(57)【要約】  撮像ユニット１は、撮像素子２２を含む複数の半導体素子２２〜２５が積層されている撮像ユニット２０と、撮像ユニット２０が、中空部Ｈ１０を挿通している枠部材１０と、を具備し、撮像ユニット２０は、前記撮像素子の主面と直交する第１の側面２０Ｓ１と第１の側面２０Ｓ１と対向している第２の側面２０Ｓ２とを有し、撮像ユニット２０の第１の側面２０Ｓ１の４辺のうちの前記撮像素子の前記主面と直交する２辺２０Ｌ１、２０Ｌ２は、枠部材１０の内面に当接しており、第２の側面２０Ｓ２は枠部材１０の内面に当接していない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子を含む複数の半導体素子が積層されている撮像ユニットと、
前記撮像ユニットが、中空部を挿通している枠部材と、を具備し、
前記撮像ユニットは、前記撮像素子の主面と直交する第１の側面と前記第１の側面と対向している第２の側面とを有し、
前記撮像ユニットの前記第１の側面の４辺のうちの前記撮像素子の前記主面と直交する２つの辺は、前記枠部材の内面に当接しており、前記第２の側面は前記内面に当接していないことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項２】
前記撮像ユニットは、直方体であり、前記第１の側面と直交している第３の側面および第４の側面と、を有し、
前記枠部材は前記内面の断面形状が長方形であり、前記内面が第１の内面と前記第１の内面と対向している第２の内面と、前記第１の内面と直交している第３の内面および第４の内面と、からなり、
前記第１の側面が前記第１の内面と当接し、前記第３の側面が前記第３の内面と当接し、
前記第２の側面が前記第２の内面と当接しておらず、前記第４の側面が前記第４の内面と当接していないことを特徴とする請求項１に記載の撮像モジュール。
【請求項３】
前記第２の側面と前記第２の内面との間、および前記第４の側面と前記第４の内面との間に、樹脂が充填されており、
前記第１の側面と前記第１の内面との当接面、および前記第３の側面と前記第３の内面との当接面の少なくとも一部に、前記樹脂が介在していないことを特徴とする請求項２に記載の撮像モジュール。
【請求項４】
前記撮像ユニットの前記第１の側面に凹部があり、
前記枠部材の前記第１の内面に、前記凹部と当接した凸部があることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の撮像モジュール。
【請求項５】
前記撮像ユニットの前記第１の側面に凸部があり、
前記枠部材の前記第１の内面に、前記凸部が収容されている凹部があることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の撮像モジュール。
【請求項６】
前記枠部材は前記内面の断面形状が円形であることを特徴とする請求項１に記載の撮像モジュール。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の撮像モジュールを、挿入部の先端部に具備することを特徴とする内視鏡。
【請求項８】
前記枠部材が、前記先端部の硬性部材であり、
前記中空部が、前記硬性部材の貫通孔であることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、画像を取得する撮像モジュール、および前記撮像モジュールを具備する内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡は、先端部に撮像モジュールが配設された挿入部を、例えば、患者の体内に挿入することによって体内の画像を取得する。日本国特開２００５−３３４５０９号公報には、受光部が形成された撮像素子と、撮像素子の裏面に接合されている配線板と、を備える撮像ユニットが開示されている。【０００３】
上記撮像ユニットでは、撮像素子の駆動回路を構成するコンデンサ、抵抗およびＩＣチップ等のチップ部品が配線板に実装されている。このため、撮像ユニットの光軸方向の長さが長い。【０００４】
近年、コンデンサ等の電子部品の機能を有するプレーナ型デバイス（薄膜デバイス）が形成された半導体素子が開発されている。複数の半導体素子が積層された素子積層体を撮像素子の裏面に接合することにより、撮像ユニットの短小化を図ることができる。短小の撮像ユニットを有する内視鏡は、先端硬性部の長さが短いため、低侵襲である。【０００５】
