CN117377420A - 摄像单元和内窥镜 - Google Patents

Abstract

摄像单元(1)具有：立体布线板(10)，其具有凹部(H10)；层叠元件(30)，其被收纳于所述凹部(H10)，包括摄像元件(34)和多个光学部件(31、32)；以及密封树脂(20)，其填充所述凹部(H10)与所述层叠元件(30)之间的间隙，所述多个光学部件(31、32)包括在第一光学部件(31A、32A)配设有第二光学部件(31B、32B)的复合元件，所述第二光学部件(31B、32B)的弹性模量小于所述第一光学部件(31A、32A)的弹性模量和所述摄像元件(34)的弹性模量，且大于等于所述密封树脂(20)的弹性模量，所述密封树脂(20)的热膨胀率大于所述第一光学部件(31A、32A)的热膨胀率和所述摄像元件(34)的热膨胀率，且小于所述第二光学部件(31B、32B)的热膨胀率。

Description

摄像单元和内窥镜

技术领域

本发明涉及包含层叠元件的摄像单元以及在前端部配设有包含层叠元件的摄像单元的内窥镜。

背景技术

为了降低侵袭，对于配设于内窥镜的插入部的前端部的摄像单元而言，细径化是重要的。

在日本特开2012-18993号公报中公开了能够高效地制造细径的摄像单元的层叠元件。层叠元件通过使用树脂将分别包含多个透镜的多个透镜晶片和多个摄像元件粘接后进行切断而制作。

在国际公开第2015/082328号(日本专利6533787号)中公开了将层叠元件收纳于MID的槽中的摄像单元。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-18993号公报

专利文献2：国际公开第2015/082328号

发明内容

发明所要解决的问题

层叠元件层叠有热膨胀率不同的多个元件。因此，当发生温度变化时，有时层叠元件会因热应力而损伤，有时使搭载有层叠元件的摄像单元的可靠性降低。

本发明的实施方式的目的在于提供可靠性优异的摄像单元和可靠性优异的内窥镜。

用于解决问题的手段

本发明的实施方式的摄像单元具有：立体布线板，其具有凹部；层叠元件，其被收纳于所述凹部，包括摄像元件和多个光学元件；以及密封树脂，其填充所述凹部与所述层叠元件之间的间隙，所述多个光学元件包括在第一光学部件配设有第二光学部件的复合元件，所述第二光学部件的弹性模量小于所述第一光学部件的弹性模量和所述摄像元件的弹性模量，且大于等于所述密封树脂的弹性模量，所述密封树脂的热膨胀率大于所述第一光学部件的热膨胀率和所述摄像元件的热膨胀率，且小于所述第二光学部件的热膨胀率。

另一实施方式的内窥镜包含摄像单元，所述摄像单元具备：立体布线板，其具有凹部；层叠元件，其被收纳于所述凹部，包括摄像元件和多个光学元件；以及密封树脂，其填充所述凹部与所述层叠元件之间的间隙，所述多个光学元件包括在第一光学部件配设有第二光学部件的复合元件，所述第二光学部件的弹性模量小于所述第一光学部件的弹性模量和所述摄像元件的弹性模量，且大于等于所述密封树脂的弹性模量，所述密封树脂的热膨胀率大于所述第一光学部件的热膨胀率和所述摄像元件的热膨胀率，且小于所述第二光学部件的热膨胀率。

发明效果

根据本发明的实施方式，能够提供可靠性优异的摄像单元和可靠性优异的内窥镜。

附图说明

图1是第一实施方式的摄像单元的立体图。

图2是沿图1的Ⅱ-Ⅱ线的剖面图。

图3是第一实施方式的变形例1的摄像单元的剖面图。

图4是第二实施方式的内窥镜的立体图。

具体实施方式

<第一实施方式>

如图1和图2所示，本实施方式的摄像单元1具有立体布线板10、密封树脂20和层叠元件30。

此外，基于实施方式的附图是示意性的。各部分的厚度与宽度的关系、各个部分的厚度的比率等与实际的不同。在附图相互间也包含彼此的尺寸的关系、比率不同的部分。有时省略一部分构成要素的图示、附图标记的标注。将光入射的方向称为“上”。

