JP2021166565A

JP2021166565A - 内視鏡システム

Info

Publication number: JP2021166565A
Application number: JP2018099600A
Authority: JP
Inventors: 英明木内; Hideaki Kiuchi
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2021-10-21
Also published as: WO2019225167A1

Abstract

【課題】給電効率を低下させることなく、外部装置から内視鏡への給電を行うことができる内視鏡システムを提供する。【解決手段】プロセッサ１０に設けられたソケット部１１と、内視鏡１に設けられ、ソケット部１１に挿入されることにより内視鏡１とプロセッサ１０とを接続する内視鏡コネクタ部５と、内視鏡コネクタ部５に設けられ、プロセッサ１０から非接触で電力の供給を受けるための二次コイル１９と、ソケット部１１に内視鏡コネクタ部５が挿入された際に二次コイル１９を挟み込むように対向して配置された一対の磁極形成部５５ａ，５５ｂを有し、一対の磁極形成部５５ａ，５５ｂが互いに異なる極性の磁極を形成する際の磁場によって電力の供給を行う一次コイル２３と、を有して内視鏡システム１００を構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、プロセッサ等の外部装置によって内視鏡に対する電源供給が行われる内視鏡システムに関する。

従来、医療分野や工業分野においては、被検体内を観察する際に内視鏡システムが用いられている。内視鏡システムは、一般に、内視鏡と、プロセッサ等の外部装置と、を備えて構成されている。これら内視鏡と外部装置との接続は、内視鏡に設けられたコネクタが、外部装置に設けられたソケット部に嵌合されることにより実現され、これにより、内視鏡の撮像素子によって撮像した被検体の撮像信号（画像信号）等の外部装置への伝送、及び、外部装置から内視鏡への電源供給等を行うことが可能となっている。

ところで、近年、内視鏡システムでは、内視鏡の使用後における洗浄、消毒等のリプロセスの効率化等を目的として、外部装置との間で信号の授受や受電等を行うための金属接点を、内視鏡のコネクタから排除することが検討されている。

例えば、特許文献１には、内視鏡のコネクタ（第１コネクタ）に設けられた受電部及び画像信号送信部と、内視鏡用プロセッサ装置のソケット部（第２コネクタ）に設けられた給電部及び画像信号受信部とを、受電部と給電部とが、及び、画像信号送信部と画像信号受信部とが、第１コネクタと第２コネクタとの挿入方向に対向されるように配置した技術が開示されている。ここで、特許文献１に開示された技術では、第２コネクタの給電部と第１コネクタの受電部とを挿入方向に対向させるため、これら給電部及び受電部は、平面を有する基板と、平面の上に渦巻き状に巻き回したコイルとを有する一次コイル及部二次コイルによって構成されている。

特開２０１６−６７５３４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術のように、平面状の送電部（一次コイル）と受電部（二次コイル）とを互いに対向させることによって外部装置から内視鏡への電源供給を行う構成では、コネクタとソケット部との間の挿入方向のがたつき等によって送電・受電部間の距離が変動した際に、給電効率が低下する虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、給電効率を低下させることなく、外部装置から内視鏡への給電を行うことができる内視鏡システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様による内視鏡システムは、披検体を撮像する内視鏡と、前記内視鏡と接続可能な外部装置と、前記外部装置に設けられたソケット部と、前記内視鏡に設けられ、前記ソケット部に挿入されることにより該内視鏡と前記外部装置とを接続するコネクタ部と、前記コネクタ部に設けられ、前記外部装置から非接触で電力の供給を受けるための受電部と、前記ソケット部に前記コネクタ部が挿入された際に前記受電部を挟み込む位置に対向して配置された一対の磁極形成部を有し、一対の前記磁極形成部が互いに異なる極性の磁極を形成する際の磁場によって前記受電部への電力の供給を行う送電部と、を有するものである。

本発明の内視鏡システムによれば、給電効率を低下させることなく、外部装置から内視鏡への給電を行うことができる。

内視鏡システムの概略構成図内視鏡システムの要部を示す機能ブロック図ソケット部に内視鏡コネクタ部を接続した際の一次コイルと二次コイルとの配置を示す説明図内視鏡コネクタ部とソケット部の要部を示す斜視図内視鏡コネクタ部の斜視図第１の変形例に係り、ソケット部に内視鏡コネクタ部を接続した際の一次コイルと二次コイルとの配置を示す説明図第２の変形例に係り、ソケット部に内視鏡コネクタ部を接続した際の一次コイルと二次コイルとの配置を示す説明図

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係り、図１は内視鏡システムの概略構成図、図２は内視鏡システムの要部を示す機能ブロック図、図３はソケット部に内視鏡コネクタ部を接続した際の一次コイルと二次コイルとの配置を示す説明図、図４は内視鏡コネクタ部とソケット部の要部を示す斜視図、図５は内視鏡コネクタ部の斜視図である。

図１に示す内視鏡システム１００は、被検体の内部の被写体を撮像して撮像信号を出力する内視鏡１と、この内視鏡１が接続される外部装置としてのプロセッサ１０と、を備えて構成されている。

ここで、本実施形態のプロセッサ１０は、内視鏡１から入力された撮像信号を信号処理し、生成した映像信号をモニタ９５に出力する機能を有する。さらに、本実施形態のプロセッサ１０は、被検体を照明するための照明光を内視鏡１に供給する光源としての機能を有する。すなわち、本実施形態のプロセッサ１０は、光源一体型のプロセッサである。

内視鏡１は、被検体内に挿入される細長の挿入部２と、挿入部２の基端に設けられ、把持部を兼用して各種操作を行う操作部３と、操作部３から延出するユニバーサルコード４とを有して構成されている。また、内視鏡１は、ユニバーサルコード４の端部に設けられたコネクタ部としての内視鏡コネクタ部５により、プロセッサ１０に対して着脱自在に構成されている。

挿入部２は、先端側に設けられた硬質の先端部２ａと、先端部２ａの基端に連設された湾曲自在な湾曲部２ｂと、湾曲部２ｂの基端から操作部３の先端にかけて設けられた可撓性を有する可撓管部２ｃと、を備えて構成されている。

ここで、図２に示すように、先端部２ａには観察部位に照明光を照射する照明光学系１５が設けられ、この照明光学系１５には、ライトガイド１６が光学的に接続されている。また、先端部２ａには、観察部位からの反射光を取り込むための対物光学系１７が設けられ、この対物光学系１７には後述する撮像ユニット３１が光学的に接続されている。

また、湾曲部２ｂには、図示しない複数の湾曲駒が配設され、操作部３に設けられた湾曲操作ノブ３ａに連結される湾曲ワイヤにより、複数の湾曲駒を駆動して湾曲部２ｂを所望の方向に湾曲させることが可能となっている。

例えば、図１，３，４に示すように、内視鏡コネクタ部５は、略立方体をなす嵌合部６を先端側に有する。本実施形態において、この内視鏡コネクタ部５は、プロセッサ１０との間で行われる各種信号の送受信、及び、プロセッサ１０から供給される駆動電源の受電等を、電気接点を介在させることなく行う無接点式（非接触式）のコネクタによって構成されている。

具体的には、内視鏡コネクタ部５は、プロセッサ１０との間で行われる各種信号の送受信を、光通信によって行うことが可能となっている。このため、内視鏡コネクタ部５の嵌合部６の端部には、プロセッサ１０との間で光学的な接続を実現するためのプラグ１８が設けられている。

また、内視鏡コネクタ部５は、プロセッサ１０からの駆動電源の受電を、電磁誘導結合によって行うことが可能となっている。このため、内視鏡コネクタ部５の嵌合部６の内部には、プロセッサ１０において発生させた磁場（電磁場）を受けるための受電部としての二次コイル１９が設けられている。

さらに、内視鏡コネクタ部５の端部には、ライトガイド１６の基端が突出されている。

一方、図３に示すように、プロセッサ１０の内部には、内視鏡コネクタ部５と着脱自在なソケット部１１が設けられている。

このソケット部１１には、プロセッサ１０の前面に略矩形形状をなして開口する嵌合凹部１２がもうけられ、この嵌合凹部１２には内視鏡コネクタ部５の嵌合部６が挿抜可能となっている。

また、嵌合凹部１２の奥部（挿入方向の端面）には、光レセプタクル２１と、ライトガイド受容部２２と、が設けられている。そして、これら光レセプタクル２１及びライトガイド受容部２２は、嵌合部６が嵌合凹部１２に嵌合された際に（すなわち、内視鏡コネクタ部５がソケット部１１に接続された際に）、プラグ１８及びライトガイド１６とそれぞれ光学的に接続することが可能となっている。

