JP2013000241A

JP2013000241A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2013000241A
Application number: JP2011132585A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Yamada; 雅史山田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】硬質長の短縮化を図れ、接着剤によるマイクロレンズの機能低下を防止した撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置１０は、レンズ２１を備える対物光学系２０を通過した光学像を受光する受光面３１が対物光学系２０の光軸に対して平行な位置関係で配置される撮像素子３０と、撮像素子３０の受光面３１を有する基板表面３２上に電気的に接続されて配置される、電子部品８を実装する切欠部４４及び対物光学系２０の光軸を折り曲げて光学像を撮像素子３０の受光面３１に結像させる反射面４１を有する回路基板４０と、を具備している。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学装置に用いられる撮像装置に関する。

光学装置の１つである内視鏡は、挿入部の先端部に撮像装置を搭載している。撮像装置は、挿入部先端部の細径化を図る目的で小型化が望まれている。撮像装置には、撮像素子の受光面を内視鏡挿入部の長手軸に対して直交に配置したものと、撮像素子受光面を長手軸に対して平行に配置したものがある。

図１に示す撮像装置１は、挿入部先端部７に設けられ、受光面（不図示）を平行に配置した、いわゆる受光面平行配置構造の撮像素子２と、電子部品３を搭載した回路基板４と、対物光学系５とを備えて構成されている。回路基板４は、撮像素子２に設けられた電極（不図示）に例えば半田により電気的に接続されている。

対物光学系５は、主に複数のレンズ５ａ及びレンズ枠５ｂと、光路屈曲プリズム（第１プリズムと記載する）５ｃと、反射面５ｄ１を備えるバックアッププリズム（第２プリズムと記載する）５ｄと、調整枠５ｅと、を備えて構成されている。符号５ｆは光学部品であり、フレア絞りが形成されている。

なお、第１プリズム５ｃと第２プリズム５ｄとは接着により一体に固定され、光学部品５ｆは、第１プリズム５ｃの先端平面に接着固定されている。光学部品５ｆは、調整枠５ｅに接着固定されている。

撮像素子２は、ＣＣＤ、Ｃ−ＭＯＳ等であり、受光面上には、カラーフィルターおよびカラーフィルター上に形成されたマイクロレンズが設けられている。
そして、第１プリズム５ｃの出射面は、撮像素子２の受光面上に配置されて、接着剤で一体に固定されている。

この構成の撮像装置１によれば、対物光学系５の複数のレンズ５ａ等を通過した観察像は、第１プリズム５ｃの入射面５ｃ１から入射し、第２プリズム５ｄの反射面５ｄ１で直角に折り曲げられた後、第１プリズム５ｃの出射面５ｃ２から出射されて、撮像素子２の受光面に結像する。受光面に結像した観察像は、光電変換され回路基板４に接続された信号線６を介して外部装置であるビデオプロセッサに出力される。

しかしながら、図１に示した撮像装置１では、回路基板４が硬質な基板である場合、硬質長がＬ１となる。そして、回路基板４を湾曲自在なフレキシブル基板にすることにより、回路基板４を破線に示すように曲げることにより硬質長をＬ１より短いＬ２に変化させて硬質長の短縮を図れる。しかし、撮像装置においては、更なる硬質長の短縮化が望まれている。

また、第１プリズムの出射面を撮像素子の受光面上に接着固定することによって、マイクロレンズの機能が接着剤によって損なわれるという不具合が指摘されている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、硬質長の短縮化を図れ、接着剤によるマイクロレンズの機能低下を防止した撮像装置を提供することを目的にしている。

本発明の一態様における撮像装置は、少なくとも１つの光学部材を備える対物光学系を通過した光学像を受光する受光面が前記対物光学系の光軸に対して平行な位置関係で配置される撮像素子と、前記撮像素子の受光面を有する一面上に電気的に接続されて配置される、前記電子部品を実装する実装部及び前記対物光学系の光軸を折り曲げて前記光学像を前記撮像素子の受光面に結像させる反射面を有する回路基板と、を具備している。

