(57)【要約】  撮像ユニットは、固体撮像素子が実装される基板と、基板に実装される電子部品であって発熱体と成り得る高発熱素子と、基板の表面、該基板に実装された固体撮像素子の外表面、当該基板に実装される高発熱素子の外表面、及び該高発熱素子以外の電子部品の外表面を覆う絶縁部材と、絶縁部材に密着して設けられる導電性熱伝導樹脂部材と、一端部と他端部とを有し、一端部が導電性熱伝導樹脂部材内に配設され、他端部が基板から予め定めた距離離間した位置に配置される放熱部材と、具備する。
2016185554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子が実装される基板と、
前記基板に実装される電子部品であって発熱体と成り得る高発熱素子と、
前記基板の表面、該基板に実装された前記固体撮像素子の外表面、当該基板に実装される前記高発熱素子の外表面、及び該高発熱素子以外の電子部品の外表面を覆う絶縁部材と、
前記絶縁部材に密着して設けられる導電性熱伝導樹脂部材と、
一端部と他端部とを有し、前記一端部が前記導電性熱伝導樹脂部材内に配設され、前記他端部が前記基板から予め定めた距離離間した位置に配置される放熱部材と、
を具備することを特徴とする撮像ユニット。
【請求項２】
前記導電性熱伝導樹脂部材は、金属フィラーが充填されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項３】
前記導電性熱伝導樹脂部材は、前記発熱体から発生する熱を予め定めた方向に移動させる異方性導電性熱伝導樹脂部材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。
【請求項４】
前記絶縁部材は、絶縁薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項５】
前記放熱部材は、ケーブル部材であって、外皮内に挿通して配設された銅線を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項６】
前記請求項１−請求項５の何れか一項に記載の撮像ユニットを具備する内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子と固体撮像素子の駆動回路を構成する電子部品とを回路基板に実装した撮像ユニット、および、撮像ユニットを有する内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラ、電子スチルカメラ、電子内視鏡（以下、内視鏡と略記する）には固体撮像装置（以下、撮像ユニットと略記する）が使用されている。  
内視鏡は、挿入部の先端部に照明光学系と撮像ユニットを有する撮像光学系とを設けている。撮像ユニットには、固体撮像素子と、固体撮像素子が接続される基板と、が設けられ、基板にはコンデンサやＩＣチップ等の電子部品が実装されている。【０００３】
内視鏡においては、固体撮像素子の温度が自己発熱によって上昇すると暗電流の増加に起因する画質の劣化が生ずる。このため、固体撮像素子の放熱と熱的安定性を確保することが重要である。【０００４】
なお、基板に実装された電子部品の中には熱を発生して熱源と成り得るものがあり、撮像ユニットにおいて電子部品から発生する熱は、固体撮像素子の温度を上昇させる要因になる。【０００５】
このため、基板に実装された電子部品から発生する熱を放熱体に伝導させ、この放熱体により熱を外部に放熱するための提案が数多くなされている。【０００６】
例えば、日本国特開２０１２−５０７０３号公報には撮像ヘッドで発生した熱を効率よく放熱する撮像装置及び電子内視鏡装置が示されている。撮像装置は、撮像素子を有する撮像ヘッドに接続された可撓性のケーブルを備え、ケーブルは、フレキシブルプリント基板と、撮像ヘッドの発熱源又は発熱源の近傍に接続されてケーブルの軸方向に熱を伝導する高熱電導性部材と、を含んで構成されている。【０００７】
上述の発明において、高熱電導性部材は、複数の糸状線材を束にして構成した繊維束であり、この繊維束は撮像ヘット側の端部にて複数の繊維束に分割されている。分割された繊維束のそれぞれの端部は、撮像ヘッドの異なる位置（発熱部品又はその近傍）に接続されている。【０００８】
この構成によれば、繊維束を介して撮像ヘッドで発生した熱をケーブル軸方向に放熱することが可能になる。【０００９】