立体布线板10是非平板的布线板，例如是成型电路部件(MID：MoldedInterconnect Device，模塑互连器件)，具有在上表面10SA具有开口的有底的凹部(空腔)H10。收纳于凹部H10的层叠元件30由构成光学系统的多个光学元件31、32、33和作为摄像部件的摄像元件(图像传感器)34层叠而成。密封树脂20填充于凹部H10与层叠元件30之间的间隙。

光学元件31是具有作为第一光学部件31A的玻璃板和配设在第一光学部件31A的下表面的作为第二光学部件31B的树脂透镜的混合透镜元件(复合元件)。光学元件32是具有作为第一光学部件32A的玻璃板和配设在第一光学部件32A的上表面的作为第二光学部件32B的树脂透镜的混合透镜元件。光学元件33是玻璃板，例如是由遮断红外线的玻璃构成的红外线截止滤光元件。

此外，在剖面图中，将层叠元件30的光学元件等图示为平板。另外，将层叠的光学元件粘接起来的粘接层薄，可以忽略对热应力的影响，因此未图示。

混合透镜元件通过在玻璃板上配设树脂透镜/树脂间隔件来制作。例如，将未固化的液体状或凝胶状的透明的紫外线固化型的树脂配设于玻璃板，在按压具有规定的内表面形状的凹部的模具的状态下，照射紫外线而使树脂固化。关于树脂透镜的外表面形状，由于转印了模具的内表面形状，因此即使是非球面透镜也能够容易地制作。

第一光学部件31A、31B以及光学元件33例如是硼硅酸玻璃、石英玻璃、蓝宝石玻璃。第二光学部件31B、32B、密封树脂20例如是硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂。

立体布线板10的母材是非导电性树脂，特别是能够模塑成形的工程塑料。母材例如由PA(聚酰胺)、PC(聚碳酸酯)、LCP(液晶聚合物)、PEEK(聚醚醚酮)、尼龙、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、ABS(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)或在这些树脂中配合了无机填充剂的复合树脂构成。

此外，光学系统的结构、即光学元件(第一光学部件/第二光学部件)的结构(厚度、形状)、种类、数量以及层叠顺序能够根据规格进行各种变形。例如，也可以不交替地配置第一光学部件和第二光学部件。可以在光学元件的主表面上设置图案化的遮光膜作为光阑。另外，摄像单元1的外形是圆柱，但也可以是棱柱或将这些形状复合而成的形状。

以硅为母材的摄像元件34具有由CCD等构成的受光部。摄像元件34经由下表面的焊料39和立体布线板10的通孔布线19接收驱动信号并发送摄像信号。

另外，摄像部件可以在摄像元件53的下表面层叠有对摄像信号进行处理的半导体元件，也可以在摄像元件53的上表面配设有玻璃罩。

密封树脂20填充立体布线板10的凹部H10的壁面与层叠元件30的侧面之间的间隙。密封树脂20在密封层叠元件30的侧面的同时，如后所述，缓和在层叠元件30产生的应力。

为了缓和在层叠元件30产生的应力，优选间隙的宽度、换言之密封树脂20的厚度D具有超过规定厚度的厚度。因此，间隙的宽度例如优选为100μm～800μm。

需要说明的是，为了防止外部光从层叠元件30的侧面进入，密封树脂20优选通过包含遮光粒子等而具有遮光性。

如以下的表1所示，摄像单元1的层叠元件30的多个构成部件的弹性模量E以及热膨胀率α满足规定的条件。弹性模量E是依据JIS K7113而测量的拉伸弹性模量(25℃)。热膨胀率是依据JIS K7197、JIS R3251、JIS Z2285而测量的线膨胀率。

[表1]

