JP5411086B2 - 電子内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、被検体に挿入される挿入部の先端に撮像素子を有する電子内視鏡によって被検体内を撮影する電子内視鏡システムに関する。

従来、医療分野において、電子内視鏡システムを利用した検査が広く普及している。電子内視鏡システムは、被検体（患者）の体内に挿入される挿入部を有する電子内視鏡と、電子内視鏡に接続されるプロセッサ装置及び光源装置等から構成される。

電子内視鏡は、被検体内に照明光を照射する照明窓や、被検体内を撮像する撮像素子を挿入部の先端（以下、先端部という）に有する。プロセッサ装置は、撮像素子から出力される撮像信号に対して各種処理を施し、診断に供する観察画像を生成する。観察画像は、プロセッサ装置に接続されたモニタに表示される。光源装置は、光量を調節可能な白色光源を有し、電子内視鏡に照明光を供給する。照明光は、電子内視鏡内に挿通されたライトガイドを通じて先端部に導光され、レンズ等からなる照明光学系を介して照明窓から被検体内に照射される。

先端部は、電子内視鏡を使用すると、ライトガイドの伝達損失による発熱や、撮像素子の発熱等によって温度が上昇する。先端部の温度が上昇すると、撮像素子の暗電流ノイズが増加し、白く目立つ画素（いわゆる白傷）が目立つようになり、観察画像が劣化する。また、高温状態にさらされ続けると、撮像素子の寿命が縮まるという問題もある。さらに、先端部の温度が上昇すると、被検体内に火傷を負わせてしまう危険性もある。

こうした先端部の温度上昇の問題を解決するために、近年では、先端部の温度を監視する温度センサを設け、先端部の温度が所定温度以上に上昇しないように照明光の光量を制御する電子内視鏡システムが知られている（特許文献１，２）。

また、先端部に照明光を発するＬＥＤを設けた電子内視鏡も知られているが、照明光を発光するときにＬＥＤが発熱するので、先端部の発熱の問題は上述と同様であり、温度センサによって測定した先端部の温度に応じて照明光量の上限を制限する電子内視鏡が知られている（特許文献３，４）。

特開昭６３−０７１２３３号公報 特開２００７−１１７５３８号公報 特開２００７−２５２５１６号公報 特開２００８−０３５８８３号公報

上述のように、電子内視鏡システムにおいては、先端部の温度の温度に応じて照明光の光量を調節することによって先端部の温度上昇を抑えることが好ましい。しかし、特許文献１−４では、先端部の最先端の表面（以下、先端面という）や照明光を発光するＬＥＤ、撮像素子に設けた１つの温度センサによって測定した温度を先端部の温度としているが、実際の先端部内には、ライトガイド（や照明光用ＬＥＤ）と撮像素子の発熱要因の配置及び各々の発熱量に応じた温度分布が生じるので、例えば、先端面と撮像素子の温度を各々同時に正確に測定することはできないという問題がある。

例えば、先端面の温度は、被検体内に接触したり、送水口から水を吹きかけて撮影用の観察窓を洗浄したりしたときに急激に変化することがある。このため、先端面に温度センサを配置して先端面の温度を先端部の温度として測定すると、撮像素子が高温状態であっても、先端面の温度が急激に低下したことを反映して照明光量が増大され、観察画像が劣化する。

一方、撮像素子に温度センサを配置して撮像素子の温度を先端部の温度として測定すると、先端面の温度が下がってもこれを反映できずに撮像素子の温度が十分に冷却されるまで照明光量が過剰に低減された状態が続き、暗い観察画像を撮影し続ける期間が無用に長くなることがある。

こうしたことから、単純に先端部の温度を測定し、先端部の温度に応じて照明光量を調節するだけでなく、先端面や撮像素子といった複数箇所について温度を測定し、これらの各箇所の温度に応じて、より細かく適切に照明光の光量を調節することが望まれる。

しかしながら、先端部の複数箇所について温度を測定するために、複数箇所に温度センサを設けると、各温度センサの設置スペースや各温度センサから信号を読み出すための配線等によって挿入部（及び先端部）が太径化し、被検者への負荷が増大するという問題がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、１つの温度センサによって撮像素子と先端面の温度を各々正確に測定することを目的とする。

本発明の電子内視鏡システムは、被検体内に挿入する挿入部の先端に前記被検体内を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡と、前記挿入部の先端から前記被検体内に照明光を照射する照明手段と、前記撮像素子の温度に応じた信号を出力する温度センサと、前記温度センサから出力される信号に基づいて前記撮像素子の温度を測定する測定手段と、予め測定された前記撮像素子の発熱量と、前記撮像素子周辺の熱特性データを記憶する記憶手段と、前記挿入部の先端における熱回路網モデルに基づいて、測定した前記撮像素子の温度と既知の前記熱特性データとから前記挿入部の先端面の温度を推定する先端面温度推定手段と、少なくとも前記先端面の温度に基づいて、前記照明光の光量の上限値を設定し、前記撮像素子の温度に基づいて設定された前記照明光の光量の上限値と、前記先端面の温度に基づいて設定された前記照明光の光量の上限値との、いずれか低い方の上限値以下の範囲内において、前記照明光の光量を調節する光量調節手段と、を備えることを特徴とする。

前記熱特性データが、前記挿入部の先端における熱抵抗及び熱容量を含むことが好ましい。また、前記温度センサは、例えば前記撮像素子自身であり、前記測定手段は、前記撮像素子における光を受光しない画素から出力される暗時出力値に基づいて前記撮像素子の温度を測定してもよい。前記照明手段は、前記照明光を発生する光源と、前記照明光の光量を調節する絞り手段とを有する場合、前記光量調節手段は、前記絞り手段を制御して前記照明光の光量を調節する。前記絞り手段が、所定サイズの絞り開口と、前記絞り開口の開口量を調節する絞り羽根とからなる場合、前記光量調節手段は、前記絞り羽根を制御して前記照明光の光量を調節する。

本発明の別の電子内視鏡システムは、被検体内に挿入する挿入部の先端に前記被検体内を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡と、前記挿入部の先端から前記被検体内に照明光を照射する照明手段と、前記撮像素子の温度に応じた信号を出力する温度センサと、前記温度センサから出力される信号に基づいて、時間間隔Δｔ毎に前記撮像素子の温度Ｔ１を測定し、前記時間間隔Δｔ間の前記撮像素子の温度Ｔ１の変化量ΔＴ１を測定する測定手段と、前記被検体内の温度Ｔａ、前記撮像素子の発熱量Ｑ、前記撮像素子と前記被検体との間の熱抵抗Ｒ１、前記撮像素子と前記挿入部の先端面との間の熱抵抗Ｒ２、前記撮像素子近傍の熱容量Ｃを含む熱特性データを記憶する記憶手段と、前記挿入部の先端における熱回路網モデルを表す下記式に基づいて、測定した前記撮像素子の温度と既知の前記熱特性データとから前記先端面の温度Ｔ２の推定値を算出する先端面温度推定手段と、を備える。
式： （Ｔ１−Ｔａ）／Ｒ１＋（Ｔ１−Ｔ２）／Ｒ２＋ＣΔＴ１／Δｔ＝Ｑ

前記温度センサは、前記撮像素子自身であり、前記測定手段は、前記撮像素子における光を受光しない画素から出力される暗時出力値に基づいて前記撮像素子の温度を測定することが好ましい。

また、少なくとも前記先端面の温度に基づいて、前記照明光の光量を調節する光量調節手段を備えることが好ましい。前記照明手段は、前記照明光を発生する光源と、前記照明光の光量を調節する絞り手段とを有し、前記光量調節手段は、前記絞り手段を制御して前記照明光の光量を調節することが好ましい。

前記絞り手段は、所定サイズの絞り開口と、前記絞り開口の開口量を調節する絞り羽根とからなり、前記光量調節手段は、前記絞り羽根を制御して前記照明光の光量を調節することが好ましい。

