JP2004065574A - カプセル型内視鏡の組立方法及びカプセル型内視鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】光学性能のばらつきを抑えることができるカプセル型内視鏡の組立方法及びカプセル型内視鏡を提供する。
【解決手段】ＣＭＯＳセンサ２４を実装したセンサ基板２５を組立治具本体５７の基板ホルダ５２にセットし、このＣＭＯＳセンサ２４を予め位置決め状態でセットしたＣＣＤカメラ５８で撮像して、ＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリアを撮像して、モニタ５９にその画像５８ａを表示し、この画像５８ａが基準の位置決め状態のイメージエリア枠の表示画像としての基準枠６０ａと両中心位置が一致するようにＸＹθステージ５３を調整した後、固定枠２８を保持した固定枠ホルダ５４をその中心が基準枠６０ａの中心と一致する状態にして、Ｚステージ５５を降下させて固定枠２８をセンサ基板２５上に位置決めし、固定することにより、光学性能のばらつきの少ない光学系及び撮像手段を備えたカプセル型内視鏡を組み立てできるようにした。
【選択図】 図３
【解決手段】ＣＭＯＳセンサ２４を実装したセンサ基板２５を組立治具本体５７の基板ホルダ５２にセットし、このＣＭＯＳセンサ２４を予め位置決め状態でセットしたＣＣＤカメラ５８で撮像して、ＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリアを撮像して、モニタ５９にその画像５８ａを表示し、この画像５８ａが基準の位置決め状態のイメージエリア枠の表示画像としての基準枠６０ａと両中心位置が一致するようにＸＹθステージ５３を調整した後、固定枠２８を保持した固定枠ホルダ５４をその中心が基準枠６０ａの中心と一致する状態にして、Ｚステージ５５を降下させて固定枠２８をセンサ基板２５上に位置決めし、固定することにより、光学性能のばらつきの少ない光学系及び撮像手段を備えたカプセル型内視鏡を組み立てできるようにした。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカプセル形状にして、生体内を検査等するカプセル型内視鏡の組立方法及びカプセル型内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
飲み込み型のカプセル型内視鏡の第１及び第２の従来例として特開２００１−９５７５６公報と特開２００１−３３３３３２公報とがある。
第１の従来例では、その公報中に開示されているようにイメージセンサ窓１１２が形成された円形回路基板（１）１１０の表面にイメージセンサ１１１が固定されたものが、他の回路基板と一緒に電気要素保持筒１３内に収納され、１３の先端側に１３と一体的に形成された対物レンズ保持筒１２に対して、対物レンズ鏡筒２０が保持される構成となっている。
【０００３】
また、第２の従来例では、その公報中に開示されているように、固体撮像素子である集積回路４または固体撮像素子を含む集積回路４の上面に、集積回路４の周囲を取り囲むように形成した被装着部１４とレンズ２の被装着部を備えた鏡筒１を、光軸方向において可変となるように装着する構成になっている。また、集積回路４の上面にスタッドバンプ４０を形成し、鏡筒１のスタッドバンプ４０に対応する位置に外部電気的接続端子５２に連なる実装用端子部５１を形成し、加圧接続している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来例では、対物レンズ保持筒１２とイメージセンサ１１１とは直接固定されておらず、対物レンズ保持筒１２は、電気要素保持筒１３、及び円形回路基板（１）１１０を介してイメージセンサ１１１と位置合わせされる構造であるため、イメージセンサ１１１のイメーエリアの中心と対物レンズ保持筒１２内の対物レンズの中心軸とは、径方向のずれを生じる原因となる多くのばらつきを含んでいた。
【０００５】
このため、同一の表示モニタに、複数のカプセル型内視鏡の取得内視鏡画像を表示した際に、モニタの表示中心に対して、複数のカプセル内視鏡の内視鏡画像が大きくばらつき、モニタ表示中心に対する偏角などの光学性能が大きくなり、安定して良好な内視鏡検査ができないという不具合を有していた。
【０００６】
また、第２の従来例では、集積回路４を取り囲むように形成した集積回路４の被装着部１４が、鏡筒１と一体的に形成してあり、鏡筒１を集積回路４に取り付ける際に、上面から集積回路４の表面が見通せない構成になっている。
【０００７】
このため、集積回路４のイメージエリアの中心とレンズ２の中心軸とを一致させるのが困難で、径方向のずれを生じやすいものであった。このため、第１の従来例と同様に、同一の表示モニタに、複数の撮像装置の取得画像を表示した際に、モニタの表示中心に対して、複数の撮像装置の取得画像が大きくばらつき、モニタの表示中心に対する偏角などの光学性能が大きくなり、安定して良好な検査ができないという不具合を有していた。その他に、集積回路４と鏡筒１との接着作業が難しいという不具合も有していた。
【０００８】
（発明の目的）
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、表示画像のばらつき等を最小限に抑える等、光学性能のばらつきを抑えることができるカプセル型内視鏡の組立方法及びカプセル型内視鏡を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段前方の対物光学系と、を密閉カプセルに内蔵したカプセル型内視鏡の組立方法において、
該撮像手段のイメージエリアの基準位置に対する、少なくとも該撮像手段に一番近い対物光学系の光学部材を固定した固定枠の基準位置の相対位置が一致するように位置決めする位置決め工程と、
前記位置決め工程を行った後、該撮像手段の上面に、該固定枠を直接載せて該撮像手段と該固定枠を固定する固定工程と、
を備えたことにより、偏角などの光学性能のばらつきを抑えたカプセル型内視鏡を製造できるようにし、撮像した画像範囲のばらつきや、表示手段で撮像（取得）した取得画像を表示した場合における表示範囲のばらつき等を抑制できるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図５は本発明の１実施の形態に係り、図１は１実施の形態のカプセル型内視鏡システムと記録表示装置を示し、図２はカプセル型内視鏡の構造を示し、図３は組立治具により撮像センサを実装したセンサ基板に固定枠を位置決めする説明図を示し、図４は他の位置決め方法の例を示し、図５はセンサ基板に固定枠を位置決めした後、水密的に固定した構造を示す。
【００１１】
図１（Ａ）に示すように本発明の１実施の形態を備えたカプセル型内視鏡システム１は、患者２の口部から飲み込まれることにより体腔内管路を通過する際に体腔内管路内壁面を光学的に撮像した画像信号を無線で送信するカプセル型内視鏡３と、このカプセル型内視鏡３で送信された信号を患者２の体外に設けたアンテナユニット４により受け、画像を保存する機能を有すると共に表示もできる、（患者２の体外に配置される）体外ユニット５とを備えている。
【００１２】
この体外ユニット５には、画像データを保存するために、容量が例えば１ＧＢのコンパクトフラッシュ（Ｒ）サイズのハードディスクが内蔵されている。
また、このシステム１では、体外ユニット５に蓄積された画像データは検査中或いは検査終了後に図１（Ｂ）の記録表示装置７に接続して、画像を表示することができるようにしている。
【００１３】
図１（Ｂ）に示すように、体外ユニット５は、記録表示装置６を構成するパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略記）７とＵＳＢケーブル８等の通信を行う通信ケーブルで着脱自在に接続される。
【００１４】
そして、パソコン７により体外ユニット５に保存した画像を取り込み、内部のハードディスクに保存したり、表示するため等の処理を行い、パソコン７の表示部（モニタ部）９により保存した画像を表示できるようにしている。このパソコン７にはデータ入力操作等を行う操作盤としての例えばキーボード１０が接続されている。
【００１５】
ＵＳＢケーブル８としては、ＵＳＢ１．０、ＵＳＢ１．１、ＵＳＢ２のいずれの通信規格でも良い。また、この他にＲＳ−２３２Ｃ、ＩＥＥＥ１３９４の規格のシリアルのデータ通信を行うものでも良いし、シリアルのデータ通信を行うものに限定されるものでなく、パラレルのデータ通信を行うものでも良い。
【００１６】
図１（Ａ）に示すようにカプセル３を飲み込んで内視鏡検査を行う場合には、患者２が着るシールド機能を持つシールドシャツ１１の内側には複数のアンテナ１２が取り付けられたアンテナユニット４が装着され、カプセル３により撮像され、内蔵されたアンテナから送信された信号を受け、このアンテナユニット４に接続された体外ユニット５に撮像した画像を保存するようにしている。この体外ユニット５は、例えば患者２のベルトに着脱自在のフックにより取り付けられる。
【００１７】
また、この体外ユニット５は例えば箱形状であり、前面には画像表示を行う表示装置としての例えば液晶モニタ１３と、制御操作を行う操作ボタン１４とが設けてある。また、体外ユニット５の内部には、送受信回路（通信回路）、制御回路、画像データ表示回路、電源を備えている。
【００１８】
図２はカプセル型内視鏡３の具体的な構成を示す。
このカプセル型内視鏡３は、円筒形状のカプセル本体（以下、単に本体と略記）２１の先端に透明で軟性部材を半球形状にした先端カバー２２が水密的に固定され、またこの本体２１の後端には、着脱可能な後部カバー２３が水密的に装着され、これら先端カバー２２、本体２１，後部カバー２３で水密的に覆われた内部に撮像手段や、電源手段が内臓されている。
【００１９】
つまり、先端カバー２２に対向して、その中央部には、撮像手段として例えばＣＭＯＳセンサ２４がセンサ基板２５に装着されてＣＭＯＳモジュールが形成されている。このＣＭＯＳセンサ２４の前面のイメージエリア（撮像エリア）側には、対物レンズ系２６の（ＣＭＯＳセンサ２４に最も近いレンズとしての）固定側レンズ２７を取り付けた固定枠２８が後述するように位置決めして固着される。
【００２０】
この固定枠２８における円筒形状の筒部２８ａには対物レンズ系２６の可動側レンズ２９を取り付けた可動枠３０が嵌合し、対物レンズ系２６の光軸方向に移動自在である。つまり、筒部２８ａは可動枠３０のガイドとなる。この可動枠３０は光軸方向に前後動してピント出しがされた後、固定される。
【００２１】
そして、このピント調整した対物レンズ系２６により体腔内の管腔部分等の被写体の像をＣＭＯＳセンサ２４の撮像面（イメージエリア）にフォーカス状態で結像できるようにしている。
【００２２】
また、この可動枠３０における筒部には照明手段としての例えば白色ＬＥＤ３１を実装したＬＥＤ基板３２が、その中央に設けた孔部を嵌合させて固定され、対物レンズ系２６による撮像範囲をその周囲の例えば４箇所に設けた白色ＬＥＤ３１で略均一に近い状態で照明できるようにしている。
【００２３】
上記センサ基板２５の裏面側には凹部が形成され、ＩＣチップ３３が例えばフリップ実装されている。このセンサ基板２５の裏面側はハンダボールによる接続端子３４を介してＣＭＯＳセンサ２４を駆動すると共に、撮像した出力信号に対する信号処理や制御を行う撮像処理＆制御基板３５と接続されている。
【００２４】
この撮像処理＆制御基板３５はその前面側に凹部が形成され、その内部に第１のＩＣチップ３６がフリップ実装され、そのチップ３６の上面にさらに第２のＩＣチップ３７がワイヤボンディング実装されている。
【００２５】
また、この撮像処理＆制御基板３５の裏面側は、ハンダボールによる接続端子３８を介して通信基板３９と接続されている。この通信基板の両面には、電子部品等が実装されて例えばブルートゥース方式の通信モジュールが形成されている。
【００２６】
このようにしてセンサ基板２５、撮像処理＆制御基板３５、通信基板３９が本体２１の軸方向に接続端子３４、３８の間隔で積層して、高密度で電子部品を実装した回路構成にしている。、
また、センサ基板２５、撮像処理＆制御基板３５には側面の一部が切り欠かれて、その切り欠き部分に沿って、通信基板３９と接続されたアンテナ４０が配置されている。
【００２７】
そして、ＣＭＯＳセンサ２４で光電変換された画像の信号を通信基板３９を介して外部の体外ユニット５に送信したり、体外ユニット５からの指令の信号を受けて、照明や撮像の周期を変更等できるようにしている。
また、通信基板３９の背面側には、電池収納部４１が形成され、この電池収納部４１には例えば３個の電池４２が収納されている。
【００２８】
また、アンテナ４０と反対側の本体２１内面に沿ってフレキシブル基板４３が配置され、このフレキシブル基板４３の先端はＬＥＤ基板３２に接続され、通信基板３９の背面側に設けた開口部４４で略９０°折り曲げられて、電池収納室４１内に挿入され、その途中で電池４２の正極部分に接触している（電池４２の正極に接触する部分は導電パターンが露出している）。
【００２９】
また、フレキシブル基板４３は、このように折り曲げられて途中で電池４２の正極と導通し、さらにアンテナ４０側の電池収納室４１の側面に沿うように９０°折り曲げられて、後方側に延出されている。
【００３０】
そして、その後端は、後部カバー２３の凹部内面に保持した板バネ４５の側面側の端部と、後部カバー２３の回転操作等により、非接続から接続或いはその逆にできるようにして、電池４２による電源をＯＦＦからＯＮする或いはＯＮからＯＦＦにできる電源スイッチ４６を形成している。
この板バネ４５は略Ｕ字形状に近いＬ字形状で、その中央部分は後部カバー２３に保持され、その両端側は弾性変形自在であり、その一端は電池収納室４１に収納された電池４２の負極に接触して導通している。
【００３１】
そして、後部カバー２３を本体２１側に移動して、所定角度回転し、さらに本体２１から引き離す方向に移動して所定角度回転して本体２１側に押し込む等することにより、図２に示すように板バネ４５の前端部をフレキシブル基板４３の後端の露出パターン部分に接触させて電池４２による電源をフレキシブル基板４５の電源パターンを介して、通信基板３９、撮像処理＆制御基板３５、センサ基板２５、そしてＬＥＤ基板３２に供給できるようにしている。
【００３２】
なお、図２における板バネ４５の２点鎖線は、電池４２が収納されていない状態の板バネ４５の形状を示しており、電池４２が収納されるとその負極に接触する状態となる。
なお、本体２１の外周面と後部カバー２３の内周面との間には水密用のＯリング４７が介挿されている。
【００３３】
また、フレキシブル基板４５における先端付近には、屈曲部（遊び部）を形成してＬＥＤ基板３２と接続することにより、ピント出しの調整にも対応できるようにしている。
【００３４】
また、以下の図４等で説明するようにＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリア６１の中心位置が固定枠２８の中心位置になるように位置決め固定される。その後この固定枠２８には可動枠３０をピント出し調整して固定され、さらにＬＥＤ基板３２が固定された撮像ユニットは、先端カバー２２の段差面がＬＥＤ基板３２の端面に当接する位置で位置決めされる。この位置決めにおける周方向の位置決めは図示しない組立治具により行われる。これにより、対物レンズ系２６の瞳位置は先端カバー２２の半球面の半径の中心位置となるように固定される。
【００３５】
さらに撮像ユニットを取り付けた先端カバー２２には治具を介して本体２１が位置決め固定される。この位置決めにより、図２に示すように対物レンズ系２６の光軸Ｏは本体２１の中心軸Ｏ′と一致する状態に設定される。
【００３６】
このような構造のカプセル型内視鏡３とすることにより、ＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリア６１の中心６１ａが対物レンズ系２６の光軸Ｏ上にあるように固定され、かつイメージエリア６１の中心６１ａは本体２１の円筒の中心軸上にもなるように位置決めされた構造にしている。
【００３７】
つまり、本実施の形態では偏角等が十分に抑えられた光学特性が揃った撮像手段がカプセル内部に位置決めされて組み込まれ、従ってＣＭＯＳセンサ２４で撮像した画像を表示部９等で表示した場合、同一種類のカプセル型内視鏡３でない場合にも、個々のカプセル型内視鏡３が同じ状態に設定されていれば、撮像される撮像画像は殆ど同じ状態になる。
【００３８】
このため、表示手段に表示した場合にも、表示される撮像された画像は固体差がわずかにあるものの、殆ど同じ画像で表示されるようになる。つまり、偏角等のバラツキが少ないため、カプセル型内視鏡３の撮像状況が同じであれば、殆ど同じ画像となり、バラツキがある場合における画像範囲がずれて異なったりするようなことを解消できる。
【００３９】
