JP2006094955A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化しても組立易く且つ光学性能を確保可能な撮像装置を実現する。
【解決手段】撮像装置は、固体撮像素子４１と、固体撮像素子４１の受光部４１ａを覆う第１のカバーガラス４２及び第２のカバーガラス４３と、固体撮像素子４１の外形と略同一の大きさに形成してこの固体撮像素子４１の裏面に接合し、固体撮像素子４１の信号処理を行うための電子部品４８ａを実装して信号ケーブル接続部４９を設けた回路基板４４と、回路基板４４と固体撮像素子４１とを接続するＴＡＢテープ５０と、固体撮像素子４１より突出する第１のカバーガラス４２の裏面からＴＡＢテープ５０と電子部品４８ａとを封止する絶縁性封止樹脂部４６ａと、を構成部品として有する固体撮像装置３３を具備し、水平方向又は垂直方向において第１のカバーガラス４２の外形寸法範囲内にこのカバーガラス４２以外の他の構成部品が収まるように構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像装置、特に内視鏡の挿入部先端部に内蔵される撮像装置に関する。

従来より、内視鏡は、工業用又は医療用広く用いられている。上記工業用の内視鏡は、細長の挿入部をボイラ、エンジン、化学プラントなどの管内、或いは機械内に挿入し、対象物の観察及び検査などに用いられている。また、上記医療用の内視鏡は、細長の挿入部を体腔内に挿入することによって体腔内の患部等を観察したり、必要に応じて処置具を鉗子チャンネル内に挿通して治療処置を行うことができる。
このような内視鏡のなかには、挿入部の先端側に撮像装置を内蔵した電子内視鏡がある。上記電子内視鏡に用いられる撮像装置は、対物光学系から取り込んだ被写体像を撮像するＣＣＤ等の固体撮像素子を有している。

上記撮像装置は、例えば、特開平４−３１７２８０号公報に記載されているように、固体撮像素子の表面にカバーガラスが接着され、固体撮像素子の裏面は電子部品が実装された回路基板が可撓性基板を用いて接続されている。そして、この回路基板に形成された外部電極に信号ケーブルを接続した固体撮像装置を電子内視鏡先端部に備えたものが提案されている。

また、通常の内視鏡の使用環境は苛酷であり特に、内視鏡は、洗滌・消毒・滅菌の工程において、振動や陰圧、１００℃を超える高温が加えられたりする場合がある。このため、上記電子内視鏡の挿入部先端部に内蔵される上記従来の撮像装置は、ユニット内において回路基板に実装される電子部品や信号ケーブル接続部を保護するために封止樹脂を充填した封止樹脂部を設けている。
特開平４−３１７２８０号公報

しかしながら、上記従来の固体撮像装置は、可撓性基板と固体撮像素子との接続部以外は封止されておらず、組立時に回路基板上に配置された電子部品を破損させてしまうという問題点を有していた。また、固体撮像素子が最も大きい部品であるため、組立時に固体撮像素子に触れ易く固体撮像素子が静電破壊するという問題点を有していた。
更に、従来の撮像装置は、固体撮像装置を小型化すると組合わせる対物光学系によって、上記カバーガラス側面にて反射した光線が上記固体撮像素子の受光部に入射し、フレアやゴーストを発生させる不要光が生じるという問題点を有していた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型化しても組立易く且つ光学性能を確保可能な撮像装置を提供することを目的とする。

本発明による撮像装置は、対物光学系の焦点位置に集光された被写体像を撮像する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の受光部を覆うカバーガラスと、前記固体撮像素子の外形と略同一の大きさに形成してこの固体撮像素子の裏面に接合し、前記固体撮像素子の信号処理を行うための電子部品を実装して信号ケーブル接続部を設けた回路基板と、前記回路基板と前記固体撮像素子とを接続する電気接続部材と、前記固体撮像素子より突出する前記カバーガラス裏面から前記電気接続部材と前記電子部品とを封止する絶縁性封止樹脂部と、を構成部品として有する固体撮像装置を具備する撮像装置において、前記固体撮像装置は、少なくとも水平方向又は垂直方向において前記カバーガラスの外形寸法範囲内にこのカバーガラス以外の他の構成部品が収まることを特徴としている。
これにより、撮像装置は、少なくとも水平方向又は垂直方向において、前記カバーガラスの外形寸法範囲内に封止樹脂にて覆われた他の構成部品を納めることで、組立時に固体撮像装置の構成部品が破損することを防止できる。また、撮像装置は、カバーガラスが固体撮像素子をはじめ他の電子部品よりも外形が大きいので、組立時に固体撮像素子や電子部品に作業者が直接触れることを防止できるので、固体撮像装置が破損することを防止することができる。
また、撮像装置は、前記カバーガラス及びカバーガラス裏面に形成する遮光膜の寸法をカバーガラス側面に反射した光線が前記固体撮像素子の受光部に入射しないための所望寸法とすることで、フレアやゴーストの発生を防止することができる。

本発明の撮像装置は、小型化しても組立易く且つ光学性能を確保できるという効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