撮像ユニットは、筐体である枠部材の中空部に挿入されて、撮像モジュールを構成している。撮像ユニットの光軸が枠部材の中心軸に対して平行に配置されていないと、撮像方向と枠部材の方向とが異なるため、操作性が良くない。【０００６】
しかし、撮像ユニットを挿入するために、枠部材の中空部の内寸は、撮像ユニットの外寸よりも、大きく設定する必要がある。このため、撮像ユニットの光軸が、枠部材の中心軸に対して平行に配置するのは容易ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３３４５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、製造が容易な撮像モジュールおよび製造が容易な低侵襲の内視鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態の撮像モジュールは、撮像素子を含む複数の半導体素子が積層されている撮像ユニットと、前記撮像ユニットが、中空部を挿通している枠部材と、を具備し、前記撮像ユニットは、前記撮像素子の主面と直交する第１の側面と前記第１の側面と対向している第２の側面とを有し、前記撮像ユニットの前記第１の側面の４辺のうちの前記撮像素子の前記主面と直交する２つの辺は、前記枠部材の内面に当接しており、前記第２の側面は前記内面に当接していない。【００１０】
別の実施形態の内視鏡は撮像モジュールを具備し、前記撮像モジュールは、撮像素子を含む複数の半導体素子が積層されている撮像ユニットと、前記撮像ユニットが、中空部を挿通している枠部材と、を具備し、前記撮像ユニットは、前記撮像素子の主面と直交する第１の側面と前記第１の側面と対向している第２の側面とを有し、前記撮像ユニットの前記第１の側面の４辺のうちの前記撮像素子の前記主面と直交する２つの辺は、前記枠部材の内面に当接しており、前記第２の側面は前記内面に当接していない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、製造が容易な撮像モジュールおよび製造が容易な低侵襲の内視鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の撮像モジュールの分解斜視図である。
【図２】第１実施形態の撮像モジュールの図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】第１実施形態の撮像モジュールの図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】第１実施形態の変形例１の撮像モジュールの断面図である。
【図５】第１実施形態の変形例１の撮像モジュールの図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】第１実施形態の変形例２の撮像モジュールの断面図である。
【図７】第１実施形態の変形例２の撮像モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】第２実施形態の撮像モジュールの断面図である。
【図９】第２実施形態の撮像モジュールの図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図１０】第３実施形態の内視鏡の斜視図である。
【図１１】第３実施形態の内視鏡の先端部の分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１から図３に示す様に、本実施形態の撮像モジュール１は、筐体である枠部材１０と、枠部材１０の中空部Ｈ１０を挿通している撮像ユニット２０と、を具備する。
【００１４】
以下の説明において、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、夫々の部分の厚さの比率および相対角度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。一部の構成要素の図示を省略する場合がある。
【００１５】
また、光軸（Ｏ）方向のうち、撮像素子２２の配置されている方向（Ｚ軸値増加方向）を前、信号ケーブル３２の配置されている方向（Ｚ軸値減少方向）を後という。
【００１６】
なお、撮像モジュール１は、さらに、撮像ユニット２０の後端面に接合された配線板３１と、配線板３１と接合された信号ケーブル３２と、を有する。なお、信号ケーブル３２が撮像ユニット２０の後端面に直接、接合されていてもよい。
【００１７】
