JP2009210996A - 撮像モジュール、撮像モジュールの製造方法、撮像モジュールの組立方法、撮像モジュールを用いた内視鏡及び撮像モジュールを用いたカプセル型内視鏡 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フランジ部11aを有するレンズ11とレンズ11におけるフランジ部11aの先端部11a1近傍を除く外周面を遮光する枠部材13とを含むレンズの組部材10と、フランジ部11aの先端部11a1が突き当てられる撮像素子20と、レンズの組部材10及び撮像素子20の周囲に配置された照明素子30と、を含む撮像モジュールにおいて、フランジ部11aにおける、枠部材13により遮光されない露出部位11a2に、照明素子30の発光面30aからの出射光が直接届かないようにする。
【選択図】図1
Description
フランジを有するレンズにおけるフランジ部の周囲には、光を遮光する機能を有し、さらにフランジ部を備えないレンズを組み合わせる場合に、それらのレンズの位置決めを行う機能を備えた遮光部材(枠部材)が設けられる。ここで、遮光部材の先端部が撮像素子(又は撮像素子を保持する基板)に突き当たるようにすると、その突き当たり部位での誤差が生じ、しかも、遮光部材の気温の変化による伸縮を生じ易くなる。その結果、合焦位置が光軸方向に微妙にズレてしまう。
特に、撮像面の上に保護用のカバーガラスを有さない撮像素子を用いた撮像モジュールにおいては、微小な異物であっても画像に映り、観察に大きな悪影響を与えてしまう。
図1は本発明の第一実施形態にかかる撮像モジュールの概略構成を示す説明図である。
第一実施形態の撮像モジュールは、結像レンズ10と、撮像素子20と、照明素子30を有して構成されている。なお、図1中、14は明るさ絞り、30aは照明素子の発光面(発光範囲)、40は基板である。
レンズ11は、射出成型により製造され、フランジ部11aとレンズ部11bとを一体的に備えている。射出成型時のゲートは、フランジ部11aにおいて撮像素子20に近い位置に設けられており、フランジ部11aには、ゲートの対応部位にゲート跡(図示省略)が残っている。
枠部材13は、遮光性の材料で製造されている。また、枠部材13は、レンズ11,12の外周部の所定領域を保持しレンズ11に対するレンズ12の位置決めを行うとともに、レンズ11におけるフランジ部11aの先端部11a1近傍を除くレンズ11,12の外周部の略全てを覆うように配置されている。
そして、結像レンズ10は、レンズ11,12、枠部材13が組み合わさって一つの組部材となっている。なお、結像レンズ10は2つのレンズ11,12からなる構成に限定されず、3つ以上のレンズで構成してもよい。なお、その場合には、最も撮像素子に近いレンズをレンズ10と同様のフランジ部11aを有するレンズ11として構成すればよい。
撮像素子20には、フランジ部11aの先端部11a1が突き当てられている。
照明素子30は、結像レンズ10及び撮像素子20の周囲に配置されている。
また、枠部材13の先端部13aと撮像素子20の縁部20bとの間の露出領域16は、黒色塗料を配合した遮光性の接着剤17で封止されている。
図2は本発明の第二実施形態にかかる撮像モジュールの概略構成を示す説明図である。
第二実施形態の撮像モジュールでは、基板40は、撮像素子20と照明素子30を保持する部位が同じ高さの平面に形成されており、第一実施形態の撮像モジュールのように、フランジ部における枠部材13により遮光されない露出部位11a2は、照明素子30の発光面(発光範囲)30aと略同じ位置にある。
その代わりに、第二実施形態の撮像モジュールでは、照明素子30における、露出部位11a2を照射可能な範囲30a1が、遮光部材31で遮光されており、これによって、フランジ部11aにおける、枠部材13により遮光されない露出部位11a2に、照明素子30の発光面30aからの出射光が直接届かないようになっている。
