内視鏡装置
【課題】撮像手段から画像信号を出力する信号ラインが防爆構造としての安全基準を満たすとともに、画像信号のもつ周波数特性に係らず、画像信号の信号品質を確保することが可能な内視鏡装置を提供する。
【解決手段】内視鏡装置１は、被検体に挿入される挿入部と、挿入部の先端側に設けられて被検体を撮像して画像信号を出力する撮像手段９と、撮像手段９よりも基端側に設けられて信号ライン２０ａ、２０ｂを介して入力された画像信号を信号処理する画像信号処理手段１１と、撮像手段９と画像信号処理手段１１との間に設けられ、電気エネルギーを制限して撮像手段９側を防爆構造とする撮像出力バリア部２２とを備え、撮像出力バリア部２２は、画像信号の内、所定の周波数領域を透過周波数成分として、他の周波数領域と比較して低減衰量で透過させる信号入力側バリア回路２５、２６を、互いに透過周波数成分を異なるものとして複数有する。
【解決手段】内視鏡装置１は、被検体に挿入される挿入部と、挿入部の先端側に設けられて被検体を撮像して画像信号を出力する撮像手段９と、撮像手段９よりも基端側に設けられて信号ライン２０ａ、２０ｂを介して入力された画像信号を信号処理する画像信号処理手段１１と、撮像手段９と画像信号処理手段１１との間に設けられ、電気エネルギーを制限して撮像手段９側を防爆構造とする撮像出力バリア部２２とを備え、撮像出力バリア部２２は、画像信号の内、所定の周波数領域を透過周波数成分として、他の周波数領域と比較して低減衰量で透過させる信号入力側バリア回路２５、２６を、互いに透過周波数成分を異なるものとして複数有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントやビルのメンテナンス、可燃ガス又は粉塵の存在する機器やボイラを被検体として内部の検査等を行うための内視鏡装置に関するものであり、特に、爆発の可能性の高い場所での使用が可能な内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、体腔内に細長の挿入部を挿入することにより、体腔内臓器等を観察し、また、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置をすることが可能な内視鏡装置が広く利用されている。また、工業用分野においても、ボイラ、タービン、エンジン、化学プラント等の内部の傷、腐食等の観察、検査に工業用内視鏡装置が広く用いられている。上記のように使用される内規鏡装置には、被検体の内部に挿入される挿入部の先端部に、撮像手段として光学像を画像信号に光電変換するＣＣＤなどの撮像素子を配設した電子内視鏡装置（以下内視鏡装置と略記する）がある。
【０００３】
より詳しくは、このような内規鏡装置は、例えば、観察部位を撮像するＣＣＤなどの上記撮像素子と、観察部位を照明する光源部と、電源及び信号処理部を有する制御部とから構成されている。制御部と、撮像素子及び光源部とは複数の電線からなるケーブルで接続されており、このケーブルを介して、制御部から撮像素子及び光源部に対する電力供給と、撮像素子、光源部を制御する制御信号、及び、撮像素子、光源部からの画像信号等の送受信とが行われている。そして、光源部から供給される照明光によって照らされた観察部位の観察像を撮像素子の撮像面に結像させ、この撮像素子で光電変換した観察像の画像信号を、制御部の信号処理部に伝達する。そして、信号処理部で映像信号を生成し、モニタ画面上に観察像を表示させて観察を行うことが可能である。
【０００４】
ところで、工業用分野で使用される内視鏡装置の中には、化学プラントの配管やガスタンク等、爆発性雰囲気等の危険場所（以下危険場所と記載する）で使用されるものがある。このような内視鏡装置としては、制御部の電源と、撮像素子及び光源部との間に、安全基準条件を満たすようにエネルギー制限を行うバリア回路が介挿されている内視鏡装置がある（例えば、特許文献１参照）。
近年、防爆構造に求められる安全基準条件としては、少なくとも本質安全防爆の安全基準条件を満たしていなければならない。
【０００５】
ここで、以下に防爆の内、特に本質安全防爆について説明する。
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、検定機関に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。
【０００６】
危険領域における爆発のメカニズムについて考察すると、爆発は、一般に、可燃性ガスまたは粉塵及び酸素が混合して存在する環境下において、着火源の温度が上昇して混合ガス又は粉塵の発火温度を超えることにより、誘発して起こる。例えば、ガソリンタンク，プラント及びエンジンの内部においては、燃料がガス化又は粉塵化して可燃性となっており、また、周囲には酸素が存在しており、可燃性混合状態となっている。
【０００７】
このような環境下においては、上記ように着火源が存在する場合、着火源の温度によって爆発を引き起こす危険性がある。逆に言うと、爆発の要素は、可燃性ガスまたは粉塵、酸素、着火源の３つであり、この３つのうちの１つでも欠ければ爆発は起こらない。このうち、可燃性ガスまたは粉塵と、酸素とは環境的に存在するものであり、基本的に着火源によるエネルギー印加要素を絶つことによって、本質安全防爆を確実なものとする。
【０００８】
ＩＥＣにおいては、安全防爆製品についての使用場所として、危険のレベルにより、Ｚｏｎｅ０、Ｚｏｎｅ１及びＺｏｎｅ２を定義している。すなわち、Ｚｏｎｅ０が最も危険性が高く、Ｚｏｎｅ１が次に危険性が高く、そして、Ｚｏｎｅ２がその次に危険性が高い。危険区域はＨａｚａｒｄｏｕｓ Ａｒｅａとされ、非危険区域はＮｏｎ−Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ａｒｅａとされる。
【０００９】
機器構造については、ｉａ機器、ｉｂ機器及びＴｙｐｅ−ｎが定義されている。すなわち、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。そして、Ｚｏｎｅ０または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。なお、Ｔｙｐｅ−ｎ機器はＺｏｎｅ２での使用が可能である。
【特許文献１】特開２００１−７５０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の内視鏡装置では、撮像素子からの出力ラインにはバリア回路が設けられておらず、少なくとも防爆構造としての安全基準条件を満たさない。条件を
満たすためには、撮像素子からの出力ラインにバリア回路を設ける必要がある。一方、特許文献１に示す内視鏡装置では、撮像素子をＣ−ＭＯＳイメージセンサとしているが、内視鏡装置では撮像素子としてＣＣＤイメージセンサも広く使用されている。ここで、撮像素子としてＣＣＤイメージセンサを選択し、出力ラインにバリア回路を設ける場合、ＣＣＤ出力信号がアナログ信号であるために、デジタル出力のＣ−ＭＯＳイメージセンサでバリア回路を設ける場合と比較して非常に難しい。特に、ＣＣＤイメージセンサでは、バリア回路の周波数特性に関しては注意が必要で、周波数特性が広く、直流・交流の両面で透過する広い周波数特性のバリア回路を設けないと信号品質が低下してしまう問題があった。
【００１１】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、撮像手段から画像信号を出力する信号ラインが防爆構造としての安全基準を満たすとともに、画像信号のもつ周波数特性に係らず、画像信号の信号品質を確保することが可能な内視鏡装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、被検体に挿入される挿入部と、該挿入部の先端側に設けられて前記被検体を撮像して画像信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段よりも基端側に設けられて信号ラインを介して入力された前記画像信号を信号処理する画像信号処理手段と、前記撮像手段と前記画像信号処理手段との間に設けられ、電気エネルギーを制限して前記撮像手段側を防爆構造とする撮像出力バリア部とを備え、該撮像出力バリア部は、前記画像信号の内、所定の周波数領域を透過周波数成分として、他の周波数領域と比較して低減衰量で透過させる信号入力側バリア回路を、互いに前記透過周波数成分を異なるものとして複数有することを特徴としている。
【００１３】
この発明に係る内視鏡装置によれば、撮像手段によって撮像して出力される画像信号は、信号ラインを介して画像信号処理手段に入力されて信号処理されることとなる。この際、撮像手段と画像信号処理手段との間に撮像出力バリア部が設けられていることで、撮像手段及び信号ライン上を防爆構造とすることができる。また、撮像出力バリア部が、透過周波数成分が異なる複数の信号入力側バリア回路を有しているので、各信号入力側バリア回路によって効果的に電気エネルギーを制限しつつ、一の信号入力側バリア回路で減衰した画像信号の周波数領域を、他の信号入力側バリア回路を透過する画像信号によって補完し、全体として信号品質を確保することができる。なお、ここでいう防爆構造とは、爆発性雰囲気に対してエネルギー印加要素とならないように供給される電気エネルギーが制限されている全ての構造を含み、爆発性雰囲気の種類や濃度、爆発性雰囲気に対して要求される安全率等によって限定されるものではない。
【００１４】
また、上記の内視鏡装置において、前記撮像出力バリア部は前記信号入力側バリア回路として、前記透過周波数成分として低周波成分を透過させる第一のバリア回路と、前記透過周波数成分として高周波成分を透過させる第二のバリア回路とを有することがより好ましいとされている。
【００１５】
この発明に係る内視鏡装置によれば、撮像出力バリア部において、第一のバリア回路によって画像信号の内、低周波成分を低減衰量で透過させ、第二のバリア回路によって画像信号の内、高周波成分を低減衰量で透過させることで、減衰した成分を互いに補完して全体として信号品質を確保することができる。
【００１６】
また、上記の内視鏡装置において、複数の前記信号入力側バリア回路は、前記画像信号処理手段側で互いに接続されて、出力を合成して該画像信号処理手段に前記画像信号を入力することがより好ましいとされている。
【００１７】
この発明に係る内視鏡装置によれば、複数の信号入力側バリア回路で透過した画像信号を合成することで、減衰した成分を互いに補完して、一つの画像信号として出力することができる。
【００１８】
また、上記の内視鏡装置において、前記撮像手段と前記撮像出力バリア部との間に設けられ、前記画像信号を、前記撮像出力バリア部の複数の前記信号入力側バリア回路に分配して入力する画像信号分配回路を備えることがより好ましいとされている。
【００１９】
この発明に係る内視鏡装置によれば、画像信号分配回路によって、撮像出力バリア部の各信号入力側バリア回路に画像信号を好適に入力することができる。
【００２０】
また、上記の内視鏡装置において、前記撮像出力バリア部は、前記画像信号処理手段側から前記撮像手段側へ電力を供給する電源ラインに設けられて、電気エネルギーを制限する電力供給側バリア回路を有することがより好ましいとされている。
【００２１】
この発明に係る内視鏡装置によれば、撮像出力バリア部の電力供給側バリア回路によって、画像信号処理手段から撮像手段側の各構成に電力を供給する電源ラインにおいても電気エネルギーを制限することができる。
【００２２】
また、上記の内視鏡装置において、前記第一のバリア回路は、前記信号ラインに介挿された抵抗と、前記信号ラインと接地点との間に接続された少なくとも一つのツェナーダイオードとを有することがより好ましいとされている。
【００２３】
この発明に係る内視鏡装置によれば、ツェナーダイオードによって、画像信号の内、低周波成分を低減衰量で透過させつつ撮像手段側に与える電圧を効果的に制限することができ、また、抵抗によって撮像手段側に流れ込む電流を効果的に制限することができる。
【００２４】
また、上記の内視鏡装置において、前記第一のバリア回路は、前記ツェナーダイオードを二つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉｂ機器としていることがより好ましいとされている。
【００２５】
この発明に係る内視鏡装置によれば、ツェナーダイオードを二つ以上有していることで、一つが破損しても防爆構造を保証することができ、ｉｂ機器として対応することが可能である。
【００２６】
また、上記の内視鏡装置において、前記第一のバリア回路は、前記ツェナーダイオードを三つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉａ機器としていることがより好ましいとされている。
【００２７】
この発明に係る内視鏡装置によれば、ツェナーダイオードを三つ以上有していることで、二つが破損しても防爆構造を保証することができ、ｉａ機器として対応することが可能である。
