JP6605632B2 - 撮像装置および内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、配線板と、前記配線板に実装された撮像素子を含む複数の電子部品と、前記配線板に接合された複数の導線と、を有する撮像装置、および前記撮像装置を有する内視鏡に関する。

硬性先端部に撮像装置を有する電子内視鏡では、低侵襲化のためには撮像装置の細径化および短小化が重要である。撮像装置は、撮像素子を含む複数の電子部品が実装された配線板を有する。

１枚の長尺の配線板を折り曲げることで細径化をはかることができる。例えば、日本国特開２０１４−７５７６４号公報には、配線板を複数の折り曲げ部で折り曲げた撮像装置が開示されている。

上記撮像装置では、配線板は何カ所かで折り曲げられた、断面が矩形の筒状の立体配線板で、その内面に電子部品が実装され導線が接合されている。撮像素子の側面から突出しているボンディングパッドは、配線パターンが形成されたフィルムからなる接続手段を介して、配線板と電気的に接続されている。

ここで、撮像装置の更なる細径化のためには、受光面の裏面に外部電極を有する、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）型撮像素子が好ましい。また、大きな１枚の基板から個片化することで複数の配線板が作製されるが、より多くの配線板を効率良く作製するには配線板の形状も重要である。また、配線板に電子部品を実装したり導線を接合したりする工程を容易にすることも重要である。

さらに、撮像素子と接続される電子部品のうち、いくつかの部品は、不要な電磁波を発生することがある。また、撮像素子は発熱部品であり、温度が過度に上昇すると、劣化したり、また熱ノイズにより画像品質が悪化したりすることがある。

２０１４−７５７６４号公報

本発明は、細径、短小、かつ製造が容易な撮像装置および細径、短小、かつ製造が容易な撮像装置を具備する内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の実施形態の撮像装置は、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する配線板と、前記配線板に実装された撮像素子を含む複数の電子部品と、前記配線板に接合された複数の導線と、を有する撮像装置であって、前記配線板が、前記撮像素子の光軸方向をＹ軸とするＸＹＺ直交座標系において、ＸＹ平面に配置されている第１の領域と、前記第１の領域の先端部から延設され、ＸＺ平面に配置されている第２の領域と、前記第１の領域の第１の側面から延設され、ＹＺ平面に配置されている第３の領域と、前記第３の領域の先端部から延設され、前記第２の領域に平行にＸＺ平面に配置されている第４の領域と、を含み、前記第２の領域または前記第４の領域のうち前記光軸方向で前側にある領域の前記第１の主面が先端面であり、前記先端面に前記撮像素子が実装されている。

本発明の別の実施形態の内視鏡は、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する配線板と、前記配線板に実装された撮像素子を含む複数の電子部品と、前記配線板に接合された複数の導線と、を有し、前記配線板が、前記撮像素子の光軸方向をＹ軸とするＸＹＺ直交座標系において、ＸＹ平面に配置されている第１の領域と、前記第１の領域の先端部から延設され、ＸＺ平面に配置されている第２の領域と、前記第１の領域の第１の側面から延設され、ＹＺ平面に配置されている第３の領域と、前記第３の領域の先端部から延設され、前記第２の領域に平行にＸＺ平面に配置されている第４の領域と、を含み、前記第２の領域または前記第４の領域のうち前記光軸方向で前側にある領域の前記第１の主面が先端面であり、前記先端面に前記撮像素子が実装されて撮像装置を挿入部の硬性先端部に具備する。

本発明によれば、細径、短小、かつ製造が容易な撮像装置および細径、短小、かつ製造が容易な撮像装置を具備する内視鏡を、提供することができる。

第１実施形態の撮像装置の斜視図である。 第１実施形態の撮像装置の側面図である。 第１実施形態の撮像装置の配線板の平面図である。 第１実施形態の撮像装置の配線板の背面図である。 第１実施形態の撮像装置の配線板の斜視図である。 第２実施形態の撮像装置の側面図である。 第２実施形態の撮像装置の配線板の平面図である。 第２実施形態の撮像装置の配線板の背面図である。 第２実施形態の変形例１の撮像装置の側面図である。 第２実施形態の変形例２の撮像装置の配線板の平面図である。 第２実施形態の変形例２の装置の配線板の背面図である。 第３実施形態の撮像装置の斜視図である。 第３実施形態の撮像装置の配線板の背面図である。 第３実施形態の撮像装置の配線板の背面図である。 第４実施形態の撮像装置の斜視図である。 第４実施形態の撮像装置の配線板の背面図である。 第４実施形態の撮像装置の配線板の背面図である。 第５実施形態の内視鏡の斜視図である。

