JP2016190007A - 撮像モジュール及び内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡の先端部にキャパシタ部品を配置しつつ、細径化を可能とする撮像モジュール、及びこれを備えた内視鏡を提供する。
【解決手段】フレキシブル配線板１１は、ケーブル１５に接続される接続部を含む第１の端部１１ｃと、キャパシタ１６を搭載する搭載部を含む第２の端部１１ｄと、第１の端部１１ｃ及び第２の端部１１ｄの間で撮像素子１２を実装する実装部１１ａと、実装部１１ａと第１の端部１１ｃ又は第２の端部１１ｄとの間で屈曲された屈曲部１１ｂを有し、撮像素子１２の撮像面と反対側である後方で、第１の端部１１ｃと第２の端部１１ｄとが互いに重ね合わされ、ケーブル１５は、第１の端部１１ｃの第２の端部１１ｄとは反対側の面に接続され、キャパシタ１６は、第２の端部１１ｄの第１の端部１１ｃとは反対側の面に搭載されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像モジュール及び内視鏡に関する。

特許文献１には、貫通配線の形成された撮像素子を搭載した可撓性基板の両側を、素子の外形範囲を超えないように撮像面の反対側に曲げて部品を搭載し、搭載部をより内側に曲げることで、部品も外形範囲を超えない構造が記載されている。
特許文献２には、撮像素子を搭載した可撓性基板の両側を素子の外形範囲から突出するように撮像面の反対側に曲げて、可撓性基板の両端部を接近させ、可撓性基板で囲まれた領域に接着剤を充填して可撓性基板の曲げ形状を固定した構造が記載されている。

特開２０１１−２１７８８７号公報 特開２０１３−２１４８１５号公報

特許文献１では、基板端部をケーブルと固定するために、基板がブロックに固定された面上に部品を実装している。このため、撮像モジュールの小型化（特に光軸周りの細径化）には向かない。特に直径２ｍｍ以下の細径化は困難である。
特許文献２は、細径化に適した構造であるが、可撓性基板上に部品を搭載するスペースを確保しにくい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡の先端部にキャパシタ部品を配置しつつ、細径化を可能とする撮像モジュール、及びこれを備えた内視鏡を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、撮像素子と、前記撮像素子が実装されるフレキシブル配線板と、前記フレキシブル配線板に接続されるケーブルと、前記フレキシブル配線板に搭載されたキャパシタとを備え、前記フレキシブル配線板は、前記ケーブルに接続される接続部を含む第１の端部と、前記キャパシタを搭載する搭載部を含む第２の端部と、前記第１の端部及び前記第２の端部の間で前記撮像素子を実装する実装部と、前記実装部及び前記第１の端部の間で屈曲された第１の屈曲部と、前記実装部及び前記第２の端部の間で屈曲された第２の屈曲部とを有し、前記撮像素子の撮像面と反対側である後方で、前記第１の端部と前記第２の端部とが互いに重ね合わされ、前記ケーブルは、前記第１の端部の前記第２の端部とは反対側の面に接続され、前記キャパシタは、前記第２の端部の前記第１の端部とは反対側の面に搭載されていることを特徴とする撮像モジュールを提供する。

前記第１の端部と前記第２の端部とが互いに接着されて、平面状であってもよい。
前記撮像素子の前記撮像面上に、レンズを備えてもよい。
前記第１の端部と前記第２の端部とを囲む絶縁チューブを備えてもよい。
前記撮像素子の周囲が、遮光性材料で覆われていてもよい。
前記第２の端部からの前記キャパシタの高さが、前記撮像素子及び前記フレキシブル配線板の全体を収容可能な仮想上の円筒体の内径の半分以下であってもよい。
本発明の撮像モジュールは、内視鏡に用いることができる。
本発明の内視鏡は、前記撮像モジュールを収容するスリーブを備えてもよい。
前記第２の端部からの前記キャパシタの高さが、前記スリーブの内径の半分以下であってもよい。

本発明によれば、内視鏡の先端部にキャパシタ部品を配置しつつ、細径化を可能とする撮像モジュール、及びこれを備えた内視鏡を提供することができる。

本発明の撮像モジュールの一例を示す側面図である。 レンズ及び絶縁チューブを備える撮像モジュールの一例を示す側面図である。 内視鏡の先端部の一例を示す側面視断面図である。 内視鏡の先端部の一例を示す平面視断面図である。