【００２８】
また、上記の内視鏡装置において、前記第二のバリア回路は、前記信号ラインに介挿された少なくとも一つのコンデンサを有することがより好ましいとされている。
【００２９】
この発明に係る内視鏡装置によれば、コンデンサによって、画像信号の内、高周波成分を低減衰量で透過させつつ撮像手段側に与える電気エネルギーを効果的に制限することができる。
【００３０】
また、上記の内視鏡装置において、前記第二のバリア回路は、前記コンデンサを二つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉｂ機器としていることがより好ましいとされている。
【００３１】
この発明に係る内視鏡装置によれば、コンデンサを二つ以上有していることで、一つが破損しても防爆構造を保証することができ、ｉｂ機器として対応することが可能である。
【００３２】
また、上記の内視鏡装置において、前記第二のバリア回路は、前記コンデンサを三つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉａ機器としていることがより好ましいとされている。
【００３３】
この発明に係る内視鏡装置によれば、コンデンサを三つ以上有していることで、二つが破損しても防爆構造を保証することができ、ｉａ機器として対応することが可能である。
【００３４】
また、上記の内視鏡装置において、前記電力供給側バリア回路は、前記電源ラインと接地点との間に接続された少なくとも一つのツェナーダイオードを有することがより好ましいとされている。
【００３５】
この発明に係る内視鏡装置によれば、ツェナーダイオードによって、撮像手段側に与える電気エネルギーを効果的に制限することができる。
【００３６】
また、上記の内視鏡装置において、前記電力供給側バリア回路は、前記ツェナーダイオードを二つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉｂ機器としていることがより好ましいとされている。
【００３７】
この発明に係る内視鏡装置によれば、ツェナーダイオードを二つ以上有していることで、一つが破損しても防爆構造を保証することができ、ｉｂ機器として対応することが可能である。
【００３８】
また、上記の内視鏡装置において、前記電力供給側バリア回路は、前記ツェナーダイオードを三つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉａ機器としていることがより好ましいとされている。
【００３９】
この発明に係る内視鏡装置によれば、ツェナーダイオードを三つ以上有していることで、二つが破損しても防爆構造を保証することができ、ｉａ機器として対応することが可能である。
【００４０】
また、上記の内視鏡装置において、前記信号ラインによって前記撮像手段と前記画像信号処理手段との間で前記画像信号を伝送することによる該画像信号の減衰分を増幅させるプリアンプを備えることがより好ましいとされている。
【００４１】
この発明に係る内視鏡装置によれば、プリアンプで画像信号を増幅させることで、撮像手段から出力されて信号ラインを伝送することで減衰した画像信号の出力を増大させることができ、信号品質をより好適なものとすることができる。
【００４２】
また、上記の内視鏡装置において、前記プリアンプは、前記撮像出力バリア部よりも前記撮像手段側に設けられていることがより好ましいとされている。
【００４３】
この発明に係る内視鏡装置によれば、プリアンプが撮像手段側に設けられていて、増幅した画像信号を撮像出力バリア部に入力することで、撮像出力バリア部で画像信号が劣化してしまうことを防ぎ、信号品質をより好適なものとすることができる。
【００４４】
また、上記の内視鏡装置において、前記プリアンプは、前記信号ラインによる減衰分に、前記撮像出力バリア部による増減分を含めて前記画像信号を増幅させることがより好ましいとされている。
【００４５】
この発明に係る内視鏡装置によれば、プリンアンプが撮像出力バリア部による増減分も含めて画像信号を増幅させることで、画像信号の信号品質をより好適なものとすることができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の内視鏡装置によれば、撮像出力バリア部が複数の信号入力側バリア回路を有していることで、撮像手段及び画像信号を伝送する信号ラインが防爆構造としての安全基準を満たすとともに、画像信号の周波数特性に係らず、画像信号の信号品質を確保することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
（第１の実施形態）
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態に係る内視鏡装置１は、細長で被検体に挿入される挿入部２と、挿入部２の基端側に設けられた本体部３と、液晶ディプレイ（ＬＣＤ）などの表示部４と、本体部３に接続されて各種操作を行うリモコン５とを備える。さらに、本体部３には、記録媒体６が着脱可能となっていて、後述する画像信号処理手段１１によって生成された映像信号をデータとして記録して静止画や動画記録を行うことが可能となっている。
【００４８】
挿入部２の先端部には、先端側を照明する照明手段であるＬＥＤ７と、先端側の被検体を撮像する撮像手段９とが設けられている。撮像手段９は、対物レンズ９ａと、対物レンズ９ａの結像位置に配置されて結像された観察像を画像信号に光電変換する撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）９ｂとを有する。また、本体部３には、ＣＣＤ９ｂを駆動する撮像駆動部１０と、ＣＣＤ９ｂから出力された画像信号を処理する画像信号処理手段１１と、ＬＥＤ７を駆動する照明駆動部１２と、画像信号処理手段１１及び照明駆動部１２を制御するシステム制御部１３とが内蔵されている。
【００４９】
撮像駆動部１０と画像信号処理手段１１とは、互いに接続されているとともに、それぞれ挿入部２に配設された複合同軸ケーブルによってＣＣＤ９ｂと接続されている。すなわち、撮像駆動部１０によって出力された撮像駆動信号に基づくタイミングでＣＣＤ９ｂは光電変換を行い、ＣＣＤ９ｂによって光電変換された画像信号は画像信号処理手段１１に出力される。画像信号処理手段１１は、システム制御部１３と通信を行い、システム制御部１３がリモコン５からの入力（Ｚｏｏｍ信号、Ｆｒｅｅｚｅ信号、コントラスト補正設定、ガンマ補正設定、Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ設定等）を受け取り、それぞれに対応した信号を画像信号処理手段１１に入力し、画像信号処理手段１１はこの入力信号に基づいて各処理を行う。また、画像信号処理手段１１は、入力された画像信号の処理を行い映像信号として本体部３に内蔵された映像記録部１４に記録し、映像記録部１４は、システム制御部１３に入力されるリモコン５からの入力信号に基づいて、映像データを表示部４に表示させ、また、記録媒体６に記録させる。
【００５０】
また、照明駆動部１２は、同様にケーブルによってＬＥＤ７と接続されている。すなわち、リモコン５のスイッチの入力などに基づいてシステム制御部１３は、照明駆動部１２に照明点灯信号を入力する。照明駆動部１２は、入力された照明点灯信号に基づいてＬＥＤ７に照明駆動信号を出力し、これによりＬＥＤ７の点灯、消灯が制御される。
【００５１】
ここで、撮像駆動部１０とＣＣＤ９ｂとの間には、撮像駆動部１０からＣＣＤ９ｂへの電気エネルギーを制限する撮像駆動バリア手段１５が介挿されている。また、画像信号処理手段１１とＣＣＤ９ｂとの間には、画像信号処理手段１１からＣＣＤ９ｂへの電気エネルギーを制限する撮像出力バリア手段１６が介挿されている。さらに、照明駆動部１２とＬＥＤ７との間には、照明駆動部１２からＬＥＤ７への電気エネルギーを制限する照明駆動バリア手段１７が介挿されている。撮像駆動バリア手段１５、撮像出力バリア手段１６、及び、照明駆動バリア手段１７は、本質安全防爆の安全基準条件を満たすエネルギー制限回路であり、本体部３に内蔵されている。すなわち、撮像駆動バリア手段１５、撮像出力バリア手段１６、及び、照明駆動バリア手段１７よって、これらよりも先端側に位置する挿入部２を防爆機器とし、非防爆機器側の本体部３内で故障などが発生して過大なエネルギーが発生してしまったとしても、防爆機器である挿入部２側には、上記エネルギー制限回路によって制限される所定のエネルギーしか印加されないようになっている。以下に、撮像出力バリア手段１６について、その詳細を説明する。
【００５２】
図２は、内視鏡装置１において撮像出力バリア手段１６の詳細を表わすブロック図を示している。図２に示すように、撮像出力バリア手段１６は、ＣＣＤ９ｂから出力される画像信号を画像信号処理手段１１に伝送する信号ライン２０ａ、２０ｂの間、及び、画像信号処理手段１１から出力される電力をＣＣＤ９ｂ側に供給する電源ライン２１ａ、２１ｂの間で画像信号処理手段１１からＣＣＤ９ｂへの電気エネルギーを制限する撮像出力バリア部２２と、ＣＣＤ９ｂから出力された画像信号を増幅させるプリアンプ２３と、プリアンプ２３で増幅された画像信号を分配して撮像出力バリア部２２の各回路に入力する画像信号分配回路２４とを有する。
【００５３】
撮像出力バリア部２２は、信号ライン２０ａ、２０ｂの間に介挿されて電気エネルギーを制限する信号入力側バリア回路として、第一のバリア回路２５と第二のバリア回路２６とを有するとともに、電源ライン２１ａ、２１ｂの間に介挿されて電気エネルギーを制限する電力供給側バリア回路２７とを有する。すなわち、画像信号処理手段１１から出力される電力は、電力供給側バリア回路２７によってエネルギー制限された形でＣＣＤ９ｂ側に出力されて、プリアンプ２３及び画像信号分配回路２４に供給される。また、ＣＣＤ９ｂから出力される画像信号は、信号ライン２０ａを介してプリアンプ２３に入力され、増幅される。ここで、プリアンプ２３は、信号ライン２０ａによって挿入部２内で長距離伝送して減衰する分とともに、その後に入力される第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６によって増減する分を考慮して画像信号を増幅させるように設定されている。そして、プリアンプ２３によって増幅された画像信号は、画像信号分配回路２４によって分配されて撮像出力バリア部２２の第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６に入力される。ここで、画像信号分配回路２４は、後述するように第一のバリア回路２５と第二のバリア回路２６とのそれぞれにとって最適な信号形態で入力する回路構成となっている。
【００５４】
第一のバリア回路２５は、電気エネルギーを制限するとともに、入力される画像信号の内、高周波成分に対して低周波成分を低減衰量で透過させる回路構成となっていて、高周波成分が除去された信号として出力される。また、第二のバリア回路２６は、電気エネルギーを制限するとともに、入力される画像信号の内、低周波成分に対して、第一のバリア回路２５で除去される高周波成分を低減衰量で透過させる回路構成となっていて、低周波成分が除去された信号として出力される。第一のバリア回路２５と第二のバリア回路２６とは、画像信号処理手段１１側で接続されていて、これにより第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６からそれぞれ出力される画像信号は合成されて画像信号処理手段１１に入力される。
【００５５】
ここで、図３（ａ）は、第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６をそれぞれ透過する画像信号について、周波数と減衰量との関係を示している。また、図３（ｂ）は、第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６から出力された信号を合成した画像信号について、周波数と減衰量との関係を示している。図３（ａ）に示すように、第一のバリア回路２５から出力される画像信号Ｓ１は、低周波数領域ではほとんど減衰されていない一方、高周波領域となるに従って減衰量が大きくなっており、回路構成によって決定される所定の周波数からは極端に減衰量が大きくなる。また、第二のバリア回路２６から出力される画像信号Ｓ２は、低周波数領域ではそのほとんどが減衰されてしまう一方、回路構成によって決定される所定の周波数からは極端に減衰量が小さくなっており、高周波数領域ではほとんど減衰されていない。そして、図３（ｂ）に示すように、両者を合成することで、全体として、入力された画像信号と略等しい画像信号Ｓ３として出力することができる。ここで、合成されて出力される画像信号Ｓ３は、周波数に対して若干増減した波形となる。そして、この増減分を完全に均一化することは困難であるため、増幅成分と減衰成分との比率が略一致する平均値Ｓ４を撮像出力バリア部２２の増減分と考えて、上記のようにプリアンプ２３で考慮して画像信号を増幅させる。
