DE112015003001T5

DE112015003001T5 - Formschätzvorrichtung, Endoskopiesystem mit Formschätzvorrichtung, Formschätzverfahren und Programm zum Formschätzen

Info

Publication number: DE112015003001T5
Application number: DE112015003001.8T
Authority: DE
Inventors: Ken Sato; Hiromasa Fujita; Masanori Mitsui; Yusuke Yamamoto
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2017-03-30
Also published as: WO2015198773A1; CN106455935B; CN106455935A; US10571253B2; JP6322495B2; US20170095143A1; JP2016007505A

Abstract

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Formschätzvorrichtung mit einer Eingangseinheit, einer Speichereinheit und einer Form-Arithmetikeinheit. Die Eingangseinheit ist ausgelegt, um eine Lichtmengeninformation zu empfangen, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtmenge ist, wobei die Lichtmengeninformation unter Verwendung eines Sensors ermittelt wird, der so ausgelegt ist, dass sich die zu erfassende Lichtmenge bezüglich die Wellenlänge, die einem jeweiligen der Messteile entspricht, in Übereinstimmung mit einer Form des jeweiligen Messteils verändert. Die Speichereinheit ist ausgelegt, um eine Lichtmengenschätzbeziehung zu speichern, die eine für die Form charakteristische Information umfasst, die eine Beziehung zwischen der Form, der Wellenlänge und der Lichtmenge bezüglich jedes der Messteile repräsentiert. Die Form-Arithmetikeinheit ist ausgelegt, um die Form jedes der Messteile auf der Grundlage der Lichtmengeninformation und eines Lichtmengenschätzwerts, der eine Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtmenge ist, zu berechnen, wobei der Lichtmengenschätzwert auf der Grundlage der Lichtmengenschätzbeziehung berechnet wird. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Endoskopiesystem, das die Vorrichtung umfasst, sowie ein Formschätzverfahren und ein Formschätzprogramm.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formschätzvorrichtung, die eine Biegeform eines flexiblen Objekts schätzt, ein Endoskopiesystem mit der Formschätzvorrichtung, ein Formschätzverfahren und ein Programm zum Formschätzen.
Stand der Technik
Es ist eine Vorrichtung bekannt, die in ein Einführungsgerät eingebaut ist, das einen flexiblen Einführungsabschnitt umfasst, zum Beispiel in einen Einführungsabschnitt eines Endoskops, womit sie die Form des Einführungsabschnitts erfasst. Zum Beispiel offenbart die Patentliteratur 1 einen Formerfassungs-Messfühler, der einen Lichtleitfaser verwendet, der einen Optomodulationsabschnitt als ein Messteil umfasst. Der Formerfassungs-Messfühler umfasst einen Lichtleitfaser, der sich in seiner Gesamtheit mit einem Einführungsabschnitt eines Endoskops biegt. Die Lichtleitfaser überträgt Lichter mit unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten, und das Optomodulationsabschnitt moduliert die Intensität, etc. der Wellenlängenkomponenten der übertragenen Lichter. In dem Formerfassungs-Messfühler wird die Form der Lichtleitfaser an dem Optomodulationsabschnitt und daher die Form des Endoskops, das sich in seiner Gesamtheit mit der Lichtleitfaser biegt, auf der Grundlage der Intensität, etc. von Wellenlängenkomponenten vor und nach der Modulation durch den Optomodulationsabschnitt erfasst.
Referenzliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichung Nr. 2007-143600

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Die Patentliteratur 1 offenbart nicht konkret, wie auf der Grundlage die Intensität etc. der Wellenlängenkomponente die Form des Messfühlers abgeleitet wird.
Somit ist es eine Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Formschätzvorrichtung, die dazu geeignet ist, eine Form zu schätzen, ein Endoskopiesystem mit der Formschätzvorrichtung, ein Formschätzverfahren und ein Programm zum Formschätzen bereitzustellen.
Lösung des Problems
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Formschätzvorrichtung mit einer Eingangseinheit, einer Speichereinheit und einer Form-Arithmetikeinheit. Die Eingangseinheit ist ausgelegt, um eine Lichtmengeninformation zu empfangen, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtmenge ist, wobei die Lichtmengeninformation unter Verwendung eines Sensors ermittelt wird, der so ausgelegt ist, dass sich die zu erfassende Lichtmenge bezüglich der Wellenlänge, die einem jeweiligen der mehreren Messteile entspricht, in Übereinstimmung mit einer Form eines jeweiligen der mehreren Messteile verändert. Die Speichereinheit ist ausgelegt, um eine Lichtmengenschätzbeziehung, die eine für die Form charakteristischen Information umfasst, die eine Beziehung zwischen der Form, der Wellenlänge und der Lichtmenge bezüglich jedes der mehreren Messteile repräsentiert, zu speichern. Die Form-Arithmetikeinheit ist ausgelegt, um die Form jedes der mehreren Messteile auf der Grundlage der Lichtmengeninformation und eines Lichtmengenschätzwerts, der eine Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtmenge ist, zu berechnen, wobei der Lichtmengenschätzwert auf der Grundlage der Lichtmengenschätzbeziehung berechnet wird.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Endoskopiesystem mit der oben beschriebenen Formschätzvorrichtung, einem Endoskop, das so ausgelegt, dass das Lichtleitelement in einem Einführungsabschnitt angeordnet ist, und ein Endoskop-Form-Rechner zum Berechnen einer Form des Einführungsabschnitts auf der Grundlage der Formcharakteristikinformation.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Formschätzverfahren mit den Schritten: Ermitteln einer Lichtmengeninformation, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtmenge ist, wobei die Lichtmengeninformation unter Verwendung eines Sensors ermittelt wird, der so ausgelegt ist, dass sich die zu erfassende Lichtmenge bezüglich der Wellenlänge, die einem jeweiligen der mehreren Messteile entspricht, in Übereinstimmung mit einer Form eines jeweiligen der mehreren Messteile verändert; Ermitteln einer Lichtmengenschätzbeziehung, die eine für die Form charakteristische Information umfasst, die eine Beziehung zwischen der Form, der Wellenlänge und der Lichtmenge bezüglich jedes der mehreren Messteile repräsentiert; und Berechnen der Form jedes der mehreren Messteile auf der Grundlage der Lichtmengeninformation und eines Lichtmengenschätzwerts, der eine Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtmenge ist, wobei der Lichtmengenschätzwert auf der Grundlage der Lichtmengenschätzbeziehung berechnet wird.
Ferner ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Programm zum Formschätzen, das bewirkt, dass ein Computer die folgenden Schritte ausführt: Ermitteln einer Lichtmengeninformation, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtmenge ist, wobei die Lichtmengeninformation unter Verwendung eines Sensors ermittelt wird, der so ausgelegt ist, dass sich die zu erfassende Lichtmenge bezüglich der Wellenlänge, die einem jeweiligen der mehreren Messteile entspricht, in Übereinstimmung mit einer Form eines jeweiligen der mehreren Messteile verändert; Ermitteln einer Lichtmengenschätzbeziehung, die eine für die Form charakteristische Information umfasst, die eine Beziehung zwischen der Form, der Wellenlänge und der Lichtmenge bezüglich jedes der mehreren Messteile repräsentiert; und Berechnen der Form jedes der mehreren Messteile auf der Grundlage der Lichtmengeninformation und eines Lichtmengenschätzwerts, der eine Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtmenge ist, wobei der Lichtmengenschätzwert auf der Grundlage der Lichtmengenschätzbeziehung berechnet wird.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Formschätzvorrichtung, die dazu geeignet eine Form zu schätzen, ein Endoskopiesystem, das die Formschätzvorrichtung umfasst, ein Formschätzverfahren und ein Programm zum Formschätzen bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Endoskopiesystems zeigt, das eine Formschätzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Sensors zeigt.
3 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtstärke, die von einer Lichtquelle ausgesendet wird, zeigt.
4 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Wellenlänge eines Lichts, das auf einen Fotodetektor auftrifft, und der Erfassungsempfindlichkeit des Fotodetektors zeigt.
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine optische Achse eines Lichtleitelements enthält.
6 ist eine Querschnittsansicht in einer radialen Richtung des Lichtleitelements entlang der Linie A-A in 5.
7 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Beziehung zwischen den Wellenlängen von Licht und Absorptionsgraden eines ersten optischen Absorptionsmittels und eines zweiten optischen Absorptionsmittels zeigt.
8A ist eine Ansicht, die schematisch eine Übertragung von Licht in einem Zustand zeigt, in dem ein Messteil nach innen gebogen ist.
8B ist eine Ansicht, die schematisch eine Übertragung von Licht in einem Zustand zeigt, in dem das Messteil gerade ist.
8C ist eine Ansicht, die schematisch eine Übertragung von Licht in einem Zustand zeigt, in dem das Messteil nach außen gebogen ist.
9 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Wellenlänge und einer Referenz-Lichtmenge zeigt.
10 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Wellenlänge und einem Änderungsverhältnis einer Lichtmenge eines ersten Messteils zeigt.
11 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Wellenlänge und einem Änderungsverhältnis der Lichtmenge eines zweiten Messteils zeigt.
12 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Beziehung zwischen den Krümmungen und Änderungsverhältnissen der Lichtmenge des ersten Messteils und des zweite Messteils zeigt.
13 ist eine Ansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem das erste Messteil und das zweite Messteil jeweils eine beliebige Krümmung aufweisen.
14 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Wellenlänge und einer Lichtmenge, die durch den Fotodetektor in dem Biegezustand von 13 gewonnen wird, zeigt.
15 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Wellenlänge und einem Produkt aus einem Änderungsverhältnis der Lichtmenge des ersten Messteils und einem Änderungsverhältnis der Lichtmenge des zweiten Messteils zeigt.
16 ist ein Schaubild, das ein Beispiel von Änderungsverhältnissen von Lichtmengen des ersten Messteils und des zweiten Messteils zeigt, wobei die Messteile getrennt sind.
17 ist ein Flussdiagramm, das einen Fluss eines Prozesses in einem Steuergerät zeigt.
18 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Ermittlung einer Krümmungscharakteristikinformation zeigt.
19 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Ermittlung einer Referenz-Lichtmengeninformation zeigt.
20 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines arithmetischen Prozesses zur Krümmungsbestimmung zeigt.
21 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration des Sensors zeigt.
22 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Krümmung und dem Lichtabsorptionsgrad des ersten Messteils und des zweiten Messteils zeigt.
