特許 7585104 撮像モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-08

(45)【発行日】2024-11-18

(54)【発明の名称】撮像モジュール

(51)【国際特許分類】

   A61B 1/04 20060101AFI20241111BHJP

   G02B 23/24 20060101ALI20241111BHJP

【ＦＩ】

A61B1/04 530

G02B23/24 A

G02B23/24 B

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021042297

(22)【出願日】2021-03-16

(65)【公開番号】P2022142206

(43)【公開日】2022-09-30

【審査請求日】2023-12-07

(73)【特許権者】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100152984

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 秀明

(74)【代理人】

【識別番号】100148080

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 史生

(72)【発明者】

【氏名】浅岡 卓郎

(72)【発明者】

【氏名】雪入 毅司

【審査官】増渕 俊仁

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－００７７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７６３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２３６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１３０７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ １／００－１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像素子を備える撮像モジュールにおいて、
前記撮像素子の撮像面とは反対側の裏面側に配置される、フレキシブル基板で構成される第１の層と、
前記撮像素子と前記第１の層との間に配置され、前記撮像素子と前記第１の層とを電気的に接続する第２の層と、
前記第１の層の前記第２の層側とは反対側に配置される第３の層と、を有し、
前記第３の層の熱膨張率は、前記第１の層と前記第２の層の平均熱膨張率よりも、前記撮像素子の熱膨張率に近く、
前記第３の層の弾性率は、前記第１の層および前記第２の層の弾性率よりも高い、撮像モジュール。

【請求項2】

前記撮像素子の弾性率×厚さと、前記第３の層の弾性率×厚さとの合計値は、前記第１の層の弾性率×厚さと、前記第２の層の弾性率×厚さとの合計値よりも大きい、請求項１に記載の撮像モジュール。

【請求項3】

前記撮像素子の撮像面には、平面視における大きさが前記撮像素子の大きさと同じであるカバーガラスが貼着されている、請求項１または２に記載の撮像モジュール。

【請求項4】

入射する光を前記撮像素子の撮像面に結像させるレンズを有し、
前記カバーガラスと前記レンズとの間に配置される少なくとも１つの光学部品を有し、
前記カバーガラスの受光面側が前記光学部品と接着固定されており、
前記撮像素子の側面に垂直な方向のうち少なくとも１つの方向において、前記第３の層の前記撮像素子の側面からの突出量は、前記カバーガラスの厚みと前記撮像素子の厚みと前記第２の層の厚みとの合計値の半分以下である、請求項３に記載の撮像モジュール。

【請求項5】

入射する光を前記撮像素子の撮像面に結像させるレンズを有し、
前記レンズと前記撮像素子との間に配置されるプリズムを有し、
前記撮像素子は、撮像面が前記レンズの光軸と平行に配置されており、
前記第３の層が、前記撮像モジュールの最外層を形成する、請求項１～４のいずれか一項に記載の撮像モジュール。

【請求項6】

前記レンズと前記撮像素子との間に配置されるプリズムを有し、
前記撮像素子は、撮像面が前記レンズの光軸と平行に配置されており、
前記第３の層が、前記撮像モジュールの最外層を形成し、
前記第３の層が前記撮像素子から突出する側面は、前記レンズ側の側面である、請求項４に記載の撮像モジュール。

【請求項7】

前記第３の層はセラミックで形成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の撮像モジュール。

【請求項8】

前記第３の層に回路が形成され、前記第１の層と電気的に接続されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の撮像モジュール。

【請求項9】

前記第２の層が半田ボールを有する、請求項１～８のいずれか一項に記載の撮像モジュール。

【請求項10】

前記第２の層が少なくとも一部にアンダーフィルを充填されている、請求項９に記載の撮像モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

内視鏡の先端部には、撮像素子およびレンズ鏡胴等を有する撮像モジュールが配置される。撮像素子は、半田ボール等の電気的接続をする電極層を介して基板上に配置されている。

【0003】

リジットな基板に比べて安価であること、他の電子部品も合わせて一度に実装でき、組立性がよいこと、曲げることが可能であるため、狭い筐体内に立体的に配置できること、等の理由から、基板としてポリイミドおよびポリエチレンテレフタレート等の樹脂からなるフレキシブル基板を用いることが考えられている。

【0004】

例えば、特許文献１には、撮影レンズを介して受像面に入射された撮影光を光電変換する固体撮像素子と、固体撮像素子の受像面とは反対側の面である端子面に対向する接続面を有する回路基板と、を有し、固体撮像素子の端子面には、複数の端子が二次元のマトリクス状に縦にも横にも均等に配置され、回路基板の接続面と固体撮像素子の端子面とは、複数の端子を介して接続され、端子面上における複数の端子の総面積は、固体撮像素子の受像面における撮像エリアの面積の１０％以上を占める、内視鏡が記載されている。

【0005】

この特許文献１には、フレキシブル基板にイメージセンサを実装する際には、特に冷却時に発生するフレキシブル基板の変形のためにイメージセンサの基板に反りが生じて、イメージセンサと回路基板との接続部に局地的な歪みが生じる場合がある、ことが記載されている（段落［００２６］）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１８－００７７１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このように、撮像素子の基板としてフレキシブル基板を用いる場合には、温度変化によって、各部材は熱膨張あるいは収縮した際に、撮像素子と電極層およびフレキシブル基板との熱膨張率の差が大きいため、撮像素子が反ってしまうという問題があった。特に、フレキシブル基板として用いられる材料は熱膨張率が大きいため、基板としてフレキシブル基板を用いる場合は、撮像素子が反って破損してしまうという問題があることがわかった。

【0008】

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、撮像モジュールの撮像素子の反りを抑制して撮像素子の破損を防止できる撮像モジュールを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。

【0010】

［１］ 撮像素子を備える撮像モジュールにおいて、
撮像素子の撮像面とは反対側の裏面側に配置される、フレキシブル基板で構成される第１の層と、
撮像素子と第１の層との間に配置され、撮像素子と第１の層とを電気的に接続する第２の層と、
第１の層の第２の層側とは反対側に配置される第３の層と、を有し、
第３の層の熱膨張率は、第１の層と第２の層の平均熱膨張率よりも、撮像素子の熱膨張率に近く、
第３の層の弾性率は、第１の層および第２の層の弾性率よりも高い、撮像モジュール。
［２］ 撮像素子の弾性率×厚さと、第３の層の弾性率×厚さとの合計値は、第１の層の弾性率×厚さと、第の２層の弾性率×厚さとの合計値よりも大きい、［１］に記載の撮像モジュール。
［３］ 撮像素子の撮像面には、平面視における大きさが撮像素子の大きさと同じであるカバーガラスが貼着されている、［１］または［２］に記載の撮像モジュール。
［４］ 入射する光を撮像素子の撮像面に結像させるレンズを有し、
カバーガラスとレンズとの間に配置される少なくとも１つの光学部品を有し、
カバーガラスの受光面側が光学部品と接着固定されており、
撮像素子の側面に垂直な方向のうち少なくとも１つの方向において、第３の層の撮像素子の側面からの突出量は、カバーガラスの厚みと撮像素子の厚みと第２の層の厚みとの合計値の半分以下である、［３］に記載の撮像モジュール。
［５］ 入射する光を撮像素子の撮像面に結像させるレンズを有し、
レンズと撮像素子との間に配置されるプリズムを有し、
撮像素子は、撮像面がレンズの光軸と平行に配置されており、
第３の層が、撮像モジュールの最外層を形成する、［１］～［４］のいずれかに記載の撮像モジュール。
［６］ レンズと撮像素子との間に配置されるプリズムを有し、
撮像素子は、撮像面がレンズの光軸と平行に配置されており、
第３の層が、撮像モジュールの最外層を形成し、
第３の層が撮像素子から突出する側面は、レンズ側の側面である、［４］に記載の撮像モジュール。
［７］ 第３の層はセラミックで形成されている、［１］～［６］のいずれかに記載の撮像モジュール。
［８］ 第３の層に回路が形成され、第１の層と電気的に接続されている、［１］～［７］のいずれかに記載の撮像モジュール。
［９］ 第２の層が半田ボールを有する、［１］～［８］のいずれかに記載の撮像モジュール。
［１０］ 第２の層が少なくとも一部にアンダーフィルを充填されている、［９］に記載の撮像モジュール。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、撮像モジュールの撮像素子の反りを抑制して撮像素子の破損を防止できる撮像モジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係る撮像モジュールを有する内視鏡を用いる内視鏡システムの構成の一例を示す概略構成図である。

【図2】本発明の撮像モジュールの一例を模式的に示す斜視図である。

【図3】図２に示す撮像モジュールにおいてアンカーおよびカバー部材を除いた状態の側面図である。

【図4】図２の撮像モジュールの一部を拡大して示す斜視図である。

【図5】図４の側面図である。

【図6】本発明の撮像モジュールの他の一例を模式的に示す側面図である。

【図7】本発明の撮像モジュールの他の一例を模式的に示す側面図である。

【図8】本発明の撮像モジュールの他の一例を模式的に示す側面図である。

【図9】本発明の撮像モジュールの他の一例を模式的に示す側面図である。

【図10】本発明の撮像モジュールの他の一例を模式的に示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の撮像モジュールの実施形態について、図面に基づいて説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。本明細書の図面において、視認しやすくするために各部の縮尺を適宜変更して示している。
なお、本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。

【0014】

［撮像モジュール］
本発明の撮像モジュールは、
撮像素子を備える撮像モジュールにおいて、
撮像素子の撮像面とは反対側の裏面側に配置される、フレキシブル基板で構成される第１の層と、
撮像素子と第１の層との間に配置され、撮像素子と第１の層とを電気的に接続する第２の層と、
第１の層の第２の層側とは反対側に配置される第３の層と、を有し、
第３の層の熱膨張率は、第１の層と第２の層の平均熱膨張率よりも、撮像素子の熱膨張率に近く、
第３の層の弾性率は、第１の層および第２の層の弾性率よりも高い、撮像モジュールである。

【0015】

図１に、本発明の撮像モジュールを有する内視鏡を備える内視鏡システムの一例を概念的に示す。

【0016】

内視鏡システム１は、内視鏡２と、光源ユニット３と、プロセッサユニット４とを備える。内視鏡２は、後述する撮像モジュール１０の部分以外は、一般的な内視鏡と同様の構成を有する。

【0017】

内視鏡２は、被検体内に挿入される挿入部と、挿入部に連なる操作部と、操作部から延びるユニバーサルコードとを有し、挿入部は、先端部と、先端部に連なる湾曲部と、湾曲部と操作部とを繋ぐ軟性部とで構成されている。

【0018】

先端部には、観察部位を照明するための照明光を出射する照明光学系や、観察部位を撮像する撮像素子及び撮像光学系などを有する撮像モジュール（カメラヘッド）が設けられている。湾曲部は挿入部の長手軸と直交する方向に湾曲可能に構成されており、湾曲部の湾曲動作は操作部にて操作される。また、軟性部は、挿入部の挿入経路の形状に倣って変形可能な程に比較的柔軟に構成されている。

【0019】

操作部には、先端部の撮像モジュールの撮像動作を操作するボタンや、湾曲部の湾曲動作を操作するノブなどが設けられている。また、操作部には、電気メスなどの処置具が導入される導入口が設けられており、挿入部の内部には、導入口から先端部に達し、鉗子等の処置具が挿通される処置具チャンネルが設けられている。

【0020】

ユニバーサルコードの末端にはコネクタが設けられ、内視鏡２は、コネクタを介して、先端部の照明光学系から出射される照明光を生成する光源ユニット３、及び先端部の撮像装置によって取得される映像信号を処理するプロセッサユニット４と接続される。

【0021】

プロセッサユニット４は、入力された映像信号を処理して観察部位の映像データを生成し、生成した映像データをモニタに表示させ、また記録する。なお、プロセッサユニット４は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等のプロセッサによって構成されるものであっても良い。

【0022】

光源ユニット３は、内視鏡２の撮像装置によって体腔内の観察対象部位を撮像して画像信号を取得するために、赤光（Ｒ）、緑光（Ｇ）、及び青光（Ｂ）等の３原色光からなる白色光や特定波長光等の照明光を、発生させて、内視鏡２に供給し、内視鏡２内のライトガイド等によって伝搬し、内視鏡２の挿入部の先端部の照明光学系から出射して、体腔内の観察対象部位を照明するためのものである。

【0023】

挿入部及び操作部並びにユニバーサルコードの内部にはライトガイドや電線群（信号ケーブル）が収容されている。光源ユニット３にて生成された照明光がライトガイドを介して先端部の照明光学系に導光され、また、先端部の撮像装置とプロセッサユニット４との間で信号および／または電力が電線群を介して伝送される。

【0024】

また、内視鏡システム１は、更に、洗浄水等を貯留する送水タンク、体腔内の吸引物（供給された洗浄水等も含む）を吸引する吸引ポンプ等を備えていてもよい。更に、送水タンク内の洗浄水、又は外部の空気等の気体を内視鏡内の管路（図示せず）に供給する供給ポンプ等を備えていても良い。

【0025】

図２に、本発明の撮像モジュールの一例を模式的に表す斜視図を示す。図３に、図２の側面図を示す。また、図３は、図２の撮像モジュールからアンカー２４およびカバー部材４２を除いた状態の側面図である。

