JP7033364B1

JP7033364B1 - 内視鏡

Info

Publication number: JP7033364B1
Application number: JP2021189825A
Authority: JP
Inventors: 長武宮本; 広一郎原山; 正樹小平
Original assignee: 株式会社Ｓｐｉエンジニアリング
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2041-11-24
Also published as: JP2022095547A

Abstract

【課題】小型サイズであるとともに、従来構造よりも光量アップおよびケーブルを長くすることが可能な構造の内視鏡ケーブルを提供することを目的とする。【解決手段】内視鏡ケーブル１は、撮像部２と伝送ケーブル３とコネクタ部４とが順に連なって構成され、伝送ケーブル３は撮像部２に内蔵されたイメージセンサ５を外部機器Ｍ１に接続するための複数の絶縁電線６と対象物への照明のための複数の光ファイバ７とを有し、光ファイバ７の光源としてＬＥＤ９がコネクタ部４に内蔵されており、伝送ケーブル３の一端側はイメージセンサ５の外側における複数個所に光ファイバ７の出射側が配されており、伝送ケーブル３の中央部は軸線周りに集合した絶縁電線６の外側に光ファイバ７が長手方向に螺旋状に巻かれて熱収縮チューブ１６に覆われた状態で外被８に覆われている構成である。【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡に関する。

内視鏡のうち、観察対象に光を照射し反射光をイメージセンサにて受光し電気信号に変換してモニタ等に画像表示する構成は、短時間で効率的に観察対象を観察できるとともに観察画像のデータ保存が容易であることから、工業用途や医療用途で広く利用されている。

従来、固体撮像素子の周縁部に連通路を設けて光ファイバ束を挿通、配設した内視鏡が提案されている（特許文献１：特開昭６０－０８８９２３号公報）。また、ＣＭＯＳカメラの外周に光ファイバ束を配して当該光ファイバ束の外周に円形保護管を配した撮像装置が提案されている（特許文献２：特開２０１７－０９９４８５号公報）。また、カテーテル用のガイドワイヤを通す孔を設けたホルダに撮像素子を配するとともに当該撮像素子の両側に光ファイバ配した内視鏡が提案されている（特許文献３：特開２０２０－０１０７４４号公報）。市販の内視鏡としては、超極細外径のケーブルを備えたものがある（非特許文献１：「超極細工業用内視鏡カタログ」インターネット＜ＵＲＬ：https://www.spieng.com/product/pdf/catalog#0.95#1.8.pdf＞）。

特開昭６０－０８８９２３号公報特開２０１７－０９９４８５号公報特開２０２０－０１０７４４号公報

「超極細工業用内視鏡カタログ」インターネット＜ＵＲＬ：https://www.spieng.com/product/pdf/catalog#0.95#1.8.pdf＞

近年、内視鏡の需要はより高まっており、小型サイズであるとともに、細部を観察するための光量アップや観察位置などの観察条件に応じてケーブルを長くしたいとの市場からの要求がある。しかし、現行の内視鏡ケーブルは構造上、小型サイズと、光量アップおよびケーブルを長くすることの両立が困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、小型サイズであるとともに、従来構造よりも光量アップおよびケーブルを長くすることが可能な構造の内視鏡を提供することを目的とする。

一実施形態として、以下に開示する解決策により、前記課題を解決する。

本発明に係る内視鏡は、撮像部と伝送ケーブルとコネクタ部とが順に連なって構成された内視鏡ケーブルを有する内視鏡であって、前記伝送ケーブルは前記撮像部に内蔵されたイメージセンサを外部機器に接続するための複数の絶縁電線と対象物への照明のための複数の光ファイバとを有し、前記光ファイバの光源としてチップ形状のＬＥＤが前記コネクタ部に内蔵されており、前記伝送ケーブルの一端側は前記イメージセンサの外側における複数個所に前記光ファイバの出射側が配されており、前記伝送ケーブルの中央部は軸線周りに集合した前記絶縁電線の外側に前記光ファイバが長手方向に螺旋状に巻かれて熱収縮チューブに覆われた状態で外被に覆われており、前記コネクタ部の内部において前記絶縁電線は外周にテープが巻回された状態で前記光ファイバの入射側と分岐しているとともに前記光ファイバの入射側の束を囲んで第３筒状体が配されている構成であって、前記撮像部は前記イメージセンサを囲んで開口部が多角形状の第１筒状体が配されており、前記第１筒状体の外側に前記光ファイバの出射側が配されており、前記光ファイバの出射側を囲んで第２筒状体が配されており、前記外被と前記第２筒状体の外側面との両方を囲んで円形状開口部を有する第４筒状体が接着固定されている構成であることを特徴とする。