しかしながら、繊維束の端部を複数の繊維束に分割する作業、分割した繊維束のそれぞれの端部を異なる位置に電気的に接触すること無く接続する作業は、手間、時間がかかる煩雑な作業であった。【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子から発生する熱、および、基板に実装された電子部品から発生する熱を、さらに効率よく放熱して熱による画質劣化を防止した撮像ユニット、及びこの撮像ユニット有する内視鏡を提供することを目的にしている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様の撮像ユニットは、固体撮像素子が実装される基板と、前記基板に実装される電子部品であって発熱体と成り得る高発熱素子と、前記基板の表面、該基板に実装された前記固体撮像素子の外表面、当該基板に実装される前記高発熱素子の外表面、及び該高発熱素子以外の電子部品の外表面を覆う絶縁部材と、前記絶縁部材に密着して設けられる導電性熱伝導樹脂部材と、一端部と他端部とを有し、前記一端部が前記導電性熱伝導樹脂部材内に配設され、前記他端部が前記基板から予め定めた距離離間した位置に配置される放熱部材と、を具備している。【００１２】
本発明の一態様の内視鏡は、上記撮像ユニットを有している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の撮像ユニットを内蔵した内視鏡を説明する図
【図２】撮像部を説明する図
【図３Ａ】撮像ユニットを説明する図
【図３Ｂ】図３Ａの矢印Ｙ３Ｂ方向から見た撮像ユニットを示す図
【図４Ａ】放熱用ケーブルの撚り線を素線にほぐして導電性熱伝導樹脂部材内に分散配置させた状態を説明する図
【図４Ｂ】放熱用ケーブルのほぐした素線を導電性熱伝導樹脂部材内に設けた高熱伝導部材に分散配置した構成を説明する図
【図５】放熱用ケーブルの単線である銅線を第１グランド層に電気的に接続する構成例を説明する図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
なお、以下の説明に用いる各図において、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものもある。本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。【００１５】
図１に示す電子内視鏡システム１は、後述する本発明の撮像ユニット（図２の符号５０参照）を有する電子内視鏡（以下、内視鏡と略記する）２と、光源装置３と、ビデオプロセッサ４と、表示装置であるモニタ５と、を備えている。【００１６】
内視鏡２は、挿入部５と、操作部６と、電気ケーブルであるユニバーサルケーブル７と、を備えて構成されている。内視鏡２の挿入部５は、先端から順に、先端部８、湾曲部９、可撓管部１０を有して構成されている。  
挿入部５の先端部８内には撮像ユニットが内蔵されている。【００１７】
操作部６は、挿入部５を構成する可撓管部１０の基端側に連設されている。操作部６には、挿入部５の湾曲部９を湾曲操作するための湾曲操作ノブ１１等が設けられている。【００１８】
操作部６からはユニバーサルケーブル７が延出されている。ユニバーサルケーブル７の端部には、光源装置３に着脱自在な、内視鏡コネクタ１２が設けられている。内視鏡コネクタ１２には映像用ケーブル１３の映像用コネクタ１３Ａが着脱自在に接続される。  
符号１３Ｂは、プロセッサ用コネクタであり、映像用ケーブル１３の他端部に設けられ、ビデオプロセッサ４に着脱自在である。【００１９】
ビデオプロセッサ４は、内視鏡画像を表示するモニタ５と電気的に接続される。内視鏡２の撮像ユニットから伝送された撮像信号は、ビデオプロセッサ４において映像信号に処理されてモニタ５に出力される。  
符号１５は照明窓であり、照明光学系を構成する。符号４２は観察窓であり、撮像光学系を構成する。【００２０】
図２に示すように撮像部３０は、観察光学部４０と、撮像ユニット５０と、を備えて構成されている。  
観察光学部４０は、ステンレス製のレンズ枠４１内には光学部材である、観察窓４２と、単数又は複数の光学レンズ４３、フィルタ４４および絞り４５と、を固設して構成されている。【００２１】
撮像ユニット５０は、固体撮像素子（以下、撮像素子と略記する）５１と、回路基板５２と、信号ケーブル５３と、で主に構成されている。  