【００５６】
以上のようにして、ＣＣＤ９ｂと画像信号処理手段１１との間において、信号入力側バリア回路である第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６によって、信号ライン２０ａ、２０ｂのエネルギー制限を行うとともに、電源供給側バリア回路２７によって電源ライン２１ａ、２１ｂのエネルギー制限を行い、撮像出力バリア部２２よりもＣＣＤ９ｂ側、すなわち挿入部２側を防爆機器とすることができる。なお、挿入部２側を防爆機器とするには、さらに挿入部２側に内蔵される回路について所定の距離だけ沿面・空間距離を保つ必要がある。
【００５７】
次に、上記構成を実現するための回路の詳細について図４に基づいて説明する。図４に示すように、プリアンプ２３は、抵抗２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅと、トランジスタ２３ｆとによって形成されるベース接地アンプである。すなわち、プリアンプ２３に入力された画像信号は、抵抗２３ａ、２３ｄによって決定される増幅率分だけ増幅された形で画像信号分配回路２４に入力されることとなり、抵抗２３ａ、２３ｄの抵抗値は信号ライン２０ａの減衰分並びに第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６の増減分によって決定される。ここで、プリアンプ２３のベース接地アンプの動作に関して具体的に説明する。抵抗２３ｄ、２３ｅによってトランジスタ２３ｆのベース電位が決定され、トランジスタ２３ｆのベース・エミッタ間電圧分の電位差をベース電位に対して有してトランジスタ２３ｆのエミッタ電位が決定される。このエミッタ電位と抵抗２３ｃの抵抗値によってトランジスタ２３ｆのコレクタ電流が決定し、このコレクタ電流により、当該ベース接地アンプの周波数特性が決定する。なお、ＣＣＤ９ｂから出力される画像信号は、非常に高周波であるため、十分に周波数特性を考慮する必要がある。
【００５８】
また、画像信号分配回路２４は、プリアンプ２３から入力される画像信号について、撮像出力バリア部２２の内、第二のバリア回路２６に、抵抗などを通さずに直接入力させる一方、分岐させて抵抗２４ａ、２４ｂ、及び、トランジスタ２４ｃによって形成されるエミッタフォロア回路を通して第一のバリア回路２５に入力させる。ここで、下記に示すように第一のバリア回路２５は、第二のバリア回路２６に比べてインピーダンスが低い。このため、エミッタフォロア回路を通してインピーダンスを変換して負荷の低減を図っている。
【００５９】
撮像出力バリア部２２において、第一のバリア回路２５は、信号ライン２０ａ、２０ｂに介挿された抵抗２５ａと、信号ライン２０ａ、２０ｂと接地点との間に設けられたツェナーダイオード２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと、信号ライン２０ａ、２０ｂに介挿されたヒューズ２５ｅとで形成されている。ここで、ツェナーダイオード２５ｂ、２５ｃ、２５ｄには、容量成分があるため、抵抗２５ａとともにローパスフィルタを形成することとなる。このため、上記のように高周波成分が減衰し、低周波成分のみが低減衰量で通過することとなる。ここで、第一のバリア回路２５は、本質安全防爆のｉａ機器に必要なエネルギー制限回路となっている。まず、ヒューズ２５ｅとツェナーダイオード２５ｂ、２５ｃ、２５ｄとの組み合わせで防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に与える電圧を制限している。ヒューズ２５ｅはツェナーダイオード２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの定格電力を保証するために必要である。これに加えて、抵抗２５ａにて防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に流れ込む電流を制限している。このように、電圧及び電流をそれぞれ制限することにより防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に印加されるエネルギーを制限することを可能としている。また、ツェナーダイオードは、上記のように三つ設けられていて、二つが破損しても防爆構造を保証することができる構成となっていて、すなわちｉａ機器に対応している。
【００６０】
また、第二のバリア回路２６は、コンデンサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃで形成されている。ここで、コンデンサは容量に応じて通過する周波数成分が異なり、容量で決まる所定の周波数以下の成分が通過せず、すなわちハイパスフィルターを形成することとなる。
このため、上記のように低周波成分が減衰し、高周波成分のみが低減衰量で通過することとなる。ここで、ここで、第二のバリア回路２６は、本質安全防爆のｉａ機器に必要なエネルギー制限回路となっている。すなわち、上記のように三つ設けられていて、二つが破損しても防爆構造を保証することができる構成となっていて、ｉａ機器に対応している。なお、上記回路をエネルギー制限回路として有効とするためには、コンデンサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃが通常の故障で考えられる電圧に対し十分にマージンを確保した耐圧が必要となる。
【００６１】
ここで、第一のバリア回路２５の出力と、第二のバリア回路２６の出力とは、図３（ｂ）の例に示すように、合成して平均化する必要があるため、互いに減衰される周波数領域を補完し合えるように、第一のバリア回路２５のツェナーダイオード及び第二のバリア回路２６のコンデンサのそれぞれの容量成分が決定される。そして、第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６から出力された信号は合成されて、トランジスタ２２ａに入力される。トランジスタ２２ａ及び抵抗２２ｂではエミッタフォロア回路を形成し、低インピーダンスで画像信号処理手段１１に入力されることとなる。
【００６２】
画像信号処理手段１１から供給される電力は、撮像出力バリア部２２においてトランジスタ２２ａの電源としてコレクタに接続されるとともに、電源ライン２１ａを介して電力供給バリア回路２７に接続され、電源ライン２１ｂを介して画像信号分配回路２４及びプリアンプ２３の電源として接続されている。電力供給側バリア回路２７は、電源ライン２１ａ、２１ｂに介挿されたヒューズ２７ａと、電源ライン２１ａ、２１ｂと接地点との間に接続されたツェナーダイオード２７ｂ、２７ｃ、２７ｄと、電源ライン２１ａ、２１ｂに介挿された抵抗２７ｅとで形成されている。ここで、電力供給側バリア回路２７は、本質安全防爆のｉａ機器に必要なエネルギー制限回路となっている。まず、ヒューズ２７ａとツェナーダイオード２７ｂ、２７ｃ、２７ｄとの組み合わせで防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に与える電圧を制限している。ヒューズ２７ａは、ツェナーダイオード２７ｂ、２７ｃ、２７ｄの定格電力を保証するために必要である。これに加えて、抵抗２７ｅにて防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に流れ込む電流を制限している。このように、電圧と電流をそれぞれ制限することにより防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に印加されるエネルギーを制限することを可能としていて、エネルギー制限された上で画像信号分配回路２４及びプリアンプ２３に出力されて各電源として使用されている。また、ツェナーダイオードは、上記のように三つ設けられていて、二つが破損しても防爆構造を保証することができる構成となっていて、すなわちｉａ機器に対応している。
【００６３】
以上のように、本実施形態の内視鏡装置１では、撮像手段９と、撮像手段９からの画像信号を処理する画像信号処理手段１１との間に、撮像出力バリア部２２が設けられていることで、撮像手段９の出力ラインを防爆構造とし、特に、上記のような回路とすることでｉａ機器対応として、本質安全防爆の安全基準条件を満たすことができる。そして、撮像出力バリア部２２が、第一のバリア回路２５と第二のバリア回路２６とによって効果的に電気エネルギーを制限しつつ、一方のバリア回路で減衰した画像信号の周波数領域を他方のバリア回路を透過する画像信号によって補完することができる。このため、撮像手段９として広範な周波数特性を有するＣＣＤ９ｂを選択しても、その周波数特性に係らず、全体として信号品質を確保することができる。また、本実施形態の内視鏡装置１では、プリアンプ２３によって画像信号を増幅していることで、上記のように信号ライン２１ａを伝送することで減衰する画像信号の出力を増大させることができ、信号品質をより好適なものとすることができる。なお、本実施形態では、プリアンプ２３は、撮像出力バリア部２２よりも撮像手段９側に設けられるものとしたが、これに限るものでは無く、画像信号処理手段１１側に設けるものとしても良い。しかしながら、プリアンプ２３を撮像手段９側に設けることで、低インピーダンスで負荷の重たい第一のバリア回路２５に、増幅した画像信号を入力することができ、画像信号の劣化を防ぎ、信号品質をより好適なものとすることができる。
【００６４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態を示したものである。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６５】
図５に示すように、本実施形態の内視鏡装置３０において、ＣＣＤ９ｂと画像信号処理手段１１との間で電気エネルギーを制限する撮像出力バリア部３１は、信号ライン２０ａ、２０ｂに介挿されて電気エネルギーを制限する信号入力側バリア回路として、第一のバリア回路３２と第二のバリア回路３３とを有するとともに、電源ライン２１ａ、２１ｂに介挿されて電気エネルギーを制限する電力供給側バリア回路３４とを有する。
【００６６】
第一のバリア回路３２は、抵抗３２ａと、ツェナーダイオード３２ｂ、３２ｃと、ヒューズ３２ｄとで形成されている。そして、抵抗３２ａと、ツェナーダイオード３２ｂ、３２ｃとによってローパスフィルタを形成している。また、ヒューズ３２ｄとツェナーダイオード３２ｂ、３２ｃとによって防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）の電圧を制限し、また、抵抗３２ａによって電流を制限し、これにより防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ）側に印加されるエネルギーを制限している。また、ツェナーダイオードは、上記のように二つ設けられていて、一つが破損しても防爆構造を保証することができる構成となっていて、すなわちｉｂ機器に対応している。
【００６７】
また、第二のバリア回路３３は、コンデンサ３３ａ、３３ｂで形成されていて、ハイパスフィルターを形成するとともに、防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ）側に印加されるエネルギーを制限している。また、コンデンサは、上記のように二つ設けられていて、一つが破損しても防爆構造を保証することができる構成となっていて、すなわちｉｂ機器に対応している。
【００６８】
また、電力供給側バリア回路３４は、ヒューズ３４ａと、ツェナーダイオード３４ｂ、３４ｃと、抵抗３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇと、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３４ｈ、３４ｉ、３４ｊ、３４ｋとで形成されている。ここで、電力供給側バリア回路３４は、本質安全防爆のｉｂ機器に必要なエネルギー制限回路となっている。まず、ヒューズ３４ａとツェナーダイオード３４ｂ、３４ｃとの組み合わせで防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に与える電圧を制限している。ヒューズ３４ａは、ツェナーダイオード３４ｂ、３４ｃの定格電力を保証するために必要である。これに加えて、抵抗３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇと、ＦＥＴ３４ｈ、３４ｉ、３４ｊ、３４ｋとによって形成される電流制限回路によって防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）流れ込む電流を制限している。以下に、この電流制限回路の動作の詳細について説明する。
【００６９】
