JP6721366B2 - 撮像モジュール、内視鏡および撮像モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の撮像機構では、撮像素子(詳しくは撮像素子の表面を覆うカバー部材)とレンズユニットとは接着材を介して固定されている。
本発明の一態様は、優れた撮像性能が安定して得られる撮像モジュール、内視鏡および撮像モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、前記枠部材の一端部に、前記レンズ部が挿入される挿入口が形成され、前記枠部材の他端部に、受光面が前記挿入空間に臨むように前記撮像素子の位置を定める位置決め穴が形成され、前記位置決め穴は、前記撮像素子の光軸方向に交差する方向の前記撮像素子の移動を規制可能である構成としてもよい。
前記枠部材は、前記位置決め穴によって位置決めされた前記撮像素子が前記挿入空間に向けて移動するのを規制する移動規制部を有する構成としてもよい。
前記レンズ用筒部は、前記一端部から前記他端部に向かって形成された1以上のスリット状の切欠きを有する構成としてもよい。
前記枠部材は金属からなる構成としてもよい。
本発明の一態様によれば、レンズ部の先端部と撮像素子の間に介在物が必要ないため、レンズ部と撮像素子とを接着材で固定する構造に比べて、温度、湿度などの環境条件や経年劣化などを原因とする撮像性能の低下は起こりにくい。したがって、優れた撮像性能を安定して得ることができる。
[撮像モジュール、第1実施形態]
図1(A)は、本発明に係る第1実施形態の撮像モジュール100を示す前面図である。図1(B)は、撮像モジュール100を示す側断面図である。なお、フレキシブル配線基板10に対して撮像素子4側(図1(B)において左側)を前側といい、その反対側(図1(B)において右側)を後側という。以下の説明においては、XYZ直交座標系を採用することがある。Z方向は前後方向であり、X方向は、Z方向に直交する方向であり、図1(B)において紙面に垂直な方向である。Y方向は、X方向およびZ方向に直交する方向であり、図1(B)において上下方向である。
撮像ユニット102は、フレキシブル配線基板10(配線部)と、フレキシブル配線基板10に実装された撮像素子4と、を有する。
フレキシブル配線基板10は、素子実装部11と、素子実装部11の両端部で厚さ方向に屈曲されて後側へ延出する一対の後片部12,13とを有する。フレキシブル配線基板10の少なくとも外面には配線14が形成されている。フレキシブル配線基板10としては、例えば、片面配線タイプのフレキシブル配線基板を使用できる。
素子実装部11の前面(外面)は、撮像素子4が実装される実装面11aである。
フレキシブル配線基板10の後片部12,13の後部(導体接続部15を含む部分)は、例えば、電気絶縁性を有する絶縁チューブ16に覆われている。絶縁チューブ16は、例えばシリコーン樹脂などの樹脂材料からなる。なお、フレキシブル配線基板10は配線部の一例である。
撮像素子4は、素子実装部11の実装面11aに実装されているため、撮像部3は、撮像素子4に形成された電気回路を介して、フレキシブル配線基板10の配線14と電気的に接続されている。
撮像部3の光軸A2方向は、例えば前後方向に一致している。撮像部3の受光面3aは、レンズユニット20の光軸A1に対して交差する面である。撮像部3の受光面3aは、導体2の先端(前端)の軸線方向に対して交差する面である。受光面3aは、例えばXY平面に沿う面である。
レンズユニット20は、撮像モジュール100の前側から対物レンズ23を通して導いた光を、撮像素子4における撮像部3の受光面3aに結像させることができる。なお、レンズユニット20はレンズ部の一例である。
先端部23aと受光面3aとは互いに接触しておらず、先端部23aと受光面3aとの間には介在物がないため、レンズユニットと撮像素子とを接着材で接着する構造に比べて、温度、湿度などの環境条件や経年劣化などを原因とする撮像性能の低下は起こりにくい。
レンズ用筒部32は、平面状の4つの外面31aを有する角筒状の外観を有する。レンズ用筒部32の前端(一端部)の開口を挿入口34という。
図1(B)に示すように、挿入空間33の内径(内形寸法)は、レンズユニット20の外径(外形寸法)とほぼ同じ、またはレンズユニット20の外径よりもわずかに大きいことが好ましい。これにより、挿入空間33の内面はレンズユニット20の外面に当接または近接するため、光軸A1方向に交差する方向のレンズユニット20の移動を規制することができる。そのため、XY平面におけるレンズユニット20の位置は変動しない。なお、光軸A1方向に交差する方向とは、例えば光軸A1方向に直交する方向であり、例えばX方向、Y方向などである。
挿入空間33は、光軸A1方向に交差する方向のレンズユニット20の移動を規制することができるため、レンズユニット20の傾動を規制できる。そのため、レンズユニット20の光軸A1方向は変動しない。
レンズ用筒部32の前後方向の長さL1は、レンズ用筒部32の内径D1に対して、例えば1.5倍以上とすることができる。これによって、レンズユニット20の挿入長さを十分に確保できるため、レンズユニット20の傾動を抑制できる。長さL1は、例えば内径D1に対して3倍以下とすることができる。
長さL1は、レンズユニット20の一部がレンズ用筒部32から前方に突出するように定められることが好ましい。レンズ用筒部32からのレンズユニット20の突出長さは、例えばレンズユニット20の全長の3分の1以上とすることができる。
レンズユニット20の一部がレンズ用筒部32から突出すると、この突出部分でレンズユニット20を把持することができるため、レンズユニット20の前後方向の位置を調整する操作が容易になる。
これに対し、撮像モジュール100では、枠部材31を用いるため、前述の位置ずれをなくし、レンズユニット20の外径が小さい場合でもレンズユニット20と撮像素子4とを精度よく光学的に接続させることができる。
位置決め穴35の内面は、少なくとも異なる2箇所において撮像素子4の側面に当接または近接することが好ましい。これによって、前後方向に交差する方向のうち、異なる複数の方向への撮像素子4の移動を規制できる。
例えば、位置決め穴35は、後方から見て矩形(例えば正方形)に形成されている(図2(D)参照)。位置決め穴35は、4つの辺のうち少なくとも隣り合う2つの辺に相当する内面に撮像素子4の側面が当接または近接すれば、異なる複数方向の撮像素子4の移動規制が可能となる。
移動規制部37は、位置決め穴35の四隅にそれぞれ形成されているため、撮像素子4は4つの角部において移動規制部37に当接し、精度よく位置決めされる。
図3は、撮像モジュール100を用いた内視鏡101の先端構造を示す断面図である。
内視鏡101は、筐体50と、筐体50の取り付け孔51に内部に設けられた撮像モジュール100とを備えた先端構造を有する。
取り付け孔51は、枠部材31、撮像素子4等が挿通する第1挿通部51aと、レンズユニット20の一部が挿通する第2挿通部51bとを有する。
第1挿通部51aの内形寸法は、枠部材31の外形寸法とほぼ同じ、または枠部材31の外形寸法よりもわずかに大きい。第2挿通部51bの内形寸法(内径)は、レンズユニット20の外形寸法(外径)とほぼ同じ、またはレンズユニット20の外形寸法よりも大きい。
第1挿通部51aには、接着材42が充てんされていてもよい。第2挿通部51bの内面は、レンズユニット20の外面に接着材(図示略)により接着固定することができる。
枠部材31およびこれに対応する筐体50の部分(第1挿通部51a)以外の部分に高い加工精度が要求されないため、撮像モジュール100および筐体50の製造を容易にし、製造歩留まりを高めることができる。
例えば、枠部材31の形状等を筐体50に合わせて設計することによって、レンズユニット20を所望の位置に配置することができる。また、筐体50において撮像モジュール100の近傍に他の機能部品が内蔵される場合には、その機能部品を避け得る形状の枠部材31を使用することによって、レンズユニット20を所望の位置に配置することができる。
このように、撮像モジュール100は、枠部材31を筐体50に合わせた形状とすることができるため、レンズユニット20等を、要求される位置に正確に配置することができる。
次に、図4〜図6を参照して、撮像モジュール100の製造方法および内視鏡101の製造方法について説明する。
図4(A)および図4(B)に示すように、枠部材31の位置決め穴35に、後方から撮像ユニット102の撮像素子4を挿入する。撮像素子4は、移動規制部37(図2(D)参照)に当接するまで前進する。
撮像素子4は、位置決め穴35によって、前後方向に交差する方向(例えば、図4(A)および図4(B)において紙面に垂直な方向および上下方向)の移動が規制されるとともに、移動規制部37によって前進が規制される。これにより、撮像素子4は、受光面3aが挿入空間33に臨むように位置決めされる。
接着材40は、端壁部39および撮像素子4の外面に塗布されるため、撮像素子4の前面にまで達することは起こりにくい。そのため、接着材40がレンズユニット20と撮像素子4との間の光学的な接続に悪影響を与えることはない。
次いで、図5(A)および図5(B)に示すように、レンズユニット20を、挿入口34を通して、光軸A1方向の先端部23aから挿入空間33に挿入し、後方に移動させる。
この際、レンズユニット20は、光軸A1方向に交差する方向(例えば図5(A)および図5(B)において紙面に垂直な方向および上下方向)の移動が規制されつつ挿入空間33に挿入される。挿入空間33に挿入される過程では、レンズユニット20の光軸A1は撮像素子4の撮像部3の光軸A2に一致する。
レンズユニット20の前後方向の位置は、撮像素子4で得られた画像の分解能を指標にして定めることができる。例えば、撮像素子4で得られた画像の分解能が、予めシミュレーションで得られた結果とほぼ一致する位置にレンズユニット20を配置することができる。
これによって、図1に示す撮像ユニット102を得る。
次いで、図6(A)に示すように、筐体50に形成された取り付け孔51に対して撮像ユニット102を後側から挿入する。枠部材31および撮像素子4等は、第1挿通部51aの内部に配置され、レンズユニット20の一部は第2挿通部51bの内部に配置される。
第1挿通部51aには、接着材42を充てんすることができる。レンズユニット20の外面は、第2挿通部51bの内面に接着材(図示略)により接着固定することができる。
これによって、図3に示す内視鏡101を得る。
撮像モジュール100では、レンズユニット20の先端部23aと撮像素子4との間に介在物が必要ないため、レンズユニット先端部と撮像素子とを接着材で固定する構造に比べて、温度、湿度などの環境条件や経年劣化などを原因とする撮像性能の低下は起こりにくい。
したがって、撮像モジュール100では、優れた撮像性能を安定して得ることができる。
枠部材31には、撮像素子4の移動を規制する移動規制部37が形成されているため、撮像素子4をレンズユニット20に対して精度よく位置決めすることができる。
位置決め穴35は、撮像素子4のみが挿入されるため、移動規制部37に当接する位置に配置するのが容易である。よって、撮像ユニット102の前後方向の位置を精度よく定めることができる。
そのため、例えば、内視鏡101において、レンズユニット20が筐体50から突出することが許されないという設計上の制約があるとき、部品に多少の寸法変動があった場合でも、筐体50における撮像モジュール100の位置を調整することによって、レンズユニット20が筐体50から突出した異常品の発生を容易に回避できる。よって、製造歩留まりを高めることができる。
図7(A)は、本発明に係る第2実施形態の撮像モジュール100Aを示す前面図である。撮像モジュール100Aは、レンズユニット20を外した状態とされている。図7(B)は、レンズユニット20を外した状態の撮像モジュール100Aを示す斜視図である。図8は、レンズユニット20を枠部材31Aに挿入した状態の撮像モジュール100Aを示す斜視図である。
切欠き38は、前端部32aから後方に向けて、前後方向に沿って形成されている。切欠き38は、例えば一定の幅を有する形状であってよい。切欠き38は、例えば、レンズ用筒部32の4つの外面31aのうち1つにおいて幅方向(図7(A)の左右方向)の中央に相当する位置に形成されている。
この構成によれば、レンズ用筒部32の弾性力によってレンズユニット20を仮に位置決めできるため、レンズユニット20の前後方向の位置調整を容易に行うことができる。
図9に示すように、枠部材61は、筐体(図示略)の設計上の制約に応じて、レンズ用筒部32の4つの外面のうちの1つの外面61aが断面湾曲凸状(円弧状)に形成されている。
枠部材61は、例えば、筐体に形成された取り付け孔(図示略)に湾曲凹状の内面がある場合、その内面に外面61aを合わせて組み付けることができる。これにより、撮像モジュール100Aが光軸周りに誤った姿勢となるのを防ぎ、撮像モジュール100Aを正しい姿勢で筐体50に組み付けることができる。
例えば、枠部材31のレンズ用筒部32は、レンズユニット20の全体が収容可能となる長さであってもよい。
前述の撮像モジュール100の製造方法では、撮像素子4と枠部材31とを位置決めする第1工程の後に、枠部材31とレンズユニット20とを位置決めする第2工程を行うが、第1工程と第2工程の順序は特に限定されない。例えば、第2工程の後に第1工程を行ってもよいし、第1工程と第2工程を同時に行ってもよい。
Claims (5)
- 撮像素子を有する撮像ユニットと、前記撮像素子に対して位置決めされた枠部材と、前記撮像素子に光学的に接続されるレンズ部と、を備え、
前記枠部材は、前記レンズ部の少なくとも光軸方向の先端部が挿入される円柱状の挿入空間を有するレンズ用筒部を有し、
前記挿入空間は、前記光軸方向に交差する方向の前記レンズ部の移動が規制された状態で、前記レンズ部を前記挿入空間の中心軸に沿って前記撮像素子に近づく方向に受け入れ可能であり、
前記レンズ部は、前記撮像素子に光学的に接続された位置で前記レンズ用筒部に固定され、
前記枠部材の一端部に、前記レンズ部が挿入される挿入口が形成され、
前記枠部材の他端部に、受光面が前記挿入空間に臨むように前記撮像素子の位置を定める位置決め穴が形成され、
前記位置決め穴は、前記撮像素子の光軸方向に交差する方向の前記撮像素子の移動を規制可能であり、
前記枠部材は、前記位置決め穴によって位置決めされた前記撮像素子が前記挿入空間に向けて移動するのを規制する移動規制部を有し、
前記撮像素子および前記位置決め穴は、前記光軸方向から見て矩形状であり、
前記位置決め穴の対角線の長さは、前記挿入空間の内径より大きく、
前記位置決め穴の隣り合う2つの辺の長さは、前記挿入空間の内径より小さく、
前記移動規制部は、前記位置決め穴の四隅を含む部分に、前記挿入空間と前記位置決め穴との内径寸法の差によって形成された段部であり、前記撮像素子の周縁のうち4つの角部にそれぞれ当接して前記撮像素子の移動を規制する、撮像モジュール。 - 前記レンズ用筒部は、前記一端部から前記他端部に向かって形成された1以上のスリット状の切欠きを有する、請求項1に記載の撮像モジュール。
- 前記枠部材は金属からなる、請求項1または2に記載の撮像モジュール。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像モジュールを備えた、内視鏡。
- 撮像素子を有する撮像ユニットと、レンズ部の少なくとも光軸方向の先端部が挿入される円柱状の挿入空間を有するレンズ用筒部を有し、前記挿入空間が、前記光軸方向に交差する方向の前記レンズ部の移動が規制された状態で前記レンズ部を前記挿入空間の中心軸に沿って前記撮像素子に近づく方向に受け入れ可能である枠部材と、を用意し、前記撮像ユニットの前記撮像素子と前記枠部材とを位置決めする第1工程と、
前記レンズ部を前記挿入空間に挿入し、前記撮像素子に光学的に接続された位置で前記レンズ用筒部に位置決めする第2工程と、
を有し、
前記枠部材の一端部に、前記レンズ部が挿入される挿入口が形成され、
前記枠部材の他端部に、受光面が前記挿入空間に臨むように前記撮像素子の位置を定める位置決め穴が形成され、
前記位置決め穴は、前記撮像素子の光軸方向に交差する方向の前記撮像素子の移動を規制可能であり、
前記枠部材は、前記位置決め穴によって位置決めされた前記撮像素子が前記挿入空間に向けて移動するのを規制する移動規制部を有し、
前記撮像素子および前記位置決め穴は、前記光軸方向から見て矩形状であり、
前記位置決め穴の対角線の長さは、前記挿入空間の内径より大きく、
前記位置決め穴の隣り合う2つの辺の長さは、前記挿入空間の内径より小さく、
前記移動規制部は、前記位置決め穴の四隅を含む部分に、前記挿入空間と前記位置決め穴との内径寸法の差によって形成された段部であり、
前記第2工程において、前記移動規制部は、前記撮像素子の周縁のうち4つの角部にそれぞれ当接して前記撮像素子の移動を規制する、撮像モジュールの製造方法。
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