また、例えば体腔内でこのカプセル型内視鏡３が回転された場合においても、その場合に得られる画像は、回転前の画像をその画像の中心位置で、単に回転させたものとほぼ重なる状態となる（イメージエリアが円形でないとその周辺側は異なる）。
【００４０】
これに対し、従来例では光学特性のばらつきのために、回転させると、画像の中心位置からずれた位置を中心として回転させたような画像となり、かつそのずれた位置がばらつくために、得られる画像に個体差が生じてしまう（つまり、従来例では偏角を持った光学特性の撮像系となってしまい、同じ撮像状況においても得られる画像が異なって（ばらついて）しまうことになる）。
【００４１】
次に図３を参照して、ＣＭＯＳセンサ２４を取り付けたセンサ基板２５に、対物レンズ系２６における撮像手段に一番近い光学部材を固定した固定枠２８を位置決めする組立方法を図３を参照して説明する。
【００４２】
この位置決めする工程と、位置決めする工程の後に接着剤で固定する固定工程とにより、光学系及びその光学系で結像される撮像手段とが精度良く組み立てられた撮像光学系を備えたカプセル型内視鏡３を提供できるようにしている。
【００４３】
図３に示すように、組立治具５１は、センサ基板２５を位置決め保持する基板ホルダ５２と、この基板ホルダ５２を水平面の直交するＸ、Ｙ方向に移動自在で保持すると共に、その中心位置の周りの任意の角度θで保持可能とするＸＹθステージ５３と、固定枠２８を保持する固定枠ホルダ５４と、この固定枠ホルダ５４を、ＸＹθステージ５３の上方で前記水平面と直交するＺ軸方向に移動自在に保持するＺ軸ステージ５５と、Ｚ軸ステージ５５を所定の方向（例えばＸ方向）に移動自在とするスライダ５６を備えた組立治具本体５７と、前記基板ホルダ５２の上方側に位置決め保持される例えばＣＣＤカメラ５８と、このＣＣＤカメラ５８で撮像した画像５８ａを表示するモニタ５９と、ＣＣＤカメラ５８で撮像したＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリアの画像５８ａと重畳（スーパインポーズ）してモニタ５９上に位置決めされた状態に対応するイメージエリアの基準枠６０ａを表示する信号を発生する信号発生装置６０とからなる。
【００４４】
この組立治具５１により、以下の手順で組み立てる。
なお、最初に組立治具５１は、ＣＣＤカメラ５８の撮像系の光軸上にＸＹθステージ５３の回転中心が位置するように設定され、また固定枠２８を保持する固定枠ホルダ５４の中心はＣＣＤカメラ５８の光軸上に位置するように調整されている。
【００４５】
また、モニタ５９の表示面に表示される基準枠６０ａも、その基準枠６０ａの基準位置、例えばその中心位置が表示面の中心位置となるように調整されているし、ＣＣＤカメラ５８で撮像された画像がモニタ５９の表示面に表示される場合、画像の中心位置が表示面の中心位置となるようにして表示されるものとする。１．固定枠ホルダ５４に固定枠２８をセットし、最初はＣＣＤカメラ５８の視野の外に移動させておく。例えば、スライダ５６を右側に移動して視野外にスライドさせておく。
２．基板ホルダ５２にＣＭＯＳセンサ２４を取り付けたセンサ基板２５をセットする。
【００４６】
３．モニタ５９の表示面上に、基準枠６０ａを表示させる。この場合、表示面の中心位置が基準枠６０ａの中心位置になる状態で表示する。
４．ＣＣＤカメラ５８でセンサ基板２５のＣＭＯＳセンサ２４を撮像し、その場合、ＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリアの画像５８ａの中心位置がモニタ５９の表示面の中心位置となるようにＸＹθステージ５３を移動調整する。
【００４７】
図３のモニタ５９の表示状態では、ＸＹθステージ５３を移動調整する前の状態であり、ＸＹθステージ５３を移動調整後には、画像５８ａの中心は基準枠６０ａの中心と一致するように設定される。
【００４８】
５．ＣＣＤカメラ５８の撮像系の倍率を変えてモニタ５９の表示面上に表示されるイメージエリアの画像５８ａの大きさを基準枠６０ａの大きさと一致するように調整すると共に、ＸＹθステージ５３を回転させる等して、基準枠６０ａに画像５８ａが重なるように調整する。
【００４９】
なお、イメージエリアの画像５８ａの大きさを基準枠６０ａの大きさと重なるように調整することは必ずしも必要でなく、この場合は周方向の位置合わせに利用している。従って、周方向の位置合わせができるならば、単に両方の中心位置が一致するように設定すれば良い。また、例えば固定枠２８が回転対称な形状の場合には、周方向の位置決めは不要となる。
【００５０】
なお、ＣＣＤカメラ５８の撮像系の倍率を変える代わりに信号処理装置６０側で基準枠６０ａの大きさを変えられるようにしても良い。
６．固定枠ホルダ５４を左側にスライドし、固定枠ホルダ５４の中心がモニタ５９の基準枠６０ａの中心とが合う状態にする。
【００５１】
７．固定枠ホルダ５４を下降させて、ＣＭＯＳセンサ２４上に固定枠２５を乗せる。
８．接着剤をディスペンサ塗布し、硬化させ、固定枠２８をセンサ基板２５に位置決め固定する。
【００５２】
このようにして、固定枠２８をセンサ基板２５に位置決め固定することにより、高精度で固定枠２８をセンサ基板２５に固定でき、光学系及び撮像手段を高精度にカプセル型内視鏡３に組み付けることができる。
以上の説明では手動の組立治具５１の場合で説明したが、同様の考えで自動で認識やステージ移動や調整させるようにしても良い。
【００５３】
上述の説明では、ＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリアの基準となる基準枠６０ａを利用した場合で説明したが、以下に説明するように他の基準位置を利用するようにしても良い。
【００５４】
図４に示すようにＣＭＯＳセンサ２４はその中央部にイメージエリア６１が形成され、このイメージエリア６１の中心６１ａを基準として、例えば左右の両側に対称的等でボンディングパッド６２ａ、６２（及び６２、６２ｂ）が形成されている。この場合には、上下両側にはボンディングパッド６２が形成されていない。
【００５５】
そして、例えば左上隅のボンディングパッド６２ａと、右下隅のボンディングパッド６２ｂとが基準位置として設定される。この場合、例えばボンディングパッド６２ａとボンディングパッド６２ｂとを結ぶ線分の中心位置がイメージエリア６１の中心６１ａの位置に一致する。
【００５６】
そして、この場合には、図３の組立治具５１の基板ホルダ５２に図４のＣＭＯＳセンサ２４を取り付けた基板２５をセットして、ＣＭＯＳセンサ２４の画像をモニタ５９に表示し、その場合イメージエリア６１の中心６１ａをモニタ５９の中心位置等の基準位置に表示させる。
【００５７】
また、固定枠２８にはＣＭＯＳセンサ２４におけるボンディングパッド６２が形成されていない側、具体的には上下の両側に図５（Ｂ）に示すように脚部６４が設けてあり、両脚部６４間の凹部間隔はＣＭＯＳセンサ２４における上下方向のサイズより僅かに大きく設定されており、ＣＭＯＳセンサ２４側に対して固定枠２８を位置決めしてＣＭＯＳセンサ２４の上に固定枠２８を乗せた場合には、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように脚部６４はＣＭＯＳセンサ２４の上下方向の側面側まで延びる状態となる（そして、後述するようにその脚部６４の端部を基板２５に仮止め用接着剤６５で仮止めしやすくしている）。
【００５８】
上記ＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリア６１をモニタ５９上に基準位置で表示させた後、図４に示す固定枠２８を固定枠ホルダ５４で保持し、この固定枠２８の画像をモニタ５９上で表示し、その場合、固定枠２８の（固定側レンズ２７を取り付けたその）中心２８ｃの画像部分がイメージエリア６１の中心６１ａの画像部分に重なる状態に設定して、Ｚ軸ステージ５５を降下させて、固定枠２８をＣＭＯＳセンサ２４上に乗せ、位置決めする。
この場合には、図５に示すようになる（但し、接着剤６５，６６による固定前の状態）。
なお、図４のようにして位置決めする場合には、固定枠２８は、イメージエリア６１周辺角部、またはＣＭＯＳセンサ２４周辺回路の少なくとも一部が上方から見通せる形状をしている。
【００５９】
図５は図３或いは図４に示したように位置決めされた固定枠２８を、ＣＭＯＳセンサ２４を実装した基板２５に、水密的に固定した状態を示す。なお、図５（Ａ）は平面図を示し、図５（Ｂ）は側面断面図を示す。
図５（Ａ）に示すように基板２５に取り付けられたＣＭＯＳセンサ２４のボンディングパッド６２は基板２５側のパッド２５ａとワイヤボンディング６３で接続されている。
【００６０】
また、上述したように固定枠２８は上下両側に脚部６４が設けてあり、各脚部６４はＣＭＯＳセンサ２４の上下の側面側にまで延びその端部は基板２５に近接している。
この位置決め状態で図５（Ｂ）に示すように各脚部６４は基板２５に、仮止め用接着剤６５で仮止めされた後、さらにその周囲をワイヤボンディング部を含めて水密性の接着剤６６で水密固定している。
【００６１】
なお、図５（Ｂ）に示すように固定枠２８における固定側レンズ２７を固定した部分とＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリア６１とは、一定の間隔が形成されるように固定枠２８には切り欠き部２８ｂが形成されている。このようにすることにより、ＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリア６１にマイクロレンズが設けてある場合にも、そのマイクロレンズを変形させてしまうことなく、固定枠２８を取り付けられるようにしている。
【００６２】
また、図５（Ａ）に示すように基板２５は円形に近い、例えば８角形であり、その上部にはフレキシブル基板４５のパターンに接続される接続部６７が設けてある。
【００６３】
また、固定側レンズ２７及びこの固定側レンズ２７が取り付けられた固定枠２８は、基板２５の半田付けなどの温度に耐える材質で構成されている。具体的には、固定枠２８は、ステンレス、セラミックス、耐熱性合成樹脂などの硬質部材であり、固定側レンズ２７は、ガラス、耐熱性透明合成樹脂などである。
また、可動側レンズ２９等の光学部材も固定側レンズ２７と同様に半田付けなどの温度に耐える材質で構成されているし、可動枠３０も固定枠２８と同様に半田付けなどの温度に耐える材質で構成されている。
【００６４】
なお、固定枠２８を位置決めする場合の撮像手段側の基準位置としては、イメージエリア６１の周辺角部やイメージエリア６１形成と同じ工程で形成されるボンディングパッド等の撮像手段の周辺回路を利用することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では電池４２を収納しているが、電池４２の代わりにコイルを内蔵して、生体の外部から交流磁界を印加してコイルに電気エネルギが誘起されるようにするなど、カプセル型内視鏡３に発電手段を内蔵するようにしても良いし、内蔵する電池４２の数を減らしてコイルも内蔵し、外部からの交流磁界等でコイルに誘起した電気エネルギで電池を充電できるようにしても良い。また、電磁波（波動）を供給して発電や充電をできるようにしても良い。
【００６６】
このような構造のカプセル型内視鏡３によれば、撮像センサを実装したセンサ基板２５に、対物レンズ系２６を構成し、撮像センサ側に最も近い固定側レンズ２７が取り付けられた固定枠２８をセンサ基板２５に位置決め固定するようにしているので、光学特性を揃えることができ、固体差によるバラツキが極力少ないカプセル型内視鏡３を実現できる。
また、本実施の形態の組立方法によれば、光学特性を揃えることができ、固体差によるバラツキが極力少ないカプセル型内視鏡３を製造できる。
【００６７】
［付記］
（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部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段前方の対物光学系と、を密閉カプセルに内蔵したカプセル型内視鏡の組立方法において、
該撮像手段のイメージエリアの基準位置に対する、少なくとも該撮像手段に一番近い対物光学系の光学部材を固定した固定枠の基準位置の相対位置が一致するように位置決め工程と、
前記位置決め工程を行った後、該撮像手段の上面に、該固定枠を直接載せて該撮像手段と該固定枠を固定する固定工程と、
を備えたことを特徴とするカプセル型内視鏡の組立方法。
【００６８】
２．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部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段前方の対物光学系と、を密閉カプセルに内蔵したカプセル型内視鏡において、
該撮像手段のイメージエリアの基準位置に対する、少なくとも該撮像手段に一番近い対物光学系の光学部材を固定した固定枠の基準位置の相対位置が一致するように位置決めを行ってから、該撮像手段の上面に、該固定枠を直接載せて該撮像手段と該固定枠を固定したことを特徴とするカプセル型内視鏡。
【００６９】
３．付記１、２において、上記イメージエリアの基準位置は、イメージエリア周辺角部、またはイメージエリア形成と同じ工程で形成したボンディングパッドなどの撮像手段周辺回路の少なくとも一部である。
【００７０】
４．付記１、２において、上記固定枠は、イメージエリア周辺角部、または撮像手段周辺回路の少なくとも一部が上方から見通せる形状をしている。
【００７１】
５．付記４において、上記固定枠は、該撮像手段のボンディングパッドなどの接続端子のない面の側面の一部まで伸びる固定用脚部を有し、該固定用脚部を該撮像手段の固定基板に対して固定する。
【００７２】
６．付記１、２において、上記固定枠の光学部材と該撮像手段のイメージエリアとは、一定の間隔を開けて構成される。
【００７３】
７．付記６において、上記固定枠の上方に、対物レンズを固定した可動枠をガイドするガイド部を形成し、該ガイド部を光軸方向に前後させて、光軸方向の位置合わせを行う。
【００７４】
８．付記１、２において、上記固定枠と光学部材は、固定基板のハンダ付けなどの温度に耐える材質により構成した。
【００７５】
９．付記１〜８において、該対物光学系の前方に略半球状の透明カバーを配置し、該密閉カプセル内に更に、内部の電気回路を制御する手段と撮像画像などを生体外に送信する無線手段とを具備した。
【００７６】
１０．付記９において、該密閉カプセル内に更に、該電気回路にエネルギを供給するバッテリもしくは、生体外からの波動を受けてエネルギを発電する発電手段を具備している。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、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部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段前方の対物光学系と、を密閉カプセルに内蔵したカプセル型内視鏡の組立方法において、
該撮像手段のイメージエリアの基準位置に対する、少なくとも該撮像手段に一番近い対物光学系の光学部材を固定した固定枠の基準位置の相対位置が一致するように位置決めする位置決め工程と、
前記位置決め工程を行った後、該撮像手段の上面に、該固定枠を直接載せて該撮像手段と該固定枠を固定する固定工程と、
を備えているので、偏角などの光学性能のばらつきを抑えたカプセル型内視鏡を製造でき、撮像した画像のばらつきや、取得画像を表示した場合におけるばらつき等を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態のカプセル型内視鏡システムと記録表示装置を示す図。
【図２】カプセル型内視鏡の構造を示す縦断面図。
【図３】組立治具により撮像センサを実装したセンサ基板に固定枠を位置決めする様子を示す図。
【図４】他の位置決め方法の例を示す説明図。
【図５】センサ基板に固定枠を位置決めした後、水密的に固定した構造を示す図。
【符号の説明】
１…カプセル型内視鏡システム
２…患者
３…カプセル型内視鏡
５…体外ユニット
６…記録表示装置
９…表示部（モニタ部）
１３…液晶モニタ
２１…（カプセル）本体
２２…先端カバー
２３…後部カバー
２４…ＣＭＯＳセンサ
２５…センサ基板
２６…対物レンズ系
２７…固定側レンズ
２８…固定枠
２９…可働側レンズ
３０…可動枠
３１…白色ＬＥＤ
３２…ＬＥＤ基板
３４、３８…接続端子
３５…撮像処理＆制御基板
３９…通信基板
５１…組立治具
５２…基板ホルダ
５３…ＸＹθステージ
５４…固定枠ホルダ
５５…Ｚステージ
５６…スライダ
５７…組立治具本体
５８…ＣＣＤカメラ
５８ａ…画像
５９…モニタ
６０…信号発生装置
６０ａ…基準枠
６１…イメージエリア
６１ａ…中心
【発明の属する技術分野】
