JP5308652B2 - 撮像ユニット - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡の先端部に内蔵されるものに好適な撮像ユニットに関する。

従来、固体撮像素子を利用して被写体像を電子的に撮像する種々の装置が開発されている。例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）を用いた撮像装置は電子式内視鏡装置等にも利用されている。

このように従来の撮像装置を内視鏡装置に応用したものとして、例えば特開平６−１４８５３０号公報にて開示されたものがある。この提案によれば、内視鏡先端部に設けた対物光学系の光軸を屈曲させて水平に設けた固体撮像素子の受光部に導くようになっている。固体撮像素子は電気部品を実装した回路基板に接続される。回路基板には接続ランドが形成され、この接続ランドを利用して固体撮像素子から延出したリード及び信号ケーブルを挿通することにより電気的接続を行っている。

信号ケーブルはビデオプロセッサに接続され、撮像装置で撮像した画像信号を、信号ケーブルを介して、ビデオプロセッサに伝送することによって、被写体の観察画像の表示を行っている。
特開平６−１４８５３０号公報

しかしながら、従来の撮像装置においては、回路基板に設けられた接続ランドに信号ケーブルの各信号線を半田付け等によって接続するため、超小型のＣＣＤあるいはＣ-ＭＯＳセンサ等のイメージセンサに対して、これに接続しなければならない。特に信号ケーブルの各信号線が多い場合、イメージセンサを小型化しても、撮像装置としては外形が大形化するといった問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、信号ケーブルの複数の信号線をコンパクトに接続し、装置外形を小型化することのできる撮像ユニットを提供することを目的としている。

本発明の一態様の撮像ユニットは、受光面を備えた固体撮像素子と、少なくとも、前記固体撮像素子を実装する回路基板と、前記回路基板に電気的に接続される、複数の信号線を内部に有する信号ケーブルと、を備えた撮像ユニットにおいて、
前記回路基板は、前記信号ケーブルのケーブル長手中心軸と略一致する当該基板中心線に対して、前記固体撮像素子の実装側でその長手方向がそれぞれ鋭角の傾き角度をなす複数のランドにより構成される複数のランド列を備え、前記複数のランド列は、前記回路基板における前記基板中心線に対して対称に配置された第１のランド列と第２のランド列により構成され、前記信号ケーブルは、そのケーブル長手中心軸が前記回路基板における前記基板中心線と略一致した位置に配置された後、前記複数の信号線における各信号線の先端を当該ケーブル長手中心軸から前記複数の各ランドに向けて延出し、当該各信号線の先端を前記各ランドに対して前記傾き角度に一致させてそれぞれ接続することにより、前記回路基板に電気的に接続される。

本発明によれば、信号ケーブルの複数の信号線をコンパクトに接続し、装置外形を小型化することができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。

図１ないし図１１は本発明の実施例１に係わり、図１は内視鏡システムの構成を示す図、図２は図１の電子内視鏡の先端内部の構成を示す図、図３は図２の撮像ユニットの構成を示す図、図４は図３のＴＡＢ基板を示す図、図５は図３のＴＡＢ基板と複合ケーブルとの接続状態を示す図、図６は図２の撮像ユニットの変形例１を説明する第１の図、図７は図２の撮像ユニットの変形例１を説明する第２の図、図８は図２の撮像ユニットの変形例２を説明する第１の図、図９は図２の撮像ユニットの変形例２を説明する第２の図、図１０は図２の撮像ユニットの変形例３を説明する第１の図、図１１は図２の撮像ユニットの変形例３を説明する第２の図である。

図１において、内視鏡システムは、電子内視鏡１と、電子内視鏡１に照明光を供給する光源装置２と、電子内視鏡１からの画像信号を処理するビデオプロセッサ３と、ビデオプロセッサ３からの映像信号をモニタ表示するモニタ４を有しており、ビデオプロセッサ３にはＶＴＲデッキ５、ビデオプリンタ６、ビデオディスク７等の周辺機器も接続されている。

