JP4394367B2 - 固体撮像素子、電子内視鏡 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のリードがボンディングされた固体撮像素子、及び該固体撮像素子を備えた電子内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡に備えられる固体撮像素子のサイズは、その電子内視鏡先端の径を決定する重要な要因となっている。すなわち、固体撮像素子のサイズが大きい場合、電子内視鏡先端の径は大きくなり、固体撮像素子のサイズが小さい場合、電子内視鏡先端の径は小さくなるものである。体腔内に挿入される電子内視鏡の部位は、可撓性を有する細い管と固体撮像素子が設けられた先端部から構成されている。電子内視鏡が挿入される被験者体内にある種々の管は非常に細くできているため、体腔内に挿入される電子内視鏡のこれらの部位を小型化することによって、患者の負担を少しでも軽減することが望まれている。従来より、この課題を解決するためにさまざまな技術が提案されており、また、実用に供している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述の特許文献１に記載されているように、固体撮像素子に接続されているリードは、電子内視鏡先端の径を小さくするために、固体撮像素子の形状に沿って折り曲げられ、受光面と反対方向に引き出されている。固体撮像素子とリードとの間には、接着剤や絶縁シートなどが介在されているため、固体撮像素子とリードとが絶縁され、ノイズや混信などの発生を防止する構成となっている。
【０００４】
図１０は、従来の固体撮像素子７１と、カバーガラス７３ｃと、固体撮像素子７１から引き出されたリード部８０ｃの断面形状を示す斜視図である。また、図１１は、従来の固体撮像素子７１にカバーガラス７３ｃを接着させた状態のパッド部８３近傍のリード部８０ｃの側断面図である。固体撮像素子７１から引き出されているリード部８０ｃは、画像信号を伝送するリード８１ｃと、固体撮像素子７１とリード８１ｃとの絶縁を行うために備えられている絶縁材８２ｃから構成されている。この固体撮像素子７１は、受光面７２と、受光面７２と同一面上にリード８１ｃを接続するパッド部８３を備えている。リード８１ｃは、上述の特許文献１に記載されているように、固体撮像素子７１の外形状に沿って折り曲げられるものであり、固体撮像素子７１とリード８１ｃとの間には、絶縁材８２ｃが介在されている。また、固体撮像素子７１の前面には受光面７２を保護するためのカバーガラス７３ｃが設けられている。この固体撮像素子７１とカバーガラス７３ｃとは、それらの間に接着剤を充填させることによって形成された接着層８４ｃにより接着されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１９２２３６号公報（第２、３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
固体撮像素子７１は、受光面７２と同一面上に、リード８１ｃを接続するパッド部８３を備えている。従って、図１１に示すように、固体撮像素子７１とカバーガラス７３ｃとの間に、少なくとも、リード部８０ｃの固体撮像素子７１の光軸方向のスペースを備える必要がある。この固体撮像素子７１とカバーガラス７３ｃとのスペースを広くすると、固体撮像素子７１周辺の構造が光軸方向に長くなる。すなわち、電子内視鏡先端部自体が光軸方向に長く形成される。しかしながら、この電子内視鏡先端部は可撓性を有していない部位であるため、この部位が長く形成されていると、体腔内の細い管内において、電子内視鏡を自在に湾曲させることが困難となり、操作者が観察したい角度から生体組織を観察することができなくなってしまう。
【０００７】
また、固体撮像素子７１とカバーガラス７３ｃとの間に接着剤を充填させて接着層８４ｃを形成する際に、固体撮像素子７１と絶縁材８２ｃ、またはリード８１ｃとカバーガラス７３ｃとが接することによって形成される空間は鋭角な領域を有しているため、その領域まで接着剤が充填しない恐れがある。また、接着剤が充填しても、形成される形状が鋭角な部位となってしまうため、ヒケ易い。従って、接着層８４ｃとリード８１ｃなどの境界に空洞８５が出来てしまう。すなわち、固体撮像素子７１側面方向の受光面７２に対する気密性が低くなってしまうため、電子内視鏡洗浄時において、これらの空洞８５から受光面７２に洗浄剤が流れ込み、受光面７２を破壊してしまうことがあった。
【０００８】
また、近年、小型化された固体撮像素子の開発によって、電子内視鏡先端の径のさらなる小径化が実現可能となっている。しかしながら、このような固体撮像素子は、小型化すると同時に機能及び性能の向上も求められているため、固体撮像素子から引き出されるリードの本数は、従来のものと同等、若しくは増える傾向にある。すなわち、パッド部を配設するための固体撮像素子上のスペースは狭くなる。従って、この固体撮像素子の小型化に伴って、パッド部の各々を配設する間隔を狭めなければならない。この間隔を狭めるためには、リード同士の間隔を狭めたり、リード自体を細くしたりすることによって対処することができる。言い換えると、リード同士の間隔、及びリードの幅は、パッド部の各々が配設されている間隔によって決定されるものである。
【０００９】
一般に、固体撮像素子のような小型のチップから引き出されるリードには、可撓性を有し、さらに、電気的特性の優れている（例えば、ローインピーダンス）金が使用される。しかしながら、金は柔らかいため、折り曲げられることによって、容易に破断してしまう。また、リードを細くすることによって曲げに対する強度は低下するため、リードを細くした場合に、上述の特許文献１に記載されているようにリードを折り曲げると、リードは容易に断線してしまう。例えば、このリードが３５μｍの厚みで、１ｍｍの幅を有するものである場合、このリードを、固体撮像素子に沿って９０度折り曲げると、細くしたことによる強度低下が原因で、リードは容易に断線してしまう。
【００１０】
また、体腔内に挿入される部位は可撓性を有する可撓管を含んでいるため、固体撮像素子から引き出されている上記リードは、この可撓管が湾曲することによって引っ張られることがある。上述したようにリードを細くすると、リードの絶対的な強度が低下してしまう。すなわち、リードの引っ張り強度も低下するため、可撓管が湾曲した際にリードは容易に断線してしまう。つまりリードを細くすることは、固体撮像素子の動作不良を引き起こす原因となってしまう。
【００１１】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、小型に構成され、また、洗浄時における撮像素子の破壊を防止することができる固体撮像素子、及び電子内視鏡を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、受光素子が設けられている受光面に、受光素子から信号を取り出すためのリードが複数接続されており、かつ受光素子を保護するためのカバーガラスが重ねられている。カバーガラスの受光面に重ねられる面側に、リードを収容するための凹部が設けられている。すなわち、このカバーガラスがリードを収容するための凹部を有しているため、受光面とカバーガラスとの間にリードが介在している固体撮像素子であっても、その凹部にリードを収容することによって、固体撮像素子の光軸方向の厚みを抑えることができる。つまり、固体撮像素子を小型化させることができる。
【００１３】
また、上記の課題を解決するため、本発明の別の態様に係る固体撮像素子は、受光素子が設けられている受光面に、受光素子から信号を取り出すためのリードが複数接続されており、かつ受光素子を保護するためのカバーガラスが重ねられているものであって、受光面のうち受光素子が設けられていない領域である非受光領域と、カバーガラスとの間に、カバーガラスを受光面に固定するための接着剤を充填する空間ができるようカバーガラスの受光面に重ねられる面側に凹部を有し、凹部は、空間が鋭角となる部分を有さないよう形成されている。言い換えると、カバーガラス、受光面、及びリードの表面形状は、充填される接着剤が鋭角な部位に接しないように構成されている。すなわち、この空間に鋭角となる部分がないため、接着剤が充填し易く、かつヒケ難い。従って、硬化した接着剤の層に空洞ができ難い。つまり、この接着剤の層の気密性が高くなるため、汚物が受光面に入り込み難くなり、受光面をより確実に保護することができる。
【００１４】
