JP5279367B2

JP5279367B2 - 内視鏡

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Publication number: JP5279367B2
Application number: JP2008172384A
Authority: JP
Inventors: 恒喜山本; 一昭高橋; 孝矢代; 亮北野; 和重山本
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: US8388376B2; EP2140802A1; JP2010011918A; US20090306475A1

Description

本発明は、挿入部の先端に撮像素子を備える内視鏡に関するものである。

内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部と、この挿入部に連設される操作部を有する。挿入部は、先端から順に、先端部、湾曲部、及び可撓管部を有する。先端部には、観察窓、照明窓、鉗子出口、送気・送水口等が設けられている。湾曲部は、操作部に設けたアングルノブを回転操作することで上下左右方向のいずれにも湾曲する。これにより、被検体内への挿入性をスムーズにし、また、先端部を被検体内の所望の方向に向けることができる。

先端部には、観察窓を通して被検体内を撮像するための撮像素子が内蔵されており、この撮像素子の回路基板に接続された信号ケーブルが挿入部の中に配されている。挿入部にはその他に、湾曲部を湾曲させるためのアングルワイヤーや、照明窓へ光源装置からの照明光を導くライトガイドなどが配されている。また、超音波内視鏡においては、上記内容物に加えて先端部に配された超音波振動子と、この超音波振動子に接続される信号ケーブルとを有する。

撮像素子の回路基板に接続される信号ケーブルとしては、複数の同軸ケーブルを束ねた多芯ケーブルが用いられる。同軸ケーブルは、中心に位置する芯線（信号線）と、この芯線を覆う絶縁体と、絶縁体の上を覆う編組線と、編組線を覆う外皮とからなる。同軸ケーブルは、芯線と編組線が、回路基板の電極（端子）にそれぞれ接続される。芯線は撮像素子とプロセッサ装置との間で電気信号の送受信を行う信号線として、編組線はプロセッサ装置のアースに接地されるグランド線として使用される（特許文献１）。
特開２００１−９５７５８号公報

内視鏡の湾曲部は、被検体内に挿入されて種々の形状に曲げられるため、挿入部の内容物は、その曲げに応じて挿入部の径方向、長手方向に移動する。このため、上記多芯ケーブルに曲げや引っ張りの力が加わり、回路基板の電極に接続された部分に断線やハンダ付け箇所の剥離などの不都合が生じるおそれがある。

これは、上述したような同軸ケーブルを束ねた多芯ケーブルを撮像素子との接続に用いた場合、信号線として用いられる芯線について特に問題となっていた。というのは、グランド線として使用される編組線は、同軸ケーブルの外皮を剥がして引き出され、網の状態から太い一本の線にまとめた状態にして電極に接続されるため高い耐久性を有する。これに対して、芯線は、もともと一本の線であるため、編組線よりは強度的に劣るからである。上記特許文献１では、芯線に断線などがあることについて論じておらず、その対策も当然ながら講じていない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、挿入部先端に内蔵された回路基板に接続される信号ケーブルの断線や接続箇所の剥離を防止することが可能な内視鏡を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部と、前記挿入部の先端に設けられた固体撮像素子と信号の遣り取りをし、複数の端子が設けられている回路基板と、前記挿入部の内部に挿設され、中央に配された信号線及びこの信号線の回りに絶縁体を介して配されたグランド線からなり、前記端子に接続される複数の同軸ケーブルとを備え、前記回路基板は、複数の前記端子として、前記グランド線が接続されるアース端子と、前記信号線が接続される入出力端子とを有し、前記アース端子と前記入出力端子とが交互に配列され、前記信号線は、前記グランド線よりも長く同軸ケーブルから引き出されており、互いに隣接する前記同軸ケーブル、または互いに先隣に位置する前記同軸ケーブルから引き出された前記信号線を互いに交差させて、前記グランド線よりも弛ませた状態で前記信号線が前記端子に接続されていることを特徴とする。

前記信号線は、同一の同軸ケーブルから引き出された前記グランド線を挟んで前記入出力端子とは反対側の位置から折り返され、該グランド線を乗り越えて前記入出力端子に接続されることが好ましい。なお、前記信号線は、前記同軸ケーブルより引き出された長さが前記グランド線よりも０．５ｍｍ以上長いことが好ましい。