23 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Beziehung zwischen Lichtwellenlängen und Absorptionsgraden des ersten optischen Absorptionsmittels und des zweiten optischen Absorptionsmittels zeigt.
24 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration des Sensors zeigt.
25 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtemissionsintensität der Lichtquelle zu einem bestimmten Zeitpunkt zeigt.
26 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Wellenlänge von Licht, das auf den Fotodetektor auftrifft, und der Erfassungsempfindlichkeit des Fotodetektors zeigt, wobei die Beziehung 25 entspricht.
27 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Beziehung zwischen Lichtwellenlängen und Absorptionsgraden des ersten bis dritten optischen Absorptionsmittels zeigt.
28 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Form-Arithmetikeinheit in einer zweiten Ausführungsform zeigt.
29 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Beziehung zwischen Lichtwellenlängen und Absorptionsgraden des ersten optischen Absorptionsmittels und des zweiten optischen Absorptionsmittels zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
[Erste Ausführungsform]
1 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Endoskopiesystems 1 mit einer Formschätzvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Endoskopiesystem 1 umfasst ein Endoskop 810, eine Endoskop-Steuereinheit 820, die Formschätzvorrichtung 10, eine Anzeige 180 und eine Eingabevorrichtung 190.
Das Endoskop 810 umfasst einen Einführungsabschnitt 812 zum Einführen in ein Einführungsobjekt und einen Betätigungsabschnitt 814, der mit einem proximalen Ende des Einführungsabschnitts 812 gekoppelt ist. Der Einführungsabschnitt 812 ist ein länglicher, rohrförmiger Abschnitt auf der Seite eines distalen Endes eines Endoskops und umfasst einen distalen, starren Abschnitt 816, einen Biegeabschnitt 817, der an einem proximalen Ende des distalen, starren Abschnitts 816 angeordnet ist, und einen Schlauchabschnitt 818, der an einem proximalen Ende des Biegeabschnitts 817 angeordnet ist. In dem distalen, starren Abschnitt 816 sind eine Beleuchtungsoptik, eine Beobachtungsoptik, ein Bildsensor, etc. integriert, die nicht gezeigt sind. Der Biegeabschnitt 817 wird durch Betätigen des Betätigungsabschnitts 814 in eine gewünschte Richtung gebogen. Der Schlauchabschnitt 818 ist frei biegbar und biegt sich zum Beispiel entlang der Krümmungsform des Einführungsobjekts. Der Betätigungsabschnitt 814 führt verschiedene Operationen des Endoskops 810 aus, unter anderem die oben beschriebene Biegeoperation.
Die Endoskop-Steuereinheit 820 steuert die verschiedenen Operationen des Endoskops 810. Ferner umfasst die Endoskop-Steuereinheit 820 einen Bildprozessor 822 zum Verarbeiten eines durch die Beobachtungsoptik und den Bildsensor des Endoskops 810 gewonnenen Bildes.
Der Formschätzvorrichtung 10 ist eine Vorrichtung zum Schätzen einer Biegeform des Einführungsabschnitts 812 des Endoskops 810, insbesondere des Biegeabschnitts 817 oder des Schlauchabschnitts 818. Die Formschätzvorrichtung 10 umfasst einen Sensor 500 mit einem Sensortreiber 300 und einer Sensoreinheit 400 und ein Steuergerät 100. Die Einzelheiten sind nachfolgend beschrieben.
Die Anzeige 180 ist eine übliche Anzeigevorrichtung wie zum Beispiel eine Flüssigkristallanzeige, eine CRT-Anzeige oder eine organische EL-Anzeige. Die Anzeige 180 ist mit der Endoskop-Steuereinheit 820 verbunden und zeigt ein durch das Endoskop 810 ermitteltes Bild an. Ferner ist die Anzeige 180 mit dem Steuergerät 100 der Formschätzvorrichtung 10 verbunden und zeigt eine Information über die Form des Einführungsabschnitts 812 des Endoskops 810 an, wobei die Information durch die Formschätzvorrichtung 10 ermittelt wird.
Die Eingabevorrichtung 190 ist eine übliche Vorrichtung zur Eingabe wie zum Beispiel eine Tastatur, eine Maus, eine Zeigevorrichtung, ein Etikettenlesegerät, ein Druckknopfschalter, ein Schieber oder eine Einstellscheibe. Die Eingabevorrichtung 190 ist mit dem Steuergerät 100 der Formschätzvorrichtung 10 verbunden. Die Eingabevorrichtung 190 wird von einem Anwender verwendet, um verschiedene Anweisungen zum Betrieb der Formschätzvorrichtung 10 einzugeben. Die Eingabevorrichtung 190 kann ein Speichermedium sein. In diesem Fall wird die in dem Speichermedium gespeicherte Information dem Steuergerät 100 zugeführt.
Nachfolgend ist der Sensor 500 der Formschätzvorrichtung 10 beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration des Sensors 500 mit dem Sensortreiber 300 und der Sensoreinheit 400 zeigt. Der Sensortreiber 300 umfasst eine Lichtquelle 310, einen Fotodetektor 320, einen Lichtteilerabschnitt 330 und ein Antireflexionselement 340. Die Sensoreinheit 400 umfasst ein Lichtleitelement 420, das mehrere Messteile 410 umfasst, und ein Reflexionselement 430.
Die Lichtquelle 310 ist zum Beispiel ein allgemein bekanntes Leuchtmittel wie etwa eine Lampe, eine LED oder eine Laserdiode. Die Lichtquelle 310 kann ferner ein Fluoreszenzelement zum Umwandeln der Wellenlänge umfassen.
3 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Stärke eines von der Lichtquelle 310 ausgesendeten Lichts zeigt. Die Lichtquelle 310 sendet Licht in einem Emissionswellenlängenbereich aus, der eine erste Wellenlänge λ1 und eine zweite Wellenlänge λ2 enthält. Die erste Wellenlänge λ1 ist eine charakteristische Wellenlänge eines Spektrums, die von einem Lichtabsorber eines ersten Messteils 411 (weiter unten beschrieben) der Sensoreinheit 400 absorbiert wird. Hier ist die charakteristische Wellenlänge zum Beispiel eine Wellenlänge maximaler Absorption (siehe 7). Ebenso ist die zweite Wellenlänge λ2 eine charakteristische Wellenlänge eines Spektrums, die von einem Lichtabsorber eines zweiten Messteils 412 (weiter unten beschrieben) der Sensoreinheit 400 absorbiert wird.
Der Fotodetektor 320 umfasst ein Element zum Aufspalten von Licht in seine spektralen Komponenten wie etwa ein Spektroskop oder ein Farbfilter und ein Lichtempfangselement wie etwa eine Fotodiode. Der Fotodetektor 320 erfasst die Stärke von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich und gibt eine Lichtmengeninformation aus. Hier ist die Lichtmengeninformation eine Information, die ein Maß für die Beziehung zwischen einer bestimmten Wellenlänge in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich und der Intensität von Licht mit der Wellenlänge.
4 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Wellenlänge von Licht, das auf den Fotodetektor 320 fällt, und der Erfassungsempfindlichkeit des Fotodetektors 320 zeigt. Der Fotodetektor 320 hat eine Erfassungsempfindlichkeit innerhalb eines Wellenlängenbereichs, der die oben beschriebene erste Wellenlänge λ1 und zweite Wellenlänge λ2 enthält. Der Fotodetektor 320 gibt zum Beispiel die erfassten Lichtstärken bei der ersten Wellenlänge λ1 und der zweite Wellenlänge λ2 an das Steuergerät 100 aus.
Der Fotodetektor ist nicht auf einen spektral auflösenden Fotodetektor beschränkt. Die Lichtquelle und der Fotodetektor umfassen einen Modus, in dem Lichtmengen mehrerer vorbestimmter Wellenlängenbereiche durch eine Kombination aus einer Lichtquelle und einem Fotodetektor erfasst werden. Zum Beispiel umfassen die Lichtquelle und der Fotodetektor einen Modus, in dem schmalbandige Lichter von einer Lichtquelle in zeitlicher Abfolge ausgesendet werden und Lichtmengen bei den jeweiligen Wellenlängenbereichen durch einen Breitband-Fotodetektor erfasst werden.
Der Lichtteilerabschnitt 330 ist optisch mit der Lichtquelle 310 und dem Fotodetektor 320 verbunden. Der Lichtteilerabschnitt 330 umfasst einen Optokoppler oder einen halbtransparenten Spiegel. Der Lichtteilerabschnitt 330 leitet von der Lichtquelle 310 ausgesendetes Licht zu dem Lichtleitelement 420 (weiter unten beschrieben) der Sensoreinheit 400 und leitet durch das Lichtleitelement 420 geführtes Licht zu dem Fotodetektor 320.
Das Antireflexionselement 340 ist optisch mit dem Lichtteilerabschnitt 330 verbunden. Das Antireflexionselement 340 verhindert, dass ein Teil des von der Lichtquelle 310 ausgesendeten Lichts, das nicht in das Lichtleitelement 420 eintrat, zu dem Fotodetektor 320 zurückkehrt.
Das Lichtleitelement 420 ist zum Beispiel eine Lichtleitfaser und flexibel. Das Lichtleitelement 420 ist an seinem proximalen Ende mit dem Lichtteilerabschnitt 330 verbunden. Wie es schematisch in 1 gezeigt ist, ist das Lichtleitelement 420 des Endoskops 810 in der Längsrichtung des Einführungsabschnitts 812 in den Einführungsabschnitt 812 eingebaut. Die Messteile 410 des Lichtleitelements 420 sind in einem Bereich angeordnet, in dem die Form des Einführungsabschnitts 812 berechnet werden soll, zum Beispiel in dem Biegeabschnitt 817 oder dem Schlauchabschnitt 818.
Das Lichtleitelement 420 umfasst die mehreren Messteile 410. Die Messteile 410 umfassen ein erstes Messteil 411 und ein zweites Messteil 412 und können ferner ein m-tes Messteil 41m umfassen. Hier ist ”m” eine beliebige Zahl. Diese Messteile 410 sind an unterschiedlichen Positionen in der Längsrichtung (Richtung der optischen Achse) des Lichtleitelements 420, das heißt räumlich voneinander getrennt, angeordnet. Im Folgenden sei angenommen, dass das Lichtleitelement 420 zwei Messteile 410 umfasst, und zwar ein erstes Messteil 411 und ein zweites Messteil 412, was nachfolgend beschrieben ist.
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine optische Achse des Lichtleitelements 420 zeigt. 6 ist eine Querschnittsansicht in einer radialen Richtung des Lichtleitelements 420 entlang der Linie A-A in 5. Das Lichtleitelement 420 umfasst einen Kern 423, eine Hülle 422, die den Kern 423 umgibt, und eine Ummantelung 421, die die Hülle 422 umgibt.
Der Kern 423 des Messteils 410 ist durch Entfernen von Teilen der Ummantelung 421 und Hülle 422 freiliegt, und Lichtabsorber 429 sind auf dem freigelegten Kern 423 angeordnet. Für die Messteile 410 werden Lichtabsorber 429 mit unterschiedlichen Lichtabsorptionsgraden bei den jeweiligen Wellenlängen, das heißt mit unterschiedlichen Lichtmodulationscharakteristiken, verwendet. Nachfolgend ist der Lichtabsorber 429, der in dem ersten Messteil 411 angeordnet ist, als ”erster Lichtabsorber” bezeichnet, und der Lichtabsorber 429, der in dem zweiten Messteil 412 angeordnet ist, ist als ”zweiter Lichtabsorber” bezeichnet. Statt dem Lichtabsorber kann auch ein optisches Element verwendet werden, das das Spektrum des geleiteten Lichts beeinflusst. Zum Beispiel kann das optische Element ein Wellenlängen-Umwandlungselement (Fluoreszenzelement) sein.
7 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel der Beziehung zwischen den Lichtwellenlängen und Absorptionsgraden in dem ersten Lichtabsorber und dem zweiten Lichtabsorber zeigt. In 7 zeigt eine durchgezogene Linie ein Absorptionsspektrum des ersten Lichtabsorbers, und eine gestrichelte Linie zeigt ein Absorptionsspektrum des zweiten Lichtabsorbers. Wie es in 7 gezeigt ist, haben die Lichtabsorber, die in den verschiedenen Messteilen 410 angeordnet sind, unterschiedliche Absorptionsspektren.
Es ist möglich, dass der Absorptionsgrad über den gesamten Emissionswellenlängenbereich größer Null ist, wie es durch den Absorptionsgrad des zweiten Lichtabsorbers in 7 gezeigt ist, je nach Kontaktbereich zwischen dem Kern 423 und dem Lichtabsorber 429, dem Brechungsindex des Lichtabsorbers und dem Absorptionsspektrum. Selbst in einem solchen Fall kann die Krümmung jedes Messteils 410 unter Berücksichtigung der jeweiligen Änderungsverhältnisse der Messteile 410 berechnet werden kann, was weiter unten beschrieben ist.
Nachfolgend ist die Beziehung zwischen der Biegung des Messteils 410 und der Übertragungslichtmenge, die in dem Lichtleitelement 420 geleitet wird, beschrieben. 8A bis 8C sind Ansichten, die schematisch Licht zeigen, das ist in der Umgebung des Messteils 410 des Lichtleitelements 420 geleitet wird. Wie es in 8B gezeigt ist, wird, wenn das Lichtleitelement 420 gerade ist, ein Teil des Lichts, das in dem Lichtleitelement 420 geleitet wird, in dem Lichtabsorber 429 absorbiert. Demgegenüber nimmt die auf den Lichtabsorber 429 auftreffende Lichtmenge ab, wenn sich das Lichtleitelement 420 so biegt, dass sich der Lichtabsorber 429 innen befindet, so dass auch die von dem Lichtabsorber 429 absorbierte Lichtmenge abnimmt (8A). Demzufolge nimmt die in dem Lichtleitelement 420 geleitete Übertragungslichtmenge zu. Wenn sich hingegen das Lichtleitelement 420 so biegt, dass sich der Lichtabsorber 429 außen befindet, nimmt die Menge des auf den Lichtabsorber 429 auftreffenden Lichts zu, so dass die Menge des von dem Lichtabsorber 429 absorbierten Lichts zunimmt (8C). Demzufolge nimmt die in dem Lichtleitelement 420 geleitete Übertragungslichtmenge ab.
Somit verändert sich die Menge des in dem Lichtleitelement 420 geleiteten Lichts entsprechend der Biegung des Messteils 410. In der nachfolgenden Beschreibung ist angenommen, dass die Biegung des Lichtleitelements 420 in eine Richtung, in der die Übertragungslichtmenge durch das Lichtleitelement 420 zunimmt, wie es in 8A gezeigt ist, die Biegung in eine positive Richtung ist und dass die Biegung des Lichtleitelements 420 in eine Richtung, in der die Übertragungslichtmenge durch das Lichtleitelement 420 abnimmt, wie es in 8C gezeigt ist, die Biegung in eine negative Richtung ist.
Wie es in 2 gezeigt ist, ist das Reflexionselement 430 an einem Endabschnitt des Lichtleitelements 420, das heißt an einem distalen Ende davon, auf der Seite, auf der das Lichtleitelement 420 nicht mit dem Lichtteilerabschnitt 330 verbunden ist, angeordnet. Das Reflexionselement 430 reflektiert das von dem Lichtteilerabschnitt 330 durch das Lichtleitelement 420 geführte Licht, so dass das Licht zu dem Lichtteilerabschnitt 330 zurückläuft.
Nachfolgend ist mit Bezug auf 1 das Steuergerät 100 der Formschätzvorrichtung 10 beschrieben. Das Steuergerät 100 umfasst einen elektronischen Rechner, der zum Beispiel ein Personal Computer ist. Das Steuergerät 100 umfasst eine Arithmetikeinheit 101, einen Endoskop-Form-Rechner 140, einen Fotodetektortreiber 150, und eine Ausgangseinheit 160.
Die Arithmetikeinheit 101 umfasst zum Beispiel eine Vorrichtung mit einer CPU oder eine ASIC. Die Arithmetikeinheit 101 umfasst eine Eingangseinheit 130, eine Speichereinheit 120 und eine Form-Arithmetikeinheit 110.
Der Eingangseinheit 130 wird von dem Fotodetektor 320 des Sensortreibers 300 eine Lichtmengeninformation zugeführt. Die Eingangseinheit 130 überträgt die zugeführte Lichtmengeninformation an die Form-Arithmetikeinheit 110. Ferner wird eine für die Form charakteristische Information (weiter unten beschrieben) der Messteile 410 der Eingangseinheit 130 zugeführt. Ferner wird eine von der Endoskop-Steuereinheit 820 ausgegebene Information der Eingangseinheit 130 zugeführt. Die Eingangseinheit 130 überträgt diese zugeführten Signale zu dem Fotodetektortreiber 150 oder der Form-Arithmetikeinheit 110.
Die Speichereinheit 120 speichert verschiedene Informationen, die für arithmetische Operationen notwendig sind, die durch die Form-Arithmetikeinheit 110 ausgeführt werden. Die Speichereinheit 120 speichert zum Beispiel Programme, einschließlich eines Berechnungsalgorithmus, und eine Lichtmengenschätzbeziehung, einschließlich einer für die Form charakteristischen Information (weiter unten beschrieben), der Messteile 410.
Die Form-Arithmetikeinheit 110 berechnet die Form jedes Messteils 410 auf der Grundlage der über die Eingangseinheit 130 ermittelten Lichtmengeninformation und der in der Speichereinheit 120 gespeicherten Lichtmengenschätzbeziehung (weiter unten beschrieben). Die Form-Arithmetikeinheit 110 umfasst eine Schätzwert-Arithmetikeinheit 212. Die Schätzwert-Arithmetikeinheit 212 erzeugt einen Lichtmengenschätzwert auf der Grundlage der in der Speichereinheit 120 gespeicherten Lichtmengenschätzbeziehung. Die Form-Arithmetikeinheit 110 berechnet die Form jedes Messteils 410 auf der Grundlage der über die Eingangseinheit 130 ermittelten Lichtmengeninformation und des Lichtmengenschätzwerts. Die Form-Arithmetikeinheit 110 überträgt die berechnete Form des Messteils 410 zu dem Endoskop-Form-Rechner 140 und der Ausgangseinheit 160. Ferner gibt die Form-Arithmetikeinheit 110 die die Operation des Fotodetektors 320 betreffende Information, die zur Formberechnung notwendig ist, wie etwa eine Verstärkung des Fotodetektors 320, an den Fotodetektortreiber 150.
Der Endoskop-Form-Rechner 140 umfasst zum Beispiel eine CPU oder eine ASIC. Auf der Grundlage der durch die Form-Arithmetikeinheit 110 berechneten Form der Messteil 410 berechnet der Endoskop-Form-Rechner 140 die Form des Einführungsabschnitts 812 des Endoskops 810, in dem die Messteile 410 angeordnet sind. Die berechnete Form des Einführungsabschnitts 812 wird an die Ausgangseinheit 160 übertragen. Der Endoskop-Form-Rechner 140 kann in der Form-Arithmetikeinheit 110 integriert sein.
Der Fotodetektortreiber 150 erzeugt ein Steuersignal des Fotodetektors 320 auf der Grundlage der von der Eingangseinheit 130 oder der Form-Arithmetikeinheit 110 ermittelten Information. Durch das Steuersignal schaltet der Fotodetektortreiber 150 die Operation des Fotodetektors 320 zum Beispiel auf der Grundlage der Anweisung durch den Anwender, die in die Eingabevorrichtung 190 eingegeben und über die Eingangseinheit 130 ermittelt wird, ein/aus oder stellt die Verstärkung des Fotodetektors 320 auf der Grundlage der von der Form-Arithmetikeinheit 110 ermittelten Information ein. Der Fotodetektortreiber 150 kann so ausgelegt sein, dass er ferner den Betrieb der Lichtquelle 310 regelt bzw. steuert. Der Fotodetektortreiber 150 überträgt das erzeugte Steuersignal zu der Ausgangseinheit 160.
Die Ausgangseinheit 160 gibt die von der Form-Arithmetikeinheit 110 ermittelte Form des Messteils 410 oder die von dem Endoskop-Form-Rechner 140 ermittelte Form des Einführungsabschnitts 812 an die Anzeige 180 aus. Die Ausgangseinheit 160 gibt ferner die von der Form-Arithmetikeinheit 110 ermittelte Form des Messteils 410 oder die von dem Endoskop-Form-Rechner 140 ermittelte Form des Einführungsabschnitts 812 an die Endoskop-Steuereinheit 820 aus. Die Ausgangseinheit 160 gibt ferner das Steuersignal von dem Fotodetektortreiber 150 an den Fotodetektor 320 aus.
Nachfolgend ist die Bedienung des Endoskopiesystems 1 und der Formschätzvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Der Einführungsabschnitt 812 des Endoskops 810 wird durch den Anwender in ein Einführungsobjekt eingeführt. Bei der Einführung biegt sich der Einführungsabschnitt entsprechend der Form des Einführungsobjekts. Das Endoskop 810 ermittelt durch die Beobachtungsoptik und den in dem distalen, starren Abschnitt 816 des Einführungsabschnitts 812 angeordneten Bildsensor ein Bildsignal. Das ermittelte Bildsignal wird zu dem Bildprozessor 822 des Endoskop-Steuergeräts 820 übertragen. Der Bildprozessor 822 erzeugt ein Endoskopiebild auf der Grundlage des ermittelten Bildsignals. Der Bildprozessor 822 bewirkt, dass die Anzeige 180 das erzeugte Endoskopiebild anzeigt.
Wenn der Anwender bewirken möchte, dass die Anzeige 180 die Form des Einführungsabschnitts 812 anzeigt, oder wenn der Anwender bewirken möchte, dass die Endoskop-Steuereinheit 820 verschiedene Operationen unter Verwendung der Form des Einführungsabschnitts 812 durchführt, gibt der Anwender die entsprechende Anweisung mit Hilfe der Eingabevorrichtung 190 in das Steuergerät 100 ein. Anschließend arbeitet die Formschätzvorrichtung 10.
Wenn die Formschätzvorrichtung 10 arbeitet, sendet die Lichtquelle 310 des Sensortreibers 300 Licht in einem vorbestimmten Emissionswellenlängenbereich aus. Das von der Lichtquelle 310 ausgesendete Licht wird über den Lichtteilerabschnitt 330 zu dem Lichtleitelement 420 der Sensoreinheit 400 geleitet. Das dorthin geleitete Licht wird in dem Lichtleitelement 420 von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende übertragen. Dabei verändert sich die Lichtmenge in dem Lichtleitelement 420 entsprechend den Biegezuständen der Messteile 410, die in dem Lichtleitelement 420 angeordnet sind, und die Menge des übertragenen Lichts nimmt bei jeder Wellenlänge ab. Anschließend wird das Licht durch das Reflexionselement 430 reflektiert, zurückgeschickt und in dem Lichtleitelement 420 von dem distalen Ende zu dem proximalen Ende übertragen. Das reflektierte Licht erreicht den Fotodetektor 320 über den Lichtteilerabschnitt 330. Der Fotodetektor 320 erfasst die Stärke des angekommenen Lichts für jede Wellenlänge.
Der Fotodetektor 320 gibt die Lichtmengeninformation, die die Wellenlänge und die erfasste Lichtstärke betrifft, an die Eingangseinheit 130 des Steuergeräts 100 aus. Die eingegangene Lichtmengeninformation wird von der Eingangseinheit 130 durch die Form-Arithmetikeinheit 110 ermittelt, und die Form-Arithmetikeinheit 110 berechnet die Form jedes Messteils 410.
Die durch die Form-Arithmetikeinheit 110 berechnete Information über die Form jedes Messteils 410 wird durch den Endoskop-Form-Rechner 140 ermittelt. Auf der Grundlage der Formen der Messteile 410 berechnet der Endoskop-Form-Rechner 140 die Form des Einführungsabschnitts 812 des Endoskops 810.
Die durch die Form-Arithmetikeinheit 110 berechnete Information über die Form jedes Messteils 410 oder die durch den Endoskop-Form-Rechner 140 berechnete Form des Einführungsabschnitts 812 wird durch die Endoskop-Steuereinheit 820 über die Ausgangseinheit 160 ermittelt. Auf der Grundlage der Information über die Form jedes Messteils 410 oder die Form des Einführungsabschnitts 812 steuert die Endoskop-Steuereinheit 820 das Endoskop 810.
Ferner wird die durch die Form-Arithmetikeinheit 110 berechnete Form jedes Messteils 410 oder die durch den Endoskop-Form-Rechner 140 berechnete Form des Einführungsabschnitts 812 über die Ausgangseinheit 160 auf der Anzeige 180 angezeigt.
Ferner werden die der Eingangseinheit 130 zugeführte Information und die durch die Form-Arithmetikeinheit 110 berechnete Information über die Form jedes Messteils 410 durch den Fotodetektortreiber 150 ermittelt. Auf der Grundlage der ermittelten Information überträgt der Fotodetektortreiber 150 ein Steuersignal über die Ausgangseinheit 160 zu dem Fotodetektor 320 und steuert die Operation des Fotodetektors 320.
Auf diese Weise wird gemäß der Formschätzvorrichtung 10 die Form jedes Messteils 410 durch die Arithmetikeinheit 101 ermittelt. Ferner berechnet der Endoskop-Form-Rechner 140 auf der Grundlage der ermittelten Form des Messteils 410 die Form des Einführungsabschnitts 812 des Endoskops 810. Dadurch kann der Anwender die Form (Krümmung oder Biegebetrag) jedes Messteils 410 oder des Einführungsabschnitt 812 während der Betätigung des Endoskops 810 nachvollziehen. Ferner kann die Endoskop-Steuereinheit 820 die Operation des Endoskops 810 in Übereinstimmung mit der berechneten Form jedes Messteils 410 oder des Einführungsabschnitts 812 in geeigneter Weise steuern.
Nachfolgend sind arithmetische Operationen beschrieben, die durch die Arithmetikeinheit 101 in der Formschätzvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt werden. Zunächst ist die Information beschrieben, die im Voraus unter Verwendung der Formschätzvorrichtung 10 vorbereitet wird. Eine Lichtmenge D_λn von Licht der Wellenlänge λn, das durch den Fotodetektor 320 erfasst wird, ist durch die folgende Gleichung (1) gegeben. D_λn = E_λn × A_λn × B_λn × L_λn Gleichung (1)
Hier ist E_λn eine Lichtmenge eines Lichts der Wellenlänge λn, das von der Lichtquelle 310 ausgesendet wird, A_λn ein Absorptionsgrad des ersten Lichtabsorbers für ein Licht der Wellenlänge λn, B_λn ein Absorptionsgrad des zweiten Lichtabsorbers für ein Licht der Wellenlänge λn, und L_λn ein Absorptionsgrad anderer Elemente als die Messteile 410 wie etwa der Lichtteilerabschnitt 330, das Lichtleitelement 420 und das Reflexionselement 430 für eine Wellenlänge λn, die in einem optischen Weg angeordnet sind, entlang dessen sich Licht in dem Sensortreiber 300 und der Sensoreinheit 400 ausbreitet.
Die Emissionslichtmenge E_λn und der Absorptionsgrad L_λn hängen nicht von der Form der Messteile 410 ab. Demzufolge wird die Gleichung (1), die die Lichtmenge D_λn angibt, in Form von Gleichung (2) geschrieben. Insbesondere wird die Lichtmenge von Licht der Wellenlänge λn, das durch den Fotodetektor 320 erfasst wird, wenn sich jedes Messteil 410 in einer vorbestimmten Form befindet, und auf die Bezug genommen wird (nachfolgend als ”Referenzform” bezeichnet), im Voraus als eine Referenz-Lichtmenge I_λn berechnet. Ferner wird ein Verhältnis zwischen der Lichtmenge von Licht der Wellenlänge λn, das durch den Fotodetektor 320 erfasst wird, wenn alle Messteile 410 (in diesem Beispiel das zweite Messteil 412) außer dem ersten Messteil 411 in der Referenzform sind, und der Referenz-Lichtmenge I_λn als ein Änderungsverhältnis α_λn des ersten Messteils 411 einstellt. Ferner wird ein Verhältnis zwischen der Lichtmenge von Licht der Wellenlänge λn, das durch den Fotodetektor 320 erfasst wird, wenn all Messteile 410 (in diesem Beispiel das erste Messteil 411) außer dem zweiten Messteil 412, in der Referenzform sind und der Referenz-Lichtmenge I_λn als ein Änderungsverhältnis β_λn des zweiten Messteils 412 eingestellt. Dann ist die Lichtmenge D_λn durch die folgende Gleichung (2) gegeben. D_λn = I_λn × α_λn × β_λn Gleichung (2)
Nun ändern sich die Absorptionsgrade der Lichtabsorber 429 der Messteile 410 jeweils entsprechend der Form des jeweiligen Messteils 410, zum Beispiel der Krümmung κ. Demzufolge ist das Änderungsverhältnis α_λn des ersten Messteils 411 durch die folgende Gleichung (3) gegeben. α_λn = f_λn(κ_α) Gleichung (3)
Hier ist κ_α die Krümmung des ersten Messteile 411, und eine Funktion f_λn ist eine Krümmungscharakteristikinformation über das erste Messteil 411.
Entsprechend ist das Änderungsverhältnis β_λn des zweiten Messteils 411 durch die folgende Gleichung (4) gegeben. β_λn = g_λn(κ_β) Gleichung (4)
Hier ist κ_β die Krümmung des zweiten Messteile 412, und eine Funktion g_λn ist eine Krümmungscharakteristikinformation über die zweite Messteil 412.
Aus Gleichung (2), Gleichung (3) und Gleichung (4) erhält man Gleichung (5). In Gleichung (5) ist die linke Seite die Lichtmengeninformation einer beliebigen Form, und die rechte Seite ist ein auf der Grundlage Referenz-Lichtmengeninformation und der Krümmungscharakteristikinformation zu erzeugender Lichtmengenschätzwert. D_λn(κ_α, κ_β) = I_λn × f_λn(κ_α) × g_λn(κ_β) Gleichung (5)
Für die Referenzform zum Bestimmen der Referenz-Lichtmenge I_λn wird zum Beispiel der Fall verwendet, in dem alle Messteile 410 in gerader Form vorliegen, das heißt der Fall, in dem die Krümmung des ersten Messteils 411 und des zweiten Messteil 412 jeweils 0 ist und ihr Krümmungsradius ∞ ist. Jedoch ist die Referenzform nicht hierauf beschränkt, sondern die Referenzform kann eine andere Form als die gerade Form sein. Es müssen auch nicht alle Messteile 410 die gleiche Referenzform besitzen, sondern die jeweiligen Messteile 410 können beliebige Formen haben. Nachfolgend ist der Fall beschrieben, in dem die Referenzform, die die gerade Form ist, für alle Messteile 410 verwendet wird.
9 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Wellenlänge und einer Referenz-Lichtmenge zeigt. Eine Lichtmenge D_λn(0, 0) zu einem Zeitpunkt, zu dem alle Messteile 410 in der Referenzform sind, das heißt wenn κ_α = 0 und κ_β = 0 ist, ist per definitionem die folgende Gleichung (6) gegeben. D_λn(0, 0) = I_λn Gleichung (6)
Insbesondere ist per definitionem die Referenz-Lichtmenge I_λn, f_λn(0) = 1 und g_λn (0) = 1.
Die Funktion f_λn und die Funktion g_λn, die Krümmungscharakteristikinformationen sind, werden gewonnen, indem in einem Zustand, in dem die Formen der anderen Messteile als ein Ziel-Messteil als die Referenzform eingestellt werden, die Krümmung des Ziel-Messteils innerhalb eines möglichen Bereichs variiert wird. 10 ist ein Schaubild, das zeigt ein Beispiel der gewonnenen Krümmungscharakteristikinformation f_λn(κ_α) zeigt. Hier gilt für die Krümmungen κ_ακ₁₁ < κ₁₂ < κ₁₃ < κ₁₄. 11 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der gewonnenen Krümmungscharakteristikinformation g_λn(κ_β) zeigt. Hier gibt für die Krümmungen κ_βκ₂₁ < κ₂₂ < κ₂₃ < κ₂₄. Die 10 und die 11 zeigen jeweils Krümmungscharakteristikinformationen, die vier Krümmungen betrifft. Jedoch sind die gewonnene Krümmungscharakteristikinformationen nicht auf diese beschränkt, sondern die Beziehung zwischen der Wellenlänge und dem Änderungsverhältnis in dem Emissionswellenlängenbereich werden bezüglich verschiedener Krümmungen gewonnen.
Auf diese Weise werden die Krümmungscharakteristikinformation f_λn(κ_α) des ersten Messteils 411, die die Beziehung zwischen der Krümmung κ_α und dem Änderungsverhältnis α_λn repräsentiert, und die Krümmungscharakteristikinformation g_λn(κ_β) des zweiten Messteils 412, die die Beziehung zwischen der Krümmung κ_β und dem Änderungsverhältnis repräsentiert, gewonnen. 12 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der so gewonnenen Krümmungscharakteristikinformationen zeigt, die die Beziehung zwischen den Krümmungen und den Änderungsverhältnissen des ersten Messteils 411 und des zweiten Messteils 412 ist.
Aus Gleichung (5) ist die Funktion f_λn(κ_α) durch die folgende Gleichung (7) gegeben.
Entsprechend ist die Funktion g_λn(κ_β) durch die folgende Gleichung (8) gegeben.
Die Krümmungscharakteristikinformation und die Referenz-Lichtmengeninformation werden im Voraus ermittelt, zum Beispiel wenn das Endoskopiesystem 1 hergestellt wird oder wenn das Endoskopiesystem 1 installiert wird, und werden in der Speichereinheit 120 vorgespeichert. Die Krümmungscharakteristikinformation und die Referenz-Lichtmengeninformation können bei jeder Verwendung ermittelt werden.
Nachfolgend sind durch die Arithmetikeinheit 101 bei der Verwendung der Formschätzvorrichtung 10 auszuführende arithmetische Operationen beschrieben. 13 ist eine Ansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem sich das erste Messteil 411 und das zweite Messteil 412 der Sensoreinheit 400 mit beliebigen Krümmungen κ_α und κ_β biegen. 14 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtmenge, die durch den Fotodetektor 320 in dem Biegezustand von 13 gewonnen wird, zeigt.
Gemäß Gleichung (5) ist die durch den Fotodetektor 320 erfasste Lichtmenge D(κ_α, κ_β) gleich einem Produkt aus der in 9 gezeigten, zuvor ermittelten Referenz-Lichtmenge I einerseits und einem Produkt f(κ_α) × g(κ_β) aus den Änderungsverhältnissen des ersten Messteils 411 und des zweiten Messteils 412 andererseits. 15 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel des Produkts der Änderungsverhältnisse, das heißt die Beziehung zwischen der Wellenlänge und dem Produkt aus dem Änderungsverhältnis der Lichtmenge des ersten Messteils 411 und dem Änderungsverhältnis der Lichtmenge des zweiten Messteils 412 zeigt.
Hier sind die Änderungsverhältnisse der Lichtmengen der Messteile unabhängig voneinander. Demzufolge können, wenn das Produkt f(κ_α) × g(κ_β) der Änderungsverhältnisse in die Änderungsverhältnisse f(κ_α) und g(κ_β) der Messteile 411 bzw. 412 getrennt werden kann, die Krümmungen κ_α bzw. κ_β aus der Lichtmenge D(κ_α, κ_β) gewonnen werden. Mit anderen Worten, wenn jeder Teil der Krümmungscharakteristikinformation aus dem Mischzustand mehrerer voneinander unabhängiger Teile der Krümmungscharakteristikinformation berechnet werden kann, kann die Form jedes Messteils berechnet werden. 16 ist ein Schaubild, das ein Beispiel des Änderungsverhältnisses f(κ_α) der Lichtmenge des ersten Messteils 411 und des Änderungsverhältnisses g(κ_β) der Lichtmenge des zweiten Messteils 412 zeigt, wobei die Messteile getrennt sind.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, um die Krümmung κ_α des ersten Messteile 411 und die Krümmung κ_β des zweiten Messteile 412 zu berechnen, das durch die folgende Gleichung (9) ausgedrückte Gleichungssystem auf der Grundlage der Lichtmengen D_λ1 und D_λ2 bei einer durch den Fotodetektor 320 erfassten ersten Wellenlänge λ1 und zweiten Wellenlänge λ2 gelöst.
Die Referenz-Lichtmengen I_λ1 und I_λ2 und die Krümmungscharakteristikinformationen f_λ1, f_λ2, g_λ1 und g_λ2 werden im Voraus ermittelt und in der Speichereinheit 120 gespeichert, wie es oben beschrieben ist. Demzufolge können die Krümmung κ_α des ersten Messteils und die Krümmung κβ des zweiten Messteils 412 auf der Grundlage der Lichtmengen D_λ2 und D_λ2 berechnet werden. Mit anderen Worten, die Form jedes Messteils wird durch Berechnen des Lichtmengenschätzwerts auf der Grundlage der Lichtmengenschätzbeziehung, ausgedrückt durch die oben beschriebene Funktionsform gefunden. Die Lichtmengenschätzbeziehung ist nicht auf die durch die oben beschriebene Funktionsform ausgedrückte Beziehung beschränkt, sondern kann eine durch eine Tabelle (Umsetzungstabelle), in der die Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtmenge gespeichert ist, ausgedrückte Lichtmengenschätzbeziehung sein.
Obwohl die Krümmung als der Parameter eingestellt ist, der die einzelnen Messteile repräsentiert und oben die arithmetische Operation zur Formschätzung unter Verwendung der Krümmungscharakteristikinformation beschrieben ist, ist der Parameter nicht auf die Krümmung begrenzt. Zum Beispiel ist es möglich, einige Parameter wie etwa einen Krümmungsradius, der die Form der einzelnen Messteile repräsentiert, und eine arithmetische Operation zur Formschätzung unter Verwendung der Krümmungscharakteristikinformation, die diesem Parameter entspricht, zu verwenden.
17 ist ein Flussdiagramm, das den Fluss eines Prozesses in dem Steuergerät 100 zeigt. In Schritt S1, bestimmt das Steuergerät 100, ob in der Speichereinheit 120 eine Krümmungscharakteristikinformation gespeicherten ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass keine Krümmungscharakteristikinformation gespeichert ist (NEIN), fährt der Prozess mit Schritt S2 fort, und das Steuergerät 100 ermittelt die Krümmungscharakteristikinformation.
18 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Ermittlung der Krümmungscharakteristikinformation zeigt. In Schritt S21 ermittelt das Steuergerät 100 die Referenz-Lichtmengeninformation I_λ.
19 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Ermittlung der Referenz-Lichtmengeninformation zeigt. In Schritt S211 stellt das Steuergerät 100 die Messteile 410 auf die Referenzform ein. In der vorliegenden Ausführungsform stellt das Steuergerät 100 alle Messteile 410 auf die gerade Form ein. Wenn alle Messteile 410 manuell auf die Referenzform eingestellt sind, bestätigt das Steuergerät 100 in Schritt S211, ob alle Messteile 410 auf die Referenzform eingestellt sind. In Schritt S212 ermittelt das Steuergerät 100 die Lichtmengeninformation I_λ in der Referenzform (Gleichung (6)). In Schritt S213 wird die ermittelte Lichtmengeninformation I_λ in der Speichereinheit 120 gespeichert. Damit ist die Ermittlung der Lichtmengeninformation I_λ beendet, und der Prozess fährt mit Schritt S22 fort.
Wie es in 18 gezeigt ist, ermittelt das Steuergerät 100 in Schritt S22 die Krümmungscharakteristikinformation jedes Messteils 410. Insbesondere ermittelt in der vorliegenden Ausführungsform das Steuergerät 100 die Krümmungscharakteristikinformation f_λn(κ_α) des ersten Messteils 411 und die Krümmungscharakteristikinformation g_λn(κ_β) des zweiten Messteils 412 (Gleichung (7) und Gleichung (8)). Ferner wird in Schritt S23 die ermittelte Krümmungscharakteristikinformation in der Speichereinheit 120 gespeichert. Damit ist die Ermittlung der Krümmungscharakteristikinformation beendet.
Wie es in 17 gezeigt ist, fährt der Prozess nach der Ermittlung der Krümmungscharakteristikinformation in Schritt S2 oder alternativ, wenn in Schritt S1 bestimmt wird, dass die Krümmungscharakteristikinformation in der Speichereinheit 120 gespeichert ist (JA), mit Schritt S3 fort. Der Fall, in dem in Schritt S1 ”JA” bestimmt wird, ist zum Beispiel ein Fall, in dem die Ermittlung der Krümmungscharakteristikinformation zum Zeitpunkt der Werkslieferung des Endoskopiesystems 1 oder zum Zeitpunkt der Installation des Endoskopiesystems 1 erfolgte.
In Schritt S3 bestimmt das Steuergerät 100, ob eine Anforderung zur erneuten Ermittlung der Referenz-Lichtmengeninformation vorliegt. Wenn bestimmt wird, dass die Anforderung vorliegt (JA), fährt der Prozess mit Schritt S4 fort. Anschließend, in Schritt S4, ermittelt das Steuergerät 100 die Referenz-Lichtmengeninformation durch die oben beschriebene Subroutine (Schritte S211 bis S213) der Ermittlung der Referenz-Lichtmengeninformation. Der Fall, in dem eine Anforderung zur erneuten Ermittlung gemacht wird, ist zum Beispiel ein Fall, in dem eine Verbindung mit einem Steuergerät, das von dem oben beschriebenen Steuergerät 100 verschieden ist, hergestellt wurde, oder ein Fall, in dem der Sensortreiber 300 und die Sensoreinheit 400 getrennt und erneut verbunden wurden.
Nach der Ermittlung der Referenz-Lichtmengeninformation I_λ in Schritt S4 oder wenn in Schritt S3 bestimmt wird, dass die Anforderung nicht vorliegt (NEIN), fährt der Prozess mit Schritt S5 fort, und die Arithmetikeinheit 101 des Steuergeräts 100 führt arithmetische Operationen zur Krümmungsbestimmung der jeweiligen Messteile 410 durch.
20 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines arithmetischen Prozesses zur Krümmungsbestimmung zeigt. In Schritt S51 liest die Form-Arithmetikeinheit 110 die Referenz-Lichtmengeninformation I_λ und die Krümmungscharakteristikinformationen f_λn(κ_α), g_λn(κ_β) aus der Speichereinheit 120 aus. Anschließend, in Schritt S52, ermittelt die Form-Arithmetikeinheit 110 die Lichtmengeninformation D_λn einer beliebigen Form durch den Fotodetektor 320 über die Eingangseinheit 130. Ferner berechnet die Form-Arithmetikeinheit 110 in Schritt S53 die Krümmungen κ_α bzw. κ_β aus der Lichtmengeninformation D_λn, der Referenz-Lichtmengeninformation I_λ und den Krümmungscharakteristikinformationen f_λn(κ_α), g_λn(κ_β) in der oben beschriebenen Weise (Gleichung (9)). Anschließend überträgt die Form-Arithmetikeinheit 110 in Schritt S54 die berechneten Krümmungen κ_α und κ_β zu der Ausgangseinheit 160. Damit sind die arithmetischen Operationen zur Krümmungsbestimmung beendet.
Wie es in 17 gezeigt ist, fährt der Prozess nach dem eines arithmetischen Prozesses zur Krümmungsbestimmung in Schritt S5 mit Schritt S6 fort. In Schritt S6 bestimmt das Steuergerät 100, ob sie die arithmetischen Operationen zur Krümmungsbestimmung ausführt oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die arithmetischen Operationen zur Krümmungsbestimmung ausgeführt sind (JA), kehrt der Prozess zu Schritt S1 zurück und der Prozess ab Schritt S1 wird wiederholt. Wenn bestimmt wird, dass die arithmetischen Operationen zur Krümmungsbestimmung nicht ausgeführt sind (NEIN), ist der Prozess beendet.
Die Krümmungscharakteristiken hängen nur von den Absorptionsspektren der Lichtabsorber 429 der Messteile 410 ab, nicht jedoch von der Charakteristik der Lichtquelle 310 oder der des Fotodetektors 320. Demzufolge ist es möglich, die jeweiligen Strukturkomponenten des Sensortreibers 300 zu trennen und zum Beispiel eine Lichtquelle, die Licht eines vorbestimmten Emissionswellenlängenbereichs aussendet, oder einen Fotodetektor mit einer Erfassungsempfindlichkeit über alle Wellenlängen, die das Steuergerät 100 erfordert, zu verwenden. Mit anderen Worten, die Krümmungscharakteristiken können durch einige weitere Lichtquellen oder Fotodetektoren ermittelt werden, und ein Austausch mit einigen weiteren Sensortreibern ist möglich.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Lichtleitelement 420, das eine Komponente der Sensoreinheit 400 ist, die mehreren Messteile 410. Um die Form jedes dieser Messteile 410 zu schätzen, werden Wellenlängen, deren Anzahl größer als die Anzahl der Messteile 410 ist, verwendet. Die Lichtmengeninformation jeder dieser Wellenlängen in jedem der Messteile 410 wird durch den Fotodetektor 320 des Sensortreibers 300 erfasst. Anschließend wird die Form des Messteils 410 oder des Einführungsabschnitts 812 des Endoskops 810 auf der Grundlage der erfassten Lichtmengeninformation und des auf der Grundlage der Lichtmengenschätzbeziehung, die die Formcharakteristikinformation umfasst und zuvor in der Speichereinheit 120 gespeichert wird, berechneten Lichtmengenschätzwerts geschätzt. Auf diese Weise kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Formschätzvorrichtung bereitgestellt werden, die dazu geeignet ist, eine Form zu schätzen.
Ferner werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Änderungsverhältnisse von Licht der Messteile 410 verwendet, um die Krümmung zu berechnen. Daher kann die arithmetische Operation zur Krümmungsbestimmung durchgeführt werden, ohne vom Spektrum der Lichtquelle 310 des Sensortreibers 300 und der spektralen Empfindlichkeit des Fotodetektors 320 abzuhängen.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform keine Information über den Abstand zwischen der Lichtquelle 310 und den Messteilen 410, die in dem Lichtleitelement 420 angeordnet sind, für die arithmetische Operation zur Krümmungsbestimmung benötigt. Daher kann die arithmetische Operation zur Krümmungsbestimmung ausgeführt werden, ohne die räumliche Beziehung zwischen der Lichtquelle 310 und den Messteilen 410 zu berücksichtigen.
Ferner sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Lichtabsorption und der Lichtverlust durch den Lichtteilerabschnitt 330 des Sensortreibers 300 oder durch das Reflexionselement 430 der Sensoreinheit 400 konstant, ohne von dem Biegebetrag der Messteile 410 abzuhängen. Demzufolge wird die Referenz-Lichtmengeninformation in dem Zustand berechnet, in dem der Verlust berücksichtigt ist. Daher kann die Berechnung durchgeführt werden, ohne zusätzlich den Einfluss des Lichtteilerabschnitts 330 und des Reflexionselements 430 zu berücksichtigen.
Die erste Ausführungsform kann in folgenden Modi implementiert sein.
(Erster Modus)
Die Anforderung zur erneuten Ermittlung der Referenz-Lichtmengeninformation, die in Schritt S3 bestimmt wird, tritt zum Beispiel in einem Fall auf, in dem der Lichtteilerabschnitt 330 des Sensortreibers 300 und das Lichtleitelement 420 der Sensoreinheit 400 getrennt und erneut verbunden wurden. Das Steuergerät 100 kann ausgelegt sein, um in einem solchen Fall zu bestimmen, ob die Verbindung bestehen bleibt, das heißt ob die Trennung und erneute Verbindung durchgeführt worden sind.
(Zweiter Modus)
21 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration des Sensors 500 zeigt. In dem vorliegenden Modus umfasst die Sensoreinheit 400 eine Sensorspeichereinheit 440. In der Sensorspeichereinheit 440 werden eine Sensoridentifizierungsinformation und eine Krümmungscharakteristikinformation im Voraus gespeichert, zum Beispiel zum Zeitpunkt der Werksauslieferung oder zum Zeitpunkt der Installation der Vorrichtung. Die Sensoridentifizierungsinformation, die eine so genannte ID-Information ist, ist eine Information zur Identifizierung der Art der Sensoreinheit 400 und sollte vorzugsweise eindeutig sein. Ferner wird bei der Ermittlung der Krümmungscharakteristikinformation die Krümmungscharakteristikinformation 440 in Schritt S213 von 19 in der Sensorspeichereinheit gespeichert.
Ferner wird, wenn eine Verbindung zu einem weiteren Steuergerät hergestellt wird (wenn in der Speichereinheit 120 keine Krümmungscharakteristikinformation abgelegt ist), statt in Schritt S2 von 17 die Krümmungscharakteristikinformation zu ermitteln, die Krümmungscharakteristikinformation aus der Sensorspeichereinheit 440 gelesen. Dadurch besteht selbst dann, wenn der Sensortreiber 300 mit irgendeinem weiteren Steuergerät verbunden wurde, keine Notwendigkeit, die Krümmungscharakteristiken erneut zu ermitteln.
In einer Umgebung, in der mehrere Sensoreinheiten verwendet werden, kann ein Schritt, in dem das Steuergerät 100 die Sensoridentifizierungsinformation der verbundenen Sensoreinheit 400 bestätigt, vor Schritt S1 und unmittelbar nach dem Start des Flusses von 17 vorhanden sein. In diesem Fall wird angenommen, dass eine Verbindung zwischen der Krümmungscharakteristikinformation und der Sensoridentifizierungsinformation besteht, und die Krümmungscharakteristikinformation (die Krümmungscharakteristikinformation jeder der Sensoreinheiten) wird in der Speichereinheit 120 gespeichert.
In dem Schritt zum Bestätigen der Sensoridentifizierungsinformation wird zum Beispiel die Sensoridentifizierungsinformation durch die Eingabevorrichtung 190 von der Eingangseinheit 130 eingegeben. Die Sensoridentifizierungsinformation kann auf die Sensoreinheit 400 aufgeprägt oder an ihr befestigt sein, oder sie kann in einem Anhänger oder in einer Plakette gespeichert sein. Vorzugsweise sollte der Anhänger ein Nicht-Kontakt-Anhänger wie etwa eine RF-ID sein. Alternativ kann die Sensoridentifizierungsinformation in der oben beschriebenen Sensorspeichereinheit 440 gespeichert sein und daraus gelesen werden, oder eine in einem weiteren Speichermedium gespeicherte Information kann ausgelesen werden. Ferner kann ein Prozess gemäß dem Fluss der 17 ausgeführt werden, wenn die Sensoridentifizierungsinformation die obigen Annahmen oder Voraussetzungen nicht erfüllt und nicht in der Speichereinheit 120 gespeichert ist.
Gemäß dem zweiten Modus kann die Krümmungscharakteristikinformation aus der Sensoridentifizierungsinformation entnommen werden. Somit kann selbst dann, wenn eine Verbindung zu einer weiteren Sensoreinheit hergestellt wurde, die Krümmungscharakteristikinformation aus der Sensoridentifizierungsinformation entnommen werden. Daher besteht keine Notwendigkeit, die Krümmungscharakteristiken zu ermitteln.
(Dritter Modus)
Logarithmiert man Gleichung (9) erhält man die folgende Gleichung (10).
Durch Logarithmierung wird die rechte Seite von Gleichung (9) als Summe ausgedrückt. Dann kann der Logarithmus des Änderungsverhältnisses jedes Messteils 410 als ein Absorptionsgrad mit Bezug auf die Referenz-Lichtmengeninformation verstanden werden. Die Krümmungscharakteristikinformation des ersten Messteils 411 und die Krümmungscharakteristikinformation des zweiten Messteils 412 ergeben sich durch Logarithmieren der Gleichung (3) bzw. Gleichung (4) zu folgenden Gleichungen (11) bzw. (12). F_λn(κ_α) = logf_λn(κ_α) Gleichung (11) G_λn(κ_β) = logg_λn(κ_β) Gleichung (12)
22 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Krümmungscharakteristikinformation zeigt, die die Beziehung zwischen der Krümmung und dem Lichtabsorptionsgrad des ersten Messteils 411 und des zweiten Messteils 412 ist, wenn wie oben beschrieben logarithmiert wird. Aus Gleichung (10), Gleichung (11) und Gleichung (12) erhält man die folgende Gleichung (13).
Gemäß dem dritten Modus kann die Berechnung vereinfacht werden, da das Produkt aus den Änderungsverhältnissen der jeweiligen Messteile 410 als Summe von Änderungsverhältnissen der jeweiligen Messteile geschrieben werden kann.
(Vierter Modus)
23 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Beziehung zwischen den Lichtwellenlängen und den Absorptionsgraden des ersten Lichtabsorbers und des zweiten Lichtabsorbers zeigt. Die zur Berechnung der Form verwendeten Wellenlängen sind nicht auf genauen Wellenlängen λ1 und λ2 begrenzt, sondern können ein erstes Wellenlängenband dλ1 und ein zweites Wellenlängenband dλ2 sein, die jeweils eine Bandbreite haben, wie es in 23 gezeigt ist. Zum Beispiel umfassen das erste Messteil 411 und das zweite Messteil 412 Wellenlängenbänder (charakteristische Absorptionsbänder), wobei die Wellenlängenbänder ein Wellenlängenbereich gemeinsamer Absorption (das heißt, einen Wellenlängenbereich, in dem der Adsorptionsgrad sowohl des ersten Lichtabsorber als auch des zweiten Lichtabsorbers von null verschieden sind) oder einen Wellenlängenbereich unterschiedlicher Absorptionswellenlängencharakteristiken (das heißt ein Wellenlängenbereich, in dem die Absorptionsgrade des ersten Lichtabsorbers und des zweiten Lichtabsorbers verschieden sind) bilden. Die Anzahl der Wellenlängenbänder ist gleich groß wie oder größer als die der Messteile (das heißt, es gibt zwei oder mehr Wellenlängenbänder).
Gemäß dem vorliegenden Modus ist die Wellenlänge, die zur Berechnung der Form verwendet wird, keine genaue, einzelne Wellenlänge, sondern besitzt eine Bandbreite. Daher besteht keine Notwendigkeit, die Wellenlängenauflösung des Fotodetektors 320 zu erhöhen. Demzufolge können die Kosten des Fotodetektors 320 verringert werden. Ferner ist die Rauschempfindlichkeit geringer, da nur ein eng begrenzter Wellenlängenbereich verwendet wird.
Das zu verwendende Wellenlängenband kann einen Teil des weiteren Wellenlängenbandes umfassen. Zum Beispiel können sich das erste Wellenlängenband und das zweite Wellenlängenband überlappen. Da Teile der Krümmungscharakteristikinformation der jeweiligen Messteile voneinander unabhängig sind, kann die Krümmung jedes Messteils selbst dann berechnet werden, wenn ein Wellenlängenband ein Teil des weiteren Wellenlängenbandes umfasst.
(Fünfter Modus)
24 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration des Sensortreibers 300 und der Sensoreinheit 400 zeigt. Der Sensortreiber 300, umfasst eine Lichtquelle 310 und einen Fotodetektor 320. Die Sensoreinheit 400 umfasst ein Lichtleitelement 420, das mehrere Messteile 410 umfasst. Der Lichtteilerabschnitt 330, das Antireflexionselement 340 und das Reflexionselement 430, die oben beschrieben sind, sind nicht vorhanden. Die Lichtquelle 310 ist optisch mit einem proximalen Ende des Lichtleitelements 420 verbunden. Der Fotodetektor 320 ist optisch mit einem distalen Ende des Lichtleitelements 420 verbunden. Von der Lichtquelle 310 ausgesendetes Licht wird in dem Lichtleitelement 420 geführt. Das geführte Licht wird in dem Lichtleitelement 420 von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende übertragen und erreicht den Fotodetektor 320.
Gemäß dem Modus kann in dem, in dem der Lichtteilerabschnitt, das Antireflexionselement und das Reflexionselement nicht vorhanden sind, der Lichtverlust durch diese Komponenten verringert werden. Daher kann die Lichtmenge der Lichtquelle verringert werden.
(Sechster Modus)
Der Fotodetektor 320 kann so ausgelegt sein, dass er dazu geeignet ist, die Lichtmengen D_λ1 und D_λ2 bei mehreren vorbestimmten Wellenlängen λ1 und λ2 oder Wellenlängenbänder d_λ1 und d_λ2 zu erfassen. Zum Beispiel werden die Wellenlängencharakteristiken der Stärke des Emissionslichts, das in dem Lichtleitelement 420 geführt wird, zu einem Zeitpunkt verändert, und es wird die Lichtmenge zu diesem Zeitpunkt erfasst.
25 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtemissionsintensität der Lichtquelle zu den Zeitpunkten t1 und t2 zeigt. In 25 ist die Beziehung zum Zeitpunkt t1 als durchgezogene Linie dargestellt, und die Beziehung zum Zeitpunkt t2 ist als gestrichelte Linie dargestellt. Die Lichtquelle 310 sendet durch ein Filter oder dergleichen zum Zeitpunkt t1 Licht mit einem Maximum bei der Wellenlänge λ1 und zum Zeitpunkt t2 Licht mit einem Maximum bei der Wellenlänge λ2 aus. 26 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Wellenlänge von Licht, das auf den Fotodetektor fällt, und der Erfassungsempfindlichkeit des Fotodetektors zeigt, wobei die Beziehung 25 entspricht. Der Fotodetektor 320 umfasst ein Lichtempfangselement (ein Lichtempfangselement, das keine Spektralfunktion durch ein Filter oder dergleichen besitzt), die eine Erfassungsempfindlichkeit für die Intensität von Licht mit Maxima bei den Wellenlängen λ1 und λ2 besitzt.
Gemäß der sechsten Ausführungsform kann durch Erfassen der Lichtmengen von dem Lichtempfangselement zu den Zeitpunkten t1 und t2 die Lichtmengeninformation (erfasste Lichtmenge bei jedem Wellenlängenband) gewonnen werden.
(Variante)
Nachfolgend ist als eine Variante der ersten Ausführungsform eine arithmetische Operation zur Krümmungsbestimmung für den Fall beschrieben, dass zusätzlich zu dem ersten Messteil und dem zweiten Messteil ein drittes Messteil vorhanden ist, das heißt ein Fall, in dem die Anzahl der Messteile drei ist. Ein Lichtabsorber, der in dem dritten Messteil angeordnet ist, ist als ”dritter Lichtabsorber” bezeichnet.
27 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Beziehung zwischen den Lichtwellenlängen und den Absorptionsgraden des ersten Lichtabsorbers, des zweiten Lichtabsorbers und des dritten Lichtabsorbers zeigt. Da der erste Lichtabsorber und der zweite Lichtabsorber die gleichen sind wie in 7, sind sie hier nicht erneut beschrieben. In 27 bezeichnet eine strichpunktierte Linie Lichtabsorptionscharakteristiken des dritten Lichtabsorbers. Eine dritte Wellenlänge λ3 ist eine charakteristische Wellenlänge eines Spektrums, das der dritte Lichtabsorber absorbiert. Die charakteristische Wellenlänge ist zum Beispiel eine Wellenlänge, bei der die Absorption maximal ist. Die Lichtabsorptionscharakteristiken des dritten Lichtabsorbers unterscheidet sich von den Lichtabsorptionscharakteristiken des ersten Lichtabsorbers und des zweiten Lichtabsorbers.
Ein Änderungsverhältnis γ_λn des dritten Messteils, ebenso wie die Änderungsverhältnisse der weiteren Messteile, ist durch die folgende Gleichung (15) gegeben. γ_λn = h_λn(κ_γ) Gleichung (14)
Hier ist κ_γ die Krümmung des dritten Messteile, und eine Funktion h_λn ist eine Krümmungscharakteristikinformation über das dritte Messteil. Zum Beispiel wird ein Fall, in dem alle drei Messteile eine gerade Form haben, als Referenzform verwendet. Es wird angenommen, dass die Wellenlängen, die für arithmetische Operationen verwendet werden, die charakteristischen Wellenlängen λ1, λ2 und λ3 sind, die von den jeweiligen Messteilen absorbiert werden.
Durch Umschreiben der Gleichung (9) zu Gleichung (16) können die Krümmungen κ_α, κ_β und κ_γ der jeweiligen Messteile berechnet werden.
Selbst wenn die Anzahl der Messteile vier oder größer ist, können die jeweiligen Krümmungen der Messteile entsprechend berechnet werden.
[Zweite Ausführungsform]
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf 28 und 29 beschrieben. Nachfolgend sind Teile, die gleich denen der ersten Ausführungsform sind, nicht beschrieben; nur die unterschiedlichen Teile sind beschrieben.
28 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Form-Arithmetikeinheit 110a in der zweiten Ausführungsform zeigt. Die Form-Arithmetikeinheit 110a umfasst die Schätzwert-Arithmetikeinheit 212 und eine Bewertungswert-Arithmetikeinheit 214, die eine Formoptimierungseinheit ist. Die Bewertungswert-Arithmetikeinheit 214 führt eine arithmetische Operation zur Optimierung der Form jedes Messteils 410 aus, wie es weiter unten beschrieben ist.
In der zweiten Ausführungsform wird die Beziehung zwischen den Lichtwellenlängen und den Absorptionsgraden des ersten Lichtabsorbers und des zweiten Lichtabsorbers, die gleich der in der ersten Ausführungsform ist, verwendet. Ferner wird die Krümmung jedes Messteils 410 unter Verwendung der erfassten Lichtmengeninformation D_λ3, der Referenz-Lichtmengeninformation I_λ3 und der Änderungsverhältnisse f_λ3 und g_λ3 der jeweiligen Messteile bei der dritten Wellenlänge λ3 geschätzt. 29 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Beziehung zwischen den Lichtwellenlängen und den Absorptionsgraden des ersten Lichtabsorbers und des zweiten Lichtabsorbers gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
Zunächst wird eine Differenz Δ_λn zwischen der rechten Seite und der linken Seite von Gleichung (9) berechnet (n = 1, 2, 3). Insbesondere repräsentiert die folgende Gleichung (16) die Differenz zwischen dem Wert der Lichtmengeninformation und dem Schätzlichtmengenwert bei einer beliebigen Form. Δ_λn = D_λn(κ_α, κ_β) – I_λn × f_λn(κ_α) × g_λn(κ_β) Gleichung (16)
In der vorliegenden Ausführungsform optimiert die Bewertungswert-Arithmetikeinheit 214 in Schritt S53 des in 20 gezeigten Flusses die Krümmung jedes Messteils 410 so, dass sich die Differenz zwischen dem Wert der Lichtmengeninformation und der geschätzten Lichtmengeninformation verkleinert. Zum Beispiel wird ein Berechnungswert J, der die Summe aus Quadraten von Differenzen Δ_λn bei den jeweiligen Wellenlängen ist, berechnet, und die Krümmung jedes Messteils 410 wird so bestimmt, dass der Berechnungswert J minimal ist. Der Berechnungswert J ist durch die folgendde Gleichung (17) gegeben. J = Σ(Δ_λn)² = Δ_λ1 ² + Δ_λn ² + Δ_λ3 ² Gleichung (17)
Zum Beispiel kann, wie es durch die folgende Gleichung (18) gezeigt ist, der Beitrag zu dem Berechnungswert J bei jeder Wellenlänge oder jedem Wellenlängenband durch Gewichtungsfaktoren w_n eingestellt werden. J = Σw_n(Δ_λn)² = w₁Δ_λ1 ² + w₂Δ_λ2 ² + w₃Δ_λ3 ² Gleichung (18 )
Bei der Einstellung der Gewichtungsfaktoren w_n ist es zum Beispiel besser, den Beitrag einer solchen Wellenlänge oder eines solchen Wellenlängenbandes, bei dem die Lichtabsorptionsmenge des Lichtabsorbers jedes Messteils 410 maximal ist, zu vergrößern.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt die Bewertungswert-Arithmetikeinheit 214 als die Formoptimierungseinheit die arithmetische Operation zur Optimierung aus, wodurch die Form jedes Messteils 410 mit höherer Genauigkeit berechnet werden kann. Ferner ist es möglich, eine Formschätzvorrichtung bereitzustellen, die Redundanz bietet und gegenüber Rauschen unempfindlich ist.
Bisher ist das Endoskop als ein Beispiel der Vorrichtung genommen, auf die die Formschätzvorrichtung angewendet wird, und das Endoskopiesystem ist beschrieben worden. Jedoch ist das Objekt, in das die Formschätzvorrichtung integriert ist, nicht auf das Endoskop beschränkt, sondern die Formschätzvorrichtung ist auch auf einen Katheder, der in ein Einführungsobjekt eingeführt wird, einen Operationsassistenzroboter, etc. anwendbar.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern es ist dem Fachmann klar, dass verschiedene Verbesserungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Liste der Bezugszeichen

1 ... Endoskopiesystem, 10 ... Formschätzvorrichtung, 100 ... Steuergerät, 101 ... Arithmetikeinheit, 110 ... Arithmetikeinheit, 120 ... Speichereinheit, 130 ... Eingangseinheit, 140 ... Endoskop-Form-Rechner, 150 ... Fotodetektortreiber, 160 ... Ausgabeeinheit, 180 ... Anzeige, 190 ... Eingabevorrichtung, 212 ... Schätzwert-Arithmetikeinheit, 214 ... Bewertungswert-Arithmetikeinheit, 300 ... Sensortreiber, 310 ... Lichtquelle, 320 ... Fotodetektor, 330 ... Lichtteilerabschnitt, 340 ... Antireflexionselement, 400 ... Sensoreinheit, 410 ... Messteile, 420 ... Lichtleitelement, 429 ... Lichtabsorber, 430 ... Reflexionselement, 500 ... Sensor, 810 ... Endoskop, 812 ... Einführungsabschnitt, 814 ... Betätigungsabschnitt, 820 ... Endoskop-Steuereinheit, 822 ... Bildprozessor.

Claims

Formschätzvorrichtung mit: einer Eingangseinheit zum Empfangen einer Lichtmengeninformation, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtmenge ist, wobei die Lichtmengeninformation unter Verwendung eines Sensors ermittelt wird, der so ausgelegt ist, dass sich die zu erfassende Lichtmenge bezüglich der Wellenlänge, die einem jeweiligen der mehreren Messteile entspricht, in Übereinstimmung mit einer Form eines jeweiligen der mehreren Messteile verändert; einer Speichereinheit zum Speichern einer Lichtmengenschätzbeziehung, die eine für die Form charakteristische Information umfasst, die eine Beziehung zwischen der Form, der Wellenlänge und der Lichtmenge bezüglich jedes der mehreren Messteile repräsentiert; und einer Form-Arithmetikeinheit zum Berechnen der Form jedes der mehreren Messteile auf der Grundlage der Lichtmengeninformation und eines Lichtmengenschätzwerts, der eine Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtmenge ist, wobei der Lichtmengenschätzwert auf der Grundlage der Lichtmengenschätzbeziehung berechnet wird.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei Teile der Formcharakteristikinformation voneinander unabhängig sind, und eine arithmetische Operation der Form jedes der mehreren Messteile durchgeführt wird, indem jedes der Teile der Formcharakteristikinformation auf der Grundlage von jedem der mehreren Teile der Lichtmengeninformation und jedem der Lichtmengenschätzwerte, die voneinander verschieden sind, berechnet wird.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Lichtmengenschätzbeziehung eine Referenz-Lichtmengeninformation umfasst, und die Referenz-Lichtmengeninformation die Lichtmengeninformation ist, die in einem Zustand ermittelt wird, in dem die mehreren Messteile jeweils eine vorbestimmte Referenzform haben.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die vorbestimmte Referenzform ein Zustand ist, in dem jedes der mehreren Messteile eine gerade Form hat.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Formcharakteristikinformation jedes der Messteile die Lichtmengeninformation ist, die in einem Zustand ermittelt wird, in dem die mehreren Messteile, ausschließlich eines Messteils, das ein Ermittlungsziel der Formcharakteristikinformation ist, die vorbestimmte Referenzform haben.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Formcharakteristikinformation ein Änderungsverhältnis der Lichtmenge bezüglich der Referenz-Lichtmengeninformation ist.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Formcharakteristikinformation ist ein Absorptionsgrad der Lichtmenge bezüglich der Referenz-Lichtmengeninformation ist.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Sensor umfasst, der so ausgelegt ist, dass sich die zu erfassende Lichtmenge bezüglich der Wellenlänge, die einem jeweiligen der mehreren Messteile entspricht, in Übereinstimmung mit einer Form eines jeweiligen der mehreren Messteile verändert, wobei der Sensor umfasst: eine Lichtquelle; ein Lichtleitelement, das die mehreren Messteile umfasst, die optische Elemente mit voneinander verschiedenen Lichtmodulationscharakteristiken umfassen, wobei das Lichtleitelement ausgelegt ist, um ein von der Lichtquelle ausgesendetes Licht zu leiten; und einen Fotodetektor zum Erfassen einer Lichtmengeninformation von jedem von mehreren Wellenlängenbänder des in dem Lichtleitelement geleiteten Lichts.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Lichtmodulationscharakteristiken wenigstens Lichtabsorptionscharakteristiken sind.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 9, wobei jedes der mehreren Wellenlängenbänder der optischen Elemente eine andere Lichtmodulationscharakteristik hat.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Anzahl der Wellenlängenbänder gleich groß wie oder größer als die Anzahl der Messteile ist.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 8, wobei jedes der mehreren Wellenlängenbänder einen Teil der weiteren der mehreren Wellenlängenbänder umfasst.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Sensor eine Sensoridentifizierungsinformation umfasst.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Speichereinheit ausgelegt ist, um die Sensoridentifizierungsinformation und die Formcharakteristikinformation miteinander in Beziehung zu setzen und zu speichern, und wobei die Formcharakteristikinformation auf der Grundlage der Sensoridentifizierungsinformation entnommen wird.
Formschätzvorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Sensor eine Sensorspeichereinheit zum Speichern der Formcharakteristikinformation umfasst und die Formcharakteristikinformation aus der Sensorspeichereinheit entnommen wird.
Endoskopiesystem mit: der Formschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15; einem Endoskop, das so ausgelegt ist, dass das Lichtleitelement in einem Einführungsabschnitt angeordnet ist; und einem Endoskop-Form-Rechner zum Berechnen einer Form des Einführungsabschnitts auf der Grundlage der Formcharakteristikinformation.
Formschätzverfahren mit den Schritten: Ermitteln einer Lichtmengeninformation, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtmenge ist, wobei die Lichtmengeninformation unter Verwendung eines Sensors ermittelt wird, der so ausgelegt ist, dass sich die zu erfassende Lichtmenge bezüglich der Wellenlänge, die einem jeweiligen der mehreren Messteile entspricht, in Übereinstimmung mit einer Form eines jeweiligen der mehreren Messteile verändert; Ermitteln einer Lichtmengenschätzbeziehung, die eine für die Form charakteristische Information umfasst, die eine Beziehung zwischen der Form, der Wellenlänge und der Lichtmenge bezüglich jedes der mehreren Messteile repräsentiert; und Berechnen der Form jedes der mehreren Messteile auf der Grundlage der Lichtmengeninformation und eines Lichtmengenschätzwerts, der eine Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtmenge ist, wobei der Lichtmengenschätzwert auf der Grundlage der Lichtmengenschätzbeziehung berechnet wird.
Programm zum Formschätzen, das bewirkt, dass ein Computer die Schritte ausführt: Ermitteln einer Lichtmengeninformation, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtmenge ist, wobei die Lichtmengeninformation unter Verwendung eines Sensors ermittelt wird, der so ausgelegt ist, dass sich die zu erfassende Lichtmenge bezüglich der Wellenlänge, die einem jeweiligen der mehreren Messteile entspricht, in Übereinstimmung mit einer Form eines jeweiligen der mehreren Messteile verändert; Ermitteln einer Lichtmengenschätzbeziehung, die eine für die Form charakteristische Information umfasst, die eine Beziehung zwischen der Form, der Wellenlänge und der Lichtmenge bezüglich jedes der mehreren Messteile repräsentiert; und Berechnen der Form jedes der mehreren Messteile auf der Grundlage der Lichtmengeninformation und eines Lichtmengenschätzwerts, der eine Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtmenge ist, wobei der Lichtmengenschätzwert auf der Grundlage der Lichtmengenschätzbeziehung berechnet wird.