すなわち、抵抗３４ｄに流れ込む電流が増加すると、ＦＥＴ３４ｉのゲート・ソース間電圧が上昇して所定のｖｔｈを超えると、ＦＥＴ３４ｉがＯＮとなる。ＦＥＴ３４ｉがＯＮした直後、ＦＥＴ３４ｈのゲート・ソース間電圧が低下して所定のｖｔｈを下回ることとなり、ＦＥＴ３４ｈがＯＦＦとなる。さらに、ＦＥＴ３４ｈがＯＦＦした直後、抵抗３４ｄに流れる電流が減少する。これにより、ＦＥＴ３４ｉのゲート・ソース間電圧が低下してＦＥＴ３４ｉがＯＦＦとなる。以上の現象を繰り返すことで、最終的には、（ＦＥＴ３４ｉのｖｔｈ）／（抵抗３４ｄの抵抗値）で決定される電流値で電流が制限されることとなる。なお、抵抗３４ｆ、３４ｇと、ＦＥＴ３４ｊ、３４ｋとで形成される電流制限回路も同様の動作をして電流が制限されることとなる。以上のように、電圧と電流をそれぞれ制限することにより防爆機器側に印加されるエネルギーを制限している。そして、本実施形態の電力供給側バリア回路では、ＦＥＴを利用して電流を制限していることによって、電流遮断特性が急峻となって良好な特性を得ることができる。
【００７０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は、本発明の第３の実施形態を示したものである。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７１】
図６に示すように、本実施形態の内視鏡装置４０において、ＣＣＤ９ｂと画像信号処理手段１１との間で電気エネルギーを制限する撮像出力バリア部４１は、信号入力側バリア回路として、第一のバリア回路３２と第二のバリア回路３３とを有するとともに、電源ライン２１ａ、２１ｂの間に介挿されて電気エネルギーを制限する電力供給側バリア回路４２とを有する。
【００７２】
電力供給側バリア回路４２は、ヒューズ４２ａと、ツェナーダイオード４２ｂ、４２ｃと、抵抗４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ、４２ｇと、トランジスタ４２ｈ、４２ｉ、４２ｊ、４２ｋとで形成されている。ここで、電力供給側バリア回路４２は、本質安全防爆のｉｂ機器に必要なエネルギー制限回路となっている。まず、ヒューズ４２ａとツェナーダイオード４２ｂ、４２ｃとの組み合わせで防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に与える電圧を制限している。ヒューズ４２ａは、ツェナーダイオード４２ｂ、４２ｃの定格電力を保証するために必要である。これに加えて、抵抗４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ、４２ｇと、トランジスタ４２ｈ、４２ｉ、４２ｊ、４２ｋとによって形成される電流制限回路によって防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）流れ込む電流を制限している。以下に、この電流制限回路の動作の詳細について説明する。
【００７３】
すなわち、抵抗４２ｄに流れ込む電流が増加すると、トランジスタ４２ｈのベース・エミッタ間電圧が上昇して所定のｖｂｅを超えると、トランジスタ４２ｈがＯＮとなる。トランジスタ４２ｈがＯＮした時のベース・エミッタ間の電圧は、所定のｖｂｅで固定されているため、トランジスタ４２ｉに流れる電流は、（トランジスタ４２ｈのｖｂｅ）／（抵抗４２ｄの抵抗値）で求まる電流値で一定となる。一方、トランジスタ４２ｈがＯＮとなると、抵抗４２ｅで制限される電流が流れることとなる。抵抗４２ｅの抵抗値がツェナーダイオード４２ｂ、４２ｃで制限される電圧に対して十分大きい抵抗値である場合には、殆ど無視することができて、結局のところ、（トランジスタ４２ｈのｖｂｅ）／（抵抗４２ｄの抵抗値）で求まる電流値で制限されることとなる。なお、抵抗４２ｆ、４２ｇと、トランジスタ４２ｊ、４２ｋとで形成される電流制限回路も同様の動作をして電流が制限されることとなる。以上のように、電圧と電流をそれぞれ制限することにより防爆機器側に印加されるエネルギーを制限している。そして、本実施形態の電力供給側バリア回路では、トランジスタを利用して電流を制限していることによって、電流遮断特性が急峻となって良好な特性を得ることができる。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００７５】
なお、上記各実施形態では、信号入力側バリア回路として、第一のバリア回路２５と、第二のバリア回路２６と二つのバリア回路を設けるものとしたが、これに限るものでは無い。例えば、画像信号の内、低域周波数を透過させるバリア回路と、中域周波数を透過させるバリア回路と、高域周波数を透過させるバリア回路と、三つのバリア回路を設けるものとしても良い。すなわち、複数の信号入力バリア回路が設けられていて、各信号入力バリア回路が、他の信号入力側バリア回路と異なる周波数領域を透過周波数成分として低減衰量で画像信号を透過させることで、各信号入力バリア回路によって電気エネルギーを制限しつつ、画像信号の信号品質を確保することができる。また、上記各実施形態では、電気エネルギーを制限するバリア手段である撮像駆動バリア手段１５、撮像出力バリア手段１６、及び、照明駆動バリア手段１７は、本体部３に設けるものとしたが、これに限るものでは無い。例えば、挿入部２の基端に操作部を有して本体部３に対して着脱可能としたスコープユニットを備えた内視鏡装置の場合、挿入部２に設けられた操作部内に各バリア手段を内蔵するものとしても良い。この場合、電気エネルギーを効果的に制限しつつ、スコープユニットが着脱される本体部としては汎用品を選択することができるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態の内視鏡装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の内視鏡装置において、撮像出力バリア手段の詳細を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の内視鏡装置において、（ａ）第一のバリア回路及び第二のバリア回路について、入力される画像信号の周波数と出力される画像信号の減衰量との関係の一例を示すグラフ、（ｂ）第一のバリア回路及び第二のバリア回路から出力されて合成された画像信号について、周波数と減衰量との関係の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態の内視鏡装置において、撮像出力バリア手段の詳細を示す回路図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の内視鏡装置において、撮像出力バリア手段の詳細を示す回路図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の内視鏡装置において、撮像出力バリア手段の詳細を示す回路図である。
【符号の説明】
【００７７】
１、３０、４０ 内視鏡装置
２ 挿入部
９ 撮像手段
１１ 画像信号処理手段
２０ａ、２０ｂ 信号ライン
２１ａ、２１ｂ 電源ライン
２２、３１、４１ 撮像出力バリア部
２３ プリアンプ
２４ 画像信号分配回路
２５、３２ 第一のバリア回路（信号入力側バリア回路）
２５ａ 抵抗
２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、３２ｂ、３２ｃ ツェナーダイオード
２６、３３ 第二のバリア回路（信号入力側バリア回路）
２６ａ 、２６ｂ、２６ｃ、３３ａ、３３ｂ コンデンサ
２７、３４、４２ 電力供給側バリア回路
２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、３４ｂ、３４ｃ、４２ｂ、４２ｃ ツェナーダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントやビルのメンテナンス、可燃ガス又は粉塵の存在する機器やボイラを被検体として内部の検査等を行うための内視鏡装置に関するものであり、特に、爆発の可能性の高い場所での使用が可能な内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、体腔内に細長の挿入部を挿入することにより、体腔内臓器等を観察し、また、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置をすることが可能な内視鏡装置が広く利用されている。また、工業用分野においても、ボイラ、タービン、エンジン、化学プラント等の内部の傷、腐食等の観察、検査に工業用内視鏡装置が広く用いられている。上記のように使用される内規鏡装置には、被検体の内部に挿入される挿入部の先端部に、撮像手段として光学像を画像信号に光電変換するＣＣＤなどの撮像素子を配設した電子内視鏡装置（以下内視鏡装置と略記する）がある。
【０００３】
より詳しくは、このような内規鏡装置は、例えば、観察部位を撮像するＣＣＤなどの上記撮像素子と、観察部位を照明する光源部と、電源及び信号処理部を有する制御部とから構成されている。制御部と、撮像素子及び光源部とは複数の電線からなるケーブルで接続されており、このケーブルを介して、制御部から撮像素子及び光源部に対する電力供給と、撮像素子、光源部を制御する制御信号、及び、撮像素子、光源部からの画像信号等の送受信とが行われている。そして、光源部から供給される照明光によって照らされた観察部位の観察像を撮像素子の撮像面に結像させ、この撮像素子で光電変換した観察像の画像信号を、制御部の信号処理部に伝達する。そして、信号処理部で映像信号を生成し、モニタ画面上に観察像を表示させて観察を行うことが可能である。
【０００４】
ところで、工業用分野で使用される内視鏡装置の中には、化学プラントの配管やガスタンク等、爆発性雰囲気等の危険場所（以下危険場所と記載する）で使用されるものがある。このような内視鏡装置としては、制御部の電源と、撮像素子及び光源部との間に、安全基準条件を満たすようにエネルギー制限を行うバリア回路が介挿されている内視鏡装置がある（例えば、特許文献１参照）。
近年、防爆構造に求められる安全基準条件としては、少なくとも本質安全防爆の安全基準条件を満たしていなければならない。
【０００５】
ここで、以下に防爆の内、特に本質安全防爆について説明する。
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、検定機関に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。
【０００６】
危険領域における爆発のメカニズムについて考察すると、爆発は、一般に、可燃性ガスまたは粉塵及び酸素が混合して存在する環境下において、着火源の温度が上昇して混合ガス又は粉塵の発火温度を超えることにより、誘発して起こる。例えば、ガソリンタンク，プラント及びエンジンの内部においては、燃料がガス化又は粉塵化して可燃性となっており、また、周囲には酸素が存在しており、可燃性混合状態となっている。
【０００７】
このような環境下においては、上記ように着火源が存在する場合、着火源の温度によって爆発を引き起こす危険性がある。逆に言うと、爆発の要素は、可燃性ガスまたは粉塵、酸素、着火源の３つであり、この３つのうちの１つでも欠ければ爆発は起こらない。このうち、可燃性ガスまたは粉塵と、酸素とは環境的に存在するものであり、基本的に着火源によるエネルギー印加要素を絶つことによって、本質安全防爆を確実なものとする。
【０００８】
ＩＥＣにおいては、安全防爆製品についての使用場所として、危険のレベルにより、Ｚｏｎｅ０、Ｚｏｎｅ１及びＺｏｎｅ２を定義している。すなわち、Ｚｏｎｅ０が最も危険性が高く、Ｚｏｎｅ１が次に危険性が高く、そして、Ｚｏｎｅ２がその次に危険性が高い。危険区域はＨａｚａｒｄｏｕｓ Ａｒｅａとされ、非危険区域はＮｏｎ−Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ａｒｅａとされる。
【０００９】
機器構造については、ｉａ機器、ｉｂ機器及びＴｙｐｅ−ｎが定義されている。すなわち、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。そして、Ｚｏｎｅ０または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。なお、Ｔｙｐｅ−ｎ機器はＺｏｎｅ２での使用が可能である。
【特許文献１】特開２００１−７５０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の内視鏡装置では、撮像素子からの出力ラインにはバリア回路が設けられておらず、少なくとも防爆構造としての安全基準条件を満たさない。条件を
