JP2022142206A - Imaging module - Google Patents

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卓郎 浅岡
Takuro Asaoka
毅司 雪入
Takeshi Yukiiri
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Abstract

To provide an imaging module capable of preventing breakage of an image pick-up device by suppressing warpage of the image pick-up device of the imaging module.SOLUTION: An imaging module having an image pick-up device includes: a first layer composed of a flexible board disposed on a rear side opposite to an imaging face of the image pick-up device; a second layer disposed between the image pick-up device and the first layer, which electrically connects the image pick-up device and the first layer together; and a third layer disposed on a side opposite to a second layer side of the first layer. The thermal expansion coefficient of the third layer is closer to the thermal expansion coefficient of the image pick-up device than the average thermal expansion coefficient of the first layer and the second layer, and the elastic modulus of the third layer is higher than the elastic modulus of the first layer and the second layer.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、撮像モジュールに関する。 The present invention relates to imaging modules.

内視鏡の先端部には、撮像素子およびレンズ鏡胴等を有する撮像モジュールが配置される。撮像素子は、半田ボール等の電気的接続をする電極層を介して基板上に配置されている。 An imaging module having an imaging element, a lens barrel, and the like is arranged at the distal end of the endoscope. The imaging element is arranged on the substrate via an electrode layer for electrical connection such as a solder ball.

リジットな基板に比べて安価であること、他の電子部品も合わせて一度に実装でき、組立性がよいこと、曲げることが可能であるため、狭い筐体内に立体的に配置できること、等の理由から、基板としてポリイミドおよびポリエチレンテレフタレート等の樹脂からなるフレキシブル基板を用いることが考えられている。 Reasons for this include: it is cheaper than a rigid board, it is easy to assemble as other electronic components can be mounted together, and it is bendable so that it can be placed three-dimensionally in a narrow housing. Therefore, it is considered to use flexible substrates made of resins such as polyimide and polyethylene terephthalate as substrates.

例えば、特許文献1には、撮影レンズを介して受像面に入射された撮影光を光電変換する固体撮像素子と、固体撮像素子の受像面とは反対側の面である端子面に対向する接続面を有する回路基板と、を有し、固体撮像素子の端子面には、複数の端子が二次元のマトリクス状に縦にも横にも均等に配置され、回路基板の接続面と固体撮像素子の端子面とは、複数の端子を介して接続され、端子面上における複数の端子の総面積は、固体撮像素子の受像面における撮像エリアの面積の10%以上を占める、内視鏡が記載されている。 For example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100000, a solid-state image pickup device that photoelectrically converts photographing light incident on an image receiving surface through a photographing lens and a terminal surface opposite to the image receiving surface of the solid-state image pickup device are connected to each other. and a circuit board having a surface, and a plurality of terminals are evenly arranged in a two-dimensional matrix on the terminal surface of the solid-state image pickup device, and the connection surface of the circuit board and the solid-state image pickup device. The terminal surface of is connected via a plurality of terminals, and the total area of the plurality of terminals on the terminal surface occupies 10% or more of the area of the imaging area on the image receiving surface of the solid-state imaging device. It is

この特許文献1には、フレキシブル基板にイメージセンサを実装する際には、特に冷却時に発生するフレキシブル基板の変形のためにイメージセンサの基板に反りが生じて、イメージセンサと回路基板との接続部に局地的な歪みが生じる場合がある、ことが記載されている(段落[0026])。 In Patent Document 1, when an image sensor is mounted on a flexible substrate, warping occurs in the substrate of the image sensor due to deformation of the flexible substrate that occurs particularly during cooling, and the connecting portion between the image sensor and the circuit substrate (paragraph [0026]).

特開2018-007714号公報JP 2018-007714 A

このように、撮像素子の基板としてフレキシブル基板を用いる場合には、温度変化によって、各部材は熱膨張あるいは収縮した際に、撮像素子と電極層およびフレキシブル基板との熱膨張率の差が大きいため、撮像素子が反ってしまうという問題があった。特に、フレキシブル基板として用いられる材料は熱膨張率が大きいため、基板としてフレキシブル基板を用いる場合は、撮像素子が反って破損してしまうという問題があることがわかった。 In this way, when a flexible substrate is used as the substrate of the imaging element, when each member thermally expands or contracts due to temperature changes, the difference in thermal expansion coefficient between the imaging element, the electrode layer, and the flexible substrate is large. , there is a problem that the imaging element is warped. In particular, since the material used for the flexible substrate has a large coefficient of thermal expansion, it has been found that when a flexible substrate is used as the substrate, the imaging element warps and is damaged.

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、撮像モジュールの撮像素子の反りを抑制して撮像素子の破損を防止できる撮像モジュールを提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide an imaging module capable of suppressing warping of an imaging element of the imaging module and preventing damage to the imaging element.

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.

[1] 撮像素子を備える撮像モジュールにおいて、
撮像素子の撮像面とは反対側の裏面側に配置される、フレキシブル基板で構成される第1の層と、
撮像素子と第1の層との間に配置され、撮像素子と第1の層とを電気的に接続する第2の層と、
第1の層の第2の層側とは反対側に配置される第3の層と、を有し、
第3の層の熱膨張率は、第1の層と第2の層の平均熱膨張率よりも、撮像素子の熱膨張率に近く、
第3の層の弾性率は、第1の層および第2の層の弾性率よりも高い、撮像モジュール。
[2] 撮像素子の弾性率×厚さと、第3の層の弾性率×厚さとの合計値は、第1の層の弾性率×厚さと、第の2層の弾性率×厚さとの合計値よりも大きい、[1]に記載の撮像モジュール。
[3] 撮像素子の撮像面には、平面視における大きさが撮像素子の大きさと同じであるカバーガラスが貼着されている、[1]または[2]に記載の撮像モジュール。
[4] 入射する光を撮像素子の撮像面に結像させるレンズを有し、
カバーガラスとレンズとの間に配置される少なくとも1つの光学部品を有し、
カバーガラスの受光面側が光学部品と接着固定されており、
撮像素子の側面に垂直な方向のうち少なくとも1つの方向において、第3の層の撮像素子の側面からの突出量は、カバーガラスの厚みと撮像素子の厚みと第2の層の厚みとの合計値の半分以下である、[3]に記載の撮像モジュール。
[5] 入射する光を撮像素子の撮像面に結像させるレンズを有し、
レンズと撮像素子との間に配置されるプリズムを有し、
撮像素子は、撮像面がレンズの光軸と平行に配置されており、
第3の層が、撮像モジュールの最外層を形成する、[1]~[4]のいずれかに記載の撮像モジュール。
[6] レンズと撮像素子との間に配置されるプリズムを有し、
撮像素子は、撮像面がレンズの光軸と平行に配置されており、
第3の層が、撮像モジュールの最外層を形成し、
第3の層が撮像素子から突出する側面は、レンズ側の側面である、[4]に記載の撮像モジュール。
[7] 第3の層はセラミックで形成されている、[1]~[6]のいずれかに記載の撮像モジュール。
[8] 第3の層に回路が形成され、第1の層と電気的に接続されている、[1]~[7]のいずれかに記載の撮像モジュール。
[9] 第2の層が半田ボールを有する、[1]~[8]のいずれかに記載の撮像モジュール。
[10] 第2の層が少なくとも一部にアンダーフィルを充填されている、[9]に記載の撮像モジュール。
[1] In an imaging module having an imaging element,
a first layer composed of a flexible substrate arranged on the back side of the imaging device opposite to the imaging surface;
a second layer disposed between the imaging element and the first layer and electrically connecting the imaging element and the first layer;
a third layer disposed on the side opposite to the second layer side of the first layer;
The coefficient of thermal expansion of the third layer is closer to the coefficient of thermal expansion of the imaging device than the average coefficient of thermal expansion of the first and second layers,
The imaging module, wherein the modulus of elasticity of the third layer is higher than the modulus of elasticity of the first and second layers.
[2] The sum of the elastic modulus x thickness of the imaging device and the elastic modulus x thickness of the third layer is the sum of the elastic modulus x thickness of the first layer and the elastic modulus x thickness of the second two layers The imaging module according to [1], which is greater than the value.
[3] The imaging module according to [1] or [2], wherein a cover glass having the same size in plan view as the imaging element is attached to the imaging surface of the imaging element.
[4] having a lens that forms an image of incident light on the imaging surface of the imaging device;
having at least one optical component positioned between the cover glass and the lens;
The light-receiving surface side of the cover glass is adhesively fixed to the optical component,
The amount of protrusion of the third layer from the side surface of the image sensor in at least one direction out of the directions perpendicular to the side surface of the image sensor is the sum of the thickness of the cover glass, the thickness of the image sensor, and the thickness of the second layer. The imaging module according to [3], which is less than or equal to half the value.
[5] having a lens that forms an image of incident light on the imaging surface of the imaging element;
Having a prism disposed between the lens and the image sensor,
The imaging device has an imaging surface arranged parallel to the optical axis of the lens,
The imaging module according to any one of [1] to [4], wherein the third layer forms the outermost layer of the imaging module.
[6] having a prism disposed between the lens and the imaging element;
The imaging device has an imaging surface arranged parallel to the optical axis of the lens,
a third layer forms the outermost layer of the imaging module;
The imaging module according to [4], wherein the side surface where the third layer protrudes from the imaging element is the side surface on the lens side.
[7] The imaging module according to any one of [1] to [6], wherein the third layer is made of ceramic.
[8] The imaging module according to any one of [1] to [7], wherein a circuit is formed on the third layer and electrically connected to the first layer.
[9] The imaging module according to any one of [1] to [8], wherein the second layer has solder balls.
[10] The imaging module according to [9], wherein the second layer is at least partially filled with an underfill.

本発明によれば、撮像モジュールの撮像素子の反りを抑制して撮像素子の破損を防止できる撮像モジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an imaging module capable of suppressing warpage of an imaging element of the imaging module and preventing damage to the imaging element.

本発明に係る撮像モジュールを有する内視鏡を用いる内視鏡システムの構成の一例を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an example of configuration of an endoscope system using an endoscope having an imaging module according to the present invention; FIG. 本発明の撮像モジュールの一例を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing an example of an imaging module of the present invention; FIG. 図2に示す撮像モジュールにおいてアンカーおよびカバー部材を除いた状態の側面図である。3 is a side view of the imaging module shown in FIG. 2 with the anchor and the cover member removed; FIG. 図2の撮像モジュールの一部を拡大して示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an enlarged part of the imaging module of FIG. 2; 図4の側面図である。5 is a side view of FIG. 4; FIG. 本発明の撮像モジュールの他の一例を模式的に示す側面図である。FIG. 4 is a side view schematically showing another example of the imaging module of the present invention; 本発明の撮像モジュールの他の一例を模式的に示す側面図である。FIG. 4 is a side view schematically showing another example of the imaging module of the present invention; 本発明の撮像モジュールの他の一例を模式的に示す側面図である。FIG. 4 is a side view schematically showing another example of the imaging module of the present invention; 本発明の撮像モジュールの他の一例を模式的に示す側面図である。FIG. 4 is a side view schematically showing another example of the imaging module of the present invention; 本発明の撮像モジュールの他の一例を模式的に示す側面図である。FIG. 4 is a side view schematically showing another example of the imaging module of the present invention;

以下、本発明の撮像モジュールの実施形態について、図面に基づいて説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。本明細書の図面において、視認しやすくするために各部の縮尺を適宜変更して示している。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
An embodiment of an imaging module of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The description of the constituent elements described below may be made based on representative embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments. In the drawings of this specification, the scale of each part is appropriately changed to facilitate visual recognition.
In this specification, a numerical range represented by "-" means a range including the numerical values before and after "-" as lower and upper limits.

[撮像モジュール]
本発明の撮像モジュールは、
撮像素子を備える撮像モジュールにおいて、
撮像素子の撮像面とは反対側の裏面側に配置される、フレキシブル基板で構成される第1の層と、
撮像素子と第1の層との間に配置され、撮像素子と第1の層とを電気的に接続する第2の層と、
第1の層の第2の層側とは反対側に配置される第3の層と、を有し、
第3の層の熱膨張率は、第1の層と第2の層の平均熱膨張率よりも、撮像素子の熱膨張率に近く、
第3の層の弾性率は、第1の層および第2の層の弾性率よりも高い、撮像モジュールである。
[Imaging module]
The imaging module of the present invention is
In an imaging module equipped with an imaging element,
a first layer composed of a flexible substrate arranged on the back side of the imaging device opposite to the imaging surface;
a second layer disposed between the imaging element and the first layer and electrically connecting the imaging element and the first layer;
a third layer disposed on the side opposite to the second layer side of the first layer;
The coefficient of thermal expansion of the third layer is closer to the coefficient of thermal expansion of the imaging device than the average coefficient of thermal expansion of the first and second layers,
The imaging module, wherein the modulus of elasticity of the third layer is higher than the modulus of elasticity of the first and second layers.

図1に、本発明の撮像モジュールを有する内視鏡を備える内視鏡システムの一例を概念的に示す。 FIG. 1 conceptually shows an example of an endoscope system including an endoscope having an imaging module of the present invention.

内視鏡システム1は、内視鏡2と、光源ユニット3と、プロセッサユニット4とを備える。内視鏡2は、後述する撮像モジュール10の部分以外は、一般的な内視鏡と同様の構成を有する。 An endoscope system 1 includes an endoscope 2 , a light source unit 3 and a processor unit 4 . The endoscope 2 has a configuration similar to that of a general endoscope, except for an imaging module 10, which will be described later.

内視鏡2は、被検体内に挿入される挿入部と、挿入部に連なる操作部と、操作部から延びるユニバーサルコードとを有し、挿入部は、先端部と、先端部に連なる湾曲部と、湾曲部と操作部とを繋ぐ軟性部とで構成されている。 The endoscope 2 has an insertion portion to be inserted into the subject, an operation portion connected to the insertion portion, and a universal cord extending from the operation portion. and a flexible portion that connects the bending portion and the operating portion.

先端部には、観察部位を照明するための照明光を出射する照明光学系や、観察部位を撮像する撮像素子及び撮像光学系などを有する撮像モジュール(カメラヘッド)が設けられている。湾曲部は挿入部の長手軸と直交する方向に湾曲可能に構成されており、湾曲部の湾曲動作は操作部にて操作される。また、軟性部は、挿入部の挿入経路の形状に倣って変形可能な程に比較的柔軟に構成されている。 The distal end portion is provided with an imaging module (camera head) having an illumination optical system for emitting illumination light for illuminating the observation site, an imaging device for imaging the observation site, an imaging optical system, and the like. The bending section is configured to be bendable in a direction orthogonal to the longitudinal axis of the insertion section, and the bending operation of the bending section is operated by the operation section. Also, the flexible portion is configured to be relatively flexible so as to be deformable following the shape of the insertion path of the insertion portion.

操作部には、先端部の撮像モジュールの撮像動作を操作するボタンや、湾曲部の湾曲動作を操作するノブなどが設けられている。また、操作部には、電気メスなどの処置具が導入される導入口が設けられており、挿入部の内部には、導入口から先端部に達し、鉗子等の処置具が挿通される処置具チャンネルが設けられている。 The operation unit includes a button for operating the imaging operation of the imaging module at the distal end, a knob for operating the bending operation of the bending unit, and the like. In addition, the operating portion is provided with an introduction port into which a treatment tool such as an electric scalpel is introduced, and a treatment tool such as forceps is inserted into the insertion portion from the introduction port to the distal end. A fixture channel is provided.

ユニバーサルコードの末端にはコネクタが設けられ、内視鏡2は、コネクタを介して、先端部の照明光学系から出射される照明光を生成する光源ユニット3、及び先端部の撮像装置によって取得される映像信号を処理するプロセッサユニット4と接続される。 A connector is provided at the end of the universal cord, and the endoscope 2 is acquired by a light source unit 3 that generates illumination light emitted from an illumination optical system at the distal end and an imaging device at the distal end via the connector. It is connected to a processor unit 4 for processing video signals.

プロセッサユニット4は、入力された映像信号を処理して観察部位の映像データを生成し、生成した映像データをモニタに表示させ、また記録する。なお、プロセッサユニット4は、PC(パーソナルコンピュータ)等のプロセッサによって構成されるものであっても良い。 The processor unit 4 processes the input image signal to generate image data of the observation site, displays the generated image data on the monitor, and records the generated image data. Note that the processor unit 4 may be configured by a processor such as a PC (personal computer).

光源ユニット3は、内視鏡2の撮像装置によって体腔内の観察対象部位を撮像して画像信号を取得するために、赤光(R)、緑光(G)、及び青光(B)等の3原色光からなる白色光や特定波長光等の照明光を、発生させて、内視鏡2に供給し、内視鏡2内のライトガイド等によって伝搬し、内視鏡2の挿入部の先端部の照明光学系から出射して、体腔内の観察対象部位を照明するためのものである。 The light source unit 3 emits red light (R), green light (G), blue light (B), and the like in order to acquire an image signal by capturing an image of an observation target site in the body cavity with the imaging device of the endoscope 2. Illumination light such as white light composed of three primary colors and light of a specific wavelength is generated, supplied to the endoscope 2, propagated through a light guide or the like in the endoscope 2, and illuminated at the insertion portion of the endoscope 2. The light is emitted from the illumination optical system at the distal end to illuminate the site to be observed within the body cavity.

挿入部及び操作部並びにユニバーサルコードの内部にはライトガイドや電線群(信号ケーブル)が収容されている。光源ユニット3にて生成された照明光がライトガイドを介して先端部の照明光学系に導光され、また、先端部の撮像装置とプロセッサユニット4との間で信号および/または電力が電線群を介して伝送される。 A light guide and a group of electric wires (signal cables) are accommodated inside the insertion portion, the operation portion, and the universal cord. Illumination light generated by the light source unit 3 is guided to the illumination optical system at the tip through the light guide, and signals and/or power are transmitted between the imaging device at the tip and the processor unit 4 via the wire group. transmitted through

また、内視鏡システム1は、更に、洗浄水等を貯留する送水タンク、体腔内の吸引物(供給された洗浄水等も含む)を吸引する吸引ポンプ等を備えていてもよい。更に、送水タンク内の洗浄水、又は外部の空気等の気体を内視鏡内の管路(図示せず)に供給する供給ポンプ等を備えていても良い。 In addition, the endoscope system 1 may further include a water supply tank that stores wash water and the like, a suction pump that sucks aspirated substances (including the supplied wash water and the like) in the body cavity, and the like. Furthermore, a supply pump or the like may be provided for supplying cleaning water in the water supply tank or gas such as external air to a conduit (not shown) in the endoscope.

図2に、本発明の撮像モジュールの一例を模式的に表す斜視図を示す。図3に、図2の側面図を示す。また、図3は、図2の撮像モジュールからアンカー24およびカバー部材42を除いた状態の側面図である。 FIG. 2 shows a perspective view schematically showing an example of the imaging module of the present invention. FIG. 3 shows a side view of FIG. 3 is a side view of the imaging module of FIG. 2 with the anchor 24 and the cover member 42 removed.

図2および図3に示す撮像モジュール10は、レンズ12、レンズ12を保持する鏡胴14、撮像素子(以下、センサーともいう)16、カバーガラス17、光学部材18、光学部材保持具20、第2の層19、フレキシブル基板22、第3の層40、アンカー24、カバー部材42、および、ケーブル26を有する。 The imaging module 10 shown in FIGS. 2 and 3 includes a lens 12, a lens barrel 14 holding the lens 12, an imaging element (hereinafter also referred to as a sensor) 16, a cover glass 17, an optical member 18, an optical member holder 20, a It has two layers 19 , flexible substrate 22 , third layer 40 , anchors 24 , cover member 42 and cable 26 .

図2および図3に示す例は、光学部材18がプリズムであり、撮像素子16の撮像面が、レンズ12の光軸と平行に配置される例である。以下の説明において、光学部材18をプリズム18ともいう。また、後に詳述するが、第3の層40は、フレキシブル基板22の裏面22a側に配置されるため、この構成において、第3の層40は、撮像モジュール10の最外層を形成している。 The examples shown in FIGS. 2 and 3 are examples in which the optical member 18 is a prism and the imaging surface of the imaging device 16 is arranged parallel to the optical axis of the lens 12 . In the following description, the optical member 18 is also called prism 18 . Further, as will be described later in detail, the third layer 40 is arranged on the back surface 22a side of the flexible substrate 22, so in this configuration, the third layer 40 forms the outermost layer of the imaging module 10. .

レンズ12は、入射する光をセンサー16の受光面に結像する光学系である。レンズ12は鏡胴14に保持される。 The lens 12 is an optical system that forms an image of incident light on the light receiving surface of the sensor 16 . A lens 12 is held by a lens barrel 14 .

鏡胴14は、筒状の部材であり、1以上のレンズ12を保持するものである。鏡胴14は、レンズ12の光軸がプリズム18のレンズ12と対面する面に垂直になるように、レンズ12を保持する。 The lens barrel 14 is a cylindrical member and holds one or more lenses 12 . The lens barrel 14 holds the lens 12 so that the optical axis of the lens 12 is perpendicular to the surface of the prism 18 facing the lens 12 .

レンズ12および鏡胴14の構成は特に制限されない。例えば、レンズ12を1つ有する構成であってもよいし、2つ、あるいは、4つ以上のレンズ12を有する構成でもよい。また、各レンズ12は、凸レンズであっても凹レンズであってもよい。 The configurations of the lens 12 and the lens barrel 14 are not particularly limited. For example, a configuration having one lens 12 may be used, or a configuration having two, or four or more lenses 12 may be used. Further, each lens 12 may be a convex lens or a concave lens.

センサー16は、レンズ12によって結像された光を光電変換によって電気信号に変換することで撮像を行う撮像素子である。センサー16は、CCD(Charge-Coupled Device)センサー、CMOS(Complementary MOS)センサー等の従来公知の撮像素子である。 The sensor 16 is an imaging device that takes an image by photoelectrically converting the light imaged by the lens 12 into an electric signal. The sensor 16 is a conventionally known imaging device such as a CCD (Charge-Coupled Device) sensor, a CMOS (Complementary MOS) sensor, or the like.

センサー16は、鏡胴14よりも基端側に配置されている。また、図3に示すように、センサー16は、受光面がレンズ12の光軸に平行になるようにフレキシブル基板22上に実装されている。 The sensor 16 is arranged closer to the proximal side than the lens barrel 14 . Further, as shown in FIG. 3, the sensor 16 is mounted on the flexible substrate 22 so that the light receiving surface is parallel to the optical axis of the lens 12. As shown in FIG.

フレキシブル基板22は、本発明における第1の層であり、センサー16を実装する基板である。また、フレキシブル基板22には、センサー16以外の電子部品が実装されていてもよい。また、フレキシブル基板22には、センサー16および電子部品に対する信号または電力が入出力される複数の接続端子が設けられている。接続端子には、ケーブル26の信号線が電気的に接続される(図3参照)。 Flexible substrate 22 is the first layer in the present invention and is the substrate on which sensor 16 is mounted. Also, electronic components other than the sensor 16 may be mounted on the flexible substrate 22 . In addition, the flexible substrate 22 is provided with a plurality of connection terminals for inputting/outputting signals or electric power to/from the sensor 16 and electronic components. A signal line of the cable 26 is electrically connected to the connection terminal (see FIG. 3).

図示例において、フレキシブル基板22は、略L字状の板状の部材を2か所で湾曲させた形状を有する。具体的には、フレキシブル基板22は、レンズの光軸方向(以下、軸方向ともいう)と直交する方向を軸として湾曲させた第1湾曲部22bと、軸方向を軸として湾曲させた第2湾曲部22cとを有し、この2つの湾曲部で連結される3つの板状部にセンサー16、電子部品および接続端子が実装されている。図示例においては、センサー16は、図3中下側の板状部の上面側に実装されている。 In the illustrated example, the flexible substrate 22 has a shape in which a substantially L-shaped plate-like member is bent at two points. Specifically, the flexible substrate 22 includes a first curved portion 22b curved around a direction perpendicular to the optical axis direction of the lens (hereinafter also referred to as an axial direction) and a second curved portion 22b curved around the axial direction. The sensor 16, electronic components, and connection terminals are mounted on three plate-shaped portions connected by the two curved portions 22c. In the illustrated example, the sensor 16 is mounted on the upper surface side of the plate-like portion on the lower side in FIG.

