JP2006217317A - Ｃｃｄの破損防止システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＣＤ付近に部品を配置することなく、Vsub出力異常及び供給異常を検出し、ＣＣＤのラッチアップ等による破損を防止することができるＣＣＤ制御システム及び電子内視鏡装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 スコープとプロセッサとを備え、スコープ内部にはＣＣＤへ駆動信号を供給しＣＣＤを駆動させるための駆動手段とＣＣＤに入力するための基板バイアス電圧を生成するための生成手段とを備えるＣＣＤ制御システムと、スコープ先端部にＣＣＤとを有する電子内視鏡装置において、前記基板バイアス電圧の電圧値をモニタするための電圧監視手段と、前記基板バイアス電圧の消費電流をモニタするための消費電流監視手段と、前記電圧監視手段又は前記消費電流監視手段が異常を検出したときにＣＣＤへの前記駆動信号の供給を停止させるための駆動停止手段と、を備えることを特徴とする電子内視鏡装置を提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＣＣＤの破損を防止するためのＣＣＤ制御システムと、それを用いた電子内視鏡装置に関する。

ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：固体撮像素子）は、その受光面上に結像した被写体の光学像を光電変換により電気信号に変換することができるデバイスである。通常、この電気信号はデバイス外部のＣＣＤ制御回路に備えられた信号処理部により処理されて映像信号として出力される。ＣＣＤを駆動させるためには複数種類の電源電圧やクロックパルスを供給する必要があり、その電源電圧の一つとして基板バイアス電圧（以降、Vsubという）が用いられる。VsubはVsub生成回路により生成されるが、ＣＣＤにはVsub生成回路をデバイス内部に有するもの（Vsub内部生成型）と、デバイス外部のＣＣＤ制御回路に有するVsub生成回路からVsubが供給されるもの（Vsub外部生成型）とがある。

ところで、電子内視鏡は、体腔内に挿入される挿入部、操作部、プロセッサ部に接続するためのケーブル及びコネクタ等からなるスコープ部と、スコープ部に供給するための電源及び光源やスコープ部からの映像信号を処理してモニタへと出力する等の機能を有するプロセッサ部とからなる。挿入部は、患者の苦痛を軽減するため及び体内の細管内を観察することができるよう可能な限り細径となるように日々研究開発がなされている。従って、スコープ部の挿入部の先端に配置されるＣＣＤは、より小型であるほうがよい。

Vsub外部生成型のＣＣＤはデバイス内部にVsub生成回路を形成する領域を必要としないため、Vsub内部生成型のＣＣＤよりも小型化が可能である。一方でVsub外部生成型のＣＣＤには、Vsub生成回路を備えるＣＣＤ制御回路からＣＣＤへと延びるVsub供給線が必要となる。通常、ＣＣＤ制御回路の配置はスコープ内部ではあるがプロセッサ近く（コネクタ付近）である。そのため、Vsub供給線は他の信号線と同様、スコープの内部を通って挿入部先端に設けられたＣＣＤまで延びている。

したがって、Vsub外部生成型のＣＣＤを備える電子内視鏡では、Vsub内部生成型のＣＣＤを備える電子内視鏡に比して、ＣＣＤにVsubが入力されずに（もしくは電圧レベルが低下して）他の信号（例えばクロックパルス）が入力されてしまう可能性が高くなる。その結果、ラッチアップ等によるＣＣＤの破損が引き起こる可能性が、Vsub内部生成型のＣＣＤの場合より高くなる。Vsubが入力されない原因は、Vsub生成回路に起因するVsub出力異常（Vsub生成回路の出力低下等、以下同様）やVsub生成回路からＣＣＤまでのVsub供給異常（例えば、Vsub供給線のショート、断線、接点不良等、以下同様）が考えられる。Vsub外部生成型のＣＣＤについては、Vsub出力異常を検知したら、ＣＣＤへのVsub以外の信号の入力を即座に停止することが望ましい。

