WO2018198158A1

WO2018198158A1 - 内視鏡、および、撮像モジュール

Info

Publication number: WO2018198158A1
Application number: PCT/JP2017/016150
Authority: WO
Inventors: 隆博下畑
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2018-11-01
Also published as: US10924640B2; US20200059576A1

Abstract

内視鏡９は硬性先端部９０Ａに撮像モジュール１が配設されており、撮像モジュール１が、後面１０ＳＢに外部電極１２が配設されている撮像素子１０と、先端部４１が撮像素子１０の外部電極１２と接合されている信号ケーブル４０と、外部電極１２と先端部４１との接合部を封止しており、後面１０ＳＢを撮像部の光軸方向に延長した空間Ｓ１０内に収容されている封止樹脂３０と、を具備し、封止樹脂３０の後端位置が、信号ケーブル４０の樹脂止め部Ｓ４０により規定されている。

Description

内視鏡、および、撮像モジュール

　本発明は、撮像部と信号ケーブルとの接合部が樹脂封止されている撮像モジュールが挿入部に配設された内視鏡、および、撮像部と信号ケーブルとの接合部が樹脂封止されている撮像モジュールに関する。

　内視鏡の硬性先端部の短小化は低侵襲化の重要課題であり、短小の撮像モジュールの開発が進められている。

　特開２０１５－６６２９７号公報には、撮像モジュールが挿入部に配設された内視鏡が開示されている。撮像モジュールと信号ケーブルとは配線板を介して接続されている。信号ケーブルと配線板との接合部は、接着樹脂で封止されている。

　しかし、上記撮像モジュールでは、接着樹脂は複数の信号ケーブルの結束部にまで配設されている。硬質の接着樹脂が充填されている領域が長いため、硬性先端部の高さが長くなっている。

特開２０１５－０６６２９７号公報

　本発明は、低侵襲な内視鏡、および、短小の撮像モジュールを提供することを目的とする。

　本発明の実施形態の内視鏡は、挿入部の硬性先端部に配設された撮像モジュールの撮像部が出力する撮像信号を、前記挿入部を挿通する信号ケーブルを介して伝送する内視鏡であって、前記撮像モジュールが、受光面と前記受光面と対向する後面とを有し、前記後面に外部電極が配設されている前記撮像部と、先端部が前記撮像部の前記外部電極、または、前記外部電極と電気的に接続されている他部材の接合電極と、接合されている前記信号ケーブルと、前記外部電極または前記接合電極と前記先端部との接合部を封止しており、前記後面を前記撮像部の光軸方向に延長した空間内に収容されている封止樹脂と、を具備し、前記封止樹脂の後端位置が、前記信号ケーブルの樹脂止め部により規定されている。

　別の実施形態の撮像モジュールは、受光面と前記受光面と対向する後面とを有し、前記後面に外部電極が配設されている撮像部と、先端部が前記撮像部の前記外部電極、または、前記外部電極と電気的に接続されている他部材の接合電極と、接合されている信号ケーブルと、前記外部電極または前記接合電極と前記先端部との接合部を封止しており、前記後面を前記撮像部の光軸方向に延長した空間内に収容されている封止樹脂と、を具備し、前記封止樹脂の後端位置が、前記信号ケーブルの樹脂止め部により規定されている。

　本発明によれば、低侵襲な内視鏡、および、短小の撮像モジュールを提供できる。

第１実施形態の内視鏡を含む内視鏡システムの斜視図である。第２実施形態の撮像モジュールの断面図である。第２実施形態の撮像モジュールの斜視図である。第２実施形態の撮像モジュールの上面図である。第２実施形態の変形例１の撮像モジュールの上面図である。第２実施形態の変形例２の撮像モジュールの模式背面図である。第２実施形態の変形例３の撮像モジュールの信号ケーブルの斜視図である。第２実施形態の変形例４の撮像モジュールの信号ケーブルの斜視図である。第３実施形態の撮像モジュールの断面図である。第４実施形態の撮像モジュールの断面図である。

