JP4421574B2 - ビデオ画像接続システム - Google Patents

Description

本発明は、通信信号を送り、カメラ制御素子とカメラヘッド間の単一ケーブルに沿って光を照射するための内視鏡ビデオ画像接続システムに関する。

本発明が全般に関与するビデオ内視鏡術の分野は、最小限の侵襲外科処置を用いて、それ以外にはアクセスできない体腔を貫いて観察するための内視鏡を用いる医療診断および治療訓練を含む。ビデオ撮影カメラ（固体イメージャを内蔵）を画像再生のため内視鏡と結合させることが、この分野での標準になった。内視鏡ビデオカメラ（以下「カメラヘッド」という）は、医療スタッフが使いやすいように小型軽量であることが最も有利で、一般に単一または多数の固体イメージャを内蔵している。ある特定用途内視鏡は、固体イメージャを内蔵し、これはビデオ画像システムとディスプレーを伴うことなしには、医療スタッフが体腔内を直接観察することを容易にさせない。所定の寸法と重量を得るため、カメラヘッドおよび／または集積内視鏡カメラアセンブリは一般に高精細カラービデオ画像を処理し出力するのに必要な大多数の回路から物理的に離されている。

公知のビデオ画像システムにおいて、カメラ制御ユニット（ＣＣＵ）とカメラヘッド間の相互接続は、ケーブルによって達成され、通常ケーブルの一端がカメラヘッドに永久的に固定され、ケーブルの他端はコネクタによってＣＣＵに着脱可能に接続される。カメラヘッド自体と同様に、ケーブルも小径軽量であることが有利であるが、くり返し殺菌や偶発的な台車付き担架の「ランオーバー」等に耐えるのに十分頑丈であることが必要である。

たいていの内視鏡ビデオカメラ用ケーブルは、電子ビデオ信号を送るためのケーブルとは別のものである照射用光ファイバ光ガイドを有する。手術室はスペースが限られているので、余分な医療設備は医療スタッフに実質的な不便を与える。

カメラヘッドとＣＣＵの間の現行の相互接続は、より大きなデータ伝送容量を与えるため、専用並列ワイヤからなる。「専用並列ワイヤ」とは、各特定信号が個々のワイヤによって送られ、カメラヘッドとＣＣＵの間で、電源および制御信号用の単一ワイヤか、あるいは画像データ用の同軸シールドワイヤである。しかし、専用並列ワイヤを使うことの難点は、カメラヘッドからの画像データを制御し、活性化し、受けるために一般に２０〜３０本の個々の線が必要なことであり、ほとんどの信号線が専用接続ピンを必要とする。多くのチャンネルが必要になればなるほど、ケーブル束の直径と寸法が大きくなり、対応する重量も増す。ケーブル束が大きくなればなるほど、医療スタッフがビデオ画像システムを使うのに差し支える。さらに、専用並列ワイヤタイプのケーブルを使うことは、カメラヘッドあるいはＣＣＵに付加的な機能が必要によって付加されるときに不利である。この新たな機能を受け入れるため、付加的なワイヤをケーブル束内に設けなければならず、これは設備の再設計と新規備品の購入を要する。また、ビデオ画像システムが発達するにつれ、ＣＣＵは種々のタイプのカメラヘッドと互換性をもつようにプログラマブルになり、新たな制御特性を加え、種々のタイプのビデオ信号を処理している。

一般に、結合光電コネクタはコネクタ内を互いに相対的に動くことのできる光および電気コンポーネントを備えている。不利なことは、各コンポーネントの正確な調整が困難で時間を要し、不満足な接続をするとしばしば不満足なシステム性能をもたらす。また、情報伝達と光照射に別々のケーブルを使うと混乱し、ユーザーにとって不便なものになる。

したがって、高ビデオ画質を保ちながら、ケーブルを小型にし対応する重量を減らすため比較的少数のチャンネルを使うビデオ画像接続システムを提供することが好ましい。

また、カメラヘッドとＣＣＵの間に情報を送るチャンネルを有する単一ケーブルに照射用光源ガイドを内蔵したビデオ画像接続システムを提供することが望ましい。
さらに、手術室において日々の使用によって損傷することのない頑丈なケーブルアセンブリを有するビデオ画像接続システムを提供することが好ましい。