【0026】

図２および図３に示す撮像モジュール１０は、レンズ１２、レンズ１２を保持する鏡胴１４、撮像素子（以下、センサーともいう）１６、カバーガラス１７、光学部材１８、光学部材保持具２０、第２の層１９、フレキシブル基板２２、第３の層４０、アンカー２４、カバー部材４２、および、ケーブル２６を有する。

【0027】

図２および図３に示す例は、光学部材１８がプリズムであり、撮像素子１６の撮像面が、レンズ１２の光軸と平行に配置される例である。以下の説明において、光学部材１８をプリズム１８ともいう。また、後に詳述するが、第３の層４０は、フレキシブル基板２２の裏面２２ａ側に配置されるため、この構成において、第３の層４０は、撮像モジュール１０の最外層を形成している。

【0028】

レンズ１２は、入射する光をセンサー１６の受光面に結像する光学系である。レンズ１２は鏡胴１４に保持される。

【0029】

鏡胴１４は、筒状の部材であり、１以上のレンズ１２を保持するものである。鏡胴１４は、レンズ１２の光軸がプリズム１８のレンズ１２と対面する面に垂直になるように、レンズ１２を保持する。

【0030】

レンズ１２および鏡胴１４の構成は特に制限されない。例えば、レンズ１２を１つ有する構成であってもよいし、２つ、あるいは、４つ以上のレンズ１２を有する構成でもよい。また、各レンズ１２は、凸レンズであっても凹レンズであってもよい。

【0031】

センサー１６は、レンズ１２によって結像された光を光電変換によって電気信号に変換することで撮像を行う撮像素子である。センサー１６は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）センサー、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）センサー等の従来公知の撮像素子である。

【0032】

センサー１６は、鏡胴１４よりも基端側に配置されている。また、図３に示すように、センサー１６は、受光面がレンズ１２の光軸に平行になるようにフレキシブル基板２２上に実装されている。

【0033】

フレキシブル基板２２は、本発明における第１の層であり、センサー１６を実装する基板である。また、フレキシブル基板２２には、センサー１６以外の電子部品が実装されていてもよい。また、フレキシブル基板２２には、センサー１６および電子部品に対する信号または電力が入出力される複数の接続端子が設けられている。接続端子には、ケーブル２６の信号線が電気的に接続される（図３参照）。

【0034】

図示例において、フレキシブル基板２２は、略Ｌ字状の板状の部材を２か所で湾曲させた形状を有する。具体的には、フレキシブル基板２２は、レンズの光軸方向（以下、軸方向ともいう）と直交する方向を軸として湾曲させた第１湾曲部２２ｂと、軸方向を軸として湾曲させた第２湾曲部２２ｃとを有し、この２つの湾曲部で連結される３つの板状部にセンサー１６、電子部品および接続端子が実装されている。図示例においては、センサー１６は、図３中下側の板状部の上面側に実装されている。

【0035】

フレキシブル基板２２は、可撓性を有する基板である。フレキシブル基板２２としては、特に制限はなく、従来公知のフレキシブル基板を用いることができる。一例として、フレキシブル基板は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂材料からなるベースフィルム上に銅箔等からなる回路を形成したものである。

【0036】

フレキシブル基板２２は、１箇所、あるいは、３箇所以上で折り曲げられた形状であってもよい。また、フレキシブル基板２２上におけるセンサー１６、電子部品、および、接続端子等の配置には特に制限はない。

【0037】

フレキシブル基板２２上の回路には、センサー１６、および、ケーブル２６がそれぞれ接続される。センサー１６によって光が電気信号に変換され、この電気信号がフレキシブル基板２２の回路を介してケーブル２６に伝達し送信される。ケーブル２６は、内視鏡の挿入部、操作部、ユニバーサルコード等に挿通されて、プロセッサユニット４に接続されている。
ケーブル２６は、同軸ケーブルあるいは単軸ケーブル等の１以上の信号線、１以上の信号線の外周を覆うシールド線、ならびに、信号線およびシールド線の外周を覆う保護被覆（シース）等を備える。

【0038】

フレキシブル基板２２とセンサー１６とは、第２の層１９によって電気的に接続されている。図４および図５にセンサー１６近傍を拡大した図を示す。図４および図５に示す例においては第２の層１９は、複数の半田ボール１９ａを有しており、半田ボール１９ａによってフレキシブル基板２２の回路とセンサー１６とを電気的に接続している。また、図４に示す例では、好ましい態様として、半田ボール１９ａの間の空間にアンダーフィル１９ｂが充填されている。