＜第１実施形態＞
　図１に示すように、本実施形態の内視鏡９を含む内視鏡システム８は、内視鏡９と、プロセッサ８０と、光源装置８１と、モニタ８２と、を具備する。内視鏡９は挿入部９０と操作部９１とユニバーサルコード９２とを有する。内視鏡９は、挿入部９０が被検体の体腔内に挿入されて、被検体の体内画像を撮影し画像信号を出力する。

　挿入部９０は、撮像モジュール１が配設されている硬性先端部９０Ａと、硬性先端部９０Ａの基端側に連設された湾曲自在な湾曲部９０Ｂと、湾曲部９０Ｂの基端側に連設された軟性部９０Ｃとによって構成される。湾曲部９０Ｂは、操作部９１の操作によって湾曲する。なお、内視鏡９は硬性鏡であってもよい。

　内視鏡９の挿入部９０の基端側には、内視鏡９を操作する各種ボタン類が設けられた操作部９１が配設されている。

　光源装置８１は、例えば、白色ＬＥＤを有する。光源装置８１が出射する照明光は、ユニバーサルコード９２および挿入部９０を挿通するライトガイド（不図示）を介して硬性先端部９０Ａに導光され、被写体を照明する。

　内視鏡９は、挿入部９０と操作部９１とユニバーサルコード９２とを有し、挿入部９０の硬性先端部９０Ａに配設された撮像モジュール１が出力する撮像信号を、挿入部９０を挿通する信号ケーブル４０を伝送する。撮像モジュール１は超小型であるため、内視鏡９は、挿入部９０の硬性先端部９０Ａが細径で低侵襲である。

　さらに、後述するように、撮像モジュール１は小型で製造が容易であるため、内視鏡９は製造が容易である。

＜第２実施形態＞
　図２および図３に示すように、本実施形態の撮像モジュール１は、撮像素子１０とカバーガラス２０と封止樹脂３０と信号ケーブル４０とを具備する。

　なお、以下の説明において、各実施形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、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場合がある。また、一部の構成要素の図示、符号の付与を省略する場合がある。

　撮像部である撮像素子１０は、受光部１１のある受光面１０ＳＡと受光面１０ＳＡと対向する後面１０ＳＢとを有する。受光部１１は、例えば貫通配線（不図示）を介して、後面１０ＳＢに配設されている複数の外部電極１２と接続されている。

　カバーガラス２０は撮像素子１０の受光面１０ＳＡに接着層（不図示）を介して接着されている。なお、カバーガラス２０は撮像モジュール１の必須構成要素ではない。

　信号ケーブル４０は、先端部４１と、屈曲部４２と、屈曲部４２から後方に延設されている延設部４３と、を含む。信号ケーブル４０は、芯線４４と芯線４４を覆う外皮４５とからなる単線または単純線である。信号ケーブル４０は、シールド線を有するシールドケーブルでもよい。

　信号ケーブル４０の先端部４１は、外皮４５が剥離され芯線４４が露出している。先端部４１は例えば半田３５により、外部電極１２と接合されている。接合部の強度を担保するため、先端部４１は、撮像素子１０の後面１０ＳＢに平行に配置されている。屈曲部４２は、略直角に曲がっているため、延設部４３は後方に延設されている。

　なお、信号ケーブル４０は、そのケーブル端面において外部電極１２と接合することで、撮像素子１０の後面１０ＳＢに対して垂直に配置され、屈曲部４２を有さずに、そのまま延設部４３が後方に延設されていても良い。

　封止樹脂３０は、信号ケーブル４０の先端部４１と外部電極１２との接合部を封止するとともに、信号ケーブル４０の屈曲部４２および延設部４３の一部を覆っている。

　封止樹脂３０は、撮像部である撮像素子１０の後面１０ＳＢを光軸方向に延長した空間Ｓ１０の内部に収容されている。すなわち、封止樹脂３０により撮像モジュール１の外径（ＸＹ寸法）が大きくなることはない。なお、封止樹脂３０は透明であっても遮光性であってもよい。