図１ないし図３０は本発明の一実施例に係わり、図１は一実施例の撮像装置を備えた内視鏡装置を示す全体構成図、図２は図１の内視鏡の挿入部先端側の構成を示す断面図、図３は図２の撮像装置の構成を示す断面図、図４は図３の固体撮像装置付近の断面図、図５は図４の固体撮像装置の上面図、図６は図４の複合信号ケーブルの断面図、図７は図４のＴＡＢテープの後端側を示す表面図、図８は図７のＴＡＢテープの断面図、図９は多層回路基板を有する固体撮像装置の構成を示す断面図、図１０は図９の回路基板の第１層を示す表面図、図１１は図９の回路基板の第２〜第４層を示す表面図、図１２は図９の回路基板の第５層を示す表面図、図１３は図９の回路基板の第６層を示す表面図、図１４は図９の回路基板の第７層を示す表面図、図１５は図９の回路基板の第８層の表面を示すと共に、この第８層の配線に並列に流れる、位相が反転する駆動信号の例を示す説明図、図１６は配線に対してシールドグランドを設けた回路基板の第７〜第９層を示す断面図、図１７は図１６の第８層を示す表面図、図１８は図１６の第７，第９層を示す表面図、図１９は電子部品に対してグランドプレーンを設けた回路基板の第５及び第６層を示す断面図、図２０は遮光膜を形成していない固体撮像装置の要部断面図、図２１は遮光膜の形成範囲を説明するための固体撮像装置の要部断面図、図２２は遮光膜と固体撮像素子の受光部との位置を０．０５ｍｍ間隔を保つ位置に設定しした際の要部拡大図、図２３は入射角度２５°の光が入射してもこの光がインナーリードに反射しないように遮光膜とインナーリードとの位置を設定した際の要部拡大図、図２４は第１のカバーガラスの前面に接合される第２のカバーガラスの位置を説明するための固体撮像装置の要部断面図、図２５は第１のカバーガラスの前面に接合される第２のカバーガラスの外形を設定するための固体撮像装置の要部断面図、図２６はカバーガラスの外形寸法範囲内に固体撮像装置を構成しているカバーガラス以外の他の構成部品が収まるように構成した固体撮像装置を示す断面図、図２７は成形型により絶縁性封止樹脂部の外形が形成される様子を示す断面図、図２８は回路基板に樹脂流出防止部を設けた固体撮像装置を示す断面図、図２９はＴＡＢテープに電子部品を実装した固体撮像装置を示す断面図、図３０は図２９の固体撮像装置の正面図、図３１は図６の同軸線の構成を示す斜視図、図３２は図６の単純線の構成を示す斜視図、図３３は回路基板の信号ケーブル接続部に接続される同軸線及び単純線を示す説明図、図３４は複合信号ケーブルの他の構成例を示す説明図、図３５は接続接点としてランドの代わりに接続ピンを形成した回路基板の第７層付近を示す説明図、図３６は図２４に対して１枚のカバーガラス側面に段部を形成して１つのカバーガラスを設けた固体撮像装置の要部断面図である。

図１に示すように内視鏡装置１は、撮像装置として後述のＣＣＤ等の固体撮像素子を有する電子内視鏡（単に内視鏡）２と、この内視鏡２へ照明光を供給する光源装置３と、内視鏡２の制御及び内視鏡２で得た画像信号に対して信号処理を行うビデオプロセッサ４と、このビデオプロセッサ４から出力される映像信号を受けて内視鏡画像を表示するモニタ５とで主に構成されている。

内視鏡２は、細長な挿入部１１及びこの挿入部１１の基端側に操作部１２を備えている。内視鏡２は、操作部１２の側部より図示しない照明光伝達手段などを内挿したユニバーサルコード１３を延出している。内視鏡２は、このユニバーサルコード１３の端部に設けたライトガイドコネクタ１３ａを介して光源装置３と着脱自在に接続されるようになっている。内視鏡２は、ライトガイドコネクタ１３ａの側部より延出する信号ケーブル１４の端部に設けた電気コネクタ１４ａを介してビデオプロセッサ４と着脱自在に接続されるようになっている。尚、ビデオプロセッサ４は、図示しないＶＴＲデッキ、ビデオプリンタ、ビデオディスク等の周辺機器が接続可能である。

挿入部１１は、先端に設けられた先端硬性部１５と、この先端硬性部１５の基端側に設けられ、複数の湾曲駒にて構成した湾曲自在の湾曲部１６と、この湾曲部１６の基端側に設けられた長尺で可撓性を有する可撓管部１７とを有している。

操作部１２は、後方側に図示しない湾曲操作レバーが設けられている。この湾曲操作レバーを回動操作することにより、内視鏡２は、湾曲部１６を湾曲することができるようになっている。また、操作部１２は、前端付近に生検鉗子やレーザープローブ等の処置具を挿入する処置具挿入口１８が設けられている。この処置具挿入口１８に処置具を挿入することで、内視鏡２は、内部に配設された後述する処置具挿通用チャンネルを経て処置具の先端側を突出させ、患部組織を採取する生検等を行うことができる。

図２に示すように先端硬性部１５には、ステンレス等から形成される先端部材２１が設けられている。この先端部材２１の挿入部後方側には、湾曲部１６が配設されている。また、先端部材２１の挿入部先端側には、ＰＳＦ（ポリサルフォン）等の絶縁材料から形成される先端カバー２２が嵌合している。
湾曲部１６の外周には、弾性のある湾曲ゴム２３を配設している。この湾曲ゴム２３の挿入部先端側は伸縮性の少ない糸２４で先端部材２１に対して糸巻き固定し、更に、接着剤９０で固定することで、内視鏡挿入部の水密確保を行っている。

先端部材２１には、透孔２５が形成されており、この透孔２５には被写体像を撮像する撮像装置２６が配設されている。また、先端部材２１には、透孔２７が形成されており、この透孔２７には挿入部１１内に挿通されているライトガイド２８の先端側が固定され、このライトガイド２８で伝達された光源装置３からの照明光を出射する照明光学系２９が配設されている。

ライトガイド２８は、被覆チューブ１００に被覆され、更に保護チューブ１０１に被覆され、この保護チューブ１０１の先端側が糸１０２にて固定されている。
また、先端部材２１には、透孔１０４が形成されており、この透孔１０４に接続パイプ１０５、処置具挿通チューブ１０６から形成される処置具挿通用チャンネル１０３が設けられている。処置具挿通チューブ１０６の先端側は、糸１０７にて固定されている。

光源装置３内に設けられている図示しないランプより供給された照明光は、ライトガイドコネクタ１３ａ、ユニバーサルコード１３及び内視鏡２の操作部１２及び挿入部１１内を挿通するライトガイド２８を介して先端硬性部１５まで導かれる。先端硬性部１５まで伝送された照明光は、先端硬性部１５の先端面から照明光学系２９を経て被写体を照明する。照明光により照明されて得られる被写体像は、先端硬性部１５に設けた撮像装置２６で撮像され電気信号に変換された後、この電気信号をビデオプロセッサ４に伝達される。
ビデオプロセッサ４は、伝達された電気信号からビデオ信号に信号処理した後、このビデオ信号をモニタ５に伝達して、モニタ画面上に観察画像を表示するようになっている。

