JP6792661B2 - 撮像モジュール及び内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、撮像モジュール及び撮像モジュールを備える内視鏡に関する。

内視鏡は、被検者の体腔内に挿入することで所望の箇所の観察、処置を可能とする医療用機器であり、体腔内に挿入される挿入管の先端部に組み込まれた撮像モジュールを備えている。撮像モジュールは、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）等の撮像素子と、該撮像素子を複数の受動部品と共に実装する実装基板とを備えている。

内視鏡においては、被検者の負担を軽減するため、挿入管の細径化が進められており、挿入管の先端部に組み込まれる撮像モジュールの小型化、より詳しくは、軸直角断面における投影面積の削減が求められている。特許文献１、２には、小型化を図った撮像モジュールが開示されている。

特開２０１５−１７３７３６号公報 特開２０１６−３６５５８号公報

特許文献１に開示された撮像モジュールは、一面に撮像素子を表面実装してある素子基板と、該素子基板の他面に積層固定され、外周面にケーブルの接続部を、底面に受動部品の実装部を夫々設けた有底筒形のケーブル接続基板とを備え、素子基板及びケーブル接続基板の積層により投影面積の削減を図っている。この構成においては、複数の受動部品の実装が必要な場合、底面に実装部を備えるケーブル接続基板の投影面積が大きくなり、撮像モジュールの小型化要求に応えることが難しい。

特許文献２に開示された撮像モジュールは、撮像素子を表面実装する素子実装面と、該素子実装面に直交する受動部品の部品実装面とを有する回路基板を備え、部品実装面を軸方向に延ばすことにより複数の受動部品の実装を可能としている。この構成においては、投影面積の削減要求には応え得るが、撮像モジュールの軸方向寸法が増大し、この撮像モジュールが組み込まれる挿入管の先端部の向きを変える動作に影響を与える虞がある。

本開示の目的は、小型化要求に応え得る撮像モジュール及びこの撮像モジュールを備える内視鏡を提供することである。

本開示に係る撮像モジュールは、撮像素子と、該撮像素子が複数の受動部品と共に実装された実装基板とを備える撮像モジュールにおいて、前記実装基板は、前記撮像素子が表面実装された第１面と、該第１面の反対側に位置し、前記受動部品の接続ランドが設けられた第２面と、該第２面と段差を介して連続し、前記受動部品の接続ランドが設けられた第３面と、前記第２面及び第３面から立ち上がり、ケーブルが接続される柱状のケーブル接続ブロックとを備える。

また、前記第２面及び第３面と段差を介して連続し、前記受動部品の接続ランドが設けられた第４面を更に備える。

また、前記ケーブル接続ブロックの側面には、前記ケーブルの複数の芯線を夫々接続するケーブル接続ランドが並設してある。

また、前記ケーブルはシールドケーブルであり、前記ケーブル接続ブロックの端面には、シールドを接地する接地ランドが設けてある。

また、前記実装基板は、軸直角断面において、前記撮像素子以下の投影面積を有している。

また、本開示に係る内視鏡は、挿入管の先端部に組み込まれた撮像モジュールを備える内視鏡において、前記撮像モジュールは、撮像素子と、該撮像素子を複数の受動部品と共に実装する実装基板とを備え、該実装基板は、前記撮像素子が表面面実装された第１面と、該第１面の反対側に位置し、前記受動部品の接続ランドが設けられた第２面と、該第２面と段差を介して連続し、前記受動部品の接続ランドが設けられた第３面と、前記第２面及び第３面から立ち上がり、ケーブルが接続される柱状のケーブル接続ブロックとを備える。

本開示によれば、軸直角断面における投影面積を軸方向寸法の増大を抑えて削減し、小型化要求に応え得る撮像モジュール、及び撮像モジュールを組み込んだ内視鏡を提供することができる。

内視鏡装置のブロック図である。 実施の形態１に係る撮像モジュールの側面図である。 受動部品の実装態様を示す平面図である。 受動部品の実装態様を示す斜視図である。 導電パターン及びビアホールの形成態様を例示する説明図である。 実施の形態２に係る撮像モジュールの側面図である。 受動部品の実装態様を示す平面図である。

以下、本開示の実施の形態を図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、内視鏡装置のブロック図である。内視鏡装置は、内視鏡１とプロセッサ装置２とを備える。内視鏡１は、被検者の体腔内に挿入される挿入管１０と、該挿入管１０に操作部１１及びユニバーサルチューブ１２を介して連設されたコネクタ部１３とを備え、コネクタ部１３によりプロセッサ装置２に接続して使用される。