フレキシブル基板22は、可撓性を有する基板である。フレキシブル基板22としては、特に制限はなく、従来公知のフレキシブル基板を用いることができる。一例として、フレキシブル基板は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の樹脂材料からなるベースフィルム上に銅箔等からなる回路を形成したものである。 The flexible substrate 22 is a flexible substrate. The flexible substrate 22 is not particularly limited, and conventionally known flexible substrates can be used. As an example, a flexible substrate is obtained by forming a circuit made of copper foil or the like on a base film made of a resin material such as polyimide or polyethylene terephthalate (PET).

フレキシブル基板22は、1箇所、あるいは、3箇所以上で折り曲げられた形状であってもよい。また、フレキシブル基板22上におけるセンサー16、電子部品、および、接続端子等の配置には特に制限はない。 The flexible substrate 22 may be bent at one point or at three or more points. Moreover, there is no particular restriction on the arrangement of the sensor 16, electronic components, connection terminals, and the like on the flexible substrate 22. FIG.

フレキシブル基板22上の回路には、センサー16、および、ケーブル26がそれぞれ接続される。センサー16によって光が電気信号に変換され、この電気信号がフレキシブル基板22の回路を介してケーブル26に伝達し送信される。ケーブル26は、内視鏡の挿入部、操作部、ユニバーサルコード等に挿通されて、プロセッサユニット4に接続されている。
ケーブル26は、同軸ケーブルあるいは単軸ケーブル等の1以上の信号線、1以上の信号線の外周を覆うシールド線、ならびに、信号線およびシールド線の外周を覆う保護被覆(シース)等を備える。
A sensor 16 and a cable 26 are connected to the circuit on the flexible substrate 22, respectively. Light is converted into an electrical signal by the sensor 16, which is transmitted through the circuitry of the flexible substrate 22 to the cable 26 for transmission. The cable 26 is passed through the insertion portion, operation portion, universal cord, etc. of the endoscope and connected to the processor unit 4 .
The cable 26 includes one or more signal wires such as a coaxial cable or a uniaxial cable, a shield wire covering the outer circumference of the one or more signal wires, and a protective coating (sheath) covering the outer circumferences of the signal wire and the shield wire.

フレキシブル基板22とセンサー16とは、第2の層19によって電気的に接続されている。図4および図5にセンサー16近傍を拡大した図を示す。図4および図5に示す例においては第2の層19は、複数の半田ボール19aを有しており、半田ボール19aによってフレキシブル基板22の回路とセンサー16とを電気的に接続している。また、図4に示す例では、好ましい態様として、半田ボール19aの間の空間にアンダーフィル19bが充填されている。 Flexible substrate 22 and sensor 16 are electrically connected by second layer 19 . 4 and 5 show enlarged views of the vicinity of the sensor 16. FIG. In the example shown in FIGS. 4 and 5, the second layer 19 has a plurality of solder balls 19a, which electrically connect the circuits of the flexible substrate 22 and the sensor 16 with the solder balls 19a. Further, in the example shown in FIG. 4, as a preferred mode, the space between the solder balls 19a is filled with the underfill 19b.

半田ボール19aとしては、内視鏡の撮像モジュールにおいて、センサーと基板とを電気的に接続するために用いられる従来公知の半田ボールが適宜利用可能である。例えば、半田ボールの材料としては、Sn-Ag-Cu系合金を用いることができる。 As the solder ball 19a, a conventionally known solder ball used for electrically connecting a sensor and a substrate in an imaging module of an endoscope can be appropriately used. For example, a Sn--Ag--Cu alloy can be used as the material of the solder ball.

アンダーフィル19bとしては、内視鏡の撮像モジュールにおいて、アンダーフィルとして用いられる、従来公知のアンダーフィルが適宜利用可能である。例えば、アンダーフィルとしては、エポキシ樹脂等の樹脂材料を用いることができる。 As the underfill 19b, a conventionally known underfill that is used as an underfill in an imaging module of an endoscope can be appropriately used. For example, as the underfill, a resin material such as epoxy resin can be used.

なお、第2の層19は、半田ボール19aおよびアンダーフィル19bを有する構成に限定はされない。例えば、第2の層19は、半田ボール19aのみを有する構成であってもよい。あるいは、異方性導電膜(ACF)であってもよい。 It should be noted that the second layer 19 is not limited to the structure having the solder balls 19a and the underfill 19b. For example, the second layer 19 may have only solder balls 19a. Alternatively, it may be an anisotropic conductive film (ACF).

カバーガラス17は、センサー16の受光面上に配置され、受光面を保護するものである。カバーガラス17上にはプリズム18が配置される。カバーガラス17は、平面視における大きさがセンサー16の撮像面の大きさと略同じである。 A cover glass 17 is arranged on the light receiving surface of the sensor 16 to protect the light receiving surface. A prism 18 is arranged on the cover glass 17 . The size of the cover glass 17 in plan view is substantially the same as the size of the imaging surface of the sensor 16 .

プリズム18は、鏡胴14とセンサー16(カバーガラス17)との間に配置される。プリズム18は、鏡胴14に保持されたレンズ12を通過した光を90°屈曲させて光路を変更し、センサー16の受光面に導く。図示例においては、プリズム18は、入射面と出射面とが直交する直角プリズムである。プリズム18は、入射面を鏡胴14の基端側の面に対面して配置され、出射面をセンサー16の受光面に対面して配置される。プリズム18は、カバーガラス17と接着固定されていてもよい。 A prism 18 is arranged between the lens barrel 14 and the sensor 16 (cover glass 17). The prism 18 bends the light passing through the lens 12 held by the lens barrel 14 by 90°, changes the optical path, and guides the light to the light receiving surface of the sensor 16 . In the illustrated example, the prism 18 is a right-angle prism whose entrance surface and exit surface are perpendicular to each other. The prism 18 is arranged with its entrance surface facing the base end side surface of the lens barrel 14 and with its exit surface facing the light receiving surface of the sensor 16 . The prism 18 may be adhesively fixed to the cover glass 17 .

光学部材保持具20は、鏡胴14とプリズム18とを保持する部材である。光学部材保持具20は、略筒状の部材であり、筒部の内部に鏡胴14を嵌入されて、鏡胴14を保持する。光学部材保持具20の内面と鏡胴14の外周面とは接着固定される。 The optical member holder 20 is a member that holds the lens barrel 14 and the prism 18 . The optical member holder 20 is a substantially tubular member, and holds the lens barrel 14 by fitting the lens barrel 14 inside the tubular portion. The inner surface of the optical member holder 20 and the outer peripheral surface of the lens barrel 14 are adhesively fixed.

光学部材保持具20と鏡胴14とを接着する接着剤としては、従来の内視鏡で用いられている種々の公知の接着剤を用いることができる。この点は、他の部材同士を接着する接着剤についても同様である。 As the adhesive for bonding the optical member holder 20 and the lens barrel 14, various known adhesives used in conventional endoscopes can be used. This point also applies to adhesives that bond other members together.

光学部材保持具20は、筒部の基端側の端面に、多角形状のフランジ部20aを有し、プリズム18の入射面が当接される。これにより、プリズム18を位置決めする。光学部材保持具20は、鏡胴14およびプリズム18を所定の位置に保持することで、鏡胴14とプリズム18との相対位置、すなわち、鏡胴14とセンサー16(受光面)との相対位置を固定する。 The optical member holder 20 has a polygonal flange portion 20a on the proximal end face of the cylindrical portion, and the incident surface of the prism 18 is brought into contact with the polygonal flange portion 20a. This positions the prism 18 . By holding the lens barrel 14 and the prism 18 at predetermined positions, the optical member holder 20 can adjust the relative position of the lens barrel 14 and the prism 18, that is, the relative position of the lens barrel 14 and the sensor 16 (light receiving surface). fixed.

ここで、鏡胴14は、レンズ12の光軸方向(以下、軸方向ともいう)における、光学部材保持具20に対する相対位置を、センサー16の受光面にピントが合うように調整されて、光学部材保持具20に接着固定される。 Here, the lens barrel 14 is adjusted relative to the optical member holder 20 in the direction of the optical axis of the lens 12 (hereinafter also referred to as the axial direction) so that the light receiving surface of the sensor 16 is in focus. It is adhesively fixed to the member holder 20 .

アンカー24は、光学部材保持具20に対して、ケーブル26を保持するものである。図示例においては、アンカー24は、光軸方向に延在する2枚の板状部24cを有し、各板状部24cの先端側にアーム部24aを有する。アーム部24aは、光学部材保持具20のフランジ部20aに係合している。また、図2に示すように、2枚の板状部24cは、その主面がフレキシブル基板22の表面(センサー16が配置される面)に対して垂直に配置されている。また、2枚の板状部24cは、フレキシブル基板22上のケーブル26との接続箇所を挟んで対面するように配置されている。 Anchor 24 holds cable 26 to optical member holder 20 . In the illustrated example, the anchor 24 has two plate-like portions 24c extending in the optical axis direction, and an arm portion 24a on the tip side of each plate-like portion 24c. The arm portion 24 a is engaged with the flange portion 20 a of the optical member holder 20 . Further, as shown in FIG. 2, the two plate-like portions 24c are arranged such that their main surfaces are perpendicular to the surface of the flexible substrate 22 (the surface on which the sensor 16 is arranged). In addition, the two plate-like portions 24c are arranged to face each other with the connecting portion to the cable 26 on the flexible substrate 22 interposed therebetween.

また、アンカー24は、基端側に2枚の板状部24cを連結するとともに、ケーブル26を保持する保持部24bを有する。保持部24bは、ケーブル26を押圧するようにかしめられてケーブル26を保持する。すなわち、保持部24bは、ケーブル26の外皮に沿って曲げられる。 In addition, the anchor 24 has a holding portion 24b that holds the cable 26 while connecting the two plate-like portions 24c on the proximal end side. The holding portion 24 b holds the cable 26 by being crimped so as to press the cable 26 . That is, the holding portion 24b is bent along the outer skin of the cable 26. As shown in FIG.

アンカー24のアーム部24aと光学部材保持具20のフランジ部20a、ならびに、アンカー24の保持部24bとケーブル26の外皮は、それぞれ接着剤で接着固定されてもよい。 The arm portion 24a of the anchor 24 and the flange portion 20a of the optical member holder 20, and the holding portion 24b of the anchor 24 and the outer sheath of the cable 26 may be adhesively fixed with an adhesive.

このように、アンカー24は、光学部材保持具20およびケーブル26それぞれに接続されることで、ケーブル26が引っ張られた際などに、フレキシブル基板22上の接続端子と信号線との接続箇所が引っ張られて、接続端子と信号線との接続が断線することを防止する。 In this way, the anchors 24 are connected to the optical member holder 20 and the cable 26, respectively, so that when the cable 26 is pulled, the connection point between the connection terminal on the flexible substrate 22 and the signal line is pulled. This prevents disconnection between the connection terminal and the signal line.

カバー部材42は、アンカー24のフレキシブル基板22とは反対側に配置される板状の部材である。カバー部材42は、アンカー24とともに、フレキシブル基板22上の接続端子と信号線との接続箇所を覆って保護している。 The cover member 42 is a plate-like member arranged on the side of the anchor 24 opposite to the flexible substrate 22 . The cover member 42 , together with the anchor 24 , covers and protects the connection points between the connection terminals on the flexible substrate 22 and the signal lines.

アンカー24およびカバー部材42を形成する材料としては特に限定はなく、内視鏡の撮像モジュールを構成する部品として利用される各種の樹脂材料および金属材料を用いることができる。放熱性の観点から金属材料が好ましい。加工性、入手性、強度等を考慮すると、アンカー24およびカバー部材42としては、ステンレス鋼、および、銅合金が好ましい。 Materials for forming the anchor 24 and the cover member 42 are not particularly limited, and various resin materials and metal materials used as parts constituting the imaging module of the endoscope can be used. A metal material is preferable from the viewpoint of heat dissipation. Considering workability, availability, strength, etc., stainless steel and copper alloy are preferable for the anchor 24 and the cover member 42 .

なお、カバー部材42はアンカー24と一体的に形成されていてもよい。あるいは、カバー部材42を有していなくてもよい。 Note that the cover member 42 may be formed integrally with the anchor 24 . Alternatively, the cover member 42 may not be provided.

このような撮像モジュール10において、レンズ12からセンサー16に取り込まれた観察像は、センサー16の受光面に結像されて電気信号に変換され、この電気信号がケーブル26を介してプロセッサユニット4に出力され、映像信号に変換され、プロセッサユニット4に接続されたモニタに観察画像が表示される。 In such an imaging module 10, an observation image captured by the sensor 16 through the lens 12 is formed on the light receiving surface of the sensor 16 and converted into an electric signal, which is sent to the processor unit 4 via the cable 26. The observed image is output, converted into a video signal, and displayed on a monitor connected to the processor unit 4 .

ここで、撮像素子は発熱源であり、撮像素子の温度が上昇すると撮像素子周辺の部材は熱膨張するが、撮像素子と第2の層および第1の層(フレキシブル基板)との熱膨張率の差が大きいと、撮像素子が反ってしまうという問題があった。特に、フレキシブル基板として用いられる材料は熱膨張率が大きいため、基板としてフレキシブル基板を用いる場合は、撮像素子が反って破損してしまうという問題があることがわかった。 Here, the imaging element is a heat source, and when the temperature of the imaging element rises, the members around the imaging element thermally expand. If there is a large difference in , there is a problem that the imaging device warps. In particular, since the material used for the flexible substrate has a large coefficient of thermal expansion, it has been found that when a flexible substrate is used as the substrate, the imaging element warps and is damaged.

これに対して、本発明の撮像モジュールは、フレキシブル基板22(第1の層)の、第2の層19側とは反対側の面に配置される第3の層40を有し、第3の層40の熱膨張率が、第1の層22と第2の層19の平均熱膨張率よりも、撮像素子16の熱膨張率に近く、また、第3の層40の弾性率が、第1の層22および第2の層19の弾性率よりも高い構成を有する。この構成により、第3の層40が、第1の層22および第2の層19の熱による膨張を抑制して、撮像素子16が反って破損してしまうことを防止することができる。 On the other hand, the imaging module of the present invention has the third layer 40 arranged on the surface of the flexible substrate 22 (first layer) opposite to the second layer 19 side. The coefficient of thermal expansion of the layer 40 is closer to the coefficient of thermal expansion of the imaging element 16 than the average coefficient of thermal expansion of the first layer 22 and the second layer 19, and the elastic modulus of the third layer 40 is It has a higher elastic modulus than the first layer 22 and the second layer 19 . With this configuration, the third layer 40 can suppress thermal expansion of the first layer 22 and the second layer 19 and prevent the imaging element 16 from being warped and damaged.

一般に、撮像素子16として用いられるCMOSセンサー、および、CCDセンサーは、シリコンウェーハに電極層、絶縁膜等を形成した構成を有する。そのため、撮像素子16の熱膨張率は、2.5ppm/℃~4ppm/℃程度である。 In general, a CMOS sensor and a CCD sensor used as the imaging device 16 have a structure in which electrode layers, insulating films, etc. are formed on a silicon wafer. Therefore, the coefficient of thermal expansion of the imaging element 16 is approximately 2.5 ppm/°C to 4 ppm/°C.

一方、フレキシブル基板22は、主に、ポリイミドおよびポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料からなる。そのため、フレキシブル基板22(第1の層)の熱膨張率は、20ppm/℃~100ppm/℃程度である。また、フレキシブル基板22の弾性率は、5GPa~30GPa程度である。 On the other hand, the flexible substrate 22 is mainly made of resin material such as polyimide and polyethylene terephthalate. Therefore, the thermal expansion coefficient of the flexible substrate 22 (first layer) is about 20 ppm/°C to 100 ppm/°C. Also, the elastic modulus of the flexible substrate 22 is about 5 GPa to 30 GPa.

また、例えば、第2の層19が、半田ボール19aとアンダーフィル19bとからなる場合は、第2の層19の熱膨張率は、20ppm/℃~80ppm/℃程度である。また、第2の層19の弾性率は、5GPa~50GPa程度である。 Further, for example, when the second layer 19 is composed of the solder balls 19a and the underfill 19b, the coefficient of thermal expansion of the second layer 19 is approximately 20 ppm/°C to 80 ppm/°C. The elastic modulus of the second layer 19 is approximately 5 GPa to 50 GPa.

従って、第1の層22と第2の層19の平均熱膨張率は体積の加重平均で、20ppm/℃~90ppm/℃程度である。 Therefore, the average coefficient of thermal expansion of the first layer 22 and the second layer 19 is about 20 ppm/° C. to 90 ppm/° C. as a volume weighted average.

このような撮像素子16、第1の層(フレキシブル基板)22、および、第2の層19に対して、第3の層40が上述した条件を満たす材料としては、インバー材、コバール材、ガラス、シリコン、ステンレス、ならびに、窒化アルミニウムおよび窒化ケイ素等のセラミックが挙げられる。これらの材料の熱膨張率および弾性率の例を表1に示す。 Materials that satisfy the conditions described above for the third layer 40 for the imaging element 16, the first layer (flexible substrate) 22, and the second layer 19 include invar, kovar, and glass. , silicon, stainless steel, and ceramics such as aluminum nitride and silicon nitride. Table 1 shows examples of the coefficient of thermal expansion and modulus of elasticity of these materials.

Figure 2022142206000002
Figure 2022142206000002

ここで、センサー16の反りの抑制の観点から、第3の層40の熱膨張率は、10ppm/℃以下が好ましく、5ppm/℃以下がより好ましく、2ppm/℃~4ppm/℃がさらに好ましい。 Here, from the viewpoint of suppressing warping of the sensor 16, the coefficient of thermal expansion of the third layer 40 is preferably 10 ppm/°C or less, more preferably 5 ppm/°C or less, and even more preferably 2 ppm/°C to 4 ppm/°C.

また、センサー16の反りの抑制の観点から、第3の層40の弾性率は、70GPa以上が好ましく、150GPa以上がより好ましく、300GPa以上がさらに好ましい。 From the viewpoint of suppressing warping of the sensor 16, the elastic modulus of the third layer 40 is preferably 70 GPa or higher, more preferably 150 GPa or higher, and even more preferably 300 GPa or higher.

また、センサー16の反りの抑制の観点から、第3の層40の材料としては、窒化アルミニウムおよび窒化ケイ素等のセラミック、インバー材、コバール材が好ましく、窒化アルミニウムおよび窒化ケイ素等のセラミックがより好ましい。 From the viewpoint of suppressing warping of the sensor 16, the material of the third layer 40 is preferably ceramics such as aluminum nitride and silicon nitride, invar materials, and kovar materials, and more preferably ceramics such as aluminum nitride and silicon nitride. .

また、センサー16の反りの抑制の観点から、センサー16の弾性率×厚さと、第3の層40の弾性率×厚さとの合計値が、第1の層22の弾性率×厚さと、第2の層19の弾性率×厚さとの合計値よりも大きいことが好ましい。これにより、第1の層および第2の層が熱で伸長することを規制して、センサー16が反ることを防止できる。 In addition, from the viewpoint of suppressing warping of the sensor 16, the total value of the elastic modulus×thickness of the sensor 16 and the elastic modulus×thickness of the third layer 40 is equal to the elastic modulus×thickness of the first layer 22 and the third layer 40. It is preferably larger than the sum of the elastic modulus of the second layer 19 and the thickness. This restricts the expansion of the first layer and the second layer due to heat, and prevents the sensor 16 from warping.

各部材の熱膨張率および弾性率の測定方法は以下のとおりである。
熱膨張率は、複数の温度ごとに試験片の測定点間の長さを測定し、単位温度変化あたりの長さ変化率として求める。
弾性率は、試験片に引張り試験で荷重を加え、試験片の測定点間の長さの変化を測定し、応力とひずみを算出し弾性率を求める。あるいは、ナノインデンテーション法により各材料のヤング率を求めて、体積比により複合的な弾性率を求める方法もある。
The method for measuring the thermal expansion coefficient and elastic modulus of each member is as follows.
The coefficient of thermal expansion is obtained by measuring the length between measurement points of the test piece at each of a plurality of temperatures and obtaining the rate of change in length per unit temperature change.
The modulus of elasticity is obtained by applying a load to the test piece in a tensile test, measuring the change in length between measurement points on the test piece, and calculating the stress and strain. Alternatively, there is also a method of determining the Young's modulus of each material by the nanoindentation method and determining the composite elastic modulus from the volume ratio.

ここで、撮像モジュール10は、好ましい態様として、少なくともセンサー16の側面の一部を覆うように配置される接着剤層44を有する(図4および図5参照)。図4および図5に示す例では、接着剤層44は、フレキシブル基板22上に配置され、第2の層19、センサー16およびカバーガラス17の側面のうちの2面を覆っている。 Here, the imaging module 10 has, as a preferred embodiment, an adhesive layer 44 arranged to cover at least part of the side surface of the sensor 16 (see FIGS. 4 and 5). In the example shown in FIGS. 4 and 5, the adhesive layer 44 is placed on the flexible substrate 22 and covers two of the sides of the second layer 19, the sensor 16 and the cover glass 17. FIG.

少なくともセンサー16の側面の一部を覆う接着剤層44を有することにより、撮像素子の反りによる破損を抑制できる。また、接着剤層44は、遮光、ガスバリア(滅菌ガス等)、耐湿気等の機能を有していてもよい。 By having the adhesive layer 44 covering at least part of the side surface of the sensor 16, it is possible to suppress damage due to warpage of the imaging element. In addition, the adhesive layer 44 may have functions such as light shielding, gas barrier (such as sterilization gas), and moisture resistance.

接着剤層44は、センサー16の全周を覆うことが好ましい。その際、接着剤層44が、フレキシブル基板22からプリズム18および/または光学部材保持具20の間に充填されることで、稼動時に高温になると熱膨張の影響でプリズムとカバーガラスの間で接着剤層が剥がれる問題が生じる場合があるが、後述するように第3の層40のセンサー16からの突出量H2を調整することで、抑制することができる。 Adhesive layer 44 preferably covers the entire perimeter of sensor 16 . At this time, the adhesive layer 44 is filled between the flexible substrate 22 and the prism 18 and/or the optical member holder 20, so that when the temperature rises during operation, the prism and the cover glass are bonded together due to the effect of thermal expansion. Although the problem of peeling of the agent layer may occur, it can be suppressed by adjusting the protrusion amount H 2 of the third layer 40 from the sensor 16 as described later.

接着剤層44の材料としては、接着剤またはシール剤を利用可能である。 As a material for the adhesive layer 44, an adhesive or a sealant can be used.

接着剤としては、内視鏡で用いられている各種の接着剤が利用可能である。例えば、エポキシ樹脂系の接着剤を用いることができる。また、遮光性のため、黒色エポキシが好ましい。 Various adhesives used in endoscopes can be used as the adhesive. For example, an epoxy resin-based adhesive can be used. Also, black epoxy is preferred because of its light-shielding properties.

シール剤としては、内視鏡で用いられている各種のシール剤が利用可能である。
接着剤およびシール剤は、熱伝導率が高いほどよいが、絶縁性を有するものであるのが好ましい。
Various sealing agents used in endoscopes can be used as the sealing agent.
The higher the thermal conductivity of the adhesive and sealant, the better, but it is preferable that they have insulating properties.

また、第3の層40の平面視における大きさは、センサー16の大きさ以上であることが好ましく、また、第3の層40は、平面視においてセンサー16を包含するように配置されることが好ましい。 In addition, the size of the third layer 40 in plan view is preferably equal to or larger than the size of the sensor 16, and the third layer 40 is arranged so as to encompass the sensor 16 in plan view. is preferred.

例えば、図6に示す例では、第3の層40は、レンズ12の光軸方向の大きさ(長さ)が、センサー16よりも大きく、光軸方向にセンサー16を包含するように配置されている。すなわち、第3の層40の側面は、センサー16の側面よりも突出している。図6に示す例では、第3の層40のレンズ12側の側面は、フレキシブル基板22のレンズ12側の側面と面一に配置されている。 For example, in the example shown in FIG. 6, the third layer 40 is arranged so that the size (length) of the lens 12 in the optical axis direction is larger than the sensor 16 and includes the sensor 16 in the optical axis direction. ing. That is, the side surface of the third layer 40 protrudes from the side surface of the sensor 16 . In the example shown in FIG. 6 , the lens 12 side surface of the third layer 40 is flush with the lens 12 side surface of the flexible substrate 22 .

ここで、図7に示すように、第3の層40のセンサー16からの突出量H2は、カバーガラス17の厚みとセンサー16の厚みと第2の層19の厚みとの合計値H1の半分以下であることが好ましい。第3の層40の突出量H2をこの範囲とすることで、接着剤層44と、カバーガラス17、センサー16および第2の層19との熱膨張差の影響でプリズムとカバーガラスとの間で剥がれることを抑制できる。 Here, as shown in FIG. 7, the protrusion amount H 2 of the third layer 40 from the sensor 16 is the total value H 1 of the thickness of the cover glass 17, the thickness of the sensor 16, and the thickness of the second layer 19. is preferably half or less. By setting the protrusion amount H 2 of the third layer 40 within this range, the difference in thermal expansion between the adhesive layer 44 and the cover glass 17, the sensor 16, and the second layer 19 causes the prism and the cover glass to separate. It is possible to suppress peeling in between.

また、図7に示すように、第3の層40のレンズ12側の側面がセンサー16の側面から突出しており、その突出量H2が厚みの合計値H1の半分以下であることが好ましい。 Also, as shown in FIG. 7, the side surface of the third layer 40 on the lens 12 side protrudes from the side surface of the sensor 16, and the amount of protrusion H2 is preferably less than half of the total thickness H1. .

なお、図7に示す例では、第3の層40の突出量H2が厚みの合計値H1の半分以下であり、フレキシブル基板22の突出量は、センサー16および第3の層40よりも外側に突出する構成としたが、これに限定はされない。図8に示す例のように、第3の層40およびフレキシブル基板22の突出量H2が厚みの合計値H1の半分以下となる構成であってもよい。 In the example shown in FIG. 7, the protrusion amount H 2 of the third layer 40 is less than half of the total thickness H 1 , and the protrusion amount of the flexible substrate 22 is larger than that of the sensor 16 and the third layer 40. Although it is configured to protrude outward, it is not limited to this. As in the example shown in FIG. 8, the protrusion amount H2 of the third layer 40 and the flexible substrate 22 may be half or less of the total thickness H1.

ここで、図3、図6~図8に示す例では、センサー16の撮像面がレンズ12の光軸と平行に配置され、レンズ12とセンサー16との間に配置される光学部材18が光を90°屈曲させるプリズムである構成としたが、これに限定はされない。 Here, in the examples shown in FIGS. 3 and 6 to 8, the imaging surface of the sensor 16 is arranged parallel to the optical axis of the lens 12, and the optical member 18 arranged between the lens 12 and the sensor 16 is a light source. is a prism that bends by 90°, but it is not limited to this.

図9は、本発明の撮像モジュールの他の一例を示す側面図である。
図9に示す撮像モジュールは、レンズ12を保持する鏡胴14と、光学部材保持具20と、光学部材18と、カバーガラス17と、センサー16と、第2の層19と、フレキシブル基板22と、第3の層40と、接着剤層44と、を有する。
FIG. 9 is a side view showing another example of the imaging module of the present invention.
The image pickup module shown in FIG. , a third layer 40 and an adhesive layer 44 .

図9に示す撮像モジュールにおいては、フレキシブル基板22が略90°に湾曲されており、レンズ12の光軸に平行な部位と光軸に垂直な部位を有する。フレキシブル基板22の光軸に垂直な部位の表面(レンズ12側の面)には、第2の層19、センサー16、カバーガラス17が積層されている。一方、フレキシブル基板22の光軸に垂直な部位の裏面には、第3の層40が配置されている。従って、センサー16の撮像面は、レンズ12の光軸に垂直に配置されている。 In the image pickup module shown in FIG. 9, the flexible substrate 22 is bent at approximately 90°, and has a portion parallel to the optical axis of the lens 12 and a portion perpendicular to the optical axis. A second layer 19 , a sensor 16 , and a cover glass 17 are laminated on the surface (surface on the lens 12 side) of the portion of the flexible substrate 22 perpendicular to the optical axis. On the other hand, a third layer 40 is arranged on the back surface of the flexible substrate 22 at a portion perpendicular to the optical axis. Accordingly, the imaging plane of sensor 16 is arranged perpendicular to the optical axis of lens 12 .

光学部材18は、レンズ12を通過した光をセンサー16の撮像面に導くものである。光学部材18は、光の入射面および出射面が光軸に垂直に配置されている。光学部材18は、単に光を透過させるものであってもよく、あるいは、光を集光する効果を有するものであてもよい。光学部材18が光を集光する効果を有することで、レンズ12とセンサー16との距離をより近くすることができ、小型化することができる。 The optical member 18 guides the light that has passed through the lens 12 to the imaging surface of the sensor 16 . The optical member 18 has a light entrance surface and a light exit surface arranged perpendicular to the optical axis. The optical member 18 may simply transmit light, or may have the effect of condensing light. Since the optical member 18 has the effect of condensing light, the distance between the lens 12 and the sensor 16 can be made closer, and the size can be reduced.

光学部材18は、光学部材保持具20に保持されて、光学部材保持具20に保持される鏡胴14と位置決めされる。 The optical member 18 is held by an optical member holder 20 and positioned with the lens barrel 14 held by the optical member holder 20 .

このように、本発明の撮像モジュールは、センサー16の撮像面がレンズ12の光軸に垂直に配置される構成の場合にも、第3の層40が、第1の層22および第2の層19の熱による膨張を抑制して、撮像素子16が反って破損してしまうことを防止することができる。 Thus, in the imaging module of the present invention, even when the imaging surface of the sensor 16 is arranged perpendicular to the optical axis of the lens 12, the third layer 40 is the same as the first layer 22 and the second layer. It is possible to suppress the thermal expansion of the layer 19 and prevent the imaging device 16 from being warped and damaged.

ここで、図9に示すようなセンサー16の撮像面がレンズ12の光軸に垂直に配置される構成の場合にも、少なくともセンサー16の側面の一部を覆うように配置される接着剤層44を有することが好ましいが、全周を覆うのがより好ましい。 Here, even in the case of a configuration in which the imaging surface of the sensor 16 is arranged perpendicular to the optical axis of the lens 12 as shown in FIG. It is preferred to have 44, but more preferred to cover the entire circumference.

また、図9に示す例では、接着剤層44は、フレキシブル基板22から光学部材18の間に充填されているが、これに限定はされず、図10に示す例のように、接着剤層44は、フレキシブル基板22から光学部材保持具20の間に充填されていてもよい。 Further, in the example shown in FIG. 9, the adhesive layer 44 is filled between the flexible substrate 22 and the optical member 18, but is not limited to this. 44 may be filled between the flexible substrate 22 and the optical member holder 20 .

例えば、図9および図10に示す例では、第3の層40は、図中上下方向の大きさ(長さ)が、センサー16よりも大きく、センサー16を包含するように配置されている。すなわち、第3の層40の2つの側面(図中上側の側面および下側の側面)はそれぞれ、センサー16から突出している。 For example, in the examples shown in FIGS. 9 and 10 , the third layer 40 is larger in size (length) in the vertical direction than the sensor 16 and is arranged to encompass the sensor 16 . That is, two sides (an upper side and a lower side in the figure) of the third layer 40 each protrude from the sensor 16 .

