JP3590907B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は撮像装置に係り、特に固体撮像素子を有し、かつ固体撮像素子の出力信号に電磁波ノイズを誘起させる処置機器と併用される撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の撮像装置としては、高周波焼灼電源装置やYAGレーザ装置等と併用される電子内視鏡装置がある。
一般に、電子内視鏡の挿入部先端には撮像レンズ及び固体撮像素子(CCD)等が設けられており、観察像は撮像レンズを介してCCDに結像され、ここで光電変換される。光電変換された観察像を示す電気信号は、プロセッサで適宜信号処理されたのちモニタTVに出力される。これによりモニタTVに観察像を表示させることができる。
【0003】
一方、従来から上記モニタTVに映し出された画像を見ながら、電子内視鏡の処置具挿通チャンネルに高周波止血具、高周波スネア、高周波ナイフ等の高周波処置具を挿入し、高周波焼灼電源装置から高周波処置具に高周波電流を流することにより患部の止血/カット等の治療が行われている。例えば、止血治療をする場合には、高周波焼灼電源装置から高周波止血具に300KHz〜5MHz の範囲の高周波電流を間欠的に流すようにしている。
【0004】
しかし、止血治療中に高周波止血具の先端の導線部及び患部を流れる高周波電流による電磁波のエネルギがCCDとその周辺回路に加わり、CCD出力信号にノイズ信号として重畳されるため、モニタTVの画像が著しく低下するという問題があった。
従来、これを防ぐために挿入部先端や、CCDとその周辺回路を電磁シールドしており、特にCCDの受光面にも光透過性を有する電磁シールド層を設け、CCD全体を電磁シールドするようにしたものもある(特開平5−56916号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特開平5−56916号公報に記載されている電磁シールド層の厚さは、光の透過率が最適となるような所定の厚さとしている。しかしながら、光も電磁波の一種であり、光の透過率が最適になるように電磁シールド層の厚さを決定したのでは、電磁シールドの効果がなくなるという問題がある。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、固体撮像素子への入射光透過率を低下させることなく、効率良くノイズを防止することができ、電磁波を発生する高周波電流等を用いた処置中にも良好な画像を見ることができる撮像装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、固体撮像素子を有し、該固体撮像素子の出力信号に電磁波ノイズを誘起させる処置機器と併用される撮像装置において、前記固体撮像素子への入射光路となる開口部を除いて該固体撮像素子を囲繞し、前記処置機器において使用される電気信号の周波数以下の周波数に対しても電磁シールドする外周電磁シールド部材を設け、電磁シールド層の導電率をκ、透磁率をμ、前記処置機器において使用される電気信号の周波数である電磁シールド周波数をfとすると、電磁シールド層の厚みxが、次式、
(2/ωκμ)1/2 ≦x
但し、ω=2πf
を満たす電磁シールド層を、前記固体撮像素子の入射光窓及び該固体撮像素子の基板を含む表面全体に蒸着し、前記電磁シールド層と前記外周電磁シールド部材とを同電位になるように接続したことを特徴としている。
【0008】
【作用】
本発明によれば、電磁シールド層の厚みxが、次式、
(2/ωκμ)1/2 ≦x
を満たすように電磁シールド層を設けるようにしたため、固体撮像素子に入射する電磁波エネルギが約1/3よりも小さくなるように電磁シールドすることができるようになる。これにより、電磁波が発生される高周波電流等を用いた処置中における画質の低下を抑制することができる。
【0009】
【実施例】
以下添付図面に従って本発明に係る撮像装置の好ましい実施例を詳説する。
図1は本発明に係る撮像装置が適用された電子内視鏡装置の第1実施例を示す全体構成図であり、高周波焼灼電源装置を用いて止血治療を行っている場合に関して示している。
【0010】
この電子内視鏡装置の挿入部先端10には、撮像レンズ12、プリズム13及びCCD14が配設されており、撮像レンズ12は、ライトガイド16及びレンズ18を介して照明された患部20を撮像し、これをプリズム13を介してCCD14の受光部に結像し、CCD14は入射光を光電変換してCCD出力をケーブル22を介してプロセッサ(図示せず)に出力する。
【0011】
プロセッサはCCD14を駆動制御する信号をケーブル22を介してCCD14に出力するとともに、CCD14から出力されるCCD出力信号をケーブル22を介して入力し、これを信号処理して映像信号を生成し、この映像信号を図示しないモニタTVに出力する。これにより、モニタTVには患部20の画像が映し出される。
【0012】
一方、高周波止血具24は内視鏡の処置具挿通チャンネル26に挿入され、この高周波止血具24の先端は、上述したモニタTVに映し出された画像を見ながら挿入部先端10からは患部20に向けて延出される。また、高周波止血具24は、高周波焼灼電源装置28と電気的に接続されている。
高周波焼灼電源装置28は、フットスイッチ30が操作されると、止血又はカットの治療内容に応じた300KHz〜5MHz の高周波の止血/カット動作信号を高周波処置具に出力する。尚、32は電極プレート、34は絶縁体である。
【0013】
