專利名稱：成像組件和成像設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及適用于內窺鏡等的成像組件和包含這樣的成像組件的成像 設備。
背景技術：
為了由采用諸如CCD (電荷耦合器件)和CMOS (互補金屬氧化物半 導體)的成像器件的成像設備獲得高清晰度照片，重要的是，對于相位、 頻率等盡可能真實地傳送由成像器件獲得的視頻信號。但是在近些年中，高清晰度、小尺寸的成像設備是所期望的，因為高 時鐘頻率被用于信號處理電路系統中。因此，相位差、頻率特性劣化等可 能大大地影響信號質量。因此，已經設計了各種程序來防止這樣的相位差 和頻率特性劣化。日本未審査專利申請公開No. H07-313453公開了一種包括成像器件的 內窺鏡，其中，利用具有噪聲屏蔽性能的柔性印刷板來進行信號傳送。發明內容例如，如果成像器件和用于將成像器件獲得的視頻信號轉換成數字信 號的模擬/數字轉換器(下文稱為A/D轉換器)被彼此分開布置，則模擬 信號需要傳送長的距離。在此情況下，從另一個相鄰的電路輸出的信號可 能變成噪聲，并且很可能耦合到模擬信號中。在模擬信號的傳送路徑很長的情況下，信號的相位和頻率特性可能常 常在信號傳送過程中劣化，導致分辨率變劣。特別地，當CCD被用作成 像器件并且使用3-芯片成像系統時，三個CCD的電固定精度(electrical fixing precision)可能由于模擬信號的相位和頻率特性的劣化而降低。此外，電路板的面積可能被減小以滿足獲得小尺寸成像設備的要求。但是，在安裝有成像器件的電路板上布置諸如A/D轉換器的另一個電路的情況下，電路板可能需要變大。希望提供一種小尺寸且能防止視頻信號劣化的成像組件和成像設備。 根據本發明的實施例，提供了一種成像組件；根據本發明的另一個實施例，提供了一種成像設備。成像組件和成像設備分別包括棱鏡，第一成 像器件和第二成像器件，模擬/數字轉換器和時序發生器。棱鏡被配置來將 通過鏡頭入射的光分成至少兩種顏色并輸出。第一成像器件和第二成像器 件分別被配置來通過對從棱鏡輸出的經分離的光進行光電轉換來生成視頻 信號。模擬/數字轉換器被配置來將從第一成像器件和第二成像器件中的每 一者輸出的視頻信號轉換為數字信號。時序發生器被配置來產生視頻信號 處理時鐘，用于驅動第一成像器件、第二成像器件和模擬/數字轉換器。所述成像組件和成像設備分別還包括第一電路板，所述第一成像器件被安 裝在其上；第二電路板，所述模擬/數字轉換器和所述時序發生器被安裝在 其上；第三電路板，所述第二成像器件被安裝在其上，第三電路板通過線 纜電連接到第一電路板和第二電路板兩者。此外，第二電路板被布置成使 其表面基本垂直于第一電路板的表面和第三電路板的表面。此外，模擬/數 字轉換器和時序發生器被安裝在第二電路板的另一個表面上，所述另一個 表面與布置有第一 電路板和第三電路板那側的表面相反。因此，模擬/數字轉換器和時序發生器兩者都可以被布置在第二電路板 上。在此，第二電路板被基本垂直于安裝了相應成像器件的第一電路板和 第三電路板而布置。因此，模擬/數字轉換器和時序發生器被布置在布置了 第一電路板和第二電路板那一側的背面。根據本發明的上述實施例，模擬/數字轉換器沒有被布置在固定到棱鏡 的第一和第三電路板中任何一者上，因此可以限制電路板的面積。此外， 時序發生器和成像器件被布置在彼此相反的兩側，因此可以防止來自時序 發生器的信號作為噪聲耦合到從成像器件獲得的視頻信號。
圖1是示出了根據本發明實施例的成像設備示例性內部構造的框圖。圖2是示出了根據本發明實施例的成像組件的示例性構造的立體圖。圖3A和3B是示出了根據本發明實施例的成像組件的示例性構造的視 圖，其中，圖3A是成像組件的立體圖，圖3B是其另一立體圖，圖3A和 圖3B是從不同的角度觀察得到的。圖4A和4B是根據本發明實施例的電路板的示例性布置的視圖，其 中，圖4A是處于伸展狀態的電路板的立體圖，圖4B是處于折疊狀態的電 路板的立體圖。圖5A和5B是根據本發明另一個實施例的電路板的示例性布置的視圖。圖6是示出了根據本發明實施例的電路板的各個層的示例性構造的分 解立體圖。