また、枠部材13の先端部13aと基板40における撮像素子20の周囲との間は、黒色塗料を配合した遮光性の接着剤17で封止されている。
その他の構成は、第一実施形態の撮像モジュールと略同じである。
その他の作用効果は、第一実施形態の撮像モジュールと略同じである。
図3は本発明の第三実施形態にかかる撮像モジュールの概略構成を示す説明図である。
第三実施形態の撮像モジュールでは、撮像素子20と照明素子30は、支持板41を挟んで支持板41に夫々取り付けられ、略同一平面上に配置されている。
また、枠部材13には、フランジ部11aの外周面に形成されているゲート跡11cを通すように形成されており、ゲート跡11cを枠部材13の外部に露出させている。
このため、照明素子30の発光面からの出射光が、フランジ部11aにおける枠部材13により遮光されない露出部位11a2及びゲート跡11cの端面11c1に、直接届くようになっている。
その代わりに、第三実施形態の撮像モジュールでは、フランジ部11aの内周面11a’が、径が撮像素子20に近づくほど大きくなるように形成された傾斜面をなし、且つ、表面粗さRaが1.6μm以下の略鏡面に構成されている。
なお、内周面11a’の表面粗さRaは、1.6μm以下にすると、滑らかな面仕上げとなって、出射面からの散乱光が減り、略鏡面とみなすことができる。
また、内周面11a’の表面粗さRaを0.2μm以下にすれば、更に散乱光の強度が略無視できる程度の強度になるので好ましい。
図4は本発明の第四実施形態にかかる撮像モジュールの要部の構成を示す説明図である。
第四実施形態の撮像モジュールでは、フランジ部11aの内周面11a’が、径が撮像素子20に近づくほど大きくなるように形成された傾斜面をなし、且つ、この傾斜面に対する垂線と撮像素子20の撮像面20aとのなす角度θがsin-1(1/n)以上(但し、nはフランジ部11aを有するレンズ11の屈折率)の角度を有する面で構成されている。
その他の構成は、第三実施形態の撮像モジュールと略同じである。
しかるに、第四実施形態の撮像モジュールによれば、径が撮像素子20に近づくほど大きくなるように形成された傾斜面をなし、且つ、この傾斜面に対する垂線と撮像素子20の撮像面20aとのなす角度θがsin-1(1/n)以上(但し、nはフランジ部11aを有するレンズ11の屈折率)の角度を有する面で構成されている。このような角度の傾斜面にすると、フランジ部11aの内部に入射し平行に進む光は、フランジ部11aの内周面11a’から出射せずに、内周面11a’で反射される。このため、撮像面20aに光が到達しなくなり、フレアを防止することができる。
上述のように、屈折率が1.56以上の樹脂を用いると、フランジ部11aの内周面11a’の傾斜面に対する垂線と撮像素子20の撮像面20aとのなす角度θを40°未満の値にすることができ(例えば、屈折率が1.56の樹脂を用いた場合は、39.9°≦θ<40°、屈折率が1.56の樹脂を用いた場合は、37.3°≦θ<40°となるようにすることができる)、フランジ部11aを有するレンズ11の小型化に有利となる。
図5は本発明の第五実施形態にかかる撮像モジュールの製造方法の要部説明図である。
第五実施形態の撮像モジュールの製造方法は、次の手順を含んでいる。
まず、フランジ部11aを有するレンズ11におけるフランジ部11aの先端部11a1を撮像素子20の撮像面20aに突き当て、図示省略した光硬化型接着剤等の接着剤を用いて固定する。これにより、フランジ部11aを有するレンズ11における撮像素子20側の面及び撮像素子20の撮像面20aは外気から遮断された状態となる。
次いで、フランジ部11aを有するレンズ11のレンズ部11bにおける物体側の面11b1にコーティングを施す。詳しくは、例えば、図5に示すように、フランジ部11aの先端部11a1を撮像素子20に突き当て固定されたフランジ部11aを有するレンズ11におけるフランジ部11aの外周面11a”における最もレンズ部11bに近い部位にコートヤトイ51を介在させる。次いで、レンズ部11bにおける物体側の面11b1に、レンズとしての機能を強化(例えば、傷防止、反射防止、紫外線カット、耐衝撃性の向上等)するための所定の樹脂等のコーティングを施す。
