JP2001218730A

JP2001218730A - 触覚センサ付き首振りスコープ

Info

Publication number: JP2001218730A
Application number: JP2000033309A
Authority: JP
Inventors: Osamu Toyama; 修遠山; Shigeo Maeda; 重雄前田; Kazuhiro Abe; 一博阿部; Manabu Murayama; 学村山
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2001-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】十分な首振り動作及び良好なセンサ信号を得
ることができる触覚センサ付き首振りスコープを提供す
ることにある。【解決手段】可撓性を有する外管１と、外管１の先端
部に内嵌固着された円板２と、円板２の中心孔部３に先
端が挿通保持されたスコープ本体４と、を有する首振り
スコープ構造体Ａを備える。また、円板２に掛る荷重を
検出する触覚センサＢを具備する。触覚センサＢは、円
板２の内面に接触して荷重を受ける球体５と、球体５を
受持して先端側から球体５に荷重が掛ると弾性的に圧縮
する弾性保持材６と、光源７からの光を弾性保持材６の
孔部６ａを通して球体５の基端面に照射するための投光
用光ファイバ路８と、球体５の基端面からの反射光を受
光して基端側へ光を伝送する受光用光ファイバ路９と、
受光用光ファイバ路９の基端側に接続されて球体５の変
位を光学的に検出する光検出器10とを備え、さらに、首
振りスコープ構造体Ａの先端首振り部内部に於て、投光
用光ファイバ路８及び受光用光ファイバ路９に先端余長
部28を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバスコー
プやコンタクトスコープやカテーテル（内視鏡）等の首
振りスコープであって、先端が他の物体に接触したかど
うか等を検出する触覚センサを備えた首振りスコープに
関する。

【０００２】

【従来の技術】先端が他の物体に接触したかどうか等を
検出する触覚センサを備えたスコープとしては、例えば
特願平９−282755号に記載されているように、イメージ
ガイドとライトガイドとから成るファイバスコープの先
端に、圧力に応じて変位する触覚部を、イメージガイド
を一部遮蔽するように付設し、触覚部が他物体に接触し
て変位することによりイメージガイドの受光量が変化
し、それによって圧力を検出するように構成されたもの
が公知である。

【０００３】ところで、図５は、より一層の細径化の要
望により現在開発されている首振り機能を有する触覚セ
ンサ付き首振りスコープである。この触覚センサ付き首
振りスコープは、イメージガイド及びライトガイドを有
するスコープ本体ｃと、均等中心角度で複数配設された
首振り作動用牽引ワイヤｇ…及び（アクチュエータ用）
コイルｈ…と、を有する首振りスコープ構造体ａを備え
ると共に、首振りスコープ構造体ａの内部に触覚センサ
ｂを備えたものであって、スコープ本体ｃの先端を保持
する円板ｄの内面に、触覚センサｂの最先端の球体ｅを
接触状としている。

【０００４】この触覚センサｂは、基端に光源が接続さ
れた投光用光ファイバ路及び基端に光検出器が接続され
た受光用光ファイバ路を有する光ファイバｆと、光ファ
イバｆの先端側に設けられて上記球体ｅを受持する円環
状弾性保持材ｉを備え、光ファイバｆの投光用光ファイ
バ路先端面から弾性保持材ｉの孔部を通して放射した光
を球体ｅにて反射させて受光用光ファイバ路先端面にて
受光するように構成され、首振りスコープ構造体ａ先端
の円板ｄに掛る荷重（外力）にて球体ｅが変位し、それ
によって受光量が変化することで圧力を検出するように
している。なお、触覚センサｂは、均等中心角度で複数
配設される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５で
説明した触覚センサ付き首振りスコープは、首振り時に
触覚センサｂに拘束されて首振りスコープ構造体ａが十
分な首振り角度を得ることができなかったり、逆に十分
に首振り動作すると触覚センサｂの検出信号が得られな
くなるか、あるいは曲げ損失の影響により信号が減衰し
てしまうという問題を生じることが明らかとなった。

【０００６】そこで、本発明は、十分な首振り動作及び
良好なセンサ信号を得ることができる触覚センサ付き首
振りスコープを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る触覚センサ付き首振りスコープは、
可撓性を有する外管と、該外管の先端部に内嵌固着され
た円板と、該円板の中心孔部に先端が挿通保持されたス
コープ本体と、を有する首振りスコープ構造体を備える
と共に、上記円板に掛る荷重を検出する触覚センサを具
備するスコープであって、上記触覚センサが、上記円板
の内面に接触して上記荷重を受ける球体と、該球体を受
持して先端側から該球体に荷重が掛ると弾性的に圧縮す
る弾性保持材と、光源からの光を該弾性保持材の孔部を
通して上記球体の基端面に照射するための投光用光ファ
イバ路と、該球体の基端面からの反射光を受光して基端
側へ光を伝送する受光用光ファイバ路と、該受光用光フ
ァイバ路の基端側に接続されて上記球体の変位を光学的
に検出する光検出器とを備え、さらに、上記首振りスコ
ープ構造体の先端首振り部内部に於て、上記投光用光フ
ァイバ路及び受光用光ファイバ路に先端余長部を設けた
ものである。

【０００８】このとき、投光用光ファイバ路及び受光用
光ファイバ路の先端余長部を、外管の内周面に沿って螺
旋状に配置している。また、投光用光ファイバ路と受光
用光ファイバ路が、基端側では分岐して、夫々光源・光
検出器に接続されており、中間部からは光ファイバカプ
ラを介して先端側へは１本に形成されている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を示す図面に基
づき、本発明を詳説する。

【００１０】図１は、本発明に係る触覚センサ付き首振
りスコープの実施の一形態を示す。この触覚センサ付き
首振りスコープは、可撓性を有する外管１と、外管１の
先端部に内嵌固着された円板２と、円板２の中心孔部３
に先端が挿通保持されたスコープ本体４と、を有する首
振りスコープ構造体Ａを備えると共に、首振りスコープ
構造体Ａの上記円板２に掛る荷重（外力）を検出する触
覚センサＢを備えている。

【００１１】図１と図２に示すように、触覚センサＢ
は、荷重を受ける球体５と、球体５を受持して先端側か
ら球体５に荷重が掛ると弾性的に圧縮する弾性保持材６
と、光源７からの光を弾性保持材６の孔部６ａを通して
球体５の基端面に照射するための投光用光ファイバ路８
と、球体５の基端面からの反射光を受光して基端側へ光
を伝送する受光用光ファイバ路９と、受光用光ファイバ
路９の基端側に接続されて球体５の変位を光学的に検出
する光検出器10と、を備えている。

【００１２】具体的に説明すると、球体５は、例えば外
表面が研磨された（十分に光を反射することが可能な）
鋼球が使用される。この球体５を受持する弾性保持材６
は、平ワッシャ状に形成されており、ゴムや軟質プラス
チックから成り、例えばポリウレタンが用いられる。

【００１３】11，12は相互に嵌合して接着剤等にて固着
された内パイプ・外パイプであり、例えばステンレスパ
イプを使用して、外パイプ12の先端を内パイプ11の先端
面よりも僅かに先端側へ突出させて、弾性保持材６と球
体５の収納空間を形成する。弾性保持材６は内パイプ11
の先端面に当接し、また、外パイプ12の先端に於て、内
突隆部12ａを形成して球体５の抜止めとする。

【００１４】そして、13は、投光用光ファイバ路８と受
光用光ファイバ路９とを兼ねた１本の光ファイバであ
り、コア13ａとクラッド13ｂと被覆層13ｃから成り、内
パイプ11にその光ファイバ13の先端を挿入し、光ファイ
バ13の先端面を内パイプ11の先端面と一致させて接着剤
等にて固着している。