本発明によれば、硬質長の短縮化を図れ、接着剤によるマイクロレンズの機能低下を防止した撮像装置を実現できる。

図１は内視鏡対物光学系に受光面平行配置構造の撮像素子に電子部品を搭載した回路基板を接続して構成される従来の撮像装置を説明する図図２−図５は本発明の一実施形態に係り、図２は撮像装置の構成を説明する図図２の撮像装置の主要部である撮像素子及び回路基板を説明する側面図図３の回路基板及び撮像素子を矢印Ｙ４方向から見た図図３の回路基板及び撮像素子を矢印Ｙ５方向から見た図実装部の他の構成を説明する図反射面を保護部材で保護する構成例を説明する図回路基板の他の構成例を説明する図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図２−図５を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図２に示すように本実施形態の撮像装置１０は、対物光学系２０を構成する少なくとも１枚のレンズ２１及びレンズ枠２２と、受光面３１を有する撮像素子３０と、反射面４１を有する回路基板４０とを備えて主に構成されている。

レンズ枠２２にはレンズ２１及び絞り等が固設される。レンズ枠２２は、内視鏡挿入部の先端部を構成する先端硬質部材１１に形成されている貫通孔１１ａの先端側開口１１ｂ側に固定されている。レンズ枠２２は、レンズ枠２２の長手軸を内視鏡挿入部の長手軸に対して平行にして配置される。

撮像素子３０は、例えばシリコン製で長方形形状である。撮像素子３０は、一面である基板表面３２の先端側に受光面３１を備え、基端側に回路基板載置領域３３を備える。符号３４（図３参照）は電極部を構成する電極パッド３４であり、予め定めた位置に複数設けられている。

本実施形態において、撮像素子３０は、受光面３１が対物光学系２０の光軸に対して平行になるように貫通孔１１ａ内に設けられている。
なお、受光面３１は、フォトダイオード上に形成されたカラーフィルター（不図示）、およびカラーフィルター上に形成されたマイクロレンズ３５を備えている。

回路基板４０は、セラミック、或いは、ガラス等の絶縁部材で、１つの面が傾斜面で構成された略直方体形状である。回路基板４０は、固定平面４２と、傾斜面４３と、切欠部４４と、信号線接続部（図３の符号４５参照）と、を備えている。

固定平面４２は、撮像素子３０の基板表面３２上の回路基板載置領域３３に固定される。固定平面４２には、電極パッド３４と電気的に接続される第１電気接点４６ａが設けられている。図３に示す符号４７ａは第１配線であり、後述する第２電気接点４６ｂと第１電気接点４６ａとを電気的に接続する。

傾斜面４３は、反射面４１を構成する面である。傾斜面４３は、固定平面４２に対して４５度傾いて構成されている。反射面４１は、傾斜面４３の全面に金属被膜４８を設けて構成される。傾斜面４３の金属被膜４８は、アルミニウム被膜、銀被膜、ニッケル被膜、錫被膜等であり、鍍金、或いは、蒸着によって設けられる。

切欠部４４は実装部であり、電子部品８を実装する部品実装空間を構成する。切欠部４４は、例えば固定平面４２に対向する天面４９の基端辺４９ａ側に、幅寸法Ｗおよび深さ寸法Ｄで切り欠いて形成される。幅寸法Ｗおよび深さ寸法Ｄは、電子部品８の幅寸法ｗ１、高さ寸法ｈよりも大きく設定されている。したがって、切欠部４４に実装された電子部品８は、回路基板４０の各面から突出することなく収容配置される。

そして、切欠部４４の実装面４４ａの予め定めた位置には第２電気接点４６ｂと配線４７ａ、４７ｂとが設けられている。電子部品８は、第２電気接点４６ｂに半田或いは導電性接着剤によって接続される接点８ａを備える。