一方、Vsub供給異常を検出してラッチアップ等を防止するためには、例えば、ＣＣＤ付近にVsubをモニタするための部品等を配置することが考えられるが、その場合、部品等を配置するスペースが必要となり、且つモニタ信号をＣＣＤ制御回路へ伝送するための信号線を新たに設けなければならないため、挿入部の径が自ずと大きくなってしまう。従って、細径化が重要視される内視鏡においては、それらの部品をＣＣＤ付近に配置することは好ましくない。したがって、従来は、上述のようなVsub外部生成型のＣＣＤを用いた電子内視鏡において、挿入部の径を維持したままでは、Vsub 供給異常によるVsubの低下を検出することができなかったため、Vsubが低下した状態でＣＣＤに信号が入力され、ラッチアップ等を引き起こしＣＣＤが破損してしまうという可能性が、Vsub内部生成型のＣＣＤの場合よりも高くなってしまうという問題があった。

そこで本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ＣＣＤ付近に部品を配置することなく、Vsub出力異常及びVsub供給異常を検出し、ＣＣＤのラッチアップ等による破損を防止することができるＣＣＤ制御システムを提供し、さらにそれを電子内視鏡に用いることにより、挿入部の径を大きくすることなく、Vsub出力異常及びVsub供給異常を検出し、ＣＣＤのラッチアップ等による破損を防止することができる電子内視鏡装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係るＣＣＤ制御システムは、ＣＣＤへ駆動信号を供給し前記ＣＣＤを駆動させるための駆動手段と、前記ＣＣＤに入力する基板バイアス電圧を生成するための生成手段とを有するＣＣＤ制御システムにおいて、前記基板バイアス電圧の電圧値をモニタするための電圧監視手段と、前記基板バイアス電圧の消費電流をモニタするための消費電流監視手段と、前記電圧監視手段又は前記消費電流監視手段が異常と判断したときに前記ＣＣＤへの前記駆動信号の供給を停止させるための駆動停止手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るＣＣＤ制御システムの上記の構成により、ＣＣＤ付近に部品を配置しなくとも、ＣＣＤ制御システムの構成のみで、Vsub出力異常及びVsub供給異常を検出して、ＣＣＤへの駆動信号を停止することにより、ラッチアップ等を防止することができる。したがって、本発明によるＣＣＤ制御システムを導入する際、ＣＣＤ付近になんら変更は必要ない。

また、前記電圧監視手段は、前記生成手段の生成する前記基板バイアス電圧が所定の値以下になったときに異常と判断することを特徴とする。また、前記消費電流監視手段は、前記基板バイアス電圧の電流値が所定の値以下になったときに異常と判断することを特徴とする。

また、前記駆動停止手段は、前記電圧監視手段又は前記消費電流監視手段から前記駆動手段に対し、所定の信号を送信することにより前記駆動信号の供給を停止させることを特徴とする。

さらに、前記電圧監視手段及び前記消費電流監視手段が異常を検出したときにそれぞれ異常検出信号を送信することを特徴とする。

また、本発明に係る電子内視鏡装置は、スコープとプロセッサとを備え、前記スコープの内部には、先端部にＣＣＤと、前記ＣＣＤへ駆動信号を供給し前記ＣＣＤを駆動させるための駆動手段と、前記ＣＣＤに入力するための基板バイアス電圧を生成するための生成手段と、を備えるＣＣＤ制御システムとを有する電子内視鏡装置において、前記基板バイアス電圧の電圧値をモニタするための電圧監視手段と、前記基板バイアス電圧の消費電流をモニタするための消費電流監視手段と、前記電圧監視手段又は前記消費電流監視手段が異常を検出したときに前記ＣＣＤへの前記駆動信号の供給を停止させるための駆動停止手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る電子内視鏡の上記の構成により、ＣＣＤ付近に部品を配置しなくとも、Vsub出力異常及びVsub供給異常を検出して、ＣＣＤへの駆動信号を停止することができるので、挿入部の径を大きくしなくとも、ラッチアップ等を防止することができる。また、従来の電子内視鏡に本発明に係るＣＣＤ制御システムを採用する場合、簡単な改造のみで使用することができる。

