JP4197767B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置を構成する固体撮像チップに関する。
【0002】
【従来の技術】
細長の挿入部を体腔内に挿入することにより、例えば体腔内臓器を観察したり、必要に応じて処置具チャンネル内に処置具を挿通して各種治療・処置の行える内視鏡が広く利用されている。
【0003】
特に近年では、挿入部先端部に対物レンズ、CCD等からなる固体撮像素子、この固体撮像素子に接続される回路基板などを含む撮像ユニットを備えた電子内視鏡が種々提案されている。
【0004】
このような電子内視鏡の撮像ユニットは、先端側からレンズ枠等に装着された対物レンズと、この対物レンズの焦点位置にその撮像面を配置させた固体撮像装置と、この固体撮像装置に出力信号の増幅等を行う回路基板と、前記固体撮像子へ信号を送受する信号ケーブルとで主に構成されている。
【0005】
図20に示すように従来の固体撮像装置は、図示しない対物レンズを通過した光学像が結像する撮像領域101を有する撮像素子チップ102と、この撮像領域101を保護するとともに、この撮像領域101にフレアー、ゴーストの原因になる不要な光線が入射するのを防止する程度に十分な大きさのカバーガラス103と、撮像素子チップ102からの信号を電気的に接続する素子基板104とで構成されており、前記撮像素子チップ102の外周部分には有効入射光線に対して十分なスペースが設けられていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、内視鏡先端部の小型化の要請により、前記素子基板104をなくして前記撮像素子チップ102から直接外部に信号を取り出す方式が採用されている。この方式では、図21に示すように撮像素子チップ102に入出力端子105をバンプ106を介して直接接続している。そして、さらなる小型化を実現するためカバーガラス103の大きさを撮像素子チップ102の外形寸法に対して略同一に形成して小型化を図っている。
【0007】
一方、撮像素子チップの小型化を図るため画素数を変えずにピクセルサイズを小さくして撮像領域を小さくすることによって小型化を図れることが知られている。また、前記撮像領域の周囲には撮像素子チップへ信号を入出力させる接続パッドを設ける領域や撮像領域からの信号を接続パッドに導く配線のための周辺領域が設けられており、この周辺領域を小さくすることによって小型化を図ることも考えられるが、前記周辺領域を無制限に小さく形成することはできない。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、撮像チップの小型化を実現し、かつフレアー、ゴーストの原因になる不要な光の入射を防止した固体撮像装置を提供することを目的にしている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、透明なカバーガラスと、前記カバーガラスの光軸後方側に順次配設された固体撮像素子と固体撮像装置基板とを備える固体撮像装置において、前記固体撮像素子は一面側に、当該固体撮像素子の光軸方向からの投影面積に対して相似的に小さい形状に形成された領域であって、受光する光学像を撮像するための有効撮像領域と、前記有効撮像領域の周辺に形成された上下左右の4つの周辺領域と、前記4つの周辺領域のうちの一つの周辺領域に配置された主オプティカル・ブラック部と、を配設し、前記4つの周辺領域は、いずれも前記有効撮像領域の各縁辺と、前記固体撮像素子の対向する各縁辺との間の幅寸法が略同一であり、
前記カバーガラスの、光軸方向に平行な面で反射した不要光線が、前記有効撮像領域に入射しない最小の幅寸法で周辺領域が形成されることにより、内視鏡先端部が小型になることを特徴とする。
【0010】
この構成によれば、主オプティカル・ブラック部を有効撮像領域端の一辺側端から固体撮像チップ他端とで構成される領域に設けて固体撮像装置の小型化を図れる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1ないし図4は本発明の一実施形態に係り、図1は内視鏡システムの概略構成を示す説明図、図2は内視鏡の先端部の構成を説明する断面図、図3は撮像ユニットの構成を示す説明図、図4は撮像素子チップの撮像面の構成を示す説明図である。
【0012】
図1に示すように電子内視鏡システム1は、電子内視鏡(以下内視鏡と記載する)2,光源装置3,ビデオプロセッサ4及びモニタ5などで構成されている。前記内視鏡2は、細長で可撓性を有する挿入部6と、この挿入部6の基端部に連設する操作部7と、この操作部7の側方から延出する可撓性を有するユニバーサルコード8とで主に構成されている。
【0013】
前記ユニバーサルコード8の端部にはコネクタ9が設けられており、このコネクタ9が光源装置3に着脱自在に接続されるようになっている。また、前記コネクタ9の側部からは信号コード10が延出しており、この信号コード10の端部に設けられているコネクタ10aがビデオプロセッサ4に着脱自在に接続されるようになっている。前記挿入部6は、CCDなどの後述する固体撮像素子を内蔵した先端部11と、複数の湾曲駒を連接して上下・左右方向に湾曲自在な湾曲部12と、細長で可撓性を有する可撓管部13とを先端側から順次連接している。なお、前記操作部7及びコネクタ9は樹脂部材で形成されており、樹脂材料に抗菌剤を混入して成形したものである。
【0014】
図2に示すように前記内視鏡2の先端部11の先端側には先端絶縁カバー14が配設されており、この先端絶縁カバー14には撮像ユニット20の先端部分や、送気・送水ノズル17、鉗子開口18、図示しない照明窓が設けられている。
【0015】
前記先端絶縁カバー14の後方には、前記撮像ユニット20を配設するための撮像装置用透孔19a、送気・送水用透孔19b,処置具挿通用透孔19cなどを形成した硬質な例えばステンレス鋼などの金属部材で形成された先端ブロック19が配設されている。なお、符号15は挿入部6の最外層を構成する外皮チューブであり抗菌剤が混入されている。また、符号16は撮像ユニット20を撮像装置用透孔19a内に固定配置する接着剤である。
【0016】
図3(a)の撮像ユニットの長手方向断面図、同図(b)の図3(a)の矢印A側から固体撮像装置を見た図、同図(c)の図3(b)のB−B断面図を参照して撮像ユニット20の構成を具体的に説明する。
【0017】
同図(a)に示すように撮像ユニット20は、先端側から順に、対物光学ユニットを構成する複数の光学レンズ21,…,21及びこれら光学レンズ21を保持固定するレンズ枠22と、このレンズ枠22の後端部に接着剤などで一体的に固定された絶縁枠23と、この絶縁枠23の基端部に一体的に固定された素子枠24と、前記対物光学ユニットの結像位置に配置されて受光部となる光学像の有効撮像領域31を有する固体撮像素子32を設けた固体撮像装置30と、前記素子枠24の基端部外周に外嵌して前記固体撮像装置30を覆う導電性を有するシールド部材25と、このシールド部材25の基端部が配置され、前記固体撮像装置30に電気的に接続されて外部装置との電気信号の授受を行う複数の単純線や同軸線等の電線26を内挿した複合ケーブル27とで構成されている。
【0018】