電子内視鏡１は、先端側に細長で体腔内に挿入することが可能な可撓性を有する挿入部８が形成され、手元（基端）側に操作部９が形成されている。挿入部８は、体腔内に挿入することが可能な細長で可撓性を有する可撓管１０と、可撓管１０の先端側に形成された複数の湾曲駒から成る湾曲部１１と硬質の先端部１２とによって構成されている。操作部９に配設された図示しない上下左右の湾曲操作ノブを操作することによって、湾曲部１１を湾曲させることが可能になっている。

この操作部９からユニバーサルコード１４が延設されて、このユニバーサルコード１４がコネクタ装置１３を介してビデオプロセッサ３に接続されている。光源装置２にはコネクタ装置１３が接続されるコネクタ受け１５が設けられている。ユニバーサルコード１４はコネクタ装置１３及びコネクタ受け１５を介して光源装置２に接続され、光源装置２の光源ランプ１６からの照明光を内部に挿通された図示しないライトガイドファイバーを介して電子内視鏡１の先端部１２に導くようになっている。

また、ユニバーサルコード１４は、ビデオプロセッサ３からの電源電圧及び駆動信号等を電子内視鏡１に供給すると共に、電子内視鏡１からの映像信号をビデオプロセッサ３に供給するようになっている。

図２において、先端部１２は、湾曲部１１に取り付けられる筒状部材２１、この筒状部材２１の先端に設けられる略円柱状の先端構成部材２２を備えている。先端構成部材２２の先端部には先端カバー２３が被嵌され接着剤により固定されている。先端カバー２３の後端側には、先端構成部材２２及び筒状部材２１を覆うゴムチューブ２４が設けられている。

挿入部８内には、手元側から先端部１２までライトガイドファイバー２５、鉗子チャンネル２６及び複合ケーブル２７が挿通されている。

前記先端構成部材２２内には照明用透孔２８が形成されており、この照明用透孔２８に挿入固定された照明レンズ枠２９には光源装置２による照明光を被観察部へ照射するための複数の照明レンズ３０が固定されている。この照明レンズ３０にはライトガイドファイバー２５の先端部が当接している。

また、先端構成部材２２内には鉗子用透孔３１も形成されている。この鉗子用透孔３１には鉗子用パイプ３２が挿入固定されており、鉗子用パイプ３２は挿入部８内に配設された鉗子チャンネル２６を介して操作部９に形成された鉗子の挿入口１７（図１参照）に連通されている。挿入口１７から挿入された鉗子は鉗子チャンネル２６、鉗子用パイプ３２を介して先端部１２より突出されるようになっている。

また、先端カバー２３には図示しないノズルも取付けられており、このノズルに連通するよう先端構成部材２２に形成された連通孔に送気・送水チャンネルが接続されている。

また、先端構成部材２２内には対物レンズ枠３６が嵌合するように挿入固定され、対物レンズ枠３６内には複数の対物レンズより構成される対物レンズ光学系３７が固定されている。

対物レンズ光学系３７の基端側の対物レンズ３８後端側には、対物レンズ光学系３７の光軸に垂直に撮像装置としての撮像ユニット４０の受光部が配設されている。

図３に示すように、対物レンズ３８には挿入部８の長手方向軸と略平行の光軸上に配設した固体撮像素子（ＣＣＤあるいはＣ-ＭＯＳセンサ）４１の受光面に光学像を導いている。

撮像ユニット４０は、先端側に固体撮像素子４１を配置した回路基板である、例えばＴＡＢ（Tape Automated Bonding）基板４２を有し、ＴＡＢ基板４２の基端側には複数の信号線４３を接続するための信号線ランド部である、第１のランド列７１、第２のランド列７２（図４参照）が形成されている。

