JP2000229065A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 内視鏡等の硬性化した先端部の一層の細径化
及び短小化を図る。 【解決手段】 パッケージされていない固体撮像チップ
１８の前面側に配置される光学レンズと、固体撮像チッ
プの背面側に結合される回路基板構成体２０とで撮像ユ
ニットを構成し、回路基板構成体２０は、固体撮像チッ
プ１８が実装される第１の回路基板２６と、これに平行
に間隔を設けて第２及び第３の回路基板２７，２８を配
置し、各回路基板２６，２７，２８の対向する面に電子
部品１９を実装すると共に、各回路基板の左右端面がフ
レキ基板２９で挟持され電気的に接続される構成とし、
固体撮像チップ１８と第１の回路基板２６とが配線パタ
ーンを形成したフィルムからなる接続手段３０により電
気的に接続され、第２の回路基板２７の上下端面に設け
た端子部３２に信号ケーブル３３が接続され、回路基板
構成体２０及び信号ケーブル３３が固体撮像チップ１８
の投影面積内に納まるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子内視鏡
等に適用される固体撮像装置に関し、詳しくは、それ自
体がパッケージされていないＣＣＤからなる固体撮像チ
ップの投影面積内に回路基板やこれに実装される電子部
品及び端子部に接続された信号ケーブルが納まるように
構成したことによって固体撮像ユニットの小型化を可能
にし、電子内視鏡等の先端部外径の細径化及び短小化を
図るようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体
撮像チップを撮像手段に使用した電子内視鏡が種々提案
され、この固体撮像チップは内視鏡の体内への挿入チュ
ーブの硬性化した先端部に埋め込まれている。このた
め、チューブ先端部は患者の苦痛を和らげるためにでき
るだけ細径化と共に短小化したものが望ましいが、その
ためには固体撮像チップを如何に小型化できるかが重要
であり技術的な課題であった。

【０００３】従来の固体撮像チップを使用した内視鏡と
して例えば特許第２６０７５４２号（特開昭６３−３１
３９７０）に開示されているものがあり、この内視鏡の
一例の構成を図８に示す。符号５０で示す水平に配置さ
れた回路基板の一面（上面）及び他面（下面）には電子
部品５１及び５２が実装されている。この回路基板５０
の先端部の一面には電子部品５１とは別にパッケージさ
れていない固体撮像チップ５３が直角向きに結合されて
いる。そして、回路基板５０と固体撮像チップ５３と
は、回路基板５０の端面と固体撮像チップ５３の前面に
設けられた図示しないボンディングパッドとがボンディ
ングワイヤ５４により電気的に接続されている。また、
回路基板５０の後端部に信号ケーブル５５が接続されて
いる。

【０００４】尚、固体撮像チップ５３の前面はカバーガ
ラス５６で密閉して覆われ、このカバーガラス５６の前
方に固体撮像チップ５３の光軸に対応するように鏡筒５
７で支持された光学レンズ５８，５９，６０が配置され
ている。また、上述した各構成部材は被覆シース６１で
覆われ、被覆シース６１内の空間部はモールド材６２に
より充填されている。

【０００５】また、別の例として図示しないが特開昭６
３−２９０５４１号に開示されているような内視鏡があ
る。この内視鏡は、固体撮像チップをボンディングした
金属板と、電子部品を実装した回路基板と、この回路基
板と信号ケーブルとを接続する基盤とが平行に配設さ
れ、これら各部材をその外周部を包囲した筒状のフレキ
シブル基板で電気的に接続するようにされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許第
２６０７５４２号に開示した内視鏡では、回路基板５０
の端面と固体撮像チップ５３とをボンディングワイヤ５
４とを接続する方式であるため、固体撮像チップ５３の
外径方向にボンディングのためのスペースが必要となる
ことから、その分、内視鏡先端部の外径が太径にならざ
るを得ず、細径化の障害となっていた。また、信号ケー
ブル５５は電子部品５１が実装された面の回路基板５０
の後端部に接続するようにしているため、回路基板５０
の長さがその分必要となり、内視鏡の硬性化した先端部
の短小化の障害となっていた。