同図(a)及び(b)に示すように前記固体撮像装置30は、前記有効撮像領域31を保護するとともに、この有効撮像領域31にフレアー、ゴーストの原因になる不要な光線が入射するのを防止するカバーガラス33を備え、この固体撮像素子32で光電変換される電荷を電気信号に処理するIC34やチップコンデンサや抵抗などの電子部品35に伝送する入出力端子である接続リード36が接続導体であるバンプ37を介して、固体撮像素子32の撮像面側から側周面を通って後方に延出して前記IC34や前記電子部品35に接続している。
【0019】
前記有効撮像領域31とカバーガラス33との間には空間部、若しくは低屈折率の透明樹脂を充填したスペース部38が設けられている。また、前記固体撮像素子32の側周面と接続リード36との間にはこの接続リード36を固体撮像素子32側に折り曲げて配置した際、接続リード36が固体撮像素子32に電気的に接触することを防止する絶縁部材39が配置されている。
【0020】
前記カバーガラス33は、前記素子枠24の基端部に接着固定されている。また、前記IC34やチップコンデンサや抵抗などの電子部品35は、ポリイミドなどの絶縁性部材で形成されたTABテープ41に実装されている。符号42は絶縁性を有する封止樹脂である。
【0021】
同図(b)及び(c)に示すように前記固体撮像素子32の上側に配置されている接続リード36と、下側に配置されている接続リード36とは上側面と下側面とで互い違いに対向するように配置されて、接続作業を容易に行える構成になっている。また、同図(a)及び(c)に示すように、それぞれの接続リード36の端部に前記電線26の内部導体26aを半田や導電接着剤などの導電部材28によって電気的に接続している。
【0022】
図4に示すように固体撮像素子32の一面側には有効撮像領域31と、この有効撮像領域31の一辺側に設けた各ピクセル毎の出力信号のレベルの基準を決める機能を有する部分である主オプティカル・ブラック部(以下主OB部と略記する)43と、前記バンプ37が配置される複数の接続パッド44とが設けられている。
【0023】
前記有効撮像領域31は、固体撮像素子32の中心とこの有効撮像領域31の中心とが一致する位置に配置してある。このことによって、有効撮像領域31の各辺と固体撮像素子32の各辺との間には、前記有効撮像領域31を囲むように周辺領域45が配置される。
【0024】
前記周辺領域45は、図に示すように前記有効撮像領域31の左側に形成される幅寸法がAの左側周辺領域45Lと、有効撮像領域31の右側に形成される幅寸法がBの右側周辺領域45Rとで構成されており、前記幅寸法Aと幅寸法Bとの間には、固体撮像素子32の中心と、有効撮像領域31の中心とを一致させているので、
幅寸法A ≒ 幅寸法B の関係が成立している。
【0025】
そして、前記有効撮像領域31の上側に形成されている上側周辺領域45U、有効撮像領域31の下側に形成されている下側周辺領域45Dの幅寸法も前記左側周辺領域45L及び右側周辺領域45Rの幅寸法A,Bと略同寸法になっている。このことにより、固体撮像素子32の大きさは、前記有効撮像領域31に対して均等に大きく形成されている。そして、このときの固体撮像素子32の外形寸法を、フレアー、ゴーストの原因になる不要な光線が有効撮像領域31に入射するのを防止する前記カバーガラス33の外形寸法と同寸法に設定している。
【0026】
一方、前記左側周辺領域45Lには主OB部43を設け、この主OB部43が設けられていない例えば前記上側周辺領域45U及び下側周辺領域45Dに複数の接続パッド44を配置している。
【0027】
このとき、前記有効撮像領域31の左側に形成されている左側周辺領域45Lに設けた主OB部43端から固体撮像素子32一端までの幅寸法Cと、前記主OB部43が設けられていない右側周辺領域45Rの有効撮像領域31端から固体撮像素子32他端までの幅寸法Bとの間は、
幅寸法C < 幅寸法B の関係になる。
【0028】
このように、主OB部や接続パッドを配置する周辺領域を設ける際、有効撮像領域の各辺の外周に、フレアー、ゴーストの原因になる不要な光線が有効撮像領域に入射するのを防止するのに必要な均一な幅寸法で形成した周辺領域を設けることによって、周辺領域を有する固体撮像素子の外形寸法をカバーガラスの外形寸法と略同じ大きさにして固体撮像装置の小型化を図ることができる。
【0029】
また、幅寸法が略等しい左側周辺領域と右側周辺領域とのどちらか一方に主OB部を設け、主OB部端から固体撮像素子一端までの幅寸法を、前記主OB部が設けられていない右側周辺領域の有効撮像領域端から固体撮像素子他端までの幅寸法より小さくなるようにして、主OB部を周辺領域に配置した固体撮像装置の小型化を実現することができる。
【0030】
さらに、主OB部と接続パッドとを別々の周辺領域に設けたことによって、主OB部と接続パッドとを周辺領域に効率的に配置して、固体撮像装置の小型化を実現することができる。
【0031】
なお、図5(a)に示すように固体撮像素子32の基端面側に、この固体撮像素子32の増幅回路を内蔵した固体撮像装置基板50を配置し、この固体撮像装置基板50に接続リード36を接続している。そして、図5(b)に示すように前記固体撮像装置基板50の基端面側にケーブル取付け穴51を設け、このケーブル取付け穴51に前記電線26の内部導体26aを配置して半田などの導電部材28で電気的に接続している。
このことにより、回路基板を撮像ユニットに別途設ける必要がなくなるので、固体撮像装置の小型化及びコストダウンを図ることができる。
【0032】
また、図6(a),(b)に示すように前記図5に示した実施形態のように固体撮像装置基板50の基端面側に設けたケーブル取付け穴51に電線26の内部導体26aを電気的に接続する代わりに、固体撮像装置基板50の一側面側に溝部53を形成し、その溝部53に電線26の内部導体26aを配置して半田などの導電部材28で電気的に接続するとともに、他側面側に回路基板54を配置してこの回路基板54の側面に半田などの導電部材28を設けて電気的に一体的に固定する構成であってもよい。この構成のとき、同図(a),(c)に示すように固体撮像素子32の一面側から後方に延出する接続リード36は上下側周面を通っている。
このことによって固体撮像装置の小型化を図ることができる。
【0033】
前記図6(b)に示すように電子部品35を回路基板54の一面に半田などの導電部材28で電気的に接続固定する場合、図7(a)に示すように電子部品35を回路基板54に設けられているパターン55上に配置したとき、この電子部品35と回路基板54との間に隙間56が形成される。この状態で、前記電子部品35を前記パターン55に半田固定した際、この隙間56に半田などの導電部材28が流れ込んで第1のパターン55aと第2のパターン55bとが導通してしまうおそれあった。
【0034】
このため、同図(b)に示すように電子部品35と回路基板54との間に隙間56が形成されることがないように前記パターン55を予め形成した溝に設けて、パターン55の上端面と回路基板54の上端面とを略一致させたり、同図(c)に示すように電子部品35と回路基板54との間に形成された隙間56に絶縁性の接着剤57などを塗布して、隙間56を埋める構成にすることによって、電子部品35をパターン55に半田固定する際に、パターン55a,55bどうしが導通する不具合を確実に防止することができる。
【0035】
ところで、前記図5に示した実施形態のように固体撮像装置基板50の基端面側に設けたケーブル取付け穴51に電線26の内部導体26aを電気的に接続する際、前記内部導体26aが複数の芯線で構成されている場合、電線26を構成している外皮を被覆したときにこれら複数の芯線がばらけてしまうので、このばらついた芯線をひとまとめにする作業が煩わしかった。