撮像素子５１は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等である。撮像素子５１の前面である受光面５１ａ側にはガラスリッド５４が接着固定されている。また、受光面５１ａ側には接続部５１ｂが配列されている。【００２２】
ガラスリッド５４の前面には更に受光面５１ａの中心に対して芯出しされたカバーガラス５５が接着固定されている。カバーガラス５５は、撮像ホルダ５６の内面所定位置に接着あるいは接合によって一体に固定される。撮像ホルダ５６は、セラミック製である。【００２３】
撮像ホルダ５６の先端部内面には、対物レンズユニット４０を構成するレンズ枠４１の基端部が配置される。レンズ枠４１と撮像ホルダ５６とは、ピント等の位置調整を完了した後、例えば、接着剤４６によって一体に固定される。【００２４】
回路基板５２は、第１回路基板５７と第２回路基板５８とを有する。  
図３Ａ、図３Ｂを参照して第１回路基板５７と第２回路基板５８とで構成された回路基板５２を説明する。  
図３Ａに示す第１回路基板５７は、柔軟性を有するフレキシブルプリント基板であり、第２回路基板５８は積層基板である。第２回路基板５８は、第１搭載基板部５８ａ、第２搭載基板部５８ｂ、グランド用基板部５８ｃ、第１脚部を構成する先端側脚部基板部５８ｄ、基端側脚部５８ｄｒ、ケーブル接続部５８ｅ等を設けて構成されている。【００２５】
第１回路基板５７の一面には、複数の撮像素子接続部（不図示）、配線パターン（不図示）、及び複数の第２基板接続部（不図示）を備えている。  
撮像素子接続部は、一面の先端側に設けられ、第２基板接続部は一面の基端側に設けられている。配線パターンは、撮像素子接続部と第２基板接続部とを電気的に接続する。【００２６】
撮像素子接続部は、受光面５１ａ側の接続ランド５１ｂに第１パンプ６１を介して電気的に接続される。第１回路基板５７は、折り曲げられて撮像素子５１の背面側に延出されている。第２基板接続部（不図示）は、先端側脚部基板部５８ｄ１に設けられた第１基板接続部（不図示）に第２パンプ６２を介して電気的に接続される。【００２７】
そして、接続ランド５１ｂと第１回路基板５７の撮像素子接続ランドとの電気的接続部、および、第２基板接続部と第１基板接続部との電気的接続部を含む第１回路基板５７は、封止樹脂６３によって絶縁封止されている。【００２８】
図３Ａ、図３Ｂを参照して第２回路基板５８を説明する。  
図３Ａに示すように第２回路基板５８の前面は、撮像素子５１の後面に配置されている。第１搭載基板部５８ａは、図中上方向である基板一面側に配線部である第１電子部品配線層５８ｗ１を備えている。【００２９】
第２搭載基板部５８ｂは、基板一面の反対面である図中下方向の基板他面側に第２電子部品配線層５８ｗ２を備えている。グランド用基板部５８ｃは、基板一面側に第１グランド層５８ｇ１を備え、基板他面側に第２グランド層５８ｇ２を備えている、
先端側脚部基板部５８ｄは、上述した第１基板接続部を基板他面側に設けている。ケーブル接続部５８ｅは、基端側脚部５８ｄｒの基端面より撮像素子遠位側に突出した凸部である。凸部であるケーブル接続部５８ｅの基板一面側、および、基板他面側は、線配線層５８ｌ１、５８ｌ２であって、図３Ｂに示す線接続部６４が設けられている。【００３０】
図３Ａ、図３Ｂに示すように第１搭載基板部５８ａの第１電子部品配線層５８ｗ１には、電子部品接続部（不図示）が設けられており、電子部品であるチップ部品７１、７２、７３が実装されている。例えば、第１チップ部品７１が高発熱素子である。【００３１】
第２搭載基板部５８ｂの第２電子部品配線層５８ｗ２には、電子部品接続部（不図示）が設けられており、電子部品であるチップ部品７４、７５が実装されている。【００３２】
図２に示すように信号ケーブル５３は、例えば、第１の複合ケーブル５３ａと、第２の複合ケーブル５３ｂと、を有する。第１の複合ケーブル５３ａ内および第２の複合ケーブル５３ｂ内には信号線、電線等の各種線５３ｃが挿通されている。【００３３】
第１の複合ケーブル５３ａの信号線、電線は、それぞれケーブル接続部５８ｅの線配線層５８ｌ１に設けられた対応する線接続部６４に接続されている。一方、第２の複合ケーブル５３ｂの信号線、電線は、それぞれ線配線層５８ｌ２に設けられた対応する線接続部（不図示）に接続されている。【００３４】
