JP5806557B2

JP5806557B2 - カプセル型内視鏡

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Publication number: JP5806557B2
Application number: JP2011189701A
Authority: JP
Inventors: 考俊五十嵐; 友貴治牧野; 紀幸藤森
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: WO2013031300A1; JP2013048824A; EP2752147A4; US20140180005A1; CN103702602A; EP2752147A1; CN103702602B

Description

本発明の実施形態は、体内に導入される二眼タイプのカプセル型内視鏡に関する。

近年、撮像機能と無線送信機能とを具備するカプセル型内視鏡が登場している。このカプセル型内視鏡は、被検者に飲み込まれた後、自然排出されるまでの間、胃、小腸などの消化管の内部を蠕動運動に伴って移動し、撮像機能を用いて臓器の内部を撮像する。

消化管内を移動する間にカプセル型内視鏡の撮像チップによって撮像された画像は無線送信機能により画像信号として、被検体の外部に設けられた外部装置に送信され、そのメモリに記憶される。被検者は、無線受信機能とメモリ機能とを具備する外部装置を携帯することにより、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、自由に行動できる。カプセル型内視鏡による観察後は、外部装置のメモリに記憶された画像をディスプレイなどに表示させて診断等が行われる。

特許第４６０２８２８号公報に開示されている、いわゆる二眼タイプのカプセル型内視鏡は、細長いカプセル型筐体の前方側および後方側の両端部に、それぞれ撮像チップを有し、前方側の画像と後方側の画像とを撮像する。二眼タイプのカプセル型内視鏡では２つの撮像チップの同期を完全にとった安定した動作を行うためには、１つの振動子部が発生する発振信号を、２つの撮像チップが共用することが好ましい。

発振信号の伝達には２本の信号線が必要であるが、小さい筐体内に収容する配線板のレイアウト設計は容易ではなく、配線板面積の増大、すなわち筐体の大径化を招くおそれがあった。

特許第４６０２８２８号公報

本発明の実施形態は、動作が安定した小径のカプセル型内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様のカプセル型内視鏡は、カプセル型の筐体の内部に、複数の基板部が、それぞれ接続部を介して一列に配置された回路基板が、複数の前記接続部にて１８０度折り曲げられ、前記複数の基板部が、それぞれの主面が前記筐体の中心軸と直交するように配置されており、
クロック信号を発生するための振動子部と、前記振動子部と２本の信号線を介して接続され前記クロック信号を発生すると共に、発生した前記クロック信号に応じて第１の画像データを取得する第１の撮像チップと、前記第１の撮像チップから１本の信号線により送信される前記クロック信号に応じて第２の画像データを取得する第２の撮像チップと、前記第１の画像データおよび前記第２の画像データを無線送信する送信部と、を具備する。

本発明の実施形態によれば、動作が安定した小径のカプセル型内視鏡を提供することができる。

実施形態のカプセル型内視鏡の外観図である。第１実施形態のカプセル型内視鏡の断面図である。第１実施形態のカプセル型内視鏡の実装前の回路基板を説明するための図であり、図３（Ａ）は上面図、図３（Ｂ）は底面図、図３（Ｃ）は断面図である。第１実施形態のカプセル型内視鏡の回路基板への部品実装を説明するための図であり、図４（Ａ）は上面図、図４（Ｂ）は分解断面図である。第１実施形態のカプセル型内視鏡の構成図である。第２実施形態のカプセル型内視鏡の回路基板を説明するための図であり、図６（Ａ）は上面図、図６（Ｂ）は断面図である

＜第１実施形態＞
図１および図２に示すように本実施形態のカプセル型内視鏡（以下「内視鏡」という）１０は、カプセル型の筐体１１の内部に細長い回路基板２０が折り曲げられた状態で電池３２と共に収容されている。

筐体１１は、円筒形の本体部１２と、本体部１２の両端部の略半球状の端部カバー部１３Ａ、１３Ｂとからなる。端部カバー部１３Ａ、１３Ｂは透明材料からなり、本体部１２は不透明材料からなる。細長い筐体１１は長手方向の中心軸Ｏを回転対称軸とする回転対称形状である。そして、筐体１１の長さＬ、すなわち、中心軸Ｏの方向の長さＬは２５〜３５ｍｍであり、中心軸Ｏの直交方向の直径Ｄは、５〜１５ｍｍである。