複数の信号線４３としては、例えば固体撮像素子４１の駆動電源であるＶｄｄ、クロック信号であるφＰ、φＳ、φＡＢ、出力信号であるＶｏｕｔを伝送する信号線やＧＮＤ線等があり、これらの信号線４３は後述するランドにおいて接続される。複数の信号線４３は、同軸線及び／又は単純線を撚り束ねることで構成され、複合ケーブル２７としてコネクタ装置１３まで延出されている。

ＴＡＢ基板４２では、複合ケーブル２７の長手中心軸８０に平行になるように、第１のランド列７１、第２のランド列７２に信号線４３が半田接続される。

ＴＡＢ基板４２上には複数の電子部品４４が設けられると共に、信号線４３や固体撮像素子４１から入出力された信号を電子部品４４に接続するための図示しない配線パターンも設けられている。

照明光で照らされた対象物は、対物レンズ光学系３７を介して固体撮像素子４１の受光面に結像し、固体撮像素子４１によって光電変換される。光電変換された信号は、撮像ユニット４０の後端側に接続された信号線４３（複合ケーブル２７）を介してビデオプロセッサ３に供給される。

ＴＡＢ基板４２は、上面に前記電子部品４４が配置され、図４に示すように、下面に信号線接続用の、複数のランド７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄからなる第１のランド列７１と、複数のランド７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄからなる第２のランド列７２が設けられる。第１のランド列７１のランド７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄと、第２のランド列７２のランド７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄとは同形であって、ＴＡＢ基板４２の略中心線８０Ａに対して対称な位置に等ピッチＰにて設けられ、この略中心線８０Ａは、複合ケーブル２７の長手中心軸８０と略一致するように、複合ケーブル２７とＴＡＢ基板４２とが接続されるようになっている。

また、第１のランド列７１のランド７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ及び第２のランド列７２のランド７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄは、長短の辺を有する四角形状のランドよりなり、この四角形状のランド領域の長辺は、ＴＡＢ基板４２の略中心線８０Ａ、すなわち複合ケーブル２７の長手中心軸８０と鋭角（例えば４５°）をなすように形成されている。以下、このランド領域の長辺と長手中心軸８０とがなす角をランド傾き角と記す。

詳細には、図５に示すように、各四角形状のランド領域（ランド７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ及びランド７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ）の長辺の略中心線８０Ａ側を基端とした場合に、四角形状のランド領域の長辺の基端ａから先端ｂに至る線分ａｂの方向と、略中心線８０Ａとがなす、固体撮像素子側の角がランド傾き角であり、ランド傾き角が鋭角（例えば４５°）をなすように形成されている。したがって、本実施例の第１のランド列７１のランドと、第２のランド列７２のランドとは、略中心線８０Ａに対して対称な形状を形成している。

このように形成された四角形状のランド領域よりなる、ランド７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ及びランド７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄと、複合ケーブル２７の複数の信号線４３を接続する際、信号線４３の先端被膜をはがし、略中心線８０Ａ側から、信号線４３の先端を四角形状のランド領域に位置させて半田により接続する。

本実施例では、複合ケーブル２７内の第２のランド列側に位置する信号線４３を第１のランド列のランド７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄに接続し、また、複合ケーブル２７内の第１のランド列側に位置する信号線４３を第２のランド列のランド７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄに接続する。この場合、それぞれのランド列７１、７２において、撮像素子４１側のランドに複合ケーブル２７内の長手中心軸８０に近い位置に位置する信号線４３を接続し、複合ケーブル２７側のランドに複合ケーブル２７内の外周側に位置する信号線４３を接続する。

この結果、複合ケーブル２７の複数の信号線４３は、複合ケーブル２７の長手中心軸８０に沿った鋭角のランド傾き角にてランド７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ及びランド７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄに接続ができ、信号線４３とＴＡＢ基板４２をと最小の面積にて接続が可能となり、ＴＡＢ基板４２を小型に形成することができ、よって撮像ユニット４０の小型化を実現することができる。

