JP4757044B2 - 防爆機器駆動装置 - Google Patents
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Description
ここで、撮像部が上記危険場所に挿入されて、その内部の映像を撮影するため、制御部が撮像部に対して行う電力供給に対して、安全基準に対応する構成が必要となる。すなわち、制御部の電源と、撮像部の撮像素子及び光源との間に、上記安全基準条件を満たすバリア制限回路が介挿されている防爆映像装置としての内視鏡装置がある(例えば、特許文献1参照)。
このため、上記従来の内視鏡装置は、制御部側にバリア回路を設けるため、制御部が大きく、かつ重量も重くなり、携帯性を悪くなる問題がある。
また、従来の内視鏡装置は、制御部が複雑化及び大型化することにより、生産コストが増加する欠点もある。
本質安全防爆については、IEC(国際電気標準会議),ATEX(ヨーロッパ),FM(アメリカ),CSA(カナダ),TIIS(日本)等で、規格化され、検定機関より防爆機器として検定される。本明細書中においては、IECのガス蒸気防爆規格IEC60079及び粉塵防爆IEC61241に基づいて説明する。ただし、他の各国の規格と実質的に対応する部分については、他の各国の規格にも適用可能であり、他の規格を排除するものではないことは言うまでもない。
機器構造については、ia機器,ib機器,Type−nとして定義されている。ia機器が最も爆発に対して信頼性が高く、ib機器がその次に信頼性が高い。ここで、ia機器は、Zone0,Zone1でも使用可能であり、ib機器はZone1でのみ使用可能である。Zone0又はZone1にて使用可能な機器は本質安全防爆機器と呼ばれている。Type−n機器はZone2での使用が可能である。
本発明の防爆機器駆動装置は、前記デジタル信号によって前記信号線に流れる電流値を制限する電流制限抵抗の抵抗値の最大値をRmaxとし、前記信号線による伝送路の浮遊容量であるストレーキャパシティーをCsとし、前記デジタル信号の伝送速度を決定する伝送クロックの周波数のカットオフ周波数をfcとした場合、前記エネルギー制限手段におけるカットオフ周波数fcを、fc=1/(2π・Rmax・Cs)を満足する数値に設定することを特徴とする。
ここで、従来の防爆機器駆動装置は、アナログ信号をそのままの形状で制御部及び防爆機器間にて送受信、すなわち直流成分及び交流成分各々に対して防爆処理を行った後に合成して元のアナログ信号に戻す複雑な回路構成が必要である。
しかしながら、本発明の防爆機器駆動装置は、上述した構成により、デジタル信号による伝送電流を制御することのみで、本質安全防爆の規格に対応した電流制御を行うことができ、「1」と「0」との区別が付けば、電圧レベルも低下させることができるため、アナログ信号を伝送する際のように、複雑なバリア回路が必要なく、制御部におけるバリア回路の規模を縮小することができ、装置のサイズも小さくすることができ、制御部の携帯性を向上させ、かつ製造コストを低下させることができる。
これにより、本発明の防爆機器駆動装置は、画像信号の伝送電流を制御することのみで、本質安全防爆の規格に対応した電流制御を行うことができ、「1」と「0」との区別が付けば、電圧レベルも低下させることができるため、アナログの映像信号を伝送する際のように、複雑なバリア回路が必要なく、制御部の携帯性を向上させ、かつ製造コストを低下させることができる。
これにより、本発明の防爆機器駆動装置は、防爆機器と制御部との間の信号線の数を削減することができ、エネルギ制限回路の削減及びこれに伴う防爆に対する信頼性の向上を実現することができる。
本発明の防爆機器駆動装置は、前記エネルギー制限手段が前記信号線に直列に介挿された複数の容量素子と、該容量素子の信号の出力側と接地点との間に介挿された抵抗手段とから構成されていることを特徴とする。
