JP5722512B1 - 内視鏡用撮像ユニット - Google Patents

Abstract

裏面に接続用端子部を有する撮像素子と、前記撮像素子が実装される撮像素子実装部、前記撮像素子実装部から延出する延出部、延出部の基端部に設けられた屈曲部、及び２層の導電層を有するフレキシブルプリント配線板と、を具備する内視鏡用撮像ユニットにおいて、前記撮像素子への電圧の入力及び信号の入出力を行うための入出力パッドを、前記撮像素子をグランドに接続するためのグランドパッドよりも前記屈曲部に近接した位置に配置し、かつ前記入出力パッドに接続される入出力配線を前記入出力パッドと同じ導電層によって形成する。

Description

本発明は、裏面に接続用端子部を有する撮像素子がフレキシブルプリント配線板上に実装されてなる内視鏡用撮像ユニットに関する。

生体の体内や構造物の内部等の観察が困難な箇所を観察するために、生体や構造物の外部から内部に導入可能であって、光学像を撮像するための撮像ユニットを具備した内視鏡が、例えば医療分野や工業分野において利用されている。

内視鏡用撮像ユニットは、被写体像を結像する対物レンズと、対物レンズの結像面に配設された一般にＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサ等と称される撮像素子を具備してなる。

撮像素子には、基板上への実装面積を小さくするために、撮像素子の光が入射する面（受光面）とは反対側である裏面に、基板との電気的な接続を行うための接続用端子部が設けられた形態のものがある。例えば日本国特開２００７−７３９５８号公報には、裏面に接続用端子部が設けられた撮像素子のパッケージが開示されている。このような裏面に接続用端子部を有する撮像素子を用いれば、実装面積を小さくすることが可能である。

日本国特開２００７−７３９５８号に開示されているような、裏面に接続用端子部を有する撮像素子を内視鏡用撮像ユニットに用いる場合、撮像素子をフレキシブルプリント配線板上に実装し、当該フレキシブルプリント配線板を屈曲させて光軸に沿って後方（被写体とは反対方向）へ延出させ、その先端部において内視鏡内に配設された電気ケーブルを接続する形態が採用され得る。このように、撮像素子が実装されたフレキシブルプリント配線板を屈曲させて後方へ延出させることによって、撮像ユニットの外形の光軸に直交する平面への投影面積を小さくすることが可能となる。

撮像素子の接続用端子部は、グランドに接続するためのグランド端子部と、グランド端子以外の端子であって電源への接続及び信号の入出力に用いられる入出力端子部とによって構成されている。入出力端子部は、配列された接続用端子部において分散して配置される。このため、フレキシブルプリント配線板において、これらの接続用端子部と接合されるパッドに接続される配線は、隣接するパッドの間を通るように配置される。このため、パッドの配置間隔を狭くする、すなわち撮像素子の接続用端子部の配置間隔を狭くすることができず、小型な撮像素子を使用することが困難である。

また、フレキシブルプリント配線板が有する導電層を厚さ方向に複数重ねれば、配線をパッドの間を通過させることなく配置することが可能となる。しかしながら、この場合においては、フレキシブルプリント配線板の厚さが増し、屈曲部の曲げ半径が大きくなるため、屈曲部の部分が撮像素子の外形よりも外側に大きく突出してしまう。内視鏡用撮像ユニットに使用される撮像素子は、例えば１辺が３ｍｍ程度の大きさであるため、フレキシブルプリント配線板の屈曲部の突出量の変化による撮像ユニットの形状への影響は相対的に大きい。

撮像素子が実装されたフレキシブルプリント配線板を屈曲させて後方へ延出させる形態の内視鏡用の撮像ユニットにおいては、以上に説明したように、撮像ユニットの外形の光軸に直交する平面への投影面積を小さくすることを阻害する要素が存在する。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、裏面に接続用端子部を有する撮像素子を具備してなる内視鏡用撮像ユニットの外形の光軸に直交する平面への投影面積を小さくすることを課題とする。

本発明の一態様による内視鏡用撮像ユニットは、受光面とは反対側の面である裏面上に配列された複数の接続用端子部を有する撮像素子と、第１面及び前記第１面とは反対の第２面のそれぞれに第１導電層及び第２導電層を含むフレキシブルプリント配線板と、を具備した内視鏡用撮像ユニットであって、前記フレキシブルプリント配線板は、前記複数の接続用端子部と接合されるパッドが形成された第１領域と、電気ケーブルを接続するための外部接続部が形成された第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、当該フレキシブルプリント配線板を前記第２面を内側として屈曲する屈曲部と、前記パッドと前記外部接続部とを電気的に接続する配線と、を備え、前記パッドは、前記撮像素子をグランドに接続するためのグランドパッドと、前記グランドパッドよりも前記屈曲部に近接して設けられ、前記撮像素子への電圧の入力及び信号の入出力を行うための入出力パッドと、によって構成され、前記配線は、前記入出力パッド及び前記外部接続部を電気的に接続し、少なくとも前記撮像素子実装部及び前記屈曲部において、前記第１導電層により形成された入出力配線と、前記グランドパッド及び前記外部接続部を電気的に接続し、少なくとも前記撮像素子実装部及び前記屈曲部において、前記第２導電層により形成されたグランド配線と、によって構成される。