さらに、本実施例では以下（１）〜（３）のような効果を得ることができる。

（１） 複数の信号線４３のハンダ付けのために必要なランドの大きさを確保しつつ、ＴＡＢ基板４２の幅、長さを最小とすることができる。

（２） ２列のランド列７１．７２の中心に複合ケーブル２７を配置することで、ケーブルの接続作業を容易かつ効率的に行うことができる。

（３） 信号線４３の複合ケーブル２７からの引き出し方向を、ランド列７１、７２の各ランドのランド傾き角に一致させることが容易なので、接続後に各信号線４３に対して余計なストレスがかからず、接続状態の信頼性を向上させることができる。

次に、本実施例の変形例１ないし３を以下に説明する。これら変形例においても、本実施例と同様な効果を得ることが可能である。

（変形例１）
図６及び図７に示すように、ＴＡＢ基板４２に設けるランド列を１列とする場合、長手中心軸８０に対して、ランド列７１の各ランドのランド傾き角θを４５°≦θ＜９０°とすることにより、ＴＡＢ基板４２の長手中心軸８０の長さを押さえることができる。

また、ＴＡＢ基板４２の幅方向のランドの基端ａと該基端ａ側に位置するＴＡＢ基板４２の一方端の辺との距離Δｈ１と、ＴＡＢ基板４２の幅方向のランドの先端ｂと該先端ｂ側に位置するＴＡＢ基板４２の他方端の辺との距離Δｈ２において、Δｈ１＞Δｈ２としており、これにより複合ケーブルの接続作業を容易にし、かつＴＡＢ基板４２の外形を抑えることが可能となる。

（変形例２）
図８及び図９に示すように、この変形例２の撮像ユニット４０においては、対物レンズ３８には挿入部８の長手方向軸と略平行の光軸を略直角に曲げるプリズム３９が接着固定されており、挿入部８の長手方向軸と略平行に配設した固体撮像素子４１の受光面に光学像を導いている。

そして、ＴＡＢ基板４２は折り曲げ部９０にて連結された第１のＴＡＢ面４２ａと第２のＴＡＢ面４２ｂとから構成され、第１のＴＡＢ面４２ａの先端側に電子部品４４及び固体撮像素子４１が配置された構成となっている。複合ケーブル２７をＴＡＢ基板４２接続し撮像ユニット４０を構成する際には、ＴＡＢ基板４２は折り曲げ部９０を介して第１のＴＡＢ面４２ａと第２のＴＡＢ面４２ｂとが向かい合うように組み立てられる。

この変形例２においては、第１のＴＡＢ面４２ａに第１のランド列７１のランド７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄが設けられ、第２のＴＡＢ面４２ｂに第２のランド列７２のランド７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄが設けられる。

実施例１では、第１のランド列７１のランドと第２のランド列７２のランドとが、略中心線８０Ａに対して対称な形状を形成していた（図５参照）が、本変形例では、第１のランド列７１のランドと第２のランド列７２のランドは、図９に示すように、同じランド傾き角の同配置のランドにより形成されている。また、本変形例では、ランド傾き角θは、０°＜θ≦４５°としており、これにより第１のＴＡＢ面４２ａ及び第２のＴＡＢ面４２ｂのそれぞれの幅を抑えることを可能としている。

また、折り曲げ部９０にて第２のランド列７２を有する第２のＴＡＢ面４２ｂを第１のＴＡＢ面４２ａ側に折り返すことにより、複合ケーブル２７の長手中心軸８０に対して、第２のランド列７２のランドの傾き第１のランド列７１のランドと第２のランド列７２のランドとが、対称な傾きを有するランドとなり、実施例１と同様に複合ケーブル２７の接続作業を容易にすることができる。