挿入管１０の先端部には、配光レンズ１４及び対物レンズ１５が取り付けてある。配光レンズ１４の内側には、ライトガイド１６の一端部が臨ませてあり、対物レンズ１５の内側には、後述する構成を有する撮像モジュール３が、撮像面を対物レンズ１５に向けて組み込まれている。

ライトガイド１６は、複数本の光ファイバを束ねて構成され、挿入管１０、操作部１１及びユニバーサルチューブ１２の内部を通してコネクタ部１３に延設されている。撮像モジュール３は、挿入管１０、操作部１１及びユニバーサルチューブ１２の内部を通したケーブル１７によりコネクタ部１３内に設けた駆動部１８に接続されている。ケーブル１７は、制御線、信号線等の複数の芯線を備えるシールドケーブルである。

操作部１１には、各種の操作を行うための操作ボタンが設けられている。図１には、コントロールボタン１９が示されている。コントロールボタン１９は、コネクタ部１３により接続されたプロセッサ装置２を遠隔操作するために設けてある。

プロセッサ装置２は、制御部２０、タイミングコントローラ２１及び信号処理回路２２を備えている。制御部２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備え、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従うＣＰＵの動作により内視鏡装置を統合制御する。制御部２０は、内視鏡１のコネクタ部１３に設けられた駆動部１８、及び操作部１１に設けられたコントロールボタン１９に接続されている。駆動部１８は、撮像モジュール３の固有情報（画素数、感度、フィールドレート等）を制御部２０に出力する。制御部２０は、コントロールボタン１９の操作に応じて動作し、駆動部１８から与えられる固有情報に基づいて各種演算を行って各部に制御指令を出力する。

タイミングコントローラ２１は、制御部２０から与えられる制御指令に従ってクロックパルスを生成し、信号処理回路２２及びコネクタ部１３に設けられた駆動部１８に出力する。駆動部１８は、タイミングコントローラ２１から出力されるクロックパルスに同期したタイミングで撮像モジュール３を駆動する。撮像モジュール３は、後述する撮像動作により画像信号を出力する。

撮像モジュール３が出力する画像信号は、駆動部１８において前処理され、プロセッサ装置２の信号処理回路２２に１フィールド周期で入力される。信号処理回路２２には、タイミングコントローラ２１からクロックパルスが入力されており、信号処理回路２２は、入力される画像信号に対し、ガンマ補正、補間処理等の画像処理、並びに各種文字及び画像の重畳処理等をクロックパルスに従って実行し、所定の規格に準拠した画像信号に変換して外部のモニタ２３に出力する。モニタ２３は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示機器であり、プロセッサ装置２から出力される画像信号に基づいて撮像モジュール３による撮像画像を表示する。

プロセッサ装置２は、光源２４及び操作パネル２５を更に備える。光源２４は、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプであり、ランプ電源２６からの給電により点灯する。ランプ電源２６は、光源２４を点灯させるイグナイタ、点灯後の電流制御を行う安定化電源装置等を備え、制御部２０から与えられる制御指令に従って光源２４を点、消灯させる。

内視鏡１のライトガイド１６の末端は、コネクタ部１３の接続によりプロセッサ装置２の内部に差し込まれ、集光レンズ２７を介して光源２４に臨ませてある。光源２４の発光は、図１中に２点鎖線により示す如く、集光レンズ２７により集光されてライトガイド１６に導入される。ライトガイド１６への導入光は、挿入管１０の先端部に導かれ、配光レンズ１４により拡散されて出光し、挿入管１０が挿入される体腔の内部を照明する。

撮像モジュール３は、体腔の内部を照明下にて撮像し、この撮像画像は、信号処理回路２２による画像処理を経て、モニタ２３に動画又は静止画として表示される。内視鏡１の使用者は、挿入管１０の挿入位置を変え、更に適宜の挿入位置で先端部の向きを変えることにより、体腔内の所望の位置をモニタ２３の表示画像により観察することができる。撮像モジュール３による撮像は、操作部１１に設けたコントロールボタン１９の操作に応じて実行される。また、挿入管１０の先端部の向きは、操作部１１に設けた操作ノブ（図示せず）の操作により変更される。

操作パネル２５は、操作ボタン、タッチパネル式ＧＵＩ（Graphical User Interface）等を備え、プロセッサ装置２の筐体に外部からの操作可能に装備されている。操作パネル２５は、制御部２０に接続されており、操作パネル２５の操作により、明るさ、コントラスト等の撮像条件を含む種々の設定が可能である。