またさらに、互いに乱されることのないように、互いに固定した空間関係にあり、かつ単一コネクタに集積された電気および光コンポーネントを有するコネクタを提供することが好ましい。

本発明は、上記した目的を達成するために、基本的には、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。
即ち、本発明のビデオ画像接続システムの態様は、
光コンポーネントおよび電気コンポーネントを有するレセプタクルを含み、前記レセプタクルはプラグを受け入れ、且つカメラコントロールユニット内に配設され、
前記レセプタクルは、前記カメラコントロールユニットの背面部方向に延設したカラーを含み、且つ前記レセプタクルは、前記カラー内に嵌入せしめるガイド素子を受け入れ、更に、前記ガイド素子がカラー内の座に当接し、
前記ガイド素子が、光源からの照射光を前記レセプタクルに伝送せしめるための光源ケーブルを含み、更に
前記レセプタクルと着脱可能に接続できる前記プラグとを備え、前記プラグが、正面部を有するボディと、前記正面部から突出して終端する光コネクタ及び電気的エッジコネクタとを具備し、前記プラグが前記レセプタクル内に進入するとき、前記光コネクタ及び電気的エッジコネクタが、それぞれ前記光コンポーネントおよび電気コンポーネントに係合するように構成したことを特徴とするものである。

本発明のビデオ画像接続システムは、上記のように構成したので、使い勝手が著しく向上した。

以下に、本発明のビデオ画像接続システムを詳細に説明する。
図１にビデオ画像システム１００の有利な一実施態様を示す。画像データと制御信号を多重化するためのマルチプレクサ１１０を有するカメラヘッド１０５が供給されている。カメラヘッド１０５から多重化された信号を受けて処理するためのマルチプレクサ１２０が制御ユニット１１５に備えられている。カメラヘッド１０５とカメラ制御ユニット１１５を相互接続する命令信号チャンネル１２５が備えられている。これにより、命令信号がカメラ制御ユニット１１５からカメラヘッド１０５に送られる。命令信号はカメラ制御ユニットからカメラヘッドに送られるどんな信号も含む。カメラヘッド１０５とカメラ制御ユニット１１５を相互接続する制御信号チャンネル１３０が備えられている。これにより、制御信号がカメラヘッド１０５からカメラ制御ユニット１１５に送られる。制御信号はカメラヘッドから送られる画像データ以外のどんな信号も含み、ソフトウエア・プログラム、操作情報、調時信号データ、カメラヘッド固定情報、カメラ使用情報等のような情報を含む。カメラヘッド１０５とカメラ制御ユニット１１５を相互接続する画像データチャンネル１３５が備えられている。これにより、画像データがカメラヘッド１０５からカメラ制御ユニット１１５に送られて処理される。

マルチプレクサ１１０によって制御信号チャンネル１３０と画像データチャンネル１３５は同一の物理的ペアのワイヤに下流に送られ、命令信号チャンネル１２５は第２ペアのワイヤに送られ続ける。

あるいは、さらにケーブル寸法を小さくするため、命令信号チャンネル１２５も制御信号チャンネル１３０および画像データチャンネル１３５と共に多重化され、同一の物理的ワイヤによって下流に送られることにより、ワイヤの数を１対に減らせる。マルチプレクサ１１０、１２０は多重化および元に戻すことの双方の機能を有することが当業界ではよく知られている。

さらに、新たなシステムが利用できるようになったとき、将来のデータ伝送要求のため、画像データ、制御信号および命令信号に対してさらに多くのペアのワイヤが付加され得ることは、当業者には明らかであろう。

光源１４５からカメラ制御ユニット１１５を通してカメラヘッド１０５に光を照射するため、光源ガイド１４０も設けられている。
命令信号チャンネル１２５、制御信号チャンネル１３０、画像データチャンネル１３５、光源ガイド１４０、および使われ得るどんな付加的なチャンネルも囲む、単一の保護覆い１５０も設けられている。

図２にビデオ画像システム２００の１実施態様を示す。ケーブル２１０を有するカメラヘッド２０５が供給されている。ここでケーブル２１０はカメラヘッド２０５に永久的に付着している。しかし、ケーブル２１０はカメラヘッド２０５に着脱可能に接続されていてもよい。カメラヘッド２０５は対象（図示せず）を映す光エネルギー２２０を受けるためのイメージャ２１５を備えている。またカメラヘッド２０５は、カメラヘッド２０５によって発生する種々の信号を多重化するためのマルチプレクサ２２５も備えている。たとえば、イメージャ２１５によって発生する画像データや、カメラヘッド２０５によって発生する制御信号のような種々の信号が含まれる。

ケーブル２１０はカメラヘッド２０５に光を照射するための光ガイドチャンネル２３０を有する。ケーブル２１０はさらに、カメラヘッド２０５とＣＣＵ２４０にデータを送り、またそこからデータを送られるためのデータチャンネル２３５も有する。図２には４本のデータチャンネル２３５を図示しているが、より少数あるいはより多数のデータチャンネルも使い得ることは当業者には明らかであろう。画像データと制御信号がカメラヘッド２０５内のマルチプレクサ２２５によって多重化され、データチャンネル２３５に沿って送られる。データチャンネル２３５のうちの１本が多重信号用に使われ、あるいはどんな数のデータチャンネル２３５やその結合が使われ得る。ケーブル２１０はまた、光ガイドチャンネル２３０とデータチャンネル２３５を囲む保護覆い２４５も備えている。

ＣＣＵ２４０も、命令信号を多重化し、カメラヘッド２０５からの画像データと制御信号を元に戻すためのマルチプレクサ２５０を備えている。マルチプレクサ２２５、２５０の双方は多重化および元に戻す機能の双方を有する。光源２５５も、カメラヘッド２０５に光ガイドチャンネル２３０によって送られる光を照射するために備えられている。ケーブル２１０は図３〜８に示すようにＣＣＵ２４０に着脱可能に接続される。

図３〜８、特に図３に、正面部３３０と背面部３３５をもつＣＣＵ３１５を通してカメラヘッド３０５と光源３１０間に接続を与える内視鏡アセンブリ用コネクタアセンブリを示す。カメラヘッドから伸びるケーブル３２０が光源ガイド、およびＣＣＵとカメラヘッド間に電子信号を送る少なくとも１対のワイヤを具備する。光源ケーブル３２５が光源３１０からＣＣＵを通ってＣＣＵ内のケーブル３２０に直接つながれている。

図４に成型されたボデー４１０を備えたプラグ４０５を有するコネクタアセンブリを示す。光コネクタ４１５が成型されたボデー４１０の正面部４２０から伸び、たいていボデー４１０内に内蔵された電気的接続であって、正面部４２０を越えて伸びる調整された（ｋｅｙｅｄ）エッジコネクタ４２５を有する。プラグ４０５を通して伸びる光コネクタ４１５とエッジコネクタ４２５は固定された空間関係にある。

エッジコネクタ４２５は、種々の電気コネクタから選択でき、図４ではプリント基板として図示している。エッジコネクタ４２５は光コネクタ４１５と同一面内に区切られることが好ましいが、ボデー４１０の正面部４２０から異なる距離だけ伸びてもよい。このような構造により、レセプタクルの番（つがい）コンポーネントが互いに同様に位置付けられる。光コネクタ４１５は、エッジコネクタ４２５の上方に図示されているが、多くの異なる配列に位置付けることができる。しかし、種々の配列において用いられるコンポーネントを、固定した空間関係に保つことが好ましい。

図４に示すように、正面部４２０を越えて光コネクタ４１５およびエッジコネクタ４２５が伸びることにより、ボデー４１０はこの両コネクタを保護するとともに、プラグに対するキー（ｋｅｙｉｎｇ）面４３０を有する。プラグ４０５はＣＣＵ（図３）の正面３３０を通ってレセプタクル開口部４３５内に導き入れられる。各キー面４３０はプラグを予め定められた空間位置においてのみレセプタクル内に入るようにさせる幾何学的配置をもつ。説明上、図４の各キー面４３０は互いに傾斜した２つの直線部４４０、４４５をもつ。