　撮像モジュール１では信号ケーブル４０の屈曲部４２から後方に延設されている延設部４３には、リング状の溝である樹脂止め部Ｓ４０がある。樹脂止め部Ｓ４０は、外皮４５が剥離され芯線４４が露出している領域である。

　そして、封止樹脂３０の後端位置は、延設部４３の樹脂止め部Ｓ４０により規定されている。このため、撮像モジュール１は、硬質の封止樹脂３０が配設されている硬質長Ｌが短く、短小である。

　すなわち、封止樹脂３０は硬化性樹脂であり、未硬化で液体の状態で、後面１０ＳＢに配設される。液体の封止樹脂３０は信号ケーブル４０の延設部４３の後方に広がっていくが、界面張力により樹脂止め部Ｓ４０よりも後方には広がらない。そして、紫外線硬化処理または熱硬化処理により、液体の封止樹脂３０は硬質の固体となる。

　封止樹脂３０としては、未硬化状態で液体であれば、エポキシ樹脂、または、シリコーン樹脂等の各種の硬化性樹脂を用いることができる。

　なお、例えば、信号ケーブル４０の外径で９８μｍ、外皮４５の厚さが２５μｍの場合、樹脂止め部Ｓ４０の溝の深さは２５μｍとなる。溝の幅は、５０μｍ以上３００μｍ以下が好ましい。前記範囲内であれば、液体状の封止樹脂に対して広がりを防止でき、短小化を実現できる。

　溝の形成、すなわり、外皮４５の剥離（ストリップ）は、例えば、レーザー照射加工により容易に行うことができる。溝形成は信号ケーブル４０を撮像素子１０に接合する前でも、接合後でもよい。

＜第１実施形態の変形例＞
　第１実施形態の変形例の撮像モジュール１Ａ～１Ｅは、撮像モジュール１と類似し同じ効果を有するため同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

＜第１実施形態の変形例１＞
　図４に示すように、本変形例の撮像モジュール１Ａは、複数の芯線４４を含むフラットケーブル４０Ｓを有する。樹脂止め部Ｓ４０は、フラットケーブル４０Ｓの外皮４５が剥離され、複数の芯線４４が露出している領域である。撮像素子１０の複数の外部電極１２は、複数の芯線４４の間隔に合わせて配置されている。

　このため、撮像モジュール１Ａは、芯線４４の外部電極１２への接合が、容易である。

　また、撮像素子１０Ａの後面１０ＳＢは外周部に切り欠きＣ１０がある。このため、液体状態の封止樹脂３０は表面張力により側面に広がることが確実に防止されている。切り欠きＣ１０は、複数の撮像素子を含む撮像ウエハーを切断し個片化するときに、幅の異なる２種類のダイシングブレードを用いるステップカット法により容易に形成できる。

＜第１実施形態の変形例２＞
　図５に示すように、本変形例の撮像モジュール１Ｂでは、複数の信号ケーブル４０Ａ～４０Ｂの撮像素子１０との接合部から樹脂止め部Ｓ４０Ａ～Ｓ４０Ｄまでの長さＬ１、Ｌ２が異なる。すなわち、信号ケーブル４０Ｂ、４０Ｃの長さＬ１は、信号ケーブル４０Ａ、４０Ｄの長さＬ２よりも長い。

　信号ケーブル４０Ｂ、４０Ｃは、信号ケーブル４０Ａ、４０Ｄはよりも内側に配置されている。言い替えれば、信号ケーブル４０Ｂ、４０Ｃの延設部と光軸Ｏの延長線との距離Ｄ２は、信号ケーブル４０Ａ、４０Ｄの距離Ｄ１よりも短い。言い替えれば、信号ケーブル４０Ｂ、４０Ｃは、信号ケーブル４０Ａ、４０Ｄよりも光軸Ｏの延長線に近接している。