内視鏡の構成を説明する図である。 内視鏡の先端部の構成を説明する図である。 撮像ユニットの断面図である。 実装される前の状態である撮像素子を裏面側から見た図である。 フレキシブルプリント配線板を平面状に展開した状態における第１面を見た図である。 フレキシブルプリント配線板の構造を説明するための模式的な断面図である。 撮像素子が実装されたフレキシブルプリント配線板を第２面側から見た図である。 フレキシブルプリント配線板の第１面側に設けられた第１導電層の形状を示した図である。 フレキシブルプリント配線板の第２面側に設けられた第２導電層の形状を示した図である。 第１の変形例における、撮像素子の入出力端子部の配置を示す図である。 第１の変形例における、パッド及び入出力配線の配置を示す図である。 第２の変形例における、延出部の配置を示す図である。 第２の変形例における、撮像素子の入出力端子部の配置を示す図である。

以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

以下に、本発明の実施形態の一例を説明する。まず、図１を参照して、本発明に係る内視鏡用撮像ユニット１を具備する内視鏡１０１の構成の一例を説明する。なお、以下では、内視鏡用撮像ユニット１を、単に撮像ユニット１と称するものとする。

本実施形態の内視鏡１０１は、人体等の被検体内に導入可能であって被検体内の所定の観察部位を光学的に撮像する構成を有する。なお、内視鏡１０１が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体であってもよいし、機械や建造物等の人工物であってもよい。

本実施形態の内視鏡１０１は一例として、被検体の内部に導入される挿入部１０２と、この挿入部１０２の基端に位置する操作部１０３と、この操作部１０３の側部から延出するユニバーサルコード１０４とで主に構成されている。

挿入部１０２は、先端に配設される先端部１１０、先端部１１０の基端側に配設される遠隔操作によって湾曲する湾曲部１０９、及び湾曲部１０９の基端側に配設され操作部１０３の先端側に接続される可撓性を有する可撓管部１０８が連設されて構成されている。なお、内視鏡１０１は、挿入部に可撓性を有する部位を具備しない、いわゆる硬性鏡と称される形態のものであってもよい。また、内視鏡１０１は、遠隔操作によって湾曲する湾曲部を有していない形態であってもよい。

先端部１１０には、撮像ユニット１及び照明光出射部１１３（図１には不図示）が設けられている。また、操作部１０３には、湾曲部１０９の湾曲を操作するためのアングル操作ノブ１０６が設けられている。

ユニバーサルコード１０４の基端部には外部装置１２０に接続される内視鏡コネクタ１０５が設けられている。内視鏡コネクタ１０５が接続される外部装置１２０は、例えば、光源部、画像処理部及び画像表示部１２１を具備して構成されている。

また、内視鏡１０１は、ユニバーサルコード１０４、操作部１０３及び挿入部１０２内に挿通された、電気ケーブル１１５及び光ファイバ束１１４（図１には不図示）を具備している。

電気ケーブル１１５は、コネクタ部１０５と撮像ユニット１とを電気的に接続するように構成されている。コネクタ部１０５が外部装置１２０に接続されることによって、撮像ユニット１は、電気ケーブル１１５を介して外部装置１２０に電気的に接続される。この電気ケーブル１１５を介して、外部装置１２０から撮像ユニット１へのグランド（接地電位）への接続、電力の供給及び外部装置１２０と撮像ユニット１との間の信号の入出力が行われる。

外部装置１２０に設けられた画像処理部は、撮像ユニット１から出力された撮像素子出力信号に基づいて映像信号を生成し、画像表示部１２１に出力する構成を有している。すなわち、本実施形態では、撮像ユニット１により撮像された光学像が、映像として表示部１２１に表示される。なお、画像処理部及び画像表示部１２１の一部又は全部は、内視鏡１０１に配設される構成であってもよい。

また、光ファイバ束１１４は、外部装置１２０の光源部から発せられた光を、先端部１１０の照明光出射部１１３にまで伝えるように構成されている。なお、光源部は、内視鏡１０１の操作部１０３や先端部１１０に配設される構成であってもよい。

次に、先端部１１０の構成を説明する。図２に示すように、先端部１１０には、撮像ユニット１及び照明光出射部１１３が、保持部１１１に対して固定された状態で配設されている。保持部１１１は、先端部１１０の先端面に露出する硬質な部材である。

本実施形態では一例として、撮像ユニット１は、図２中に矢印Ｌで示す先端部１１０の長手方向（挿入軸方向）に沿って先端方向を撮像するように配設されている。より具体的には、撮像ユニット１は、後述する対物レンズ４の光軸Ｏが挿入部１０２の長手方向に沿うように配設されている。なお、撮像ユニット１は、光軸Ｏが、挿入部１０２の長手方向に対して所定の角度をなすように配設されるものであってもよい。

また、照明光出射部１１３は、光ファイバ束１１４から出射された光を、撮像ユニット１の被写体を照明するように出射する構成を有している。本実施形態では、照明光出射部１１３は、挿入部１０２の長手方向に沿って、先端部１１０の先端面から先端方向に向かって光を出射するように構成されている。

次に、本実施形態の撮像ユニット１の構成を説明する。図３に示すように、撮像ユニット１は、対物レンズ４、撮像素子１０及びフレキシブルプリント配線板２０を具備して構成されている。撮像ユニット１を構成するこれらの部材は、略枠形状の保持枠３によって保持されている。本実施形態では、保持枠３は、光軸Ｏの周囲を囲う筒状の部材である。

なお以下において、撮像ユニット１の光軸Ｏに沿って、撮像ユニット１から被写体へ向かう方向（図３において左方）を前方と称し、その反対の方向を後方と称するものとする。

対物レンズ４は、筒形状のレンズ鏡筒２内に配設され、被写体像を撮像素子１０の受光面１０ａ上に結像するための１つ又は複数のレンズ等の光学部材からなる。なお、対物レンズ４は、反射鏡、プリズム又は光学フィルタ等の光学素子を含む形態であってもよい。また、対物レンズ４は、焦点距離の変更が可能な構成を有する形態であってもよい。

撮像素子１０は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサである。本実施形態では、一例として、撮像素子１０は、受光面１０ａ上に接着された透明な部材である保護ガラス１１を介して、保持枠３内の所定の位置に固定されている。撮像素子１０は、受光面１０ａが、光軸Ｏと略直交するように配設されている。

撮像素子１０は、詳しくは後述するが、フレキシブルプリント配線板２０の一方の面である第１面２０ａ上に実装されている。フレキシブルプリント配線板２０には、電気ケーブル１１５の先端部が接続されており、撮像素子１０は、フレキシブルプリント配線板２０を介して電気ケーブル１１５に電気的に接続されている。

撮像素子１０、フレキシブルプリント配線板２０及び電気ケーブル１１５の接続の形態について、以下に説明する。

図４は、フレキシブルプリント配線板２０に実装される前の状態である撮像素子１０を裏面１０ｂ側から見た図である。また、図５は、フレキシブルプリント配線板２０を平面状に展開した状態における第１面２０ａを見た図である。

図４に示すように、撮像素子１０は、受光面１０ａとは反対を向く面である裏面１０ｂ上に、金属等の導電性の材料からなる複数の接続用端子部１２が配列されている。撮像素子１０は、受光面１０ａに直交する軸に沿って見た場合（光軸Ｏに沿って見た場合）に略矩形の外形を有する。本実施形態では、複数の接続用端子部１２は、行列状に配列されており、この配列の行方向及び列方向は、略矩形である撮像素子１０の外辺と略平行である。

撮像素子１０の複数の接続用端子部１２は、グランドに接続されるグランド端子部１２ａと、及び電圧の入力及び信号の入出力に用いられる入出力端子部１２ｂによって構成されている。なお、図４において、接続用端子部１２のうちの網掛け（交差したハッチング）がされたものが入出力端子部１２ｂであり、その他のものがグランド端子部１２ａである。また図６において、符号１３は、撮像素子１０の向きを明確にするためのマークである。なお、マーク１３は、撮像素子１０に配設されない形態であってもよい。グランド端子部１２ａ及び入出力端子部１２ｂの配置については後述するものとする。

本実施形態の撮像素子１０のように、電子部品の所定の面に複数の接続用端子部１２を配列された表面実装用電子部品の形態は、一般にＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等と称される。このような形態の表面実装用電子部品の接続用端子部と回路基板のパッドとは、例えば半田接合等の金属接合や導電性接着剤等の公知の技術によって接合され、電気的な導通がとられる。

近年では、シリコン貫通電極（ＴＳＶ：Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）と称される技術によって、シリコンウェハから切り出された集積回路を有するチップ（ダイ）の裏面に、複数の接続用端子部を形成することが可能であり、当該集積回路を有するチップの実装面積を小さくすることができるようになっている。

本実施形態の内視鏡用の撮像ユニット１に使用される撮像素子１０は、このようなシリコン貫通電極を用いたチップサイズレベル（ダイサイズレベル）の大きさのものであり、受光面１０ａに直交する方向から見た場合の大きさが例えばおよそ３ｍｍ四方である。

本実施形態では一例として、撮像素子１０は、ＢＧＡと称される形態を有し、実装される前の状態において、複数の接続用端子部１２のそれぞれに半田製の略球状の部位である半田ボールが形成されている。

図５に示すように、フレキシブルプリント配線板２０の第１面２０ａには、撮像素子１０のお複数の接続用端子部１２に対応する位置に配列された、金属等の導電性の材料からなる複数のパッド２１が形成されている。本実施形態では、撮像素子１０の複数の接続用端子部１２と、フレキシブルプリント配線板２０の複数のパッド２１とは、半田接合法によって接合され、両者間の電気的な接続がなされる。

フレキシブルプリント配線板２０は、可撓性を有する電子回路基板である。このような、可撓性を有する電子回路基板は、一般にＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等と称される。フレキシブルプリント配線板２０は、電気絶縁性を有する樹脂等の材料からなるフィルム状の基材として、導電性の金属等の材料からなる導電パターンを形成したものである。フレキシブルプリント配線板２０を構成する材料等は、公知の技術であるため、詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態のフレキシブルプリント配線板２０は、絶縁性の基材の両面に導電パターンが形成された、２層のＦＰＣである。図６は、フレキシブルプリント配線板２０の両面に導電層が形成された箇所の断面の模式図である。

本実施形態のフレキシブルプリント配線板２０は、ポリイミド等の電気絶縁性を有する材料からなるフィルム状の基材３３の両面に、第１導電層２２及び第２導電層２３が設けられており、この第１導電層２２及び第２導電層２３と、両者を電気的に接続するビアによって、電子回路の配線が形成される。

第１導電層２２は、撮像素子１０が実装される第１面２０ａ側に配設されており、第２導電層２３は、第１面２０ａとは反対側の第２面２０ｂ側に配設されている。すなわち、前述した複数のパッド２１は、第１導電層２２の一部によって形成されている。また、図６には、第１導電層２２及び第２導電層２３のそれぞれの上に形成された電気絶縁性を有する材料からなる絶縁層３４が示されている。なお、絶縁層３４は、パッド２１等の、他の電子部品が接合される箇所には形成されないものであることは言うまでもない。

図５に示すように、フレキシブルプリント配線板２０は、撮像素子１０が実装される撮像素子実装部２５と、撮像素子実装部２５の１つまたは複数の外辺を基端として当該１つまたは複数の外辺から延出する１つまたは複数の延出部２６と、の２つの領域を有して構成されている。

また、図３に示すように、撮像素子１０が実装された状態のフレキシブルプリント配線板２０は、撮像素子実装部２５及び延出部２６の間に屈曲部２７が形成された状態で、撮像ユニット１内に配設される。

撮像素子実装部２５には、前述のように、第１面２０ａに、撮像素子１０の複数の接続用端子部１２が接合される複数のパッド２１が形成されている。撮像素子実装部２５の外形は、パッド２１及び後述する配線を形成可能な形状であれば特に限定されるものではないが、撮像素子１０の受光面１０ａと平行な平面上に外形を投影した場合において、撮像素子実装部２５の外形は、撮像素子１０の外形と略同等、もしくは撮像素子１０の外形から外に出ない形状であることが好ましい。

本実施形態においては、一例として、撮像素子実装部２５の外形は略平行四辺形状であって、撮像素子実装部２５の４つの外辺は、実装される撮像素子１０の外辺と略平行である。そして、撮像素子実装部２５の撮像素子１０の受光面１０ａと平行な平面への外形の投影形状は、撮像素子１０の外形の同平面への投影形状よりも小さい。すなわち、撮像ユニット１を光軸Ｏに沿って前方から見た場合において、撮像素子実装部２５は、撮像素子１０の後方に隠れる形状を有している。

このように、撮像素子実装部２５の外形を、撮像素子１０の外形に対して略同等または小さくすることは、これらを有する撮像ユニット１の外形の光軸Ｏに直交する平面への投影面積を小さくすることに貢献する。なお、撮像素子実装部２５の外形は、撮像素子１０の外形よりも大きいものであってもよい。

そして、図５に示すように、フレキシブルプリント配線板２０を平面状に展開した状態（屈曲部を形成する前の状態）とした場合において、延出部２６は、撮像素子実装部２５の１つの外辺から、当該外辺に略直交する方向に延出するように形成されている。

延出部２６の幅は、当該延出部２６の基端に位置する撮像素子実装部２５と略同一であるか撮像素子実装部２５よりも狭い。本実施形態では一例として、延出部２６は、撮像素子実装部２５と同一の幅を有している。延出部２６の長さは特に限定されるものではなく、後述する外部接続部２８、電子部品２９及び配線を配置するのに必要な面積に応じて定められる。

延出部２６の先端部２６ａには、外部接続部２８が形成されている。外部接続部２８は、電気ケーブル１１５の先端部が接続可能に構成されている。外部接続部２８と電気ケーブル１１５とが接続されることによって、撮像素子１０を含むフレキシブルプリント配線板２０に形成された電子回路と、電気ケーブル１１５と、が電気的に接続される。

外部接続部２８と電気ケーブル１１５との接続の形態は特に限定されるものではない。外部接続部２８と電気ケーブル１１５との接続は、例えば半田接合によるものであってもよいし、着脱可能なコネクタ機構によるものであってもよい。

本実施形態では一例として、外部接続部２８と電気ケーブル１１５との接続は半田接合であり、外部接続部２８は、撮像素子１０を含むフレキシブルプリント配線板２０に形成された電子回路に接続された導電性の材料からなる複数のパッドによって構成されている。

なお、図示する本実施形態の外部接続部２８は、フレキシブルプリント配線板２０の第１面２０ａに形成されているが、外部接続部２８は第２面２０ｂに形成されるものであってもよいし、第１面２０ａ及び第２面２０ｂの両面に形成されるものであってもよい。

また、延出部２６には、必要に応じて一つ又は複数の電子部品２９が実装される。本実施形態における電子部品２９は、一例として、撮像素子１０の電源電圧の変動の抑制や、電源配線におけるノイズの抑制を目的として配設されるコンデンサである。なお、延出部２６は、複数の電子部品が実装される形態であってもよいし、電子部品が実装されない形態であってもよい。また、延出部２６に電子部品２９が実装される場合には、電子部品２９は、第１面２０ａ及び第２面２０ｂのいずれに実装される形態であってもよい。

そして、屈曲部２７は、撮像素子実装部２５及び延出部２６の境界部において、フレキシブルプリント配線板２０を、第２面２０ｂを内側として折り曲げることによって形成されている。言い換えれば、屈曲部２７は、フレキシブルプリント配線板２０を、延出部２６が設けられた撮像素子実装部２５の外辺に沿って第２面２０ｂを内側として折り曲げた部位である。

屈曲部２７が形成されることによって、延出部２６は、撮像ユニット１内において先端部２６ａが撮像ユニット１の後方に向かうように延在する。言い換えれば、撮像ユニット１内における延出部２６は、撮像素子実装部２５から、受光面１０ａに直交する軸に沿って撮像素子１０の裏面１０ｂから受光面１０ａとは反対側に向かって延出している。

さらに言い換えるならば、撮像素子１０が実装されたフレキシブルプリント配線板２０は、撮像素子１０が実装された第１面２０ａとは反対側の第２面２０ｂを内側として屈曲する屈曲部２７と、屈曲部２７を挟んだ一方の側であって撮像素子１０が実装される領域である撮像素子実装部２５と、屈曲部２７を挟んだ他方の側であって該屈曲部２７から受光面１０ａに直交する軸に沿って撮像素子１０の裏面１０ｂから受光面１０ａとは反対側に向かう方向に延出する延出部２６と、を有して構成されている。

屈曲部２７において撮像素子実装部２５と延出部２６とが成す角度（内角）は、特に限定されるものではなく、鋭角であってもよいし、直角であってもよいし、鈍角であってもよい。例えば、図示する本実施形態のように、屈曲部２７において撮像素子実装部２５と延出部２６とが成す角度を直角または鋭角とすれば、撮像素子１０の受光面１０ａと平行な平面上に外形を投影した場合の延出部２６の外形は、撮像素子１０の外形と重なる。このことはすなわち、撮像ユニット１の、光軸Ｏに直交する平面への投影面積を減少させることが可能であることを意味する。

本実施形態では一例として、屈曲部２７の折り曲げの角度は鋭角であって、光軸Ｏに沿って前方から見た場合に、延出部２６の全体が、撮像素子１０によって隠されるように、屈曲部２７の折り曲げの角度が定められている。言い換えれば、本実施形態の撮像ユニット１では、撮像素子１０の受光面１０ａと平行な平面上に投影した場合に、撮像素子１０の外形の中に、フレキシブルプリント配線板２０の外形が収まっている。

また、図５に示すように、フレキシブルプリント配線板２０には、屈曲部２７に沿って複数のスリット３０が形成されている。スリット３０は、フレキシブルプリント配線板２０の形成された後述する配線を避けて穿設された貫通孔であり、フレキシブルプリント配線板２０に屈曲部２７を形成する場合の折り曲げを容易にするために設けられている。

以上に説明したように、本実施形態の撮像ユニット１は、撮像素子１０が実装されたフレキシブルプリント配線板２０を有し、フレキシブルプリント配線板２０は、撮像ユニットから延出する電気ケーブル１１５と電気的に接続されている。フレキシブルプリント配線板２０は、撮像素子１０が実装される撮像素子実装部２５と、撮像素子実装部２５の外辺から延出し、電気ケーブル１１５が接続される外部接続部２８を有する延出部２６と、を有している。そして、フレキシブルプリント配線板２０は、撮像素子実装部２５と延出部２６との間に屈曲部２７が形成されている。延出部２６は、撮像素子１０を、受光面１０ａに直交する軸に沿って受光面側から見た場合において、撮像素子１０の外形に略隠れるように配設されている。

次に、撮像素子１０の複数の接続用端子部１２と、フレキシブルプリント配線板２０に形成された複数のパッド２１及び配線の詳細について説明する。

図４に示すように、撮像素子１０の複数の接続用端子部１２は、グランドに接続されるグランド端子部１２ａと、及び電圧の入力及び信号の入出力に用いられる入出力端子部１２ｂによって構成されている。

撮像素子１０に設けられた全ての接続用端子部１２の集合において、入出力端子部１２ｂは、この集合の最も外周部であって、かつ略平行四辺形である撮像素子１０の所定の１つ又は複数の外辺に沿うように配設されている。ここで、所定の１つ又は複数の外辺とは、撮像素子１０がフレキシブルプリント配線板２０に実装された場合において、屈曲部２７に近接する辺１０ｃ、及びこの辺と交わる２つの辺１０ｄである。

図７は、撮像素子１０が実装されたフレキシブルプリント配線板２０を第２面２０ｂ側から見た図である。図７に示すように、本実施形態のフレキシブルプリント配線板２０は、屈曲部２７が１箇所に形成されており、入出力端子部１２ｂは、この屈曲部２７に最も近くかつ屈曲部２７に略平行となる撮像素子１０の１つの辺１０ｃに沿って、最外周部に１列で配列されている。

一方、グランド端子部１２ａは、前記の入出力端子部１２ｂが配置されていない箇所に配置されている。すなわち、グランド端子部１２ａは、撮像素子１０がフレキシブルプリント配線板２０に実装された状態において、屈曲部２７に近接する領域には配置されていない。さらに言い換えるならば、グランド端子部１２ａは、撮像素子１０がフレキシブルプリント配線板２０に実装された状態において、屈曲部２７との間に入出力端子部１２ｂを挟むように配置されている。なお、グランド端子部１２ｂの一部は、入出力端子部１２ｂが配列される最外周部に配置されていてもよい。

図８は、フレキシブルプリント配線板２０を展開した状態における、第１面２０ａ側に設けられた第１導電層２２の形状を示した図である。図８に示すように、フレキシブルプリント配線板２０のパッド２１は、撮像素子１０のグランド端子部１２ａ及び入出力端子部１２ｂがそれぞれ接合されるグランドパッド２１ａ及び入出力パッド２１ｂによって構成されている。

前述したように、撮像素子１０の入出力端子部１２ｂは、接続用端子部１２の配列の外周のうちの、屈曲部２７に近接する辺に配置されている。したがって、パッド２１の入出力パッド２１ｂも同様に、全てのパッド２１からなる群のうちの、最も外周であって、屈曲部２７に沿う辺上に配置されている。また、グランドパッド２１ａは、入出力パッド２１ｂが配設されていない箇所に配設されている。

次に、フレキシブルプリント配線板２０における、撮像素子実装部２５に設けられたパッド２１と、延出部２６に設けられた外部接続部２８との電気的な接続の構成について説明する。

フレキシブルプリント配線板２０は、前述のように、第１面２０ａ側に設けられた第１導電層２２、及び第２面側２３に設けられた第２導電層２３の２つの導電層を有している。

グランドパッド２１ａ及び入出力パッド２１ｂからなるパッド２１は、第１導電層２２によって形成されている。そして図８に示すように、入出力パッド２１ｂと外部接続部２８とを電気的に接続するための配線である入出力配線３２は、少なくとも個々の入出力パッド２１ｂを基端として延出部２６の所定の位置にまで至る範囲において、第１面２０ａ側に設けられた第１導電層２２によって形成されている。

ここで、入出力配線３２が第１導電層２２によって形成される所定の範囲とは、電子部品２９が延出部２６に実装される場合においては、入出力パッド２１ｂから電子部品２９が実装されている領域までのことである。また、電子部品２９が延出部２６に実装されない場合においては、入出力配線３２が第１導電層２２によって形成される所定の範囲とは、入出力パッド２１ｂから外部接続部２８が形成されている領域までのことである。電子部品２９や外部接続部２８が形成されている領域においては、これらの形態に応じて入出力配線３２が配置されるため、入出力配線３２を構成する導電層は、第１導電層２２であってもよいし、第２導電層２３であってもよい。

すなわち、本実施形態においては、入出力パッド２１ｂに接続される入出力配線３２は、少なくとも入出力パッド２１ｂから引き出された後に屈曲部２７を通過して延出部２６の先端部２６ａに向かって所定の距離に至るまでの範囲において、入出力パッド２１ｂと同様に第１導電層２２によって形成されている。そして、延出部２６において屈曲部２７から延出部２６の先端部２６ａ側へ所定の距離よりも離れた範囲においては、入出力配線３２を形成する導電層は特に限定されていない。

図９は、フレキシブルプリント配線板２０を展開した状態における、第２面２０ｂ側に設けられた第２導電層２３の形状を示した図である。図９に示すように、グランドパッド２１ａと外部接続部２８とを電気的に接続するための配線であるグランド配線３１は、少なくとも個々のグランドパッド２１ａを基端として延出部２６の所定の位置にまで至る範囲において、第２面２０ｂ側に設けられた第２導電層２３によって形成されている。

ここで、グランド配線３１が第２導電層２３によって形成される所定の範囲とは、電子部品２９が延出部２６に実装される場合においては、グランドパッド２１ａから電子部品２９が実装されている領域までのことである。また、電子部品２９が延出部２６に実装されない場合においては、グランド配線３１が第２導電層２１によって形成される所定の範囲とは、グランドパッド２１ａから外部接続部２８が形成されている領域までのことである。電子部品２９や外部接続部２８が形成されている領域においては、これらの形態に応じてグランド配線３１が配置されるため、グランド配線３１を構成する導電層は、第１導電層２２であってもよいし、第２導電層２３であってもよい。

第２導電層２３によって形成されたグランド配線３１と、第１導電層２２によって形成されたグランドパッド２１ａとは、フレキシブルプリント配線板２０を貫通する金属等の導電性の材料からなる柱状のビア２４（図８に図示）によって電気的に接続される。なお、２層の導電層を有するフレキシブルプリント配線板２０において、２層の導電層間の電気的な接続を確立するための技術は公知のものであり、その詳細な説明は省略するものとする。なお、グランド配線３１とグランドパッド２１ａとは、パッド・オン・ビアと称される技術によって電気的に接続される形態であってもよい。

すなわち、本実施形態においては、グランドパッド２１ａに接続されるグランド配線３１は、少なくとも撮像素子実装部２５から屈曲部２７を通過して延出部２６の先端部２６ａに向かって所定の距離に至るまでの範囲において、グランドパッド２１ａに対して反対側に設けられた第２導電層２３によって形成されている。そして、延出部２６において屈曲部２７から延出部２６の先端部２６ａ側へ所定の距離よりも離れた範囲においては、入出力配線３２を形成する導電層は特に限定されていない。

また、本実施形態においては、図９に示すように、グランド配線３１は、撮像素子実装部２５において、パッド２１が形成された領域の反対側を覆うように面状に形成されている。グランド配線３１をパッド２１が形成された領域の反対側を覆うように形成することによって、撮像素子１０の全てのグランド端子部１２ａを、グランドに接続することができる。

以上に説明した本実施形態のように、対物レンズ４に反射面が設けられておらず光軸Ｏが途中で屈曲することのない撮像ユニット１においては、撮像素子１０の外形及び実装面積を小さくすることは、撮像ユニット１の外形の光軸Ｏに直交する平面への投影面積を小さくすることに寄与する。

本実施形態では、撮像素子１０を、裏面１０ｂ上に接続用端子部１２を有する形態のものとすることによって撮像素子１０の実装面積を小さくするとともに、さらにフレキシブルプリント配線板２０に屈曲部２７を設けて延出部２６を撮像素子１０の後方に向かって延出させることによって、光軸Ｏに沿って前方から見た場合に外部接続部２８が撮像素子１０の後方に隠れるように配置している。フレキシブルプリント配線板２０は、撮像素子１０が接合されるパッド２１が設けられた第１面２０ａ側の第１導電層２２と、第１面２０ａとは反対の第２面２０ｂ側の第２導電層２３との２層の導電層を有した回路基板である。

ここで、本実施形態では、撮像素子１０が実装されるパッド２１において、入出力パッド２１ｂはパッド２１の群の最も外周において、屈曲部２７に近接して設けられている。言い換えれば、本実施形態では、フレキシブルプリント配線板２０上において、入出力パッド２１ｂは、パッド２１の群内において外部接続部２８に近接した外周部に配置されている。

したがって本実施形態では、図８に示すように、入出力パッド２１ｂと外部接続部２８とを電気的に接続する入出力配線３２を、隣接し合うパッド２１の間を通過させることなく、単一の第１導電層２２によって形成することが可能であり、パッド２１の間隔を狭くすることができる。このように、本実施形態では、撮像素子１０の接続用端子部１２の間隔（中心間距離）を狭くすることができるため、撮像素子１０をより小型なものとすることができる。

また、本実施形態のフレキシブルプリント配線板２０は、２層の導電層を有する形態のものであることから、屈曲部２７の曲げ半径を小さくでき、撮像素子１０を前方から見た場合において、屈曲部２７を撮像素子１０の外形の内側に隠れるように配置する、又は屈曲部２７の撮像素子１０の外形からの突出量を僅かなものとすることができる。

以上に説明したように、本実施形態によれば、接続用端子部１２の配置間隔が狭い小型な撮像素子１０を採用しつつ、２層の導電層を有する比較的薄いフレキシブルプリント配線板２０を使用することができる。よって、本実施形態によれば、裏面１０ｂに接続用端子部１２を有する撮像素子１０を具備してなる内視鏡用撮像ユニット１の外形の光軸Ｏに直交する平面への投影面積を小さくすることが可能である。

また、本実施形態では、図８に示すように、入出力パッド２１ｂがパッド２１の群内において外部接続部２８に近接した外周部に配置されていることから、入出力配線３２はパッド２１の群の周囲を迂回するように配設される必要がない。言い換えれば、全ての入出力配線３２は、入出力パッド２１ｂから外部接続部２８に向かって直線的に配設されている。また、本実施形態では、撮像素子実装部２５において、全てのグランド配線３１は、第２面２０ｂ側の第２導電層２３によって形成されていることから、グランド配線３１もパッド２１の群の周囲を迂回するように配設される必要がない。

このように、本実施形態では撮像素子実装部２５において、パッド２１の群の周囲を迂回する配線が無いことから、撮像素子実装部２５の外形を小さくすることができ、撮像素子実装部２５を撮像素子１０の外形の内側に隠れるように配置する、又は撮像素子実装部２５の撮像素子１０の外形からの突出量を僅かなものとすることができる。このことは、内視鏡用撮像ユニット１の外形の光軸Ｏに直交する平面への投影面積を小さくすることに寄与する。

また、本実施形態では、全てのグランドパッド２１ａは、ビア２４を介して、第２面２０ｂ側のグランド配線３１に接続されているが、グランドパッド２１ａ及びビア２４は、屈曲部２６との間に入出力パッド２１ｂを挟むように配設されている。言い換えれば、本実施形態では、ビア２４を伴うグランドパッド２１ａは、ビアによる接続のない入出力パッド２１ｂよりも、屈曲部２６から遠い位置に配設されている。一般に、フレキシブルプリント配線板において基材を貫通するビアが設けられた部分は、フレキシブルプリント配線板に曲げ応力が加えられた場合に破損しやすい。本実施形態においては、屈曲部２６を形成する際の曲げ応力がビア２４が形成された部分に加わりにくいため、フレキシブルプリント配線板２０の破損を防止することができる。

なお、上述した実施形態では、撮像素子１０の入出力端子部１２ｂは、撮像素子１０の外辺のうちの、屈曲部２７に最も近接し、かつ屈曲部２７と略平行な１つの辺１０ｃに沿って外周に設けられるのみであるが、入出力端子部１２ｂは、複数の辺に沿って設けられる形態であってもよい。

例えば、図１０に第１の変形例として示すように、撮像素子１０の入出力端子部１２ｂは、撮像素子１０がフレキシブルプリント配線板２０に実装された場合において、屈曲部２７に近接する辺１０ｃ、及びこの辺と交わる２つの辺１０ｄに沿って、接続用端子部１２の群の最外周に設けられる形態であってもよい。この第１の変形例では、フレキシブルプリント配線板２０の入出力配線３２のうちの、辺１０ｄに沿って配置された入出力端子部１２ｂに対応するものは、図１１に示すように、パッド２１の群の外側に沿って配置される。

また、上述した実施形態では、フレキシブルプリント配線板２０の延出部２６は１つのみであるが、延出部２６は、略四辺形状である撮像素子実装部２５の４つの辺のうちの、２つから４つのいずれかの数の辺から延出するように、複数設けられる形態であってもよい。

例えば、図１２に第２の変形例として示すように、延出部２６は、撮像素子実装部２５の外辺のうちの互いに略平行な２辺から延出するように、２箇所に設けられる形態であってもよい。この場合、撮像素子１０の入出力端子部１２ｂは、図１３に示すように、２つの屈曲部２７に最も近接し、かつ屈曲部２７と略平行な２つの辺１０ｃに沿って外周に設けられる。このような第２の変形例では、屈曲部２７が形成された状態のフレキシブルプリント配線板２０は、略コの字形状となる。

以上に説明した第１の変形例及び第２の変形例であっても、上述した効果が得られる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内視鏡用撮像ユニットもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本出願は、２０１３年８月５日に日本国に出願された特願２０１３−１６２４４９号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (2)

1. 受光面とは反対側の面である裏面上に配列された複数の接続用端子部を有する撮像素子と、
   第１面及び前記第１面とは反対の第２面のそれぞれに第１導電層及び第２導電層を含むフレキシブルプリント配線板と、
   を具備した内視鏡用撮像ユニットであって、
   前記フレキシブルプリント配線板は、
   前記複数の接続用端子部と接合されるパッドが形成された第１領域と、
   電気ケーブルを接続するための外部接続部が形成された第２領域と、
   前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、当該フレキシブルプリント配線板を前記第２面を内側として屈曲する屈曲部と、
   前記パッドと前記外部接続部とを電気的に接続する配線と、
   を備え、
   前記パッドは、
   前記撮像素子をグランドに接続するためのグランドパッドと、
   前記グランドパッドよりも前記屈曲部に近接して設けられ、前記撮像素子への電圧の入力及び信号の入出力を行うための入出力パッドと、
   によって構成され、
   前記配線は、
   前記入出力パッド及び前記外部接続部を電気的に接続し、少なくとも前記撮像素子実装部及び前記屈曲部において、前記第１導電層により形成された入出力配線と、
   前記グランドパッド及び前記外部接続部を電気的に接続し、少なくとも前記撮像素子実装部及び前記屈曲部において、前記第２導電層により形成されたグランド配線と、
   によって構成される
   ことを特徴とする内視鏡用撮像ユニット。
2. 前記撮像素子は、外形が四辺形状であり、
   前記屈曲部は、前記撮像素子の４つの外辺のうちの１つ又は複数の所定の辺に沿う直線を折り目としたものであり、
   前記入出力パッドは、全ての前記パッドの群の最も外周において、前記撮像素子の前記所定の辺に沿って１列で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用撮像ユニット。

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