JP5398674B2

JP5398674B2 - 撮像装置、電子内視鏡装置及び撮像装置の製造方法

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Publication number: JP5398674B2
Application number: JP2010199240A
Authority: JP
Inventors: 康介高崎
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2030-09-06
Also published as: JP2012055379A

Description

本発明は、撮像素子を搭載した撮像ヘッドに信号伝送線用の可撓性ケーブルを接続した撮像装置、その撮像装置を備えた電子内視鏡装置及び撮像装置の製造方法に関し、特に、撮像素子とフレキシブル基板との接合における物理的強度を向上させることができる構造及び製造方法に関する。

医療分野において電子内視鏡を利用した医療診断が盛んに行なわれている。電子内視鏡は、撮像素子を搭載した撮像ヘッドに信号伝送用の可撓性ケーブルを接続した撮像装置を備え、被検体内に挿入されて被検体内を撮像し、可撓性ケーブルを介して撮像信号を出力する。可撓性ケーブルを介して伝送された撮像信号は、画像処理装置により信号処理が施されて、内視鏡画像としてモニタに表示される。

特許文献１には、回路基板に接着用ランドを設けるとともに、フレキシブル基板側に切り欠きの接着部を設けて両者を接着した構造が開示されている。

特開２００３−２７３４９１号公報

電子内視鏡は小型化が求められており、配線容積の小さいフレキシブル基板を用いた撮像装置は有効である。しかしながら、電子内視鏡用の撮像装置には、内視鏡先端部の湾曲動作等による曲げや引っ張り等の力が作用するため、フレキシブル基板や微小面積で接着された撮像素子とフレキシブル基板の接続部などの物理的強度確保が課題である。

特許文献１記載の構造では、フレキシブル基板自体が破断してしまう恐れがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、撮像素子とフレキシブル基板との接合における物理的強度を向上させることができる撮像装置、電子内視鏡装置及び撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、撮像面と該撮像面の側方に連設された電気接合部とを有する撮像素子と、前記撮像素子の前記撮像面上に配置された光学部材と、前記撮像素子の前記電気接合部に接合されて該電気接合部を覆うフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板のうちで前記撮像素子の前記電気接合部に対応した部分を非接着で覆う板材と、前記光学部材と前記板材と前記フレキシブル基板の露出部分とを一体にして接着固定する樹脂と、を備えたことを特徴とする撮像装置を提供する。

本発明の一態様では、前記板材は、高熱伝導性材料であることを特徴とする。

また、本発明は、撮像面と該撮像面の側方に連設された電気接合部とを有する撮像素子と、前記撮像素子の前記撮像面上に配置された光学部材と、前記撮像素子の前記電気接合部に接合されて該電気接合部を覆うフレキシブル基板と、前記光学部材と前記フレキシブル基板とを一体にして接着固定する樹脂であって、前記フレキシブル基板のうちで前記撮像素子の前記電気接合部に対応した部分に接する中空部を形成している樹脂と、を備えたことを特徴とする撮像装置を提供する。

また、本発明は、前記撮像装置を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置を提供する。

また、本発明は、撮像面と該撮像面の側方に連設された電気接合部とを有する撮像素子と、前記撮像素子の前記撮像面上に配置された光学部材と、を用意し、前記撮像素子の前記電気接合部にフレキシブル基板を接合して前記撮像素子の前記電気接合部をフレキシブル基板で覆う工程と、前記フレキシブル基板のうちで前記撮像素子の前記電気接合部に対応した部分に板材を非接着で被せる工程と、前記光学部材と前記板材と前記フレキシブル基板の露出部分とを樹脂により一体にして接着固定する工程と、を備えたことを特徴とする撮像装置の製造方法を提供する。

また、本発明は、撮像面と該撮像面の側方に連設された電気接合部とを有する撮像素子と、前記撮像素子の前記撮像面上に配置された光学部材と、を用意し、前記撮像素子の前記電気接合部にフレキシブル基板を接合して前記撮像素子の前記電気接合部をフレキシブル基板で覆う工程と、前記フレキシブル基板のうちで前記撮像素子の前記電気接合部に対応した部分に接する中空部を形成しながら、前記光学部材と前記フレキシブル基板とを樹脂により一体にして接着固定する工程と、を備えたことを特徴とする撮像装置の製造方法を提供する。