満たすためには、撮像素子からの出力ラインにバリア回路を設ける必要がある。一方、特許文献１に示す内視鏡装置では、撮像素子をＣ−ＭＯＳイメージセンサとしているが、内視鏡装置では撮像素子としてＣＣＤイメージセンサも広く使用されている。ここで、撮像素子としてＣＣＤイメージセンサを選択し、出力ラインにバリア回路を設ける場合、ＣＣＤ出力信号がアナログ信号であるために、デジタル出力のＣ−ＭＯＳイメージセンサでバリア回路を設ける場合と比較して非常に難しい。特に、ＣＣＤイメージセンサでは、バリア回路の周波数特性に関しては注意が必要で、周波数特性が広く、直流・交流の両面で透過する広い周波数特性のバリア回路を設けないと信号品質が低下してしまう問題があった。
【００１１】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、撮像手段から画像信号を出力する信号ラインが防爆構造としての安全基準を満たすとともに、画像信号のもつ周波数特性に係らず、画像信号の信号品質を確保することが可能な内視鏡装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、被検体に挿入される挿入部と、該挿入部の先端側に設けられて前記被検体を撮像して画像信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段よりも基端側に設けられて信号ラインを介して入力された前記画像信号を信号処理する画像信号処理手段と、前記撮像手段と前記画像信号処理手段との間に設けられ、電気エネルギーを制限して前記撮像手段側を防爆構造とする撮像出力バリア部とを備え、該撮像出力バリア部は、前記画像信号の内、所定の周波数領域を透過周波数成分として、他の周波数領域と比較して低減衰量で透過させる信号入力側バリア回路を、互いに前記透過周波数成分を異なるものとして複数有することを特徴としている。
【００１３】
この発明に係る内視鏡装置によれば、撮像手段によって撮像して出力される画像信号は、信号ラインを介して画像信号処理手段に入力されて信号処理されることとなる。この際、撮像手段と画像信号処理手段との間に撮像出力バリア部が設けられていることで、撮像手段及び信号ライン上を防爆構造とすることができる。また、撮像出力バリア部が、透過周波数成分が異なる複数の信号入力側バリア回路を有しているので、各信号入力側バリア回路によって効果的に電気エネルギーを制限しつつ、一の信号入力側バリア回路で減衰した画像信号の周波数領域を、他の信号入力側バリア回路を透過する画像信号によって補完し、全体として信号品質を確保することができる。なお、ここでいう防爆構造とは、爆発性雰囲気に対してエネルギー印加要素とならないように供給される電気エネルギーが制限されている全ての構造を含み、爆発性雰囲気の種類や濃度、爆発性雰囲気に対して要求される安全率等によって限定されるものではない。
【００１４】
また、上記の内視鏡装置において、前記撮像出力バリア部は前記信号入力側バリア回路として、前記透過周波数成分として低周波成分を透過させる第一のバリア回路と、前記透過周波数成分として高周波成分を透過させる第二のバリア回路とを有することがより好ましいとされている。
【００１５】
この発明に係る内視鏡装置によれば、撮像出力バリア部において、第一のバリア回路によって画像信号の内、低周波成分を低減衰量で透過させ、第二のバリア回路によって画像信号の内、高周波成分を低減衰量で透過させることで、減衰した成分を互いに補完して全体として信号品質を確保することができる。
【００１６】
また、上記の内視鏡装置において、複数の前記信号入力側バリア回路は、前記画像信号処理手段側で互いに接続されて、出力を合成して該画像信号処理手段に前記画像信号を入力することがより好ましいとされている。
【００１７】
この発明に係る内視鏡装置によれば、複数の信号入力側バリア回路で透過した画像信号を合成することで、減衰した成分を互いに補完して、一つの画像信号として出力することができる。
【００１８】
また、上記の内視鏡装置において、前記撮像手段と前記撮像出力バリア部との間に設けられ、前記画像信号を、前記撮像出力バリア部の複数の前記信号入力側バリア回路に分配して入力する画像信号分配回路を備えることがより好ましいとされている。
【００１９】
この発明に係る内視鏡装置によれば、画像信号分配回路によって、撮像出力バリア部の各信号入力側バリア回路に画像信号を好適に入力することができる。
【００２０】
また、上記の内視鏡装置において、前記撮像出力バリア部は、前記画像信号処理手段側から前記撮像手段側へ電力を供給する電源ラインに設けられて、電気エネルギーを制限する電力供給側バリア回路を有することがより好ましいとされている。
【００２１】
この発明に係る内視鏡装置によれば、撮像出力バリア部の電力供給側バリア回路によって、画像信号処理手段から撮像手段側の各構成に電力を供給する電源ラインにおいても電気エネルギーを制限することができる。
【００２２】
また、上記の内視鏡装置において、前記第一のバリア回路は、前記信号ラインに介挿された抵抗と、前記信号ラインと接地点との間に接続された少なくとも一つのツェナーダイオードとを有することがより好ましいとされている。
【００２３】
この発明に係る内視鏡装置によれば、ツェナーダイオードによって、画像信号の内、低周波成分を低減衰量で透過させつつ撮像手段側に与える電圧を効果的に制限することができ、また、抵抗によって撮像手段側に流れ込む電流を効果的に制限することができる。
【００２４】
また、上記の内視鏡装置において、前記第一のバリア回路は、前記ツェナーダイオードを二つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉｂ機器としていることがより好ましいとされている。
【００２５】
この発明に係る内視鏡装置によれば、ツェナーダイオードを二つ以上有していることで、一つが破損しても防爆構造を保証することができ、ｉｂ機器として対応することが可能である。
【００２６】
また、上記の内視鏡装置において、前記第一のバリア回路は、前記ツェナーダイオードを三つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉａ機器としていることがより好ましいとされている。
【００２７】
この発明に係る内視鏡装置によれば、ツェナーダイオードを三つ以上有していることで、二つが破損しても防爆構造を保証することができ、ｉａ機器として対応することが可能である。
【００２８】
また、上記の内視鏡装置において、前記第二のバリア回路は、前記信号ラインに介挿された少なくとも一つのコンデンサを有することがより好ましいとされている。
【００２９】
この発明に係る内視鏡装置によれば、コンデンサによって、画像信号の内、高周波成分を低減衰量で透過させつつ撮像手段側に与える電気エネルギーを効果的に制限することができる。
【００３０】
また、上記の内視鏡装置において、前記第二のバリア回路は、前記コンデンサを二つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉｂ機器としていることがより好ましいとされている。
【００３１】
この発明に係る内視鏡装置によれば、コンデンサを二つ以上有していることで、一つが破損しても防爆構造を保証することができ、ｉｂ機器として対応することが可能である。
【００３２】
また、上記の内視鏡装置において、前記第二のバリア回路は、前記コンデンサを三つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉａ機器としていることがより好ましいとされている。
【００３３】
この発明に係る内視鏡装置によれば、コンデンサを三つ以上有していることで、二つが破損しても防爆構造を保証することができ、ｉａ機器として対応することが可能である。
【００３４】
また、上記の内視鏡装置において、前記電力供給側バリア回路は、前記電源ラインと接地点との間に接続された少なくとも一つのツェナーダイオードを有することがより好ましいとされている。
【００３５】
この発明に係る内視鏡装置によれば、ツェナーダイオードによって、撮像手段側に与える電気エネルギーを効果的に制限することができる。
【００３６】
また、上記の内視鏡装置において、前記電力供給側バリア回路は、前記ツェナーダイオードを二つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉｂ機器としていることがより好ましいとされている。
【００３７】
この発明に係る内視鏡装置によれば、ツェナーダイオードを二つ以上有していることで、一つが破損しても防爆構造を保証することができ、ｉｂ機器として対応することが可能である。
【００３８】
また、上記の内視鏡装置において、前記電力供給側バリア回路は、前記ツェナーダイオードを三つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉａ機器としていることがより好ましいとされている。
【００３９】
この発明に係る内視鏡装置によれば、ツェナーダイオードを三つ以上有していることで、二つが破損しても防爆構造を保証することができ、ｉａ機器として対応することが可能である。
【００４０】
また、上記の内視鏡装置において、前記信号ラインによって前記撮像手段と前記画像信号処理手段との間で前記画像信号を伝送することによる該画像信号の減衰分を増幅させるプリアンプを備えることがより好ましいとされている。
【００４１】
この発明に係る内視鏡装置によれば、プリアンプで画像信号を増幅させることで、撮像手段から出力されて信号ラインを伝送することで減衰した画像信号の出力を増大させることができ、信号品質をより好適なものとすることができる。
【００４２】
また、上記の内視鏡装置において、前記プリアンプは、前記撮像出力バリア部よりも前記撮像手段側に設けられていることがより好ましいとされている。
【００４３】
この発明に係る内視鏡装置によれば、プリアンプが撮像手段側に設けられていて、増幅した画像信号を撮像出力バリア部に入力することで、撮像出力バリア部で画像信号が劣化してしまうことを防ぎ、信号品質をより好適なものとすることができる。
【００４４】
また、上記の内視鏡装置において、前記プリアンプは、前記信号ラインによる減衰分に、前記撮像出力バリア部による増減分を含めて前記画像信号を増幅させることがより好ましいとされている。
【００４５】
この発明に係る内視鏡装置によれば、プリンアンプが撮像出力バリア部による増減分も含めて画像信号を増幅させることで、画像信号の信号品質をより好適なものとすることができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の内視鏡装置によれば、撮像出力バリア部が複数の信号入力側バリア回路を有していることで、撮像手段及び画像信号を伝送する信号ラインが防爆構造としての安全基準を満たすとともに、画像信号の周波数特性に係らず、画像信号の信号品質を確保することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
（第１の実施形態）
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態に係る内視鏡装置１は、細長で被検体に挿入される挿入部２と、挿入部２の基端側に設けられた本体部３と、液晶ディプレイ（ＬＣＤ）などの表示部４と、本体部３に接続されて各種操作を行うリモコン５とを備える。さらに、本体部３には、記録媒体６が着脱可能となっていて、後述する画像信号処理手段１１によって生成された映像信号をデータとして記録して静止画や動画記録を行うことが可能となっている。
【００４８】
挿入部２の先端部には、先端側を照明する照明手段であるＬＥＤ７と、先端側の被検体を撮像する撮像手段９とが設けられている。撮像手段９は、対物レンズ９ａと、対物レンズ９ａの結像位置に配置されて結像された観察像を画像信号に光電変換する撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）９ｂとを有する。また、本体部３には、ＣＣＤ９ｂを駆動する撮像駆動部１０と、ＣＣＤ９ｂから出力された画像信号を処理する画像信号処理手段１１と、ＬＥＤ７を駆動する照明駆動部１２と、画像信号処理手段１１及び照明駆動部１２を制御するシステム制御部１３とが内蔵されている。
【００４９】
撮像駆動部１０と画像信号処理手段１１とは、互いに接続されているとともに、それぞれ挿入部２に配設された複合同軸ケーブルによってＣＣＤ９ｂと接続されている。すなわち、撮像駆動部１０によって出力された撮像駆動信号に基づくタイミングでＣＣＤ９ｂは光電変換を行い、ＣＣＤ９ｂによって光電変換された画像信号は画像信号処理手段１１に出力される。画像信号処理手段１１は、システム制御部１３と通信を行い、システム制御部１３がリモコン５からの入力（Ｚｏｏｍ信号、Ｆｒｅｅｚｅ信号、コントラスト補正設定、ガンマ補正設定、Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ設定等）を受け取り、それぞれに対応した信号を画像信号処理手段１１に入力し、画像信号処理手段１１はこの入力信号に基づいて各処理を行う。また、画像信号処理手段１１は、入力された画像信号の処理を行い映像信号として本体部３に内蔵された映像記録部１４に記録し、映像記録部１４は、システム制御部１３に入力されるリモコン５からの入力信号に基づいて、映像データを表示部４に表示させ、また、記録媒体６に記録させる。