また、前記電圧監視手段は、前記生成手段の生成する前記基板バイアス電圧が所定の値以下になったときに異常と判断することを特徴とする。また、前記消費電流監視手段は、前記基板バイアス電圧の電流値が所定の値以下になったときに異常と判断することを特徴とする。

さらに、前記電圧監視手段又は前記消費電流監視手段が異常を検出したときにユーザに異常を通知するための異常検出通知手段を備えることを特徴とする。

また、前記駆動停止手段は、前記電圧監視手段又は前記消費電流監視手段から前記駆動手段に対し、所定の信号を送信することにより前記駆動信号の供給を停止させることを特徴とする。

また、前記ＣＣＤ制御システムが、前記スコープ内部のプロセッサ付近に配置されていることを特徴とする。

したがって、本発明は上記の構成により、ＣＣＤ付近に部品を配置することなく、Vsub出力異常及びVsub供給異常を検出したら、ＣＣＤへの入力信号を停止することでＣＣＤのラッチアップ等による破損を防止することができるＣＣＤ制御システムを提供し、さらにそれを電子内視鏡に用いることにより、挿入部の径を大きくすることなく、Vsub出力異常及びVsub供給異常を検出し、ＣＣＤへの入力信号を停止することでＣＣＤのラッチアップ等による破損を防止することができる電子内視鏡装置を提供することができる。

以下、本発明に係るＣＣＤ制御システム及び電子内視鏡装置の具体的な実施形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るＣＣＤ制御システムを備える電子内視鏡装置１の機能ブロック図である。電子内視鏡装置１は、スコープ部２及びプロセッサ部３からなる。スコープ部２とプロセッサ部３はスコープ部２の図示しないコネクタで互いに接続されている。また、プロセッサ部３には、操作部９０及びモニタ８０が接続されている。

スコープ部２は、図示しない内視鏡の挿入部、操作部、鉗子差込口、ケーブル、コネクタ等からなる。また、その内部には、ＣＣＤ部１００及びＣＣＤ制御回路２００（図２参照）からなるＣＣＤシステム１０、ＣＣＤシステム１０からの映像信号を伝送するための信号ドライブ回路１１、その他図示しないライトガイド、鉗子チャンネル、操作ケーブル、送気・送水管等の様々な機能を含む。このスコープ部２をハンドリングして術者は患者の体腔内の観察・処置を行う。

プロセッサ３は、電源部２０、絶縁部３０、映像信号処理回路４０、メモリ部５０、ビデオ画像処理回路６０、制御部７０を有する。その他図示しない光源部（ランプや絞り、ＲＧＢカラーフィルタ等）も含まれる。電源部２０は、映像信号処理回路４０、メモリ部５０、ビデオ画像処理回路６０、制御部７０、及びＣＣＤシステム１０、信号ドライブ回路１１にそれぞれの電源を供給している。

絶縁部３０は、信号線に絶縁手段を設けることによりスコープ部２とプロセッサ部３を電気的に絶縁する機能を有する。絶縁部３０には、絶縁トランスや、ＬＥＤとフォトダイオードを組み合わせたフォトカプラや、ＩＣモジュール化されたもの等、絶縁状態で信号や電圧を伝送可能であればいずれの方法でも使用することができる。その結果、プロセッサ部３の回路に対して、スコープ部２の回路は電気的に浮いた状態になっているため、仮にスコープ部２において漏電が発生したとしても、患者は感電することがない構成となっている。

ＣＣＤシステム１０から出力されたアナログの映像信号は、信号ドライブ回路１１、絶縁部３０を介して、映像信号処理回路４０に入力される。映像信号処理回路４０では、入力された映像信号に対しＡ／Ｄ変換処理を行った後、制御部７０から供給される同期信号に基づいてデジタル映像信号をＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号として順次、メモリ部５０の所定の領域へと格納する。このメモリ部５０は、制御部７０によるメモリ書込み同期信号に基づいて動作制御されており、その後、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を出力する。