図２は、実施の形態１に係る撮像モジュール３の側面図である。図示の撮像モジュール３は、撮像素子４と、３つの受動部品５と、撮像素子４及び受動部品５が実装された実装基板６とを備える。

撮像素子４は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）等であり、矩形の撮像面（図における下面）に結ばれる光学像を電気信号に変換して出力する。撮像素子４の背面（撮像面の反対側の面）には、入出力用の複数の電極４０が縦横に並べて設けてあり、撮像素子４は、これらの電極４０により実装基板６の第１面６０に表面実装されている。

受動部品５は、撮像素子４の出力信号を処理し、撮像素子４の各画素の輝度を示す画像信号に変換して出力する処理回路を構成する電子部品、例えば、電源ラインとグランドとの間をバイパスするコンデンサ等であり、第１面６０の反対側に後述の如く設けられた第２面６１及び第３面６２に実装されている。

図３は、受動部品５の実装態様を示す平面図、図４は、受動部品５の実装態様を示す斜視図である。図示の如く実装基板６は、第１面６０の反対側に、第２面６１、第３面６２及びケーブル接続ブロック６３を備えている。

第２面６１及び第３面６２は、第１面６０と平行をなす受動部品５の実装面である。第２面６１は、図３、図４に示す如く、実装基板６の一辺の半長に沿って、縁部から所定の幅を有して形成されている、第３面６２は、前記一辺の残りの半長と該一辺に隣接する他辺に沿って、第２面６１と略等しい幅を有して形成されている。第２面６１と第３面６２とは、図２、図４に示す如く、前記一辺の中央位置で第２面６１から垂直に立ち上がる段差を介して連続している。

第２面６１には、受動部品５を接続するための接続ランド６４が一対設けられている。接続ランド６４は、第２面６１の幅方向に延びる矩形の導体パターンである。図３、図４に示す如く、一方の接続ランド６４は、適宜のクリアランスを隔てて第２面６１の端縁に沿わせてあり、他方の接続ランド６４は、前記段差の立ち上がり縁にクリアランスなしに沿わせてある。受動部品５は、以上の接続ランド６４、６４上に架け渡すように載置され、半田リフローにより接続して実装されている。

第３面６２には、受動部品５を実装するための接続ランド６４が二対設けられている。図３に示す如く、一対の接続ランド６４は、段差を介して第２面６１と連続する部分に設けられ、一方の接続ランド６４は、前記段差の立ち下がり縁にクリアランスなしに沿わせてあり、他方の接続ランド６４は、前記立ち下がり縁に対向する第３面６２の端縁に適宜のクリアランスを隔てて沿わせてある。もう一対の接続ランド６４は、図３に示す如く、第３面６２の残りの部分に設けられ、一方の接続ランド６４は、適宜のクリアランスを隔てて第３面６２の端縁に沿わせてあり、他方の接続ランド６４は、一方の接続ランド６４から所定長離隔して配置されている。各対の接続ランド６４、６４上には、２つの受動部品５が夫々架け渡すように載置され、半田リフローにより接続して実装されている。図３においては、各接続ランド６４にハッチングを施し、夫々の位置関係を明示している。

ケーブル接続ブロック６３は、第２面６１及び第３面６２から適宜の高さを有して立ち上がる柱状のブロックであり、図３に示す平面内で、第２面６１及び第３面６２を除く略全面を占める矩形断面を有している。ケーブル接続ブロック６３の４つの側面には、ケーブル接続ランド６５が設けられ、ケーブル接続ブロック６３の端面には、接地ランド６６が設けられている。

ケーブル接続ランド６５は、ケーブル接続ブロック６３の高さ方向に延びる矩形の導体パターンであり、図３に示す如く、ケーブル接続ブロック６３の３つの側面には、各２つのケーブル接続ランド６５が並設され、残りの１つの側面には、１つのケーブル接続ランド６５が設けられている。各ケーブル接続ランド６５には、図２中に２点鎖線により示す如く、前述したケーブル１７の複数の芯線が夫々接続される。

接地ランド６６は、端面の中央部に設けられた矩形の導体パターンであり、この接地ランド６６には、図２中に２点鎖線により示す如く、前述したケーブル１７が備えるシールドの端部が接続される。図２及び図３においては、夫々に現れるケーブル接続ランド６５及び接地ランド６６にハッチングを施してある。