本発明の一態様にて、前記樹脂は、チクソ比（５ｒｐｍ／５０ｒｐｍの粘度比）が１．５以上である。また、本発明の一態様にて、前記樹脂として熱硬化性樹脂を用いる。

本発明によれば、フレキシブル基板自体の強度を向上させることができる。

本発明に係る撮像装置の概略構成図本発明に係る撮像装置を組み込んだ内視鏡システムの一例の全体構成図電子内視鏡の先端部を示した正面図第１実施形態における撮像ヘッドの一例の要部を示す側面断面図図４の要部を拡大して示す拡大図（ａ）はＦＰＣを撮像素子に接合した状態を示す平面図、（ｂ）はその側面図（ａ）は接合部が外れる又はＦＰＣが切れる問題の説明に用いる説明図、（ｂ）は引張応力の説明に用いる説明図板材を設けずに樹脂で固定した場合の応力解析結果を示す説明図第１実施形態における撮像装置の製造処理例の流れを示すフローチャート（ａ）は接合前のＦＰＣ及び撮像素子を示す側面断面図、（ｂ）は接合後のＦＰＣ及び撮像素子を示す側面断面図板材をＦＰＣの接合対応部に被せる様子を示す説明図第２実施形態における撮像ヘッドの一例の要部を示す側面断面図第２実施形態における撮像装置の製造処理例の流れを示すフローチャート第２実施形態における撮像ヘッドの他の例の要部を示す側面断面図

以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

図１は、本発明に係る撮像装置１の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、撮像装置１は、体腔内に挿入される撮像ヘッド２及び可撓性のケーブル４を含んで構成されている。自在に撓ませることが可能なケーブル４の一端は撮像ヘッド２に接続されており、他端は画像処理装置６に接続されている。

図２は、本発明に係る撮像装置を組み込んだ内視鏡システムの一例の概略構成を示した全体構成図である。図２に示すように、本例の内視鏡システム１０は、被検体の体腔内に挿入される可撓性の挿入部２０と、挿入部２０の基端部分に連設された操作部２２と、プロセッサ装置１４（図１の画像処理装置６に相当）及び光源装置１６に接続されるユニバーサルコード２４とを備えている。挿入部２０及び操作部２２により電子内視鏡１２が構成されている。

挿入部２０の先端には、体腔内撮影用の撮像ヘッド２（図１を参照）などが内蔵された先端部２６が設けられている。先端部２６の後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部２８が設けられている。湾曲部２８は、操作部２２に設けられたアングルノブ３０が操作されて、挿入部２０内に挿設されたアングルワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部２６が体腔内の所望の方向に向けられる。

ユニバーサルコード２４の基端は、コネクタ３６に連結されている。コネクタ３６は、複合タイプのものであり、コネクタ３６には、プロセッサ装置１４が接続されている他、光源装置１６が接続されている。

プロセッサ装置１４は、ユニバーサルコード２４、操作部２２及び挿入部２０の内部に挿通された可撓性ケーブル４（図１を参照）を介して先端部２６の撮像ヘッド２に給電を行い、撮像ヘッド２内の撮像素子５８（図４を参照）の駆動を制御するとともに、先端部２６の撮像ヘッド２から可撓性ケーブル４を介して伝送された撮像信号を受信し、受信した撮像信号に各種信号処理を施して画像データに変換する。プロセッサ装置１４で変換された画像データは、プロセッサ装置１４にケーブル接続されたモニタ３８に内視鏡画像として表示される。また、プロセッサ装置１４は、コネクタ３６を介して光源装置１６と電気的に接続され、照明光の照射を制御する。

図３は、電子内視鏡１２の先端部２６を示した正面図である。図３に示すように、先端部２６の先端面２６ａには、観察窓４０、照明窓４２、鉗子出口４４、及び送気・送水用ノズル４６が設けられている。観察窓４０は、撮像ヘッド２により体腔内の被観察部位を撮像するための窓である。照明窓４２は、体腔内の被観察部位に光源装置１６からの照明光を照射する。鉗子出口４４は、操作部２２に設けられた鉗子口３４（図２を参照）に連通している。鉗子口３４には、注射針や高周波メスなどが先端に配置された各種処置具が挿通され、各種処置具の先端が鉗子出口４４から露呈される。送気・送水用ノズル４６は、操作部２２に設けられた送気・送水ボタン３２（図２を参照）の操作に応じて、光源装置１６に内蔵された送気・送水装置から供給される洗浄水や空気を、観察窓４０や体腔内に向けて噴射する。

