WO2012039398A1 - 内視鏡用温度制御装置 - Google Patents

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WO2012039398A1
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和則 瀬川
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オリンパスメディカルシステムズ株式会社
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    • G02B7/008—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope temperature control device that controls the temperature of an endoscope tip.
  • endoscope apparatuses are used in various fields such as the medical field and the industrial field.
  • an endoscope apparatus is used for, for example, observation of an organ in a body cavity, therapeutic treatment using a treatment tool, surgery under endoscopic observation, and the like.
  • the endoscope is inserted into the body of an environment having a temperature equal to the body temperature and high humidity.
  • the cover glass disposed at the distal end portion of the endoscope may be fogged. In order to prevent this fogging, it is necessary to warm the cover glass and insert it into the body, which is inconvenient.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-175230 discloses an apparatus that controls the temperature by heating the cover glass at the distal end of the endoscope with a heater and controlling the heater with a temperature sensor that detects the temperature of the cover glass. Has been.
  • An object of the present invention is to provide an endoscopic temperature control device capable of forcibly stopping heating when one of the elements for temperature control fails.
  • An endoscope temperature control device generates and generates a heater that is disposed in an endoscope and that is heated as power is supplied, and that is connected to a power source to supply power to the heater.
  • a power supply circuit that supplies power to the heater via a power supply line, a temperature detection unit that detects a temperature of an object to be heated heated by the heater, and a power supply cutoff to the heater provided on the power supply line
  • a semiconductor switch for switching the temperature of the object to be heated by controlling the semiconductor switch based on a temperature detection result of the temperature detection unit, and turning off the semiconductor switch based on the temperature detection result
  • a control unit that performs power supply, a mechanical switch that is provided on a line for supplying power from the power source to the heater, and switches the conduction of the line.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an insertion unit 6.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view taken along line II-II in FIG. 3. A graph for explaining temperature control by the FPGA 30 with time on the horizontal axis and the temperature of the thermistor 27 on the vertical axis. The flowchart for demonstrating the failure of each part and control at the time of a failure.
  • the block diagram which shows a modification The block diagram which shows a modification.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an endoscope temperature control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an external view showing a schematic configuration of an endoscope apparatus in which the endoscope temperature control apparatus of FIG. 1 is employed.
  • the endoscope apparatus 1 includes an endoscope 2, a light source device 3, and a camera control unit (hereinafter abbreviated as CCU) 4 that performs temperature control.
  • CCU camera control unit
  • the endoscope 2 includes an insertion portion 6 that is inserted into an observation target and an operation portion 7 that is connected to a proximal end portion of the insertion portion 6.
  • the operation unit 7 is provided with switches for operating the endoscope 2 and is connected to the light source device 3 and the CCU 4.
  • the CCU 4 has various devices and circuits including the CPU 8 inside.
  • the observation by the endoscope apparatus 1 is performed by inserting the insertion portion 6 of the endoscope 2 into the human body.
  • a trocar (not shown) may be disposed so as to pass through the abdominal wall of the human body, and the insertion portion 6 may be inserted into the trocar so as to be guided to a desired observation location.
  • a light guide which will be described later, is inserted in the insertion portion 6, and illumination light from the light source device 3 can be irradiated to the observation location.
  • the insertion unit 6 has an image pickup unit disposed at the tip, and the image pickup device picks up the reflected light from the observation location based on the control by the CCU 4.
  • the CCU 4 is operated by various devices and circuits including the CPU 8, processes the captured image, and the processed image is output and displayed on, for example, a monitor (not shown).
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the insertion portion 6.
  • the insertion portion 6 includes an inner tube 10 and an outer tube 11 having a diameter larger than that of the inner tube 10 and arranged to cover the outer peripheral surface of the inner tube 10. . Since the outer tube 11 may directly touch a living tissue, the inner tube 10 and the outer tube 11 are made of an insulating material.
  • the inner tube 10 includes a lens 12, a charge-coupled device (hereinafter abbreviated as CCD) 13 constituting an imaging unit, and a heater 14 constituting a heat generating unit.
  • the heater 14 has a ring shape, and is arranged so that the outer peripheral surface of the ring shape is along the inner wall surface of the distal end portion of the inner tube 10.
  • the lens 12 is disposed on the inner peripheral side of the ring-shaped heater 14 at the tip of the inner tube 10.
  • the CCD 13 is arranged so that the light receiving surface is positioned at a position where the lens 12 forms an image of light from the outside inside the inner tube 10.
  • a light guide 15 that is a light guide fiber is inserted in the outer tube 11 along the axial direction of the outer tube 11, and the distal end of the light guide 15 is exposed at the distal end surface of the outer tube 11. .
  • a disc-shaped cover glass 16 made of a member that transmits light is disposed at the distal end portion of the outer tube 11.
  • the temperature sensor 17 as a temperature detection part is arrange
  • a thermistor can be employed as the temperature sensor 17.
  • the temperature sensor 17 is preferably disposed in the vicinity of the cover glass 16 in order to correctly detect the temperature.
  • the cover glass 16 may be configured by a lens.
  • a light emitting diode may be provided at the distal end portion of the insertion portion 6 without providing the light guide 15.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the CCD 13, the heater 14, and the temperature sensor 17 are connected to the CCU 4 via signal lines L, respectively.
  • the heater 14 and the temperature sensor 17 are arranged at positions not included in the imaging range of the CCD 13 (the imaging range is indicated by a two-dot chain line in the figure).
  • the heater 14 is not limited to the position and shape described above, and is arranged from the tip of the inner tube 10 to the facing surface of the facing cover glass 16 so as not to be included in the imaging range of the CCD 13. Any position and shape can be used.
  • the illumination light generated in the light source device 3 is guided by the light guide 15 and irradiated from the distal end of the insertion portion 6, that is, the distal end of the outer tube 11.