キー面４３０は、プラグ４０５の進入点で開口部４３５の内周面４５５に嵌合するように伸びることにより、レセプタクル４５０に対し唯一の空間位置にプラグ４０５を位置させる形状と大きさを有する。プラグは矢印４６０のようにレセプタクル４５０内に進入し、光コネクタ４１５を光コンポーネント５０５（図５）に、またエッジコネクタ４２５を電気コンポーネント５１０にそれぞれ嵌合させる。光コンポーネント５０５および電気コンポーネント５１０の位置は、それぞれ光コネクタ４１５およびエッジコネクタ４２５の位置の鏡像である。さらに、図６のアース板６０５が複数の離して置かれた弾性フィンガー６１０（図５、６）を備え、このフィンガーは図４の開口部４３５の底端５１５よりもわずかに上方に伸びている。

レセプタクル４５０は、着脱可能な正面パネル６２０を備えた筐体６１５を有する。正面パネル６２０は、組み立てられるときＣＣＵの正面部３３０と同一面にある正面フランジ６２５を有する。正面パネル６２０を筐体６１５に対して正確に位置合わせするため、各側部６３０は筐体６１５上に形成された各突起６４０を受ける細長く伸びた凹部６３５を有する。

筐体６１５は、ＣＣＵの背面部３３５を通して伸びる光源ケーブル３２５の光コネクタコンポーネントと、プラグ４０５の光コネクタ４１５およびエッジコネクタ４２５とを受ける。プラグ４０５の光コネクタ４１５とエッジコネクタ４２５がそれぞれレセプタクル４５０の各コンポーネントと嵌合する位置において、チャンバ６４５は、プラグ４０５のボデー４１０がレセプタクル４５０内に全長分侵入できるような大きさになっている。

筐体６１５はまた、ＣＣＵ３１５の背面部３３５に向かって伸び、背面部３３５とレセプタクル４５０間の距離に真直に及ぶガイド素子７０５（図７）を受けるカラー６５０も備えている。ガイド素子７０５の内端はカラー６５０に向かって摺動し、レセプタクル４５０の筐体６１５の座８０５（図８）に接する。光接続コンポーネントをもつ光源ケーブル３２５の一端がガイド素子７０５を越えて伸び、チャンバ６４５の背壁６５５内に終端する。こうして、光源ケーブル３２５はレセプタクル４５０内に固定空間位置に装着され、ボデー４１０が正面パネル６２０の開口部４３５に受け入れられた後、ケーブル３２０と整列した位置になる。

カメラヘッドと残りのＣＣＵコンポーネントとを電気的に接続するため、レセプタクル４５０はソケット６６０からなる電気コンポーネント５１０を有する。ソケット６６０は光コンポーネント５０５と同一の固定空間関係にある。

光源３１０からの高強度光がＣＣＵ３１５から漏れるのを防ぐため、レセプタクル４５０は光デフレクタ６６５を有し、この光デフレクタはプラグ４０５がレセプタクル４５０から引き抜かれるとき、光源ケーブル３２５からＣＣＵ３１５を出る光を阻止するために装着されている。底部６７５が光デフレクタ６６５の離れた（一対の）隔壁６７０を橋渡しする。光デフレクタ６６５は、プラグ４０５がレセプタクル４５０内に進入するとき、キー面４３０が底部６７５に接触するような大きさである。光デフレクタ６６５は、隔壁６７０の間に伸びてレセプタクル４５０の筐体６１５上に装着されたピン６８０によって旋回可能に装着され、光路から外れて旋回する。プラグ４０５がレセプタクル４５０から引き抜かれるとき、光デフレクタ６６５は光路内にもどってＣＣＵ３１５内に光を閉じ込める。

