(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された生体内を撮像する撮像手段と、該撮像手段による画像信号を体外に無線送信する送信手段とを有するカプセル内視鏡において、
前記撮像手段は、対物光学系と；固体撮像素子と；赤外カットフィルターと；を少なくとも有しており、
前記照明手段と前記対物光学系を支持する主ブロックと、
この主ブロックと一体に形成された電気要素保持筒と、
この電気要素保持筒内に収納された回路基板と、
この回路基板と一体に形成され、体外からの赤外光を受けて前記照明手段、前記撮像手段及び前記送信手段に電力供給する光発電素子とをさらに備え、
前記回路基板は、前記固体撮像素子及び前記赤外カットフィルターを保持した円形基板と、前記固体撮像素子を制御する撮像制御手段を保持した円形基板と、前記送信手段を保持した円形基板とを接続ストリップ基板で接続した形状をなし、前記各円形基板の夫々が平行になるように前記接続ストリップ基板との接続部で折り曲げられて円柱状に組み立てられた状態で前記電気要素保持筒内に収納されていて、
前記光発電素子は、前記電気要素保持筒の外周に巻かれていること、
を特徴とするカプセル内視鏡。
【請求項２】
請求項１記載のカプセル内視鏡は、前記照明手段、前記撮像手段、前記送信手段及び前記光発電素子を内蔵する密閉カプセルを有し、
前記照明手段及び前記撮像手段を前記密閉カプセルの一端部に配設し、
前記光発電素子を前記密閉カプセルの内周面に沿って配設し、
前記送信手段に設けた送信アンテナを前記密閉カプセルの他端部に配設したカプセル内視鏡。
【請求項３】
請求項１または２記載のカプセル内視鏡において、前記光発電素子はフレキシブルに形成されているカプセル内視鏡。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のカプセル内視鏡において、前記回路基板の各円形基板は、前記電気要素保持筒の内径に対応する外径を有しているカプセル内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、生体内に留置され、体外から電力供給を受けて動作するカプセル内視鏡及びその機構構造に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
従来のファイバースコープや電子内視鏡装置は、人体外に配置した操作部や画像モニタ装置と、人体内に導入される撮像部とが可撓性管でつながれている構成となっている。被験者の苦痛を軽減するために撮像ヘッド部の小型化や細径化が図られても、「管」が被験者の喉を通る苦痛を根本的になくすことができない。そこで近年、管のないカプセル状の撮影部と離隔された画像モニタ部を有するカプセル内視鏡装置が提案されている。従来の提案内容は、体腔内を撮像するイメージセンサと、このイメージセンサが撮像した画像情報を送信する送信器と、これらに電力を供給する電池等を備えたカプセル内視鏡を体内に導入し、体内のカプセル内視鏡が撮像した画像情報を無線によって体外の画像モニタ部へ送信するものである。
しかし、上述の提案内容を実現するには、大容量の電池を必要とするためカプセル内視鏡の大型化を招き、その結果、被験者に苦痛を与えてしまうこととなる。その反面、電池の容量を小さくしてカプセル内視鏡の小型化を図れば、体外で得られる情報量が制限されてしまう。
【０００３】
【発明の目的】
本発明は、必要なときに電力供給を受けることができ、かつ、小型化されたカプセル内視鏡を提供することを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、生体内を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された生体内を撮像する撮像手段と、該撮像手段による画像信号を体外に無線送信する送信手段とを有するカプセル内視鏡において、前記撮像手段は、対物光学系と；固体撮像素子と；赤外カットフィルターと；を少なくとも有しており、前記照明手段と前記対物光学系を支持する主ブロックと、この主ブロックと一体に形成された電気要素保持筒と、この電気要素保持筒内に収納された回路基板と、この回路基板と一体に形成され、体外からの赤外光を受けて前記照明手段、前記撮像手段及び前記送信手段に電力供給する光発電素子とをさらに備え、前記回路基板は、前記固体撮像素子及び前記赤外カットフィルターを保持した円形基板と、前記固体撮像素子を制御する撮像制御手段を保持した円形基板と、前記送信手段を保持した円形基板とを接続ストリップ基板で接続した形状をなし、前記各円形基板の夫々が平行になるように前記接続ストリップ基板との接続部で折り曲げられて円柱状に組み立てられた状態で前記電気要素保持筒内に収納されていて、前記光発電素子は、前記電気要素保持筒の外周に巻かれていることに特徴を有する。この構成によれば、被験者の体内に留置されたカプセル内視鏡への電力供給は、被験者に赤外光を照射することで実現され、必要なときに電力供給を行なうことができる。