図6は本発明の第六実施形態にかかる撮像モジュールの組立方法の説明図であり、(a)は組立工程の手順を示す説明図、(b)は(a)の組立工程における第1の切断工程におけるゲート跡の切断位置を示す説明図である。
第六実施形態の撮像モジュールの組立方法による撮像モジュールの組立は、図6(a)に示す手順で行う。
次いで、ゲート跡11cを、フランジ部11aにおけるゲート跡11cを含まない位置から所定長残るように切断する。即ち、図6(b)に示すように、ゲート跡11cにおけるフランジ部11の外周面11a”から所定長離れた部位を切断する(第1の切断)。この場合、1mm以上離れた部位を切断すると、後述する把持部材52を介したゲート部11cの把持を確実に行うことができるので好ましい。
次いで、フランジ部11aを有するレンズ11に対して、枠部材13や、フランジ部11aを有するレンズ11に組み合わせるレンズ12など他の光学部材を組み付ける。
また、ゲート跡11cを把持しながらフランジ部11aの先端部11a1を撮像素子20への突き当てを行うようにしたので、レンズ部11bに接触せず、レンズ面に傷が付くことがない。
なお、ゲート跡11cの露出部には、遮光性の接着剤又は塗料を塗布すると好ましい。このようにすると、照明素子30からの光を遮光して、フレアを防止し易くなる。
図7は本発明の第七実施形態にかかる撮像モジュールの組立方法における要部の組立工程の手順を示す説明図である。
第七実施形態の撮像モジュールの組立方法は、第六実施形態の撮像モジュールの組立方法の変形例であり、第1の切断後の手順が、図7に示すように第六実施形態と異なる。
次いで、把持部材52で把持された状態のフランジ部11aを有するレンズ11に対して、枠部材13や、フランジ部11aを有するレンズ11に組み合わせるレンズ12など他の光学部材を組み付ける。
次いで、組み付けた部材における、ゲート跡11cを把持部材52で把持しながら、フランジ部11aの先端部11a1を撮像素子20の撮像面20aに突き当て、図示省略した光硬化型接着剤等の接着剤を用いて固定する。
次いで、ゲート跡11cの露出部に遮光性の接着剤17又は塗料(図示省略)を塗布する。
また、ゲート跡11cを把持しながら他の光学部材の組み付け及びフランジ部11aの先端部11a1を撮像素子20への突き当てを行うようにしたので、レンズ部11bに接触せず、レンズ面に傷が付くことがない。
また、ゲート跡11cの露出部に遮光性の接着剤又は塗料を塗布するようにしたので、照明素子30からの光を遮光して、フレアを防止し易くなる。
図8は本発明の第八実施形態にかかる撮像モジュールの要部の構成を示す説明図である。
第八実施形態の撮像モジュールは、射出成型により製造されたフランジ部11aを有するレンズ11と、レンズ11の周囲に配置された照明素子(図示省略)とを含む撮像モジュールにおいて、射出成型時に形成されたゲート跡11cの切断面(端面11c1)が、ゲート跡11cの長手方向に垂直な面に対して傾斜するように切断されている。
なお、本実施形態の撮像モジュールでは、ゲート部11cの切断面11c1を上述のように斜めに切断したことにより、照明素子30からの光の強度を弱める効果が得られるため、ゲート跡11cの切断面11c1に塗布する遮光性の接着剤又は塗料は、半透明程度の遮光性があれば、十分にフレア防止の効果が得られる。
図9は本発明の第九実施形態にかかる撮像モジュールの要部の構成を示す説明図である。
第九実施形態の撮像モジュールは、フランジ部11aを有するレンズ11と、レンズ11の周囲に配置された照明素子30とを含む撮像モジュールにおいて、照明素子30が、フランジ部11aを有するレンズ11の中心Oとゲート跡11cの中心部11coとを結んだ延長線L1上から外れた位置に配置されている。なお、図9中、11ceはゲート跡11cの端部である。
