JP2007007429A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】硬質長を短縮して更なる小型化を実現することが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像素子と、前記固体撮像素子の接点に接続される配線パターンを備えた第1の可撓部によって、前記固体撮像素子と接続される第1の回路基板と、前記第1の回路基板に接続される配線パターンを備えた第2の可撓部によって、前記第1の回路基板と接続される第2の回路基板と、を具備する。
【選択図】図10
【解決手段】固体撮像素子と、前記固体撮像素子の接点に接続される配線パターンを備えた第1の可撓部によって、前記固体撮像素子と接続される第1の回路基板と、前記第1の回路基板に接続される配線パターンを備えた第2の可撓部によって、前記第1の回路基板と接続される第2の回路基板と、を具備する。
【選択図】図10
Description
本発明は、内視鏡の挿入部先端部等に配設される小型の撮像装置に関する。
近年、内視鏡挿入部の先端部内に対物光学系と固体撮像素子及び回路基板などを備えた撮像装置とを配設して、内視鏡観察像を電気的な画像信号として得る電子内視鏡が広く用いられている。このような内視鏡の挿入部先端部など小さなスペースに搭載される撮像装置は、小型化の要求が高く、できるだけ撮像面方向の面積が小さくこれと垂直方向の長さが短いものが望まれている。
電子内視鏡の挿入部先端部は、対物光学系及び撮像装置が内蔵されているため、これらによる硬質部が存在している。よって、撮像装置の長さが短くなるほど先端硬質部も短くでき、挿入時の患者に対する苦痛を軽減できる。
このような撮像装置の小型化技術については種々提案されており、例えば特開平7−108037号公報には、撮像装置に信号ケーブルを接続固定する構造を改良した構成例として、電子部品が実装された回路基板を固体撮像素子に対して垂直に配置して接続し、この回路基板の後端側に接続される信号ケーブルを機能が異なる2種類以上の接着剤を用いて接続固定したものが開示されている。
内視鏡の挿入部は、細径化が第一に優先されるため、撮像装置の撮像面方向の面積を小さくするために回路基板を固体撮像素子に対して垂直に設けるのが一般的である。よって撮像装置の更なる小型化を実現するには、回路基板の挿入部方向の長さを短くして硬質長を短縮することが望まれる。
従来の撮像装置の構成では、回路基板において電子部品を実装したり信号ケーブルを電気接続するためのスペースを確保するために、固体撮像素子に垂直に設けた回路基板を挿入部後方に延ばして必要な実装面積を得るようにしていた。しかしこのような構成では、回路基板が挿入部方向に長くなってしまい、撮像装置の硬質長短縮が困難であった。
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたもので、硬質長を短縮して更なる小型化を実現することが可能な撮像装置を提供することを目的としている。
本発明の撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子の接点に接続される配線パターンを備えた第1の可撓部によって、前記固体撮像素子と接続される第1の回路基板と、前記第1の回路基板に接続される配線パターンを備えた第2の可撓部によって、前記第1の回路基板と接続される第2の回路基板と、を具備したことを特徴とする。
本発明によれば、硬質長を短縮して更なる小型化を実現することが可能な撮像装置を提供することができる。
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は本発明の第1の実施形態に係り、図1は電子内視鏡の挿入部先端部に配設される撮像装置の構成を示す挿入部長手軸方向断面図、図2は電子内視鏡装置のシステム構成を示す構成説明図、図3は信号ケーブルユニット端部のケーブル口金の構成を示す斜視図、図4は信号ケーブルユニットと回路基板との接続部の構成を示す組立説明図である。