また、回路基板４０の側面５０ａ、５０ｂには信号線接続部４５及び配線４７ａ、４７ｂが設けられている。第２配線４７ｂは、信号線接続部４５と第２電気接点４６ｂとを電気的に接続する。

なお、撮像素子３０の幅寸法と回路基板４０の幅寸法とを同寸法に設定する場合、側面５０ａ、５０ｂに凹部５０ｃを設け、その底面に信号線接続部４５を設ける。このことによって、信号線９が撮像素子３０の両側面及び回路基板４０の両側面から外側に露出することを防止できる。

また、配線４７ａ、４７ｂは、例えば銀を用いた直接描画配線である。また、符号５１は保持枠であり、取付面５１ａ、レンズ枠取付孔（以下、先端孔と記載する）５９ｂを備えている。保持枠５１の取付面５１ａは、平面で構成され、回路基板４０の天面４９が接着によって一体固定されるようになっている。

ここで、撮像装置１０の組み立て手順の一例を説明する。
作業者は、撮像装置１０を組み立てるに当たって、対物光学系２０、撮像素子３０、電子部品８を実装した回路基板４０、及び保持枠５１等を用意する。

次に、作業者は、回路基板４０の固定平面４２を、撮像素子３０の回路基板載置領域３３の予め定めた位置に予め定めた位置関係で配置し、回路基板４０と撮像素子３０とを例えば接着によって一体固定する。
次いで、作業者は、回路基板４０の天面４９を保持枠５１の取付面５１ａに配置し、撮像素子３０が一体な回路基板４０を保持枠５１に例えば接着によって一体固定する。

次に、作業者は、信号線９を例えば半田で信号線接続部４５に接続する。
この後、作業者は、保持枠５１の先端孔５１ｂ内にレンズ枠２２を挿入する。そして、作業者は、レンズ枠２２を保持枠５１の長手方向に進退させてピント出し調整を行う。ピント出し調整完了後、作業者は、レンズ枠２２と保持枠５１とを例えば接着によって一体固定する。
この結果、図２に示した撮像装置１０が構成される。
なお、組み立て手順は、上述した順序に限定されるものではなく、作業性を考慮して適宜変更可能である。

このように、撮像素子３０の回路基板載置領域３３に反射面４１を有する回路基板４０の固定平面４２を一体に固定する。この構成によれば、撮像装置１０の硬質長が短縮化されると共に、撮像素子３０が備える受光面３１に設けられているマイクロレンズ３５上に塗布する接着剤を不要にしてマイクロレンズ３５の機能を十分に発揮することができる。

なお、上述した実施形態においては、回路基板４０の表面に直接描画配線である第１配線４７ａ、第２配線４７ｂを設けるとしている。しかし、配線は、直接描画配線に限定されるものではなく、回路基板を構成するセラミック層内に配線を設ける構成であってもよい。この構成においては、図６に示すように信号線９が接続される信号線接続部５２を回路基板４０の基端面５３に形成する。このことによって、信号線９が撮像素子３０の両側面及び回路基板４０の両側面から外側に露出することをより確実に防止することができる。

また、実装部は、切欠部４４に限定されるものではなく、図６に示すように天面４９に予め定めた形状及び大きさの開口５４ａを有する予め定めた深さの穴５４であってもよい。この構成においては、穴５４の底面に第２電気接点４６ｂを設ける。

さらに、図７に示すように反射面４１にプリズム形状の保護部材６０を設けるようにしてもよい。この構成において、保護部材６０は、反射面４１の全面を被う反射面保護面６１を有する。反射面保護面６１は、紫外線硬化型接着剤によって反射面４１に固定される。なお、この固定状態において、保護部材６０の受光面３１に対向する出射面６２と受光面３１のマイクロレンズ３５との間に隙間ｓが形成されることが望ましい。