  • the reflected light from the illuminated observation point passes through the cover glass 16 and forms an image on the light receiving surface of the CCD 13 by the lens 12.
  • the CCD 13 is controlled by the CCU 4 to pick up an image formed and output an image pickup signal to the CCU 4.
  • the heater 14 and the temperature sensor 17 are components for preventing the cover glass 16 from being fogged when the insertion portion 6 is inserted into a human body.
  • the heater 14 is heated by the voltage applied by the CCU 4 and warms the cover glass 16.
  • the temperature of the cover glass 16 is detected by a temperature sensor 17.
  • the resistance value of the temperature sensor 17 changes according to the temperature, and the resistance value is always detected by the CCU 4.
  • the voltage applied to the heater 14 is controlled by the CCU 4 in accordance with the detected temperature so that the temperature of the cover glass 16 is a predetermined temperature.
  • the heater 26 and the thermistor 27 correspond to the heater 14 and the temperature sensor 17 in FIGS. 3 and 4.
  • the heater 26 and the thermistor 27 of the endoscope temperature control apparatus shown in FIG. The other components in FIG. 1 are built in the CCU 4.
  • a power supply voltage of +20 V is supplied to the heater 26 via switches 23 and 24 and a register 25 provided on the power supply line 20.
  • the switch 23 is a mechanical relay
  • the switch 24 is a semiconductor switch such as a MOS switch.
  • a DCDC converter (hereinafter abbreviated as DCDC) 22 is supplied with a power supply voltage of +5 V from a power supply via a switch 32, and the DCDC 22 converts the power supply voltage to, for example, +20 V and supplies it to the power supply line 20. Yes.
  • the heater 26 has one end connected to the register 25 and the other end connected to a reference potential point.
  • the switches 32, 23, and 24 are on, the power supply voltage of +20 V is supplied to the heater 26 via the register 25, and the heater 26 is heated.
  • the FPGA 30 controls the temperature of the heater 26 by turning on and off the switch 24.
  • the thermistor 27 has a resistance value corresponding to the temperature of the cover glass 16.
  • the AMP 28 generates a voltage corresponding to the resistance value of the thermistor 27 and outputs it to the A / D converter 29.
  • the A / D converter 29 converts the input analog value into a digital signal and outputs it to the FPGA 30.
  • the FPGA 30 performs on / off control of the switch 24 so that the temperature detection result becomes a value within a predetermined range.
  • FIG. 5 is a graph for explaining temperature control by the FPGA 30 with time on the horizontal axis and the detected temperature of the thermistor 27 on the vertical axis.
  • the cover glass 16 disposed at the distal end portion of the endoscope insertion portion may be fogged. Therefore, the cover glass 16 is kept at a temperature higher than the body temperature so as not to cause a burn on the living tissue, for example, 38 ° C. or higher and 42 ° C. or lower to prevent fogging.
  • on / off of the switch 24 is controlled every 10 ms.
  • the FPGA 30 detects the temperature every 10 ms when heating of the heater 26 is started. When the detected temperature exceeds 42 ° C., the FPGA 30 turns off the switch 24. Thereby, supply of the power supply voltage to the heater 26 is stopped.
  • the temperature rise of the heater 26 will stop and the temperature of the heater 26 will begin to fall. Accordingly, when the temperature detected by the thermistor 27 becomes 40 ° C. or lower, the FPGA 30 turns on the switch 24 again. In this way, the supply of the power supply voltage to the heater 26 is resumed, and the temperature of the heater 26 rises.
  • the FPGA 30 thereafter repeats the same operation and performs temperature control so that the detected temperature is between about 40 ° C. and 42 ° C.
  • the FPGA 30 turns off the switch 24 when it detects a failure of each part. That is, the switch 24 has a function of cutting off the supply of the power supply voltage for temperature control, and also has a function of a heating stop switch that stops the power supply to the heater 26 in the event of a component failure.
  • Such a switch 24 is repeatedly turned on and off relatively frequently for temperature control. Therefore, in consideration of ON / OFF resistance, it is necessary to use a semiconductor switch as the switch 24. However, the semiconductor switch is in a shoot state when a failure occurs. That is, when the switch 24 fails, the switch 24 cannot be turned off by the FPGA 30 and the power supply to the heater 26 cannot be stopped.
  • the switch 23 is arranged in series with the switch 24 on the power supply line 20.
  • a mechanical relay that is open at the time of failure as the switch 23, it is possible to reliably stop power supply to the heater 26 when the switch 24 fails and to prevent overheating of the heater 26.
  • a switch 32 that is a mechanical relay is disposed on the input end side of the DCDC 22 that supplies the power supply voltage to the power supply line 20. By turning off the switch 32, supply of the power supply voltage from the DCDC 22 can be stopped, and overheating of the heater 26 when the switch 24 fails can be prevented.
  • the switch 23 is controlled to be turned on / off by the comparator 33.
  • the output of the AMP 28 is given to the comparator 33.
  • the comparator 33 compares the output of the AMP 28 with a predetermined threshold voltage, and turns off the switch 23 when the output of the AMP 28 exceeds the threshold voltage.
  • the switch 23 can be turned off, and the heater 26 can be prevented from being overheated.
  • the switch 23 is on / off controlled by the comparator 33.
  • the switch 23 may be on / off controlled by the FPGA 30.
  • the switch 32 may be controlled on / off by the comparator 33 as shown in FIG.
  • the switch 32 is controlled to be turned on and off by a watchdog timer (hereinafter referred to as WDT) 31.
  • WDT watchdog timer
  • the clock from the FPGA 30 is supplied to the WDT 31, and the WDT 31 detects an abnormality of the FPGA 30 when the clock supply from the FPGA 30 is stopped.
  • the WDT 31 turns off the switch 32.
  • the switch 32 can be turned off, and the heater 26 can be prevented from being overheated.
  • the WDT 31 may perform on / off control of the switch 23.
  • the voltage at the input / output terminal of the register 25 is supplied to the operational amplifier 34.
  • the operational amplifier 34 obtains the voltage difference between the input and output terminals of the register 25 and detects the current flowing through the power supply line 20.
  • the operational amplifier 34 outputs an output based on the detected current value to the A / D converter 29.
  • the A / D converter 29 supplies the detection current of the operational amplifier 34 to the FPGA 30. If the FPGA 30 determines that the detected current of the operational amplifier 34 is abnormal, the FPGA 30 turns off the switch 24 or stops the clock supply to the WDT 31.
  • the A / D converter 29 takes the output of the AMP 28 and the output of the operational amplifier 34 in a time-sharing manner, converts it into a digital signal, and outputs it.
  • the switches 23 and 32 are constituted by mechanical relays and are normally on. Accordingly, in normal times, the power supply voltage is supplied to the DCDC 22, and the DCDC 20 supplies + 20V to the power supply line. Since the switch 23 is normally on, the + 20V voltage of the power supply line 20 is applied to the heater 26 via the register 25 when the switch 24 is on, and not applied to the heater 26 when the switch 24 is off.
  • the thermistor 27 detects the temperature of the cover glass 16 in step S1. Further, the operational amplifier 34 detects the current flowing through the register 25 in step S11. The WDT 31 monitors the clock output from the FPGA 30 in step S21.
  • the output of the thermistor 27 is amplified by the AMP 28, converted into a digital signal by the A / D converter 29, and then supplied to the FPGA 30.
  • the FPGA 30 stores the temperature detection result (step S2) and monitors the history of the temperature detection result (step S3).
  • the thermistor 27 is in an open state or a short state due to a failure of the thermistor 27.
  • the thermistor 27 or a cable connected to the thermistor 27 is cut by a mechanical impact or the like.
  • the output of the AMP 28 and the output of the A / D converter 29 become a predetermined upper limit value or lower limit value according to the open or short state of the thermistor 27. If the output of the A / D converter 29 reaches a predetermined upper limit value or lower limit value, the FPGA 30 determines that the thermistor 27 has failed (step S4) and turns off the switch 24. Thereby, the heating of the heater 26 is stopped (step S10).
  • the operational amplifier 34 detects the current flowing through the register 25 and outputs the detection result to the A / D converter 29. If the FPGA 30 determines that the heater 26 is in a short-circuit state based on the detection result of the current flowing through the register 25 (step S12), it then turns off the switch 24.
  • switch 24 Failure of switch 24 (MOS switch)
  • the switch 24 is short-circuited when it fails. Normally, the switch 23 is also on, and a current always flows through the register 25. This current is detected by the operational amplifier 34 and the detection result is supplied to the FPGA 30 via the A / D converter 29.
  • the FPGA 30 determines that the switch 24 has failed when it is detected that a current is flowing through the register 25 during the period in which the switch 24 is controlled to be off (step S12), and supplies the clock to the WDT 31. To stop.
  • step S22 When the clock supply from the FPGA 30 stops (step S22), the WDT 31 turns off the switch 32. As a result, power supply to the DCDC 22 is stopped, and the DCDC 22 stops supplying +20 V to the power supply line 20. Thereby, heating of the heater 26 is prevented and leakage current is also prevented (step S10).
  • the switch 32 when the switch 24 fails, the switch 32 is turned off to prevent the heater 26 from being heated.
  • the switch 23 may be turned off by the output of the FPGA 30. Is clear.
  • switch 23 (mechanical relay)
  • the switch 23 is opened when a failure occurs. Therefore, even if the switch 23 fails, the heater 26 is not heated. Therefore, in the present embodiment, the failure of the switch 23 is not supported.
  • step S4 detects whether or not the output of the AMP 28 exceeds a predetermined threshold voltage (step S4), and if it exceeds, outputs an output that turns off the switch 23. By stopping the heating of the heater 26 by such control of the comparator 33 (step S10), it is possible to prevent the temperature of the heater 26 from rising abnormally.
  • the switch 23 can be turned off by the comparator 33, and there is no problem.
  • the FPGA 30 stores the relationship between the state of the switch 24 and the detected temperature from the A / D converter 29. Even if the switch 24 is continuously turned on for a predetermined time, the FPGA 30 detects the predetermined temperature. If the temperature does not increase, it can be determined that the AMP 28, the A / D converter 29, etc. are out of order (step S6). If the FPGA 30 detects a failure in the AMP 28 or the A / D converter 29, the FPGA 30 subsequently turns off the switch 24.
  • the failure of the FPGA 30 can be detected by the WDT 31.
  • the WDT 31 detects the failure by stopping the clock supply from the FPGA 30 (step S22)
  • the WDT 31 turns off the switch 32. Thereby, heating of the heater 26 is prevented (step S10).
  • the heater 26 or thermistor 27 falls off from the vicinity of the cover glass 16. For example, when the thermistor 27 falls off from the mounting position, the thermistor 27 sufficiently detects the temperature of the cover glass 16 depending on the place where it is dropped. In some cases, the temperature of the heater 26 may be set higher than necessary. Under normal conditions, when the switch 24 is on, the heater 26 is heated by being applied with a voltage, and the temperature of the thermistor 27 is necessarily increased.
  • the FPGA 30 takes in the temperature detection result from the thermistor 27 at intervals of 10 ms, for example, and controls the on / off of the switch 24, and determines whether or not the detected temperature has increased by an increase corresponding to this interval (step) S5). If the expected temperature rise is not detected, the FPGA 30 estimates that the reason is that the thermistor 27 is dropped or a failure occurs due to autoclave.
  • the FPGA 30 determines that there is an abnormality such as dropout and turns off the switch 24. Thereby, it is possible to prevent the heater 26 from being abnormally heated due to an abnormality such as dropping of the thermistor 27 (step S10).
  • the temperature of the heater is controlled by turning on and off the semiconductor switch based on the detected temperature of the cover glass.
  • the FPGA detects an abnormality
  • the FPGA performs a heating stop operation to turn off the semiconductor switch.
  • a mechanical switch such as a mechanical relay is provided on the power supply line or the power supply line, and these are controlled by FPGA or other components. The switch is controlled to prevent overheating of the heater.

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Abstract

　内視鏡用温度制御装置は、ヒータと、電源に接続されてヒータに供給する電力を発生し、発生した電力を電源ラインを介してヒータに供給する電源回路と、ヒータによって加熱される被加熱物の温度を検出する温度検出部と、電源ライン上に設けられヒータへの電力の供給遮断を切換える半導体スイッチと、温度検出部の温度検出結果によって半導体スイッチを制御して被加熱物の温度制御を行うと共に、温度検出結果に基づいて半導体スイッチをオフにする加熱停止制御を行う制御部と、電源からヒータまでの電力供給のためのライン上に設けられてラインの導通遮断を切換えるメカニカルスイッチと、ヒータの温度制御に異常が発生した場合には、メカニカルスイッチをオフにする加熱停止制御を行う加熱停止回路とを具備したことを特徴とする。

Description

内視鏡用温度制御装置
　本発明は、内視鏡先端の温度を制御する内視鏡用温度制御装置に関する。
　近年、内視鏡装置は、例えば医療分野、工業分野など、様々な分野において用いられている。医療分野においては、内視鏡装置は、例えば体腔内の臓器の観察、処置具を用いての治療処置、内視鏡観察下における外科手術などに用いられる。
　このような医療分野において、内視鏡は、体温と等しい温度であり、かつ、湿度が高い環境の体内に挿入される。このような環境に内視鏡が挿入された場合、内視鏡先端部に配置されたカバーガラスに曇りが生じることがある。この曇りを防止するためには、カバーガラスを温めてから体内に挿入する必要があり、不便である。
　そこで、日本国特開２００７－１７５２３０号公報においては、内視鏡先端のカバーガラスをヒータによって暖めると共に、カバーガラスの温度を検出する温度センサによってヒータを制御して、温度制御を行う装置が開示されている。
　しかしながら、従来例においては、温度調整のための各素子の１つに故障が生じた場合には温度計測を確実に行うことができず、正確な温度制御が不可能であり、カバーガラスの曇りを防止することができなくなることがあるという問題があった。
　本発明は、温度制御のための各素子の１つに故障が生じた場合等において、加熱を強制的に停止させることができる内視鏡用温度制御装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る内視鏡用温度制御装置は、内視鏡に配置され電力供給に伴って加熱されるヒータと、電源に接続されて前記ヒータに供給する電力を発生し、発生した電力を電源ラインを介して前記ヒータに供給する電源回路と、前記ヒータによって加熱される被加熱物の温度を検出する温度検出部と、前記電源ライン上に設けられ前記ヒータへの電力の供給遮断を切換える半導体スイッチと、前記温度検出部の温度検出結果によって前記半導体スイッチを制御して前記被加熱物の温度制御を行うと共に、前記温度検出結果に基づいて前記半導体スイッチをオフにする加熱停止制御を行う制御部と、前記電源から前記ヒータまでの電力供給のためのライン上に設けられて前記ラインの導通遮断を切換えるメカニカルスイッチと、前記ヒータの温度制御に異常が発生した場合には、前記メカニカルスイッチをオフにする加熱停止制御を行う加熱停止回路とを具備したことを特徴とする。
本発明の一実施の形態に係る内視鏡用温度制御装置を示すブロック図。 図１の内視鏡用温度制御装置が採用される内視鏡装置の概略構成を示す外観図。 挿入部６の概略的な構成図。 図３のII－II線に沿った概略的な断面図。 横軸に時間をとり縦軸にサーミスタ２７の温度をとって、ＦＰＧＡ３０による温度制御を説明するためのグラフ。 各部の故障と故障時の制御を説明するためのフローチャート。 変形例を示すブロック図。 変形例を示すブロック図。 変形例を示すブロック図。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る内視鏡用温度制御装置を示すブロック図である。図２は図１の内視鏡用温度制御装置が採用される内視鏡装置の概略構成を示す外観図である。
　先ず、図２を参照して、内視鏡装置の概要について説明する。図２に示すように、内視鏡装置１は、内視鏡２と、光源装置３と、温度制御を行うカメラコントロールユニット（以下、ＣＣＵと略記）４とを含んで構成される。
　内視鏡２は、観察対象に挿入する挿入部６と、挿入部６の基端部に接続される操作部７と、を含んで構成される。この操作部７は、内視鏡２を操作するためのスイッチ類が設けられており、光源装置３、及びＣＣＵ４に接続される。ＣＣＵ４は、内部にＣＰＵ８を含む種々の装置、及び回路を有している。
　この内視鏡装置１による観察は、内視鏡２の挿入部６を人体に挿入することによって行われる。この場合には、例えば図示しないトロッカーを人体の腹壁を通すように配置し、挿入部６をこのトロッカーに挿入することによって、所望の観察箇所に案内するようにしてもよい。
　挿入部６には、後述するライトガイドが内挿されており、光源装置３からの照明光を観察箇所に照射することができる。さらに、挿入部６は、撮像手段が先端部に配置されており、この撮像素子は、ＣＣＵ４による制御に基づいて、観察箇所からの反射光を撮像する。
　そして、ＣＣＵ４は、ＣＰＵ８を含む種々の装置、及び回路により動作しており、撮像した画像の処理を行い、処理された画像は、例えば図示しないモニタ等に出力され、表示される。
　次に、図３を用いて、挿入部６の詳細な構成を説明する。
　図３は挿入部６の概略的な構成図である。図３に示すように、挿入部６は、インナーチューブ１０と、インナーチューブ１０よりも径が大きく、インナーチューブ１０の外周面を覆うように配置されたアウターチューブ１１と、を含んで構成される。アウターチューブ１１は、生体組織に直接触れることがあるため、インナーチューブ１０、及びアウターチューブ１１は、絶縁材料により構成されている。
　また、図３に示すように、インナーチューブ１０は、レンズ１２と、撮像部を構成する電荷結合素子（以下、ＣＣＤと略記）１３と、発熱部を構成するヒータ１４と、を有する。ヒータ１４は、リング形状であり、そのリング形状の外周面がインナーチューブ１０の先端部の内壁面に沿うように配置される。
　レンズ１２は、インナーチューブ１０の先端部のリング形状のヒータ１４の内周側に配置される。また、ＣＣＤ１３は、レンズ１２が外部からの光をインナーチューブ１０の内部に結像する位置に、受光面が位置するように配置される。
　一方、アウターチューブ１１には、ライトガイドファイバであるライトガイド１５がアウターチューブ１１の軸方向に沿って内挿されており、ライトガイド１５の先端は、アウターチューブ１１の先端面に露出している。また、アウターチューブ１１の先端部には、光を透過する部材により構成された円板状のカバーガラス１６が配置される。
　そして、温度検出部としての温度センサ１７は、カバーガラス１６のレンズ１２に対向する内側の面に接触するように配置される。温度センサ１７としては例えばサーミスタを採用することができる。温度センサ１７は、温度を正しく検出するためには、カバーガラス１６の近傍に配置した方がよい。なお、カバーガラス１６は、レンズによって構成されてもよい。また、ライトガイド１５を設けずに、挿入部６の先端部に発光ダイオードを備えるようにしてもよい。
　さらに詳細な挿入部６の構成を断面図を用いて以下に説明する。
　図４は、図３のII－II線に沿った概略的な断面図である。図４に示すように、ＣＣＤ１３、ヒータ１４、及び温度センサ１７は、それぞれ信号線Ｌを介してＣＣＵ４に接続されている。ヒータ１４、及び温度センサ１７は、それぞれＣＣＤ１３の撮像範囲（図中、２点鎖線にて撮像範囲を示す）に含まれない位置に配置される。
　なお、ヒータ１４は、上述した位置、及び形状に限らず、インナーチューブ１０の先端部から、対向するカバーガラス１６の対向面までの間であって、ＣＣＤ１３の撮像範囲に含まれないように配置されるならば、どのような位置、及び形状であってもよい。
　上述したように、光源装置３において発生した照明光は、ライトガイド１５により導光され、挿入部６の先端、つまり、アウターチューブ１１の先端から照射される。照明された観察箇所からの反射光は、カバーガラス１６を透過し、レンズ１２によってＣＣＤ１３の受光面に結像する。ＣＣＤ１３は、ＣＣＵ４によって制御され、結像した像を撮像し、ＣＣＵ４へ撮像信号を出力する。
　また、ヒータ１４、及び温度センサ１７は、挿入部６を人体に挿入したときに発生するカバーガラス１６の曇りを防止するための構成要素である。ヒータ１４は、ＣＣＵ４により電圧を印加されて発熱し、カバーガラス１６を温める。
　カバーガラス１６の温度は、温度センサ１７によって検出される。この温度センサ１７は、例えば温度に応じて抵抗値が変化し、抵抗値は、ＣＣＵ４により常に検出される。そして、ＣＣＵ４によって、カバーガラス１６の温度を所定の温度にするように、検出した温度に応じてヒータ１４に印加する電圧が制御される。
　図１においてヒータ２６及びサーミスタ２７は、図３及び図４のヒータ１４及び温度センサ１７に相当する。即ち、図１に示す内視鏡用温度制御装置のうちヒータ２６及びサーミスタ２７は内視鏡２に内蔵される。図１の他の構成要素は、ＣＣＵ４に内蔵される。
　ヒータ２６には、電源ライン２０上に設けられたスイッチ２３，２４及びレジスタ２５を介して例えば＋２０Ｖの電源電圧が供給される。なお、スイッチ２３はメカニカルリレーであり、スイッチ２４はＭＯＳスイッチ等の半導体スイッチである。ＤＣＤＣコンバータ（以下、ＤＣＤＣと略記）２２にはスイッチ３２を介して電源から＋５Ｖの電源電圧が与えられており、ＤＣＤＣ２２は電源電圧を例えば＋２０Ｖに変換して電源ライン２０に供給するようになっている。
　ヒータ２６は一端がレジスタ２５に接続され、他端が基準電位点に接続される。スイッチ３２，２３，２４がオンの場合には、ヒータ２６にレジスタ２５を介して＋２０Ｖの電源電圧が供給されることになり、ヒータ２６は加熱する。ＦＰＧＡ３０はスイッチ２４をオン，オフ制御することによって、ヒータ２６の温度を制御する。
　サーミスタ２７は上述したように、カバーガラス１６の温度に応じた抵抗値となる。ＡＭＰ２８は、サーミスタ２７の抵抗値に応じた電圧を発生してＡ／Ｄ変換器２９に出力する。Ａ／Ｄ変換器２９は入力されたアナログ値をデジタル信号に変換してＦＰＧＡ３０に出力する。こうして、ＦＰＧＡ３０には、カバーガラス１６の温度の検出結果が与えられる。ＦＰＧＡ３０は温度の検出結果が所定の範囲内の値となるように、スイッチ２４をオン，オフ制御する。
　図５は横軸に時間をとり縦軸にサーミスタ２７の検出温度をとって、ＦＰＧＡ３０による温度制御を説明するためのグラフである。
　内視鏡装置を用いて外科手術などを行う際、内視鏡挿入部の先端部に配置されるカバーガラス１６に、曇りが生じることがある。そこで、カバーガラス１６を、体温より高く生体組織に熱傷を起こさない程度の温度、例えば３８℃以上４２℃以下に保つことで、曇りを防止する
　ＦＰＧＡ３０は、例えば、カバーガラス１６の温度の検出結果に基づいて１０ｍｓ毎にスイッチ２４のオン，オフを制御する。ＦＰＧＡ３０は、ヒータ２６の加熱を開始すると１０ｍｓ毎に温度を検出する。検出温度が４２℃を超えると、ＦＰＧＡ３０はスイッチ２４をオフにする。これにより、ヒータ２６への電源電圧の供給が停止する。そうすると、ヒータ２６の温度上昇が停止し、ヒータ２６の温度が下降し始める。これに伴い、サーミスタ２７による検知温度が４０℃以下になると、ＦＰＧＡ３０は再びスイッチ２４をオンにする。こうして、ヒータ２６への電源電圧の供給が再開され、ヒータ２６の温度が上昇する。
　ＦＰＧＡ３０は、以後同様の動作を繰り返し、検知温度が略４０℃と４２℃との間の温度になるように温度制御を行う。
　本実施の形態においては、ＦＰＧＡ３０は、各部の故障を検知すると、スイッチ２４をオフにするようになっている。即ち、スイッチ２４は、温度制御のための電源電圧の供給遮断を行う機能を有すると共に、部品の故障時において、ヒータ２６への電源供給を停止する加熱停止スイッチの機能を有する。
　このようなスイッチ２４は、温度制御のために比較的頻繁にオン，オフを繰り返す。従って、オン，オフ耐性を考慮すると、スイッチ２４としては半導体スイッチを用いる必要がある。ところが、半導体スイッチは、故障時にシュート状態となる。即ち、スイッチ２４が故障した場合には、ＦＰＧＡ３０によってスイッチ２４をオフにすることができず、ヒータ２６への電源供給を停止させることができなくなってしまう。
　そこで、本実施の形態においては、電源ライン２０上に、スイッチ２４に直列にスイッチ２３を配置する。スイッチ２３として故障時にオープン状態となるメカニカルリレーを用いることで、スイッチ２４の故障時におけるヒータ２６への電源供給を確実に停止させて、ヒータ２６の過加熱を防止することができる。
　また、本実施の形態においては、電源ライン２０に電源電圧を供給するＤＣＤＣ２２の入力端側に、メカニカルリレーであるスイッチ３２を配置する。スイッチ３２をオフにすることで、ＤＣＤＣ２２からの電源電圧の供給を停止させて、スイッチ２４の故障時におけるヒータ２６の過加熱を防止することができる。
　本実施の形態においては、スイッチ２３はコンパレータ３３によってオン，オフ制御するようになっている。コンパレータ３３にはＡＭＰ２８の出力が与えられる。コンパレータ３３は、ＡＭＰ２８の出力と所定の閾値電圧とを比較し、ＡＭＰ２８の出力が閾値電圧を超えた場合にスイッチ２３をオフにする。これにより、ＡＭＰ２８から異常な電圧値が発生した場合に、スイッチ２３をオフにすることができ、ヒータ２６が過加熱状態となることを防止することができる。
　なお、本実施の形態においては、スイッチ２３をコンパレータ３３によってオン，オフ制御する例を説明するが、図７に示すように、スイッチ２３をＦＰＧＡ３０によってオン，オフ制御するようにしてもよい。
　更に、コンパレータ３３はスイッチ２３をオン，オフ制御する例を説明するが、図８に示すように、コンパレータ３３によってスイッチ３２をオン，オフ制御するようにしてもよい。
　また、本実施の形態においては、スイッチ３２はウォチドックタイマ（以下、ＷＤＴという）３１によってオン，オフ制御するようになっている。ＷＤＴ３１には、ＦＰＧＡ３０からのクロックが供給されており、ＷＤＴ３１はＦＰＧＡ３０からのクロック供給が停止することによって、ＦＰＧＡ３０の異常等を検出する。ＷＤＴ３１は、ＦＰＧＡ３０からのクロック供給が停止すると、スイッチ３２をオフにする。これにより、ＦＰＧＡ３０に異常が発生した場合に、スイッチ３２をオフにすることができ、ヒータ２６が過加熱状態となることを防止することができる。
　なお、本実施の形態においては、ＷＤＴ３１がスイッチ３２をオン，オフ制御する例を説明するが、図９に示すように、ＷＤＴ３１がスイッチ２３をオン，オフ制御するようにしてもよい。
　また、本実施の形態においては、レジスタ２５の入出力端の電圧はオペアンプ３４に供給されるようになっている。オペアンプ３４はレジスタ２５の入出力端の電圧差を求めて、電源ライン２０に流れる電流を検出する。オペアンプ３４は検出した電流値に基づく出力をＡ／Ｄ変換器２９に出力する。Ａ／Ｄ変換器２９は、オペアンプ３４の検出電流をＦＰＧＡ３０に与えるようになっている。ＦＰＧＡ３０は、オペアンプ３４の検出電流に異常があったと判定した場合には、スイッチ２４をオフにしたり、ＷＤＴ３１へのクロック供給を停止するようになっている。なお、Ａ／Ｄ変換器２９は、ＡＭＰ２８の出力とオペアンプ３４の出力とを時分割に取り込ん、デジタル信号に変換して出力している。
　次に、各部の故障と故障時の制御について図６のフローチャートを参照して説明する。
　スイッチ２３，３２はメカニカルリレーによって構成されており、通常時はオンである。従って、通常時は、ＤＣＤＣ２２に電源電圧が供給され、ＤＣＤＣ２０は電源ラインに＋２０Ｖを供給する。通常時はスイッチ２３がオンであるので、電源ライン２０の＋２０Ｖの電圧は、スイッチ２４のオン時にレジスタ２５を介してヒータ２６に印加され、スイッチ２４のオフ時にはヒータ２６に印加されない。
　サーミスタ２７はステップＳ１において、カバーガラス１６の温度を検出する。また、オペアンプ３４はステップＳ１１においてレジスタ２５に流れる電流を検出する。また、ＷＤＴ３１はステップＳ２１においてＦＰＧＡ３０が出力するクロックを監視する。
　サーミスタ２７の出力は、ＡＭＰ２８によって増幅されＡ／Ｄ変換器２９によってデジタル信号に変換された後、ＦＰＧＡ３０に供給される。ＦＰＧＡ３０は温度検出結果を記憶し（ステップＳ２）、温度検出結果の履歴を監視する（ステップＳ３）。
　（１）サーミスタ２７の故障　
　サーミスタ２７の故障によってサーミスタ２７はオープン状態又はショート状態となることが考えられる。例えば、機械的な衝撃等によってサーミスタ２７又はサーミスタ２７に接続されるケーブルが切断されることが考えられる。この場合には、ＡＭＰ２８の出力及びＡ／Ｄ変換器２９の出力は、サーミスタ２７のオープン又はショート状態に応じて、所定の上限値又は下限値となる。ＦＰＧＡ３０は、Ａ／Ｄ変換器２９の出力が所定の上限値又は下限値になった場合には、サーミスタ２７が故障したものと判定し（ステップＳ４）、スイッチ２４をオフにする。これにより、ヒータ２６の加熱が停止する（ステップＳ１０）。
　（２）ヒータ２６の故障　
　ヒータ２６の故障によってヒータ２６はオープン状態又はショート状態となることが考えられる。ヒータ２６がオープンになった場合には、電源ライン２０からヒータ２６を介して基準電位点に電流が流れない。従って、レジスタ２５に電流が流れない。オペアンプ３４はレジスタ２５に電圧降下が生じないことを検出して、検出結果をＡ／Ｄ変換器２９に出力する。Ａ／Ｄ変換器２９は、オペアンプ３４の出力をＦＰＧＡ３０に出力する。ＦＰＧＡ３０は、スイッチ２４のオン期間にレジスタ２５に電流が流れない場合には、ステップＳ１２においてヒータ２６の故障であると判断し、以後スイッチ２４をオフにする。
　また、ヒータ２６がショート状態になった場合には、ヒータ２６が正常な場合と異なる電流がレジスタ２５に流れる。オペアンプ３４はレジスタ２５に流れる電流を検出し、検出結果をＡ／Ｄ変換器２９に出力する。ＦＰＧＡ３０は、レジスタ２５に流れる電流の検出結果によって、ヒータ２６がショート状態であるものと判断すると（ステップＳ１２）、以後、スイッチ２４をオフにする。
　（３）スイッチ２４（ＭＯＳスイッチ）の故障　
　スイッチ２４は故障するとショート状態となる。通常時はスイッチ２３もオンであり、レジスタ２５には常時電流が流れる。この電流はオペアンプ３４によって検出され、検出結果がＡ／Ｄ変換器２９を介してＦＰＧＡ３０に供給される。ＦＰＧＡ３０は、スイッチ２４をオフ制御している期間にレジスタ２５に電流が流れていることが検出された場合には、スイッチ２４が故障したものと判断して（ステップＳ１２）、ＷＤＴ３１へのクロック供給を停止する。
　ＷＤＴ３１はＦＰＧＡ３０からのクロック供給が停止すると（ステップＳ２２）、スイッチ３２をオフにする。これにより、ＤＣＤＣ２２への電源供給が停止し、ＤＣＤＣ２２は電源ライン２０への＋２０Ｖの電圧の供給を停止する。これにより、ヒータ２６の加熱が防止されると共に、漏れ電流も防止される（ステップＳ１０）。
　なお、本実施の形態においては、スイッチ２４の故障時には、スイッチ３２をオフにすることで、ヒータ２６の加熱を防止したが、ＦＰＧＡ３０の出力によってスイッチ２３をオフにするよう構成してもよいことは明らかである。
　（４）スイッチ２３（メカニカルリレー）の故障　
　スイッチ２３は故障時にオープンになる。従って、スイッチ２３が故障しても、ヒータ２６が加熱されないだけである。従って、本実施の形態においては、スイッチ２３の故障には非対応である。
　（５）ＡＭＰ２８等の故障　
　スイッチ２４の故障等によって、ヒータ２６の温度が所定の閾値を超えて上昇することが考えられる。コンパレータ３３はＡＭＰ２８の出力が所定の閾値電圧を超えるか否かを検出しており（ステップＳ４）、超えた場合にはスイッチ２３をオフにする出力を出力する。このようなコンパレータ３３の制御によってヒータ２６の加熱を停止させることで（ステップＳ１０）、ヒータ２６の温度が異常に上昇することを防止することができる。
　ところで、ＡＭＰ２８が故障している場合には、サーミスタ２７によって検出される温度が低いにも拘わらず、ＡＭＰ２８から高い電圧が出力されることがある。この場合には、コンパレータ３３によってスイッチ２３をオフにすることができ、問題はない。
　しかし、逆に、ＡＭＰ２８の故障によって、サーミスタ２７によって検出される温度に対してＡＭＰ２８から低い電圧が出力されることがある。この場合には、コンパレータ３３によってスイッチ２３をオフにすることができない。しかし、この場合でも、ＦＰＧＡ３０は、スイッチ２４の状態とＡ／Ｄ変換器２９からの検出温度との関係を記憶しており、所定時間連続してスイッチ２４をオンにしても所定の温度まで検出温度が上昇しない場合には、ＡＭＰ２８やＡ／Ｄ変換器２９等の故障であると判断することができる（ステップＳ６）。ＦＰＧＡ３０はＡＭＰ２８やＡ／Ｄ変換器２９の故障を検出した場合には、以後スイッチ２４をオフにする。
　（６）ＦＰＧＡ３０の故障　
　ＦＰＧＡ３０の故障はＷＤＴ３１によって検出可能である。ＷＤＴ３１はＦＰＧＡ３０からのクロック供給の停止によってその故障を検出すると（ステップＳ２２）、スイッチ３２をオフにする。これにより、ヒータ２６の加熱を防止する（ステップＳ１０）。
　（７）ヒータ２６又はサーミスタ２７がカバーガラス１６の近傍から脱落
　例えば、サーミスタ２７が取付位置から脱落した場合には、脱落した場所によっては、サーミスタ２７がカバーガラス１６の温度を十分に検出することができないことがあり、ヒータ２６の温度が必要以上に上がるような設定になることがある。正常時には、スイッチ２４がオンの場合にはヒータ２６は電圧が印加されて加熱され、サーミスタ２７の温度が必ず上昇するものと考えられる。ＦＰＧＡ３０は、例えば１０ｍｓ間隔でサーミスタ２７からの温度検出結果を取り込んでスイッチ２４をオン，オフ制御しており、この間隔に応じた上昇分だけ検出温度が上昇しているか否かを判定する（ステップＳ５）。ＦＰＧＡ３０は、期待した温度上昇が検出されない場合には、サーミスタ２７の脱落、或いはオートクレーブによる故障等が理由であるものと推定する。
　ＦＰＧＡ３０は、スイッチ２４のオン制御時に期待した温度上昇が生じない場合には、脱落等の異常と判断してスイッチ２４をオフにする。これにより、サーミスタ２７の脱落等の異常によってヒータ２６が異常に加熱されることを防止することができる（ステップＳ１０）。
　このように本実施の形態においては、カバーガラスの検出温度に基づいて半導体スイッチをオン，オフ制御してヒータの温度制御を行う。この場合において、ＦＰＧＡは異常を検出すると、半導体スイッチをオフにする加熱停止操作を行う。更に、本実施の形態においては、半導体スイッチが故障した場合にはショート状態になることを考慮して、電源ライン又は電源供給ラインにメカニカルリレー等のメカニカルスイッチを設け、ＦＰＧＡや他の部品によってこれらのスイッチを制御し、確実にヒータの過加熱を防止する。これにより、本実施の形態においては、カバーガラスの曇りを防止しながら、単一故障が生じた場合でも加熱停止制御を行って、安全な温度を保つことを可能にする。

　本出願は、２０１０年９月２２日に日本国に出願された特願２０１０－２１２５２５号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (9)

  1. 　内視鏡に配置され電力供給に伴って加熱されるヒータと、
    　電源に接続されて前記ヒータに供給する電力を発生し、発生した電力を電源ラインを介して前記ヒータに供給する電源回路と、
    　前記ヒータによって加熱される被加熱物の温度を検出する温度検出部と、
    　前記電源ライン上に設けられ前記ヒータへの電力の供給遮断を切換える半導体スイッチと、
    　前記温度検出部の温度検出結果によって前記半導体スイッチを制御して前記被加熱物の温度制御を行うと共に、前記温度検出結果に基づいて前記半導体スイッチをオフにする加熱停止制御を行う制御部と、
    　前記電源から前記ヒータまでの電力供給のためのライン上に設けられて前記ラインの導通遮断を切換えるメカニカルスイッチと、
    　前記ヒータの温度制御に異常が発生した場合には、前記メカニカルスイッチをオフにする加熱停止制御を行う加熱停止回路と
    を具備したことを特徴とする内視鏡用温度制御装置。
  2. 　前記メカニカルスイッチは、前記電源から電源回路までのライン上及び前記電源回路から前記ヒータまでの電源ライン上の少なくとも一方に設けられる
    ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用温度制御装置。
  3. 　少なくとも前記半導体スイッチの故障を検出して、前記メカニカルスイッチをオフにする加熱停止制御を行う
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内視鏡用温度制御装置。
  4. 　前記加熱停止回路は、前記温度検出結果に基づいて前記被加熱物の温度が所定の閾値以上高温になったことを検出した場合に前記メカニカルスイッチをオフにする加熱停止制御を行う
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の内視鏡用温度制御装置。
  5. 　前記制御部の故障を検出して、前記メカニカルスイッチをオフにする加熱停止制御を行う制御部監視回路
    を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の内視鏡用温度制御装置。
  6. 　前記制御部は、前記温度検出結果に基づいて前記被加熱物の温度が所定の閾値以上高温になったことを検出した場合に前記半導体スイッチをオフにする加熱停止制御を行う
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の内視鏡用温度制御装置。
  7. 　前記制御部は、前記温度検出結果に基づいて前記温度検出部及び前記ヒータの少なくとも一方の異常を検出した場合に前記半導体スイッチをオフにする加熱停止制御を行う
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の内視鏡用温度制御装置。
  8. 　前記加熱停止回路は、前記制御部の一部の機能によって構成され、
    　少なくとも前記半導体スイッチの故障を検出して、前記メカニカルスイッチをオフにする加熱停止制御を行う
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の内視鏡用温度制御装置。
  9. 　前記加熱停止回路は、前記電源ラインに流れる電流を検出する電流検出部と、
    　前記制御部の一部の機能によって構成され、前記電流検出部の検出結果に応じて前記メカニカルスイッチをオン，オフ制御するスイッチ制御部と
    を具備することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の内視鏡用温度制御装置。
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