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態の撮像装置１を説明する。尚、図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、それぞれの部材の厚みの比率、電極パッドの数、配列ピットなどは現実のものとは異なる。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。さらに、一部の構成は図示を省略している。

なお、以下の図は、撮像素子の光軸Ｏ方向をＹ軸とするＸＹＺ直交座標系で示している。また、「光軸方向において前側」とは、被写体方向、すなわち、Ｙ座標の値が大きくなる方向を意味する。そして、撮像素子が配設されている方向、すなわち、Ｙ軸の値が増加する方向を「前（先端）」方向という。

図１および図２に示すように、撮像装置１は、配線板１０と、撮像素子３０を含む複数の電子部品３５と、複数の導線４０と、を有する。

撮像素子３０は、例えばシリコン等の半導体からなり、受光面３０ＳＡから受光した光が、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ受光回路等の受光部３１により受光され、電気信号に変換される。ＣＳＰ型の撮像素子３０の受光面３０ＳＡと対向する裏面には、受光部３１と貫通配線（不図示）等を介して電気的に接続されている複数の外部電極（不図示）が配設されている。受光部３１に入力される駆動信号および受光部３１が出力する撮像信号は、それぞれの外部電極を介して伝送される。

なお、受光部３１の保護部材としてカバーガラスが配設されていたり、さらに受光光学系が配設されていたりしてもよい。

配線板１０は、第１の主面１０ＳＡと第１の主面１０ＳＡと対向する第２の主面１０ＳＢとを有する。撮像素子３０を含む全ての複数の電子部品３５は、配線板１０の第１の主面１０ＳＡに実装されている。複数の導線４０の全ては、配線板１０の第２の主面１０ＳＢに接合されている。

配線板１０は、例えばポリイミドを基体とする可撓性配線板である。配線板１０は、当初は、１枚の平板状であるが、後述するように複数の折り曲げ部Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３で折り曲げられ、立体配線板となっている。

すなわち、配線板１０は、ＸＹ平面に配置されている第１の領域１１と、ＸＺ平面に配置されている第２の領域１２と、ＹＺ平面に配置されている第３の領域１３と、第２の領域１２に平行にＸＺ平面に配置されている第４の領域１４と、を含む。第２の領域１２は、第１の領域の先端部から延設されている。第３の領域１３は、第１の領域１１の第１の側面から延設されている。第４の領域１４は第３の領域１３の先端部から延設されている。

そして、第２の領域１２の第１の主面１０ＳＡが先端面１０ＳＴであり、先端面１０ＳＴの電極３６に撮像素子３０の裏面の外部電極（不図示）が接合されている。

導線４０は、配線板１０の第１の領域１１および第３の領域１３の電極３８に接合されている。

次に、図３Ａ、図３Ｂおよび図４を用いて、撮像装置１の製造方法について説明する。すでに説明したように、配線板１０は、第１の主面１０ＳＡと第２の主面１０ＳＢとを有する、当初は１枚の略矩形の平板状の可撓性配線板である。

配線板１０は、折り曲げ部Ｌ１により第１の領域１１と第２の領域１２とが区分されている。また、折り曲げ部Ｌ２により第３の領域１３と第４の領域１４とが区分されている。さらに、折り曲げ部Ｌ３により第１の領域１１と第３の領域１３とが区分されている。そして、スリットＳ１により、第２の領域１２と第４の領域１４と、が区分されている。

なお、配線板１０は、基体がガラスエポキシ樹脂等からなる非可撓性基板であってもよいが、少なくとも折り曲げ部Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３だけは可撓性でなければならない。

図３Ｂに示すように、第１の主面１０ＳＡの第２の領域１２には電極３６が、第４の領域１４には電極３７が配設されている。一方、図３Ａに示すように第２の主面１０ＳＢの第１の領域１２および第３の領域１３には電極３８が配設されている。そして、電極３６には撮像素子３０が実装されており、電極３８には導線４０が接合されている。

すなわち、配線板１０は第１の主面１０ＳＡおよび第２の主面１０ＳＢに、電極を有する両面配線板であるが、第１の主面１０ＳＡには撮像素子３０を含む複数の電子部品が実装され、電子部品が実装されていない第２の主面１０ＳＢに導線４０が接合される。

次に、図４に示すように、電子部品が実装され導線４０が接合された配線板１０の第２の領域１２および第４の領域１４が、第１の領域１１および第３の領域１３が位置しているＸＹ平面に対して折り曲げ部Ｌ１、Ｌ２を介して直角に折り曲げられる。さらに、折り曲げ部Ｌ３を介して、第３の領域１３が第１の領域１１が位置しているＸＹ平面に対して直角に折り曲げられると、図１および図２に示した立体配線板となる。

