WO2018021061A1 - 撮像ユニットおよび内視鏡 - Google Patents

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WO2018021061A1
WO2018021061A1 PCT/JP2017/025715 JP2017025715W WO2018021061A1 WO 2018021061 A1 WO2018021061 A1 WO 2018021061A1 JP 2017025715 W JP2017025715 W JP 2017025715W WO 2018021061 A1 WO2018021061 A1 WO 2018021061A1
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circuit board
connection electrode
imaging unit
odd
cable
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PCT/JP2017/025715
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小林 弘幸
寛幸 本原
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オリンパス株式会社
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00Television systems
    • H04N7/18Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast

Definitions

  • the present invention relates to an imaging unit and an endoscope.
  • a medical endoscope apparatus incises a subject by inserting an elongated flexible insertion portion having an imaging element at the tip into the body cavity of the subject such as a patient. Without being able to acquire an in-vivo image inside the body cavity, and further, it is possible to perform a therapeutic treatment by projecting the treatment tool from the distal end of the insertion portion as necessary.
  • An imaging unit including an imaging element and a circuit board on which electronic components such as a capacitor and an IC chip that constitute a driving circuit of the imaging element are mounted is fitted in the distal end of the insertion unit of such an endoscope apparatus, A signal cable is soldered to the circuit board of the imaging unit.
  • the circuit board connected to the image sensor has a three-dimensional structure (T-shaped) for the purpose of simplifying the connection work of the cable signal lines, improving the reliability of the connection part, or reducing the diameter of the image pickup unit.
  • An imaging unit that connects an electronic component or a signal cable to a side surface of a substrate has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 since the electronic component is mounted at a position away from the image sensor, the impedance is increased and noise is generated. For this reason, there is a possibility that the image pickup element cannot be driven stably, which is a factor of image quality deterioration. This is particularly noticeable when the speed of the image sensor is increased.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an imaging unit and an endoscope that can obtain a high-quality image while reducing the diameter.
  • an imaging unit includes a semiconductor package having an imaging element and a sensor electrode formed on the back surface, a first connection electrode and a first connection electrode on the front surface and the back surface. 2 connection electrodes are formed, a plurality of electronic components are built in, a circuit board in which the first connection electrode on the surface is electrically and mechanically connected to the sensor electrode of the semiconductor package, and a third connection on the surface An odd circuit board in which an electrode is formed, a cable connection electrode is formed on two opposing side surfaces, and the third connection electrode is electrically and mechanically connected to the second connection electrode of the circuit board; A plurality of cables electrically and mechanically connected to cable connection electrodes of the odd-shaped circuit board, and the circuit board, the odd-shaped circuit board, and the plurality of cables , And wherein the fit in the semiconductor package of the optical axis direction of the projection plane.
  • an electronic component is further mounted on the back surface of the circuit board, and the electronic component connected to the back surface of the circuit board is accommodated on the front surface of the irregular circuit board. A recess is formed.
  • the imaging unit of the present invention is characterized in that, in the above invention, the odd-shaped circuit board contains an electronic component.
  • the fourth connection electrode and the fifth connection electrode are formed on the front surface and the back surface, respectively, and a plurality of electronic components are built in.
  • the fourth connection electrode and the fifth connection electrode The connection electrode includes a second circuit board electrically and mechanically connected to the second connection electrode of the circuit board and the third connection electrode of the deformed circuit board, respectively.
  • the imaging unit of the present invention is characterized in that, in the above invention, the opposite side surfaces of the odd-shaped circuit board have a gradient such that they are close to each other on the proximal end side in the optical axis direction of the imaging element.
  • the deformed circuit board may be configured such that a center surface of two opposing side surfaces on which the cable connection electrodes are formed has a cable connection electrode of the circuit board. Shifted from the center plane of the side surface parallel to the two opposing side surfaces formed, and connected to the circuit board, and further electronic components are connected to the back surface of the circuit board where the deformed circuit board does not contact It is characterized by being.
  • the endoscope of the present invention is characterized in that the above-described imaging unit includes an insertion portion provided at the tip.
  • an electronic component is arranged in the immediate vicinity of an image sensor via a circuit board close to the image sensor, so that the image sensor can be driven at high speed, and a high-quality image can be obtained while reducing the diameter. Can be obtained.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the overall configuration of the endoscope system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of an imaging unit arranged at the distal end portion of the endoscope shown in FIG.
  • FIG. 3 is a side view of the imaging unit shown in FIG.
  • FIG. 4 is a side view of the imaging unit according to the first modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a side view of the imaging unit according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view of the imaging unit according to the third modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view of the imaging unit according to the fourth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the overall configuration of the endoscope system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of an imaging unit arranged at the distal end portion of the endoscope shown in FIG.
  • FIG. 8 is a side view of the imaging unit according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a side view of the imaging unit according to the first modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of the imaging unit according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a side view of the imaging unit shown in FIG.
  • FIG. 12 is a side view of the imaging unit according to the first modification of the third embodiment of the present invention.
  • an endoscope system including an imaging unit will be described as a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”). Moreover, this invention is not limited by this embodiment. Furthermore, the same code
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the overall configuration of the endoscope system according to the first embodiment of the present invention.
  • an endoscope system 1 according to the present embodiment is introduced into a subject, an endoscope 2 that images the inside of the subject and generates an image signal in the subject, An information processing device 3 that performs predetermined image processing on an image signal captured by the endoscope 2 and controls each part of the endoscope system 1, a light source device 4 that generates illumination light of the endoscope 2, and information processing And a display device 5 that displays an image of an image signal after image processing by the device 3.
  • the endoscope 2 includes an insertion unit 6 to be inserted into a subject, an operation unit 7 on the proximal end side of the insertion unit 6 and held by an operator, and a flexible universal extending from the operation unit 7. Code 8 is provided.