メモリ部５０の動作により出力され、同時化されたデジタル映像信号（すなわち、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）は、ビデオ画像処理回路６０に入力される。ビデオ画像処理回路６０では、Ｄ／Ａ変換、増幅等の処理が行われ、アナログビデオ信号としてモニタ８０に出力される。モニタ８０は、術者が体腔内の映像を見ながら観察・処置を行うことができる。また、静止画像も見ることができる。

制御部７０は、ＣＣＤシステム１０、映像信号処理回路４０、メモリ部５０、ビデオ画像処理回路６０の制御を行う。また、操作部９０からオペレータの操作に基づく信号を受信し、ＣＣＤシステム１０から後述する各異常検出信号を受信する。例えば、異常検出信号を受信した場合、その信号の情報に基づいて、ビデオ画像処理回路６０によりモニタ８０に所定の画像や文字等を表示させることができる。また、制御部７０からの指令により、ブザーやスピーカ等（図示していない）で所定の音を発生させることもできる。これらの構成により、術者は、ＣＣＤへのVsubの入力に異常があり、ＣＣＤの駆動が停止したことを迅速に知ることができる。また、異常検出信号の種類に基づく、モニタ８０に表示される画像や文字等の種類によって、術者はその異常がVsub生成回路の出力に起因するのか、Vsubの供給の不具合に起因するのか瞬時に知ることができる。

なお、上述した本発明の実施形態における信号処理機構は、主として面順次方式電子内視鏡に対応するものであるが、本発明に係るＣＣＤ制御システム及び電子内視鏡装置は、同時方式等の電子内視鏡においても採用することができる。

次に、本発明の実施形態によるＣＣＤ制御システムについて説明する。

図２は、図１のＣＣＤシステム１０の詳細を示した機能ブロック図である。ＣＣＤシステム１０はＣＣＤ部１００とＣＣＤ制御回路部２００とからなる。ＣＣＤ部１００は、スコープ部２の挿入部の先端に配置されており、ＣＣＤ１１０を含む。ＣＣＤ制御回路部２００は、スコープ部２のコネクタ付近に配置されており、Vsub生成回路２１０、Vsub監視回路２２０、消費電流監視回路２３０、ＣＣＤ駆動回路２４０、ＣＣＤ信号処理部２５０を有する。なお、図２には電源及び電源供給線が図示されていないが、ＣＣＤ制御回路部２００に含まれる各機能ブロックにはプロセッサ部３からそれぞれ電源が供給されているものとする。

ＣＣＤ１１０は、電荷結合素子であって光電変換デバイスの１つである。ＣＣＤ１１０の受光面に照射された光の強弱の光学像をその強弱に応じた信号電荷に変換する動作を行う。この信号電荷の信号電圧への変換は水平ＣＣＤの出力段で行う。ＣＣＤ１１０はこのような光電変換機能を持ったセンサーデバイスであり、各素子が非常に微細化されているため、その製造プロセスは半導体微細加工技術が用いられている。従って、デバイス内部に寄生トランジスタがやむを得ず存在してしまう。その結果、Vsub以外の入力信号電圧がVsubを上回ると、ラッチアップ等が生じ発熱により、デバイスの破損へとつながる。

ＣＣＤ１１０は、Vsub生成回路２１０により生成されたVsub及び、ＣＣＤ駆動回路２４０から供給される複数のクロックパルス等のＣＣＤ入力信号を受けて、光電変換により蓄積された信号電荷を転送し、結果として電気信号を出力する。すなわち、本発明の実施形態によるVsub外部生成型のＣＣＤ１１０では、Vsub入力端子とクロックパルス入力端子がそれぞれ独立して存在するため、Vsubが入力されずVsub以外のＣＣＤ入力信号のみが入力されるという状況が起こりうる構造となっている。このVsub入力端子付近にVsub監視用の回路を設けると、必然的にＣＣＤ部１００のサイズが大きくなり、挿入部の径を大きくしなければならないため、好ましくない。