【０００７】一方、特開昭６３−２９０５４１号に開示
した内視鏡では、固体撮像装置が内視鏡の先端硬性部の
長手方向において固体撮像チップ、金属板、回路基板、
基盤等の接合や電気的接続のためのスペースが必要とな
り、その分、内視鏡先端硬性部が長くならざるを得な
い。また、固体撮像チップ、金属板、回路基板、基盤等
の外周部を筒状のフレキシブル基板で包囲し電気的に接
続する構成であるから、内視鏡先端硬性部の外径が太く
ならざるを得ない。従って、このようなことから、内視
鏡の先端硬性部の短小化や細径化には限度があった。

【０００８】本発明は、上述したような課題を解消する
ためになされたもので、撮像ユニットの小型化を可能に
し、これによって、内視鏡等の硬性化した先端部の一層
の細径化及び短小化を図ることのできる固定撮像装置を
得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明による固定撮像装置は、パッケージされてい
ない固体撮像チップの投影面積内に、固体撮像チップと
平行に間隔を設けて配置された複数の回路基板がフィル
ム状導体基板で導電接続された回路基板構成体が納まる
ようにされ、この回路基板構成体内に電子部品を実装す
ると共に、信号ケーブルを接続するようにしたものであ
る。

【００１０】特に、回路基板構成体は、固体撮像チップ
が実装される導体パターンを設けた第１の回路基板と、
この第１の回路基板に平行に配置される第２あるいは第
３の導体パターンを設けた回路基板を有し、各回路基板
の対向する面に電子部品が実装されると共に、各回路基
板がフィルム状導体基板で挟持され相互に電気的に接続
される構成からなり、固体撮像チップと第１の回路基板
とがボンディングワイヤまたは配線パターンを形成した
フィルムからなる接続手段により電気的に接続され、第
２の回路基板の端面に設けられた端子部に信号ケーブル
が接続されるようにしたものである。

【００１１】このように構成したことにより、パッケー
ジされていない固体撮像チップの外形サイズが実質的に
撮像ユニットの外形状となり、撮像ユニットの小型化を
図ることができる。また、第１，第２あるいは第３の基
板間の空間を利用して電子部品が実装できるようにした
ことで、電子部品の立体的かつ効率的な実装が可能とな
り、回路基板構成体の長さを短くすることができるよう
になり、この撮像ユニットを内視鏡に適用することで、
内視鏡先端部の外管の細径化及び短小化を可能にするこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による固定撮像装置
の実施の形態の例を電子内視鏡に適用した場合について
図面を参照して説明する。

【００１３】図１は電子内視鏡装置（以下、単に内視鏡
という）の全体の外観斜視図である。チューブからなる
内視鏡１は、その先端部２に対物レンズを介して被撮影
部位を撮影する固体撮像チップを備えており、この先端
部２から体内へ電子内視鏡１が挿入されて体内部位の撮
影と共に、内視鏡１から延び出る鉗子等の処置具によっ
て治療が行えるようになっている。

【００１４】内視鏡１の先端部は硬性部となっていて、
先端部２の後方側はカメラアングルの変化に追従して湾
曲する湾曲部３と、この湾曲部３の後方側には体腔内に
挿入可能な可撓性を有する軟性部４が設けられている。
軟性部４の後端部は把持部を兼ねた操作部５に接続され
ており、この操作部５より信号ケーブルやライトガイド
ファイバー、各種の流体管路等を内設したユニバーサル
コード６が接続されている。

【００１５】ユニバーサルコード６はコネクタ７を介し
て光源ユニット８に接続され、また、コネクタ７からケ
ーブル９を介してビデオプロセッサ１０に接続されてい
る。さらに、ビデオプロセッサ１０から出力ケーブル１
１を介してモニタ１２に接続されている。従って、内視
鏡１で撮影された被撮影部位の画像信号がビデオプロセ
ッサ１０によって信号処理され、モニタ１２で表示され
るようになっている。