まず図2を参照して電子内視鏡装置の概略構成を説明する。電子内視鏡1は、被検部位へ挿入する細長の挿入部2と、挿入部2の基端部に連設され挿入部先端側の湾曲操作や送気送水操作、ビデオ信号の操作等を行うための把持部を兼ねた操作部3と、操作部3より延設されライトガイド等を内蔵したユニバーサルコード4と、ユニバーサルコード4の端部に設けられ照明光を供給する光源装置5に接続するためのコネクタ部6とを有して構成される。コネクタ部6の側部には接続ケーブル7が接続されて延出しており、この接続ケーブル7を介して信号処理装置8が接続されている。
光源装置5より出力される照明光はユニバーサルコード4、操作部3、挿入部2内を伝送されて挿入部先端より出射され、被検部位を照明する。被検部位の光学像は、電子内視鏡1の挿入部先端部に設けられた撮像装置によって光電変換されて電気的な画像信号となり、信号処理装置8に送られて各種信号処理が施され、ビデオ信号となって図示しないモニタ等で観察できるようになっている。
挿入部2の先端部9には硬質の先端構成部材が設けられ、この先端構成部材には図1に示すような撮像ユニット10が取り付けられると共に、図示しない対物光学系、照明光学系、ライトガイド、処置具チャンネル、送気送水チャンネル、送気送水ノズルなどが取り付けられ、これらの構成要素が先端構成部材により保持固定されている。
操作部3には、吸引ボタン11,送気送水ボタン12,及び電気スイッチからなる操作スイッチ13が設けられている。操作スイッチ13の取付け位置は後述するように術者の好みによって変更可能となっている。
図1を基に本実施形態の撮像ユニット10の構成について説明する。
レンズ枠14には、図中左側延長部分に図示しない対物レンズ群が収納され、これらの対物光学系を保持している。レンズ枠14の後端部には、略円柱状に形成された光軸調整レンズ15が取り付けられ、光軸調整レンズ15の反対側の面には固体撮像素子16の受光面17が接着されて取り付けられている。光軸調整レンズ15は、受光面17を完全に覆うことができる大きさに形成され、部材加工などにより起こる光軸のずれを補正するため、固体撮像素子16の受光面17側に設けられたボンディングパッド18を覆わないように受光面17上で位置決めされて接着される。
挿入部2の先端部9へ入射した被写体像の光線は、光軸が挿入部長手方向に設けられた対物レンズ群で集光され、光軸調整レンズ15を通って固体撮像素子16の受光面17に結像されて受光され、受光部19において光電変換されて電気信号に変換される。
固体撮像素子16の背面側には、回路基板20が当接して設けられ、固体撮像素子16と回路基板20とがフレキシブル基板21によって電気的に接続されている。フレキシブル基板21は、例えば屈曲自在なポリイミド基材22の片面に銅などの配線パターン23を形成したTAB(Tape Automated Bonding)テープで構成されており、配線パターン23の両端がバンプ24を介して固体撮像素子16のボンディングパッド18と回路基板20の端子部にそれぞれ電気接続されている。そして、この電気接続部は封止剤25で覆われて保護されている。
なお、固体撮像素子16と回路基板20とは、互いに面接触して配設された構成に限らず、接着等によって固定しても良いし、接触面上で電気的に接続しても良い。接触面上で電気的に接続する構成の場合、バンプを封止する封止剤やリードフレームなどを設けずに済むため、これらがない分撮像ユニットを小型化することができる。
本実施形態の撮像ユニットに設けられる回路基板20は、固体撮像素子16に対して平行な平行基板部20aと垂直な垂直基板部20bとを有した略L字状の形状に形成されている。回路基板20における平行基板部20aの固体撮像素子16と反対側の面には、信号ケーブルユニット26が異方性導電シート27を介して電気的に導通接続されている。また、回路基板20における垂直基板部20bの信号ケーブルユニット26とは反対側の面には、電子部品28が実装されている。
信号ケーブルユニット26の構成を図1,図3及び図4を基に説明する。信号ケーブルユニット26は、複数の信号線を束ねた信号ケーブル29の端部に円管状のケーブル口金30が装着されて構成されている。ケーブル口金30の一端には平板状に突出した接合部31が設けられており、他方の貫通孔端部の内面には斜めに面取りされた面取り部30aが形成されている。
