JP2008029557A - 電子内視鏡、及び、電子内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子におけるラッチアップ発生を防止する。
【解決手段】撮像素子に電源を供給するための電源部と、電源部から撮像素子への過電流を防止するためにその電源供給を遮断可能な電源供給遮断部と、外部機器から入力される信号に基づいて撮像素子を駆動制御するための駆動制御信号を当該撮像素子に出力する駆動制御部と、電源供給遮断部により電源供給が遮断されたときに、駆動制御部からの該駆動制御信号の出力を停止させる駆動制御停止手段とを具備した電子内視鏡を提供する。
【選択図】図３

Description

この発明は撮像素子を備えた電子内視鏡に関する。またこのような電子内視鏡と、当該電子内視鏡に接続され、撮像素子で撮像された映像をモニタ表示可能に処理する信号処理装置とを備えた電子内視鏡システムに関する。

先端部に撮像素子を備えた電子内視鏡と、該撮像素子で取得された信号を処理してモニタに出力するプロセッサとを備えた電子内視鏡システムが広く知られ実用に供されている。

このような電子内視鏡の先端部は、患者の負担を考慮して設計されており、小型化され且つ細径化された構造を持つ。例えば撮像素子を駆動するための駆動回路は、先端部を小型化・細径化させるため、当該先端部でなく電子内視鏡の基端部に設置されている。この駆動回路と撮像素子は、電子内視鏡の可撓管内部に配線された信号ケーブルにより接続されている。この信号ケーブルと撮像素子（及び駆動回路）は例えば半田で接続されている。

ここで、例えばユーザ・オペレーションにより可撓管が屈曲されたとき、それに伴ってその内部の信号ケーブルも屈曲する。このような動作が繰り返されたとき、撮像素子と信号ケーブルとの半田による接続部分に繰り返し応力が作用することになる。このような繰り返し応力が過度に掛かる場合、当該接続部分での信号ケーブルの断線が懸念される。また可撓管に対して外部から衝撃が加わることにより、信号ケーブルが他の部品に衝突したり擦れたりすることがある。信号ケーブルがこのような衝突や擦れを受ける度にその被覆部が徐々に摩耗し、内部（つまり電線）が露出することが考えられる。

信号ケーブルの断線やその内部の露出は、撮像素子及び駆動回路を含む電子内視鏡システム内の回路を短絡させ得る。このような短絡が発生した場合、例えば撮像素子等に過電流が流れて異常加熱することがある。

上記の如き短絡による過電流を防止する構成として、例えば下記特許文献１に、電源回路周辺に電源遮断用回路を実装した電源装置が開示されている。下記特許文献１に記載の電源装置によれば、当該装置内の回路に過電流が流れたとき、電源回路の入力側に設置されたヒューズ、或いはその出力側に設置された過電流検出回路が作動して電流が遮断される。電子内視鏡システムにおいてもこのような電源遮断用回路を採用し、上記の如き短絡等に起因した過電流を防止するよう構成することが考えられる。
特開２００５−３８２８１号公報

しかし、電源遮断用回路が作動して撮像素子に対する電源が遮断された場合、当該撮像素子には例えば駆動用の信号だけが入力することになる。すなわち撮像素子は、電源が供給されずに駆動信号だけが印加される状態になる。これは、電源電圧（ここでの電源電圧は遮断時のものであり例えば０ボルト）よりも著しく高い電圧が撮像素子に印加され、ラッチアップが発生し易い状態であることを意味する。ラッチアップが発生した場合、撮像素子が過度に加熱して故障するおそれがある。

そこで、本発明は上記の事情に鑑みて、負荷系（例えば撮像素子）でのラッチアップ発生を防止することができる電子内視鏡、及び、電子内視鏡システムを提供することを課題としている。

上記の課題を解決する本発明の一態様に係る電子内視鏡は撮像素子を備えたものである。この電子内視鏡は、撮像素子に電源を供給するための電源部と、電源部から撮像素子への過電流を防止するためにその電源供給を遮断可能な電源供給遮断部と、外部機器から入力される信号に基づいて撮像素子を駆動制御するための駆動制御信号を当該撮像素子に出力する駆動制御部と、電源供給遮断部により電源供給が遮断されたときに、駆動制御部からの該駆動制御信号の出力を停止させる駆動制御停止手段とを具備したことを特徴としたものである。

このように構成された電子内視鏡によれば、撮像素子に対する電源供給の遮断と連動して当該撮像素子に対する駆動信号の出力も停止される。このため電源電圧よりも著しく高い電圧が撮像素子に印加することがなくなり、ラッチアップの発生が好適に防止される。ラッチアップにより撮像素子が過度に加熱することもなくなり、熱損傷による故障も起こらない。