【００１６】次に、内視鏡１の先端部２に配置されてい
る撮像ユニットの詳細な構成を図２について説明する。
図２は固体撮像装置が埋め込まれている内視鏡先端部の
拡大縦断面図である。

【００１７】撮像ユニットの全体を符号１３で示す。撮
像ユニット１３は金属の硬質部材からなる円筒状の本体
部１４がベースとなり、この本体部１４の後端部に上述
した湾曲部３の構成部品で回転自在に組付けられた関節
駒１５の固定端となる先端パイプ１６を固着し、この本
体部１４中に対物レンズ等の複数のレンズ群からなる光
学レンズ系１７や固体撮像チップ１８、さらに、固体撮
像チップ１８のドライブ回路を構成するコンデンサやト
ランジスタ、抵抗等の電子部品１９が実装された回路基
板構成体２０が収納される。

【００１８】光学レンズ系１７はレンズ鏡筒２１に保持
され、光学レンズ系１７の光軸中心と固体撮像チップ１
８の有効画素中心とを精度よく一致させるためにカラー
２２で保持し、図示しないねじで分解可能に取り付けら
れている。また、レンズ鏡筒２１の外径部に設けた凹部
２１ａに図示しないＯリングによって本体部１４との間
を気密にし、水滴や気体の浸入を防止している。

【００１９】カラー２２内には光学レンズ系１７の後方
にカラーフィルタ２３が配置され、このカラーフィルタ
２３の背後に配置したカバーガラス２４がこれらの有効
画素エリアを遮らないようにエポキシ系の接着剤により
接合されている。

【００２０】そして、上述したカバーガラス２４の背後
にそれ自体がパッケージされていない前述した固体撮像
チップ１８が、光学レンズ系１７を投影した部分が重な
るようにして配置されている。このカバーガラス２４は
固体撮像チップ１８の画素エリア内に塵埃や水滴あるい
はガスが浸入しないように例えば、エポキシ系の接着剤
でシールされ保護されている。固体撮像チップ１８は例
えば、４．４７ｍｍ×３．８ｍｍのほぼ長方形のイメー
ジエリアと、その前面上下に複数のボンディングパッド
２５，２５が形成されている。

【００２１】この固体撮像チップ１８の背面側には前述
した回路基板構成体２０が固定されている。図３に回路
基板構成体２０の斜視図を示し、図４は同じく側面図、
図５に同じく平面図を示す。

【００２２】回路基板構成体２０の第１の回路基板２１
は固体撮像チップ１８の投影面積内に納まる大きさ、つ
まり固体撮像チップ１８の外形サイズより小さくされ、
第１の回路基板２６の前面に固体撮像チップ１８がエポ
キシ系接着剤によって精度よく固定されている。この第
１の回路基板２６には所定の間隔をおいて当該回路基板
２６と同じ大きさの第２の回路基板２７及び第３の回路
基板２８が配置されている。各回路基板２６，２７，２
８は例えば、多層セラミック基板から構成し、基板表面
に図示しない導体パターンが形成されている。

【００２３】これら、各回路基板２６，２７，２８の左
右側面部にフィルム状の導体基板からなる例えば、フレ
キシブル基板（以下、フレキ基板という）２９を接続
し、これによって、第２及び第３の回路基板２７及び２
８を固定すると共に、各回路基板２６，２７，２８を相
互に電気的に接続するようにしている。そして、各回路
基板２６，２７，２８の対向し合う基板面に固体撮像チ
ップ１８のドライブ回路を構成する前述した電子部品１
９が実装されている。

