JP4619237B2

JP4619237B2 - 電子内視鏡装置

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Publication number: JP4619237B2
Application number: JP2005240739A
Authority: JP
Inventors: 昭博高橋
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2025-08-23
Also published as: JP2007054151A

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機構を有する電子内視鏡装置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。撮像素子は、クロック周波数信号により駆動され、撮像に基づく信号を出力する。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の回路である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（フォトカプラ等）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の送受信が可能となっている。

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。また、クロック周波数信号により高周波ノイズが発生する。これらの高周波ノイズがテレビ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及び２では、電気メスおよびクロック周波数信号による高周波ノイズに適合し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、電気メスおよびクロック周波数信号から発生するそれぞれの周波数の整数倍の周波数において最小インピーダンス（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号公報特許第３２８４０４４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および２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、絶縁基板内ではあらゆる信号が混在しているため、信号の干渉が生じ、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。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およびクロック周波数信号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、前記スコープ部側の第一の回路と、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おり、さらに前記スコープ部において電気メスの使用が可能である、電子内視鏡装置において、前記第一の回路と前記第二の回路とが複数の絶縁素子により接続され、前記第一の回路のグランドと前記第二の回路のグランドとが複数のコンデンサにより接続され、前記複数の絶縁素子はそれぞれ異なる周波数を有する信号を伝送し、前記複数のコンデンサはそれぞれ異なる周波数において共振点を有し、前記複数の絶縁素子のうち最も高い周波数を有する信号を伝送する絶縁素子と、前記複数のコンデンサのうち該最も高い周波数の整数倍の周波数に共振点を有するコンデンサとを近接して配置し、前記複数のコンデンサのうち前記電気メスから発生する高周波の周波数の整数倍の周波数に共振点を有するコンデンサと、前記最も高い周波数の整数倍の周波数に共振点を有するコンデンサとを前記複数の絶縁素子を隔てて配置した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、最も高周波なノイズをその発生源付近に備えられたコンデンサにより除去するため、最も高周波なノイズが他に影響を与えることにより生ずる不要輻射ノイズ等を減少させることができる。したがって、装置が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。

また、本発明に係る電子内視鏡装置は、前記複数の絶縁素子は前記第一の回路と前記第二の回路の接続部分に沿って前記第一の回路と前記第二の回路とを掛け渡すように並べて配置され、且つ前記複数の絶縁素子は伝送する信号の周波数が高い順番に配列されていることを特徴とする。

また、前記電気メスから発生する高周波の周波数の整数倍の周波数に共振点を有するコンデンサが、前記複数の絶縁素子のうち最も低い周波数を有する信号を伝送する絶縁素子の近傍に配置されることを特徴とする。

また、前記最も高い周波数が、前記スコープ部に設けられた撮像素子を駆動させるためのクロック信号の周波数であることを特徴とする。また、前記最も低い周波数が、前記スコープ部から送信される所定の制御信号に含まれる信号の周波数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しており、高周波ノイズ（約２ＭＨｚ程度）の発生原因となる。術者はスコープ部２をハンドリングして、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）を介して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周波数信号（例えば１４．３ＭＨｚ）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。患者回路４０内で生成されたクロック周波数信号は、撮像素子１０及び２次回路５０に供給される。なお、クロック周波数信号は２次回路５０内で生成されてもよく、その場合は、絶縁基板１００を介して患者回路４０側へ供給される。撮像素子１０より出力さ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基板１００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、複数の絶縁素子２００と、コンデンサ３００及び４００と、銅泊パターンの無い絶縁部１０１とを有する。信号処理回路領域３１と２次回路領域５１は、絶縁基板１００上で電気的に絶縁されている。信号処理回路領域３１のの出力部・入力部と２次回路領域５１のの入力部・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。本発明の実施形態においては絶縁素子２００において伝送される信号はデジタル信号である。また、信号処理回路領域３１のＧＮＤと２次回路領域５１のＧＮＤとは、コンデンサ３００及び４００により接続されている。２次回路領域５１のＧＮＤは、装置本体部３の筐体によるフレームグランドとなっている。したがって、コンデンサ３００及び４００を取り付けることにより、患者回路４０のＧＮＤの電位が安定化される。

絶縁素子２００は、クロック周波数信号用の絶縁素子２０１と、撮像素子１０の出力信号（映像信号）用の絶縁素子２０２と、制御信号用の絶縁素子２０３とを有する。クロック周波数信号用の絶縁素子２０１は、例えば１４．３ＭＨｚのクロック周波数信号を伝送する。このクロック周波数信号が電子内視鏡装置１で使用される最も高い周波数であるため、絶縁素子２０１は、絶縁素子２００の中で最も周波数の高い信号を伝送することとなる。

絶縁素子２０２は、複数の絶縁素子（２０２a〜２０２j）を有し、各絶縁素子２０２はそれぞれ１ビットに対応する信号を伝送する。すなわち、図２に示す実施形態では、映像信号が１０ビット（絶縁素子２０２a〜２０２j）である場合を示している。絶縁素子２０２aは、映像信号中のＬＳＢ（Least Significant Bit）に対応する信号を伝送する。絶縁素子２０２jは、映像信号中のＭＳＢ（Most Significant Bit）に対応する信号を伝送する。映像信号では、ＬＳＢの周波数が最も高く、ＭＳＢの周波数が最も低い。絶縁素子２０２b〜２０２iは、ＬＳＢからＭＳＢの間の各ビットに対応する信号を伝送する。絶縁素子２０２では、絶縁素子２０２a側にいくほど伝送する信号の周波数が高くなるように設定されている。絶縁素子２０３は、各種制御用の信号を伝送する。図２に示す実施形態では、絶縁素子２０３a〜２０３dにより４ビットを伝送可能である。絶縁素子２０３により伝送される信号は絶縁素子２０２により伝送される信号よりも周波数は低い。

