(57)【要約】【課題】スコープ先端部の径を大型化することなく、従来の内視鏡装置をそのまま利用してスコープ先端部の温度を検出する。【解決手段】ビデオスコープのスコープ先端部にトランジスタによって構成されるバッファ回路１４を設け、ビデオスコープのプロセッサ接続部にＣＤＳ回路２２を設ける。そして、ＣＤＳ回路２２において検出されるフィードスルーレベルを検出し、バッファ回路１４の入出力電圧とバッファ回路１４の温度との線形関係に基づき、バッファ回路１４の温度、すなわちスコープ先端部の温度を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スコープ先端部に設けられる撮像素子と、
前記撮像素子において生成される画素信号をパルス信号に従って順次出力させる画素信号出力手段と、
スコープ先端部に設けられ、前記撮像素子から出力される画素信号が入出力するトランジスタによって構成されたバッファ回路と、
前記バッファ回路から出力される画素信号の基準レベルに含まれるノイズを除去するノイズ除去回路と、
前記バッファ回路の温度と前記トランジスタの入出力間電圧との対応関係に基づき、前記ノイズ除去回路における画素信号の基準レベルから前記バッファ回路の温度を検出する温度検出手段と
を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
前記温度検出手段が、前記固体撮像素子の特性に応じた対応関係に基づき、温度を検出することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項３】
前記温度検出手段および前記ノイズ除去回路が、ビデオスコープのプロセッサ接続部もしくはプロセッサに設けられることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項４】
前記バッファ回路と前記ノイズ除去回路との間に設けられる定電流回路と、
前記定電流回路の電流量を制御することによって温度を前記バッファ回路の温度を上昇させる温度調整手段と
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項５】
スコープ先端部に設けられる撮像素子において生成される画素信号をパルス信号に従って順次出力させ、
スコープ先端部に設けられ、前記撮像素子から出力される画素信号が入出力するトランジスタによって構成されたバッファ回路から出力される画素信号の基準レベルを、画素信号の基準レベルと信号レベルとの差をとることによってノイズを除去するノイズ除去回路において検出し、
前記バッファ回路の温度と前記トランジスタの入出力間電圧との対応関係に基づき、画素信号の前記基準レベルから前記バッファ回路の温度を検出することを特徴とする内視鏡用温度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオスコープを用いて胃、消化管などを観察する電子内視鏡装置に関し、特に、スコープ先端部の温度検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子内視鏡装置では、ランプから放射される光を、スコープ内に延びたライトガイドを通じてスコープ先端部まで伝達し、スコープ先端部から観察部位に向けて光を照射する。スコープ先端部の撮像素子には、反射光による被写体像が形成され、一連の画素信号が撮像素子から読み出される。読み出された画素信号は、信号線を介してプロセッサ接続部まで伝送され、ノイズ除去用のＣＤＳ回路（相関２重サンプリング回路）、Ａ／Ｄ変換器などにおいてノイズ除去、Ａ／Ｄ変換処理される。
【０００３】
スコープを体内へ挿入した時には、スコープ先端部の温度が体温（約３７度）と比べて低く、スコープ先端部に設けられたレンズに結露が生じる。そのため、観察に支障を来たす。一方、検査が長時間になると、照明光の熱によってスコープ先端部の温度が上昇し、また、撮像素子等の電気回路の発熱によっても先端部温度が上昇する。スコープ先端部付近の器官内壁への影響を考慮し、スコープ先端部の温度上昇を抑える必要がある。
【０００４】
このような問題を回避するため、スコープ先端部には温度センサが設けられ、その温度が検出される。スコープ先端部の温度を下げる場合、ペルチェ素子をスコープ先端部に設ける内視鏡が知られている（特許文献１参照）。温度上昇が検出されると、ペルチェ素子を駆動させてスコープ先端部を冷却する。