　液体状態の封止樹脂３０は配設されたときに、表面張力により内側に広がりやすい。撮像モジュール１Ｂは、封止樹脂３０の広がり状態に合わせて樹脂止め部Ｓ４０Ａ～Ｓ４０Ｄの位置が設定されているため、樹脂止め部Ｓ４０Ａ～Ｓ４０Ｄにおいて封止樹脂３０の広がりを確実に防止できる。

＜第１実施形態の変形例３＞
　図６は、本変形例の撮像モジュール１Ｃを後面側からみたときの模式背面図である。

　撮像モジュール１Ｂ等では、撮像素子１０の後面１０ＳＢの複数の外部電極１２は直線上に１次元に列設されていた。これに対して、撮像モジュール１Ｃでは、撮像素子１０Ｃの後面１０ＳＢに複数の外部電極（不図示）が２次元にマトリックス状に配置されている。そして複数の信号ケーブル４０Ｅ～４０Ｇ等も２次元に配置されている。

　例えば、信号ケーブル４０Ｅは光軸Ｏの延長線上に配置されており、延長線との距離Ｄ３はゼロである。信号ケーブル４０Ｆは延長線との距離Ｄ４であり、信号ケーブル４０Ｇは延長線との距離Ｄ５である。

　（距離Ｄ３＜距離Ｄ４＜距離Ｄ５）であるため、信号ケーブル４０Ｅ～４０Ｇの樹脂止め部までの長さＬは、信号ケーブル４０Ｅが最も長く、信号ケーブル４０Ｇが最も短く設定されている。

　撮像モジュール１Ｃは、撮像モジュール１Ｂと同じ効果を有する。

＜第１実施形態の変形例４、５＞
　図７に示すように変形例４の撮像モジュール１Ｄでは、信号ケーブル４０の樹脂止め部Ｓ４０はリング状の凸部４７である。凸部４７は信号ケーブル４０とは別部材の、例えば、Ｏリングまたはフィルムを巻回フィルムでもよい。また凸部４７が信号ケーブル４０の一部、例えば、樹脂止め部Ｓ４０の前後の外皮を少し剥離した領域でもよい。

　図８に示すように変形例５の撮像モジュール１Ｅでは、信号ケーブル４０Ｅは樹脂止め部Ｓ４０において外皮４５の表面張力が表面処理により変化している。

　液体状の封止樹脂が親水性の場合、信号ケーブル４０Ｅは前方領域４８は親水性で、後方領域４９は疎水性である。例えば、外皮４５が疎水性のフッ素樹脂の場合、前方領域４８はプラズマ親水処理が行われていたり、表面が粗化処理されている。

＜第３実施形態、第４実施形態＞
　第３実施形態の撮像モジュール１Ｆおよび第４実施形態の撮像モジュール１Ｇは、撮像モジュール１と類似し同じ効果を有するため同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

＜第３実施形態＞
　図９に示すように、撮像モジュール１Ｆでは、撮像素子１０の後面１０ＳＢに、他部材であるインターポーザ１５が配設されている。

　インターポーザ１５の後面１５ＳＢの接合電極３２は撮像素子１０の外部電極（不図示）と電気的に接続されている。そして、信号ケーブル４０は接合電極３２と接合されている。

　なお、撮像素子１０の後面１０ＳＢに配設されている他部材は、配線板、半導体素子および半導体素子積層体１５Ｓ（図１０参照）の少なくともいずれかであってもよい。

＜第４実施形態＞
　図１０に示すように、撮像モジュール１Ｇでは、撮像素子１０の後面１０ＳＢに、他部材である複数の半導体素子１６、１７、１８が積層されている半導体素子積層体１５Ｓが配設されている。また、受光面１０ＳＡには、複数の光学素子２０～２６が積層されている光学素子積層体２０Ｓが配設されている。