【００２４】ここで、固体撮像チップ１８と回路基板構
成体２０との電気的な接続はボンディングワイヤまたは
パターン形成したフィルム等の接続手段３０（この例で
はパターン形成された例えば３５〜５０μｍ厚のフィル
ムが使用されている）により接続されている。すなわ
ち、接続手段３０はその一端部が固体撮像チップ１８の
前面外周部上下のボンディングパッド２５，２５にそれ
ぞれ接続されたあと、固体撮像チップ１８の外形面に沿
って折り曲げられ接続手段３０の他端部が回路基板構成
体２０の第１の回路基板２６の上下面に形成したボンデ
ィングパッド３１，３１に接続されている。

【００２５】接続手段３０のフィルムに形成されるパタ
ーンは、端面の平滑性を増すために端面を研磨したあと
メタライズによるパターン形成や、パターン印刷による
パターン形成、端面のメタライズ後にレーザートリミン
グによるパターン形成等によりされる。

【００２６】第２の回路基板２７の上下面に複数の端子
部３２，３２が形成されており、この端子部３２，３２
に信号ケーブル３３の各単線３３ａが接続されている。
信号ケーブル３３は前述した軟性部４内を挿通して操作
部５に接続される。端子部３２が形成されている第２の
回路基板２７及び第３の回路基板２８は固体撮像チップ
１８の外形サイズより小さくされ、いわゆる段差が設け
られているので、端子部３２に信号ケーブル３３の各単
線３３ａが接続された状態でも固体撮像チップ１８の外
形内に納めることができる。また、端子部３２は、第２
の回路基板２７に限ることなく、第３の回路基板２８の
上下面に形成することであってもよい。

【００２７】尚、端子部３２は固体撮像チップ１８の機
能を有する端子と、回路基板側の回路パターンへ各種の
信号を出力する端子機能を備えている。例えば、電源電
圧用の＋１５Ｖ端子及び−７．５Ｖ端子と、信号出力用
のＯＵＴ端子と、接地用のＧＮＤ端子及びＦＧ端子と、
電子シャッター用のＳＵＢ端子と、垂直レジスタ転送ク
ロック用のＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４端子と、水平レジス
タ転送クロック用のＨ１，Ｈ２端子と、リセットゲート
クロック用のＲＧ端子とから構成されている。ここで、
ＯＵＴ端子、ＳＵＢ端子、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４端
子、Ｈ１，Ｈ２端子、ＲＧ端子の信号線は、高周波なの
で外部に対してノイズ源となるためシールド線を使用し
ており、ＧＮＤ端子及びＦＧ端子、＋１５Ｖ端子及び−
７．５Ｖ端子の信号線は外部に対してノイズ源とならな
いため、通常の単線を使用している。

【００２８】一方、本体部１４の前方には強度及び耐湿
性に優れたポリイミド・ポリフェニレンスルフィド・エ
ポキシ樹脂等のプラスチックあるいは金属に絶縁処理を
施したカバー３４が嵌め込まれ、また本体部１４の開口
部に先端側に抜き差し可能な状態で口金３５が取り付け
られている。この口金３５の後端に樹脂製またはゴム製
のチューブ３６を取り付け、このチューブ３６を通じて
操作部５の操作により鉗子等の処置具を口金３５から出
し入れできるようになっている。

【００２９】また、レンズ鏡筒２１に隣接する上部には
光学レンズ系１７の前面の対物レンズの表面をクリーニ
ングするためのノズル管３７が取り付けられている。ノ
ズル管３７には操作部５に通じる送水チューブ３８が接
続され、送水チューブ３８から送給される水やエアーに
よって対物レンズの表面が洗浄されるようになってい
る。

【００３０】尚、先端パイプ１６の後端部には円周方向
に複数本のワイヤ３９が結合され、これらワイヤ３９を
操作部５のハンドル操作によって湾曲部３を遠隔操作し
カメラアングルを変更可能である。また、関節駒１５及
び先端パイプ１６の外周部には輻射対策や補強用のメッ
シュ線４０を介して外皮チューブ４１で保護している。
さらに、カバー３４と外皮チューブ４１との接合部には
気密を得るために接着剤４２等でシールされている。

