JPWO2016185554A1 - Imaging unit and endoscope - Google Patents
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Abstract
撮像ユニットは、固体撮像素子が実装される基板と、基板に実装される電子部品であって発熱体と成り得る高発熱素子と、基板の表面、該基板に実装された固体撮像素子の外表面、当該基板に実装される高発熱素子の外表面、及び該高発熱素子以外の電子部品の外表面を覆う絶縁部材と、絶縁部材に密着して設けられる導電性熱伝導樹脂部材と、一端部と他端部とを有し、一端部が導電性熱伝導樹脂部材内に配設され、他端部が基板から予め定めた距離離間した位置に配置される放熱部材と、具備する。The imaging unit includes a substrate on which a solid-state imaging device is mounted, a high heating element that is an electronic component mounted on the substrate and can be a heating element, a surface of the substrate, and an outer surface of the solid-state imaging device mounted on the substrate An insulating member that covers an outer surface of the high heat generating element mounted on the substrate, an outer surface of an electronic component other than the high heat generating element, a conductive heat conductive resin member provided in close contact with the insulating member, and one end portion And the other end portion, one end portion is disposed in the conductive heat conductive resin member, and the other end portion is disposed at a position spaced a predetermined distance from the substrate.
Description
本発明は、固体撮像素子と固体撮像素子の駆動回路を構成する電子部品とを回路基板に実装した撮像ユニット、および、撮像ユニットを有する内視鏡に関する。 The present invention relates to an imaging unit in which a solid-state imaging device and an electronic component constituting a driving circuit for the solid-state imaging device are mounted on a circuit board, and an endoscope having the imaging unit.
近年、ビデオカメラ、電子スチルカメラ、電子内視鏡(以下、内視鏡と略記する)には固体撮像装置(以下、撮像ユニットと略記する)が使用されている。
内視鏡は、挿入部の先端部に照明光学系と撮像ユニットを有する撮像光学系とを設けている。撮像ユニットには、固体撮像素子と、固体撮像素子が接続される基板と、が設けられ、基板にはコンデンサやICチップ等の電子部品が実装されている。In recent years, solid-state imaging devices (hereinafter abbreviated as imaging units) are used for video cameras, electronic still cameras, and electronic endoscopes (hereinafter abbreviated as endoscopes).
The endoscope is provided with an illumination optical system and an imaging optical system having an imaging unit at the distal end of the insertion portion. The imaging unit is provided with a solid-state imaging device and a substrate to which the solid-state imaging device is connected, and electronic components such as a capacitor and an IC chip are mounted on the substrate.
内視鏡においては、固体撮像素子の温度が自己発熱によって上昇すると暗電流の増加に起因する画質の劣化が生ずる。このため、固体撮像素子の放熱と熱的安定性を確保することが重要である。 In an endoscope, when the temperature of the solid-state image sensor rises due to self-heating, image quality deterioration due to an increase in dark current occurs. For this reason, it is important to ensure heat dissipation and thermal stability of the solid-state imaging device.
なお、基板に実装された電子部品の中には熱を発生して熱源と成り得るものがあり、撮像ユニットにおいて電子部品から発生する熱は、固体撮像素子の温度を上昇させる要因になる。 Note that some electronic components mounted on the substrate can generate heat and serve as a heat source, and the heat generated from the electronic components in the imaging unit causes the temperature of the solid-state imaging device to rise.
このため、基板に実装された電子部品から発生する熱を放熱体に伝導させ、この放熱体により熱を外部に放熱するための提案が数多くなされている。 For this reason, many proposals have been made to conduct heat generated from electronic components mounted on a substrate to a heat radiating body and to radiate heat to the outside by the heat radiating body.
例えば、日本国特開2012−50703号公報には撮像ヘッドで発生した熱を効率よく放熱する撮像装置及び電子内視鏡装置が示されている。撮像装置は、撮像素子を有する撮像ヘッドに接続された可撓性のケーブルを備え、ケーブルは、フレキシブルプリント基板と、撮像ヘッドの発熱源又は発熱源の近傍に接続されてケーブルの軸方向に熱を伝導する高熱電導性部材と、を含んで構成されている。 For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2012-50703 discloses an imaging apparatus and an electronic endoscope apparatus that efficiently dissipate heat generated by an imaging head. The imaging apparatus includes a flexible cable connected to an imaging head having an imaging element, and the cable is connected to a flexible printed circuit board and a heat source of the imaging head or in the vicinity of the heat source to heat in the axial direction of the cable. And a high thermal conductive member that conducts heat.
上述の発明において、高熱電導性部材は、複数の糸状線材を束にして構成した繊維束であり、この繊維束は撮像ヘット側の端部にて複数の繊維束に分割されている。分割された繊維束のそれぞれの端部は、撮像ヘッドの異なる位置(発熱部品又はその近傍)に接続されている。 In the above-described invention, the high thermal conductivity member is a fiber bundle configured by bundling a plurality of filamentous wires, and the fiber bundle is divided into a plurality of fiber bundles at the end on the imaging head side. Each end of the divided fiber bundle is connected to a different position (a heat generating component or the vicinity thereof) of the imaging head.
この構成によれば、繊維束を介して撮像ヘッドで発生した熱をケーブル軸方向に放熱することが可能になる。 According to this configuration, it is possible to dissipate heat generated in the imaging head via the fiber bundle in the cable axis direction.
しかしながら、繊維束の端部を複数の繊維束に分割する作業、分割した繊維束のそれぞれの端部を異なる位置に電気的に接触すること無く接続する作業は、手間、時間がかかる煩雑な作業であった。 However, the work of dividing the end of the fiber bundle into a plurality of fiber bundles, and the work of connecting each end of the divided fiber bundle without making electrical contact with different positions are troublesome and time-consuming work. Met.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子から発生する熱、および、基板に実装された電子部品から発生する熱を、さらに効率よく放熱して熱による画質劣化を防止した撮像ユニット、及びこの撮像ユニット有する内視鏡を提供することを目的にしている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and heat generated from a solid-state imaging device and heat generated from an electronic component mounted on a substrate are further efficiently radiated to prevent image quality deterioration due to heat. An object of the present invention is to provide an imaging unit and an endoscope having the imaging unit.
本発明の一態様の撮像ユニットは、固体撮像素子が実装される基板と、前記基板に実装される電子部品であって発熱体と成り得る高発熱素子と、前記基板の表面、該基板に実装された前記固体撮像素子の外表面、当該基板に実装される前記高発熱素子の外表面、及び該高発熱素子以外の電子部品の外表面を覆う絶縁部材と、前記絶縁部材に密着して設けられる導電性熱伝導樹脂部材と、一端部と他端部とを有し、前記一端部が前記導電性熱伝導樹脂部材内に配設され、前記他端部が前記基板から予め定めた距離離間した位置に配置される放熱部材と、を具備している。 An imaging unit according to one embodiment of the present invention includes a substrate on which a solid-state imaging device is mounted, a high heating element that can be a heating element as an electronic component mounted on the substrate, a surface of the substrate, and a mounting on the substrate An insulating member that covers the outer surface of the solid-state imaging device, the outer surface of the high heat generating element mounted on the substrate, and the outer surface of an electronic component other than the high heat generating element, and is provided in close contact with the insulating member A conductive heat conductive resin member, one end portion and the other end portion, wherein the one end portion is disposed in the conductive heat conductive resin member, and the other end portion is separated from the substrate by a predetermined distance. And a heat dissipating member arranged at the position.
本発明の一態様の内視鏡は、上記撮像ユニットを有している。 An endoscope according to one embodiment of the present invention includes the imaging unit.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
なお、以下の説明に用いる各図において、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もある。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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In each drawing used in the following description, the scale of each component may be different in order to make each component large enough to be recognized on the drawing. The present invention is not limited only to the number of components described in these drawings, the shape of the components, the ratio of the sizes of the components, and the relative positional relationship between the components.
図1に示す電子内視鏡システム1は、後述する本発明の撮像ユニット(図2の符号50参照)を有する電子内視鏡(以下、内視鏡と略記する)2と、光源装置3と、ビデオプロセッサ4と、表示装置であるモニタ5と、を備えている。
An
内視鏡2は、挿入部5と、操作部6と、電気ケーブルであるユニバーサルケーブル7と、を備えて構成されている。内視鏡2の挿入部5は、先端から順に、先端部8、湾曲部9、可撓管部10を有して構成されている。
挿入部5の先端部8内には撮像ユニットが内蔵されている。The
An imaging unit is built in the distal end portion 8 of the insertion portion 5.
操作部6は、挿入部5を構成する可撓管部10の基端側に連設されている。操作部6には、挿入部5の湾曲部9を湾曲操作するための湾曲操作ノブ11等が設けられている。
The
操作部6からはユニバーサルケーブル7が延出されている。ユニバーサルケーブル7の端部には、光源装置3に着脱自在な、内視鏡コネクタ12が設けられている。内視鏡コネクタ12には映像用ケーブル13の映像用コネクタ13Aが着脱自在に接続される。
符号13Bは、プロセッサ用コネクタであり、映像用ケーブル13の他端部に設けられ、ビデオプロセッサ4に着脱自在である。A
Reference numeral 13B denotes a processor connector, which is provided at the other end of the
ビデオプロセッサ4は、内視鏡画像を表示するモニタ5と電気的に接続される。内視鏡2の撮像ユニットから伝送された撮像信号は、ビデオプロセッサ4において映像信号に処理されてモニタ5に出力される。
符号15は照明窓であり、照明光学系を構成する。符号42は観察窓であり、撮像光学系を構成する。The
図2に示すように撮像部30は、観察光学部40と、撮像ユニット50と、を備えて構成されている。
観察光学部40は、ステンレス製のレンズ枠41内には光学部材である、観察窓42と、単数又は複数の光学レンズ43、フィルタ44および絞り45と、を固設して構成されている。As shown in FIG. 2, the
The observation
撮像ユニット50は、固体撮像素子(以下、撮像素子と略記する)51と、回路基板52と、信号ケーブル53と、で主に構成されている。
撮像素子51は、CCD、CMOS等である。撮像素子51の前面である受光面51a側にはガラスリッド54が接着固定されている。また、受光面51a側には接続部51bが配列されている。The
The
ガラスリッド54の前面には更に受光面51aの中心に対して芯出しされたカバーガラス55が接着固定されている。カバーガラス55は、撮像ホルダ56の内面所定位置に接着あるいは接合によって一体に固定される。撮像ホルダ56は、セラミック製である。
A
撮像ホルダ56の先端部内面には、対物レンズユニット40を構成するレンズ枠41の基端部が配置される。レンズ枠41と撮像ホルダ56とは、ピント等の位置調整を完了した後、例えば、接着剤46によって一体に固定される。
A proximal end portion of the
回路基板52は、第1回路基板57と第2回路基板58とを有する。
図3A、図3Bを参照して第1回路基板57と第2回路基板58とで構成された回路基板52を説明する。
図3Aに示す第1回路基板57は、柔軟性を有するフレキシブルプリント基板であり、第2回路基板58は積層基板である。第2回路基板58は、第1搭載基板部58a、第2搭載基板部58b、グランド用基板部58c、第1脚部を構成する先端側脚部基板部58d、基端側脚部58dr、ケーブル接続部58e等を設けて構成されている。The
A
The
第1回路基板57の一面には、複数の撮像素子接続部(不図示)、配線パターン(不図示)、及び複数の第2基板接続部(不図示)を備えている。
撮像素子接続部は、一面の先端側に設けられ、第2基板接続部は一面の基端側に設けられている。配線パターンは、撮像素子接続部と第2基板接続部とを電気的に接続する。One surface of the
The image sensor connection portion is provided on the distal end side of the one surface, and the second substrate connection portion is provided on the proximal end side of the one surface. The wiring pattern electrically connects the image sensor connection portion and the second substrate connection portion.
