JP2018089066A - 撮像モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルの導体の損傷が抑制され、ケーブルに対する撮像素子の向きが安定しやすい構造の撮像モジュールを提供する。【解決手段】撮像素子１１と、撮像素子１１が実装される配線基板１３と、配線基板１３に接続される導体１５ａを有するケーブル１５とを備え、配線基板１３は、前方に向けて撮像素子１１が実装される実装部１３ａと、実装部１３ａから後方に屈曲された屈曲部１３ｂとを有し、ケーブル１５の前方に、ケーブル１５の軸線方向に沿って露出された導体１５ａの少なくとも一部は、後方から前方に向けて導体１５ａに接近するように屈曲された屈曲部１３ｂに固定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像モジュールに関する。

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には、複数の導電線を有する信号ケーブルを配線板に接続する際に、配線板上に端子部を設けることが記載されている。特許文献１においては、導電線は配線板の表面の端子部に沿って延在し、信号ケーブルの軸線方向に対しては曲げられている。配線板の端子部に導電線を接続した状態としては、導電線の先端部のみを配線板上に配置し、導電線の被覆を有する太い部分は配線板の後ろに配置した形態と、導電線の先端部及び被覆部の両方を配線板上に配置した形態とが図示されている。

導電線の先端部のみを配線板上に配置した場合、配線板に対して導電線が屈曲変形すると、導電線に機械的な負荷が掛かり、導体が損傷するおそれがある。また、導電線の先端部と被覆部の両方を配線板上に配置した場合、導電線の先端部が端子部に近づくように曲げ変形するため、導電線に機械的な負荷が掛かり、導体が損傷するおそれがある。ケーブルの導体が損傷すると、製造時には撮像モジュールの歩留りが低下し、使用時には撮像モジュールの寿命が短縮するという問題がある。

特許文献２には、同軸ケーブルをフレキシブル配線基板に接続することが記載されている。特許文献２においては、ケーブル接続用の端子部は、撮像素子から後方で屈曲した延出部ではなく、ケーブル軸線方向に延在した接続片部に設けられている。

延出部における配線の劣化を防止するためには、撮像素子から接続片部の間で延出部を徐々に曲げる必要がある。このため、延出部と接続片部とを合わせた軸線方向の長さが増大し、撮像モジュールの小型化が容易でない。また、ケーブル先端部が接続される端子部と延出部との間にも、フレキシブルな接続片部の長さがあるため、ケーブルに対して、接続片部の曲げ形状が変化しやすく、撮像素子の向きが変化しやすいという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ケーブルの導体の損傷が抑制され、ケーブルに対する撮像素子の向きが安定しやすい構造の撮像モジュール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配線基板と、前記配線基板に接続される導体を有するケーブルとを備え、前記配線基板は、前方に向けて前記撮像素子が実装される実装部と、前記実装部から後方に屈曲された屈曲部とを有し、前記ケーブルの前方に、前記ケーブルの軸線方向に沿って露出された前記導体の少なくとも一部は、後方から前方に向けて前記導体に接近するように屈曲された前記屈曲部に固定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。

前記配線基板は、前記屈曲部の後方において前記ケーブルの軸線方向に沿って配置されている基板端部を有し、前記基板端部に前記ケーブルの一部が固定されていてもよい。
前記ケーブルは、前記導体として内部導体と外部導体とを有する同軸ケーブルであり、前記内部導体の少なくとも一部が前記屈曲部上に接続されており、前記外部導体の少なくとも一部が前記基板端部上に接続されていてもよい。
前記配線基板は、前記実装部の両側にそれぞれ前記屈曲部を有し、それぞれの前記屈曲部の後方に設けられた両側の前記基板端部が互いに重ね合わされていてもよい。
前記配線基板は、前記実装部の両側にそれぞれ前記屈曲部を有し、前記実装部とその両側の前記屈曲部とに囲まれる内部空間に固形材料が設けられていてもよい。

本発明によれば、ケーブルとその導体とが位置関係に応じて適切な位置に固定されるので、ケーブルの導体の損傷が抑制され、ケーブルに対する撮像素子の向きが安定しやすい構造の撮像モジュールを提供することができる。

本実施形態の撮像モジュールの一例を示す上面図である。 本実施形態の撮像モジュールの一例を示す側面図である。 本実施形態の撮像モジュールの一例を示す下面図である。

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１〜３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、撮像素子１１と、配線基板１３と、ケーブル１５とを備える。撮像素子１１は、配線基板１３に実装されている。ケーブル１５は、配線基板１３に接続される導体１５ａ，１５ｃを有する。

撮像素子１１は、撮像素子本体１１ａと、その撮像面に設けられた保護部材１１ｂを有する。保護部材１１ｂ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）が小型であり、好ましい。撮像素子の他の例としては、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。

配線基板１３は、前方に向けて撮像素子１１が実装される実装部１３ａと、実装部１３ａの後方においてケーブル１５の軸線方向に沿って配置される基板端部１３ｃ，１３ｄと、実装部１３ａ及び基板端部１３ｃ，１３ｄの間で屈曲された屈曲部１３ｂ，１３ｅとを有する。ここで、前方とは、撮像素子１１の撮像面が向かう方向（図１〜３の左側）である。例えば、撮像素子本体１１ａに対して保護部材１１ｂが配置された側が、前方である。後方とは、前方の反対（図１〜３の右側）である。

配線基板１３としては、例えば絶縁基板を用いたプリント配線板が挙げられる。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。配線基板１３の端子部１８ａ，１８ｃ，１９ａ、配線部１８ｂ，１８ｄ，１９ｂ等に用いられる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。

配線基板１３は、フレキシブル基板であってもよく、リジッド基板であってもよい。撮像モジュール１０の製造過程において、配線基板１３が平面状に展開可能であってもよい。配線基板１３を平面に展開した状態において、基板端部１３ｃ，１３ｄを長さ方向の両端部とする帯状であり、その中間部に実装部１３ａが設けられていてもよい。実装部１３ａと第１の基板端部１３ｃの間に第１の屈曲部１３ｂが設けられ、実装部１３ａと第２の基板端部１３ｄの間に第２の屈曲部１３ｅが設けられていてもよい。

図２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１１の後方で、基板端部１３ｃ，１３ｄが互いに重ね合わされている。基板端部１３ｃ，１３ｄが互いに対向する側が内面であり、内面の反対側が外面である。ケーブル１５は、基板端部１３ｃの外面に配置されている。

撮像素子１１は、接着剤等の固定材１２により、配線基板１３の実装部１３ａに固定することができる。実装部１３ａにおいて、配線基板１３の配線部１８ｂ，１８ｄ，１９ｂと撮像素子１１の電極（図示せず）とを電気的に接続する構造は特に限定されない。撮像素子１１の接続構造として、半田等の導体バンプ、ワイヤボンディング、スルーホール等を配線基板１３に設けてもよい。

撮像素子１１の先端面１１ｃ上（前方側）には、レンズ（図示せず）を設けてもよい。例えばレンズを鏡筒等に内蔵したレンズユニットが先端面１１ｃ上に固定されてもよい。あるいは、撮像モジュール１０を収容する筒状のスリーブ等（図示せず）の内部において、レンズ（又はレンズユニット）と撮像素子１１との相対位置が保持されてもよい。レンズは撮像素子１１（詳しくは、例えば保護部材１１ｂ）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。

配線基板１３は、実装部１３ａの上下方向の両側に、それぞれ屈曲部１３ｂ，１３ｅを有する。屈曲部１３ｂ，１３ｅは、前方側は実装部１３ａに連続し、後方側は基板端部１３ｃ，１３ｄに連続している。実装部１３ａと屈曲部１３ｂ，１３ｅとの間の屈曲形状は、平面状の配線基板１３から折り曲げにより形成されてもよい。実装部１３ａと屈曲部１３ｂ，１３ｅとの境界部付近では、実装部１３ａに向けて接続される配線部１８ｂ，１８ｄ，１９ｂ等に対する負荷を緩和するため、配線基板１３が外面に向けて凸となるように丸みを有してもよい。

屈曲部１３ｂ，１３ｅの少なくとも後方側は、屈曲部１３ｂ，１３ｅ間の距離が、実装部１３ａの上下両側から後方に向かうほど接近している。これにより、屈曲部１３ｂ，１３ｅの外面が、ケーブル１５の軸線方向に対して傾斜するように屈曲されている。屈曲部１３ｂ，１３ｅの外面は、曲面状に湾曲してもよく、平面状（斜面）でもよい。

屈曲部１３ｂ，１３ｅから基板端部１３ｃ，１３ｄに向かって配線基板１３の上下各部が互いに接近していることにより、実装部１３ａの上下方向（高さ方向）において、基板端部１３ｃ，１３ｄの少なくとも一方の上にケーブル１５等を配置するスペース（高さ）を確保することができる。これにより、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。

実装部１３ａとその両側の屈曲部１３ｂ，１３ｅとに囲まれる略三角形状の内部空間２０は、接着剤、樹脂、金属等の固形材料２１により固定されていることが好ましい。固形材料２１により、実装部１３ａ及び屈曲部１３ｂ，１３ｅの形状が安定し、基板端部１３ｃ，１３ｄを把持して撮像モジュール１０の組立、取付け等の作業を行う際の作業性が向上する。

固形材料２１は、配線基板１３に囲まれる内部空間２０の全部に設けられてもよく、内部空間２０の一部に設けられてもよい。内部空間２０に材料を供給（充填、塗布等）する際に、材料が液状等の流動状であってもよい。流動状の材料が内部空間２０に供給された後、硬化等により固化されて固形材料２１が形成されてもよい。

基板端部１３ｃ，１３ｄの間は、互いに固定材１４等により接着されてもよい。また、基板端部１３ｃ，１３ｄを平面状に維持するように、基板端部１３ｃ，１３ｄの間に、あるいは基板端部１３ｃ，１３ｄの少なくとも一方又は両方の面上に、配線基板１３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。固定材１４が設けられる範囲は、基板端部１３ｃ，１３ｄの一部または全部でもよい。また、固定材１４の一部が、屈曲部１３ｂ，１３ｅの間に設けられてもよい。固定材１４として接着剤等が挙げられる。

図１に示すように、少なくとも一方の基板端部１３ｃ及びこれに連続する屈曲部１３ｂには、ケーブル１５が接続されている。ケーブル１５は、電気信号の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。配線基板１３に複数のケーブル１５が接続される場合、複数のケーブル１５が配線基板１３の後方で、シース等により一体化されてもよい。

ケーブル１５が同軸ケーブルである場合、各ケーブル１５に内部導体１５ａと外部導体１５ｃを含んでもよい。内部導体１５ａと外部導体１５ｃとの間は、一次被覆１５ｂにより絶縁されている。また、外部導体１５ｃの外周は、二次被覆１５ｄに覆われている。それぞれの導体１５ａ，１５ｃは、配線基板１３上の異なる端子部１８ａ，１８ｃに接続されている。

内部導体１５ａが接続される端子部１８ａの少なくとも一部は、屈曲部１３ｂ上に配置されている。外部導体１５ｃが接続される端子部１８ｃの少なくとも一部は、基板端部１３ｃ上に配置されている。端子部１８ａ，１８ｃは、それぞれ配線部１８ｂ，１８ｄを介して実装部１３ａ上の撮像素子１１に接続されている。各配線部１８ｂ，１８ｄは、屈曲部１３ｂ上において、間隔をあけて略平行に配置されていてもよい。

内部導体１５ａと端子部１８ａとの間は、接続部１７ａにより接続されている。内部導体１５ａが接続される接続部１７ａの少なくとも一部は、屈曲部１３ｂ上に配置されている。これにより、内部導体１５ａの少なくとも一部は、屈曲部１３ｂ上に接続（固定）されている。内部導体１５ａは、ケーブル１５の前方において、ケーブル１５の軸線方向に沿って配置することができる。

外部導体１５ｃと端子部１８ｃとの間は、接続部１７ｃにより接続されている。外部導体１５ｃが接続される接続部１７ｃの少なくとも一部は、基板端部１３ｃ上に配置されている。これにより、外部導体１５ｃの少なくとも一部は、基板端部１３ｃ上に接続（固定）されている。後部導体１５ｃは、ケーブル１５の前方において、ケーブル１５の軸線方向に沿って配置することができる。

接続部１７ａ，１７ｃは、半田付け、導電性接着剤等の導体により形成することができる。基板端部１３ｃの外面からケーブル１５の導体１５ａ，１５ｃまでの高さが、接続部１７ａ，１７ｃにより保持されることが好ましい。例えば、少なくとも一方の接続部１７ａ，１７ｃが、半田パンプ、メッキバンプ、スタッドバンプ等により、基板端部１３ｃの外面上でバンプ状に突出形成されてもよい。少なくとも一方の接続部１７ａ，１７ｃが、融点等の性質が異なる２種以上の導体から形成されてもよい。

内部導体１５ａの少なくとも一部は、屈曲部１３ｂ上に接続（固定）されており、屈曲部１３ｂにおける配線基板１３の外面から内部導体１５ａまでの距離は、後方より前方ほど短くなっている。このように、屈曲部１３ｂが後方から前方に向けて内部導体１５ａに接近するように屈曲されているので、ケーブル１５（例えば外部導体１５ｃ又は二次被覆１５ｄ）の外径より内部導体１５ａが細いことにより生じる径方向の段差を、屈曲部１３ｂの屈曲形状に合わせることができる。ケーブル１５の内部導体１５ａが配置される屈曲部１３ｂの傾斜（湾曲）形状は、ケーブル１５の径方向における内部導体１５ａの位置に応じて、調整可能である。

したがって、内部導体１５ａ（特に、外部導体１５ｃが露出された箇所より前方側の部分）を曲げることなく、ケーブル１５を配線基板１３上に固定することができる。内部導体１５ａに機械的な負荷が掛かりにくく、内部導体１５ａの損傷を抑制することができる。ケーブル１５の先端部から撮像素子１１までの前後方向の距離が短いため、ケーブル１５に対する撮像素子１１の向きが安定しやすくなる。

ケーブル１５が例えば極細同軸ケーブルである場合のように、導体の径が細く、導体を構成する素線の数が少なくて、屈曲耐性が弱くても、導体の断線等の損傷を抑制することができる。極細同軸ケーブルとしては、例えば中心導体のサイズがＡＷＧ（米国ワイヤーゲージ）で３６より細い同軸ケーブルが挙げられる。

ケーブル１５の内部導体１５ａに向けて、屈曲部１３ｂが変形しやすいように、屈曲部１３ｂのうち、少なくとも接続部１７ａが配置される部分は、フレキシブルであることが好ましい。屈曲部１３ｂがフレキシブルである箇所には、固定材１４、固形材料２１等を設けることなく、屈曲部１３ｂ，１３ｅの間が非接触の空間を設けてもよい。

本実施形態においては、配線基板１３のケーブル１５が配置された側とは反対の側（図２の下側）には、コンデンサ等の実装部品１６が配置されてもよい。例えば、電圧変動を避けるためのデカップリング用にコンデンサを設けると、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、コンデンサを設けることもできる。その他、コンデンサの目的としては、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、基板端部１３ｄ上に実装部品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、静電容量等の機能を付与することができる。なお、基板端部１３ｄ上にケーブル１５が配置されない場合、実装部１３ａと基板端部１３ｄとの間の屈曲部１３ｅを省略することもできる。例えば、基板端部１３ｄが実装部１３ａの下部まで、ケーブル１５の軸線方向に沿って延在してもよい。

実装部品１６を端子部１９ａと電気的に接続する手段としては、例えば半田付け等が挙げられる。実装部品１６が接続される端子部１９ａは、基板端部１３ｄ上に配置されている。端子部１９ａは、配線部１９ｂを介して実装部１３ａ上の撮像素子１１に接続されている。複数の配線部１９ｂが、屈曲部１３ｅ上において、間隔をあけて略平行に配置されていてもよい。

ケーブル１５の導体１５ａ，１５ｃ、実装部品１６、接続部１７ａ，１７ｃ、端子部１８ａ，１８ｃ，１９ａ、配線部１８ｂ，１８ｄ，１９ｂ等の周囲は、電気絶縁材（図示せず）により被覆されることが好ましい。電気絶縁材としては、コーティング、フィルム、カバー、チューブ等の少なくとも１種が挙げられる。電気絶縁材、絶縁チューブ等の材料としては、例えばシリコーン樹脂などの樹脂材料が挙げられる。

本実施形態は、ケーブル１５が同軸ケーブルである場合に限らず、例えば中心導体等の導体１５ａと被覆１５ｄを有するケーブルにも適用することができる。ケーブル１５が外部導体１５ｃを有しない場合、外部導体１５ｃを接続するための接続部１７ｃ、端子部１８ｃ、配線部１８ｄ等を省略することができる。基板端部１３ｃには、ケーブル１５の少なくとも一部（例えば被覆１５ｄ）が固定されてもよい。

ケーブル１５が例えば中心のみに導体１５ａを有する場合であっても、同軸ケーブルの内部導体１５ａを屈曲部１３ｂ上に接続した構成と同様の効果を奏する。ケーブル１５から前方に露出された導体１５ａの少なくとも一部が屈曲部１３ｂ上に配置されていることにより、導体１５ａと被覆１５ｄとの間の径方向の段差を、屈曲部１３ｂの屈曲形状に合わせることができる。これにより、導体１５ａを曲げることなく、ケーブル１５を配線基板１３上に固定することができる。導体１５ａに機械的な負荷が掛かりにくく、導体１５ａの損傷を抑制することができる。ケーブル１５の先端部から撮像素子１１までの前後方向の距離が短いため、ケーブル１５に対する撮像素子１１の向きが安定しやすくなる。

撮像モジュール１０の製造方法は特に限定されないが、例えば平面状の配線基板１３から出発して、撮像素子１１、ケーブル１５、実装部品１６等を適宜の順序で取り付ければよい。屈曲部１３ｂ，１３ｅの形成は、実装部１３ａに撮像素子１１を搭載する前でも後でもよい。屈曲部１３ｂ，１３ｅの形成前に撮像素子１１を実装部１３ａに接続すると、配線基板１３が平面状であるため、接続作業が容易である。

上述の撮像モジュール１０は、内視鏡に用いることができる。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。撮像モジュール１０の周囲は、撮像素子１１の前方側で観察光が入射される領域を確保した上で、前方側の入射領域以外、側方側又は後方側を遮光性材料で覆うことが好ましい。これにより、撮像素子１１に予期せず外部光が迷光等として侵入することを阻止することができる。

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。

配線基板１３において、一方の屈曲部１３ｂにケーブル１５が接続されるのみならず、他方の屈曲部１３ｅにもケーブル１５が接続されてもよい。例えば、屈曲部１３ｅ及びこれに連続する基板端部１３ｄには、屈曲部１３ｂ及びこれに連続する基板端部１３ｃと同様又は類似の構造により、それぞれ別々のケーブル１５を接続することができる。
配線基板は、薄板状の配線基板１３に限定されず、実装部１３ａと屈曲部１３ｂ，１３ｅと基板端部１３ｃ，１３ｄとが一体成形等により一体的に形成されていてもよい。

１０…撮像モジュール、１１…撮像素子、１１ａ…撮像素子本体、１１ｂ…保護部材、１１ｃ…先端面、１２，１４…固定材、１３…配線基板、１３ａ…実装部、１３ｂ，１３ｅ…屈曲部、１３ｃ，１３ｄ…基板端部、１５…ケーブル、１５ａ…内部導体、１５ｂ…一次被覆、１５ｃ…外部導体、１５ｄ…二次被覆、１６…実装部品、１７ａ，１７ｃ…接続部、１８ａ，１８ｃ，１９ａ…端子部、１８ｂ，１８ｄ，１９ｂ…配線部、２０…内部空間、２１…固形材料。

Claims (5)

1. 撮像素子と、前記撮像素子が実装される配線基板と、前記配線基板に接続される導体を有するケーブルとを備え、
   前記配線基板は、前方に向けて前記撮像素子が実装される実装部と、前記実装部から後方に屈曲された屈曲部とを有し、
   前記ケーブルの前方に、前記ケーブルの軸線方向に沿って露出された前記導体の少なくとも一部は、後方から前方に向けて前記導体に接近するように屈曲された前記屈曲部に固定されていることを特徴とする撮像モジュール。
2. 前記配線基板は、前記屈曲部の後方において前記ケーブルの軸線方向に沿って配置されている基板端部を有し、前記基板端部に前記ケーブルの一部が固定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。
3. 前記ケーブルは、前記導体として内部導体と外部導体とを有する同軸ケーブルであり、前記内部導体の少なくとも一部が前記屈曲部上に接続されており、前記外部導体の少なくとも一部が前記基板端部上に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像モジュール。
4. 前記配線基板は、前記実装部の両側にそれぞれ前記屈曲部を有し、それぞれの前記屈曲部の後方に設けられた両側の前記基板端部が互いに重ね合わされていることを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像モジュール。
5. 前記配線基板は、前記実装部の両側にそれぞれ前記屈曲部を有し、前記実装部とその両側の前記屈曲部とに囲まれる内部空間に固形材料が設けら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。

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