WO2014208171A1 - 撮像モジュールおよび内視鏡装置 - Google Patents
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Abstract
撮像モジュール40は、受光面を有した固体撮像素子44と、固体撮像素子44を光軸方向に投影した投影領域である撮像素子投影領域の内側に位置し固体撮像素子44の裏面と接続固定される接続部461を先端側に有し、後端側が光軸方向に延出し配設され、電子部品55~57を実装した積層基板46と、内周面が固体撮像素子44および積層基板46と離間した状態で、固体撮像素子44および実装基板46の接続部461を光軸方向に沿って覆う両端が開口したスリーブ状の金属製の補強部材52とを備え、積層基板46は、接続部461より後端側において、補強部材52の後端から所定の距離以上離間した状態で、撮像素子投影領域の外側に突出する突出部462u,462dを有する。
Description
本発明は、撮像モジュールおよび撮像モジュールが先端に設けられた挿入部を備えた内視鏡装置に関する。
従来から、医療分野および工業分野において、各種検査のために内視鏡装置が広く用いられている。このうち、医療用の内視鏡装置は、患者等の被検体の体腔内に、先端に撮像素子が設けられた細長形状をなす可撓性の挿入部を挿入することによって、被検体を切開せずとも体腔内の体内画像を取得でき、さらに、必要に応じて挿入部先端から処置具を突出させて治療処置を行うことができるため、広く用いられている。
このような内視鏡装置では、挿入部先端内部の硬い保持枠に、撮像素子を含む撮像モジュールや、被写体像を撮像素子表面に設けられた受光面に結像するレンズユニットが嵌め込まれる。そして、撮像モジュールとして、撮像素子を駆動するための電子部品が実装された実装基板が、撮像素子の投影領域内に収まるように配置される。また、例えば内視鏡装置の場合、挿入部が湾曲することにより、挿入部内に延設された信号ケーブルを介して撮像素子と実装基板との接続部に応力が加わるおそれがある。このような外力が加わることにより、撮像素子と実装基板との接続部が破損することを防止するため、少なくとも撮像素子と実装基板との接続部を外力から保護するための金属製の補強部材が挿入部先端の保持枠に嵌め込まれる(たとえば、特許文献1参照)。ここで、外部からの静電気や外乱ノイズの撮像素子や実装基板、電子部品への影響を防止するために、補強部材は、撮像素子や実装基板、電子部品から十分に離間した状態で設置され、撮像素子や実装基板、電子部品に対し絶縁されている。
ところで、医療用の内視鏡装置においては、挿入部の細径化のほかに、挿入部の操作性を向上させるために、挿入部先端の硬質部分の長さを縮めたいという要望が強い。従来の構成では、光軸方向に延出する実装基板と補強部材との間の空間を十分に保持しながら実装基板全体を覆うように補強部材が配設されている。しかしながら、挿入部の細径化のために補強部材を太くせずに、電子部品および信号線が接続される接続ランドを設置するには、実装基板を光軸方向に伸ばさざるを得ず、挿入部先端の硬質部分の長さを縮めるにも限界があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、実装基板を光軸方向に伸ばさずとも、電子部品および接続ランドを配置可能な撮像モジュールおよび内視鏡装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる撮像モジュールは、表面に光を受光する受光面を有した固体撮像素子と、前記固体撮像素子を光軸方向に投影した投影領域である撮像素子投影領域の内側に位置し前記固体撮像素子の裏面と接続固定される接続部を先端側に有し、後端側が前記光軸方向に延出し配設され、電子部品を実装した実装基板と、両端が開口したスリーブ状であって、内周面が前記固体撮像素子および前記実装基板と離間した状態で、前記固体撮像素子および前記実装基板の前記接続部を光軸方向に沿って覆う、金属製の補強部材と、を備え、前記実装基板は、前記接続部より後端側において、前記補強部材の後端から所定の距離以上離間した状態で、前記撮像素子投影領域の外側に突出する突出部を有することを特徴とする。
本発明によれば、実装基板を光軸方向に伸ばさずとも、電子部品および接続ランドを配置可能な撮像モジュールおよび内視鏡装置を提供することができる。
以下の説明では、本発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」という)として、撮像ユニットを備えた内視鏡装置について説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1にかかる内視鏡システムの全体構成を模式的に示す図である。図1に示すように、内視鏡装置1は、内視鏡2と、ユニバーサルコード6と、コネクタ7と、光源装置9と、プロセッサ(制御装置)10と、表示装置13とを備える。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる内視鏡システムの全体構成を模式的に示す図である。図1に示すように、内視鏡装置1は、内視鏡2と、ユニバーサルコード6と、コネクタ7と、光源装置9と、プロセッサ(制御装置)10と、表示装置13とを備える。
内視鏡2は、挿入部4を被検体の体腔内に挿入することによって、被検体の体内画像を撮像し撮像信号を出力する。ユニバーサルコード6内部の電気ケーブル束は、内視鏡2の挿入部4の先端まで延伸され、挿入部4の先端部31に設けられる撮像装置に接続する。
コネクタ7は、ユニバーサルコード6の基端に設けられ、光源装置9およびプロセッサ10に接続され、ユニバーサルコード6と接続する先端部31の撮像装置が出力する撮像信号に所定の信号処理を施すとともに、撮像信号をアナログデジタル変換(A/D変換)して画像信号として出力する。
光源装置9が点灯するパルス状の白色光は、コネクタ7、ユニバーサルコード6を経由して内視鏡2の挿入部4の先端から被写体へ向けて照射する照明光となる。光源装置9は、例えば、白色LEDを用いて構成される。
プロセッサ10は、コネクタ7から出力される画像信号に所定の画像処理を施すとともに、内視鏡装置1全体を制御する。表示装置13は、プロセッサ10が処理を施した画像信号を表示する。
内視鏡2の挿入部4の基端側には、内視鏡機能を操作する各種ボタン類やノブ類が設けられた操作部5が接続される。操作部5には、被検体の体腔内に生体鉗子、電気メスおよび検査プローブ等の処置具を挿入する処置具挿入口17が設けられる。