また、上記固体撮像素子において、複数のリードの各々は、積層されており、受光面側から前記カバーガラス側に積層されているリードにしたがって、縮小された台形となる断面形状を有している。
【００１５】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る電子内視鏡は、受光素子が設けられている受光面に、受光素子から信号を取り出すためのリードが複数接続されており、かつ受光素子を保護するためのカバーガラスが重ねられている固体撮像素子を備えたものである。カバーガラスの受光面に重ねられる面側に、リードを収容するための凹部が設けられている。すなわち、このカバーガラスがリードを収容するための凹部を有しているため、受光面とカバーガラスとの間にリードが介在している固体撮像素子であっても、その凹部にリードを収容することによって、固体撮像素子の光軸方向の厚みを抑えることができる。その結果、電子内視鏡先端部の光軸方向の長さも短くすることができる。
【００１６】
また、上記の課題を解決するため、本発明の別の態様に係る電子内視鏡は、受光素子が設けられている受光面に、受光素子から信号を取り出すためのリードが複数接続されており、かつ受光素子を保護するためのカバーガラスが重ねられている固体撮像素子を備えたものである。この固体撮像素子は、受光面のうち受光素子が設けられていない領域である非受光領域と、カバーガラスとの間に、カバーガラスを受光面に固定するための接着剤を充填する空間ができるようカバーガラスの受光面に重ねられる面側に凹部を有し、凹部は、空間が鋭角となる部分を有さないよう形成されている。言い換えると、カバーガラス、受光面、及びリードの表面形状は、充填される接着剤が鋭角な部位に接しないように構成されている。すなわち、この空間に鋭角となる部分がないため、接着剤が充填し易く、かつヒケ難い。従って、硬化した接着剤の層に空洞ができ難い。つまり、この接着剤の層の気密性が高くなるため、電子内視鏡先端部を洗浄する際に、受光面に洗浄剤が入り込み難くなり、受光面をより確実に保護することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態の電子内視鏡１００の外観を表す図である。この電子内視鏡１００は、挿入部可撓管１０と、鉗子差込口２０と、操作部３０と、コネクタ部４０と、ユニバーサルコード５０と、先端部６０から構成されている。
【００１８】
電子内視鏡１００が備える挿入部可撓管１０は、体腔内に挿入される管であり、可撓性を有している。この挿入部可撓管１０の先端側には、先端部６０が設けられている。この先端部６０には、体腔内の生体組織を観察するための後述する対物光学系や固体撮像素子などが配設されている。挿入部可撓管１０内部には、固体撮像素子によって受光され、光電変換された画像信号を送信する信号線や、観察対象に光を当てるライトガイドなどが配設されている。
【００１９】
鉗子差込口２０は、生体組織の止血や採取など、さまざまな処置を行うための鉗子を挿入する部位である。ユーザーは、手術内容に応じてさまざまな鉗子を、この鉗子差込口２０にセットする。
【００２０】
コネクタ部４０は、電子内視鏡１００を、プロセッサなどの画像処理を行う画像処理装置に接続する部位である。このコネクタ部４０は、主に、固体撮像素子から伝送される画像信号を伝送する信号線と、画像処理を行うプロセッサ側の信号線と、を接続しており、さらに、ライトガイドと、プロセッサ側の光源部と、を接続している。また、このコネクタ部４０は、ユニバーサルコード５０を介して、操作部３０と接続されている。
【００２１】
操作部３０は、ユーザーが電子内視鏡１００を操作するための部位であり、先端部６０を上下や左右に移動させて観察領域を自在に変更したり、鉗子差込口２０にセットされた鉗子を起上させたりするなどの操作機能を有している。この操作部３０に組み込まれている種々のノブを操作することによって、先端部６０近傍の挿入部可撓管１０が湾曲して先端部６０が上下や左右に移動したり、鉗子が起上したりする。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施形態の先端部６０の側断面を示す図である。この先端部６０は、主に、体腔内の生体組織を観察するための対物レンズ群６２を含む対物光学系と、対物レンズ群６２から射出された光を受光して光電変換する固体撮像素子７１を含むプロセッサ側に電気信号を送信するための回路部から構成されている。
【００２３】
先端部６０の先端面には、ガラスやプラスチックなどで生成された透明な板である観察窓６１が設けられており、この観察窓６１の電子内視鏡１００の内部側に接するように対物レンズ群６２が設けられている。さらに、対物レンズ群６２の内部側には、光路周辺の不要な光を遮光するための遮光マスク６３が設けられている。
【００２４】
プロセッサ側の光源装置から照射された光束は、ライトガイドによって先端部６０に導光され、先端部６０の先端面の正面を照明する。この光束によって照明された観察対象からの反射光は、観察窓６１を透過し、対物レンズ群６２に入射する。そして、対物レンズ群６２を射出した光は、遮光マスク６３によって、観察像を生成するために必要な光のみに絞られて、固体撮像素子７１側に導かれる。
【００２５】
図３は、本発明の第１の実施形態に用いられる固体撮像素子７１と、固体撮像素子７１から引き出されたリード部８０が折り曲げられた状態を示す側断面図である。また、図４は、固体撮像素子７１と、固体撮像素子７１から引き出されたリード部８０が折り曲げられる前の状態を示す正面図である。
【００２６】
この固体撮像素子７１は、シリコン基板上に、マトリクス状に整列した複数の受光素子から成る受光面７２と、受光素子の各々に受光されて光電変換された画像信号を伝送するためのリードをボンディングするためのパッド部８３と、が設けられたものである。このパッド部８３は、受光面７２と同一面上の非受光領域に、受光面７２と同一の半導体プロセスで形成される電極であって、所定の間隔で複数配設されている。すなわち、この固体撮像素子７１は、パッケージングされていないベアチップ（ダイ）から構成されている。また、固体撮像素子７１から引き出されているリード部８０は、パッド部８３と後述する実装基板６５とを接続し、固体撮像素子７１から得られた画像信号を実装基板６５に伝送するリード８１と、リード８１の各々の絶縁を行うために備えられている絶縁材８２から構成されている。
【００２７】
図２に示すように、この受光面７２の前面には、受光面７２を保護するためのカバーガラス７３が接着されている。さらに、このカバーガラス７３の前面には、偽色やモアレの発生を低減させる赤外線カットローパスフィルタ７４が接着されている。
【００２８】
また、先端部６０の小径化を図るために、固体撮像素子７１に入出力される信号を処理するための種々の電気部品６４が実装された実装基板６５は、固体撮像素子７１を挟んだ受光面７２と反対側のスペースに配設されている。さらに、固体撮像素子７１によって得られた画像信号をプロセッサ側に送信するための信号線６６が、実装基板６５の実装面と反対側に引き出されている。また、固体撮像素子７１と実装基板６５とを接続しているリード部８０は、上述した種々の部品の配置によって、受光面７２側から実装基板６５側に、固体撮像素子７１に沿って折り曲げられて引き出されている。
【００２９】
図５は、本発明の第１の実施形態に用いられる固体撮像素子７１とリード部８０との接続部近傍を拡大した斜視図である。このリード部８０が有するリード８１には、可撓性を有し、ローインピーダンスなどの優れた電気的特性を有する金が使用されている。このリード８１は、強度を確保するために、パッド部８３が配設されている所定の間隔よりも広い幅を有する第１の幅部８１ａを有し、さらに、パッド部８３との接続部近傍にパッド部８３と接続できるように、上記所定の間隔よりも狭い幅を有する第２の幅部８１ｂを有している。なお、ここでいう強度とは、曲げや延伸に対する強度を示している。また、このリード８１には、電子内視鏡１００のような精密機器で広く利用されている３５μｍ厚のものが用いられている。
【００３０】
固体撮像素子７１とリード８１との間には、絶縁材８２が介在されている。また、リード８１同士の間にも、同様の絶縁材８２が介在されている。この絶縁材８２は、例えば、シリコンゴムやポリイミドから構成されたシート状の電気絶縁部材を、上記の間に、ラミネートしたものであったり、絶縁性の優れたシリコン接着剤を塗布したものであったりする。これらの絶縁材は、容易に折り曲げることができる材料であり、また、先端部６０の小径化を図るために、厚さ０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲で構成されている。また、このように、固体撮像素子７１とリード８１との間などに絶縁材８２を介在させることによって、リード部８０の強度が増す。言い換えると、この絶縁材８２は、リード８１の補強板としても機能するものである。