ピン６８０が筐体６１５から移動しないようにするため、正面パネル６２０上に設けられたフランジ６８５が凹部６９０を覆う。こうして、ピン６８０はチャンバ６４５の底とフランジ６８５の間を回転し得る。チャンバ６４５は、プラグ４０５がレセプタクル４５０内に進入したり引き抜かれたりするとき、光デフレクタ６６５の全長に沿って隔壁６７０の端６９５と並置した背壁６５５を有するような大きさである。さらに、背壁６５５は端６９５と同一の曲面を有する。光デフレクタ６６５の隔壁６７０は図６のように三角形断面を有するが、他のどんな断面形状でも光デフレクタ６６５を光路内に旋回させ、かつ、光路外に旋回させることが容易にできる。図には１つの有利な実施態様しか示していないが、当業者には光デフレクタ６６５の多くの異なる実施態様が可能であることが明らかであろう。たとえば、光デフレクタは回転可能であってもよく、光路内に回転できるが、また、摺動可能であってもよく、あるいはレセプタクル４５０内でプラグ４０５の存在を検知するためのセンサがプラグ４０５がレセプタクル４５０から引き抜かれたとき、光源３１０を切り離したり、塞いだり、減衰させたり、電源を切ったりしてもよい。これらのいずれの方法、あるいは他の方法も、プラグを引き抜いたとき、光が漏れるのを防ぐために用い得る。

以上、本発明を部材、特徴等のある特定の配列を参照して説明したが、これらは可能なすべての配列や特徴を網羅しようとしたものではなく、当業者には他の多くの変更や変形が確かめられるであろう。

ビデオ画像システムのブロック図である。 付属ケーブルアセンブリを有するカメラヘッドの一部破形斜視図である。 カメラ制御ユニットの斜視図である。 レセプタクル内に進入するときのコネクタアセンブリの斜視図である。 レセプタクルの正面図である。 レセプタクルの分解斜視図である。 図１のカメラ制御ユニットの上面図である。 図１のカメラ制御ユニットの側断面図である。

符号の説明

１００、２００：ビデオ画像システム
１０５、２０５、３０５：カメラヘッド
１１５、２４０、３１５：カメラ制御ユニット
１１０、１２０、２２５、２５０：マルチプレクサ
１２５：命令信号チャンネル
１３０：制御信号チャンネル
１３５：画像データチャンネル
１４０：光源ガイド
１４５、３１０：光源
２１０、３２０：ケーブル
２１５：イメージャ
４０５：プラグ
４１５：光コネクタ
４２５：エッジコネクタ
４５０：レセプタクル
５０５：光コンポーネント
５１０：電気コンポーネント
６２０：正面パネル
６６５：光デフレクタ
７０５：ガイド素子

Claims (5)

1. 光コンポーネントおよび電気コンポーネントを有するレセプタクルを含み、前記レセプタクルはプラグを受け入れ、且つカメラコントロールユニット内に配設され、
   前記レセプタクルは、前記カメラコントロールユニットの背面部方向に延設したカラーを含み、且つ前記レセプタクルは、前記カラー内に嵌入せしめるガイド素子を受け入れ、更に、前記ガイド素子がカラー内の座に当接し、
   前記ガイド素子が、光源からの照射光を前記レセプタクルに伝送せしめるための光源ケーブルを含み、更に
   前記レセプタクルと着脱可能に接続できる前記プラグとを備え、前記プラグが、正面部を有するボディと、前記正面部から突出して終端する光コネクタ及び電気的エッジコネクタとを具備し、前記プラグが前記レセプタクル内に進入するとき、前記光コネクタ及び電気的エッジコネクタが、それぞれ前記光コンポーネントおよび電気コンポーネントに係合するように構成したことを特徴とするビデオ画像接続システム。
2. 前記電気的エッジコネクタが、プリント基板であることを特徴とする請求項１記載のビデオ画像接続システム。
3. 前記電気的エッジコネクタが、前記レセプタクルに接続されるために調整されたことを特徴とする請求項２記載のビデオ画像接続システム。
4. 前記ボディが、前記レセプタクルに接続されるために調整されたことを特徴とする請求項１記載のビデオ画像接続システム。
5. 前記プラグが前記レセプタクルから切り離されるとき、前記プラグとレセプタクル間の光路を遮る光デフレクタを有することを特徴とする請求項１記載のビデオ画像接続システム。