【特許文献１】特開２００６−１４９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スコープ先端部に温度センサを設けた場合、先端部の径が大型化してしまう。先端部の径の大型化は、検査、術中において患者に大きな負担をかける。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内視鏡装置は、スコープ先端部に設けられる撮像素子と、撮像素子において生成される画素信号をパルス信号に従って順次出力させる画素信号出力手段と、スコープ先端部に設けられ、撮像素子から出力される画素信号が入出力するトランジスタによって構成されたバッファ回路と、バッファ回路から出力される画素信号の基準レベルに含まれるノイズを除去するノイズ除去回路とを備える。
【０００７】
撮像素子は、例えばＣＣＤによって構成され、この場合、画素信号出力手段は、ＦＤＡ（Floating Diffusion Amplifier）によって構成し、ノイズ除去手段は、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）回路によって構成すればよい。バッファ回路は、例えばＮＰＮ型トランジスタによって構成される。ＦＤＡの場合、信号電荷が電圧変換され、画素信号が増幅されながら出力される。
【０００８】
ノイズ除去回路に入力される画素信号の「基準レベル」は、実際の画素信号の信号レベルを定める基準電圧レベルを表す。基準レベルは、露光されていない状態における画素信号の信号レベルに相当する。例えばＦＤＡによって画素信号を出力する場合、リセット雑音を含んだ基準レベルが検出される。また、ＣＤＳ回路の場合、画素信号の出力波形において、フィードスルーレベル（フローティングレベル）が基準レベルとなり、フィードスルーレベルと信号レベルとの差が実際の画素信号電圧（画素値）となる。この差を抽出することによって、基準レベル、信号レベル両方に含まれたリセット雑音が除去される。温度検出手段およびノイズ除去回路は、例えばビデオスコープのプロセッサ接続部もしくはプロセッサに設けられる。
【０００９】
トランジスタを備えたバッファ回路の場合、バッファ回路の温度とトランジスタの入出力間電圧との間には対応関係があり、バッファ回路の温度が上昇するほど入出力間電圧が下がる。したがって、ノイズ除去回路における基準レベルも、温度が上昇するほど基準レベルの値が下がる。本発明では、このバッファ回路の温度とトランジスタの入出力間電圧との対応関係に基づき、基準レベルからバッファ回路の温度を検出する。すなわち、ノイズ除去回路で検出される画素信号の基準レベルに対応したバッファ回路の温度を求める。スコープ先端部に設けられたバッファ回路の温度をスコープ先端部の温度とみなすことによって、温度センサを設けることなくスコープ先端部の温度が検出される。
【００１０】
検出される基準レベルとバッファ回路の温度との対応関係は、使用する撮像素子の特性によっても異なる。そのため、一般的な対応関係式のみで温度検出するのではなく、その撮像素子に合った対応関係をメモリにあらかじめ記憶させ、温度を検出させるのがよい。ここでの対応関係には、関係式のデータ、あるいは所定の関係式に対する基準レベルとのオフセット量（補正量）に関するデータが含まれる。
【００１１】
レンズの結露を防止する場合、バッファ回路とノイズ除去回路との間に設けられる定電流回路と、定電流回路の電流量を制御することによって温度をバッファ回路の温度を上昇させる温度調整手段を設けるのがよい。例えば定電流回路は、２つのスイッチングトランジスタによって構成し、一方のトランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御することによって電流量を増加、減少させればよい。
【００１２】
本発明の内視鏡用温度検出方法は、スコープ先端部に設けられる撮像素子において生成される画素信号をパルス信号に従って順次出力させ、スコープ先端部に設けられ、撮像素子から出力される画素信号が入出力するトランジスタによって構成されたバッファ回路から出力される画素信号の基準レベルを、画素信号の基準レベルに含まれるノイズを除去するノイズ除去回路において検出し、バッファ回路の温度とトランジスタの入出力間電圧との対応関係に基づき、画素信号の基準レベルからバッファ回路の温度を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スコープ先端部の径を大型化することなく、従来の内視鏡装置をそのまま利用してスコープ先端部の温度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図1は本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【００１６】
電子内視鏡装置は、ＣＣＤ１２を先端部に設けたビデオスコープ１０とプロセッサ３０とを備える。ビデオスコープ１０はプロセッサ３０に着脱自在に接続され、また、プロセッサ３０にはモニタ６０が接続される。
【００１７】
プロセッサ２０内のランプから放射された光は、ビデオスコープ１０内に設けられたライトガイド（図示せず）を通り、スコープ先端部１０Ａから射出する。これにより、観測部位に光が照射される。
【００１８】
観測部位において反射した光は、スコープ先端部１０の対物レンズ１１を通ってＣＣＤ１２の受光面に到達し、これにより被写体像がＣＣＤ１２の受光面に形成される。本実施形態では、カラー撮像方式として単板同時式が適用されており、イエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）の色要素をモザイク状に並べた補色フィルタ（図示せず）がＣＣＤ１２の受光面上に配設されている。
【００１９】
ＣＣＤ１２では、光電変換によって画像信号が生じ、１フィールド分の一連の画素信号が所定時間間隔（例えば、１／６０秒）ごとに読み出される。読み出された画素信号は、バッファ回路１４を通り、プロセッサ２０との接続部に当たるスコープ接続部１０Ｂ内の初期回路１６へ送られる。初期回路１６では、画素信号に対してノイズ除去処理、Ａ／Ｄ変換処理される。デジタル化された画素信号は、画像信号としてプロセッサ３０の画像信号処理回路２４へ送られる。
【００２０】
画像信号処理回路３２では、画像信号に対してホワイトバランス調整、ガンマ補正などが施され、映像信号が生成される。映像信号はモニタ６０へ出力され、これによりフルカラーの観察画像がモニタ６０に表示される。
【００２１】
スコープコントローラ１８は、ビデオスコープ１０の動作を制御し、初期回路１６へ制御信号を出力する。ＲＯＭ１９には、ビデオスコープ１０の特性に関するデータが記憶されており、ビデオスコープ１０がプロセッサ３０に接続されると、プロセッサ３０内のシステムコントロール回路３４との間でデータを相互通信する。
【００２２】
図２は、初期回路１６のブロック図である。
【００２３】
初期回路１６は、定電流回路２０、およびＡ／Ｄ変換機能をもつＣＤＳ（Correlated Double Sampling）回路２２を備える。ＣＣＤドライバ２３は、スコープコントローラ１８からの制御信号に基づき、クロックパルス信号、リセットパルス信号等の駆動信号をＣＣＤ１２へ出力する。ＣＣＤ１２では、駆動信号に従って一連の画素信号が読み出される。
【００２４】
ＣＣＤ１２には、ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷の出力回路として、電荷／電圧変換用オンチップＭＯＳ−ＥＦＴで構成されたＦＤＡ（Floating Diffusion Amplifier）１３が内蔵されている。ＦＤＡ１３では、ＣＣＤドライバ２３から送られてくるリセットパルス信号に従い、信号電荷が電圧信号に変換され、増幅されながら出力される。
【００２５】
バッファ回路１４は、入出力信号の電圧レベルを安定させる。図２に示すように、バッファ回路１４はＮＰＮ型トランジスタＱ０によって構成される。ＮＰＮ型トランジスタのコレクタ側、エミッタ側には抵抗１４Ａ、１４Ｂがそれぞれ接続され、ＣＣＤ１２から出力された画素信号は、ベース、エミッタ間を通って定電流回路２０に送られる。定電流回路２０は、電流量を一定に維持する回路であり、後述するようにスコープコントローラ１８によって電流量が制御される。
【００２６】
図３は、ＣＤＳ回路２２に入力する画像信号の信号波形を示した図である。図３に示すように、ＣＣＤ１２から出力される画素信号の出力波形は、リセット期間Ｔ１、フィードスルー期間Ｔ２、信号期間Ｔ３の３つの期間に分けられる。ここで、フィードスルー期間Ｔ２の信号（電圧）レベル（以下、フィードスルーレベルという）Ｖｆは、露光によって得られる画素信号の電圧レベルを決めるための基準となる電圧レベル（基準電位）を示し、露光されていない状態で出力される画素信号レベルに相当する。また、信号レベルＶｓは、その画素信号の出力レベル（画素値）を表す。フィールドスルーレベルＶｆ、信号レベルＶｓともに、ＦＤＡ１３へのリセットパルスに起因するリセット雑音Ｎが含まれている（図３参照）。