本発明によれば、回路基板は、複数の前記端子として、グランド線が接続されるアース端子と、信号線が接続される入出力端子とを有し、アース端子と入出力端子とが交互に配列されており、信号線及びこの信号線の回りに絶縁体を介して配されたグランド線からなる同軸ケーブルは、信号線がグランド線よりも長く同軸ケーブルから引き出されており、互いに隣接する前記同軸ケーブル、または互いに先隣に位置する同軸ケーブルから引き出された信号線を互いに交差させて、グランド線よりも弛ませた状態で、固体撮像素子と信号の遣り取りをする回路基板に設けられた複数の端子に信号線が接続されているので、回路基板に接続される信号線、グランド線の断線や接続箇所の剥離を防止することができる。

図１に示すように、内視鏡システム２は、電子内視鏡１０、プロセッサ装置１１、光源装置１２及び送気・送水装置１３などから構成されている。送気・送水装置１３は、光源装置１２に内蔵され、空気の送気を行う周知の送気装置１３ａと、光源装置１２の外部に設けられ、洗浄水を貯留する洗浄水タンク１３ｂから構成されている。プロセッサ装置１１の前面には、プロセッサ装置１１の電源をオン／オフするための電源スイッチ１４が設けられ、光源装置１２の前面には、光源装置１２の電源をオン／オフする電源スイッチ１５、及び光源（図示せず）を点灯／消灯するための点灯スイッチ１６が設けられている。

電子内視鏡１０は、被検体内に挿入される挿入部１７と、挿入部１７の基端部分に連設された操作部１８と、プロセッサ装置１１や光源装置１２に接続されるユニバーサルコード１９とを備えている。ユニバーサルコード１９の先端には、コネクタ２０が取り付けられている。コネクタ２０は複合タイプのコネクタであり、プロセッサ装置１１、及び光源装置１２がそれぞれ接続されている。プロセッサ装置１１は、ユニバーサルコード１９及びコネクタ２０を介してＣＣＤ３８（図４参照）から入力された撮像信号に各種画像処理を施して、映像信号に変換するとともに、ＣＣＤ３８の駆動を制御する駆動制御信号を送信する。プロセッサ装置１１で変換された映像信号は、プロセッサ装置１１にケーブル接続されたモニタ５５に内視鏡画像として表示される。また、プロセッサ装置１１は、光源装置１２と電気的に接続しており、内視鏡システム２全体の動作を統括的に制御する。

挿入部１７は、先端から順に、先端部１７ａ、湾曲部１７ｂ、及び可撓管部１７ｃとで構成されている。先端部１７ａは、硬質な金属材料等で形成され、被検体内撮影用の撮像素子であるＣＣＤ３８（図４参照）などが内蔵される。また、可撓管部１７ｃは、操作部１８と湾曲部１７ｂとの間を細径で長尺状に繋ぐ部分であり、可撓性を有している。

図２において、可撓管部１７ｃは、内側より順に可撓性を保ちながら内部を保護するフレックスと呼ばれる螺管２１と、この螺管２１の上に被覆され螺管２１の伸張を防止するブレードと呼ばれるネット２２と、このネット２２上に樹脂を被着した外層２３との３層で構成されている。可撓管部１７ｃの内部には、照明光を導くためのライトガイド２４，２５、鉗子チャンネル２６、送気・送水チャンネル２７、多芯ケーブル２８、アングルワイヤー２９等の複数本の内容物を遊挿した構成になっている。

アングルワイヤー２９は、先端部１７ａに固定されるとともに、密着コイルパイプ２９ａの中に挿通され、操作部１８に設けられたアングルノブ３０（図１参照）の操作に連動して密着コイルパイプ２９ａの内部で押し引きされる。湾曲部１７ｂは、複数の湾曲駒を連結して構成され、アングルワイヤー２９の移動に連動して上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部１７ａが体腔内の所望の方向に向けられ、被検体内の観察部位をＣＣＤ３８で撮像することができる。

図３及び図４において、先端部１７ａの端面には、観察窓３１、照明窓３２，３３、鉗子出口３４、送気・送水ノズル３５などが設けられている。観察窓３１の奥には、被検体内の像光を取り込むための対物光学系３６が配設されている。対物光学系３６を経由した観察部位の像光は、プリズム３７に入射してプリズム３７の内部で屈曲することでＣＣＤ３８の撮像面３８ａに結像する。プリズム３７は、後述するカバーガラス３９に接続されている。

照明窓３２，３３は、照明用レンズの一部が組み込まれており、この照明用レンズには、ライトガイド２４，２５の出射端が面している。ライトガイド２４，２５は、多数の光ファイバー（例えば、石英からなる）を束ねて形成されたものである。ライトガイド２５、２６は、挿入部１７、操作部１８、ユニバーサルコード１９、及びコネクタ２０の内部を通っており、コネクタ２０が光源装置１２に接続されたとき、光源装置１２から発する照明光を、照明窓３２，３３へ導いて被検体内の被観察部位に照射させる。

また、送気・送水ノズル３５は、送気・送水チャンネル２７に連結されており、操作部１８に設けられた送気・送水ボタン４０（図１参照）を操作することによって送気・送水装置１３から供給されるエアー及び洗浄水を観察窓３１へ噴射して洗浄することができる。鉗子出口３４は、鉗子チャンネル２６に連通している。操作部１８に設けられた鉗子口４１（図１参照）から鉗子チャンネル２６へ、被検体への処置を施す各種処置具が挿入される。

ＣＣＤ３８は、例えばインターライン型のＣＣＤからなり、撮像面３８ａが表面に設けられたベアチップが用いられる。ＣＣＤ３８の撮像面３８ａ上には、四角枠状のスペーサ４２を介して矩形板状のカバーガラス３９が取り付けられている。

図５に示すように、ＣＣＤ３８の後端面には、ＣＣＤ３８と略同等の厚さをもつ回路基板４３が接着されている。ＣＣＤ３８の、挿入部１７の後端側の辺縁部３８ｂには、端子４４が集中配置されている。一方、回路基板４３には、辺縁部３８ｂに対向する挿入部１７の先端側の辺縁部４３ａに、端子４５が集中して配置されている。端子４４と端子４５とは、ボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。

また、回路基板４３の端子４５の後端側には、後述する信号線及び編組線がそれぞれ半田付けされる入出力端子４６及びアース端子４７が設けられている。図５、図８及び図９では、入出力端子４６及びアース端子４７を判別しやすいようにアース端子４７にハッチングを施している。入出力端子４６及びアース端子４７は、挿入部１７の管軸の方向（軸方向）と直交する径方向に沿って一列に配列されている。入出力端子４６及びアース端子４７には、多芯ケーブル２８が接続されている。

多芯ケーブル２８は、複数の同軸ケーブル４８を束ね、この束ねた同軸ケーブル４８の上を外皮４９が覆っている（図２も参照）。多芯ケーブル２８は、回路基板４３近傍の一端側で外皮４９が除去され、複数の同軸ケーブル４８を露呈している。

図６において、各同軸ケーブル４８は、信号線５０と、この信号線５０を被覆する絶縁体５１、絶縁体５１を介して信号線５０を覆う編組線５２（グランド線）、編組線５２のさらに上を覆う外皮５３から構成される。同軸ケーブル４８は、回路基板４３の近傍で外皮５３の一部が除去されるとともに、信号線５０及び編組線５２が引き出される。

図５に戻って、信号線５０は、編組線５２よりも弛ませた状態で、回路基板４３の入出力端子４６にハンダ付けされる。編組線５２は、それを構成する編組された複数の線が束ねられて、見かけ上一本の太線にした状態で、アース端子４７にハンダ付けされる。

図７に示すように、信号線５０の弛みは、同軸ケーブル４８から引き出されて、同軸ケーブル４８の外皮５３から外部に露呈される長さ（外部露呈長さ）Ｌ１を、編組線５２の外部露呈長さＬ２よりも長くする（Ｌ１＞Ｌ２）ことにより設けられる。信号線５０と編組線５２の外部露呈長さＬ１、Ｌ２の差は、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。このように、信号線５０の外部露呈長さが編組線５２よりも長く、信号線５０に弛みがあれば、多芯ケーブル２８が挿入部１７の基端側に引っ張られたときに各同軸ケーブル４８にかかる負荷は、外部露呈長さが短い編組線５２が担うことになる。信号線５０に対しては、その負荷がかからないか、あるいは、かかったとしても僅かであるので、信号線５０の断線や信号線５０のハンダ付け箇所の剥離を防止することができる。

一方、同軸ケーブル４８の引っ張り力を担う編組線５２は、複数の線が束ねられているため、引っ張りに対する耐久性が高く断線するおそれがない。また、編組線５２は、同様の理由から、ハンダとの接触面積も多いため、ハンダとの接続強度が高く、ハンダ付け箇所から剥離することもない。

また、図５に示すように、回路基板４３には、信号線５０が接続される入出力端子４６と同数のアース端子４７が設けられており、両者は交互に配置されている。そして、各アース端子４７には、各同軸ケーブル４８から引き出された編組線５２が１本ずつ接続される。