【００３１】本発明による内視鏡は以上のように構成さ
れており、内視鏡先端部の外径サイズは固体撮像チップ
１８や電子部品１９を実装した回路基板構成体２０の占
める割合（占有率）で決定される。

【００３２】そこで、本発明はパッケージされていない
固体撮像チップ１８の投影面積と同等かそれ以下のエリ
ア内に回路基板構成体２０を配置し、この回路基板構成
体２０の各回路基板２６，２７，２８間の空間を利用し
て当該基板に電子部品１９を実装し、第２の回路基板２
７の上下端部を利用して信号ケーブル３３の端子部３２
を配置するようにしたものである。

【００３３】さらに詳しく説明すると、回路基板構成体
２０は固体撮像チップ１８の投影面積内に納まるように
されており、固体撮像チップ１８の垂直方向（上下方
向）では、固体撮像チップ１８の外形サイズより低くさ
れた第２の回路基板２７の上下面に形成した端子部３
２，３２に信号ケーブル３０の単線３０ａ，３０ａが接
続されるようにしてあるので、この単線部分は固体撮像
チップ１８の外形内に納めることができる。また、固体
撮像チップ１８と第１の回路基板２６とを接続するため
のパターン形成したフィルム等の接続手段３０の厚み分
（３５〜５０μｍ）のみが出張るが、その出張り量はミ
クロン単位であるので実質的に固体撮像チップ１８の投
影面積と同等となる。

【００３４】また、固体撮像チップ１８の水平方向（左
右方向）では、各回路基板２６，２７，２８の横幅サイ
ズが固体撮像チップ１８の横幅より短くされ、この段差
部分に各回路基板２６，２７，２８を電気的に接続して
いるフレキ基板２９が納まるので、固体撮像チップ１８
の外形から何ら出張ることもない。

【００３５】従って、本発明による内視鏡は、それ自体
がパッケージされていない固体撮像チップ１８の投影面
積内に回路基板構成体２０と共に、信号ケーブル３０が
納まり、この回路基板構成体２０内に電子部品１９を立
体的にコンパクトに納めることができるようになるの
で、固体撮像装置の小型化と共に回路基板構成体２０の
奥行き方向の長さを短くすることが可能となり、これに
よって、内視鏡先端部の細径化及び短小化を図ることが
できるといった利点がある。

【００３６】ここで、図６及び図７に内視鏡を正面から
見た２種類の撮像ユニットの配置状態を示す。図６は単
眼カメラの内視鏡で撮像ユニットは１セットであり、こ
の場合、光学レンズ系とその光軸上に一致する固体撮像
チップ１８が内視鏡１の上方中央部に配置されている。
また、鉗子等の処置具が出し入れされる口金３５の左右
部分には一対のライトガイド４３，４３によって被撮像
部分を照明するようになっている。

【００３７】図７は複眼カメラの内視鏡で撮像ユニット
は２セットであり、この場合、光学レンズ系とその光軸
上に一致する固体撮像チップ１８が内視鏡１の左右に一
対あり、これによって被撮像部分の立体視が可能とな
る。また、鉗子等の処置具が出し入れされる口金３５の
左右部分には一対のライトガイド４３，４３によって被
撮像部分を照明するようになっている。

【００３８】本発明は上述しかつ図面に示した実施の形
態の例に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない
範囲内で種々の変形実施が可能である。

【００３９】本例では、電子部品１９の実装位置とし
て、各回路基板２６，２７，２８の対向面に実装した場
合について説明したが、その他、各回路基板２６，２
７，２８の空間を利用しフレキ基板２９の内面側にも実
装することも可能となり、さらに電子部品１９の効率的
な実装が可能となる。これによって例えば、第３の回路
基板２８を不要にすることも可能となり、回路基板構成
体２０の奥行き長さをさらに短くでき、内視鏡先端部の
さらなる短小化を図ることができる。