挿入部4は、撮像装置が設けられる先端部31と、先端部31の基端側に連設された複数方向に湾曲自在な湾曲部32と、この湾曲部32の基端側に連設された可撓管部33とによって構成される。湾曲部32は、操作部5に設けられた湾曲操作用ノブの操作によって湾曲し、挿入部4内部に挿通された湾曲ワイヤの牽引弛緩にともない、たとえば上下左右の4方向に湾曲自在となっている。
内視鏡2には、光源装置9からの照明光を伝送するライトガイドバンドル(不図示)が配設され、ライトガイドバンドルによる照明光の出射端に照明レンズ(不図示)が配置される。この照明レンズは、挿入部4の先端部31に設けられており、照明光が被検体に向けて照射される。
次に、内視鏡2の先端部31の構成について詳細に説明する。図2は、内視鏡2先端の部分断面図である。図2は、内視鏡2の先端部31に設けられた撮像ユニットの基板面に対して直交する面であって撮像ユニットの光軸方向と平行な面で切断した場合の断面図である。図2においては、内視鏡2の挿入部4の先端部31と、湾曲部32の一部を図示する。
図2に示すように、湾曲部32は、後述する被覆管42内側に配置する湾曲管81内部に挿通された湾曲ワイヤ82の牽引弛緩にともない、上下左右の4方向に湾曲自在である。この湾曲部32の先端側に延設された先端部31内部に、撮像装置35が設けられる。
撮像装置35は、レンズユニット43と、レンズユニット43の基端側に配置する撮像ユニット36とを有し、接着剤41aで先端部本体41の内側に接着される。先端部本体41は、撮像装置35を収容する内部空間を形成するための硬質部材で形成される。先端部本体41の基端外周部は、柔軟な被覆管42によって被覆される。先端部本体41よりも基端側の部材は、湾曲部32が湾曲可能なように、柔軟な部材で構成されており、挿入部4における硬質部分は、先端部本体41が配置する先端部31となる。この硬質部分の長さLaは、挿入部4先端から先端部本体41の基端までとなる。なお、長さLbは、挿入部4先端の外径に対応する。
レンズユニット43は、複数の対物レンズ43a-1~43a-4と、対物レンズ43a-1~43a-4を保持するレンズホルダ43bとを有し、このレンズホルダ43bの先端が、先端部本体41内部に挿嵌固定されることによって、先端部本体41に固定される。
撮像ユニット36は、表面に光を受光する受光面を有したCCDまたはCMOSなどの固体撮像素子44、固体撮像素子44から延出する基板45、固体撮像素子44の駆動回路を含む電子部品55~58を実装した積層基板46、ならびに、固体撮像素子44の受光面を覆った状態で固体撮像素子44に接着するガラスリッド49を備えた撮像モジュール40と、固体撮像素子44を駆動するために固体撮像素子44と電気的に接続される複数の信号ケーブル48とを備える。積層基板46は、電子部品55~58を実装しており、特許請求の範囲における実装基板として機能する。各信号ケーブル48の先端は、基板45および積層基板46に設けられたケーブル接続ランド(不図示)に電気的かつ機械的に接続する。複数の信号ケーブル48は、電気ケーブル束47にまとめられ、基端方向に延伸する。
各信号ケーブル48の基端は、挿入部4の基端方向に延伸する。電気ケーブル束47は、挿入部4に挿通配置され、図1に示す操作部5およびユニバーサルコード6を介して、コネクタ7まで延設されている。
レンズユニット43の対物レンズ43a-1~43a-4によって結像された被写体像は、対物レンズ43a-1~43a-4の結像位置に配設された固体撮像素子44によって光電変換されて電気信号である撮像信号に変換される。撮像信号は、基板45および積層基板46に接続する信号ケーブル48およびコネクタ7を経由して、プロセッサ10に出力される。
固体撮像素子44は、接着剤54bによって、基板45および積層基板46と接着する。固体撮像素子44と、固体撮像素子44および基板45の接続部と、固体撮像素子44および積層基板46の接続部は、両端が開口したスリーブ状の金属材料で形成された補強部材52に覆われる。矢印Yaのように外部から流れ込んだ静電気や外乱ノイズの、基板45上の電子部品55~58や基板45上の配線パターン(不図示)に対する影響を防止するために、補強部材52は、固体撮像素子44および基板45から、離間して設置される。
撮像ユニット36および電気ケーブル束47の先端部は、耐性向上のために、熱収縮チューブ50によって外周が被覆される。熱収縮チューブ50内部は、接着樹脂51によって部品間の隙間が埋められている。補強部材52の外周面と熱収縮チューブ50の先端側内周面との間は、隙間無く接触する。
固体撮像素子ホルダ53は、固体撮像素子ホルダ53の基端側内周面にガラスリッド49の外周面が嵌めこまれることによって、ガラスリッド49に接着する固体撮像素子44を保持する。固体撮像素子ホルダ53の基端側外周面は、補強部材52の先端側内周面に嵌合する。固体撮像素子ホルダ53の先端側内周面には、レンズホルダ43bの基端側外周面が嵌合する。このように各部材同士が嵌合した状態で、レンズホルダ43bの外周面、固体撮像素子ホルダ53の外周面、ならびに、熱収縮チューブ50の先端側外周面が、接着剤41aによって先端部本体41の先端の内周面に固定される。
次に、撮像モジュール40について説明する。図3は、撮像モジュール40の平面図であり、基板45の上方から撮像モジュール40を見た図である。図3では、説明のために、補強部材52を、基板45面と平行な面で切断した状態で示す。図4は、図3のA-A線断面図であり、撮像モジュール40を基板45面に対して鉛直、かつ、固体撮像素子44の光軸方向と平行な面で切断した場合の断面図である。図5は、図3のB-B線断面図であり、撮像モジュール40を固体撮像素子44の光軸方向の鉛直面で切断した場合の断面図である。図3~図5では、固体撮像素子44の光軸方向に対応する軸をx軸とする。また、基板45面と平行、かつ、固体撮像素子44の光軸方向と直交する方向に対応する軸をy軸とする。また、図3~図5では、基板45面に対する鉛直面と平行、かつ、固体撮像素子44の光軸方向と直交する方向に対応する軸をz軸とする。図3~図5では、接着樹脂51の図示は省略する。
図3~図5に示すように、撮像モジュール40においては、固体撮像素子44の下部電極(不図示)と基板45裏面の電極(不図示)とは、インナーリード54aによって電気的に接続される。インナーリード54aは、基板45の先端にて略90°に折り曲げられ、接着剤によって固体撮像素子44と基板45とに固定されている。