具體實施方式
以下參考附圖描述本發明的實施例。圖1示出了根據本發明實施例的成像設備的示例性構造。本實施例的 成像設備100可應用于用于各種應用(諸如醫療內窺鏡)的成像設備。圖 1所示的成像設備100使用3-芯片成像系統，并且包括三個CCD成像器件 (此后簡稱為成像器件)11G， IIR， IIB。各個CCD IIG， IIR， IIB分 別通過將對應的光束G (綠)、R (紅)和B (藍)進行光電轉換而產生 電信號，其中，所述光束G (綠)、R (紅)和B (藍)從透過鏡頭(沒 有示出)的光利用分色棱鏡(沒有示出)分出。此外，成像設備100包括 垂直轉移驅動器(此后稱為V驅動器)20和水平轉移驅動器(此后稱為H 驅動器)14G， 14R， 14B。 V驅動器20垂直轉移各個CCD IIG， IIR， IIB中經光電轉換并累積的信號電荷。H驅動器14G， 14R， 14B水平地轉 移從V驅動器20垂直轉移的信號電荷。V驅動器20分別將垂直轉移脈沖V01至U V(M供應到CCD IIG， IIR， IIB。 H驅動器14G， 14R， 14B分別將水平轉移脈沖Hl和H2供應 到CCD11G， UR， IIB。此外，H驅動器14G， 14R, 14B供應復位脈沖 RG，以分別復位CCD 11G， 11R， 11B中所累積的信號電荷。施加到CCD 11G, 11R， 11B的這些脈沖與從時序發生器19供應的視頻同步時鐘(CAM—CLK)同步地產生。一旦接收到從用于控制成像設備100中各個單元的第一控制單元17 供應的參考時鐘(HCLK)，時序發生器19就生成視頻同步時鐘(CAM—CLK)，用于驅動CCD 11G， 11R， 11B， V驅動器20， H驅動 器14G， 14R， 14B，以及后面描述的CDS電路13B， 13R， 13G以及模擬 /數字轉換器(A/D轉換器)15G， 15R， 15B，然后將視頻同歩時鐘(CAM一CLK)分別供應到上述的器件。視頻同步時鐘具有用于與視頻信 號的水平頻率和垂直頻率同步的視頻-信號處理的頻率。從CCD 11G， UR， 11B獲得的信號電荷由上述的V驅動器20和I-I 驅動器14G， 14R， 14B讀出，然后在輸出電路(沒有示出)處轉換為與 信號電荷相對應的電壓，隨后被分別供應到CDS (相關雙取樣)電路 13B， 13R， 13G。CDS電路13G， 13R， 13B分別進行對從CCD 11G， 11R， 11B獲得的各個輸出信號的取樣，以減小在信號中包含的復位噪音。從CDS電路 13G， 13R， 13B輸出的視頻信號在AGC (自動增益控制)電路(沒有示 出)中被調節到恒定的信號電平，隨后被供應到A/D轉換器15G， 15R， 15B。 A/D轉換器15G， 15R， 15B分別將視頻信號(模擬信號)轉換為數 字信號。安裝有上述的光學系統CCD 11G， 11R， 11B、 CDS電路13B， 13R，13G和其它電路的組件(此后稱為攝像機組件50)被設置在電路板上，上 述電路板與設置有進行從所述組件輸出的視頻信號的圖像處理的視頻處理 單元16的板分開并遠離。攝像機組件50通過線纜1，連接到安裝有視頻 處理單元16的組件，所述線纜1連接了攝像機組件50 —側的連接器2a和 視頻處理單元16 —側的連接器2b。視頻處理單元16進行將黑電平OB (光學黑)固定在預定標準值的反饋箝位處理、用于壓縮某一電平或更大 的信號的拐點校正(knee correction)、用于根據視頻信號的電平被限定到 的伽馬曲線進行校正的伽馬校正、用于校正白平衡的白剪切(white-clip)處理等。