【００４０】また、第１，第２及び第３の回路基板２
６，２７，２８を電気的に接続するフレキ基板２９に替
わって、薄板状の導体基板を使用することであってもよ
い。

【００４１】さらに、本発明の固体撮像装置は内視鏡の
撮像カメラに適用される以外、その他、チユーブ式のＣ
ＣＤカメラとして超小型監視用カメラやその他の超小型
撮影用カメラ等に広く適用可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明による固定撮
像装置は、パッケージされていない固体撮像チップの投
影面積内に、固体撮像チップと平行に間隔を設けて配置
された複数の回路基板がフィルム状導体基板で導電接続
された回路基板構成体が納まるようにされ、回路基板に
電子部品を実装すると共に、信号ケーブルを接続するよ
うにしたので、パッケージされていない固体撮像チップ
の外形サイズが実質的に撮像ユニットの外形状となり、
撮像ユニットの小型化を図ることができる。しかも、基
板間の空間を利用して電子部品が実装できるので、電子
部品の立体的かつ効率的な実装が可能となり、回路基板
構成体の奥行き長さを短くすることができ、この撮像ユ
ニットを内視鏡に適用することで内視鏡先端硬性部の外
管の細径化及び短小化が達成することができ実用的な効
果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子内視鏡装置の全体の外観斜視図である。

【図２】内視鏡先端部の拡大縦断面図である。

【図３】固体撮像チップと回路基板構成体との結合状態
の斜視図である。

【図４】同じく固体撮像チップと回路基板構成体との結
合状態の側面図である。

【図５】同じく固体撮像チップと回路基板構成体との結
合状態の平面図である。

【図６】内視鏡が単眼カメラの場合を正面側から見た配
置図である。

【図７】内視鏡が複眼カメラの場合を正面側から見た配
置図である。

【図８】従来の固体撮像装置を内蔵した内視鏡の断面図
である。

【符号の説明】

１…電子内視鏡、２…内視鏡先端部の硬性部、３…湾曲
部、４…軟性部、５…操作部、１３…撮像ユニット、１
７…光学レンズ系、１８…固定撮像チップ、１９…電子
部品、２０…回路基板構成体、２４…カバーガラス、２
５…ボンディングパッド、２６…第１の回路基板、２７
…第２の回路基板、２８…第３の回路基板、２９…フレ
キ基板、３０…接続手段、３１…ボンディングパッド、
３２…端子部、３３…信号ケーブル、３３ａ…信号ケー
ブルの単線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パッケージされていない固体撮像チップ
   と、この固体撮像チップの前面側に配置される光学レン
   ズと、上記固体撮像チップの背面側に結合され電子部品
   が実装される回路基板構成体とで撮像ユニットを構成す
   るようにした固体撮像装置であって、 上記回路基板構成体は、上記固体撮像チップが実装され
   る導体パターンを設けた第１の回路基板と、この第１の
   回路基板に平行に間隔を設けて配置される第２あるいは
   第３の導体パターンを設けた回路基板を有し、上記各回
   路基板の対向する少なくとも一面に電子部品が実装され
   ると共に、上記各回路基板がフィルム状導体基板で挟持
   され電気的に接続される構成からなり、 上記固体撮像チップに設けられたボンディングパッド
   と、上記第１の回路基板に設けられたボンディングパッ
   ドとがボンディングワイヤまたは配線パターンを形成し
   たフィルムからなる接続手段により電気的に接続され、 上記フィルム状導体基板とは直交する上記第２あるいは
   第３の回路基板の端面に設けられた端子部に信号ケーブ
   ルが接続され、 上記回路基板構成体及び上記信号ケーブルが上記固体撮
   像チップの投影面積内に納まるようにされていることを
   特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の固体撮像装置において、 上記第１の回路基板及び第２あるいは第３の回路基板が
   上記固体撮像チップのの外形サイズより小形サイズにし
   て段差部を形成し、この段差部内に上記フィルム状導体
   基板及び上記信号ケーブルが納まるようにしたことを特
   徴とする固体撮像装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の固体撮像装置において、 上記撮像ユニットが電子内視鏡に適用されることを特徴
   とする固体撮像装置。