符号５９は、放熱用ケーブルであり、例えば信号ケーブル５３に沿って配設されている。符号５９ａは、高熱伝導性部材であって金属フィラーが充填された導電性熱伝導樹脂部材７７より熱伝導率の高い例えば銅線５９ａである。銅線５９ａは、放熱用ケーブル５９内に挿通されており、先端部が放熱用ケーブル５９の先端面から露出されている。  
なお、図示は省略しているが、基板部５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄには予め定めた接続部同士を電気的に接続するための貫通ビア、配線等が設けられている。【００３５】
本実施形態において、ガラスリッド５５の外表面、撮像素子５１の外表面、第１搭載基板部５８ａの第１電子部品配線層５８ｗ１表面、第２搭載基板部５８ｂの第２電子部品配線層５８ｆ２表面、第１電子部品配線層５８ｗ１に実装された電子部品７１、７２、７３の表面、及び、第２電子部品配線層５８ｗ２に実装された電子部品７４、７５の表面を、絶縁性を有する絶縁部材７６によって均一に被覆している。【００３６】
本実施形態の絶縁部材７６は、電気抵抗率の大きい電気絶縁体（1.0ｘ1016j Ωｍ）であって、絶縁薄膜である。絶縁薄膜は、真空蒸着によって上述した部分等を含む予め定めた表面を被覆している。【００３７】
なお、ケーブル接続部５８ｅの線接続部、および、線接続部に接続された信号線、電線の表面は、絶縁薄膜、あるいは、封止樹脂によって絶縁される。【００３８】
そして、本実施形態において、絶縁部材７６である絶縁薄膜上には、導電性熱伝導樹脂部材７７が設けてある。導電性熱伝導樹脂部材７７は、柔軟性を有する樹脂部材に、銀（1.59ｘ10-8j Ωｍ）金（2.21ｘ10-8j Ωｍ）等、電気抵抗率の小さい金属フィラーが充填された樹脂であり、絶縁薄膜上に塗布されて電子部品７１−７５の短絡させたくない表面を含む予め定めた部分に充填される。  
導電性熱伝導樹脂部材７７は、絶縁性高熱伝導部材に比べて熱伝導率が高い。本実施形態において、導電性熱伝導樹脂部材７７は、異方性導電性熱伝導樹脂部材である。【００３９】
異方性導電性熱伝導樹脂部材は、第１搭載基板部５８ａ、第２搭載基板部５８ｂに実装された電子部品７１−７５から発生する熱を導電性熱伝導樹脂部材７７の外方に位置する銅線５９ａに向けて移動させる。【００４０】
そして、導電性熱伝導樹脂部材７７の内部には高熱伝導性部材である銅線５９ａの先端部が配設してある。銅線５９ａは、予め定めた外径の単線であり、その基端部が撮像素子５１から離間した例えば操作部６内において露出された状態で設けられている。【００４１】
この結果、導電性熱伝導樹脂部材７７の外方に向けて移動された熱は、銅線５９ａの先端部に伝導された後、基端部方向に移動されて、放熱される。【００４２】
このように、絶縁部材７６である絶縁薄膜を撮像素子５１の外表面、第１電子部品配線層５８ｗ１の表面及び該配線層５８ｗ１に実装された電子部品７１、７２、７３の表面、第２電子部品配線層５８ｗ２の表面及び該配線層５８ｗ２に実装された電子部品７４、７５の表面等に設けた上で、絶縁薄膜上に導電性熱伝導樹脂部材７７を充填して該導電性熱伝導樹脂部材７７を絶縁薄膜に密着させている。【００４３】
この結果、導電性熱伝導樹脂部材７７と、電子部品配線層５８ｗ１、５８ｗ２、電子部品７１−７５と、の絶縁を絶縁薄膜によって確保することができる。【００４４】
また、搭載基板部５８ａ、５８ｂに実装された電子部品７１−７５と、導電性熱伝導樹脂部材７７と、が絶縁薄膜によって絶縁されていることによって、該電子部品７１−７５から発生する熱を絶縁薄膜を介して効率良く導電性熱伝導樹脂部材７７に伝達することができる。  
絶縁薄膜は、薄ければ薄いほど電子部品７１−７５から発生した熱を効率良く導電性熱伝導樹脂部材７７に伝達する。【００４５】
また、導電性熱伝導樹脂部材７７を異方性導電性熱伝導樹脂部材としたことにより、電子部品７１−７５から発生する熱を、導電性熱伝導樹脂部材７７の外方に位置する銅線５９ａに向けて移動させることができる。言い替えれば、電子部品７１−７５から発生する熱は、異方性導電性熱伝導樹脂部材によって撮像素子５１に向かって移動することが防止されている。【００４６】
これらの結果、電子部品７１−７５から発生する熱は、導電性熱伝導樹脂部材７７に伝導された後、放熱用ケーブル５９の銅線５９ａに伝導されて放熱されていく。したがって、電子部品７１−７５から発生する熱が撮像素子５１に伝導されて、該撮像素子５１の温度が電子部品７１−７５から発生する熱によって上昇することをより確実に防止することができる。【００４７】