【0039】

半田ボール１９ａとしては、内視鏡の撮像モジュールにおいて、センサーと基板とを電気的に接続するために用いられる従来公知の半田ボールが適宜利用可能である。例えば、半田ボールの材料としては、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系合金を用いることができる。

【0040】

アンダーフィル１９ｂとしては、内視鏡の撮像モジュールにおいて、アンダーフィルとして用いられる、従来公知のアンダーフィルが適宜利用可能である。例えば、アンダーフィルとしては、エポキシ樹脂等の樹脂材料を用いることができる。

【0041】

なお、第２の層１９は、半田ボール１９ａおよびアンダーフィル１９ｂを有する構成に限定はされない。例えば、第２の層１９は、半田ボール１９ａのみを有する構成であってもよい。あるいは、異方性導電膜（ＡＣＦ）であってもよい。

【0042】

カバーガラス１７は、センサー１６の受光面上に配置され、受光面を保護するものである。カバーガラス１７上にはプリズム１８が配置される。カバーガラス１７は、平面視における大きさがセンサー１６の撮像面の大きさと略同じである。

【0043】

プリズム１８は、鏡胴１４とセンサー１６（カバーガラス１７）との間に配置される。プリズム１８は、鏡胴１４に保持されたレンズ１２を通過した光を９０°屈曲させて光路を変更し、センサー１６の受光面に導く。図示例においては、プリズム１８は、入射面と出射面とが直交する直角プリズムである。プリズム１８は、入射面を鏡胴１４の基端側の面に対面して配置され、出射面をセンサー１６の受光面に対面して配置される。プリズム１８は、カバーガラス１７と接着固定されていてもよい。

【0044】

光学部材保持具２０は、鏡胴１４とプリズム１８とを保持する部材である。光学部材保持具２０は、略筒状の部材であり、筒部の内部に鏡胴１４を嵌入されて、鏡胴１４を保持する。光学部材保持具２０の内面と鏡胴１４の外周面とは接着固定される。

【0045】

光学部材保持具２０と鏡胴１４とを接着する接着剤としては、従来の内視鏡で用いられている種々の公知の接着剤を用いることができる。この点は、他の部材同士を接着する接着剤についても同様である。

【0046】

光学部材保持具２０は、筒部の基端側の端面に、多角形状のフランジ部２０ａを有し、プリズム１８の入射面が当接される。これにより、プリズム１８を位置決めする。光学部材保持具２０は、鏡胴１４およびプリズム１８を所定の位置に保持することで、鏡胴１４とプリズム１８との相対位置、すなわち、鏡胴１４とセンサー１６（受光面）との相対位置を固定する。

【0047】

ここで、鏡胴１４は、レンズ１２の光軸方向（以下、軸方向ともいう）における、光学部材保持具２０に対する相対位置を、センサー１６の受光面にピントが合うように調整されて、光学部材保持具２０に接着固定される。

【0048】

アンカー２４は、光学部材保持具２０に対して、ケーブル２６を保持するものである。図示例においては、アンカー２４は、光軸方向に延在する２枚の板状部２４ｃを有し、各板状部２４ｃの先端側にアーム部２４ａを有する。アーム部２４ａは、光学部材保持具２０のフランジ部２０ａに係合している。また、図２に示すように、２枚の板状部２４ｃは、その主面がフレキシブル基板２２の表面（センサー１６が配置される面）に対して垂直に配置されている。また、２枚の板状部２４ｃは、フレキシブル基板２２上のケーブル２６との接続箇所を挟んで対面するように配置されている。

【0049】

また、アンカー２４は、基端側に２枚の板状部２４ｃを連結するとともに、ケーブル２６を保持する保持部２４ｂを有する。保持部２４ｂは、ケーブル２６を押圧するようにかしめられてケーブル２６を保持する。すなわち、保持部２４ｂは、ケーブル２６の外皮に沿って曲げられる。

【0050】

アンカー２４のアーム部２４ａと光学部材保持具２０のフランジ部２０ａ、ならびに、アンカー２４の保持部２４ｂとケーブル２６の外皮は、それぞれ接着剤で接着固定されてもよい。

【0051】

このように、アンカー２４は、光学部材保持具２０およびケーブル２６それぞれに接続されることで、ケーブル２６が引っ張られた際などに、フレキシブル基板２２上の接続端子と信号線との接続箇所が引っ張られて、接続端子と信号線との接続が断線することを防止する。