【００１５】光ファイバ13の先端面のコア13ａ及びクラ
ッド13ｂ（の一部）は、円環状の弾性保持材６の孔部６
ａに対応し、この孔部６ａを通して球体５に光を照射で
きる。この弾性保持材６の孔部６ａに入らないようにし
て、シリコーンゴム等の充填材14を収納空間に充填し
て、球体５を弾性的に保持している。

【００１６】そして、光ファイバ13は光ファイバカプラ
15を介して、基端側が二股状に分岐し、波長 1.3μｍの
光を発するＬＥＤ等の光源７に接続される投光用光ファ
イバ路８と、光検出器10に接続される受光用光ファイバ
路９の２本に分離している。なお、光検出器10は変位演
算手段17と電気的に接続される。また、光ファイバカプ
ラ15としては融着形又は導波路形を用いうる。

【００１７】このように、投光用光ファイバ路８と受光
用光ファイバ路９は、基端側では分岐しているが、中間
部からは光ファイバカプラ15を介して先端側へは１本に
形成されて、細径化及び構造簡素化が図られている。

【００１８】光源７からの光は、投光用光ファイバ路８
（途中からは受光用光ファイバ路９との共通路）を通じ
て、弾性保持材６の孔６ａを通過し、球体５の基端面に
照射され、反射する。そして、反射した光を（先端から
中間の光ファイバカプラ15までは投光用光ファイバ路８
との共通路の）受光用光ファイバ路９を通じて、光検出
器10へ伝送する。

【００１９】しかして、球体５は被接触物体との非接触
の状態では、図３（イ）に示すように、光ファイバ13の
先端面16と所定の距離Ｌ₀ を有しているが、被接触物体
と接触して外力（荷重）Ｆが同図（ロ）のように作用す
ると、（図２で説明した弾性保持材６が弾性的に圧縮変
形して、）光ファイバ13の先端面16とは、距離Ｌ₁ まで
減少する。

【００２０】このように球体５の反射面（基端面）の変
位（Ｌ₀ −Ｌ₁ ）を、光で検出する方式としては、強
度変調方式と、位相変調方式が、選択できる。前者
（方式）では、光検出器10及び変位演算手段17を、簡
単に構成できる利点がある。後者（方式）は、光検出
器（干渉計測器）10及び変位演算手段17が複雑なもの
（干渉光学系）を要することとなるが精度は著しく高
い。

【００２１】光ファイバ式触覚センサＢに於て、測定容
易性を保ちつつ、小型化を図るには、強度変調方式（
方式）が好適であるといえる。さらに、図２の如く、光
ファイバカプラ15を介して、略全長にわたって、１本の
光ファイバ13とすれば一層の小型化（細径化）を図り得
る。

【００２２】次に、図１と図４から首振りスコープ構造
体Ａの構造を具体的に説明すると、外管１は、例えば可
撓性を有するパリレン蛇腹等から成り、また、スコープ
本体４は、保護管18内に、２本のイメージガイド19，19
と多数本のライトガイド30…が挿入されて構成されてい
る。そして、金属又はプラスチック等の円板２の中心孔
部３にスコープ本体４の先端を挿入して、僅かにスコー
プ本体４の最先端部を突出させて、接着剤20等にて固着
すると共に、外管１の先端部（最先端内周面）に円板２
が接着剤26にて内嵌固着される。

【００２３】また、21はポリアミドイミド等のプラスチ
ック板であり、適宜細孔をレーザ加工等にて穿設し、複
数枚のプラスチック板21，21を相互に積層して短円柱ブ
ロック22とし、このブロック22にスコープ本体４を軸心
に挿通すると共に、均等な中心角度で複数本の牽引ワイ
ヤ23…を挿通して、固着する。なお、ブロック22は外管
１の内周面に接着剤26にて固着されている。

【００２４】また、24は牽引ワイヤ23を挿通させる形状
記憶合金コイルであり、この形状記憶合金コイル24の先
端（及び基端）は、外管１の内周面に固着された固定節
輪25によって固定されており、形状記憶合金コイル24の
伸長・短縮動作によって首振りスコープ構造体Ａが首振
り動作する。

【００２５】次に、このような首振りスコープ構造体Ａ
への触覚センサＢの取付構造としては、上記短円柱ブロ
ック22に形成した孔部27に、触覚センサＢの外パイプ12
を挿入固着する。このとき、最先端の球体５を円板２の
内面に接触状とする。

【００２６】また、首振りスコープ構造体Ａの先端首振
り部内部に於て、光ファイバ13（投光用光ファイバ路８
及び受光用光ファイバ路９）に先端余長部28を設けると
共に、この先端余長部28を保持する光ファイバ保持節輪
29…を設ける。

【００２７】つまり、触覚センサＢの光ファイバ13の先
端側───首振りスコープ構造体Ａの先端首振り部に対
応する範囲───を、外管１の内周面に沿って螺旋状に
配置して（弛ませて）先端余長部28を形成し、先端余長
部28が複数の牽引ワイヤ23…及び形状記憶合金コイル24
…と干渉しないようにしている。そのために、保持節輪
29には、スコープ本体４や複数の牽引ワイヤ23…及び形
状記憶合金コイル24…等を挿通させる大孔部29ａと、光
ファイバ13を挿通保持する小孔部29ｂが設けられてい
る。なお、この保持節輪29は、首振りスコープ構造体Ａ
の先端首振り部に複数個設けられる節輪と共用すれば良
い。

【００２８】ところで、光ファイバ13の先端余長部28の
長さ（必要な弛み量）は、首振りスコープ構造体Ａのサ
イズ（外径）及び最大首振り角度によって異なるが、１
〜２回の螺旋巻きで得ることができる。

【００２９】しかして、このように構成された触覚セン
サ付き首振りスコープを、狭小な場所へ挿入していっ
て、スコープ本体４の先端が被検査物に接触すると、円
板２に荷重が掛って球体５が僅かに変位する。つまり、
可撓性の外管１が押圧力を受けて軸心方向に圧縮しよう
とするが、円板２の内面が触覚センサＢの球体５に接触
しているため、球体５が弾性保持材６を圧縮しつつ僅か
に変位する。この球体５の変位は、上述の図２の方式等
によって、光検出器10及び変位演算手段17等にて検出さ
れる。このとき、触覚センサＢの光ファイバ13が先端余
長部28を有しているため、首振りスコープ構造体Ａの先
端首振り部が光ファイバ13にて拘束されず十分に首振り
動作でき、かつ、光ファイバ13自体も曲げ損失の影響を
ほとんど受けず良好な検出信号を得ることができる。

【００３０】なお、本発明に於て、首振りスコープ構造
体Ａに配設する触覚センサＢの本数は自由であるが、図
４に示す如く、均等な中心角度で３本の触覚センサＢを
配置すれば、円板２───スコープ本体４の先端面──
─が単純な圧縮外力（軸心方向のみの力）を受けた場合
のほか、軸心と直交方向の外力（曲げ力）を受けた場合
にその曲げ力が作用する方向を検出することができる。

【００３１】また、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、例えば、触覚センサＢの光ファイバ13の先端余長
部28は、牽引ワイヤ23…や形状記憶合金コイル24…と干
渉しない蛇行状とするも良い。また、首振りスコープ構
造体Ａとしては、光ファイバスコープ、コンタクトスコ
ープ及びカテーテル（内視鏡）等とされ、特に、カテー
テル・内視鏡とすれば、手術時や検診時に体の血管・尿
管等の穿孔事故を防止できると共に、感電の危険性も無
いという著大な効果が奏せられる。

【００３２】

【発明の効果】本発明は上述の如く構成されるので、次
に記載する効果を奏する。

【００３３】（請求項１によれば）光ファイバスコー
プ、コンタクトスコープ、カテーテル、内視鏡等の首振
りスコープ構造体Ａの先端が、被接触物体に接触したか
否か、あるいはどの程度の力で接触したかを、検出する
ことができる。従って、人体の手術や検診に使用する場
合に、血管・尿管等の穿孔事故を防止でき、しかも、電
磁障害を受けることがほとんどないという利点がある。

【００３４】また、首振り動作時に於て、触覚センサＢ
の投光用光ファイバ路８・受光用光ファイバ路９を有す
る光ファイバ13が先端余長部28を有しているため、首振
りスコープ構造体Ａの先端首振り部が、光ファイバ13に
て拘束されず、柔軟かつスムースに首振り動作でき、か
つ、光ファイバ13自体も曲げ損失の影響をほとんど受け
ず、良好な検出信号にて高精度に接触状況を判断するこ
とができる。

【００３５】（請求項２によれば）触覚センサＢの光フ
ァイバ13（投光用光ファイバ路８・受光用光ファイバ路
９）の先端余長部28を、首振り動作用構成部材（牽引ワ
イヤ23…及び形状記憶合金コイル24…等）に干渉するこ
となくすっきりと首振りスコープ構造体Ａ内に収納する
ことができる。特に、首振りスコープ構造体Ａ内に複数
本の触覚センサＢを配設した場合に有効である。

【００３６】（請求項３によれば）細径化を一層図るこ
とができて、細径のカテーテル、内視鏡、コンタクトス
コープ等を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る触覚センサ付き首振りスコープの
実施の一形態を示す要部拡大断面図である。

【図２】触覚センサの全体構成説明図である。

【図３】球体の変位を示す作用説明図である。

【図４】スコープ本体の先端面側から見た要部側面図で
ある。

【図５】従来例を示す要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１外管２円板３中心孔部４スコープ本体５球体６弾性保持材６ａ孔部７光源８投光用光ファイバ路９受光用光ファイバ路 10 光検出器 15 光ファイバカプラ 28 先端余長部Ａ首振りスコープ構造体Ｂ触覚センサＦ荷重（外力）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者阿部一博兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者村山学兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 2H040 BA00 EA00 4C061 DD03 FF35 FF46 FF50 HH51 JJ03 JJ06 JJ11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可撓性を有する外管と、該外管の先端部
に内嵌固着された円板と、該円板の中心孔部に先端が挿
通保持されたスコープ本体と、を有する首振りスコープ
構造体を備えると共に、上記円板に掛る荷重を検出する
触覚センサを具備するスコープであって、上記触覚セン
サが、上記円板の内面に接触して上記荷重を受ける球体
と、該球体を受持して先端側から該球体に荷重が掛ると
弾性的に圧縮する弾性保持材と、光源からの光を該弾性
保持材の孔部を通して上記球体の基端面に照射するため
の投光用光ファイバ路と、該球体の基端面からの反射光
を受光して基端側へ光を伝送する受光用光ファイバ路
と、該受光用光ファイバ路の基端側に接続されて上記球
体の変位を光学的に検出する光検出器とを備え、さら
に、上記首振りスコープ構造体の先端首振り部内部に於
て、上記投光用光ファイバ路及び受光用光ファイバ路に
先端余長部を設けたことを特徴とする触覚センサ付き首
振りスコープ。
【請求項２】投光用光ファイバ路及び受光用光ファイ
バ路の先端余長部を、外管の内周面に沿って螺旋状に配
置した請求項１記載の触覚センサ付き首振りスコープ。
【請求項３】投光用光ファイバ路と受光用光ファイバ
路が、基端側では分岐して、夫々光源・光検出器に接続
されており、中間部からは光ファイバカプラを介して先
端側へは１本に形成されている請求項１又は２記載の触
覚センサ付き首振りスコープ。