本発明はカプセル形状にして、生体内を検査等するカプセル型内視鏡の組立方法及びカプセル型内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
飲み込み型のカプセル型内視鏡の第１及び第２の従来例として特開２００１−９５７５６公報と特開２００１−３３３３３２公報とがある。
第１の従来例では、その公報中に開示されているようにイメージセンサ窓１１２が形成された円形回路基板（１）１１０の表面にイメージセンサ１１１が固定されたものが、他の回路基板と一緒に電気要素保持筒１３内に収納され、１３の先端側に１３と一体的に形成された対物レンズ保持筒１２に対して、対物レンズ鏡筒２０が保持される構成となっている。
【０００３】
また、第２の従来例では、その公報中に開示されているように、固体撮像素子である集積回路４または固体撮像素子を含む集積回路４の上面に、集積回路４の周囲を取り囲むように形成した被装着部１４とレンズ２の被装着部を備えた鏡筒１を、光軸方向において可変となるように装着する構成になっている。また、集積回路４の上面にスタッドバンプ４０を形成し、鏡筒１のスタッドバンプ４０に対応する位置に外部電気的接続端子５２に連なる実装用端子部５１を形成し、加圧接続している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来例では、対物レンズ保持筒１２とイメージセンサ１１１とは直接固定されておらず、対物レンズ保持筒１２は、電気要素保持筒１３、及び円形回路基板（１）１１０を介してイメージセンサ１１１と位置合わせされる構造であるため、イメージセンサ１１１のイメーエリアの中心と対物レンズ保持筒１２内の対物レンズの中心軸とは、径方向のずれを生じる原因となる多くのばらつきを含んでいた。
【０００５】
このため、同一の表示モニタに、複数のカプセル型内視鏡の取得内視鏡画像を表示した際に、モニタの表示中心に対して、複数のカプセル内視鏡の内視鏡画像が大きくばらつき、モニタ表示中心に対する偏角などの光学性能が大きくなり、安定して良好な内視鏡検査ができないという不具合を有していた。
【０００６】
また、第２の従来例では、集積回路４を取り囲むように形成した集積回路４の被装着部１４が、鏡筒１と一体的に形成してあり、鏡筒１を集積回路４に取り付ける際に、上面から集積回路４の表面が見通せない構成になっている。
【０００７】
このため、集積回路４のイメージエリアの中心とレンズ２の中心軸とを一致させるのが困難で、径方向のずれを生じやすいものであった。このため、第１の従来例と同様に、同一の表示モニタに、複数の撮像装置の取得画像を表示した際に、モニタの表示中心に対して、複数の撮像装置の取得画像が大きくばらつき、モニタの表示中心に対する偏角などの光学性能が大きくなり、安定して良好な検査ができないという不具合を有していた。その他に、集積回路４と鏡筒１との接着作業が難しいという不具合も有していた。
【０００８】
（発明の目的）
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、表示画像のばらつき等を最小限に抑える等、光学性能のばらつきを抑えることができるカプセル型内視鏡の組立方法及びカプセル型内視鏡を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段前方の対物光学系と、を密閉カプセルに内蔵したカプセル型内視鏡の組立方法において、
該撮像手段のイメージエリアの基準位置に対する、少なくとも該撮像手段に一番近い対物光学系の光学部材を固定した固定枠の基準位置の相対位置が一致するように位置決めする位置決め工程と、
前記位置決め工程を行った後、該撮像手段の上面に、該固定枠を直接載せて該撮像手段と該固定枠を固定する固定工程と、
を備えたことにより、偏角などの光学性能のばらつきを抑えたカプセル型内視鏡を製造できるようにし、撮像した画像範囲のばらつきや、表示手段で撮像（取得）した取得画像を表示した場合における表示範囲のばらつき等を抑制できるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図５は本発明の１実施の形態に係り、図１は１実施の形態のカプセル型内視鏡システムと記録表示装置を示し、図２はカプセル型内視鏡の構造を示し、図３は組立治具により撮像センサを実装したセンサ基板に固定枠を位置決めする説明図を示し、図４は他の位置決め方法の例を示し、図５はセンサ基板に固定枠を位置決めした後、水密的に固定した構造を示す。
【００１１】
図１（Ａ）に示すように本発明の１実施の形態を備えたカプセル型内視鏡システム１は、患者２の口部から飲み込まれることにより体腔内管路を通過する際に体腔内管路内壁面を光学的に撮像した画像信号を無線で送信するカプセル型内視鏡３と、このカプセル型内視鏡３で送信された信号を患者２の体外に設けたアンテナユニット４により受け、画像を保存する機能を有すると共に表示もできる、（患者２の体外に配置される）体外ユニット５とを備えている。
【００１２】
この体外ユニット５には、画像データを保存するために、容量が例えば１ＧＢのコンパクトフラッシュ（Ｒ）サイズのハードディスクが内蔵されている。
また、このシステム１では、体外ユニット５に蓄積された画像データは検査中或いは検査終了後に図１（Ｂ）の記録表示装置７に接続して、画像を表示することができるようにしている。
【００１３】
図１（Ｂ）に示すように、体外ユニット５は、記録表示装置６を構成するパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略記）７とＵＳＢケーブル８等の通信を行う通信ケーブルで着脱自在に接続される。
【００１４】
そして、パソコン７により体外ユニット５に保存した画像を取り込み、内部のハードディスクに保存したり、表示するため等の処理を行い、パソコン７の表示部（モニタ部）９により保存した画像を表示できるようにしている。このパソコン７にはデータ入力操作等を行う操作盤としての例えばキーボード１０が接続されている。
【００１５】
ＵＳＢケーブル８としては、ＵＳＢ１．０、ＵＳＢ１．１、ＵＳＢ２のいずれの通信規格でも良い。また、この他にＲＳ−２３２Ｃ、ＩＥＥＥ１３９４の規格のシリアルのデータ通信を行うものでも良いし、シリアルのデータ通信を行うものに限定されるものでなく、パラレルのデータ通信を行うものでも良い。
【００１６】
図１（Ａ）に示すようにカプセル３を飲み込んで内視鏡検査を行う場合には、患者２が着るシールド機能を持つシールドシャツ１１の内側には複数のアンテナ１２が取り付けられたアンテナユニット４が装着され、カプセル３により撮像され、内蔵されたアンテナから送信された信号を受け、このアンテナユニット４に接続された体外ユニット５に撮像した画像を保存するようにしている。この体外ユニット５は、例えば患者２のベルトに着脱自在のフックにより取り付けられる。
【００１７】
また、この体外ユニット５は例えば箱形状であり、前面には画像表示を行う表示装置としての例えば液晶モニタ１３と、制御操作を行う操作ボタン１４とが設けてある。また、体外ユニット５の内部には、送受信回路（通信回路）、制御回路、画像データ表示回路、電源を備えている。
【００１８】
図２はカプセル型内視鏡３の具体的な構成を示す。
このカプセル型内視鏡３は、円筒形状のカプセル本体（以下、単に本体と略記）２１の先端に透明で軟性部材を半球形状にした先端カバー２２が水密的に固定され、またこの本体２１の後端には、着脱可能な後部カバー２３が水密的に装着され、これら先端カバー２２、本体２１，後部カバー２３で水密的に覆われた内部に撮像手段や、電源手段が内臓されている。
【００１９】
つまり、先端カバー２２に対向して、その中央部には、撮像手段として例えばＣＭＯＳセンサ２４がセンサ基板２５に装着されてＣＭＯＳモジュールが形成されている。このＣＭＯＳセンサ２４の前面のイメージエリア（撮像エリア）側には、対物レンズ系２６の（ＣＭＯＳセンサ２４に最も近いレンズとしての）固定側レンズ２７を取り付けた固定枠２８が後述するように位置決めして固着される。
【００２０】
この固定枠２８における円筒形状の筒部２８ａには対物レンズ系２６の可動側レンズ２９を取り付けた可動枠３０が嵌合し、対物レンズ系２６の光軸方向に移動自在である。つまり、筒部２８ａは可動枠３０のガイドとなる。この可動枠３０は光軸方向に前後動してピント出しがされた後、固定される。
【００２１】
そして、このピント調整した対物レンズ系２６により体腔内の管腔部分等の被写体の像をＣＭＯＳセンサ２４の撮像面（イメージエリア）にフォーカス状態で結像できるようにしている。
【００２２】
また、この可動枠３０における筒部には照明手段としての例えば白色ＬＥＤ３１を実装したＬＥＤ基板３２が、その中央に設けた孔部を嵌合させて固定され、対物レンズ系２６による撮像範囲をその周囲の例えば４箇所に設けた白色ＬＥＤ３１で略均一に近い状態で照明できるようにしている。
【００２３】
上記センサ基板２５の裏面側には凹部が形成され、ＩＣチップ３３が例えばフリップ実装されている。このセンサ基板２５の裏面側はハンダボールによる接続端子３４を介してＣＭＯＳセンサ２４を駆動すると共に、撮像した出力信号に対する信号処理や制御を行う撮像処理＆制御基板３５と接続されている。
【００２４】
この撮像処理＆制御基板３５はその前面側に凹部が形成され、その内部に第１のＩＣチップ３６がフリップ実装され、そのチップ３６の上面にさらに第２のＩＣチップ３７がワイヤボンディング実装されている。
【００２５】
また、この撮像処理＆制御基板３５の裏面側は、ハンダボールによる接続端子３８を介して通信基板３９と接続されている。この通信基板の両面には、電子部品等が実装されて例えばブルートゥース方式の通信モジュールが形成されている。
【００２６】
このようにしてセンサ基板２５、撮像処理＆制御基板３５、通信基板３９が本体２１の軸方向に接続端子３４、３８の間隔で積層して、高密度で電子部品を実装した回路構成にしている。、
また、センサ基板２５、撮像処理＆制御基板３５には側面の一部が切り欠かれて、その切り欠き部分に沿って、通信基板３９と接続されたアンテナ４０が配置されている。
【００２７】
そして、ＣＭＯＳセンサ２４で光電変換された画像の信号を通信基板３９を介して外部の体外ユニット５に送信したり、体外ユニット５からの指令の信号を受けて、照明や撮像の周期を変更等できるようにしている。
また、通信基板３９の背面側には、電池収納部４１が形成され、この電池収納部４１には例えば３個の電池４２が収納されている。
【００２８】
また、アンテナ４０と反対側の本体２１内面に沿ってフレキシブル基板４３が配置され、このフレキシブル基板４３の先端はＬＥＤ基板３２に接続され、通信基板３９の背面側に設けた開口部４４で略９０°折り曲げられて、電池収納室４１内に挿入され、その途中で電池４２の正極部分に接触している（電池４２の正極に接触する部分は導電パターンが露出している）。
【００２９】
また、フレキシブル基板４３は、このように折り曲げられて途中で電池４２の正極と導通し、さらにアンテナ４０側の電池収納室４１の側面に沿うように９０°折り曲げられて、後方側に延出されている。
【００３０】
そして、その後端は、後部カバー２３の凹部内面に保持した板バネ４５の側面側の端部と、後部カバー２３の回転操作等により、非接続から接続或いはその逆にできるようにして、電池４２による電源をＯＦＦからＯＮする或いはＯＮからＯＦＦにできる電源スイッチ４６を形成している。
この板バネ４５は略Ｕ字形状に近いＬ字形状で、その中央部分は後部カバー２３に保持され、その両端側は弾性変形自在であり、その一端は電池収納室４１に収納された電池４２の負極に接触して導通している。
【００３１】
そして、後部カバー２３を本体２１側に移動して、所定角度回転し、さらに本体２１から引き離す方向に移動して所定角度回転して本体２１側に押し込む等することにより、図２に示すように板バネ４５の前端部をフレキシブル基板４３の後端の露出パターン部分に接触させて電池４２による電源をフレキシブル基板４５の電源パターンを介して、通信基板３９、撮像処理＆制御基板３５、センサ基板２５、そしてＬＥＤ基板３２に供給できるようにしている。
【００３２】
なお、図２における板バネ４５の２点鎖線は、電池４２が収納されていない状態の板バネ４５の形状を示しており、電池４２が収納されるとその負極に接触する状態となる。
なお、本体２１の外周面と後部カバー２３の内周面との間には水密用のＯリング４７が介挿されている。
【００３３】
また、フレキシブル基板４５における先端付近には、屈曲部（遊び部）を形成してＬＥＤ基板３２と接続することにより、ピント出しの調整にも対応できるようにしている。
【００３４】
また、以下の図４等で説明するようにＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリア６１の中心位置が固定枠２８の中心位置になるように位置決め固定される。その後この固定枠２８には可動枠３０をピント出し調整して固定され、さらにＬＥＤ基板３２が固定された撮像ユニットは、先端カバー２２の段差面がＬＥＤ基板３２の端面に当接する位置で位置決めされる。この位置決めにおける周方向の位置決めは図示しない組立治具により行われる。これにより、対物レンズ系２６の瞳位置は先端カバー２２の半球面の半径の中心位置となるように固定される。
【００３５】
さらに撮像ユニットを取り付けた先端カバー２２には治具を介して本体２１が位置決め固定される。この位置決めにより、図２に示すように対物レンズ系２６の光軸Ｏは本体２１の中心軸Ｏ′と一致する状態に設定される。
【００３６】
このような構造のカプセル型内視鏡３とすることにより、ＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリア６１の中心６１ａが対物レンズ系２６の光軸Ｏ上にあるように固定され、かつイメージエリア６１の中心６１ａは本体２１の円筒の中心軸上にもなるように位置決めされた構造にしている。
【００３７】
つまり、本実施の形態では偏角等が十分に抑えられた光学特性が揃った撮像手段がカプセル内部に位置決めされて組み込まれ、従ってＣＭＯＳセンサ２４で撮像した画像を表示部９等で表示した場合、同一種類のカプセル型内視鏡３でない場合にも、個々のカプセル型内視鏡３が同じ状態に設定されていれば、撮像される撮像画像は殆ど同じ状態になる。
【００３８】
このため、表示手段に表示した場合にも、表示される撮像された画像は固体差がわずかにあるものの、殆ど同じ画像で表示されるようになる。つまり、偏角等のバラツキが少ないため、カプセル型内視鏡３の撮像状況が同じであれば、殆ど同じ画像となり、バラツキがある場合における画像範囲がずれて異なったりするようなことを解消できる。
【００３９】
また、例えば体腔内でこのカプセル型内視鏡３が回転された場合においても、その場合に得られる画像は、回転前の画像をその画像の中心位置で、単に回転させたものとほぼ重なる状態となる（イメージエリアが円形でないとその周辺側は異なる）。
【００４０】
これに対し、従来例では光学特性のばらつきのために、回転させると、画像の中心位置からずれた位置を中心として回転させたような画像となり、かつそのずれた位置がばらつくために、得られる画像に個体差が生じてしまう（つまり、従来例では偏角を持った光学特性の撮像系となってしまい、同じ撮像状況においても得られる画像が異なって（ばらついて）しまうことになる）。
【００４１】
次に図３を参照して、ＣＭＯＳセンサ２４を取り付けたセンサ基板２５に、対物レンズ系２６における撮像手段に一番近い光学部材を固定した固定枠２８を位置決めする組立方法を図３を参照して説明する。
【００４２】
この位置決めする工程と、位置決めする工程の後に接着剤で固定する固定工程とにより、光学系及びその光学系で結像される撮像手段とが精度良く組み立てられた撮像光学系を備えたカプセル型内視鏡３を提供できるようにしている。
【００４３】
図３に示すように、組立治具５１は、センサ基板２５を位置決め保持する基板ホルダ５２と、この基板ホルダ５２を水平面の直交するＸ、Ｙ方向に移動自在で保持すると共に、その中心位置の周りの任意の角度θで保持可能とするＸＹθステージ５３と、固定枠２８を保持する固定枠ホルダ５４と、この固定枠ホルダ５４を、ＸＹθステージ５３の上方で前記水平面と直交するＺ軸方向に移動自在に保持するＺ軸ステージ５５と、Ｚ軸ステージ５５を所定の方向（例えばＸ方向）に移動自在とするスライダ５６を備えた組立治具本体５７と、前記基板ホルダ５２の上方側に位置決め保持される例えばＣＣＤカメラ５８と、このＣＣＤカメラ５８で撮像した画像５８ａを表示するモニタ５９と、ＣＣＤカメラ５８で撮像したＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリアの画像５８ａと重畳（スーパインポーズ）してモニタ５９上に位置決めされた状態に対応するイメージエリアの基準枠６０ａを表示する信号を発生する信号発生装置６０とからなる。