Vsub生成回路２１０は、プロセッサ３の電源部２０から供給される電源電圧により、Vsubを生成する。Vsubがデバイス内部の様々な電位分布の基準値となるため、Vsubの入力なしにはＣＣＤは動作しない。そして、通常はVsub以外のＣＣＤ入力信号電圧の方がVsubよりも低いが、Vsubが入力されていない場合あるいはVsubが低下している場合、Vsubよりも高い電圧のＣＣＤ入力信号が供給されるとＣＣＤはラッチアップ等を引き起こしてしまう。

Vsub監視回路２２０は、Vsub生成回路２１０の出力電圧レベルをモニタしている。Vsubが予め設定された電圧値（設計時に閾値を定めておいてもよい）以下になったときは、瞬時にＣＣＤ駆動回路２４０に制御信号を送り、ＣＣＤ駆動信号（すなわちクロックパルス）の発信を停止させる。そして、同時にVsub出力異常検出信号をプロセッサ３の制御部７０に送信する。この構成により、Vsub生成回路２１０の異常でVsubが低下した場合に、ＣＣＤ１１０に入力される信号を停止することでラッチアップ等を防止することができる。また、Vsub出力異常検出信号を受信した制御部７０は、Vsub生成回路２１０に異常があった旨をモニタ８０に表示させることで、術者にＣＣＤ１１０の駆動が停止した原因を知らせることができる。

消費電流監視回路２３０は、Vsub生成回路２１０により生成されたVsubがＣＣＤに入力される回路の消費電流をモニタしている。消費電流が予め設定された値（設計時に閾値を定めておいてもよい）より低下した場合は、Vsub供給線の接触不良等の何らかの高抵抗成分が回路中に生じていることにより、ＣＣＤ１１０に入力されるVsubの値が著しく低下したということが考えられる。消費電流がゼロである場合は、Vsub供給線の断線等が原因で、ＣＣＤ１１０にVsubが入力されていないことが考えられる。従って、消費電流監視回路２３０では、消費電流の低下を検出することにより、ＣＣＤ１１０にVsubが正常に入力されていないと判断して、ＣＣＤ駆動回路２４０に信号を送り、ＣＣＤ駆動信号（すなわちクロックパルス）の発信を停止させる。そして、同時にVsub供給異常検出信号をプロセッサ３の制御部７０に送信する。

上述の消費電流監視回路２３０の構成により、Vsub生成回路２１０に異常がなくても、Vsubの供給に異常がありVsubが低下した場合に、ＣＣＤ１１０に入力される信号の発信を停止することでラッチアップ等を防止することができる。すなわち、スコープ部２の挿入部先端のＣＣＤ付近に部品を配置しなくとも、Vsub供給異常を検出することができるという効果を奏する。したがって、本発明によるＣＣＤ制御システムを用いれば、従来から用いられている電子内視鏡装置に対し簡単な変更を行うのみで、ラッチアップ等を防止するための機能を付加することができる。また、Vsub供給異常検出信号を受信した制御部７０は、Vsubの供給に異常があった旨をモニタ８０に表示させることで、術者にＣＣＤ１１０の駆動が停止した原因を知らせることができる。

ＣＣＤ信号処理部２５０は、ＣＣＤ１１０から出力された電気信号を受信する。そして、ＣＣＤ駆動回路２４０から供給された同期信号に基づいて電気信号を映像信号へと変換する所定の処理を行う。その処理された映像信号はアナログ信号として、図１の信号ドライブ回路１１へと出力される。

したがって、本発明は、ＣＣＤ１１０付近にVsubをモニタするための部品を配置することなく、すなわち、電子内視鏡に採用した場合、挿入部の径を大きくすることなく、ＣＣＤ制御回路部２００内に消費電流監視回路を設けることにより、Vsub供給異常を検出し、ＣＣＤ駆動回路２４０を停止して、ＣＣＤ１１０のラッチアップ等による破損を防止することができる。また、ＣＣＤ制御回路部２００を改造するのみで、本発明の効果を得ることができる。したがって、従来の電子内視鏡装置に対しわずかな変更のみでラッチアップ等を防止するための機能を備えつけることができる。