図10は本発明の第十実施形態にかかる撮像モジュールの要部の構成を示す説明図、図11は図10の変形例にかかる撮像モジュールの要部の構成を示す説明図である。
第十実施形態及びその変形例の撮像モジュールは、フランジ部11aを有するレンズ11と、レンズ11の周囲に配置された照明素子30とを含む撮像モジュールにおいて、照明素子30が、フランジ部11aを有するレンズ11の中心Oとゲート跡11cの端部11ceとを結んだ延長線で挟まれる範囲A1から外れた位置に配置されている。
そこで、次に本発明の撮像モジュールを用いた内視鏡の構成例を示す。
図12は本発明の実施例1にかかる撮像モジュールを用いたカプセル内視鏡の概略構成を示す断面図である。
図12のカプセル内視鏡は、透明カバー61aと内視鏡本体ハウジング61bとからなるカプセル61の内部に、撮像モジュール62と、制御基板63と、電池64と、無線装置65を有している。
透明カバー61aは、略半球形状に形成されており、内視鏡本体ハウジング61bの先端に設けられている。
撮像モジュール62は、図7に示した第7実施形態の撮像モジュールの組立方法により組み立てられた撮像モジュールと同様に構成され、透明カバー61aの内部に配置されている。なお、撮像モジュール62には、上記各実施形態における撮像モジュール、撮像モジュールの製造方法により製造された撮像モジュール、撮像モジュールの組立方法により組み立てられた撮像モジュールのいずれを用いてもよい。
制御基板63は、撮像モジュール62に備わる発光素子30を駆動制御する回路、撮像モジュール62に備わる撮像素子20を駆動制御する回路、撮像素子20で撮像された信号を画像信号に生成する回路、及び無線装置64を駆動制御する回路等63aを備えている。
電池64は、撮像素子20、制御基板63における各回路、無線装置64等に電力を供給する。
無線装置64は、撮像素子20で撮像された信号を画像信号に生成する回路により生成された画像信号を電波として外部の受信装置に送信する。
図13は本発明の実施例2にかかる撮像モジュールを備えた内視鏡の概略構成を示す断面図である。
実施例3の内視鏡は、透明カバー61a’と内視鏡本体ハウジング61b’とからなる先端挿入部61’の内部に、撮像モジュール62’と、制御基板63’を有している。なお、図13中、64’は鉗子孔である。
透明カバー61a’は、略半円筒形状に形成されており、内視鏡本体ハウジング61b’の先端に設けられている。
撮像モジュール62’は、図7に示した第7実施形態の撮像モジュールの組立方法により組み立てられた撮像モジュールと同様に構成され、透明カバー61a’の内部に配置されている。なお、撮像モジュール62’には、上記各実施形態における撮像モジュール、撮像モジュールの製造方法により製造された撮像モジュール、撮像モジュールの組立方法により組み立てられた撮像モジュールのいずれを用いてもよい。
制御基板63’は、撮像モジュール62’に備わる発光素子30を駆動制御する回路、撮像モジュール62’に備わる撮像素子20を駆動制御する回路、及び撮像素子20で撮像された信号を画像信号に生成する回路等63a’を備えている。
しかし、そのような構成にすると、上述のようにフレア光やゴミの混入等の問題が生じ易く、鮮明な画像が得られ難い。
しかるに、図12、図13に示した実施例1、2のカプセル内視鏡、内視鏡によれば、本実施形態の撮像モジュールを用いたので、フレアやゴミの混入を防止して、鮮明な画像を取得することができる。
11,12 レンズ
11a フランジ部
11a’ フランジ部の内周面
11a” フランジ部の外周面
11a1 フランジ部の先端部
11a2 枠部材により遮光されない露出部位
11b レンズ部
11b1 レンズ部における物体側の面
11c ゲート跡
