JP6608022B2

JP6608022B2 - 内視鏡

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Publication number: JP6608022B2
Application number: JP2018187280A
Authority: JP
Inventors: 治彦河野; 雄一畑瀬
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2034-10-14
Also published as: JP2019037789A

Description

本発明は、内視鏡に関する。

従来、医療分野又は工業分野において、患者の体内、機器、又は構造物の内部を撮像するための内視鏡が普及している。この種の内視鏡として、観察対象の内部に挿入される挿入部において、撮像部位からの光を対物レンズ系によって撮像素子の受光面に結像させると共に、その結像光を電気信号に変換し、信号ケーブルを介して外部の画像処理装置等に映像信号として送信する構成が知られている。

この種の内視鏡の挿入部先端に設けられた先端部には、撮像素子、及び撮像素子の撮像面に光像を結像させるレンズなどの光学素子等の多数の部品が配置される。また、先端部を屈曲可能な屈曲部を介して挿入部後端側の直線状の硬性部と接続することにより、施術者等の操作に基づいて撮像方向、即ち視野を変化させる構成が知られている。近年、このように複雑な構成を有する内視鏡において、より簡易に製造し、被施術者の負担を軽減するために外径の更なる細径化が重要となっている。

例えば特許文献１には、挿入部先端の先端面から先端近傍の側部中途にかけて配置された透明な窓から入射する光線のうち、一部を回転自在に設けた撮像部の対物光学系に選択的に入射させて視野範囲とする視野方向変換手段を有し、内視鏡の視野方向をその用途や観察対象に応じて自在に切り換えることができる視野方向変更型内視鏡が開示されている。

また特許文献２には、内視鏡先端部に撮像素子を含む撮像モジュールを設置する空間を内部に持ち、撮像モジュールを含む金属枠内に等方性高熱伝導樹脂を充填し、その周囲空間に内視鏡長手方向よりも内視鏡外周部方向への熱伝導率の高い異方性高熱伝導樹脂を充填した電子内視鏡が開示されている。

特開平７−３２７９１６号公報特開２０１２−５０７０４号公報

上記のような撮像素子を含む撮像部を先端部に配置した構成の内視鏡では、撮像素子において発生する熱の放熱対策が課題となる。特に医療分野にて使用する場合、発熱によるノイズ増加などの性能低下の抑制と共に、被写体である体内における内視鏡挿入部の温度を抑制するために、先端部の放熱が必要となる。

低解像度の撮像素子を用いる場合は、さほど発熱しないため問題とならないが、高解像度の撮像素子を用いる場合、従来のものでは撮像素子における発熱が大きいため、先端部の放熱構造が必要になってくる。特許文献２に記載の従来例のように、撮像部を配置した先端部の放熱構造として、高熱伝導樹脂及び筒状体を備えるものでは、先端部の径が大きくなり、また湾曲が困難になるという課題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、挿入部先端部の小型化を図りつつ、挿入部先端部における発熱を抑制できる内視鏡の提供を目的とする。

本発明は、挿入部の先端に撮像ユニットを有し、前記撮像ユニットから出力される撮像信号を変換する撮像信号変換部を、前記挿入部内に設け、前記撮像ユニットにおける撮像時のデジタル出力信号のスレッショルド電圧は第１の値であり、前記撮像信号変換部における撮像時のデジタル出力信号のスレッショルド電圧は第２の値であり、前記第１の値は前記第２の値未満である、内視鏡である。

本発明によれば、内視鏡において、挿入部先端部の小型化を図りつつ、挿入部先端部における発熱を抑制することができる。

本実施形態に係る内視鏡の全体構成図屈曲部の湾曲動作及び先端部内の撮像ユニットのチルト動作を示す説明図挿入部内に設けられる基板の配置構成を示す図先端部及び屈曲部における基板の配置構成を示す図基板とケーブルの具体的な構成例を示す図中継基板及び接続基板の具体的な構成例を示す図

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。説明に用いる方向については、原則として各図中の方向の記載に従うものとする。ただし、筒状、棒状に構成された部材については部材が延在する方向を、また回動する部材については回転軸の方向を「軸方向」と呼称することがある。また、軸を中心として内外に向かう方向を「径方向」、軸を中心として回動する方向を「周方向」と呼称することがある。また、軸方向に直交する断面が矩形形状である部材についても、便宜上「径方向」、「周方向」と呼称することがある。

図１は、本実施形態に係る内視鏡１の全体構成図である。本実施形態では、医療分野において人体の腹部等の手術に用いる内視鏡を例にとり、その構成を例示する。

内視鏡１は、主に把持部２と、連結部３と、被観察部位に挿入される挿入部１１とを有する。挿入部１１は、基端側から、連結部３を介して把持部２と連結された直線パイプ状の湾曲不能な硬性部４と、湾曲可能に構成された屈曲部５と、撮像部として機能する撮像ユニット６ａが収納された先端部６とを有する。連結部３の外周部には、硬性部４の延在方向を軸として回動させる回転操作部７が設けられる。

