(57)【要約】【課題】  小型化が要望されている医療機器に内蔵される撮像ユニットであって、基板層、及び部品層の層数を減らして、小型、特に低背化すると共に、組付け時の歩留まりを向上することのできる撮像ユニットの実現。【解決手段】  撮像ユニット２は、結像レンズ１３により被写体像が結像される固体撮像素子１５と、被写体を照明する発光素子２５と、発光素子を駆動制御するための発光素子駆動用部品２４と、固体撮像素子の駆動、及び信号処理を行う信号処理部品２３と、固体撮像素子、発光素子、発光素子駆動用部品、及び信号処理部品が電気的に接続される少なくとも１つの基板２１，２２と、を備え、発光素子駆動用部品と信号処理部品の少なくとも一方を前記基板に内蔵した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像レンズにより被写体像が結像される固体撮像素子と、
前記被写体を照明する発光素子と、
前記発光素子を駆動制御するための発光素子駆動用部品と、
前記固体撮像素子の駆動、及び信号処理を行う信号処理部品と、
前記固体撮像素子、前記発光素子、前記発光素子駆動用部品、及び前記信号処理部品が電気的に接続される少なくとも１つの基板と、
を備え、
前記発光素子駆動用部品と前記信号処理部品の少なくとも一方が前記基板に内蔵されていることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項２】
前記基板が一枚の基板から構成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】
前記固体撮像素子、及び前記発光素子の少なくとも一方の表面が前記基板の一面と同一の面内に位置して露出するように前記基板に内蔵されてい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】
前記固体撮像素子の前記被写体側に透明部材が配置され、該透明部材が前記基板に内蔵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】
前記透明部材が前記結像レンズであることを特徴とする請求項４に記載の撮像ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子、発光素子、及びそれらを駆動制御する部品が基板に実装されてなる撮像ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カプセル型内視鏡に用いられる撮像ユニットにおいては、被検部位を撮像するための固体撮像素子と、被検部位に対する照明手段であるＬＥＤと、固体撮像素子からの信号処理及び駆動制御を行うＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）チップ、ＬＥＤを駆動するためのチップコンデンサ、チップ抵抗などの電子部品などがフレキシブル基板、又はリジット基板の表面に実装され、レンズユニットと組み合わされて撮像ユニットを構成している。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のカプセル型内視鏡が具備する撮像ユニットは、照明部品を配設した照明基板と、被検部位を撮像するイメージセンサを配設した撮像基板と、照明基板、及び撮像基板に電気的に接続されて、これら照明基板、及び撮像基板と一体的に形成された可塑性材料からなるフレキシブル基板を備えている。また、撮像ユニットには、照明光の被検部位からの反射光を結像する複数のレンズを支持し、一端側をイメージセンサに対して位置決めした筒状部材からなるレンズ支持部材と、このレンズ支持部材が嵌合可能にレンズ支持部材の外径よりも大きな内径で照明基板を貫通して形成された孔とフレキシブル基板を折り曲げた際に、照明基板をレンズ支持部材に対して位置決めして支持するレンズ支持部材に設けられた段部を備えている。
【０００４】
これにより、特許文献１のカプセル型内視鏡は、撮像基板と照明基板とを別途リード線等により接続する必要がなく、組み立てを簡単にした構成となっている。
【特許文献１】特開２００５−２０５０７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、小型化が要望されている医療用内視鏡分野において、例えば、特許文献１に開示されるようなカプセル型内視鏡に備えられている撮像ユニットは、イメージセンサ、照明部品、及びそれらを駆動制御するためのＤＳＰ、抵抗、コンデンサ等の電子部品が撮像基板、又は照明基板上に実装される技術が採用されている。
【０００６】