次に、内視鏡２に内蔵される撮像装置２６の詳細構成を説明する。
図３に示すように撮像装置２６は、対物光学系として対物レンズ群３１を有する対物光学ユニット３２と、固体撮像装置３３を有する撮像ユニット３４とを備えて構成されている。

対物光学ユニット３２は、被写体像が固体撮像装置３３の後述する固体撮像素子４１の受光部４１ａに結像するよう対物レンズ群３１を対物レンズ枠３２ａの所定位置に配設している。撮像ユニット３４は、撮像素子枠３４ａの先端側に対物光学ユニット３２の対物レンズ枠３２ａ後端側を嵌合固定すると共に、後端側には固体撮像装置３３を配設している。

固体撮像装置３３は、挿入部１１を挿通している複合信号ケーブル３５の先端側に亘って熱収縮性チューブ３６により密着固定されている。複合信号ケーブル３５を挿通している単純線又は同軸線は、ユニバーサルコード１３及び信号ケーブル１４、電気コネクタ１４ａを介し、ビデオプロセッサ４に電気的に接続されるようになっている。

この複合ケーブル３５は、図６、図３１及び図３２に示すように構成されている。
８本の同軸線１０８は、内部導体１０９、これら内部導体１０９を覆う内部絶縁被覆１１０から構成される芯線１１１と、芯線１１１を覆う外部導体１１２、外部導体１１２を覆う外部絶縁被覆１１３から構成されている。

２本の単純線１１４は、導体１１５と絶縁被覆１１６とから構成されている。そして、同軸線１０８と単純線１１４をケブラー等の繊維より形成される介在１２０を中心として撚り束ね、その外周にはＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）等から形成される絶縁テープ１１７が螺旋状に被覆している。更に、その外周には、銀メッキ銅合金製の総合シールド１１８が形成された上に、ＰＦＡ（フッ素樹脂）から形成される外皮１１９により覆っている。

図４に示すように、固体撮像装置３３は、固体撮像素子４１と、第１のカバーガラス４２と、固体撮像素子４１と回路基板４４とを電気的に接続する可撓性基板であるＴＡＢ（ Tape Automated Bonding ）テープ５０と、電子部品と信号ケーブル接続電極が形成された回路基板４４と、固体撮像素子４１より突出する第１のカバーガラス４２の裏面からＴＡＢテープ５０、回路基板４４上の電子部品を覆うように形成された絶縁性封止樹脂部４６ａから構成されている。

第１のカバーガラス４２の裏面には固体撮像素子４１の受光部４１ａへ入射する不要光を遮光するためのクロム等から形成される遮光膜４７が蒸着形成されている。この遮光膜４７は、第１のカバーガラス４２側面にて反射する光線や、固体撮像素子４１裏面のアルミ配線により乱反射する光線や、固体撮像素子４１表面に接続されるＴＡＢテープ５０のインナーリード５３ａに入射する光線を遮光するようになっている。

ＴＡＢテープ５０は、図７及び図８に示すように絶縁性の約２０〜３０μｍのポリイミド樹脂フィルム５２上に約２０〜３０μｍ厚銅薄から形成されるリード５３が形成されている。そして、ポリイミド樹脂フィルム５２より突出するインナーリード５３ａは固体撮像素子４１端部で屈曲され、固体撮像素子４１表面上に形成されたボンディングパッド１２２に対してＡｕ（金）等のバンプ１２３を介して接続される。

ポリイミド樹脂フィルム５２に形成した開口５４内に延出するアウターリード５３ｂは回路基板４４の電気接続面５１に接続される。このとき、アウターリード５３ｂの先端部は、ポリイミド樹脂フィルム５２上に固定されている。このため、アウターリード５３ｂには、ずれが生じず、安定して回路基板４４上に形成された電気接続面５１に半田等により接続することができる。

そして、第１のカバーガラス４２は、ＴＡＢテープ５０のインナーリード５３ａ上に固体撮像素子４１の受光部４１ａと平行状態で紫外線硬化型接着剤等により接着固定されている。尚、固体撮像装置３３は、ＴＡＢテープ５０の代わりに図示しないワイヤを用いて固体撮像素子４１と回路基板４４とを電気的に接続するように構成してもよい。

また、固体撮像素子４１とその外周に設けられたＴＡＢテープ５０を含めた外径寸法は、第１のカバーガラス４２の外径寸法より小さくなるように設計されており、更に入射光軸方向先端側から見たときに、第１のカバーガラス４２の外周から固体撮像素子４１の外周もしくはＴＡＢテープ５０が突出しないような配置になるように固定手段である接着剤は固体撮像素子４１と第１のカバーガラス４２とを固定している。

回路基板４４には、積層セラミック基板により形成され、コンデンサやベアチップ、撮像信号出力用のトランジスタＩＣ（ Integrated Circuits ）等の電子部品４８ａが電子部品実装面４８に実装されている。
回路基板４４の後端部には、複合信号ケーブル３５の単純線１１４の導体１１５又は同軸線１０８の内部導体１０９が電子部品実装面４８よりも低い位置に形成された信号ケーブル接続面１２５の表面に形成した信号ケーブル接続部４９に接続されている。

また、固体撮像装置３３は、第１のカバーガラス４２の裏面からＴＡＢテープ５０、回路基板４４に実装される電子部品４８ａを覆うように絶縁性封止樹脂により封止した絶縁性封止樹脂部４６ａを設けている。
以上より、固体撮像装置３３を取り扱う際に回路基板４４上の電子部品４８ａを破損させることなく撮像装置２６の組立が行える。

また、第１のカバーガラス４２の外形寸法が固体撮像装置３３を構成する他の部品よりも大きく設定されているため、絶縁性封止樹脂部４６ａがない状態の固体撮像装置３３を取り扱う際でも、固体撮像素子４１や、その他の電子部品４８ａに組立作業者が接触する機会を減らすことができるので、静電気等による破損の発生を防止することができる。

また、第１のカバーガラス４２の外形寸法が固体撮像装置３３を構成する他の部品よりも大きく設定されているため、絶縁性封止樹脂部４６ａの外形を形成する際に用いる型の内形を第１のカバーガラス４２と揃えることで、確実に固体撮像装置３３の外形を第１のカバーガラス４２以下に抑えることができるので、外形寸法のばらつきを抑え、安定生産することができる。