【００４４】
この組立治具５１により、以下の手順で組み立てる。
なお、最初に組立治具５１は、ＣＣＤカメラ５８の撮像系の光軸上にＸＹθステージ５３の回転中心が位置するように設定され、また固定枠２８を保持する固定枠ホルダ５４の中心はＣＣＤカメラ５８の光軸上に位置するように調整されている。
【００４５】
また、モニタ５９の表示面に表示される基準枠６０ａも、その基準枠６０ａの基準位置、例えばその中心位置が表示面の中心位置となるように調整されているし、ＣＣＤカメラ５８で撮像された画像がモニタ５９の表示面に表示される場合、画像の中心位置が表示面の中心位置となるようにして表示されるものとする。１．固定枠ホルダ５４に固定枠２８をセットし、最初はＣＣＤカメラ５８の視野の外に移動させておく。例えば、スライダ５６を右側に移動して視野外にスライドさせておく。
２．基板ホルダ５２にＣＭＯＳセンサ２４を取り付けたセンサ基板２５をセットする。
【００４６】
３．モニタ５９の表示面上に、基準枠６０ａを表示させる。この場合、表示面の中心位置が基準枠６０ａの中心位置になる状態で表示する。
４．ＣＣＤカメラ５８でセンサ基板２５のＣＭＯＳセンサ２４を撮像し、その場合、ＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリアの画像５８ａの中心位置がモニタ５９の表示面の中心位置となるようにＸＹθステージ５３を移動調整する。
【００４７】
図３のモニタ５９の表示状態では、ＸＹθステージ５３を移動調整する前の状態であり、ＸＹθステージ５３を移動調整後には、画像５８ａの中心は基準枠６０ａの中心と一致するように設定される。
【００４８】
５．ＣＣＤカメラ５８の撮像系の倍率を変えてモニタ５９の表示面上に表示されるイメージエリアの画像５８ａの大きさを基準枠６０ａの大きさと一致するように調整すると共に、ＸＹθステージ５３を回転させる等して、基準枠６０ａに画像５８ａが重なるように調整する。
【００４９】
なお、イメージエリアの画像５８ａの大きさを基準枠６０ａの大きさと重なるように調整することは必ずしも必要でなく、この場合は周方向の位置合わせに利用している。従って、周方向の位置合わせができるならば、単に両方の中心位置が一致するように設定すれば良い。また、例えば固定枠２８が回転対称な形状の場合には、周方向の位置決めは不要となる。
【００５０】
なお、ＣＣＤカメラ５８の撮像系の倍率を変える代わりに信号処理装置６０側で基準枠６０ａの大きさを変えられるようにしても良い。
６．固定枠ホルダ５４を左側にスライドし、固定枠ホルダ５４の中心がモニタ５９の基準枠６０ａの中心とが合う状態にする。
【００５１】
７．固定枠ホルダ５４を下降させて、ＣＭＯＳセンサ２４上に固定枠２５を乗せる。
８．接着剤をディスペンサ塗布し、硬化させ、固定枠２８をセンサ基板２５に位置決め固定する。
【００５２】
このようにして、固定枠２８をセンサ基板２５に位置決め固定することにより、高精度で固定枠２８をセンサ基板２５に固定でき、光学系及び撮像手段を高精度にカプセル型内視鏡３に組み付けることができる。
以上の説明では手動の組立治具５１の場合で説明したが、同様の考えで自動で認識やステージ移動や調整させるようにしても良い。
【００５３】
上述の説明では、ＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリアの基準となる基準枠６０ａを利用した場合で説明したが、以下に説明するように他の基準位置を利用するようにしても良い。
【００５４】
図４に示すようにＣＭＯＳセンサ２４はその中央部にイメージエリア６１が形成され、このイメージエリア６１の中心６１ａを基準として、例えば左右の両側に対称的等でボンディングパッド６２ａ、６２（及び６２、６２ｂ）が形成されている。この場合には、上下両側にはボンディングパッド６２が形成されていない。
【００５５】
そして、例えば左上隅のボンディングパッド６２ａと、右下隅のボンディングパッド６２ｂとが基準位置として設定される。この場合、例えばボンディングパッド６２ａとボンディングパッド６２ｂとを結ぶ線分の中心位置がイメージエリア６１の中心６１ａの位置に一致する。
【００５６】
そして、この場合には、図３の組立治具５１の基板ホルダ５２に図４のＣＭＯＳセンサ２４を取り付けた基板２５をセットして、ＣＭＯＳセンサ２４の画像をモニタ５９に表示し、その場合イメージエリア６１の中心６１ａをモニタ５９の中心位置等の基準位置に表示させる。
【００５７】
また、固定枠２８にはＣＭＯＳセンサ２４におけるボンディングパッド６２が形成されていない側、具体的には上下の両側に図５（Ｂ）に示すように脚部６４が設けてあり、両脚部６４間の凹部間隔はＣＭＯＳセンサ２４における上下方向のサイズより僅かに大きく設定されており、ＣＭＯＳセンサ２４側に対して固定枠２８を位置決めしてＣＭＯＳセンサ２４の上に固定枠２８を乗せた場合には、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように脚部６４はＣＭＯＳセンサ２４の上下方向の側面側まで延びる状態となる（そして、後述するようにその脚部６４の端部を基板２５に仮止め用接着剤６５で仮止めしやすくしている）。
【００５８】
上記ＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリア６１をモニタ５９上に基準位置で表示させた後、図４に示す固定枠２８を固定枠ホルダ５４で保持し、この固定枠２８の画像をモニタ５９上で表示し、その場合、固定枠２８の（固定側レンズ２７を取り付けたその）中心２８ｃの画像部分がイメージエリア６１の中心６１ａの画像部分に重なる状態に設定して、Ｚ軸ステージ５５を降下させて、固定枠２８をＣＭＯＳセンサ２４上に乗せ、位置決めする。
この場合には、図５に示すようになる（但し、接着剤６５，６６による固定前の状態）。
なお、図４のようにして位置決めする場合には、固定枠２８は、イメージエリア６１周辺角部、またはＣＭＯＳセンサ２４周辺回路の少なくとも一部が上方から見通せる形状をしている。
【００５９】
図５は図３或いは図４に示したように位置決めされた固定枠２８を、ＣＭＯＳセンサ２４を実装した基板２５に、水密的に固定した状態を示す。なお、図５（Ａ）は平面図を示し、図５（Ｂ）は側面断面図を示す。
図５（Ａ）に示すように基板２５に取り付けられたＣＭＯＳセンサ２４のボンディングパッド６２は基板２５側のパッド２５ａとワイヤボンディング６３で接続されている。
【００６０】
また、上述したように固定枠２８は上下両側に脚部６４が設けてあり、各脚部６４はＣＭＯＳセンサ２４の上下の側面側にまで延びその端部は基板２５に近接している。
この位置決め状態で図５（Ｂ）に示すように各脚部６４は基板２５に、仮止め用接着剤６５で仮止めされた後、さらにその周囲をワイヤボンディング部を含めて水密性の接着剤６６で水密固定している。
【００６１】
なお、図５（Ｂ）に示すように固定枠２８における固定側レンズ２７を固定した部分とＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリア６１とは、一定の間隔が形成されるように固定枠２８には切り欠き部２８ｂが形成されている。このようにすることにより、ＣＭＯＳセンサ２４のイメージエリア６１にマイクロレンズが設けてある場合にも、そのマイクロレンズを変形させてしまうことなく、固定枠２８を取り付けられるようにしている。
【００６２】
また、図５（Ａ）に示すように基板２５は円形に近い、例えば８角形であり、その上部にはフレキシブル基板４５のパターンに接続される接続部６７が設けてある。
【００６３】
また、固定側レンズ２７及びこの固定側レンズ２７が取り付けられた固定枠２８は、基板２５の半田付けなどの温度に耐える材質で構成されている。具体的には、固定枠２８は、ステンレス、セラミックス、耐熱性合成樹脂などの硬質部材であり、固定側レンズ２７は、ガラス、耐熱性透明合成樹脂などである。
また、可動側レンズ２９等の光学部材も固定側レンズ２７と同様に半田付けなどの温度に耐える材質で構成されているし、可動枠３０も固定枠２８と同様に半田付けなどの温度に耐える材質で構成されている。
【００６４】