そのため、従来の撮像ユニットは、結果として、複数の部品層、具体的には照明部品が配設される第１の層、照明基板の第２の層、電子部品が配設される第３の層、イメージセンサが配設される第４の層、撮像基板の第５の層、及び電子部品の配設される第６の層の６層からなり、積み重なる部品層数が多く、さらに、基板面が有効に利用されないといった理由から撮像ユニットの低背化が阻害されていた。従って、カプセル型内視鏡のような、従来の構成の撮像ユニットが内蔵される医療用機器は、その小型化、特に撮影光軸方向の低背化が阻害されてしまうという問題がある。
【０００７】
また、従来の撮像ユニットでは、基板上に電子部品が露出するため、製造過程における組立時、及びカプセル内視鏡への組付け時に、これら電子部品が破損したり、乖離したりする場合がある。そのため、従来の撮像ユニット、及びカプセル内視鏡では、製造歩留まりが低下するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは小型化が要望されている医療機器に内蔵される撮像ユニットであって、基板層、及び部品層の層数を減らして、小型、特に低背化すると共に、組付け時の歩留まりを向上することのできる撮像ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、本発明の撮像ユニットは、結像レンズにより被写体像が結像される固体撮像素子と、前記被写体を照明する発光素子と、前記発光素子を駆動制御するための発光素子駆動用部品と、前記固体撮像素子の駆動、及び信号処理を行う信号処理部品と、前記固体撮像素子、前記発光素子、前記発光素子駆動用部品、及び前記信号処理部品が電気的に接続される少なくとも１つの基板と、を備え、前記発光素子駆動用部品と前記信号処理部品の少なくとも一方が前記基板に内蔵されていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成により、部品層の層数を減らすことが可能で、撮像ユニットを低背化することができる。また、発光素子駆動用部品、又は前記信号処理部品である電子部品が基板上に露出していないため、基板に内蔵される電子部品が破損したり、乖離したりする可能性が少なく、製造歩留まりを向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型化が要望されている医療機器に内蔵される撮像ユニットであって、基板層、及び部品層の層数を減らして、小型、特に低背化すると共に、組付け時の歩留まりを向上することのできる撮像ユニットを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明である撮像ユニットを実施するための最良の形態（以下では、単に「実施の形態」と称する）について説明する。なお、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ことは勿論である。
【００１３】
（第１の実施の形態）
先ず、本発明の第１の実施の形態について、図１、及び図２に基づいて以下に説明する。図１、及び図２は、第１の実施の形態に係り、図１は撮像ユニットが内蔵されたカプセル型内視鏡装置の断面図、図２は撮像ユニットの構成を模式的に示す断面図である。
【００１４】
図１に示す、本実施の形態のカプセル型内視鏡装置１は、被検体内を撮影するためのカメラモジュールである撮像ユニット２と、この撮像ユニット２からの撮像信号を画像信号処理する信号処理回路ユニット３と、電源ユニットであるバッテリ４と、信号処理回路ユニット３から信号処理された画像信号を外部機器に無線伝送するＲＦユニット５と、が密閉容器である外装ケース６内に主に収納されている。
【００１５】
外装ケース６は、有底筒形状の外枠部材７と球状のドーム部材である前部カバー８から構成されており、前部カバー８が外枠部材７の開口部を塞ぐように嵌合接着されることにより、内部空間が水密に密閉されている。尚、外装ケース６の前部カバー８は、光透過性（透明）を有するオプティカルドームである。尚、撮像ユニット２は、前部カバー８側を臨むように、外装ケース６の外枠部材７に嵌合固定されている。
【００１６】
次に、図２に基づいて、本実施の形態の撮像ユニット２について、以下に詳しく説明する。  
撮像ユニット２は、図２に示すように、レンズユニット１０と、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子１５と、信号処理基板である第１の基板２１と、照明部品駆動用基板である第２の基板２２と、を有して、主に構成されている。
【００１７】
レンズユニット１０は、レンズ保持枠１１と、このレンズ保持枠１１に保持された、ここでは２つの対物レンズ１２，１３と、を有して構成されている。
【００１８】
