JP6695366B2 - 撮像モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、撮像モジュールに関する。
電子内視鏡にあっては、固体撮像素子(以下、単に撮像素子とも言う)を配線基板を介して電線の先端に電気的に接続した構成の撮像モジュールが多く採用されている(例えば特許文献1)。
この種の撮像モジュールでは、配線基板の配線に複数本の電線先端が電気的に接続され、配線基板の配線を介して各電線が撮像素子と電気的に接続される。
特開2006−109097号公報
上述の撮像モジュールを使用した内視鏡等の撮像装置では、撮像モジュール及び撮像モジュールの配線基板に接続された複数本の電線をチューブに収容した構造が多く採用される。また、この撮像装置の電線の撮像モジュール側とは反対の後端部はチューブから引き出されて、電線からの撮像信号を受信してモニタ等の表示装置に画像表示させる撮像情報処理装置に電気的に接続される。
近年では、より細径の内視鏡が求められており、内視鏡の伝送路に使用される電線には極細の電線が採用されている。しかしながら、このような電線を経由して送受信される画素信号は伝送路において外部からのノイズを受けやすい。このため、単線の電線ではなく、内部導体と外部導体とで構成された極細の同軸線を伝送路に使用する必要がある。
一方、基板等に形成された端子に対する電気的接続を取るために、同軸線の内部導体及び外部導体の各々の導体露出長は、最低でも1mm程度が必要である。このため、内視鏡の長さ(撮像素子の撮像面に対して鉛直方向の長さ)には、レンズの長さ、撮像素子の厚さに加え、同軸線の導体露出長が加わる。
例えば、撮像素子がフレキシブル基板に実装された撮像モジュール、或いは、撮像素子が立体配線基板に実装された撮像モジュールにおいては、レンズ先端から信号ケーブルの半田付け部分までの長さ(硬性部長)は大きい。具体的な例として、撮像素子がフレキシブル基板に実装された構造における硬性部長は約4.8mmであり、撮像素子が立体配線基板に実装された構造における硬性部長は約4.1mmである。このような硬性部長を有する撮像モジュールを首振り内視鏡等に適用する場合、首振り半径が大きくなってしまい、より細かく狭い環境で内視鏡を使用することが難しいという問題がある。
また、フレキシブル基板や立体配線基板を使用せずに、直接的に同軸線を撮像素子にはんだ付けする方法が考えられるが、1本の同軸線を中心導体と外部導体とに分割し、分割された中心導体と外部導体とを非常に小さい撮像素子に接続する作業が必要となる。この場合、接続作業の難易度が高く、経済的に生産することは困難である。
さらに、同軸線と端子とが接続される接続部は、はんだ或いは導電性の接着剤により硬くなっており、この接続部を曲げると、同軸線の導体が断線してしまう可能性が非常に高い。このため、上記のような首振り内視鏡等に従来の撮像モジュールを適用する場合、内視鏡の先端における可動域が制限されてしまうという問題がある。
本発明の態様が解決しようとする課題は、大きな可動域を実現するとともに小さな首振り半径で使用できる細径の首振り内視鏡に適用可能な撮像モジュールを提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る撮像モジュールは、撮像モジュールであって、複数の撮像端子を含む端子群を有する撮像素子と、第1面と、前記第1面とは反対側に位置する第2面と、前記第1面及び前記第2面上に設けられた導電部と、を有するフレキシブル基板と、前記撮像素子と前記フレキシブル基板との間に位置し、前記端子群と前記導電部とを電気的に接続し、可撓性を有する複数の単心電線を含む単心電線部と、前記導電部に接続された同軸ケーブルと、を備える。
本発明の一態様に係る撮像モジュールにおいては、前記端子群と前記単心電線部とを接続する半田、前記単心電線部と前記導電部とを接続する半田、及び前記導電部と前記同軸ケーブルとを接続する半田、を備えてもよい。
本発明の一態様に係る撮像モジュールにおいては、前記端子群と前記単心電線部とを接続する前記半田、前記単心電線部と前記導電部とを接続する前記半田、及び前記導電部と前記同軸ケーブルとを接続する前記半田、を覆う樹脂を備えてもよい。
本発明の一態様に係る撮像モジュールにおいては、前記撮像素子の前記端子群は、第1撮像端子と、第2撮像端子とを含み、前記フレキシブル基板の前記導電部は、前記第1面上に設けられた第1導電部と、前記第2面上に設けられた第2導電部と、を含み、前記単心電線部は、前記第1撮像端子と前記第1導電部とを電気的に接続する第1単心電線と、前記第2撮像端子と前記第2導電部とを電気的に接続する第2単心電線とを含んでもよい。
本発明の一態様に係る撮像モジュールにおいては、前記同軸ケーブルは、前記第1面上に配置される2本の同軸ケーブルを有し、前記2本の同軸ケーブルの各々は、中心導体及び外部導体を有し、前記フレキシブル基板は、前記第1面上に形成された外部導体端子と、前記フレキシブル基板を貫通するとともに前記外部導体端子と前記第2導電部とを電気的に接続する貫通導体とを有し、前記中心導体は、前記第1導電部及び前記第1単心電線を介して、前記第1撮像端子に電気的に接続されており、前記外部導体は、前記外部導体端子、前記貫通導体、前記第2導電部、及び第2単心電線を介して、前記第2撮像端子に電気的に接続されてもよい。
本発明の一態様に係る撮像モジュールにおいては、前記フレキシブル基板の前記第1面及び前記第2面のうち少なくとも一方に、コンデンサが設けられてもよい。
以上のように、本発明の上述した態様によれば、大きな可動域を実現するとともに小さな首振り半径で使用できる細径の首振り内視鏡に適用可能な撮像モジュールを提供することができる。
本発明の実施形態に係る撮像モジュールの概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る撮像モジュールの概略構成を示す拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る撮像モジュールを構成する固体撮像素子の概略構成を示す図であり、固体撮像素子と単心電線部との接続構造を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る撮像モジュールを構成するフレキシブル基板上に形成された導電パターンを示す平面図であり、単心電線部と信号ケーブルとの接続構造を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る撮像モジュールを構成する信号ケーブルを示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。
本発明の実施形態を説明する図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る撮像モジュール1は、フレキシブル基板10と、単心電線部20と、信号ケーブル30(同軸ケーブル)と、固体撮像素子40(撮像素子)と、レンズユニット50と、コンデンサ60とを備える。
符号70で示された領域は、硬性部である。硬性部70は、レンズユニット50、固体撮像素子40、及び単心電線部20の電線端21Lに相当する。レンズユニット50及び固体撮像素子40の合計の長さは約1.7mmであり、電線端21Lの長さは約0.5mmである。このため、硬性部70の長さ(硬性部長)は、約2.2mmである。
符号22で示された領域は、単心電線部20を構成する複数の単心電線が屈曲する領域であり、即ち、可動域である。より具体的に、撮像モジュール1の側面及び上面から見た場合(X方向、Y方向)、可動域22において、撮像モジュール1は、その延在方向(Z方向)に対して±90度の屈曲が可能である。
(フレキシブル基板10)
フレキシブル基板10は、第1面11U(上面)と、第1面11Uとは反対側に位置する第2面11L(下面)と、第1面11U上に設けられた第1導電部12U(導電部12)と、第2面11L上に設けられた第2導電部12L(導電部12)と、を有する。
更に、フレキシブル基板10は、第1面11U上に形成された外部導体端子12J(導電部12)と、フレキシブル基板10を貫通するとともに外部導体端子12Jと第2導電部12Lとを電気的に接続する貫通導体14とを有する。
単心電線部20と導電部12との間、及び、導電部12と信号ケーブル30との間は、はんだ付けにより接続されている。
半田15を介して、単心電線部20を構成する第1単心電線24(後述)の電線端21Rが第1導電部12Uと電気的に接続されている。半田16を介して、信号ケーブル30を構成する中心導体31(後述)が第1導電部12Uと電気的に接続されている。半田17を介して、信号ケーブル30を構成する外部導体33(後述)が外部導体端子12Jと電気的に接続されている。半田18を介して、単心電線部20を構成する第2単心電線25(後述)の電線端21Rが第2導電部12Lと電気的に接続されている。
つまり、本実施形態においては、フレキシブル基板10の一方の面(第1面11U)のみに信号ケーブル30が配置されており、中心導体31の第1導電部12Uへの電気的接続、及び、外部導体33の外部導体端子12Jへの電気的接続が、第1面11U上において行われている。
なお、第1導電部12U、第2導電部12L、外部導体端子12J、及び貫通導体14の導電パターンについては後述する。
さらに、半田15〜18は、レジスト(樹脂)によって覆われており、半田15〜18による電気接続構造の強度が補強されている。
フレキシブル基板10の第1面11Uにおいて、第1導電部12U上に形成された半田15を覆うように第1レジスト13Aが設けられている。第1導電部12U上に形成された半田16と、外部導体端子12J上に形成された半田17とを覆うように第2レジスト13Bが設けられている。第2導電部12L上に形成された半田18を覆うように第3レジスト13Cが設けられている。
図1において、固体撮像素子40からレンズユニット50に向かう方向から見て、固体撮像素子40の投影面内に、信号ケーブル30が配置されており、固体撮像素子40の投影面から信号ケーブル30が部分的に突出していない。
(固体撮像素子40、レンズユニット50)
図3において、図3(a)は固体撮像素子40の概略構成を示す側面図であり、図3(b)は固体撮像素子40の概略構成を示す下面図である。
固体撮像素子40は、受光面41と、受光面41とは反対側に位置する端子面43と、端子面43に設けられた端子群44とを備える。端子群44には、複数の撮像端子が含まれている。本実施形態において、撮像端子の個数は4つであり、即ち、端子面43には、2つの第1撮像端子45(45A、45B)と、2つの第2撮像端子46(46A、46B)とが設けられている。
受光面41にはレンズユニット50が接続されており、レンズユニット50には、対物レンズ等のレンズユニットが搭載されている。固体撮像素子40としては、例えば、CMOS(相補型金属酸化膜半導体)を好適に用いられる。
(単心電線部20)
図1及び図2に示すように、単心電線部20は、固体撮像素子40とフレキシブル基板10との間に位置し、端子群44と導電部12とを電気的に接続している。単心電線部20は、可撓性を有する複数の単心電線で構成されている。本実施形態において、単心電線の個数は、撮像端子の個数と対応しており、4つである。即ち、2つの第1単心電線24(24A、24B)と、2つの第2単心電線25(25A、25B)とにより単心電線部20は構成されている。第1単心電線24は、第1撮像端子45と第1導電部12Uとを電気的に接続する。第2単心電線25は、第2撮像端子46と第2導電部12Lとを電気的に接続する。
単心電線24、25の各々は、1本の導電線26と、導電線26の外部を被覆する絶縁被覆27とを有する。単心電線24、25の両端において絶縁被覆27が除去されている。これにより、単心電線24、25の各々は、絶縁被覆27から導電線26が露出した電線端21L(第1電線端)及び電線端21R(第2電線端)を有する。
単心電線24、25の各々の外径(絶縁被覆27の外径)は、例えば、0.4mm以下である。単心電線24、25の各々の長さ(絶縁被覆27の長さ)は、例えば、1cm〜5cmである。
単心電線の長さを上記の長さになるように短くすることで、ノイズの影響を殆ど受けることがなく、固体撮像素子40からフレキシブル基板10への信号を良好に伝送することができる。
このような構成を有する単心電線部20は、図3に示す固体撮像素子40の端子群44と、半田47により接続されている。
はんだ付けによる接続構造においては、第1単心電線24Aの電線端21Lが第1撮像端子45Aと電気的に接続されており、第1単心電線24Bの電線端21Lが第1撮像端子45Bと電気的に接続されており、第2単心電線25Aの電線端21Lが第2撮像端子46Aと電気的に接続されており、第2単心電線25Bの電線端21Lが第2撮像端子46Bと電気的に接続されている。
更に、半田47は、第4レジスト23(樹脂)によって覆われており、半田47による電気接続構造の強度が補強されている。
(フレキシブル基板10の導電パターン)
図4は、フレキシブル基板10上に形成された導電パターンを示す図である。
図4(a)は、フレキシブル基板10の第1面11U上に形成された第1導電部12Uの導電パターンを示している。図4(b)は、フレキシブル基板10の第2面11L上に形成された第2導電部12Lの導電パターンを示している。なお、図4(b)は、第2面11Lを見た下面図ではなく、図4(a)に示す第1面11Uから見た投影図である。このため、図4(a)の破線で示された部分は、図4(b)の実線で示された部分と対応している。
なお、図1に示すように、フレキシブル基板10の第1面11U及び第2面11Lには第1レジスト13A、第2レジスト13B、及び第3レジスト13Cが形成されているが、図4において、レジスト13A、13B、13Cは、省略されている。
符号12JAは、外部導体端子12Jに対応しており、第1同軸ケーブル30A(後述)の外部導体33A(33)が半田17を介して接続される端子である(以下、外部導体端子12JAと称する)。
符号12JBは、外部導体端子12Jに対応しており、第2同軸ケーブル30B(後述)の外部導体33B(33)が半田17を介して接続される端子である(以下、外部導体端子12JBと称する)。
符号12IAは、第1同軸ケーブル30Aの中心導体31A(31)が半田16を介して接続される端子である(以下、中心導体端子12IAと称する)。
符号12IBは、第2同軸ケーブル30Bの中心導体31B(31)が半田16を介して接続される端子である(以下、中心導体端子12IBと称する)。
中心導体端子12IA、12IBは、第1導電部12Uの一部を構成する。
符号12HUAは、第1単心電線24Aの電線端21Rと接続される端子である(以下、電線端子12HUAと称する)。
符号12HUBは、第1単心電線24Bの電線端21Rと接続される端子である(以下、電線端子12HUBと称する)。
電線端子12HUA、12HUBは、第1導電部12Uの一部を構成する。
符号12HLAは、第2単心電線25Aの電線端21Rと接続される端子である(以下、電線端子12HLAと称する)。
符号12HLBは、第2単心電線25Bの電線端21Rと接続される端子である(以下、電線端子12HLBと称する)。
符号12CA、12CBは、半田を介してコンデンサ60の端子が接続される接続端子である(以下、接続端子12CA、12CBと称する)。コンデンサ60は、電線端子12HLAと電線端子12HLBとを接続するバイパスコンデンサとして機能する。
電線端子12HLA、12HLB及び接続端子12CA、12CBは、第2導電部12Lの一部を構成する。
なお、本実施形態では、フレキシブル基板10の第2面11Lにコンデンサ60が設けられた構造を説明したが、フレキシブル基板10の第1面11U及び第2面11Lのうち少なくとも一方の面にコンデンサ60が形成されていればよく、例えば、第1面11Uにコンデンサ60が設けられた構造が採用されてもよいし、第1面11U及び第2面11Lの両面にコンデンサ60が設けられた構造が採用されてもよい。また、コンデンサ60が設けられていない構造が採用されてもよい。
符号14A、14Bは、貫通導体14である(以下、貫通導体14A、14Bと称する)。貫通導体14Aを介して、外部導体端子12JAは、電線端子12HLAと電気的に接続されている。貫通導体14Bを介して、外部導体端子12JBは、電線端子12HLBと電気的に接続されている。
フレキシブル基板10上に形成される第1導電部12U及び第2導電部12Lは、公知のフォトリソグラフィ技術等を用いたパターニングにより、一括して形成することができる。また、貫通導体14A、14Bも、公知の方法により形成することができる。
(信号ケーブル30)
図5に示すように、信号ケーブル30は、2本の同軸ケーブル(第1同軸ケーブル30A、第2同軸ケーブル30B)と、第1同軸ケーブル30A及び第2同軸ケーブル30Bを囲むシールド導体30Cと、シールド導体30Cを囲む外被30Dとを、備える。シールド導体30Cは外被30Dの内周面全体にわたって層状に設けられている。
図5では、シールド導体30Cは、第1同軸ケーブル30A及び第2同軸ケーブル30Bの各々の側部が互いに当接されたケーブル当接部から離隔して配置され、ケーブル当接部とその両側に位置するシールド導体30Cとの間に隙間30Eが存在する構成を例示している。但し、信号ケーブル30は、図5に示す隙間30Eの領域にシールド導体30Cが入り込み、実質的に第1同軸ケーブル30A及び第2同軸ケーブル30Bと層状のシールド導体30Cとの間に隙間が無い断面構造も採用可能である。
同軸ケーブル30A、30Bの各々は、中心導体31(31A、31B)と、内部絶縁体32(32A、32B)と、外部導体33(33A、33B)と、外部絶縁体34(34A、34B)とを備える。例えば、中心導体31は、固体撮像素子40に信号を供給する信号ラインとして用いられ、外部導体33は、固体撮像素子40に電力を供給する電源ラインとして用いられる。
図4及び図5に示すように、中心導体31Aは、中心導体端子12IAと電気的に接続されている。外部導体33Aは、外部導体端子12JAと電気的に接続されている。中心導体31Bは、中心導体端子12IBと電気的に接続されている。外部導体33Bは、外部導体端子12JBと電気的に接続されている。
更に、上述した接続構造において、中心導体31Aは、第1導電部12U(中心導体端子12IA、電線端子12HUA)及び第1単心電線24Aを介して、第1撮像端子45Aに電気的に接続されている。
外部導体33Aは、外部導体端子12JA、貫通導体14A、第2導電部12L(電線端子12HLA)、及び第2単心電線25Aを介して、第2撮像端子46Aに電気的に接続されている。
中心導体31Bは、第1導電部12U(中心導体端子12IB、電線端子12HUB)及び第1単心電線24Bを介して、第1撮像端子45Bに電気的に接続されている。
外部導体33Bは、外部導体端子12JB、貫通導体14B、第2導電部12L(電線端子12HLB)、及び第2単心電線25Bを介して、第2撮像端子46Bに電気的に接続されている。
上述した実施形態によれば、フレキシブル基板10及び単心電線部20を介して、同軸ケーブル30A、30Bと固体撮像素子40の撮像端子45、46とを電気的に接続することができる。
さらに、単心電線部20は、可撓性を有する複数の単心電線24、25を備えるため、単心電線部20の可動域22において、撮像モジュール1は±90度で屈曲することができる。即ち、撮像モジュール1を首振り内視鏡に適用した場合、±90度の首振りが可能となる。従って、可動域が制限され難く、より広範囲の可動域で首振り動作が可能な首振り内視鏡を実現することができる。
更に、撮像モジュール1の硬性部長は約2.2mmであるので、従来の硬性部長(約4.8mm、或いは、約4.1mm)よりも、短くすることができる。このため、撮像モジュール1の首振り半径は約2.2mmとなり、従来よりも、小さな首振り半径を実現できる。これに伴い、より細かく狭い環境で内視鏡を使用することが可能となる。
また、半田15〜18、47は、レジスト13A、13B、13C、23によって覆われており、半田15〜18、47による電気接続構造の強度が補強されている。このため、首振り内視鏡の使用頻度に伴って撮像モジュール1が繰り返し屈曲する場合であっても、半田による電気接続の信頼性を高めることができ、断線を防止することができる。
本発明の好ましい実施形態を説明し、上記で説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、請求の範囲によって制限されている。
1…撮像モジュール、10…フレキシブル基板、11L…第2面、11U…第1面、12…導電部、12CA、12CB…接続端子、12HLA、12HLB、12HUA、12HUB…電線端子、12IA、12IB…中心導体端子、12J、12JA、12JB…外部導体端子、12L…第2導電部、12U…第1導電部、13A…第1レジスト(樹脂)、13B…第2レジスト(樹脂)、13C…第3レジスト(樹脂)、14、14A、14B…貫通導体、15、16、17、18、47…半田、20…単心電線部、21L、21R…電線端、22…可動域、23…第4レジスト(樹脂)、24、24A、24B…第1単心電線(単心電線)、25、25A、25B…第2単心電線(単心電線)、26…導電線、27…絶縁被覆、30…信号ケーブル(同軸ケーブル)、30A…第1同軸ケーブル、30B…第2同軸ケーブル、30C…シールド導体、30D…外被、30E…隙間、31、31A、31B…中心導体、32、32A、32B…内部絶縁体、33、33A、33B…外部導体、34、34A、34B…外部絶縁体、40…固体撮像素子(撮像素子)、41…受光面、43…端子面、44…端子群、45、45A、45B…第1撮像端子、45、46…撮像端子、46、46A、46B…第2撮像端子、50…レンズユニット、60…コンデンサ、70…硬性部

Claims (4)

  1. 撮像モジュールであって、
    複数の撮像端子を含む端子群を有する撮像素子と、
    第1面と、前記第1面とは反対側に位置する第2面と、前記第1面及び前記第2面上に設けられた導電部と、を有するフレキシブル基板と、
    前記撮像素子と前記フレキシブル基板との間に位置し、前記端子群と前記導電部とを電気的に接続し、可撓性を有する複数の単心電線を含む単心電線部と、
    前記導電部に接続された同軸ケーブルと、
    を備え、
    前記撮像素子と、前記フレキシブル基板とは離間し
    前記撮像素子の前記端子群は、第1撮像端子と、第2撮像端子とを含み、
    前記フレキシブル基板の前記導電部は、前記第1面上に設けられた第1導電部と、前記第2面上に設けられた第2導電部と、を含み、
    前記単心電線部は、前記第1撮像端子と前記第1導電部とを電気的に接続する第1単心電線と、前記第2撮像端子と前記第2導電部とを電気的に接続する第2単心電線とを含み、
    前記同軸ケーブルは、前記第1面上に配置される2本の同軸ケーブルを有し、
    前記2本の同軸ケーブルの各々は、中心導体及び外部導体を有し、
    前記フレキシブル基板は、前記第1面上に形成された外部導体端子と、前記フレキシブル基板を貫通するとともに前記外部導体端子と前記第2導電部とを電気的に接続する貫通導体とを有し、
    前記中心導体は、前記第1導電部及び前記第1単心電線を介して、前記第1撮像端子に電気的に接続されており、
    前記外部導体は、前記外部導体端子、前記貫通導体、前記第2導電部、及び第2単心電線を介して、前記第2撮像端子に電気的に接続されている、撮像モジュール。
  2. 前記端子群と前記単心電線部とを接続する半田、前記単心電線部と前記導電部とを接続する半田、及び前記導電部と前記同軸ケーブルとを接続する半田、を備える、
    請求項1に記載の撮像モジュール。
  3. 前記端子群と前記単心電線部とを接続する前記半田、前記単心電線部と前記導電部とを接続する前記半田、及び前記導電部と前記同軸ケーブルとを接続する前記半田、を覆う樹脂を備える、
    請求項2に記載の撮像モジュール。
  4. 前記フレキシブル基板の前記第1面及び前記第2面のうち少なくとも一方に、コンデンサが設けられている、
    請求項1から請求項のいずれか一項に記載の撮像モジュール。
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