基板45は、硬質基板であり、固体撮像素子44側である先端側で固体撮像素子44に接続固定され、後端側が、固体撮像素子44の光軸方向に延出して配設される。この基板45表面には、複数の層が積層した硬質の積層基板46が形成される。図4の例では、積層基板46として5層の層が積層する。積層基板46の先端側の側面は、接着剤54bによって固体撮像素子44の裏面に接続固定され、積層基板46の後端側は、固体撮像素子44の光軸方向に延出して配設される。積層基板46の後端側は、基板45の後端よりも、固体撮像素子44の光軸方向に延出している。また、固体撮像素子44は、裏面の接着剤54bによって基板45の上面の一部と接着する。基板45は、実装基板である積層基板46と、固体撮像素子44とを電気的に接続し、特許請求の範囲における接続基板として機能する。
補強部材52は、中空部の開口方向が光軸に平行であり、固体撮像素子44と、後述する固体撮像素子44および基板45の接続部451と、後述する固体撮像素子44および積層基板46の接続部461とを、光軸方向に沿って覆うことによって外力から保護する。補強部材52の内周面は、基板45上の電子部品55~58や基板45上の配線パターンに対する静電気や外乱のノイズの影響を防止するために、固体撮像素子44、基板45、積層基板46ならびに電子部品55~58から、一定の距離N1以上離れた場所に位置する。この距離N1は、静電気耐性や外乱ノイズ耐性に基づいて設定される。
積層基板46の最上層表面には、電子部品55~57が実装される。積層基板46の第2層裏面には、電子部品58が実装される。実施の形態1では、複数の電子部品55~57のうち最も高さが低い電子部品55を、固体撮像素子44に最も近い位置に配置することによって、補強部材52の内周面と電子部品55との間隔を、静電気耐性や外乱ノイズ耐性を確保できる距離N2(≧N1)まで広げている。
積層基板46には、信号ケーブル48先端の導体48aが電気的かつ機械的に接続するケーブル接続ランド59が設けられる。導体48aは、ケーブル接続ランド59にはんだ付けされることによって、積層基板46に接続される。導体48aは、ケーブル接続ランド59に接続する先端以外は、被覆体48bによって被覆される。
図3の例では、積層基板46の最上層表面に、三箇所のケーブル接続ランド59が設けられる。また、ケーブル接続ランドは、積層基板46の第2層裏面にも設けられる(不図示)。ケーブル接続ランド59は、いずれも、電子部品55~58に対し、固体撮像素子44側と光軸方向に沿って反対側の基端側に設けられる。ケーブル接続ランドが電子部品よりも固体撮像素子側にある場合には、電子部品上で信号ケーブル同士が干渉し、この結果、撮像ユニット全体の外形が大きくなってしまう場合がある。実施の形態1では、ケーブル接続ランド59が基端側に設けられるため、電子部品55~58上で信号ケーブル48同士が干渉することがなく、信号ケーブル48同士の干渉に起因して外形が大きくなることもない。また、ケーブル接続ランド59が同一のランド面に複数設けられる場合には、ランド面に設けられる複数のケーブル接続ランド59は、y軸と平行である同一の直線上に並んで位置するように設けられる。
ここで、基板45は、図3に示すように、固体撮像素子44側である先端側に固体撮像素子44と接続固定される接続部451を有し、接続部451よりも後端側に突出部452u,452dを有する。
基板45の接続部451は、固体撮像素子44を光軸方向であるx軸方向に投影した投影領域である撮像素子投影領域の内側に位置する。基板45の接続部451は、接着剤54bによって固体撮像素子44の裏面と接続する部分を含む。接続部451は固体撮像素子44を光軸方向に投影した撮像素子投影領域の内側に位置するため、図3のようにz軸方向で平面視した場合には、基板45の接続部451のx軸方向への投影領域におけるy軸方向の幅W451は、撮像素子投影領域のy軸方向の幅W44よりも小さくなる。
基板45の突出部452u,452dは、補強部材52の外周を光軸方向であるx軸方向に投影した補強部材投影領域から、y軸方向に突出するように形成される。したがって、z軸方向で平面視した場合、突出部452u,452dを有する基板45の後端側をx軸方向に投影した投影領域におけるy軸方向の幅W452は、補強部材52のy軸方向の外径W52よりも大きくなる。
そして、積層基板46も基板45と同様に、図3に示すように、固体撮像素子44側である先端側に固体撮像素子44の裏面と接続固定される接続部461を有し、接続部461よりも後端側において、突出部462u,462dを有する。
積層基板46の接続部461は、前述した撮像素子投影領域の内側に位置する。したがって、図3のようにz軸方向で平面視した場合には、積層基板46の接続部461のx軸方向への投影領域におけるy軸方向の幅W461が、撮像素子投影領域のy軸方向の幅W44よりも小さくなる。
積層基板46の突出部462u,462dは、補強部材52の後端から所定の距離N1以上離間した状態で、撮像素子投影領域の外側に突出する。具体的には、図3のようにz軸方向で平面視した場合、突出部462u,462dは、補強部材52の後端から所定の距離N1以上離間した状態で、補強部材52の光軸方向の領域において、y軸方向の上および下にそれぞれ突出する。この突出部462u,462dがあるため、z軸方向で平面視した場合には、積層基板46の後端側をx軸方向に投影した投影領域におけるy軸方向の幅W462は、積層基板46の接続部461のx軸方向への投影領域におけるy軸方向の幅W461よりも大きくなる。また、図3の例では、突出部462uは、前述した補強部材投影領域から、y軸方向に突出するように形成される。
ここで、従来技術にかかる撮像モジュールについて説明する。図6は、従来技術にかかる撮像モジュールの平面図であり、基板表面を上方から見た図である。図6に示す従来の撮像モジュール140では、静電気耐性や外乱ノイズ耐性を確保するために、補強部材52の内周面から一定の距離N1を取って固体撮像素子44を配置する。同様に、長方形状に形成される基板145および積層基板146の双方も、静電気耐性や外乱ノイズ耐性の確保のために、それぞれの端部が補強部材52の内周面からN1以上の距離を取って位置するように、接続部の幅が設定されており、その幅のまま、x軸方向に延出する。そして、従来の構成では、z軸方向で平面視した場合、基板145および積層基板146に加え、電子部品および信号ケーブルも含めた撮像ユニットの構成部品が、固体撮像素子44をx軸方向に投影した投影領域内に配置される。このため、z軸方向で平面視した場合、基板145は、基板145をx軸方向に投影した投影領域におけるy軸方向の幅W145が、固体撮像素子44のy軸方向の幅W44よりも小さい長方形に形成されている。積層基板146も、基板145と同様に、積層基板146をx軸方向に投影した投影領域におけるy軸方向の幅W146が、幅W44よりも小さい長方形に形成されている。
この積層基板146上に、接続ランドを含めて長さW57(>W44)の幅が必要となる電子部品57を実装する場合について説明する。図6の場合には、積層基板146のy軸方向の幅W146が長さW57に足りないため、電子部品57の短手方向がx軸と平行となるようには実装できず、図6のように、電子部品57の長手方向がx軸と平行となるように実装せざるを得ない。したがって、積層基板146上に電子部品57を含む電子部品55~57を設置するためには、積層基板146をx軸方向に伸ばさざるを得ず、電子部品57の長手方向がy軸と平行になるように実装した場合と比較すると、撮像モジュール140のx軸方向の長さLapは長くなってしまっていた。
また、従来の撮像モジュールでは、基板145および積層基板146のy軸方向の幅W145,W146が狭いため、複数のケーブル接続ランド159の全てを、y軸と平行な同一直線上に並べることができず、図6に示すように、複数のケーブル接続ランド159をx軸方向にずらして配置せざるを得ない場合があり、積層基板146のx軸方向の長さがさらに長くなってしまっていた。このように、従来の構成では、積層基板がx軸方向に長くならざるを得なかったため、これにともない、挿入部先端の先端部本体のx軸方向の長さも長くなってしまい、挿入部先端の硬質部分の長さの短縮化にも限界があった。
これに対し、図3に示す積層基板46においては、接続部461よりも後端側において二つの突出部462u,462dが形成される。同様に、基板45においても、接続部451よりも後端側において二つの突出部452u,452dが形成される。したがって、基板45および積層基板46は、後端側部分がy軸方向に大きく拡張されることとなる。
このように、積層基板46は、接続部461よりも後端側でy軸方向に拡張されるため、積層基板46をx軸方向に伸ばさずとも、電子部品57の長手方向がy軸と平行となるように積層基板46に電子部品57を実装することができる。すなわち、電子部品57の短手方向がx軸と平行となるように積層基板46に電子部品57を実装することができる。また、積層基板46は、後端側部分がy軸方向に拡張しているため、三箇所のケーブル接続ランド59のいずれも、y軸と平行な同一直線上に並んで位置させることができ、ケーブル接続ランド59に要するx軸方向の長さも最小限に設定できる。
したがって、撮像モジュール40においては、図6に示す撮像モジュールの先端部の外径が従来の撮像モジュール140と同じ径Lb1である場合には、従来の撮像モジュール140のx軸方向の長さLapと比較して、撮像モジュール40のx軸方向の長さLa1を小さくすることができる。
また、図3に示す基板45および積層基板46の接続部451,461は、撮像素子投影領域内に配置しており、固体撮像素子44と同様に、補強部材52の内周面から距離N1分離間した状態を保持する。したがって、撮像モジュール40においては、固体撮像素子44、基板45、積層基板46ならびに電子部品55~58のいずれもが、補強部材52から、静電気耐性や外乱ノイズ耐性を確保できる一定の距離N1以上離れて位置するため、静電気や外乱ノイズに対する耐性も確保できる。
また、補強部材52の光軸方向の領域であって、基板45の突出部452u,452dと積層基板46の突出部462u,462dとが位置する領域は、図6の領域S10に示すように、従来においては、部材が配置されず接着樹脂がただ充填されるだけのデッドスペースであったため、積層基板46および基板45に突出部462u,462d,452u,452dを設けても、他の部材の配置や動作に影響を及ぼすことはない。
このように、実施の形態1では、従来ではデッドスペースとなっていた補強部材52の光軸方向のスペースを有効利用することによって、基板45および積層基板46の後端側部分を拡張しており、積層基板46を光軸方向に伸ばさずとも、電子部品55~58およびケーブル接続ランド59を配置することが可能になる。
なお、実施の形態1では、図7に示す撮像モジュール40Aのように、積層基板46Aの突出部462Au,462Adを、前述した補強部材投影領域の内側に位置させてもよい。同様に、基板45Aの突出部452Au,452Adを、補強部材投影領域の内側に位置させてもよい。したがって、撮像モジュール40Aにおいては、z軸方向で平面視した場合、積層基板46Aの後端側をx軸方向に投影した投影領域におけるy軸方向の幅W462Aと、基板45Aの後端側をx軸方向に投影した投影領域におけるy軸方向の幅W452Aとは、補強部材52の外径W52以下の幅になる。さらに、この撮像モジュール40Aに実装される電子部品55~58と、撮像モジュール40Aに接続する信号ケーブル48とを、補強部材投影領域内に配置した場合には、熱収縮チューブ50は、基板45Aおよび積層基板46Aの形状によらず、補強部材52の外径W52とほぼ同じ内径を保持して撮像ユニット全体を被覆する。このため、この場合には、撮像モジュール40Aを有する撮像ユニットの外径が光軸方向に沿った先端から後端までほぼ同径となることから、部品組み入れも容易化できる。
また、図8の撮像モジュール40Bに示すように、基板45Bおよび積層基板46Bのy軸方向下側の領域R2のみに突出部452Ad,462Adを設けて、突出部のない片側の領域R1を含む空間S10Bを他の部材のスペースに振り分けてもよい。
また、図3、図7および図8に示す撮像モジュール40,40A,40Bのように基板および積層基板の後端側をy軸方向に沿って幅広くするほか、図9の撮像モジュール40Cに示すように、積層基板46の後端側を積層基板46の積層方向であるz軸方向に厚くすることによって突出部を形成してもよい。撮像モジュール40Cを構成する積層基板46Cは、積層基板46の後端側の上面に第7層46C-7と第8層46C-8とが形成され、積層基板46の後端側の下面に第1層46C-1と第2層46C-2とがさらに形成されて、後端側が先端側よりも厚くなる。したがって、図9に示すように撮像モジュール40Cを基板45面に対して鉛直、かつ、固体撮像素子44の光軸方向と平行な面で切断した場合の断面をy軸方向で平面視した場合、積層基板46Cの第1層46C-1は、上述した固体撮像素子投影領域からz軸方向の下方向に突出した突出部となる。この場合、積層基板46Cの後端側のx軸方向への投影領域におけるz軸方向の大きさT462Cは、積層基板46Cの先端側の接続部461のx軸方向への投影領域における大きさT461Cよりも大きくなるため、積層基板46Cの後端側内部において配線スペースを確保できる。また、実装基板として、積層基板46Cに加えて電子部品55,56,57C,58も含めた場合には、積層基板46Cの後端側であって電子部品57C,58を含む部分をx軸方向に投影し、その投影領域におけるz軸方向の大きさT57Cが、撮像素子投影領域におけるz軸方向の大きさT44よりも大きくなるように構成してもよい。そして、大きさT57Cを、補強部材52の外径W52以下にして、撮像モジュール40Cを有する撮像ユニットの外径が先端から後端までほぼ同径となるようにしてもよい。このように、実施の形態1では、積層基板の後端側に設けられる突出部は、撮像素子投影領域の外側に突出するように形成すれば、図中のz軸方向およびy軸方向のいずれの方向に突出していてもよい。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2について説明する。図10は、実施の形態2における撮像ユニットを示す部分断面図である。図10は、実施の形態2における撮像ユニットを構成する撮像素子の受光領域表面に対して鉛直な面で切断した場合の断面図である。
次に、実施の形態2について説明する。図10は、実施の形態2における撮像ユニットを示す部分断面図である。図10は、実施の形態2における撮像ユニットを構成する撮像素子の受光領域表面に対して鉛直な面で切断した場合の断面図である。
図10に示すように、実施の形態2における撮像ユニット236は、基端側に8層の層が積層する積層基板246を有する。積層基板の表側および裏側のそれぞれには、電子部品55~58が実装されるとともに基端側に信号ケーブル48の導体481a,482aが接続されるケーブル接続ランド(不図示)が設けられる。
図10に示すように、積層基板246の第5層246-5の上面Pt246-5に、電子部品55~57が実装される。そして、積層基板246の最上層の第8層246-8の上面Pt246-8に、信号ケーブル48の導体481aが接続するケーブル接続ランドが設けられる。したがって、ケーブル接続ランドが設けられたランド面である上面Pt246-8は、電子部品55~57の実装面である上面Pt246-5と異なる面となる。そして、ランド面である上面Pt246-8は、実装面である上面Pt246-5からz軸上方に三層分の段差を介した面に対応する。したがって、ランド面である上面Pt246-8は、実装面である上面Pt246-5から、この実装面である上面Pt246-5の鉛直方向に向かって、段差を介して離れた場所に設けられる。
そして、導体481aの上面の高さは、この導体481aを有する信号ケーブルに最も近接して実装された電子部品57の上面の高さと同等の高さになるように設定される。図10の場合には、導体481aを有する信号ケーブルに最も近接して実装された電子部品57の上面Pt57の高さと、第8層246-8のケーブル接続ランドに接続された導体481aの上面Pt481の高さとが、ほぼ同じ高さとなるように、実装面Pt57からの積層基板246の厚みHt246が設定される。言い換えると、実装面Pt246-5と電子部品57の上面Pt57とのz軸方向の距離Ht57と、実装面Pt246-5と導体481aの上面Pt481とのz軸方向の距離Ht48とが、同等となるように、実装面Pt246-5からの積層基板246の厚みHt246が設定される。
これは、積層基板246の裏側に電子部品が実装される場合も同様である。この例として、積層基板246の第2層246-2の下面Pb246-2に実装される電子部品58と、積層基板246の第1層246-1の下面Pb246-1上のケーブル接続ランドに接続する信号ケーブルの導体482aについて説明する。この場合も、導体482aを有する信号ケーブルに最も近接して実装された電子部品58の下面Pb58の高さと、ランド面である第1層246-1の下面Pb482の高さとが、ほぼ同じ高さとなるように、実装面Pb246-2からの積層基板246の厚みHb246が設定される。言い換えると、実装面Pb246-2と電子部品58の下面Pb58とのz軸方向の距離Hb58と、実装面Pb246-2と導体482aの下面Pb482とのz軸方向の距離Hb48とが、ほぼ同等となるように、実装面Pb246-2からの積層基板246の厚みHb246が設定される。このように、実施の形態2においては、信号ケーブル48におけるケーブル接続ランドのランド面とは反対側の非接触面と、電子部品の実装面との実装面の鉛直方向における距離は、該信号ケーブルに最も近接して実装された電子部品と実装面との実装面の鉛直方向における距離と同等とされる。なお、信号ケーブル48におけるケーブル接続ランドのランド面とは反対側の非接触面と電子部品の実装面との実装面の鉛直方向における距離、および、該信号ケーブルに最も近接して実装された電子部品と実装面との実装面の鉛直方向における距離は、完全に一致する必要はなく、積層基板の厚さのばらつき、各部材の大きさのばらつき、実装精度のばらつき、1回あたりに塗布されるはんだ量のばらつき、ならびに、接触するはんだごてのずれ幅などの各ばらつきを考慮した誤差範囲内で同等であれば足りる。
ケーブル接続ランドと実装面とが同一平面に設けられている従来の構成においては、ケーブル接続ランドからはんだが実装面まで流れ出て電子部品とケーブル接続ランドとの間がショートすることを防止するために、電子部品とケーブル接続ランドとの間を広く空ける必要があった。この結果、従来の構成においては、積層基板のx軸方向の長さを長くしなければならず、これにともない、内視鏡挿入部先端の硬質部分長も長くなっているという問題があった。
これに対し、本実施の形態2における撮像ユニット236においては、ケーブル接続ランドが設置される領域に積層基板の層数を多くすることによって、電子部品とケーブル接続ランドとの間に段差を形成して実装面とケーブル接続ランドとの間の距離を長く取っている。このため、撮像ユニット236においては、図11の矢印Y10のようにはんだ61の流れ出しが生じた場合であっても、電子部品に到達するまでの距離が長いので、従来よりもケーブル接続ランドに接続される導体481aと電子部品57との間のショートは発生しにくくなる。
また、ケーブル接続ランドと実装面とが同一面上に設けられている従来の構成においては、信号ケーブルのはんだ付け工程のときに電子部品にはんだごての先端が接触するため、電子部品とケーブル接続ランドとの間を広く空ける必要があった。
これに対し、実施の形態2における撮像ユニット236においては、導体481aの上面Pt481が電子部品57の上面Pt57と同じ高さになるように、積層基板246の基端側の積層数を増やしてケーブル接続ランドのランド面の高さを嵩上げしている。この結果、撮像ユニット236においては、はんだごて60の先端方向に電子部品57が位置しなくなり、はんだごて60が電子部品57にぶつかることもない。
したがって、撮像ユニット236においては、電子部品57と、ケーブル接続ランドが形成される第8層246-8端部との間隔N10tを狭くしても、はんだ61の流れ出しに起因するショートやはんだごて60の干渉が発生しない。裏側も同様に、電子部品58とケーブル接続ランドが形成される第1層246-1端部との間隔N10bを狭くしたままでも、導体482aの下面Pb482が電子部品58の下面Pb58とほぼ同じ高さであるとともに実装面とケーブル接続ランドとの間の距離が長いため、はんだ61の流れ出しに起因するショートやはんだごて60の干渉が発生しない。このため、実施の形態2においては、撮像ユニット236の硬質部分の長さLa10を短縮して撮像ユニット236自体の小型化が可能になり、これにともない、内視鏡挿入部先端の硬質部分長の長さも低減することができる。
なお、実施の形態2においては、図12に示す撮像ユニット236Aのように、積層基板246Aにおいて、実装面である第5層246-5の上面Pt246-5に、金属部品261が設けられ、この金属部品261の上面P261にケーブル接続ランドを設けて、矢印Y11のようにケーブル接続ランドに接続する導体481aの上面Pt481Aの高さHt48Aを電子部品57の上面Pt57とほぼ同等となるように嵩上げしてもよい。この場合には、積層基板246Aの層数を厚くしなくともよいため、製造工程が簡易化でき、コスト低減を図ることができる。
また、図13に示す撮像ユニット236Bのように、積層基板246Bの第6層246B-6~第8層246B-8の厚さによっては、スペーサ262を介して導体481aをケーブル接続ランドに接続させることによって、矢印Y12のように導体481aの上面の高さHt48Bを電子部品57の上面Pt57と同じ高さとなるように調整してもよい。図14は、スペーサ262の右側面図である。図14に示すように、スペーサ262は、貫通孔262Hを有し、この貫通孔262Hに導体481aが挿通される。図12~図14に示すように、実施の形態2においては、基板体の基板の表面または積層基板のいずれかの層の表面に金属部品を実装して、ケーブル接続ランドを金属部品の表面に設けることによって、導体481aの高さを嵩上げしてもよい。
また、図15の撮像ユニット236Cのように、電子部品257とケーブル接続ランド59との間に、溝263を切ってもよい。図16は、図15のC-C線断面図である。図16に示すように、積層基板246Cの第5層246C-5に溝263が設けられ、この溝263に、はんだ61が溜まり、はんだ61が電子部品257まで流れてしまうことがない。このように、溝263を設けて、電子部品257とケーブル接続ランド59との間の距離を広く確保してもよい。なお、電子部品とケーブル接続ランドとのショートを防止するには、電子部品257の実装面とケーブル接続ランド59のランド面との間にはんだ61が溜まる程度の窪みが積層基板の表側に設けられれば足りるため、必ずしも、積層基板246Cのy軸方向の全長全てにわたって溝263を切らなくてもよい。
また、三箇所のケーブル接続ランドは、図15の撮像ユニット236Cのように、電子部品257と、この電子部品257の二つの部品接続ランド57Rをx軸に投影した投影領域内に全て設置するほか、図17の撮像ユニット236Dのように、積層基板246D上の三箇所のうち一箇所のケーブル接続ランド259Dを、電子部品257と部品接続ランド57Rとのx軸への投影領域から外れた位置に設置してもよい。なお、実施の形態2においても、ケーブル接続ランドは、同一のランド面に複数設けられ、ランド面に設けられる複数のケーブル接続ランドは、実装基板である積層基板の長手方向と直交し、かつ、ランド面と平行である同一の直線上に並んで位置することは、実施の形態1と同様である。
図18は、図17のD-D線断面図である。電子部品257と部品接続ランド57Rとのx軸への投影領域内にケーブル接続ランドが全て設置されている場合と、一箇所のケーブル接続ランド259Dが電子部品257と部品接続ランド57Rとのx軸への投影領域から外れた位置に設置される場合とのいずれにおいても、図18のように、三本の導体48aの上面全てが、電子部品257の上面と、同じ高さとなるようにする。この場合には、三本の導体48aの上面が全て同じ高さに揃うため、パルスヒートツール264を用いることによって、三本の導体48a全てに対し、効率よく一度ではんだ付けを行うことができる。
さらに、図19の撮像ユニット236Eのように、径がそれぞれ異なる導体48a-1~48a-3を接続する場合には、これらの導体48a-1~48a-3の各上面の高さが同じ高さに揃うように、各導体直下の積層基板246Eの層の厚さを調整すればよい。たとえば、最も外径が小さい導体48a-1直下の積層基板246Eについては、層数を9層にする。導体48a-1の次に外径が小さい導体48a-2直下の積層基板246Eについては、層数を8層にする。最も外径が大きい導体48a-3直下の積層基板246Eについては、積層基板246Eの層数を7層にする。導体の高さが揃っていない場合にパルスヒートツールを用いて一度ではんだ付けを行うには、パルスヒートツールのツール面に各導体の高さにそれぞれ合致する段差を形成する必要があった。これに対し、撮像ユニット236Eにおいては、ケーブル接続ランドと逆側の非接触面と電子部品の実装面との実装面の鉛直方向における距離がいずれの信号ケーブルにおいても同等となるように、信号ケーブル径に応じて積層厚さが異なるように積層基板246Eを形成している。この結果、撮像ユニット236Eは、ケーブル接続ランドと逆側の非接触面と電子部品の実装面との実装面の鉛直方向における距離がいずれの信号ケーブルにおいても同等となるように、実装面の鉛直方向における実装面に対する距離を設定した複数の前記ランド面を有することとなるため、導体が接触するツール面P264が平坦なままのパルスヒートツール264だけを用いてはんだ付けができる。
また、実施の形態2においては、実装面が上部表面である場合には、ケーブル接続ランドが、電子部品の実装面から前記実装面の鉛直方向に向かって離れた場所に設けられるように、ケーブル接続ランドを電子部品の実装面よりも上面に形成した場合を主として説明したが、基板体の表面のうち電子部品の実装面とは異なる面にケーブル接続ランドを形成すれば、はんだの電子部品への流入は防止できるため、ケーブル接続ランドが設けられる面を、電子部品の実装面よりも下面に形成してもよい。また、実施の形態1,2においては、硬質基板を備えた撮像ユニットについて説明したが、もちろん、基板は、フレキシブルプリント基板であってもよい。また、実施の形態1,2においては、積層基板に電子部品を実装した例を説明したが、電子部品を実装する基板は、必ずしも、複数の層が積層された積層基板に限らず、一層で構成される硬質基板であってもよい。
(付記1)
光を受光する受光面を有した固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の光軸方向に前記固体撮像素子から延出し設けられ、前記固体撮像素子に電気的に接続された実装基板と、
前記実装基板の表側に実装され、前記固体撮像素子の駆動回路を含む電子部品と、
前記電子部品に電気的に接続された信号ケーブルと、
を備え、
前記実装基板の前記表側には、前記電子部品を実装する実装面と、前記実装面とは異なる面であり前記信号ケーブルが電気的に接続されるケーブル接続ランドが設けられたランド面と、が設けられることを特徴とする撮像ユニット。
光を受光する受光面を有した固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の光軸方向に前記固体撮像素子から延出し設けられ、前記固体撮像素子に電気的に接続された実装基板と、
前記実装基板の表側に実装され、前記固体撮像素子の駆動回路を含む電子部品と、
前記電子部品に電気的に接続された信号ケーブルと、
を備え、
前記実装基板の前記表側には、前記電子部品を実装する実装面と、前記実装面とは異なる面であり前記信号ケーブルが電気的に接続されるケーブル接続ランドが設けられたランド面と、が設けられることを特徴とする撮像ユニット。
(付記2)
前記ランド面は、前記実装面から前記実装面の鉛直方向に向かって段差部を介して離れた場所に設けられることを特徴とする付記1に記載の撮像ユニット。
前記ランド面は、前記実装面から前記実装面の鉛直方向に向かって段差部を介して離れた場所に設けられることを特徴とする付記1に記載の撮像ユニット。
(付記3)
前記信号ケーブルにおける前記ランド面とは反対側の非接触面と、前記実装面と、の前記実装面の鉛直方向における距離は、該信号ケーブルに最も近接し実装された前記電子部品の、前記実装面の鉛直方向における前記実装面からの距離と同等であることを特徴とする付記1または2に記載の撮像ユニット。
前記信号ケーブルにおける前記ランド面とは反対側の非接触面と、前記実装面と、の前記実装面の鉛直方向における距離は、該信号ケーブルに最も近接し実装された前記電子部品の、前記実装面の鉛直方向における前記実装面からの距離と同等であることを特徴とする付記1または2に記載の撮像ユニット。
(付記4)
前記ケーブル接続ランドは、前記電子部品に対して、前記固体撮像素子側と光軸方向に沿って反対側の基端側に設けられることを特徴とする付記1~3のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
前記ケーブル接続ランドは、前記電子部品に対して、前記固体撮像素子側と光軸方向に沿って反対側の基端側に設けられることを特徴とする付記1~3のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
(付記5)
前記実装基板は、前記実装面に金属部品が設けられ、
前記ケーブル接続ランドは、前記金属部品の表面に設けられることを特徴とする付記1~4のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
前記実装基板は、前記実装面に金属部品が設けられ、
前記ケーブル接続ランドは、前記金属部品の表面に設けられることを特徴とする付記1~4のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
(付記6)
前記実装基板の前記表側には、前記実装面と前記ランド面との間に窪みが設けられることを特徴とする付記1~5のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
前記実装基板の前記表側には、前記実装面と前記ランド面との間に窪みが設けられることを特徴とする付記1~5のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
(付記7)
前記ケーブル接続ランドは、複数設けられ、
複数の前記ケーブル接続ランドのうちの少なくとも一つは、前記電子部品と前記実装面の前記電子部品が実装される部品接続ランドとを前記光軸方向に投影した投影領域から外れた位置に設けられることを特徴とする付記1~6のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
前記ケーブル接続ランドは、複数設けられ、
複数の前記ケーブル接続ランドのうちの少なくとも一つは、前記電子部品と前記実装面の前記電子部品が実装される部品接続ランドとを前記光軸方向に投影した投影領域から外れた位置に設けられることを特徴とする付記1~6のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
(付記8)
前記ケーブル接続ランドは、同一の前記ランド面に複数設けられ、
前記ランド面に設けられる複数の前記ケーブル接続ランドは、前記実装基板の長手方向と直交し、かつ、前記ランド面と平行である同一の直線上に並んで位置することを特徴とする付記1~7のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
前記ケーブル接続ランドは、同一の前記ランド面に複数設けられ、
前記ランド面に設けられる複数の前記ケーブル接続ランドは、前記実装基板の長手方向と直交し、かつ、前記ランド面と平行である同一の直線上に並んで位置することを特徴とする付記1~7のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
(付記9)
前記信号ケーブルにおける前記ランド面と反対側の非接触面と、前記実装面との前記実装面の鉛直方向における距離は、いずれの信号ケーブルにおいても同等であることを特徴とする付記7または8に記載の撮像ユニット。
前記信号ケーブルにおける前記ランド面と反対側の非接触面と、前記実装面との前記実装面の鉛直方向における距離は、いずれの信号ケーブルにおいても同等であることを特徴とする付記7または8に記載の撮像ユニット。
(付記10)
前記実装基板は、前記信号ケーブルにおける前記ランド面と反対側の非接触面と、前記実装面と、の前記実装面の鉛直方向における距離が、いずれの信号ケーブルにおいても同等となるように、信号ケーブル径に応じて前記実装面の鉛直方向における前記実装面に対する距離を設定した複数の前記ランド面を有することを特徴とする付記9に記載の撮像ユニット。
前記実装基板は、前記信号ケーブルにおける前記ランド面と反対側の非接触面と、前記実装面と、の前記実装面の鉛直方向における距離が、いずれの信号ケーブルにおいても同等となるように、信号ケーブル径に応じて前記実装面の鉛直方向における前記実装面に対する距離を設定した複数の前記ランド面を有することを特徴とする付記9に記載の撮像ユニット。
(付記11)
付記1~10のいずれか一つに記載の撮像ユニットが先端に設けられた挿入部を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
付記1~10のいずれか一つに記載の撮像ユニットが先端に設けられた挿入部を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
1 内視鏡装置
2 内視鏡
4 挿入部
5 操作部
6 ユニバーサルコード
7 コネクタ
9 光源装置
10 プロセッサ
13 表示装置
17 処置具挿入口
31 先端部
32 湾曲部
33 可撓管部
35 撮像装置
36,236,236A~236E 撮像ユニット
40,40A~40C,140 撮像モジュール
41 先端部本体
41a 接着剤
42 被覆管
43 レンズユニット
43a-1~43a-4 対物レンズ
43b レンズホルダ
44 固体撮像素子
45,45A,45B,145 基板
46,46A~46C,146,246,246A~246E 積層基板
47 電気ケーブル束
48 信号ケーブル
48a 導体
48b 被覆体
49 ガラスリッド
50 熱収縮チューブ
51 接着樹脂
52 補強部材
53 固体撮像素子ホルダ
54a インナーリード
54b 接着剤
55~58,57C,257 電子部品
57R 部品接続ランド
59,159,259D ケーブル接続ランド
81 湾曲管
82 湾曲ワイヤ
261 金属部品
262 スペーサ
263 溝
264 パルスヒートツール
2 内視鏡
4 挿入部
5 操作部
6 ユニバーサルコード
7 コネクタ
9 光源装置
10 プロセッサ
13 表示装置
17 処置具挿入口
31 先端部
32 湾曲部
33 可撓管部
35 撮像装置
36,236,236A~236E 撮像ユニット
40,40A~40C,140 撮像モジュール
41 先端部本体
41a 接着剤
42 被覆管
43 レンズユニット
43a-1~43a-4 対物レンズ
43b レンズホルダ
44 固体撮像素子
45,45A,45B,145 基板
46,46A~46C,146,246,246A~246E 積層基板
47 電気ケーブル束
48 信号ケーブル
48a 導体
48b 被覆体
49 ガラスリッド
50 熱収縮チューブ
51 接着樹脂
52 補強部材
53 固体撮像素子ホルダ
54a インナーリード
54b 接着剤
55~58,57C,257 電子部品
57R 部品接続ランド
59,159,259D ケーブル接続ランド
81 湾曲管
82 湾曲ワイヤ
261 金属部品
262 スペーサ
263 溝
264 パルスヒートツール
Claims (6)
- 表面に光を受光する受光面を有した固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を光軸方向に投影した投影領域である撮像素子投影領域の内側に位置し前記固体撮像素子の裏面と接続固定される接続部を先端側に有し、後端側が前記光軸方向に延出し配設され、電子部品を実装した実装基板と、
両端が開口したスリーブ状であって、内周面が前記固体撮像素子および前記実装基板と離間した状態で、前記固体撮像素子および前記実装基板の前記接続部を光軸方向に沿って覆う、金属製の補強部材と、
を備え、
前記実装基板は、前記接続部より後端側において、前記補強部材の後端から所定の距離以上離間した状態で、前記撮像素子投影領域の外側に突出する突出部を有することを特徴とする撮像モジュール。 - 前記突出部は、前記補強部材の外周を前記光軸方向に投影した投影領域である補強部材投影領域の内側に位置することを特徴とする請求項1に記載の撮像モジュール。
- 前記実装基板には、前記固体撮像素子と電気的に接続される信号ケーブルが接続されることを特徴とする請求項1に記載の撮像モジュール。
- 前記実装基板は、硬質基板であることを特徴とする請求項1に記載の撮像モジュール。
- 前記実装基板と前記固体撮像素子とを電気的に接続する接続基板をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の撮像モジュール。
- 撮像モジュールが先端に設けられた挿入部を備えた内視鏡装置であって、
前記撮像モジュールは、
表面に光を受光する受光面を有した固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を光軸方向に投影した投影領域である撮像素子投影領域の内側に位置し前記固体撮像素子の裏面と接続固定される接続部を先端側に有し、後端側が前記光軸方向に延出し配設され、電子部品を実装した実装基板と、
両端が開口したスリーブ状であって、内周面が前記固体撮像素子および前記実装基板と離間した状態で、前記固体撮像素子および前記実装基板の前記接続部を光軸方向に沿って覆う、金属製の補強部材と、
を備え、
前記実装基板は、前記接続部より後端側において、前記補強部材の後端から所定の距離以上離間した状態で、前記撮像素子投影領域の外側に突出する突出部を有することを特徴とする内視鏡装置。
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- 2014-04-03 JP JP2014546209A patent/JP5659325B1/ja active Active
- 2014-04-03 CN CN201480002495.XA patent/CN104684455B/zh active Active
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