また、図9および図10に示すようなセンサー16の撮像面がレンズ12の光軸に垂直に配置される構成の場合にも、第3の層40のセンサー16からの突出量H2は、カバーガラス17の厚みとセンサー16の厚みと第2の層19の厚みとの合計値H1の半分以下であることが好ましい。第3の層40の突出量H2をこの範囲とすることで、光学部品とカバーガラスとの剥がれを抑制できる。 9 and 10 in which the imaging surface of the sensor 16 is arranged perpendicular to the optical axis of the lens 12, the protrusion amount H 2 of the third layer 40 from the sensor 16 is It is preferably half or less of the total value H 1 of the thickness of the cover glass 17 , the thickness of the sensor 16 and the thickness of the second layer 19 . By setting the protrusion amount H 2 of the third layer 40 within this range, it is possible to suppress peeling between the optical component and the cover glass.

また、本発明の撮像モジュールにおいて、第3の層40には回路が形成されていてもよい。第3の層40に形成された回路は、第1の層(フレキシブル基板)22の回路と接続されて、多層回路基板を構成してもよい。第3の層40に回路が形成される場合には、第3の層は、セラミック等の絶縁性の材料を用いればよい。 Further, in the imaging module of the present invention, a circuit may be formed on the third layer 40 . Circuits formed on the third layer 40 may be connected to circuits on the first layer (flexible substrate) 22 to form a multilayer circuit board. When a circuit is formed on the third layer 40, the third layer may be made of an insulating material such as ceramic.

以上、本発明に係る撮像モジュールについて種々の実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。 Although various embodiments of the imaging module according to the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above examples, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. It is of course possible to perform

1 内視鏡システム
2 内視鏡
3 光源ユニット
4 プロセッサユニット
10 撮像モジュール
12 レンズ
14 鏡胴
16 撮像素子(センサー)
17 カバーガラス
18 光学部材(プリズム)
19 第2の層
19a 半田ボール
19b アンダーフィル
20 光学部材保持具
20a フランジ部
22 フレキシブル基板(第1の層)
22a 裏面
22b 第1湾曲部
22c 第2湾曲部
24 アンカー
24a アーム部
24b 保持部
24c 板状部
26 ケーブル
40 第3の層
42 カバー部材
44 接着剤層
Reference Signs List 1 endoscope system 2 endoscope 3 light source unit 4 processor unit 10 imaging module 12 lens 14 lens barrel 16 imaging element (sensor)
17 cover glass 18 optical member (prism)
19 Second layer 19a Solder ball 19b Underfill 20 Optical member holder 20a Flange 22 Flexible substrate (first layer)
22a rear surface 22b first curved portion 22c second curved portion 24 anchor 24a arm portion 24b holding portion 24c plate-like portion 26 cable 40 third layer 42 cover member 44 adhesive layer

Claims (10)

撮像素子を備える撮像モジュールにおいて、
前記撮像素子の撮像面とは反対側の裏面側に配置される、フレキシブル基板で構成される第1の層と、
前記撮像素子と前記第1の層との間に配置され、前記撮像素子と前記第1の層とを電気的に接続する第2の層と、
前記第1の層の前記第2の層側とは反対側に配置される第3の層と、を有し、
前記第3の層の熱膨張率は、前記第1の層と前記第2の層の平均熱膨張率よりも、前記撮像素子の熱膨張率に近く、
前記第3の層の弾性率は、前記第1の層および前記第2の層の弾性率よりも高い、撮像モジュール。
In an imaging module equipped with an imaging element,
a first layer composed of a flexible substrate arranged on the back surface side opposite to the imaging surface of the imaging device;
a second layer disposed between the imaging device and the first layer and electrically connecting the imaging device and the first layer;
a third layer arranged on the side opposite to the second layer side of the first layer;
the coefficient of thermal expansion of the third layer is closer to the coefficient of thermal expansion of the imaging element than the average coefficient of thermal expansion of the first layer and the second layer;
The imaging module, wherein the elastic modulus of the third layer is higher than the elastic moduli of the first layer and the second layer.
前記撮像素子の弾性率×厚さと、前記第3の層の弾性率×厚さとの合計値は、前記第1の層の弾性率×厚さと、前記第の2層の弾性率×厚さとの合計値よりも大きい、請求項1に記載の撮像モジュール。 The sum of the elastic modulus×thickness of the imaging element and the elastic modulus×thickness of the third layer is the sum of the elastic modulus×thickness of the first layer and the elastic modulus×thickness of the second two layers. 2. The imaging module of claim 1, greater than the sum. 前記撮像素子の撮像面には、平面視における大きさが前記撮像素子の大きさと同じであるカバーガラスが貼着されている、請求項1または2に記載の撮像モジュール。 3. The imaging module according to claim 1, wherein a cover glass having the same size in plan view as the imaging element is attached to the imaging surface of the imaging element. 入射する光を前記撮像素子の撮像面に結像させるレンズを有し、
前記カバーガラスと前記レンズとの間に配置される少なくとも1つの光学部品を有し、
前記カバーガラスの受光面側が前記光学部品と接着固定されており、
前記撮像素子の側面に垂直な方向のうち少なくとも1つの方向において、前記第3の層の前記撮像素子の側面からの突出量は、前記カバーガラスの厚みと前記撮像素子の厚みと前記第2の層の厚みとの合計値の半分以下である、請求項3に記載の撮像モジュール。
Having a lens that forms an image of incident light on the imaging surface of the imaging device,
at least one optical component positioned between the cover glass and the lens;
The light-receiving surface side of the cover glass is adhesively fixed to the optical component,
In at least one direction perpendicular to the side surface of the imaging device, the amount of protrusion of the third layer from the side surface of the imaging device is equal to the thickness of the cover glass, the thickness of the imaging device, and the second thickness. 4. The imaging module according to claim 3, which is half or less of the total value with the layer thickness.
入射する光を前記撮像素子の撮像面に結像させるレンズを有し、
前記レンズと前記撮像素子との間に配置されるプリズムを有し、
前記撮像素子は、撮像面が前記レンズの光軸と平行に配置されており、
前記第3の層が、前記撮像モジュールの最外層を形成する、請求項1~4のいずれか一項に記載の撮像モジュール。
Having a lens that forms an image of incident light on the imaging surface of the imaging device,
Having a prism arranged between the lens and the imaging device,
The imaging device has an imaging surface arranged parallel to the optical axis of the lens,
The imaging module according to any one of claims 1 to 4, wherein the third layer forms the outermost layer of the imaging module.
前記レンズと前記撮像素子との間に配置されるプリズムを有し、
前記撮像素子は、撮像面が前記レンズの光軸と平行に配置されており、
前記第3の層が、前記撮像モジュールの最外層を形成し、
前記第3の層が前記撮像素子から突出する側面は、前記レンズ側の側面である、請求項4に記載の撮像モジュール。
Having a prism arranged between the lens and the imaging device,
The imaging device has an imaging surface arranged parallel to the optical axis of the lens,
the third layer forms the outermost layer of the imaging module;
5. The imaging module according to claim 4, wherein the side surface from which the third layer protrudes from the imaging element is the side surface on the lens side.
前記第3の層はセラミックで形成されている、請求項1~6のいずれか一項に記載の撮像モジュール。 The imaging module according to any one of claims 1 to 6, wherein said third layer is made of ceramic. 前記第3の層に回路が形成され、前記第1の層と電気的に接続されている、請求項1~7のいずれか一項に記載の撮像モジュール。 The imaging module according to any one of claims 1 to 7, wherein a circuit is formed in said third layer and electrically connected to said first layer. 前記第2の層が半田ボールを有する、請求項1~8のいずれか一項に記載の撮像モジュール。 The imaging module according to any one of claims 1 to 8, wherein said second layer comprises solder balls. 前記第2の層が少なくとも一部にアンダーフィルを充填されている、請求項9に記載の撮像モジュール。 10. The imaging module of claim 9, wherein the second layer is at least partially filled with an underfill.
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