なお上記電源供給遮断部は、例えば電源部と撮像素子との間に設置されたヒューズであっても良い。

また上記電子内視鏡は例えばヒューズが切れたか否かを判定するヒューズ判定手段を更に具備したものであっても良い。このヒューズ判定手段によりヒューズが切れたと判定されたとき、駆動制御停止手段は、駆動制御部からの該駆動制御信号の出力を停止させるよう動作する。

また上記の課題を解決する本発明の一態様に係る電子内視鏡システムは、上記電子内視鏡と、当該電子内視鏡に接続され、撮像素子で撮像された映像をモニタ表示可能に処理する信号処理装置とを備えたものである。この電子内視鏡システムにおいて、電源供給遮断部により電源供給が遮断されたとき、駆動制御停止手段はそれを報知する報知信号を信号処理装置に出力し、信号処理装置は、受け取った報知信号に呼応して、モニタ上において該映像に所定のキャラクタを重畳して表示させることを特徴とする。

本発明に係る電子内視鏡及び電子内視鏡システムによれば、負荷系でのラッチアップ発生が好適に防止されるようになる。

以下、図面を参照して、本実施形態の電子内視鏡システムの構成及び作用について説明する。

図１は、本発明の実施の形態の電子内視鏡システム１０の外観を概略的に示した図である。また、図２は、本発明の実施の形態の電子内視鏡システム１０の構成を示したブロック図である。本実施形態の電子内視鏡システム１０は、患者の体腔内を観察・診断するためのシステムであり、電子内視鏡１００、プロセッサ２００、及び、モニタ３００を有している。

本実施形態の電子内視鏡１００の末端部にはコネクタユニット１１０が設けられている。コネクタユニット１１０は二本のピンプラグを有している。また、プロセッサ２００のフロント面にはプロセッサ側コネクタ部２１０が設けられている。プロセッサ側コネクタ部２１０は二つのジャックを有している。各対のピンプラグ−ジャックはそれぞれ光学的接続と電気的接続を果たすためのものである。従ってコネクタユニット１１０とプロセッサ側コネクタ部２１０とが接続されることにより、電子内視鏡１００とプロセッサ２００とが光学的且つ電気的に接続される。

コネクタユニット１１０にはユニバーサルコード１２０の一端が結合している。ユニバーサルコード１２０は可撓性を有しており、もう一端が操作部１３０に結合している。

操作部１３０は電子内視鏡１００を術者に操作させるための入力インターフェースである。操作部１３０の操作釦を操作することにより、例えば体腔内に送気させたり洗浄液を噴射させたりすることができる。操作部１３０には挿入部可撓管１４０の一端が結合している。

挿入部可撓管１４０は患者の体腔内に挿入される管であり、可撓性を有している。挿入部可撓管１４０の先端には先端部１５０が設けられている。操作部１３０のアングルノブの操作によって先端部１５０根元付近の挿入部可撓管１４０が屈曲されると先端部１５０のアングルが変化し、それに伴って観察領域も変更される。

先端部１５０は硬質性の素材（例えば樹脂）で形成されており、撮像処理に必要とされる各要素が設けられている。本実施形態における上記要素は、配光レンズ１５２、対物レンズ１５４、及び、ＣＣＤ１５６である。配光レンズ１５２、及び、対物レンズ１５４は先端部１５０の前面に設置されたレンズである。ＣＣＤ１５６は例えばベイヤー方式のカラーＣＣＤである。受光面には多数の画素（受光素子）がマトリクス状に配列されている。受光面前面にはオンチップカラーフィルタが搭載されている。カラーフィルタは、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の何れかのカラーチップが各画素に対応してマトリクス状に配列されたものである。なお、ここで用いられるＣＣＤ１５６は原色フィルタを搭載したものに限定されず、例えば補色フィルタを搭載したものであっても良い。

なお、電子内視鏡１００内部にはその長手方向に沿ってライトガイド１６０が設置されている。ライトガイド１６０は光ファイバ束であり、その一端はコネクタユニット１１０のピンプラグに接続され、もう一端は配光レンズ１５２近傍に配置されている。また、コネクタユニット１１０内部には回路基板が設けられている。この回路基板上には、ＣＣＤ１５６の駆動制御、及び、ＣＣＤ出力信号（後述）に対する処理を行うＤＳＰ（Digital Signal Processor）基板１７０が実装されている。

プロセッサ２００には、商用電源をＤＣ電源に変換するための電源回路２７０が備えられている。プロセッサ２００が商用電源に接続されているときに電源スイッチ（不図示）がオンされると、電源回路２７０で変換されたＤＣ電源がプロセッサ２００の各構成要素に供給され、当該プロセッサ２００が動作可能となる。なお図面の簡略化のため、図１において電源回路２７０と各構成要素との結線を省略するものとする。

プロセッサ２００は、装置全体の制御を統括的に行うシステムコントロールユニット２２０を有している。このシステムコントロールユニット２２０の制御下で、各構成要素での処理が実行される。またプロセッサ２００は光源装置として、ランプ２３０、ランプ制御回路２３２、及び、集光レンズ２３４を有している。

ランプ２３０は体腔内を照射するための白色光の光源である。ランプ２３０には例えばメタルハライドランプや、キセノンランプ、ハロゲンランプ等が想定される。ランプ２３０はランプ制御回路２３２の制御により白色光を放射する。ランプ２３０からの放射光は、ランプ２３０の前方に設置された集光レンズ２３４によって集光される。集光された光は、プロセッサ側コネクタ部２１０を介して電子内視鏡１００内部（より正確にはライトガイド１６０のコア）に入射する。

ライトガイド１６０に入射した光はその内部を伝送して、先端部１５０側の端部から出射する。出射後、配光レンズ１５２を介して外部に放射されて患者の体腔内を照明する。これにより、外部から光の届かない体腔内が明るく照らされる。

配光レンズ１５２から放射された照明光は、体腔内において反射されて対物レンズ１５４に入射する。ここで、ＣＣＤ１５６は、その受光面が対物レンズ１５４の結像面と実質的に同位置となるように配置されている。従って対物レンズ１５４に入射した光は、対物レンズ１５４のパワーによりＣＣＤ１５６の受光面上で体腔内の光学像として結像される。

ここで、図３に、ＣＣＤ１５６及びＤＳＰ基板１７０の構成を抽出したブロック図を示す。ＤＳＰ基板１７０は、図３に示されるように、ＣＣＤ電源回路１７１、ヒューズ１７２、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）１７３、ＣＣＤ駆動回路１７４、ＣＣＤ信号処理回路１７５、抵抗１７６、１７７、及び、検出回路１７８を有している。

ＣＣＤ電源回路１７１には、プロセッサ２００の電源回路２７０からＤＣ電源が供給される。電子内視鏡１００の電源スイッチ（不図示）がオンされると、ＣＣＤ電源回路１７１はこの電源をＤＣ／ＤＣ変換してＣＣＤ１５６に駆動電圧を供給する。またＤＳＰ基板１７０の他の構成要素にも電源回路２７０からＤＣ電源が供給される。これにより、電子内視鏡１００が動作可能となる。

ＦＰＧＡ１７３には、プロセッサ２００のシステムコントロールユニット２２０から出力された同期パルス（後述）が入力する。ＦＰＧＡ１７３はこの同期パルスに基づいてＣＣＤ１５６の駆動を制御するための制御信号を生成し、ＣＣＤ駆動回路１７４に出力する。ＣＣＤ駆動回路１７４は、この制御信号に従ってＣＣＤ１５６に駆動信号を出力する。

ＣＣＤ１５６はＣＣＤ駆動回路１７４からの駆動信号に従って駆動し、各画素において結像された光学像をその光量に応じた電荷として蓄積してＣＣＤ出力信号に変換する。次いで、この変換したＣＣＤ出力信号をＤＳＰ基板１７０に出力する。

ＣＣＤ出力信号はＣＣＤ信号処理回路１７５に入力する。このＣＣＤ信号処理回路１７５は周知の信号処理を実行し、入力される各画素のＣＣＤ出力信号を一つ一つ順次演算して、色成分（Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の何れか）に関する信号（以下、「色成分信号」と記す）、及び、輝度信号を生成する。次いで、生成した信号をプロセッサ２００に出力する。なお説明の便宜上、この色成分信号及び輝度信号を一括して表現するときは「画像信号」とする。

次に、プロセッサ２００で実行される信号処理について説明する。プロセッサ２００にはＣＣＤ出力信号の処理に関わる手段として、絶縁回路２４０、前段処理回路２４２、画像メモリ２４４、ビデオ信号処理回路２４６、キャラクタ重畳回路２４８、及び、出力回路２５０を有している。

電子内視鏡１００から出力された画像信号は、プロセッサ側コネクタ部２１０及び絶縁回路２４０を介して前段処理回路２４２に入力する。なお絶縁回路２４０は、電子内視鏡１００とプロセッサ２００との間を伝送する信号を、例えばフォトカップラ等で別の媒体（ここでは光）に一時的に変換することにより、電子内視鏡１００とプロセッサ２００とを電気的に絶縁させている。

前段処理回路２４２は、入力した画像信号に対して増幅及びＡ／Ｄ変換等の処理を施して画像メモリ２４４に出力する。この画像メモリ２４４には画像信号がフレーム単位で格納される。格納されたフレーム単位の画像信号は所定のタイミング毎にビデオ信号処理回路２４６に出力される。この出力タイミングはシステムコントロールユニット２２０からの同期パルスに従って決定される。この同期パルスは上述したように、ＦＰＧＡ１７３にも実質的に同一のタイミングで出力される。つまりこの同期パルスにより、プロセッサ２００側での信号処理のタイミングとＣＣＤ１５６の駆動タイミングとが同期する。

ビデオ信号処理回路２４６は、画像メモリ２４４からの画像信号をモニタ３００で表示可能な形態（カラー信号と輝度信号）に変換する。そして画像信号変換後、このカラー信号及び輝度信号を出力回路２５０に出力する。

キャラクタ重畳回路２４８は、電子内視鏡１００で撮像された体腔内の映像に所定のキャラクタを重畳表示させるための回路である。キャラクタ重畳回路２４８はシステムコントロールユニット２２０の制御に従って、所定のキャラクタが該映像に重畳表示されるようビデオ信号処理回路２４６と連携して動作する。

出力回路２５０は、カラー信号及び輝度信号を各形式のビデオ信号（例えばコンポジットビデオ信号やＳビデオ信号或いはＲＧＢビデオ信号等）に変換してモニタ３００に出力する。これにより、モニタ３００に、患者の体腔内の映像（又は、該映像に所定のキャラクタが重畳された画像）が表示される。

ここで、例えばＣＣＤ１５６とＤＳＰ基板１７０とを接続する信号ケーブルが断線或いはその内部が露出して、当該ＣＣＤ１５６に電源を供給する信号線とグランドが短絡したとする。この場合、ＣＣＤ電源回路１７１からＣＣＤ１５６に対して過電流が流れることになる。このため、ＣＣＤ電源回路１７１の出力側に設置されたヒューズ１７２が機能して、ＣＣＤ電源回路１７１からの電源供給が遮断される。これにより、ＣＣＤ１５６に流れ得る過電流が防止される。

ヒューズ１７２の状態は検出回路１７８によって検出される。この検出回路１７８は、抵抗１７６と１７７の間の電位を監視することでヒューズ１７２の状態を検出する。具体的には、ＣＣＤ電源回路１７１からＣＣＤ１５６に電源が供給されている場合（以下、「通常状態」と記す）、抵抗１７６と１７７にも電圧が掛かる。このとき、抵抗１７６と１７７との抵抗値の比は、抵抗１７６と１７７の間の電位が所定の閾値よりも高くなるように設定されている。すなわち通常状態において検出回路１７８は、所定の閾値よりも高い電位を検出してＦＰＧＡ１７３に「Ｈ」信号を出力する。

ＦＰＧＡ１７３は、検出回路１７８の出力が「Ｈ」信号である場合、ヒューズ１７２が切れておらず電源供給が正常であると判断し、上述した通常の動作（すなわち同期パルスに基づいた上記制御信号の生成・出力）を行う。

これに対して過電流が流れてヒューズ１７２が機能しＣＣＤ１５６に対する電源供給が絶たれた場合、抵抗１７６は開放された状態となり、抵抗１７７がプルダウン抵抗として機能するようになる。このときの抵抗１７６と１７７の間の電位は所定の閾値よりも低い値となる。検出回路１７８は所定の閾値よりも低い電位を検知すると、ＦＰＧＡ１７３に「Ｌ」信号を出力する。

ＦＰＧＡ１７３は、検出回路１７８の出力が「Ｌ」信号である場合、ＣＣＤ１５６に過電流が流れ電源が遮断されたことを報知する信号をシステムコントロールユニット２２０に出力する。次いで、上記制御信号の生成・出力を停止、或いは、駆動信号の出力停止を指示する信号をＣＣＤ駆動回路１７４に出力する。これにより、ＣＣＤ１５６に対する駆動信号の出力が停止される。つまり本実施形態によれば、ＣＣＤ１５６への電源の遮断と連動して当該ＣＣＤ１５６への駆動信号の入力もなくなる。すなわち電源電圧（ここでは遮断時の０ボルトを意味する）よりも著しく高い電圧がＣＣＤ１５６に印加することがなくなり、ラッチアップの発生が好適に防止される。ラッチアップによりＣＣＤ１５６が過度に加熱することもなくなり、熱損傷による故障も起こらない。

