JP5306552B1

JP5306552B1 - 配線基板と同軸ケーブルとの接続構造、配線基板と同軸ケーブルとの接続方法

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Publication number: JP5306552B1
Application number: JP2013036723A
Authority: JP
Inventors: 勉稲葉; 宏篠崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: JP2013201126A

Abstract

【課題】必要な特性インピーダンスを保持しつつ、ヘッド部を小型化できる同軸ケーブル及び同軸ケーブルの作成方法を提供する。
【解決手段】本実施形態の同軸ケーブルは、中心導体と、中心導体を被覆する絶縁層と、絶縁層を被覆する外部導体と、外部導体を被覆する絶縁被膜と、を備え、中心導体は、配線基板上に形成された複数の端子のいずれかに接続されており、端子に接続される側の端部の外径は、複数の端子の配置間隔よりも細い。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明の実施形態は、同軸ケーブル及び同軸ケーブルの作成方法に関する。

従来の撮像装置には、撮像素子（例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ）を有するヘッド部と、このヘッド部から送信される画像信号を処理する本体部とが分離したヘッド分離型の撮像装置がある。ヘッド分離型の撮像装置では、ヘッド部と本体部とがカメラケーブルで接続されている。カメラケーブル内には、複数本の同軸ケーブルが収容されており、この同軸ケーブルを介して、ヘッド部と本体部との間でデータが送受信される。そして、このようなデータ送受信用に、従来から様々な同軸ケーブルが提案されている。

ところで、近年では、ヘッド分離型の撮像装置のヘッド部の小型化が求められており、ヘッド部の接続端子の配置間隔も狭くなっている。このため、カメラケーブルに収容された同軸ケーブルの中心導体をヘッド部の接続端子に接続することが困難となっている。そこで、中心導体を被覆する絶縁層の厚みを薄くして同軸ケーブルを細くすること考えられるが、絶縁層を薄くすると、同軸ケーブルに必要な特性インピーダンス（例えば、７５Ω）を保持することができなくなる虞がある。

実開平６−２６１１９号公報実公平７−４３８６９号公報特開平８−５５５２４号公報

本発明は、かかる従来の課題を解決するためになされたものであり、必要な特性インピーダンスを保持しつつ、ヘッドを小型化できる同軸ケーブル及び同軸ケーブルの作成方法を提供することを目的とする。

実施形態に係る同軸ケーブルは、中心導体と、中心導体を被覆する絶縁層と、絶縁層を被覆する外部導体と、外部導体を被覆する絶縁被膜と、を備え、中心導体は、配線基板上に形成された複数の端子のいずれかに接続されており、端子に接続される側の端部の外径は、複数の端子の配置間隔よりも細い。

実施形態に係る撮像装置の構成図。実施形態に係るヘッド部及びカメラケーブルの俯瞰図。実施形態に係る同軸ケーブルの側面図。実施形態に係る同軸ケーブルの正面図。同軸ケーブルの特性インピーダンスの説明図。実施形態に係る同軸ケーブルの接続図（平面図）。実施形態に係る同軸ケーブルの接続図（側面図）。従来の同軸ケーブルの一例。従来の同軸ケーブルの他の例。従来の同軸ケーブルの他の例。実施形態の変形例に係る同軸ケーブルの正面図。実施形態の変形例に係る同軸ケーブルの正面図（平面図）。実施形態の変形例に係る同軸ケーブルの正面図（側面図）。

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
（実施形態）
図１は、実施形態に係る撮像装置１００（以下、撮像装置１００と記載する）の構成図である。撮像装置１００は、例えば、内視鏡装置であり、ヘッド部２００と、ＣＣＵ（Camera Control Unit）３００（以下、本体部３００と記載する）と、ヘッド部２００と本体部３００とを接続するカメラケーブル４００とを備える。