さて、止血処置時には、高周波焼灼電源装置28から高周波止血具24、人体に流れる高周波電流によって挿入部先端10の全域に電磁波が伝播する。この電磁波はCCD14やケーブル22に対するノイズ信号となるが、CCD14やケーブル22には、ノイズ信号が入らないように、挿入部先端10には、CCD14の入射光路を除いてCCD14等を囲繞する外周電磁シールド部材36が設けられており、また、ケーブル22はその周囲にシールド外皮線38が設けれている。尚、外周電磁シールド部材36は、例えば60Hz 以上の電磁波をシールドできるように設計されている。
【0014】
更に、CCD14の入射光窓を含む表面全体は、電磁シールド層40によって被覆されている。また、上記外周電磁シールド部材36及び電磁シールド層40は、それぞれケーブル22のシールド外皮線38と同電位になるように電気的に接続されている。
次に、上記電磁シールド層40の詳細について説明する。
【0015】
まず、上記高周波電流にともなう電磁波がCCD14の入射光窓に形成される電磁シールド層40に入射する場合について考える。
いま、電磁波が電磁シールド層の任意の微小平面に入射する直前の電磁シールド層に平行な磁界HZ を、
Hz =H0 exp (jωt)
とする。ここで、ω=2πfであり、fは高周波電流の周波数である。また、電磁シールド層内でも磁界はZ成分のみとする。
【0016】
一方、電磁シールド層(導体)内の電流密度(ベクトルi)と、磁界の強さ(ベクトルH)は、次式の関係がある。
【0017】
【数1】
ここで、κ,μはそれぞれ電磁シールド層の導電率及び透磁率であり、ベクトルE,Bはそれぞれ電界及び磁束密度である。
【0018】
上記式から下記の2式が得られる。
【0019】
【数2】
電磁シールド層内の位置で定まる電流と磁束密度分布は、次式となる。
【0020】
【数3】
この関係式により、電磁シールド層40の厚み(x)方向の磁界Bz 及び誘導電流iy の分布は、次式で与えられる。
〔数4〕
Bz =K1exp{− (ωκμ/2)1/2 ・x}× cos{ωt− (ωκμ/2)1/2 ・x}
iy =K2exp{− (ωκμ/2)1/2 ・x}× cos{ωt− (ωκμ/2)1/2 ・x}
但し、K1 , K2 はx=0(シールド層表面)での磁界Bz 及び誘導電流iy の値である。
【0021】
上記式からも明らかなように磁界Bz 及び誘導電流iy の値は、シールド層の厚みxが大きくなるにしたがって指数関数的に減衰し、厚みxが、次式、
(2/ωκμ)1/2 ≦x
を満たすようにすると、磁界Bz 及び誘導電流iy の値は、1/e (≒0.368)以下に減衰することになる。
【0022】
また、上記シールド層の厚みxを決定するためのパラメータとして、減衰すべき周波数f(=ω/2π)があるが、この周波数fを、例えば300KHzとすると、それ以上の周波数の高周波電流、即ち、高周波焼灼電源装置28から発生される使用範囲の高周波電流(300KHz〜5MHz )に対しても充分目的を達成することができる。
【0023】
図2は図1の要部拡大図である。
同図に示すように、CCD14の入射光窓(カバーガラス)14A及びCCD基板14Bを含む表面全体が電磁シールド層40によって被覆されているが、入射光窓14Aの表面には、透明ネサ膜(例えば、Cu,In又はその酸化膜)を用いる。
【0024】
尚、1MHz 程度の高周波電流に対しては、シールド層の厚さは、非磁性部材を用いると、数ミクロン〜数十ミクロン程度となり、入射光透過率を考慮して決めることになる。即ち、入射光窓14Aに蒸着されるシールド層の厚さxは、上記不等式を満たすように選定する必要があるが、その上限の厚みは、光の透過率を規定する厚みによって規制される。
【0025】
一方、入射光窓14A以外のシールド層の厚みは、数十ミクロン〜数百ミクロン又は、上記不等式を考慮しつつ多少厚めにする。尚、入射光窓14Aのシールド層と、それ以外のシールド層とは同電位になるように電気的に接続されている。
このように外周電磁シールド部材36を設けるとともに、入射光窓14等を含むCCD14の表面全体を電磁シールド層40で被覆することにより、光電変換部の高周波焼灼電源装置28からの高周波電流による電磁波に対して良好な電磁シールドが達成できる。
【0026】
尚、上記第1実施例では、外周電磁シールド部材36によって二重にシールドしているが、本発明はこれに限らず、外周電磁シールド部材36を取り除いてもよく、この場合には挿入部先端10の細径化を図ることができる。
図3は本発明の第2実施例を示す要部構成図である。尚、図2と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0027】
この第2実施例では、図3に示すようにCCD14等には電磁シールド層を設けずに、外周電磁シールド部材36の前面開口部分に透明ガラス42を配設し、この透明ガラス42上に、前記CCD14の入射光窓14Aに蒸着したシールド層と同様な電磁シールド層44が蒸着されている。また、この電磁シールド層44は外周電磁シールド部材36と同電位になるように電気的に接続されている。
【0028】
尚、第2実施例において、CCD14の入射光窓14Aを除く表面を第1実施例と同様に電磁シールド層で被覆するようにしてもよい。
図4は本発明の第3実施例を示す要部構成図である。尚、図3と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この第3実施例は、図3の透明ガラス42の代わりにプリズム46を利用するようにした点で、第2実施例と相違する。即ち、このプリズム46は、その入射面が外周電磁シールド部材36の前面開口部分まで延出しており、このプリズム46の入射面上に電磁シールド層48が蒸着されている。また、この電磁シールド層48は外周電磁シールド部材36と同電位になるように電気的に接続されている。