【００５０】
また、照明駆動部１２は、同様にケーブルによってＬＥＤ７と接続されている。すなわち、リモコン５のスイッチの入力などに基づいてシステム制御部１３は、照明駆動部１２に照明点灯信号を入力する。照明駆動部１２は、入力された照明点灯信号に基づいてＬＥＤ７に照明駆動信号を出力し、これによりＬＥＤ７の点灯、消灯が制御される。
【００５１】
ここで、撮像駆動部１０とＣＣＤ９ｂとの間には、撮像駆動部１０からＣＣＤ９ｂへの電気エネルギーを制限する撮像駆動バリア手段１５が介挿されている。また、画像信号処理手段１１とＣＣＤ９ｂとの間には、画像信号処理手段１１からＣＣＤ９ｂへの電気エネルギーを制限する撮像出力バリア手段１６が介挿されている。さらに、照明駆動部１２とＬＥＤ７との間には、照明駆動部１２からＬＥＤ７への電気エネルギーを制限する照明駆動バリア手段１７が介挿されている。撮像駆動バリア手段１５、撮像出力バリア手段１６、及び、照明駆動バリア手段１７は、本質安全防爆の安全基準条件を満たすエネルギー制限回路であり、本体部３に内蔵されている。すなわち、撮像駆動バリア手段１５、撮像出力バリア手段１６、及び、照明駆動バリア手段１７よって、これらよりも先端側に位置する挿入部２を防爆機器とし、非防爆機器側の本体部３内で故障などが発生して過大なエネルギーが発生してしまったとしても、防爆機器である挿入部２側には、上記エネルギー制限回路によって制限される所定のエネルギーしか印加されないようになっている。以下に、撮像出力バリア手段１６について、その詳細を説明する。
【００５２】
図２は、内視鏡装置１において撮像出力バリア手段１６の詳細を表わすブロック図を示している。図２に示すように、撮像出力バリア手段１６は、ＣＣＤ９ｂから出力される画像信号を画像信号処理手段１１に伝送する信号ライン２０ａ、２０ｂの間、及び、画像信号処理手段１１から出力される電力をＣＣＤ９ｂ側に供給する電源ライン２１ａ、２１ｂの間で画像信号処理手段１１からＣＣＤ９ｂへの電気エネルギーを制限する撮像出力バリア部２２と、ＣＣＤ９ｂから出力された画像信号を増幅させるプリアンプ２３と、プリアンプ２３で増幅された画像信号を分配して撮像出力バリア部２２の各回路に入力する画像信号分配回路２４とを有する。
【００５３】
撮像出力バリア部２２は、信号ライン２０ａ、２０ｂの間に介挿されて電気エネルギーを制限する信号入力側バリア回路として、第一のバリア回路２５と第二のバリア回路２６とを有するとともに、電源ライン２１ａ、２１ｂの間に介挿されて電気エネルギーを制限する電力供給側バリア回路２７とを有する。すなわち、画像信号処理手段１１から出力される電力は、電力供給側バリア回路２７によってエネルギー制限された形でＣＣＤ９ｂ側に出力されて、プリアンプ２３及び画像信号分配回路２４に供給される。また、ＣＣＤ９ｂから出力される画像信号は、信号ライン２０ａを介してプリアンプ２３に入力され、増幅される。ここで、プリアンプ２３は、信号ライン２０ａによって挿入部２内で長距離伝送して減衰する分とともに、その後に入力される第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６によって増減する分を考慮して画像信号を増幅させるように設定されている。そして、プリアンプ２３によって増幅された画像信号は、画像信号分配回路２４によって分配されて撮像出力バリア部２２の第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６に入力される。ここで、画像信号分配回路２４は、後述するように第一のバリア回路２５と第二のバリア回路２６とのそれぞれにとって最適な信号形態で入力する回路構成となっている。
【００５４】
第一のバリア回路２５は、電気エネルギーを制限するとともに、入力される画像信号の内、高周波成分に対して低周波成分を低減衰量で透過させる回路構成となっていて、高周波成分が除去された信号として出力される。また、第二のバリア回路２６は、電気エネルギーを制限するとともに、入力される画像信号の内、低周波成分に対して、第一のバリア回路２５で除去される高周波成分を低減衰量で透過させる回路構成となっていて、低周波成分が除去された信号として出力される。第一のバリア回路２５と第二のバリア回路２６とは、画像信号処理手段１１側で接続されていて、これにより第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６からそれぞれ出力される画像信号は合成されて画像信号処理手段１１に入力される。
【００５５】
ここで、図３（ａ）は、第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６をそれぞれ透過する画像信号について、周波数と減衰量との関係を示している。また、図３（ｂ）は、第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６から出力された信号を合成した画像信号について、周波数と減衰量との関係を示している。図３（ａ）に示すように、第一のバリア回路２５から出力される画像信号Ｓ１は、低周波数領域ではほとんど減衰されていない一方、高周波領域となるに従って減衰量が大きくなっており、回路構成によって決定される所定の周波数からは極端に減衰量が大きくなる。また、第二のバリア回路２６から出力される画像信号Ｓ２は、低周波数領域ではそのほとんどが減衰されてしまう一方、回路構成によって決定される所定の周波数からは極端に減衰量が小さくなっており、高周波数領域ではほとんど減衰されていない。そして、図３（ｂ）に示すように、両者を合成することで、全体として、入力された画像信号と略等しい画像信号Ｓ３として出力することができる。ここで、合成されて出力される画像信号Ｓ３は、周波数に対して若干増減した波形となる。そして、この増減分を完全に均一化することは困難であるため、増幅成分と減衰成分との比率が略一致する平均値Ｓ４を撮像出力バリア部２２の増減分と考えて、上記のようにプリアンプ２３で考慮して画像信号を増幅させる。
【００５６】
以上のようにして、ＣＣＤ９ｂと画像信号処理手段１１との間において、信号入力側バリア回路である第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６によって、信号ライン２０ａ、２０ｂのエネルギー制限を行うとともに、電源供給側バリア回路２７によって電源ライン２１ａ、２１ｂのエネルギー制限を行い、撮像出力バリア部２２よりもＣＣＤ９ｂ側、すなわち挿入部２側を防爆機器とすることができる。なお、挿入部２側を防爆機器とするには、さらに挿入部２側に内蔵される回路について所定の距離だけ沿面・空間距離を保つ必要がある。
【００５７】
次に、上記構成を実現するための回路の詳細について図４に基づいて説明する。図４に示すように、プリアンプ２３は、抵抗２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅと、トランジスタ２３ｆとによって形成されるベース接地アンプである。すなわち、プリアンプ２３に入力された画像信号は、抵抗２３ａ、２３ｄによって決定される増幅率分だけ増幅された形で画像信号分配回路２４に入力されることとなり、抵抗２３ａ、２３ｄの抵抗値は信号ライン２０ａの減衰分並びに第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６の増減分によって決定される。ここで、プリアンプ２３のベース接地アンプの動作に関して具体的に説明する。抵抗２３ｄ、２３ｅによってトランジスタ２３ｆのベース電位が決定され、トランジスタ２３ｆのベース・エミッタ間電圧分の電位差をベース電位に対して有してトランジスタ２３ｆのエミッタ電位が決定される。このエミッタ電位と抵抗２３ｃの抵抗値によってトランジスタ２３ｆのコレクタ電流が決定し、このコレクタ電流により、当該ベース接地アンプの周波数特性が決定する。なお、ＣＣＤ９ｂから出力される画像信号は、非常に高周波であるため、十分に周波数特性を考慮する必要がある。
【００５８】
また、画像信号分配回路２４は、プリアンプ２３から入力される画像信号について、撮像出力バリア部２２の内、第二のバリア回路２６に、抵抗などを通さずに直接入力させる一方、分岐させて抵抗２４ａ、２４ｂ、及び、トランジスタ２４ｃによって形成されるエミッタフォロア回路を通して第一のバリア回路２５に入力させる。ここで、下記に示すように第一のバリア回路２５は、第二のバリア回路２６に比べてインピーダンスが低い。このため、エミッタフォロア回路を通してインピーダンスを変換して負荷の低減を図っている。
【００５９】
撮像出力バリア部２２において、第一のバリア回路２５は、信号ライン２０ａ、２０ｂに介挿された抵抗２５ａと、信号ライン２０ａ、２０ｂと接地点との間に設けられたツェナーダイオード２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと、信号ライン２０ａ、２０ｂに介挿されたヒューズ２５ｅとで形成されている。ここで、ツェナーダイオード２５ｂ、２５ｃ、２５ｄには、容量成分があるため、抵抗２５ａとともにローパスフィルタを形成することとなる。このため、上記のように高周波成分が減衰し、低周波成分のみが低減衰量で通過することとなる。ここで、第一のバリア回路２５は、本質安全防爆のｉａ機器に必要なエネルギー制限回路となっている。まず、ヒューズ２５ｅとツェナーダイオード２５ｂ、２５ｃ、２５ｄとの組み合わせで防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に与える電圧を制限している。ヒューズ２５ｅはツェナーダイオード２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの定格電力を保証するために必要である。これに加えて、抵抗２５ａにて防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に流れ込む電流を制限している。このように、電圧及び電流をそれぞれ制限することにより防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に印加されるエネルギーを制限することを可能としている。また、ツェナーダイオードは、上記のように三つ設けられていて、二つが破損しても防爆構造を保証することができる構成となっていて、すなわちｉａ機器に対応している。
【００６０】
また、第二のバリア回路２６は、コンデンサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃで形成されている。ここで、コンデンサは容量に応じて通過する周波数成分が異なり、容量で決まる所定の周波数以下の成分が通過せず、すなわちハイパスフィルターを形成することとなる。
このため、上記のように低周波成分が減衰し、高周波成分のみが低減衰量で通過することとなる。ここで、ここで、第二のバリア回路２６は、本質安全防爆のｉａ機器に必要なエネルギー制限回路となっている。すなわち、上記のように三つ設けられていて、二つが破損しても防爆構造を保証することができる構成となっていて、ｉａ機器に対応している。なお、上記回路をエネルギー制限回路として有効とするためには、コンデンサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃが通常の故障で考えられる電圧に対し十分にマージンを確保した耐圧が必要となる。
【００６１】
ここで、第一のバリア回路２５の出力と、第二のバリア回路２６の出力とは、図３（ｂ）の例に示すように、合成して平均化する必要があるため、互いに減衰される周波数領域を補完し合えるように、第一のバリア回路２５のツェナーダイオード及び第二のバリア回路２６のコンデンサのそれぞれの容量成分が決定される。そして、第一のバリア回路２５及び第二のバリア回路２６から出力された信号は合成されて、トランジスタ２２ａに入力される。トランジスタ２２ａ及び抵抗２２ｂではエミッタフォロア回路を形成し、低インピーダンスで画像信号処理手段１１に入力されることとなる。
【００６２】