【００３１】
また、上述したようにリード８１の第１の幅部８１ａは、パッド部８３が配設されている所定の間隔よりも広い幅を有しているため、図４中のパッド部８３が配設されている方向にリード８１を並べて接続させた場合、第１の幅部８１ａの各々が接触してしまい、固体撮像素子７１の動作不良を引き起こしてしまう。そこで、本実施形態において、パッド部８３に対応して接続されるリード８１の各々は、リード８１同士の間に絶縁材８２を介在し、リード８１と絶縁材８２とを交互に積層した状態となっている。すなわち、強度を十分に確保できる程度の幅を有するリード８１が、固体撮像素子７１から引き出されている構成となっている。なお、図４において、固体撮像素子７１から引き出されているリード８１が積層されている本数は４本であるが、これは説明を分かり易くするために簡略化して図示したものであり、積層されるリードの本数は、この実施形態に図示するものに限定されることはない。
【００３２】
図５に示すようにリード部８０において、固体撮像素子７１に沿って折り曲げられている部材は、リード８１（第１の幅部８１ａ）及び絶縁材８２となっている。絶縁材８２は上述したように補強板の機能を有している。また、第１の幅部８１ａは、パッド部８３が配設されている所定の間隔よりも広い幅を有しており、９０度折れ曲がった場合に断線しない程度の強度が確保されている。また、リード８１の第２の幅部８１ｂは、上記所定の間隔よりも狭い幅を有しており、リード８１の各々を、パッド部８３の各々にボンディングした際に、互いが接触しないよう構成されている。すなわち、リード部８０を上述した構成にすることによって、上記所定の間隔が狭い固体撮像素子７１においても、リードの曲げ部における強度を確保することが可能となり、容易に断線することがなくなる。また、固体撮像素子７１を電子内視鏡１００に組み込んだ際に、リード８１のうちで最も強度が低下する折り曲げ部が、上記所定の間隔より広い第１の幅部８１ａを有しているため、延伸に対する強度も上がっている。
【００３３】
図６は、図５で積層されているリード８１の各々を分解して並べた図である。図６において左に図示されたリード８１は、図５において最も下に積層されたものであり、図６において右側に図示されたリード８１ほど、図５において上側に積層されたものである。パッド部８３は所定の間隔で設けられているため、リード８１がｎ本積層されている場合、１番目とｎ番目、２番目と（ｎ−１）番目、３番目と（ｎ−２）番目・・・に積層されるリード８１は、互いに左右対称となる形状を有している。リード８１は、ウラ面・オモテ面が反転して積層されても使用することができるため、１番目とｎ番目、２番目と（ｎ−１）番目、３番目と（ｎ−２）番目・・・は、同一形状にすることができる。すなわち、図６において、右側と左側に図示されたリード８１は、同一形状であり、互いを反転させて積層することによって、パッド部８３と接続することができる。また、それらの間に図示された２本のリード８１も同一形状であり、互いを反転させて積層することによって、パッド部８３と接続することができる。その結果、部品点数を削減することが可能となり、コストダウンとなる。
【００３４】
図７は、本発明の第２の実施形態の電子内視鏡に用いられる固体撮像素子７１ｚと、固体撮像素子７１ｚから引き出されたリード部８０が折り曲げられた状態を示す側断面図である。なお、第２の実施形態の電子内視鏡において、図２で示す第１の実施形態の電子内視鏡１００と同一の構成には、同一の符号を付してここでの詳細な説明は省略する。
【００３５】
この第２の実施形態の固体撮像素子７１ｚにおいて、リード部８０が接している固体撮像素子７１ｚの側面と、受光面７２と、が成す端面７１ｙは、テーパーカットされた形状となっている。この端面７１ｙは、固体撮像素子７１ｚの光軸に対して３０〜６０度の範囲のテーパーとなっている。また、固体撮像素子７１とリード８１との間に介在されている絶縁材８２は、絶縁性の優れたシリコン接着剤となっている。すなわち、リード８１を固体撮像素子７１に接着する工程において、端面７１ｙを含む領域に絶縁材８２を塗布する場合、エッジ形状となっている塗布領域がないため、絶縁材８２の塗布ムラが発生し難くなる。また、均一に絶縁材８２を塗布し易くなるため、絶縁材８２のヒケがなくなり、絶縁材８２が硬化した後も、均一な絶縁層を保つことができる。
【００３６】
図８は、本発明の第３の実施形態の電子内視鏡に用いられる固体撮像素子７１と、カバーガラス７３ｚと、固体撮像素子７１から引き出されたリード部８０ｚの断面形状を示す斜視図である。また、図９は、本発明の第３の実施形態の電子内視鏡に用いられる固体撮像素子７１にカバーガラス７３ｚを接着させた状態のパッド部８３近傍のリード部８０ｚの側断面図である。なお、本発明の第３の実施形態の電子内視鏡において、図２から図５に示す本発明の第１の実施形態の実施形態の電子内視鏡１００と同一の構成には、同一の符号を付してここでの詳細な説明は省略する。
【００３７】
第３の実施形態において、固体撮像素子７１から引き出されているリード部８０ｚは、パッド部８３と実装基板６５とを接続し、固体撮像素子７１から得られた画像信号を実装基板６５に伝送するリード８１ｚと、固体撮像素子７１とリード８１ｚ、及びリード８１ｚ同士の絶縁を行うために備えられている絶縁材８２ｚから構成されている。また、このリード部８０ｚは、第１の実施形態と同様に、受光面７２側から実装基板６５側に、固体撮像素子７１に沿って折り曲げられて引き出されている。
【００３８】
リード部８０ｚが有するリード８１ｚには、可撓性を有し、ローインピーダンスなどの優れた電気的特性を有する金が使用されている。このリード８１ｚは、強度を確保するために、パッド部８３が配設されている所定の間隔よりも広い幅を有する第１の幅部８１Ａを有し、さらに、パッド部８３との接続部近傍にパッド部８３と接続できるように、上記所定の間隔よりも狭い幅を有する第２の幅部８１Ｂを有している。また、このリード８１ｚは、その長手方向と直交する断面が左右対称な台形となる形状を有している。なお、ここでいう強度とは、曲げや延伸に対する強度を示している。また、このリード８１ｚには、電子内視鏡１００のような精密機器で広く利用されている３５μｍ厚のものが用いられている。
【００３９】
固体撮像素子７１とリード８１ｚとの間には、絶縁材８２ｚが介在されている。また、リード８１ｚ同士の間にも、同様の絶縁材８２ｚが介在されている。この絶縁材８２ｚは、例えば、シリコンゴムやポリイミドから構成されたシート状の電気絶縁部材を、上記の間に、ラミネートしたものであったり、絶縁性の優れたシリコン接着剤を塗布したものであったりする。これらの絶縁材は、容易に折り曲げることができる材料であり、また、先端部６０の小径化を図るために、厚さ０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲で構成されている。さらに、この絶縁材８２ｚは、その長手方向と直交する断面が左右対称な台形となる形状を有している。また、このように、固体撮像素子７１とリード８１ｚとの間などに絶縁材８２ｚを介在させることによって、リード部８０ｚの強度が増す。言い換えると、この絶縁材８２ｚは、リード８１ｚの補強板としても機能するものである。
【００４０】
また、上述したようにリード８１ｚの第１の幅部８１Ａは、パッド部８３が配設されている所定の間隔よりも広い幅を有しているため、パッド部８３が所定の間隔で配設されている方向にリード８１ｚを並べて接続させた場合、第１の幅部８１Ａの各々が接触してしまい、固体撮像素子７１の動作不良を引き起こしてしまう。そこで、本実施形態において、パッド部８３に対応して接続されるリード８１ｚの各々は、リード８１ｚ同士の間に絶縁材８２ｚを介在し、リード８１ｚと絶縁材８２ｚとを交互に積層した状態となっている。すなわち、強度を十分に確保できる程度の幅を有するリード８１ｚが、固体撮像素子７１から引き出されている構成となっている。なお、図８において、固体撮像素子７１から引き出されているリード８１ｚが積層されている本数は４本であるが、これは説明を分かり易くするために簡略化して図示したものであり、積層されるリードの本数は、この実施形態に図示するものに限定されることはない。