固体撮像素子１５は、撮像領域である受光素子１６がレンズユニット１０側に位置するように、その表面にレンズ保持枠１１の基端面が受光素子１６の周囲に当接するように固着されている。つまり、レンズユニット１０の各対物レンズ１２，１３によって、集光された撮影光軸Ｏを有する被写体像が固体撮像素子１５の受光素子１６に結像される光学的な合焦位置が設定され、固体撮像素子１５の表面にレンズ保持枠１１の基端面が受光素子１６の周囲を覆って当接するように固着される。
【００１９】
第１の基板２１には、固体撮像素子１５からの信号処理と駆動制御を行う信号処理部品であるＤＳＰ２３が部品内蔵基板技術を用いて内蔵、つまり電気的に接続された状態で埋設されている。また、固体撮像素子１５は、表面に設けられた複数のバンプ電極１７が第２の基板２２の下面部と電気的に接続されている。
【００２０】
尚、第２の基板２２には、固体撮像素子１５の受光領域である受光素子１６の直上に位置し、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１が挿通配置される開口部が形成されている。
【００２１】
そして、第１の基板２１、及び第２の基板２２がフレキシブルプリント基板２９によって、電気的に接続され、第１の基板２１は、第２の基板２２、及びフレキシブルプリント基板２９を介して固体撮像素子１５と電気信号の授受を行うように構成されている。
【００２２】
また、第２の基板２２は、その上面に照明手段であって、発光素子である複数のＬＥＤ２５が実装されており、内部に、これらＬＥＤ２５の駆動制御に必要な発光素子駆動用部品であるＬＥＤ駆動用部品２４が部品内蔵基板技術を用いて、内蔵、つまり電気的に接続された状態で埋設されている。
【００２３】
尚、ＤＳＰ２３を第１の基板２１に、そして、ＬＥＤ駆動用部品２４を第２の基板２２に内蔵する部品内蔵基板技術は、従来から用いられる方法によって、実現できるため、その詳細な説明を省略する。また、本実施の形態の各基板２１，２２は、内蔵する電子部品がＤＳＰ２３、及びＬＥＤ駆動用部品２４であることを例示したが、その他、抵抗、コンデンサ等の電子部品も内蔵する構成としても勿論良い。
【００２４】
さらに、本実施の形態の撮像ユニット２では、ＤＳＰ２３とＬＥＤ駆動用部品２４の両方の夫々が第１の基板２１、及び第２の基板２２に内蔵されている例を示したが、ＬＥＤ駆動用部品２４、又はＤＳＰ６の電子部品が少なくともどちらか一方が第１の基板２１、又は第２の基板２２に内蔵されていても良い。
【００２５】
以上のように構成された本実施の形態の撮像ユニット２は、従来、複数の基板の表面に実装されていた信号処理部品であるＤＳＰ２３、及び発光素子駆動用部品であるＬＥＤ駆動用部品２４を基板（２１，２２）の内部に内蔵させることにより、全体的に小型化することができ、特に撮影光軸Ｏ方向に低背化、つまり薄型とすることができる。また、基板表面に実装されていた信号処理部品、及び発光素子駆動用部品を基板に内蔵することによって、カプセル型内視鏡装置１を小型化することができる他、外装ケース６内の空いた領域に他の部品を配置することもできる。
【００２６】
また、従来のような基板表面に各種部品がある場合に比して、予め、発光素子駆動用部品、及び駆動部品が内蔵している基板を用いることで、撮像ユニット２の組立作業時、及びカプセル型内視鏡装置１に組み付けるときに、発光素子駆動用部品、及び駆動部品である電子部品が基板上に露出していないため、これら電子部品が破損したり、乖離したりする可能性が少なく、製造歩留まりを向上させることができる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態における撮像ユニットの構成を模式的に示す断面図である。尚、本実施の形態の説明において、第１の実施の形態と同一の構成については、説明の便宜のため、同じ符号を用いて、それらの詳細な説明、及び作用効果を省略する。
【００２８】
図３に示す、本実施の形態の撮像ユニット２は、第１の実施の形態と同様に、ＤＳＰ２３、及びＬＥＤ駆動用部品２４が夫々、第１の基板２１、及び第２の基板２２に品内蔵基板技術を用いて内蔵されている。
【００２９】
さらに、撮像ユニット２は、第２の基板２２の開口部に、ここでの透明部材を構成する結像レンズである第２の対物レンズ１３が内蔵するように保持されている。つまり、第１の対物レンズ１２と、この第１の対物レンズ１２を被写体側で保持するレンズ保持枠１１を備えたレンズユニット１０により集光された光が第２の対物レンズ１３によって固体撮像素子１５の受光領域である受光素子１６にて結像する構成となっている。
【００３０】
先ず、第２の基板２２には、パンチング、ドリルマシニング等の機械加工、レーザー加工、エッジング等により孔部形成され、この形成された開口部である孔部に第２の対物レンズ１３が組み込まれる。つまり、第２の基板２２は、第２の対物レンズ１３を保持するレンズ保持枠を兼用する。
【００３１】
そして、レンズユニット１０のレンズ保持枠１１は、基端面が第１の対物レンズ１２と第２の対物レンズ１３によって、集光された撮影光軸Ｏを有する被写体像が固体撮像素子１５の受光素子１６に結像される光学的な合焦位置合わせが行われた後、レンズ保持枠１１の基端面が第２の基板２２の表面に当接するように固着される。
【００３２】
以上のように構成された本実施の形態の撮像ユニット２は、第２の基板２２内に透明部材である第２の対物レンズ１３を保持して内蔵しているため、レンズユニット１０を構成する対物レンズの枚数を削減することができ、レンズユニット１０自体の撮影光軸Ｏ方向の高さが、第１の実施の形態に比べて、さらに、低く（短尺化）することができる。尚、本実施の形態では、第２の基板２２に結像レンズである第２の対物レンズ１３が内蔵される場合を示したが、他の光学透明部材として、平坦なカバーガラス、ＩＲカットフィルタ等を第２の基板２２に内蔵しても良いことは勿論である。
【００３３】
以上から、本実施の形態の撮像ユニット２は、第１の実施の形態と同様の効果に加えて、基板内に結像レンズ（第２の対物レンズ１３）を内蔵することで、レンズユニット１０の高さを低くすることができる。また、固体撮像素子１５の受光領域（受光素子１６）上に設けられた基板（第２の基板２２）の開口部が結像レンズ等の透明部材で塞がれているため、本実施の形態の撮像ユニット２は、固体撮像素子１５を第２の基板２２に複数のバンプ電極１７を介して電気的に接続した後の工程において、受光領域である受光素子１６上にゴミ等が付着することを回避できるため、製造歩留まりを向上させることができる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について、図４、及び図５を用いて説明する。図４、及び図５は、本発明の第３の実施の形態に係り、図４は撮像ユニットの構成を模式的に示す断面図、図５は変形例の撮像ユニットの構成を模式的に示す断面図である。尚、本実施の形態の説明においも、第１の実施の形態と同一の構成については、説明の便宜のため、同じ符号を用いて、それらの詳細な説明、及び作用効果を省略する。
【００３５】
図４に示す、本実施の形態の撮像ユニット２は、固体撮像素子１５の受光領域である受光素子１６が形成された一面に透明部材であるカバーガラス１８を配設してパッケージされたＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの固体撮像素子ユニット２０を備えた構成となっている。
【００３６】
この固体撮像素子ユニット２０は、固体撮像素子１５の受光素子１６と反対側の下面部側に複数のバンプ電極１７が形成されており、これらバンプ電極１７を介して、電子部品内蔵基板３１の表面に電気的に接続されて実装されている。
【００３７】
本実施の形態のレンズユニット１０は、各対物レンズ１２，１３によって、集光された撮影光軸Ｏを有する被写体像が固体撮像素子１５の受光素子１６に結像される光学的な合焦位置が設定され、レンズ保持枠１１の基端面が固体撮像素子ユニット２０のカバーガラス１８の表面上に当接して固着されている。また、ＬＥＤ２５は、レンズユニット１０の外周を囲むように電子部品内蔵基板３１の表面に複数、実装されている。
【００３８】
また、電子部品内蔵基板３１には、ＬＥＤ２５を駆動するためのＬＥＤ駆動用部品２４と、固体撮像素子１５の信号を処理するＤＳＰ２３が部品内蔵基板技術を用いて内蔵されている。
【００３９】
以上のように構成された本実施の形態の撮像ユニット２は、ＬＥＤ駆動用部品２４、及びＤＳＰ２３である複数の電子部品が一枚の電子部品内蔵基板３１に内蔵されているため、上述の第１、及び第２の実施の形態のような複数の基板を設ける場合に比して、さらに低背化することができる。
【００４０】
次に、本実施の形態の変形例について、図５に基づいて、以下に説明する。  
図５に示す、撮像ユニット２は、ＣＳＰタイプの固体撮像素子ユニット２０が電子部品内蔵基板３１の上面と透明部材であるカバーガラス１８の上面が略同一面内に位置して、カバーガラス１８が露出するように埋設されている。固体撮像素子ユニット２０の固体撮像素子１５に設けられた複数のバンプ電極１７は、電子部品内蔵基板３１の内部で電気的に接続されている。さらに、複数のＬＥＤ２５も、同様に発光面が電子部品内蔵基板３１の上面と略同一面内に露出する状態で埋設され、電子部品内蔵基板３１と電気的に接続されている。
【００４１】
電子部品内蔵基板３１の内部は、多層配線構造になっており、電子部品内蔵基板３１の下部側の層にＬＥＤ駆動用部品２４と固体撮像素子１５の信号を処理するＤＳＰ２３が内蔵されている。
【００４２】
つまり、本実施の形態における撮像ユニット２は、ＣＳＰタイプの固体撮像素子ユニット２０、複数のＬＥＤ２５、ＤＳＰ２３、及びＬＥＤ駆動用部品２４が一枚の電子部品内蔵基板３１内に内蔵されており、固体撮像素子ユニット２０のカバーガラス１８上にレンズユニット１０が配設された構成となっている。
【００４３】
以上に説明した本変形例に示したように撮像ユニット２は、ＣＳＰタイプの固体撮像素子ユニット２０と、複数のＬＥＤ２５も、同一の電子部品内蔵基板３１内に内蔵しているため、組立時に一枚の電子部品内蔵基板３１上にレンズユニット１０を取り付けるだけで良く、組立作業性を向上することができる。
【００４４】
以上の各実施の形態に説明した本発明に係る撮像ユニットは、発光素子駆動用部品、信号処理部品が、従来はその表面に実装されていた実装基板の内部に内蔵されている。そのため、撮像ユニットを構成する部品層の層数を減らすことが可能であり、その結果撮像ユニットを低背化することができる。
【００４５】
本発明の撮像ユニットは、結像レンズにより被写体像が結像される固体撮像素子と、前記被写体を照明する発光素子と、前記発光素子を駆動制御するための発光素子駆動用部品と、前記固体撮像素子の駆動、及び信号処理を行う信号処理部品と、前記固体撮像素子、前記発光素子、前記発光素子駆動用部品、及び前記信号処理部品が電気的に接続される少なくとも１つの基板と、を備え、前記発光素子駆動用部品と前記信号処理部品の少なくとも一方が前記基板に内蔵されていることを特徴とする。
【００４６】
このような構成により、部品層の層数を減らすことが可能で、撮像ユニットを低背化することができる。また、発光素子駆動用部品、又は前記信号処理部品である電子部品が基板上に露出していないため、基板に内蔵される電子部品が破損したり、乖離したりする可能性が少なく、製造歩留まりを向上させることができる。
【００４７】
また、本発明の撮像ユニットにおいて、前記基板が、一枚の基板から構成されていることを特徴とする。さらに、本発明の撮像ユニットにおいて、前記固体撮像素子、及び前記発光素子の少なくとも一方の表面が前記基板の一面と同一の面内に位置して露出するように前記基板に内蔵されていることを特徴とする。
【００４８】
このような構成により、撮像ユニットを構成する基板および部品の層数を減少して、撮像ユニットをさらに低背化することができるとともに、組立作業性が向上する。
【００４９】
また、本発明の撮像ユニットにおいて、前記固体撮像素子の前記被写体側に透明部材が配置され、該透明部材が前記基板に内蔵されていることを特徴とする。さらに、本発明の撮像ユニットにおいて、前記透明部材が前記結像レンズであることを特徴とする。
【００５０】
このような構成により、部品層の層数を減らすことが可能で、撮像ユニットを低背化することができるとともに、固体撮像素子を基板に実装した後の工程において、固体撮像素子の受光領域状にゴミが付着することを防止することができ、歩留りが向上する。
【００５１】
以上に記載した発明は、各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。
【００５２】
例えば、各実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする不具合に対して、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施の形態に係る撮像ユニットが内蔵されたカプセル型内視鏡装置の断面図
【図２】同、撮像ユニットの構成を模式的に示す断面図
【図３】第２の実施の形態に係る撮像ユニットの構成を模式的に示す断面図
【図４】第３の実施の形態に係る撮像ユニットの構成を模式的に示す断面図
【図５】同、変形例の撮像ユニットの構成を模式的に示す断面図
【符号の説明】
【００５４】
１・・・カプセル型内視鏡装置
２・・・撮像ユニット
３・・・信号処理回路ユニット
４・・・バッテリ
５・・・ＲＦユニット
６・・・外装ケース
７・・・外枠部材
８・・・前部カバー
１０・・・レンズユニット
１１・・・レンズ保持枠
１２・・・第１の対物レンズ
１３・・・第２の対物レンズ
１５・・・固体撮像素子
１６・・・受光素子
１７・・・バンプ電極
１８・・・カバーガラス
２０・・・固体撮像素子ユニット
２１・・・第１の基板
２２・・・第２の基板
２４・・・ＬＥＤ駆動用部品
２５・・・ＬＥＤ
２９・・・フレキシブルプリント基板
３１・・・電子部品内蔵基板
【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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