信号ケーブル29は、絶縁体付きの同軸線からなる複数の信号線32が束ねられた外周が総合シールド33で覆われ、さらにその外周が総合シース34で覆われて構成されている。この信号ケーブル29は保護チューブ35に挿入されて外周が被覆され、先端側の総合シース34及び総合シールド33が図4に示すようにストリップされてケーブル口金30に嵌入される。なお、総合シールド33の内周側に図3に示すように絶縁シース36が設けられていても良い。このとき、ケーブル口金30の接合部31を信号ケーブル29の先端側になるように両者を係合させ、ケーブル口金30と絶縁シース36または信号線32と絶縁シース36の隙間に接着剤37を充填させ硬化させる。そして、ケーブル口金30の接合部31と信号ケーブル29の先端面とが略同一面になるように、信号ケーブルユニット26の挿入部先端側の面を研磨する。
このように構成された信号ケーブルユニット26は、先端面の接合部31において異方性導電シート27を介して回路基板20と電気的に接続され、接着剤によって固定される。また、信号ケーブルユニット26において、信号ケーブル29の内部にある総合シールド33は前記面取り部30aにてケーブル口金30と接触して電気的に導通している。
なお、ケーブル口金30は、四角柱と円柱とを組み合わせて一体化したものに限らず、図5に示すように四角柱状の部材に円管状の貫通孔を設けて構成したケーブル口金42を用いても良い。この場合、加工性が向上するため、部品コストを低減できる。また、ケーブル口金42の端面及び側面は回路基板20よりはみ出さないレベルでできるだけ広い面積を確保することにより、信号ケーブル29のねじれによる応力に対する耐性を向上できる。
固体撮像素子16及び回路基板20の外周部には、円筒状のシールド用金属体38が設けられ、先端側がレンズ枠14に保持固定されている。シールド用金属体38は、回路基板20の垂直基板部20b後端までの長さを有し、固体撮像素子16及び回路基板20上の電子部品28を覆って遮蔽している。また、ケーブル口金30の外周面とシールド用金属体38との間には導電性接着剤39が設けられ、導電性接着剤39を介して電気的な導通が確保されている。
シールド用金属体38及び信号ケーブル29の先端側は、電気絶縁性収縮チューブ40で被覆されており、この電気絶縁性収縮チューブ40によって撮像ユニット10全体が保護されている。前記信号ケーブル29を被覆している保護チューブ35は、回路基板20の垂直基板部20b後端面と電気絶縁性収縮チューブ40後端面との間で固定糸41によって糸しばりされて固定されている。また、シールド用金属体38及び電気絶縁性収縮チューブ40によって囲まれた内部空間には、接着剤37が充填されている。
本実施形態の撮像ユニット10では、回路基板20は固体撮像素子16に対して平行な平行基板部20aと固体撮像素子16に対して垂直な垂直基板部20bとを有する略L字形状の基板で構成され、平行基板部20aの背面に信号ケーブルユニット26を電気的に接続し、この平行基板部20aに実装できなかった電子部品28を垂直基板部20bに実装するような構造となっている。すなわち、電子部品の実装部や信号ケーブルの接続部は固体撮像素子に対して平行な平行基板部にできるだけ設け、実装面積が足りない場合のみ固体撮像素子に対して垂直な垂直基板部を挿入部後方へ延設して電子部品の実装または信号ケーブルの電気接続を行うようにしている。
この構成により、固体撮像素子16と垂直な垂直基板部20bを挿入部長手方向に必要以上延ばす必要がなく、実装面積を変更することなく撮像装置の長さを短縮でき、この結果挿入部先端部の硬質長を短縮することができる。また、信号ケーブルユニット26のケーブル口金30は回路基板20の垂直基板部20bの側部に配設されて平行基板部20aに接着固定されているため、信号ケーブルユニット26の電気接続部において信号ケーブル29の煽りに対する耐性を向上させることができる。
ここで、電子内視鏡1の操作部3に設けられる取付け位置を変更可能な操作スイッチ13の構成例を示す。図6及び図7は操作スイッチの第1の構成例を示したものであり、図6は操作部の斜視図、図7は図6のA部における断面図である。
操作スイッチ13の取付部分には溝51が設けられ、操作スイッチ13はこの溝51に沿って移動でき、術者の好みによって位置変更が可能である。操作スイッチ13の電気スイッチ52は、スイッチボックス53内に挿入され、バネやゴムなどの弾性を有する部材からなるスペーサ54の中を挿通して座金55とスペーサ54とでスイッチボックス53を挟み込んだ状態として、端部をナット56によって締め付けて押さえることによりスイッチボックス53に対して移動可能に固定されている。