【００４１】
第３の実施形態において、固体撮像素子７１に沿って折り曲げられている部材は、リード８１ｚ（第１の幅部８１Ａ）及び絶縁材８２ｚとなっている。絶縁材８２ｚは上述したように補強板の機能を有している。また、第１の幅部８１Ａは、パッド部８３が配設されている所定の間隔よりも広い幅を有しており、９０度折れ曲がった場合に断線しない程度の強度が確保されている。また、リード８１ｚの第２の幅部８１Ｂは、上記所定の間隔よりも狭い幅を有しており、リード８１ｚの各々を、パッド部８３の各々にボンディングした際に、互いが接触しないよう構成されている。すなわち、リード部８０ｚを上述した構成にすることによって、上記所定の間隔が狭い固体撮像素子７１においても、リードの曲げ部における強度を確保することが可能となり、容易に断線することがなくなる。また、固体撮像素子７１を電子内視鏡に組み込んだ際に、リード８１ｚのうちで最も強度が低下する折り曲げ部が、上記所定の間隔より広い第１の幅部８１Ａを有しているため、延伸に対する強度も上がっている。
【００４２】
リード８１ｚ及び絶縁材８２ｚの各々は、上述した台形の断面形状における長辺が固体撮像素子７１側となり、上述した台形の断面形状における短辺がカバーガラス７３ｚ側となるように重ねられ、固体撮像素子７１に接続される。リード８１ｚは、積層される順番に応じて第１の幅部８１Ａがそれぞれ異なっており、絶縁材８２ｚも同様に、積層される順番に応じて幅がそれぞれ異なっている。具体的には、固体撮像素子７１側のリード８１ｚ及び絶縁材８２ｚが最も幅が広く、カバーガラス７３ｚ側のこれらの部材ほど幅が狭くなったものが積層されている。
【００４３】
図８に示すように、受光面７２を保護するためのカバーガラス７３ｚは、凹部７５ｚと、保護面７６ｚと、接着面７７ｚを有している。保護面７６ｚは受光面７２と重ね合わせられる面であって、受光面７２より多少大きく形成されている面である。また、接着面７７ｚは、カバーガラス７３ｚが固体撮像素子７１に重ねられた際に、受光部７２及びリード部８０ｚ以外の固体撮像素子７１上の非受光領域をカバーするよう形成されたものであって、固体撮像素子７１に対して保護面７６ｚより退避するリード部８０ｚの長手方向と直交する方向に細長く形成され、カバーガラス７３ｚを保護面７６ｚより削った方向に形成されている面である。このカバーガラス７３ｚを受光面７２上に積載すると、保護面７６ｚがは受光面７２と隙間なく合わさり、接着面７７ｚがは受光部７２及びリード部８０ｚ以外の固体撮像素子７１上の非受光領域リード部８０ｚの長手方向と直交する方向に形成されている固体撮像素子７１の非受光領域と多少の隙間を有した状態となる。
【００４４】
カバーガラス７３ｚを受光面７２上に積載すると、凹部７５ｚ及び接着面７７ｚと固体撮像素子７１との間に隙間が生じる。このカバーガラス７３ｚは、上記隙間に接着剤を充填させることによって形成される接着層８６により、固体撮像素子７１に接着されている。この凹部７５ｚは、保護面７６ｚと受光面７２とが隙間なく合わせた状態でリード部８０ｚとカバーガラス７３ｚとが接しないように備えられたものであり、カバーガラス７３ｚの両端部に備えられた左右対称な台形の切欠き形状である。
【００４５】
上述したように、カバーガラス７３ｚは凹部７５ｚを有しているため、受光面７２とカバーガラス７３ｚとの間を、受光面７２と同一面上にあるリード部８０ｚの光軸方向の高さ以下にし、接着層８６によって、互いを固定することが可能となる。従って、固体撮像素子７１からカバーガラス７３ｚまでの光軸方向の構造を小型にし、電子内視鏡先端部を小型にすることが可能となる。また、リード８１ｚ、絶縁材８２ｚ、及び凹部７５ｚの各々を、断面形状が台形となるように構成することによって、接着層８６を形成するスペースに鋭角となる箇所がなくなる。そのため、接着剤が充填し難い箇所がなくなり、さらに、硬化後のヒケが発生し難くなる。
【００４６】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明の固体撮像素子及び電子内視鏡は、カバーガラスの受光面に重ねられる面側に、リードを収容するための凹部が設けられている。すなわち、このカバーガラスがリードを収容するための凹部を有しているため、受光面とカバーガラスとの間にリードが介在している固体撮像素子であっても、その凹部にリードを収容することによって、固体撮像素子の光軸方向の厚みを抑えることができる。その結果、電子内視鏡先端部の光軸方向の長さも短くすることができる。従って、体腔内の細い管内において、電子内視鏡を容易に湾曲させることができ、操作者は観察したい角度から生体組織を観察することができる。
【００４８】
また、本発明の別の固体撮像素子及び電子内視鏡は、受光面のうち受光素子が設けられていない領域である非受光領域と、カバーガラスとの間に、カバーガラスを受光面に固定するための接着剤を充填する空間ができるようカバーガラスの受光面に重ねられる面側に凹部を有している。また凹部は、空間が鋭角となる部分を有さないよう形成されている。言い換えると、カバーガラス、受光面、及びリードの表面形状は、充填される接着剤が鋭角な部位に接しないように構成されている。すなわち、この空間に鋭角となる部分がないため、接着剤が充填し易く、かつヒケ難い。従って、硬化した接着剤の層に空洞ができ難い。つまり、この接着剤の層の気密性が高くなるため、電子内視鏡先端部を洗浄する際に、受光面に洗浄剤が入り込み難くなり、受光面をより確実に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電子内視鏡の外観を表す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の先端部の側断面を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に用いられる固体撮像素子と、固体撮像素子から引き出されたリード部が折り曲げられた状態を示す側断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に用いられる固体撮像素子と、固体撮像素子から引き出されたリード部が折り曲げられる前の状態を示す正面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子とリードとの接続部近傍を拡大した斜視図である。
【図６】図５で積層されているリードの各々を分解して並べた図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に用いられる固体撮像素子と、固体撮像素子から引き出されたリード部が折り曲げられた状態を示す側断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の固体撮像素子と、カバーガラスと、固体撮像素子から引き出されたリード部の断面形状を示す斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の固体撮像素子にカバーガラスを接着させた状態のパッド部近傍のリード部の側断面図である。
【図１０】従来の固体撮像素子と、カバーガラスと、固体撮像素子から引き出されたリード部の断面形状を示す斜視図である。
【図１１】従来の固体撮像素子にカバーガラスを接着させた状態のパッド部近傍のリード部の側断面図である。
【符号の説明】
７１ 固体撮像素子
７３ カバーガラス
８０ リード部
８１ リード
８２ 絶縁材
８３ パッド部
１００ 電子内視鏡
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のリードがボンディングされた固体撮像素子、及び該固体撮像素子を備えた電子内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡に備えられる固体撮像素子のサイズは、その電子内視鏡先端の径を決定する重要な要因となっている。すなわち、固体撮像素子のサイズが大きい場合、電子内視鏡先端の径は大きくなり、固体撮像素子のサイズが小さい場合、電子内視鏡先端の径は小さくなるものである。体腔内に挿入される電子内視鏡の部位は、可撓性を有する細い管と固体撮像素子が設けられた先端部から構成されている。電子内視鏡が挿入される被験者体内にある種々の管は非常に細くできているため、体腔内に挿入される電子内視鏡のこれらの部位を小型化することによって、患者の負担を少しでも軽減することが望まれている。従来より、この課題を解決するためにさまざまな技術が提案されており、また、実用に供している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述の特許文献１に記載されているように、固体撮像素子に接続されているリードは、電子内視鏡先端の径を小さくするために、固体撮像素子の形状に沿って折り曲げられ、受光面と反対方向に引き出されている。固体撮像素子とリードとの間には、接着剤や絶縁シートなどが介在されているため、固体撮像素子とリードとが絶縁され、ノイズや混信などの発生を防止する構成となっている。
【０００４】
図１０は、従来の固体撮像素子７１と、カバーガラス７３ｃと、固体撮像素子７１から引き出されたリード部８０ｃの断面形状を示す斜視図である。また、図１１は、従来の固体撮像素子７１にカバーガラス７３ｃを接着させた状態のパッド部８３近傍のリード部８０ｃの側断面図である。固体撮像素子７１から引き出されているリード部８０ｃは、画像信号を伝送するリード８１ｃと、固体撮像素子７１とリード８１ｃとの絶縁を行うために備えられている絶縁材８２ｃから構成されている。この固体撮像素子７１は、受光面７２と、受光面７２と同一面上にリード８１ｃを接続するパッド部８３を備えている。リード８１ｃは、上述の特許文献１に記載されているように、固体撮像素子７１の外形状に沿って折り曲げられるものであり、固体撮像素子７１とリード８１ｃとの間には、絶縁材８２ｃが介在されている。また、固体撮像素子７１の前面には受光面７２を保護するためのカバーガラス７３ｃが設けられている。この固体撮像素子７１とカバーガラス７３ｃとは、それらの間に接着剤を充填させることによって形成された接着層８４ｃにより接着されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１９２２３６号公報（第２、３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
固体撮像素子７１は、受光面７２と同一面上に、リード８１ｃを接続するパッド部８３を備えている。従って、図１１に示すように、固体撮像素子７１とカバーガラス７３ｃとの間に、少なくとも、リード部８０ｃの固体撮像素子７１の光軸方向のスペースを備える必要がある。この固体撮像素子７１とカバーガラス７３ｃとのスペースを広くすると、固体撮像素子７１周辺の構造が光軸方向に長くなる。すなわち、電子内視鏡先端部自体が光軸方向に長く形成される。しかしながら、この電子内視鏡先端部は可撓性を有していない部位であるため、この部位が長く形成されていると、体腔内の細い管内において、電子内視鏡を自在に湾曲させることが困難となり、操作者が観察したい角度から生体組織を観察することができなくなってしまう。
【０００７】
また、固体撮像素子７１とカバーガラス７３ｃとの間に接着剤を充填させて接着層８４ｃを形成する際に、固体撮像素子７１と絶縁材８２ｃ、またはリード８１ｃとカバーガラス７３ｃとが接することによって形成される空間は鋭角な領域を有しているため、その領域まで接着剤が充填しない恐れがある。また、接着剤が充填しても、形成される形状が鋭角な部位となってしまうため、ヒケ易い。従って、接着層８４ｃとリード８１ｃなどの境界に空洞８５が出来てしまう。すなわち、固体撮像素子７１側面方向の受光面７２に対する気密性が低くなってしまうため、電子内視鏡洗浄時において、これらの空洞８５から受光面７２に洗浄剤が流れ込み、受光面７２を破壊してしまうことがあった。
【０００８】
また、近年、小型化された固体撮像素子の開発によって、電子内視鏡先端の径のさらなる小径化が実現可能となっている。しかしながら、このような固体撮像素子は、小型化すると同時に機能及び性能の向上も求められているため、固体撮像素子から引き出されるリードの本数は、従来のものと同等、若しくは増える傾向にある。すなわち、パッド部を配設するための固体撮像素子上のスペースは狭くなる。従って、この固体撮像素子の小型化に伴って、パッド部の各々を配設する間隔を狭めなければならない。この間隔を狭めるためには、リード同士の間隔を狭めたり、リード自体を細くしたりすることによって対処することができる。言い換えると、リード同士の間隔、及びリードの幅は、パッド部の各々が配設されている間隔によって決定されるものである。
【０００９】
一般に、固体撮像素子のような小型のチップから引き出されるリードには、可撓性を有し、さらに、電気的特性の優れている（例えば、ローインピーダンス）金が使用される。しかしながら、金は柔らかいため、折り曲げられることによって、容易に破断してしまう。また、リードを細くすることによって曲げに対する強度は低下するため、リードを細くした場合に、上述の特許文献１に記載されているようにリードを折り曲げると、リードは容易に断線してしまう。例えば、このリードが３５μｍの厚みで、１ｍｍの幅を有するものである場合、このリードを、固体撮像素子に沿って９０度折り曲げると、細くしたことによる強度低下が原因で、リードは容易に断線してしまう。
【００１０】
また、体腔内に挿入される部位は可撓性を有する可撓管を含んでいるため、固体撮像素子から引き出されている上記リードは、この可撓管が湾曲することによって引っ張られることがある。上述したようにリードを細くすると、リードの絶対的な強度が低下してしまう。すなわち、リードの引っ張り強度も低下するため、可撓管が湾曲した際にリードは容易に断線してしまう。つまりリードを細くすることは、固体撮像素子の動作不良を引き起こす原因となってしまう。
【００１１】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、小型に構成され、また、洗浄時における撮像素子の破壊を防止することができる固体撮像素子、及び電子内視鏡を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、受光素子が設けられている受光面に、受光素子から信号を取り出すためのリードが複数接続されており、かつ受光素子を保護するためのカバーガラスが重ねられている。カバーガラスの受光面に重ねられる面側に、リードを収容するための凹部が設けられている。すなわち、このカバーガラスがリードを収容するための凹部を有しているため、受光面とカバーガラスとの間にリードが介在している固体撮像素子であっても、その凹部にリードを収容することによって、固体撮像素子の光軸方向の厚みを抑えることができる。つまり、固体撮像素子を小型化させることができる。
【００１３】
また、上記の課題を解決するため、本発明の別の態様に係る固体撮像素子は、受光素子が設けられている受光面に、受光素子から信号を取り出すためのリードが複数接続されており、かつ受光素子を保護するためのカバーガラスが重ねられているものであって、受光面のうち受光素子が設けられていない領域である非受光領域と、カバーガラスとの間に、カバーガラスを受光面に固定するための接着剤を充填する空間ができるようカバーガラスの受光面に重ねられる面側に凹部を有し、凹部は、空間が鋭角となる部分を有さないよう形成されている。言い換えると、カバーガラス、受光面、及びリードの表面形状は、充填される接着剤が鋭角な部位に接しないように構成されている。すなわち、この空間に鋭角となる部分がないため、接着剤が充填し易く、かつヒケ難い。従って、硬化した接着剤の層に空洞ができ難い。つまり、この接着剤の層の気密性が高くなるため、汚物が受光面に入り込み難くなり、受光面をより確実に保護することができる。
【００１４】
また、上記固体撮像素子において、複数のリードの各々は、積層されており、受光面側から前記カバーガラス側に積層されているリードにしたがって、縮小された台形となる断面形状を有している。
【００１５】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る電子内視鏡は、受光素子が設けられている受光面に、受光素子から信号を取り出すためのリードが複数接続されており、かつ受光素子を保護するためのカバーガラスが重ねられている固体撮像素子を備えたものである。カバーガラスの受光面に重ねられる面側に、リードを収容するための凹部が設けられている。すなわち、このカバーガラスがリードを収容するための凹部を有しているため、受光面とカバーガラスとの間にリードが介在している固体撮像素子であっても、その凹部にリードを収容することによって、固体撮像素子の光軸方向の厚みを抑えることができる。その結果、電子内視鏡先端部の光軸方向の長さも短くすることができる。
【００１６】
また、上記の課題を解決するため、本発明の別の態様に係る電子内視鏡は、受光素子が設けられている受光面に、受光素子から信号を取り出すためのリードが複数接続されており、かつ受光素子を保護するためのカバーガラスが重ねられている固体撮像素子を備えたものである。この固体撮像素子は、受光面のうち受光素子が設けられていない領域である非受光領域と、カバーガラスとの間に、カバーガラスを受光面に固定するための接着剤を充填する空間ができるようカバーガラスの受光面に重ねられる面側に凹部を有し、凹部は、空間が鋭角となる部分を有さないよう形成されている。言い換えると、カバーガラス、受光面、及びリードの表面形状は、充填される接着剤が鋭角な部位に接しないように構成されている。すなわち、この空間に鋭角となる部分がないため、接着剤が充填し易く、かつヒケ難い。従って、硬化した接着剤の層に空洞ができ難い。つまり、この接着剤の層の気密性が高くなるため、電子内視鏡先端部を洗浄する際に、受光面に洗浄剤が入り込み難くなり、受光面をより確実に保護することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態の電子内視鏡１００の外観を表す図である。この電子内視鏡１００は、挿入部可撓管１０と、鉗子差込口２０と、操作部３０と、コネクタ部４０と、ユニバーサルコード５０と、先端部６０から構成されている。
【００１８】
電子内視鏡１００が備える挿入部可撓管１０は、体腔内に挿入される管であり、可撓性を有している。この挿入部可撓管１０の先端側には、先端部６０が設けられている。この先端部６０には、体腔内の生体組織を観察するための後述する対物光学系や固体撮像素子などが配設されている。挿入部可撓管１０内部には、固体撮像素子によって受光され、光電変換された画像信号を送信する信号線や、観察対象に光を当てるライトガイドなどが配設されている。
【００１９】
鉗子差込口２０は、生体組織の止血や採取など、さまざまな処置を行うための鉗子を挿入する部位である。ユーザーは、手術内容に応じてさまざまな鉗子を、この鉗子差込口２０にセットする。
【００２０】
コネクタ部４０は、電子内視鏡１００を、プロセッサなどの画像処理を行う画像処理装置に接続する部位である。このコネクタ部４０は、主に、固体撮像素子から伝送される画像信号を伝送する信号線と、画像処理を行うプロセッサ側の信号線と、を接続しており、さらに、ライトガイドと、プロセッサ側の光源部と、を接続している。また、このコネクタ部４０は、ユニバーサルコード５０を介して、操作部３０と接続されている。
【００２１】
操作部３０は、ユーザーが電子内視鏡１００を操作するための部位であり、先端部６０を上下や左右に移動させて観察領域を自在に変更したり、鉗子差込口２０にセットされた鉗子を起上させたりするなどの操作機能を有している。この操作部３０に組み込まれている種々のノブを操作することによって、先端部６０近傍の挿入部可撓管１０が湾曲して先端部６０が上下や左右に移動したり、鉗子が起上したりする。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施形態の先端部６０の側断面を示す図である。この先端部６０は、主に、体腔内の生体組織を観察するための対物レンズ群６２を含む対物光学系と、対物レンズ群６２から射出された光を受光して光電変換する固体撮像素子７１を含むプロセッサ側に電気信号を送信するための回路部から構成されている。
【００２３】
先端部６０の先端面には、ガラスやプラスチックなどで生成された透明な板である観察窓６１が設けられており、この観察窓６１の電子内視鏡１００の内部側に接するように対物レンズ群６２が設けられている。さらに、対物レンズ群６２の内部側には、光路周辺の不要な光を遮光するための遮光マスク６３が設けられている。
【００２４】
プロセッサ側の光源装置から照射された光束は、ライトガイドによって先端部６０に導光され、先端部６０の先端面の正面を照明する。この光束によって照明された観察対象からの反射光は、観察窓６１を透過し、対物レンズ群６２に入射する。そして、対物レンズ群６２を射出した光は、遮光マスク６３によって、観察像を生成するために必要な光のみに絞られて、固体撮像素子７１側に導かれる。
【００２５】
図３は、本発明の第１の実施形態に用いられる固体撮像素子７１と、固体撮像素子７１から引き出されたリード部８０が折り曲げられた状態を示す側断面図である。また、図４は、固体撮像素子７１と、固体撮像素子７１から引き出されたリード部８０が折り曲げられる前の状態を示す正面図である。
【００２６】
この固体撮像素子７１は、シリコン基板上に、マトリクス状に整列した複数の受光素子から成る受光面７２と、受光素子の各々に受光されて光電変換された画像信号を伝送するためのリードをボンディングするためのパッド部８３と、が設けられたものである。このパッド部８３は、受光面７２と同一面上の非受光領域に、受光面７２と同一の半導体プロセスで形成される電極であって、所定の間隔で複数配設されている。すなわち、この固体撮像素子７１は、パッケージングされていないベアチップ（ダイ）から構成されている。また、固体撮像素子７１から引き出されているリード部８０は、パッド部８３と後述する実装基板６５とを接続し、固体撮像素子７１から得られた画像信号を実装基板６５に伝送するリード８１と、リード８１の各々の絶縁を行うために備えられている絶縁材８２から構成されている。
【００２７】
図２に示すように、この受光面７２の前面には、受光面７２を保護するためのカバーガラス７３が接着されている。さらに、このカバーガラス７３の前面には、偽色やモアレの発生を低減させる赤外線カットローパスフィルタ７４が接着されている。
【００２８】
また、先端部６０の小径化を図るために、固体撮像素子７１に入出力される信号を処理するための種々の電気部品６４が実装された実装基板６５は、固体撮像素子７１を挟んだ受光面７２と反対側のスペースに配設されている。さらに、固体撮像素子７１によって得られた画像信号をプロセッサ側に送信するための信号線６６が、実装基板６５の実装面と反対側に引き出されている。また、固体撮像素子７１と実装基板６５とを接続しているリード部８０は、上述した種々の部品の配置によって、受光面７２側から実装基板６５側に、固体撮像素子７１に沿って折り曲げられて引き出されている。
【００２９】
図５は、本発明の第１の実施形態に用いられる固体撮像素子７１とリード部８０との接続部近傍を拡大した斜視図である。このリード部８０が有するリード８１には、可撓性を有し、ローインピーダンスなどの優れた電気的特性を有する金が使用されている。このリード８１は、強度を確保するために、パッド部８３が配設されている所定の間隔よりも広い幅を有する第１の幅部８１ａを有し、さらに、パッド部８３との接続部近傍にパッド部８３と接続できるように、上記所定の間隔よりも狭い幅を有する第２の幅部８１ｂを有している。なお、ここでいう強度とは、曲げや延伸に対する強度を示している。また、このリード８１には、電子内視鏡１００のような精密機器で広く利用されている３５μｍ厚のものが用いられている。
【００３０】
固体撮像素子７１とリード８１との間には、絶縁材８２が介在されている。また、リード８１同士の間にも、同様の絶縁材８２が介在されている。この絶縁材８２は、例えば、シリコンゴムやポリイミドから構成されたシート状の電気絶縁部材を、上記の間に、ラミネートしたものであったり、絶縁性の優れたシリコン接着剤を塗布したものであったりする。これらの絶縁材は、容易に折り曲げることができる材料であり、また、先端部６０の小径化を図るために、厚さ０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲で構成されている。また、このように、固体撮像素子７１とリード８１との間などに絶縁材８２を介在させることによって、リード部８０の強度が増す。言い換えると、この絶縁材８２は、リード８１の補強板としても機能するものである。
【００３１】
また、上述したようにリード８１の第１の幅部８１ａは、パッド部８３が配設されている所定の間隔よりも広い幅を有しているため、図４中のパッド部８３が配設されている方向にリード８１を並べて接続させた場合、第１の幅部８１ａの各々が接触してしまい、固体撮像素子７１の動作不良を引き起こしてしまう。そこで、本実施形態において、パッド部８３に対応して接続されるリード８１の各々は、リード８１同士の間に絶縁材８２を介在し、リード８１と絶縁材８２とを交互に積層した状態となっている。すなわち、強度を十分に確保できる程度の幅を有するリード８１が、固体撮像素子７１から引き出されている構成となっている。なお、図４において、固体撮像素子７１から引き出されているリード８１が積層されている本数は４本であるが、これは説明を分かり易くするために簡略化して図示したものであり、積層されるリードの本数は、この実施形態に図示するものに限定されることはない。
【００３２】
図５に示すようにリード部８０において、固体撮像素子７１に沿って折り曲げられている部材は、リード８１（第１の幅部８１ａ）及び絶縁材８２となっている。絶縁材８２は上述したように補強板の機能を有している。また、第１の幅部８１ａは、パッド部８３が配設されている所定の間隔よりも広い幅を有しており、９０度折れ曲がった場合に断線しない程度の強度が確保されている。また、リード８１の第２の幅部８１ｂは、上記所定の間隔よりも狭い幅を有しており、リード８１の各々を、パッド部８３の各々にボンディングした際に、互いが接触しないよう構成されている。すなわち、リード部８０を上述した構成にすることによって、上記所定の間隔が狭い固体撮像素子７１においても、リードの曲げ部における強度を確保することが可能となり、容易に断線することがなくなる。また、固体撮像素子７１を電子内視鏡１００に組み込んだ際に、リード８１のうちで最も強度が低下する折り曲げ部が、上記所定の間隔より広い第１の幅部８１ａを有しているため、延伸に対する強度も上がっている。
【００３３】
図６は、図５で積層されているリード８１の各々を分解して並べた図である。図６において左に図示されたリード８１は、図５において最も下に積層されたものであり、図６において右側に図示されたリード８１ほど、図５において上側に積層されたものである。パッド部８３は所定の間隔で設けられているため、リード８１がｎ本積層されている場合、１番目とｎ番目、２番目と（ｎ−１）番目、３番目と（ｎ−２）番目・・・に積層されるリード８１は、互いに左右対称となる形状を有している。リード８１は、ウラ面・オモテ面が反転して積層されても使用することができるため、１番目とｎ番目、２番目と（ｎ−１）番目、３番目と（ｎ−２）番目・・・は、同一形状にすることができる。すなわち、図６において、右側と左側に図示されたリード８１は、同一形状であり、互いを反転させて積層することによって、パッド部８３と接続することができる。また、それらの間に図示された２本のリード８１も同一形状であり、互いを反転させて積層することによって、パッド部８３と接続することができる。その結果、部品点数を削減することが可能となり、コストダウンとなる。
【００３４】
図７は、本発明の第２の実施形態の電子内視鏡に用いられる固体撮像素子７１ｚと、固体撮像素子７１ｚから引き出されたリード部８０が折り曲げられた状態を示す側断面図である。なお、第２の実施形態の電子内視鏡において、図２で示す第１の実施形態の電子内視鏡１００と同一の構成には、同一の符号を付してここでの詳細な説明は省略する。
【００３５】
この第２の実施形態の固体撮像素子７１ｚにおいて、リード部８０が接している固体撮像素子７１ｚの側面と、受光面７２と、が成す端面７１ｙは、テーパーカットされた形状となっている。この端面７１ｙは、固体撮像素子７１ｚの光軸に対して３０〜６０度の範囲のテーパーとなっている。また、固体撮像素子７１とリード８１との間に介在されている絶縁材８２は、絶縁性の優れたシリコン接着剤となっている。すなわち、リード８１を固体撮像素子７１に接着する工程において、端面７１ｙを含む領域に絶縁材８２を塗布する場合、エッジ形状となっている塗布領域がないため、絶縁材８２の塗布ムラが発生し難くなる。また、均一に絶縁材８２を塗布し易くなるため、絶縁材８２のヒケがなくなり、絶縁材８２が硬化した後も、均一な絶縁層を保つことができる。
【００３６】
図８は、本発明の第３の実施形態の電子内視鏡に用いられる固体撮像素子７１と、カバーガラス７３ｚと、固体撮像素子７１から引き出されたリード部８０ｚの断面形状を示す斜視図である。また、図９は、本発明の第３の実施形態の電子内視鏡に用いられる固体撮像素子７１にカバーガラス７３ｚを接着させた状態のパッド部８３近傍のリード部８０ｚの側断面図である。なお、本発明の第３の実施形態の電子内視鏡において、図２から図５に示す本発明の第１の実施形態の実施形態の電子内視鏡１００と同一の構成には、同一の符号を付してここでの詳細な説明は省略する。
【００３７】
第３の実施形態において、固体撮像素子７１から引き出されているリード部８０ｚは、パッド部８３と実装基板６５とを接続し、固体撮像素子７１から得られた画像信号を実装基板６５に伝送するリード８１ｚと、固体撮像素子７１とリード８１ｚ、及びリード８１ｚ同士の絶縁を行うために備えられている絶縁材８２ｚから構成されている。また、このリード部８０ｚは、第１の実施形態と同様に、受光面７２側から実装基板６５側に、固体撮像素子７１に沿って折り曲げられて引き出されている。
【００３８】
リード部８０ｚが有するリード８１ｚには、可撓性を有し、ローインピーダンスなどの優れた電気的特性を有する金が使用されている。このリード８１ｚは、強度を確保するために、パッド部８３が配設されている所定の間隔よりも広い幅を有する第１の幅部８１Ａを有し、さらに、パッド部８３との接続部近傍にパッド部８３と接続できるように、上記所定の間隔よりも狭い幅を有する第２の幅部８１Ｂを有している。また、このリード８１ｚは、その長手方向と直交する断面が左右対称な台形となる形状を有している。なお、ここでいう強度とは、曲げや延伸に対する強度を示している。また、このリード８１ｚには、電子内視鏡１００のような精密機器で広く利用されている３５μｍ厚のものが用いられている。
【００３９】
固体撮像素子７１とリード８１ｚとの間には、絶縁材８２ｚが介在されている。また、リード８１ｚ同士の間にも、同様の絶縁材８２ｚが介在されている。この絶縁材８２ｚは、例えば、シリコンゴムやポリイミドから構成されたシート状の電気絶縁部材を、上記の間に、ラミネートしたものであったり、絶縁性の優れたシリコン接着剤を塗布したものであったりする。これらの絶縁材は、容易に折り曲げることができる材料であり、また、先端部６０の小径化を図るために、厚さ０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲で構成されている。さらに、この絶縁材８２ｚは、その長手方向と直交する断面が左右対称な台形となる形状を有している。また、このように、固体撮像素子７１とリード８１ｚとの間などに絶縁材８２ｚを介在させることによって、リード部８０ｚの強度が増す。言い換えると、この絶縁材８２ｚは、リード８１ｚの補強板としても機能するものである。
【００４０】
また、上述したようにリード８１ｚの第１の幅部８１Ａは、パッド部８３が配設されている所定の間隔よりも広い幅を有しているため、パッド部８３が所定の間隔で配設されている方向にリード８１ｚを並べて接続させた場合、第１の幅部８１Ａの各々が接触してしまい、固体撮像素子７１の動作不良を引き起こしてしまう。そこで、本実施形態において、パッド部８３に対応して接続されるリード８１ｚの各々は、リード８１ｚ同士の間に絶縁材８２ｚを介在し、リード８１ｚと絶縁材８２ｚとを交互に積層した状態となっている。すなわち、強度を十分に確保できる程度の幅を有するリード８１ｚが、固体撮像素子７１から引き出されている構成となっている。なお、図８において、固体撮像素子７１から引き出されているリード８１ｚが積層されている本数は４本であるが、これは説明を分かり易くするために簡略化して図示したものであり、積層されるリードの本数は、この実施形態に図示するものに限定されることはない。
【００４１】
第３の実施形態において、固体撮像素子７１に沿って折り曲げられている部材は、リード８１ｚ（第１の幅部８１Ａ）及び絶縁材８２ｚとなっている。絶縁材８２ｚは上述したように補強板の機能を有している。また、第１の幅部８１Ａは、パッド部８３が配設されている所定の間隔よりも広い幅を有しており、９０度折れ曲がった場合に断線しない程度の強度が確保されている。また、リード８１ｚの第２の幅部８１Ｂは、上記所定の間隔よりも狭い幅を有しており、リード８１ｚの各々を、パッド部８３の各々にボンディングした際に、互いが接触しないよう構成されている。すなわち、リード部８０ｚを上述した構成にすることによって、上記所定の間隔が狭い固体撮像素子７１においても、リードの曲げ部における強度を確保することが可能となり、容易に断線することがなくなる。また、固体撮像素子７１を電子内視鏡に組み込んだ際に、リード８１ｚのうちで最も強度が低下する折り曲げ部が、上記所定の間隔より広い第１の幅部８１Ａを有しているため、延伸に対する強度も上がっている。
【００４２】
リード８１ｚ及び絶縁材８２ｚの各々は、上述した台形の断面形状における長辺が固体撮像素子７１側となり、上述した台形の断面形状における短辺がカバーガラス７３ｚ側となるように重ねられ、固体撮像素子７１に接続される。リード８１ｚは、積層される順番に応じて第１の幅部８１Ａがそれぞれ異なっており、絶縁材８２ｚも同様に、積層される順番に応じて幅がそれぞれ異なっている。具体的には、固体撮像素子７１側のリード８１ｚ及び絶縁材８２ｚが最も幅が広く、カバーガラス７３ｚ側のこれらの部材ほど幅が狭くなったものが積層されている。
【００４３】
図８に示すように、受光面７２を保護するためのカバーガラス７３ｚは、凹部７５ｚと、保護面７６ｚと、接着面７７ｚを有している。保護面７６ｚは受光面７２と重ね合わせられる面であって、受光面７２より多少大きく形成されている面である。また、接着面７７ｚは、カバーガラス７３ｚが固体撮像素子７１に重ねられた際に、受光部７２及びリード部８０ｚ以外の固体撮像素子７１上の非受光領域をカバーするよう形成されたものであって、固体撮像素子７１に対して保護面７６ｚより退避するリード部８０ｚの長手方向と直交する方向に細長く形成され、カバーガラス７３ｚを保護面７６ｚより削った方向に形成されている面である。このカバーガラス７３ｚを受光面７２上に積載すると、保護面７６ｚがは受光面７２と隙間なく合わさり、接着面７７ｚがは受光部７２及びリード部８０ｚ以外の固体撮像素子７１上の非受光領域リード部８０ｚの長手方向と直交する方向に形成されている固体撮像素子７１の非受光領域と多少の隙間を有した状態となる。
【００４４】
カバーガラス７３ｚを受光面７２上に積載すると、凹部７５ｚ及び接着面７７ｚと固体撮像素子７１との間に隙間が生じる。このカバーガラス７３ｚは、上記隙間に接着剤を充填させることによって形成される接着層８６により、固体撮像素子７１に接着されている。この凹部７５ｚは、保護面７６ｚと受光面７２とが隙間なく合わせた状態でリード部８０ｚとカバーガラス７３ｚとが接しないように備えられたものであり、カバーガラス７３ｚの両端部に備えられた左右対称な台形の切欠き形状である。
【００４５】
上述したように、カバーガラス７３ｚは凹部７５ｚを有しているため、受光面７２とカバーガラス７３ｚとの間を、受光面７２と同一面上にあるリード部８０ｚの光軸方向の高さ以下にし、接着層８６によって、互いを固定することが可能となる。従って、固体撮像素子７１からカバーガラス７３ｚまでの光軸方向の構造を小型にし、電子内視鏡先端部を小型にすることが可能となる。また、リード８１ｚ、絶縁材８２ｚ、及び凹部７５ｚの各々を、断面形状が台形となるように構成することによって、接着層８６を形成するスペースに鋭角となる箇所がなくなる。そのため、接着剤が充填し難い箇所がなくなり、さらに、硬化後のヒケが発生し難くなる。
【００４６】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明の固体撮像素子及び電子内視鏡は、カバーガラスの受光面に重ねられる面側に、リードを収容するための凹部が設けられている。すなわち、このカバーガラスがリードを収容するための凹部を有しているため、受光面とカバーガラスとの間にリードが介在している固体撮像素子であっても、その凹部にリードを収容することによって、固体撮像素子の光軸方向の厚みを抑えることができる。その結果、電子内視鏡先端部の光軸方向の長さも短くすることができる。従って、体腔内の細い管内において、電子内視鏡を容易に湾曲させることができ、操作者は観察したい角度から生体組織を観察することができる。
【００４８】
また、本発明の別の固体撮像素子及び電子内視鏡は、受光面のうち受光素子が設けられていない領域である非受光領域と、カバーガラスとの間に、カバーガラスを受光面に固定するための接着剤を充填する空間ができるようカバーガラスの受光面に重ねられる面側に凹部を有している。また凹部は、空間が鋭角となる部分を有さないよう形成されている。言い換えると、カバーガラス、受光面、及びリードの表面形状は、充填される接着剤が鋭角な部位に接しないように構成されている。すなわち、この空間に鋭角となる部分がないため、接着剤が充填し易く、かつヒケ難い。従って、硬化した接着剤の層に空洞ができ難い。つまり、この接着剤の層の気密性が高くなるため、電子内視鏡先端部を洗浄する際に、受光面に洗浄剤が入り込み難くなり、受光面をより確実に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電子内視鏡の外観を表す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の先端部の側断面を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に用いられる固体撮像素子と、固体撮像素子から引き出されたリード部が折り曲げられた状態を示す側断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に用いられる固体撮像素子と、固体撮像素子から引き出されたリード部が折り曲げられる前の状態を示す正面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子とリードとの接続部近傍を拡大した斜視図である。
【図６】図５で積層されているリードの各々を分解して並べた図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に用いられる固体撮像素子と、固体撮像素子から引き出されたリード部が折り曲げられた状態を示す側断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の固体撮像素子と、カバーガラスと、固体撮像素子から引き出されたリード部の断面形状を示す斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の固体撮像素子にカバーガラスを接着させた状態のパッド部近傍のリード部の側断面図である。
【図１０】従来の固体撮像素子と、カバーガラスと、固体撮像素子から引き出されたリード部の断面形状を示す斜視図である。
【図１１】従来の固体撮像素子にカバーガラスを接着させた状態のパッド部近傍のリード部の側断面図である。
【符号の説明】
７１ 固体撮像素子
７３ カバーガラス
８０ リード部
８１ リード
８２ 絶縁材
８３ パッド部
１００ 電子内視鏡
Claims (4)
- 受光素子が設けられている受光面に、前記受光素子から信号を取り出すためのリードが複数接続されており、かつ前記受光素子を保護するためのカバーガラスが重ねられている固体撮像素子であって、
前記受光面における前記受光素子が設けられていない領域である非受光領域と前記カバーガラスとの間に、前記カバーガラスを前記受光面に固定するための接着剤を充填及び前記リードを収容する空間ができるよう、前記カバーガラスの前記受光面に重ねられる面側に凹部を有し、
前記凹部は、前記空間が鋭角となる部分を有さないよう形成されており、
前記複数のリードの各々は台形の断面形状を有しており、
前記複数のリードは、前記台形の断面形状における長辺が前記受光面側となり、前記台形の断面形状における前記長辺と平行な短辺が前記カバーガラス側となるように、絶縁材を介在して該絶縁材と交互に積層されており、
更に、前記複数のリードは、積層される順番に応じて幅部がそれぞれ異なり、前記カバーガラス側ほど前記リードの幅が狭くなるように積層されていることを特徴とする固体撮像素子。 - 前記固体撮像素子は前記絶縁材を複数有し、
前記複数の絶縁材の各々は台形の断面形状を有しており、
前記複数の絶縁材は、前記台形の断面形状における長辺が前記受光面側となり、前記台形の断面形状における前記長辺と平行な短辺が前記カバーガラス側となるように、前記リードを介在して該リードと交互に積層されており、
前記複数のリード及び前記複数の絶縁材は、前記カバーガラス側の前記リード又は前記絶縁材ほど幅が狭くなるように積層されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。 - 積層した前記複数のリード及び前記複数の絶縁材は、台形の断面形状を有する積層構造をなすことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
- 請求項１から３の何れか１項に記載の固体撮像素子を備えた電子内視鏡。
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