JP2014142228A - 形状センサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ねじれ等の影響を受け難い、所望の湾曲方向のみの湾曲形状を測定可能な形状センサを提供することである。
【解決手段】光源１０２と、前記光源１０２から照射される所望の検出光を伝搬可能な形状測定用の光ファイバ２ａ〜２ｄと、前記光ファイバ２ａ〜２ｄの一部に配置された被検出部１０４と、前記光ファイバ２ａ〜２ｄを通して伝搬された前記検出光を検出する受光部（光検出部）１０５とを有し、前記光ファイバ２ａ〜２ｄの湾曲時に、前記光ファイバ２ａ〜２ｄの曲率の変化に応じて、受光部１０５を経て検出される光の特性が変化することを利用して被測定物の形状を測定可能な形状センサであって、前記光ファイバ２ａ〜２ｄの光軸方向に沿って少なくとも１部に設けられ、前記光ファイバ２ａ〜２ｄの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部９を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定物の形状を検出するために使用される形状センサに関する。

特許文献１には、内視鏡のスコープに組み付けられ、内視鏡のスコープと一体的に曲折し、スコープの形状を検出するために使用される形状検出プローブ（以下、形状センサと称する）が記載されている。ここでは、光源から出射された曲率検出のための光である検出光が光供給用ファイバを通して先端側に伝達される。光供給用ファイバの出射端にはミラーが設けられており、ミラーによって反射された検出光の反射光が、曲率検出用ファイバに入射し、反射光は、受光素子によって受光される。そして、曲率検出用ファイバの表面付近に、反射光の一部を吸収する複数の光損失部が設けられている。光損失部による反射光の吸収量は、光損失部が設けられた箇所におけるファイババンドルの曲率に応じて異なる。このため、光損失部を通過する前後の反射光の強度に基づいて、ファイババンドルの曲率が算出される構成が示されている。

特許第４７１４５７０号公報

特許文献１の形状センサは、被測定物である可撓性チューブの内周面などに着脱可能に装着して使用される。形状センサを可撓性チューブに装着する場合に、形状センサの先端もしくは後端といった限られた範囲でしか形状センサと可撓性チューブとを保持固定できない場合がある。このような場合では、保持固定部から軸方向に離れた場所では、形状センサがねじれてしまう可能性がある。形状センサがねじれてしまうと可撓性チューブの湾曲軸と形状センサの湾曲軸が一致しなくなる為、被測定物である可撓性チューブの形状を正確に測定することが困難になる。特に、特許文献１に示される様な、被測定物である可撓性チューブの中心軸を中心にしたいづれの方向に対しても均等な可撓性を有する構造の被測定物では、ねじれやすい構造と考えられる。そのため、可撓性チューブの中心軸を中心にしたいづれの方向に対しても均等な可撓性を有する構造の被測定物の測定に特許文献１に示される形状センサをそのまま採用することは難しい。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、ねじれ等の影響を受け難い、所望の湾曲方向のみの湾曲形状を測定可能な形状センサを提供することにある。

本発明の一局面の態様は、光源と、前記光源から照射される所望の検出光を伝搬可能な形状測定用の光ファイバと、前記光ファイバの一部に配置された被検出部と、前記光ファイバを通して伝搬された前記検出光を検出する光検出部とを有し、前記光ファイバの湾曲時に、前記光ファイバの曲率の変化に応じて、前記被検出部を経て検出される光の特性が変化することを利用して被測定物の形状を測定可能な形状センサであって、前記光ファイバの光軸方向に沿って少なくとも一部に設けられ、前記光ファイバの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部を有することを特徴とする形状センサである。

好ましくは、前記湾曲方向規制部は、前記光ファイバの光伝搬方向に沿って並設され、前記光ファイバを保持可能なファイバ保持部を有する複数のファイバ保持部材を備え、前記ファイバ保持部材は、摺動面として案内可能なガイド面を有し、前記ガイド面によって案内される方向に前記光ファイバの湾曲可能方向が規制される事を特徴とする。