この構成によれば、複数の光ファイバを設けたことで光量アップが図れる。螺旋状に巻かれた光ファイバは熱収縮チューブに覆われているので、ほつれが防止できるとともに、伝送ケーブルの組立が容易にできる。そして、熱収縮チューブにて引き締められて外被に覆われた二重構造にしたことで細くて丈夫な構造にできる。また、光ファイバの光源としてＬＥＤがコネクタ部に内蔵されているので、小型サイズであるとともに、伝送ケーブルを長くした構成においても高い柔軟性を有する構成にできる。したがって、入り組んだ狭い場所の対象物に対して撮像部を近づけることができる。

前記絶縁電線の外周はテープが巻回された状態で前記光ファイバの入射側と分岐している構成であり、前記熱収縮チューブはエラストマー製であり、前記外被はシリコーン製であることが好ましい。この構成によれば、伝送ケーブルの他端側を光ファイバの入射側の束とテープ巻きされた絶縁電線とに分岐したことで、コネクタ部の組立が容易にできる。そして、エラストマー製の熱収縮チューブとシリコーン製の外被との二重構造にしたことで伝送ケーブルに必要な伸びや曲げ性やキンク性が得られるとともに、滅菌処理も容易にできる。

前記撮像部は前記イメージセンサを囲んで開口部が多角形状の第１筒状体が配されており、前記第１筒状体の外側に前記光ファイバの出射側が配されており、前記光ファイバの出射側を囲んで第２筒状体が配されており、前記コネクタ部は前記光ファイバの入射側の束を囲んで第３筒状体が配されている構成であることが好ましい。この構成によれば、第１筒状体と第２筒状体とによってイメージセンサおよび光ファイバを保護するとともに位置決めすることが容易にできる。尚且つ、光ファイバの入射側の束を囲んで第３筒状体が配された状態で効率的にＬＥＤからの光を入射させることが容易にできる。そして、一つのＬＥＤにすることで、合理的かつ小型にできる。前記第１筒状体は、開口部をイメージセンサの外形に対応させた形状にしており、一例として、開口部は四角形状である。前記第２筒状体は、開口部を入り組んだ狭い場所に近づけやすい形状にしており、一例として、開口部は円形状である。前記第３筒状体は、開口部をＬＥＤの出射面に対応させた形状にしており、一例として、開口部は円形状である。

一例として、前記伝送ケーブルは軸線上に前記絶縁電線の導体よりもヤング率の大きな材質からなる芯線が配されている。この構成によれば、伝送ケーブルを長くした場合においても当該伝送ケーブルに求められる柔軟性を活かして入り組んだ狭い場所の対象物に撮像部を近づけるとともに当該伝送ケーブルの復元性を高めることが容易にできるので伝送ケーブルの外径を小さくするとともに長さを長くすることが容易にできる。一例として前記芯線はピアノ線である。ここで、前記中央部の軸線上は空洞または樹脂若しくは前記絶縁電線の導体よりもヤング率の小さな材質からなる芯材にする場合がある。

本発明によれば、複数の光ファイバを設けたことで光量アップが図れる。螺旋状に巻かれた光ファイバは熱収縮チューブに覆われているので、ほつれが防止できるとともに、伝送ケーブルの組立が容易にできる。そして、熱収縮チューブにて引き締められて外被に覆われた二重構造にしたことで細くて丈夫な構造にできる。また、光ファイバの光源としてＬＥＤがコネクタ部に内蔵されているので、小型サイズであるとともに、伝送ケーブルを長くした構成においても高い柔軟性を有する構成にできる。したがって、入り組んだ狭い場所の対象物に対して撮像部を近づけることができ、従来品よりも使い勝手がよくて細部を観察することが可能な内視鏡が実現できる。