【０００５】
このカプセル内視鏡は、前記照明手段、前記撮像手段及び前記送信手段を内蔵する密閉カプセルを有し、前記照明手段及び前記撮像手段を前記密閉カプセルの一端部に配設し、前記光発電素子を前記密閉カプセル内周面に沿って配設し、前記送信手段に設けた送信アンテナを前記密閉カプセルの他端部に配設すれば、前記光発電素子は前記密閉カプセルの全周面から赤外光を効率良く受光することができる。さらに、前記光発電素子がフレキブル基板上に形成されていると、前記密閉カプセル内周面に沿って容易に配設できるので、好ましい。
【０００７】
前記回路基板の円形基板は前記電気要素保持筒の内径に対応する外径を有していると、前記電気要素保持筒内に効率良く各基板を収納することができ、好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。図１に示した本カプセル内視鏡１は、測定観察時に被験者の体内に導入されて体腔内の様子を撮像し、その画像情報を無線によって体外の受信装置に送信するものである。カプセル内視鏡１は、密閉カプセル５０内にバッテリ１０１と光発電素子（太陽電池）１４０を有し、バッテリ１０１からの電力供給を受けて動作する。バッテリ１０１は、太陽電池１４０が赤外光を受光して発生させた電圧によって充電される。したがって、被験者に赤外光を照射すれば、被験者の体内にあるカプセル内視鏡１へ電力を供給することができ、カプセル内視鏡１を動作させることができる。
【０００９】
カプセル内視鏡１は、主ブロック１０、この主ブロック１０に収納される回路基板１００、及びこれらを収納する密閉カプセル５０から構成されている。密閉カプセル５０は、一端部および他端部が丸みを帯びた（球面形状の）全体として滑らかな外観の円筒形となっている。密閉カプセル５０は、前部を覆う半球状の透明カバー５０ａと後部を覆う半球部５１を有する筒状カバー５０ｂを接続して形成される。透明カバー５０ａは透明材料で形成されている。筒状カバー５０ｂは、赤外光を透過する材料で形成され、半球状部５１には水密保持可能なＯリング５３を有する貫通孔５２が設けられている。
【００１０】
以下、主ブロック１０、回路基板１００の構成について組立手順に沿って説明する。図２には主ブロック１０を示してある。主ブロック１０は、全体として筒状をなし、その前方（図２の左方向）から順に、照明体支持板部１１、小径の対物光学系保持筒１２、大径の電気要素保持筒１３を有する。照明体支持板部１１には、対物光学系保持筒１２の径方向の両側に位置させて、照明手段（発光ダイオード）３０が保持されている。発光ダイオード３０のリード３１は、電気要素保持筒１３の前壁を貫通していて、電気要素保持筒１３内に収納される回路基板１００に接続される。発光ダイオード３０は、回路基板１００を介して駆動電流が与えられると発光するように構成されている。対物光学系保持筒１２には、対物光学系２２を支持する対物光学系鏡筒２０が保持されている。対物光学系鏡筒２０は光軸方向に位置調節可能で、調節後は対物光学系保持筒１２に固定される。また、照明体支持板部１１の前部に固定された透明カバー５０ａは、対物光学系２２及び発光ダイオード３０を保護するとともに、対物光学系２２から被写体までの距離を確保する役割を有している。
【００１１】
図３には回路基板１００の展開図を示してある。この回路基板１００は、３枚の円形回路基板１１０、１２０、１３０と一枚の長方形状をしたフレキシブルな太陽電池１４０を連結した形状となっている。これらの円形回路基板１１０、１２０、１３０の各々は、帯状の接続ストリップ基板１５０で接続され、この裏面に配線された導電部材で結線されている。なお、本実施形態の回路基板１００は一枚の回路基板から形成してあるが、各回路基板を連結して形成することもできる。
【００１２】
第１円形回路基板１１０にはイメージセンサ窓１１２が形成されていて、イメージセンサ窓１１２を挟んで表面にイメージセンサ１１１が固定され、裏面には体内に入射した赤外光がイメージセンサ１１１へ入射するのを防止するため赤外カットフィルター１１３が固定されている。
第２円形回路基板１２０には、その表面にイメージセンサ制御電気部品１２１が固定されている。イメージセンサ制御電気部品１２１としては、不図示ではあるが、発光ダイオード３０の発光タイミング制御用またはイメージセンサ１１１の走査タイミング制御用のタイミングジェネレータ、イメージセンサ１１１の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ等が設けられている。
【００１３】
第３円形回路基板１３０には、表面に送信アンプ等の送信電気部品１３１、送信アンテナ１３２、及び電源スイッチ１３４が固定されている。また、裏面にはバッテリ１０１を押さえ込むためのバッテリ用圧縮バネ１３３が固定されている。本実施形態では、バッテリ１０１は充電池であって、カプセル内視鏡１の駆動電源として機能する。
