JP2022142220A - 撮像モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡を操作する際などに、回路基板上の撮像素子とプリズムとの接着が剥がれることを防止することができる撮像モジュールを提供する。【解決手段】撮像素子、レンズ、および、撮像素子とレンズとの間に配置される光学部品を備える撮像モジュールにおいて、撮像素子の受光面と光学部品とが全面接着固定されており、撮像素子の受光面とは反対側の面に、撮像素子よりも熱膨張率が大きい第１の層が接合されており、撮像素子と光学部品とを接着する接着剤の硬化温度が、撮像素子の動作時の温度よりも小さい。【選択図】図４

Description

本発明は、撮像モジュールに関する。

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、回路基板上に実装されている。

撮像素子とレンズ鏡胴との間には、レンズを通った光を撮像素子の撮像面に導くためのプリズム等の光学部材が配置されている。撮像素子と光学部材とは、位置ずれを防止するために接着固定される。

例えば、特許文献１には、内視鏡の挿入部先端部に配置される対物レンズと、対物レンズを保持する鏡胴と、鏡胴の一端に接続された光入射面と、該光入射面と直角をなす光出射面を備えたプリズムと、プリズムの光出射面に、一面が接着剤を介して接着されたカバーガラスと、プリズムの光出射面に対向して配置された撮像素子基板とを備えた内視鏡用撮像ユニットであって、鏡胴、プリズム及びカバーガラスのうちのいずれか１つが、プリズムとカバーガラスとの界面の鏡胴側の一辺を覆う位置に設けられた突出部を備えており、突出部は、プリズム及びカバーガラスの少なくとも一方の側面との間で閉空間を構成する凹部を一辺に面して備えている内視鏡用撮像ユニットが記載されている。

特開２０１９－０３０４２１号公報

ところで、内視鏡において、内視鏡を操作する際などに、回路基板に接続されているケーブルに負荷がかかり、回路基板が引っ張られることで、回路基板上の撮像素子も引っ張られて、撮像素子とプリズムとの接着が剥がれてしまうという問題が発生することがあった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、内視鏡を操作する際などに、回路基板上の撮像素子とプリズムとの接着が剥がれることを防止することができる撮像モジュールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。

［１］ 撮像素子、レンズ、および、撮像素子とレンズとの間に配置される光学部品を備える撮像モジュールにおいて、
撮像素子の受光面と光学部品とが全面接着固定されており、
撮像素子の受光面とは反対側の面に、撮像素子よりも熱膨張率が大きい第１の層が接合されており、
撮像素子と光学部品とを接着する接着剤の硬化温度が、撮像素子の動作時の温度よりも小さい、撮像モジュール。
［２］ 第１の層が回路基板である、［１］に記載の撮像モジュール。
［３］ 回路基板がフレキシブル基板である、［２］に記載の撮像モジュール。
［４］ 撮像素子と第１の層とが半田ボールを介して接続されている、［２］または［３］に記載の撮像モジュール。
［５］ 撮像素子と第１の層との間の空間が接着剤で充填されている、［１］～［４］のいずれかに記載の撮像モジュール。
［６］ 第１の層の、撮像素子とは反対側の面に、第１の層よりも熱膨張率が低い第３の層を有する、［１］～［５］のいずれかに記載の撮像モジュール。
［７］ 撮像素子は、センサーチップと、センサーチップの撮像面に配置されるカバーガラスを有し、
センサーチップとカバーガラスとが全面接着固定されている、［１］～［６］のいずれかに記載の撮像モジュール。

本発明によれば、撮像モジュールの内視鏡を操作する際などに、回路基板上の撮像素子とプリズムとの接着が剥がれることを防止することができる撮像モジュールを提供することができる。

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。 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。 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。 図３の撮像モジュールの一部を拡大して示す側面図である。 本発明の撮像モジュールの他の一例の部分拡大側面図である。 撮像モジュールの一部を拡大して表す側面図である。 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。 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。 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。

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。

［撮像モジュール］
本発明の撮像モジュールは、
撮像素子、レンズ、および、撮像素子とレンズとの間に配置される光学部品を備える撮像モジュールにおいて、
撮像素子の受光面と光学部品とが全面接着固定されており、
撮像素子の受光面とは反対側の面に、撮像素子よりも熱膨張率が大きい第１の層が接合されており、
撮像素子と光学部品とを接着する接着剤の硬化温度が、撮像素子の動作時の温度よりも小さい、撮像モジュールである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１５、光学部材１８、光学部材保持具２０、第２の層１９、回路基板２２、アンカー２４、カバー部材４２、および、ケーブル２６を有する。

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、センサーチップ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。

