JP5913870B2 - カプセル型医療装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、体内に導入されるカプセル型医療装置に関する。

近年、撮像機能と無線送信機能とを具備するカプセル型内視鏡が登場している。このカプセル型内視鏡は、被検者に飲み込まれた後、自然排出されるまでの間、胃、小腸などの消化管の内部を蠕動運動に伴って移動し、撮像機能を用いて臓器の内部を撮像する。

消化管内を移動する間にカプセル型内視鏡によって撮像された画像は無線送信機能により画像信号として、被検体の外部に設けられた外部装置に送信され、そのメモリに記憶される。被検者は、無線受信機能とメモリ機能とを具備する外部装置を携帯することにより、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、自由に行動できる。カプセル型内視鏡による観察後は、外部装置のメモリに記憶された画像をディスプレイなどに表示させて診断等が行われる。

特開２００５−２０４８０２号公報には、複数の略円形のリジッド基板部がフレキシブル基板部を介して連接されたリジッドフレキ配線板を、筐体内に収容したカプセル型内視鏡が開示されている。リジッドフレキ配線板は両面に各種の電子部品が実装されている。

両面実装配線板を有するカプセル型医療装置は、配線板両面への部品実装に時間を要するため、生産性が低下するおそれがあった。

特開２００５−２０４８０２号公報

本発明の実施形態は、生産性が高いカプセル型医療装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様のカプセル型医療装置は、カプセル型の筐体と、第１の主面と第２の主面とを有し、複数の基板部が一列に配置され、折り曲げられた状態で前記筐体の内部に収容された回路基板と、を具備し、電子部品実装用の接続電極が前記回路基板の前記第１の主面に形成され、前記第２の主面には形成されていないカプセル型医療装置であって、前記回路基板の前記第１の主面に実装された電子部品に配設されている凸状の導電材料からなる接点部材が、前記回路基板の開口を介して、前記第２の主面から突出している。

本発明の実施形態によれば、生産性が高いカプセル型医療装置を提供することができる。

第１実施形態のカプセル型内視鏡の断面図である。 第１実施形態のカプセル型内視鏡の実装前の回路基板を説明するための図であり、図２（Ａ）は上面図、図２（Ｂ）は底面図、図２（Ｃ）は断面図である。 第１実施形態のカプセル型内視鏡の回路基板への部品実装を説明するための図であり、図３（Ａ）は上面図、図３（Ｂ）は分解断面図である。 第２実施形態のカプセル型内視鏡の断面図である。 第２実施形態のカプセル型内視鏡の実装前の回路基板を説明するための図であり、図５（Ａ）は上面図、図５（Ｂ）は底面図、図５（Ｃ）は図５（Ａ）および図５（Ｂ）のＶＣ−ＶＣ線に沿った断面図である。 第２実施形態のカプセル型内視鏡の回路基板への部品実装を説明するための図であり、図６（Ａ）は上面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った分解断面図である。 第２実施形態のカプセル型内視鏡の回路基板の製造方法を説明するための上面図である。 第３実施形態のカプセル型内視鏡の回路基板を説明するための図であり、図８（Ａ）は実装前の底面図、図８（Ｂ）は実装後の図８（Ａ）のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線に沿った分解断面図である。

＜第１実施形態＞
図１に示すように本実施形態のカプセル型医療装置であるカプセル型内視鏡（以下「内視鏡」という）１０は、カプセル型の筐体１１の内部に各種の機能部を有する回路基板２０が折り曲げられた状態で電池３２と共に収容されている。

筐体１１は、円筒形の本体部１２と、本体部１２の両端部の略半球状の端部カバー部１３Ａ、１３Ｂとからなる。端部カバー部１３Ａは透明材料からなる。本体部１２および端部カバー部１３Ｂは不透明材料からなるが、一体成形されていてもよい。細長い筐体１１は長手方向の中心軸Ｏを回転対称軸とする回転対称形状である。そして、筐体１１の長さＬ、すなわち、中心軸Ｏの方向の長さＬは２５〜３５ｍｍであり、中心軸Ｏの直交方向の直径Ｄは、５〜１５ｍｍである。