筐体１１の内部には、複数の略円形の基板部が、それぞれ接続部を介して一列に配置された、可撓性を有する回路基板２０の各接続部が１８０度（９０度＋９０度）折り曲げられ、各基板部の主面が中心軸Ｏに直交した状態で収容されている。

端部カバー部１３Ａ側に配置された発光素子２１Ａにより照明された前方の体内の画像は、レンズユニット２２Ｂを介して第１の撮像チップ２２Ａにより取得される。一方、端部カバー部１３Ｂ側に配置された発光素子２６Ａにより照明された後方の体内の画像は、レンズユニット２５Ｂを介して第２の撮像チップ２５Ａにより取得される。なお、以下、便宜的に、「前方」とは「端部カバー部１３Ａ側」をいい、「後方」とは「端部カバー部１３Ｂ側」をいう。

電力供給源である電池３２は、折り曲げられた状態の回路基板２０の電源基板部２４と送信基板部２３との間に配設されている。

なお、回路基板２０は、各基板部の配置を決めるスペーサ部材（不図示）と共に筐体内に収容されている。

次に、図３（Ａ）〜図４（Ｂ）を用いて回路基板２０について説明する。図３（Ａ）は電子部品の実装前の回路基板２０の実装面である第１の主面２０Ｕ側から観察した上面図であり、図３（Ｂ）は実装前の回路基板２０の第２の主面２０Ｄ側から観察した下面図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）および図３（Ｂ）のＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線に沿った断面図である。

回路基板２０は、順に、第１の照明基板部２１と、接続部２７Ａと、第１の撮像基板部２２と、接続部２７Ｂと、送信基板部２３と、接続部２７Ｃと、電源基板部２４と、接続部２７Ｄと、第２の撮像基板部２５と、接続部２７Ｅと、第２の照明基板部２６と、が一列に配置されて構成されている。なお、以下、接続部２７Ａ〜２７Ｅの、それぞれを接続部２７という。

そして、回路基板２０には、電子部品を実装するための複数の接続電極３０が形成されている。接続電極３０は例えば銅または金等の導電材料からなる。回路基板２０への電子部品等の実装はＳＭＴ（ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）工程により行われる。また回路基板２０の基板部２１、２２、２５、２６には、それぞれ開口２１Ｈ、２２Ｈ、２５Ｈ、２６Ｈがある。

なお、図示しないが、第１の主面２０Ｕおよび第２の主面２０Ｄには、基板部間を接続する複数の配線が形成されている。配線は、例えば、Ｌ／Ｓ（ライン／スペース）が、７５μｍ／７５μｍであり、１本の配線は１５０μｍの幅を専有している。

次に、図４（Ａ）は電子部品等が実装された回路基板２０の第１の主面２０Ｕ側から観察した上面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った分解断面図である。

略円形の第１の照明基板部２１の第１の主面２０Ｕには、略円形の開口２１Ｈの周囲に４個の発光素子２１Ａ、例えばＬＥＤが接続電極３０に実装されている。なお発光素子２１ＡはＬＥＤに限られるものではなく個数も４個に限られるものではない。

略円形の第１の撮像基板部２２の第１の主面２０Ｕには、略矩形の開口２２Ｈの側に撮像面を向けた状態で第１の撮像チップ２２Ａがフリップチップ実装され、振動子部２２ＣおよびＥＥＰＲＯＭ（２２Ｄ）等に加えて、撮像面にはレンズユニット２２Ｂが配置されている。撮像チップ２２Ａとしては、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサ等を用いる。

略円形の送信基板部２３の第１の主面２０Ｕには、画像信号を無線送信信号を制御する送信部２３Ａである送信ＩＣおよび、その他のチップ部品（２３Ｂ〜２３Ｆ）が実装されている。また、多層配線層を有する送信基板部２３の内層には、図示しないが送信用アンテナであるコイルパターンが形成されている。

略円形の電源基板部２４の第１の主面２０Ｕには、電源部２４Ａである電源ＩＣに加えて、例えば抵抗２４Ｃ、コンデンサ２４Ｄ、ダイオード２４Ｅ、インダクタ２４Ｆ等のチップ部品が表面実装されており、他面には凸状の電池接続用の接点部材３２Ａが形成されている。