11c1 ゲート跡の端面
11c2 ゲート跡の側面
11ce ゲート跡の端部
11co ゲート跡の中心部
13 枠部材
13a 枠部材の先端部
14 明るさ絞り
15 光硬化型接着剤
16 露出領域
17 遮光性の接着剤
20 撮像素子
30 照明素子
30a 発光面(発光範囲)
31 遮光部材
40 基板
40a 撮像素子を保持する部位
41 支持板
51 コートヤトイ
52 把持部材
61 カプセル
61a,61a’透明カバー
61b,61b’内視鏡本体ハウジング
62,62’ 撮像モジュール
63,63’ 制御基板
63a,63a’回路等
64 電池
64’ 鉗子孔
65 無線装置
71 フランジ部を有するレンズ
71a フランジ部
71b レンズ部
71c ゲート跡
72 レンズ
73 遮光部材
73a 遮光部材の先端部
80 撮像素子
80a 撮像素子の撮像面
90 照明素子
A1 フランジ部を有するレンズの中心とゲート跡の端部とを結んだ延長線で挟まれる範囲
L1 フランジ部を有するレンズの中心とゲート跡の中心部とを結んだ延長線
O フランジ部を有するレンズの中心
Claims (24)
- フランジ部を有するレンズと該レンズにおける該フランジ部の先端部近傍を除く外周面を遮光する枠部材とを含むレンズの組部材と、前記フランジ部の先端部が突き当てられる撮像素子と、前記レンズの組部材及び前記撮像素子の周囲に配置された照明素子と、を含む撮像モジュールにおいて、
前記フランジ部における、前記枠部材により遮光されない露出部位に、前記照明素子の発光面からの出射光が直接届かないようにしたことを特徴とする撮像モジュール。 - 前記フランジ部における前記枠部材により遮光されない露出部位が、前記照明素子の発光面に比べて像側に位置するように、該フランジ部と該照明素子とが配置されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像モジュール。
- 前記照明素子における、前記露出部位を照射可能な範囲が、遮光部材で遮光されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像モジュール。
- 前記フランジ部の先端部と前記撮像素子との突き当て部位に光硬化型接着剤を介在させ、前記枠部材の先端部と前記撮像素子との間より、該フランジ部の先端部と該撮像素子との突き当て部位に、光を入射させることによって、前記フランジ部を有するレンズと該撮像素子とが接着固定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の撮像モジュール。
- 前記枠部材の先端部と前記撮像素子との間を、遮光性の接着剤で封止したことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の撮像モジュール。
- フランジ部を有するレンズと、前記フランジ部の先端部が突き当てられる撮像素子とを含む撮像モジュールにおいて、
前記フランジ部の内周面が、径が前記撮像素子に近づくほど大きくなるように形成された傾斜面をなし、且つ、略鏡面であることを特徴とする撮像モジュール。 - 前記フランジ部の内周面における表面粗さRaが、1.6μm以下であることを特徴とする請求項6に記載の撮像モジュール。
- 前記フランジ部の内周面における表面粗さRaが、0.2μm以下であることを特徴とする請求項6に記載の撮像モジュール。
- フランジ部を有するレンズと、前記フランジ部の先端部が突き当てられる撮像素子とを含む撮像モジュールにおいて、
前記フランジ部の内周面は、径が前記撮像素子に近づくほど大きくなるように形成された傾斜面をなし、且つ、該傾斜面に対する垂線と該撮像素子の撮像面とのなす角度がsin-1(1/n)以上(但し、nは前記フランジ部を有するレンズの屈折率)の角度を有する面であることを特徴とする撮像モジュール。 - 前記フランジ部を有するレンズが、樹脂を射出成型して製作され、