（変形例３）
図１０及び図１１に示すように、本変形例のＴＡＢ基板４２は、第１のランド列７１のランドが形成された第１のＴＡＢ面４２ａと、第２のランド列７２のランドが形成された第２のＴＡＢ面４２ｂと、先端に撮像素子４１が設けられた第３のＴＡＢ面４２ｃとから構成され、第１のＴＡＢ面４２ａと第２のＴＡＢ面４２ｂとの間の折り曲げ線９１と、第２のＴＡＢ面４２ｂと第３のＴＡＢ面４２ｃとの間の折り曲げ線９２とを折り曲げることにより略３角柱形状の撮像ユニット４０を構成するようになっている。なお、折り曲げ線９１の先端側にはＶ字の切り欠き部１００が設けられている。

折り曲げ線９１は、第１のランド列７１のランド及び第２のランド列７２のランドと複合ケーブル２７の接続時において、複合ケーブル２７の長手中心軸８０と一致するようになっており、また、第１のランド列７１のランド及び第２のランド列７２のランドは、実施例１と同様に、等ピッチＰの同形で、略中心線８０Ａに対して対称な形状を形成して構成されている。

ところで、内視鏡に使用する撮像素子（ＣＣＤ）に結合されるＴＡＢ基板４２においての小型化の要素としては、正確かつ高密度な実装と、実装後に折り曲げて撮像ユニット４０の外形を最小化することが必要である。しかし、
（１） 高密度の実装の課題：面積が小さいＴＡＢ基板４２の中では、パターンと実装ランド、スルーホールを効果的に配置することが難しい
（２） 正確な実装の課題：面積が小さいＴＡＢ基板４２における実装では、ＴＡＢ実装面のコシが弱く、平面性を保つことが難しい
（３） 折り曲げの課題：例えば、図１２に示すように、それぞれ部品実装部１１０ａ、１１０ｂを有する２面に分かれた、第１のＴＡＢ面４２ａと第２のＴＡＢ面４２ｂとからなるＴＡＢ基板４２を繋ぐ、パターン部（折り曲げ部）１２０は加工の都合上、ある所定の長さが必要であり、このため、図１３に示すように、折り曲げ時に折り曲げ部により撮像ユニットの外形が大きくなる。例えばパターン部（折り曲げ部）１２０の長さがＭとする（図１２）と、折り曲げ時に折り曲げ部よるはみ出しがＭ／２程度発生し（図１３）、撮像ユニットの外形が大きくなる
等の問題がある。

そこで、以下に、正確かつ高密度な実装と外形を最小化することを可能とするＴＡＢ基板を有する撮像ユニットについて説明する。

図１４に示すように、部品実装部１１０を有する２面に分かれたＴＡＢ基板４２の第１のＴＡＢ面４２ａと第２のＴＡＢ面４２ｂの境界線１１３上に、例えば２つの穴部１１１及び１１２を設ける。

そして、図１５に示すように、ＴＡＢ基板４２の第１のＴＡＢ面４２ａと第２のＴＡＢ面４２ｂとを折り曲げる必要がある場合には、穴部１１１及び１１２より、境界線１１３に沿ってそれぞれのＴＡＢ基板４２の端部辺まで切り込み１１１ａ及び１１２ａを形成する。そして、穴部１１１及び１１２との間の境界線１１３を折り曲げ線として第１のＴＡＢ面４２ａと第２のＴＡＢ面４２ｂとを折り曲げる。

このようにして第１のＴＡＢ面４２ａと第２のＴＡＢ面４２ｂとを折り曲げることにより、図１６に示すように、折り曲げ時に折り曲げ部によるはみ出し量ΔＬを最小にすることが可能となり、撮像ユニットの外形を最小に形成することが可能となる。

また、図１７に示すように、このようなＴＡＢ基板４２では、切断前にそれぞれ部品実装部１１０ａ、１１０ｂのメッキリードを共有させて形成することもできる。

さらに、図１８に示すように、穴部をスルーホール１１５、１１６とすることにより、パターンのレイアウトの自由度を高めることができる。

また、図１９及び図２０に示すように、穴部を２つではなく、例えば３つにすることにより、穴部１１１，１１２，１３０と、ＴＡＢ基板４２の各辺との間を、必要に応じて切り込み部あるいは折り曲げ部とし、カット部、折り曲げ部を可変とすることで、１つのＴＡＢ基板４２を、機種毎のサイズ、機能に応じた構成にすることが可能となる。なお、この場合、図１９及び図２０に示すように、必要に応じてＴＡＢ基板４２に切り欠き部１３１を設けることで、カットあるいは折り曲げを容易にすることができる。