撮像装置２６は、過酷な内視鏡の外部使用環境、特に洗滌・消毒・滅菌の工程において、振動や陰圧、１００℃を超える高温が加えられたりする。例えば、内視鏡の外部環境が高温から低温となった場合は固体撮像装置周囲の封止樹脂は熱収縮する。よって、固体撮像装置を覆う封止樹脂が１種類であればこの封止樹脂が収縮することにより、ＴＡＢテープや電子部品が引張られ、回路基板から剥離するという問題があった。一方、内視鏡の外部環境が低温から高温となった場合は固体撮像装置の封止樹脂は膨張する。よって、封止樹脂が膨張することにより、ＴＡＢテープや電子部品の接続部が破壊されるという問題があった。

本実施例では、撮像素子枠３４ａの基端部から、固体撮像装置３３、信号ケーブル接続部４９、複合信号ケーブル３５の先端側にかけて被覆された熱収縮性チューブ３６内に第２の封止樹脂部４６ｂが設けられている。そして、前記絶縁性封止樹脂部４６ａは、この第２の封止樹脂部４６ｂよりも線膨張係数が５％以上小さく設定されている。

以上より、内視鏡の外部環境が急激の温度変化したとしても、絶縁性封止樹脂部４６ａの線膨張係数が第２の封止樹脂部４６ｂよりも小さいため、ＴＡＢテープ５０及び電気接続面５１や電子部品４８ａの接続部に生じる膨張・収縮等の応力の発生を低く抑えることができるので、固体撮像装置の破損を防止することができる。
加えて、絶縁性封止樹脂部４６ａの弾性率を第２の封止樹脂部４６ｂよりも１０％以上低く柔らかく設定することで、熱膨張・収縮した第２の封止樹脂部４６ｂの応力を絶縁性封止樹脂部４６ａにて緩和することができるので、固体撮像装置の破損を防止することができる。

一方、内視鏡に搭載される撮像装置は、内視鏡内に配置される他の内蔵物が動くことにより撮像装置に外力が加えられ、撮像装置内の固体撮像装置が破損したり、信号ケーブル接続部が破損するという問題があった。
本実施例では、絶縁性封止樹脂部４６ａに対して第２の封止樹脂部４６ｂの弾性率を１０％以上低く柔らかくすることで、撮像装置の外部より加えられる応力を第２の封止樹脂部４６ｂにて吸収緩和することができる。このため、本実施例では、撮像装置の破損を防止することができるので、製品品質が向上する。

上記両封止樹脂の弾性率は、撮像装置が搭載される内視鏡の仕様により適宜決定される。 つまり、外部環境の影響が撮像装置に伝わり易い内視鏡であれば、絶縁性封止樹脂部４６ａを第２の封止樹脂部４６ｂに対して弾性率を低くすればよく、内視鏡内の他の内蔵物による影響を受け易い内視鏡であれば第２の封止樹脂部４６ｂを絶縁性封止樹脂部４６ａに対して弾性率を低く設定すればよい。

また、固体撮像装置３３は、長手軸の後方側に沿って小型化されるように構成されている。即ち、第１のカバーガラス４２＞固体撮像素子４１≒ＴＡＢテープ５０の電気接続面５１＞回路基板４４上に実装された電子部品４８ａ＞信号ケーブル接続部４９となるように徐々に小型化している。

ここで、この信号ケーブル接続部４９の厚みは、複合信号ケーブル３５の外径よりも著しく薄くした場合には、信号線の引き回し距離が長くなるので、撮像装置２６の長手軸方向が大きくなってしまう。よって、この信号ケーブル接続部４９の厚みは、複合信号ケーブル３５外径よりも小さく、かつ複合信号ケーブル３５外径より外皮１１９、総合シールド１１８、絶縁テープ１１７及び同心円状に配置された同軸線１０８や単純線１１４の径を差し引いたΦRよりも大きい寸法が最適となる。

以上より、撮像装置２６の外形を長手軸後方側に沿って小型化されるので、この小型化された部位に他の内蔵物、例えば、処置具挿通用チャンネル又はライトガイドの最も太い位置である糸１０２、糸１０７を撮像装置後方寄りに配置することで、内視鏡内の内蔵物を近接配置することができるので、内視鏡先端部を細径化することができる。
そして、図３３に示すように信号ケーブル接続部４９に接続される同軸線１０８及び単純線１１４は複合信号ケーブル３５内で撚り束ねられた順序で接続される。これにより、同軸線１０８及び単純線１１４の配線が行い易くなり、撮像装置２６の長手方向の大きさを小型化することができる。

尚、複合信号ケーブル３５は、図３４に示す構成で、ケーブル端近傍を処理し信号ケーブル接続部４９に接続してもよい。先ず、複合信号ケーブル３５の外皮１１９をストリップする。次に、このストリップされた外皮１１９の端部と略同一位置にて総合シールド１１８及び絶縁テープ１１７をカットする。次に、複数の同軸線１０８の外部絶縁被覆１１３をストリップする。

外部絶縁被覆１１３端より露出した外部導体１１２を複合信号ケーブル３５中央部に撚り束ねる。この後、撚り束ねた外部導体１１２を軟銅線等から形成されるジャンパ線１２４で縛り、半田等で固定して統括部１２５を形成する。このとき、統括部１２５は介在１２０と略同一寸法に形成する。ジャンパ線１２４の先端部は、同軸線１０８及び単純線１１４の先端部と同じ長さに設定される。

次に、同軸線１０８は内部絶縁被覆１１０が、単純線１１４は絶縁被覆１１６がストリップされ、内部導体１０９、導体１１５、ジャンパ線１２４が信号ケーブル接続部４９に半田等により接続される。このとき、各同軸線１０８の外部導体１１２をジャンパ線１２４にて一括して束ねることで、各信号線のシールドＧＮＤを同電位とすることができ、信号劣化を防止すると共に、EMC等の放射ノイズ発生を制御できる。

また、各同軸線１０８の外部導体１１２を一括することで、信号ケーブル接続部４９の接続箇所を削減できるので、信号ケーブル接続部４９を小型化することができる。
尚、外部導体１１２の統括部１２５内に固体撮像装置３３のＧＮＤ線である単純線１１４の導体１１５を内部に統括してもよい。これにより、映像信号のＧＮＤレベルが更に強化され、ノイズの少ない良好な画像を得ることができる。

また、本実施例では、絶縁性封止樹脂部４６ａは固体撮像素子４１及び回路基板４４の上下方向にのみ設けるように構成している。
このことにより、図５の上面図に示すように固体撮像素子４１及び回路基板４４は、絶縁性封止樹脂部４６ａの存在しない両側サイド例えば、回路基板４４の側面を把持することができるので、この絶縁性封止樹脂部４６ａに作業者が触ることなく取り扱うことができるようになっているので、固体撮像装置３３の破損を防止できる。

次に、回路基板４４の詳細構成を説明する。
図９に示すように回路基板４４は、例えばセラミックにより多層（積層）に形成されている多層回路基板である。尚、この回路基板４４は、左右対称（図中では、上下対称）な層構造となっている。即ち、回路基板４４は、上から第１層６１ａ〜第８層６１ｈまで、下から第１層６１ａ〜第８層６１ｈまでとなっている。

尚、回路基板４４は、ＴＡＢテープ５０のアウターリード５３ｂを配線した電気接続面５１を有する第１層６１ａと、この第１層６１ａの電気接続面５１と同じ方向の面に電子部品４８ａを実装する電子部品実装面４８を有する第５層６１ｅ、及び信号ケーブル接続部４９を有する第７層６１ｇを備えている。この回路基板４４は、電気接続面５１より電子部品実装面４８に実装した電子部品４８ａ及び信号ケーブル接続部４９を低い位置に形成している。

このことにより、回路基板４４は、可撓性の電気接続部材であるＴＡＢテープ５０が形成される面方向と、電子部品実装面４８及び信号ケーブル接続部４９を同一方向とすることで、これら電子部品実装面４８及び信号ケーブル接続部４９が形成されない面方向は第１のカバーガラス４２と同一サイズ以下とすることができるのでその分小型化できる。

また、回路基板４４は、電気接続面５１が形成されない面方向が電子部品４８ａや電気接続部（ランド）が露出しないので絶縁性封止樹脂を施す必要がなく小型化できる。

図１０に示すように回路基板４４の第１層６１ａは、電気接続面５１にＴＡＢテープ５０ｂのアウターリード５３ｂが接続されるランド６２が形成されている。これらのランド６２は、ＴＡＢテープ５０の開口５４に合わせて形成されている。これらのランド６２には、スルーホール６３が形成されており、図１１に示す次の第２〜第４層６１ｂ〜６１ｄまでスルーホール６３が延出形成されている。

図１２に示すように第５層６１ｅは、電子部品実装面４８であり、電子部品４８ａを半田等で実装するための実装ランド６４ａが形成されている。実装ランド６４ａには、スルーホール６４ｂが各々に形成されている。
また、図１３に示すように第６層６１ｆは、スルーホール６３及び６４ｂを接続するパターン６５が形成されている。また、図１４に示すように第７層６１ｇは、信号ケーブル接続部４９が設けられている。この信号ケーブル接続部４９は、複合信号ケーブル３５の信号線３５ａが接続される接続接点としてランド６６が形成されている。このランド６６には、スルーホール６７が形成されている。

図３３に示すように、ランド６６は図６に示す複合信号ケーブル３５内の同軸線１０８，単純線１１４が交差することなく接続できるように、同じ順序で配列されている。これにより、同軸線１０８，単純線１１４の配線取り回しが容易となるので光軸方向の撮像装置を小型化することができると共に、組立時の不良発生を防止することができる。

以上により、実装される部品取付用ランドを形成する第５層６１ｅと、ランド６２，６６と実装ランド６４ａの配線を行うパターン６５を形成する層例えば第６層６１ｆとを分けることで、実装ランド６４ａを避けて配線パターン６５を形成する必要がなくなるので、配線長を短くできて信号劣化を防止できる。また、高密度配線が可能となり小型化できる。

尚、第７層６１ｇは、ランド６６の代わりに接続接点として図３５に示すように接続ピン１２９でもよい。このとき、接続ピン１２９のピッチＰが全て等しければ、この接続ピン１２９に接続される信号線が太い単純線１１４の導体１１５を外側に配置することで、半田付けを行う際に隣接ピンとショートすることを防止できるので、組立時の不良を防止できる。

本構成は、接続ピン１２９に接続される導体径が全て同じであっても同様の効果を得ることができる。また、細い導体を配置するときにも同様の効果を得ることができる。また、接続ピン１２９の側面に接続することで、信号ケーブル接続部４９の高さを内側に対して外側を低く抑えることができる。

また、信号伝送効率上は、導体１１５の太さは大きい方が好ましい。よって、導体１１５を太くする場合は、破線で示す導体１１５ａのように、第１のカバーガラス４２の外形寸法範囲内に納まるように設定することで、撮像装置２６の水平方向の外形寸法を大きくすることなく、良好な画像を得ることができる。

また、図１５に示すように第８層６１ｈは、第７層６１ｇのスルーホール６７に接続する基板内の配線６８が設けられている。この第８層６１ｈは、配線６８が複合信号ケーブル３５の同軸線１０８から供給される信号、例えば、位相が反転する水平転送駆動信号６８ａ、６８ｂを並列にさせることで、ＥＭＣ(電磁両立性 ElectroMagnetic Compatibility) 放射ノイズを防止するようになっている。

また、この第８層６１ｈには、配線６８をシールドするシールドグランド６９が形成されている。更に、配線６８の端部には、スルーホール７０がＴＡＢテープ５０を介して固体撮像素子４１に接続されている。
上記構成により、回路基板４４は、複合信号ケーブル３５の各信号線と基板内の電子部品４８ａ及び固体撮像素子４１と信号の送受信が行われるようになっている。

尚、回路基板４４は、ＥＭＣ放射ノイズ対策として図１６に示すように第８層６１ｈの配線６８を覆うようにシールドグランド６９を設けてもよい。
即ち、第８層６１ｈは図１７に示すように配線６８がシールドグランド６９に覆われ、この第８層６１ｈ前後の層、即ち、第７層６１ｇと第９層６１ｉは図１８に示すようにスルーホール６９ａで接続されたシールドグランド６９を設けたシールドグランド層となっている。このことにより、回路基板４４は、基板内の配線６８がシールドにより強固に覆われてＥＭＣ放射ノイズを防止できる。