即，作为第二光学部件31B、32B的树脂的弹性模量E2小于作为第一光学部件的玻璃板的弹性模量E1及摄像元件34的弹性模量E3，且大于等于密封树脂20的弹性模量E4。进而，密封树脂20的热膨胀率α4大于作为第一光学树脂的玻璃板31A、32A、33的热膨胀率α1及摄像元件34的热膨胀率α3，且小于作为第二光学部件31B、32B的树脂透镜的热膨胀率α2。

例如，热膨胀率α1为5ppm/K～10ppm/K，弹性模量E1为70GPa～100GPa。热膨胀率α2为60ppm/K～100ppm/K，弹性模量E 2为2.6GPa～10GPa。另外，例如，“X1～X2”表示“大于X1且小于X2”。

此外，作为立体布线板10的母材的例如PEEK树脂的热膨胀率α为18ppm/K～26ppm/K，弹性模量E为10GPa～20GPa。焊料39的热膨胀率α为20ppm/K～30ppm/K，弹性模量E为50GPa～100GPa。

在摄像单元1中，在层叠元件30与立体布线板10之间的间隙填充有密封树脂20。因此，在冲击等机械负荷作用于摄像单元1时，密封树脂20也受到负荷，因此缓和了对层叠元件30的应力。

另外，当伴随外部温度变化和驱动而在摄像单元中产生温度变化时，在层叠元件30中，第一光学部件31A、32A、第二光学部件31B、32B以及摄像元件34的热膨胀率存在差异，因此产生热应变。但是，在摄像单元1中，弹性模量比层叠元件30(第一光学部件31A、32A、第二光学部件31B、32B、摄像元件34)小的密封树脂20变形而吸收应力，因此缓和了在层叠元件30产生的应力。

密封树脂20为了保护层叠元件30，优选热膨胀率α4为45ppm/K～80ppm/K，弹性模量E 4为1.0GPa～2.5GPa。

需要说明的是，层叠元件30中的第一光学部件的占有率(光轴方向的厚度的合计)小于第二光学部件的占有率时，热膨胀引起的应变小，因此优选。

<第一实施方式的变形例>

图3所示的变形例的摄像单元1A与摄像单元1类似且具有相同的效果，因此对相同功能的结构要素标注相同标号并省略说明。

在摄像单元1A的层叠元件30A中，光学元件32是具有作为第一光学部件32A的玻璃板、配设在第一光学部件32A的上表面的作为第二光学部件32C的树脂透镜、以及配设在第一光学部件32A的下表面的作为第二光学部件32B的树脂透镜和树脂间隔件的混合透镜元件。

在摄像单元1A中，立体布线板10A的凹部H10的开口的面积比底面的面积大。即，凹部H10A的壁面相对于上表面10SA不是垂直的，而是倾斜的。如上所述，当由于外部温度变化和驱动而在摄像单元中产生温度变化时，在层叠元件中产生热应变。在层叠元件中，层叠的各光学部件中产生的应变累积。层叠元件由于下部的摄像元件34固定于凹部H10的底面，因此越靠上部则热应变越大。

密封树脂20的厚度D越厚，由弹性模量小的密封树脂20的变形产生的应力缓和效果越大。在摄像单元1A中，立体布线板10A的凹部H10随着从底面接近开口，其截面积变大，因此密封树脂20的厚度D随着从底面接近开口而变厚。密封树脂的厚度D对应于热应变的大小而变化，因此摄像单元1A的可靠性比摄像单元1高。

凹部H10的壁面的倾斜角度θ例如优选大于1度且小于5度左右。若倾斜角度θ超过所述范围，则密封树脂20的应力缓和效果显著。若倾斜角度θ小于上述范围，则摄像单元的光轴正交方向的尺寸的增加较小。