なお、折り曲げ部Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は曲線的であってもよい。また、配線板１０が可撓性配線板の場合には、配線板の各領域は完全な平板状ではなく、曲面状であってもよい。言い替えれば、配線板の各領域は全面が、それぞれの平面に位置していなくともよい。すなわち、配線板１０は断面が矩形ではなく、略円形の円柱状であってもよい。

撮像装置１では、図３Ａ、図３Ｂに示すように、配線板１０は当初は略矩形である。このため、大きな１枚の基板から、より多くの配線板を効率良く作製できる。また、配線板１０では、電子部品は片面にだけ実装されているため、実装が容易である。また、導線４０も片面だけに接合されているため、接合が容易である。また、配線板１０は立体配線板であるので、効率良く狭い空間に電子部品を配置し導線４０が接合されているため、撮像装置１は細径かつ短小である。

なお、撮像装置１では、第２の領域１２の第１の主面１０ＳＡが先端面１０ＳＴであったが、配線板の設計によっては、第４の領域１４の第１の主面１０ＳＡが先端面１０ＳＴであってもよいことは言うまでも無い。すなわち、第２の領域１２または第４の領域１４のうち光軸方向で前側にある領域の第１の主面１０ＳＡが先端面１０ＳＴとなる。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態の撮像装置１Ａについて説明する。撮像装置１Ａは、撮像装置１と類似し、同じ効果を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図５、図６Ａ、および図６Ｂに示すように、撮像装置１Ａは、額縁状の第１の凸部６１および第２の凸部６２から構成されているスペーサ６０を有する。そして、スペーサ６０により、第２の領域１２と第４の領域１４との間隔ｄが規定されている。

図６Ａに示すように、第１の凸部６１は、配線板１０Ａの第２の主面１０ＳＢの第２の領域１２に配設されている。一方、図６Ｂに示すように、第２の凸部６２は、第１の主面１０ＳＡの第４の領域１４に配設されている。第１の凸部６１および第２の凸部６２の高さは、ｄである。このため、第１の凸部６１および第２の凸部は、いずれも第２の領域１２の第２の主面１０ＳＢおよび第４の領域１４の第２の主面１０ＳＢと当接している。

さらに、第１の凸部６１は、外壁が第２の凸部６２の内壁と当接するように設計されている。このため、第２の凸部６２と第１の凸部６１とが嵌合することで、第２の領域１２と第４の領域１４との位置関係も自動的に規定される。

配線板１０Ａは、スペーサ６０である、第１の凸部６１と第２の凸部６２とにより、間隔ｄおよび位置関係が規定されるため、組立が容易である。

なお、第１の凸部６１または第２の凸部６２のいずれかが高さｄであれば、他方の高さはｄよりも低くてもよいことは言うまでも無い。すなわち、いずれかの凸部が対向面と当接していれば、間隔ｄが規定される。さらに、１つの凸部だけでも間隔規定できる。ただし、２つの凸部を組み合わせてスペーサ６０を構成することが、２つの面の位置決めが容易となるため、好ましい。

ここで、額縁状の第１の凸部６１および第２の凸部６２は、銅等の導電材料からなる。このため、第４の領域１４の第２の凸部６２の内部に実装され、嵌合した第１の凸部６１の内部に位置する電子部品３５が発生する電磁波は、第１の凸部６１および第２の凸部６２によりシールドされ、外部に放射されにくい。

また、第１の凸部６１または第２の凸部６２の少なくともいずれかが、額縁状で、かつ、前記対向面および前記被対向面と当接している導電材料からなる撮像装置が、撮像装置１Ａと同じ効果を有することは言うまでも無い。

ここで、第２の領域１２の第２の主面１０ＳＢは、先端面１０ＳＴの裏面である対向面である。また、第４の領域１４の第１の主面１０ＳＡは、前記対向面と平行に配置されている被対向面である。すなわち、言い替えれば、スペーサ６０は先端面１０ＳＴの裏面である対向面と、対向面と平行に配置されている被対向面と、当接している。

なお、第４の領域１４の第１の主面１０ＳＡが先端面１０ＳＴの場合には、第４の領域１４の第２の主面１０ＳＢが、先端面１０ＳＴの裏面である対向面である。また、第２の領域１２の第１の主面１０ＳＡは、前記対向面と平行に配置されている。

すなわち、本実施形態の撮像装置は、先端面の裏面である対向面に配設された第１の凸部６１と、前記対向面と平行に配置されている被対向面に配設され、前記第１の凸部６１と当接している第２の凸部６２と、からなるスペーサにより、前記対向面と前記被対向面の間隔が規定されている。