好ましくは、隣接する前記ファイバ保持部材同士は、それぞれのファイバ保持部材を連結可能なジョイント部を有し、前記ジョイント部に前記カイド面が設けられていることを特徴とする。
好ましくは、前記ジョイント部は、少なくとも前記ファイバ保持部材の軸方向のいずれか一方に形成された凸型形状のジョイント凸部と、他方側に設けられ、前記ジョイント凸部の凸形状部の幅より大きな幅の溝形状のガイド面を有する凹型形状のジョイント凹部とから構成され、前記ジョイント凸部と前記ジョイント凹部を組み合わせて前記ファイバ保持部材が連結されることを特徴とする。

好ましくは、前記ファイバ保持部材は、前記光ファイバの光軸方向の両端に、凸形状に延びた前記ジョイント部が配置されており、隣接する前記ファイバ保持部材の前記ガイド面同士を当接させる様に組み合わせて前記ファイバ保持部材が連結されることを特徴とする。

好ましくは、前記ジョイント部は、前記ガイド面に垂直方向に空けられた穴部に挿入されたジョイント軸によって連結され、前記ジョイント軸を中心に回動自在に案内される事を特徴とする。
好ましくは、前記湾曲方向規制部は、前記ファイバ保持部材の連結方向に垂直な方向に設けられた円柱状の軸部と、前記軸部が挿入される穴の内周面を摺動面として案内可能で、前記軸部と前記穴との摺動面によって案内される方向に前記光ファイバの湾曲可能方向が規制される事を特徴とする。

好ましくは、隣接する２つの前記ファイバ保持部材の内、一方の前記ファイバ保持部材の前記ジョイント部に設けられた円柱穴と、他方の前記ファイバ保持部材の前記ジョイント部に設けられた摺動面に、前記ファイバ保持部材が連結される方向に直交する方向に、前記軸部が挿入され、前記ファイバ保持部材が前記軸部を中心に回動自在に連結されるよう、前記軸部と前記摺動面が配置されていることを特徴とする。

好ましくは、隣接する２つの前記ファイバ保持部材の内、一方の前記ファイバ保持部材の前記ジョイント部に設けられた円柱状の軸部と、他方の前記ファイバ保持部材の前記ジョイント部に設けられた、前記軸部を回動可能に保持する摺動面、及び、他方の前記ファイバ保持部材の前記ジョイント部に設けられた、前記軸部を摺動面まで圧入するために、前記軸部の外径よりも細い幅で、他方の前記ファイバ保持部材の外周面から前記摺動面まで通ずるスリットを更に有し、前記摺動面に、前記スリットを介して前記軸部を圧入すること事で、回動自在に連結されるよう、前記軸部と前記摺動面と前記スリットが配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、ねじれ等の影響を受け難い、所望の湾曲方向のみの湾曲形状を測定可能な形状センサを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態の形状センサの全体の概略構成を示す側面図。 第１の実施の形態の形状センサの原理を説明するための概略構成図。 第１の実施の形態の形状センサの検出部の横断面図。 （Ａ）は第１の実施の形態の形状センサユニットの１つの駒部材の一端側のジョイント凸部を示す要部の横断面図、（Ｂ）は駒部材の他端側のジョイント凹部を示す要部の横断面図。 第１の実施の形態の形状センサユニットの湾曲状態を示す側面図。 本発明の第２の実施の形態の形状センサユニットの２つの駒部材の連結部分を示す要部の側面図。 本発明の第３の実施の形態の形状センサユニットの駒部材の連結部分を示す要部の縦断面図。 第３の実施の形態の形状センサユニットの湾曲状態を示す側面図。 （Ａ）は第４の実施の形態の形状センサユニットの２つの駒部材のジョイント部の非連結状態を示す側面図、（Ｂ）は同平面図。 （Ａ）は第４の実施の形態の形状センサユニットの２つの駒部材のジョイント部の連結状態を示す側面図、（Ｂ）は同平面図。