  • the insertion portion 6 is realized using an illumination fiber (light guide cable), an electric cable, an optical fiber, and the like.
  • the insertion portion 6 has a distal end portion 6a in which an imaging unit to be described later is incorporated, a bendable bending portion 6b constituted by a plurality of bending pieces, and a flexibility provided on the proximal end side of the bending portion 6b.
  • the distal end portion 6a includes an illumination unit that illuminates the inside of the subject via an illumination lens, an observation unit that images the inside of the subject, an opening that communicates with the treatment instrument channel, and an air / water supply nozzle (not shown). Is provided.
  • the operation unit 7 includes a bending knob 7a that bends the bending portion 6b in the vertical direction and the left-right direction, a treatment instrument insertion portion 7b in which a treatment instrument such as a biological forceps and a laser knife is inserted into the body cavity of the subject, and an information processing device 3.
  • a plurality of switch units 7c for operating peripheral devices such as the light source device 4, the air supply device, the water supply device, and the gas supply device.
  • the treatment instrument inserted from the treatment instrument insertion portion 7b is exposed from the opening at the distal end of the insertion portion 6 through a treatment instrument channel provided therein.
  • the universal cord 8 is configured using illumination fibers, cables, and the like.
  • the universal cord 8 is branched at the base end, one end of the branch is the connector 8a, and the other base end is the connector 8b.
  • the connector 8a is detachable from the connector of the information processing apparatus 3.
  • the connector 8b is detachable from the light source device 4.
  • the universal cord 8 propagates the illumination light emitted from the light source device 4 to the distal end portion 6a via the connector 8b and the illumination fiber. Further, the universal code 8 transmits an image signal picked up by an image pickup unit described later to the information processing apparatus 3 via a cable and a connector 8a.
  • the information processing apparatus 3 performs predetermined image processing on the image signal output from the connector 8a and controls the entire endoscope system 1.
  • the light source device 4 includes a light source that emits light, a condensing lens, and the like.
  • the light source device 4 emits light from the light source under the control of the information processing device 3, and illuminates the inside of the subject, which is the subject, to the endoscope 2 connected via the connector 8b and the illumination fiber of the universal cord 8. Supply as light.
  • the display device 5 is configured using a display using liquid crystal or organic EL (Electro Luminescence).
  • the display device 5 displays various types of information including images that have been subjected to predetermined image processing by the information processing device 3 via the video cable 5a. Thereby, the surgeon can observe and characterize a desired position in the subject by operating the endoscope 2 while viewing the image (in-vivo image) displayed on the display device 5.
  • FIG. 2 is a perspective view of the imaging unit 10 arranged at the distal end portion of the endoscope shown in FIG.
  • FIG. 3 is a side view of the imaging unit 10 shown in FIG.
  • the imaging unit 10 includes an imaging element 21, the semiconductor package 20 in which the sensor electrode 23 is formed on the f2 surface that is the back surface, and the first connection electrode 31 and the second connection on the f3 surface that is the front surface and the f4 surface that is the back surface.
  • Each of the connection electrodes 32 is formed, and the third connection electrode 41 is formed on the circuit board 30 containing the electronic components 35 and 36, and the surface f5, and the f6 and f7 surfaces that are the opposite side surfaces.
  • a plurality of cables 60 electrically and mechanically connected to the cable connection electrodes 42a and 42b of the variant circuit board 40, respectively.
  • the circuit board 30, the irregular circuit board 40, and the plurality of cables 60 connected to the irregular circuit board 40 are sized to fit within the projection plane in the optical axis direction of the semiconductor package 20.
  • the semiconductor package 20 has a structure in which a glass 22 is attached to the image sensor 21.
  • the light collected by the lens unit is incident on the light receiving surface of the image pickup device 21 including the light receiving portion via the f1 surface which is the surface of the glass 22.
  • a sensor electrode 23 and a first solder ball 24 are formed on the f2 surface (back surface) of the image sensor 21.
  • the first solder balls 24 may be metal core solder balls, resin core solder balls, Au bumps, or the like.
  • the semiconductor package 20 is a CSP (Chip Size Package) in which an image pickup device chip in a wafer state is subjected to wiring, electrode formation, resin sealing, and dicing, and finally the size of the image pickup device chip becomes the size of the semiconductor package. ) Is preferable.
  • the circuit board 30 is formed in a plate shape by laminating a plurality of substrates on which wirings are formed (a plurality of substrates parallel to the f3 surface and the f4 surface are laminated).
  • a substrate to be laminated a ceramic substrate, a glass epoxy substrate, a flexible substrate, a glass substrate, a silicon substrate, or the like is used.
  • electronic parts 35 and 36 are built, and a plurality of vias are formed for conducting the wiring on the stacked boards.
  • the electronic components 35 and 36 are passive components such as capacitors and resistance coils, and active components such as driver ICs.
  • the distance between the image sensor 21 and the electronic components 35 and 36 can be shortened, so that the impedance can be reduced and the image sensor 21 is stable. High quality images can be obtained by enabling efficient driving.
  • the first connection electrode 31 is formed on the f3 surface of the circuit board 30 and is electrically and mechanically connected to the sensor electrode 23 of the semiconductor package 20 via the first solder balls 24, respectively.
  • the connection portion between the first connection electrode 31 on the f3 surface and the sensor electrode 23 on the f2 surface is sealed with a sealing resin (not shown).
  • the second connection electrode 32 is formed on the two opposite sides of the f4 surface of the circuit board 30 and is electrically connected via the third connection electrode 41 and the second solder ball 33 on the f5 surface of the deformed circuit board 40 described later. Connected mechanically and mechanically.
  • the second solder ball 33 may be a metal core solder ball, a resin core solder ball, an Au bump, or the like.
  • the second connection electrodes 32 are arranged along two opposing sides. However, the present invention is not limited to this, and the second connection electrodes 32 may be arranged uniformly over the entire f4 surface.
