JPH03151929A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内視鏡の挿入部先端部の温度を検知する電子内
視鏡装置に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］近年、
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
等を観察したり、必要に応じて処置具チャンネル胸に挿
通した処置具を用いて各種治療処置のできる内視鏡（ス
コープまたはファンバスコープとも呼ぶ。）が広く用い
られている。

また、電荷結合素子（以下、ＣＯＤと略記す。）等の固
体撮像素子を挿入部の先端に配した電子スコープも各秤
使用されている。この°電子スコープはファイバスコー
プに比べて解像度が高く、画像の記録および再生等が容
易であり、また、画像の拡大や２画面の比較等の画像処
理が容易にできる等の利点を有する。

電子スコープはスコープが接続される光源装置から照明
光を得て、この照明光をファイバ束であるライトガイド
によって挿入部の先端部に導き照明用レンズを介して被
写体に照射し、照明された被写体の像を先端部のＣＯＤ
のｍ像面に結像し、このＣＯＤを同じくスコープに接続
された信号処理装置からドライブして被写体の像から光
電変換された画像信号を得るものである。

この電子スコープの先端部は非常に小さな容積中にｃｃ
ｏ、ｃｃｏ出力のバッファ回路、ライトガイド、レンズ
類等が配されており、これらＣ０Ｄ１バッフ？回路、ラ
イトガイドなどの発熱によって比較的高い温度になるこ
とが知られている。

ＣＯＤなどの半導体素子は動作環境がｔｓ温になると素
子の寿命に悪影響を及ばずため、これらの発熱を抑える
ことが課題の一つなっている。

例えば特開昭６３−７１２３３号公報には先端部に温度
センサを設け、先端部の温度上昇を検知した際に照明光
の売足を落として発熱を抑える技術が示されている。

しかしながら、上記従来技術では先端部に温度センサを
設ける必要があり、これによってスコープ先端部の硬性
部の大型化、あるいはスコープの大径化を招き、ひいて
は患者の苦痛の増大や１ｉ１２察時の操作性の劣化とな
る。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものでありスコープ
先端部が大型化することなく、先端部の温度上昇を検知
することができ、挿入部先端部に設けられた半導体素子
の寿命を長くすることのできる電子内視ｖｔ装置を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明の電子内視鏡装置に
おいては、ＩＩＩＩ長の挿入部と、挿入部の先端部に設
けられた固体ｔｉ像素子とを有する電子内視鏡と、固体
搬像索子を駆動Ｊる駆動手段と、駆動手段により読み出
された信号を処理して画像信号として出力する信号処理
手段とを右する信号処理装置を礪えるものにおいて、固
体撮像素子の出力信Ｖ）中の光学的黒部分の信号レベル
と、固体搬像素子を構成する光電変換素子の出力に起因
しない部分の信号レベルとの差から挿入部先端部の温度
を検出する温度上昇検出手段を備えるものである。

［作用］ 上記のように構成された電子内視鏡装置の固体ｌｌ像素
子は駆動手段によって駆動され、信号を出力する。固体
踊＠素子の出力信号は撮像信号部分と光学的黒部分と固
体ＩＩ像素子を構成する光電変換素子の出力に起因しな
い部分とからなり、温度上昇検知手段に入力される。温
度上昇検知手段は光学的黒部分の信号レベルと光電変換
素子に起因しない部分の信号レベルの差から挿入部先端
部の温度を検知する。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は固体ｉｌｌｌ素像および温度上界検知回路のブロッ
ク図、第２図は電子内？！鏡装置のブロック図、第３図
は湿度上背がない場合の温度上背検知回路の動作を説明
するタイミングチャート図、第４図は温度上昇がある場
合の温度上界検知回路のタイミングチャート図、第５図
はｌｌａ電流と湿度の関係を示す説明図である。