なお、上述した実施形態において、導電性熱伝導樹脂部材７７の内部に予め定めた外径の単線である銅線５９ａの先端部を配設する、としている。しかし、導電性熱伝導樹脂部材７７の内部に配設される銅線５９ａは、単線に限定されるものでは無く、図４Ａに示すように複数の素線５９ｃを配設するようにしてもよい。【００４８】
本実施形態の放熱用ケーブル５９は、撚り線５９ｂを有し、１本の撚り線５９ｂは、複数の銅線である素線５９ｃを一纏めにして構成されている。そして、導電性熱伝導樹脂部材７７の内部には、撚り線５９ｂをほぐした複数の素線５９ｃが分散して配設されている。【００４９】
この構成によれば、導電性熱伝導樹脂部材７７の内部に複数の素線５９ｃを予め定めた間隔で分散配置させて、電子部品７１−７５から発生して導電性熱伝導樹脂部材７７に伝導された熱を複数の素線５９ｃに伝導させて、より効率良く放熱用ケーブル５９による放熱を行うことができる。【００５０】
なお、図４Ｂに示すように導電性熱伝導樹脂部材７７の内部に高熱伝導部材である例えば銅板を予め定めた形状に形作った板状部材５９ｄを配置し、該板状部材５９ｄの一面または他面に複数の素線５９ｃを予め定めた間隔で分散配置させるようにしてもよい。【００５１】
この構成によれば、電子部品７１−７５から発生して導電性熱伝導樹脂部材７７に伝導された熱を、板部材５９ｄに伝導させた後、複数の素線５９ｃに伝導させて、より効率的な放熱を実現することができる。【００５２】
また、図５に示すように銅線５９ａ（あるいは撚り線５９ｂ）を、例えば、第１グランド層５８ｇ１に電気的に接続された貫通ビア５８ｈの接続部５８ｊに電気的に接続させるようにしてもよい。  
この結果、導電性熱伝導樹脂部材７７がグランドレベルになり、内視鏡２の先端部８に電気的に独立したグランドを設けて先端部８の細径化を妨げること無く画質向上を実現できる。【００５３】
尚、本発明は、以上述べた実施形態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。
【図１】
2016185554.tif 000003
【図２】
2016185554.tif 000004
【図３Ａ】
2016185554.tif 000005
【図３Ｂ】
2016185554.tif 000006
【図４Ａ】
2016185554.tif 000007
【図４Ｂ】
2016185554.tif 000008
【図５】
2016185554.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月24日(2016.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子が実装される基板と、
前記基板に実装される電子部品と、
前記電子部品を覆う絶縁薄膜と、
前記絶縁薄膜に密着して設けられ、前記電子部品から絶縁され、かつ前記電子部品から発生する熱を伝導する導電性熱伝導樹脂部材と、
一端部と他端部とを有し、前記一端部が前記導電性熱伝導樹脂部材内に配設され、前記他端部が前記基板から予め定めた距離離間した位置に配置され、前記熱を放熱する放熱部材と、
を具備することを特徴とする撮像ユニット。
【請求項２】
前記導電性熱伝導樹脂部材は、金属フィラーが充填されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項３】
前記導電性熱伝導樹脂部材は、前記熱を予め定めた方向に移動させる異方性導電性熱伝導樹脂部材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。
【請求項４】
前記放熱部材は、前記一端部が複数の素線を有し、前記複数の素線が前記導電性熱伝導樹脂部材内に分散させて配設されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項５】
前記放熱部材は、ケーブル部材であって、外皮内に挿通して配設された銅線を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項６】
前記請求項１−請求項５の何れか一項に記載の撮像ユニットを具備する内視鏡。
【国際調査報告】
2016185554.tif 000010
2016185554.tif 000011