図１は本発明の実施形態に係る内視鏡ケーブルの例を示す概略の正面図である。図２Ａは図１を撮像部の先端側から視た概略の平面図であり、図２Ｂは図１における撮像部の先端側の概略の縦断面図である。図３Ａは図１における伝送ケーブルの第１例を示す概略のIIIＡ－IIIＡ断面図であり、図３Ｂは図１におけるコネクタ部の概略の内部構造図である。図４Ａは伝送ケーブルの第２例を示す横断面図であり、図４Ｂは伝送ケーブルの第３例を示す横断面図である。図５は本発明の実施形態に係る内視鏡ケーブルを適用した内視鏡の例を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して以下に詳しく説明する。本実施形態は、工場等の製造ラインや製品の不具合解析室、または医療現場などで用いられる内視鏡に適用可能な内視鏡ケーブル１である。図１に示すように、内視鏡ケーブル１は、撮像部２と伝送ケーブル３とコネクタ部４とが順に連なって構成されている。伝送ケーブル３は撮像部２に内蔵されたイメージセンサ５を外部機器Ｍ１に接続するための複数の絶縁電線６と対象物への照明のための複数の光ファイバ７とを有している。イメージセンサ５は一例としてＣＭＯＳセンサである。外部機器Ｍ１は一例としてイメージセンサ５からの出力信号を映像信号に変換する処理回路と当該映像信号に基づいて画像表示するディスプレイモニタを備える。

図２Ａは図１を撮像部２の先端側から視た概略の平面図であり、図２Ｂは図１における撮像部２の先端側の概略の縦断面図である。撮像部２の先端側において、伝送ケーブル３の一端側はイメージセンサ５の外側における複数個所に光ファイバ７の出射側７ｂが配されている。図２Ａの例では、撮像部２はイメージセンサ５を囲んで開口部が四角形状の第１筒状体１１が配されており、第１筒状体１１の外側の４つの側面にそれぞれ光ファイバ７の出射側７ｂが配されている。そして、光ファイバ７の出射側７ｂを囲んで開口部が円形状の第２筒状体１２が配されており、伝送ケーブル３の外被８と第２筒状体１２の外側面との両方を囲んで開口部が円形状の第４筒状体１４が配されている。外被８と第４筒状体１４とは、一例として接着剤によって接着固定される。なお、上記構成に限定されず、第１筒状体１１の外側の側面のうちの対向する２つの側面にそれぞれ光ファイバ７の出射側７ｂが配されている場合がある。したがって、光ファイバ７の出射側７ｂは撮像部２の外側側面に沿って２箇所ないしは４箇所で配設されている。なお、第１筒状体１１の開口部は四角形状に限られず、六角形状や八角形状など既知の多角形状にする場合がある。

図２Ａの例では、第１筒状体１１の側面の一部は、光ファイバ７の出射側７ｂが配されている場所と光ファイバ７の出射側７ｂが配されている場所とに光ファイバ７が配されていない箇所があり、イメージセンサ５と絶縁電線６との接続部分が視認可能な隙間が形成されている。これにより、前記隙間を利用してイメージセンサ５と絶縁電線６との半田付けなどの電気接続が容易にできる。図２Ｂに示すように、軸線Ｐ１に対して第１筒状体１１、第２筒状体１２及び第４筒状体１４は回転対称配置になっている。第１筒状体１１と第２筒状体１２は、それぞれニッケル、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス、鉄、またはこれらの合金からなる。また、必要に応じて、高い導電率や高い摺動性を確保するための金属めっきが施される。第１筒状体１１はイメージセンサ５と光ファイバ７とを区画しており、第１筒状体１１と第２筒状体１２とを組み合わせたことで、光ファイバ７を位置決めしつつ熱伝導作用によって撮像部２の温度上昇が防止できる。第４筒状体１４はニッケル、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス、鉄、またはこれらの合金、若しくはプラスチックなどからなる。なお、第２筒状体１２を延設して光ファイバ７を位置決めしつつ外被８を接着固定することで、第４筒状体１４を省いた構成にすることも可能である。