第２図において、本実施例の電子内視ｍｉ置１は電子内
視鏡２と光源装置３と信号処理装置４と画像デイスプレ
ィ６とから構成されている。

上記電子内祝１１２は被検査対象内に挿入される挿入部
７を備えており、挿入部７の手元側端部には大径の操作
部８が連設されている。操作部８にはライトガイドケー
ブル９が設けられており、ライトガイドケーブル９の端
部は前記光源装置３に接続されている。

上記挿入部７の先端面には対物レンズ系１１と配光レン
ズ系１２とが設けられており、対物レンズ系１１の後方
には固体搬像素子１３が対物レンズ系１１より取り込ま
れた像を搬像面に結像できるように設けられている。固
体陽像素子１３は搬像面１に結像した光学像を画像信号
に変換するもので、前記信号処理装置４内のＣＣＤ駆動
回路１４に接続されており、ＣＣＤ駆動回路１４から画
像信号を読み出すための駆動パルスを印加されるように
なっている。また、配光レンズ系１２の後方には照明光
を伝達するライトガイドするの出射端面が設けられてお
り、ライトガイドするを伝達された照明光を被写体１７
に照銅するようになっている。ライトガイドするは挿入
部７と操作部８とライトガイドケーブル９内を挿通され
て前記光源装置３に至るように配設されている。

上記光源装置３は照明光を出射する光源ランプ１８を備
えており、光源ランプ１８から出射された照明光は較り
１９によって光間が制限され、集光レンズ２１によって
前記ライトガイドするの入射端面に照射されるようにな
っている。また、絞り１９は絞り制御回路２２によって
絞り吊を制御されるようになっている。

上記信号処理装置４は前記固体ａｍ素子１３からの出力
信号をゲインアップ回路２３と温度上昇検知手段として
の温度上昇検知回路２４とに入力するようになっている
。温度上昇検知回路２４はタイミング信号発生回路２６
と接続されてタイミング信号を入力されるようになって
おり、タイミング信号と入力された画像信号に基づき挿
入部７の固体搬像索子１３が内蔵された先端部分の温度
上昇を検知するものである。

上記ゲインアップ回路２３は温度上界検知回路２４から
の温度上昇を検知した場合に出力する検知信号を受けて
入力された画像信号のゲインを例えば２倍に上げて調光
回路２７と信号処理回路２８とに出力するようになって
いる。

上記調光回路２７は前記絞りｉ！ｊ１ｍ回路２２に接続
されており、入力された画像信号の平均レベルをチエツ
クして、そのレベルが所定値となるように絞り制御回路
２２に制御信号を出力するようになっている。すなわら
、画像信号の平均レベルが所定値より高い場合には絞り
１９がより光示を減するように、また、低い場合には光
Ｒを増すように制御すべく構成されている。

上記信号処理回路２８は画像デイスプレィ６に接続され
、固体Ｉｉ像素子１３から出力された画像信号を画像デ
イスプレィ６にて表示可能な形態の信号に変換するよう
になっている。

なお、前記タイミング信号発生回路２６は前記ＣＣＤ駆
動回路１４と信号処理回路２８とにタイミング信号を出
力し、ＣＣＤ駆動回路１４ではタイミング信号に基づき
前記駆動パルスを出力し、信号処理回路２８ではタイミ
ング信号に基づき画像信号を信号処理するようになって
いる。

第１図において固体Ｒ画素子１３は撮像面２９を有し、
県像面２９はさらに画素（図示せず）と呼ぶ、それぞれ
別個の光電変換素子としてのフオダイオードが縦横に並
べられた微小領域から構成されている。撮像面２９には
入射光検知部分３１および光学的黒部分（以下、０８部
と略記する。）３２とが設けられている。入射光検知部
分３１はその表面に結像される光学像を２次元的な電荷
の分布に変換する部分であり、０８部３２は入射光検知
部分３１と同等な変ｔ１１！！機能を持ちつつその表面
に光の入射を遮るマスクが施された部分である。

