JP2006136487A - 電子内視鏡用撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子とカバーガラスとの間の空隙の気密性を向上させることが可能な電子内視鏡用撮像装置を提供する。
【解決手段】電子内視鏡の撮像装置は、ＣＣＤ２３と、ＣＣＤ２３の撮像面上にスペーサ２５を介して取り付けられたカバーガラス２６とを備え、スペーサ２５、カバーガラス２６の端面２５ａ、２６ａを覆うように封止剤３５が塗布されている。封止剤３５の表面、およびＣＣＤ２３と封止剤３５との外側に露出した境界部分４０、およびカバーガラス２６と封止剤３５との外側に露出した境界部分４１には、電子ビーム真空蒸着法により薄膜４２が形成されている。薄膜４２は、例えばＭｇＦ₂、またはＳｉＯ₂の少なくともいずれか一方からなり、真空度が１×１０^-5ｍｂｒ以下の真空中にて、雰囲気温度が常温〜４０℃、４０〜５０ｎｍ／ｓｅｃの成膜速度で、膜厚ｄが１００〜１２０ｎｍとなるように形成される。
【選択図】図４

Description

撮像素子と、撮像素子の撮像面上に空隙を空けて取り付けられたカバーガラスとを備え、空隙の気密性を確保するために、カバーガラスの端面を覆うように封止剤が塗布された電子内視鏡用撮像装置に関する。

従来から、医療分野において、電子内視鏡を利用した医療診断が盛んに行われている。電子内視鏡は、その先端にＣＣＤなどの撮像素子を備えた撮像装置が内蔵され、ＣＣＤにより取得した撮像信号をデジタルの画像データに変換することで、モニタなどを介して生体内の画像を観察することができる。

上記のような電子内視鏡用撮像装置は、ＣＣＤの撮像面上に空隙を空けてカバーガラスが取り付けられており、空隙に水分が浸入することによってカバーガラスに結露が生じるなどして、ＣＣＤで得られる画像の画質が劣化することを防止するために、カバーガラスの端面を覆うように封止剤が塗布されている。しかしながら、実際には、封止剤のみで空隙の気密性を確保することは難しく、一般的なＣＣＤパッケージの気密封止と比較しても、耐湿性が著しく劣るという問題があった。

上記のような問題を解決するために、封止剤の表面およびその周辺部に、常温液状ガラスを塗布・硬化させてガラス被膜を形成した固体撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。また、ＣＣＤとカバーガラスとが貼り合わされた露出部に、常温液状ガラスを塗布・硬化させてガラス被膜を形成した後、ＣＣＤおよびカバーガラスの周辺部に封止剤を塗布した固体撮像装置が提案されている（特許文献２参照）。
特開平５−１８３１３８号公報 特開平５−１８３１３７号公報

特許文献１および２に記載の固体撮像装置では、大気中でガラス被膜を形成しているので、ＣＣＤとカバーガラスとの間の空隙に大気中の水分を残したまま封止してしまうおそれがある。また、均一な膜質でガラス被膜を形成することが困難であるため、膜厚の薄い部分から水分の浸入を許す可能性がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、撮像素子とカバーガラスとの間の空隙の気密性を向上させることが可能な電子内視鏡用撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、撮像素子と、前記撮像素子の撮像面上に空隙を空けて取り付けられたカバーガラスとを備え、前記空隙の気密性を確保するために、前記カバーガラスの端面を覆うように封止剤が塗布された電子内視鏡用撮像装置において、前記端面、または前記封止剤の表面の少なくともいずれか一方に、物理的気相成長法により薄膜が形成されたことを特徴とする。

なお、前記薄膜は、前記撮像素子と前記封止剤との外側に露出した境界部分、および前記カバーガラスと前記封止剤との外側に露出した境界部分を覆うように形成されることが好ましい。

また、前記薄膜は、ＭｇＦ₂、またはＳｉＯ₂の少なくともいずれか一方からなることが好ましい。また、前記薄膜は、１００〜１２０ｎｍの膜厚を有することが好ましい。

また、前記薄膜は、常温〜４０℃の雰囲気温度で形成されることが好ましい。また、前記薄膜は、１×１０^-5ｍｂｒ以下の真空度にて形成されることが好ましい。さらに、前記薄膜は、４０〜５０ｎｍ／ｓｅｃの成膜速度で形成されることが好ましい。

本発明の電子内視鏡用撮像装置によれば、カバーガラスの端面、または封止剤の表面の少なくともいずれか一方に、物理的気相成長法により薄膜が形成されるので、撮像素子とカバーガラスとの間の空隙に水分が殆どない状態で封止することができる。また、比較的容易に均一な膜質の薄膜を得ることができる。したがって、撮像素子とカバーガラスとの間の空隙の気密性を向上させることが可能となり、電子内視鏡用撮像装置の信頼性の向上に寄与することができる。また、常温〜４０℃の雰囲気温度で薄膜を形成するため、撮像素子が破損するおそれがない。

図１において、電子内視鏡装置２は、電子内視鏡１０、プロセッサ装置１１、および光源装置（図示せず）などから構成される。電子内視鏡１０は、生体内に挿入される挿入部１２と、挿入部１２の基端部分に連設された操作部１３と、プロセッサ装置１１や光源装置に接続されるコード１４とを備えている。操作部１３には、処置具が挿通される鉗子孔１５が設けられている。また、挿入部１２の先端に連設された先端部１２ａには、生体内撮影用の撮像装置１６（図２参照）が内蔵されている。

プロセッサ装置１１には、撮像装置１６で取得した撮像信号に各種信号処理を施す信号処理回路などが、光源装置には、コード１４を通して電子内視鏡１０に照明光を供給する光源がそれぞれ搭載されており、撮像装置１６で撮像した生体内の画像を、モニタ１７により観察することが可能となっている。

図２において、先端部１２ａには、観察窓２０が設けられている。観察窓２０には、生体内の観察部位の像光を取り込むための対物光学系（レンズ群）２１を保持する鏡筒２２が配設されている。この鏡筒２２の後端には、対物光学系２１を経由した観察部位の像光をＣＣＤ２３に導光するプリズム２４が接続されている。なお、図示はしていないが、先端部１０ａには、生体内の観察部位に光源装置からの照明光を照射するための照明窓や、鉗子孔１５に連通した鉗子出口などが設けられている。

ＣＣＤ２３は、例えばインターライン型のＣＣＤからなる。図３にも示すように、ＣＣＤ２３の撮像面２３ａ上には、四角枠状のスペーサ２５を介して矩形板状のカバーガラス２６が取り付けられている。これらＣＣＤ２３、スペーサ２５、およびカバーガラス２６は、接着剤で互いに接着されて組み付けられる。

ＣＣＤ２３の後端面には、接着剤により回路基板２７が接着されている。また、ＣＣＤ２３と回路基板２７の裏面には、ＣＣＤ２３の電子シャッタの駆動信号を入力するための導電板２８が片側に寄せて懸け渡されている（図３参照）。

ＣＣＤ２３の回路基板２７側には、端子２９が配設されている。端子２９は、ボンディングワイヤ３０により回路基板２７上の端子３１に接続されている。また、回路基板２７の入出力端子３２には、コード１４を介してプロセッサ装置１１に各種信号を入出力するための信号線３３が半田付けされている。

端子２９、３１、およびボンディングワイヤ３０は、封止剤３４により封止されている。また、スペーサ２５、およびカバーガラス２６の端面２５ａ、２６ａを覆うように封止剤３５が塗布されている。封止剤３４、３５は、例えば一液硬化性のエポキシ樹脂からなる。

封止剤３５は、スペーサ２５を介してカバーガラス２６が取り付けられたＣＣＤ２３と回路基板２７とを接着して、ボンディングワイヤ３０により端子２９と端子３１とを接続し、封止剤３４により端子２９、３１、およびボンディングワイヤ３０を封止した後に塗布される。

封止剤３５が塗布された部分を拡大した図４において、封止剤３５の表面、およびＣＣＤ２３と封止剤３５との外側に露出した境界部分４０、およびカバーガラス２６と封止剤３５との外側に露出した境界部分４１にかけて、薄膜４２が形成されている。薄膜４２は、例えばＭｇＦ₂、またはＳｉＯ₂の少なくともいずれか一方からなり、封止剤３５の塗布後に物理的気相成長法により形成される。なお、物理的気相成長法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などがあるが、本実施形態では、電子ビームによる真空蒸着法を挙げて説明する。

薄膜４２の形成にあたっては、境界部分４０、４１を除いて、カバーガラス２６および回路基板２７の表面をカプトン（登録商標）テープによりマスキングし、ＣＣＤ２３の裏面をカプトン（登録商標）テープで蒸着装置の基板取り付け治具に貼り付けた後、カバーガラス２６の表面の塵埃をブロワーで吹き飛ばしてから真空引きを行う。

表１に示すように、薄膜４２は、電子ビーム真空蒸着装置により、真空度が１×１０^-5ｍｂｒ以下の真空中にて、雰囲気温度が常温〜４０℃（基板加熱なし）、４０〜５０ｎｍ／ｓｅｃの成膜（蒸着）速度で、膜厚ｄが１００〜１２０ｎｍとなるように形成される。

次に、上記実施形態による撮像装置１６の製造手順を説明する。まず、ＣＣＤ２３の撮像面２３ａ上に、スペーサ２５を介してカバーガラス２６を取り付ける。

カバーガラス２６の取り付け後、ＣＣＤ２３の後端面に回路基板２７を接着する。次いで、ボンディングワイヤ３０により端子２９と端子３１とを接続し、封止剤３４により端子２９、３１、およびボンディングワイヤ３０を封止する。

封止剤３４により端子２９、３１、およびボンディングワイヤ３０を封止した後、スペーサ２５、およびカバーガラス２６の端面２５ａ、２６ａを覆うように封止剤３５を塗布する。

封止剤３５の塗布後、境界部分４０、４１を除いて、カバーガラス２６および回路基板２７の表面をカプトン（登録商標）テープによりマスキングし、ＣＣＤ２３の裏面をカプトン（登録商標）テープで蒸着装置の基板取り付け治具に複数個並べて貼り付ける。そして、カバーガラス２６の表面の塵埃をブロワーで吹き飛ばしてから真空引きを行い、蒸着物質であるＭｇＦ₂、またはＳｉＯ₂の少なくともいずれか一方を電子ビームにより蒸発させて、４０〜５０ｎｍ／ｓｅｃの成膜（蒸着）速度で、膜厚ｄが１００〜１２０ｎｍとなるように薄膜４２を形成する。

薄膜４２の形成後、ＣＣＤ２３および回路基板２７を蒸着装置から取り出してカプトン（登録商標）テープを剥がし、ＣＣＤ２３と回路基板２７の裏面に導電板２８を片側に寄せて懸け渡す。最後に、鏡筒２２に接続されたプリズム２４に、接着剤によりカバーガラス２６を取り付ける。

上記のように製造された撮像装置１６を電子内視鏡１０の挿入部１２の先端部１２ａに内蔵し、コード１４を介して電子内視鏡１０をプロセッサ装置１１および光源装置に接続し、挿入部１２を生体内に挿入して、撮像装置１６による生体内の観察部位の画像をモニタ１７で観察する。

上記のように、封止剤３５の表面に真空蒸着により薄膜４２を形成したので、ＣＣＤ２３とカバーガラス２６との間の空隙の水分を除去した状態で封止することができる。また、比較的容易に均一な膜質の薄膜４２を得ることができる。また、常温〜４０℃の雰囲気温度で薄膜４２を形成するため、ＣＣＤ２３が破損するおそれがない。

さらに、ＣＣＤ２３と封止剤３５との外側に露出した境界部分４０、およびカバーガラス２６と封止剤３５との外側に露出した境界部分４１にかけて薄膜４２を形成したので、これらの境界部分４０、４１を伝って、ＣＣＤ２３とカバーガラス２６との間の空隙に水分が浸入することを確実に防止することができる。

なお、図５に示すように、上記実施形態の薄膜４２に加えて、スペーサ２５、およびカバーガラス２６の端面２５ａ、２６ａに、薄膜５０を形成してもよい。これにより、もし封止剤３５を通して水分が浸入した場合でも、ＣＣＤ２３とカバーガラス２６との間の空隙の気密性を確保することができる。ここで、図５では薄膜４２に加えて薄膜５０を形成する例を挙げたが、薄膜４２に代えて薄膜５０のみを形成してもよい。

上記の場合、撮像装置１６の製造手順は、まず、上記実施形態と同様に、ＣＣＤ２３の撮像面２３ａ上に、スペーサ２５を介してカバーガラス２６を取り付け、ＣＣＤ２３の後端面に回路基板２７を接着する。次いで、ボンディングワイヤ３０により端子２９と端子３１とを接続し、封止剤３４により端子２９、３１、およびボンディングワイヤ３０を封止する。

封止剤３４により端子２９、３１、およびボンディングワイヤ３０を封止した後、薄膜５０を形成するスペーサ２５、およびカバーガラス２６の端面２５ａ、２６ａを除いて、カバーガラス２６および回路基板２７の表面をカプトン（登録商標）テープでマスキングし、薄膜４２と同様の条件で薄膜５０を形成する。

薄膜５０の形成後、ＣＣＤ２３および回路基板２７を蒸着装置から取り出して、薄膜５０の上から封止剤３５を塗布する。以下、上記実施形態と同様の手順で、撮像装置１６を製造する。

上記実施形態では、封止剤３４により端子２９、３１、およびボンディングワイヤ３０を封止した後、封止剤３５を塗布してから薄膜４２を形成したが、ＣＣＤ２３と回路基板２７との接着やボンディングワイヤ３０の接続を行わずに、スペーサ２５、カバーガラス２６の端面２５ａ、２６ａを覆うように封止剤３５を塗布してから薄膜４２を形成してもよい。この場合、薄膜４２の形成後、ボンディングワイヤ３０で端子２９と端子３１とを接続し、封止剤３４を塗布する。

上記実施形態では、端子２９が回路基板２７側に配設され、裏面に導電板２８が懸け渡されたＣＣＤ２３を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば回路基板２７の反対側にも端子が配設され、スルーホールを介して内部配線により回路基板と接続するＣＣＤを用いた場合についても、本発明は適用することができる。

上記実施形態では、ＣＣＤ２３とカバーガラス２６との間に空隙を空けるために、スペーサ２５を使用しているが、スペーサ２５の代わりに透明接着剤を用いてもよく、カバーガラス２６に脚を形成してもよい。

また、上記実施形態では、いわゆる直視型の電子内視鏡１０を例に挙げて説明したが、側視型の電子内視鏡についても、本発明は有効である。

電子内視鏡装置の構成を示す概略図である。 電子内視鏡の挿入部先端の構成を示す拡大部分断面図である。 ＣＣＤ、スペーサ、カバーガラス、および回路基板の構成を示す分解斜視図である。 封止剤周辺の拡大部分断面図である。 本発明の別の実施形態に係る封止剤周辺の拡大部分断面図である。

符号の説明

２ 電子内視鏡装置
１０ 電子内視鏡
１１ プロセッサ装置
１２ 挿入部
１２ａ 先端部
１６ 撮像装置
２３ ＣＣＤ
２５ スペーサ
２６ カバーガラス
２５ａ、２６ａ 端面
３４、３５ 封止剤
４０、４１ 境界部分
４２、５０ 薄膜

Claims (7)

1. 撮像素子と、前記撮像素子の撮像面上に空隙を空けて取り付けられたカバーガラスとを備え、前記空隙の気密性を確保するために、前記カバーガラスの端面を覆うように封止剤が塗布された電子内視鏡用撮像装置において、
   前記端面、または前記封止剤の表面の少なくともいずれか一方に、物理的気相成長法により薄膜が形成されたことを特徴とする電子内視鏡用撮像装置。
2. 前記薄膜は、前記撮像素子と前記封止剤との外側に露出した境界部分、および前記カバーガラスと前記封止剤との外側に露出した境界部分を覆うように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡用撮像装置。
3. 前記薄膜は、ＭｇＦ₂、またはＳｉＯ₂の少なくともいずれか一方からなることを特徴とする請求項１または２に記載の電子内視鏡用撮像装置。
4. 前記薄膜は、１００〜１２０ｎｍの膜厚を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子内視鏡用撮像装置。
5. 前記薄膜は、常温〜４０℃の雰囲気温度で形成されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電子内視鏡用撮像装置。
6. 前記薄膜は、１×１０^-5ｍｂｒ以下の真空度にて形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電子内視鏡用撮像装置。
7. 前記薄膜は、４０〜５０ｎｍ／ｓｅｃの成膜速度で形成されたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電子内視鏡用撮像装置。
   

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