本発明によれば、１つの温度センサによって撮像素子と先端面の温度を各々正確に測定することができる。

電子内視鏡システムの構成を示す外観図である。 電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 ＣＭＯＳセンサの電気的構成を示すブロック図である。 絞り機構の構成を示す説明図である。 先端部の熱回路網モデルを示す図である。 熱抵抗Ｒ１，Ｒ２を同定する様態を示すフローチャートである。 熱容量Ｃを同定する様態を示すフローチャートである。 電子内視鏡システムの動作様態を示すフローチャートである。 ＣＭＯＳ温度Ｔ１及び先端面温度Ｔ２に応じて光量上限を切り替える様態を示す説明図である。 ＣＭＯＳ温度Ｔ１及び先端面温度Ｔ２に応じて光量上限を切り替える様態を示す説明図である。 先端面に温度センサを設ける構成を示すブロック図である。 先端面に温度センサを設ける場合の熱回路網モデルを示す図である。 熱回路網モデルの他の例を示す図である。

図１に示すように、電子内視鏡システム１１は、電子内視鏡１２、プロセサ装置１３、及び光源装置１４からなる。電子内視鏡１２は、被検者の体内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に連設された操作部１７と、プロセッサ装置１３及び光源装置１４に接続されるコネクタ１８と、操作部１７‐コネクタ１８間を繋ぐユニバーサルコード１９とを有する。挿入部１６の先端（以下、先端部という）２０には、被検体内撮影用のＣＭＯＳ型イメージセンサ（図２参照。以下、ＣＭＯＳセンサという）２１が設けられている。

操作部１７には、先端部２０を上下左右方向に湾曲させるためのアングルノブや、挿入部１６の先端からエアーや水を噴出させるための送気／送水ボタン、観察画像を静止画記録するためのレリーズボタン、モニタ２２に表示された観察画像を拡大／縮小を指示するズームボタンといった操作部材が設けられている。また、操作部１７の先端側には、電気メス等の処置具が挿通される鉗子口が設けられている。鉗子口は、挿入部１６内の鉗子チャネルを通して、先端部２０に設けられた鉗子出口に連通している。

プロセッサ装置１３は、光源装置１４と電気的に接続され、電子内視鏡システム１１の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１３は、ユニバーサルコード１９や挿入部１６内に挿通された伝送ケーブルを介して電子内視鏡１２に給電を行い、ＣＭＯＳセンサ２１の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１３は、伝送ケーブルを介して、ＣＭＯＳセンサ２１から出力された撮像信号を取得し、各種画像処理を施して画像データを生成する。プロセッサ装置１３で生成された画像データは、プロセッサ装置１３にケーブル接続されたモニタ２２に観察画像として表示される。

図２に示すように、先端部２０には、観察窓２３、照明窓２４、タイミングジェネレータ（以下、ＴＧという）２６、ＣＰＵ２７、温度センサ３０等が設けられている。観察窓２３の奥にはレンズ群及びプリズムからなる対物光学系２５によって被検体内の像が撮像領域５１（図３参照）に結像されるようにＣＭＯＳセンサ２１が配置されている。照明窓２４からは照明光が被検体内に照射される。照明光は、光源装置１４から電子内視鏡１２に供給され、ユニバーサルコード１９及び挿入部１６に挿通されたライトガイド２８によって導光されて、出射端に配置された照明レンズ２９によって照明窓２４を介して被検体内に照射される。

ＣＭＯＳセンサ２１は、対物光学系２５によって撮像領域５１に結像される被検体内の像を光電変換し、撮像信号として出力する。ＣＭＯＳセンサ２１は、対物光学系２５によって被検体の像が結像される前面（撮像面）に、所定配列の複数の画素からなる撮像領域５１を有する。撮像領域５１は、中央の受光部と、受光部を囲むように設けられたオプティカルブラック（ＯＢ）部とからなる。受光部は、被検体内の撮像に用いられる開口された画素が配列された領域であり、各画素に複数の色セグメントからなるカラーフィルタ、例えばベイヤー配列の原色（ＲＧＢ）あるいは補色（ＣＭＹまたはＣＭＹＧ）カラーフィルタが形成されている。ＯＢ部は、遮光された画素からなる領域であり、暗電流ノイズに応じたデータ（画素値）を出力する。ＣＭＯＳセンサ２１が出力する撮像信号には、受光部から出力されるデータとともにＯＢ部から出力されたデータが含まれる。ＣＭＯＳセンサ２１が出力する撮像信号は、ユニバーサルコード１９及びコネクタ１８を介してプロセッサ装置１３に入力され、ＤＳＰ３２（後述）の作業メモリに一旦格納される。その後、撮像信号に対して各種信号処理を施され、観察画像が生成される。

温度センサ３０は、例えばサーミスタからなり、ＣＭＯＳセンサ２１に取り付けられる。温度センサ３０は、ＣＭＯＳセンサ２１の温度が上昇すると、これに応じて抵抗値が増大し、ＣＭＯＳセンサ２１の温度が下降すると、これに応じて温度センサの抵抗値が減少する。温度センサ３０の抵抗値を示す信号は、温度信号としてＤＳＰ３２に入力され、ＣＭＯＳセンサ２１の温度に換算される。なお、ここでは温度センサ３０としてサーミスタを用いる例を説明するが、熱電対等、他の温度センサを用いても良い。

ＴＧ２６には、ＣＭＯＳセンサ２１にクロック信号を与える。ＣＭＯＳセンサ２１は、ＴＧ２６から入力されるクロック信号に応じて撮像動作を行ない、撮像信号を出力する。なお、ＴＧ２６は、ＣＭＯＳセンサ２１内に設けられていても良い。ＣＰＵ２７は、電子内視鏡１２とプロセッサ装置１３とが接続された後、プロセッサ装置１３のＣＰＵ３１からの動作開始信号に基づいてＴＧ２６を駆動させる。

プロセッサ装置１３は、ＣＰＵ３１、デジタル信号処理回路（以下、ＤＳＰという）３２、デジタル画像処理回路（以下、ＤＩＰという）３３、表示制御回路３４、操作部３５等を有する。

ＣＰＵ３１は、図示しないデータバスやアドレスバス、制御線を介して各部と接続されており、プロセッサ装置１３全体の動作を統括的に制御する。ＲＯＭ３６には、プロセッサ装置１３の動作を制御するための各種プログラム（ＯＳ，アプリケーションプログラム等）やデータ（グラフィックデータ、温度センサ３０の特性データ、先端部２０の熱特性データ（後述）等）が記憶される。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３６から必要なプログラムやデータを読み出して、作業メモリであるＲＡＭ３７に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、ＣＰＵ３１は、検査日時、被検体や術者の情報等の文字情報といった検査毎に変わる情報を、後述する操作部３５やＬＡＮ等のネットワークより取得し、ＲＡＭ３７に記憶する。

ＤＳＰ３２は、ＣＭＯＳセンサ２１から入力される撮像信号に対して，色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の各種信号処理を施し、画像データを生成する。ＤＳＰ３２で生成された画像データは、ＤＩＰ３３の作業メモリに入力される。また、ＤＳＰ３２は、例えば生成した画像データの各画素の輝度を平均した平均輝度値等、ＡＬＣ制御（後述）に必要なＡＬＣ制御用データを生成し、ＣＰＵ３１に入力する。

さらに、ＤＳＰ３２は、ＣＭＯＳセンサ２１の温度を測定する測定部４１、ＣＭＯＳセンサ２１の温度に基づいて先端部２０の先端の面（以下、先端面という）４２の温度を推定する先端面温度推定部４３を備える。

測定部４１は、温度センサ３０から入力される温度信号（サーミスタの抵抗値）が入力される。測定部４１は、既知の温度センサ３０の特性データに基づいて温度信号を温度に換算することにより、ＣＭＯＳセンサ２１の温度Ｔ１（以下、ＣＭＯＳ温度という）を測定する。測定部４１によるＣＭＯＳ温度Ｔ１の測定は所定時間間隔Δｔ毎に行われ、測定部４１は測定したＣＭＯＳ温度Ｔ１から前回測定したＣＭＯＳ温度Ｔ１を減算することにより、時間間隔Δｔ間におけるＣＭＯＳ温度Ｔ１の変化量ΔＴ１を算出する。測定部４１によって測定されたＣＭＯＳ温度Ｔ１は、先端面温度推定部４３における先端面温度の推定値の算出や、ＡＬＣ制御に用いられる。また、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と、その変化量ΔＴ１は、先端面温度の推定値の算出に用いられる。

先端面温度推定部４３は、測定部４１から入力されるＣＭＯＳセンサ２１の温度と熱特性データ４４に基づいて、先端面４２の温度（以下、先端面温度という）Ｔ２を算出（推定）する。熱特性データ４４には、ＣＭＯＳセンサ２１近傍の熱容量Ｃ、ＣＭＯＳセンサ２１から内視鏡雰囲気Ａ（例えば温度Ｔａ＝３７℃雰囲気に設定される。図５参照。）への熱抵抗Ｒ１、ＣＭＯＳセンサ２１から先端面４２までの熱抵抗Ｒ１、駆動状態に応じたＣＭＯＳセンサ２１の発熱量Ｑ等が含まれ、各々の値が予め測定され、ＲＯＭ３６に記憶されている。先端面温度推定部４３によって推定された先端面温度Ｔ２は、ＡＬＣ制御に用いられる。

ＤＩＰ３３は、ＤＳＰ３２で生成された画像データに対して、電子変倍、色強調処理、エッジ強調処理等の各種画像処理を施す。ＤＩＰ３３で各種画像処理を施された画像データは、観察画像として表示制御回路３４に入力される。

表示制御回路３４は、ＤＩＰ３３から入力される観察画像を格納するＶＲＡＭを有する。また、表示制御回路３４は、ＣＰＵ３１からＲＯＭ３６及びＲＡＭ３７のグラフィックデータ等を受け取る。グラフィックデータ等には、観察画像のうち被写体が写された有効画素領域のみを表示させる表示マスク、検査日時、被検体や術者の情報等の文字情報、ＧＵＩといったものがある。表示制御回路３４は、ＶＲＡＭに格納した観察画像に対して、グラフィックデータ等の重畳処理を行うとともに、モニタ２２の表示形式に応じたビデオ信号（コンポーネント信号、コンポジット信号等）に変換してモニタ２２に出力する。これにより、モニタ２２に観察画像が表示される。

操作部３５は、プロセッサ装置１３の筐体に設けられる操作パネル、マウスやキーボード等の周知の入力デバイスであり、電子内視鏡１２の操作部１７にあるボタン等も含む。ＣＰＵ３１は、操作部３５からの操作信号に応じて、電子内視鏡システム１１の各部を動作させる。

プロセッサ装置１３には、上記の他にも、画像データに所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す圧縮処理回路や、レリーズボタンの操作に連動して、圧縮された画像をリムーバブルメディアに記録するメディアＩ／Ｆ、ＬＡＮ等のネットワークとの間で各種データの伝送制御を行うネットワークＩ／Ｆ当が設けられている。これらは、データバス等を介してＣＰＵ３１と接続されている。

光源装置１４は、光源４５、絞り機構４６、波長選択フィルタ４７、ＣＰＵ４８を有する。

光源４５は、赤色から青色までのブロードな波長の光（例えば、主に４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長帯の光、以下、通常光という）を発生する。光源４５は例えばキセノンランプからなり、一定の光量の通常光を発光する。光源４５で発生した通常光の光量は、絞り機構４６によって調節される。また、光源４５で発生した通常光は、波長選択フィルタ４７によって特定の狭い波長帯の光（以下、特殊光という）に制限されて被検体内に照射される場合がある。こうして光源４５から発せられた照明光（通常光または特殊光）は、集光レンズ４９で集光されてライトガイド２８の入射端に導光される。

絞り機構４６は、後述するように絞り開口６４（図４参照）や絞り開口６４を開閉する絞り羽根６５（図４参照）等からなり、照明光の光量を調節する。絞り機構４６は、撮影の様態やＣＭＯＳ温度Ｔ１、先端面温度Ｔ２等に応じて、ＣＰＵ４８によって自動的に制御される。

波長選択フィルタ４７は、光源４５から発せられた通常光を特殊光に制限するフィルタである。波長選択フィルタ４７は、例えば円盤の半分が切り欠かれた半円状の形状を有し、光源４５と集光レンズ４９の間を横切るようにモータ回転される。また、波長選択フィルタ４７には、その回転位置を検出するセンサが設けられている。波長選択フィルタ４７が光源４５と集光レンズ４９の間を横切っている間は特殊光が照射され、波長選択フィルタ４７の切り欠き部分が光源４５と集光レンズ４９の間を横切っている間は通常光が照明光として被検体内に照射される。特殊光としては、例えば、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、７８０ｎｍ近傍の波長の光が上げられる。

４５０ｎｍ近傍の特殊光による撮影は、表層の血管やピットパターン等の被観察部位表面の微細構造の観察に適している。５００ｎｍ近傍の照明光では、被観察部位の陥凹や隆起等のマクロな凹凸構造を観察することができる。５５０ｎｍ近傍の照明光は、ヘモグロビンによる吸収率が高く、微細血管や発赤の観察に適し、６００ｎｍ近傍の照明光は、肥厚の観察に適している。深層血管の観察には、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の蛍光物質を静脈注射し、７８０ｎｍ近傍の照明光を用いることで明瞭に観察することができる。

なお、ここでは波長選択フィルタ４７を用いるが、波長選択フィルタ４７に代えて、あるいは波長選択フィルタ４７に加えて、４１として波長帯が異なる光を発するＬＥＤやＬＤ等を複数備えておき、これらの点灯と消灯を制御することにより通常光と特殊光を切り替えても良い。また、青色レーザー光源、及び青色レーザー光の照射により緑色〜赤色の励起光を発する蛍光体を用いて通常光を発生させ、さらに波長選択フィルタで特殊光を発生させても良い。

ＣＰＵ４８は、プロセッサ装置１３のＣＰＵ３１と通信し、絞り機構４６及び波長選択フィルタ４７の動作制御を行う。ＣＰＵ４８による絞り機構４６の制御は、撮影の様態等に応じて自動的に照明光の光量を調節するＡＬＣ（Auto Light Control）制御である。ＣＰＵ４８の行うＡＬＣ制御は、ＤＳＰ３２で生成されたＡＬＣ制御用データに基づいて行われる。また、ＣＰＵ４８は、ＡＬＣ制御を行う際に、プロセッサ装置１３のＣＰＵ３１を介して、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と先端面温度Ｔ２を所定のタイミングで取得する。そして、ＣＭＯＳ温度Ｔ１及び先端面温度Ｔ２に応じて照明光量の上限を所定値に制限し、この上限以下の光量となる範囲内でＡＬＣ制御を行う。

電子内視鏡システム１１では、ＣＭＯＳ温度Ｔ１に対して閾値Ｔ_Ａ１，Ｔ_Ａ２（Ｔ_Ａ１＞Ｔ_Ａ２）が予め設定され、先端面温度Ｔ２に対して閾値Ｔ_Ｂ１，Ｔ_Ｂ２（Ｔ_Ｂ１＞Ｔ_Ｂ２）が予め設定される。また、ＣＭＯＳ温度Ｔ１に対して照明光量の上限値（以下、光量上限という）Ｌｍｉｎ１が予め定められており、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と閾値Ｔ_Ａ１，Ｔ_Ａ２の大小関係によって光量上限がＬｍｉｎ１に制限されることがある。同様に、先端面温度Ｔ２に対して光量上限Ｌｍｉｎ２が予め定められており、先端面温度Ｔ２と閾値Ｔ_Ｂ１，Ｔ_Ｂ２の大小関係によって光量上限がＬｍｉｎ２に制限されることがある。なお、光量上限Ｌｍｉｎ１，Ｌｍｉｎ２は任意に設定できるが、ここでは光量上限Ｌｍｉｎ１よりも光量上限Ｌｍｉｎ２の方が小さいとする（Ｌｍｉｎ１＞Ｌｍｉｎ２）。そして、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と閾値Ｔ_Ａ１，Ｔ_Ａ２の大小関係に基づいて光量上限をＬｍｉｎ１に制限する必要があり、これと同時に、先端面温度Ｔ２と閾値Ｔ_Ｂ１，Ｔ_Ｂ２の大小関係に基づいて光量上限をＬｍｉｎ２に制限する必要が生じた場合、電子内視鏡システム１１はより小さい光量上限Ｌｍｉｎ２を採用する。

ＣＭＯＳ温度Ｔ１に対する高温の閾値Ｔ_Ａ１は例えば６０℃であり、ＣＭＯＳ温度Ｔ１がこれを超えると、観察画像に白傷が目立つようになり、診察に支障をきたしやすくなる。また、ＣＭＯＳ温度Ｔ１に対する低温の閾値Ｔ_Ａ２は例えば５０℃であり、ＣＭＯＳセンサ２１の温度が十分に下がったことを判断する基準として用いられる。

先端面温度Ｔ２に対する高温の閾値Ｔ_Ｂ１は例えば６０℃であり、先端面温度Ｔ２がこれを超えて上昇すると、被検体に違和感を覚えさせてしまったり、被検体内に火傷を負わせる危険が増す。先端面温度Ｔ２に対する低温の閾値Ｔ_Ｂ２は例えば３７℃であり、先端面温度Ｔ２が十分に下がったことを判断する基準として用いられる。

照明光の光量上限は、後述するように、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と閾値Ｔ_Ａ１，Ｔ_Ａ２の大小関係、及び先端面温度Ｔ２と閾値Ｔ_Ｂ１，Ｔ_Ｂ２の大小関係に応じて、ＡＬＣ制御される照明光量の上限値を定めるものである。ＡＬＣ制御において照明光の光量に上限が設定されない場合には、絞り開口６４の大きさが照明光の最大光量Ｌｍａｘである。

ＣＰＵ４８は、例えばＣＭＯＳ温度Ｔ１が閾値Ｔ_Ａ１より小さく、かつ、先端面温度Ｔ２が閾値Ｔ_Ｂ１よりも小さい場合に、照明光の光量上限を開放し、最大光量Ｌｍａｘ以下の範囲内でＡＬＣ制御を行う。また，例えば、ＣＭＯＳ温度Ｔ１が閾値Ｔ_Ａ１を超えた場合、または先端面温度Ｔ２が閾値Ｔ_Ｂ１を超えた場合に、ＣＰＵ４８は照明光量の上限を光量上限Ｌｍｉｎ１またはＬｍｉｎ２に制限し、これ以下の範囲内でＡＬＣ制御を行い、先端部２０の発熱を抑える。また、ＣＰＵ４８は、照明光量の上限を光量上限Ｌｍｉｎ１またはＬｍｉｎ２に制限した場合、ＣＭＯＳ温度Ｔ１が閾値Ｔ_Ａ２を下回り、かつ、先端面温度Ｔ２が閾値Ｔ_Ｂ２を下回ったときに、照明光量の上限を最大光量Ｌｍａｘに開放する。

ライトガイド２８は、例えば、複数の石英製光ファイバーを巻回テープ等で集束してバンドル化したものである。ライトガイド２８の出射端に導かれた照明光は、照明レンズ２９によって拡散された被検体内に照射される。

図３に示すように、ＣＭＯＳセンサ２１は、垂直走査回路５６、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路５７、列選択トランジスタ５８、水平走査回路５９、及び出力回路６１から構成される。

撮像領域５１には、画素６２がマトリクス状に配列されている。画素６２は、フォトダイオードＤ１、増幅用トランジスタＭ１、画素選択用トランジスタＭ２、およびリセット用トランジスタＭ３を有する。フォトダイオードＤ１は、光電変換によって、入射光量に応じた信号電荷を生成するとともに、これを蓄積する。フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷は、増幅用トランジスタＭ１によって撮像信号として増幅され、画素選択用トランジスタＭ２によって、所定のタイミングで画素６２外に出力される。また、フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷は、所定のタイミングでリセット用トランジスタＭ３を介してドレインに排出される。画素選択用トランジスタＭ２、およびリセット用トランジスタＭ３はＮチャンネルトランジスタであり、ゲートにＨｉｇｈレベル“１”が印加されるとオン、Ｌｏｗレベル“０”が印加されるとオフとなる。

撮像領域５１には、垂直走査回路５６からから水平方向（Ｘ方向）に行選択線Ｌ１および行リセット線Ｌ２が配線されているとともに、ＣＤＳ回路５７から垂直方向（Ｙ方向）に列信号線Ｌ３が配線されている。行選択線Ｌ１は、画素選択用トランジスタＭ２のゲートに接続されており、行リセット線Ｌ２は、リセット用トランジスタＭ３のゲートに接続されている。また、列信号線Ｌ３は、画素選択用トランジスタＭ２のソースに接続され、ＣＤＳ回路５７を介して、対応する列の列選択トランジスタ５８に接続されている。

ＣＤＳ回路５７は、垂直走査回路５６によって選択された行選択線Ｌ１に接続された画素６２の撮像信号を、ＴＧ２６から入力されるクロック信号に基づいて保持し、ノイズ除去を行う。水平走査回路５９は、ＴＧ２６から入力されるクロック信号に基づいて水平走査信号を発生し、列選択トランジスタ５８のオン、オフ制御を行う。

列選択トランジスタ５８は、出力回路６１に接続された出力バスライン６３とＣＤＳ回路５７との間に設けられており、水平走査信号に応じて、出力バスライン６３に撮像信号を転送させる画素を選択する。

出力回路６１は、ＣＤＳ回路５７から出力バスライン６３に順に転送される撮像信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換して出力する。出力回路６１による撮像信号の増幅率は、ＣＰＵ２７から出力回路６１にゲイン調節信号を入力することにより調節される。その後、出力回路６１は、撮像信号をＡ／Ｄ変換してＤＳＰ３２に出力する。

図４に示すように、絞り機構４６は、絞り開口６４を開閉する絞り羽根６５と絞り開口８７を閉じる位置に絞り羽根６５を付勢するスプリング６６とを備えている。絞り羽根６５は、モータ６７から与えられるトルクによってスプリング６６の付勢力に抗して絞り開口６４の開口量が大きくなる方向（時計方向）に回転し、トルクの大きさとスプリング６６の付勢力が釣り合う位置で停止する。トルクが大きいとスプリング６６の付勢力に抗する力も大きくなるので、絞り開口６４の開口量も大きくなる。トルクが小さいとスプリング６６の付勢力に抗する力が小さくなるので絞り開口６４の開口量が小さくなる。モータ６７のトルクは、ＰＷＭ値（後述）の増加と共に大きくなり、ＰＷＭ値が下がると減少する。

光源装置１４のＣＰＵ４８は、ＤＳＰ３２によって算出されたＡＬＣ制御用データに基づいて、絞り羽根６５とスプリング６６からなる絞り調節機構６８を制御する。ＣＰＵ４８は、ＡＬＣ制御用データに応じて、モータ６７のトルクを決定するＰＷＭ（パルス幅変調）値を算出し、モータドライバ（図示しない）によってＰＷＭ値に応じた駆動パルスを発生させてモータ６７を駆動する。ＰＷＭ値は、モータ６７の駆動パルスのデューティ比（パルス幅をパルス周期で割った値）を決定するもので、モータ６７のトルクを決定する。ＣＰＵ４８は、ＡＬＣ制御用データが増加を要求する信号である場合には、増加分に応じてＰＷＭ値を上げ、減少を要求する信号である場合には、減少分に応じてＰＷＭ値を下げることにより、ＣＰＵ４８はＡＬＣ制御を行う。

図５に示すように、先端部２０内において熱が伝達する様態は、ＣＭＯＳセンサ２１が熱抵抗Ｒ１と熱容量Ｃを並列に介して内視鏡雰囲気Ａ（被検体内。以下、温度Ｔａの恒温状態にあるものとする）に熱接続され、先端面４２に熱抵抗Ｒ２を介して先端面４２に熱接続されるものとしてモデル化することができる。先端面温度推定部４３は、この熱回路網モデル７１にしたがってＣＭＯＳ温度Ｔ１と熱特性データ４４から先端面温度Ｔ２の推定値を算出する。

熱回路網モデル７１は、下記数１の式で表される。数１の式において、ＣＭＯＳ温度Ｔ１は先端面温度Ｔ２の推定時に先端面温度推定部４３に入力される変数であり、熱抵抗Ｒ１及びＲ２，熱容量Ｃ，ＣＭＯＳセンサ２１の発熱量Ｑは既知量として熱特性データ４４から取得される。熱抵抗Ｒ１及びＲ２，熱容量Ｃは、先端部２０内の物（ＣＭＯＳセンサ２１やライトガイド２９）の配置や素材等によって定まるので、電子内視鏡システム１１の使用前に予め測定（あるいは算出）される。ＣＭＯＳセンサ２１の発熱量Ｑは、ＣＭＯＳセンサ２１を駆動することによってＣＭＯＳセンサ２１自身から生じる熱量であり、駆動電圧やフレームレート等の具体的な駆動状態毎に予め測定される。なお、熱回路網モデル７１では、ライトガイド２８や照明レンズ２９等の照明系からの発熱量Ｑ’は、推定する先端面温度Ｔ２に直接反映される。

数１：
（Ｔ１−Ｔａ）／Ｒ１＋（Ｔ１−Ｔ２）／Ｒ２＋ＣｄＴ１／ｄｔ＝Ｑ

数１は、キルヒホッフの法則により、直接的に温度を測定可能なＣＭＯＳセンサ２１からの流出熱量（左辺）が発熱量Ｑに等しいことに基づいて、熱回路網モデル７１を定式化したものである。ＣＭＯＳセンサ２１からの熱流出は、温度を推定する先端面４２を介した経路と、先端面４２を介さない経路（先端部２０の側面等からの熱流出）、ＣＭＯＳセンサ２１の周囲に蓄熱される経路がある。第１項は、ＣＭＯＳセンサ２１から先端面４２を介さずに内視鏡雰囲気Ａに流出する熱量ｑ１を表す項であり、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と内視鏡雰囲気温度Ｔａの差に比例し、ＣＭＯＳセンサ２１‐内視鏡雰囲気Ａ間の熱抵抗Ｒ１に反比例する。第２項は、ＣＭＯＳセンサ２１から先端面４２に流出する熱量ｑ２を表す項であり、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と先端面温度Ｔ２の差に比例し、ＣＭＯＳセンサ２１‐先端面４２間の熱抵抗Ｒ２に反比例する。第３項は、過渡的にＣＭＯＳセンサ２１の周囲に蓄熱される熱量ｑ３を表す項であり、内視鏡雰囲気温度Ｔａが時間変化しないものとして、ＣＭＯＳ温度Ｔ１の時間微分と熱容量Ｃの積で表される。

数１の式を、所定時間間隔Δｔ、Δｔ間のＣＭＯＳ温度Ｔ１の変化量ΔＴ１として、微分項（ｄＴ１／ｄｔ）を差分近似し、推定する先端面温度Ｔ２を、入力されるＣＭＯＳ温度Ｔ１及び既知量Ｒ１，Ｒ２，Ｃ，Ｑで表すように整理すると、Ｔ２＝Ｔ１＋Ｒ２・（Ｔ１−Ｔａ）／Ｒ１＋Ｃ・Ｒ２・ΔＴ１／Δｔ−Ｒ２・Ｑと書ける。したがって、ＣＭＯＳ温度Ｔ１を所定時間間隔Δｔ毎に測定することによって、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と時間間隔Δｔ間のＣＭＯＳ温度の変化量ΔＴ１から、先端面温度Ｔ２の推定値が算出される。

熱抵抗Ｒ１及びＲ２は、図６に示すように予め同定される。まず、電子内視鏡１２を恒温槽等の第１所定温ｔａ（例えば、被検体内を想定した３７℃）雰囲気内に配置して、少なくとも先端部２０の全体が熱平衡状態になるのを待つ（ステップＳ１１）。このとき、ＣＭＯＳセンサ２１や光源４５はオフにしておく。

先端部２０が第１所定温度ｔａで熱平衡状態になったら、先端面４２に第２所定温度ｔ２の熱源を接触させる（ステップＳ１２）。熱源は、例えば、アルミニウム等からなるブロック状の高熱伝導部材であり、先端部２０よりも熱容量が十分に大きくなる体積を有し、先端面４２に接触したことによる熱源自身の温度変化をほぼ無視できるものを用いる。また、熱源の温度ｔ２は、先に先端部２０を熱平衡状態にした第１所定温度ｔａ（３７℃）に対して適度に差がある温度（例えば＋５〜１０℃程度）に設定することが好ましい。熱源は、温度ｔ２を自在に調節できるものであることが好ましい。

その後、第１所定温度ｔａ雰囲気中で、先端面４２に第２所定温度の熱源を接触させた状態で、先端部２０が熱平衡状態になったら、ＣＭＯＳ温度Ｔ１を測定する（ステップＳ１３）。このとき、測定されるＣＭＯＳ温度Ｔ１をｔ１とする。また、ＣＭＯＳセンサ２１は給電されておらず、発熱量Ｑ＝０であり、熱平衡状態なのでｄＴ１／ｄｔ（≒ΔＴ１／Δｔ）＝０である。さらに、第１所定温度Ｔａが第１所定温度ｔａに等しく、先端面温度Ｔ２は第２所定温度ｔ２であって既知である。これらのことから、数１の式より、熱抵抗比Ｒ２／Ｒ１＝（ｔ２−ｔ１)／（ｔ１−ｔａ）によって算出する（ステップＳ１４）。

次に、ＣＭＯＳセンサ２１を所定条件で駆動して（ステップＳ２１）、再び熱平衡状態になるのを待ち、ＣＭＯＳ温度Ｔ１を測定する（ステップＳ２２)。このとき測定されるＣＭＯＳ温度Ｔ１をｔ１’とする。また、熱平衡状態なので微分項は０であり、先端部温度Ｔ２＝ｔ２であるが、ＣＭＯＳセンサ２１は所定条件で駆動されているので、ＣＭＯＳセンサ２１は発熱量Ｑ≠０で発熱している。したがって、Ｒ１，Ｒ２，ｔ１’，ｔ２，ｔａ，Ｑは、数１の式より、（ｔ１’−ｔ２）／Ｒ２＋（ｔ１’−ｔａ）／Ｒ１）＝Ｑの関係を満たす。この式と、ステップＳ１４で算出した熱抵抗比Ｒ２／Ｒ１の値から、熱抵抗Ｒ１及びＲ２が各々算出される（ステップＳ２３）。

熱容量Ｃは、熱抵抗Ｒ１，Ｒ２が上述のようにして算出され、既知量であることを前提として、図７に示すようにして同定される。まず、電子内視鏡１２を恒温槽等の第１所定温度ｔａ雰囲気内に配置して、少なくとも先端部２０の全体が熱平衡状態になるのを待つ（ステップＳ３１）。このとき、ＣＭＯＳセンサ２１や光源４５はオフにしておく。そして、先端部２０が第１所定温度ｔａで熱平衡状態になったら、先端面４２に第２所定温度ｔ２の熱源を接触させる（ステップＳ３２）。その後、熱源の温度ｔ２を段階的に変化させながら（あるいは熱源を段階的に交換しながら）、ＣＭＯＳ温度Ｔ１を測定する（ステップＳ３３）。

数１の式から、ＣＭＯＳ温度Ｔ１の温度変化（Ｔ１−Ｔａの温度変化）は１次遅れ応答を示し、時定数τはτ＝Ｃ・Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）である。したがって、時定数τは、ステップＳ３３で熱源の温度ｔ２（＝先端面温度Ｔ２）を段階的に変化ささせながら測定したＣＭＯＳ温度Ｔ１の変化様態から算出する（ステップＳ３４）。そして、算出した一次遅れ応答の時定数τを用いて、熱容量Ｃ＝τ・（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）を算出する（ステップＳ３５）。

上述のように構成される電子内視鏡システム１１の作用について説明する。電子内視鏡１２で被検体内を観察する際、術者は、電子内視鏡１２とプロセッサ装置１３及び光源装置１４を接続し、プロセッサ装置１３及び光源装置１４の電源をオンにする。そして、操作部３５を操作して、被検体に関する情報等を入力するとともに、挿入部１６を被検体内に挿入して、検査を開始する。検査が開始されると、電子内視鏡システム１１は、先端部２０の照明窓２４から照明光（例えば通常光）を照射しながら、ＣＭＯＳセンサ２１によって被検体内を撮像し、ＣＭＯＳセンサ２１から出力される撮像信号に基づいて生成される観察画像をモニタ２２に表示する。

図８に示すように、電子内視鏡１２によって被検体内を所定光量の照明光で照明しながら撮影すると（ステップＳ５１）、所定時間間隔Δｔ毎に、温度センサ３０はＣＭＯＳセンサ２１の温度に応じて温度信号を出力し、測定部４１は、温度センサ３０の特性データに基づいて温度信号を温度に換算することによりＣＭＯＳ温度Ｔ１、及び所定時間間隔Δｔ間におけるＣＭＯＳ温度Ｔ１の変化量ΔＴ１を測定する（ステップＳ５２）。

先端面温度推定部４３は、測定されたＣＭＯＳ温度Ｔ１，ＣＭＯＳ温度Ｔ１の変化量ΔＴ１，熱特性データ４４を取得し、前述の数１の式に基づいて先端面温度Ｔ２の推定値を算出する（ステップＳ５３）。

その後、光源装置１４のＣＰＵ４８は、プロセッサ装置１３のＣＰＵ３１を介してＣＭＯＳ温度Ｔ１及び先端面温度Ｔ２を取得し、これらの値と、閾値Ｔ_Ａ１，Ｔ_Ａ２，Ｔ_Ｂ１，Ｔ_Ｂ２の大小関係に基づいて、ＡＬＣ制御における照明光量の上限を定める（ステップＳ５４）。ＡＬＣ制御における照明光量の上限は、絞り開口６４の開口の大きさによって定まる最大光量Ｌｍａｘ、または、予め定められた光量上限Ｌｍｉｎ１，Ｌｍｉｎ２のいずれかに設定される。

そして、ＣＰＵ４８は、撮影時にＤＳＰ３２で算出されるＡＬＣ制御用データを取得して、設定した光量上限の範囲内に照明光の光量が収まるように、ＡＬＣ制御用データに基づいて絞り機構４６を制御することにより、ＡＬＣ制御を行う（ステップＳ５５）。上述の動作は、検査（観察）が終了するまで繰り返し行われる（ステップＳ５６）。

図９に示すように、ＣＭＯＳ温度Ｔ１により定める照明光の光量上限の関係は、ＣＭＯＳ温度Ｔ１が上昇する場合と、下降する場合とで異なる。検査開始直後等でＣＭＯＳ温度Ｔ１が上昇する場合、ＣＰＵ４８は、光量上限を最大光量Ｌｍａｘに設定し、ＣＭＯＳ温度Ｔ１がＴ_Ａ１（高温閾値）までこの光量上限を維持する。そして、ＣＭＯＳ温度Ｔ１がＴ_Ａ１を超えると、光量上限を光量上限Ｌｍｉｎ１に制限する。一方、光量上限Ｌ１が一旦光量上限Ｌｍｉｎ１に制限された後、ＣＭＯＳ温度Ｔ１が下降する場合、ＣＭＯＳ温度Ｔ１が十分に下がってＴ_Ａ２（低温閾値）になるまで、光量上限Ｌ１は光量上限Ｌｍｉｎ１に制限される。そして、ＣＭＯＳ温度Ｔ１がＴ_Ａ２を下回ったときに、光量上限が最大光量Ｌｍａｘに開放される。

図１０に示すように、先端面温度Ｔ２により定める照明光の光量上限の関係は、先端面温度Ｔ２が上昇する場合と、下降する場合とで異なる。検査開始直後等で先端面温度Ｔ２が上昇する場合、ＣＰＵ４８は、光量上限Ｌ２を最大光量Ｌｍａｘに設定し、先端面温度Ｔ２がＴ_Ｂ１（高温閾値）までこの光量上限を維持する。そして、先端面温度Ｔ２がＴ_Ｂ１を超えると、光量上限を光量上限Ｌｍｉｎ２に制限する。一方、光量上限Ｌ２が一旦光量上限Ｌｍｉｎ２に制限された後、先端面温度Ｔ２が下降する場合、先端面温度Ｔ２が十分に下がってＴ_Ｂ２（低温閾値）になるまで、光量上限Ｌ２は光量上限Ｌｍｉｎ２に制限される。そして、先端面温度Ｔ２がＴ_Ｂ２を下回ったときに、光量上限が最大光量Ｌｍａｘに開放される。

ＡＬＣ制御における照明光量の上限は、前記のＣＭＯＳ温度Ｔ１により定まる光量上限と、前記の先端面温度Ｔ２により定まる光量上限の、いずれか低い方を採用する。

さらに、電子内視鏡システム１１は、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と先端面温度Ｔ２の双方に基づいたＡＬＣ制御により照明光量を調節するので、先端部２０の温度としてＣＭＯＳ温度Ｔ１または先端面温度Ｔ２を代表して用いる場合と比較して、より好適に照明光量を調節することができる。

例えば、先端面４２から水を噴出して観察窓２３や照明窓２４を洗浄すると、先端面温度Ｔ２は即座に低下するが、水の噴出量によってはＣＭＯＳ温度Ｔ１は低下しなかったり、ＣＭＯＳ温度Ｔ１が低下するにしても先端面温度Ｔ２の低下タイミングからタイムラグが生じたりする。この場合に、先端部２０の温度として先端面温度Ｔ２を代表して用いたＡＬＣ制御を行うと、先端面温度Ｔ２の低下に連動して照明光量が増大されることになるので、ＣＭＯＳ温度Ｔ１が白傷が目立つ温度（閾値Ｔ_Ａ１）を超えてしまいやすい。しかし、電子内視鏡システム１１は、ＣＭＯＳ温度Ｔ１及び先端面温度Ｔ２を同時に正確に取得し、これらの双方を参照して照明光量の上限を設定するので、上述のように先端面温度Ｔ２だけが低下した場合であっても、ＣＭＯＳ温度Ｔ１が上昇しすぎないように適切なＡＬＣ制御を行うことができる。

また、先端部２０の温度としてＣＭＯＳ温度Ｔ１を用いてＡＬＣ制御を行うと、ＣＭＯＳ温度Ｔ１が白傷が目立たない程度に低温（例えば閾値Ｔ_Ａ１以下の温度）であれば、使用状態等によっては先端面温度Ｔ２が被検体内に火傷等を負わせる高温にまで温度上昇してしまう危険性がある。しかし、電子内視鏡システム１１は、ＣＭＯＳ温度Ｔ１及び先端面温度Ｔ２を同時に正確に取得し、これらの双方を参照して照明光量の上限を設定するので、ＣＭＯＳ温度Ｔ１が観察画像の取得に適切な範囲内に収まり、かつ、先端面温度Ｔ２が被検体内に火傷等を負わせない範囲内に収まるように、照明光量を自動調節することができる。

なお、上述の実施形態では、温度センサ３０をＣＭＯＳセンサ２１に設ける例を説明したが、図１１に示すように電子内視鏡システム７２先端面４２に設けても良い。こうして先端面４２に温度センサ３０を設ける場合の熱回路網モデル７３は、先端面４２‐内視鏡雰囲気Ａ間の熱抵抗Ｒ３、先端面４２近傍の熱容量Ｃ’、先端面４２における発熱量Ｑ’を用いて、図１２に示すように表せる。したがって、先端面４２における発熱量Ｑ’と、先端面４２からＣＭＯＳセンサ２１へ熱抵抗Ｒ２を介して流出する熱量ｑ２，先端面４２から内視鏡雰囲気Ａへ熱抵抗Ｒ３を介して流出する熱量ｑ４，熱容量Ｃ’を介して内視鏡雰囲気Ａへ流出する熱量ｑ５の和が均衡すること定式化すれば、熱回路網モデル７３は数１の式とほぼ同様に表すことができる。このため、熱抵抗Ｒ２，Ｒ３、熱容量Ｃ’、照明光量に応じた先端面４２における発熱量Ｑ’を熱特性データ４４として予め求めておくことにより、先端面温度Ｔ２及び先端面温度Ｔ２の時間変化ΔＴ２に基づいて、ＣＭＯＳ温度Ｔ１の推定値を算出することができる。但し、先端面４２は、電子内視鏡１２の使用中にも観察窓２３や照明窓２４の洗浄のために水が吹きかけられることにより冷却されることがあり、洗浄用水の噴出量等によって先端面４２から奪われる熱量は異なる。このため、先端面４２に温度センサ３０を設けても、ＣＭＯＳ温度Ｔ１に直接影響する先端面４２での発熱量Ｑ’だけを反映した先端面温度Ｔ２を常に正確に測定することは難しい。したがって、上述の実施形態のように、ＣＭＯＳセンサ２１に温度センサ３０を設け、ＣＭＯＳ温度Ｔ１及び時間変化ΔＴ１を測定し、これらに基づいて先端面温度Ｔ２の推定値を算出することが好ましい。

なお、上述の実施形態では、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と先端面温度Ｔ２を測定（算出）する例を説明したが、これに限らない。例えば、ＣＭＯＳ温度Ｔ１を測定し、ライトガイド２８の出射端温度の推定値を算出しても良い。また、ＣＭＯＳ温度Ｔ１を測定し、先端部２０側面の温度の推定値を算出しても良い。こうした場合にも、上述の実施形態の熱回路網モデル７１とほぼ同様に各々の場合の熱回路網をモデル化し、定式化することができる。

なお、上述の実施形態では、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と先端面温度Ｔ２の２箇所の温度を測定（算出）する例を説明したが、先端部２０の３箇所以上の温度を測定（算出）しても良い。こうした場合には、上述の実施形態よりもより複雑な熱回路網モデルが必要となるが、上述の実施形態で説明した熱回路網モデル７１とほぼ同様にしてモデル化し、定式化することができる。

なお、上述の実施形態では、先端部２０の構成を熱回路網モデル７１（図５参照）によってモデル化する例を説明したが、熱回路網モデルはこの例に限らない。例えば、図１３に示すように、ＣＭＯＳセンサ２１‐内視鏡雰囲気Ａ間の熱抵抗Ｒ１、ＣＭＯＳセンサ２１近傍の熱容量Ｃ、ＣＭＯＳセンサ２１‐先端面４２間の熱抵抗Ｒ２、先端面４２‐内視鏡雰囲気Ａ間の熱抵抗Ｒ３、先端面４２近傍の熱容量Ｃ’、ＣＭＯＳセンサ２１の発熱量Ｑ、先端面４２における発熱量Ｑ’を用いた熱回路網モデル７４を用いても良い。この熱回路網モデル７４を用いる場合にも、数１式と同様にして、発熱量ＱとＣＭＯＳセンサ２１から流出する熱量ｑ１，ｑ２，ｑ３が均衡するように、かつ、発熱量Ｑ’と先端面４２から流出する熱量ｑ２，ｑ４，ｑ５が均衡するように定式化し、ＣＭＯＳ温度Ｔ１及び時間変化量ΔＴ１から先端面温度Ｔ２の推定値を算出することができる。但し、上述の実施形態で説明した熱回路網モデル７１の方が、必要な熱特性データ４４の少なく、推定する先端面温度Ｔ２の精度も良い。

なお、上述の実施形態では、先端部２０の構成を熱回路網モデル７１（図５参照）によってモデル化し、内視鏡挿入部の先端における熱抵抗及び熱容量を熱特性データとして用いる例を説明したが、より簡便な熱回路網モデル用いても構わない。例えば、図５における熱容量を無視した熱回路網モデルを用いても良い。この場合、熱特性データとしてＲ１とＲ２をあらかじめ同定した値を用い、Ｃはゼロを用いて数１式に基き先端面温度を推定演算すればよい。この場合、より簡便かつ高速な演算にて先端面温度Ｔ２を推定することができる。

なお、上述の実施形態では、ＣＭＯＳ温度Ｔ１及び先端面温度Ｔ２に対して各々２つの閾値を設けてＡＬＣ制御を行うとともに、照明光量を開放（最大光量Ｌｍａｘ）と光量上限Ｌのいずれかに制限する例を説明したがこれに限らない。例えば、ＣＭＯＳ温度Ｔ１や先端面温度Ｔ２に対して３以上の閾値を設けたＡＬＣ制御を行うようにしても良い。また、光量上限も開放と光量上限の２段階の制限ではなく、２以上の光量上限を設定し、開放を含めた３以上の光量上限を用いて、ＣＭＯＳ温度Ｔ１及び先端面温度Ｔ２に応じて照明光量の上限を順に切り替えるようにしても良い。こうして複数の光量上限を設定することにより、より滑らかに照明光量を調節することができるようになり、ハンチングを防止し、観察画像の視認性を向上させることができる。

なお、上述の実施形態では、熱特性データ４４（熱回路網モデル７１における熱抵抗Ｒ１，Ｒ２、熱容量Ｃ）を同定する方法の一例を説明したが、数１の式にしたがって任意の方法で熱特性データ４４を同定することができる。例えば、上述の実施形態では、必要に応じて熱源を先端面４２に接触させるが、熱特性データ４４の同定時にだけ外部から先端面４２に温度センサを設置し、これによって先端面温度Ｔ２を直接測定できるようにしても良い。また、上述の実施形態では、熱抵抗Ｒ１，Ｒ２の同定時に、ＣＭＯＳセンサ２１をオフにするが、ＣＭＯＳセンサ２１を駆動させたままでも、異なる駆動条件下で測定を繰り返す等により熱抵抗Ｒ１，Ｒ２を同定することができる。照明光についても同様である。

なお、上述の実施形態では、電子内視鏡１２について熱特性データ４４を予め同定しておく例を説明したが、部品や素材等が等しい同機種の電子内視鏡１２については熱特性データ４４も等しくなるので、必ずしも個々の電子内視鏡１２について熱特性データ４４を個別に同定しておく必要はなく、熱特性データ４４は機種毎に同定すれば良い。

なお、上述の実施形態では、予め熱特性データ４４を記憶しておき、これに基づいて先端面温度Ｔ２の推定値を算出する例を説明したが、これに限らない。例えば、熱特性データ４４のかわりに、ＣＭＯＳ温度Ｔ１に対応する先端面温度Ｔ２のデータをテーブル形式等で予め保持しておき、測定したＣＭＯＳ温度Ｔ１を先端面温度Ｔ２に直接換算しても良い。また、こうしてＣＭＯＳ温度Ｔ１に対応する先端面温度Ｔ２のデータを予め保持しておくと、予め保持したデータの中に実測したＣＭＯＳ温度Ｔ１に対応した先端面温度Ｔ２がないこともあり得るが、こうした場合にはテーブル内のデータを保管して実測したＣＭＯＳ温度Ｔ１に対応した先端面温度Ｔ２を算出することが好ましい。

なお、上述の実施形態では、撮像素子（イメージセンサ）としてＣＭＯＳイメージセンサ２１を用いる例を説明したが、ＣＣＤ型のイメージセンサ等、他の周知のイメージセンサを用いることができる。

なお、上述の実施形態では、ＣＭＯＳセンサ２１に温度センサ３０を設置する例を説明したが、これに限らない。ＣＭＯＳセンサ２１は、暗電流補正を行うために遮光された画素群（いわゆるオプティカルブラック）を有している。オプティカルブラックが出力するデータは暗電流を反映したものであり、暗電流はＣＭＯＳセンサ２１の温度が高いほど顕著になる。したがって、ＣＭＯＳセンサ２１からオプティカルブラックが出力するデータを取得し、これをＣＭＯＳセンサ２１の温度に換算するようにすれば、ＣＭＯＳセンサ２１自身を温度センサとして用いることができる。こうしてＣＭＯＳセンサ２１を温度センサとして用いる場合、ＣＭＯＳセンサ２１の温度を測定するために温度センサ３０を設ける必要もなくなるので、挿入部１６（先端部２０）をより細径化しながらも、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と先端面温度Ｔ２を同時に正確に測定することができるようになる。ＣＭＯＳセンサ２１のかわりに、ＣＣＤ型のイメージセンサ等、他のイメージセンサを用いる場合も同様である。

なお、上述の実施形態では、各画素６２にＲＧＢのカラーフィルタが設けられ、カラーの撮像信号を得る方式（いわゆる同時式）を用いる例を説明したが、画素６２にカラーフィルタを設けず、照明光の色をＲＧＢに順に切り替えてフレーム毎に各色の撮像信号を得る方式（いわゆる面順次式）を採用しても良い。

なお、上述の実施形態では、光源４５としてキセノンランプを用いる例を説明したが、光源４５はＬＤやＬＥＤ等他の周知の光源を好適に用いることができる。上述の実施形態では、絞り機構４６によって照明光量を調節する例を説明したが、ＬＤやＬＥＤ等の光量調節の容易な光源を用いる場合には、ＬＤやＬＥＤの出力を調節することによって照明光量を調節するようにしても良い。また、ＬＤやＬＥＤを照明光の光源として用いる場合には、これを先端部２０に設けても良い。

なお、上述の実施形態では、照明光量を調節して先端部２０の発熱を低減させる例を説明したが、これに限らない。例えば、ＣＭＯＳ温度Ｔ１及び先端部温度Ｔ２に応じて撮像信号の増幅率を変動させ、ＡＬＣ制御用データの内容を調節することによって間接的にＡＬＣ制御による照明光の光量を調節しても良い。

なお、上述の実施形態では、ＣＭＯＳ温度Ｔ１と先端部温度Ｔ２に応じて照明光量の上限を設定する例を説明したが、ＣＭＯＳ温度Ｔ１が閾値Ｔ_Ａ１（あるいは別途定めた所定閾値）を超えた場合に、撮像信号に暗電流補正を施すようにし、白傷の発生を抑止することが好ましい。また、ＣＭＯＳ温度Ｔ１は、専ら暗電流補正のオンオフの切り替えに用いるようにしても良い。

なお、上述の実施形態では、所定時間間隔Δｔ毎にＣＭＯＳ温度Ｔ１を測定する例を説明したが、ＣＭＯＳ温度Ｔ１を測定する時間間隔Δｔは、ＣＭＯＳセンサ２１のフレーム（例えば３０ｆｐｓや６０ｆｐｓ）毎でも良く、また、数フレーム毎でも良い。

１１，７２ 電子内視鏡システム
１２ 電子内視鏡
１３ プロセッサ装置
１４ 光源装置
１６ 挿入部
１７ 操作部
１８ コネクタ
１９ ユニバーサルコード
２０ 先端部
２１ ＣＭＯＳセンサ
２２ モニタ
２３ 観察窓
２４ 照明窓
２５ 対物光学系
２６ ＴＧ
２７ ＣＰＵ
２８ ライトガイド
２９ 照明レンズ
３０ 温度センサ
３１ ＣＰＵ
３２ ＤＳＰ
３３ ＤＩＰ
３４ 表示制御回路
３５ 操作部
３６ ＲＯＭ
３７ ＲＡＭ
４１ 測定部
４２ 先端面
４３ 先端面温度推定部
４４ 熱特性データ
４５ 光源
４６ 絞り機構
４７ 波長選択フィルタ
４８ ＣＰＵ
４９ 集光レンズ
５１ 撮像領域
５６ 垂直走査回路
５７ ＣＤＳ回路
５８ 列選択トランジスタ
５９ 水平走査回路
６１ 出力回路
６２ 画素
６３ 出力バスライン
６４ 絞り開口
６５ 絞り羽根
６６ スプリング
６７ モータ
６８ 絞り調節機構
７１，７３，７４ 熱回路網モデル

Claims (12)

1. 被検体内に挿入する挿入部の先端に前記被検体内を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡と、
   前記挿入部の先端から前記被検体内に照明光を照射する照明手段と、
   前記撮像素子の温度に応じた信号を出力する温度センサと、
   前記温度センサから出力される信号に基づいて前記撮像素子の温度を測定する測定手段と、
   予め測定された前記撮像素子の発熱量と、前記撮像素子周辺の熱特性データを記憶する記憶手段と、
   前記挿入部の先端における熱回路網モデルに基づいて、測定した前記撮像素子の温度と既知の前記熱特性データとから前記挿入部の先端面の温度を推定する先端面温度推定手段と、
   少なくとも前記先端面の温度に基づいて、前記照明光の光量の上限値を設定し、前記撮像素子の温度に基づいて設定された前記照明光の光量の上限値と、前記先端面の温度に基づいて設定された前記照明光の光量の上限値との、いずれか低い方の上限値以下の範囲内において、前記照明光の光量を調節する光量調節手段と、
   を備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
2. 前記熱特性データが、前記挿入部の先端における熱抵抗及び熱容量を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
3. 前記温度センサは、前記撮像素子自身であり、
   前記測定手段は、前記撮像素子における光を受光しない画素から出力される暗時出力値に基づいて前記撮像素子の温度を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の電子内視鏡システム。
4. 前記照明手段は、前記照明光を発生する光源と、前記照明光の光量を調節する絞り手段とを有し、
   前記光量調節手段は、前記絞り手段を制御して前記照明光の光量を調節することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子内視鏡システム。
5. 前記絞り手段は、所定サイズの絞り開口と、前記絞り開口の開口量を調節する絞り羽根とからなり、
   前記光量調節手段は、前記絞り羽根を制御して前記照明光の光量を調節することを特徴とする請求項４に記載の電子内視鏡システム。
6. 被検体内に挿入する挿入部の先端に前記被検体内を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡と、
   前記挿入部の先端から前記被検体内に照明光を照射する照明手段と、
   前記撮像素子の温度に応じた信号を出力する温度センサと、
   前記温度センサから出力される信号に基づいて、時間間隔Δｔ毎に前記撮像素子の温度Ｔ１を測定し、前記時間間隔Δｔ間の前記撮像素子の温度Ｔ１の変化量ΔＴ１を測定する測定手段と、
   前記被検体内の温度Ｔａ、前記撮像素子の発熱量Ｑ、前記撮像素子と前記被検体との間の熱抵抗Ｒ１、前記撮像素子と前記挿入部の先端面との間の熱抵抗Ｒ２、前記撮像素子近傍の熱容量Ｃを含む熱特性データを記憶する記憶手段と、
   前記挿入部の先端における熱回路網モデルを表す下記式に基づいて、測定した前記撮像素子の温度と既知の前記熱特性データとから前記先端面の温度Ｔ２の推定値を算出する先端面温度推定手段と、
   を備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
   式： （Ｔ１−Ｔａ）／Ｒ１＋（Ｔ１−Ｔ２）／Ｒ２＋ＣΔＴ１／Δｔ＝Ｑ
7. 前記温度センサは、前記撮像素子自身であり、
   前記測定手段は、前記撮像素子における光を受光しない画素から出力される暗時出力値に基づいて前記撮像素子の温度を測定することを特徴とする請求項６に記載の電子内視鏡システム。
8. 少なくとも前記先端面の温度に基づいて、前記照明光の光量を調節する光量調節手段を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の電子内視鏡システム。
9. 前記光量調節手段は、少なくとも前記先端面の温度に基づいて、前記照明光の光量の上限値を設定し、前記上限値以下の範囲内において前記照明光の光量を調節することを特徴とする請求項８に記載の電子内視鏡システム。
10. 前記光量調節手段は、前記撮像素子の温度に基づいて設定された前記照明光の光量の上限値と、前記先端面の温度に基づいて設定された前記照明光の光量の上限値との、いずれか低い方の上限値以下の範囲内において、前記照明光の光量を調節することを特徴とする請求項９に記載の電子内視鏡システム。
11. 前記照明手段は、前記照明光を発生する光源と、前記照明光の光量を調節する絞り手段とを有し、
    前記光量調節手段は、前記絞り手段を制御して前記照明光の光量を調節することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の電子内視鏡システム。
12. 前記絞り手段は、所定サイズの絞り開口と、前記絞り開口の開口量を調節する絞り羽根とからなり、
    前記光量調節手段は、前記絞り羽根を制御して前記照明光の光量を調節することを特徴とする請求項１１に記載の電子内視鏡システム。

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