撮像ユニット２０は、カバーガラス２１と、第１の半導体素子である撮像素子２２と、複数の半導体素子２３、２４、２５と、の積層体である。すなわち、撮像ユニット２０は撮像素子２２を含む複数の半導体素子２２〜２５が積層されている。
【００１８】
平面視矩形、すなわち光軸Ｏに直交する方向の断面形状が矩形の撮像素子２２には、カバーガラス２１を介して入射した被写体像を受光し電気信号に変換する受光部２２Ａが形成されている。受光部２２Ａは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ受光素子等であり、光を受光して光電変換を行うことによって電気信号を生成する。受光部２２Ａは、貫通配線を介して後面の電極と接続されている。
【００１９】
半導体素子２３〜２５は、撮像素子２２が出力する電気信号を１次処理する。平面視矩形の半導体素子２３〜２５には、それぞれ、コンデンサ、抵抗もしくはバッファ等の電子部品機能回路、または、ノイズ除去回路もしくはアナログデジタル変換回路等の処理回路を構成しているプレーナ型デバイスが形成されている。
【００２０】
半導体素子２３〜２５は、厚さが異なっていてもよい。また、それぞれの半導体素子２３〜２５のプレーナ型デバイスは、片面だけに形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよい。また、半導体素子の積層数は２つ以上であればよく、本実施例のように３つに限定されるものではない。
【００２１】
撮像素子２２および半導体素子２３〜２５は封止樹脂（不図示）を介して積層されている。封止樹脂は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂またはポリビニル樹脂等である。すなわち、半導体素子２３〜２５は、撮像素子２２と同じように、貫通配線およびバンプを介して接続されている。
【００２２】
後述するように、撮像ユニット２０は、直方体のウエハレベル積層体である。すなわち、撮像ユニット２０は、複数のカバーガラス２１を含むガラスウエハ２１Ｗと、複数の撮像素子２２を含む撮像ウエハ２２Ｗと、それぞれが複数の半導体素子２３〜２５を含む半導体ウエハ２３Ｗ〜２５Ｗと、が封止樹脂を介して積層された接合ウエハ２０Ｗを切断することで作製される（図７参照）。
【００２３】
このため、カバーガラス２１、撮像素子２２、半導体素子２３〜２５の光軸直交方向の外寸（平面視サイズ）は、同じである。そして、光軸直交方向の投影面に投影されたカバーガラス２１および半導体素子２３〜２５は、撮像素子２２の投影面内に配置されている。
【００２４】
ウエハレベル積層体である撮像ユニット２０は、例えば、平面視サイズ（光軸直交方向の断面寸法）が、２ｍｍ×２ｍｍ以下と超小型である。
【００２５】
撮像ユニット２０は、素子積層体を有するため短小であり、かつ、平面視サイズは撮像素子２２と同じであるため、細径である。
【００２６】
直方体の撮像ユニット２０は、長方形の第１の側面２０Ｓ１と、第１の側面２０Ｓ１と対向している第２の側面２０Ｓ２と、第１の側面２０Ｓ１および第２の側面２０Ｓ２と直交している第３の側面２０Ｓ３および第４の側面２０Ｓ４と、を有する。第１の側面２０Ｓ１および第２の側面２０Ｓ２は、撮像素子２２の主面である撮像素子面と直交している。
【００２７】
一方、撮像ユニット２０が中空部Ｈ１０を挿通している枠部材１０は、例えばＳＵＳ（ステンレススチール）等の金属材料からなる。枠部材１０には、内面の断面形状が長方形の貫通孔である中空部Ｈ１０がある。撮像ユニット２０では、中空部Ｈ１０の中心軸Ｃと枠部材１０の中心軸Ｃとは同じである。
【００２８】
中空部Ｈ１０は、内面が第１の内面１０Ｓ１と第１の内面１０Ｓ１と対向している第２の内面１０Ｓ２と、第１の内面１０Ｓ１および第２の内面１０Ｓ２と直交している第３の内面１０Ｓ３および第４の内面１０Ｓ４と、からなる。
【００２９】
そして、撮像ユニット２０の光軸直交方向の外寸は、枠部材１０の中空部Ｈ１０の光軸直交方向の内寸よりも小さい。そして、撮像ユニット２０の直交する２側面２０Ｓ１、２０Ｓ３だけが、枠部材１０の内面１０Ｓ１、１０Ｓ３と当接している。すなわち、第２の側面２０Ｓ２と第２の内面１０Ｓ２との間、および、第４の側面２０Ｓ４と第４の内面１０Ｓ４との間には、長さＤ１、Ｄ２の隙間（Ｇａｐ）が有り、樹脂４０が充填されている。
【００３０】