レンズ１２は、入射する光をセンサーチップ１６の撮像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。

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。

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。

撮像素子１５は、センサーチップ１６とカバーガラス１７とを有する。
センサーチップ１６は、レンズ１２によってセンサーチップ１６の撮像面に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素子である。センサーチップ１６は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）センサー、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）センサー等の従来公知の素子である。

カバーガラス１７は、センサーチップ１６の撮像面上に配置され、撮像面を保護するものである。カバーガラス１７は、平面視における大きさがセンサーチップ１６の撮像面の大きさと略同じである。カバーガラス１７は、センサーチップ１６の撮像面の全面に接着固定されている。撮像素子１５がカバーガラス１７を有する構成の場合には、カバーガラス１７の入射面（センサーチップ１６とは反対側の面）が撮像素子１５の受光面ということができる。

カバーガラス１７上（入射面）にはプリズム１８が配置される。

撮像素子１５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、撮像素子１５は、受光面がレンズ１２の光軸に平行になるように回路基板２２上に実装されている。

回路基板２２は、本発明における第１の層であり、撮像素子１５を実装する基板である。また、回路基板２２には、撮像素子１５以外の電子部品が実装されていてもよい。また、回路基板２２には、撮像素子１５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）。

図示例において、回路基板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、回路基板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つの板状部に撮像素子１５、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、撮像素子１５は、図３中下側の板状部の上面側に実装されている。

回路基板２２は、内視鏡の撮像モジュールに用いられる従来公知の回路基板である。回路基板２２は、可撓性を有するフレキシブル基板であってもよい。フレキシブル基板２２としても、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。

回路基板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、回路基板２２上における撮像素子１５、電子部品、および、接続端子等の配置には特に制限はない。

回路基板２２上の回路には、撮像素子１５、および、ケーブル２６がそれぞれ接続される。撮像素子１５（センサーチップ１６）によって光が電気信号に変換され、この電気信号が回路基板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。

回路基板２２と撮像素子１５（センサーチップ１６）とは、第２の層１９によって電気的に接続されていてもよい。図６に撮像素子１５近傍を拡大した図を示す。図６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によって回路基板２２の回路とセンサーチップ１６とを電気的に接続している。また、図６に示す例では、好ましい態様として、撮像素子１５と回路基板２２との間の空間の半田ボール１９ａが無い部分にアンダーフィル１９ｂが充填されている。アンダーフィル１９ｂは、本発明における、撮像素子と第１の層との間の空間を充填する接着剤である。

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系合金用いることができる。

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。

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。

第２の層１９は、半田ボール１９ａとアンダーフィル１９ｂとを有する構成とすることで、後述する撮像素子の反り量を大きくすることができる。

プリズム１８は、鏡胴１４と撮像素子１５（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、撮像素子１５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、出射面を撮像素子１５（カバーガラス１７）の受光面に対面して配置される。プリズム１８は、撮像素子１５（カバーガラス１７）と全面接着固定される。

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。

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。

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と撮像素子１５との相対位置を固定する。

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、センサーチップ１６の撮像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。

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、その主面が回路基板２２の表面（撮像素子１５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、回路基板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。

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。

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。

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、回路基板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。

カバー部材４２は、アンカー２４の回路基板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、回路基板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。

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。

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。

このような撮像モジュール１０において、レンズ１２から撮像素子１５に取り込まれた観察像は、センサーチップ１６の撮像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。

ここで、前述のとおり、内視鏡を操作する際などに、回路基板２２に接続されているケーブル２６に負荷がかかり、回路基板２２が引っ張られることで、回路基板２２上の撮像素子１５も引っ張られて、撮像素子１５とプリズム（光学部材）１８との接着が剥がれてしまうという問題が発生することがあった。また、アンカー２４の内部には接着剤が充填されており、ケーブル２６の負荷がこの接着剤を介して撮像素子１５およびプリズム１８にかかるため、撮像素子１５とプリズム１８との接着が剥がれてしまう。また、内視鏡を洗浄する際の滅菌ガス、繰り返しの温度変化などの環境要因により、撮像素子１５とプリズム１８とを接着する接着剤が劣化して、壊れやすくなることも影響する。

これに対して、本発明の撮影モジュールは、撮像素子１５の受光面とは反対側の面に、撮像素子１５よりも熱膨張率が大きい第１の層が接合されており、撮像素子１５と光学部材１８とを接着する接着剤の硬化温度が、撮像素子１５の動作時の温度よりも小さい構成を有する。