以上の構成を有する実装基板６は、例えば、複数枚のセラミックス基板を厚さ方向に積層して構成することができる。図２に示す実装基板６は、１２枚のセラミックス基板を積層して構成されており、第１面６０に表面実装された撮像素子４は、夫々のセラミックス基板に形成された導電パターン及びビアホールにより、第２面６１及び第３面６２に設けられた接続ランド６４、並びにケーブル接続ブロック６３に設けられたケーブル接続ランド６５に接続されている。図５は、導電パターン及びビアホールの形成態様を例示する説明図である。なお各図中には、導電パターンがハッチングを施して示され、各層を貫通するビアホールの位置が小円により示してある。

図５の右下図は、図２における最下層のセラミックス基板の下面、即ち、第１面６０を示しており、この面には、撮像素子４が備える複数の電極４０に対応する複数の導電パターン４１が縦横に並べて形成されている。図５の右側の残りの３つの図は、下から順に、最下層、２層目、３層目のセラミックス基板の上面を示している。３層目のセラミックス基板の上面の一部には、一対の接続ランド６４、６４を備える第２面６１が設けられる。

図５の左側の６つの図は、下から順に、４層目、５層目、６、７層目、８層目、９、１０、１１層目及び１２層目のセラミックス基板の上面を示している。５層目のセラミックス基板の上面の一部には、二対の接続ランド６４、６４を備える第３面６２が設けられる。６層目以降のセラミックス基板は、ケーブル接続ブロック６３を構成しており、ケーブル接続ランド６５は、８〜１１層目のセラミックス基板の側面に連続する導電パターンとして形成され、８層目のセラミックス基板に設けられた導電パターンにより内側のビアホールに接続される。１２層目（最上層）のセラミックス基板の上面には、接地ランド６６が設けられる。

実施の形態１に係る撮像モジュール３において、第１面６０に撮像素子４を表面実装してある実装基板６は、第１面６０の反対側に、複数の受動部品５の接続ランド６４が設けられた第２面６１及び第３面６２を備え、第２面６１と第３面６２とは、段差を介して連続している。接続ランド６４の配置は、夫々の受動部品５の接続に際し、半田ブリッジによる短絡を防止するため、相隣する接続ランド６４間に所定のクリアランスを保てるように設定する必要がある。

ここで、第２面６１と第３面６２との間には段差が存在しており、この段差は、第２面６１及び第３面６２に設けられる接続ランド６４との間の３次元的なクリアランスとしての機能を果たす。従って、第２面６１に設けられる接続ランド６４と、この接続ランド６４と隣り合って第３面６２に設けられる接続ランド６４との間には、平面的なクリアランスを確保する必要がなく、前述したように、クリアランスなしに段差に沿わせた接続ランド６４の配置が可能である。

このような配置により、図３に示す如く、第２面６１に実装される受動部品５と、第３面６２に実装される受動部品５とを、平面視において近接して長さ方向に並べることができ、図３中のＡ寸法を前記クリアランスの相当分だけ小さくすることができる。第３面６２上の２つの受動部品５は、長さ方向を直交させた配置であり、相隣する接続ランド６４間のクリアランスの確保は容易である。実装基板６の縦横寸法を小さくし、軸直角断面において撮像素子４以下の投影面積を有する実装基板６を実現することができる。

以上の如く構成された撮像モジュール３は、前述の如く内視鏡１に組み込まれた場合、挿入管１０の先端部において、対物レンズ１５に対向する撮像素子４の撮像面に相当する最小限の占有面積しか必要とせず、挿入管１０の細径化要求に応えることができる。実装基板６の軸方向寸法は、第２面６１と第３面６２との間の段差の高さ相当分だけ増大するが、この増大量はわずかであり、先端部の向きを変える動作を阻害しない。

また撮像モジュール３は、柱状のケーブル接続ブロック６３を備え、該ケーブル接続ブロック６３の側面には、複数のケーブル接続ランド６５が設けてある。撮像モジュール３へのケーブル１７の接続は、図２に示す如く、ケーブル接続ブロック６３と略同軸上に対向させたケーブル１７の端部から制御線、信号線等の複数の芯線を引き出し、各芯線を対応するケーブル接続ランド６５の夫々に接続する手順により、容易、且つ確実に実現することができる。

