JP2007054150A

JP2007054150A - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP2007054150A
Application number: JP2005240738A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Takahashi; 昭博高橋
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】装置を小型化しても高周波ノイズを効率よく除去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。
【解決手段】スコープ部と、本体と、スコープ側の第一の回路と、前記本体内に備えられモニタ出力信号を生成する機能を有する第二の回路とを有し、前記第一の回路と前記第二の回路とが互いに絶縁されている、電子内視鏡装置において、前記第二の回路が、主要回路と副回路とを有し、前記第一の回路のグランドと前記副回路とが少なくとも一つのコンデンサにより接続され、前記主要回路のグランドと前記副回路とがそれぞれ独立した経路で前記本体の筐体の導電部分に接続され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、電子内視鏡装置に関し、特に、高周波ノイズ対策の構造に関するものである。

電子内視鏡装置は、内視鏡スコープの先端部に設けられた撮像素子により患者の体腔内を撮像することができる。撮像素子からの出力信号は、内視鏡スコープから内視鏡装置本体に送信され、結果としてテレビモニタ上に観察部位の映像を表示させる。また、内視鏡スコープには、鉗子差込口があり、鉗子や電気メスを内視鏡スコープ内に挿通させることができる。

また、電子内視鏡装置は、内視鏡スコープ側の回路である患者回路と内視鏡装置本体側である２次回路を有する。該患者回路と該２次回路は互いに絶縁されているが、絶縁素子等を有する絶縁基板により撮像素子からの信号や他の制御信号等を送受信可能となっている。

このような電子内視鏡装置においては、電気メスの使用時に高周波電流が通電されるため、高周波ノイズが発生する。高周波ノイズがモニタ出力のためのビデオ信号に混入すると、良好な画像の形成が妨げられてしまうという問題があった。

特許文献１では、電気メス等による高周波ノイズに合わせた高周波特性を有するコンデンサを用いることにより高周波ノイズ対策を行っている。すなわち、電気メス等から発生する周波数の整数倍の周波数に共振点を持つ高周波特性を有する複数のコンデンサを設けることによりノイズ対策を実現している。

特許第３２１３２０７号公報

しかし、電子内視鏡装置が小型化され、装置内のスペースが限られてくると、特許文献１に記載のような高周波ノイズ対策は困難となってくる。すなわち、装置の小型化により、部品の実装密度が凝縮されると、電子内視鏡装置の絶縁基板内において高速クロック信号と比較的低速の制御信号とが隣接することになる。その結果、絶縁基板内で信号の干渉が生じ、ノイズ対策コンデンサを追加するにあたり、絶縁基板上で最適なノイズ周波数を求めることが困難となる（すなわち、信号の干渉によりノイズ周波数がシフトするため）。また、絶縁基板内ではあらゆる信号が混在しているため、コンデンサの設置の仕方によっては発振を引き起こし、不要輻射ノイズを増大させてしまう。絶縁基板の外にコンデンサを取り付けようとすると、機械的な安定性がなくなると共に、リード線を用いるため思うようにインピーダンスが下がらない。インピーダンスが少ないほどノイズ除去効果は増す。したがって、電子内視鏡装置において、装置を小型化するにあたり電気メス等による高周波ノイズに対する有効な対策方法がなかった。

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、装置を小型化しても高周波ノイズを効率よく除去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、本発明では、スコープ部と、本体と、スコープ側の第一の回路と、前記本体内に備えられモニタ出力信号を生成する機能を有する第二の回路とを有し、前記第一の回路と前記第二の回路とが互いに絶縁されている、電子内視鏡装置において、前記第二の回路が、主要回路のグランドと副回路とを有し、前記第一の回路のグランドと前記副回路とが少なくとも一つのコンデンサにより接続され、前記主要回路と前記副回路とがそれぞれ独立した経路で前記本体の筐体の導電部分に接続されることを特徴とする電子内視鏡装置を提供する。

本発明では上述の構成により、内視鏡装置のスコープ側の第一の回路に高周波ノイズが発生しても、特定の周波数のノイズはコンデンサにより除去され、その他の周波数のノイズは内視鏡装置本体の筐体にバイパスされるため、モニタ信号を生成する主要回路へのノイズを効率よく除去することができる。その結果、モニタに表示される画像のノイズが低減される。

また、前記副回路は導通性部材により前記筐体に接続されていることを特徴とする。

また、前記副回路は、前記第二の回路において最も前記第一の回路に近い位置に配置されることを特徴とする。

また、前記コンデンサが、前記スコープ部において発生する高周波ノイズの周波数あるいは該周波数の整数倍に共振点を有する高周波特性を有することを特徴とする。さらに、前記高周波ノイズが電気メスにより発生することを特徴とする。

また、前記第一の回路と前記主要回路とが、絶縁素子により信号の送受が可能であ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、装置を小型化しても高周波ノイズを効率よく除去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、本発明に係る電子内視鏡装置の具体的な実施形態を図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子内視鏡装置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、装置本体部３、及びテレビモニタ４を有する。

スコープ部２は、撮像素子（ＣＣＤ）１０、スコープ側信号処理回路２０、操作ボタン７０を有する。さらに、撮像素子１０からの出力信号を伝送する信号線１１、ライトガイド６１、操作ボタン７０の信号線７１等を有する。また、スコープ部２は、鉗子差込口１２、鉗子差込口１２からスコープ部２の先端まで延びる処置具挿通チャネル１３、送気・送水管（不図示）、操作ケーブル（不図示）等を有する。処置具として電気メス等が鉗子差込口１２から挿入される。電気メスは、高周波電流を通電して、患部を焼き切る等の機能を有するため、高周波ノイズの原因となる。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および処置を行う。

撮像素子１０は、スコープ部２の先端部付近に備えられている。撮像素子１０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。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。撮像素子１０から出力された信号は信号線１１を通ってスコープ側信号処理回路２０に入力される。操作ボタン７０は、フリーズ、コピー等をユーザが操作しスコープ側信号処理回路２０がその操作結果に基づいて制御信号を装置本体部３へ送信する。スコープ側信号処理回路２０から出力された、操作ボタン７０の制御信号及び撮像素子１０からの出力信号は装置本体部３へ送信される。

装置本体部３は、装置本体側信号処理回路３０、２次回路５０、ランプ６０、図示しない電源供給部等を有する。なお、スコープ部２に含まれる回路及び装置本体側信号処理回路３０を含めて患者回路４０と称す。患者回路４０と２次回路５０とは絶縁されており、絶縁基板１００（図２に詳述）により信号が送受信される。患者回路４０は、患者の感電を防止することを目的として２次回路５０に対して電気的に浮いた状態にある回路である。すなわち、スコープ部２において漏電が発生したとしても、患者が感電することがない構造となっている。撮像素子１０を駆動するためのクロック信号等は、患者回路４０内（スコープ側信号処理回路２０或いは装置本体側信号処理回路３０）において生成される。撮像素子１０から得られた信号は患者回路４０内（スコープ側信号処理回路２０或いは装置本体側信号処理回路３０）で増幅、アナログ−デジタル変換等の信号処理が施される。

装置本体側信号処理回路３０はスコープ側信号処理回路２０と各種信号を送受する回路である。また、装置本体側信号処理回路３０は、例えば、撮像素子１０からスコープ側信号処理回路２０を介して得られた信号に対してアナログ−デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を行う回路を含む。本発明の実施形態においては、装置本体側信号処理回路３０の全部或いは一部と、２次回路５０の全部或いは一部が同一基板（すなわち、図２及び図３に示す絶縁基板１００）上に形成されている。