なお、図示を省略したが、照明窓４２の奥には、照明部が設けられている。照明部には、光源装置１６からの照明光を導くライトガイドの出射端が配されている。ライトガイドは、可撓性ケーブル４と同様に、挿入部２０、操作部２２、及びユニバーサルコード２４の各内部を挿通し、コネクタ３６に接続されている。

図４は、図２の電子内視鏡１２に内蔵された第１実施形態における撮像装置１の一例を示す側面断面図である。図４に示すように、観察窓４０の奧には、体腔内の被観察部位の像光を取り込むための対物レンズ５０を保持するレンズ鏡筒５２が配設されている。レンズ鏡筒５２の後端には、対物レンズ５０を経由した被観察部位の像光を、略直角に曲げて撮像素子５８に向けて導光するプリズム５６が接続されている。

撮像素子５８は、体腔内の被観察部位を撮像するものである。本例の撮像素子５８は、ＣＭＯＳ撮像センサ（又はＣＣＤ撮像センサ）によって構成されている。撮像素子５８の撮像面５８ａは、プリズム５６の出射面と対向するように配置されている。撮像面５８ａ上には、矩形枠状のスペーサ６３を介して、矩形板状のカバーガラス６４が取り付けられている。これにより、塵埃などの侵入から撮像素子５８の撮像面５８ａが保護されている。

撮像素子５８は、被観察部位の像光を受光して撮像する撮像面５８ａと、撮像面５８ａの側方に連設された電気接合部５８ｂを有する。本例の電気接合部５８ｂの構造は後述する。

フレキシブル基板６２（以下「ＦＰＣ」という）は、可撓性の基板である。ＦＰＣ６２は、撮像素子５８の電気接合部５８ｂに接合されており、撮像素子５８の電気接合部５８ｂを覆っている。さらに各種の回路素子６０がＦＰＣ６２に実装されている。

板材６８は、ＦＰＣ６２のうちで撮像素子５８の電気接合部５８ｂに対応した部分６２ａ（以下「接合対応部」という）を非接着で覆っている。

樹脂７０は、カバーガラス６４と、板材６８と、ＦＰＣ６２の上面の露出部分６２ｂ（接合対応部６２ａではない部分）とを、一体にして、接着固定している。

撮像ヘッド２の要部を拡大して図５に示す。撮像素子５８の電気接合部５８ｂには、電極パッド５８ｃ及びバンプ５８ｄが形成されている。撮像素子５８の電極パッド５８ｃはバンプ５８ｄを介して、ＦＰＣ６２の配線６２ｃに接合されている。ＦＰＣ６２は、基材６２ｄに配線６２ｃが形成されている。符号６６は接合材料である。

図６（ａ）は、図４に示した板材６８及び樹脂７０を省略した撮像ヘッド２を示す平面図であって、折り曲げられたＦＰＣ６２を展開した状態を示している。その側面を図６（ｂ）に示す。

ここで、本発明の理解を深めるために撮像素子５８とＦＰＣ６２との接合部分における課題について詳細に説明しておく。

図７（ａ）に示すように、もしも図４に示した板材６８を設けないまま、折り曲げられたＦＰＣ６２の内周側を熱硬化性の樹脂７０で固定した場合、撮像ヘッド２を含む先端部（図２の２６）の湾曲動作により、引張、圧縮、曲げなどの力が撮像素子５８とＦＰＣ６２との接合部に働くため、その接合部が外れる又はＦＰＣ６２が切れるといった問題が発生する。

また、図７（ｂ）に示すように、カバーガラス６４の側端部及びＦＰＣ６２の上面全てを熱硬化性の樹脂７０で一体化した場合、樹脂７０のうちカバーガラス６４近傍の部分がカバーガラス６４の側面に拘束されて、ＦＰＣ６２には引張応力（図中に白抜きの矢印で示す）が作用し、撮像素子５８からＦＰＣ６２が剥離する。図８は、板材６８を設けずに樹脂７０で固定した場合の応力解析結果を示す。樹脂硬化時の熱収縮に起因してＦＰＣ６２に図中の矢印で示す引張応力が作用し、これによりＦＰＣ６２の剥離が発生する。従って、撮像素子５８とＦＰＣ６２との接合強度が低下して、歩留まり低下や電気的信頼性低下を引き起こす。