ヘッド部２００は、イメージセンサ２１０と、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）２２０と、回路基板２３０（配線基板）と、台座２４０と、筐体２５０とを備える。イメージセンサ２１０は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどの固体撮像素子である。

ＴＡＢ２２０は、耐熱性のフィルムにエッチングで回路を形成したものであり、バンプやボンディングパッドを介してイメージセンサ２１０と接続されている。

回路基板２３０には、イメージセンサ２１０の駆動回路（例えば、出力を増幅する回路等）が実装されており、ＴＡＢ２２０の端子及びカメラケーブル４００の配線とに接続される。

台座２４０には、イメージセンサ２１０、ＴＡＢ２２０、回路基板２３０が配置される。筐体２５０は、イメージセンサ２１０が実装されたＴＡＢ２２０が配置された台座２４０を収容する。

本体部３００は、ＩＦ回路３０１と、メモリ３０２と、プロセッサ３０３と、ドライバ３０４と、コントローラ３０５と、電源回路３０６とを備える。

ＩＦ回路３０１は、ヘッド部２００との間で制御信号やデータの送受信を行うためのインタフェースである。

メモリ３０２は、不揮発性メモリであり、例えば、シリアルＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）である。メモリ３０２には、ヘッド部２００の設定データ（動作モード）や補正データが記憶されている。

プロセッサ３０３は、画像処理用のプロセッサである。プロセッサ３０３は、ヘッド部２００から送信される画像信号に種々の補正（例えば、ノイズ補正、ホワイトバランス、γ補正等）を行う。プロセッサ３０３は、補正後の画像信号を外部の表示装置５００（例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶モニタ）へ出力する。

ドライバ３０４は、イメージセンサ２１０の駆動回路である。ドライバ３０４は、コントローラ３０５からの制御に基づいてイメージセンサ２１０の駆動方式やフレームレートを変更する。また、ドライバ３０４は、イメージセンサ２１０へパルス信号（例えば、垂直同期や水平同期（転送パルス信号、リセットゲートパルス信号）のためのパルス信号）を出力する。

コントローラ３０５は、メモリ３０２から補正データや設定データを読み出す。コントローラ３０５は、読み出した補正データや設定データに基づいて、プロセッサ３０３及びドライバ３０４を制御する。

電源回路３０６は、外部電源に接続される。電源回路３０６は、外部電源からの電力を所定の電圧に変換して本体部３００の構成回路（ＩＦ回路３０１、メモリ３０２、プロセッサ３０３、ドライバ３０４、コントローラ３０５）へ供給する。また、電源回路３０６からの電力は、カメラケーブル４００を介してヘッド部２００にも供給される。

（ヘッド部２００内の構成）
図２は、ヘッド部２００及びカメラケーブル４００の俯瞰図である。なお、図２では、回路基板２３０が台座２４０の死角にあるため図示を省略している。また、図２では、ヘッド部２００の筐体２５０の図示を省略している。図２に示すように、イメージセンサ２１０は、ＴＡＢ２２０に実装された状態でヘッド部２００の台座２４０の端面２４０Ａに配置される。イメージセンサ２１０が実装されたＴＡＢ２２０は、台座の上面２４０Ｂ及び裏面２４０Ｃと沿って折り曲げた状態で台座２４０上に固定される。

ＴＡＢ２２０には、カメラケーブル４００に収容された複数本のケーブル４１０と接続するための複数の端子２２１が設けられている。なお端子２２１の一部は、ケーブル４１０ではなく、回路基板２３０（図示せず）の端子と接続される。

カメラケーブル４００には、例えば、データ信号（画像信号）伝送用、同期信号（垂直同期及び水平同期用のパルス信号）伝達用、バイアス電圧印可用、電力供給用、ＧＮＤ用等、複数本のケーブル４１０が収容されている。カメラケーブル４００に収容されたケーブル４１０のうち、データ伝送用及び同期信号伝達用のケーブル４１０は、同軸ケーブルとなっている（以下、同軸ケーブル４１０と記載する）。

図３Ａは、同軸ケーブル４１０の側面図である。図３Ｂは、同軸ケーブル４１０の正面図である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、同軸ケーブル４１０は、中心導体４１１と、中心導体４１１を被覆する絶縁層４１２と、絶縁層４１２を被覆する外部導体４１３と、外部導体４１３を被覆する絶縁被膜４１４とを備える。

中心導体４１１は、複数本の導体線（例えば、Ｃｕ−２ｍａｓｓ％Ａｇ合金線を用いた単線）材を複数本撚り合わせた撚線材からなり、データ信号（画像信号）や同期信号等を伝達する。なお、撚線材ではなく、一方の導体線を中心導体４１１としてもよい。

絶縁層４１２は、第１の絶縁層４１２Ａと、第２の絶縁層４１２Ｂとを備える。第１の絶縁層４１２Ａ及び第２の絶縁層４１２Ｂは、誘電性の絶縁材料（例えば、テフロン（登録商標）やポリエステル）からなる。第１の絶縁層４１２Ａは、中心導体４１１の外周を被覆する。また、第２の絶縁層４１２Ｂは、第１の絶縁層４１２Ａの外周を被覆する。なお、第１の絶縁層４１２Ａには、第２の絶縁層４１２Ｂの材料よりも耐熱性が高い材料を用いることが好ましい。第１の絶縁層４１２Ａの外周に第２の絶縁層４１２Ｂを被覆する際に、第１の絶縁層４１２Ａと第２の絶縁層４１２Ｂとが融着しないようにするためである。

外部導体４１３は、編組線（へんそせん）と呼ばれる細い金属線（例えば、銅線）を編んだ編組シールド、あるいは横に巻き付けた横巻きシールドである。なお、精密測定や極超短波以上の周波数で減衰を少なくしたい場合には、外部導体４１３として、金属箔を使用してもよい。外部導体４１３は、本体部３００側でＧＮＤに接続（接地）されている。

絶縁被膜４１４は、絶縁性の材料（例えば、ポリエチレン）からなり、外部導体４１３の外周を被覆する。絶縁被膜４１４は、同軸ケーブル４１０を絶縁するとともに、保護被膜としても機能する。

図４は、同軸ケーブル４１０の特性インピーダンスを説明するための図である。
図４に示すように、中心導体４１１の直径（外径）をｄ、絶縁層４１２の直径（外径）をＤ、絶縁層４１２の比誘電率をε、とすると、同軸ケーブル４１０の特性インピーダンスＺ_０（Ω）は、下記（１）式で与えられる。

ところで、近年では、カメラケーブル４００を接続するヘッド部２００の小型化が進んでいることから、カメラケーブル４００に収容された同軸ケーブル４１０を細くする必要があることは既に述べたとおりである。ここで、同軸ケーブルの特性インピーダンスＺ_０は、５０Ω又は７５Ωとするのが一般的である。つまり、同軸ケーブル４１０の特性インピーダンスを変更することはできない。

このため、上記（１）式からは、中心導体４１１の直径ｄを小さくするか、絶縁層４１２の材料を被誘電率εの高い材料（例えば、多孔質性ポリエチレン）として、絶縁層４１２の厚みを薄くすることが考えられる。しかしながら、中心導体４１１の直径ｄは、すでに十分に細くなっており、電気抵抗や強度の観点からさらなる細線化の余地は小さい。また、絶縁層４１２の材料に被誘電率εの高い材料（例えば、多孔質性ポリエチレン）を用いた場合、強度や屈曲性の観点から問題がある。

図５Ａ及び図５Ｂは、同軸ケーブル４１０の中心導体４１１を、ＴＡＢ２２０の端子２２１へ接続したところを示した図である。図５Ａは、平面図、図５Ｂは、側面図である。なお、図５では、便宜上、３本の同軸ケーブルをＴＡＢ２２０の端子２２１へ接続した場合を示した。

図５に示すように、この実施形態では、ヘッド部２００側の端部の第２の絶縁層４１２Ｂをストリップ（剥離）することにより、同軸ケーブル４１０の端部における径（外径）を細くして、ＴＡＢ２２０の端子２２１へ容易に接続できるように構成している。各同軸ケーブル４１０の中心導体４１１は、半田ＰによりＴＡＢ２２０の端子２２１に電気的に接続されるが、その他の方法（例えば、銀（Ａｇ）ペースト）で、各同軸ケーブル４１０の中心導体４１１をＴＡＢ２２０の端子２２１に電気的に接続してもよい。

なお、同軸ケーブル４１０の中心導体４１１をＴＡＢ２２０の端子２２１へ容易に接続できるように、絶縁層４１２を構成する第１の絶縁層４１２Ａの直径（外径）Ｄ１は、端子２２１の配置間隔Ｗと同一もしくは狭い（短い）ことが好ましい。また、絶縁層４１２の第２の絶縁層４１２Ｂをストリップ（剥離）する長さは、同軸ケーブル４１０の特性インピーダンスの変動を抑えるため、５ｍｍ程度とすることが好ましい。

ここで、従来のカメラケーブル４００Ａに収容されている同軸ケーブル４１０ＡをＴＡＢ２２０の端子２２１に接続した一例を図６に示す。従来の同軸ケーブル４１０Ａは、ヘッド部２００側の端部の絶縁層４１２が細くなっておらず、絶縁層４１２の直径（外径）Ｄ２が、ＴＡＢ２２０の端子２２１の配置間隔Ｗよりも太く（広く）なっている。

このため、同軸ケーブル４１０Ａを並列に並べた状態で、ＴＡＢ２２０の端子２２１に接続しようとしても、同軸ケーブル４１０Ａの中心軸の位置と、ＴＡＢ２２０の端子２２１の位置とがずれてしまうため、同軸ケーブル４１０Ａの中心導体４１１を、ＴＡＢ２２０の端子２２１へ容易に接続することができない。また、同軸ケーブル４１０Ａを並べた際の幅（Ｄ２×３）が台座２４０の幅Ｚよりも太くなるため、両端の同軸ケーブル４１０Ａが台座２４０からはみ出してしまう。このため、ヘッド部２００を小型化することは困難となる。

また、従来のカメラケーブル４００Ａに収容されている同軸ケーブル４１０ＡをＴＡＢ２２０の端子２２１に接続した他の例を図７Ａ及び図７Ｂに示す。図７Ａは、平面図、図７Ｂは側面図である。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、両端の同軸ケーブル４１０Ａが台座２４０からはみ出さないように、同軸ケーブル４１０Ａを上下方向にずらしても、今度は、高さ方向の厚みが出てしまうため、ヘッド部２００を小型化することは困難となる。

また、半田付けについても、下側（両端）の同軸ケーブル４１０Ａの中心導体４１１を接続した後、上側（真中）の同軸ケーブル４１０の中心導体４１１を接続する必要があるため、同軸ケーブル４１０Ａの中心導体４１１を、ＴＡＢ２２０の端子２２１へ容易に接続することができない。

以上のように、従来の同軸ケーブル４１０Ａでは、ヘッド部２００を小型化することは難しかった。しかしながら、本実施形態に係る同軸ケーブル４１０では、図５に示すように、ヘッド部２００側の端部の第２の絶縁層４１２Ｂをストリップ（剥離）することにより、同軸ケーブル４１０の端部における径（外径）を細くしているので、小型化されたヘッド部２００のＴＡＢ２２０の端子２２１へ容易に接続することができる。また、同軸ケーブル４１０の端部において第２の絶縁層４１２Ｂを５ｍｍ程度ストリップしているだけなので、帯域１ＧＨｚ以下の信号においては、特性インピーダンスは問題とならない。