略円形の第２の撮像基板部２５には、第２の撮像チップ２５Ａが実装され、撮像面にはレンズユニット２５Ｂが配置されている。なお、第２の撮像基板部２５には第１の撮像基板部２２とは異なり振動子部は実装されていない。

略円形の第２の照明基板部２６には、略円形の開口２６Ｈの周囲に４個の発光素子２６Ａ、例えばＬＥＤが実装されている。

なお、回路基板２０には、既に説明した電子部品等以外の各種の電子部品も実装されている。

また、接続部２７には、複数の信号線である配線が高密度に形成されている。

一体的な長尺のフレキシブル基板である回路基板２０の一方の端部に位置する第１の照明基板部２１の中央の開口２１Ｈが、レンズユニット２２Ｂの枠に被さるように折り曲げられ、他方の端部に位置する第２の照明基板部２６の中央の開口２６Ｈが、レンズユニット２５Ｂの枠に被さるように折り曲げられる。このため、回路基板２０の組み立て工程は、長手方向に沿って順番に折り曲げることにより可能であり、複雑な折り曲げ作業を必要としないため容易である。

次に図５を用いて内視鏡１０の構成について更に説明する。
第１の撮像基板部に実装された振動子部２２Ｃは、トランジスタおよびコンデンサと組み合わされた発振回路において所定の固有振動数の発振信号を発生する水晶振動子等を有する。振動子部２２Ｃが発生する発振信号は、振動子部２２Ｃの近くに配置されている第１の撮像チップ２２Ａに短い２本の信号線により、伝送される。

第１の撮像チップ２２Ａは、入力された発振信号を内部の分周回路で低周波化して制御に用いるクロック信号を生成する。第１の撮像チップ２２Ａは、生成したクロック信号をもとに、第１の照明基板部２１の発光素子２１Ａの発光タイミングおよび撮像タイミングを制御する。ＥＥＰＲＯＭ（２２Ｄ）は撮像チップの動作パラメータを読み書きする。

第１の撮像チップ２２Ａは取得した第１の画像データを、接続部２７を介して隣接配置された送信基板部２３の送信部２３Ａにクロック信号と共に伝送する。すなわち、画像データはクロック信号と共に伝送する必要があるため、画像データの伝送には２本の信号線が必要である。

送信部２３Ａは入力された第１の画像データを無線送信する。

一方、第２の撮像チップ２５Ａは、第１の撮像チップ２２Ａから１本の信号線により伝送されるクロック信号をもとに、第２の照明基板部２６の発光素子２６Ａの発光タイミングおよび撮像タイミングを制御する。

既に説明したように、第２の撮像チップ２５Ａが、第１の撮像チップ２２Ａと同期を完全にとった安定した動作を行うためには、同じ振動子部２２Ｃが発生する発振信号を共用する必要がある。しかし、振動子部２２Ｃは発生する発振信号を直接、第２の撮像チップ２５Ａに伝送するには長い２本の信号線が必要である。これに対して、クロック信号は、接地電位に対するパルス電圧信号であるので、アース線を共用する回路基板２０の内部においては、１本の信号線で伝送可能である。

第１の撮像チップ２２Ａは、発振信号をもとに生成したクロック信号を外部に送信するためのクロック信号送信用電極端子２２Ａ１を有しており、第２の撮像チップ２５Ａは第１の撮像チップ２２Ａから送信されるクロック信号をもとに、撮像タイミング等を制御する。このため、第１の撮像チップ２２Ａを「マスタ」とすると、第２の撮像チップ２５Ａは「スレーブ」となる。「マスタ」と「スレーブ」は、それぞれが独立に動作するのではなく、「マスタ」が「スレーブ」の駆動タイミングを制御するいわゆるマスタ／スレーブ動作が行われる。

内視鏡１０は、第１の撮像チップ２２Ａが第２の撮像チップ２５Ａにクロック信号を送信するため、第１の撮像基板部２２から第２の撮像基板部２５への信号線を１本減らすことができる。すなわち、接続部２７Ｂ、送信基板部２３、接続部２７Ｃ、電源基板部２４および接続部２７Ｄを通過する配線が１本少なくて済む。

