵌
入固定されており、この配光用レンズ５７の後方には、
ライトガイドおよび信号用ケーブル４３内を挿通された
制御装置３８より出射された照明光を伝達できるライト
ガイド５８の出射端面が設けられている。

本実施例のように内視鏡３７の先端部４４に撮像装置１
を内蔵した場合でも第１実施例と同様の効果を得ること
ができる。

その他の構成，作用および効果は第１実施例と同様であ
る。

第９図は本発明の第６実施例を示す。

本実施例の撮像装置１はカメラヘッド２に内蔵されたも
のである。

本実施例ではＣＣＤ１３の反撮像面と四方の端面を熱伝
導率の低い第１の充填部材１４で充填し、ＣＣＤ１３が
カメラヘッド本体１９より熱を伝達されることを防止す
るようになっている。

その他の構成，作用および効果は第１実施例と同様であ
る。

上記の各実施例では基板２４は均一な材料によって形成
されているが、これに限定されることなく基板２４のＣ
ＣＤ側に不純物や気泡等を混入するようにして熱伝導率
を変化させてもよい。

更に、第１ないし第４および第６実施例は本発明をカメ
ラヘッドに内蔵したものであるが、これに限定されるこ
となく内視鏡の先端部に内蔵してもよい。また、第５実
施例は本発明を内視鏡先端部に内蔵したものであるが、
これに限定されることなくカメラヘッド内に設けてもよ
い。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば熱源からの熱拡散の量
を方向によって変化できるので熱源からの熱拡散の総量
のうち、固体撮像素子への放熱量を有効に低くすること
ができ、且つ封止による気密効果により電気部品の保護
にも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は撮像装置の概念図、第２図はカメラヘッド内の撮像
装置の説明図、第３図はカメラヘッド装置の全体の説明
図、第４図は本発明の第２実施例に係り、ＣＣＤに対面
するように積層された基板が内蔵されたカメラヘッドの
説明図、第５図は本発明の第３実施例に係り、ＣＣＤに
対面するように基板が内蔵されたカメラヘッドの説明
図、第６図は本発明の第４実施例に係り、分割されたカ
メラヘッドの説明図、第７図および第８図は本発明の第
５実施例に係り第７図は内視鏡装置の全体の説明図、第
８図は内視鏡先端部の説明図、第９図は本発明の第６実
施例に係り、カメラヘッドの説明図である。 １……撮像装置 １３……固体撮像素子 １４……第１の充填部材 １６……電子回路 １７……第２の充填部材 １８……プロセッサ部または伝送ケーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体を撮像する撮像手段としての固体撮
   像素子と、 前記固体撮像素子に接続された電子回路と、 前記固体撮像素子の周囲の少なくとも一部に隣接するス
   ペースを占める第１の構成部材と、 前記第１の構成部材に隣接して前記電子回路の周囲を占
   め、第１の構成部材より熱伝導率の高い第２の構成部材
   と、 を有する撮像装置。