電気スイッチ52より延出したスイッチ用電線57は、操作部3,ユニバーサルコード4内を挿通され、接続ケーブル7を介して信号処理装置8に電気的に接続されている。操作スイッチ13を押圧操作することによって、電気スイッチ52からスイッチ用電線57を経て信号処理装置8に至る電気回路が閉回路となり、電子内視鏡1を用いて信号処理装置8の遠距離操作を行うことができる。
操作部3のスイッチボックス53の外周には、溝51から水蒸気や薬液等が電子内視鏡内部へ侵入しないように、ゴム等からなる水密用部材58が設けられ、電気スイッチ52及び溝51を完全に覆うようになっており、電子内視鏡の内外の水密が保たれている。なお、図6は水密用部材58を取り除いた状態を示している。
このように、操作スイッチの取付け位置を変更可能に設けることにより、術者の好みによって操作スイッチの位置を設定することができ、操作性の優れた操作部を提供することができる。
図8は操作スイッチの第2の構成例を示した操作部の斜視図である。第2の構成例は、第1の構成例の溝51の代わりに十字溝59を設けたものである。なお、図8は水密用部材58を取り除いた状態を示している。このように溝を十字溝に形状変更することにより、2方向に移動可能であるので電気スイッチ52の位置決めの自由度が増し、微妙な位置決めが可能となるため、より最適な状態となるよう術者の好みによって位置変更することができる。
図9は操作スイッチの第3の構成例を示した操作部の斜視図である。第3の構成例は、スイッチボックス53に電気スイッチを内蔵した大型の押圧部分を有するスイッチ本体60が設けられ、このスイッチ本体60の上にスイッチカバー61を被せるような構造となっている。スイッチカバー61は、スイッチカバー本体62に小突起63が突設されて構成されており、例えばスイッチカバー本体62に対し小突起63の位置が異なるものを複数用意しておき、術者の好みに応じた小突起63の位置のスイッチカバー61を選択できるようになっている。このようなスイッチカバー61をスイッチ本体60にはめ合わせて使用する。
スイッチカバー61の小突起63を押すと機械的にスイッチ本体60が押されて内部の電気スイッチがオンする。これにより、スイッチ本体60からスイッチ用電線57を経て信号処理装置8に至る電気回路が閉回路となり、電気内視鏡1を用いて信号処理装置8を遠距離操作することができる。
なお、第3の構成例のスイッチボックス53は、スイッチカバー61を取り付けなくても水蒸気や薬液等が電子内視鏡内部へ浸入しないように、スイッチ本体60の周囲には図示しない水密用の充填剤が注入されて水密が保たれている。
このように小突起の位置が異なるスイッチカバーを複数用意して術者の好みに応じて交換することにより、操作スイッチの位置をより簡単に設定することができる。
以上の操作スイッチの各構成例によれば、術者の好みによって操作スイッチの位置を容易に移動させて設定することができ、操作性を向上させることが可能となる。
図10及び図11は本発明の第2の実施形態に係り、図10は撮像装置の構成を示す挿入部長手軸方向断面図、図11は回路基板の組み立て構成を示す構成説明図である。
第2の実施形態の撮像ユニット70は、図1に示した第1の実施形態における回路基板の構成を変更した構成例である。また、シールド用金属体及び電気絶縁性収縮チューブの代わりに導電性と絶縁性の2層の収縮チューブで被覆した構成となっている。
固体撮像素子16の後方に設けられる回路基板71は、固体撮像素子16に対して平行な第一回路基板71aと垂直な第二回路基板71bとにより構成され、これらの基板がフレキシブル基板21で接続されている。フレキシブル基板21は、例えば屈曲自在なポリイミド基材22の片面に銅などの配線パターン23を形成したTABテープで構成されている。
第一回路基板71aの一端の片面には溝部72が設けられ、この溝部72と第二回路基板71bとはバンプ24を介してフレキシブル基板21によって電気的に接続されている。そして、この電気接続部は封止剤25によって硬化されて保護されている。