更に、第１の撮像チップ２２Ａは、画像データ入力用電極端子２２Ａ２を有しており、第２の撮像チップ２５Ａが取得した第２の画像データを入力可能である。すなわち、第１の撮像チップ２２Ａは自ら撮像する第１の画像データだけでなく、第２の撮像チップ２５Ａより入力される第２の画像データを、出力する機能を有する。このため、第２の画像データも第１の撮像チップ２２Ａを介して送信部２３Ａに伝送される。

送信部２３Ａに同時に入力可能な画像データは、１つだけである。このため、第１の画像データと第２の画像データとを送信部２３Ａに入力するためには第１の撮像チップ２２Ａが第１の画像データを出力するタイミングと第２の撮像チップ２５Ａが第２の画像データを出力するタイミングとを調整する必要がある。

しかし、内視鏡１０では、第２の画像データが、第１の撮像チップ２２Ａを介して送信部２３Ａに伝送されるため、タイミング調整が容易である。また、送信部２３Ａへ第２の画像データを送信するのに、第２の撮像チップ２５Ａから送信部２３Ａへの２本の信号線に替えて、第１の撮像チップ２２Ａへの１本の信号線を用いている。

回路基板２０の中で離れた位置に配置されている２つの撮像チップ２２Ａ、２５Ａに信号線を接続するために、部品実装パターン等を避けて信号線の配線レイアウト設計を行う必要がある。このため、信号線を配設すると、配線配設スペースの分だけ配線経路にある円形の基板部の必要径を大きくしなければならない。例えば、配線２本分の配設が追加されると、円形の基板部の径は０．３ｍｍ増大する。これは、径が数ｍｍの円形基板部を有する回路基板２０にとっては大きな影響であった。

内視鏡１０は送信部２３Ａと「スレーブ」である第２の撮像チップ２５Ａとを信号線により接続しないことにより回路基板２０の面積を削減できるため、内視鏡を小径に設計することが可能である。また、「マスタ」である第１の撮像チップ２２Ａと送信部２３Ａとは接続部２７Ｂを介して短い距離で接続されているため、無線送信する画像信号にノイズが重畳されにくい。

また撮像チップ２２Ａ、２５Ａの動作タイミングを規定するクロック信号を生成するための振動子部２２Ｃは、第１の撮像基板部２２の第１の撮像チップ２２Ａと隣接した位置に実装されており、第１の撮像チップ２２Ａと電気的に接続されている。

振動子部２２Ｃと２つの撮像チップ２２Ａ、２５Ａとをそれぞれ信号線で接続すると、送信部２３Ａとの接続の場合と同様に配線経路にある円形基板部の必要径を大きくしなければならない。これに対し、内視鏡１０は、振動子部２２Ｃは同じ第１の撮像基板部２２に配置された第１の撮像チップ２２Ａとは２本の信号線を介して接続されているが、第２の撮像チップ２２Ａとは接続されていない。しかし、第１の撮像チップ２２Ａと第２の撮像チップ２２Ａとは、１つの振動子部２２Ｃが発生した発振信号を低周波化した同じクロック信号により制御される。

このため、内視鏡１０は、動作が安定しており、かつ、回路基板２０内の配線本数が少ないため小径に設計することが可能である。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態の内視鏡１０Ａについて説明する。内視鏡１０Ａは、内視鏡１０と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、内視鏡１０Ａの回路基板２０Ａは、２個の略円形の多層配線板である基板部４１、４２が接続部２７Ｆを介して接続されている、いわゆるリジッドフレキシブル配線板である。基板部４１は、第１の撮像チップ２２Ａが基板部と反対方向を向くようにフェイスアップで実装されているマスタ基板部である。基板部４１は、回路基板２０の第１の照明基板部２１、接続部２７Ａ、第１の撮像基板部２２、接続部２７Ｂ、および送信基板部２３の機能を併せ持つ多層配線板である。一方、スレーブ基板部である基板部４２は、回路基板２０の電源基板部２４、接続部２７Ｄ、第２の撮像基板部２５、接続部２７Ｅ、および第２の照明基板部２６の機能を併せ持つ多層配線板である。

送信部２３Ａのアンテナは、多層配線板である基板部４１の内層パターンにより形成され、送信部２３Ａの周辺部品も基板部４１の裏面に実装されている。すなわち、送信部２３Ａは第１の撮像チップ２２Ａに基板部４１の厚さ分の距離を介する隣接した状態に配置され、第２の撮像チップ２５Ａとは直接には接続されていない。

かかる構成により、内視鏡１０Ａは、送信部２３Ａと第１の撮像チップ２２Ａとを接続する配線をより簡略化している。また、回路基板２０Ａは回路基板２０よりも、画像データを伝送する配線が短いため、ノイズがより低減されている。

なお、振動子部２２ＣとＥＥＰＲＯＭ（２２Ｄ）とは基板部４１の裏面に実装され、第１の撮像基板部２２に隣接して電気的に接続されている。

第２の撮像チップ２５Ａは基板部４２にフェイスアップで実装されており、周辺には、発光素子２６Ａが実装されている。電源部２４Ａは基板部４２の裏面に実装されている。

内視鏡１０Ａは、回路基板２０Ａの構成が、内視鏡１０の回路基板２０に比べて簡略化されている。

このため、内視鏡１０Ａは、内視鏡１０と同様の効果を有すると共に、組み立て工程を、より簡略化することができる。

本発明は、上述した実施形態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。

１０、１０Ａ…カプセル型内視鏡、１１…筐体、１２…本体部、１３Ａ、１３Ｂ…端部カバー部、２０、２０Ａ…回路基板、２０Ｄ…第２の主面、２０Ｕ…第１の主面、２１…第１の照明基板部、２２…第１の撮像基板部、２２Ａ…第１の撮像チップ、２２Ｂ…レンズユニット、２２Ｃ…振動子部、２２Ｄ…ＥＥＰＲＯＭ、２３…送信基板部、２３Ａ…送信部、２４…電源基板部、２４Ａ…電源部、２５…第２の撮像基板部、２５Ａ…第２の撮像チップ、２５Ｂ…レンズユニット、２６…第２の照明基板部、２７、２７Ａ〜２７Ｆ…接続部、３０…接続電極、３２…電池、４１、４２…多層基板部

Claims

カプセル型の筐体の内部に、複数の基板部が、それぞれ接続部を介して一列に配置された回路基板が、複数の前記接続部にて１８０度折り曲げられ、前記複数の基板部が、それぞれの主面が前記筐体の中心軸と直交するように配置されており、
クロック信号を発生するための振動子部と、
前記振動子部と２本の信号線を介して接続され前記クロック信号を発生すると共に、発生した前記クロック信号に応じて第１の画像データを取得する第１の撮像チップと、
前記第１の撮像チップから１本の信号線により送信される前記クロック信号に応じて第２の画像データを取得する第２の撮像チップと、
前記第１の画像データおよび前記第２の画像データを無線送信する送信部と、を具備することを特徴とするカプセル型内視鏡。
前記第２の画像データが、前記第１の撮像チップを介して、前記送信部に送信されることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡。
前記第１の撮像チップの撮像視野を照明する複数の発光素子が実装された第１の照明基板部と、
前記振動子部と前記第１の撮像チップとが実装された第１の撮像基板部と、
前記送信部が実装された送信基板部と、
電力を供給する電源部が配設された電源基板部と、
前記第２の撮像チップが実装された第２の撮像基板部と、
前記第２の撮像チップの撮像視野を照明する複数の発光素子が実装された第２の照明基板部と、を具備することを特徴とする請求項２に記載のカプセル型内視鏡。
前記送信基板部が前記接続部を介して前記第１の撮像基板部に隣接して配置されていることを特徴とする請求項３に記載のカプセル型内視鏡。
前記回路基板が、前記第１の撮像基板部と第１の照明基板部と前記送信基板部２３とが一体化された第１の多層基板部と、前記第２の撮像基板部と第２の照明基板部と前記電源基板部とが一体化された第２の多層基板部と、前記第１の多層基板部と前記第２の多層基板部とを接続する接続部と、からなることを特徴とする請求項３に記載のカプセル型内視鏡。