また、回路基板４４は、ＥＭＣ放射ノイズ対策として図１９に示すように第５層６１ｅに実装される電子部品４８ａに対してグランドプレーン７１を設けてもよい。即ち、回路基板４４は、第５層６１ｅの下層である第６層６１ｆにグランドプレーン７１が設けられている。尚、符号７２は、電子部品４８ａとの接続接点である。

また、図１９に示す電子部品４８ａは、例えば、フリップチップボンディングされる撮像信号出力用のトランジスタジスＩＣである。尚、トランジスタＩＣの接続強度は、チップコンデンサ等の半田付け強度に比べて極めて低いため、このトランジスタＩＣの下面には絶縁性封止樹脂と同程度以下の線膨張係数を有するエポキシ系のアンダーフィル１２６が充填され強度補強されている。このトランジスタＩＣは、固体撮像素子４１から出力される撮像信号を増幅するために設けられている。固体撮像素子４１からの撮像信号は、外乱ノイズに弱いが、第６層６１ｆに設けたグランドプレーン７１により画像不良の発生を防止できる。

尚、固体撮像装置３３は、小型化すると組み合わせる対物光学系によって図２０の破線で示すように第１のカバーガラス４２側面に入射した光線が直接固体撮像素子４１の受光部４１ａに入射しフレアやゴーストを発生する問題点がある。
また、素子面４１ｂはアルミ配線等が施された反射率の高い面状態となっているので、受光部４１ａ横の素子面４１ｂに入射する光は、図２０の実線で示すように素子面４１ｂ、第１のカバーガラス４２表面との間で多重反射を繰り返し受光部４１ａに入射することで、同様な画像不良が発生してしまう。

そこで、固体撮像装置３３は、第１のカバーガラス３４の側面にて反射した光が固体撮像素子４１の受光部４１ａに入射しないように、第１のカバーガラス４２の裏面に形成される遮光膜４７の形成範囲が図２１に示すように決定されるようになっている。
固体撮像装置３３は、遮光膜４７からｔ１の位置で内部側に全反射する光を遮光するように第１のカバーガラス４２の裏面に形成される遮光膜４７の形成範囲を決める。

即ち、固体撮像装置３３は、対物光学ユニット３２の対物レンズ群３１から第１のカバーガラス４２に対して最大角度αの角度で入射して遮光膜４７からｔ１の位置において反射した光を遮光するために、遮光膜４７の形成範囲Ｌ（カバーガラス端〜遮光膜４７端）を第１のカバーガラス３４の側面から固体撮像素子４１の受光部４１ａに向けてｔ１×ｔａｎαの範囲としている。
このことにより、固体撮像装置３３は、最大角度αよりも入射角度の低い光が遮光膜４７にて遮光されるので、不要光が入射せず、フレアやゴーストを発生しない。

また、内視鏡用として組み合わされる対物光学系により発生し得る光線の最大角度は約１５〜２５°であるため、２５°の光線が入射しても、不要光が受光部に入射しない寸法設定を行うことで、様々な対物光学系と組み合わせ可能な汎用性の高い固体撮像装置を提供することができる。即ち、固体撮像装置の共通使用が可能となる。

尚、遮光膜４７は、固体撮像素子４１と第１のカバーガラス４２とを組み立てるときの精度に対する位置ずれを考慮し、受光部４１ａとの位置を設定するようになっている。

例えば、図２２に示すように固体撮像装置３３は、位置出し精度が±０．０５ｍｍであれば、遮光膜４７と受光部４１ａとの位置が０．０５ｍｍ間隔を保つ位置とする。
ここで、内視鏡２は、対物光学系により最も入射角度が最大となる値が２５°である。

そこで、本実施例では、図２３に示すようにこの入射角度２５°の光が入射してもこの光がインナーリード５３ａに反射しないように遮光膜４７とインナーリード５３ａとの位置を設定している。
このことにより、固体撮像装置３３は、入射角度２５°の光が入射してもこの光がインナーリード５３ａに反射しないので、フレアの発生を防止できる。

また、第１のカバーガラス４２を図２４に示すように固体撮像素子４１表面よりｔ２未満の第１−１のカバーガラス１２７と第１−２のカバーガラス１２８とに分割し、第１−１のカバーガラス１２７の外形を第１−２のカバーガラス１２８の外形よりも小さく設定する。そして、第１−２のカバーガラス１２８裏面には固体撮像装置３３の全体を覆う黒色の絶縁性封止樹脂部４６ａが形成されている。

これにより、対物光学ユニット３２の対物レンズ群３１から入射する光線が、固体撮像素子４１の表面からｔ２の位置にて第１−２のカバーガラス１２８側面に入射し内部側に全反射する光線を、第１−２のカバーガラス１２８後端面に形成した絶縁性封止樹脂部４６ａにて吸収することができるので、光線が第１−１のカバーガラス１２７及び受光部４１ａまで入射することを防止することができる。また、固体撮像装置３３後方に沿って撮像装置の外形を小型化することができる。尚、第１のカバーガラス４２の裏面に遮光膜を設けることで、処置具挿通用チャンネル１０３を介して挿通される鉗子等に照明光が反射することにより発生する予期しないフレア光が固体撮像素子４１表面に入射することを防止できる。

尚、第１のカバーガラス４２を分割するのではなく、図３６に示すように１枚のカバーガラス１２８ｂ側面に段部を形成しても同様の効果を得ることができる。この構成の方が、各カバーガラスの位置出しが不要で、部品点数も削減できるので、安価な撮像装置を得ることができる。

また、第１のカバーガラス４２の前面に接合される第２のカバーガラス４３の外形寸法も同様に図２５に示すように決定されている。即ち、第２のカバーガラス４３側面の位置は、対物光学ユニット３２の対物レンズ群３１から入射する光線が、遮光膜４７からｔ３の位置にてカバーガラス４３側面に入射する場合、遮光膜４７内形端からｔ３×ｔａｎαと設定する必要がある。