このように構成した回路基板71の第一回路基板71aと固体撮像素子16とを第1の実施形態と同様にフレキシブル基板21によって電気的に接続した後、第一回路基板71aの溝部72が設けられている面と固体撮像素子16の背面とを面接触させて固定する。その後、第一回路基板71aと第二回路基板71bを接続しているフレキシブル基板21を曲げて、第一回路基板71aの背面73と第二回路基板71bの端面74とを面接触させて固定することにより、図10に示すようにL字形状の回路基板を構成できる。
なお、第一回路基板71aに設けた溝部72の深さは、封止剤25が固体撮像素子16の背面に接しない程度に形成されている。また、第一回路基板71aと第二回路基板71bとの接続は、フレキシブル基板の代わりにワイヤボンディングを用いて電気接続しても良い。
固体撮像素子16及び回路基板71の外周部は、レンズ枠14から固体撮像素子16,電子部品28,信号ケーブル29の先端部までを覆うように電気導電性収縮チューブ75で被覆され、電気導電性収縮チューブ75がこれらの部材に密着している。また、信号ケーブル29の総合シールド33とケーブル口金30とは第1の実施形態と同様に面取り部で接触して電気的に導通しており、さらにケーブル口金30の外周面と電気導電性収縮チューブ75とが面接触して、信号ケーブル29の総合シールド33及びケーブル口金30と電気導電性収縮チューブ75との電気的な導通が確保されている。
また、電気導電性収縮チューブ75とは電気的に絶縁すべき部材、例えばフレキシブル基板21と電気導電性収縮チューブ75との間の空間などには、接着剤37が充填されて電気的に絶縁されている。
さらに、電気導電性収縮チューブ75の外周は、電気絶縁性収縮チューブ76が密着して被覆されており、この電気絶縁性収縮チューブ76によって撮像ユニット70全体が保護されている。
前記電気導電性収縮チューブ75と電気絶縁性収縮チューブ76は、熱収縮特性または弾性収縮特性を有する収縮チューブによって構成されている。なお、電気導電性収縮チューブ75と電気絶縁性収縮チューブ76は、導電性と絶縁性の2層のチューブが一体構造になった収縮チューブを用いても良い。
その他の部分は図1に示した第1の実施形態と同様に構成されており、説明を省略する。
第2の実施形態では、溝部を設けた第一回路基板71aと第二回路基板71bとをフレキシブル基板21で電気接続し、フレキシブル基板21を折り曲げることによってL字状の回路基板を形成している。この構成によれば、現在可能な技術を用いて比較的容易にL字状の回路基板を構成できるため、加工性が良好であり、回路基板の組立時の手間や加工コストを低減することができる。従って、第1の実施形態の効果に加えて、より安価かつ容易に回路基板を構成でき、より簡易な構成で硬質長を短縮した撮像装置を提供することができる。
また、電気導電性収縮チューブ75によって固体撮像素子16及び回路基板71の外周部が覆われ、内部の固体撮像素子16や電子部品28などが外部からの電気ノイズより遮蔽されている。このように撮像ユニットの外周を電気導電性収縮チューブ75で覆って遮蔽することにより、第1の実施形態のように固体撮像素子16や電子部品28などを電気的に遮蔽するためのシールド用金属体を設ける必要がなく、撮像装置の耐電気ノイズ性を保ちつつ撮像装置の外径を細くすることができる。従って、撮像装置の径方向の寸法を大きくすることなく、外部からの耐電気ノイズ性に優れた撮像装置を提供できる。
図12は本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の構成を示す側面図である。図12では、固体撮像素子16,回路基板20,電子部品28及び78,信号ケーブル77の位置関係のみを示している。
第3の実施形態の信号ケーブル77は、1本の同軸ケーブルまたは複数の同軸ケーブルが平行に設けられたフラットケーブル等で構成されており、回路基板20の垂直基板部において電子部品28と反対側の面に電気接続されている。また、電子部品28に加えて他の電子部品78が設けられ、回路基板20の水平基板部に実装されている。
なお、回路基板20は、第2の実施形態のように2つ以上の硬性基板を電気接続して水平基板部と垂直基板部を有するように形成したものを用いても良い。