［第１の実施の形態］
（構成）
図１乃至図５は、本発明の第１の実施の形態を示す。まず、図２、図３の模式図を参照して形状センサ１０１の原理を説明する。図２は形状センサの原理を説明するための概略構成図、図３は形状センサの検出部の横断面図である。形状センサ１０１は、主に光を射出する光源１０２と、光源１０２から射出された光を導光する光ファイバ１０３と、被検出部１０４と、前記光ファイバ１０３を通してを伝搬された検出光を検出する受光部（光検出部）１０５とによって構成されている。光源１０２は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）若しくはレーザ光源である。

光ファイバ１０３は、結合部（光カプラ）１０６で３方に分岐され、検出用光ファイバ１０３ａと、光供給用光ファイバ１０３ｂと、受光用光ファイバ１０３ｃとによって構成されている。検出用光ファイバ１０３ａの先端には、導光されてきた光を反射する反射部１０７が設けられている。ここで、光ファイバ１０３は、図３に示すように、コア１０８と、コア１０８の外周を覆うクラッド１０９により構成され、さらに最外装に被覆部材１１０を有していても良い。

結合部１０６は、２本の導光路部材である光供給用光ファイバ１０３ｂと、受光用光ファイバ１０３ｃが１本の導光路部材である検出用光ファイバ１０３ａに接続されて形成されている。光供給用光ファイバ１０３ｂは、光導入路であり、端部に設けられた光源１０２から射出された光を結合部１０６に導光する。結合部１０６は、光供給用光ファイバ１０３ｂから入射した光の多くを検出用光ファイバ１０３ａに導光し、反射部１０７で反射された光の少なくとも一部を受光用光ファイバ１０３ｃに導光する機能を有している。

本実施の形態の形状センサ１０１は、被検体である例えば、長尺な可撓性湾曲構造物に沿うように検出用光ファイバ１０３ａを一体的に装着することにより、その可撓性湾曲構造物の屈曲状態、及び、屈曲方向を検出する。ここで、被検体に形状センサ１０１を装着する際に、被検体の曲がり部分を、形状センサ１０１の被検出部１０４と位置合わせすることにより、被検体の適正な位置に設置される。そして、検出用光ファイバ１０３ａは、被検体のフレキシブルな動作に追従し、光供給用光ファイバ１０３ｂから入射した光を先端の光を反射部１０７で反射し、光を往来させる。即ち、結合部１０６を経た光供給用光ファイバ１０３ｂからの光を反射部１０７まで導光し、その反射部１０７で反射された反射光を結合部１０６まで戻すように導光する。

受光用光ファイバ１０３ｃは、光導出路であり、端部に設けられた受光部１０５へ、反射部１０７で反射されて結合部１０６にて分岐された反射光を導光する。検出用光ファイバ１０３ａは、少なくとも１つの被検出部１０４を有する。
図３に示すように、被検出部１０４は、検出用光ファイバ１０３ａの外周からクラッド１０９の一部が除去され、コア１０８の一部が露出している開口部１１２と、開口部１１２に配置された光特性変換部材１１３と、を有する。尚、被検出部１０４は、コア１０８が露出していなくても、導光路を通る光が開口部１１２まで到達していればよい。

光特性変換部材１１３は、導光された光の特性を変換する機能を有する。光特性変換部材１１３は、例えば、導光損失部材若しくは波長変換部材などである。例えば、導光損失部材ならば、光吸収体であり、波長変換部材ならば、蛍光体等が挙げられる。本実施形態では、光特性変換部材は導光損失部材として扱う。

光源１０２から照射された光は、光供給用光ファイバ１０３ｂ、結合部１０６及び検出用光ファイバ１０３ａを経て導光され、反射部１０７で反射される。反射部１０７で反射された反射光は、検出光として、結合部１０６で分岐されて、受光用光ファイバ１０３ｃを導光して受光部１０５に到達する。受光部１０５は、受光した検出光を光電変換し、光量を示す電気信号を出力する。