本実施例では、少なくとも水平方向又は垂直方向においてカバーガラスの外形寸法範囲内に固体撮像装置３３を構成しているカバーガラス以外の他の構成部品（固体撮像素子４１、回路基板４４、ＴＡＢテープ５０、絶縁性封止樹脂部４６ａ）が収まるように構成している。
即ち、図２６に示すように固体撮像装置３３は、第１のカバーガラス４２又は第２のカバーガラス４３の外形寸法範囲内に固体撮像素子４１、回路基板４４、ＴＡＢテープ５０、絶縁性封止樹脂部４６ａが収まるように構成されている。

このことにより、固体撮像装置３３は、第１のカバーガラス４２又は第２のカバーガラス４３の外形寸法範囲内に固体撮像素子４１、回路基板４４、ＴＡＢテープ５０、絶縁性封止樹脂部４６ａが配置されているので、装置外形を第１のカバーガラス４２又は第２のカバーガラス４３内に規定することができる。

固体撮像装置３３は、図２７に示すように成形型９１により絶縁性封止樹脂部４６ａの外形を形成するようになっている。
先ず、固体撮像装置３３は、固体撮像素子４１の受光部４１ａ側に対し、遮光膜４７を蒸着した第１のカバーガラス４２が接着接合される。次に、固体撮像装置３３は、固体撮像素子４１の裏面に対し、電子部品４８ａを実装した回路基板４４を接着接合される。

固体撮像装置３３は、ＴＡＢテープ５０ａのインナーリード５３ａが固体撮像素子４１の受光部４１ａと同一面上に設けた図示しない電極に接続され、ＴＡＢテープ５０ｂのアウターリード５３ｂが回路基板４４の第１層６１ａに形成されたランド６２に接続される。
そして、固体撮像装置３３は、これら第１のカバーガラス４２と固体撮像素子４１と回路基板４４とを一体的に組み立てた後、成形型９１に落とし込まれて絶縁性封止樹脂を注入され、絶縁性封止樹脂部４６ａの外形が形成される。

このことにより、固体撮像装置３３は、ＴＡＢテープ５０又はワイヤを絶縁性封止樹脂部４６ａにて確実に覆うことができるので、固体撮像装置周辺に配置される補強枠等の導電部材とのショートを防止できる。
また、固体撮像装置３３は、ＴＡＢテープ５０を接続する電気接続面５１を第１のカバーガラス４２内に収めることができるので、カバーガラス外形を基準に絶縁性封止樹脂部４６ａを形成することで、電気接続面５１の露出を防止できる。

従って、固体撮像装置３３は、第１のカバーガラス４２より後端以降が第１のカバーガラス４２又は第２のカバーガラス４３より大きくなることを防止できると共に、電装部品であるＴＡＢテープ５０及び電気接続面５１や電子部品４８ａ等の露出を防止できる。
この結果、固体撮像装置３３は、外形寸法を第１のカバーガラス４２又は第２のカバーガラス４３にて規定でき、小型化が可能となる。これにより、本実施例の撮像装置２６は、小型化しても組立易く且つ光学性能を確保できる。

尚、固体撮像装置は、図２８に示すように回路基板に樹脂流出防止部を設けて構成してもよい。図２８に示すように固体撮像装置３３Ｂは、回路基板４４Ｂの電子部品実装面４８に樹脂流出防止部として突起部９２を設けている。この突起部９２は、電子部品４８ａよりも高く形成されている。
尚、この突起部９２は、直方体形状に形成されているが、電子部品４８ａより高く形成されて樹脂が流出しなければ、直方体形状でなくともよい。

これにより、固体撮像装置３３Ｂは、突起部９２により絶縁性封止樹脂が電子部品実装面４８までの範囲内に抑制でき、この電子部品実装面４８以降に流れ出すことがない。
従って、固体撮像装置３３Ｂは、上記第１実施例の固体撮像装置３３と同様な効果を得ることに加え、封止樹脂が信号ケーブル接続部４９まで流出することがないので、この信号ケーブル接続部４９に樹脂が付着するのを防止できる。

図２９に示すように固体撮像装置３３Ｃは、回路基板４４Ｃの凹部に電子部品９４を配置し、ＴＡＢテープ９３は電子部品９４後方の電気接続面にて半田等により固定される。固体撮像装置３３Ｃは、回路基板４４Ｃに実装された電子部品９４がＴＡＢテープ９３にて覆うような形状に形成されている。尚、電子部品９４上には、粘着剤１３０を有するポリイミドテープ１３１が配置されている。これにより、電子部品９４とＴＡＢテープ９３の絶縁が確保される。

図３０に示すように固体撮像装置３３Ｃは、ＴＡＢテープ９３が存在しない水平方向に対して第１のカバーガラス４２又は第２のカバーガラス４３の外形寸法範囲内に固体撮像素子４１、回路基板４４Ｃ、ＴＡＢテープ９３、絶縁性封止樹脂部４６ａが収まるように構成されている。これにより、固体撮像装置３３Ｃは、上記第１実施例の固体撮像装置３３と同様な効果を得ることができる。また、電子部品９４は、ＴＡＢテープ９３に覆われているので、絶縁性封止樹脂部４６ａ硬化時の膨張収縮による破損を防止することができる。また、ＴＡＢテープ９３に絶縁性封止樹脂部４６ａ硬化時に外側に引っ張られる応力が加わったとしても、粘着剤１３０部にて応力緩和され電子部品９４の破損を防止することができる。

尚、本発明は、以上述べた実施例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。

本発明の撮像装置は、小型化しても組立易く且つ光学性能を確保できるので、工業分野のみならず、医療分野において、特に内視鏡の挿入部先端部に内蔵される場合に適している。