また、回路基板４０を図８以下に示すように構成にしてもよい。
図８に示す回路基板４０Ａは、固定平面４２と、傾斜面４３Ａと、信号線接続部４５と、を備えている。傾斜面４３Ａは、実装部を兼ねている。傾斜面４３Ａには、チップコンデンサー７０を構成する第１電極７１、第２電極７２、および誘電体７３が設けられる。誘電体７３は、第１電極７１と第２電極７２との間に設けられる。第１電極７１は、複数に分割されて例えば並列回路を実現する。第２電極７２はグランド電極であって反射面４１を兼用する。

この構成によれば、電極７１、７２の間隔を適宜設定すると共に、誘電体７２の材料を適宜選定することにより、所望のコンデンサー機能を有するチップコンデンサー７０を回路基板４０に設けることができる。

この結果、回路基板からチップコンデンサー等の電子部品８を配設するための切欠部４４或いは穴５４を不要にして、撮像装置の更なる小型化を実現することができる。その他の作用及び効果は上述した実施形態と同様である。

尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

１…撮像装置２…撮像素子３…電子部品４…回路基板５…対物光学系
５ａ…レンズ５ｂ…レンズ枠５ｃ…光路屈曲プリズム５ｃ１…入射面
５ｃ２…出射面５ｄ…バックアッププリズム５ｄ１…反射面５ｅ…調整枠
５ｆ…光学部品６…信号線７…挿入部先端部８…電子部品８ａ…接点
９…信号線１０…撮像装置１１…先端硬質部材１１ａ…貫通孔
１１ｂ…先端側開口２０…対物光学系２１…レンズ２２…レンズ枠
３０…撮像素子３１…受光面３２…基板表面３３…回路基板載置領域
３４…電極パッド３５…マイクロレンズ４０、４０Ａ…回路基板
４１…反射面４２…固定平面４３、４３Ａ…傾斜面４４…切欠部
４４ａ…実装面４５…信号線接続部４６ａ…第１電気接点
４６ｂ…第２電気接点４７ａ…第１配線４７ｂ…第２配線４８…金属被膜
４９…天面４９ａ…基端辺５０ａ、５０ｂ…側面５０ｃ…凹部
５１…保持枠５１ａ…取付面５１ｂ…先端孔５２…信号線接続部
５３…基端面５４…穴５４ａ…開口６０…保護部材６１…反射面保護面
６２…出射面７０…チップコンデンサー７１…第１電極７２…第２電極
７２…誘電体７３…誘電体

Claims

少なくとも１つの光学部材を備える対物光学系を通過した光学像を受光する受光面が前記対物光学系の光軸に対して平行な位置関係で配置される撮像素子と、
前記撮像素子の受光面を有する一面上に電気的に接続されて配置される、前記電子部品を実装する実装部及び前記対物光学系の光軸を折り曲げて前記光学像を前記撮像素子の受光面に結像させる反射面を有する回路基板と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
前記回路基板は、絶縁部材で立方体形状に形成され、
前記撮像素子の一面上に配置され、該一面に設けられた電極部と電気的に接続される第１電気接点を備える固定平面と、
前記固定平面に対して４５度傾いた反射面を構成する傾斜面と、
前記電子部品を配置するための部品実装空間を構成し、該電子部品との第２電気接点を備える実装部と、
前記第１電気接点と前記第２電気接点とを接続する第１配線と、
信号線を接続するための信号線接続部を有する接続面と、
前記信号線接続部と前記第２電気接点とを接続する第２配線と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記反射面は、前記傾斜面の表面にメッキ、或いは蒸着によって設けた金属膜であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
前記実装部は、前記回路基板に固定平面に対向する面側に設けられた切欠部であって、前記電子部品は、該切欠部内から各面方向に対して露出することなく収容されることを特徴とする請求項請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
前記実装部は、前記回路基板の固定平面に対向する面に開口を有する穴であって、前記電子部品は、該穴内から露出することなく収容されることを特徴とする請求項請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。