【0036】
本実施形態においては複合ケーブル27を以下のように構成している。
図8(a)に示すように複合ケーブル27の外皮を剥離して複数の電線26を露出させた後、パイプ形状で外径寸法が前記複合ケーブル27の外径寸法と略同径に形成した金属性のケーブル枠61を被せる。
【0037】
そして、同図(b)に示すように電線26の芯線被覆26bを剥いで内部導体26aを露出させる。次いで、ケーブル枠61を露出した内部導体26a側に移動させて、内部導体26aの先端部分だけが僅かにケーブル枠61から略同一高さ凸出した状態(寸法a)に配置して、ケーブル枠61内に絶縁性の接着剤62を充填して一体的に固定する。
【0038】
最後に、同図(d)に示すように内部導体26aの先端面に金属バンプ63を設け突出高さの調整を行う。そして、同図(e)に示すように複数の内部導体26aの先端面に設けた金属バンプ63を固体撮像装置基板50に設けた電極面に当接させて一括して電気的な接続を行う。
【0039】
このように、複合ケーブルの外皮を剥離して複数の電線を1本1本ばらばらな状態にした後、これら電線の芯線被覆を剥離して内部導体を露出させ、ケーブル枠で覆い、このケーブル枠内に絶縁性の接着剤を塗布して複数の電線の内部導体をケーブル枠内で一体的に固定し、内部導体の先端面に設けた接続バンプを同一平面上に配置することによって、これら複数の接続バンプと回路基板の導電面とを一括して電気的に接続することができる。このことにより、複合ケーブルと回路基板との接続作業が簡略化される。
【0040】
本実施形態においては前記複合ケーブル27が複合同軸ケーブル65である。すなわち、この複合同軸ケーブル65には複数の同軸ケーブル66が配設されている。図9においてはこの複数の同軸ケーブル66を、図8(e)に示したように固体撮像装置基板50に設けた電極面に一括して電気的な接続を行えるようにする構成を示すものである。
【0041】
まず、図9(a)に示すように複合同軸ケーブル65の外皮を剥離して複数の同軸ケーブル66を露出させた後、これら複数の同軸ケーブル66を導電部材で形成されている薄肉の第1の孔付きケーブル枠67に形成されている透孔67aに挿通していく。そして、同図(b)に示すようにこの第1の孔付きケーブル枠67を接着剤70によって複合同軸ケーブル65の外皮先端面に一体的に固定する。
【0042】
次に、同軸ケーブル66のケーブル外皮66aを剥いで外部導体66bを露出させる。そして、同図(c)に示すように全ての同軸ケーブル66の外部導体66bを露出させてひとまとめに束ねたなら、複数の内部導体被覆絶縁部66cをセラミック部材などの絶縁部材で形成されている厚肉の第2の孔付きケーブル枠68に形成されている透孔68aに挿通していく。
【0043】
次いで、同図(d)に示すようにこの第2の孔付きケーブル枠68を前記第1の孔付きケーブル枠67に外嵌配置させた後、接着剤で第2の孔付きケーブル枠68と第1の孔付きケーブル枠67とを一体的に固定する。そして、前記第2の孔付きケーブル枠68の先端面から突出している内部導体被覆絶縁部66cを点線で示す位置で切断するとともに、前記第2の孔付きケーブル枠68と前記第1の孔付きケーブル枠67との間から露出している外部導体66bを一点鎖線に示す位置で切断する。
【0044】
最後に、同図(e)及び図10に示すようにして内部導体被覆絶縁部66c内の内部導体66dの先端面と第2の孔付きケーブル枠68の先端面とが同一面になるように研磨加工を施して接続部を形成するとともに、GND線接続用の半田付け部69を形成する。
【0045】
このように、複合同軸ケーブルの複数の同軸ケーブルに対して第1の孔付きケーブル枠と第2の孔付きケーブル枠とを配置し、第2の孔付きケーブル枠の先端面と内部導体の先端面と同一面に形成するとともに、外部導体用の半田付け部を設けることによって、内部導体を固体撮像装置基板に設けた電極面に一括して電気的な接続を行うことができるとともに、半田付け部にGND線を接続することによって容易に撮像装置のシールドを行うことができる。
【0046】
なお、ケーブル枠で一体的に形成した複数の芯線の先端面に金属バンプを設けたり、孔付きケーブル枠に複数の芯線を配置した状態で先端面を研磨して内部導体をケーブル枠の同一平面上に配置する代わりに、以下に示す方法で複合同軸ケーブルの先端面に導体電極を設けて、複合ケーブルと回路基板との接続作業を上述と同様に簡略化することができる。
【0047】
図11及び図12は同軸ケーブルや複合ケーブルの先端面に基板を配置し、この基板に設けた導体とケーブルの内部導体とを導通させるものである。
【0048】
まず、図11を参照してパルス印加による形成方法を説明する。
同図(a)に示すように複合同軸ケーブル65の先端面を長手軸方向に対して直交するように切断加工し、この先端面の前面に絶縁層71を介して両面に導体接続部72aを設けた両面スルーホール基板72を配置する。
【0049】
そして、複合同軸ケーブル65の各同軸ケーブル66の内部導体66dと前記基板72の導体接続部72aとの位置合わせを行った後、先端面側の導体接続部72aと、内部導体66dの基端部とに端子73,74を接続してパルス電源75からのパルス電圧を印加する。
【0050】
すると、同図(b)に示すようにパルス電圧が印加されたことによって、前記同軸ケーブル66の内部導体66dと基板72の導体接続部72aとの間の絶縁層71が電気的に破壊されて、導体接続部72aと内部導体66dとが電気的に接続される。この作業を繰り返し行うことによって、複合同軸ケーブル65の各内部導体66dと導体接続部72aとが電気的に接続された基板72が複合同軸ケーブル65の先端面に配置される。このことによって、複合同軸ケーブル65と前述した回路基板との接続作業を簡略化することができる。
【0051】
次に、図12を参照してエッチングによる形成方法を説明する。
同図(a)に示すように同軸ケーブル66を構成する際、内部導体66dと外部導体66bとはエッチングレートの異なる材質で形成されている。そして、同図(b)に示すように同軸ケーブル66の先端部を外部導体66bだけを除去するエッチング液76に所定時間浸漬する。
【0052】
すると、同図(c)に示すように同軸ケーブル66の外部導体66bだけが所定量除去されて、同軸ケーブル66の先端面には内部導体66dだけが位置する状態になる。
【0053】
ここで、同図(d)に示すように同軸ケーブル66の先端面に両面スルーホール基板72を配置して、内部導体66dと導体接続部72aとを電気的に接続する。このことにより、同軸ケーブル66の内部導体66dと導体接続部72aとが電気的に接続された基板72を同軸ケーブル66の先端面に配置されて回路基板との接続作業を簡略化することができる。
【0054】
次いで、図13を参照して酸化による形成方法を説明する。
同図(a)に示すように内部導体66dと外部導体66bとを電解レートの異なる材質にして同軸ケーブル66を構成する。そして、同図(b)に示すように同軸ケーブル66の先端部を電解液77に浸漬する。このとき、電解液77中に電極78を配置し、この電極78と外部導体66bとを電気的に接続しておく。この状態で、前記電極78及び外部導体66bに所定時間電圧を印加する。
【0055】
すると、同図(c)に示すように外部導体66bの先端部が酸化して非導通状態になって、前記同軸ケーブル66の先端面には内部導体66dだけが位置する状態になる。
【0056】