ケーブル接続ブロック６３の端面には、接地ランド６６が設けてある。ケーブル１７が備えるシールドは、接地ランド６６への接続により容易に接地することができ、電磁ノイズ、静電ノイズの影響を排除することができる。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２に係る撮像モジュール３の側面図、図７は、受動部品５の実装態様を示す平面図である。実施の形態２の撮像モジュール３において、実装基板６は、撮像素子４が表面実装された第１面６０の反対側に、実施の形態１と同様、第２面６１、第３面６２及びケーブル接続ブロック６３を備え、更に、第４面６７を備えている。

第２面６１、第３面６２及び第４面６７は、第１面６０と平行をなす受動部品５の実装面である。第２面６１は、実施の形態１と同様、実装基板６の一辺の半長に沿って形成されている、第３面６２は、前記一辺の残りの半長に沿って形成され、第２面６１と第３面６２とは、第２面６１から垂直に立ち上がる段差を介して連続している。第４面６７は、前記一辺に隣接する他辺に沿って形成され、第３面６２と第４面６７とは、第３面６２から垂直に立ち上がる段差を介して連続している。

第２面６１、第３面６２及び第４面６７には、受動部品５を接続するための接続ランド６４が各一対設けられ、受動部品５は、各対の接続ランド６４、６４上に架け渡すように載置され、半田リフローにより接続して実装されている。第２面６１及び第３面６２において、段差の側に位置する接続ランド６４は、実施の形態１と同様、段差との間にクリアランスなしに沿わせてある。第４面６７においても、段差の側に位置する接続ランド６４は、段差の立ち下がり縁にクリアランスなしに沿わせてある。

実施の形態２に係る撮像モジュール３においては、第４面６７に設けられる一方の接続ランド６４を段差の立ち下がり縁にクリアランスなしに沿わせて配置することができ、実施の形態１と同様に、図７中のＡ寸法を小さくすることができる上、図７中のＢ寸法をクリアランスの相当分だけ小さくすることができる。従って、実装基板６の縦横寸法を更に小さくし、軸直角断面において撮像素子４以下の投影面積を有する実装基板６を実現することができる。

以上の実施の形態２においては、第３面６２と第４面６７とが、第３面６２から立ち上がる段差を介して連続する構成としたが、第３面６２から立ち下がる段差を介して連続する構成としてもよい。

図６、図７に示す実施の形態２に係る撮像モジュール３の他の構成は、図２、図３に示す実施の形態１に係る撮像モジュール３と同様であり、対応する構成要素に実施の形態１と同一の参照符号を付して説明を省略する。

なお、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等な意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 内視鏡
３ 撮像モジュール
４ 撮像素子
５ 受動部品
６ 実装基板
１０ 挿入管
１７ ケーブル
６０ 第１面
６１ 第２面
６２ 第３面
６３ ケーブル接続ブロック
６４ 接続ランド
６５ ケーブル接続ランド
６６ 接地ランド
６７ 第４面

Claims (6)

1. 撮像素子と、該撮像素子が複数の受動部品と共に実装された実装基板とを備える撮像モジュールにおいて、
   前記実装基板は、
   前記撮像素子が表面実装された第１面と、
   該第１面の反対側に位置し、前記受動部品の接続ランドが設けられた第２面と、
   該第２面と段差を介して連続し、前記受動部品の接続ランドが設けられた第３面と、
   前記第２面及び第３面から立ち上がり、ケーブルが接続される柱状のケーブル接続ブロックと
   を備える撮像モジュール。
2. 前記第２面及び第３面と段差を介して連続し、前記受動部品の接続ランドが設けられた第４面を更に備える請求項１に記載の撮像モジュール。
3. 前記ケーブル接続ブロックの側面には、前記ケーブルの複数の芯線を夫々接続するケーブル接続ランドが並設してある請求項１又は請求項２に記載の撮像モジュール。
4. 前記ケーブルはシールドケーブルであり、前記ケーブル接続ブロックの端面には、シールドを接地する接地ランドが設けてある請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の撮像モジュール。
5. 前記実装基板は、軸直角断面において、前記撮像素子以下の投影面積を有している請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の撮像モジュール。
6. 挿入管の先端部に組み込まれた撮像モジュールを備える内視鏡において、
   前記撮像モジュールは、
   撮像素子と、該撮像素子を複数の受動部品と共に実装する実装基板とを備え、
   前記実装基板は、
   前記撮像素子が表面面実装された第１面と、
   該第１面の反対側に位置し、前記受動部品の接続ランドが設けられた第２面と、
   該第２面と段差を介して連続し、前記受動部品の接続ランドが設けられた第３面と、
   前記第２面及び第３面から立ち上がり、ケーブルが接続される柱状のケーブル接続ブロックと
   を備える内視鏡。

Images