【0052】

カバー部材４２は、アンカー２４のフレキシブル基板２２とは反対側に配置される板状の部材である。カバー部材４２は、アンカー２４とともに、フレキシブル基板２２上の接続端子と信号線との接続箇所を覆って保護している。

【0053】

アンカー２４およびカバー部材４２を形成する材料としては特に限定はなく、内視鏡の撮像モジュールを構成する部品として利用される各種の樹脂材料および金属材料を用いることができる。放熱性の観点から金属材料が好ましい。加工性、入手性、強度等を考慮すると、アンカー２４およびカバー部材４２としては、ステンレス鋼、および、銅合金が好ましい。

【0054】

なお、カバー部材４２はアンカー２４と一体的に形成されていてもよい。あるいは、カバー部材４２を有していなくてもよい。

【0055】

このような撮像モジュール１０において、レンズ１２からセンサー１６に取り込まれた観察像は、センサー１６の受光面に結像されて電気信号に変換され、この電気信号がケーブル２６を介してプロセッサユニット４に出力され、映像信号に変換され、プロセッサユニット４に接続されたモニタに観察画像が表示される。

【0056】

ここで、撮像素子は発熱源であり、撮像素子の温度が上昇すると撮像素子周辺の部材は熱膨張するが、撮像素子と第２の層および第１の層（フレキシブル基板）との熱膨張率の差が大きいと、撮像素子が反ってしまうという問題があった。特に、フレキシブル基板として用いられる材料は熱膨張率が大きいため、基板としてフレキシブル基板を用いる場合は、撮像素子が反って破損してしまうという問題があることがわかった。

【0057】

これに対して、本発明の撮像モジュールは、フレキシブル基板２２（第１の層）の、第２の層１９側とは反対側の面に配置される第３の層４０を有し、第３の層４０の熱膨張率が、第１の層２２と第２の層１９の平均熱膨張率よりも、撮像素子１６の熱膨張率に近く、また、第３の層４０の弾性率が、第１の層２２および第２の層１９の弾性率よりも高い構成を有する。この構成により、第３の層４０が、第１の層２２および第２の層１９の熱による膨張を抑制して、撮像素子１６が反って破損してしまうことを防止することができる。

【0058】

一般に、撮像素子１６として用いられるＣＭＯＳセンサー、および、ＣＣＤセンサーは、シリコンウェーハに電極層、絶縁膜等を形成した構成を有する。そのため、撮像素子１６の熱膨張率は、２．５ｐｐｍ／℃～４ｐｐｍ／℃程度である。

【0059】

一方、フレキシブル基板２２は、主に、ポリイミドおよびポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料からなる。そのため、フレキシブル基板２２（第１の層）の熱膨張率は、２０ｐｐｍ／℃～１００ｐｐｍ／℃程度である。また、フレキシブル基板２２の弾性率は、５ＧＰａ～３０ＧＰａ程度である。

【0060】

また、例えば、第２の層１９が、半田ボール１９ａとアンダーフィル１９ｂとからなる場合は、第２の層１９の熱膨張率は、２０ｐｐｍ／℃～８０ｐｐｍ／℃程度である。また、第２の層１９の弾性率は、５ＧＰａ～５０ＧＰａ程度である。

【0061】

従って、第１の層２２と第２の層１９の平均熱膨張率は体積の加重平均で、２０ｐｐｍ／℃～９０ｐｐｍ／℃程度である。

【0062】

このような撮像素子１６、第１の層（フレキシブル基板）２２、および、第２の層１９に対して、第３の層４０が上述した条件を満たす材料としては、インバー材、コバール材、ガラス、シリコン、ステンレス、ならびに、窒化アルミニウムおよび窒化ケイ素等のセラミックが挙げられる。これらの材料の熱膨張率および弾性率の例を表１に示す。

【0063】

【表1】

【0064】

ここで、センサー１６の反りの抑制の観点から、第３の層４０の熱膨張率は、１０ｐｐｍ／℃以下が好ましく、５ｐｐｍ／℃以下がより好ましく、２ｐｐｍ／℃～４ｐｐｍ／℃がさらに好ましい。

【0065】

また、センサー１６の反りの抑制の観点から、第３の層４０の弾性率は、７０ＧＰａ以上が好ましく、１５０ＧＰａ以上がより好ましく、３００ＧＰａ以上がさらに好ましい。

【0066】

また、センサー１６の反りの抑制の観点から、第３の層４０の材料としては、窒化アルミニウムおよび窒化ケイ素等のセラミック、インバー材、コバール材が好ましく、窒化アルミニウムおよび窒化ケイ素等のセラミックがより好ましい。

【0067】

また、センサー１６の反りの抑制の観点から、センサー１６の弾性率×厚さと、第３の層４０の弾性率×厚さとの合計値が、第１の層２２の弾性率×厚さと、第２の層１９の弾性率×厚さとの合計値よりも大きいことが好ましい。これにより、第１の層および第２の層が熱で伸長することを規制して、センサー１６が反ることを防止できる。

【0068】

各部材の熱膨張率および弾性率の測定方法は以下のとおりである。
熱膨張率は、複数の温度ごとに試験片の測定点間の長さを測定し、単位温度変化あたりの長さ変化率として求める。
弾性率は、試験片に引張り試験で荷重を加え、試験片の測定点間の長さの変化を測定し、応力とひずみを算出し弾性率を求める。あるいは、ナノインデンテーション法により各材料のヤング率を求めて、体積比により複合的な弾性率を求める方法もある。

【0069】

ここで、撮像モジュール１０は、好ましい態様として、少なくともセンサー１６の側面の一部を覆うように配置される接着剤層４４を有する（図４および図５参照）。図４および図５に示す例では、接着剤層４４は、フレキシブル基板２２上に配置され、第２の層１９、センサー１６およびカバーガラス１７の側面のうちの２面を覆っている。

【0070】

少なくともセンサー１６の側面の一部を覆う接着剤層４４を有することにより、撮像素子の反りによる破損を抑制できる。また、接着剤層４４は、遮光、ガスバリア（滅菌ガス等）、耐湿気等の機能を有していてもよい。

【0071】

接着剤層４４は、センサー１６の全周を覆うことが好ましい。その際、接着剤層４４が、フレキシブル基板２２からプリズム１８および／または光学部材保持具２０の間に充填されることで、稼動時に高温になると熱膨張の影響でプリズムとカバーガラスの間で接着剤層が剥がれる問題が生じる場合があるが、後述するように第３の層４０のセンサー１６からの突出量Ｈ₂を調整することで、抑制することができる。

【0072】

接着剤層４４の材料としては、接着剤またはシール剤を利用可能である。

【0073】

接着剤としては、内視鏡で用いられている各種の接着剤が利用可能である。例えば、エポキシ樹脂系の接着剤を用いることができる。また、遮光性のため、黒色エポキシが好ましい。

【0074】

シール剤としては、内視鏡で用いられている各種のシール剤が利用可能である。
接着剤およびシール剤は、熱伝導率が高いほどよいが、絶縁性を有するものであるのが好ましい。

【0075】

また、第３の層４０の平面視における大きさは、センサー１６の大きさ以上であることが好ましく、また、第３の層４０は、平面視においてセンサー１６を包含するように配置されることが好ましい。

【0076】

例えば、図６に示す例では、第３の層４０は、レンズ１２の光軸方向の大きさ（長さ）が、センサー１６よりも大きく、光軸方向にセンサー１６を包含するように配置されている。すなわち、第３の層４０の側面は、センサー１６の側面よりも突出している。図６に示す例では、第３の層４０のレンズ１２側の側面は、フレキシブル基板２２のレンズ１２側の側面と面一に配置されている。

【0077】

ここで、図７に示すように、第３の層４０のセンサー１６からの突出量Ｈ₂は、カバーガラス１７の厚みとセンサー１６の厚みと第２の層１９の厚みとの合計値Ｈ₁の半分以下であることが好ましい。第３の層４０の突出量Ｈ₂をこの範囲とすることで、接着剤層４４と、カバーガラス１７、センサー１６および第２の層１９との熱膨張差の影響でプリズムとカバーガラスとの間で剥がれることを抑制できる。

【0078】

また、図７に示すように、第３の層４０のレンズ１２側の側面がセンサー１６の側面から突出しており、その突出量Ｈ₂が厚みの合計値Ｈ₁の半分以下であることが好ましい。

【0079】

なお、図７に示す例では、第３の層４０の突出量Ｈ₂が厚みの合計値Ｈ₁の半分以下であり、フレキシブル基板２２の突出量は、センサー１６および第３の層４０よりも外側に突出する構成としたが、これに限定はされない。図８に示す例のように、第３の層４０およびフレキシブル基板２２の突出量Ｈ₂が厚みの合計値Ｈ₁の半分以下となる構成であってもよい。