以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に、本実施形態に係る撮像モジュール１０の一例を示す。撮像モジュール１０は、フレキシブル配線板１１と、撮像素子１２と、ケーブル１５と、キャパシタ１６を備える。フレキシブル配線板１１は、撮像素子１２を実装する実装部１１ａと、実装部１１ａの両側で屈曲された２つの屈曲部１１ｂと、ケーブル１５に接続される接続部を含む第１の端部１１ｃと、キャパシタ１６を搭載する搭載部を含む第２の端部１１ｄを有する。

撮像素子１２は、撮像素子本体１２ａと、その撮像面に設けられた保護部材１２ｂを有する。保護部材１２ｂとしては、カバーガラス、コーティング、塗布層等が挙げられる。撮像素子（本体）は、光を検出して、画像を表す電気信号を生成できる素子であれば特に限定されない。このような素子として、受光部に半導体素子を含む固体撮像素子（ＣＭＯＳ、ＣＣＤ等）が小型のため好適であるが、他の例としては、受光部に有機光学材料を含む有機撮像素子、受光部に電子管を含む撮像管等が挙げられる。

フレキシブル配線板１１を平面に展開した状態では、第１の端部１１ｃと第２の端部１１ｄを長さ方向の両端部とする帯状であり、実装部１１ａは、第１の端部１１ｃと第２の端部１１ｄとの間に設けられている。実装部１１ａと第１の端部１１ｃの間には第１の屈曲部１１ｂが設けられ、実装部１１ａと第２の端部１１ｄの間には第２の屈曲部１１ｂが設けられている。

図１に示すように、撮像モジュール１０を組み立てた状態では、撮像素子１２の撮像面と反対側である後方（図１の右側）で、第１の端部１１ｃと第２の端部１１ｄとが互いに重ね合わされている。ケーブル１５は、第１の端部１１ｃにおけるフレキシブル配線板１１の両面のうち、第２の端部１１ｄに対向する面とは反対側の面（図１では上側の面）に接続されている。また、キャパシタ１６は、第２の端部１１ｄにおけるフレキシブル配線板１１の両面のうち、第１の端部１１ｃに対向する面とは反対側の面（図１では下側の面）に搭載されている。

撮像モジュール１０を組み立てた状態において、実装部１１ａと２つの屈曲部１１ｂで囲まれる略三角形状の空間は、接着剤や樹脂等により固定部１７が設けられることが好ましい。固定部１７により、実装部１１ａ及び２つの屈曲部１１ｂの形状が安定し、２つの端部１１ｃ，１１ｄを把持して撮像モジュール１０の組立、取付等の作業を行う際の作業性が向上する。固定部１７は、フレキシブル配線板１１に囲まれる空間の全部を充填するように形成されてもよく、空間の一部に形成されてもよい。２つの屈曲部１１ｂは、実装部１１ａから２つの端部１１ｃ，１１ｄに向かって、概ねの傾向として、互いに接近するように傾斜することが好ましい。

２つの端部１１ｃ，１１ｄが互いに接近していることにより、実装部１１ａの高さ方向（図１の上下方向）において、第１の端部１１ｃ上にケーブル１５を接続し、第２の端部１１ｄ上にキャパシタ１６を搭載するスペースを確保することができる。これにより図３に示すように内視鏡先端部２０に撮像モジュール１０を設けた場合（詳しくは後述）に、撮像モジュール１０の小型化及び細径化を実現することができる。

第１の端部１１ｃと第２の端部１１ｄとの間は、互いに接着されてもよい。また、２つの端部１１ｃ，１１ｄを平面状に維持するように、２つの端部１１ｃ，１１ｄの間に、あるいは２つの端部１１ｃ，１１ｄの一方又は両方の面上に、フレキシブル配線板１１を補強する補強材（接着剤、コーティング等）を設けてもよい。

フレキシブル配線板１１は、柔軟性がある絶縁基板を用いたプリント配線板である。この他、絶縁基板の一部が硬質であるフレックスリジッド配線板、プリント部品を有するプリント回路板、例えばＦＰＣ等を採用することも可能である。絶縁基板の材質は、特に限定されないが、ポリイミド、ポリエステル、液晶ポリマー等の絶縁樹脂が挙げられる。配線板に設けられる導体としては、配線、接地導体、ダミー導体等が挙げられる。これらの導体の材料としては、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｃｒ等の金属、これらの１種又は２種以上を含む合金、混合物、積層体等が挙げられる。

フレキシブル配線板１１の片面又は両面には、撮像素子１２、ケーブル１５、キャパシタ１６等の電気部品を電気的に接続する配線が設けられる。一例として、図１に示すように屈曲した場合の外面に、配線がパターン状に設けられてもよい。実装部１１ａにおいて、フレキシブル配線板１１の配線と撮像素子１２の電極とを電気的に接続する構造は特に限定されず、半田等の導体バンプ、ワイヤボンディング、撮像素子１２の端子を通すスルーホール等をフレキシブル配線板１１に設けてもよい。