そこで、本発明では、板材６８によりＦＰＣ６２の接合対応部６２ａを非接着で覆うことで、引張応力が作用しないようにしている。

次に、図４の撮像装置１の製造処理例について、図９のフローチャートを用いて、説明する。

まず、撮像素子５８にスペーサ６３を介してカバーガラス６４を組み付ける（ステップＳ２）。本例では、接着剤を用いて撮像素子５８、スペーサ６３及びカバーガラス６４を接着している。

次に、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、撮像素子５８の電気接合部５８ｂにＦＰＣ６２を接合する（ステップＳ４）。これにより、撮像素子５８の電気接合部５８ｂがＦＰＣ６２で覆われる。撮像素子５８の電気接合部５８ｂには電極パッド５８ｃ及びバンプ５８ｄが形成されており、接合材料６６により、撮像素子５８のバンプ５８ｄにＦＰＣ６２の配線６２ｃが接合される。接合材料としては、例えば、ＮＣＰ、ＡＣＰ、ＮＣＦ、ＡＣＦ、半田＋アンダーフィルを用いる。

次に、図１１に示すように、ＦＰＣ６２のうちで撮像素子５８の電気接合部５８ｂに対応する部分６２ａ（以下「接合対応部」という）を、板材６８により、非接着で覆う（ステップＳ６）。即ち、ＦＰＣ６２のうちで撮像素子５８と接合している部分（接合対応部６２ａ）に板材６８を非接着で被せる。ここで、接合対応部６２ａは、バンプ５８ｄの真上及び接合材料６６の真上には限定されず、それらの周囲を含むＦＰＣ６２の領域である。また、「非接着」とは、接着剤を用いず、ＦＰＣ６２の接合対応部６２ａに板材６８を被せた状態である。

板材６８の材料は、腐食し難い金属材料（例えば、ステンレス板、アルミニウム板）、もしくは樹脂材料（例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂）が、好ましい。また、板材６８として高熱伝導性材料（熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上の材料）を用いることで、撮像素子５８の発熱を装置全体に逃がすこともできる。例えば、板材６８として金属材料を用いる。板材６８の熱伝導率は、４００Ｗ／ｍＫ以上が好ましく、１０００Ｗ／ｍＫ以上がより好ましい。

次に、図６（ａ）に示した折り曲げ線６２ｅにてＦＰＣ６２を折り曲げる（ステップＳ８）。なお、本例では、ＦＰＣ６２に、回路素子６０が既に実装され、ケーブル４が既に接続されている。

次に、図４に示したように、樹脂７０により、カバーガラス６４と板材６８とＦＰＣ６２の露出部分６２ｂとを一体にして接着固定する（ステップＳ１０）。

樹脂７０は、熱硬化性樹脂を用いている。ＦＰＣ６２の基材の一般的な材料であるポリイミドが接着し難い材料であるため、接着力の高い熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）を使用している。

次に、第２実施形態における撮像装置について説明する。

図１２は、図２の電子内視鏡１２に内蔵された第２実施形態における撮像装置１００の一例を示す側面図である。なお、図４に示した第１実施形態における撮像装置１の構成要素には同じ符号を付しており、以下では第１実施形態と異なる事項のみ説明する。

本実施形態において樹脂８０は、プリズム５６とカバーガラス６４とフレキシブル基板６２とを一体にして接着固定する。なお、本例ではプリズム５６及びカバーガラス６４の二つの光学部材に樹脂８０を接着させているが、カバーガラス６４のみに樹脂８０を接着させてもよい。

また、樹脂８０は、ＦＰＣ６２のうちで撮像素子５８の電気接合部５８ｂに対応した部分６２ａに接する中空部７２を形成するように接着されている。つまり、ＦＰＣ６２のうちで撮像素子５８と接合している接合対応部６２ａには樹脂８０を接着していない。本例の中空部７２は、少なくともＦＰＣ６２の接合対応部６２ａに接している。

次に、図１２の撮像装置１００の製造処理の一例について、図１３のフローチャートを用いて、説明する。

ステップＳ２２、Ｓ２４、Ｓ２６は、図９に示した第１実施形態におけるステップＳ２、Ｓ４、Ｓ８とそれぞれ同様であり、説明を省略する。なお、第１実施形態におけるステップＳ６（ＦＰＣ６２の接合対応部６２ａを板材６８で覆う工程）は行なう必要がない。