画像信号処理手段１１から供給される電力は、撮像出力バリア部２２においてトランジスタ２２ａの電源としてコレクタに接続されるとともに、電源ライン２１ａを介して電力供給バリア回路２７に接続され、電源ライン２１ｂを介して画像信号分配回路２４及びプリアンプ２３の電源として接続されている。電力供給側バリア回路２７は、電源ライン２１ａ、２１ｂに介挿されたヒューズ２７ａと、電源ライン２１ａ、２１ｂと接地点との間に接続されたツェナーダイオード２７ｂ、２７ｃ、２７ｄと、電源ライン２１ａ、２１ｂに介挿された抵抗２７ｅとで形成されている。ここで、電力供給側バリア回路２７は、本質安全防爆のｉａ機器に必要なエネルギー制限回路となっている。まず、ヒューズ２７ａとツェナーダイオード２７ｂ、２７ｃ、２７ｄとの組み合わせで防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に与える電圧を制限している。ヒューズ２７ａは、ツェナーダイオード２７ｂ、２７ｃ、２７ｄの定格電力を保証するために必要である。これに加えて、抵抗２７ｅにて防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に流れ込む電流を制限している。このように、電圧と電流をそれぞれ制限することにより防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に印加されるエネルギーを制限することを可能としていて、エネルギー制限された上で画像信号分配回路２４及びプリアンプ２３に出力されて各電源として使用されている。また、ツェナーダイオードは、上記のように三つ設けられていて、二つが破損しても防爆構造を保証することができる構成となっていて、すなわちｉａ機器に対応している。
【００６３】
以上のように、本実施形態の内視鏡装置１では、撮像手段９と、撮像手段９からの画像信号を処理する画像信号処理手段１１との間に、撮像出力バリア部２２が設けられていることで、撮像手段９の出力ラインを防爆構造とし、特に、上記のような回路とすることでｉａ機器対応として、本質安全防爆の安全基準条件を満たすことができる。そして、撮像出力バリア部２２が、第一のバリア回路２５と第二のバリア回路２６とによって効果的に電気エネルギーを制限しつつ、一方のバリア回路で減衰した画像信号の周波数領域を他方のバリア回路を透過する画像信号によって補完することができる。このため、撮像手段９として広範な周波数特性を有するＣＣＤ９ｂを選択しても、その周波数特性に係らず、全体として信号品質を確保することができる。また、本実施形態の内視鏡装置１では、プリアンプ２３によって画像信号を増幅していることで、上記のように信号ライン２１ａを伝送することで減衰する画像信号の出力を増大させることができ、信号品質をより好適なものとすることができる。なお、本実施形態では、プリアンプ２３は、撮像出力バリア部２２よりも撮像手段９側に設けられるものとしたが、これに限るものでは無く、画像信号処理手段１１側に設けるものとしても良い。しかしながら、プリアンプ２３を撮像手段９側に設けることで、低インピーダンスで負荷の重たい第一のバリア回路２５に、増幅した画像信号を入力することができ、画像信号の劣化を防ぎ、信号品質をより好適なものとすることができる。
【００６４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態を示したものである。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６５】
図５に示すように、本実施形態の内視鏡装置３０において、ＣＣＤ９ｂと画像信号処理手段１１との間で電気エネルギーを制限する撮像出力バリア部３１は、信号ライン２０ａ、２０ｂに介挿されて電気エネルギーを制限する信号入力側バリア回路として、第一のバリア回路３２と第二のバリア回路３３とを有するとともに、電源ライン２１ａ、２１ｂに介挿されて電気エネルギーを制限する電力供給側バリア回路３４とを有する。
【００６６】
第一のバリア回路３２は、抵抗３２ａと、ツェナーダイオード３２ｂ、３２ｃと、ヒューズ３２ｄとで形成されている。そして、抵抗３２ａと、ツェナーダイオード３２ｂ、３２ｃとによってローパスフィルタを形成している。また、ヒューズ３２ｄとツェナーダイオード３２ｂ、３２ｃとによって防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）の電圧を制限し、また、抵抗３２ａによって電流を制限し、これにより防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ）側に印加されるエネルギーを制限している。また、ツェナーダイオードは、上記のように二つ設けられていて、一つが破損しても防爆構造を保証することができる構成となっていて、すなわちｉｂ機器に対応している。
【００６７】
また、第二のバリア回路３３は、コンデンサ３３ａ、３３ｂで形成されていて、ハイパスフィルターを形成するとともに、防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ）側に印加されるエネルギーを制限している。また、コンデンサは、上記のように二つ設けられていて、一つが破損しても防爆構造を保証することができる構成となっていて、すなわちｉｂ機器に対応している。
【００６８】
また、電力供給側バリア回路３４は、ヒューズ３４ａと、ツェナーダイオード３４ｂ、３４ｃと、抵抗３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇと、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３４ｈ、３４ｉ、３４ｊ、３４ｋとで形成されている。ここで、電力供給側バリア回路３４は、本質安全防爆のｉｂ機器に必要なエネルギー制限回路となっている。まず、ヒューズ３４ａとツェナーダイオード３４ｂ、３４ｃとの組み合わせで防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に与える電圧を制限している。ヒューズ３４ａは、ツェナーダイオード３４ｂ、３４ｃの定格電力を保証するために必要である。これに加えて、抵抗３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇと、ＦＥＴ３４ｈ、３４ｉ、３４ｊ、３４ｋとによって形成される電流制限回路によって防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）流れ込む電流を制限している。以下に、この電流制限回路の動作の詳細について説明する。
【００６９】
すなわち、抵抗３４ｄに流れ込む電流が増加すると、ＦＥＴ３４ｉのゲート・ソース間電圧が上昇して所定のｖｔｈを超えると、ＦＥＴ３４ｉがＯＮとなる。ＦＥＴ３４ｉがＯＮした直後、ＦＥＴ３４ｈのゲート・ソース間電圧が低下して所定のｖｔｈを下回ることとなり、ＦＥＴ３４ｈがＯＦＦとなる。さらに、ＦＥＴ３４ｈがＯＦＦした直後、抵抗３４ｄに流れる電流が減少する。これにより、ＦＥＴ３４ｉのゲート・ソース間電圧が低下してＦＥＴ３４ｉがＯＦＦとなる。以上の現象を繰り返すことで、最終的には、（ＦＥＴ３４ｉのｖｔｈ）／（抵抗３４ｄの抵抗値）で決定される電流値で電流が制限されることとなる。なお、抵抗３４ｆ、３４ｇと、ＦＥＴ３４ｊ、３４ｋとで形成される電流制限回路も同様の動作をして電流が制限されることとなる。以上のように、電圧と電流をそれぞれ制限することにより防爆機器側に印加されるエネルギーを制限している。そして、本実施形態の電力供給側バリア回路では、ＦＥＴを利用して電流を制限していることによって、電流遮断特性が急峻となって良好な特性を得ることができる。
【００７０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は、本発明の第３の実施形態を示したものである。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７１】
図６に示すように、本実施形態の内視鏡装置４０において、ＣＣＤ９ｂと画像信号処理手段１１との間で電気エネルギーを制限する撮像出力バリア部４１は、信号入力側バリア回路として、第一のバリア回路３２と第二のバリア回路３３とを有するとともに、電源ライン２１ａ、２１ｂの間に介挿されて電気エネルギーを制限する電力供給側バリア回路４２とを有する。
【００７２】
電力供給側バリア回路４２は、ヒューズ４２ａと、ツェナーダイオード４２ｂ、４２ｃと、抵抗４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ、４２ｇと、トランジスタ４２ｈ、４２ｉ、４２ｊ、４２ｋとで形成されている。ここで、電力供給側バリア回路４２は、本質安全防爆のｉｂ機器に必要なエネルギー制限回路となっている。まず、ヒューズ４２ａとツェナーダイオード４２ｂ、４２ｃとの組み合わせで防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）に与える電圧を制限している。ヒューズ４２ａは、ツェナーダイオード４２ｂ、４２ｃの定格電力を保証するために必要である。これに加えて、抵抗４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ、４２ｇと、トランジスタ４２ｈ、４２ｉ、４２ｊ、４２ｋとによって形成される電流制限回路によって防爆機器側（ＣＣＤ９ｂ側）流れ込む電流を制限している。以下に、この電流制限回路の動作の詳細について説明する。
【００７３】
すなわち、抵抗４２ｄに流れ込む電流が増加すると、トランジスタ４２ｈのベース・エミッタ間電圧が上昇して所定のｖｂｅを超えると、トランジスタ４２ｈがＯＮとなる。トランジスタ４２ｈがＯＮした時のベース・エミッタ間の電圧は、所定のｖｂｅで固定されているため、トランジスタ４２ｉに流れる電流は、（トランジスタ４２ｈのｖｂｅ）／（抵抗４２ｄの抵抗値）で求まる電流値で一定となる。一方、トランジスタ４２ｈがＯＮとなると、抵抗４２ｅで制限される電流が流れることとなる。抵抗４２ｅの抵抗値がツェナーダイオード４２ｂ、４２ｃで制限される電圧に対して十分大きい抵抗値である場合には、殆ど無視することができて、結局のところ、（トランジスタ４２ｈのｖｂｅ）／（抵抗４２ｄの抵抗値）で求まる電流値で制限されることとなる。なお、抵抗４２ｆ、４２ｇと、トランジスタ４２ｊ、４２ｋとで形成される電流制限回路も同様の動作をして電流が制限されることとなる。以上のように、電圧と電流をそれぞれ制限することにより防爆機器側に印加されるエネルギーを制限している。そして、本実施形態の電力供給側バリア回路では、トランジスタを利用して電流を制限していることによって、電流遮断特性が急峻となって良好な特性を得ることができる。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００７５】
なお、上記各実施形態では、信号入力側バリア回路として、第一のバリア回路２５と、第二のバリア回路２６と二つのバリア回路を設けるものとしたが、これに限るものでは無い。例えば、画像信号の内、低域周波数を透過させるバリア回路と、中域周波数を透過させるバリア回路と、高域周波数を透過させるバリア回路と、三つのバリア回路を設けるものとしても良い。すなわち、複数の信号入力バリア回路が設けられていて、各信号入力バリア回路が、他の信号入力側バリア回路と異なる周波数領域を透過周波数成分として低減衰量で画像信号を透過させることで、各信号入力バリア回路によって電気エネルギーを制限しつつ、画像信号の信号品質を確保することができる。また、上記各実施形態では、電気エネルギーを制限するバリア手段である撮像駆動バリア手段１５、撮像出力バリア手段１６、及び、照明駆動バリア手段１７は、本体部３に設けるものとしたが、これに限るものでは無い。例えば、挿入部２の基端に操作部を有して本体部３に対して着脱可能としたスコープユニットを備えた内視鏡装置の場合、挿入部２に設けられた操作部内に各バリア手段を内蔵するものとしても良い。この場合、電気エネルギーを効果的に制限しつつ、スコープユニットが着脱される本体部としては汎用品を選択することができるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態の内視鏡装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の内視鏡装置において、撮像出力バリア手段の詳細を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の内視鏡装置において、（ａ）第一のバリア回路及び第二のバリア回路について、入力される画像信号の周波数と出力される画像信号の減衰量との関係の一例を示すグラフ、（ｂ）第一のバリア回路及び第二のバリア回路から出力されて合成された画像信号について、周波数と減衰量との関係の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態の内視鏡装置において、撮像出力バリア手段の詳細を示す回路図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の内視鏡装置において、撮像出力バリア手段の詳細を示す回路図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の内視鏡装置において、撮像出力バリア手段の詳細を示す回路図である。
【符号の説明】
【００７７】
１、３０、４０ 内視鏡装置
２ 挿入部
９ 撮像手段
１１ 画像信号処理手段
２０ａ、２０ｂ 信号ライン