２次回路５０は、撮像素子１０からの信号をデジタル信号として絶縁素子２００を介して受信する。２次回路５０は、そのデジタル信号からＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を生成し、さらにそれらの信号に対しＤ／Ａ変換、増幅等の処理を行い、アナログビデオ信号としてテレビモニタ４に出力する。術者は、テレビモニタ４に出力された体腔内の映像を見ながら診断・処置等を行うことができる。また、術者によりフリーズ画像（静止画像）取得の操作があった場合には回路内の所定の処理によりテレビモニタ４に静止画像を表示させることができる。また、術者によりコピーの操作があった場合は、図示しないビデオプリンタ等により画像を記録紙にプリントアウトすることができる。

ランプ６０は光源である。２次回路５０からランプ６０を点灯させるための電源が供給される。ランプ６０から出力された光は、ライトガイド６１によりスコープ部２の先端部に導かれ、患部を照射することができる。

図２は、絶縁基板１００を示す模式図である。絶縁基板１００は、装置本体側信号処理回路３０の全部或いは一部を含む信号処理回路領域３１と、２次回路５０の全部或いは一部を含む２次回路領域５１と、２次回路５０の領域の一部であり且つ２次回路５０の銅箔パターンと分離されたコンデンサ接続パターン５２と、複数の絶縁素子２００と、コンデンサ３００と、銅箔パターンの無い絶縁部１０１とを有する。図３は、図２のＡ−Ａ断面およびその周辺を示す図である。信号処理回路領域３１、２次回路領域５１、コンデンサ接続パターン５２は絶縁基板１００の中でそれぞれ電気的に絶縁されている。信号処理回路領域３１の出力部・入力部と２次回路領域５１の入力部・出力部とは、互いに絶縁素子２００により接続されている。絶縁素子２００としては、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可能である。また、信号処理回路領域３１とコンデンサ接続パターン５２とは、コンデンサ３００により接続されている。詳述すると、コンデンサ３００の一端子は、信号処理回路領域３１中のＧＮＤ（患者回路４０としてのＧＮＤ）の銅箔パターンに接続されている。また、絶縁基板１００は金属スペーサ１０２により装置本体部３の筐体１０３に固定されている（筐体１０３は導電性を有する）。金属スペーサ１０２は、コンデンサ接続パターン５２と筐体１０３とを電気的に導通する機能を有する。また、図示しないが、２次回路領域５１の回路のＧＮＤはコンデンサ接続パターン５２とは異なる位置で筐体１０３と導通している。

信号処理回路領域３１及び２次回路領域５１は、クロック信号、Ａ／Ｄ変換された撮像素子１０からのデジタル信号、操作部７０によるフリーズ等の制御信号等を処理及び伝送可能な回路を形成しており、それらの信号は信号処理回路領域３１及び２次回路領域５１間においては絶縁素子２００により伝送可能となっている。絶縁素子２００は、例えば、信号の伝送速度に応じて異なる素子を用いる。患者回路４０は筐体１０３に直接接地させることができないため（電気的に浮いた状態を保つため）、コンデンサ３００を用いてコンデンサ接続パターン５２に接続することにより、筐体１０３に交流的に導通させてＧＮＤレベルの安定を図っている。また、患者回路４０側において、電気メス等の使用により発生した高周波ノイズは、コンデンサ３００を経て２次回路５０側へ伝送される。２次回路５０側へ伝送された高周波ノイズは、結果的に、コンデンサ接続パターン５２を経て筐体１０３へ送られて消滅する。また、コンデンサ接続パターン５２は、絶縁基板１００内において信号処理回路領域３１に近い位置に配置されることが好ましい。コンデンサ接続パターン５２を信号処理回路領域３１に近づけることにより、コンデンサ３００の足（リード）の長さを短くすることができる。すなわち、コンデンサ３００の接続にリード線を用いる必要がないため、インダクタ成分が追加されることがなく、インピーダンスを低く保つことができるので、ノイズの除去効率の低下を防ぐことができる。