撮像素子接続部は、受光面51a側の接続ランド51bに第1パンプ61を介して電気的に接続される。第1回路基板57は、折り曲げられて撮像素子51の背面側に延出されている。第2基板接続部(不図示)は、先端側脚部基板部58d1に設けられた第1基板接続部(不図示)に第2パンプ62を介して電気的に接続される。
The image sensor connection portion is electrically connected to the
そして、接続ランド51bと第1回路基板57の撮像素子接続ランドとの電気的接続部、および、第2基板接続部と第1基板接続部との電気的接続部を含む第1回路基板57は、封止樹脂63によって絶縁封止されている。
The
図3A、図3Bを参照して第2回路基板58を説明する。
図3Aに示すように第2回路基板58の前面は、撮像素子51の後面に配置されている。第1搭載基板部58aは、図中上方向である基板一面側に配線部である第1電子部品配線層58w1を備えている。The
As shown in FIG. 3A, the front surface of the
第2搭載基板部58bは、基板一面の反対面である図中下方向の基板他面側に第2電子部品配線層58w2を備えている。グランド用基板部58cは、基板一面側に第1グランド層58g1を備え、基板他面側に第2グランド層58g2を備えている、
先端側脚部基板部58dは、上述した第1基板接続部を基板他面側に設けている。ケーブル接続部58eは、基端側脚部58drの基端面より撮像素子遠位側に突出した凸部である。凸部であるケーブル接続部58eの基板一面側、および、基板他面側は、線配線層58l1、58l2であって、図3Bに示す線接続部64が設けられている。The second mounting
The distal-side
図3A、図3Bに示すように第1搭載基板部58aの第1電子部品配線層58w1には、電子部品接続部(不図示)が設けられており、電子部品であるチップ部品71、72、73が実装されている。例えば、第1チップ部品71が高発熱素子である。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the first electronic component wiring layer 58w1 of the first mounting
第2搭載基板部58bの第2電子部品配線層58w2には、電子部品接続部(不図示)が設けられており、電子部品であるチップ部品74、75が実装されている。
The second electronic component wiring layer 58w2 of the second mounting
図2に示すように信号ケーブル53は、例えば、第1の複合ケーブル53aと、第2の複合ケーブル53bと、を有する。第1の複合ケーブル53a内および第2の複合ケーブル53b内には信号線、電線等の各種線53cが挿通されている。
As shown in FIG. 2, the
第1の複合ケーブル53aの信号線、電線は、それぞれケーブル接続部58eの線配線層58l1に設けられた対応する線接続部64に接続されている。一方、第2の複合ケーブル53bの信号線、電線は、それぞれ線配線層58l2に設けられた対応する線接続部(不図示)に接続されている。
The signal lines and electric wires of the first
符号59は、放熱用ケーブルであり、例えば信号ケーブル53に沿って配設されている。符号59aは、高熱伝導性部材であって金属フィラーが充填された導電性熱伝導樹脂部材77より熱伝導率の高い例えば銅線59aである。銅線59aは、放熱用ケーブル59内に挿通されており、先端部が放熱用ケーブル59の先端面から露出されている。
なお、図示は省略しているが、基板部58a、58b、58c、58dには予め定めた接続部同士を電気的に接続するための貫通ビア、配線等が設けられている。
Although not shown, the
本実施形態において、ガラスリッド55の外表面、撮像素子51の外表面、第1搭載基板部58aの第1電子部品配線層58w1表面、第2搭載基板部58bの第2電子部品配線層58f2表面、第1電子部品配線層58w1に実装された電子部品71、72、73の表面、及び、第2電子部品配線層58w2に実装された電子部品74、75の表面を、絶縁性を有する絶縁部材76によって均一に被覆している。
In the present embodiment, the outer surface of the
本実施形態の絶縁部材76は、電気抵抗率の大きい電気絶縁体(1.0x1016j Ωm)であって、絶縁薄膜である。絶縁薄膜は、真空蒸着によって上述した部分等を含む予め定めた表面を被覆している。
The insulating
なお、ケーブル接続部58eの線接続部、および、線接続部に接続された信号線、電線の表面は、絶縁薄膜、あるいは、封止樹脂によって絶縁される。
In addition, the surface of the
そして、本実施形態において、絶縁部材76である絶縁薄膜上には、導電性熱伝導樹脂部材77が設けてある。導電性熱伝導樹脂部材77は、柔軟性を有する樹脂部材に、銀(1.59x10-8j Ωm)金(2.21x10-8j Ωm)等、電気抵抗率の小さい金属フィラーが充填された樹脂であり、絶縁薄膜上に塗布されて電子部品71−75の短絡させたくない表面を含む予め定めた部分に充填される。
導電性熱伝導樹脂部材77は、絶縁性高熱伝導部材に比べて熱伝導率が高い。本実施形態において、導電性熱伝導樹脂部材77は、異方性導電性熱伝導樹脂部材である。In this embodiment, a conductive heat
The conductive heat
異方性導電性熱伝導樹脂部材は、第1搭載基板部58a、第2搭載基板部58bに実装された電子部品71−75から発生する熱を導電性熱伝導樹脂部材77の外方に位置する銅線59aに向けて移動させる。
The anisotropic conductive heat conductive resin member positions heat generated from the electronic components 71-75 mounted on the first mounting
そして、導電性熱伝導樹脂部材77の内部には高熱伝導性部材である銅線59aの先端部が配設してある。銅線59aは、予め定めた外径の単線であり、その基端部が撮像素子51から離間した例えば操作部6内において露出された状態で設けられている。
And the front-end | tip part of the
この結果、導電性熱伝導樹脂部材77の外方に向けて移動された熱は、銅線59aの先端部に伝導された後、基端部方向に移動されて、放熱される。
As a result, the heat moved toward the outside of the conductive heat
このように、絶縁部材76である絶縁薄膜を撮像素子51の外表面、第1電子部品配線層58w1の表面及び該配線層58w1に実装された電子部品71、72、73の表面、第2電子部品配線層58w2の表面及び該配線層58w2に実装された電子部品74、75の表面等に設けた上で、絶縁薄膜上に導電性熱伝導樹脂部材77を充填して該導電性熱伝導樹脂部材77を絶縁薄膜に密着させている。
As described above, the insulating thin film as the insulating
この結果、導電性熱伝導樹脂部材77と、電子部品配線層58w1、58w2、電子部品71−75と、の絶縁を絶縁薄膜によって確保することができる。
As a result, the insulation between the conductive heat
また、搭載基板部58a、58bに実装された電子部品71−75と、導電性熱伝導樹脂部材77と、が絶縁薄膜によって絶縁されていることによって、該電子部品71−75から発生する熱を絶縁薄膜を介して効率良く導電性熱伝導樹脂部材77に伝達することができる。
絶縁薄膜は、薄ければ薄いほど電子部品71−75から発生した熱を効率良く導電性熱伝導樹脂部材77に伝達する。In addition, since the electronic components 71-75 mounted on the mounting
The thinner the insulating thin film, the more efficiently the heat generated from the electronic components 71-75 is transferred to the conductive heat
また、導電性熱伝導樹脂部材77を異方性導電性熱伝導樹脂部材としたことにより、電子部品71−75から発生する熱を、導電性熱伝導樹脂部材77の外方に位置する銅線59aに向けて移動させることができる。言い替えれば、電子部品71−75から発生する熱は、異方性導電性熱伝導樹脂部材によって撮像素子51に向かって移動することが防止されている。
Further, the conductive heat
これらの結果、電子部品71−75から発生する熱は、導電性熱伝導樹脂部材77に伝導された後、放熱用ケーブル59の銅線59aに伝導されて放熱されていく。したがって、電子部品71−75から発生する熱が撮像素子51に伝導されて、該撮像素子51の温度が電子部品71−75から発生する熱によって上昇することをより確実に防止することができる。
As a result, the heat generated from the electronic components 71-75 is conducted to the conductive heat