＜第２実施形態の変形例＞
次に第２実施形態の変形例１、２の撮像装置１Ｂ、１Ｃについて説明する。撮像装置１Ｂ、１Ｃは、撮像装置１Ａと類似し、同じ効果を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

＜第２実施形態の変形例１＞
図７に示すように、撮像装置１Ｂの配線板１０Ｂは、先端面１０ＳＴ（第２の領域１２の第１の主面１０ＳＡ）と、対向面（第２の領域１２の第２の主面１０ＳＢ）とを間を貫通する第１の貫通配線１２Ｗと、被対向面（第４の領域１４の第１の主面１０ＳＡ）と被対向面の裏面（第４の領域１４の第２の主面１０ＳＢ）とを間を貫通する第２の貫通配線１４Ｗと、を有する。

撮像装置１Ａと同じように、額縁状の第１の凸部６１および前記第２の凸部は導電材料からなる。第１の凸部６１は第１の貫通配線１２Ｗと接合され、第２の凸部６２は第２の貫通配線１４Ｗと接合されている。すなわち、導電材料からなるスペーサ６０は、第１の貫通配線１２Ｗおよび第２の貫通配線１４Ｗと接合されている。

このため、図７に示すように、撮像素子３０が発生した熱は、いずれも高熱伝導体である導電材料からなる、第１の貫通配線１２Ｗ、スペーサ６０、および第２の貫通配線１４Ｗを介して後方に伝熱される。このため、撮像装置１Ｂは、温度が上昇することで、撮像素子３０が劣化したり、また熱ノイズにより画像品質が悪化したりするおそれがない。

＜第２実施形態の変形例２＞
図８Ａおよび図８Ｂに示すように、撮像装置１Ｃのスペーサ６０Ｃは、配線板１０Ｃの第２の主面１０ＳＢに配設された４つの柱状の第１の凸部６１Ｃと、第１の主面１０ＳＡに配設された額縁状の第２の凸部６２と、から構成されている。第１の凸部６１Ｃは、第２の凸部６２の内壁の角部と嵌合するように配置されている。

第２の凸部６２の高さにより、第２の領域１２と第４の領域１４との間隔ｄが規定されている。そして、第１の凸部６１Ｃと、第２の凸部６２とが嵌合することで、位置決めが行われる。

すなわち、嵌合する２つの凸部から構成されていれるスペーサであれば、間隔規定だけでなく、位置決めを行うことができる。

さらに、第２の凸部６２が額縁状の導電材料からなる場合には、スペーサは、シールド効果を有する。また、第１の貫通配線１２Ｗ、第２の凸部６２および第２の貫通配線１４Ｗが伝熱経路となることは言うまでも無い。

＜第３実施形態＞
次に第３実施形態の撮像装置１Ｄについて説明する。撮像装置１Ｄは、撮像装置１と類似し、同じ効果を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図９および図１０Ａに示すように、撮像装置１Ｄの配線板１０Ｄは、配線板１０の構成に加えて、さらに第１の領域１１の第１の側面と対向する第２の側面から延設された第５の領域１５と、第５の領域１５の先端部から延設された第６の領域１６を含む。

そして、第５の領域１５は第３の領域１３に平行にＹＺ平面に配置されている。また、第６の領域１６は、第２の領域１２および第４の領域１４に平行にＸＺ平面に配置されている。

第１の領域１１と第５の領域１５とは、折り曲げ部Ｌ５により区分されており、第５の領域１５と第６の領域１６とは、折り曲げ部Ｌ４により区分されている。

図１０Ｂに示すように、電子部品が実装され導線４０が接合された配線板１０の第２の領域１２、第４の領域１４および第６の領域１６が、第１の領域１１が位置しているＸＹ平面に対して折り曲げ部Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を介して直角に折り曲げられる。さらに、折り曲げ部Ｌ３を介して、第３の領域１３が第１の領域１１が位置しているＸＹ平面に対して直角に折り曲げられ、折り曲げ部Ｌ５を介して、第５の領域１５が第１の領域１１が位置しているＸＹ平面に対して直角に折り曲げられることで、配線板１０Ｄは、図９に示した立体構造となる。

撮像装置１Ｄは、撮像装置１と、外径が略同じであるが、導線４０を接合する電極３８を第５の領域１５にも配設できる。このため、例えば、例えば、電力伝達のための導線と信号伝達のための導線とが、近接配置されることがなく、動作がより安定している。

なお、撮像装置１Ｄにおいても、撮像装置１Ａ〜１Ｃのように、スペーサを有することで同様の効果を有することは言うまでも無い。

＜第４実施形態＞
次に第４実施形態の撮像装置１Ｅについて説明する。撮像装置１Ｅは、撮像装置１Ｄと類似し、同じ効果を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図１１および図１２に示すように、撮像装置１Ｅの配線板１０Ｅは、配線板１０Ｄの構成に加えて、さらに第４の領域１４の側面から延設されている第７の領域１７を含む。第４の領域１４と第７の領域１７とは折り曲げ部Ｌ６により区分されている。

例えば、配線板１０Ｄと同じように折り曲げされた配線板１０Ｅの第７の領域１７を、折り曲げ部Ｌ６を介して直角に折り曲げることで、第７の領域１７は、第１の領域１１と平行にＸＹ平面に配置される。

撮像装置１Ｅは、撮像装置１、１０Ｄと、外径が略同じであるが、導線４０を接合する電極３８を第６の領域１６にも配設できる。このため、動作がより安定している。

なお、撮像装置１Ｅにおいても、撮像装置１Ａ〜１Ｃのように、スペーサを有することで同様の効果を有することは言うまでも無い。

＜第５実施形態＞
図１３に示すように、第５実施形態の内視鏡９は、すでに説明した撮像装置１、１Ａ〜１Ｅのいずれかを挿入部９Ｂの硬性先端部９Ａに具備する。

内視鏡９は、生体内に挿通される細長な挿入部９Ｂと、操作部９Ｃと、電気ケーブル等が挿通されたユニバーサルケーブル９Ｄと、を有する。なお、実施形態の内視鏡９は、いわゆる軟性内視鏡だが、挿入部９Ｂが硬質な、いわゆる硬性内視鏡であっても後述する効果を有する。

内視鏡９は、細径、短小、かつ製造が容易な撮像装置１、１Ａ〜１Ｅのいずれかを硬性先端部９Ａに具備するため、低侵襲で、かつ製造が容易である。

本発明は上述した実施形態、または変形例等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、組み合わせ等ができる。

１、１Ａ〜１Ｅ…撮像装置
９…内視鏡
１０…配線板
１０ＳＡ…第１の主面
１０ＳＢ…第２の主面
１０ＳＴ…先端面
１１…第１の領域
１２…第２の領域
１３…第３の領域
１４…第４の領域
１５…第５の領域
１６…第６の領域
１７…第７の領域
３０…撮像素子
３１…受光部
３５…電子部品
４０…導線
６０…スペーサ

Claims (9)

1. 第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する配線板と、
   前記配線板に実装された撮像素子を含む複数の電子部品と、
   前記配線板に接合された複数の導線と、を有する撮像装置であって、
   前記配線板が、前記撮像素子の光軸方向をＹ軸とするＸＹＺ直交座標系において、ＸＹ平面に配置されている第１の領域と、
   前記第１の領域の先端部から延設され、ＸＺ平面に配置されている第２の領域と、
   前記第１の領域の第１の側面から延設され、ＹＺ平面に配置されている第３の領域と、
   前記第３の領域の先端部から延設され、前記第２の領域に平行にＸＺ平面に配置されている第４の領域と、を含み、
   前記第２の領域または前記第４の領域のうち前記光軸方向で前側にある領域の第１の主面が先端面であり、前記先端面に前記撮像素子が実装されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１の主面に前記複数の電子部品が実装されており、
   前記複数の電子部品が実装されていない前記第２の主面に前記複数の導線が接合されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記先端面の裏面である対向面と、前記対向面と平行に配置されている被対向面とを、当接しているスペーサを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記スペーサが、額縁状で、かつ、導電材料からなることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記配線板が、前記先端面と前記対向面との間を貫通する第１の貫通配線と、前記被対向面と前記被対向面の裏面との間を貫通する第２の貫通配線と、を有し、
   導電材料からなる前記スペーサが、前記第１の貫通配線および前記第２の貫通配線と接合されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記スペーサが、前記対向面に配設されている第１の凸部と、前記第１の凸部と嵌合している、前記被対向面に配設されている第２の凸部と、により構成されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記配線板が、
   前記第１の領域の前記第１の側面と対向する第２の側面から延設され、前記第３の領域に平行にＹＺ平面に配置されている第５の領域と、
   前記第５の領域の先端部から延設され、前記第２の領域および前記第４の領域に平行にＸＺ平面に配置されている第６の領域を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記配線板が、
   前記第４の領域の側面から延設されている第７の領域を含み、
   前記第７の領域が、前記第１の領域と平行にＸＹ平面に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の撮像装置を挿入部の硬性先端部に具備することを特徴とする内視鏡。

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