【0029】
尚、本発明は電子内視鏡装置に限らず、例えば、溶接作業を行う機器等にも適用でき、要は固体撮像素子からの信号に基づいて被写体をモニタTVに表示し、その画像を見ながら高周波電流等を使用して作業を行うものであれば、如何なるものにも適用できる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る撮像装置によれば、固体撮像素子の表面及び又は周囲全体を電磁シールドするとともに、少なくとも固体撮像素子の入射光路上に設けられる電磁シールド層の厚さを、処置中に発生する高周波電流の周波数に応じた好適な厚さにしたため、固体撮像素子等を介してTV画面に表示される画像上のノイズを大幅に低減することができる。特に、固体撮像素子への入射光透過率を低下させることなく、効率良くノイズを防止することができる。また、固体撮像素子の表面を電磁シールド層で被覆するとともに、外周電磁シールド部材で固体撮像素子等を囲繞して二重シールド構造にすることにより、60Hz 等の低周波数ノイズにも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明に係る撮像装置が適用された電子内視鏡装置の第1実施例を示す全体構成図である。
【図2】図2は図1の要部拡大図である。
【図3】図3は本発明の第2実施例を示す要部構成図である。
【図4】図4は本発明の第3実施例を示す要部構成図である。
【符号の説明】
10…挿入部先端
12…撮像レンズ
13、46…プリズム
14…CCD
14A…入射光窓(カバーガラス)
14B…CCD基板
20…患部
22…ケーブル
24…高周波止血具
26…処置具挿通チャンネル
28…高周波焼灼電源装置
36…外周電磁シールド部材
38…シールド外皮線
40、44、48…電磁シールド層
44…透明ガラス[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an imaging device, and more particularly to an imaging device having a solid-state imaging device and used together with a treatment device that induces electromagnetic noise in an output signal of the solid-state imaging device.
[0002]
[Prior art]
As this type of imaging apparatus, there is an electronic endoscope apparatus used in combination with a high-frequency ablation power supply apparatus, a YAG laser apparatus, or the like.
Generally, an imaging lens, a solid-state imaging device (CCD), and the like are provided at the distal end of an insertion portion of an electronic endoscope, and an observation image is formed on the CCD via the imaging lens, and is subjected to photoelectric conversion. The electric signal representing the photoelectrically converted observation image is output to a monitor TV after being appropriately processed by a processor. Thereby, an observation image can be displayed on the monitor TV.
[0003]
On the other hand, a high-frequency treatment tool such as a high-frequency hemostat, a high-frequency snare, and a high-frequency knife is inserted into the treatment tool insertion channel of the electronic endoscope while viewing the image projected on the monitor TV, and the high-frequency ablation power supply device A treatment such as hemostasis / cut of an affected part is performed by flowing a high-frequency current through a treatment tool. For example, when performing hemostatic treatment, a high-frequency current in the range of 300 KHz to 5 MHz is intermittently supplied from a high-frequency ablation power supply to a high-frequency hemostatic device.
[0004]
However, during the hemostatic treatment, the energy of the electromagnetic wave due to the high-frequency current flowing through the lead wire portion and the affected part of the high-frequency hemostatic device is applied to the CCD and its peripheral circuits, and is superimposed as a noise signal on the CCD output signal. There has been a problem that it is significantly reduced.
Conventionally, in order to prevent this, the distal end of the insertion portion, the CCD and its peripheral circuits are electromagnetically shielded, and in particular, an electromagnetic shield layer having light transmittance is provided on the light receiving surface of the CCD so that the entire CCD is electromagnetically shielded. Some are also disclosed (JP-A-5-56916).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the thickness of the electromagnetic shield layer described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-56916 is a predetermined thickness so as to optimize the light transmittance. However, light is also a kind of electromagnetic wave, and there is a problem that the effect of the electromagnetic shield is lost if the thickness of the electromagnetic shield layer is determined so as to optimize the light transmittance.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to efficiently prevent noise without lowering the transmittance of incident light to a solid-state imaging device and use a high-frequency current or the like that generates an electromagnetic wave. It is an object of the present invention to provide an imaging device capable of viewing a good image even during a treatment.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has a solid-state imaging device, an imaging apparatus used in conjunction with a treatment device that induces electromagnetic noise in the output signal of the solid-state imaging device, the incident light path to the solid-state imaging device, Surrounding the solid-state imaging device except for the opening, and providing an outer peripheral electromagnetic shield member that electromagnetically shields even a frequency equal to or lower than the frequency of the electric signal used in the treatment device, and sets the conductivity of the electromagnetic shield layer to κ. , The magnetic permeability is μ, and the electromagnetic shield frequency, which is the frequency of the electric signal used in the treatment device, is f, the thickness x of the electromagnetic shield layer is represented by the following formula:
(2 / ωκμ) 1/2 ≤x
Where ω = 2πf
Is deposited on the entire surface including the incident light window of the solid-state imaging device and the substrate of the solid-state imaging device, and the electromagnetic shielding layer and the outer peripheral electromagnetic shielding member are connected to have the same potential. it is characterized in that.
[0008]
[Action]
According to the present invention, the thickness x of the electromagnetic shield layer is expressed by the following formula:
(2 / ωκμ) 1/2 ≦ x
Since the electromagnetic shield layer is provided so as to satisfy the condition, the electromagnetic shielding can be performed so that the electromagnetic wave energy incident on the solid-state imaging device is smaller than about 1/3. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in image quality during a treatment using a high-frequency current or the like that generates an electromagnetic wave.
[0009]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of an imaging device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a first embodiment of an electronic endoscope apparatus to which an imaging apparatus according to the present invention is applied, and shows a case where hemostatic treatment is performed using a high-frequency ablation power supply apparatus.
[0010]
An
[0011]
The processor outputs a signal for controlling the driving of the
[0012]
On the other hand, the high-frequency
When the
[0013]
By the way, at the time of hemostasis treatment, an electromagnetic wave is propagated to the entire region of the insertion portion
[0014]
Further, the entire surface of the
Next, details of the
[0015]
First, a case where an electromagnetic wave accompanying the high-frequency current is incident on the
Now, electromagnetic waves and the magnetic field H Z parallel to the electromagnetic shielding layer just prior to entering the arbitrary infinitesimal plane of the electromagnetic shield layer,
H z = H 0 exp (jωt)
And Here, ω = 2πf, where f is the frequency of the high-frequency current. In addition, the magnetic field is only the Z component even in the electromagnetic shield layer.
[0016]
On the other hand, the current density (vector i) in the electromagnetic shield layer (conductor) and the magnetic field strength (vector H) have the following relationship.
[0017]
(Equation 1)
Here, κ and μ are the conductivity and the magnetic permeability of the electromagnetic shield layer, respectively, and the vectors E and B are the electric field and the magnetic flux density, respectively.
[0018]
The following two equations are obtained from the above equations.
[0019]
(Equation 2)
The current and magnetic flux density distribution determined at a position in the electromagnetic shield layer are represented by the following equations.
[0020]
(Equation 3)
This relationship, the distribution of the magnetic field B z and the induced current i y of the thickness of the electromagnetic shield layer 40 (x) direction is given by the following equation.
[Equation 4]
B z = K 1 exp {− (ωκμ / 2) 1/2 · x} × cos {ωt− (ωκμ / 2) 1/2 · x}
i y = K 2 exp {− (ωκμ / 2) 1/2 · x} × cos {ωt− (ωκμ / 2) 1/2 · x}
Here, K 1 and K 2 are the values of the magnetic field B z and the induced current i y at x = 0 (the shield layer surface).
[0021]
As is clear from the above equation, the values of the magnetic field B z and the induced current i y attenuate exponentially as the thickness x of the shield layer increases, and the thickness x becomes
(2 / ωκμ) 1/2 ≦ x
When the value is satisfied , the values of the magnetic field B z and the induced current i y are attenuated to 1 / e (≒ 0.368) or less.
[0022]
As a parameter for determining the thickness x of the shield layer, there is a frequency f to be attenuated (= ω / 2π). If the frequency f is, for example, 300 KHz, a high-frequency current of a frequency higher than that, that is, The purpose can be sufficiently achieved even for a high-frequency current (300 KHz to 5 MHz) in a use range generated from the high-frequency ablation
[0023]
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG.
As shown in the figure, the entire surface including the incident light window (cover glass) 14A and the
[0024]
For a high-frequency current of about 1 MHz, the thickness of the shield layer is about several microns to several tens of microns when a non-magnetic member is used, and is determined in consideration of the incident light transmittance. That is, the thickness x of the shield layer deposited on the incident
[0025]
On the other hand, the thickness of the shield layer other than the incident
By providing the outer
[0026]
In the first embodiment, double shielding is performed by the outer peripheral
FIG. 3 is a main part configuration diagram showing a second embodiment of the present invention. Note that parts common to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0027]
In the second embodiment, as shown in FIG. 3, a
[0028]
In the second embodiment, the surface of the
FIG. 4 is a main part configuration diagram showing a third embodiment of the present invention. Note that the same reference numerals are given to portions common to FIG. 3 and detailed description thereof is omitted.
The third embodiment differs from the second embodiment in that a
[0029]
The present invention is not limited to the electronic endoscope apparatus, but can be applied to, for example, equipment for performing a welding operation. In short, the present invention displays a subject on a monitor TV based on a signal from a solid-state imaging device and views the image. However, the present invention can be applied to any operation that uses a high-frequency current or the like.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the imaging apparatus of the present invention, the surface and / or the entire periphery of the solid-state imaging device is electromagnetically shielded, and at least the thickness of the electromagnetic shielding layer provided on the incident optical path of the solid-state imaging device is reduced. Since the thickness is set to a suitable value according to the frequency of the high-frequency current generated therein, noise on an image displayed on a TV screen via a solid-state imaging device or the like can be significantly reduced. In particular, noise can be efficiently prevented without lowering the transmittance of incident light to the solid-state imaging device. In addition, by covering the surface of the solid-state imaging device with an electromagnetic shield layer and surrounding the solid-state imaging device with an outer electromagnetic shielding member to form a double shield structure, it is possible to cope with low-frequency noise such as 60 Hz. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a first embodiment of an electronic endoscope apparatus to which an imaging device according to the present invention is applied.
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG.
FIG. 3 is a main part configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a main part configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference numeral 10: insertion portion tip 12:
14A: Incident light window (cover glass)
14B ...
Claims (1)
前記固体撮像素子への入射光路となる開口部を除いて該固体撮像素子を囲繞し、前記処置機器において使用される電気信号の周波数以下の周波数に対しても電磁シールドする外周電磁シールド部材を設け、
電磁シールド層の導電率をκ、透磁率をμ、前記処置機器において使用される電気信号の周波数である電磁シールド周波数をfとすると、電磁シールド層の厚みxが、次式、
(2/ωκμ)1/2 ≦x
但し、ω=2πf
を満たす電磁シールド層を、前記固体撮像素子の入射光窓及び該固体撮像素子の基板を含む表面全体に蒸着し、前記電磁シールド層と前記外周電磁シールド部材とを同電位になるように接続したことを特徴とする撮像装置。An imaging apparatus having a solid-state imaging device and used together with a treatment device that induces electromagnetic wave noise in an output signal of the solid-state imaging device,
Surrounding the solid-state imaging device except for an opening serving as an optical path of light incident on the solid-state imaging device, and providing an outer peripheral electromagnetic shield member that electromagnetically shields even a frequency equal to or lower than a frequency of an electric signal used in the treatment device. ,
When the conductivity of the electromagnetic shield layer is κ, the magnetic permeability is μ, and the electromagnetic shield frequency which is the frequency of the electric signal used in the treatment device is f, the thickness x of the electromagnetic shield layer is represented by the following formula:
(2 / ωκμ) 1/2 ≤x
Where ω = 2πf
Is deposited on the entire surface including the incident light window of the solid-state imaging device and the substrate of the solid-state imaging device, and the electromagnetic shielding layer and the outer peripheral electromagnetic shielding member are connected to have the same potential. An imaging device characterized by the above-mentioned.
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