さらに、ソケット部１１の内部には、嵌合凹部１２に近接する位置に、送電部としての一次コイル２３が設けられている。そして、この一次コイル２３は、嵌合部６が嵌合凹部１２に嵌合された際に（すなわち、内視鏡コネクタ部５がソケット部１１に接続された際に）、二次コイル１９と電磁的に接続することが可能となっている。

次に、内視鏡システム１００の主要な機能構成について、図２を参照して説明する。

図２に示すように、内視鏡１は、先端部２ａに配設された撮像ユニット３１と、撮像ユニット３１を駆動制御する撮像制御部３２と、プロセッサ１０から送信された光信号を受信する受信部３３と、撮像ユニット３１によって撮像した被検体の撮像信号を含む各種電気信号を光信号に変換してプロセッサ１０に送信する送信部３４と、二次コイル１９に接続された電源生成部３５と、を有する。

撮像ユニット３１は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の撮像素子を有する。この撮像ユニット３１は、対物光学系１７で集光した光を受光して電気信号に光電変換し、この電気信号に対してノイズ除去やＡ／Ｄ変換等を行うことにより、所定の撮像信号を生成する。

撮像制御部３２は、プロセッサ１０から受信した設定データに従って、撮像ユニット３１の駆動制御を行う。さらに、撮像制御部３２は、送信部３４が光信号をプロセッサ１０に送信する際の送信出力特性等を制御する。

受信部３３は、プラグ１８を介してプロセッサ１０から受信した光信号を所定の波長帯域毎に分岐する波長分岐部３３ａと、波長分岐部３３ａが分岐した光信号を受光して撮像制御部３２にタイミング信号を出力する受光部３３ｂと、波長分岐部３３ａが分岐した光信号を受光して撮像制御部３２に設定データを出力する受光部３３ｃと、を有する。波長分岐部３３ａは、ローパスフィルタ等を用いて構成されている。また、受光部３３ｂ，３３ｃは、フォトダイオード等の光電変換素子を用いて構成されている。

送信部３４は、撮像ユニット３１から入力された撮像信号を光信号に変換する発光部３４ａと、撮像制御部３２から入力された設定データ等の電気信号を光信号に変換する発光部３４ｂと、各発光部３４ａ，３４ｂがそれぞれ発光した光信号を多重化し、プラグ１８を介してプロセッサ１０に出力する波長多重部３４ｃと、を有する。発光部３４ａ，３４ｂは、面発光レーザ等の発光素子を用いて構成されている。

電源生成部３５は、例えば、二次コイル１９に誘導された電流により充電されるコンデンサと、コンデンサに充電された電圧から所望の電圧を生成する電圧安定化回路等を有し、撮像ユニット３１や撮像制御部３２等の内視鏡１の各部に駆動電源を供給する。

プロセッサ１０は、受信部４１と、画像処理部４２と、制御部４３と、送信部４４と、光源部４５と、電源制御部４６と、を有する。

受信部４１は、光レセプタクル２１を介して内視鏡コネクタ部５から受信した光信号を所定の波長帯域毎に分岐する波長分岐部４１ａと、波長分岐部４１ａが分岐した光信号を受光して撮像信号等の電気信号に変換し、画像処理部４２に出力する受光部４１ｂと、波長分岐部４１ａが分岐した光信号を受光して設定データ等の電気信号に変換し、制御部４３に出力する受光部４１ｃと、を有する。

画像処理部４２は、受光部４１ｂから入力された撮像信号をもとに、制御部４３からの制御信号に従い、モニタ９５が表示する内視鏡画像を生成する。

制御部４３は、内視鏡システム１００を統括的に制御する。例えば、制御部４３は、撮像ユニット３１の撮像素子を駆動するための駆動用のタイミング信号を生成し、送信部４４に出力する。また、制御部４３は、撮像制御のための設定データ等を送信部４４に出力する。

送信部４４は、制御部４３から入力されたタイミング信号を光り信号に変換する発光部４４ａと、制御部４３から入力された設定データ等の電気信号を光信号に変換する発光部４４ｂと、各発光部４４ａ，４４ｂがそれぞれ発光した光信号を多重化し、光レセプタクル２１を介して内視鏡コネクタ部５に出力する波長多重部３４と、を有する。

光源部４５は、ハロゲンランプ或いは発光素子等の光源を有し、制御部４３からの制御信号に従い、ライトガイド１６に照明光を供給する。

電源制御部４６は、商用の電源９６から供給された交流電流を安定化させた後、一次コイル２３に供給する。これにより、電源制御部４６は、所定周波数にて周期的に変化する磁束を、一次コイル２３において発生させる。

次に、このような内視鏡システム１００において、内視鏡コネクタ部５及びソケット部１１に配置された二次コイル１９及び一次コイル２３の詳細な構成について説明する。

例えば、図３〜５に示すように、二次コイル１９は、フェライト等によって形成された短尺な第２の磁心５１と、この第２の磁心５１に巻回された第２のコイル部５２と、を有して構成されている。

この二次コイル１９は、ソケット部１１に対する内視鏡コネクタ部５の挿入方向と直交する方向に第２の磁心５１の中心軸Ｏが指向するように、嵌合部６内において位置決めされている。

より具体的には、本実施形態の二次コイル１９は、ソケット部１１に対して内視鏡コネクタ部５が接続された際に、例えば、第２の磁心５１が嵌合凹部１２内に配置され、且つ、第２の磁心５１の中心軸Ｏがプロセッサ１０の上下方向に指向するように、嵌合部６内に配置されている。すなわち、二次コイル１９は、一次コイル２３からの磁場を受けるための面である磁心５１の各端面が、受電面５１ａ，５１ｂとして、内視鏡コネクタ部５の挿入方向の端面とは異なる側面（例えば、内視鏡コネクタ部５の挿入方向の端面と直交する側面）に沿って延在するように配置されている。

例えば、図３，４に示すように、一次コイル２３は、フェライト等によって形成された第１の磁心５５と、この第１の磁心５５の一部に巻回された第１のコイル部５６と、を有して構成されている。

第１の磁心５５は、各端部が互いに対向するように、略Ｃ字状に屈曲形成されている。第１の磁心５５の各端部は磁極形成部５５ａ，５５ｂとしてそれぞれ機能するものであり、各磁極形成部５５ａ，５５ｂは、第１のコイル部５６が通電によって励磁された際に、互いに異なる極性の磁極を形成することが可能となっている。

この一次コイル２３は、ソケット部１１の内部において、一対の磁極形成部５５ａ，５５ｂが、嵌合凹部１２を挟んで対向するように位置決めされた状態で配置されている。

より具体的には、本実施形態の一次コイル２３は、ソケット部１１に対して内視鏡コネクタ部５が接続された際に、例えば、一対の磁極形成部５５ａ，５５ｂが二次コイル１９を挟み込み、且つ、一対の磁極形成部５５ａ，５５ｂが第２の磁心５１の中心軸Ｏと同軸上においてプロセッサ１０の上下方向に対向するように、ソケット部１１の内部に配置されている。

そして、このように内視鏡コネクタ部５及びソケット部１１に二次コイル１９及び一次コイル２３が配置されることにより、内視鏡コネクタ部５がソケット部１１に接続された際には、二次コイル１９が一次コイル２３と電磁的に接続することが可能となっている。

そして、電源制御部４６から第１のコイル部５６に所定周波数の交流電流が供給されることにより、一次コイル２３には所定周期毎に極性が交互に反転する磁場が発生する。これにより、一次コイル２３と二次コイル１９とが電磁誘導結合され、一次コイル２３側から二次コイル１９側への電源供給が実現される。

ここで、このような電源供給時において発生する電磁波が他の電子部品等に影響を与えることを防止するため、例えば、図３に示すように、ソケット部１１の内部にシールド材６１が設けられていることが望ましい。さらに、ソケット部１１と内視鏡コネクタ部５との接続部からの電磁波の漏れを防止するため、内視鏡コネクタ部５の嵌合部６の基端側においても、シールド材６２が設けられていることが望ましい。

このような実施形態によれば、プロセッサ１０に設けられたソケット部１１と、内視鏡１に設けられ、ソケット部１１に挿入されることにより内視鏡１とプロセッサ１０とを接続する内視鏡コネクタ部５と、内視鏡コネクタ部５に設けられ、プロセッサ１０から非接触で電力の供給を受けるための二次コイル１９と、ソケット部１１に内視鏡コネクタ部５が挿入された際に二次コイル１９を挟み込むように対向して配置された一対の磁極形成部５５ａ，５５ｂを有し、一対の磁極形成部５５ａ，５５ｂが互いに異なる極性の磁極を形成する際の磁場によって電力の供給を行う一次コイル２３と、を有して内視鏡システム１００を構成することにより、給電効率を低下させることなく、プロセッサ１０からの内視鏡１への給電を行うことができる。

すなわち、一次コイル２３に設けられた一対の磁極形成部５５ａ，５５ｂを対向して配置することにより、一次コイル２３は、一対の磁極形成部５５ａ，５５ｂの間において、磁束を発散させることなく、磁束を形成する磁力線が略平行となる均一な磁場を発生させることができる。そして、ソケット部１１に内視鏡コネクタ部５が接続された際には、このように配置された一対の磁極形成部５５ａ，５５ｂにより、二次コイル１９の受電面５１ａ，５１ｂを挟み込まれることにより、内視鏡コネクタ部５のがたつき等によって二次コイル１９の位置が中心軸Ｏ方向に変化した場合にも、一対の磁極形成部５５ａ，５５ｂから受電面５１ａ，５１ｂが受ける磁束を減少させることがなく、給電効率の低下を的確に防止することができる。

ここで、上述の実施形態においては、第１の磁心５５の一部に第１のコイル部５６を巻き付けた構成の一例について説明したが、例えば、図６に示すように、第１の磁心５５の略全域にわたって第１のコイル部５６を巻き付けて一次コイル２３を構成することも可能である。

また、例えば、図７に示すように、一次コイル２３を第１の一次コイル２３Ａと第２の一次コイル２３Ｂとで分割形成し、これらの磁極形成部５５ａ，５５ｂが、嵌合凹部１２を挟んで対向するようにソケット部１１の内部に配置することも可能である。

なお、本発明は、以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲内である。

１ … 内視鏡
２ … 挿入部
２ａ … 先端部
２ｂ … 湾曲部
２ｃ … 可撓管部
３ … 操作部
３ａ … 湾曲操作ノブ
４ … ユニバーサルコード
５ … 内視鏡コネクタ部
６ … 嵌合部
１０ … プロセッサ
１１ … ソケット部
１２ … 嵌合凹部
１５ … 照明光学系
１６ … ライトガイド
１７ … 対物光学系
１８ … プラグ
１９ … 二次コイル
２１ … 光レセプタクル
２２ … ライトガイド受容部
２３ … 一次コイル
２３Ａ … 第１の一次コイル
２３Ｂ … 第２の一次コイル
３１ … 撮像ユニット
３２ … 撮像制御部
３３ … 受信部
３３ａ … 波長分岐部
３３ｂ … 受光部
３３ｃ … 受光部
３４ … 送信部
３４ａ … 発光部
３４ｂ … 発光部
３４ｃ … 波長多重部
３５ … 電源生成部
４１ … 受信部
４１ａ … 波長分岐部
４１ｂ … 受光部
４１ｃ … 受光部
４２ … 画像処理部
４３ … 制御部
４４ … 送信部
４４ａ … 発光部
４４ｂ … 発光部
４５ … 光源部
４６ … 電源制御部
５１ … 第２の磁心
５１ … 磁心
５１ａ，５１ｂ … 受電面
５２ … 第２のコイル部
５５ … 第１の磁心
５５ａ，５５ｂ … 磁極形成部
５６ … 第１のコイル部
６１ … シールド材
６２ … シールド材
９５ … モニタ
９６ … 電源
１００ … 内視鏡システム
Ｏ … 中心軸

Claims

披検体を撮像する内視鏡と、
前記内視鏡と接続可能な外部装置と、
前記外部装置に設けられたソケット部と、
前記内視鏡に設けられ、前記ソケット部に挿入されることにより該内視鏡と前記外部装置とを接続するコネクタ部と、
前記コネクタ部に設けられ、前記外部装置から非接触で電力の供給を受けるための受電部と、
前記ソケット部に前記コネクタ部が挿入された際に前記受電部を挟み込む位置に対向して配置された一対の磁極形成部を有し、一対の前記磁極形成部が互いに異なる極性の磁極を形成する際の磁場によって前記受電部への電力の供給を行う送電部と、
を有することを特徴とする内視鏡システム。
前記送電部は、一対の前記磁極形成部を両端に有し、中途が前記ソケット部に挿入された前記コネクタ部の挿入方向の端面と対向するように屈曲形成されたコイルである
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
前記ソケット部の内部に前記送電部を囲うように配置された、電力の供給時に発生する電磁波を遮断するシールド材
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
前記受電部は、板状に形成され、かつ、前記コネクタ部の一面であり前記ソケット部への挿入方向の端面とは異なる側面に沿って配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。