なお、上述した実施形態において、導電性熱伝導樹脂部材77の内部に予め定めた外径の単線である銅線59aの先端部を配設する、としている。しかし、導電性熱伝導樹脂部材77の内部に配設される銅線59aは、単線に限定されるものでは無く、図4Aに示すように複数の素線59cを配設するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the tip of the
本実施形態の放熱用ケーブル59は、撚り線59bを有し、1本の撚り線59bは、複数の銅線である素線59cを一纏めにして構成されている。そして、導電性熱伝導樹脂部材77の内部には、撚り線59bをほぐした複数の素線59cが分散して配設されている。
The
この構成によれば、導電性熱伝導樹脂部材77の内部に複数の素線59cを予め定めた間隔で分散配置させて、電子部品71−75から発生して導電性熱伝導樹脂部材77に伝導された熱を複数の素線59cに伝導させて、より効率良く放熱用ケーブル59による放熱を行うことができる。
According to this configuration, the plurality of
なお、図4Bに示すように導電性熱伝導樹脂部材77の内部に高熱伝導部材である例えば銅板を予め定めた形状に形作った板状部材59dを配置し、該板状部材59dの一面または他面に複数の素線59cを予め定めた間隔で分散配置させるようにしてもよい。
As shown in FIG. 4B, a plate-
この構成によれば、電子部品71−75から発生して導電性熱伝導樹脂部材77に伝導された熱を、板部材59dに伝導させた後、複数の素線59cに伝導させて、より効率的な放熱を実現することができる。
According to this configuration, the heat generated from the electronic components 71-75 and conducted to the conductive heat
また、図5に示すように銅線59a(あるいは撚り線59b)を、例えば、第1グランド層58g1に電気的に接続された貫通ビア58hの接続部58jに電気的に接続させるようにしてもよい。
この結果、導電性熱伝導樹脂部材77がグランドレベルになり、内視鏡2の先端部8に電気的に独立したグランドを設けて先端部8の細径化を妨げること無く画質向上を実現できる。Further, as shown in FIG. 5, the
As a result, the conductive heat
尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
Claims (6)
前記基板に実装される電子部品であって発熱体と成り得る高発熱素子と、
前記基板の表面、該基板に実装された前記固体撮像素子の外表面、当該基板に実装される前記高発熱素子の外表面、及び該高発熱素子以外の電子部品の外表面を覆う絶縁部材と、
前記絶縁部材に密着して設けられる導電性熱伝導樹脂部材と、
一端部と他端部とを有し、前記一端部が前記導電性熱伝導樹脂部材内に配設され、前記他端部が前記基板から予め定めた距離離間した位置に配置される放熱部材と、
を具備することを特徴とする撮像ユニット。A substrate on which a solid-state image sensor is mounted;
A high heating element that can be a heating element, which is an electronic component mounted on the substrate,
An insulating member that covers a surface of the substrate, an outer surface of the solid-state imaging device mounted on the substrate, an outer surface of the high heat generating element mounted on the substrate, and an outer surface of an electronic component other than the high heat generating element; ,
A conductive thermal conductive resin member provided in close contact with the insulating member;
A heat dissipating member having one end and another end, the one end being disposed in the conductive heat conductive resin member, and the other end being disposed at a predetermined distance from the substrate; ,
An imaging unit comprising:
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