図４に、コンデンサ３００の高周波特性を示す。コンデンサ３００は、共振点Ｒにおいて挿入損失[dB]が最大となる。すなわち、共振点Ｒの周波数Ｆ_Ｒと等しい周波数のノイズを最も効率的に除去することができる。コンデンサ３００は、その共振点Ｒが電気メスにより発生する高周波ノイズの整数倍にあたるものが選択される（すなわち、電気メスにより発生するノイズの周波数をＦ_Ａとすると、選択されるコンデンサ３００の周波数Ｆ_Ｒは、Ｆ_Ｒ＝ｎＦ_Ａ（ｎは整数）である）。なお、図２及び図３にはコンデンサ３００を一つのみ示しているが、コンデンサを複数備えていてもよい。例えば、電気メスにより発生する高周波ノイズの周波数の整数倍にあたるものを複数備えることができる。

本発明の実施形態においては、患者回路４０において発生した電気メスによる高周波ノイズは、共振点Ｒの周波数Ｆ_Ｒ付近のノイズ減衰特性に基づいてコンデンサ３００により除去される。共振点Ｒから外れた（シフトした）周波数を有するノイズであっても、コンデンサ３００により交流的にバイパスされ、コンデンサ接続パターン５２を経て筐体１０３へと導かれる。したがって、信号の干渉により共振点Ｒから外れた周波数のノイズであっても２次回路領域５１に伝わることがなく除去される。このような共振点Rから外れた周波数のノイズを除去する効果をいっそう確実なものとする為に、コンデンサ３００とは異なる高周波特性を持つ一つのコンデンサ、またはコンデンサ３００とはそれぞれ異なる高周波特性を持つ一つ以上のコンデンサを信号処理回路領域３１とコンデンサ接続パターン５２との間にコンデンサ３００と並列に接続しても良い。装置が小型化して、各部品の実装密度が凝縮されることにより、電気メスの高周波ノイズに対する最適なノイズ減衰共振点を求めることが困難となったとしても、ノイズを効率的に除去することができる。また、絶縁基板１００内にコンデンサ３００を取り付けることができるため、機械的安定性を維持することができ、且つリード線が不要であるためインピーダンスを低く保つことができる。インピーダンスが低いほどバイパス特性が増大するため、ノイズの除去効率が増す。また、２次回路領域５１とコンデンサ接続パターン５２が隔離されているため、コンデンサ３００により不要輻射ノイズが発生したとしても、それらのノイズが２次回路側のビデオ信号に混入することがない。

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。絶縁基板を示す模式図である。絶縁基板及びその周辺を示す模式図である。コンデンサの高周波特性を示す図である。

符号の説明

１電子内視鏡装置
２スコープ部
３装置本体部
４テレビモニタ
１０撮像素子
１１，７１信号線
２０スコープ側信号処理回路
３０装置本体側信号処理回路
３１信号処理回路領域
４０患者回路
５０２次回路
５１２次回路領域
５２コンデンサ接続パターン
６０ランプ
７０操作ボタン
１００絶縁基板
１０１絶縁部
１０２金属スペーサ
１０３筐体
２００絶縁素子
３００コンデンサ

Claims

スコープ部と、本体と、スコープ側の第一の回路と、前記本体内に備えられモニタ出力信号を生成する機能を有する第二の回路とを有し、前記第一の回路と前記第二の回路とが互いに絶縁されている、電子内視鏡装置において、
前記第二の回路が、主要回路と副回路とを有し、
前記第一の回路のグランドと前記副回路とが少なくとも一つのコンデンサにより接続され、
前記主要回路のグランドと前記副回路とがそれぞれ独立した経路で前記本体の筐体の導電部分に接続されることを特徴とする電子内視鏡装置。
前記副回路は導通性部材により前記筐体に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
前記副回路は、前記第二の回路において最も前記第一の回路に近い位置に配置されることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の電子内視鏡装置。
前記コンデンサが、前記スコープ部において発生する高周波ノイズの周波数あるいは該周波数の整数倍に共振点を有する高周波特性を有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電子内視鏡装置。
前記高周波ノイズが電気メスにより発生することを特徴とする請求項４に記載の電子内視鏡装置。
前記第一の回路と前記主要回路とが、絶縁素子により信号の送受が可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電子内視鏡装置。