また、第3の実施形態の変形例として、固体撮像素子16と回路基板20をフレキシブル基板を介して電気接続する構成に代えて、図13に示すように、固体撮像素子16の背面にリード79が延設されたものを使用し、このリード79を回路基板20に直接電気的に接続する構成としても良い。
このように、固体撮像素子に平行な平行基板部と垂直な垂直基板部とを設け、水平基板部にも電子部品を実装して垂直基板部の電子部品実装部とは反対側の面に信号ケーブルを電気接続した第3の実施形態の構成においても、第1の実施形態と同様に、回路基板の実装面積を減少させずに、回路基板の挿入部長手方向の長さを短縮でき、撮像装置の硬質長を短縮することができる。
図14は本発明の第4の実施形態に係る撮像装置の構成を示す側面図である。第4の実施形態は、第3の実施形態の回路基板の形状を一部変更した構成例である。
第4の実施形態の回路基板80は、固体撮像素子16に対して平行な平行基板部が固体撮像素子16の背面と略同一形状に形成され、この平行基板部より固体撮像素子16に対して垂直な垂直基板部が延出した構造となっている。その他の部分は図12に示した第3の実施形態と同様に構成されており、説明を省略する。
第4の実施形態の構成では、第3の実施形態に比べて回路基板80と固体撮像素子16との接触面積が広がるので、回路基板80の位置決めや回路基板80の固定作業が容易となり、第3の実施形態の効果に加えて、より組立作業性を向上させることができる。
[付記]
(1) 前記回路基板は、2つ以上の硬性基板をTABテープ等のフレキシブル基板によって電気的に接続したものであることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
(1) 前記回路基板は、2つ以上の硬性基板をTABテープ等のフレキシブル基板によって電気的に接続したものであることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
(2) 前記平行基板部または前記垂直基板部の少なくとも一方の基板に電子部品を実装したことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
10…撮像ユニット
14…レンズ枠
16…固体撮像素子
20…回路基板
20a…平行基板部
20b…垂直基板部
21…フレキシブル基板
26…信号ケーブルユニット
28…電子部品
29…信号ケーブル
30…ケーブル口金
38…シールド用金属体
40…電気絶縁性収縮チューブ
14…レンズ枠
16…固体撮像素子
20…回路基板
20a…平行基板部
20b…垂直基板部
21…フレキシブル基板
26…信号ケーブルユニット
28…電子部品
29…信号ケーブル
30…ケーブル口金
38…シールド用金属体
40…電気絶縁性収縮チューブ
Claims (5)
- 固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の接点に接続される配線パターンを備えた第1の可撓部によって、前記固体撮像素子と接続される第1の回路基板と、
前記第1の回路基板に接続される配線パターンを備えた第2の可撓部によって、前記第1の回路基板と接続される第2の回路基板と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。 - 前記第2の可撓部は、前記第1の回路基板に対して前記第1の可撓部とは反対側で前記第1の回路基板に接続されることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第1の可撓部および前記第2の可撓部は樹脂材を基材として構成されたフレキシブル基板であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記樹脂材はポリイミドにより構成されることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 前記第1の可撓部および前記第2の可撓部が屈曲された状態で、前記第1の回路基板および前記第2の回路基板が配置されることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
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