  • the odd-shaped circuit board 40 is made of a ceramic substrate, a glass epoxy substrate, a glass substrate, a silicon substrate, or the like, and a plurality of substrates on which wiring is formed are stacked, and the opposing f6 surface and f7 surface are in the optical axis direction of the semiconductor package 20 Are adjacent to each other (the distance between the f6 surface and the f7 surface is shortened on the proximal end side), that is, step portions S1, S2, and S3 are formed on the f6 surface and the f7 surface.
  • a third connection electrode 41 is formed on the f5 surface of the odd-shaped circuit board 40, and is electrically and mechanically connected to the second connection electrode 32 of the circuit board 30 and the second solder ball 33, respectively.
  • the connection portion between the second connection electrode 32 on the f4 surface and the third connection electrode 41 on the f5 surface is sealed with a sealing resin (not shown).
  • a groove-like cable connection electrode 42a is formed on the step S3 on the f6 surface, and the core wire 61 exposed by peeling the outer skin 62 of the cable 60 is electrically and mechanically connected to the groove by solder or the like (not shown). ing.
  • the cable connection electrode 42a By forming the cable connection electrode 42a into a groove shape and accommodating and connecting the core wire 61 of the cable 60, the cable 60 can be accommodated in the projection plane in the optical axis direction of the semiconductor package 20 even when the cable 60 has a large diameter.
  • the imaging unit 10 can be reduced in diameter.
  • the cable connection electrode 42a is formed into a groove shape, so that the solder for cable connection is anchored in the laminated substrate inner layer constituting the deformed circuit board 40, so that the connection strength of the cable is improved and the large diameter is increased. It is hard for cable disconnection to occur.
  • a flat cable connection electrode 42b is formed on the step S3 on the f7 surface, and the core wire 61 exposed by peeling off the outer skin 62 of the cable 60 is electrically and mechanically connected.
  • only the cable connection electrode 42a on the f6 surface has a groove shape. However, depending on the width of the stepped portion of the irregular circuit board 40, the diameter of the cable 60 to be used, the size of the semiconductor package 20, etc.
  • the cable connection electrodes on both the surface and the f7 surface may have a groove shape, or both may have a flat structure. Moreover, when there are many cables 60 to be used, a cable connection electrode can be formed in the staircase portion S2. When forming the cable connection electrodes on the staircase portions S2 and S3, it is preferable to arrange them in a staggered pattern (zigzag).
  • the cable 60 to be connected has a large diameter.
  • the cable 60 is connected to the staircase portion S3 on the base end side, the cable 60 can be accommodated in the projection plane in the optical axis direction of the semiconductor package 20, and the imaging unit 10 can be reduced in diameter.
  • the impedance can be reduced, and the image sensor 21. High-quality images can be obtained.
  • the electronic components 35 and 36 are preferably mounted on the circuit board 30. However, when the number of electronic components to be mounted is large, the electronic components 35 and 36 can be mounted on the f8 surface which is the back surface of the odd circuit board 40.
  • a decoupling capacitor or the like that wants to suppress impedance by being close to the image sensor 21 is built in the circuit board 30, and a coupling capacitor that is not required to suppress impedance by being close to the image sensor 21 may be mounted on the f8 surface. it can.
  • FIG. 4 is a side view of the imaging unit 10A according to the first modification of the first embodiment of the present invention.
  • the electronic components 35 and 36 are built in the circuit board 30A and mounted on the f4 surface which is the back surface of the circuit board 30A.
  • the distance between the image sensor 21 and the electronic components 35 and 36 can be shortened by incorporating the electronic components 35 and 36 in the circuit board 30A and mounting the electronic components 35 and 36 on the f4 surface.
  • the image pickup element 21 can be driven stably, and a high-quality image can be obtained.
  • the concave portion 43 is provided on the f5 surface of the odd-shaped circuit board 40A and the electronic components 35 and 36 are accommodated, the hard portion length (the length of the hard portion in the optical axis direction of the imaging unit 10A) can be shortened.
  • FIG. 5 is a side view of the imaging unit 10E according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • the imaging unit 10E has the first connection electrode 31-1 and the second connection electrode 32-1 formed on the front surface f3-1 and the back surface f4-1, respectively, and includes the electronic components 35 and 36, and the first connection electrode
  • the first circuit board 30E-1 31-1 is electrically and mechanically connected to the sensor electrode 23 of the semiconductor package 20, and the fourth connection electrode 31-2 and the fifth fifth electrode are connected to the front surface f3-2 and the rear surface f4-2.
  • the connection electrode 32-2 is formed, and the electronic components 35 and 36 are incorporated.
  • the fourth connection electrode 31-2 and the fifth connection electrode 32-2 are the second connection electrodes of the first circuit board 30E-1. 32-1 and the third circuit board 30E-2 electrically and mechanically connected to the third connection electrode 41 of the odd-shaped circuit board 40.
  • the first circuit board 30E-1 and the second circuit board 30E-2 having the same shape are overlapped in the optical axis direction and connected to each other, so that the imaging unit 10E on which many electronic components 35 and 36 are mounted. Obtainable.
  • the manufacturing process can be simplified.
  • FIG. 6 is a side view of the imaging unit 10F according to the third modification of the first embodiment of the present invention.
  • the fourth connection electrode 51 and the fifth connection electrode 52 are formed on the front surface f9 and the back surface f10, respectively, and the concave portion 54 that houses the electronic components 35 and 36 is formed on the back surface f10 side.
  • the electrode 51 and the fifth connection electrode 52 include a third circuit board 50 that is electrically and mechanically connected to the second connection electrode 32 of the circuit board 30 and the third connection electrode 41 of the odd-shaped circuit board 40, respectively.
  • FIG. 7 is a side view of the imaging unit 10G according to the fourth modification of the first embodiment of the present invention.