図３Ａは伝送ケーブル３の第１例を示す概略のIIIＡ－IIIＡ断面図であり、図３Ｂはコネクタ部４の概略の内部構造図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、複数の絶縁電線６は、３本の同軸ケーブルから構成されており、軸線Ｐ１周りに集合した絶縁電線６の外側に光ファイバ７が囲んで配されるとともに長手方向に螺旋状に巻かれて熱収縮チューブ１６に覆われた状態で外被８に覆われている構成である。熱収縮チューブ１６はエラストマー製であり、一例として、ポリオレフィン製、またはナイロン製である。外被８はシリコーン製のチューブからなる場合があり、または外被８は共重合ポリエステル樹脂などの熱可塑性樹脂若しくは熱硬化性樹脂からなる場合がある。

図３Ｂに示すように、コネクタ部４の内部は、光ファイバ７の光源としてＬＥＤ９が内蔵されており、伝送ケーブル３における絶縁電線６の外周は長手方向に沿ってテープ同士が一部重なるようにテープ２１が巻回された状態で光ファイバ７の入射側７ａと分岐している構成である。コネクタ部４の内部は、ホルダ１７の後端側にＬＥＤ９が位置決めされており、ホルダ１７の先端側に位置決めされた第３筒状体１３の貫通穴に光ファイバ７の入射側７ａの束が貫通した状態で、ＬＥＤ９から出射された光が光ファイバ７の入射側７ａの束に入射される構成である。そして、コネクタ部４の後端側に配された接続端子部１８に絶縁電線６の内部導体が半田付けなどによって電気接続されている。テープ２１は一例として片面接着層付きの樹脂フィルムまたは片面粘着剤層付きの紙テープから構成される。第３筒状体１３は一例としてフランジを有する円筒形状を呈しており、一例としてニッケル、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス、鉄、またはこれらの合金から構成される。ＬＥＤ９は、一例としてチップ形状であり、可視光を出射する構成である。伝送ケーブル３は、外周にテープ巻きされた状態の絶縁電線６の外側に光ファイバ７が長手方向に螺旋状に巻かれて熱収縮チューブ１６に覆われた状態で外被８に覆われている構成である。

絶縁電線６は、銅線や銅合金線などからなる導体線が、ポリエステル樹脂やポリウレタン樹脂などからなる絶縁被覆で覆われた構成であり、イメージセンサ５への給電、及びイメージセンサ５からの出力信号の信号伝達を行っている。光ファイバ７は、石英ガラスやプラスチックで形成される細い繊維状であって、中心部のコアと当該コアの周囲を覆うクラッドを有し、可視光を入射し伝搬して出射する構成である。

図４Ａは伝送ケーブル３の第２例を示す横断面図である。図４Ａに示すように、伝送ケーブル３は軸線上に絶縁電線６の導体よりもヤング率の大きな材質からなる芯線１５が配されている。一例として伝送ケーブル３の中央部は芯線１５としてピアノ線が配されている。この構成によれば、伝送ケーブル３を長くした場合においても当該伝送ケーブル３に求められる柔軟性を活かして入り組んだ狭い場所の対象物に撮像部２を近づけるとともに当該伝送ケーブル３の復元性を高めることが容易にできるので伝送ケーブル３の外径を小さくするとともに長さを長くすることが容易にできる。図４Ｂは伝送ケーブル３の第３例を示す横断面図である。一例として、絶縁電線６は複数の導体線が撚り合わさって構成される。これにより、単線からなる構成と比較して絶縁電線６の柔軟性をより高めることができる。なお、絶縁電線６、光ファイバ７、熱収縮チューブ１６、並びに外被８は既知の材料を適用してもよい。また、上記以外の構成として、テープ巻きに代えて、自己融着性の絶縁電線６を互いに融着させた構成にすることも可能である。

図５は本実施形態に係る内視鏡ケーブル１を適用した内視鏡１０の例を示す図である。一例として、内視鏡１０は、内視鏡ケーブル１のコネクタ部４をインターフェース部１９に接続し、インターフェース部１９のＵＳＢ端子１９ａを外部機器Ｍ１としてのパーソナルコンピュータに接続した構成である。この構成によれば、市販の外部機器Ｍ１に接続することで、対象物の観察が容易にできるので汎用性が高い。上記の構成に加えて、インターフェース部１９の機能を備えたコネクタ部４にする場合がある。または、上述のとおり、イメージセンサ５からの出力信号を映像信号に変換する処理回路と当該映像信号に基づいて画像表示するディスプレイモニタを備えた専用の外部機器Ｍ１に接続する構成とする場合がある。この構成によれば、ハンディタイプの外部機器Ｍ１によって、対象物の観察場所を選ばずに観察できる。