言い替えれば、撮像モジュール１では、撮像ユニット２０の長方形の第１の側面２０Ｓ１の４辺のうちの撮像素子面と直交する２つの長辺２０Ｌ１、２０Ｌ２は枠部材１０の内面に当接しており、第２の側面２０Ｓ２は内面に当接していない。撮像ユニット２０の第１の側面２０Ｓ１が枠部材１０の第１の内面１０Ｓ１と当接し、第３の側面２０Ｓ３が第３の内面１０Ｓ３と当接しているが、第２の側面２０Ｓ２は第２の内面１０Ｓ２と当接しておらず第４の側面２０Ｓ４も第４の内面１０Ｓ４と当接していない。
【００３１】
なお、撮像モジュール１では、枠部材１０の内面に当接しているのは第１の側面２０Ｓ１の長辺であるが、撮像ユニット２０の形状によっては、長辺ではなく、短辺の場合もあることは言うまでも無い。
【００３２】
撮像ユニット２０の外寸と枠部材１０の中空部Ｈ１０の内寸との差Ｄ１、Ｄ２が小さいと、撮像ユニット２０を中空部Ｈ１０に挿入するのが容易ではない。一方、差Ｄ１、Ｄ２が大きいと、光軸Ｏと中心軸Ｃとが平行にならないおそれがある。
【００３３】
しかし、撮像モジュール１では、撮像ユニット２０の２つの面２０Ｓ１、２０Ｓ３が、枠部材１０の中空部Ｈ１０の２つの面１０Ｓ１、１０Ｓ３と、それぞれ他部材（例えば、樹脂４０）を介さないで当接している。このため、撮像ユニット２０の光軸Ｏと枠部材１０の中空部Ｈ１０の中心軸Ｃとは、正確に平行となっている。
【００３４】
なお、隙間に樹脂４０を充填するときに、表面張力により当接面にも不可避的に樹脂４０が浸入することがある。しかし、撮像モジュール１では、当接面の少なくとも一部には、樹脂４０が介在していないことから、２つの側面２０Ｓ１、２０Ｓ３と２つ内面１０Ｓ１、１０Ｓ３とが当接した状態で樹脂４０により固定されていると判断できる。
【００３５】
すなわち、撮像モジュール１では、第１の側面２０Ｓ１と第１の内面１０Ｓ１との当接面、および第３の側面２０Ｓ３と第３の内面１０Ｓ３との当接面の少なくとも一部に、樹脂４０が介在していない。
【００３６】
撮像モジュール１は、撮像ユニット２０の光軸Ｏと枠部材１０の中空部Ｈ１０の中心軸Ｃとを容易に、かつ、正確に平行に位置決めできるため、製造が容易である。
【００３７】
なお、例えば、第１の側面２０Ｓ１と第１の内面１０Ｓ１とだけが当接しており、第３の側面２０Ｓ３と第３の内面１０Ｓ３とが当接していない場合であっても、３軸（ＸＹＺ）のうち、光軸方向（Ｚ軸）および光軸と直交する１方向（Ｙ軸）は位置決めされるため、いずれの面も当接していない場合よりも、製造が容易である。
【００３８】
さらに、熱伝導率の高い金属からなる枠部材１０と、撮像ユニット２０とが、他部材を介さないで当接しているため、撮像ユニット２０が発生する熱を効率的に枠部材１０に伝熱できる。例えば、撮像素子２２が出力する撮像信号がサーマルノイズ等の影響を受けにくく、安定している。放熱効果を顕著に得るためには枠部材１０は、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍＫ）以上の材料からなることが好ましい。例えば、ＳＵＳの熱伝導率は、２０Ｗ／（ｍＫ）である。
【００３９】
＜第１実施形態の変形例＞
変形例の撮像モジュール１Ａ、１Ｂ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。
【００４０】
＜第１実施形態の変形例１＞
図４および図５に示す様に、変形例１の撮像モジュール１Ａでは、撮像ユニット２０Ａの第１の側面２０Ｓ１に凹部Ｃ２０があり、枠部材１０Ａの第１の内面１０Ｓ１に、凹部Ｃ２０と当接した凸部Ｃ１０がある。凸部Ｃ１０の高さＤ３は、撮像ユニット２０Ａと枠部材１０Ａとの隙間の長さＤ１よりも小さい。
【００４１】
なお、凸部Ｃ１０は、枠部材１０Ａの一部であってもよいし、枠部材１０Ａとは別部材でもよい。例えば、凸部Ｃ１０は、枠部材１０Ａの側面に形成した貫通孔に挿入されていてもよい。
【００４２】
撮像モジュール１Ａは、凸部Ｃ１０の先端面と凹部Ｃ２０の内面とが当接することで、撮像ユニット２０Ａの中空部Ｈ１０における光軸方向（Ｚ軸方向）の位置が規定されている。また、凹部Ｃ２０は、当接面に浸入した樹脂４０の受皿となり、当接面に残存する樹脂４０を減らす効果がある。
【００４３】
撮像モジュール１Ａは、撮像ユニット２０Ａの枠部材１０Ａに対する光軸方向の位置決めが容易である。
【００４４】
＜第１実施形態の変形例２＞
図６に示す様に、変形例２の撮像モジュール１Ｂでは、枠部材１０Ｂの第１の内面１０Ｓ１には、凹部Ｃ１０Ｂがある。一方、撮像ユニット２０Ｂの第１の側面２０Ｓ１には凸部Ｃ２０Ｂがあるが、凸部Ｃ２０Ｂは枠部材の凹１０Ｓ１Ｂに収容されている。このため、撮像ユニット２０Ｂの凸部２０Ｂは、枠部材１０Ｂの内面１０ＳＢ１とは当接していない。
【００４５】
なお、撮像ユニット２０Ｂの凸部Ｃ２０Ｂは、例えば、図７に示す様に、複数の撮像ユニット２０Ｂを含む接合ウエハ２０Ｗを、ダイシングブレード５０を用いて切断するときに形成される。このため、撮像ユニット２０Ｂは製造が容易である。
【００４６】
＜第２実施形態＞
本実施形態の撮像モジュール１Ｃ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。
【００４７】
図８および図９に示す様に、撮像モジュール１Ｃの枠部材１０Ｃは、中空部Ｈ１０Ｃの内面の断面形状が円形である。
【００４８】
撮像ユニット２０Ｃの長方形の第１の側面２０Ｓ１の２つの長辺２０Ｌ１、２０Ｌ２は、枠部材１０Ｃの内面１０Ｓに当接しており、第２の側面２０Ｓ２は内面１０Ｓに当接していない。
【００４９】
なお、撮像ユニット２０、２０Ａ〜２０Ｃは、いずれも光軸直交方向の断面形状が矩形の直方体であった。しかし、撮像ユニットは、断面が、例えば六角形等の多角形でもよい。また、直方体の長辺の角が面取り加工されたり、曲線加工されたりしていてもよい。例えば、面取り加工された撮像ユニットは、内寸が小さい枠部材にも挿入可能であり、かつ、枠部材との隙間に他部材を挿通することも可能である。
【００５０】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の内視鏡９について説明する。
【００５１】
図１０に示すように、内視鏡９は、撮像モジュール１が先端部９Ａに配設された挿入部９Ｂと、挿入部９Ｂの基端側に配設された操作部９Ｃと、操作部９Ｃから延出するユニバーサルコード９Ｄと、を具備する。ユニバーサルコード９Ｄは、撮像モジュール１の信号ケーブル３２と接続されている。
【００５２】
枠部材に挿入された撮像ユニットは、先端部９Ａの貫通孔に挿入されている。
【００５３】
内視鏡９は、製造が容易な撮像モジュール１を有するため、製造が容易である。
【００５４】
なお、図１１に示す様に、撮像モジュール１の撮像ユニット２０は、カバーガラス２１の前面に複数の光学素子６１〜６３が積層された光学ユニット６０を具備していてもよい。
【００５５】
例えば、直方体の光学ユニット６０は、それぞれが複数の光学素子６１〜６４を含む複数の光学ウエハが接合された接合光学ウエハの切断により作製される。光学素子６１〜６４は、例えば、凹レンズ、凸レンズ、スペーサーまたはフィルタ等である。
【００５６】
また、複数の光学ウエハが、撮像ウエハ２２Ｗ等と接合された接合ユニットウエハの切断により、光学ユニット６０と撮像ユニット２０とからなるカメラユニットを作製してもよい。ウエハレベルカメラユニットは、直方体で、細径である。
【００５７】
また、図１１に示す様に、撮像モジュール１Ｄが挿通されている枠部材１０Ｄが、内視鏡９の先端部を構成している硬性部材でもよい。すなわち、硬性部材の貫通孔が、中空部Ｈ１０Ｄであってもよい。
【００５８】
なお、撮像モジュール１Ａ〜１Ｃを具備する内視鏡が、内視鏡９の効果を有し、さらに撮像モジュール１Ａ〜１Ｃの効果を有することは言うまでも無い。また、本発明の内視鏡は、医療用内視鏡に限定されるものではなく、工業用内視鏡でもよい。
【００５９】
本発明は、上述した実施形態および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。
【符号の説明】
【００６０】
１、１Ａ〜１Ｄ・・・撮像モジュール
９・・・内視鏡
１０・・・枠部材
１０Ｓ・・・内面
２０、２０Ａ〜２０Ｃ・・・撮像ユニット
２０Ｌ・・・長辺
２０Ｓ・・・側面
２０Ｗ・・・接合ウエハ
２１・・・カバーガラス
２２・・・撮像素子
２３・・・半導体素子
４０・・・樹脂
５０・・・ダイシングブレード
６０・・・光学ユニット
Ｃ１０・・・凸部
Ｃ２０・・・凹部
Ｈ１０・・・中空部
Ｏ・・・光軸
Ｃ・・・中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018087872.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2018087872.tif 000015
2018087872.tif 000016
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