  • the third circuit board 50 includes a concave portion 54 in which the fourth connection electrode 51 and the fifth connection electrode 52 are formed on the front surface f9 and the back surface f10, respectively, and the electronic components 35 and 36 are accommodated on the back surface f10 side.
  • the fourth connection electrode 51 and the fifth connection electrode 52 are electrically and mechanically connected to the sensor electrode 23 of the semiconductor package 20 and the first connection electrode 31 of the circuit board 30, respectively.
  • FIG. 8 is a side view of the imaging unit 10H according to the second embodiment of the present invention.
  • the odd-shaped circuit board 40H contains electronic components 35 and 36. Since the imaging unit 10H includes the electronic components 35 and 36 in the modified circuit board 40H in addition to the circuit board 30, the mounting density of the electronic components 35 and 36 is improved and the hard portion length (in the optical axis direction of the imaging unit 10H) is improved. The length of the hard part) can be shortened.
  • FIG. 9 is a side view of an imaging unit 10J according to the first modification of the second embodiment of the present invention.
  • the odd-shaped circuit board 40 ⁇ / b> J includes electronic components 35, 36 including the electronic components 35, 36 embedded in the circuit board 30, and the third connection electrode 41 formed on the f5 surface side that is the surface. Are electrically and mechanically connected to the sensor electrode 23 formed on the f2 surface which is the back surface of the semiconductor package 20. Since the imaging unit 10J incorporates more electronic components 35 and 36 in the odd-shaped circuit board 40J, the hard portion length (the length of the hard portion in the optical axis direction of the imaging unit 10J is improved while improving the mounting density of the electronic components 35 and 36. Can be further shortened.
  • FIG. 10 is a perspective view of an imaging unit 10L according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a side view of the imaging unit 10L shown in FIG.
  • the odd-shaped circuit board 40L is formed so that the size in the optical axis direction is smaller than the size in the optical axis direction of the circuit board 30L and the semiconductor package 20.
  • the odd-shaped circuit board 40L has a staircase shape in which the opposed f6 surface and f7 surface are close to each other on the base end side in the optical axis direction of the semiconductor package 20, that is, the f6 surface and the f7 surface have stepped portions S1, S2, And S3 are formed.
  • the deformed circuit board 40L has the opposite f6 and f7 surfaces on which the cable connection electrodes 42a and 42b are formed, and the center surface a1 of the deformed circuit board 40L and the opposite f6 and f7 surfaces on which the cable connection electrodes 42b are formed. Is shifted from the center plane a2 of the side surface of the circuit board 30L parallel to the circuit board 30L and connected to the circuit board 30L.
  • the irregular circuit board mounting area A1 and the electronic component mounting area A2 are provided on the back surface f4 of the circuit board 30L.
  • the second connection electrode 32 connected to the third connection electrode 41 of the irregular circuit board 40L is arranged in the irregular circuit board mounting region A1, and the electronic component 35 is mounted in the electronic component mounting region A2.
  • the f6 plane of the odd-shaped circuit board 40L and the center plane a1 of the f6 plane are connected so as to shift from the center plane a2 of the circuit board 30L (shifted to the left in FIG. 11). Thereby, one side of the back surface f4 of the circuit board 30L can be used as the electronic component mounting region S2.
  • the imaging unit 10L can be reduced in diameter because the circuit board 30L, the irregular circuit board 40L, and the plurality of cables 60 are positioned within a projection plane in the optical axis direction of the semiconductor package 20. .
  • FIG. 12 is a side view of the imaging unit 10M according to the first modification of the third embodiment of the present invention.
  • the irregular circuit board 40M is provided with stepped portions S1, S2, and S3 only on the f6 plane, and the center plane a1 of the f6 plane and the f7 plane is formed with the cable connection electrodes 42a and 42b of the irregular circuit board 40M.
  • the circuit board 30M is connected to the circuit board 30M while being shifted from the center plane a2 of the side surface parallel to the f6 surface and the f7 surface of the facing circuit board 30M.
  • the imaging unit and the endoscope of the present invention are useful for an endoscope system that requires high-quality images and a thin tip.

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Abstract

細径化を図りながら、高画質の画像を得ることのできる撮像ユニットおよび内視鏡を提供する。本発明における撮像ユニット10は、撮像素子21を有し、裏面にセンサ電極23が形成された半導体パッケージ20と、第1接続電極31および第2接続電極32を有するとともに、電子部品35、36を内蔵し、第1接続電極31がセンサ電極23と接続される回路基板30と、表面に第3接続電極41、対向する2つの側面にケーブル接続電極42a、42bが形成され、第3接続電極41が第2接続電極32と接続される異形回路基板40と、ケーブル接続電極42a、42bに電気的および機械的に接続されるケーブル60と、を備え、回路基板30、異形回路基板40、ケーブル60は、半導体パッケージ20の光軸方向の投影面内に収まることを特徴とする。

Description

撮像ユニットおよび内視鏡
 本発明は、撮像ユニットおよび内視鏡に関する。
 従来、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の挿入部先端には、撮像素子と、該撮像素子の駆動回路を構成するコンデンサやICチップ等の電子部品が実装された回路基板とを含む撮像ユニットが嵌め込まれ、撮像ユニットの回路基板には信号ケーブルがはんだ付けされている。
 近年、ケーブルの信号線の接続作業の簡易化や接続部分の信頼性の向上、または撮像ユニットの細径化を目的として、撮像素子と接続する回路基板を立体構造(T字状)とし、回路基板の側面に電子部品や、信号ケーブルを接続する撮像ユニットが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2000-199863号公報
 しかしながら、特許文献1では、電子部品が撮像素子と離れた位置に実装されるため、インピーダンスが高くなりノイズが発生する。そのため、撮像素子を安定して駆動できないおそれがあり、画質低下の要因となっている。特に撮像素子が高速化した場合に顕著となる。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、細径化を図りながら、高画質の画像を得ることのできる撮像ユニットおよび内視鏡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ユニットは、撮像素子を有し、裏面にセンサ電極が形成された半導体パッケージと、表面および裏面に第1接続電極および第2接続電極がそれぞれ形成されるとともに、複数の電子部品を内蔵し、表面の第1接続電極が前記半導体パッケージのセンサ電極と電気的および機械的に接続される回路基板と、表面に第3接続電極が形成されるとともに、対向する2つの側面にケーブル接続電極が形成され、前記第3接続電極が前記回路基板の第2接続電極と電気的および機械的に接続される異形回路基板と、前記異形回路基板のケーブル接続電極に電気的および機械的に接続される複数のケーブルと、を備え、前記回路基板、前記異形回路基板、ならびに前記複数のケーブルは、前記半導体パッケージの光軸方向の投影面内に収まることを特徴とする。
 また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記回路基板の裏面にさらに電子部品が実装されるとともに、前記異形回路基板の表面に、前記回路基板の裏面に接続された電子部品を収容する凹部が形成されていることを特徴とする。
 また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記異形回路基板は、電子部品を内蔵することを特徴とする。
 また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、表面および裏面に第4接続電極および第5接続電極がそれぞれ形成されるとともに、複数の電子部品を内蔵し、前記第4接続電極および前記第5接続電極は、前記回路基板の第2接続電極および前記異形回路基板の第3接続電極と電気的および機械的にそれぞれ接続される第2回路基板、を備えることを特徴とする。
 また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記異形回路基板の対向する側面は、前記撮像素子の光軸方向の基端側で近接するような勾配を有することを特徴とする。
 また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記異形回路基板は、前記ケーブル接続電極が形成された対向する2側面の中心面が、前記回路基板の前記異形回路基板の前記ケーブル接続電極が形成された対向する2側面と平行な側面の中心面からシフトして前記回路基板に接続され、前記回路基板の裏面であって、前記異形回路基板が接しない領域にさらに電子部品が接続されていることを特徴とする。
 また、本発明の内視鏡は、上記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。
 本発明によれば、撮像素子に近接する回路基板を介して、撮像素子の直近に電子部品を配置することにより、撮像素子の高速駆動が可能となり、細径化を図りながら高画質の画像を得ることが可能となる。
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2は、図1に示す内視鏡先端部に配置される撮像ユニットの斜視図である。 図3は、図2に示す撮像ユニットの側面図である。 図4は、本発明の実施の形態1の変形例1にかかる撮像ユニットの側面図である。 図5は、本発明の実施の形態1の変形例2にかかる撮像ユニットの側面図である。 図6は、本発明の実施の形態1の変形例3にかかる撮像ユニットの側面図である。 図7は、本発明の実施の形態1の変形例4にかかる撮像ユニットの側面図である。 図8は、本発明の実施の形態2にかかる撮像ユニットの側面図である。 図9は、本発明の実施の形態2の変形例1にかかる撮像ユニットの側面図である。 図10は、本発明の実施の形態3にかかる撮像ユニットの斜視図である。 図11は、図10に示す撮像ユニットの側面図である。 図12は、本発明の実施の形態3の変形例1にかかる撮像ユニットの側面図である。
 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システムについて説明する。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、本実施の形態にかかる内視鏡システム1は、被検体内に導入され、被検体の体内を撮像して被検体内の画像信号を生成する内視鏡2と、内視鏡2が撮像した画像信号に所定の画像処理を施すとともに内視鏡システム1の各部を制御する情報処理装置3と、内視鏡2の照明光を生成する光源装置4と、情報処理装置3による画像処理後の画像信号を画像表示する表示装置5と、を備える。
 内視鏡2は、被検体内に挿入される挿入部6と、挿入部6の基端部側であって術者が把持する操作部7と、操作部7より延伸する可撓性のユニバーサルコード8と、を備える。
 挿入部6は、照明ファイバ(ライトガイドケーブル)、電気ケーブルおよび光ファイバ等を用いて実現される。挿入部6は、後述する撮像ユニットを内蔵した先端部6aと、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部6bと、湾曲部6bの基端部側に設けられた可撓性を有する可撓管部6cと、を有する。先端部6aには、照明レンズを介して被検体内を照明する照明部、被検体内を撮像する観察部、処置具用チャンネルを連通する開口部および送気・送水用ノズル(図示せず)が設けられている。
 操作部7は、湾曲部6bを上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ7aと、被検体の体腔内に生体鉗子、レーザメス等の処置具が挿入される処置具挿入部7bと、情報処理装置3、光源装置4、送気装置、送水装置および送ガス装置等の周辺機器の操作を行う複数のスイッチ部7cと、を有する。処置具挿入部7bから挿入された処置具は、内部に設けられた処置具用チャンネルを経て挿入部6先端の開口部から表出する。
 ユニバーサルコード8は、照明ファイバ、ケーブル等を用いて構成される。ユニバーサルコード8は、基端で分岐しており、分岐した一方の端部がコネクタ8aであり、他方の基端がコネクタ8bである。コネクタ8aは、情報処理装置3のコネクタに対して着脱自在である。コネクタ8bは、光源装置4に対して着脱自在である。ユニバーサルコード8は、光源装置4から出射された照明光を、コネクタ8b、および照明ファイバを介して先端部6aに伝播する。また、ユニバーサルコード8は、後述する撮像ユニットが撮像した画像信号を、ケーブルおよびコネクタ8aを介して情報処理装置3に伝送する。
 情報処理装置3は、コネクタ8a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、内視鏡システム1全体を制御する。
 光源装置4は、光を発する光源や、集光レンズ等を用いて構成される。光源装置4は、情報処理装置3の制御のもと、光源から光を発し、コネクタ8bおよびユニバーサルコード8の照明ファイバを介して接続された内視鏡2へ、被写体である被検体内に対する照明光として供給する。
 表示装置5は、液晶または有機EL(Electro Luminescence)を用いた表示ディスプレイ等を用いて構成される。表示装置5は、映像ケーブル5aを介して情報処理装置3によって所定の画像処理が施された画像を含む各種情報を表示する。これにより、術者は、表示装置5が表示する画像(体内画像)を見ながら内視鏡2を操作することにより、被検体内の所望の位置の観察および性状を判定することができる。
 次に、内視鏡システム1で使用する撮像ユニットについて詳細に説明する。図2は、図1に示す内視鏡先端部に配置される撮像ユニット10の斜視図である。図3は、図2に示す撮像ユニット10の側面図である。
 撮像ユニット10は、撮像素子21を有し、裏面であるf2面にセンサ電極23が形成された半導体パッケージ20と、表面であるf3面および裏面であるf4面に第1接続電極31および第2接続電極32がそれぞれ形成されるとともに、電子部品35、36を内蔵する回路基板30と、表面であるf5面に第3接続電極41が形成されるとともに、対向する側面であるf6面およびf7面にケーブル接続電極42a、42bがそれぞれ形成されている異形回路基板40と、異形回路基板40のケーブル接続電極42a、42bに電気的および機械的に接続される複数のケーブル60と、を備える。
 撮像ユニット10において、回路基板30、異形回路基板40、ならびに異形回路基板40に接続された複数のケーブル60は、半導体パッケージ20の光軸方向の投影面内に収まる大きさである。
 半導体パッケージ20は、ガラス22が撮像素子21に貼り付けられた構造となっている。レンズユニットが集光した光はガラス22の表面であるf1面を介して、受光部を備える撮像素子21の受光面に入射する。撮像素子21のf2面(裏面)にはセンサ電極23、および、第1はんだボール24が形成されている。第1はんだボール24は、金属コアはんだボール、樹脂コアはんだボール、Auバンプ、等でもよい。半導体パッケージ20は、ウエハ状態の撮像素子チップに、配線、電極形成、樹脂封止、およびダイシングをして、最終的に撮像素子チップの大きさがそのまま半導体パッケージの大きさとなるCSP(Chip Size Package)であることが好ましい。
 回路基板30は、配線が形成された複数の基板が積層されて板状をなしている(f3面およびf4面に平行な基板が複数積層)。積層される基板は、セラミックス基板、ガラエポ基板、フレキシブル基板、ガラス基板、シリコン基板等が用いられる。回路基板30の内部には、電子部品35、36が内蔵され、積層される基板上の配線を導通させる複数のビアが形成されている。電子部品35、36は、コンデンサ、抵抗コイル等の受動部品、ドライバIC等の能動部品である。本実施の形態1では、回路基板30内に電子部品35、36を内蔵することにより、撮像素子21と電子部品35、36との距離を短くできるため、インピーダンスを小さくでき、撮像素子21の安定的な駆動が可能となることで高画質の画像を得ることができる。
 回路基板30のf3面には第1接続電極31が形成され、半導体パッケージ20のセンサ電極23と第1はんだボール24を介して電気的、および機械的にそれぞれ接続されている。f3面の第1接続電極31とf2面のセンサ電極23との接続部は、図示しない封止樹脂により封止されている。
 また、回路基板30のf4面の対向する2辺には、第2接続電極32が形成され、後述する異形回路基板40のf5面の第3接続電極41と第2はんだボール33を介して電気的、および機械的に接続されている。第2はんだボール33は、金属コアはんだボール、樹脂コアはんだボール、Auバンプ、等でもよい。本実施の形態1では、第2接続電極32は、対向する2辺に沿って配置されているが、これに限定するものではなく、f4面の全体に均等に配置してもよい。
 異形回路基板40は、セラミックス基板、ガラエポ基板、ガラス基板、シリコン基板等からなり、配線が形成された複数の基板が積層されて、対向するf6面およびf7面が、半導体パッケージ20の光軸方向の基端側で近接する(基端側でf6面とf7面の距離が短くなる)、すなわち、f6面およびf7面には、階段部S1、S2、およびS3が形成されている。
 異形回路基板40のf5面には第3接続電極41が形成され、回路基板30の第2接続電極32と第2はんだボール33を介して電気的、および機械的にそれぞれ接続されている。f4面の第2接続電極32とf5面の第3接続電極41との接続部は、図示しない封止樹脂により封止されている。
 f6面の階段部S3には、溝状のケーブル接続電極42aが形成され、この溝部にケーブル60の外皮62を剥離して露出した芯線61が図示しないはんだ等により電気的および機械的に接続している。ケーブル接続電極42aを溝状とし、ケーブル60の芯線61を収容させて接続することにより、ケーブル60が大径である場合でも、ケーブル60を半導体パッケージ20の光軸方向の投影面内に収めることができ、撮像ユニット10の細径化が可能となる。また、ケーブル接続電極42aを溝状とすることにより、異形回路基板40を構成する積層された基板内層で、ケーブル接続用のはんだがアンカーされるため、ケーブルの接続強度が向上し、大径のケーブルでもケーブル外れが発生しにくい。また、f7面の階段部S3には、平坦なケーブル接続電極42bが形成され、ケーブル60の外皮62を剥離して露出した芯線61が電気的および機械的に接続されている。本実施の形態1では、f6面のケーブル接続電極42aのみ溝状としているが、異形回路基板40の階段部の幅、使用するケーブル60の径、半導体パッケージ20の大きさ等に応じて、f6面およびf7面の両方のケーブル接続電極を溝状としてもよく、また、どちらも平坦な構造としてもよい。また、使用するケーブル60の本数が多い場合は、階段部S2にケーブル接続電極を形成することができる。階段部S2およびS3にケーブル接続電極を形成する場合には、千鳥格子状(ジグザグ状)に配置することが好ましい。
 本実施の形態1では、異形回路基板40のf6面およびf7面を、半導体パッケージ20の光軸方向の基端側で近接するような階段状としているため、接続するケーブル60が太径である場合にも、基端側の階段部S3にケーブル60を接続すれば、ケーブル60を半導体パッケージ20の光軸方向の投影面内に収めることができ、撮像ユニット10の細径化が可能となる。
 また、本実施の形態1では、回路部品30内に電子部品35、36を内蔵することにより、撮像素子21と電子部品35、36との距離を短くできるため、インピーダンスを小さくでき、撮像素子21の安定的な駆動が可能となることで高画質の画像を得ることができる。電子部品35、36は回路基板30に実装されることが好ましいが、実装する電子部品数が多い場合は、異形回路基板40の裏面であるf8面に実装することができる。例えば、撮像素子21と近接させてインピーダンスを抑えたいデカップリングコンデンサ等は回路基板30に内蔵し、撮像素子21と近接させてインピーダンスを抑える必要のないカップリングコンデンサ等はf8面に実装することができる。
 上記の実施の形態1では、電子部品35、36は、回路基板30に内蔵されているが、実装する電子部品35、36の個数が多い場合は、回路基板30の裏面f4に電子部品を実装してもよい。図4は、本発明の実施の形態1の変形例1にかかる撮像ユニット10Aの側面図である。
 撮像ユニット10Aにおいて、電子部品35、36は、回路基板30Aに内蔵されるとともに、回路基板30Aの裏面であるf4面に実装されている。異形回路基板40Aのf5面には、回路基板30Aのf4面に実装された電子部品35、36を収容する凹部43が形成されている。変形例1では、回路基板30Aに電子部品35、36を内蔵、およびf4面に電子部品35、36を実装することにより、撮像素子21と電子部品35、36との距離を短くできるため、インピーダンスを小さくでき、撮像素子21の安定的な駆動が可能となることで高画質の画像を得ることができる。また、異形回路基板40Aのf5面に凹部43を設け、電子部品35、36を収容するので、硬質部長(撮像ユニット10Aの光軸方向の硬質部分の長さ)を短くすることができる。
 さらにまた、電子部品35、36を内蔵する回路基板を複数有していてもよい。図5は、本発明の実施の形態1の変形例2にかかる撮像ユニット10Eの側面図である。
 撮像ユニット10Eは、表面f3-1および裏面f4-1に第1接続電極31-1および第2接続電極32-1がそれぞれ形成されるとともに、電子部品35、36を内蔵し、第1接続電極31-1が半導体パッケージ20のセンサ電極23と電気的および機械的に接続される第1回路基板30E-1と、表面f3-2および裏面f4-2に第4接続電極31-2および第5接続電極32-2がそれぞれ形成されるとともに、電子部品35、36を内蔵し、第4接続電極31-2および第5接続電極32-2は、第1回路基板30E-1の第2接続電極32-1および異形回路基板40の第3接続電極41と電気的および機械的にそれぞれ接続される第2回路基板30E-2と、を有する。変形例4では、同一形状の第1回路基板30E-1と第2回路基板30E-2とを光軸方向に重ねて接続することにより、多くの電子部品35、36を実装する撮像ユニット10Eを得ることができる。同一形状の第1回路基板30E-1と第2回路基板30E-2を使用することにより、製造工程を簡素化することができる。
 また、第2回路基板30E-2に換えて、裏面f10側に電子部品35、36を収容する凹部54が形成された第3回路基板を使用することもできる。図6は、本発明の実施の形態1の変形例3にかかる撮像ユニット10Fの側面図である。
 撮像ユニット10Fは、表面f9および裏面f10に第4接続電極51および第5接続電極52がそれぞれ形成されるとともに、裏面f10側に電子部品35、36を収容する凹部54が形成され、第4接続電極51および第5接続電極52は、回路基板30の第2接続電極32および異形回路基板40の第3接続電極41と電気的および機械的にそれぞれ接続される第3回路基板50を備える。
 第3回路基板50は、回路基板30と異形回路基板40との間に接続されるが、半導体パッケージ20と、回路基板30との間に接続してもよい。図7は、本発明の実施の形態1の変形例4にかかる撮像ユニット10Gの側面図である。
 撮像ユニット10Gにおいて、第3回路基板50は、表面f9および裏面f10に第4接続電極51および第5接続電極52がそれぞれ形成されるとともに、裏面f10側に電子部品35、36を収容する凹部54が形成され、第4接続電極51および第5接続電極52は、半導体パッケージ20のセンサ電極23および回路基板30の第1接続電極31と電気的および機械的にそれぞれ接続されている。
(実施の形態2)
 実施の形態2において、電子部品は、回路基板に加え異形回路基板に内蔵されている。図8は、本発明の実施の形態2にかかる撮像ユニット10Hの側面図である。
 撮像ユニット10Hにおいて、異形回路基板40Hは、電子部品35、36を内蔵する。撮像ユニット10Hは、回路基板30に加え、異形回路基板40Hにも電子部品35、36を内蔵するので、電子部品35、36の実装密度を向上し、かつ硬質部長(撮像ユニット10Hの光軸方向の硬質部分の長さ)を短くすることができる。
 また、異形回路基板内により多くの電子部品35、36を内蔵させ、半導体パッケージ20と異形回路基板とを直接接続してもよい。図9は、本発明の実施の形態2の変形例1にかかる撮像ユニット10Jの側面図である。
 撮像ユニット10Jにおいて、異形回路基板40Jは、回路基板30内に内蔵される電子部品35、36を含む電子部品35、36を内蔵し、表面であるf5面側に形成された第3接続電極41が、半導体パッケージ20の裏面であるf2面に形成されたセンサ電極23と、電気的および機械的に接続されている。撮像ユニット10Jは、異形回路基板40Jにより多くの電子部品35、36を内蔵するので、電子部品35、36の実装密度を向上しながら、硬質部長(撮像ユニット10Jの光軸方向の硬質部分の長さ)をさらに短くすることができる。
(実施の形態3)
 実施の形態3において、異形回路基板の光軸方向の大きさは、回路基板(半導体パッケージ)の光軸方向の大きさより小さく形成され、回路基板の裏面には電子部品実装領域が設けられている。図10は、本発明の実施の形態3にかかる撮像ユニット10Lの斜視図である。図11は、図10に示す撮像ユニット10Lの側面図である。
 撮像ユニット10Lにおいて、異形回路基板40Lは、光軸方向の大きさが回路基板30Lおよび半導体パッケージ20の光軸方向の大きさより小さく形成されている。異形回路基板40Lは、対向するf6面およびf7面が、半導体パッケージ20の光軸方向の基端側で近接するような階段状、すなわち、f6面およびf7面には、階段部S1、S2、およびS3が形成されている。
 異形回路基板40Lは、ケーブル接続電極42a、42bが形成された対向するf6面、f7面の中心面a1が、異形回路基板40Lのケーブル接続電極42bがそれぞれ形成された対向するf6面、f7面と平行な回路基板30Lの側面の中心面a2からシフトして回路基板30Lに接続される。
 回路基板30Lの裏面f4には、異形回路基板実装領域A1と、電子部品実装領域A2が設けられている。異形回路基板40Lの第3接続電極41と接続される第2接続電極32は、異形回路基板実装領域A1に配置され、電子部品実装領域A2には電子部品35が実装されている。図11に示すように、異形回路基板40Lのf6面およびf6面の中心面a1が、回路基板30Lの中心面a2からシフト(図11では左側にシフト)するよう接続されている。これにより、回路基板30Lの裏面f4の一辺側を、電子部品実装領域S2として使用することができる。
 また、撮像ユニット10Lは、回路基板30L、異形回路基板40L、ならびに複数のケーブル60が、半導体パッケージ20の光軸方向の投影面内に収まる大きさに位置するため、細径化が可能となる。
 なお、異形回路基板は、半導体パッケージの光軸方向の基端側で近接するような勾配を有していればよく、対向するf6面およびf7面の両側に階段部を設けていなくてもよい。図12は、本発明の実施の形態3の変形例1にかかる撮像ユニット10Mの側面図である。
 撮像ユニット10Mにおいて、異形回路基板40Mは、f6面のみに階段部S1、S2、S3が設けられ、f6面、f7面の中心面a1が、異形回路基板40Mのケーブル接続電極42a、42bが形成された対向する回路基板30Mのf6面、f7面と平行な側面の中心面a2からシフトして回路基板30Mに接続される。
 本発明の撮像ユニット、および内視鏡は、高画質な画像、および先端部の細径化が要求される内視鏡システムに有用である。
 1 内視鏡システム
 2 内視鏡
 3 情報処理装置
 4 光源装置
 5 表示装置
 6 挿入部
 6a 先端部
 6b 湾曲部
 6c 可撓管部
 7 操作部
 7a 湾曲ノブ
 7b 処置具挿入部
 7c スイッチ部
 8 ユニバーサルコード
 8a、8b コネクタ
 10、10A、10E、10F、10G、10H、10J、10L、10M 撮像ユニット
 20 半導体パッケージ
 21 撮像素子
 22 ガラス
 23 センサ電極
 24 第1はんだボール
 30、30A 回路基板
 31 第1接続電極
 32 第2接続電極
 33 第2はんだボール
 35、36 電子部品
 40、40A、40L 異形回路基板
 41 第3接続電極
 42a、42b ケーブル接続電極
 43 凹部
 50 第3回路基板
 60 ケーブル
 61 芯線
 62 外皮

Claims (7)

  1.  撮像素子を有し、裏面にセンサ電極が形成された半導体パッケージと、
     表面および裏面に第1接続電極および第2接続電極がそれぞれ形成されるとともに、複数の電子部品を内蔵し、表面の第1接続電極が前記半導体パッケージのセンサ電極と電気的および機械的に接続される回路基板と、
     表面に第3接続電極が形成されるとともに、対向する2つの側面にケーブル接続電極が形成され、前記第3接続電極が前記回路基板の第2接続電極と電気的および機械的に接続される異形回路基板と、
     前記異形回路基板のケーブル接続電極に電気的および機械的に接続される複数のケーブルと、
     を備え、
     前記回路基板、前記異形回路基板、ならびに前記複数のケーブルは、前記半導体パッケージの光軸方向の投影面内に収まることを特徴とする撮像ユニット。
  2.  前記回路基板の裏面にさらに電子部品が実装されるとともに、前記異形回路基板の表面に、前記回路基板の裏面に接続された電子部品を収容する凹部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像ユニット。
  3.  前記異形回路基板は、電子部品を内蔵することを特徴とする請求項1に記載の撮像ユニット。
  4.  表面および裏面に第4接続電極および第5接続電極がそれぞれ形成されるとともに、複数の電子部品を内蔵し、前記第4接続電極および前記第5接続電極は、前記回路基板の第2接続電極および前記異形回路基板の第3接続電極と電気的および機械的にそれぞれ接続される第2回路基板を、さらに備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像ユニット。
  5.  前記異形回路基板の対向する側面は、前記撮像素子の光軸方向の基端側で近接するような勾配を有することを特徴とする請求項1~4のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
  6.  前記異形回路基板は、前記ケーブル接続電極が形成された対向する2側面の中心面が、前記回路基板の前記異形回路基板の前記ケーブル接続電極が形成された対向する2側面と平行な側面の中心面からシフトして前記回路基板に接続され、
     前記回路基板の裏面であって、前記異形回路基板が接しない領域にさらに電子部品が接続されていることを特徴とする請求項5に記載の撮像ユニット。
  7.  請求項1~6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。
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