本発明の実施形態の電子内視鏡装置の機能ブロック図である。 図１に示すＣＣＤシステムの機能ブロック図である。

符号の説明

１ 電子内視鏡装置
２ スコープ部
３ プロセッサ部
１０ ＣＣＤシステム
１１ 信号ドライブ回路
２０ 電源部
３０ 絶縁部
４０ 映像信号処理回路
５０ メモリ部
６０ ビデオ画像処理回路
７０ 制御部
８０ モニタ
９０ 操作部
１００ ＣＣＤ部
１１０ ＣＣＤ
２００ ＣＣＤ制御回路部
２１０ Vsub生成回路
２２０ Vsub監視回路
２３０ 消費電流監視回路
２４０ ＣＣＤ駆動回路
２５０ ＣＣＤ信号処理部

Claims (11)

1. ＣＣＤへ駆動信号を供給し前記ＣＣＤを駆動させるための駆動手段と、前記ＣＣＤに入力する基板バイアス電圧を生成するための生成手段とを有するＣＣＤ制御システムにおいて、
   前記基板バイアス電圧の電圧値をモニタするための電圧監視手段と、
   前記基板バイアス電圧の消費電流をモニタするための消費電流監視手段と、
   前記電圧監視手段又は前記消費電流監視手段が異常と判断したときに前記ＣＣＤへの前記駆動信号の供給を停止させるための駆動停止手段と、を備えることを特徴とするＣＣＤ制御システム。
2. 前記電圧監視手段は、前記生成手段の生成する前記基板バイアス電圧が所定の値以下になったときに異常と判断することを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ制御システム。
3. 前記消費電流監視手段は、前記基板バイアス電圧の電流値が所定の値以下になったときに異常と判断することを特徴とする請求項１または２に記載のＣＣＤ制御システム。
4. 前記電圧監視手段及び前記消費電流監視手段が異常を検出したときにそれぞれ異常検出信号を送信することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＣＣＤ制御システム。
5. 前記駆動停止手段は、前記電圧監視手段又は前記消費電流監視手段から前記駆動手段に対し、所定の信号を送信することにより前記駆動信号の供給を停止させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＣＣＤ制御システム。
6. スコープとプロセッサとを備え、前記スコープの内部には、先端部にＣＣＤと、前記ＣＣＤへ駆動信号を供給し前記ＣＣＤを駆動させるための駆動手段と、前記ＣＣＤに入力するための基板バイアス電圧を生成するための生成手段と、を備えるＣＣＤ制御システムを有する電子内視鏡装置において、
   前記基板バイアス電圧の電圧値をモニタするための電圧監視手段と、
   前記基板バイアス電圧の消費電流をモニタするための消費電流監視手段と、
   前記電圧監視手段又は前記消費電流監視手段が異常を検出したときに前記ＣＣＤへの前記駆動信号の供給を停止させるための駆動停止手段と、を備えることを特徴とする電子内視鏡装置。
7. 前記電圧監視手段は、前記生成手段の生成する前記基板バイアス電圧が所定の値以下になったときに異常と判断することを特徴とする請求項６に記載の電子内視鏡装置。
8. 前記消費電流監視手段は、前記基板バイアス電圧の電流値が所定の値以下になったときに異常と判断することを特徴とする請求項６または７に記載の電子内視鏡装置。
9. 前記電圧監視手段又は前記消費電流監視手段が異常を検出したときにユーザに異常を通知するための異常検出通知手段を備えることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の電子内視鏡装置。
10. 前記駆動停止手段は、前記電圧監視手段又は前記消費電流監視手段から前記駆動手段に対し、所定の信号を送信することにより前記駆動信号の供給を停止させることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の電子内視鏡装置。
11. 前記ＣＣＤ制御システムが、前記スコープ内部の前記スコープが前記プロセッサと接続される基端部付近に配置されていることを特徴とする請求項６から１０のいずれかに記載の電子内視鏡装置。

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