一実施例の撮像装置を備えた内視鏡装置を示す全体構成図である。 図１の内視鏡の挿入部先端側の構成を示す断面図である。 図２の撮像装置の構成を示す断面図である。 図３の固体撮像装置付近の断面図である。 図４の固体撮像装置の上面図である。 図４の複合信号ケーブルの断面図である。 図４のＴＡＢテープの後端側を示す表面図である。 図７のＴＡＢテープの断面図である。 多層回路基板を有する固体撮像装置の構成を示す断面図である。 図９の回路基板の第１層を示す表面図である。 図９の回路基板の第２〜第４層を示す表面図である。 図９の回路基板の第５層を示す表面図である。 図９の回路基板の第６層を示す表面図である。 図９の回路基板の第７層を示す表面図である。 図９の回路基板の第８層の表面を示すと共に、この第８層の配線に並列に流れる、位相が反転する駆動信号の例を示す説明図である。 配線に対してシールドグランドを設けた回路基板の第７〜第９層を示す断面図である。 図１６の第８層を示す表面図である。 図１６の第７，第９層を示す表面図である。 電子部品に対してグランドプレーンを設けた回路基板の第５及び第６層を示す断面図である。 遮光膜を形成していない固体撮像装置の要部断面図である。 遮光膜の形成範囲を説明するための固体撮像装置の要部断面図である。 遮光膜と固体撮像素子の受光部との位置を０．０５ｍｍ間隔を保つ位置に設定しした際の要部拡大図である。 入射角度２５°の光が入射してもこの光がインナーリードに反射しないように遮光膜とインナーリードとの位置を設定した際の要部拡大図である。 第１のカバーガラスの前面に接合される第２のカバーガラスの位置を説明するための固体撮像装置の要部断面図である。 第１のカバーガラスの前面に接合される第２のカバーガラスの外形を設定するための固体撮像装置の要部断面図である。 バーガラスの外形寸法範囲内に固体撮像装置を構成しているカバーガラス以外の他の構成部品が収まるように構成した固体撮像装置を示す断面図である。 成形型により絶縁性封止樹脂部の外形が形成される様子を示す断面図である。 回路基板に樹脂流出防止部を設けた固体撮像装置を示す断面図である。 ＴＡＢテープに電子部品を実装した固体撮像装置を示す断面図である。 図２９の固体撮像装置の正面図である。 図６の同軸線の構成を示す斜視図である。 図６の単純線の構成を示す斜視図である。 回路基板の信号ケーブル接続部に接続される同軸線及び単純線を示す説明図である。 複合信号ケーブルの他の構成例を示す説明図である。 接続接点としてランドの代わりに接続ピンを形成した回路基板の第７層付近を示す説明図である。 図２４に対して１枚のカバーガラス側面に段部を形成して１つのカバーガラスを設けた固体撮像装置の要部断面図である。

符号の説明

１ 内視鏡装置
２ 内視鏡
１１ 挿入部
１５ 先端硬性部
２６ 撮像装置
３１ 対物レンズ群
３２ 対物光学ユニット
３２ａ 対物レンズ枠
３３ 固体撮像装置
３４ 撮像ユニット
３４ａ 撮像素子枠
３５ 複合信号ケーブル
３５ａ 信号線
４１ 固体撮像素子
４１ａ 受光部
４２ 第１のカバーガラス
４３ 第２のカバーガラス
４４ 回路基板
４６ 封止樹脂
４６ａ 絶縁性封止樹脂部
４６ｂ 第２の封止樹脂部
４７ 遮光膜
４８ 電子部品実装面
４８ａ 電子部品
４９ 信号ケーブル接続部
５０ ＴＡＢテープ
５１ 電気接続面
代理人 弁理士 伊藤 進

Claims (8)

1. 対物光学系の焦点位置に集光された被写体像を撮像する固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の受光部を覆うカバーガラスと、
   前記固体撮像素子の外形と略同一の大きさに形成してこの固体撮像素子の裏面に接合し、前記固体撮像素子の信号処理を行うための電子部品を実装して信号ケーブル接続部を設けた回路基板と、
   前記回路基板と前記固体撮像素子とを接続する電気接続部材と、
   前記固体撮像素子より突出する前記カバーガラス裏面から前記電気接続部材と前記電子部品とを封止する絶縁性封止樹脂部と、
   を構成部品として有する固体撮像装置を具備する撮像装置において、
   前記固体撮像装置は、少なくとも水平方向又は垂直方向において前記カバーガラスの外形寸法範囲内にこのカバーガラス以外の他の構成部品が収まることを特徴とする撮像装置。
2. 前記固体撮像装置の周囲を封止する第２の封止樹脂部を有し、
   前記絶縁性封止樹脂部は、前記第２の封止樹脂部よりも線膨張係数が低いことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記固体撮像装置の周囲を封止する第２の封止樹脂部を有し、
   前記絶縁性封止樹脂部と前記第２の封止樹脂部とは、樹脂の弾性率が異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記固体撮像装置は、前記固体撮像素子への不要光を遮光するための遮光膜を前記カバーガラス裏面に形成し、このカバーガラスに対する最大入射角度をα，前記遮光膜から最大入射角度光線のカバーガラス側面への到達位置までの高さをｔ１とし、前記遮光膜の形成範囲を前記カバーガラス側面から前記受光部に向けてｔ１×ｔａｎα以上の範囲としたことを特徴とする請求項１〜３に記載の撮像装置。
5. 前記カバーガラスに対する最大入射角度をα、前記固体撮像素子表面から最大入射角度光線のカバーガラス側面への到達位置までの高さをｔ２とし、前記固体撮像素子より前記ｔ２未満の位置で前記カバーガラス側面が小さくなる段部を形成したことを特徴とする請求項１〜３に記載の撮像装置。
6. 前記カバーガラスは、厚みが前記ｔ２未満の第１のカバーガラスと、第２のカバーガラスが接合されることにより形成され、前記第１のカバーガラスが前記第２のカバーガラスよりもカバーガラス側面が小さく形成されたことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記回路基板は、前記電気接続部材を配線した電気接続面と、この電気接続面と同じ方向の面に前記電気接続面よりも低い位置に前記電子部品を実装する電子部品実装面を形成し、前記電子部品と同じ位置又は、低い位置に前記信号ケーブル接続部を形成したケーブル接続面を形成し、前記固体撮像装置外形を先端側より基端側に向けて低く形成したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記信号ケーブルは、複数の同軸線及び単純線が撚り束ねて構成される複合ケーブルであり、前記電気接続面よりも後方に形成される前記信号ケーブル接続部の厚みが、この信号ケーブル接続部に接続される信号ケーブルの外形よりも薄く、前記信号ケーブル内で同心円状に配置された同軸線又は単純線の同心円内形よりも厚いことを特徴とする請求項１又は７に記載の撮像装置。
   

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