踊像面２９において入射光から変換された電荷は各画素
毎に水平転送ライン３３に転送されるようになっている
。水平転送ライン３３は画像信号入力部３３ａ、ＯＢ信
号入力部３３ｂ１ダミ一部３３ｃが設けられている。画
像信号入力部３３ａは入射光検知部分３１の電荷が垂直
転送され、ＯＢ信号入力部３３ｂは０８部３２の電荷が
垂直転送される。ダミ一部３３ｃは撮像面２９からの電
荷の垂直転送は受けず、このために垂直転送後、水平転
送が行われるまでは電荷は存在しない。水平転送ライン
３３はＣＣＤ駆動回路１４の一部である水平ドライブ回
路４２からの水平転送パルスによって１画素ずつ電荷が
出力し、この電荷が出力アンプ３４を経て前記ゲインア
ップ回路２３および温度上昇検知回路２４に入力される
ようになっている。

上記温度上昇検知回路２４は第１ないし第３のサンプル
ホールド回路３６．３７．３８と減算回路３９とコンパ
レータ回路４１とから構成されている。第１のサンプル
ホールド回路３６はタイミング信号発生回路２６から入
力する第３図（Ｃ）に示すサンプリングパルス１のタイ
ミングで同図（ｂ）に示すＣＯＤ出力をサンプリングし
、同図（ｄ）で承り信号を第２および第３のサンプルホ
ルト回路３７．３８に出力するようになっている。第２
のサンプルボールド回路３７はタイミング信号発生回路
２６から入力される同図（ｅ）で示すサンプリングパル
ス２のタイミングで、第３のサンプルボールド回路３８
ではタイミング信号発生回路２６から入力される同図（
ｆ）で示すサンプリングパルス３のタイミングで第１の
丈ンブルホールド回路３６の出力信号を各々サンプリン
グするようになっている。第２および第３サンボウルホ
ールド回路３７．３８でサンプリングされた信号は減算
回路３９に入力され、信号レベルの差が求まれてコンパ
レータ回路４１に入力されるようになっている。コンパ
レータ回路４１は入力信号を所定の閾値と比較し入力さ
れる信号が閾値より大きい場合は温度上昇検知信号を前
記ゲインアップ回路２３に対して出力するようになって
いる。

上記のように構成された本実施例の作用を次に説明する
。

光源装置３の光源ランプ１８から出射された照明光は絞
り１９によって適切な照明光Ｒとされて集光レンズ２１
でライトガイドするの入射端面に照射される。照明光は
ライトガイドするを伝達されて配光レンズ系１２より被
写体１７に照射される。被写体１７からの反射光は対物
レンズ系１１によって固体１１ｉＨｆｇｌＸ子１３の入
射光検知部分３１に結像する。入射光検知部分３１を構
成する図示しない画素は入射光を電荷に変換する。

ＣＯＤ駆動回路１４はタイミング信号発生回路２６から
入力されるタイミング信号に基づいて図示しない垂直転
送パルスを固体［Ｅｌ素子１３に出力し、固体撮像索子
１３では垂直転送パルスによって電荷が順次垂直方向に
転送され、撮像面２９の下端の一列分は水平転送ライン
３３に転送される。ＣＯＤ駆動回路１４の一部である水
平ドライブ回路４２は第３図（ａ）で示す水平転送パル
スφＳを固体ｍ機素子１３に出力する。固体搬像素子１
３からは水平転送パルスφＳにより水平転送ライン３３
に垂直転送されている電荷が逐次読み出される。ずなわ
ら、同図（ｂ）に示すようにダミ一部（ここでは３画素
）、０８部（ここでは３画素）の電荷が最初に順に読み
出され、引き続きＲ像信号部の電荷が読み出される。読
み出されたＣＯＤ出力は出力アンプ３４で電圧信号に変
換されてゲインアップ回路２３と温度上昇検知回路２４
とに出力される。温度上昇検知回路２４では第１のサン
プルホールド回路３６によってピーク部分が読み出され
た画素類に同図（ｄ）で示すようにサンプルホールドさ
れ、第２のサンプルホールド回路３７によってダミ一部
の信号レベルが、第３のサンプルボールド回路３８によ
って０８部の信号レベルがそれぞれサンプルホールドさ
れ、結局減算回路３９の出力はダミ一部と０８部の信号
レベルの差となる。同図（ｂ）で示すＣＯＤ出力ではダ
ミ一部と０８部での信号レベルが差がないため、減算回
路３９の出力は零となり、温度上昇検知信号は出力され
ない。このためゲインアップ回路２３ではゲインアップ
が行われず、ＣＯＤ出力信号はそのまま処理され画像と
して画像デイスプレィ６に表示される。この場合調光回
路２７にはゲインアップされない信号が入力されること
になり、この信号が所定レベルとなるように絞り制御回
路２２がｉ１１御される。

一方、固体Ｉｉ像毒素子３の撮像面２９のフォトダイオ
ードはその温度により発生する暗電流がある。この暗電
流の特性の概要を第５図に示す。

第４図は固体ｆｉ画像子１３の温度が上昇し、暗電流が
増加した状態での各部の信号を示す。同図（ｂ）ではフ
ォトダイオードで発生した暗電流によってＯ８部及び搬
像信号部の信号レベルが一定量増加している。しかし、
ダミ一部ではその信号レベルがフォトダイオードで発生
ずる電荷の６ｉに起因していないため、この暗電流によ
る増加はない。すると同図（ｄ）で示すように第１のサ
ンプルホールド回路３６の出力においてダミ一部と０８
部での信号レベルの差Δが生じ、このりがそのまま減算
回路３９の出力となる。したがって、固体搬像素子１３
の温度が第５図のＴｏを越えると減算回路３９の出力が
コンパレータ回路４１の閾ｌｆｉ　Ｖ　ｓを越え、温度
上昇検知信号がゲインアップ回路２３に対して出力され
る。

上記のように温度上昇検知信号がゲインアップ回路２３
に対して出力されると、ゲインアップ回路２３は入力さ
れる固体搬像素子１３の出力信号を例えば２倍に増幅す
る。すると、調光回路２７には第３図で示した状態より
も２倍に増幅された信号が入りされることになり、この
信号が所定のレベルとなるように絞り制御回路２２が制
御されて絞られるため固体ぬ機素子１３の温度がＴｏよ
り小さい場合に比べてライトガイドするに入射される光
（イ）が半分になることになる。すなわち、ライトガイ
ドするでの光量の損失に起因する発熱が減少し、固体１
１像素子１３の温度上シＩが抑えられる結果となる。

なお、画像信号に対する明電流の増加の影響は０８部の
信号レベルを基準として娼像信号部の信号レベルを得る
という従来公知のクランプの技術を信号処理回路２８に
適用することでキャンセル出来る。

本実施例では、小形化が求められるス］−ブ先端部に何
等新規な部品を加えることなく、その結果固体撮像素子
１３の温度上昇が抑えられ、その信頼性を向上すること
ができる。

第６図及び第７図は本発明の第２実施例に係り、第６図
は本実施例の主要部を示すブロック図、第７図はａＪ作
を説明するタイミングチＶ−ト図である。

本実施例は相関二重サンプリング（以下、ＣＤＳと略記
する。）回路４６を用いて出力信号に含まれるリセット
ノイズや１／ｆノイズを除去する信号処理回路に本発明
を適用したものである。

本実施例では第１実施例で述べたＣＯＤ駆動回路１４に
代えて本出願人による特願平１−８７２５１号明細ｍに
示されている３値パルス発生回路４７を設けている。該
３Ｉｔ１パルス発生回路４７はタイミング信号発生回路
４８よりのタイミング信号を受けて、３値波形のパルス
信号を発生するようになっている。３値パルス発生回路
４７の出力信号は水平ドライブ回路４５を経て固体撮像
素子１３に送出されるようになっている。

固体ＩＮＨａ素子１３の出力信号はプリアンプ回路４９
を経てＣＤＳ回路４６に入力され、ＣＤＳ回路４６では
タイミング信号発生回路４８からのタイミング信号に基
づき固体撮像素子１３の出力信号のフィールドスル一部
を基準として信号のピーク部分を得ることで固体撮像素
子１３の出力の低域ノイズ成分を除去するようになって
いる。

ＣＤＳ回路４６の出力信号はクランプ回路５１に送出さ
れてタイミング信号発生回路４８からのクランプパルス
に同期してＭ準電圧レベルＶＲに固定されるようになっ
ている。クランプ回路５１の出力信号は分岐されて、一
方はブランキング挿入回路５２に、他方はサンプルホー
ルド回路５３に各々入力されるようになっている。サン
プルホルト回路５３ではタイミング信号発生回路４８か
らのサンプルホールドパルスによって入力信号の信号レ
ベルをサンプルホールドし、減算回路３９に出力する。

減褌回路３９には基準電圧ＶＲが入力されるようになっ
ており、この基準電圧■Ｒとサンプルホールド回路５３
からの信号レベルとの間で減算が行われて、その結果が
コンパレータ回路４１に出力されようになっている。コ
ンパレタ回路４１は第１実施例で述べたように減算回路
３９からの信号レベルが閾値Ｖｓを越えると温度上昇検
知付口を出力するようになっている。

一方、ブランキング挿入回路５２ではブランキング期間
の信号レベルが一定になるように信号が整形されてゲイ
ンアップ回路２３に出力される。

ゲインアップ回路２３はアンプ回路５４とスイッチ回路
５６とから構成されており、ブランキング挿入回路５２
の出力信号はアンプ回路５４とスイッチ回路５６の他方
の入力端子に入力されるようになっている。アンプ回路
５４は例えば２倍のゲインを持っており、信号をスイッ
チ回路５６の一方の入力端子に出力づるようになってい
る。スイッチ回路５６は前記コンパレータ回路４１から
の温度上昇検知信号によって入力端子を選択するように
なっており、温度上昇検知信号が入力された場合にはア
ンプ回路５４側を、入力されない場合はブランキング挿
入回路５２に直接接続された入力端子を選択覆るように
なっている。スイッチ回路５６の出力端子は第１実施例
で述べた信号処理回路２８及び調光回路２７とに接続さ
れている。

なお、本実施例ではナンブルホールド回路５３と減算回
路３９とコンパレータ４１とで温度上昇検知手段として
の温度上昇検知回路２４が構成されている。

その他の構成は第１実施例と同様である。

次に本実施例の作用を説明する。

３値パルス発生回路４７からの３１波形である水平転送
パルスは水平ドライブ回路４５を経て固体ｉｌｌｌ素像
１３に出力される。固体ｍ機素子１３は水平転送パルス
を印加されることによって第７図（ａ）で示す信号を出
力する。固体搬像索子１３からは最初にダミ一部、０８
部の電荷が順に読み出され、引き続き撮像信号部の電荷
が読み出される。０８部及び撮像信号部はｌＩａ電流に
よって一定出信号レベルが増加している。

読み出された出力はプリアンプ回路４９を経てＣＤＳ回
路４６に入力される。ＣＤＳ回路４６にはタイミング信
号発生回路４８より同図（ｂ）及び（Ｃ）で示すＣＤＳ
パルス１及びＣＤＳパルス２が入力されており、このパ
ルスに基づき入力信号をサンプルホールドする。同図（
ｄ）で示すＣＤＳ回路４６の出力信号のダミ一部と０８
部では暗電流によって信号レベル差Δが生じる。この信
号はクランプ回路５１で同図（ｆ）で示すクランプパル
スによってクランプされ０８部の信号レベルがクランプ
回路５１の出力において基準電圧ＶＲに一致され、ブラ
ンキング挿入回路５２とサンプルホールド回路５３とに
出力される。サンプルホールド回路５３では同図（ｅ）
で示すリンブリングパルスによってダミ一部のサンプル
ホールドが行われ、この信号レベルが減算回路３９に出
力される。減算回路３９では基準電圧ＶＲ１すなわち、
０８部の信号レベルとダミ一部の信号レベルとの間で減
算が行われてレベル差Δが算出されコンパレータ回路４
１に出力される。コンパレータ回路４１はレベル差Δが
１ａｌａａＶｓを越えた場合に温度上昇検知信号をスイ
ッチ回路５６に出力してアンプ回路５４側を選択させる
。これによってブランキング挿入回路５２からの信号は
アンプ回路５４で２倍にゲインアップされ、信号処理回
路２８及び調光回路２７に出力される。また、閾値ＶＳ
を越えない場合はブランキング挿入回路５２の出力信号
はアンプ回路５４を経ないで直接信号処理回路２８及び
調光回路２７に出力される。

その他の作用は第１実施例と同様である。

本実施例によれば固体ｒｉ＊ｉ了の出力信号の処理に不
可欠なりランプ回路などに簡単な回路を付加するだけで
温度上昇を検知することができるという利点がある。

なお、上記の各実施例は単板カラ一方式、面順次方式い
ずれにら適用可能である。

また、温度が上昇した際、プリアンプの入力インピーダ
ンスを上げ固体搬像索子の出力アンプの消費電力を下げ
ることで温度上昇を抑えても良い。

更に、温度が上Ｈした際、固体搬像索子の動作が損なわ
れない範囲でその電源電圧を下げてもよい。

また、温度上昇の抑圧とは別に温度上昇に伴う暗電流に
よるランダムノイズの増加に対して輪郭強調の度合いを
下げる、公知のコアリングのレベルを上げるなどにも適
用可能である。

更にまた、温度上昇の有無だけでなく、第５図に基づい
て多段階の温度の状態の検知も可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、光学的黒部分の信
号レベル及び光電変換素子の出力に起因しない部分の信
号レベルの差から温度を検出する温度上昇検出手段を備
えることによりスコープ先端部が大型化することなく、
先端部の温度上昇を検知することができ、挿入部先端部
に設けられた半導体素子の寿命を長くすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は固体搬像索子および温度上背検知回路のブロック図
、第２図は電子内視鏡装置のブロック図、第３図は温度
上昇がない場合の温度上昇検知回路の動作を説明するタ
イミングチャート図、第４図は温度上昇がある場合の温
度上界検知回路のタイミングチャート図、第５図は暗電
流と温度の関係を示を説明図、第６図及び第７図は本発
明の第２実施例に係り、第６図は本実施例の主要部を示
すブロック図、第７図は動作を説明するタイミングチャ
ート図である。 １３・・・固体撮像素子　　２４・・・温度上昇検知回
路３１・・・入射光検知部分　３２・・・光学的黒部分
３３・・・水平転送ライン　３３ａ・・・画像信号入力
部３３ｂ・・・ＯＢ信号入力部３３ｃ・・・ダミ一部３
６・・・第１のサンプルホールド回路３７・・・第２の
サンプルホールド回路３８・・・第３のサンプルボール
ド回路３９・・・減口回路　　　　４１・・・コンパレ
ータ回路第３ 第４ ｔｆ）　ワンプリンγ パルス３ 第５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 細長の挿入部と、該挿入部の先端部に設けられた固体撮
   像素子とを有する電子内視鏡と、前記固体撮像素子を駆
   動する駆動手段と、該駆動手段により読み出された信号
   を処理して画像信号として出力する信号処理手段とを有
   する信号処理装置とからなる電子内視鏡装置において、 前記固体撮像素子の出力信号中の光学的黒部分の信号レ
   ベルと、前記固体撮像素子を構成する光電変換素子の出
   力に起因しない部分の信号レベルとの差から前記挿入部
   先端部の温度を検出する温度上昇検出手段を備えること
   を特徴とする電子内視鏡装置。