上記構成の形状センサ１０１では、光ファイバ１０３内を導光される光が光特性変換部材１１３に入射した場合には、損失が生じる。この導光損失量は、受光用光ファイバ１０３ｃの屈曲及び振れの方向と屈曲量とによって変化する。
検出用光ファイバ１０３ａが直線状の状態であっても、開口部１１２の幅に従い、ある程度の光量が光特性変換部材１１３で損失される。この光の損失量を基準とした場合には、例えば、光特性変換部材１１３が屈曲する検出用光ファイバ１０３ａの屈曲方向における外周面上に配置されていれば、基準とした導光損失量よりも多い導光損失量が生じる。反対に、光特性変換部材１１３が屈曲する検出用光ファイバ１０３ａの屈曲方向における内周面上に配置されていれば、基準とした導光損失量よりも少ない導光損失量が生じる。

この導光損失量の変化は、受光部１０５で受光される検出光量に反映される。即ち、受光部１０５の出力信号に反映される。従って、受光部１０５の出力信号によって、形状センサ１０１の被検出部１０４の位置、即ち被検体の光特性変換部材１１３の設けられた位置での屈曲方向及び屈曲量（角度）を検出することができる。

次に、本実施の形態に適用される形状センサユニット１について説明する。図１は第１実施形態の形状センサユニット１全体の構成を示す構成図であり、平面図を表している。本実施の形態の形状センサユニット１は、複数本の光ファイバ２、本実施の形態では４本の光ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ（図４（Ａ），（Ｂ）、図５（Ａ），（Ｂ）に示す）と、これら４本の光ファイバ２ａ〜２ｄを保持可能な複数のファイバ保持部材３とを備えている。複数のファイバ保持部材３は、各光ファイバ２の光伝搬方向（光軸方向）に沿って並設されている。

４本の光ファイバ２ａ〜２ｄは、それぞれ所望の特性を有する検出光を導波可能な光ファイバ２であり、上述した形状センサ１０１の検出用光ファイバ１０３ａに相当する。各光ファイバ２ａ〜２ｄの被覆部材１１０及びクラッド１０９（図３参照）の少なくともいずれか一方に、少なくとも光ファイバ２の一本あたり１個の被検出部１０４が設けられている。各光ファイバ２ａ〜２ｄの先端側端面には、前記検出光を後端側に反射可能な反射部１０７が設置されている。

各光ファイバ２ａ〜２ｄの後端には、前記検出光を発光可能な光源１０２および前記検出光の光量を測定可能な受光部１０５が光学的に前記各光ファイバ２ａ〜２ｄとそれぞれ接続されている。また、各光ファイバ２ａ〜２ｄと前記光源１０２および受光部１０５の接続は、結合部１０６の光カプラによって接続されている。そして、前記光源１０２から出射される検出光（図１中に実線矢印で示す）は各光ファイバ２ａ〜２ｄを通して後端から先端へ導波可能に、また前記反射部１０７によって反射され、各光ファイバ２ａ〜２ｄの先端から後端へ導波される検出光（図１中に点線矢印で示す）は、前記受光部１０５へ導波可能になっている。これにより、本実施の形態の形状センサユニット１では、４本の光ファイバ２ａ〜２ｄによって形状センサ１０１のファイバセンサがそれぞれ構成されている。

各ファイバ保持部材３は、ほぼ円柱状の駒部材４を有している。先端と後端を除いて隣接する駒部材４同士は、それぞれの駒部材４を連結可能なジョイント部５を有している。ここで、１つの駒部材４の一方の前端面（図１中で右端面）の中央部位には図４（Ａ）に示すように凸型形状のジョイント凸部６が形成され、他方の後端面（図１中で左端面）の中央部位には図４（Ｂ）に示すように凹型形状のジョイント凹部７が形成されている。

ジョイント凸部６は、図４（Ａ）に示すように断面形状が長方形状のほぼ平板状の凸形状部である。ジョイント凹部７には、ジョイント凸部６の凸形状部の幅より大きな幅の連結溝７ａが形成されている。そして、前後に隣接する２つの駒部材４のうち、前方の駒部材４の後端部のジョイント凸部６が後方の駒部材４の前端部のジョイント凹部７の連結溝７ａ内に挿入された状態で連結されている。さらに、ジョイント凸部６とジョイント凹部７との連結部には光ファイバ２の光伝搬方向と直交する方向に延設されたジョイント軸８が挿入され、このジョイント軸８によって、ジョイント凸部６とジョイント凹部７との連結部が回動自在に連結されている。

駒部材４には、ジョイント凸部６の長さが長い方の２端面（図４（ａ）中で上端面６ａと、下端面６ｂ）と、長さが短い方の２端面（図４（ａ）中で左端面６ｃと、右端面６ｄ）とが設けられている。さらに、駒部材４には、それぞれ４本の光ファイバ２ａ〜２ｄを挿通する４つの挿通孔１１が各光ファイバ２の光伝搬方向（光軸方向）と平行にそれぞれ形成されている。４つの挿通孔１１は、各ファイバ保持部材３の駒部材４の図４（ａ）中で上下左右の４方向に等間隔（９０°間隔）で配置されている。そして、図４（ａ）中で上位置の光ファイバ２ａは、ジョイント凸部６の上端面６ａと離間対向配置されている。同様に、図４（ａ）中で下位置の光ファイバ２ｂは、ジョイント凸部６の下端面６ｂと、左位置の光ファイバ２ｃは、ジョイント凸部６の左端面６ｃと、右位置の光ファイバ２ｄは、ジョイント凸部６の右端面６ｄとそれぞれ離間対向配置されている。これにより、本実施の形態では４本の光ファイバ２ａ〜２ｄのファイバセンサは、複数のファイバ保持部材３によって所望の位置で保持されている。

また、本実施の形態の形状センサユニット１には、４本の光ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部９が設けられている。本実施の形態では、湾曲方向規制部９は、前後に隣接する２つの駒部材４のジョイント凸部６とジョイント凹部７との連結部によって形成されている。ここで、ジョイント凹部７の連結溝７ａの２つの溝壁７ａ１、７ａ２には、ジョイント凸部６の上端面６ａと、下端面６ｂとがそれぞれ当接され、摺動面として案内可能なガイド面１０が形成されている。そして、前後に隣接する２つの駒部材４のジョイント凸部６とジョイント凹部７との連結部では、互いにガイド面１０で当接しながらジョイント軸８によって回動可能に軸支されている。

なお、ファイバセンサの本数、駒部材４の数は、本実施形態の数に限定されるものではない。また、前記反射部１０７は必須の構成要因ではなく、例えば４本の光ファイバ２ａ〜２ｄは、前端で折り返して後端側に戻す構造であっても構わない。上記被検出部１０４の感度に指向性がある場合、最も感度が良い方向と上記形状センサユニット１の湾曲方向とが一致する様に、前記ガイド面１０が配置される構造が好ましい。

そして、本実施の形態の形状センサユニット１は、例えば、長尺で可撓性を有する部材である被検体に沿うように４本の光ファイバ２ａ〜２ｄを一体的に装着することにより、その被検体の屈曲状態、及び、屈曲方向を検出する。また、被検体に形状センサユニット１を装着する際に、被検体の曲がり部分を、４本の光ファイバ２ａ〜２ｄの被検出部１０４と位置合わせすることにより、被検出部１０４が被検体の適正な位置に設置される。本実施の形態では、可撓性湾曲構造物の内部に配設されたチャンネルに、形状センサユニット１が少なくともその１部において接着等により固定保持されている。

（作用）
次に、上記構成の本実施の形態の形状センサユニット１の作用について説明する。本実施の形態の形状センサユニット１は、図示しない被測定物が湾曲すると、被測定物内に設置された形状センサユニット１が被測定物から外力を受け、前記ジョイント軸８を回転軸として前記ガイド面１０に案内されて駒部材４が回動する。このとき、形状センサユニット１は、前記ジョイント軸８（図１中の座標系ではＸ軸）を回転中心とした、１軸の軸回り方向のみ湾曲可能になる。

前記形状センサユニット１が湾曲すると、その曲率によって被検出部１０４から外に漏れ出す検出光の光量が変化する。その為、反射部１０７によって反射され受光部１０５によって測定される検出光の光量も変化する。このとき、形状センサユニット１の湾曲の曲率が大きいほど検出光の戻り光量が大きく変化する。ここで、被検出部１０４が圧縮方向に湾曲する場合は戻り光量は増加し、また被検出部１０４が引張方向に湾曲する場合は、戻り光量は減少する様に変化する。

（効果）
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の形状センサユニット１では、４本の光ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部９を設けている。そのため、ジョイント軸８（図１中の座標系ではＸ軸）を回転中心とした、１軸の軸回り方向のみ湾曲可能な形状センサを提供することが可能になる。従って、被測定物に形状センサの先端や後端の様な少ない保持ポイントで設置固定する場合でも、形状センサユニット１がねじれ難く、所望の湾曲方向のみに湾曲可能で、湾曲形状を正確に測定可能な形状センサを提供することが可能になる。これにより、ねじれ等の影響を受け難い、所望の湾曲方向のみの湾曲形状を測定可能な形状センサを提供することができる。

［第２の実施の形態］
（構成）
図６は、本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１乃至図５参照）の形状センサユニット１の駒部材４のジョイント部５の構成を次の通り変更した変形例である。これ以外の部分は第１の実施の形態と同一構成である。そのため、図６中で、図１乃至図５と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態の形状センサユニット１では、前後に隣接する駒部材４が中心軸対称形状である。すなわち、駒部材４の一方の前端面（図１中で右端面）の中央部位には図６に示すように平板形状の前側対称形状ジョイント２１ａが前向きに突設され、他方の後端面（図１中で左端面）の中央部位には平板形状の後ろ側対称形状ジョイント２１ｂが後ろ向きに突設されている。前側対称形状ジョイント２１ａと後ろ側対称形状ジョイント２１ｂとは駒部材４の中心線に対して線対称の位置に配置されている。そして、前後に隣接する２つの駒部材４のうち、前方の駒部材４の後ろ側対称形状ジョイント２１ｂが後方の駒部材４の前側対称形状ジョイント２１ａに重ね合わされた状態で接合されている。さらに、後ろ側対称形状ジョイント２１ｂと前側対称形状ジョイント２１ａとの接合部には光ファイバ２の光伝搬方向と直交する方向に延設されたジョイント軸２２が挿入され、このジョイント軸２２によって、後ろ側対称形状ジョイント２１ｂと前側対称形状ジョイント２１ａとの連結部が回動自在に連結されている。

本実施の形態では、湾曲方向規制部９は、前後に隣接する２つの駒部材４の後ろ側対称形状ジョイント２１ｂと前側対称形状ジョイント２１ａとの連結部によって形成されている。ここで、後ろ側対称形状ジョイント２１ｂと前側対称形状ジョイント２１ａとの接合面間は、当接され、摺動面として案内可能なガイド面２３が形成されている。そして、前後に隣接する２つの駒部材４の後ろ側対称形状ジョイント２１ｂと前側対称形状ジョイント２１ａとの連結部では、互いにガイド面２３で当接しながらジョイント軸２２によって回動可能に軸支されている。

（作用・効果）
本実施の形態の形状センサユニット１でも第１の実施の形態と同一の作用効果が得られる。さらに、本実施の形態の形状センサユニット１で使用される前記駒部材４は、隣接する駒部材４同士を例えば１８０°回転させて配置すれば、全く同一の駒部材４を使用して連結させる事が可能になる。そのため、本実施の形態では第１実施形態の効果に加え、駒部材４の構成を簡素化することができる。

［第３の実施の形態］
（構成）
図７および図８は、本発明の第３の実施の形態を示す。本実施の形態は第１の実施の形態（図１乃至図５参照）の形状センサユニット１の変形例である。本実施の形態の変更部分以外の部分は第１の実施の形態と同一構成である。そのため、図７および図８中で、図１乃至図５と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態の形状センサユニット１では、前後に隣接する２つの駒部材４のうち、前方の駒部材４の後端部のジョイント凸部６と後方の駒部材４の前端部のジョイント凹部７との連結部に第１の実施の形態で使用したジョイント軸８は設けられていない。そして、前方の駒部材４の後端部のジョイント凸部６と後方の駒部材４の前端部のジョイント凹部７との連結作業時には、隣接する前記駒部材４は、図示しない与圧機構によって前記駒部材４が軸方向に押圧され、前方の駒部材４の後端部のジョイント凸部６が後方の駒部材４の前端部のジョイント凹部７の連結溝７ａ内に挿入される。このとき、前方の駒部材４の後端部のジョイント凸部６と後方の駒部材４の前端部のジョイント凹部７との連結部では、ジョイント凹部７の連結溝７ａの２つの溝壁７ａ１、７ａ２には、ジョイント凸部６の上端面６ａと、下端面６ｂとがそれぞれ当接され、摺動面として案内可能なガイド面１０が形成されている。そして、前後に隣接する２つの駒部材４のジョイント凸部６とジョイント凹部７との連結部では、互いにガイド面１０で当接しながら摺動可能に連結されている。

（作用）
本実施の形態の形状センサユニット１では、湾曲方向規制部９の複数の駒部材４は、４本の光ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに保持されている。そして、前後に隣接する２つの駒部材４のジョイント凸部６とジョイント凹部７との連結部では、互いにガイド面１０で当接しながら摺動可能に連結されている。これにより、前後に隣接する２つの駒部材４間は、ガイド面１０に沿う摺動動作のみが可能であり、このガイド面１０に沿う摺動動作方向以外の方向への動きは規制される。そのため、本実施の形態の形状センサユニット１でも、図１、図８中の座標系でＸ軸を回転中心とした、１軸の軸回り方向のみ湾曲可能になる。

（効果）
そこで、本実施の形態の形状センサユニット１でも第１の実施の形態と同一の作用効果が得られる。さらに、本実施の形態の形状センサユニット１では、第１実施形態の効果に加え、第１の実施の形態で使用したジョイント軸８が不要になる為、部品点数の削減、組立工数の削減が可能になり、より安価な形状センサを提供する事が可能になる。

［第４の実施の形態］
（構成）
図９（Ａ），（Ｂ）および図１０（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第４の実施の形態を示す。本実施の形態は第１の実施の形態（図１乃至図５参照）の形状センサユニット１の駒部材４のジョイント部５の構成を次の通り変更した変形例である。これ以外の部分は第１の実施の形態と同一構成である。そのため、図９（Ａ），（Ｂ）および図１０（Ａ），（Ｂ）中で、図１乃至図５と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態の形状センサユニット１では、１つの駒部材４の一方の端面（前端面）の中央部位には凹型形状のジョイント凹部３１が形成され、他方の端面（後端面）の中央部位には凸型形状のジョイント凸部３２が形成されている。
ジョイント凸部３２には、駒部材４の後端面の中央部位に後ろ向きに突設された１つのアーム３３と、このアーム３３の先端部にアーム３３の突設方向と直交する方向（図９（Ａ）中で上下方向）に延出された円柱状の軸部３４とが設けられている。

ジョイント凹部３１には、駒部材４の前端面に前向きに突設された２つのアーム３５ａ、３５ｂが設けられている。これらのアーム３５ａ、３５ｂ間には、ジョイント凸部３２のアーム３３が挿入可能になっている。さらに、図９（Ｂ）に示すように各アーム３５ａ、３５ｂには先端側に円孔３６と、各アーム３５ａ、３５ｂの先端とこの円孔３６との間を連通するスリット３７とが形成されている。円孔３６の孔径は軸部３４の直径とほぼ同径に設定され、スリット３７の幅寸法は軸部３４の直径よりも若干小さな寸法に設定されている。これにより、各アーム３５ａ、３５ｂの先端部は、スリット３７内に軸部３４が挿入された際にスリット３７の幅方向に弾性変形可能になっている。