内視鏡１を用いて腹腔鏡下の手術を行う場合、挿入部１１の先端部６と屈曲部５とがトロッカーやトロッカーチューブを介して手術部位まで案内される。一方、挿入部１１の硬性部４の基端側の一部は体外に出た状態となり、施術者等が把持部２を把持して操作をしながら手術が執り行われる。

把持部２には、屈曲部５を湾曲させるべく操作を行う第１操作部２ａと、先端部６に搭載された撮像ユニット６ａによる撮像方向を操作する第２操作部２ｂとが設けられる。把持部２において、第１操作部２ａ及び第２操作部２ｂは、それぞれ操作部の回動軸である第１軸Ａｘ１を中心として回転可能である。

施術者等が第１操作部２ａを操作すると、屈曲部５はその操作量に応じて所定の方向（例えば図中下方）に向けて湾曲し、先端部６に設けられた撮像ユニット６ａの撮像方向が変化、即ち視野が移動する。このとき、操作性を考慮して、第１操作部２ａの回転方向と屈曲部５の湾曲方向とが一致するように構成されている。

また、施術者等が第２操作部２ｂを操作すると、先端部６内に枢支された撮像ユニット６ａが回動し、撮像ユニット６ａの撮像方向が変化、即ち視野が移動する。ここでは、撮像ユニット６ａの視野は図中前方と下方との間を移動する。

なお、以降の説明において、第１操作部２ａの操作によって屈曲部５が湾曲し、これによって視野を移動させる動作を「湾曲動作」、湾曲によって先端部６の先端が向く方向と硬性部４の中心軸方向（第２軸Ａｘ２）とがなす角度を「湾曲角度」、前面視において湾曲によって先端部６の先端が向く方向を「湾曲方向」のように呼称することがある。そして、例えば先端部６の先端が図中下方（上方）に向くように屈曲部５が湾曲することを「下方（上方）に向けて湾曲する」のように表現することがある。

また、以降の説明において、第２操作部２ｂを操作することによって撮像ユニット６ａの視野を移動させる動作を「チルト動作」、あるいは単に「チルト」と呼称する。なお、第１操作部２ａ及び第２操作部２ｂは、把持部２に設けられたストッパ（図示せず）によって操作範囲（第１軸Ａｘ１を軸とする回動範囲）が規制されている。なお、第１操作部２ａ、第２操作部２ｂは、図示するようなレバー式の他、回転グリップ等を用いた構成であってもよい。

図１は、内視鏡１の初期状態を示しており、このとき屈曲部５は直線状であり、かつ先端部６における撮像ユニット６ａの視野は図中前方を向いている。この状態から、第１操作部２ａを操作すると、屈曲部５は図中下方に向けて湾曲し、第２操作部２ｂを操作すると、撮像ユニット６ａは図中下方に向けてチルトする。

図２は、屈曲部５の湾曲動作及び先端部６内の撮像ユニット６ａのチルト動作を示す説明図である。図２では、屈曲部５が図中下方に向けて湾曲している状態を示している。

屈曲部５は、基端５ａから遊端５ｂにかけて延在しており、基端５ａと遊端５ｂとの間において回動可能に連結された複数の関節ピース３０を有して構成される。以降の説明において、複数の関節ピース３０の集合体が構成する軸を「屈曲部５の軸」、その方向を「屈曲部５の軸方向」のように呼称することがある。屈曲部５は湾曲可能であることから、「屈曲部５の軸方向」は湾曲方向及び湾曲角度に応じて変化する。

関節ピース３０は、例えば、ステンレス鋼により構成され、屈曲部５の軸方向から見たときに角丸の矩形状又は円形状をなす部材である。複数の関節ピース３０を周方向に交互に９０゜ずつずらして連結することによって、屈曲部５の遊端５ｂが基端５ａに対して任意の方向に湾曲可能に構成されている。また、複数の関節ピース３０の内側には、制御ワイヤ２０（第１制御ワイヤ２０ａ及び第２制御ワイヤ２０ｂ）が挿通され、制御ワイヤ２０の一方を牽引し、他方を弛緩することによって、屈曲部５が湾曲する。

硬性部４は、第２軸Ａｘ２方向に延在する中空部４ａを有する筒状かつ直線状の部材であり、例えばステンレス鋼により構成される。硬性部４は、先端側の一端に屈曲部５の基端５ａが取り付けられ、基端側の他端は連結部３を介して把持部２に連結されて、把持部２から前方に向けて延伸されている。

連結部３は、基端側（図中後方）が把持部２に支持されるとともに、前方において硬性部４に接続されている。また、連結部３と把持部２とはリンク部材１０（図１参照）によって接続されている。第１操作部２ａの操作によって発生した操作力は、リンク部材１０によって連結部３に伝達される。連結部３から硬性部４、屈曲部５に至る挿入部内部には、制御ワイヤ２０が挿通され、挿入部内部を移動可能に設けられる。連結部３では、第１操作部２ａの操作力を制御ワイヤ２０の牽引力に変換して屈曲部５の先端側の遊端５ｂまで伝達する。