また、各同軸ケーブル４８から引き出される信号線５０は、隣接する同軸ケーブル４８の信号線５０と交差させることで、最短距離にある入出力端子４６よりも遠い入出力端子４６に接続されている。これは、信号線５０の曲率を小さくするための工夫である。

すなわち、図８（Ａ）に示すように、信号線５０を交差させずに、最短距離にある入出力端子４６に信号線５０を接続したと比較して、図８（Ｂ）に示すように、信号線５０を交差させて、最短距離よりも遠い入出力端子４６に接続する方が、信号線５０に同じ弛み量Ｓを持たせた場合の曲率が、小さくなる。ここで、弛み量Ｓは、同軸ケーブル４８が引き出される信号線５０の基端と入出力端子４６までの直線距離Ｄ１、Ｄ２を弦、弛みを持たせた信号線５０の軌跡を弧としたときに、弧から弦に降ろした垂線の最大長とする。弛み量Ｓが同じであれば、弦が長いほど、弧の曲率は小さくなる。信号線５０を交差させると、その直線距離Ｄ２は、交差させない場合の直線距離Ｄ１よりも長いので、信号線５０の曲率は小さくなる。

信号線５０の曲率が大きすぎると、信号線５０が折れ曲がって塑性変形し元の状態に戻らなくなるという、いわゆるキンクが発生する可能性が高まる。信号線５０を交差させることにより、弛みを持たせた信号線５０の曲率が抑えられるので、キンクの発生が防止される。

もちろん、信号線５０を交差させなくとも、入出力端子４６とアース端子４７の間隔を大きくとれば、直線距離Ｄを長くとることができるので、曲率を抑えることはできる。しかし、間隔を大きくとることは回路基板４３の大型化につながる。本例のように、信号線５０を交差させることで、回路基板４３を大型化することなく、信号線５０の曲率を抑えることができる。

なお、本例においては、各信号線５０を、隣接する同軸ケーブル４８の信号線５０と交差させているが、隣接する同軸ケーブル４８ではなく、その先隣の同軸ケーブル４８の信号線５０と交差させてもよい。

上記構成の作用について、内視鏡システム２で検査を行う際には、電子内視鏡１０のコネクタ２０，１９をプロセッサ装置１１及び光源装置１２に差し込み、プロセッサ装置１１と光源装置１２とを接続した状態でプロセッサ装置１１及び光源装置１２の電源スイッチ１４，１５、及び点灯スイッチ１６をそれぞれオンする。電源スイッチ１４，１５がオンされると、プロセッサ装置１１、光源装置１２の各部に電力が供給されるとともに、プロセッサ装置１１から電子内視鏡１０へ電力が供給され、ＣＣＤ３８が起動する。

光源装置１２の光源が点灯するとともに、ＣＣＤ３８が起動して被検体内の撮像が開始されて検査が行われているとき、術者は、観察方向を変える場合には、アングルノブ３０を操作することにより湾曲部１７ｂを湾曲させて可撓管部１７ｃに対する先端部１７ａの角度を変える。湾曲部１７ｂが様々な形状に湾曲することによって、同軸ケーブル４８の信号線５０及び編組線は、先端部１７ａの軸方向及び径方向にそれぞれ引っ張られたり、捩られたりする。この場合でも、上述したように、信号線５０は編組線５２に対して弛ませるようにして回路基板４３に接続されているため、引っ張りや捩りを受けたときの負荷は、主に編組線５２にかかる。これによって、信号線５０が断線したり、ハンダ付け箇所が剥離することを防ぐことができる。編組線５２は、信号線５０と比較して、耐久性及び接続強度が高いので、引っ張りや捩りを受けても断線や、ハンダ付け箇所の剥離の心配がない。

上記第１実施形態では、複数の同軸ケーブル４８の編組線５２を１本ずつ別々のアース端子４７に接続した例で説明したが、図９に示すように、複数の同軸ケーブル４８の編組線５２をまとめて１つのアース端子６０に接続してもよい。図９に示す回路基板６１は、入出力端子４６とアース端子６０を軸方向と直交する径方向に一列に配置されている点は、上述の回路基板４３と共通している。相違点は、１つのアース端子６０を複数の編組線５２の共通端子として使用していること、さらに、アース端子６０が配列方向の中央に配置されており、その両端に入出力端子４６が配置されていることの２点である。また、アース端子６０は、複数の編組線５２を接続できるように、上記第１実施形態のアース端子４７と比較して、幅ｄが広い。

アース端子６０を共通端子とすることで、複数の編組線５２を１回のハンダ付けでまとめて接続することができる。こうすれば、編組線５２を１つずつ端子にハンダ付けする場合と比較して、ハンダ６２（点線で示す）と複数の編組線５２の接続強度を向上させることができる。また、アース端子６０を中央に配置して、入出力端子４６を両端に配置したことで、中央よりに位置する２本の同軸ケーブル４８から引き出された２本の信号線５０を、上記第１実施形態の信号線５０のように、隣接する同軸ケーブル４８の信号線５０と交差させることができ、上記直線距離Ｄを長くとることができる。これにより、弛ませた信号線５０の曲率が抑えられ、キンクが防止される。

なお、本例では、共通端子として使用されるアース端子６０を中央に配置した例で説明したが、アース端子６０を中央に配置しなくてもよい。アース端子６０を中央に配置しなくても、複数の編組線５２の共通端子として使用すれば接続強度を向上するという効果は得られる。また、例えば、２つのアース端子に、編組線５２を２本ずつ１組にして接続するというように、共通端子として使用されるアース端子を複数個設けてもよい。

上記実施形態よりもさらに信号線を弛ませた状態で端子に接続する一例を、図１０に示す。図１０に示す同軸ケーブル６５を構成する信号線６６は、接続されるべき入出力端子４６と編組線５２を間に挟んで反対側の位置から折り返し、編組線５２を乗り越えて入出力端子４６に接続される。この信号線６６を折り返して接続する点を除いて、同軸ケーブル６５は、上記実施形態の同軸ケーブル４８と同様の構成である。このように信号線６６を折り返して接続している分だけ、上記実施形態の信号線５０よりも弛ませた状態で入出力端子４６に接続させることができる。

また、１つのアース端子６０を複数の編組線５２の共通端子として使用する場合においても、図１１に示すように、信号線６６を、接続されるべき入出力端子４６と編組線５２を間に挟んで反対側の位置から折り返し、編組線５２を乗り越えて入出力端子４６に接続させてもよい。この場合も、信号線６６が折り返されているので、上述した図９に示す例よりも信号線を弛ませた状態で接続させることができる。

さらにまた、上記実施形態では、電子内視鏡１０を例示しているがこれに限らず、超音波トランスデューサが先端部１７ａに一体化された超音波内視鏡や、光学的イメージガイドを採用して被検体の状態を観察する内視鏡（ファイバースコープ）にも適用することができる。

内視鏡システムの外観図である。可撓管部の内部を示す断面図である。先端部の端面を示す平面図である。先端部の内部を側面から視た断面図である。ＣＣＤ及び回路基板周辺の構成を示す平面図である。同軸ケーブルの内部を示す断面図ある。信号線及び編組線の長さを示す平面図である。信号線及び編組線の弛み量を示す平面図である。第２実施例を適用したＣＣＤ及び回路基板周辺の構成を示す平面図である。第１実施例の変形例を示す平面図である。第２実施例の変形例を示す平面図である。

符号の説明

２内視鏡システム
１０電子内視鏡
１１プロセッサ装置
１７挿入部
１７ａ先端部
２８多芯ケーブル
３８ＣＣＤ
４３、６１回路基板
４６入出力端子
４７，６０アース端子
４８，６５同軸ケーブル
５０，６６信号線
５１絶縁体
５２編組線

Claims

被検体内に挿入される挿入部と、
前記挿入部の先端に設けられた固体撮像素子と信号の遣り取りをし、複数の端子が設けられている回路基板と、
前記挿入部の内部に挿設され、中央に配された信号線及びこの信号線の回りに絶縁体を介して配されたグランド線からなり、前記端子に接続される複数の同軸ケーブルとを備え、
前記回路基板は、複数の前記端子として、前記グランド線が接続されるアース端子と、前記信号線が接続される入出力端子とを有し、前記アース端子と前記入出力端子とが交互に配列され、
前記信号線は、前記グランド線よりも長く同軸ケーブルから引き出されており、
互いに隣接する前記同軸ケーブル、または互いに先隣に位置する前記同軸ケーブルから引き出された前記信号線を互いに交差させて、前記グランド線よりも弛ませた状態で前記信号線が前記端子に接続されていることを特徴とする内視鏡。
前記信号線は、同一の同軸ケーブルから引き出された前記グランド線を挟んで前記入出力端子とは反対側の位置から折り返され、該グランド線を乗り越えて前記入出力端子に接続されることを特徴とする請求項１記載の内視鏡。
前記信号線は、前記同軸ケーブルより引き出された長さが前記グランド線よりも０．５ｍｍ以上長いことを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡。