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JP3590907B2 - 撮像装置 - Google Patents

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JP3590907B2
JP3590907B2 JP18385293A JP18385293A JP3590907B2 JP 3590907 B2 JP3590907 B2 JP 3590907B2 JP 18385293 A JP18385293 A JP 18385293A JP 18385293 A JP18385293 A JP 18385293A JP 3590907 B2 JP3590907 B2 JP 3590907B2
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frequency
solid
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electromagnetic shield
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茂 西村
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富士写真光機株式会社
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  • Glass Compositions (AREA)
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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Hを、
=Hexp (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】
Figure 0003590907
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】
Figure 0003590907
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】
Figure 0003590907
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B及び誘導電流iの分布は、次式で与えられる。
〔数4〕
=Kexp{− (ωκμ/2)1/2 ・x}× cos{ωt− (ωκμ/2)1/2 ・x}
=Kexp{− (ωκμ/2)1/2 ・x}× cos{ωt− (ωκμ/2)1/2 ・x}
但し、K はx=0(シールド層表面)での磁界B及び誘導電流iの値である。
【0021】
上記式からも明らかなように磁界B及び誘導電流i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B及び誘導電流i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

Claims (1)

  1. 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する撮像装置。
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