また、把持部２から連結部３を経て、硬性部４、屈曲部５に至る挿入部内部には、スプリングジョイント２１が挿通され、回動可能に設けられる。第２操作部２ｂの操作によって発生した操作力は、把持部２の内部に設けられたギア機構によって第２軸Ａｘ２を軸とするスプリングジョイント２１の回転力に変換され、この回転力が挿入部の先端部６まで伝達される。スプリングジョイント２１の回転力は、先端部６の内部に設けられた連結機構によって回転運動から直線運動に変換され、図示しない駆動アームが前後方向（挿入部１１の長手方向）に移動する。

撮像ユニット６ａは、先端部６において両側部が回動可能に支持され、駆動アームと接続されており、駆動アームの前後方向の移動に伴って、先端部６内に枢支された支持軸を中心として回動（チルト）し、視野が移動する。

図２の例では、屈曲部５の湾曲角度はθ１（例えば０゜〜９０゜）、撮像ユニット６ａのチルト角度はθ２（例えば０゜〜９０゜）となっている。上述した湾曲動作とチルト動作とを組み合わせることにより、撮像ユニット６ａの視野方向は角度θ１＋θ２だけ変化する。よって、屈曲部５の湾曲角度を大きくせずとも（即ち、湾曲の際に大きな空間を占めることなく）視野の移動範囲を０゜〜１８０゜まで拡大することが可能となる。本実施形態の内視鏡１は、初期状態として直線状であった屈曲部５が湾曲する湾曲動作と、先端部６内に枢支された撮像部自体が回動するチルト動作との組み合わせによって視野の移動角度が合算される。

なお、本実施形態では、図１に示すように屈曲部５が湾曲していない状態を初期状態としているが、これに限定されない。例えば、屈曲部５が上方に向けて湾曲する状態を初期状態とするなど、任意の状態を初期状態とし、所定の湾曲角度、チルト角度にて湾曲動作及びチルト動作して視野が変位する構成としてもよい。

また、屈曲部５を湾曲させる制御ワイヤ２０は、湾曲方向に応じて任意の本数を設ければよい。また、湾曲機構は、複数の関節ピース３０が連結された屈曲部５と、屈曲部５を牽引、弛緩する制御ワイヤ２０とにより湾曲させる構成例を示したが、これに限定されない。また、チルト機構は、撮像ユニット６ａそのものが枢支された軸の回りを回動するように構成した例を示したが、これに限定されない。例えば、先端部６において撮像素子を固定するとともに、撮像素子と光学レンズとの間に設けたミラー部材等の光学部材を回動させて被写体光の光路を変化させる構成としてもよい。

撮像ユニット６ａは、小型のＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等により構成される撮像素子（図示せず）と、入射された被写体光を撮像素子に結像させる光学レンズ（図示せず）とを有する。なお、このような形状の撮像ユニット６ａは、例えばスマートフォンまたはタブレット端末に使用されるカメラモジュールを流用することで実現できる。

内視鏡１は、把持部２よりケーブルを介してビデオプロセッサ４０、ディスプレイ装置４１と接続される。先端部６の撮像ユニット６ａによって観察対象（ここでは、人体内部）を撮像して得られた静止画又は動画の画像信号は、ビデオプロセッサ４０に伝送され、ビデオプロセッサ４０において各種信号処理等が行われる。ビデオプロセッサ４０により処理された観察対象の画像はディスプレイ装置４１に表示される。一方、内視鏡１は、ビデオプロセッサ４０から電力及び各種制御信号を受け取って動作し、撮像ユニット６ａにおいて制御信号に基づくタイミングで撮像が行われる。

次に、図３、図４、図５を参照して、内視鏡１の内部に設けられるケーブル及び基板の構成について説明する。図３は挿入部１１内に設けられる基板の配置構成を示す図、図４は先端部６及び屈曲部５における基板の配置構成を示す図、図５は基板とケーブルの具体的な構成例を示す図である。

本実施形態では、内視鏡１の挿入部１１の寸法は、例えば、先端部６の撮像ユニット６ａから屈曲部５の後端側の部分（硬性部４の先端部分）までの長さＬ１が約１００ｍｍ、硬性部４の先端部分から把持部２までの長さＬ２が約６００ｍｍ程度としている。以下、上記硬性部４の先端部分を中間部Ｃ１、把持部２の部分を基端部Ｃ２と称する。また、先端部６、屈曲部５、硬性部４の外径は最大部分で約１０ｍｍ程度とする。

挿入部１１の内部には、中間部Ｃ１に中継基板７１を、基端部Ｃ２に画像出力基板７２を設け、撮像ユニット６ａにより撮像した被写体の撮像信号を中継基板７１において中継する構成としている。

