JP2006255247A - カプセル内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 透明カバーで反射する照明光を撮像光学系が受光するのを防止する。
【解決手段】 カプセル内視鏡１０を、その内部を密閉カプセル１１内に密閉して構成する。密閉カプセル１１の外殻壁は、円筒状カバー１２と、その両端に接続する透明カバー１３と、半球カバー１４から成る。レンズ保持枠２１を、透明カバー１３の内面に取り付ける。レンズ保持枠２１の内部に、撮像光学系２８を設ける。透明カバー１３と、円筒状カバー１２の境界面に有機ＥＬ素子３０を設ける。有機ＥＬ素子３０は、光軸Ｚの前方から見ると、円環状に広がる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カプセル内視鏡に関し、特に物体を撮像するための撮像光学系の配置位置を改良したカプセル内視鏡に関する。

近年、カプセル内視鏡が提案されつつある。カプセル内視鏡は、飲み込むことにより、生体内に送り込まれ、生体内で撮像された情報が、無線によって体外に送信され、その送信された情報により生体内の様子が確認される。カプセル内視鏡は、飲み込まれた後、生体内を観察している間、従来の内視鏡のように、挿入部による苦痛を患者に与えることはない。

このようなカプセル内視鏡は、円筒部と、その円筒部の両端部を覆う半球部で構成されるのが一般的である。ここで、半球部の一方は透明カバーで形成され、撮像光学系はその半球部底面に配置されるとともに、撮像光学系を取り囲むように発光素子が設けられる。そして、発光素子から照射された照明光は、透明カバーを介して、生体内に照射され、撮像光学系は、その照明光を利用して、生体内を観察する。

しかし、カプセル内視鏡において、発光素子から照射した照明光の一部は、透明カバーの内面で反射され、その反射光は、撮像光学系に入射される。したがって、撮像光学系で得られる撮像画像にはフレアが生じ、撮像画像の画質は低下してしまう。そこで、例えば特許文献１に記載のカプセル内視鏡においては、撮像光学系の入射瞳の位置を透明カバーの曲率中心に一致させており、透明カバーの内面で反射した照明光を撮像光学系に入射されにくくしている。
特開２００３−２６００２５号公報（段落［００２１］等参照）

しかし、特許文献１に記載されるように入射瞳の位置を設定したとしても、反射光の全てを撮像光学系に入射されないようにすることは困難であり、撮像画像のフレアを完全になくすことはできない。したがって、このようなカプセル内視鏡においても、依然として、撮像画像の画質は低下してしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、照明素子からの照明光が透明カバー等で反射され、その反射光が撮像光学系に入射させないようにすることを目的とする。

本発明に係るカプセル内視鏡は、内部を密閉し、その外殻壁の少なくとも一部が透明壁である密閉カプセルと、透明壁に対向する内部に配設され、光軸前方にある被写体を透明壁を介して撮像する撮像光学系と、内部に配設され、透明壁を介して被写体に対して照明光を照射する発光素子とを備え、撮像光学系の最も光軸前方に位置する光学素子は、透明壁に隣接することを特徴とする。これにより、本発明においては、透明壁の内面で反射される照明光が撮像光学系にほとんど入射されないので、撮像光学系で撮像される画像の画質を向上させることができる。なお、光学素子とは、撮像光学系に含まれる光学的な部材をいい、例えばレンズ、撮像素子等である。

本発明においては、撮像光学系は、透明壁に取り付けられることが好ましい。これにより、撮像光学系は、撮像光学系を透明壁近傍に配置することができる。また、撮像光学系をその光軸後方から支持させる必要はないので、撮像光学系の後方の空間を有効に利用することができる。この場合、撮像光学系は、この撮像光学系を保持する保持部材を介して透明壁に取り付けられる。保持部材は、例えば少なくとも一端が開口する筒状部材であって、一端が透明壁の内面に接合され、透明壁に取り付けられる。

カプセル内視鏡の透明壁の少なくとも一部が、正または負の屈折力を有するレンズとして形成されることが好ましく、このレンズの中心は撮像光学系の光軸中心に一致する。透明壁をレンズとして形成することにより、撮像光学系の光学素子の部品点数を減少させることができる。

密閉カプセルの外殻壁は、円筒状カバーの一端に透明壁が外部に膨みつつ覆うように形成され、透明壁は、半球部を有することが好ましい。

発光素子は、面発光素子であっても良く、発光素子は、例えば透明壁の内面に配設される。さらに、発光素子は、面発光素子である場合、透明壁の内面に沿って面状に広がることが好ましい。面発光素子は、例えば有機ＥＬ素子である。

本発明によれば、透明壁の内面で反射される照明光が撮像光学系にほとんど入射されないので、撮像光学系で撮像される画像の画質を向上させることができる。

以下本発明について図面を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係る内視鏡カプセルを示した図であり、透明カバーの内部の構造のみを断面で示した部分断面図である。図２は、透明カバーの内部を正面から見た図であって、透明カバーの記載を省略した図である。図３は、有機ＥＬ素子３０について概略的に示した断面図である。

図１に示すようにカプセル内視鏡１０は、その内部が密閉カプセル１１で密閉されて構成される。密閉カプセル１１の外殻壁は、円筒状カバー１２と、その円筒状カバー１２の両端を覆う透明カバー（透明壁）１３および半球カバー１４とで構成される。円筒状カバー１２の内側には、そのカバーに沿うように円筒状の保持枠（図示せず）が設けられ、その保持枠内には、電力を供給する電池電源ユニット、画像処理回路等を有する回路基板、および送信ユニット（図示せず）等が保持枠に支持されて設けられる。半球カバー１４の内側には、保持枠に支持されるアンテナ等（図示せず）が設けられる。円筒状カバー１２と透明カバー１３との境界面には、有機ＥＬ素子（面発光素子）３０が配設され、有機ＥＬ素子３０は、例えば保持枠に固定されている。

透明カバー１３は、円筒状カバー１２の端部から外部に向けて膨らみ、例えば樹脂、ガラス等の透明材料で形成される。本実施形態における透明カバー１３は、透明カバー１３の先端部Ｙに向かうに従ってその径が小さくなり、略半球形を呈する。透明カバー１３は、その内面１３Ａが、外面１３Ｂに平行であるので、屈折力（パワー）を有しない。

透明カバー１３の内部には、略円筒形状を呈するレンズ保持枠２１が設けられる。レンズ保持枠２１は、一端が僅かに外側に広がりつつ開口され、他端が底面２２で閉塞される。レンズ保持枠２１は、開口された一端が透明カバー１３の内面１３Ａに接合され、これにより、透明カバー１３に取り付けられる。レンズ保持枠２１の内部には、対物レンズ群２６と、固体撮像素子２７から成る撮像光学系２８が保持される。撮像光学系２８は、レンズ保持枠２１の開口から入射された光を受光する。撮像光学系２８の光軸Ｚは、レンズ保持枠２１の軸および先端部Ｙに一致する。

対物レンズ群２６は、透明カバー１３側から順に、負レンズ２６ａ、正レンズ２６ｂ、および正レンズ２６ｃの順で構成される。被写体寄りが光軸前方とすると、対物レンズ群２６において、最も光軸前方に位置する負レンズ２６ａは、透明カバー１３の内面１３Ａに隣接するように設けられる。固体撮像素子２７は、対物レンズ群２６の光軸Ｚ後方において、底面２２上に配置され、例えばリード線（図示せず）で先述した画像処理回路に接続される。

撮像光学系２８の視野領域Ｘは、図１に示すように前方に向かうに従って大きくなり、透明カバー１３の内面１３Ａでは、光軸Ｚの前方側から見ると光軸Ｚを中心に円形に広がる。ここで、撮像光学系２８において、最も前方に位置する負レンズ２６ａは、透明カバー１３の内面１３Ａに近接するので、内面１３Ａにおける視野領域Ｘの直径は負レンズ２６ａの直径と略同一である。すなわち、視野領域Ｘの直径は、透明カバー１３内において、レンズ保持枠２１の直径より小さく設計されており、レンズ保持枠２１によって撮像光学系２８の視野が妨げられることはない。

有機ＥＬ素子３０は、円筒状カバー１２と透明カバー１３との境界面に設けられ、その発光領域は光軸Ｚに対して垂直な面上に広がるので、有機ＥＬ素子３０から発せられる光の光束中心は光軸Ｚに平行になる。有機ＥＬ素子３０は、その照明光がレンズ保持枠２１に照射されてしまうことをできるだけ避けるために、図２に示すように、上方から見ると、レンズ保持枠２１を避けるように、円環状に広がる。

図３に有機ＥＬ素子３０の概略図を示す。有機ＥＬ素子３０は、透明基板４３上に陽極３１、有機発光層を含む積層体３２、および陰極３３が順に積層されて構成される。陰極の上方には、さらに封止膜（図示せず）が設けられる。封止膜は、その周辺部が透明基板４３に接合され、封止膜と透明基板４３によって、陽極３１、積層体３２、陰極３３が封止される。陽極３１および陰極３３は、電流が流されるために、透明基板４３と封止膜の間から外部に延出し、延出した陽極３１および陰極３３は上述した回路基板を介して電源ユニットに接続される。