<第二实施方式>

图4所示的本实施方式的内窥镜9具备插入部91、操作部92、通用缆线93以及内窥镜连接器94。

细长管形状的插入部91插入到生物体的体腔内。插入部91从前端侧起依次连续设置有前端部91A、弯曲部91B、挠性管91C，作为整体具备挠性。

前端部91A具有硬质部件91A1，该硬质部件91A1在内部具有各种单元。各种单元是摄像单元1、1A、处置器械贯穿插入通道、照明单元等。

弯曲部91B根据用于进行弯曲操作的操作部92的弯曲旋钮的转动操作而向上下左右方向弯曲。

挠性管91C是被动地自由挠曲的具有柔软性的管状部件。在挠性管91C的内部贯穿插入有处置器械贯穿插入通道、各种电气信号线、光导纤维束等。电气信号线从内置于前端部91A的摄像单元延伸并经由操作部92向通用缆线93延伸设置。光导纤维束将来自作为外部设备的光源装置的光向前端部91A的前端面导光。

操作部92与插入部91的基端部连续设置，具有多个操作部件等。通用缆线93具有挠性，是从操作部92延伸出的管状部件。内窥镜连接器94是用于将通用缆线93与外部设备连接的连接部件。

内窥镜9具有配设于插入部91的前端部91A的摄像单元1、1A。如已经说明的那样，摄像单元1、1A的可靠性高，因此内窥镜9的可靠性高。

内窥镜可以是插入部为软性的软性镜，也可以是插入部为硬性的硬性镜。另外，内窥镜的用途可以是医疗用，也可以是工业用。

本发明并不限定于上述的实施方式等，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种变更、组合以及应用。

标号说明

1、1A···摄像单元

9···内窥镜

10···立体布线板

19···通孔布线

20···密封树脂

30···层叠元件

31、32、33···光学元件

31A、32A···第一光学部件

31B、32B···第二光学部件

34···摄像元件

39···焊料

Claims (7)

1.一种摄像单元，其特征在于，该摄像单元具有：

立体布线板，其具有凹部；

层叠元件，其被收纳于所述凹部，包括摄像元件和多个光学元件；以及

密封树脂，其填充所述凹部与所述层叠元件之间的间隙，

所述多个光学元件包括在第一光学部件配设有第二光学部件的复合元件，

所述第二光学部件的弹性模量小于所述第一光学部件的弹性模量和所述摄像元件的弹性模量，且大于所述密封树脂的弹性模量，

所述密封树脂的热膨胀率大于所述第一光学部件的热膨胀率和所述摄像元件的热膨胀率，且小于等于所述第二光学部件的热膨胀率。

2.根据权利要求1所述的摄像单元，其特征在于，

所述层叠元件中的所述第一光学部件的占有率小于所述第二光学部件的占有率。

3.根据权利要求1所述的摄像单元，其特征在于，

所述密封树脂的热膨胀率为45ppm/K～80ppm/K，弹性模量为1.0GPa～2.5GPa。

4.根据权利要求1所述的摄像单元，其特征在于，

所述密封树脂具有遮光性。

5.根据权利要求1所述的摄像单元，其特征在于，

所述第一光学部件是树脂透镜，

所述第二光学部件是玻璃板，

所述复合元件是混合透镜元件。

6.根据权利要求1所述的摄像单元，其特征在于，

所述密封树脂的厚度随着从所述凹部的底面接近开口而变得更厚。

7.一种内窥镜，其特征在于，该内窥镜在插入部的前端部包括摄像单元，

所述摄像单元具有：

立体布线板，其具有凹部；

层叠元件，其被收纳于所述凹部，包括摄像元件和多个光学元件；以及

密封树脂，其填充所述凹部与所述层叠元件之间的间隙，

所述多个光学元件包括在第一光学部件配设有第二光学部件的复合元件，

所述密封树脂的弹性模量小于所述第一光学部件的弹性模量和所述摄像元件的弹性模量，且大于所述第二光学部件的热膨胀率，

所述第二光学部件的热膨胀率大于所述第一光学部件的热膨胀率和所述摄像元件的热膨胀率，且小于等于所述密封树脂的热膨胀率。