先端部６の撮像ユニット６ａは、被写体像を結像させる光学レンズ６１と、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等による撮像素子６２と、撮像素子６２を搭載する撮像基板６３とを有し、撮像基板６３が先端部６内に配置される。硬性部４の先端部分における中間部Ｃ１には、撮像信号を中継するための信号変換回路を搭載した中継基板７１が配置され、撮像基板６３と中継基板７１とが第１ケーブル８１によって接続される。把持部２における基端部Ｃ２には、撮像信号をビデオプロセッサ４０へ出力するための画像出力回路を搭載した画像出力基板７２が配置され、中継基板７１と画像出力基板７２とが第２ケーブル８２によって接続される。

撮像基板６３は、例えば５ｍｍ×６ｍｍ程度の大きさであり、一面に撮像素子６２が実装され、第１ケーブル８１の一端が半田付け等によって接続される。第１ケーブル８１は、屈曲部５の中を挿通され、内視鏡先端の先端部６から中間部Ｃ１までの長さＬ１の区間において、撮像ユニット６ａから出力される撮像信号、及び撮像ユニット６ａに供給する電力及び制御信号を伝送する。第１ケーブル８１の中継基板７１側の端部には接続基板７５が接続され、第１ケーブル８１が接続基板７５を介して中継基板７１と着脱可能に接続される。

中継基板７１は、硬性部４内に配置される細長の形状で、例えば４０ｍｍ×７ｍｍ程度の大きさであり、撮像信号変換部の一例としての信号変換回路を含む信号変換ＩＣ７３が実装される。中継基板７１には、第１ケーブル８１の他端に接続した接続基板７５がコネクタ８５によって接続されるとともに、第２ケーブル８２の一端がコネクタ８６によって接続される。第２ケーブル８２は、硬性部４の中を挿通され、中間部Ｃ１から基端部Ｃ２までの長さＬ２の区間において、信号変換回路による変換後の撮像信号、及び撮像ユニット６ａ、信号変換ＩＣ７３に供給する電力及び制御信号を伝送する。第２ケーブル８２の他端は、画像出力基板７２と接続される。

このように、挿入部１１の内部に中継基板７１を設け、中継基板７１に搭載した撮像信号変換部を構成する信号変換回路によって撮像信号を変換し、変換後の撮像信号を画像出力基板７２に伝送する構成となっている。

画像出力基板７２は、把持部２内の空間に配置され、画像出力回路を含む画像出力ＩＣ７４が実装される。画像出力基板７２には、第２ケーブル８２の他端がコネクタ８７によって接続されるとともに、第３ケーブル８３の一端がコネクタ８８によって接続される。第３ケーブル８３は、内視鏡１の把持部２から延出され、ビデオプロセッサ４０と接続される。

撮像ユニット６ａの撮像素子６２としては、例えば、Ｆｕｌｌ−ＨＤ（Full High Definition、1080pなど）画像を撮像可能な高解像度の撮像素子を用いる。高解像度の撮像素子として、発熱量を抑制するため、主にモバイル機器用途に開発された低消費電力の素子であるＭＩＰＩ（Mobile Industry Processor Interface）（登録商標、以下同様）規格対応の撮像素子を用いることとする。撮像素子６２の消費電力は、例えば、撮像時における消費電力が１１０ｍＷ以下とする。すなわち、本実施形態では、高解像度の撮像信号を出力する低消費電力（低発熱量）の撮像素子として、撮像信号のデータ伝送方式が小振幅差動伝送方式であるＭＩＰＩ規格対応の撮像素子を搭載する。

撮像ユニット６ａの撮像基板６３からは、例えば、データ伝送量１．６Ｇｂｐｓ程度（Ｆｕｌｌ−ＨＤ、1080pの解像度で、フレームレート６０ｆｐｓ程度のデータ伝送量）の撮像信号をＭＩＰＩ規格に準拠した方式で信号伝送を考えた場合、０．８Ｇｂｐｓで２レーンのデジタル信号（ＭＩＰＩ信号）として出力する。なお、１．６Ｇｂｐｓの１レーンではＭＩＰＩ規格に準拠した伝送量を確保出来ないためである。この場合、撮像ユニット６ａにおける撮像時のデジタル出力信号のスレッショルドレベル（スレッショルド電圧、この場合は差動出力電圧）は、例えば０．２Ｖ以下とすることで、データ伝送のための消費電力を抑えることができ、先端部の発熱を低減させることが可能である。しかし、信号電圧と信号伝送距離とはトレードオフの関係にあり、Ｇｂｐｓオーダーの高速信号伝送を電気信号により行う場合、低電圧で長距離の信号伝送が困難になってくる。内視鏡において、上記のＭＩＰＩ信号を用いて撮像信号を伝送する場合、挿入部１１の先端部６から基端側の把持部２まで約７００ｍｍの長さを伝送することは困難である。

今回、０．２Ｖの差動出力電圧でデータ信号を伝送したところ、１００ｍｍまでは安定したデータ伝送が可能であることを確認した。また、先端部の発熱も、大掛かりな放熱手段を盛り込まない状態においても、短時間であれば火傷などを生じない温度上昇に抑えることができることを確認できた。

そこで、本実施形態では、体内で臓器などと直接触れる可能性が先端部より低い挿入部１１の中間部Ｃ１に中継基板７１を設け、比較的長距離の信号伝送が可能な第２の小振幅差動伝送方式の信号に信号変換して、中継基板７１から把持部２の画像出力基板７２まで信号伝送する。ここで、中間部Ｃ１では、体内で臓器などと直接触れる可能性が低いため、データ信号伝送のための差動出力電圧を高くすることが出来る。加えて、先端部には基板だけでなく、センサやレンズ、チルトさせるための機構などが構成されており、自然放熱させるための空間を確保するのも困難であるが、中間部Ｃ１は比較的、空間の制約も緩く、自然放熱させるための部材を構成しやすい。
また、上記理由により、中間部Ｃ１からは低消費電力の伝送規格であるＭＩＰＩに限ったわけではなく、伝送距離を長くすることができれば、どのような伝送方式でも構わない。

中継基板７１は、信号変換ＩＣ７３において、例えば、ＭＩＰＩ信号（０．８Ｇｂｐｓ×２レーン）を、第２の小振幅差動伝送方式としてのＳＬＶＤＳ（ＳｅｒｉａｌＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling））規格の１．６Ｇｂｐｓ×１レーンのデジタル信号（ＳＬＶＤＳ信号）に変換する。信号変換ＩＣ７３は、信号変換回路としてシリアル変換回路を有し、ＭＩＰＩ信号をシリアル伝送の小振幅差動信号（ＳＬＶＤＳ信号）に変換する。この場合、撮像信号変換部を構成する信号変換回路における撮像時のデジタル出力信号のスレッショルドレベル（スレッショルド電圧、この場合は差動出力電圧）は、例えば０．４Ｖ以下とする。

今回、中間部Ｃ１から０．４Ｖの差動出力電圧でデータ信号を伝送したところ、６００ｍｍまでは安定したデータ伝送が可能であることを確認した。また、中間部Ｃ１の発熱も、大掛かりな放熱手段を盛り込まない状態においても、短時間であれば火傷などを生じない温度上昇に抑えることができることを確認できた。

このため、撮像素子における撮像時のデジタル出力信号のスレッショルドレベルは、信号変換回路におけるスレッショルドレベルと比較して小さく（電圧が低く）なっている。すなわち、Ｌ１区間はＬ２区間に対してスレッショルドレベルを低くすることで、挿入部先端部の小型化を図りつつ、挿入部先端部における発熱を抑制することができる。

なお、撮像基板６３から出力される撮像信号の線路あたりの伝送速度において、２レーンで伝送していたＬ１の区間は、１レーンで伝送するＬ２の区間に対して、線路あたりの伝送速度に比べて低速である。すなわち、Ｌ１区間はＬ２区間に対して伝送速度を低速にするか、もしくは同等であることで、挿入部先端部の小型化を図りつつ、挿入部先端部における発熱を抑制することができる。

撮像基板６３と中継基板７１とを接続する第１ケーブル８１は、例えば、複数の細線同軸ケーブル（ＡＷＧ４６番線）が平帯状に配置されたものにより構成され、１レーンにつき２本のケーブルによって差動信号のＭＩＰＩ信号（０．８Ｇｂｐｓ×２レーン、第１の撮像信号）を伝送する。また、第１ケーブル８１は、ＭＩＰＩ信号による第１の撮像信号とともに、撮像基板６３と中継基板７１間の制御信号及び電源電力を伝送する。第１ケーブル８１は、湾曲操作に応じて所定方向へ屈曲する屈曲部５内の中空部を挿通されるため、屈曲性に優れたケーブル材料を用いる。このとき、第１ケーブル８１は、長さＬ１（約１００ｍｍ）の距離において撮像基板６３と中継基板７１の間で信号を伝送する。撮像基板６３と中継基板７１との距離、すなわち撮像ユニット６ａから出力される信号変換前のＭＩＰＩ信号を第１ケーブル８１により伝送する距離は、例えば、２００ｍｍ以下が好ましい。本実施形態では、上記のように長さＬ１＝約１００ｍｍとしている。

なお、第１ケーブル８１は、単体の同軸ケーブルがばらばらに分離されたもの、単体の同軸ケーブルの端部を一緒に固定してまとめたもの、同軸ケーブルが連結されたフラットケーブル状のものなど、いずれであってもよい。あるいは、第１ケーブル８１は、複数の細線同軸ケーブルと複数の単線ケーブル又はＦＦＣ（Flexible Flat Cable）との組み合わせによって構成し、撮像信号を細線同軸ケーブルにより伝送し、制御信号及び電源電力を単線ケーブル又はＦＦＣにより伝送してもよい。

中継基板７１と画像出力基板７２とを接続する第２ケーブル８２は、例えば、ツインナクスケーブルとＦＦＣとの組み合わせにより構成される。この場合、第２ケーブル８２において、２本２組の同軸ケーブルからなるツインナクスケーブルによってＳＬＶＤＳ信号（１．６Ｇｂｐｓ×１レーン、第２の撮像信号）を伝送し、ＦＦＣによって中継基板７１と画像出力基板７２間の制御信号及び電源電力を伝送する。第２ケーブル８２は、硬性部４内の中空部を挿通されるため、第１ケーブル８１のような屈曲性は必要としないが、ある程度の屈曲性を有するケーブル材料を用いる。このとき、第２ケーブル８２は、長さＬ２（約６００ｍｍ）の距離において中継基板７１と画像出力基板７２との間で信号を伝送する。

画像出力基板７２は、画像出力ＩＣ７４において、例えば、ＳＬＶＤＳ信号をＵＳＢ（Universal Serial Bus）３．０規格の伝送信号に変換する。画像出力ＩＣ７４は、画像出力回路として逆シリアル変換回路とＵＳＢ信号変換回路とを有し、ＳＬＶＤＳ信号を逆シリアル変換して一旦ＭＩＰＩ信号に再変換した後、ＵＳＢ３．０信号に変換して出力する。なお、画像出力基板７２において、ＳＬＶＤＳ信号からＵＳＢ３．０信号に直接変換してもよい。

画像出力基板７２とビデオプロセッサ４０とを接続する第３ケーブル８３は、例えば、ＵＳＢ３．０規格対応の信号ケーブルにより構成され、画像出力基板７２から出力されるＵＳＢ３．０信号の撮像信号をビデオプロセッサ４０へ伝送する。また、第３ケーブル８３は、ＵＳＢ３．０信号による撮像信号とともに、内視鏡１の把持部２とビデオプロセッサ４０間の制御信号及び電源電力を伝送する。このとき、第３ケーブル８３は、例えば、約２〜３ｍの距離において内視鏡１とビデオプロセッサ４０との間で信号を伝送する。なお、画像出力基板７２において、ＵＳＢ３．０信号の代わりに、ＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）（登録商標、以下同様）規格の信号に変換してもよいし、他の規格又は仕様に対応した信号に変換して用いてもよい。

次に、図６を参照して、中継基板７１における第１ケーブル８１の接続部の詳細構成について説明する。図６は中継基板７１及び接続基板７５の具体的な構成例を示す図である。

中継基板７１は、挿入部１１の長手方向（図６において前後方向）に細長の形状であり、第１ケーブル８１が接続基板７５を介して接続される。第１ケーブル８１は、複数の細線同軸ケーブルにより構成される場合、各同軸ケーブルは中心部の芯線（内部導体）８１ａと、外側のシールド部（外部導体）８１ｂとを有する。この第１ケーブル８１に対応して、接続基板７５の一方の面には、ケーブル接続端子となるパッド７６と、グランド接続端子となるグランドパターン７７とが設けられる。この場合、シールド部８１ｂが接続基板７５のグランドパターン７７に、芯線８１ａがパッド７６に、それぞれ半田等によって電気的に接続されて取り付けられる。

接続基板７５の他方の面には、グランドパターン７７と導通する図示しないグランド導体と、パッド７６と導通するよう取り付けられたコネクタ８５とが設けられる。接続基板７５は、コネクタ８５によって中継基板７１と電気的に接続され、接続基板７５と中継基板７１との間には、両基板のグランド導体を導通接続する導電部材７８が設けられる。導電部材７８は、例えば、導電性発泡材などの圧縮変形可能な導電材料により構成され、接続基板７５と中継基板７１との間に挟み込んでグランド導体を基板間において接続する。

このとき、第１ケーブル８１のシールド部８１ｂは、接続基板７５のグランドパターン７７、接続基板７５におけるグランド、コネクタ８５のグランド端子を介して、中継基板７１のグランドに接続される。さらに、導電部材７８を介して、接続基板７５のグランド導体と中継基板７１のグランド導体とが接続される。導電部材７８によって、接続基板７５と中継基板７１との接地を確実にし、第１ケーブル８１から中継基板７１までのグランドを強化できる。また、コネクタ８５によって着脱可能に第１ケーブル８１と中継基板７１とを接続できるため、組立性を向上できる。

上述したように、本実施形態では、撮像ユニット６ａから出力される撮像信号を変換する撮像信号変換部を含む中継基板７１を挿入部１１内に設けている。そして、撮像素子６２として、ＭＩＰＩ規格対応の撮像素子など、撮像信号のデータ伝送方式が小振幅差動伝送方式である撮像素子を用い、低消費電力の撮像ユニット６ａを構成し、低電圧の差動信号によって撮像ユニット６ａから中継基板７１まで撮像信号を伝送する。これにより、高解像度の撮像素子を内視鏡の挿入部先端部に実装可能であり、高フレームレートの撮像信号を伝送できるため、高精細で動きが滑らかな映像を撮像できる。このように、本実施形態によれば高解像度の撮像素子先端実装型の内視鏡を実現できる。

また、撮像素子６２として低消費電力の撮像素子を用いることにより、撮像ユニット６ａにおける発熱を低減でき、挿入部先端部の温度上昇を抑制できる。また、撮像ユニット６ａから出力される撮像信号は小振幅、低電圧の信号であるため、小型化を図るためにシールド性能に制約を受ける挿入部先端部において、外部への放射ノイズを抑制できる。

また、第１ケーブル８１を屈曲性に優れたケーブル材料とし、撮像ユニット６ａの撮像基板６３と中継基板７１とを可撓性を有して接続する構成としている。このため、屈曲部５を自在に湾曲させることができ、挿入部先端部の撮像ユニット６ａの視野方向、位置などを可動とした撮像素子先端実装型の内視鏡を実現できる。

また、第１ケーブル８１と中継基板７１との接続部において、接続基板７５を設けてコネクタ８５により第１ケーブル８１と中継基板７１とを接続し、接続基板７５と中継基板７１との間に両基板のグランド導体を導通接続する導電部材７８を設けている。第１ケーブル８１により伝送されるＭＩＰＩ信号等の撮像信号は、小振幅、低電圧の信号であるため、外部から到来するノイズの影響を受けやすいが、導電部材７８によって基板間の接地を確実にでき、グランドを強化できる。これにより、外来ノイズの影響を低減でき、安定した撮像信号を出力できる。

本発明に係る実施形態の種々の態様として、以下のものが含まれる。

本発明の一態様の内視鏡は、挿入部先端部に撮像ユニットを有し、前記撮像ユニットから出力される撮像信号を変換する撮像信号変換部を、前記挿入部内に設けている。

これにより、低消費電力の撮像ユニットを構成し、撮像ユニットから出力される撮像信号を撮像信号変換部まで伝送し、撮像信号変換部にて撮像信号を変換した後に、内視鏡の基端側まで信号伝送することが可能となる。このため、例えば挿入部先端部に高解像度かつ低消費電力の撮像素子を搭載可能であり、高解像度の撮像素子先端実装型の内視鏡を実現できる。したがって、本態様の構成によれば、挿入部先端部の小型化を図りつつ、挿入部先端部における発熱を抑制することができる。

本発明の一態様の内視鏡は、上記の内視鏡であって、少なくとも前記撮像ユニットから前記撮像信号変換部までの区間にて伝送される撮像信号のデータ伝送方式が、小振幅差動伝送方式である。

この場合、少なくとも撮像ユニットから撮像信号変換部までの信号伝送路において、例えばＭＩＰＩ規格、ＬＶＤＳ規格などの小振幅差動伝送方式によって小振幅差動信号の撮像信号を伝送するよう撮像信号出力回路を構成できる。この構成によれば、撮像ユニットの撮像素子として、例えば高解像度かつ低消費電力の撮像素子を使用可能であり、低電圧で高フレームレートの撮像信号を伝送できるため、発熱量を抑制した高解像度の撮像素子先端実装型の内視鏡を実現できる。

本発明の一態様の内視鏡は、上記の内視鏡であって、前記撮像ユニットから前記撮像信号変換部までの区間にて伝送される第１の撮像信号の線路あたりの伝送速度が、前記撮像信号変換部による信号変換後の第２の撮像信号の線路あたりの伝送速度と等しい又は低速である。

この場合、例えば撮像ユニットから撮像信号変換部までの区間にて伝送される第１の撮像信号をＭＩＰＩ信号、撮像信号変換部による信号変換後の第２の撮像信号を、第１の撮像信号の伝送速度より高速又は等しいＳＬＶＤＳ信号とするよう撮像信号出力回路を構成できる。この構成によれば、撮像ユニットから撮像信号変換部までの区間において、比較的低速の伝送速度にて第１の撮像信号を伝送し、第１の撮像信号より伝送速度が高速又は等しい第２の撮像信号に変換した後、内視鏡の基端側まで撮像信号を伝送できる。したがって、例えば挿入部先端部に高解像度かつ低消費電力の撮像素子を搭載可能であり、発熱量を抑制した高解像度の撮像素子先端実装型の内視鏡を実現できる。

本発明の一態様の内視鏡は、上記の内視鏡であって、前記撮像ユニットに含まれる撮像素子の撮像時における消費電力が、１１０ｍＷ以下である。

この構成によれば、挿入部先端部に低消費電力の撮像素子を搭載し、発熱量を抑制した高解像度の撮像素子先端実装型の内視鏡を実現できる。

本発明の一態様の内視鏡は、上記の内視鏡であって、前記撮像ユニットにおける撮像時のデジタル出力信号のスレッショルドレベルが、０．２Ｖ以下であり、前記撮像信号変換部における撮像時のデジタル出力信号のスレッショルドレベルが、０．４Ｖ以下である。

この場合、例えば撮像ユニットから出力される第１の撮像信号をスレッショルドレベルが０．２Ｖ以下のＭＩＰＩ信号、撮像信号変換部による信号変換後の第２の撮像信号を、スレッショルドレベルが０．４Ｖ以下で第１の撮像信号よりも信号レベルが大きいＳＬＶＤＳ信号とするよう撮像信号出力回路を構成できる。この構成によれば、撮像ユニットから撮像信号変換部までの区間として比較的短い距離を低電圧の第１の撮像信号にて伝送し、撮像信号変換部によって第１の撮像信号よりも信号レベルが大きい第２の撮像信号に変換して、比較的長い距離を伝送できる。したがって、例えば挿入部先端部に高解像度かつ低消費電力の撮像素子を搭載可能であり、発熱量を抑制した高解像度の撮像素子先端実装型の内視鏡を実現できる。

本発明の一態様の内視鏡は、上記の内視鏡であって、前記撮像信号変換部を含む中継基板と、前記撮像ユニットと前記中継基板との間で前記撮像信号を伝送するケーブルと、前記ケーブルの前記中継基板側の端部に接続された接続基板と、前記接続基板と前記中継基板とを着脱可能に接続するコネクタと、を有し、前記接続基板と前記中継基板とが対向した状態で前記コネクタを介して接続され、前記接続基板と前記中継基板との間に両基板のグランド導体を導通接続する導電部材が設けられる。

この構成によれば、導電部材によって、基板間のグランド導体を接続して接地をより確実にでき、ケーブルから中継基板までのグランドを強化できる。これにより、外来ノイズの影響を低減でき、安定した撮像信号を出力できる。また、コネクタによって着脱可能にケーブルと中継基板とを接続できるため、組立性を向上できる。

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

本発明は、内視鏡において、挿入部先端部の小型化を図りつつ、挿入部先端部における発熱を抑制することができる効果を有し、例えば医療分野又は工業分野において狭窄な部位の観察、手術等を行う小型の内視鏡等として有用である。

１内視鏡
２把持部
２ａ第１操作部
２ｂ第２操作部
３連結部
４硬性部
５屈曲部
６先端部
６ａ撮像ユニット
７回転操作部
１１挿入部
２０制御ワイヤ
２１スプリングジョイント
３０関節ピース
４０ビデオプロセッサ
４１ディスプレイ装置
６１光学レンズ
６２撮像素子
６３撮像基板
７１中継基板
７２画像出力基板
７３信号変換ＩＣ
７４画像出力ＩＣ
７５接続基板
７６パッド
７７グランドパターン
７８導電部材
８１第１ケーブル
８１ａ芯線（内部導体）
８１ｂシールド部（外部導体）
８２第２ケーブル
８３第３ケーブル
８５、８６、８７、８８コネクタ

Claims

挿入部先端部に撮像ユニットを有し、
前記撮像ユニットから出力される撮像信号を変換する撮像信号変換部を、前記挿入部内に設け、
前記撮像ユニットにおける撮像時のデジタル出力信号のスレッショルド電圧は第１の値であり、前記撮像信号変換部における撮像時のデジタル出力信号のスレッショルド電圧は第２の値であり、前記第１の値は前記第２の値未満である、
内視鏡。
少なくとも前記撮像ユニットから前記撮像信号変換部までの区間にて伝送される撮像信号のデータ伝送方式が、小振幅差動伝送方式である、
請求項１に記載の内視鏡。
前記撮像ユニットにおける撮像時のデジタル出力信号の伝送距離は、前記撮像信号変換部における撮像時のデジタル出力信号の伝送距離よりも短い、
請求項１又は２に記載の内視鏡。
前記撮像ユニットに含まれる撮像素子の撮像時における消費電力が、１１０ｍＷ以下である、
請求項１から３のうちいずれか一項に記載の内視鏡。
前記第１の値は第１の上限値以下であり、前記第２の値は第２の上限値以下であり、前記第１の上限値は前記第２の上限値未満である、
請求項１から４のうちいずれか一項に記載の内視鏡。
前記撮像ユニットから前記撮像信号変換部までの区間にて伝送される第１の撮像信号の線路あたりの伝送速度が、前記撮像信号変換部による信号変換後の第２の撮像信号の線路あたりの伝送速度と等しい又は低速である、
請求項１から５のうちいずれか一項に記載の内視鏡。
前記撮像ユニットと前記撮像信号変換部との間に設けられた湾曲可能な屈曲部をさらに備える、
請求項１から５のうちいずれか一項に記載の内視鏡。