（カメラケーブル４００の作成）
次に、カメラケーブル４００の作成方法について図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明する。
初めに、中心導体４１１となる複数本の導体線（例えば、Ｃｕ−２ｍａｓｓ％Ａｇ合金線を用いた単線）材を複数本撚り合わせた撚線材の外周に、第１の絶縁層４１２Ａとなるポリエステルを溶着させ、中心導体４１１を第１の絶縁層４１２Ａで被覆する。この際、第１の絶縁層４１２Ａの直径（外径）Ｄ１が、ＴＡＢ２２０の端子２２１の配置間隔Ｗよりも太くならないよう留意する。

次に、第１の絶縁層４１２Ａの外周に、第２の絶縁層４１２Ｂとなるポリエステルを溶着させ、第１の絶縁層４１２Ａを第２の絶縁層４１２Ｂで被覆する。なお、第１の絶縁層４１２Ａには、第２の絶縁層４１２Ｂの材料よりも耐熱性が高い材料を用いることが好ましい

次に、第１の絶縁層４１２Ａ及び第２の絶縁層４１２Ｂから構成される絶縁層４１２の外周を外部導体４１３となる編組線（へんそせん）と呼ばれる細い金属線（例えば、銅線）を編んだ編組シールド、あるいは、細い金属線を横に巻いた横巻きシールドで被覆する。なお、精密測定や極超短波以上の周波数で減衰を少なくしたい場合には、外部導体４１３として、編組シールド等の代わりに金属箔で、絶縁層４１２の外周を被覆してもよい。

次に、外部導体４１３の外周を、絶縁被膜４１４となる絶縁性材料（例えば、テフロン（登録商標）やポリエチレン）で被覆し、同軸ケーブル４１０とする。

次に、同軸ケーブル４１０の一端側において、端部から５〜７ｍｍ程度まで、同軸ケーブル４１０の絶縁被膜４１４、外部導体４１３及び第２の絶縁層４１２Ｂをストリッパー等の器具を用いてストリップ（剥離）し、第１の絶縁層４１２Ａを露出させる。次に、露出した第１の絶縁層４１２Ａを端部から１〜２ｍｍ程度までストリッパー等の器具を用いてストリップ（剥離）し、中心導体４１１を露出させる。

以上のように、本実施形態に係る同軸ケーブル４１０は、ヘッド部２００側の端部の第２の絶縁層４１２Ｂをストリップ（剥離）することにより、同軸ケーブル４１０の端部における径（外径）を細くしているので、小型化されたヘッド部２００のＴＡＢ２２０の端子２２１へ容易に接続することができる。また、同軸ケーブル４１０の端部において第２の絶縁層４１２Ｂを５ｍｍ程度ストリップしているだけなので、帯域１ＧＨｚ以下の信号においては、特性インピーダンスは問題とならない。

なお、同軸ケーブル４１０のヘッド部２００との接続側（片側）だけでなく、同軸ケーブル４１０の両端の端部において、第２の絶縁層４１２Ｂをストリップ（剥離）することにより、同軸ケーブル４１０の端部における径（外径）を細くするようにしてもよい。

（実施形態の変形例）
図８Ａ〜図８Ｄに、上記実施形態の変形例を示す。図８Ａに示すように、第１の絶縁層４１２Ａと第２の絶縁層４１２Ｂとが融着するのを防ぐため、癒着防止用テープＴ（例えば、耐熱性テープ）で第１の絶縁層４１２Ａの外周を被覆した後、第２の絶縁層４１２Ｂを被覆するようにしてもよい。また、図８Ｂに示すように、第１の絶縁層４１２Ａと第２の絶縁層４１２Ｂとが融着するのを防ぐため、癒着防止用の粉末Ｆを第１の絶縁層４１２Ａの外周に塗布した後、第２の絶縁層４１２Ｂを被覆するようにしてもよい。

また、第１の絶縁層４１２Ａの長手方向に沿って線材Ｃを配置した状態で、第２の絶縁層４１２Ｂで第１の絶縁層４１２Ａの外周を被覆するようにしてもよい。第２の絶縁層４１２Ｂをストリップ（剥離）する際は、この線材Ｃを引くことにより容易に第２の絶縁層４１２Ｂをストリップ（剥離）することができる。なお、線材Ｃには、第１の絶縁層４１２Ａの外周に被覆される第２の絶縁層４１２Ｂを切り裂ける程度の強度を持つ材料（例えば、鉄線）を使用することに留意する。

さらに、中心導体４１１及び第１の絶縁層４１２Ａとして、エナメル線を用いるようにしてもよい。この場合、第１の絶縁層４１２Ａが非常に薄くなるため、同時軸ケーブル４１０の引き回し及びＴＡＢ２２０（及び／又は回路基板２３０）への接続が容易となる。また、同軸ケーブル４１０の端部がさらに細くなるので、ヘッド部２００をより小型化することができる。

（その他の実施形態）
以上のように、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を変更しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

１００…撮像装置、２００…ヘッド部、２１０…イメージセンサ、２２１…端子、２３０…回路基板、２４０…台座、２４０Ａ…端面、２４０Ｂ…上面、２４０Ｃ…裏面、３００…本体部、３０１…ＩＦ回路、３０２…メモリ、３０３…プロセッサ、３０４…ドライバ、３０５…コントローラ、３０６…電源回路、４００…カメラケーブル、４００Ａ…カメラケーブル、４１０…同軸ケーブル、４１０Ａ…同軸ケーブル、４１１…中心導体、４１２…絶縁層、４１２Ａ…第１の絶縁層、４１２Ｂ…第２の絶縁層、４１３…外部導体、４１４…絶縁被膜、５００…表示装置、Ｃ…線材、ｄ…直径、Ｆ…粉末、Ｐ…半田、Ｔ…癒着防止用テープ、Ｗ…配置間隔、Ｚ…幅。

Claims

複数の端子を備える配線基板と、
前記複数の端子のいずれかに接続された中心導体と、前記中心導体を被覆し、外径が前記複数の端子の配置間隔よりも細い第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層を被覆し、外径が前記複数の端子の配置間隔よりも太い第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層を被覆する外部導体と、前記外部導体を被覆する絶縁被膜とを備える同軸ケーブルと、
を有し、
前記同軸ケーブルは、前記端子に接続される側の端部において、前記第２の絶縁層がストリップされている配線基板と同軸ケーブルとの接続構造。
前記第１の絶縁層は、前記第２の絶縁層より融点が高い材料で構成されている請求項１に記載の配線基板と同軸ケーブルとの接続構造。
前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間に、前記第１，第２の絶縁層の融着を防止する融着防止層をさらに備える請求項１に記載の配線基板と同軸ケーブルとの接続構造。
前記融着防止層は、融着防止パウダー又は耐熱性テープから構成される請求項３に記載の配線基板と同軸ケーブルとの接続構造。
複数の端子を有する配線基板に同軸ケーブルを接続する配線基板と同軸ケーブルとの接続方法であって、
前記同軸ケーブルは、中心導体と、前記中心導体を被覆し、外径が前記複数の端子の配置間隔よりも細い第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層を被覆し、外径が前記複数の端子の配置間隔よりも太い第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層を被覆する外部導体と、前記外部導体を被覆する絶縁被膜とを備え、
前記同軸ケーブルの少なくとも一方の端部において、前記第２の絶縁層をストリップする工程と、
前記第２の絶縁層をストリップした側の前記中心導体を前記複数の端子のいずれかに接続する工程と、
を有する配線基板と同軸ケーブルとの接続方法。
前記同軸ケーブルは、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間に、前記第１，第２の絶縁層の融着を防止する融着防止層をさらに有する請求項５に記載の配線基板と同軸ケーブルとの接続方法。