なお、固定枠２８を位置決めする場合の撮像手段側の基準位置としては、イメージエリア６１の周辺角部やイメージエリア６１形成と同じ工程で形成されるボンディングパッド等の撮像手段の周辺回路を利用することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では電池４２を収納しているが、電池４２の代わりにコイルを内蔵して、生体の外部から交流磁界を印加してコイルに電気エネルギが誘起されるようにするなど、カプセル型内視鏡３に発電手段を内蔵するようにしても良いし、内蔵する電池４２の数を減らしてコイルも内蔵し、外部からの交流磁界等でコイルに誘起した電気エネルギで電池を充電できるようにしても良い。また、電磁波（波動）を供給して発電や充電をできるようにしても良い。
【００６６】
このような構造のカプセル型内視鏡３によれば、撮像センサを実装したセンサ基板２５に、対物レンズ系２６を構成し、撮像センサ側に最も近い固定側レンズ２７が取り付けられた固定枠２８をセンサ基板２５に位置決め固定するようにしているので、光学特性を揃えることができ、固体差によるバラツキが極力少ないカプセル型内視鏡３を実現できる。
また、本実施の形態の組立方法によれば、光学特性を揃えることができ、固体差によるバラツキが極力少ないカプセル型内視鏡３を製造できる。
【００６７】
［付記］
（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部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段前方の対物光学系と、を密閉カプセルに内蔵したカプセル型内視鏡の組立方法において、
該撮像手段のイメージエリアの基準位置に対する、少なくとも該撮像手段に一番近い対物光学系の光学部材を固定した固定枠の基準位置の相対位置が一致するように位置決め工程と、
前記位置決め工程を行った後、該撮像手段の上面に、該固定枠を直接載せて該撮像手段と該固定枠を固定する固定工程と、
を備えたことを特徴とするカプセル型内視鏡の組立方法。
【００６８】
２．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部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段前方の対物光学系と、を密閉カプセルに内蔵したカプセル型内視鏡において、
該撮像手段のイメージエリアの基準位置に対する、少なくとも該撮像手段に一番近い対物光学系の光学部材を固定した固定枠の基準位置の相対位置が一致するように位置決めを行ってから、該撮像手段の上面に、該固定枠を直接載せて該撮像手段と該固定枠を固定したことを特徴とするカプセル型内視鏡。
【００６９】
３．付記１、２において、上記イメージエリアの基準位置は、イメージエリア周辺角部、またはイメージエリア形成と同じ工程で形成したボンディングパッドなどの撮像手段周辺回路の少なくとも一部である。
【００７０】
４．付記１、２において、上記固定枠は、イメージエリア周辺角部、または撮像手段周辺回路の少なくとも一部が上方から見通せる形状をしている。
【００７１】
５．付記４において、上記固定枠は、該撮像手段のボンディングパッドなどの接続端子のない面の側面の一部まで伸びる固定用脚部を有し、該固定用脚部を該撮像手段の固定基板に対して固定する。
【００７２】
６．付記１、２において、上記固定枠の光学部材と該撮像手段のイメージエリアとは、一定の間隔を開けて構成される。
【００７３】
７．付記６において、上記固定枠の上方に、対物レンズを固定した可動枠をガイドするガイド部を形成し、該ガイド部を光軸方向に前後させて、光軸方向の位置合わせを行う。
【００７４】
８．付記１、２において、上記固定枠と光学部材は、固定基板のハンダ付けなどの温度に耐える材質により構成した。
【００７５】
９．付記１〜８において、該対物光学系の前方に略半球状の透明カバーを配置し、該密閉カプセル内に更に、内部の電気回路を制御する手段と撮像画像などを生体外に送信する無線手段とを具備した。
【００７６】
１０．付記９において、該密閉カプセル内に更に、該電気回路にエネルギを供給するバッテリもしくは、生体外からの波動を受けてエネルギを発電する発電手段を具備している。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、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部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段前方の対物光学系と、を密閉カプセルに内蔵したカプセル型内視鏡の組立方法において、
該撮像手段のイメージエリアの基準位置に対する、少なくとも該撮像手段に一番近い対物光学系の光学部材を固定した固定枠の基準位置の相対位置が一致するように位置決めする位置決め工程と、
前記位置決め工程を行った後、該撮像手段の上面に、該固定枠を直接載せて該撮像手段と該固定枠を固定する固定工程と、
を備えているので、偏角などの光学性能のばらつきを抑えたカプセル型内視鏡を製造でき、撮像した画像のばらつきや、取得画像を表示した場合におけるばらつき等を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態のカプセル型内視鏡システムと記録表示装置を示す図。
【図２】カプセル型内視鏡の構造を示す縦断面図。
【図３】組立治具により撮像センサを実装したセンサ基板に固定枠を位置決めする様子を示す図。
【図４】他の位置決め方法の例を示す説明図。
【図５】センサ基板に固定枠を位置決めした後、水密的に固定した構造を示す図。
【符号の説明】
１…カプセル型内視鏡システム
２…患者
３…カプセル型内視鏡
５…体外ユニット
６…記録表示装置
９…表示部（モニタ部）
１３…液晶モニタ
２１…（カプセル）本体
２２…先端カバー
２３…後部カバー
２４…ＣＭＯＳセンサ
２５…センサ基板
２６…対物レンズ系
２７…固定側レンズ
２８…固定枠
２９…可働側レンズ
３０…可動枠
３１…白色ＬＥＤ
３２…ＬＥＤ基板
３４、３８…接続端子
３５…撮像処理＆制御基板
３９…通信基板
５１…組立治具
５２…基板ホルダ
５３…ＸＹθステージ
５４…固定枠ホルダ
５５…Ｚステージ
５６…スライダ
５７…組立治具本体
５８…ＣＣＤカメラ
５８ａ…画像
５９…モニタ
６０…信号発生装置
６０ａ…基準枠
６１…イメージエリア
６１ａ…中心
Claims (3)
- 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部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段前方の対物光学系と、を密閉カプセルに内蔵したカプセル型内視鏡の組立方法において、
該撮像手段のイメージエリアの基準位置に対する、少なくとも該撮像手段に一番近い対物光学系の光学部材を固定した固定枠の基準位置の相対位置が一致するように位置決めする位置決め工程と、
前記位置決め工程を行った後、該撮像手段の上面に、該固定枠を直接載せて該撮像手段と該固定枠を固定する固定工程と、
を備えたことを特徴とするカプセル型内視鏡の組立方法。 - 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部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段前方の対物光学系と、を密閉カプセルに内蔵したカプセル型内視鏡において、
該撮像手段のイメージエリアの基準位置に対する、少なくとも該撮像手段に一番近い対物光学系の光学部材を固定した固定枠の基準位置の相対位置が一致するように位置決めを行ってから、該撮像手段の上面に、該固定枠を直接載せて該撮像手段と該固定枠を固定したことを特徴とするカプセル型内視鏡。 - 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部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段前方の対物光学系と、を密閉カプセルに内蔵したカプセル型内視鏡および複数の該カプセル型内視鏡の撮像画像を表示する表示手段を有するカプセル型内視鏡システムにおいて、
該撮像手段のイメージエリアの基準位置に対する、少なくとも該撮像手段に一番近い対物光学系の光学部材を固定した固定枠の基準位置の相対位置が一致するように位置決めを行ってから、該撮像手段の上面に、該固定枠を直接載せて該撮像手段と該固定枠を固定したことを特徴とするカプセル型内視鏡システム。
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