撮像素子１２は、接着剤等の固定材１４により、フレキシブル配線板１１の実装部１１ａに固定又は補強することができる。ケーブル１５の先端部１５ａには、導体が露出される。フレキシブル配線板１１の配線に対してケーブル１５、キャパシタ１６等を電気的に接続する手段としては、半田付け、導電性接着剤等が挙げられる。

ケーブル１５は、信号伝送機能を有する長尺体であり、その具体例としては、同軸ケーブル等の電気ケーブルが挙げられる。図示例では、ケーブル１５は２本並行して設けられている。ケーブル１５により伝送される電気信号は、平衡信号でも不平衡信号でもよい。同軸ケーブルの場合、１本のケーブルに内部導体と外部導体を含み、それぞれの導体がフレキシブル配線板１１上の異なる端子に半田付け等により接続される。

キャパシタ１６は、静電容量（キャパシタンス）を有する受動素子であり、コンデンサとも呼ばれる。例えば、電圧変動を避けるためのデカップリング用にキャパシタを設けると、ノイズを低減することができる。また、ストロボ発光を放射する際の蓄電器として、キャパシタを設けることもできる。その他、キャパシタの目的としては、カップリング用、フィルタ用、電源の平滑用などが挙げられる。本実施形態の撮像モジュール１０は、第２の端部１１ｄ上にキャパシタ１６を搭載するスペース（高さ）を有するので、細径化された内視鏡においても、十分な静電容量を確保することができる。

撮像モジュール１０の細径化の観点では、第２の端部１１ｄからのキャパシタ１６の高さＨｃが、撮像素子１２及びフレキシブル配線板１１の全体を収容可能な仮想上の円筒体の内径Ｄｉの半分以下であると好ましい。ここで、仮想上の円筒体の内径Ｄｉとは、キャパシタ１６を除外して、撮像素子１２及びフレキシブル配線板１１を収容可能な任意の円筒体の内径（特にその最小径）を意味する。内径Ｄｉは、例えば図１に示すように、撮像素子１２とその実装部１１ａ及び屈曲部１１ｂを収容するのに必要な内径とすることができる。内径Ｄｉは、実際に撮像モジュール１０の収容に使用されるスリーブ（例えば図４の２１）の内径と異なってよい。

図２に、レンズユニット１３及び絶縁チューブ１８を備えた撮像モジュール１００の一例を示す。この例では、撮像素子１２の撮像面上（詳しくは保護部材１２ｂ上）に、レンズを内蔵したレンズユニット１３を有する。レンズユニット１３の外観は、先端面１３ａ及び後端面１３ｂを両底面とする筒状であり、後端面１３ｂが撮像素子１２に対向するようにレンズユニット１３は固定されている。撮像モジュール１０の細径化の観点では、キャパシタ１６の第２の端部１１ｄからの高さＨｃ（図１参照）が、レンズユニット１３の外径の半分以下であることが好ましい。ここで、レンズユニット１３の形状が円筒状でない場合は、外接円の直径を外径とみなすことができる。

レンズユニット１３の内部構造は特に限定されないが、筒状の保持部材（外筒、鏡筒）の中に１個又は２個以上のレンズを含む、対物光学系が構成されている。レンズは、凸レンズ、凹レンズ、凹凸レンズ等から選択される同種又は異種のレンズの組み合わせであってもよい。レンズユニット１３の外形としては、円筒状、角筒状等が挙げられる。また、レンズは撮像素子１２の保護部材１２ｂと直接接触していてもよく、又は両者の間に空気層や樹脂層があってもよい。

絶縁チューブ１８は、フレキシブル配線板１１の第１の端部１１ｃと第２の端部１１ｄとを囲むように配置されている。絶縁チューブ１８は、ケーブル１５の長手方向に沿って配置されている。フレキシブル配線板１１の屈曲部１１ｂ及び実装部１１ａは、絶縁チューブ１８の先端１８ａから突出して絶縁チューブ１８の外側に配置されてもよい。屈曲部１１ｂ及び実装部１１ａの一部又は全部が、絶縁チューブ１８の内側に配置されてもよい。ケーブル１５のうち導体が露出された先端部１５ａは、絶縁チューブ１８内に収容され、絶縁被覆を有する被覆部１５ｂは、絶縁チューブ１８の後端１８ｂから突出している。被覆部１５ｂの一部が、絶縁チューブ１８の内側に配置されてもよい。絶縁チューブ１８の材質は特に限定されないが、シリコーン、軟質ポリ塩化ビニル、エラストマー、ポリオレフィン、フッ素樹脂等の各種樹脂、ゴム等が挙げられる。絶縁チューブ１８とフレキシブル配線板１１との間は、接着剤等により固定してもよい。