攝像機組件50的連接器2a還連接到控制成像設備100的各個單元的 第一控制單元17。第一控制單元17包括微型計算機等。在本實施例中， 為了減小從第一控制單元17傳送到攝像機組件50中各個單元的信號量， 第二控制單元18被安裝在攝像機組件50中。第二控制單元18翻譯從第一 控制單元17傳送的命令中對于攝像機組件50中各個單元的設置指令命 令，并且將這樣的命令傳送到各個單元。第二控制單元18例如執行對于時序發生器19的改變快門速度的控 制、對于A/D轉換器15G， 15R， 15B的視頻碼率(諸如50i/60i)的增益 控制和切換指令。此外，為了降低成像設備100的功耗，第二控制單元18 可以攝像機組件50中的各個單元，以使其獨立地切換到待機模式，或者 控制各個單元的設置，以使其被周期性地初始化。下面，將參考圖2描述包括分色棱鏡30、成像器件IIG， IIR， 11B 等的成像組件200的示例性構造。圖2是示出了成像組件200的光入射側 的立體圖。成像組件200通過鏡頭安裝底座10連接到圖2中由虛線表示的 鏡頭組件2。如圖所示，定位孔10a被形成在鏡頭安裝底座10中。鏡頭組 件2和成像組件200可以利用插入孔10a中的螺釘以高的尺寸精度固定在 一起°鏡頭安裝底座10設置有窗口 31，透過鏡頭組件2的鏡頭2a的對象光 入射在窗口31上。分色棱鏡30被固定到鏡頭安裝底座10的、在對象光的 前進方向上的后部。棱鏡30將從窗口 31入射的對象光分成三種顏色的光 束R， G禾卩B。分色棱鏡30包括用于透射B光束的組件、用于透射R光束的組件以 及用于透射G光束的組件。用于光電轉換B光束的成像器件IIB、用于光 電轉換G光束的成像器件11G以及用于光電轉換R光束的成像器件11R 被固定到各個組件的三個輸出表面上，被分成R、 G和B的各色光線分別 從相應的組件的所述輸出表面輸出。在圖2中單獨示出了成像器件IIB。 在圖中沒有示出成像器件IIR和IIG。如圖2所示，電路板40A (第二電路板)被布置在與電路板40B、 40G和40R分別基本垂直的位置處。此外，電源解耦電容器60被布置在電路板40A上。此外，A/D轉換器15G， 15R， 15B、第二控制單元18、 時序發生器19等被布置在電路板40A的后表面上。下面將詳細描述電路 板40A的后表面上的各個單元的布置。圖3A和3B是示出了當窗口 31向下時成像組件200的示例性構造的 視圖。圖3A是示出了電路板40A向下的、布置有解耦電容器60的表面的 立體圖，圖3B是電路板40A的后表面的立體圖。分別固定在分色棱鏡30的三個輸出表面上的成像器件IIB， IIG， IIR被分別連接到電路板40B (第一電路板)、電路板40G (第三電路 板)和電路板40R (第一電路板)。各個成像器件通過將成像器件的端子 分別焊接到相應的電路板40B， 40G， 40R的后表面而被連接到電路板。CDS電路13B， 13G， 13R被分別布置在相應的電路板40B， 40G， 40R的、沒有連接成像器件11B， IIG， IIR的另一表面上。此外，各個電 路板40通過柔性線纜41彼此電連接，所述柔性線纜41是具有柔性的電路 板。接地板70B， 70G， 70R也被分別連接到柔性線纜41。此外，接地板 70B， 70G， 70R與由銅箔等制成的導電板90接觸。接地板70B， 70G， 70R分別利用螺釘80B， 80G， 80R固定到導電板90。接著，將參考圖3B描述電路板40A的后表面上的各個單元的布置。 如圖3B所示，時序發生器19、第二控制單元18、 A/D轉換器15G， 15R， 15B從左上方被依次布置在電路板40A上。A/D轉換器15G， 15R, 15B與散熱器45接觸，以處理輻射的熱。A/D轉換器15G， 15R, 15B被 布置在電路板40A的端部附近，如圖3B所示。