ここで、同図(d)に示すように同軸ケーブル66の先端面に両面スルーホール基板72を配置して、内部導体66dと導体接続部72aとを電気的に接続する。このことにより、同軸ケーブル66の内部導体66dと導体接続部72aとが電気的に接続された基板72を同軸ケーブル66の先端面に配置されて回路基板との接続作業を簡略化することができる。
【0057】
なお、図13に示した酸化用の電極78の代わりに、めっき用電極を用い、内部導体とめっき電極とに電圧を印加して図14(a)に示すように内部導体66dの先端面に電解めっきによって導通めっき部79を設け、この導通めっき部79と導通するように両面スルーホール基板72の導体接続部72aを配置して電気的に接続する。このとき、導通めっき部79の周囲には絶縁性接着剤80などを塗布して絶縁層を設けておく。このことにより、同軸ケーブル66の内部導体66dと電気的に接続された基板72を同軸ケーブル66の先端面に配置されて回路基板との接続作業を簡略化することができる。
【0058】
図15は同軸ケーブルの別の構成例を示す図である。
同図(a)に示すように本図のケーブルは複数の同軸ケーブル66を規則的に配置して一体的に固定した複合同軸ケーブル65である。同図(b)に示すように複合同軸ケーブル65は、外周面を研削加工してこの複合同軸ケーブル65の先端面に所定の高さの凸部81を形成する一方、この凸部81に外嵌するケーブルソケット82が用意されている。
【0059】
前記凸部81の外周面には内部導体66d及び外部導体66bが露出し、前記ケーブルソケット82の内周面には前記凸部81の露出した内部導体66d及び外部導体66bに導通する導体部83が設けてある。なお、この導体部83は、ケーブルソケット82の先端面に接続部84が延出している。
【0060】
同図(c)に示すように複合同軸ケーブル65の凸部81に露出している内部導体66d及び外部導体66bと、ケーブルソケット82の導体部83とを一致させて、ケーブルソケット82を複合同軸ケーブル65の凸部81に配置する。このことにより、複合同軸ケーブル65の内部導体66d及び外部導体66bと導体部83が電気的に接続されたケーブルソケット82が複合同軸ケーブル65の先端面に配置されて回路基板との接続作業を簡略化することができる。
【0061】
図16は同軸ケーブルのまた他の構成例を示す図である。
同図(a)に示すように本実施形態の同軸ケーブル85は、ケーブル先端部86をフラット化させて形成したものであり、このフラット化したケーブル先端部86に研磨加工を施すことによって規則的に配列された導体部87が露出する。
【0062】
そして、このケーブル先端部86がフラット化されて、かつ導体部87が露出した同軸ケーブル85を電子部品35を搭載したHIC基板や撮像装置基板50に異方性導電樹脂88などで直接接続している。なお、前記電子部品35やIC34は撮像装置基板50に形成した凹部に配置されている。
【0063】
このように、ケーブル先端部をフラット化させ、ケーブル先端部の導電部を露出させて同軸ケーブルを構成することによって、基板への接続作業を簡略化することができるとともに、小型化を図ることができる。
【0064】
図17は同軸ケーブルのまた別の構成例を示す図である。
同図(a)に示すように本実施形態においては複合ケーブル90の複数の内部導体91を突出させた状態に配置している。これは、ケーブル先端部を接着剤96等で一旦固めた後、内部導体91以外の接着剤96及び外皮をレーザーなどで除去して前記内部導体91だけを露出させるように形成したものである。
【0065】
そして、この複合ケーブル90から突出している複数の内部導体91を同図(b)に示すようにHIC基板やTABテープ93などに設けられているランド94に引き回して半田付け95等によって電気的に接続している。その後、同図(c)に示すように接続部周辺に接着剤96を充填して撮像ユニット20を構成する。
【0066】
このように、ケーブル先端面から突出させた内部導体を設け、この内部導体を引き回してHIC基板やTABテープに電気的に接続することによって、ケーブル先端面から接続部までの距離を短く構成して撮像ユニットの硬質長の短縮化を図ることができる。
【0067】
なお、同図(b)に示したように内部導体91を引き回す代わりに、同図(d),(e)に示すようにランド部94に内部導体用配置用のスルーホールを設け、このスルーホールを介して内部導体91をランド部94に接続することにより、内部導体91の突出量を短くして、この内部導体91のランド部94への接続作業をより簡略化することができるとともに断線を防止することができる。
【0068】
ところで、固体撮像素子出力信号用の回路をHIC基板で構成した際、このHIC基板状に固体撮像素子の電圧を安定化させるためのチップコンデンサーを搭載していたがその分基板が大きくなっていた。このため、本実施形態においては信号を伝達する信号線を図18に示すように構成している。
【0069】
図に示すように本実施形態の信号線は複数の同軸ケーブル66を内挿して形成したものであり、この複数の同軸ケーブル66を第1のシールド部材97aで被覆している。そして、この第1のシールド部材97aの外周に誘電体98を被覆し、この誘電体98の外周にさらに第2のシールド部材97bを被覆し、この第2のシールド部材97bの外周に外皮99を被覆している。なお、前記第1のシールド部材97aと第2のシールド部材97bのうち一方は電源に接続され、他方はGNDに接続されている。
【0070】
このように、信号線の外皮の内側に誘電体を挟むように第1のシールド部材及び第2のシールド部材とを配置してコンデンサーを構成することによって、HIC基板に設けるチップコンデンサーを不要にして、撮像装置の小型化を実現することができる。
【0071】
ところで、図19(a)に示すように複数の光学系6a,6b,6cを備えた内視鏡2においては、正面及び2つの側面など3つ以上の観察画面を同時に把握することは難しかった。このため、本実施形態においては内視鏡装置を同図(b)に示すように構成している。
【0072】
図(b)に示すように本実施形態においては術者が着用するフェイスマウントディスプレイ100で目的部位まで挿入する際の直視画像を術者が観察し、高品位TVモニタ5Hの画面を2分割し、この分割されたそれぞれの画面5L,5Rに左斜視像と右斜視像とを表示させて複数の観察者を交えて観察できる構成にしている。このことにより、術者は、フェイスマウントディスプレイと高品位TVモニタの複数の画像を効率良く観察することができるとともに、斜視像を高品位TVモニタに表示して複数の観察者を交えての観察を行える。
【0073】
なお、同図(c)に示すように前記高品位TVモニタ5Hを3分割して中央部の画面5Cに直視画像を表示し、この中央の画面に対して左右に位置するそれぞれの画面5L,5Rに左斜視像と右斜視像とを表示させることによって、高品位TVモニタ5Hの画面上に左斜視像、直視画像、右斜視像を連続させて表示されるので、全体を把握して十分な観察を行える。
【0074】
尚、上述の複合ケーブルに内設される芯数及び内設される電線の種類も上述の芯数及び同軸線に限定されるものではない。また、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【0075】
[付記]
以上詳述したような本発明の上記実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【0076】
(1)透明なカバーガラスと、固体撮像チップと、入出力端子とを備える固体撮像装置において、