２１ａ、２１ｂ 電源ライン
２２、３１、４１ 撮像出力バリア部
２３ プリアンプ
２４ 画像信号分配回路
２５、３２ 第一のバリア回路（信号入力側バリア回路）
２５ａ 抵抗
２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、３２ｂ、３２ｃ ツェナーダイオード
２６、３３ 第二のバリア回路（信号入力側バリア回路）
２６ａ 、２６ｂ、２６ｃ、３３ａ、３３ｂ コンデンサ
２７、３４、４２ 電力供給側バリア回路
２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、３４ｂ、３４ｃ、４２ｂ、４２ｃ ツェナーダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に挿入される挿入部と、
該挿入部の先端側に設けられて前記被検体を撮像して画像信号を出力する撮像手段と、
前記撮像手段よりも基端側に設けられて信号ラインを介して入力された前記画像信号を信号処理する画像信号処理手段と、
前記撮像手段と前記画像信号処理手段との間に設けられ、電気エネルギーを制限して前記撮像手段側を防爆構造とする撮像出力バリア部とを備え、
該撮像出力バリア部は、前記画像信号の内、所定の周波数領域を透過周波数成分として、他の周波数領域と比較して低減衰量で透過させる信号入力側バリア回路を、互いに前記透過周波数成分を異なるものとして複数有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内視鏡装置において、
前記撮像出力バリア部は前記信号入力側バリア回路として、前記透過周波数成分として低周波成分を透過させる第一のバリア回路と、
前記透過周波数成分として高周波成分を透過させる第二のバリア回路とを有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の内視鏡装置において、
複数の前記信号入力側バリア回路は、前記画像信号処理手段側で互いに接続されて、出力を合成して該画像信号処理手段に前記画像信号を入力することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡装置において、
前記撮像手段と前記撮像出力バリア部との間に設けられ、前記画像信号を、前記撮像出力バリア部の複数の前記信号入力側バリア回路に分配して入力する画像信号分配回路を備えることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の内視鏡装置において、
前記撮像出力バリア部は、前記画像信号処理手段側から前記撮像手段側へ電力を供給する電源ラインに設けられて、電気エネルギーを制限する電力供給側バリア回路を有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項６】
請求項２に記載の内視鏡装置において、
前記第一のバリア回路は、前記信号ラインに介挿された抵抗と、
前記信号ラインと接地点との間に接続された少なくとも一つのツェナーダイオードとを有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内視鏡装置において、
前記第一のバリア回路は、前記ツェナーダイオードを二つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉｂ機器としていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項８】
請求項６に記載の内視鏡装置において、
前記第一のバリア回路は、前記ツェナーダイオードを三つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉａ機器としていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項９】
請求項２に記載の内視鏡装置において、
前記第二のバリア回路は、前記信号ラインに介挿された少なくとも一つのコンデンサを有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の内視鏡装置において、
前記第二のバリア回路は、前記コンデンサを二つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉｂ機器としていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の内視鏡装置において、
前記第二のバリア回路は、前記コンデンサを三つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉａ機器としていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の内視鏡装置において、
前記電力供給側バリア回路は、前記電源ラインと接地点との間に接続された少なくとも一つのツェナーダイオードを有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の内視鏡装置において、
前記電力供給側バリア回路は、前記ツェナーダイオードを二つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉｂ機器としていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の内視鏡装置において、
前記電力供給側バリア回路は、前記ツェナーダイオードを三つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉａ機器としていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の内視鏡装置において、
前記信号ラインによって前記撮像手段と前記画像信号処理手段との間で前記画像信号を伝送することによる該画像信号の減衰分を増幅させるプリアンプを備えることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の内視鏡装置において、
前記プリアンプは、前記撮像出力バリア部よりも前記撮像手段側に設けられていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１７】
請求項１５または請求項１６に記載の内視鏡装置において、
前記プリアンプは、前記信号ラインによる減衰分に、前記撮像出力バリア部による増減分を含めて前記画像信号を増幅させることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１】
被検体に挿入される挿入部と、
該挿入部の先端側に設けられて前記被検体を撮像して画像信号を出力する撮像手段と、
前記撮像手段よりも基端側に設けられて信号ラインを介して入力された前記画像信号を信号処理する画像信号処理手段と、
前記撮像手段と前記画像信号処理手段との間に設けられ、電気エネルギーを制限して前記撮像手段側を防爆構造とする撮像出力バリア部とを備え、
該撮像出力バリア部は、前記画像信号の内、所定の周波数領域を透過周波数成分として、他の周波数領域と比較して低減衰量で透過させる信号入力側バリア回路を、互いに前記透過周波数成分を異なるものとして複数有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内視鏡装置において、
前記撮像出力バリア部は前記信号入力側バリア回路として、前記透過周波数成分として低周波成分を透過させる第一のバリア回路と、
前記透過周波数成分として高周波成分を透過させる第二のバリア回路とを有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の内視鏡装置において、
複数の前記信号入力側バリア回路は、前記画像信号処理手段側で互いに接続されて、出力を合成して該画像信号処理手段に前記画像信号を入力することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡装置において、
前記撮像手段と前記撮像出力バリア部との間に設けられ、前記画像信号を、前記撮像出力バリア部の複数の前記信号入力側バリア回路に分配して入力する画像信号分配回路を備えることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の内視鏡装置において、
前記撮像出力バリア部は、前記画像信号処理手段側から前記撮像手段側へ電力を供給する電源ラインに設けられて、電気エネルギーを制限する電力供給側バリア回路を有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項６】
請求項２に記載の内視鏡装置において、
前記第一のバリア回路は、前記信号ラインに介挿された抵抗と、
前記信号ラインと接地点との間に接続された少なくとも一つのツェナーダイオードとを有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内視鏡装置において、
前記第一のバリア回路は、前記ツェナーダイオードを二つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉｂ機器としていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項８】
請求項６に記載の内視鏡装置において、
前記第一のバリア回路は、前記ツェナーダイオードを三つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉａ機器としていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項９】
請求項２に記載の内視鏡装置において、
前記第二のバリア回路は、前記信号ラインに介挿された少なくとも一つのコンデンサを有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の内視鏡装置において、
前記第二のバリア回路は、前記コンデンサを二つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉｂ機器としていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の内視鏡装置において、
前記第二のバリア回路は、前記コンデンサを三つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉａ機器としていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の内視鏡装置において、
前記電力供給側バリア回路は、前記電源ラインと接地点との間に接続された少なくとも一つのツェナーダイオードを有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の内視鏡装置において、
前記電力供給側バリア回路は、前記ツェナーダイオードを二つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉｂ機器としていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の内視鏡装置において、
前記電力供給側バリア回路は、前記ツェナーダイオードを三つ以上有していて、前記撮像手段側を防爆規定に基づくｉａ機器としていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の内視鏡装置において、
前記信号ラインによって前記撮像手段と前記画像信号処理手段との間で前記画像信号を伝送することによる該画像信号の減衰分を増幅させるプリアンプを備えることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の内視鏡装置において、
前記プリアンプは、前記撮像出力バリア部よりも前記撮像手段側に設けられていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１７】
請求項１５または請求項１６に記載の内視鏡装置において、
前記プリアンプは、前記信号ラインによる減衰分に、前記撮像出力バリア部による増減分を含めて前記画像信号を増幅させることを特徴とする内視鏡装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２９２７３０（Ｐ２００８−２９２７３０Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３７６７８（Ｐ２００７−１３７６７８）
【出願日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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