本発明は、上述した実施例、変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の実施例１に係る内視鏡システムの構成を示す図 図１の電子内視鏡の先端内部の構成を示す図 図２の撮像ユニットの構成を示す図 図３のＴＡＢ基板を示す図 図３のＴＡＢ基板と複合ケーブルとの接続状態を示す図 図２の撮像ユニットの変形例１を説明する第１の図 図２の撮像ユニットの変形例１を説明する第２の図 図２の撮像ユニットの変形例２を説明する第１の図 図２の撮像ユニットの変形例２を説明する第２の図 図２の撮像ユニットの変形例３を説明する第１の図 図２の撮像ユニットの変形例３を説明する第２の図 正確かつ高密度な実装と外形を最小化することを可能とするＴＡＢ基板を有する撮像ユニットを説明する第１の図 正確かつ高密度な実装と外形を最小化することを可能とするＴＡＢ基板を有する撮像ユニットを説明する第２の図 正確かつ高密度な実装と外形を最小化することを可能とするＴＡＢ基板を有する撮像ユニットを説明する第３の図 正確かつ高密度な実装と外形を最小化することを可能とするＴＡＢ基板を有する撮像ユニットを説明する第４の図 正確かつ高密度な実装と外形を最小化することを可能とするＴＡＢ基板を有する撮像ユニットを説明する第５の図 正確かつ高密度な実装と外形を最小化することを可能とするＴＡＢ基板を有する撮像ユニットを説明する第６の図 正確かつ高密度な実装と外形を最小化することを可能とするＴＡＢ基板を有する撮像ユニットを説明する第７の図 正確かつ高密度な実装と外形を最小化することを可能とするＴＡＢ基板を有する撮像ユニットを説明する第８の図 正確かつ高密度な実装と外形を最小化することを可能とするＴＡＢ基板を有する撮像ユニットを説明する第９の図

符号の説明

１…電子内視鏡
２７…複合ケーブル
４０…撮像ユニット
４１…固体撮像素子
４２…ＴＡＢ基板
４３…信号線
７１…第１のランド列
７２…第２のランド列
８０…長手中心軸

Claims (4)

1. 受光面を備えた固体撮像素子と、
   少なくとも、前記固体撮像素子を実装する回路基板と、
   前記回路基板に電気的に接続される、複数の信号線を内部に有する信号ケーブルと、
   を備えた撮像ユニットにおいて、
   前記回路基板は、前記信号ケーブルのケーブル長手中心軸と略一致する当該基板中心線に対して、前記固体撮像素子の実装側でその長手方向がそれぞれ鋭角の傾き角度をなす複数のランドにより構成される複数のランド列を備え、
   前記複数のランド列は、前記回路基板における前記基板中心線に対して対称に配置された第１のランド列と第２のランド列により構成され、
   前記信号ケーブルは、そのケーブル長手中心軸が前記回路基板における前記基板中心線と略一致した位置に配置された後、前記複数の信号線における各信号線の先端を当該ケーブル長手中心軸から前記複数の各ランドに向けて延出し、当該各信号線の先端を前記各ランドに対して前記傾き角度に一致させてそれぞれ接続することにより、前記回路基板に電気的に接続される
   ことを特徴とする撮像ユニット。
2. 前記複数のランドは、所定のピッチが設けられて配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
3. 前記所定のピッチは、同一のピッチ量である
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮像ユニット。
4. 前記回路基板は、前記基板中心線において折り曲げ可能に形成された
   ことを特徴とする請求項１−３のいずれか一項に記載の撮像ユニット。

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