透明な端部カバー部１３Ａ側に配置された発光素子２１Ａにより照明された体内の画像が、レンズユニット２２Ｂを介して撮像チップ２２Ａにより取得される。電力供給源である電池３２は、折り曲げられた状態の回路基板２０の共に略円形の電源基板部２３と送信基板部２４との間に配設されている。
なお、回路基板２０は各基板部の配置を決めるスペーサ部材（不図示）と共に筐体内に収容されている。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示すように、複数の略円形の基板部が接続部を介して一列に配置された、可撓性を有する回路基板２０は、接続部が１８０度（９０度＋９０度）折り曲げられ、各基板部の主面が中心軸Ｏに直交した状態で筐体内に収容されている。図２（Ａ）は実装前の回路基板２０の実装面である第１の主面２０Ｕ側から観察した上面図であり、図２（Ｂ）は実装前の回路基板２０の第２の主面２０Ｄ側から観察した下面図であり、図２（Ｃ）は図２（Ａ）および図２（Ｂ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線に沿った断面図である。
回路基板２０は、順に、第１の照明基板部２１と、接続部２７Ａと、第１の撮像基板部２２と、接続部２７Ｂと、電源基板部２３と、接続部２７Ｃと、送信基板部２４と、が一列に配置されて構成されている一体の可撓性のあるフレキシブル配線板である。なお、以下、接続部２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃの、それぞれを接続部２７という。

そして、回路基板２０の第１の主面２０Ｕには、電子部品を実装するための複数の接続電極３０が形成されている。接続電極３０は例えば銅または金等の導電材料からなる。これに対して第２の主面２０Ｄには、電子部品実装用の接続電極は形成されていない。言い換えれば、第２の主面２０Ｄには電気的接続を要する電子部品は実装されていない。また接続部２７の折り曲げ箇所には、いずれの主面にも電子部品は実装されていない。

回路基板２０の第１の主面２０Ｕへの各種の電子部品等の実装はＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）工程により行われる。

なお、第２の主面２０Ｄには、回路基板２０を貫通する貫通配線を介して第１の主面２０Ｕに実装された電子部品と接続されている複数の配線からなる配線層（不図示）が形成されている。また回路基板２０のそれぞれの基板部２１〜２３には開口２１Ｈ、２２Ｈ、２３Ｈがある。

次に、図３（Ａ）および図３（Ｂ）を用いて、電子部品等が実装された回路基板２０について説明する。図３（Ａ）は電子部品等が実装された回路基板２０の第１の主面２０Ｕ側から観察した上面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿った分解断面図である。

略円形の第１の照明基板部２１の第１の主面２０Ｕには、略円形の開口２１Ｈの周囲に４個の発光素子２１Ａ、例えばＬＥＤが接続電極３０に実装されている。なお発光素子２１ＡはＬＥＤに限られるものではなく個数も４個に限られるものではない。

略円形の第１の撮像基板部２２の第１の主面２０Ｕには、略矩形の開口２２Ｈの側に撮像面を向けた状態で撮像チップ２２Ａがフリップチップ実装され、撮像面にはレンズユニット２２Ｂが配置されている。撮像チップ２２Ａとしては、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサ等を用いる。

略円形の電源基板部２３の第１の主面２０Ｕには、電源制御ＩＣ（２３Ａ）、ＥＥＰＲＯＭ（２３Ｂ）、抵抗（２３Ｃ）、コンデンサ（２３Ｄ）、ダイオード（２３Ｅ）、インダクタ（２３Ｆ）等のチップ部品が表面実装されており、第２の主面２０Ｄには電池接続用の接点バネ用ランド（電極）３０ＰＡと、が形成されている。

また、略円形の送信基板部２４の第１の主面２０Ｕには、無線送信信号を制御する送信ＩＣ（２４Ａ）やその他のチップ部品（２４Ｂ〜２４Ｆ）が実装され、第２の主面２０Ｄには電池接続用の接点バネ用ランド３０ＰＢと、が形成されている。また、送信基板部２４には図示しないが、送信用アンテナであるコイルパターンも形成されている。

そして、電池接続用の接点バネ用ランド３０ＰＡ、３０ＰＢには、それぞれ電池接続用の接点部材３４Ａ、３４Ｂが接続されている。接点部材３４Ａ、３４Ｂは、弾性を有するバネ構造を有する部材が好ましい。

接点バネ用ランド３０ＰＡ、３０ＰＢは、例えば銅または金等の導電材料からなる。接点バネ用ランド３０ＰＡ、３０ＰＢは、電子部品実装用の接続電極３０と類似している。しかし、接点部材３４Ａ、３４Ｂは単純な渦巻きバネ状の金属線であり電子部品ではないため、接点バネ用ランド３０ＰＡ、３０ＰＢへの接続は容易である。

なお、回路基板２０の第１の主面２０Ｕには、図示しない各種の電子部品も実装されている。また、接続部２７等には複数の配線が形成されている。

一体的な長尺のフレキシブル基板である回路基板２０の端部に位置する第１の照明基板部２１の中央の開口２１Ｈが、レンズユニット２２Ｂの枠に被さるように折り曲げられる。このため、回路基板２０の組み立て工程は、長手方向に沿って順番に折り曲げることにより可能であり、複雑な折り曲げ作業を必要としないため容易である。

なお、撮像レンズ（レンズユニット）、電池３２等の部材は、回路基板２０の主面２０Ｄに配設されている。前記撮像レンズ等の部材の配設は、電子部品等の実装と異なり、主面２０Ｄへの配設が容易であり生産性が低下することはない。

すなわち、既に説明したように、配線板の両面（第１面および第２面）への電子部品の実装は実装に要する時間が増大し、生産性が低下してしまう、特に可撓性を有するフレキシブル配線板は、粘着性搬送冶具に仮固定した状態で電子部品を実装する必要がある。第一面へのＳＭＴ工程が完了すると、配線板は粘着性搬送冶具から剥離され、第２面へのＳＭＴ工程が行われる。しかしフレキシブル配線板は、治具からの剥離のときにカールしてしまうことがある。すると、第２面へのＳＭＴ工程の歩留まりが低下することもある。

内視鏡１０では回路基板２０は可撓性を有するフレキシブル配線板であるが、上面（第１面）２０Ｕにしか電子部品が実装されない。このため、１回のＳＭＴ工程で、全ての電子部品を実装することが可能である。このため、両面それぞれへのＳＭＴ工程、すなわち２回のＳＭＴ工程を実施するのに比べて実装工程の時間が短縮することが可能であり、工程歩留まりが低下するおそれがない。

以上の説明のように、内視鏡１０は、回路基板２０が片面実装であるため、生産性が高い。

＜第２実施形態＞
図４に示すように、第２実施形態の内視鏡１０Ａは、互いに逆方向の視野を撮影する２個の撮像チップ２２Ａ、２５Ａを有する、いわゆる２眼タイプである。内視鏡１０Ａは、内視鏡１０と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図５（Ａ）〜図６（Ｂ）に示すように、内視鏡１０Ａの回路基板２０Ａは、順に、第１の照明基板部２１と、接続部２７Ａと、第１の撮像基板部２２と、接続部２７Ｂと、電源基板部２３と、接続部２７Ｃと、送信基板部２４と、接続部２７Ｄと、第２の撮像基板部２５と、接続部２７Ｅと、第２の照明基板部２６と、が一列に配置されて構成されている。

第１の照明基板部２１と第２の照明基板部２６とは略同じ構成であり、第１の撮像基板部２２と第２の撮像基板部２５とも略同じ構成である。

内視鏡１０Ａでは、内視鏡１０と異なり、電源基板部２３および送信基板部２４は、それぞれ多層配線板を用いてモジュール化されている。

すなわち、略円形の電源基板部２３の第１の主面２０Ｕには、略同形状同サイズの電源モジュール２３Ｐが実装されている。電源モジュール２３Ｐの一面には電源制御ＩＣ（２３Ａ）、ＥＥＰＲＯＭ（２３Ｂ）、抵抗（２３Ｃ）、コンデンサ（２３Ｄ）、ダイオード（２３Ｅ）、インダクタ（２３Ｆ）等のチップ部品が表面実装されており、他面には回路基板２０Ａに実装するための複数の接続端子３０Ａと、凸状の電池接続用の接点部材３２Ａと、が形成されている。接点部材３２Ａ、３２Ｂは、弾性を有するバネ構造を有する部材が回路基板２０Ａに実装されていてもよい。

また、略円形の送信基板部２４の第１の主面２０Ｕには、略同形状同サイズの送信モジュール２４Ｐが実装されている。送信モジュール２４Ｐの一面に無線送信信号を制御する送信ＩＣ（２４Ａ）やその他のチップ部品（２４Ｂ〜２４Ｆ）が実装され、他面には回路基板２０Ａに実装するための複数の接続端子３０Ｂと、電池接続用の接点部材３２Ｂと、が形成されている。また、送信モジュール２４Ｐを構成する第１の多層配線板の内層には、図示しないが、送信用アンテナであるコイルパターンが形成されている。電源モジュール２３Ｐおよび、送信モジュール２４Ｐも他の電子部品と同時にＳＭＴ工程により回路基板２０Ａの第１の主面２０Ｕに実装される。

電源モジュール２３Ｐおよび送信モジュール２４Ｐは、回路基板２０と異なり可撓性のないリジッド配線板である。なお、電源モジュール２３Ｐおよび送信モジュール２４Ｐは電子部品内蔵配線板であってもよい。

すなわち、２眼タイプの内視鏡１０Ａは回路構成が単眼タイプの内視鏡１０Ａよりも回路構成が複雑である。しかし、内視鏡１０Ａは、電力供給機能および送信機能を、それぞれ多層配線板を用いてモジュール化することにより、回路基板２０Ａとして、第１の主面２０Ｕにのみ電子部品が実装されている片面実装配線板を用いることを実現している。

すなわち、フレキシブル配線板には実装密度の限界があるため、回路基板２０Ａに多数のチップ部品等を直接、実装した場合には、小さい筐体１１の内部に収納することが容易ではない。実装密度を上げるために、部分的に多層配線板からなる、いわゆるリジッドフレキ基板を用いる方法もあるが、価格が大幅に上昇してしまう。これに対して、内視鏡１０Ａでは、多層配線基板からなるモジュール部品（電源モジュール２３Ｐ、送信モジュール２４Ｐ）を、安価なフレキシブル配線板である回路基板２０Ａに実装することにより部分的に実装密度を向上し、かつ、リジッドフレキ基板を用いるのに比べて低価格を実現している。

なお、第１の照明基板部２１および第２の照明基板部２６に、発光素子と電子部品とが実装された、略円形の多層配線板からなる照明モジュールを実装してもよい。さらに、第１の撮像基板部２２および第２の撮像基板部２５に、撮像チップ、レンズユニットおよび電子部品が実装された、略円形の多層配線板からなる撮像モジュールを実装してもよい。

そして内視鏡１０Ａでは、電源モジュール２３Ｐおよび送信モジュール２４Ｐの実装面には、回路基板２０Ａに実装されると、略円形の開口部２３Ｈ、２４Ｈを介して、第２の主面２０Ｄから突出する接点部材３２Ａ、３２Ｂが実装されている。接点部材３２Ａ、３２Ｂは、弾性を有するバネ構造を有することが好ましい。電力を供給する電池３２は、電源基板部２３と送信基板部２４の間に配設されている。多層配線板が実装された電源基板部２３と送信基板部２４とは、可撓性のある回路基板２０Ａの他の部分よりも硬い。２枚の硬い基板部の間に挟み込むために、電池３２の配設は容易である。

またリジッド基板である電源モジュール２３Ｐと送信モジュール２４Ｐとに実装された接点部材３２Ａ、３２Ｂの間に電池３２を保持するため、配設が容易である。

２眼タイプの内視鏡１０Ａの２つの撮像チップ２２Ａ、２５Ａは、撮像方向が、筐体１１の中心軸Ｏに沿って逆方向になるように配設される。内視鏡１０Ａでは、撮像チップ２２Ａ、２５Ａを、第１、第２の撮像基板部２２、２５の同じ第１の主面２０Ｕにフリップチップ実装しているが、接続部２７を折り曲げることによって、撮像方向は逆方向となる。なお、実装工程後、回路基板２０Ａを折り曲げる前に、撮像チップ２２Ａ、２５Ａの画像検査が行われるが、２つの撮像チップ２２Ａ、２５Ａの受光面が同一方向を向いているため、検査を同時に行うことが可能であり、検査時間を短縮することができる。

また、２つの撮像チップ２２Ａ、２５Ａは、回路基板２０Ａにおいて１８０度回転対称に実装される。このため、２つの撮像基板部２２、２５の配線レイアウトを共通化することで設計期間を短縮することができる。なお、撮像チップ２２Ａ、２５Ａが撮像する画像の上下方向が、回路基板２０Ａの中心軸方向に垂直な方向を向くように実装される場合、回路基板２０Ａを折り曲げた状態では２つの撮像チップ２２Ａ、２５Ａの上下方向が中心軸方向に対して互いに逆方向となるが、画像の読出し処理時に上下逆から読み出すようにすれば、上下方向を揃えて画像を表示させることができる。

レンズユニット２２Ｂ、２５Ｂはプラスチックレンズが樹脂製のレンズ枠に収容されてなり、回路基板２０Ａの実装面（第１の主面２０Ｕ）と反対側の面（第２の主面２０Ｄ）に撮像チップ２２Ａ、２５Ａに対して位置合わせして接着固定されている。そしてレンズ枠の内部は熱硬化性樹脂により気密封止されている。ここで、硬化時の熱によって封止空間内の空気が膨張し、亀裂等が発生することを防止するために、樹脂の塗布時に通気路を形成し、硬化後に通気路を樹脂で塞ぐ必要がある。２つのレンズ枠、すなわち、撮像チップ２２Ａ、２５Ａの通気路を形成する方向を揃えることにより、塗布方法を２つのレンズ枠間で変更する必要がないため、封止樹脂塗布の工程を簡略化することができる。

本実施形態の内視鏡１０Ａは、内視鏡１０と同じ効果を有し、さらに２眼タイプでありながら製造工程を効率化することができる。

なお、図７に示すように、回路基板２０Ａは複数の回路基板２０Ａ１〜２０Ａｎ（ｎは整数）を有する集合基板の状態で作製され、電子部品の実装工程は集合基板２０Ｘに対して行うことが好ましい。撮像チップ２２Ａ、２５Ａの実装工程やレンズ枠の搭載工程は共に樹脂を用いた実装が行われる。撮像チップ２２Ａ、２５Ａの実装する順番は1つめの回路基板２０Ａ１の第１の撮像チップ２２Ａ、第２の撮像チップ２５Ａ、２つめの回路基板２０Ａ２の第１の撮像チップ２２Ａ、第２の撮像チップ２５Ａ、、、とすることが好ましい。万が一、ある時点で樹脂塗布量に不良が生じた場合であっても、それ以前に実装した回路基板は良品であり、不良品数を減少させることができる。

＜第３実施形態＞
図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すように、第３実施形態の内視鏡１０Ｂは、第１実施形態の内視鏡１０と類似しているが、電源モジュール２３Ｐおよび送信モジュール２４Ｐは、内視鏡１０Ａと同じようにそれぞれ多層配線板を用いてモジュール化され回路基板２０Ｂに実装されている。

このため、内視鏡１０Ｂは、内視鏡１０等と同じ効果を有する。

なお、上記は、単眼または２眼のカプセル型内視鏡を例に説明したが、３眼以上のカプセル型内視鏡でも同様の効果を有する。さらに本発明の実施形態のカプセル型医療装置は、カプセル型内視鏡に限られるものではなく、消化液採取用カプセル型医療機器、嚥下型のｐＨセンサ、またはドラッグデリバリーシステムのような各種カプセル型医療機器に適用可能である。

すなわち、本発明は、上述した実施の形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

１０、１０Ａ、１０Ｂ…カプセル型内視鏡、１１…筐体、１２…本体部、２０、２０Ａ、２０Ｂ…回路基板、２１Ａ…発光素子、２０Ｕ…第１の主面、２０Ｄ…第２の主面、２１…第１の照明基板部、２２…第１の撮像基板部、２２Ａ…第１の撮像チップ、２２Ｂ…レンズユニット、２３…電源基板部、２３Ｐ…電源モジュール、２４…送信基板部、２４Ｐ…送信モジュール、２５…第２の撮像基板部、２５Ａ…第２の撮像チップ、２６…第２の照明基板部、２７…接続部、３０…接続電極、３０Ａ、３０Ｂ…接続端子、３２…電池、３２Ａ、３２Ｂ…接点部材、３２ＰＡ、３２ＰＢ…接点バネ用ランド、３４Ａ、３４Ｂ…接点部材

Claims (5)

1. カプセル型の筐体と、
   第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、複数の基板部が一列に配置され、折り曲げられた状態で前記筐体の内部に収容された回路基板と、を具備し、
   電子部品実装用の接続電極が前記回路基板の前記第１の主面に形成され、前記第２の主面には形成されていないカプセル型医療装置であって、
   前記回路基板の前記第１の主面に実装された電子部品に配設されている凸状の導電材料からなる接点部材が、前記回路基板の開口を介して、前記第２の主面から突出していることを特徴とするカプセル型医療装置。
2. ２つの接点部材の間に配置された電池を具備することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置。
3. 前記回路基板が、
   複数の発光素子が実装された照明基板部と、
   画像データを取得する撮像チップが実装された撮像基板部と、
   第１の多層配線板からなる前記画像データを無線送信する送信モジュールが実装された送信基板部と、
   第２の多層配線板からなる電力供給を制御する電源モジュールが実装された電源基板部と、を有することを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置。
4. 前記第２の主面から突出している前記電源モジュールの接点部材と、前記第２の主面から突出している前記送信モジュールの接点部材と、の間に前記電池が配設されていることを特徴とする請求項３に記載のカプセル型医療装置。
5. 前記回路基板が、
   前記筐体の両端部にそれぞれ配置された、それぞれが逆の方向を照明する第１の照明基板部と第２の照明基板部と、
   それぞれが逆の方向を撮像する第１の撮像基板部と第２の撮像基板部と、を具備することを特徴とする請求項４に記載のカプセル型医療装置。

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