前記固体撮像チップは一面側に、有効撮像領域と、この有効撮像領域の一辺側に設けた主オプティカル・ブラック部と、前記入出力端子が接続される接続パッドを配置する領域とを備え、
前記有効撮像領域の一辺側に設けた主オプティカル・ブラック部端から固体撮像チップ一端までの距離を、前記主オプティカル・ブラック部が設けられていない有効撮像領域端の他辺側端から固体撮像チップ他端までの距離より短く設定した固体撮像装置。
【0077】
(2)接続パッドを、主オプティカル・ブラック部を設ける領域と異なる領域にに設けた付記1記載の固体撮像装置。
【0078】
(3)透明なカバーガラスと、固体撮像素子と、外部入出力端子とを備える固体撮像装置において、
前記固体撮像素子は、有効撮像領域及びこの有効撮像領域の一辺側に設けた主オプティカル・ブラック部とを有する撮像領域と、前記外部入出力入力端子が接続される接続パッドを配置する周辺領域とを備え、
前記固体撮像素子の外形寸法を、前記有効撮像領域の外形寸法に対して均一に大きく形成し、
前記固体撮像素子端と有効撮像領域端との間に形成される領域に主オプティカル・プラック部及び接続パッドを設ける固体撮像装置。
【0079】
このことにより、カバーガラスの外形寸法を有効撮像領域の外形に対して均一に大きく設定して、フレアーやゴーストの原因になる不要な光線の入射を防止することができる。
【0080】
(4)前記主オプティカル・ブラック部と接続パッドとを固体撮像素子端と有効撮像領域端との間に形成される異なる領域にそれぞれ設けた付記3記載の固体撮像装置。
【0081】
(5)前記カバーガラスと前記固体撮像素子との外形寸法を同一に形成した付記1又は付記3記載の固体撮像装置。
【0082】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、撮像チップの小型化を実現し、且つフレアー、ゴーストの原因になる不要な光の入射を防止した固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1ないし図4は本発明の一実施形態に係り、図1は内視鏡システムの概略構成を示す説明図
【図2】内視鏡の先端部の構成を説明する断面図
【図3】撮像ユニットの構成を示す説明図
【図4】撮像素子チップの撮像面の構成を示す説明図
【図5】固体撮像装置の他の構成例を示す図
【図6】固体撮像装置の別の構成例を示す図
【図7】電子部品を回路基板のパターンへの接続固定方法を示す図
【図8】一括して電気的な接続を行える信号線の構成例を示す図
【図9】一括して電気的な接続を行える信号線の他の構成例を示す図
【図10】図9の信号線の先端部の断面図
【図11】一括して電気的な接続を行える信号線をパルス印加によって形成する方法を説明する図
【図12】一括して電気的な接続を行える信号線をエッチングによって形成する方法を説明する図
【図13】一括して電気的な接続を行える信号線を酸化によって形成する方法を説明する図
【図14】一括して電気的な接続を行える信号線をめっきによって形成する方法を説明する図
【図15】同軸ケーブルの別の構成例を示す図
【図16】同軸ケーブルのまた他の構成例を示す図
【図17】同軸ケーブルのまた別の構成例を示す図
【図18】コンデンサーを有する同軸ケーブルの構成例を示す図
【図19】3つ以上の観察画面を同時に把握することを容易にする内視鏡装置の構成例を示す図
【図20】従来の固体撮像装置の一構成例を示す図
【図21】従来の固体撮像装置の他の構成例を示す図
【符号の説明】
31…有効撮像領域
32…固体撮像素子
43…主オプティカル・ブラック部
44…接続パッド
45…周辺領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging chip constituting a solid-state imaging device.
[0002]
[Prior art]
By inserting an elongated insertion part into a body cavity, for example, an endoscope capable of observing an organ in a body cavity or inserting a treatment tool into a treatment tool channel as necessary to perform various treatments and treatments is widely used. ing.
[0003]
Particularly in recent years, various electronic endoscopes have been proposed that include an imaging unit including a solid-state imaging device made up of an objective lens, a CCD, and the like at the distal end of the insertion portion, and a circuit board connected to the solid-state imaging device.
[0004]
An imaging unit of such an electronic endoscope includes an objective lens mounted on a lens frame or the like from the front end side, a solid-state imaging device in which the imaging surface is disposed at the focal position of the objective lens, and the solid-state imaging device. It is mainly composed of a circuit board for amplifying output signals and the like and a signal cable for transmitting and receiving signals to the solid-state image pickup device.
[0005]
As shown in FIG. 20, the conventional solid-state imaging device protects the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in response to a request for downsizing of the distal end portion of the endoscope, a method in which the
[0007]
On the other hand, it is known that downsizing can be achieved by reducing the pixel size and reducing the imaging region without changing the number of pixels in order to reduce the size of the imaging element chip. In addition, a peripheral area for providing a connection pad for inputting / outputting a signal to / from the imaging element chip and a peripheral area for wiring for guiding a signal from the imaging area to the connection pad are provided around the imaging area. Although it is conceivable to reduce the size by reducing the size, the peripheral region cannot be formed to an unlimited size.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a solid-state imaging device that realizes downsizing of an imaging chip and prevents the incidence of unnecessary light that causes flare and ghost. Yes.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The solid-state imaging device of the present invention includes a transparent cover glass,A solid-state imaging device and a solid-state imaging device substrate, which are sequentially disposed on the rear side of the optical axis of the cover glass;A solid-state imaging device comprising:elementOn one side,An area formed in a similar small shape with respect to the projected area from the optical axis direction of the solid-state imaging device, for capturing an optical image to be receivedAn effective imaging area;Arranged in one of the four peripheral areas and four peripheral areas on the top, bottom, left, and right formed around the effective imaging areaMain optical black part,The four peripheral regions are all substantially the same in width dimension between each edge of the effective imaging region and each of the opposing edges of the solid-state imaging device,
The distal end portion of the endoscope becomes small by forming a peripheral region with a minimum width dimension in which unnecessary light rays reflected by a surface parallel to the optical axis direction of the cover glass do not enter the effective imaging region. It is characterized by.
[0010]
According to this configuration, it is possible to reduce the size of the solid-state imaging device by providing the main optical black portion in an area configured from one side end of the effective imaging area end to the other end of the solid-state imaging chip.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 4 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an endoscope system, FIG. 2 is a sectional view illustrating a configuration of a distal end portion of the endoscope, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the imaging unit, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the imaging surface of the imaging element chip.
[0012]
As shown in FIG. 1, the electronic endoscope system 1 includes an electronic endoscope (hereinafter referred to as an endoscope) 2, a
[0013]
A connector 9 is provided at the end of the
[0014]
As shown in FIG. 2, a
[0015]
An imaging device through-
[0016]
3A is a longitudinal sectional view of the imaging unit, FIG. 3B is a diagram of the solid-state imaging device viewed from the arrow A side in FIG. 3A, and FIG. The configuration of the
[0017]
As shown in FIG. 2A, the
[0018]
As shown in FIGS. 4A and 4B, the solid-
[0019]
A
[0020]
The
[0021]
As shown in FIGS. 2B and 2C, the
[0022]
As shown in FIG. 4, on one surface side of the solid-
[0023]
The
[0024]
As shown in the figure, the peripheral area 45 has a left-side
The relationship of width dimension A≈width dimension B is established.
[0025]
The widths of the upper peripheral region 45U formed above the
[0026]
On the other hand, a
[0027]
At this time, the width dimension C from the end of the
The relation of width dimension C <width dimension B is established.
[0028]
As described above, when providing a peripheral region in which the main OB portion and the connection pad are arranged, unnecessary light rays that cause flare and ghost are prevented from entering the effective imaging region on the outer periphery of each side of the effective imaging region. The size of the solid-state imaging device can be reduced by providing a peripheral region formed with a uniform width necessary for the size of the solid-state imaging device so that the outer size of the solid-state imaging device having the peripheral region is substantially the same as the outer size of the cover glass. Can do.
[0029]
In addition, the main OB portion is provided in either the left peripheral region or the right peripheral region having substantially the same width dimension, and the width dimension from the main OB portion end to one end of the solid-state image sensor is not provided in the main OB portion. It is possible to reduce the size of the solid-state imaging device in which the main OB portion is arranged in the peripheral region so as to be smaller than the width dimension from the effective imaging region end of the right peripheral region to the other end of the solid-state imaging device.
[0030]
Furthermore, by providing the main OB portion and the connection pad in separate peripheral regions, the main OB portion and the connection pad can be efficiently arranged in the peripheral region, and the solid-state imaging device can be reduced in size. .
[0031]
As shown in FIG. 5A, a solid-state image
As a result, there is no need to separately provide a circuit board in the imaging unit, so that the size and cost of the solid-state imaging device can be reduced.
[0032]
Further, as shown in FIGS. 6A and 6B, the
As a result, the size of the solid-state imaging device can be reduced.
[0033]
When the
[0034]
For this reason, as shown in FIG. 5B, the pattern 55 is provided in a groove formed in advance so that a
[0035]
By the way, when the
[0036]
In the present embodiment, the
As shown in FIG. 8 (a), the outer sheath of the
[0037]
Then, as shown in FIG. 2B, the
[0038]
Finally, as shown in FIG. 4D, a
[0039]
In this way, after peeling the outer sheath of the composite cable to separate the plurality of electric wires one by one, the core wire covering of these electric wires is peeled to expose the inner conductor and covered with the cable frame. By applying an insulating adhesive inside, fixing the inner conductors of the plurality of electric wires integrally in the cable frame, and arranging the connection bumps provided on the front end surface of the inner conductor on the same plane, these plural The connection bumps and the conductive surface of the circuit board can be electrically connected together. This simplifies the connection work between the composite cable and the circuit board.
[0040]
In the present embodiment, the
[0041]
First, as shown in FIG. 9A, after peeling the outer cover of the composite
[0042]
Next, the
[0043]
Next, as shown in FIG. 6D, after the second
[0044]
Finally, as shown in FIG. 10E and FIG. 10, the front end surface of the
[0045]
As described above, the first holed cable frame and the second holed cable frame are arranged with respect to the plurality of coaxial cables of the composite coaxial cable, and the front end surface of the second holed cable frame and the front end of the internal conductor are arranged. By forming the same surface as the surface and providing a soldering part for the outer conductor, the inner conductor can be collectively connected to the electrode surface provided on the solid-state imaging device substrate and soldered. It is possible to easily shield the imaging apparatus by connecting a GND line to the unit.
[0046]
In addition, the metal conductor is provided on the front end surface of a plurality of core wires integrally formed with the cable frame, or the front end surface is polished in a state where the plurality of core wires are arranged on the cable frame with a hole, so that the inner conductors are flush with the cable frame. In place of the above arrangement, a conductor electrode is provided on the front end surface of the composite coaxial cable by the method described below, and the connection work between the composite cable and the circuit board can be simplified as described above.
[0047]
In FIGS. 11 and 12, a substrate is disposed on the front end surface of a coaxial cable or a composite cable, and a conductor provided on the substrate is electrically connected to an internal conductor of the cable.
[0048]
First, a forming method by applying a pulse will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6A, the front end surface of the composite
[0049]
Then, after aligning the
[0050]
Then, as shown in FIG. 5B, the application of the pulse voltage causes the insulating
[0051]
Next, a formation method by etching will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6A, when the
[0052]
Then, as shown in FIG. 3C, only the
[0053]
Here, as shown in FIG. 4D, a double-sided through-
[0054]
Next, a formation method by oxidation will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2A, the
[0055]
Then, as shown in FIG. 3C, the tip of the
[0056]
Here, as shown in FIG. 4D, a double-sided through-
[0057]
It should be noted that instead of the
[0058]
FIG. 15 is a diagram showing another configuration example of the coaxial cable.
As shown in FIG. 6A, the cable in this figure is a composite
[0059]
An
[0060]
As shown in FIG. 6C, the inner and
[0061]
FIG. 16 is a diagram showing still another configuration example of the coaxial cable.
As shown in FIG. 6A, the
[0062]
Then, the
[0063]
Thus, by flattening the cable tip and exposing the conductive part at the cable tip to configure the coaxial cable, it is possible to simplify the connection work to the board and to reduce the size. it can.
[0064]
FIG. 17 is a diagram showing another configuration example of the coaxial cable.
As shown in FIG. 5A, in the present embodiment, a plurality of
[0065]
Then, a plurality of
[0066]
In this way, by providing an internal conductor that protrudes from the cable front end surface, the internal conductor is routed and electrically connected to the HIC board or TAB tape, thereby reducing the distance from the cable front end surface to the connecting portion. The rigid length of the imaging unit can be shortened.
[0067]
Instead of routing the
[0068]
By the way, when the circuit for the output signal of the solid-state image pickup device is configured by the HIC substrate, a chip capacitor for stabilizing the voltage of the solid-state image pickup device is mounted on the HIC substrate, but the substrate is increased accordingly. . For this reason, in this embodiment, signal lines for transmitting signals are configured as shown in FIG.
[0069]
As shown in the figure, the signal line of this embodiment is formed by interposing a plurality of
[0070]
Thus, by disposing the first shield member and the second shield member so that the dielectric is sandwiched inside the outer skin of the signal line, the capacitor is configured, thereby eliminating the need for the chip capacitor provided on the HIC substrate. Therefore, it is possible to reduce the size of the imaging device.
[0071]
By the way, as shown in FIG. 19A, in the
[0072]
As shown in FIG. 5B, in this embodiment, the surgeon observes a direct-view image when inserting the target site with the
[0073]
As shown in FIG. 5C, the high-
[0074]
It should be noted that the number of cores installed in the above-described composite cable and the type of electric wires installed are not limited to the above-described number of cores and coaxial wires. Further, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
[0075]
[Appendix]
According to the embodiment of the present invention as described above in detail, the following configuration can be obtained.
[0076]
(1) In a solid-state imaging device including a transparent cover glass, a solid-state imaging chip, and an input / output terminal,
The solid-state imaging chip includes, on one side, an effective imaging area, a main optical black portion provided on one side of the effective imaging area, and an area in which connection pads to which the input / output terminals are connected are arranged.
The distance from the end of the main optical black portion provided on one side of the effective imaging area to one end of the solid-state imaging chip, and the solid-state imaging chip from the other side end of the effective imaging area end where the main optical black portion is not provided A solid-state imaging device set shorter than the distance to the other end.
[0077]
(2) The solid-state imaging device according to appendix 1, wherein the connection pads are provided in a region different from a region where the main optical black portion is provided.
[0078]
(3) In a solid-state imaging device comprising a transparent cover glass, a solid-state imaging device, and an external input / output terminal,
The solid-state imaging device includes an imaging region having an effective imaging region and a main optical black portion provided on one side of the effective imaging region, and a peripheral region in which a connection pad to which the external input / output input terminal is connected is disposed. With
Forming the outer dimensions of the solid-state image sensor uniformly larger than the outer dimensions of the effective imaging area;
A solid-state imaging device in which a main optical plaque portion and a connection pad are provided in a region formed between the solid-state imaging device end and an effective imaging region end.
[0079]
As a result, the outer dimension of the cover glass can be set uniformly large relative to the outer shape of the effective imaging region, and the incidence of unnecessary light rays that cause flare and ghost can be prevented.
[0080]
(4) The solid-state imaging device according to
[0081]
(5) The solid-state imaging device according to appendix 1 or
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device that realizes downsizing of an imaging chip and prevents the incidence of unnecessary light that causes flare and ghost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 to FIG. 4 relate to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an endoscope system.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the distal end portion of the endoscope
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a configuration of an imaging unit.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration of an imaging surface of an imaging element chip.
FIG. 5 is a diagram illustrating another configuration example of the solid-state imaging device.
FIG. 6 is a diagram illustrating another configuration example of the solid-state imaging device.
FIG. 7 is a view showing a method for fixing the connection of an electronic component to a circuit board pattern.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of a signal line that can perform electrical connection all at once;
FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the configuration of signal lines that can be electrically connected together;
10 is a cross-sectional view of the distal end portion of the signal line in FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram for explaining a method of forming signal lines that can be electrically connected at a time by applying a pulse;
FIG. 12 is a diagram for explaining a method of forming signal lines that can be electrically connected at once by etching;
FIG. 13 is a diagram illustrating a method of forming signal lines that can be electrically connected in a batch by oxidation.
FIG. 14 is a diagram illustrating a method of forming signal lines that can be electrically connected in a batch by plating.
FIG. 15 is a diagram showing another configuration example of the coaxial cable.
FIG. 16 is a diagram showing still another configuration example of the coaxial cable.
FIG. 17 is a diagram showing another configuration example of the coaxial cable.
FIG. 18 is a diagram showing a configuration example of a coaxial cable having a capacitor.
FIG. 19 is a diagram showing a configuration example of an endoscope apparatus that facilitates grasping three or more observation screens simultaneously.
FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional solid-state imaging device.
FIG. 21 is a diagram illustrating another configuration example of a conventional solid-state imaging device.
[Explanation of symbols]
31 ... Effective imaging area
32 ... Solid-state imaging device
43 ... Main optical black section
44 ... Connection pad
45 ... Peripheral area
Claims (2)
前記固体撮像素子は一面側に、
当該固体撮像素子の光軸方向からの投影面積に対して相似的に小さい形状に形成された領域であって、受光する光学像を撮像するための有効撮像領域と、
前記有効撮像領域の周辺に形成された上下左右の4つの周辺領域と、
前記4つの周辺領域のうちの一つの周辺領域に配置された主オプティカル・ブラック部と、
を配設し、
前記4つの周辺領域は、いずれも前記有効撮像領域の各縁辺と、前記固体撮像素子の対向する各縁辺との間の幅寸法が略同一であることを特徴とする固体撮像装置。In a solid-state imaging device comprising a transparent cover glass, a solid-state imaging device and a solid-state imaging device substrate sequentially disposed on the optical axis rear side of the cover glass,
The solid-state image sensor is on one side,
An effective imaging region for capturing an optical image to be received, which is a region formed in a similar small shape with respect to the projected area from the optical axis direction of the solid-state imaging device;
Four peripheral areas on the top, bottom, left and right formed around the effective imaging area;
A main optical black portion disposed in one of the four peripheral regions;
Arrange
All of the four peripheral areas have substantially the same width dimension between each edge of the effective imaging area and each of the opposing edges of the solid-state imaging device.
前記4つの周辺領域は、前記カバーガラスを介して前記固体撮像素子に向けて入射する不要光線の入射を許容可能な範囲に形成され、
前記カバーガラスは、前記有効撮像領域と相似形状であると共に、前記固体撮像素子と略同一寸法サイズに形成されたことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。The effective imaging area is disposed in a range where unnecessary light incident on the solid-state imaging device is not incident through the cover glass,
The four peripheral regions are formed in a range that allows the incidence of unnecessary light incident on the solid-state image sensor through the cover glass,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the cover glass has a shape similar to the effective imaging region and is formed to have substantially the same size as the solid-state imaging element.
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