陽極３１は、透明電極であって、例えばITO（Indium Tin Oxide）、ATO(antimony doped tindioxide)、ZnO（zinc oxide）によって形成される。陰極３３は、ITO、ATO、ZnO等によって形成されても良いが、遮光性を有するアルミニウム等の金属で形成されることが好ましい。積層体３２は、陽極３１側から順に例えば、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層等が積層され、白色光を発するように構成される。封止膜は例えば金属酸化物や窒化物によって形成される。なお、有機ＥＬ素子３０は、透明基板４３側が光軸Ｚの前方側に位置するように、円筒状カバー１２内にある保持枠に固定される。

有機ＥＬ素子３０は、陰極３３と陽極３１に電流が流されることより照明光を発し、その照明光は陽極３１、および透明基板４３を介して射出され、これにより有機ＥＬ素子３０は、光束中心が光軸Ｚに平行になるように、照明光を発する。

有機ＥＬ素子３０から発せられた照明光は、透明カバー１３を介して生体内に照射され、生体内で反射される。生体内からの反射光は、透明カバー１３さらには、負レンズ２６ａ、正レンズ２６ｂ、および正レンズ２６ｃを介して、固体撮像素子２７上に受光される。固体撮像素子２７では、受光した光に対応する生体内の像が形成される。形成された像は、固体撮像素子２７で光電変換されて蓄積され、その蓄積信号は、画像処理回路に出力される。蓄積信号は画像処理回路で画像処理された後、送信信号に変換される。送信信号は、アンテナに送られ、アンテナから生体外の受信装置に送信される。受信装置では、その送信信号が、ディスプレイ上に映像化され、医師等によって観察される。

ここで、有機ＥＬ素子３０からの照明光は拡散光であるので、その照明光は照明範囲を広げつつ、光軸Ｚの前方に向けて照射される。したがって、有機ＥＬ素子３０の照明光は、広範囲に亘って生体内に照射されるとともに、その一部は、レンズ保持枠２１および底面２２に照射される。しかし、レンズ保持枠２１や底面２２は遮光性を有し、照明光はレンズ保持枠２１等によって遮光され、撮像光学系２８内に入射されることはない。なお、レンズ保持枠２１や底面２２は、その外側の面が反射板であっても良く、照射された照明光が反射されるようにしても良い。

また、照明光は、透明カバー１３を介して、外部の被写体に向けて照射されるとともに、その一部が透明カバー１３によって反射される。しかし、透明カバー１３の内部において、視野領域Ｘはレンズ保持枠２１内にある。したがって、透明カバー１３で反射された光は、レンズ保持枠２１で遮光され、撮像光学系２８に入射されることはない。また、撮像光学系２８は透明カバー１３に取り付けられ、撮像光学系２８の最も前方に位置する負レンズ２６ａは、透明カバー１３に隣接している。したがって、たとえ視野領域Ｘがレンズ保持枠２１によって囲われないとしても、透明カバー１３で反射された光は、撮像光学系２８にほとんど入射されない。

さらに、本実施形態においては、撮像光学系２８を透明カバー１３と円筒状カバー１２の境界面より前方に設けたので、撮像光学系２８の後方の空間を有効に活用でき、カプセル内視鏡１０を小型にすることができる。なお、本実施形態では、撮像光学系２８の光軸Ｚは、先端部Ｙに一致したが、光軸Ｚは先端部Ｙに一致していなくても良い。すなわち、本実施形態では、光軸Ｚは先端部Ｙと透明カバー１３の半球の球中心を結んだ線に対して傾いていても良い。

以下本実施形態の第１および第２の変形例について説明する。第１の変形例において、第１の実施形態と相違する点は、透明カバー１３の構成のみである。本実施形態においては、透明カバー１３の内面１３Ａと外面１３Ｂは互いに平行であって、これら曲率中心は密閉カプセル１１の内部の同一位置に設けられる。しかし、第１および第２の変形例においては、内面１３Ａの一部の曲率中心は、外面１３Ｂの曲率中心と一致しない。

第１の変形例について詳述すると、図４に示すように、内面１３Ａは、レンズ保持枠２１の内側の領域から成る第１内面１３Ｃと、レンズ保持枠２１の外側の領域から成る第２内面１３Ｄとで構成される。ここで、第２内面１３Ｄの曲率中心は、外面１３Ｂの曲率中心に一致し、かつ密閉カプセル１１内で光軸Ｚ上に位置する。一方、第１内面１３Ｃの曲率中心は、密閉カプセル１１の外部で光軸Ｚ上に位置する。これにより、透明カバー１３において、レンズ保持枠２１よりも内側の部分は、正の屈折力を有する正レンズ１３Ｆとして形成され、この正レンズ１３Ｆの中心は、光軸Ｚ上に位置する。

図５に示すように、第２の変形例においても、第１の変形例と同様に、内面１３Ａの第１内面１３Ｃの曲率中心が、第２内面１３Ｄの曲率中心と一致しないように設定される。詳述すると、第１内面１３Ｃおよび第２内面１３Ｄの曲率中心はともに、密閉カプセル１１の内部で光軸Ｚ上に位置する。しかし、第２内面１３Ｄの曲率中心は、外面１３Ｂの曲率中心に一致する一方、第１内面１３Ｃの曲率中心は、外面１３Ｂの曲率中心よりも、内面１３Ａに近い位置に位置する。したがって、透明カバー１３において、レンズ保持枠２１の内側部分は、負の屈折力を有する負レンズ１３Ｇとして形成され、この負レンズ１３Ｇの中心は、光軸Ｚ上に位置する。

以上のように、第１および第２の変形例においては、透明カバー１３に屈折力を持たせることにより、例えば、対物レンズ群２６の一部のレンズを省略することが可能になる。

以下、第２の実施形態について、図６〜８を用いて説明する。第１および第２の実施形態においては、同一の部材には同一の参照符号を付す。第１の実施形態においては、有機ＥＬ素子３０は、円筒カバー１２と透明カバー１３の境界面に設けられるが、本実施形態においては、透明カバー１３の内面１３Ａ上に配設される。以下、第２の実施形態に係る有機ＥＬ素子３０の構成について説明する。なお、本実施形態において、有機ＥＬ素子３０以外の構成は、第１の実施形態と同一であるので、その説明は省略する。

第２の実施形態においても、内面１３Ａは、レンズ保持枠２１の内側の領域から成る第１内面１３Ｃと、レンズ保持枠２１よりも外側の領域から成る第２内面１３Ｄとで構成される。有機ＥＬ素子３０は、第２内面１３Ｄ上に配設され、第２内面１３Ｄに沿うように面状に広がる。したがって、有機ＥＬ素子３０は、図７に示すように正面から見ると、レンズ保持枠２１およびその内部を避けるように円環状に広がる。

図８に示すように有機ＥＬ素子３０は、透明カバー１３の内面１３Ａに陽極３１、有機発光層を含む積層体３２、および陰極３３が順に積層されて構成される。陰極の上面には、封止膜３４が設けられる。なお、陽極３１、積層体３２、陰極３３、および封止膜３４の構成は、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。

有機ＥＬ素子３０は、陰極３３と陽極３１に電流が流されることより照明光を発し、その照明光は陽極、および透明カバー１３を介して、カプセル内視鏡１０の外部に射出される。

有機ＥＬ素子３０の各層が積層される方向、すなわち照明光の出射方向は、透明カバー１３の先端部に近づくに従って、光軸Ｚに対する傾き角が小さくなる。また、有機ＥＬ素子３０から発せられる光は拡散光である。したがって、先端部Ｙに近い部分から発せられた照明光は、透明カバー１３から所定の距離離れた位置における撮像光学系２８の視野領域Ｘを照明することができ、直接照明光として利用することができる。

一方、先端部Ｙから遠く、円筒状カバー１２に近い部分において発せられた照明光は、撮像光学系２８の視野範囲を照明することができない。しかし、このような光は、間接照明光として利用され、結果的に視野を明るくすることができる。すなわち、本実施形態においては、有機ＥＬ素子３０から発せられた全ての照明光は有効に利用される。

以上のように、本実施形態においては、有機ＥＬ素子３０が透明カバー１３の内面１３Ａ上に配設されるので、有機ＥＬ素子３０から発せられた照明光は、透明カバー１３によって反射されにくい。よって、本実施形態においては、有機ＥＬ素子３０からの光を、照明光として有効に活用することができるとともに、透明カバー１３で反射された光が撮像光学系２８に入射されることを防止することができる。また、本実施形態においても、撮像光学系２８を透明カバー１３に隣接する位置に設け、かつ撮像光学系２８をレンズ保持枠２１内に設けたので、透明カバー１３においてわずかに反射した照明光も、撮像光学系２８に受光されることはない。