ステップＳ２８にて、次に、図１２に示したように、樹脂８０により、中空部７２を形成しながら、カバーガラス６４とＦＰＣ６２とを一体にして接着固定する。

第２実施形態における樹脂８０は、第１実施形態における樹脂７０と同様の材料を使ってもよいが、本例ではチクソ性（流動性）の高い熱硬化樹脂を用いており、ＦＰＣ６２の接合対応部６２ａに樹脂８０を垂らさないようにして、ＦＰＣ６２の接合対応部６２ａ以外の部分に樹脂８０を接着させている。例えば、チクソ比（５ｒｐｍ／５０ｒｐｍの粘度比、Ｂ型粘度計）が１．５以上のものを用いる。チクソ比が高い樹脂を用いることで、中空部７２を形成しやすくなる。

図１４（ａ）は、図１２の撮像装置１００の撮像ヘッド２に枠７４を被せた場合を示す。図１４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図を図１４（ｂ）に示す。

枠７４は、他のＦＰＣ（フレキシブル基板）を折り曲げたものや、ステンレス等を用いる。

以上、本発明に係る撮像装置を電子内視鏡装置に適用した場合を例に説明したが、他の用途に適用してもよい。

本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。

１…撮像装置、２…撮像ヘッド、４…可撓性ケーブル、１２…電子内視鏡、２６…電子内視鏡の先端部、５０…対物レンズ、５６…プリズム、５８…撮像素子、５８ａ…撮像素子の撮像面、５８ｂ…撮像素子の電気接合部、６２…ＦＰＣ（フレキシブル基板）、６２ａ…ＦＰＣの接合対応部、６３…スペーサ、６４…カバーガラス、６８…板材、７０、８０…樹脂

Claims

撮像面と該撮像面の側方に連設された電気接合部とを有する撮像素子と、
前記撮像素子の前記撮像面上に配置された光学部材と、
前記撮像素子の前記電気接合部に接合されて該電気接合部を覆うフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板のうちで前記撮像素子の前記電気接合部に対応した部分を非接着で覆う板材と、
前記光学部材と前記板材と前記フレキシブル基板の露出部分とを一体にして接着固定する樹脂と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
前記板材は、高熱伝導性材料であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
撮像面と該撮像面の側方に連設された電気接合部とを有する撮像素子と、
前記撮像素子の前記撮像面上に配置された光学部材と、
前記撮像素子の前記電気接合部に接合されて該電気接合部を覆うフレキシブル基板と、
前記光学部材と前記フレキシブル基板とを一体にして接着固定する樹脂であって、前記フレキシブル基板のうちで前記撮像素子の前記電気接合部に対応した部分に接する中空部を形成している樹脂と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
請求項１ないし３のうちいずれか１項の撮像装置を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
撮像面と該撮像面の側方に連設された電気接合部とを有する撮像素子と、前記撮像素子の前記撮像面上に配置された光学部材と、を用意し、
前記撮像素子の前記電気接合部にフレキシブル基板を接合して前記撮像素子の前記電気接合部をフレキシブル基板で覆う工程と、
前記フレキシブル基板のうちで前記撮像素子の前記電気接合部に対応した部分に板材を非接着で被せる工程と、
前記光学部材と前記板材と前記フレキシブル基板の露出部分とを樹脂により一体にして接着固定する工程と、
を備えたことを特徴とする撮像装置の製造方法。
撮像面と該撮像面の側方に連設された電気接合部とを有する撮像素子と、前記撮像素子の前記撮像面上に配置された光学部材と、を用意し、
前記撮像素子の前記電気接合部にフレキシブル基板を接合して前記撮像素子の前記電気接合部をフレキシブル基板で覆う工程と、
前記フレキシブル基板のうちで前記撮像素子の前記電気接合部に対応した部分に接する中空部を形成しながら、前記光学部材と前記フレキシブル基板とを樹脂により一体にして接着固定する工程と、
を備えたことを特徴とする撮像装置の製造方法。
前記樹脂は、チクソ比（５ｒｐｍ／５０ｒｐｍの粘度比）が１．５以上であることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置の製造方法。
前記樹脂として熱硬化性樹脂を用いることを特徴とする請求項５ないし７のうちいずれか１項に記載の撮像装置の製造方法。