さらに第３の円形回路基板１３０には、太陽電池１４０が接続されている。この太陽電池１４０は、体外から体内に向けて発せられた赤外光を吸収して電圧を発生させるもので、その長さＬは主ブロック１０の電気要素保持筒１３の円周長とほぼ同等である。太陽電池１４０で発生された電圧は、図７に示すように、電源安定化回路１３５を介して一定電圧とされてバッテリ１０１に供給され、バッテリ１０１の充電用電力または補助電力として消費される。各円形回路基板１１０、１２０、１３０は、バッテリ１０１から供給される電力によって動作する。なお、電源安定化回路１３５は、図３には図示されていないが、第３円形回路基板１３０に設けられている。
【００１４】
この回路基板１００は、図４に示すように、第１円形回路基板１１０、第２円形回路基板１２０、及び第３円形回路基板１３０の夫々が平行になるよう接続ストリップ基板１５０との接続部で折り曲げられ、第２円形回路基板１２０と第３円形回路基板１３０の間にバッテリ１０１が組み込まれる。第１円形回路基板１１０と第２円形回路基板１２０は、折り曲げられた形状を安定化させるため、その間に円筒状のスペーサ１０２を挟み込んで接着されている。このスペーサ１０２の外径は電気要素保持筒１３の内径に対応している。また、バッテリ１０１の外径は電気要素保持筒１３の内径に対応していて、バッテリ１０１は第２円形回路基板１２０と第３円形回路基板１３０との間のスペーサとしても機能する。
【００１５】
略円筒状とされた回路基板１００は、図５に示すように、主ブロック１０の電気要素保持筒１３内に挿入され、バッテリ用圧縮バネ１３３を押さえ込みながらかしめ突起１４によって主ブロック１０に固定される。図５からも分かるように、各電気系部品は電気要素保持筒１３内に効率良く収納される。
さらに、主ブロック１０及び回路基板１００は、図６に示すように、電気要素保持筒１３の外周に太陽電池１４０を巻きつけて筒状カバー５０ｂに挿入される。この、太陽電池１４０を電気要素保持筒１３の外周に巻きつけることにより、太陽電池１４０を電気要素保持筒１３と筒状カバー５０ｂとのわずかなスペースに効率良く収納することができ、また密閉カプセル５０の全周面からの赤外光を効率良く受光して発電することが可能となる。また、第３円形回路基板１３０上に設けた送信電気部品１３１、送信アンテナ１３２及び電源スイッチ１３４は、筒状カバー５０ｂの半球状部５１の内部にスペースの無駄なく収納される。なお電源スイッチ１３４は、半球状部５１の貫通孔５２から外部に突出する。
【００１６】
この状態で透明カバー５０ａと筒状カバー５０ｂが水密に接続されると、図１に示すカプセル内視鏡１となる。カプセル内視鏡１は、貫通孔５２から突出した電源スイッチ１３４を押し込むと電源オン状態となり、バッテリ１０１からの電力供給を受けて動作するよう構成されている。
【００１７】
以下では、カプセル内視鏡１の使用について図１を参照して説明する。検査・診断前には、充電器でフル充電したバッテリ１０１をカプセル内視鏡１に装填するか、カプセル内視鏡１に赤外光を照射してバッテリ１０１を予めフル充電しておく。そして検査・診断時には、先ず、電源スイッチ１３４を押し込んでカプセル内視鏡１の電源をオン状態にした後、被験者にこのカプセル内視鏡１を嚥下させる。次に、体外の発光手段から被験者への赤外光照射を開始する。被験者の体内に向けて照射された赤外光は、体内のカプセル内視鏡１の太陽電池１４０で吸収されて電圧に変換される。この太陽電池１４０から供給される電力が十分な場合は、その電力によって密閉カプセル５０内に設けられた各電気部品等が動作し、またバッテリ１０１が充電される。太陽電池１４０から供給される電力が十分でない場合は、バッテリ１０１からも電力供給され、太陽電池１４０およびバッテリ１０１から供給された電力を受けて密閉カプセル５０内に設けられた各電気部品等が動作する。なお、本実施形態では、カプセル内視鏡１の使用中は、体外の発光手段を継続して発光させ、体内のカプセル内視鏡１内のバッテリ１０１への電力供給を継続する。
【００１８】
体腔内では、カプセル内視鏡１に押しのけられた管腔が密閉カプセル５０の透明カバー５０ａに密着する。この密着した部分および透明カバー５０ａの前方に位置する部分は、対物光学系２２を挟んで対向した一対の発光ダイオード３０によって照明される。この照明された部分（被検部）の像は、対物光学系２２によってイメージセンサ１１１上に形成され、イメージセンサ１１１で光電変換されて蓄積される。イメージセンサ１１１から出力された蓄積信号は、イメージセンサ制御電気部品１２１で画像処理され、送信電気部品１３１で変調・増幅されて送信信号となり、送信アンテナ１３２から送信されて、体外の受信手段により受信され、ディスプレイ等によって映像化され、観察される。
【００１９】