【００２７】
リセット雑音Ｎを除去のため、オペアンプを備えたＣＤＳ回路２２は、フィードスルー期間Ｔ２のフィールドスルーレベルＶｆと信号期間Ｔ３の信号レベルＶｓをサンプルホールドし、Ａ／Ｄ変換して差分を抽出する。フィードスルー期間Ｔ２に含まれるノイズと信号期間Ｔ３に含まれるノイズＮは等しいことから、信号成分Ｖｔ（＝Ｖｓ−Ｖｆ）が差分として取り出され、リセット雑音Ｎが取り除かれる。
【００２８】
図２に示すフィードスルーメモリ２５には、サンプルホールドされたフィードスルーレベルＶｆが順次格納される。ここでは、スコープコントローラ１８からの制御信号に基づき、フィードスルーレベルＶｆが所定間隔で記録されていく。スコープコントローラ１８は、格納されたフィードスルーレベルＶｆのデータを読み出す。
【００２９】
図４は、フィードスルーレベルＶｆとバッファ回路１４の温度との対応関係を示した図である。縦軸は、フィードスルーレベルＶｆ、すなわちバッファ回路１４のベース・エミッタ間の電圧レベルを表し、横軸は、バッファ回路１４の温度を表す。
【００３０】
バッファ回路１４のベース・エミッタ間電圧は温度によって変動し、温度上昇に比例して電圧レベルは下がる。ここでは、バッファ回路のトランジスタのベース・エミッタ間の電圧は１度上昇する度に２ｍＶだけ小さくなる。この温度上昇による電圧減少は、図３に示すシグナル波形全体を、上方向、すなわち電圧レベル増加方向へシフトさせる。したがって、バッファ回路１４の出力電圧レベルに相当するフィードスルーレベルＶｓは、バッファ回路１４の温度との間に、図４に示すような線形関係を有し、1度上昇する度にフィードスルーレベルＶｓが２ｍＶ上昇する。
【００３１】
ＲＯＭ１９には、フィードスルーレベルＶｆとバッファ回路１４の温度との線形関係を表すデータがあらかじめ格納されている。スコープコントローラ１８は、検出されるフィールドスルーレベルＶｆに応じたバッファ回路１４の温度Ｔｓを検出する。そして、このバッファ回路１４の温度Ｔｓがスコープ先端部の温度として検出される。バッファ回路１４はスコープ先端部に設けられていることから、バッファ回路１４の温度Ｔｓがスコープ先端部の温度とみなされる。
【００３２】
本実施形態では、スコープ先端部の温度と体内温度との温度差によって生じる結露を防ぐため、定電流回路２０を流れる電流量を制御してバッファ回路１４の温度を上昇させ、スコープ先端部の温度を体内温度Ｔｎ（ここでは、３７度とする）まで上げる。以下、その構成について説明する。
【００３３】
図５は、定電流回路２０の電気回路図である。
【００３４】
定電流回路２０は、第１のスイッチング回路２０Ａと第２のスイッチング回路２０Ｂを備え、第１のスイッチング回路２０Ａを介して画素信号を入出力する。第１のスイッチング回路２０Ａは、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４およびトランジスタＱ１を備える。一方、第２のスイッチング回路２０Ｂは、抵抗Ｒ４、および第２のトランジスタＱ２を備える。
【００３５】
第１のトランジスタＱ１は、抵抗Ｒ１を通ってベース端子Ｂ１に流れる電流の大きさに従い、ＣＣＤ１２からＣＤＳ回路２２までの間（以下で、スコープ回路間という）を流れる電流の大きさを決定する。電流が第２のトランジスタＱ２を流れない場合、抵抗Ｒ１を流れる電流は抵抗Ｒ２を経てグラウンドに到達することから、スコープ回路間に流れる電流の大きさＩｍは、抵抗Ｒ２の大きさによって定まる。
【００３６】
バッファ回路１４の温度、すなわちスコープ先端部の温度が体内温度Ｔｎに達していない場合、スコープコントローラ１８は、第１の抵抗Ｒ１を流れる電流が第２のトランジスタＱ２エミッタ側へ流れるように、第２のトランジスタＱ２をＯＮ状態にする。第２のトランジスタＱ２を流れた電流は、抵抗Ｒ４を通ってグラウンドに到達する。電圧Ｖｃｃは一定であることから、第１のトランジスタＱ１を流れる電流の大きさＩｍは、抵抗Ｒ２、Ｒ４の合計の大きさによって定められる。そのため、スコープ回路間を流れる電流量Ｉｍが増加する。
【００３７】