　例えば、半導体素子積層体１５Ｓの半導体素子１６、１７、１８は、薄膜コンデンサまたは薄膜インダクタが形成されている素子であったり、ＡＤ変換回路や信号処理回路等の半導体回路が形成されている素子であったりする。

　一方、光学素子積層体２０Ｓは、カバーガラス２０、スペーサ２１、フィルタ２２、レンズ２３、スペーサ２４、絞りガラス２５、およびレンズ２６からなる。

　半導体素子積層体１５Ｓは、それぞれが半導体素子１６～１８を含む複数の半導体ウエハを積層し接合した接合半導体ウエハの切断により作製される。同様に光学素子積層体２０Ｓはそれぞれが光学素子２０～２４を含む複数の光学素子ウエハを積層し接合した接合光学素子ウエハの切断により作製される。

　半導体素子積層体１５Ｓの最後面１８ＳＢの接合電極３２は撮像素子１０の外部電極（不図示）と電気的に接続されている。そして、信号ケーブル４０は接合電極３２と接合されている。

　すなわち、本発明は上述した実施形態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、改変等ができる。

１、１Ａ～１Ｇ…撮像モジュール
８…内視鏡システム
９…内視鏡
１０…撮像素子
１０ＳＡ…受光面
１０ＳＢ…後面
１１…受光部
１２…外部電極
１５…インターポーザ
１５Ｓ…半導体素子積層体
１６…半導体素子
２０…カバーガラス
３０…封止樹脂
３２…接合電極
３５…半田
４０…信号ケーブル
４０Ｓ…フラットケーブル
４４…芯線
４５…外皮
９０…挿入部
９０Ａ…硬性先端部
Ｓ４０…樹脂止め部

Claims

　挿入部の硬性先端部に配設された撮像モジュールの撮像部が出力する撮像信号を、前記挿入部を挿通する信号ケーブルを介して伝送する内視鏡であって、
　前記撮像モジュールが、
　受光面と前記受光面と対向する後面とを有し、前記後面に外部電極が配設されている前記撮像部と、
　先端部が前記撮像部の前記外部電極、または、前記外部電極と電気的に接続されている他部材の接合電極と、接合されている前記信号ケーブルと、
　前記外部電極または前記接合電極と前記先端部との接合部を封止しており、前記後面を前記撮像部の光軸方向に延長した空間内に収容されている封止樹脂と、を具備し、
　前記封止樹脂の後端位置が、前記信号ケーブルの樹脂止め部により規定されていることを特徴とする内視鏡。
　前記樹脂止め部が、リング状の溝であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
　前記信号ケーブルが、芯線と外皮とを含み、前記外皮が剥離されている領域が前記樹脂止め部であることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡。
　前記樹脂止め部がリング状の凸部であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
　前記信号ケーブルが、芯線と外皮とを含み、前記樹脂止め部において前記外皮の表面張力が変化していることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
　前記信号ケーブルが、前記先端部と、屈曲部と、前記屈曲部から後方に延設されている延設部と、を含み、前記延設部に前記樹脂止め部があることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内視鏡。
　複数の信号ケーブルを具備し、
　前記複数の信号ケーブルのそれぞれの、前記接合部から前記樹脂止め部までの長さが、前記信号ケーブルと光軸の延長線との距離に応じて異なり、前記延長線に近接している前記信号ケーブルほど長いことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の内視鏡。
　前記他部材が、配線板、インターポーザ、半導体素子または半導体素子積層体であ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項に記載の内視鏡。
　受光面と前記受光面と対向する後面とを有し、前記後面に外部電極が配設されている撮像部と、
　先端部が前記撮像部の前記外部電極、または、前記外部電極と電気的に接続されている他部材の接合電極と、接合されている信号ケーブルと、
　前記外部電極または前記接合電極と前記先端部との接合部を封止しており、前記後面を前記撮像部の光軸方向に延長した空間内に収容されている封止樹脂と、を具備し、
　前記封止樹脂の後端位置が、前記信号ケーブルの樹脂止め部により規定されていることを特徴とする撮像モジュール。