これにより、本発明の防爆機器駆動装置は、電源制限手段を簡易に構成することができ、制御部におけるバリア回路の規模を縮小することが可能となり、装置のサイズも小さくすることができ、制御部の携帯性を向上させ、かつ製造コストを低下させることができる。
本発明の防爆機器駆動装置は、前記電流制御手段が、前記制御部及び防爆機器間の伝送速度を満たすカットオフ周波数となる容量値と、本質安全防爆を満たす容量値との範囲にて設定されることを特徴とする。
これにより、本発明の防爆機器駆動装置は、デジタル伝送の必要な伝送速度を満足させ、かつ本質安全防爆の機器に対応した電流制限を行うことができる。
これによれば、本発明の防爆機器駆動装置は、データの送受信が行われる信号線の本質安全防爆に加え、本質安全防爆におけるia機器区分に対応した電力供給を行うことが可能となる。
これによれば、本発明の防爆機器駆動装置は、データの送受信が行われる信号線の本質安全防爆に加え、本質安全防爆におけるib機器区分に対応した電力供給を行うことが可能となる。
本発明の防爆機器駆動装置は、制御部と防爆機器との間に伝送されるデジタル信号がデジタルビデオ信号,防爆機器を駆動するクロック信号,防爆機器を制御する制御信号であることを特徴とする。
本発明の防爆機器駆動装置は、前記デジタルビデオ信号がシリアル伝送を送信されることを特徴とする。
本発明の防爆機器駆動装置は、前記デジタルビデオ信号がパラレル伝送であることを特徴とする。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の防爆機器駆動装置の第1の実施形態としての内視鏡装置(防爆映像装置)の概要を示す概念図である。この図1において、メインユニット1は、内視鏡装置全体の制御を行っている。メインユニット1の天面には、各種設定を行うためのフロントパネル11が設けられる。また、メインユニット1の側面には、モニタ画像を表示するためのLCDモニタ12が取り付けられている。メインユニット1には、ベルト13が装着可能となっており、ユーザが肩から吊り下げて、ハンズフリーで作業が行えるようになっている。
また、挿入部4の先端部には湾曲部9が設けられる。コントロールユニット3内にはモータが設けられており、このモータにより、湾曲部9が上下左右に湾曲可能とされている。湾曲部9を湾曲させることにより、撮影方向を自在に設定することができる。
また、挿入部4の先端には、光学アダプタ8が着脱可能に取り付けられる。光学アダプタ8としては各種の光学性能のものが用意されており、光学アダプタ8を交換することで、異なる視野角、視野方向、明るさ、観察深度等を変更することができる。
コントロールユニット3には、図2(A)に示すように、ジョイスティック22、ズームレバー23、明るさ調整レバー24、ブーストボタン25が配設されている。ジョイスティック22は、挿入部4の先端の湾曲部9の方向を操作するのに用いられる。ブーストボタン25はゲイン変更用のボタンである。
表示回路46は、バリア回路45及び挿入部40を介して、カメラヘッドモジュール41と接続され、撮影された映像のデータであるモニタ画像を入力して、LCDモニタ12にモニタ画像の表示を行う。カメラ制御部A15は、カメラヘッドモジュール41の制御を行う。バリア回路45は、表示回路46から出力または入力される、信号線43で送受信されるデジタルデータを、電流値を制限した伝送電流として伝送する。このデジタル信号が伝送されることで流れる伝送電流の電流値を制限することにより、デジタル信号の伝送における電気エネルギーを本質安全防爆の安全基準条件未満に制限することができる。
DC/DCコンバータ48は、バッテリ49の電圧値を変換して、バリア回路45及びバリア回路47へ電力を供給している。バリア回路47は、照明部42が発光するための電力を電源線44を介して供給している。
カメラ制御部A15は、各種制御データが記憶された記憶部81と、メインユニット1及びカメラヘッドモジュール41を制御するデータ制御部82とから構成されている。また、メインユニット1は、シリアルパラレル変換器67と、D/A変換器68と、発振器69とを有している。データ制御部82は、CPUなどの演算能力を持ったマイクロプロセッサー等で構成されている。
尚、データ制御部は、SW13とPC14(パソコン等)に接続可能でありカメラヘッド設定条件できる。手段としては、SW13又はPC14との通信によって行う。
fc=1/(2π・Rmax・Cs)
上記式から抵抗値Rは、以下の式で表せる。
Rmax=1/(2π・fc・Cs)
Rmax=1/(2π・fc・Cs)
=1/(2π×10×106×10×10−12)
=1/(2π×10−4)
=1.59k(Ω)
尚、発振器69をカメラヘッド41に内蔵させた場合には、電流制限抵抗56は不用となるのは言うまでも無く、バリア回路45Aは、よりシンプルになる。
本発明の第2の実施形態は、図4に示す第1の実施形態におけるバリア回路45Aを、図5に示す構成に置き換えた内視鏡装置である。第2の実施形態の構成は、バリア回路45A以外、第1の実施形態と同様である。後述するように、複数のカップリングコンデンサを、各信号線毎に挿入することにより、メインユニット1とコントロールユニット3との回路間を直流的に遮断して、デジタル信号の伝送電流の電流値を制限し、デジタル信号の伝送における電気エネルギーの制限を行う。
本発明の第3の実施形態は、図4に示す第1の実施形態におけるバリア回路45Bを、図6に示す構成に置き換えた内視鏡装置である。第3の実施形態の構成は、バリア回路45B以外、第1の実施形態と同様である。
図6に示すバリア回路45Bは、ib機器の規格を満足するようなバリア回路の例を示すものであり、駆動電力を供給する直流に対するバリア回路である。このバリア回路45Bは、電流制限型の過負荷保護回路であり、予め設定された制限電流値を超えた場合、制限電流値となるよう出力電圧の制御を行いエネルギーを制限している。
本発明の第4の実施形態は、図4に示す第1の実施形態におけるバリア回路45Aを、図7に示すように、バリア回路45Cに置き換えた内視鏡装置である。第4の実施形態の構成は、バリア回路45Cとし、信号線51〜信号線53により伝送していた信号を、高速シリアルインターフェース部16A及び16Bにより多重化して信号線55(高速伝送線)のみで伝送する以外の構成は第1の実施形態と同様である。
ここで、上記高速シリアルインターフェースとしては、USBインターフェースやIEEE1394インターフェースなどがある。
上記高速シリアルインターフェースを用いることにより、映像データと制御データとを少ない信号線により送受信することができ、バリア回路を効率化することができる。
また、USBやIEEE1394等のインターフェースを示したが、高速シリアル通信であれば、これらの方式に限定されず、インターネットなどのLAN通信手段や光ファイバーによる光通信も可能なRocket I/O方式の通信手段であっても良い。
3…コントロールユニット 4…挿入部
5…スコープコネクタ 6…ユニバーサルケーブル
8…光学アダプタ 9…湾曲部
11…フロントパネル 12…LCDモニタ
13…SW 14…PC
15…カメラ制御部A 16…カメラ制御部B
21…グリップ部 22…ジョイスティック
23…ズームレバー 24…明るさ調整レバー
25…ブーストボタン
26…ブースト録画ボタン 40…先端
41…カメラヘッドモジュール 42…照明部
43,51,52,53…信号線 44…電源線
45、45A,45B,47…バリア回路
46…表示回路 48…DC/DCコンバータ
49…バッテリ 50…電源線
54,55,56…電流制限抵抗 57,200…ヒューズ
58,59,60、201,202…ツェナーダイオード
61…レンズ 62…撮像素子
63…プリアンプ 64…A/D変換器
65…DSP(デジタルシグナルプロセッサ) 66…パラレルシリアル変換器
67…シリアルパラレル変換器 68…D/A変換器
69…発振器 70…タイミングジェネレータ
81,91…記憶部 82,92…データ制御部
100,101,102,105,106…コンデンサ
103,104,108,112,Rs,Rp…抵抗
107,109,110,111…コンデンサ
203,204…電流制限回路 Q1,Q2…トランジスタ
Claims (10)
- 制御部とこの制御部により制御される防爆機器部とが信号線で接続され、制御部及び防爆機器部相互間にてデジタル信号を送受信する際、前記デジタル信号による電気エネルギーを制限する防爆機器駆動装置であり、
前記デジタル信号によって前記信号線に流れる電流値を、本質安全防爆の安全基準に対応する電流値に制限するとともに、カットオフ周波数を、デジタル信号の伝送速度を決定する伝送クロックの周波数に制限するエネルギー制限手段が、制御部及び防爆機器部の前記信号線に介挿されていることを特徴とする防爆機器駆動装置。 - 前記デジタル信号によって前記信号線に流れる電流値を制限する電流制限抵抗の抵抗値の最大値をRmaxとし、前記信号線による伝送路の浮遊容量であるストレーキャパシティーをCsとし、前記デジタル信号の伝送速度を決定する伝送クロックの周波数のカットオフ周波数をfcとした場合、前記エネルギー制限手段におけるカットオフ周波数fcを、
fc=1/(2π・Rmax・Cs)
を満足する数値に設定することを特徴とする請求項1に記載の防爆機器駆動装置。 - 前記防爆機器が
撮影した映像を映像信号として出力する撮像手段と、
前記映像信号をデジタル信号の画像信号に変換する画像処理手段と
を有し、
前記制御部が
前記エネルギー制限手段と、
該エネルギー制限手段を介して入力される前記画像信号を表示する表示部と
前記エネルギー制限手段を介して前記防爆機器に制御信号を出力するカメラ制御部と
を有していることを特徴とする請求項2記載の防爆機器駆動装置。 - 前記防爆機器と制御部とにおける、複数の回路間におけるデータ送信が高速シリアルインターフェースにより多重化されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の防爆機器駆動装置。
- 前記エネルギー制限手段が前記信号線に直列に介挿された抵抗手段であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の防爆機器駆動装置。
- 前記抵抗手段が、前記制御部及び防爆機器間の伝送速度を満たすカットオフ周波数となる抵抗値と、本質安全防爆を満たす抵抗値との範囲の抵抗値にて設定されることを特徴とする請求項5に記載の防爆機器駆動装置。
- 前記エネルギー制限手段が前記信号線に直列に介挿された複数の容量素子と、該容量素子の信号の出力側と接地点との間に介挿された抵抗手段とから構成されていることを特徴とする請求項1に記載の防爆機器駆動装置。
- 前記制御部が電源部を有し、前記電源部が防爆機器に対し電源線を介して駆動電力を供給しており、前記電源線に他のエネルギー制限手段がさらに設けられ、本質安全防爆のia機器に対応しており、
該他のエネルギー制限手段が、
電源線に直列に介挿された抵抗と、
該抵抗の前記電源部側の一端にカソード又はアノードのいずれか一方が接続され、他方のアノード又はカソードが接地されたツェナーダイオードとから構成されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の防爆機器駆動装置。 - 前記制御部が電源部を有し、前記電源部が防爆機器に対し電源線を介して駆動電力を供給しており、前記電源線に他のエネルギー制限手段がさらに設けられ、本質安全防爆ib機器に対応しており、
該他のエネルギー制限手段が、
電源線に直列に介挿されたFETまたはトランジスタからなる定電流回路と、
該定電流回路に接続された複数のツェナーダイオードとから構成されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の防爆機器駆動装置。 - 前記撮像素子がCMOSイメージセンサであることを特徴とする請求項3から請求項9のいずれかに記載の防爆機器駆動装置。
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