電流量Ｉｍの増加によってバッファ回路１４の温度が上昇するのに伴い、バッファ回路１４の設けられたスコープ先端部の温度が上昇する。スコープコントローラ１８は、フィードスルーレベルＶｆ、すなわちスコープ先端部の温度Ｔｓを検出し、体内温度Ｔｎに応じた目標電圧レベルＶｎに達しているか判断する（図４参照）。フィードスルーレベルＶｆの検出については、例えば、全画素のｖｆの平均値を算出すればよい。
【００３８】
フィールドスルーレベルＶｆが目標電圧レベルＶｎに達する、すなわちスコープ先端部の温度が体内温度Ｔｎに達すると、スコープコントローラ１８は第２のトランジスタＱ２をＯＦＦ状態に切り替える。これにより、第２のトランジスタＱ２に電流は流れず、スコープ回路間を流れる電流量Ｉｍが減少する。その結果、スコープ先端部の温度は体内温度Ｔｎ付近で維持される。
【００３９】
このように本実施形態によれば、ビデオスコープ１０のスコープ先端部には、トランジスタＱ１によって構成されるバッファ回路１４が設けられ、ビデオスコープ１０のプロセッサ接続部１０Ｂには、ＣＤＳ回路２２が設けられる。そして、ＣＤＳ回路２２において検出されるフィードスルーレベルＶｆが検出されると、バッファ回路１４の入出力電圧とバッファ回路１４の温度との線形関係に基づき、バッファ回路１４の温度Ｔｓ、すなわちスコープ先端部の温度が検出される。また、スコープ先端部が体内温度に到達するように、定電流回路２０の電流量が調整される。
【００４０】
温度センサを特別に設けることなくスコープ先端部の温度を検出することができるため、スコープ先端部を細径化することができる。また、電子内視鏡装置において従来組み込まれているバッファ回路、ＣＤＳ回路をそのまま利用するだけでよく、回路構成が複雑にならない。
【００４１】
なお、図４に示すフィードスルーレベルＶｆとスコープ先端温度の線形関係は、ＣＣＤ１２の種類によって異なり、例えば、破線Ｐ’ｓに示すような線形関係をもつＣＣＤもある。そのため、あらかじめ、体内温度Ｔｎに応じた目標電圧レベルＶｎをＣＣＤの種類毎に算出し、ＲＯＭ１９に格納してもよい。そして、ビデオスコープを使用するとき、対応するＣＣＤに応じた目標電圧レベルＶｎを読み出し、スコープコントローラ１８が定電流回路２０を制御する。初期回路１６をプロセッサに設けてもよい。この場合、ビデオスコープの種類毎に目標電圧レベルＶｎをメモリに記憶し、接続されているビデオスコープの種類を検出するように構成してもよい。
【００４２】
また、温度制御を主目的として考えた場合、線形関係に関するデータをメモリに記憶させず、目標電圧レベルＶｎのみＲＯＭ１９にあらかじめ格納してもよい。また、フィードスルーレベルＶｆが目標電圧レベルＶｎに到達したか否かをリアルタイムに検出する代わりに、体内温度にまで達する時間を計測してメモリに記憶し、その時間だけ定電流回路２０のトランジスタＱ２をＯＮ状態に設定してもよい。
【００４３】
本実施形態では、固体撮像素子としてＣＣＤを使用しているが、パルス信号に応じて画素信号を出力させる他の撮像素子を適用してもよい。この場合、撮像素子から出力される画素信号の出力波形に現れる基準レベルに含まれるノイズを除去するノイズ除去回路を設け、ノイズ除去回路において検出される基準レベルからスコープ先端部の温度を検出すればよい。また、画素信号の出力回路としては、ＦＤＡ以外の回路を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【図２】初期回路のブロック図である。
【図３】ＣＤＳ回路に入力する画像信号の信号波形を示した図である。
【図４】フィードスルーレベルとバッファ回路の温度との対応関係を示した図である。
【図５】定電流回路の電気回路図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ビデオスコープ
１２  ＣＣＤ
１３  ＦＤＡ（画素信号出力手段）
１４  バッファ回路
１６  初期回路
１８  スコープコントローラ
１９  ＲＯＭ
２０  定電流回路
２２  ＣＤＳ回路（ノイズ除去回路）
２３  ＣＣＤドライバ
２５  フィードスルーレベルメモリ
３０  プロセッサ
Ｑ１  ＮＰＮ型トランジスタ
Ｖｆ  フィードスルーレベル（基準レベル）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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