コンデンサ３００は、絶縁素子２０３d付近に配置される。コンデンサ４００は、絶縁素子２０１付近に配置される。コンデンサ３００は、約２ＭＨｚ付近に共振点を有している（図３参照）。コンデンサ４００は、約１４．３ＭＨｚ付近に共振点を有している（図３参照）。したがって、患者回路４０側において電気メスの使用により発生した高周波ノイズ（約２ＭＨｚ）は、コンデンサ３００により２次回路５０側へバイパスされて除去される。また、絶縁素子２０１或いはクロック周波数信号の伝送用の回路パターン付近から生じる高周波ノイズ（約１４．３ＭＨｚ程度）は、コンデンサ４００により２次回路５０側へバイパスされて除去される。すなわち、コンデンサ３００および４００を離して配置したことにより、クロック周波数信号に起因する不要輻射ノイズがコンデンサ３００から発生しなくなる。なお、コンデンサ３００および４００の足（リード）の長さは短いほうが好ましい。すなわち、コンデンサ３００および４００の接続にリード線等を用いると、インダクタ成分が追加され、インピーダンスが高くなってしまうので、ノイズの除去効率が低下する。

図３および図４は、コンデンサ３００および４００のインピーダンスの高周波特性を示す。コンデンサ３００は、共振点Ｒ₁においてインピーダンス[Ω]が最小となる。すなわち、共振点Ｒ₁の周波数Ｆ_Ｒ1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Ｒ₁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_Ｒ1は、Ｆ_Ｒ1＝ｎＦ_Ａ（ｎは整数）である）。なお、図２にはコンデンサ３００が一つのみ示されているが、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並列に複数備えることができる。

コンデンサ４００は、共振点Ｒ₂においてインピーダンス[Ω]が最小となる。すなわち、共振点Ｒ₂の周波数Ｆ_Ｒ2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４００は、その共振点Ｒ₂がクロック周波数信号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、クロック周波数信号により発生するノイズの周波数をＦ_Ｂとすると、選択されるコンデンサ４００の周波数Ｆ_Ｒ2は、Ｆ_Ｒ2＝ｎＦ_B（ｎは整数）である）。なお、図２にはコンデンサ４００が一つのみ示されているが、複数備えていてもよい。例えば、クロック周波数信号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並列に複数備えることができる。

図４は、コンデンサ３００及び４００の周波数特性を合成した特性を示す。コンデンサ３００および４００を用いることにより、それぞれの周波数において最小インピーダンスを示すコンデンサにおいてノイズを除去することができる。

本発明の実施形態においては、コンデンサ３００および４００が絶縁素子２００を隔てて配置されている。患者回路４０により発生した電気メスによる高周波ノイズはコンデンサ３００により除去され、クロック周波数信号により発生した高周波ノイズはコンデンサ４００により除去される。したがって、クロック周波数信号の絶縁素子２０１から最も離れている絶縁素子２０３の近傍において、クロック周波数信号の影響を受けずに電気メスから発生する高周波ノイズを除去することができるため、コンデンサによる不要輻射ノイズの発生を抑制しつつ、高周波ノイズを効率的に除去することができる。

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。絶縁基板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。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
６０ランプ
７０操作ボタン
１００絶縁基板
１０１絶縁部
２００絶縁素子
３００，４００コンデンサ

Claims

スコープ部と、本体と、前記スコープ部側の第一の回路と、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おり、さらに前記スコープ部において電気メスの使用が可能である、電子内視鏡装置において、
前記第一の回路と前記第二の回路とが複数の絶縁素子により接続され、
前記第一の回路のグランドと前記第二の回路のグランドとが複数のコンデンサにより接続され、
前記複数の絶縁素子はそれぞれ異なる周波数を有する信号を伝送し、前記複数のコンデンサはそれぞれ異なる周波数において共振点を有し、
前記複数の絶縁素子のうち最も高い周波数を有する信号を伝送する絶縁素子と、前記複数のコンデンサのうち該最も高い周波数の整数倍の周波数に共振点を有するコンデンサとを近接して配置し、
前記複数のコンデンサのうち前記電気メスから発生する高周波の周波数の整数倍の周波数に共振点を有するコンデンサと、前記最も高い周波数の整数倍の周波数に共振点を有するコンデンサとを前記複数の絶縁素子を隔てて配置したことを特徴とする電子内視鏡装置。
前記複数の絶縁素子は前記第一の回路と前記第二の回路の接続部分に沿って前記第一の回路と前記第二の回路とを掛け渡すように並べて配置され、且つ前記複数の絶縁素子は伝送する信号の周波数が高い順番に配列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。
前記電気メスから発生する高周波の周波数の整数倍の周波数に共振点を有するコンデンサが、前記複数の絶縁素子のうち最も低い周波数を有する信号を伝送する絶縁素子の近傍に配置されることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡装置。
前記最も高い周波数が、前記スコープ部に設けられた撮像素子を駆動させるためのクロック信号の周波数であ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。
前記最も低い周波数が、前記スコープ部から送信される所定の制御信号に含まれる信号の周波数であることを特徴とする請求項３または４に記載の電子内視鏡装置。