なお、第１および第２の実施形態においては、発光素子として有機ＥＬ素子を用いたが、無機ＥＬ素子等の他の面発光素子を用いることも可能である。

第２の実施形態の変形例について、図９を用いて説明する。第２の実施形態においては、発光素子は、有機ＥＬ素子によって構成されたが、本変形例では発光素子は無機半導体発光素子（以下無機ＬＥＤ素子という。）によって構成される。本変形例においては、無機ＬＥＤ素子９０は、図９に示すように、透明カバー１３内部に複数設けられる。ここで、各無機ＬＥＤ素子９０は、その出射端９０Ａが透明カバー１３の内面１３Ａに貼り付けられる。したがって、本変形例においても、無機ＬＥＤ素子９０から発せられる光は、ほとんど透明カバー１３で反射されることなく、生体内に出射することができる。本変形例では発光素子として無機ＬＥＤ素子を使ったが、無機ＬＥＤ素子に代えて有機ＥＬ素子であっても良い。

以上のように、本実施形態においては、面発光素子以外の発光素子も使用することができる。また、第１の実施形態においても、本実施形態と同様に、無機ＬＥＤ素子のように、面発光素子以外の発光素子を使用することができる。

第１の実施形態に係る内視鏡カプセルを示す部分断面図である。 第１の実施形態の透明カバーの内部を正面から見た図であって、透明カバーを省略して示した図である。 第１の実施形態の有機ＥＬ素子について概略的に示した断面図である。 第１の実施形態の変形例に係る内視鏡カプセルを示す部分断面図である。 第１の実施形態の変形例に係る内視鏡カプセルを示す部分断面図である。 第２の実施形態に係る内視鏡カプセルを示す部分断面図である。 第２の実施形態の透明カバーの内部を正面から見た図である。 第２の実施形態の有機ＥＬ素子について概略的に示した断面図である。 第２の実施形態の変形例に係る内視鏡カプセルを示す部分断面図である。

符号の説明

１０ カプセル内視鏡
１１ 密閉カプセル
１２ 円筒状カバー
１３ 透明カバー（透明壁）
１３Ａ 内面
１３Ｂ 外面
１３Ｃ 第１内面
１３Ｄ 第２内面
１３Ｆ 正レンズ
１３Ｇ 負レンズ
２１ レンズ保持枠（筒状部材）
２６ 対物レンズ群
２７ 固体撮像素子
２８ 撮像光学系
３０ 有機ＥＬ素子
Ｘ 視野領域
Ｙ 先端部
Ｚ 光軸

Claims (11)

1. 内部を密閉し、その外殻壁の少なくとも一部が透明壁である密閉カプセルと、
   前記透明壁に対向する前記内部に配設され、光軸前方にある被写体を前記透明壁を介して撮像する撮像光学系と、
   前記内部に配設され、前記透明壁を介して前記被写体に対して照明光を照射する発光素子とを備え、
   前記撮像光学系の最も光軸前方に位置する光学素子は、前記透明壁に隣接することを特徴とするカプセル内視鏡。
2. 前記撮像光学系は、前記透明壁に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のカプセル内視鏡。
3. 前記撮像光学系は、この撮像光学系を保持する保持部材を介して前記透明壁に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載のカプセル内視鏡。
4. 前記保持部材は、少なくとも一端が開口する筒状部材であって、前記一端が前記透明壁の内面に接合され、前記透明壁に取り付けられることを特徴とする請求項３に記載のカプセル内視鏡。
5. 前記透明壁の少なくとも一部が、正または負の屈折力を有するレンズとして形成され、前記レンズの中心は前記撮像光学系の光軸中心に一致することを特徴とする請求項１に記載のカプセル内視鏡。
6. 前記密閉カプセルの外殻壁は、円筒状カバーの一端に前記透明壁が外部に膨みつつ覆うように形成されることを特徴とする請求項１に記載のカプセル内視鏡。
7. 前記透明壁は、半球部を有することを特徴とする請求項６に記載のカプセル内視鏡。
8. 前記発光素子は、面発光素子であることを特徴とする請求項１に記載のカプセル内視鏡。
9. 前記発光素子は、前記透明壁の内面に配設されることを特徴とする請求項１に記載のカプセル内視鏡。
10. 前記発光素子は、面発光素子であるとともに、前記内面に沿って面状に広がることを特徴とする請求項９に記載のカプセル内視鏡。
11. 前記面発光素子は、有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項８または１０のいずれかに記載のカプセル内視鏡。
    

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