【0080】

ここで、図３、図６～図８に示す例では、センサー１６の撮像面がレンズ１２の光軸と平行に配置され、レンズ１２とセンサー１６との間に配置される光学部材１８が光を９０°屈曲させるプリズムである構成としたが、これに限定はされない。

【0081】

図９は、本発明の撮像モジュールの他の一例を示す側面図である。
図９に示す撮像モジュールは、レンズ１２を保持する鏡胴１４と、光学部材保持具２０と、光学部材１８と、カバーガラス１７と、センサー１６と、第２の層１９と、フレキシブル基板２２と、第３の層４０と、接着剤層４４と、を有する。

【0082】

図９に示す撮像モジュールにおいては、フレキシブル基板２２が略９０°に湾曲されており、レンズ１２の光軸に平行な部位と光軸に垂直な部位を有する。フレキシブル基板２２の光軸に垂直な部位の表面（レンズ１２側の面）には、第２の層１９、センサー１６、カバーガラス１７が積層されている。一方、フレキシブル基板２２の光軸に垂直な部位の裏面には、第３の層４０が配置されている。従って、センサー１６の撮像面は、レンズ１２の光軸に垂直に配置されている。

【0083】

光学部材１８は、レンズ１２を通過した光をセンサー１６の撮像面に導くものである。光学部材１８は、光の入射面および出射面が光軸に垂直に配置されている。光学部材１８は、単に光を透過させるものであってもよく、あるいは、光を集光する効果を有するものであてもよい。光学部材１８が光を集光する効果を有することで、レンズ１２とセンサー１６との距離をより近くすることができ、小型化することができる。

【0084】

光学部材１８は、光学部材保持具２０に保持されて、光学部材保持具２０に保持される鏡胴１４と位置決めされる。

【0085】

このように、本発明の撮像モジュールは、センサー１６の撮像面がレンズ１２の光軸に垂直に配置される構成の場合にも、第３の層４０が、第１の層２２および第２の層１９の熱による膨張を抑制して、撮像素子１６が反って破損してしまうことを防止することができる。

【0086】

ここで、図９に示すようなセンサー１６の撮像面がレンズ１２の光軸に垂直に配置される構成の場合にも、少なくともセンサー１６の側面の一部を覆うように配置される接着剤層４４を有することが好ましいが、全周を覆うのがより好ましい。

【0087】

また、図９に示す例では、接着剤層４４は、フレキシブル基板２２から光学部材１８の間に充填されているが、これに限定はされず、図１０に示す例のように、接着剤層４４は、フレキシブル基板２２から光学部材保持具２０の間に充填されていてもよい。

【0088】

例えば、図９および図１０に示す例では、第３の層４０は、図中上下方向の大きさ（長さ）が、センサー１６よりも大きく、センサー１６を包含するように配置されている。すなわち、第３の層４０の２つの側面（図中上側の側面および下側の側面）はそれぞれ、センサー１６から突出している。

【0089】

また、図９および図１０に示すようなセンサー１６の撮像面がレンズ１２の光軸に垂直に配置される構成の場合にも、第３の層４０のセンサー１６からの突出量Ｈ₂は、カバーガラス１７の厚みとセンサー１６の厚みと第２の層１９の厚みとの合計値Ｈ₁の半分以下であることが好ましい。第３の層４０の突出量Ｈ₂をこの範囲とすることで、光学部品とカバーガラスとの剥がれを抑制できる。

【0090】

また、本発明の撮像モジュールにおいて、第３の層４０には回路が形成されていてもよい。第３の層４０に形成された回路は、第１の層（フレキシブル基板）２２の回路と接続されて、多層回路基板を構成してもよい。第３の層４０に回路が形成される場合には、第３の層は、セラミック等の絶縁性の材料を用いればよい。

【0091】

以上、本発明に係る撮像モジュールについて種々の実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

【符号の説明】

【0092】

１ 内視鏡システム
２ 内視鏡
３ 光源ユニット
４ プロセッサユニット
１０ 撮像モジュール
１２ レンズ
１４ 鏡胴
１６ 撮像素子（センサー）
１７ カバーガラス
１８ 光学部材（プリズム）
１９ 第２の層
１９ａ 半田ボール
１９ｂ アンダーフィル
２０ 光学部材保持具
２０ａ フランジ部
２２ フレキシブル基板（第１の層）
２２ａ 裏面
２２ｂ 第１湾曲部
２２ｃ 第２湾曲部
２４ アンカー
２４ａ アーム部
２４ｂ 保持部
２４ｃ 板状部
２６ ケーブル
４０ 第３の層
４２ カバー部材
４４ 接着剤層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】