内視鏡において、内視鏡を動作させた際には、撮像素子１５およびライトガイド等の発熱により、撮像モジュール１０の各部材の温度は上昇する。そのため、撮像モジュール１０の各部材は熱により膨張する。その際、撮像素子１５の熱膨張率よりも第１の層（回路基板）２２の熱膨張率が大きいと、第１の層２２の方が撮像素子１５よりも面方向に延びようとするため、撮像素子１５には、光学部材１８側に凹状に変形する力が加わる。基本的に接着剤を硬化したときの温度が接着層にかかる応力が略０の状態になるため、接着剤の硬化温度が動作時の温度よりも低ければ、図４に矢印で示すように、撮像素子１５と光学部材１８との間には、中心部では、離れる方向に引っ張る力が加わり、端部では、圧縮する力が加わる。このように、ケーブル２６に負荷がかかる内視鏡の動作時に、撮像素子１５等の発熱により撮像素子１５の受光面側を凹方向に変形させることで、撮像素子１５と光学部材１８との接着面の外周部に圧縮力をかけて撮像素子１５と光学部材１８とを密着させて、ケーブル２６が引っ張られた場合でも、撮像素子１５と光学部材１８とが剥がれることを抑制することができる。

ここで、本発明において、撮像素子の動作時の温度は、以下のように定義する。
撮像モジュールを有する内視鏡を３７℃の雰囲気下に設置し、撮像モジュールの撮像素子を駆動させるとともに、内視鏡が有するライドガイドに最大光量の半分の光量の光を入射した状態で平衡状態に達した後の、撮像素子の側面中央の温度とする。

一般に、センサーチップ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、センサーチップ１６の熱膨張率は、２．５ｐｐｍ／℃～４ｐｐｍ／℃程度である。また、撮像素子１５がカバーガラス１７を有する場合には、センサーチップ１６とカバーガラス１７を積層した撮像素子１５の熱膨張率は、２．５ｐｐｍ／℃～５ｐｐｍ／℃程度である。

撮像素子１５よりも熱膨張率が大きい回路基板２２としては、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フレキシブル基板、ならびに、リジット基板などが挙げられる。例えば、フレキブル基板の熱膨張率は、２０ｐｐｍ／℃～１００ｐｐｍ／℃程度である。

各部材の熱膨張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。

撮像素子１５と光学部材１８とを接着する接着剤としては、撮像素子１５と光学部材１８とを好適に接着することができ、硬化温度が撮像素子１５の動作時の温度よりも小さくなるものであればよい。一般に、撮像素子１５の動作時の温度は、５０℃～８５℃程度である。従って、撮像素子１５と光学部材１８とを接着する接着剤としては、硬化温度が５０℃以下のものであることが好ましく、４０℃以下のものであることがより好ましく、常温硬化のものであることがさらに好ましい。

硬化温度がこのような範囲を満たす接着剤としては、例えば、ＵＶ（紫外線）硬化接着剤、ＵＶ＋加熱硬化接着剤、常温硬化可能なエポキシ接着剤が挙げられる。

ここで、図４に示す例では、撮像素子１５は、センサーチップ１６とカバーガラス１７とを有する構成としたがこれに限定はされない。図５に示す例のように、撮像素子１５は、カバーガラス１７を有さず、センサーチップ１６を有する構成としてもよい。この場合は、センサーチップ１６の撮像面が撮像素子１５の受光面である。また、この構成の場合には、光学部材１８の出射面がセンサーチップ１６の撮像面に接着固定される。

なお、図４および図５においては、撮像素子１５と回路基板２２との間の第２の層１９の図示は省略している。

また、本発明の撮像モジュールは、第１の層の、撮像素子とは反対側の面に、第１の層よりも熱膨張率が低い第３の層を有することが好ましい。

図７は、本発明の撮像モジュールの他の一例を概念的に表す側面図である。なお、図７においては、レンズ等の図示を省略している。
図７に示す撮像モジュールは、光学部材１８、カバーガラス１７とセンサーチップ１６とを有する撮像素子１５、回路基板２２、および、第３の層４０を有する。

光学部材１８、カバーガラス１７、センサーチップ１６、および、回路基板２２については上述した例と同様の構成を有する。

第３の層４０は、第１の層である回路基板２２の、撮像素子１５とは反対側の面（裏面）に配置されている。第３の層４０は、回路基板２２よりも熱膨張率が低い材料からなるものである。

回路基板２２の裏面に回路基板２２よりも熱膨張率が低い第３の層４０を配置することで、回路基板２２の熱による膨張を規制する力が働く。すなわち、撮像素子１５が光学部材１８側に凹に反ることを抑制する。このような熱膨張率が低い第３の層４０を回路基板２２の裏面に配置することで、撮像素子１５が光学部材１８側に凹に反る量を調整することができ、撮像素子１５が反りすぎて損傷することを防止できる。

第３の層４０の材料としては、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。

また、第３の層４０の厚さは、撮像素子１５の反り量の調整量に応じて適宜設定すればよい。

また、第３の層４０の平面視における大きさは、撮像素子１５の大きさ以上であることが好ましく、また、第３の層４０は、平面視において撮像素子１５を包含するように配置されることが好ましい。

例えば、図７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、撮像素子１５よりも大きく、光軸方向に撮像素子１５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、撮像素子１５の側面よりも突出している。

また、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。

ここで、図３に示す例では、センサーチップ１６の撮像面（撮像素子１５の受光面）がレンズ１２の光軸と平行に配置され、レンズ１２と撮像素子１５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。

図８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８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およびセンサーチップ１６を有する撮像素子１５と、第２の層１９と、回路基板２２と、接着剤層４４と、を有する。

図８に示す撮像モジュールにおいては、回路基板２２が略９０°に湾曲される湾曲部を有しており、レンズ１２の光軸に平行な平板状の部位と光軸に垂直な平板状の部位を有する。回路基板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、センサーチップ１６、および、カバーガラス１７が積層されている。従って、センサーチップ１６の撮像面（撮像素子１５の受光面）は、レンズ１２の光軸に垂直に配置されている。

光学部材１８は、レンズ１２を通過した光をセンサーチップ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とセンサーチップ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。

レンズ１２を保持する鏡胴１４、光学部材保持具２０、カバーガラス１７およびセンサーチップ１６を有する撮像素子１５、ならびに、第２の層１９は、図３に示す撮像モジュールの場合と同様であるので、その説明は省略する。

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。

このように、本発明の撮像モジュールは、センサーチップ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、撮像素子１５の受光面とは反対側の面に、撮像素子１５よりも熱膨張率が大きい第１の層（回路基板２２）が接合されており、撮像素子１５と光学部材１８とを接着する接着剤の硬化温度が、撮像素子１５の動作時の温度よりも小さい構成を有する。これにより、内視鏡の動作時にケーブルが引っ張られても、撮像素子１５と光学部材１８とが剥がれることを抑制することができる。

ここで、図８に示す例では、好ましい態様として、少なくともセンサーチップ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８に示す例では、接着剤層４４は、回路基板２２の湾曲部側の側面（図８中下側の側面）、および、この側面と対向する側面（図８中上側の側面）を覆う位置に配置されている。

少なくともセンサーチップ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。

接着剤層４４は、センサーチップ１６の全周を覆うことが好ましい。

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。

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。

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。

なお、上述した図３等に示す、センサーチップ１６の撮像面がレンズ１２の光軸に平行に配置される構成の場合にも、少なくともセンサーチップ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く、全周を覆うように塗布されることがより好ましい。

また、図８に示す例では、接着剤層４４は、回路基板２２からプリズム１８の間に充填されているが、これに限定はされず、図９に示す例のように、接着剤層４４は、回路基板２２から光学部材保持具２０の間に充填されていてもよい。

また、図８に示す例のように、センサーチップ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、回路基板２２の裏面に、回路基板２２よりも熱膨張率が低い材料からなる第３の層を有する構成としてもよい。これにより、撮像素子１５の反り量を調整することができる。

また、上述した例においては、第１の層が回路基板であるとしたが、これに限定はされない。第１の層として、回路を有さない、撮像素子よりも熱膨張率が大きい部材が配置されていてもよい。スペース効率の観点で第１の層として回路基板を用いるのが好ましい。さらに、組立性、コスト等の観点から、第１の層としてフレキシブル基板を用いることが好ましい。

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。

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
１５ 撮像素子
１６ センサーチップ
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 回路基板（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

Claims (7)

1. 撮像素子、レンズ、および、前記撮像素子と前記レンズとの間に配置される光学部品を備える撮像モジュールにおいて、
   前記撮像素子の受光面と前記光学部品とが全面接着固定されており、
   前記撮像素子の前記受光面とは反対側の面に、前記撮像素子よりも熱膨張率が大きい第１の層が接合されており、
   前記撮像素子と前記光学部品とを接着する接着剤の硬化温度が、前記撮像素子の動作時の温度よりも小さい、撮像モジュール。
2. 前記第１の層が回路基板である、請求項１に記載の撮像モジュール。
3. 前記回路基板がフレキシブル基板である、請求項２に記載の撮像モジュール。
4. 前記撮像素子と前記第１の層とが半田ボールを介して接続されている、請求項２または３に記載の撮像モジュール。
5. 前記撮像素子と前記第１の層との間の空間が接着剤で充填されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の撮像モジュール。
6. 前記第１の層の、前記撮像素子とは反対側の面に、前記第１の層よりも熱膨張率が低い第３の層を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の撮像モジュール。
7. 前記撮像素子は、センサーチップと、前記センサーチップの撮像面に配置されるカバーガラスを有し、
   前記センサーチップと前記カバーガラスとが全面接着固定されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の撮像モジュール。

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