撮像モジュール１０，１００の製造方法は特に限定されないが、平面状のフレキシブル配線板１１から出発して、撮像素子１２、レンズユニット１３、ケーブル１５、キャパシタ１６等を適宜の順序で取り付ければよい。屈曲部１１ｂの形成は、実装部１１ａに撮像素子１２を接続する前でも後でもよい。屈曲部１１ｂの形成前に撮像素子１２を実装部１１ａに接続すると、フレキシブル配線板１１が平面状であるため、接続作業が容易である。２つの屈曲部１１ｂを形成した後は、他の部品（レンズユニット１３、ケーブル１５、キャパシタ１６等）の取付前に、実装部１１ａと２つの屈曲部１１ｂで囲まれる空間に材料を充填して固定部１７を形成することが好ましい。固定部１７に充填される材料としては、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等の硬化性樹脂が好ましい。

上述の撮像モジュール１０，１００は、内視鏡に用いることができる。図３及び図４は、内視鏡の先端部２０のスリーブ２１内に、レンズユニット１３及び絶縁チューブ１８を備える撮像モジュール１００を収容した一例を示す。内視鏡の用途は、生体内に入れる医療用に限らず、装置、建物、配管、各種構造物の内部観察等に利用可能である。

スリーブ２１は、金属、プラスチック、セラミックス、複合材料などから構成することができる。例えば、ステンレス等の金属スリーブが挙げられる。撮像モジュール１０，１００の全部又は一部が硬質のスリーブ２１に収容されることにより、撮像モジュールの機能をより長期間維持することができる。図示例のスリーブ２１は、先端２１ａ及び後端２１ｂの２方向のみが開口し、側面が一様に閉鎖した筒状である。撮像モジュール１０，１００を収容する部材は、筒状のスリーブに限らず、枠状、格子状等でもよい。スリーブ２１の材質が、撮像素子１２に検出される波長に対して不透明であると、外部光の侵入を抑制できるので好ましい。

スリーブ２１が金属等の導体製である場合、撮像モジュール１０，１００のフレキシブル配線板１１及びケーブル１５の導体との間が電気的に絶縁されることが好ましい。本実施形態では、絶縁チューブ１８、充填材２３等により、撮像モジュール１０，１００の導体とスリーブ２１との間が絶縁されている。絶縁手段はこれに限定されるものではなく、他の手段として、絶縁チューブ１８、遮光性材料２２又は充填材２３のいずれか１つ又は２つ以上とする、スリーブ２１の内面又は全部を絶縁素材とする、スリーブ２１又はフレキシブル配線板１１の表面に絶縁コーティングを設ける等が挙げられる。

キャパシタ１６がスリーブ２１内に収容されるとき、ケーブル１５とフレキシブル配線板１１との間に過剰な力が作用することを抑制するため、２つの端部１１ｃ，１１ｄは、スリーブ２１の径方向（軸に垂直な方向）の中央付近に位置することが好ましい。そこで、キャパシタ１６の第２の端部１１ｄからの高さＨｃ（図１参照）が、スリーブ２１の内径の半分以下であることが好ましい。

撮像素子１２の周囲は、遮光性材料で覆われることが好ましい。撮像素子１２の外面に遮光性材料が設けられていない場合、特に、保護部材１２ｂが透明の場合は、撮像素子１２の周囲に遮光性材料２２を設けることで、撮像素子への外部光の侵入を抑制することができる。本実施形態の内視鏡先端部２０の場合、スリーブ２１の先端２１ａ側に遮光性材料２２が充填されている。遮光性材料２２としては、樹脂、接着剤等の媒質に、カーボン、黒色顔料等の光吸収材を配合した組成物が挙げられる。レンズユニット１３の外筒が遮光性である場合、必ずしもレンズユニット１３の周囲に遮光性材料２２を設ける必要はないが、スリーブ２１内でレンズユニット１３の姿勢（位置及び向き）を安定にするための充填材を兼ねる目的で、遮光性材料２２を用いてもよい。

スリーブ２１の後端２１ｂ側には、フレキシブル配線板１１及びケーブル先端部１５ａの姿勢（位置及び向き）を安定にするため、充填材２３が設けられている。この充填材２３は、導体に接触し得る場合には、電気的に絶縁性を有することが好ましい。遮光性材料２２及び充填材２３の形成方法は特に限定されないが、スリーブ２１内に撮像モジュール１０，１００を挿入した後、材料を流動状態でスリーブ２１内に注入し、さらに材料を硬化させてもよい。材料の一部又は全部は、撮像モジュール１０，１００をスリーブ２１に挿入する前に、スリーブ２１側又は撮像モジュール１０，１００側に付与されてもよい。

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
本実施形態の撮像モジュールは、細径化が容易であるので、内視鏡の用途に好適であるが、これに限定されず、各種機器、車両、ロボット等における光学的観察装置、光学的検出装置等に適用することも可能である。

（実施例）
図３及び図４に示す撮像モジュール１００及び内視鏡先端部２０において、各部の寸法の具体例を示す。スリーブ２１の直径Ｄａ：１．４〜２．０ｍｍ、レンズユニット１３の直径Ｄｂ：１．０〜１．５ｍｍ、スリーブ２１の長さＬａ：３．５〜７．０ｍｍ、レンズユニット１３の長さＬｂ：１．０〜１．５ｍｍ、撮像モジュール１０の全長（撮像素子１２の先端からフレキシブル配線板１１の後端までの長さ）Ｌｃ：３．０〜４．０ｍｍ。なお、本発明は、この具体例に限定されるものではない。

１０…撮像モジュール、１１…フレキシブル配線板、１１ａ…実装部、１１ｂ…屈曲部、１１ｃ…第１の端部、１１ｄ…第２の端部、１２…撮像素子、１３…レンズユニット、１５…ケーブル、１６…キャパシタ、１８…絶縁チューブ、２０…内視鏡先端部、２１…スリーブ、２２…遮光性材料、２３…充填材、１００…レンズユニット及び絶縁チューブを含む撮像モジュール。

前記課題を解決するため、本発明は、撮像素子と、前記撮像素子が実装されるフレキシブル配線板と、前記フレキシブル配線板に接続されるケーブルと、前記フレキシブル配線板に搭載されたキャパシタとを備え、前記フレキシブル配線板は、前記ケーブルに接続される接続部を含む第１の端部と、前記キャパシタを搭載する搭載部を含む第２の端部と、前記第１の端部及び前記第２の端部の間で前記撮像素子を実装する実装部と、前記実装部及び前記第１の端部の間で屈曲された第１の屈曲部と、前記実装部及び前記第２の端部の間で屈曲された第２の屈曲部とを有し、前記撮像素子の撮像面と反対側である後方で、前記第１の端部と前記第２の端部とが互いに重ね合わされ、前記ケーブルは、前記第１の端部の前記第２の端部とは反対側の面である片面のみに接続され、前記キャパシタは、前記第２の端部の前記第１の端部とは反対側の面である片面のみに搭載され、前記撮像素子を実装する前記実装部の高さ方向において、前記第１の端部上に前記ケーブルを接続するスペースが確保され、前記第２の端部上に前記キャパシタが搭載されるスペースが確保されていることを特徴とする撮像モジュールを提供する。

Claims (9)

1. 撮像素子と、前記撮像素子が実装されるフレキシブル配線板と、前記フレキシブル配線板に接続されるケーブルと、前記フレキシブル配線板に搭載されたキャパシタとを備え、
   前記フレキシブル配線板は、前記ケーブルに接続される接続部を含む第１の端部と、前記キャパシタを搭載する搭載部を含む第２の端部と、前記第１の端部及び前記第２の端部の間で前記撮像素子を実装する実装部と、前記実装部及び前記第１の端部の間で屈曲された第１の屈曲部と、前記実装部及び前記第２の端部の間で屈曲された第２の屈曲部とを有し、
   前記撮像素子の撮像面と反対側である後方で、前記第１の端部と前記第２の端部とが互いに重ね合わされ、前記ケーブルは、前記第１の端部の前記第２の端部とは反対側の面に接続され、前記キャパシタは、前記第２の端部の前記第１の端部とは反対側の面に搭載されていることを特徴とする撮像モジュール。
2. 前記第１の端部と前記第２の端部とが互いに接着されて、平面状であることを特徴とする請求項１に記載の撮像モジュール。
3. 前記撮像素子の前記撮像面上に、レンズを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像モジュール。
4. 前記第１の端部と前記第２の端部とを囲む絶縁チューブを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
5. 前記撮像素子の周囲が、遮光性材料で覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
6. 前記第２の端部からの前記キャパシタの高さが、前記撮像素子及び前記フレキシブル配線板の全体を収容可能な仮想上の円筒体の内径の半分以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像モジュールを有する内視鏡。
8. 前記撮像モジュールを収容するスリーブを備えることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡。
9. 前記第２の端部からの前記キャパシタの高さが、前記スリーブの内径の半分以下であることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡。

Images