前記樹脂の屈折率が1.49以上であることを特徴とする請求項9に記載の撮像モジュール。 - 前記フランジ部を有するレンズが、樹脂を射出成型して製作され、
前記樹脂の屈折率が1.56以上であることを特徴とする請求項9に記載の撮像モジュール。 - フランジ部を有し且つレンズ面がコーティングされたレンズと、前記フランジ部の先端部が突き当てられる撮像素子とを含む撮像モジュールの製造方法において、
前記フランジ部を有するレンズにおける該フランジ部の先端部を撮像素子に突き当て固定した後に、該フランジ部を有するレンズの物体側レンズ面にコーティングを施すことを特徴とする撮像モジュールの製造方法。 - 射出成型により製造されたフランジ部を有するレンズにおける、該射出成型時に形成されたゲート跡を、該フランジ部におけるゲート跡を含まない位置から所定長残るように切断する第1の切断工程と、
前記第1の切断工程の後に前記フランジ部の先端部を撮像素子に突き当てる突き当て工程と、
前記突き当て工程の後に前記ゲート跡を再度切断する第2の切断工程と、を含むことを特徴とする撮像モジュールの組立方法。 - 前記突き当て工程は、第1の切断工程において所定長残るように切断された、前記ゲート跡を把持しながら前記フランジ部を前記撮像素子に突き当てることを特徴とする請求項13に記載の撮像モジュールの組立方法。
- 前記突き当て工程と前記第2の切断工程との間に、前記フランジ部を有するレンズに対して所定の光学部材を組み付ける工程を含むことを特徴とする請求項13又は14に記載の撮像モジュールの組立方法。
- 前記第1の切断工程と前記突き当て工程との間に、前記フランジ部を有するレンズに対して所定の光学部材を組み付ける工程を含むことを特徴とする請求項13又は14に記載の撮像モジュールの組立方法。
- 前記第1の切断工程におけるゲート跡の切断は、前記フランジ部を有するレンズの該フランジ部におけるゲート跡を含まない位置から、1mm以上離れた所定位置で行い、
前記第2の切断工程におけるゲート跡の切断は、レンズの組部材からのゲート跡の突出量が0.3mm以下となる所定位置で行うことを特徴とする請求項13又は14に記載の撮像モジュールの組立方法。 - 前記第2の切断工程の後に、ゲート跡に遮光性の接着剤又は塗料を塗布する工程を含むことを特徴とする請求項13又は14に記載の撮像モジュールの組立方法。
- 射出成型により製造されたフランジ部を有するレンズと、前記レンズの周囲に配置された照明素子とを含む撮像モジュールにおいて、
射出成型時に形成されたゲート跡の切断面が、該ゲート跡の長手方向に垂直な面に対して傾斜するように切断されていることを特徴とする撮像モジュール。 - 前記ゲート跡の切断面に、遮光性の接着剤又は塗料が塗布されていることを特徴とする請求項19に記載の撮像モジュール。
- フランジ部を有するレンズと、前記レンズの周囲に配置された照明素子とを含む撮像モジュールにおいて、
前記照明素子が、前記フランジ部を有するレンズの中心と前記ゲート跡の中心部とを結んだ延長線上から外れた位置に配置されていることを特徴とする撮像モジュール。 - 前記照明素子が、前記フランジ部を有するレンズの中心と前記ゲート跡の端部とを結んだ延長線で挟まれる範囲に配置されていることを特徴とする請求項21に記載の撮像モジュール。
- 請求項1〜11、19〜22のいずれかに記載の撮像モジュール、請求項12に記載の製造方法により製造された撮像モジュール、又は請求項13〜18のいずれかに記載の組立方法により組み立てられた撮像モジュールを用いた内視鏡。
- 請求項1〜11、19〜22のいずれかに記載の撮像モジュール、請求項12に記載の製造方法により製造された撮像モジュール、又は請求項13〜18のいずれかに記載の組立方法により組み立てられた撮像モジュールを用いたカプセル型内視鏡。
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