[実施例]
一例として、伝送ケーブル３の中央部は、軸線周りに集合した絶縁電線６の外側に光ファイバ７を長手方向に螺旋状に巻いてエラストマー製の熱収縮チューブ１６にて覆い、熱収縮チューブ１６に覆われた状態でシリコーン製のチューブからなる外被８に覆われている構成にした。そして、一辺の幅が０．６５[ｍｍ]で先端側から視て略四角形状のＣＭＯＳセンサにニッケル製の四角パイプを取り付けて伝送ケーブル３における同軸線の導体の一端をＣＭＯＳセンサに接続し、かつ、伝送ケーブル３における直径が５０[μｍ]の光ファイバ７の出射側を２０本ずつの束にして四角パイプの４箇所の側面に沿って各々配した後、光ファイバ７の出射側を囲んでステンレス製の丸パイプを取り付けて、当該丸パイプと伝送ケーブル３の外被８とのそれぞれの外周に保護パイプを取り付けた。そして、同軸線の導体の他端を接続端子部における外部接続端子に接続し、かつ、光ファイバ７の入射側の８０本の束をコネクタ部４に内蔵した筒状体に通して一つのＬＥＤ９からの出射光を入射する位置に配設した。

そして、外径が１．２[ｍｍ]、全長が１２００[ｍｍ]の内視鏡ケーブル１を作製した。内視鏡ケーブル１は、用途に応じて全長５０[ｍｍ]以上に設定することができ、また、５０００[ｍｍ]以上に設定することができる。また、伝送ケーブル３の芯線として直径０．２～０．５[ｍｍ]のピアノ線を用いることで、伝送ケーブル３に求められる柔軟性を活かして入り組んだ狭い場所の対象物に撮像部２を近づけるとともに当該伝送ケーブル３の復元性を高めることが容易にできる。この構成によって、伝送ケーブル３の外径を小さくするとともに長さを長くしても対象物への照明に必要な十分な光量を確保することができた。

本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。

１内視鏡ケーブル
２撮像部
３伝送ケーブル
４コネクタ部
５イメージセンサ
６絶縁電線
７光ファイバ
８外被
９ＬＥＤ
１０内視鏡
１１第１筒状体
１２第２筒状体
１３第３筒状体
１４第４筒状体
１５芯線
１６熱収縮チューブ
１７ホルダ
１８接続端子部
１９インターフェース部
２１テープ
Ｍ１外部機器
Ｐ１軸線

Claims

撮像部と伝送ケーブルとコネクタ部とが順に連なって構成された内視鏡ケーブルを有する内視鏡であって、前記伝送ケーブルは前記撮像部に内蔵されたイメージセンサを外部機器に接続するための複数の絶縁電線と対象物への照明のための複数の光ファイバとを有し、前記光ファイバの光源としてチップ形状のＬＥＤが前記コネクタ部に内蔵されており、前記伝送ケーブルの一端側は前記イメージセンサの外側における複数個所に前記光ファイバの出射側が配されており、前記伝送ケーブルの中央部は軸線周りに集合した前記絶縁電線の外側に前記光ファイバが長手方向に螺旋状に巻かれて熱収縮チューブに覆われた状態で外被に覆われており、前記コネクタ部の内部において前記絶縁電線は外周にテープが巻回された状態で前記光ファイバの入射側と分岐しているとともに前記光ファイバの入射側の束を囲んで第３筒状体が配されている構成であって、前記撮像部は前記イメージセンサを囲んで開口部が多角形状の第１筒状体が配されており、前記第１筒状体の外側に前記光ファイバの出射側が配されており、前記光ファイバの出射側を囲んで第２筒状体が配されており、前記外被と前記第２筒状体の外側面との両方を囲んで円形状開口部を有する第４筒状体が接着固定されている構成であること
を特徴とする内視鏡。
前記熱収縮チューブはエラストマー製であり、前記外被はシリコーン製であること
を特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
前記伝送ケーブルは軸線上に前記絶縁電線の導体よりもヤング率の大きなピアノ線からなる芯線が配されていること
を特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡。