KR100896772B1 - 캡슐형 내시경 - Google Patents

Abstract

본 발명의 캡슐 타입의 내시경에 관한 것이다.

본 발명은 내부를 밀봉하는 외장 부재인 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되어 피검체를 조명하는 조명수단과, 상기 조명수단에 의해 조명되는 피검체의 광학상을 형성하는 촬상 광학계와, 상기 하우징에 결합되고 상기 조명수단에서 출사된 광 및 상기 촬상 광학계에 입사되는 광이 투과되는 투명 커버를 포함하는 캡슐형 내시경에 있어서, 상기 투명 커버는, 상기 촬상 광학계의 촬상각보다 크고 상기 조명수단의 최대 광 조사각보다 작은 범위 내에 형성되어, 상기 조명수단에서 출사되는 광 중 상기 촬상 광학계의 촬상 각을 벗어나는 손실부분의 광을 집광하여 상기 촬상각의 범위 이내로 굴절시켜 조사하는 집광부를 포함한다.

캡슐형 내시경, 조명수단, 광 조사 각, 촬상 광학계, 촬상 각, 집광부

Description

캡슐형 내시경{CAPSULE ENDOSCOPE}

도 1은 종래의 캡슐형 내시경의 전체 구조도.

도 2는 도 1에 도시된 조명장치의 광 조사범위와 촬상 광학계의 촬상 각을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐형 내시경의 전체 구조도.

도 4는 도 3에 도시된 조명장치의 광 조사범위와 촬상 광학계의 촬상 각을 설명하기 위한 도면.

＜도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명＞

100: 캡슐형 내시경 101: 하우징

102: 조명수단 103: 촬상 광학계

107: 보호 커버 107a: 집광부

본 발명의 캡슐 타입의 내시경에 관한 것이다.

내시경은 식도, 위, 대장, 소장, 결장, 직장, 항문 등의 질병 유무를 정확하게 판단하기 위한 가장 기본적이면서 필수적인 검사방법이나, 종래의 130cm 내외의 길이를 갖는 내시경을 구강 혹은 항문을 통해 삽이하여 내부를 관찰하는 방법은 피검자의 체강 구조에 따라서 피검자의 통증을 유발시킬 수 있으며 내시경을 구강 혹은 항문을 통해 삽입하는데 대한 거부감 및 혐오감을 일으켜 피검자들이 내시경을 회피할 수 있으며 내시경 조작자의 기술적 숙련도에 따라 통증의 정도 및 검사 시간이 달라지는 단점이 있었다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 종래에는 캡슐 형상의 하우징 내부에 촬상 광학계를 포함하는 촬상 수단, 조명수단, 통신수단, 전원 등을 수납한 소형의 캡슐형 내시경이 제시되었다. 캡슐형 내시경은 수십 밀리미터의 크기로 피검자가 음용하였을 때 거부감을 주지 않으며, 피검자의 체강 내를 따라 이동하면서 초당 수 프레임의 화상을 촬영하여 피검자가 휴대중인 수신기로 전송하므로, 기존의 삽입방식의 내시경을 대체할 획기적인 기술로 인식되고 있다.

도 1은 종래의 캡슐형 내시경의 일 예시도로서, 캡슐형 내시경(10)은 내부를 밀봉하는 외장 부재인 하우징(11)과, 하우징(11) 내에 설치되어 피검체를 조명하는 광원(12a) 및 광원(12a)을 전기적으로 구동하는 광원 제어부(12b)로 구성된 조명수단(12)과, 조명수단(12)에 의해 조명되는 피검체의 광학상을 형성하는 복수의 렌즈군(13a) 및 이를 보유 지지하는 렌즈 경통(13b) 등으로 구성되는 촬상 광학계(13)와, 촬상 광학계(13)에 의해 결상되는 피검체의 광학상을 받아 소정의 광전변환 처리 등을 행하여 화상신호를 생성하는 촬상수단(14)과, 이 촬상수단(14)으로부터 출력되는 화상신호를 받아 각종 신호 처리(화상신호 처리 혹은 통신신호 처리 등)를 행하는 전기 회로 및 캡슐 내시경(10)의 내부 전기회로 전체를 통괄적으로 제어하는 제어 회로 등을 실장한 회로 기판(15)과, 캡슐 내시경(10)내의 각 구성부에 전원을 공급하는 전원부(16)와, 캡슐형 내시경(10)의 전방에 하우징(11)과 결합되어 설치되며 캡슐형 내시경(10)의 전방부위를 덮어 보호함과 동시에 조명수단(12)으로부터 출사되는 광 혹은 촬상 광학계(13)에 입사되는 광이 투과될 수 있도록 수지 등의 경질 재질로 된 투명 커버(17)로 구성된다.

즉, 종래의 캡슐 내시경은, 조명수단(12)의 광원(12a)과 촬상 광학계(13)가 각각 동일하거나 유사한 높이에 설치되며, 광원(12a)의 광 조사범위는 촬상 광학계(13)의 촬상각보다 매우 넓어서 도 2에 도시된 바와 같은 광의 손실부분이 발생하게 된다.

이러한 손실부분은 광의 산란에 의해 이미지의 중첩 현상을 발생시키는 원인이 되며, 불필요한 광의 발산 때문에 전원부(16)의 용량이 증가하며, 이로 인하여 내시경의 크기가 커져 피검자가 복용 시에 부담을 느끼게 된다.

또한, 하우징(11)과 투명 커버(17) 결합되어 캡슐형 내시경(10)을 밀봉시키도록 구성되는데, 제조 공정상에 하우징(11)과 투명 커버(17)의 결합부위에 돌출부 혹은 첨예부가 존재할 경우, 이 돌출부 혹은 첨예부에 의해 연약한 체강에 손상을 입히게 되는 현상이 발생한다.

본 발명은 광원으로부터 조사되는 광을 촬상 광학계의 촬상 각 범위 이내로 집중시킬 수 있는 캡슐형 내시경을 제공한다.

본 발명은 하우징과 투명 커버를 결합한 면이 보다 완만한 구조를 갖는 캡슐형 내시경을 제공한다.

본 발명은 내부를 밀봉하는 외장 부재인 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되어 피검체를 조명하는 조명수단과, 상기 조명수단에 의해 조명되는 피검체의 광학상을 형성하는 촬상 광학계와, 상기 하우징에 결합되고 상기 조명수단에서 출사된 광 및 상기 촬상 광학계에 입사되는 광이 투과되는 투명 커버를 포함하는 캡슐형 내시경에 있어서, 상기 투명 커버는, 상기 촬상 광학계의 촬상각보다 크고 상기 조명수단의 최대 광 조사각보다 작은 범위 내에 형성되어, 상기 조명수단에서 출사되는 광 중 상기 촬상 광학계의 촬상 각을 벗어나는 손실부분의 광을 집광하여 상기 촬상각의 범위 이내로 굴절시켜 조사하는 집광부를 포함한다.

상기 집광부는, 상기 투명 커버의 나머지 부분의 그것보다 작다.

상기 집광부를 포함하는 상기 투명 커버의 직경은, 상기 하우징의 직경보다 적어도 같거나 크게 형성된다.

상기 투명 커버 중 상기 집광부를 제외한 나머지 부분은, 내부면 곡률반경과 외부면 곡률반경이 일정하거나, 내부면과 외부면 사이의 두께가 상기 촬상각의 중심축에서 가장 두껍고, 상기 촬상각의 외곽으로 갈수로 얇아지도록 구성할 수도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예(들)에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 회로의 구성소자 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐형 내시경의 전체 구조도이고, 도 4는 도 3에 도시된 조명장치의 광 조사범위와 촬상 광학계의 촬상 각을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 보면, 캡슐형 내시경(100)은 내부를 밀봉하는 외장 부재인 하우징(101)과, 하우징(101) 내에 설치되어 피검체를 조명하는 광원(102a) 및 광원(102a)을 전기적으로 구동하는 광원 제어부(102b)로 구성된 조명수단(102)과, 조명수단(102)에 의해 조명되는 피검체의 광학상을 형성하는 복수의 렌즈군(103a) 및 이를 보유 지지하는 렌즈 경통(103b) 등으로 구성되는 촬상 광학계(103)와, 촬상 광학계(103)에 의해 결상되는 피검체의 광학상을 받아 소정의 광전변환 처리 등을 행하여 화상신호를 생성하는 촬상수단(104)과, 이 촬상수단(104)으로부터 출력되는 화상신호를 받아 각종 신호 처리(화상신호 처리 혹은 통신신호 처리 등)를 행하는 전기 회로 및 캡슐 내시경(100)의 내부 전기회로 전체를 통괄적으로 제어하는 제어 회로 등을 실장한 회로 기판(105)과, 캡슐 내시경(100)내의 각 구성부에 전원을 공급하는 전원부(106)와, 캡슐형 내시경(100)의 전방에 하우징(101)과 결합되어 설치되며 캡슐형 내시경(100)의 전방부위를 덮어 보호함과 동시에 조명수단(102)으로부터 출사되는 광 혹은 촬상 광학계(103)에 입사되는 광이 투과될 수 있도록 수지 등의 경질 재질로 된 투명 커버(107)로 구성된다.

한편, 투명 커버(107)의 소정 부위에는 투명 커버(107)의 내부 곡률 혹은 외부 곡률과 상이한 곡률을 갖는 집광부(107a)가 가공된다. 이 집광부(107a)는 도 4에 도시된 바와 같이, 촬상 광학계(103)의 촬상각보다 크고 조명수단(102)의 최대 광 조사각보다 작은 범위 내의 투명 커버(107)에 형성되며, 본 발명에서는 조명수단(102)에서 출사되는 광 중 촬상 광학계(103)의 촬상 각을 벗어나는 각도에서 조사되는 광을 촬상 광학계(103)의 촬상 각 이내로 굴절시키고 집광시키는 소정의 곡률과 형상을 갖도록 설계하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 광을 집광하기 위해 집광부(107a)는 볼록렌즈의 형상을 갖는다.
여기서, 상기 집광부(107a)의 재질은 굴절률 1.5~1.55 사이를 가지는 플라스틱 사출물이며, 집광부(107a)의 추가 곡률은 주곡률의 1/2 미만으로 한정한다.
즉, 굴절의 기본법칙은 수학식 1과 같이 스넬의 법칙에 따라 발생하며, 수학식 1을 이용하여 외부돔을 통과한 빛의 출사각을 구할 수 있다.
n*sin(입사각)=n*sin(출사각)
일반적인 경우 돔의 외부 곡률이 r=5.8이고, 내부 곡률이 r=5.1인 경우, 스넬의 법칙에 따라 입사되는 빛이 돔의 안쪽에 존재하는 공기에서 돔의 내부면으로 이동할 때, 수학식 1에 대입한 결과, 1*sin(39.39)=1.5146*sin(출사각 1)출사각 1=24.77을 얻을 수 있고, 돔에서 상기 돔의 외부면으로 빛이 이동할 때 수학식 1에 대입한 결과, 1.5146*sin(21.62)=1*sin*(출사각 2)에서 출사각 2=33.92를 얻을 수 있다.
내부 면이 동일하다는 조건 하에서 외부 곡률을 추가했을 때에도 상기 출사각 1은 동일하며 상기 입사되는 빛이 외부 추가 곡률을 지날 때의 출사각은, 1.5146*sin(39.86)=1*sin(출사각 2)에서 출사각 2=76.1을 얻을 수 있다. 즉, 외부 곡률을 특정 부분에 추가하고, 외부 곡률에 맞는 입사각을 크게 함으로써 출사각을 크게 할 수 있다는 공식이 성립된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐형 내시경(100)은 전원부(106)에서 공급되는 전원에 의해 회로 기판(105)내의 각 구성부가 동작되고, 이에 따라 조명수단(102)에서 출사된 광이 투명 커버(107)를 투과하여 피검체에 조사된다.

피검체에 조사된 광이 반사되어 투명 커버(107)를 투과하여 광학 촬상계(103)내의 렌즈군(103a)에 도달함에 따라 촬상 광학계(103)에는 상이 형성되고, 형성된 상은 촬상수단(104)에 의해 전기적인 이미지데이터로 변환된다. 전기적으로 변환된 이미지데이터는 회로 기판(105)내의 통신 모듈(도시되지는 않았음)을 통해 사용자가 휴대한 휴대용 수신기에 전송되고, 이로 인하여 캡슐형 내시경(100)에 의해 촬영된 피검체의 영상은 수신기에 저장된다.

이때, 피검체의 촬영대상이 벽(장기의 벽면)이면 조명수단(102)에서 조사된 광으로 피검체의 대상물을 충분하게 밝힐 수 있으나, 피검체의 촬영대상이 통로(장기의 통로)인 경우 조명수단(102)에서 조사된 광은 피검체의 촬영대상을 충분하게 밝히지 못하게 된다.

이때, 집광부(107a)는 조명수단(102)에서 조사된 광 중 손실부분(도 2 참조)에 해당하는 광을 집광하고, 촬상 광학계(103)의 촬상 각 범위 이내로 굴절시켜 조사하도록 함으로써, 부족한 광량을 보충할 수 있다.

또한, 집광부(107a)는 굴곡 형상으로 이루어져 하우징(100)과의 연결부위가 완만한 경사각으로 구성되어 있어, 피검자가 캡슐형 내시경(100)을 복용할 때 부담을 느끼지 않는다.

더불어, 집광부(107a)의 크기와 위치를 조정함에 따라 하우징(100)의 크기를 변경하지 않더라도 보다 큰 사이즈의 투명 커버(107)를 적용할 수도 있다. 이러한 경우, 투명 커버(107)가 렌즈 역할을 하는 캡슐형 내시경에서는 보다 확대된 피검체의 영상을 획득할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예(들)에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예(들)에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명은 조명수단에서 조사된 광 중 손실부분에 해당하는 광을 집광하고, 촬상 광학계의 촬상 각 범위 이내로 굴절시켜 조사하는 집광부를 구성함으로써, 부족한 광량을 보충하여 보다 명확한 피검체 화상을 획득할 수 있다.

본 발명은 집광부가 굴곡 형상으로 이루어져 하우징과의 연결부위가 완만한 경사각으로 구성되어 있어, 피검자가 캡슐형 내시경을 복용할 때 부담을 느끼지 않는다.

본 발명은 집광부의 위치 및 크기를 변경함에 따라 하우징의 크기를 변화하지 않고도 보다 큰 사이즈의 투명 커버를 결합할 수 있으므로, 보다 확대된 피검체 화상의 획득이 가능하다.

Claims (5)

1. 내부를 밀봉하는 외장 부재인 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되어 피검체를 조명하는 조명수단과, 상기 조명수단에 의해 조명되는 피검체의 광학상을 형성하는 촬상 광학계와, 상기 하우징에 결합되고 상기 조명수단에서 출사된 광 및 상기 촬상 광학계에 입사되는 광이 투과되는 투명 커버를 포함하는 캡슐형 내시경에 있어서:

   상기 투명 커버는,

   상기 촬상 광학계의 촬상각보다 크고 상기 조명수단의 최대 광 조사각보다 작은 범위 내에 형성되어, 상기 조명수단에서 출사되는 광 중 상기 촬상 광학계의 촬상 각을 벗어나는 손실부분의 광을 집광하여 상기 촬상각의 범위 이내로 굴절시켜 조사하는 집광부를 포함하는 캡슐형 내시경.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 집광부는,

   상기 투명 커버의 나머지 부분의 그것보다 작은 캡슐형 내시경.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 집광부를 포함하는 상기 투명 커버의 직경은,

   상기 하우징의 직경보다 적어도 같거나 크게 형성되는 캡슐형 내시경.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 투명 커버 중 상기 집광부를 제외한 나머지 부분은,

   내부면 곡률반경과 외부면 곡률반경이 일정한 캡슐형 내시경.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 투명 커버 중 상기 집광부를 제외한 나머지 부분은,

   내부면과 외부면 사이의 두께가 상기 촬상각의 중심축에서 가장 두껍고,

   상기 촬상각의 외곽으로 갈수로 얇아지는 캡슐형 내시경.

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