以上のように、本実施形態では、カプセル内視鏡１に太陽電池１４０を設け、太陽電池１４０が体外から発せられた赤外光を受光して発生させた電圧によってバッテリ１０１を充電し、バッテリ１０１から供給される電圧によってカプセル内視鏡１を動作させる構成としたので、必要なときに体外から無線によって体内のカプセル内視鏡１に電力供給を行なうことができる。従って、大容量の電池を備える必要がなくカプセル内視鏡１の小型化が可能となり、また、電池残量がないために体外で得られる情報が制限されるという事態も発生しない。
【００２０】
また本実施形態では、バッテリ１０１として、太陽電池１４０によって充電される充電池を密閉カプセル５０内に設け、測定観察中は継続して電力供給する構成としているが、これに限定されないのは勿論である。例えば、太陽電池１４０からの電力のみでカプセル内視鏡１を動作させる構成としてもよく、バッテリ１０１を非常用のバッテリとして用いる構成としてもよく、また、必要なときに外部の発光手段を発光させて電力供給する構成としてもよい。
【００２１】
また本実施形態では、フレキシブルな太陽電池１４０を電気要素保持筒１３に巻きつけて密閉カプセル５０内に収納したので、太陽電池１４０を電気要素保持筒１３と筒状カバー５０ｂとのわずかなスペースを効率良く利用して収納することができるだけでなく、密閉カプセル５０の全周面からの赤外光を効率良く受光して電力供給することが可能となる。また、長方形状のフレキシブルな太陽電池１４０を用いる代わりに複数の太陽電池を密閉カプセル５０の周面に沿って配置する構成としても良いが、収納スペース・組立容易性等の観点から見ると、本実施形態のようにフレキシブルな太陽電池１４０を用いた方が優位である。なお、送信アンテナ１３２は密閉カプセル５０の一端部（図６において右方向）に配設されているので、送信アンテナ１３２による送信は太陽電池１４０の受光を妨げることもない。
【００２２】
さらに本実施形態では、一枚の回路基板１００を、第１円形回路基板１１０、第２円形回路基板１２０、及び第３円形回路基板１３０の夫々が平行になるように折り曲げると略円柱状となる構造としたので、各電気系部品を電気要素保持筒１３内に効率良く収納することができ、カプセル内視鏡１の小型化に貢献できる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、生体内を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された生体内を撮像する撮像手段と、該撮像手段による画像信号を無線によって体外に送信する送信手段とを有するカプセル内視鏡において、体外からの赤外光を受けて前記カプセル内視鏡に電力供給する光発電素子を備えたので、体外から赤外光を照射することにより、体内のカプセル内視鏡に電力供給を行なうことができる。従って、大容量の電池を備える必要がなくカプセル内視鏡の小型化が可能となり、また、電池残量がないために体外で得られる情報が制限されるという事態も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用したカプセル内視鏡の一実施形態を示す図である。
【図２】  同カプセル内視鏡が備えた主ブロックの断面図である。
【図３】  同カプセル内視鏡が備えた回路基板の展開図である。
【図４】  電気要素保持筒に収納可能状態とした回路基板の側断面図である。
【図５】  同回路基板を収納した主ブロックの側断面図である。
【図６】   外装ケースを固定する前のカプセル内視鏡を示す図である。
【図７】  太陽電池からカプセル内視鏡への電力供給の様子をブロックで示す図である。
【符号の説明】
１０  主ブロック
１３  電気要素保持筒
２２  対物光学系
３０  照明手段（発光ダイオード）
５０  外装ケース
５０ａ  透明カバー
５０ｂ  筒状カバー
５１  半球状部
５２  貫通孔
１００  回路基板
１０１  非常用バッテリ
１０２  スペーサ
１１０  第１円形回路基板
１１１  イメージセンサ
１１２  イメージセンサ窓
１１３  赤外カットフィルター
１２０  第２円形回路基板
１２１  イメージセンサ制御電気部品
１３０  第３円形回路基板
１３１  送信電気部品
１３２  送信アンテナ
１３３  バッテリ用圧縮バネ
１３４  電源スイッチ
１３５  電源安定化回路
１４０  太陽電池
１５０  接続ストリップ基板
【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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【図６】
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【図７】
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