連接到電路板40A端部的 柔性線纜41被連接到安裝有成像器件11G和CDS電路13G的電路板 40G。這樣的布置使從CDS電路13B， 13R， 13G輸出的信號可以通過短 的路徑分別傳送到A/D轉換器15B， 15R， 15G。下面，將參考圖4A和4B描述電路板40A， 40B， 40G, 40R中的每 一個的示例性布置。圖4A示出了如圖2和3所示固定到分色棱鏡30的各 個電路板40A， 40B， 40G， 40R被展開并布置在同一平面上。圖4A所示 的各個電路板40的布置對應于如圖4B所示的各個電路板40在展開之前的布置。圖4A所示的狀態可通過將各個電路板40沿圖4B的箭頭Al所 示的方向伸展開而獲得。如圖4B所示，為了方便說明，圖中沒有示出分 色棱鏡30、導電板90等。如圖4A所示，安裝成像器件IIR的電路板40R、安裝成像器件11G 的電路板40G和安裝成像器件11B的電路板40B分別通過柔性線纜41彼 此連接。電路板40B， 40G， 40R在電路板40G處于其中心的情況下排 列。此外，電路板40A通過柔性線纜41連接到布置在中心的電路板 40G。電路板40A被連接到電路板40G，使得其可以以與經排列的電路板 40B， 40G， 40R基本成直角的方式布置。換句話說，經排列的電路板 40B， 40G， 40R與電路板40A形成T形。CDS電路13B， 13R， 13G被分別布置在相應的電路板40B， 40G， 40R的沒有布置成像器件IIB， UG， IIR另一側的表面上。從CDS電路 13R， 13B輸出的信號在通過位于電路板布置中心的電路板40G之后，被 傳送到電路板40A上的A/D轉換器15R， 15G， 15B。如圖4A和4B所示，電路板40B和40R具有如箭頭A2所示的限定側 邊長度。此長度對應于經分色的光從其輸出的分色棱鏡30 (見圖3)的輸 出表面的高度，因此其可能在設計中受到嚴格限制。相反，如圖4A所 示，電路板40G具有由箭頭A3所示的側邊長度，該側邊長度在設計中不' 受嚴格限制。因此，電路板40G的面積可以大于其它電路板的面積。由 此，電路板40G被構造成一次校正來自電路板40R和40B的信號，并且 將信號傳送到電路板40A。由此，電路板40A的尺寸也可以被設計成較 小。如圖5A所示，應該注意，安裝有A/D轉換器15R， 15G， 15B的電路 板40A可以連接到處于經排列的電路板40R， 40G, 40B中的末端的電路 板(圖5A中40R)。當這些電路板被布置成這樣的L形時，從電路板 40A到經排列的各個電路板40B， 40G， 40R的傳送路徑的長度可能不 同。如圖5A所示，電路板40B和電路板40A之間的距離較長，而電路板 40R和電路板40A之間的距離較短。因此，從各個電路板40B， 40G， 40R 傳送的信號的相位特性和頻率特性可能不同，這是不利的。此外，當如圖5A所示的各個電路板40A， 40B， 40G， 40R被組裝 時，難以將連接電路板40R和電路板40A的柔性線纜41'彎曲。電路板 40R和40A可能具有增大的應力，導致其錯位。此外，如圖5B所示，當電路板40R， 40G， 40B通過柔性線纜41"被 分別連接到電路板40A時，電路板40R, 40G， 40B可以不共享來自公共 電源的供電。換句話說，電路板40R， 40G， 40B可以獨立地從電路板 40A接收電力，從而各個柔性線纜41"的寬度可以較大。因此，電路板 40A可能必須具有大的面積。此外，類似于圖5A所示的情形，柔性線纜 41"難以彎曲，使得各個電路板40A， 40R， 40G, 40B可能受到增大的應 力的影響。換句話說，根據本發明的實施例，從電路板40A供應的電力被臨時地 供應到電路板40G，然后被分配到電路板40R和電路板40B。因此，連接 電路板40G和電路板40A的柔性線纜41的寬度可以很短。結果，電路板 40A的面積可以被減小。此外，根據本發明的實施例，各個電路板40A， 40B， 40G， 40R可以 如圖4A所示地布置，以縮短從CDS電路13B， 13G， 13R到A/D轉換器 15B， 15G， 15R的傳送距離。因此，可以防止模擬視頻信號的相位特性和 頻率特性劣化。此外，根據本發明的實施例，A/D轉換器15R， 15G， 15B，第二控制 單元18，時序發生器19等被布置在電路板40A上，所述電路板40A對于 分色棱鏡30的經分色的光從其輸出的表面的高度沒有限制。因此，整個 成像設備IOO可以被小型化。此外，根據本發明的實施例，接地層被布置在安裝了模擬傳送電路的 表面的背面，以進一步防止模擬視頻信號接收到噪聲。圖6是示出了柔性 線纜41和電路板40A， 40B， 40G， 40R的各個層的分解圖，其中各個電 路板如圖4A所示地展開。根據本實施例，柔性線纜41由包括兩個層(即接地層41a和信號層 41b)的單個板形成。接地層41a和信號層41b中的每一者被連接到電路板 40R， 40G， 40B。布置在接地層41a上的電路板40R, 40G， 40B分別由如下兩層制成信號層40Ra和40Rb，信號層40Ga和40Gb,以及信號層 40Ba禾n40Bb。布置在信號層上的電路板40R， 40G， 40B分別由如下兩層 制成信號層40Rc和40Rd，信號層40Gc和40Gd，以及信號層40Bc和 40Bd。根據本實施例，用于模擬信號傳送的電路，諸如成像器件IIB， IIG， IIR和A/D轉換器15R， 15G， 15B,被布置在柔性線纜41的接地 層41a上。此外，CDS電路13B， 13R, 13G和電源解耦電容器60被布置 在柔性線纜41的信號層41b上。根據上述構造，接地層41a屏蔽模擬信號傳送電路。因此，可以防止 噪聲與模擬視頻信號耦合。并且，可以防止模擬視頻信號的頻率特性和相 位特性劣化。此外，各個電路以圖6所示的布置方式安裝在柔性線纜41的兩側。 因此，在如圖4B所示的組裝狀態下，數字電路(例如第二控制單元18和 時序發生器19)被布置在相對于電路板40R， 40G， 40B中分別布置了成 像器件IIR， IIG， 11B那側的背面的表面上。因此，噪聲從數字電路到 達成像器件IIB， IIG， IIR的可能性很低，因此從各個成像器件IIB， IIG， IIR輸出的信號可以具有良好的特性，較少受到噪聲的影響。此外，根據上述實施例，CDS電路13B， 13R， 13G分別被安裝在與 安裝了成像器件11B, IIG， 11R的表面相反的表面上。或者，CDS電路 也可以被分別布置在與布置了各個成像器件IIB， IIG， IIR的表面相同 的表面上。此外，本發明的上述實施例被應用于設有三個成像器件的成像設備。 但是，適用的設備不限于這樣的成像設備。在設備包括多個傳感器器件并 且希望減小電路之間傳送的信號的相位和頻率特性劣化的情況下，本發明 的實施例可以應用于其它任何設備。本領域的技術人員應該理解，根據設計需要和其他因素可以進行各種 修改、組合、子組合和替換，它們仍然落在所附權利要求或其等同方案的 范圍內。本發明包含2007年3月19日遞交給日本專利局的日本專利申請JP2007-070958的主題，上述日本專利申請的全部內容通過引用而被包含 于此。
權利要求
1.一種成像組件，包括棱鏡，其被配置來將通過鏡頭入射的光分成至少兩種顏色后輸出；第一成像器件和第二成像器件，所述第一成像器件和第二成像器件中的每一者被配置為通過對從所述棱鏡輸出的經分離的光進行光電轉換來生成視頻信號；模擬/數字轉換器，其被配置來將從所述第一成像器件和所述第二成像器件中的每一者輸出的視頻信號轉換為數字信號；時序發生器，其被配置來產生用于驅動所述第一成像器件、所述第二成像器件和所述模擬/數字轉換器的視頻信號處理時鐘；第一電路板，所述第一成像器件被安裝在其上；第二電路板，所述模擬/數字轉換器和所述時序發生器被安裝在其上；第三電路板，所述第二成像器件被安裝在其上，并且所述第三電路板通過線纜連接到所述第一電路板和所述第二電路板兩者，其中，安裝在所述第一電路板上的所述第一成像器件和安裝在所述第三電路板上的所述第二成像器件被固定到所述棱鏡的輸出表面上，其中，所述第二電路板被布置成使得所述第二電路板的表面基本垂直于所述第一電路板的表面和所述第三電路板的表面，并且其中，所述模擬/數字轉換器和所述時序發生器被安裝在所述第二電路板的另一個表面上，所述另一個表面與布置有所述第一電路板和所述第三電路板那側的表面相反。
2. 如權利要求1所述的成像組件，其中，所述第一電路板以基本直角方式連接到所述第二電路板，而在所述第 一電路板、所述第二電路板和所述第三電路板被展開的狀態下所述第三電 路板處于中心。
3. 如權利要求2所述的成像組件，其中，所述第三電路板的沿寬度方向上的長度小于所述第一電路板的沿寬度 方向上的長度。
4. 如權利要求2所述的成像組件，其中，所述模擬/數字轉換器被布置在所述第二電路板的一側的端部，用于連 接到所述第三電路板的所述線纜被布線在所述側。
5. 如權利要求2所述的成像組件，其中，所述線纜是包括接地層和信號層這兩個層的柔性線纜，并且 其中，所述第一電路板、所述第二電路板以及所述第三電路板被布置 在所述接地層和所述信號層的兩表面上。
6. 如權利要求5所述的成像組件，其中安裝在所述第二電路板上的所述模擬/數字轉換器和所述時序發生器被 布置在所述柔性線纜的所述接地層一側。
7. 如權利要求6所述的成像組件，其中電源解耦電路被布置在所述第二電路板上，所述第二電路板被布置在 所述柔性線纜的所述信號層一側。
8. —種成像設備，包括棱鏡，其被配置來將通過鏡頭入射的光分成至少兩種顏色后輸出； 第一成像器件和第二成像器件，所述第一成像器件和第二成像器件中的每一者被配置來通過對從所述棱鏡輸出的經分離的光進行光電轉換來生成視頻信號；模擬/數字轉換器，其被配置來將從所述第一成像器件和所述第二成像 器件中的每一者輸出的視頻信號轉換為數字信號；時序發生器，其被配置來產生用于驅動所述第一成像器件、所述第二 成像器件和所述模擬/數字轉換器的視頻信號處理時鐘；第一電路板，所述第一成像器件被安裝在其上；第二電路板，所述模擬/數字轉換器和所述時序發生器被安裝在其上；第三電路板，所述第二成像器件被安裝在其上，并且所述第三電路板 通過線纜連接到所述第一電路板和所述第二電路板兩者，其中，安裝在所述第一電路板上的所述第一成像器件和安裝在所述第 三電路板上的所述第二成像器件被固定到所述棱鏡的輸出表面，其中，所述第二電路板被布置成使得所述第二電路板的表面基本垂直于所述第一電路板的表面和所述第三電路板的表面，并且其中，所述模擬/數字轉換器和所述時序發生器被安裝所述第二電路板 的另一個表面上，所述另一個表面與布置有所述第一電路板和所述第三電 路板那側的表面相反。
全文摘要
本發明公開了一種成像組件和成像設備，該成像組件包括棱鏡，第一成像器件和第二成像器件，模擬/數字轉換器，時序發生器，第一、第二和第三電路板。棱鏡將通過鏡頭入射的光分成至少兩種顏色，并輸出所述光。第一成像器件和第二成像器件通過光電轉換光來生成視頻信號。模擬/數字轉換器將從每一個成像器件輸出的視頻信號轉換為數字信號。時序發生器產生用于驅動第一成像器件、第二成像器件和模擬/數字轉換器的視頻信號處理時鐘。第一成像器件被安裝在第一電路板上。模擬/數字轉換器和時序發生器被安裝在第二電路板上。第二成像器件被安裝在第三電路板上，并且第三電路板通過線纜連接到第一電路板和第二電路板兩者。
文檔編號A61B1/04GK101271192SQ20081008437
公開日2008年9月24日 申請日期2008年3月19日 優先權日2007年3月19日
發明者原田潔, 米光徹匡 申請人:索尼株式會社