またシステムコントロールユニット２２０はＦＰＧＡ１７３からの報知信号に呼応して、キャラクタ重畳回路２４８を制御する。このときキャラクタ重畳回路２４８は、電子内視鏡１００で短絡等の故障が発生したことを報知するためのキャラクタが該映像に重畳表示されるようビデオ信号処理回路２４６と連携して動作する。術者は、モニタ３００に写し出される上記キャラクタを視認することで電子内視鏡１００に不具合が出たことを把握できる。

なおヒューズ１７２は例えば自己復帰型である。電子内視鏡１００が修理されて短絡の原因が取り除かれると、ＣＣＤ１５６及びＤＳＰ基板１７０は正常に動作できるようになる。ヒューズ１７２が例えば自己復帰型でない場合、電子内視鏡１００修理時に当該ヒューズ１７２の交換も必要となる。

また電源ラインに過電流が流れているか否かについては、例えば上記特許文献１では当該電源ラインの電流値を監視して判断している。これを本実施形態に当てはめて考えてみると、上記判断は、ＣＣＤ１５６に対して流れる電流値を監視して実現されることになる。しかしこれでは各要素（例えば電源ライン、ＣＣＤ１５６、監視用の抵抗等）の個体差に依存して、検知される電流値がばらついてしまうと考えられる。これに対して本実施形態によれば、ヒューズ１７２の状態そのものを監視することで過電流検知を実現している。ヒューズ１７２の状態は、電流値検知と異なり各要素の個体差に左右され難い。従って本実施形態では、過電流の検知が比較的安定して行われる。

以上が本発明の実施の形態である。本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。例えば本実施形態ではＣＣＤ信号処理回路１７５がＤＳＰ基板１７０内に備えられているが、別の実施の形態ではプロセッサ２００側に備えられていても良い。この場合、ＣＣＤ信号処理回路１７５は、例えば絶縁回路２４０と前段処理回路２４２との間に位置するよう実装される。

また抵抗１７６と１７７の抵抗値を適切な値に設定し、その間の電位をＦＰＧＡ１７３が直接検知してヒューズ１７２の状態を判定させるようにすることで、検出回路１７８を省いた構成が実現される。

本発明の実施の形態の電子内視鏡システムの外観を概略的に示した図である。 本発明の実施の形態の電子内視鏡システムの構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態のＣＣＤ及びＤＳＰ基板の構成を抽出したブロック図を示す。

符号の説明

１０ 電子内視鏡システム
１００ 電子内視鏡
１５６ ＣＣＤ
１７０ ＤＳＰ基板
１７１ ＣＣＤ電源回路
１７２ ヒューズ
１７３ ＦＰＧＡ
１７４ ＣＣＤ駆動回路
１７５ ＣＣＤ信号処理回路
１７６、１７７ 抵抗
１７８ 検出回路
２００ プロセッサ
３００ モニタ

Claims (4)

1. 撮像素子を備えた電子内視鏡において、
   前記撮像素子に電源を供給するための電源部と、
   前記電源部から前記撮像素子への過電流を防止するためにその電源供給を遮断可能な電源供給遮断部と、
   外部機器から入力される信号に基づいて前記撮像素子を駆動制御するための駆動制御信号を当該撮像素子に出力する駆動制御部と、
   前記電源供給遮断部により電源供給が遮断されたときに、前記駆動制御部からの該駆動制御信号の出力を停止させる駆動制御停止手段と、を具備したこと、を特徴とする電子内視鏡。
2. 前記電源供給遮断部は、前記電源部と前記撮像素子との間に設置されたヒューズであること、を特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡。
3. 前記ヒューズが切れたか否かを判定するヒューズ判定手段を更に具備し、
   前記ヒューズが切れたと判定されたとき、前記駆動制御停止手段は、前記駆動制御部からの該駆動制御信号の出力を停止させること、を特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載の電子内視鏡と、当該電子内視鏡に接続され、前記撮像素子で撮像された映像をモニタ表示可能に処理する信号処理装置とを備えた電子内視鏡システムにおいて、
   前記電源供給遮断部により電源供給が遮断されたとき、前記駆動制御停止手段はそれを報知する報知信号を前記信号処理装置に出力し、
   前記信号処理装置は、受け取った報知信号に呼応して、前記モニタ上において該映像に所定のキャラクタを重畳して表示させること、を特徴とする電子内視鏡システム。

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