そして、前記ジョイント凸部３２と前記ジョイント凹部３１は、ジョイント凸部３２の軸部３４がジョイント凹部３１の各アーム３５ａ、３５ｂのスリット３７内を通して円孔３６内に挿入されることで、互いに組み合うように連結される。このジョイント凸部３２とジョイント凹部３１との連結時には、ジョイント凸部３２の軸部３４がジョイント凹部３１の円孔３６に沿って回動自在に摺動可能な湾曲方向規制部として機能する摺動ガイド面３８が形成されている。

なお、前記軸部３４は、必ずしも前記ジョイント凸部３２と一体に形成されている必要はな無く、たとえばジョイント凸部３２に設けられた図示しない穴に挿入されたピン等（例えばジョイント軸）であっても構わない。
（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の形状センサユニット１では、ジョイント凸部３２とジョイント凹部３１との連結時には、ジョイント凸部３２の軸部３４をジョイント凹部３１の各アーム３５ａ、３５ｂのスリット３７内に押圧して組み付ける。このとき、ジョイント凸部３２の軸部３４をジョイント凹部３１の各アーム３５ａ、３５ｂのスリット３７内に挿入された際に、ジョイント凹部３１の各アーム３５ａ、３５ｂは、スリット３７の幅方向にスリット３７を広げながら、弾性変形することで、軸部３４がスリット３７内を通過して円孔３６内に圧入される。このように軸部３４が円孔３６内に圧入されて嵌合された状態で、ジョイント凸部３２の軸部３４がジョイント凹部３１の円孔３６の摺動ガイド面３８に沿って回動自在に摺動可能な状態で保持される。これにより、ジョイント凸部３２の軸部３４の外周面とジョイント凹部３１の円孔３６の摺動ガイド面３８とが隙間なく回動自在に組み合わされ、形状センサユニット１は、前記ジョイント凸部３２の軸部３４を回転中心とした、１軸の軸回り方向のみ湾曲可能になる。

（効果）
そこで、本実施の形態の形状センサユニット１でも第１の実施の形態と同一の作用効果が得られる。さらに、本実施の形態の形状センサユニット１では、第１実施形態の効果に加え、ジョイント凸部３２の軸部３４をジョイント凹部３１の円孔３６の摺動ガイド面３８に圧入によって組み付け可能になる。そのため、第１実施形態のように、隣接する２つの駒部材４を連結する際にジョイント軸８を挿入して固定保持する必要がなくなる為、組立て工数の削減が可能になり、かつジョイント軸８が不要になる為、部品点数の削減も可能になる。従って、より安価な形状センサを提供することが可能になる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、全ての実施形態および変形例において、湾曲方向規制部によって規制される回転軸の向きを各駒部材４の並設方向に沿って交互に例えば９０°軸回り方向に回転させた配置にしても良い。この場合、湾曲方向規制部によって規制される軸と、その軸と直交する軸の所望の２軸方向に湾曲可能な形状センサーを実現する事が可能になる。さらに、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。

２ａ〜２ｄ…光ファイバ、９…湾曲方向規制部、１０２…光源、１０４…被検出部、１０５…受光部（光検出部）。

Claims (9)

1. 光源と、前記光源から照射される所望の検出光を伝搬可能な形状測定用の光ファイバと、前記光ファイバの一部に配置された被検出部と、前記光ファイバを通して伝搬された前記検出光を検出する光検出部とを有し、前記光ファイバの湾曲時に、前記光ファイバの曲率の変化に応じて、前記被検出部を経て検出される光の特性が変化することを利用して被測定物の形状を測定可能な形状センサであって、
   前記光ファイバの光軸方向に沿って少なくとも１部に設けられ、前記光ファイバの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部とを有することを特徴とする形状センサ。
2. 前記湾曲方向規制部は、
   前記光ファイバの光伝搬方向に沿って並設され、前記光ファイバを保持可能なファイバ保持部を有する複数のファイバ保持部材を備え、
   前記ファイバ保持部材は、摺動面として案内可能なガイド面を有し、前記ガイド面によって案内される方向に前記光ファイバの湾曲可能方向が規制される事を特徴とする、請求項１に記載の形状センサ。
3. 隣接する前記ファイバ保持部材同士は、それぞれのファイバ保持部材を連結可能なジョイント部を有し、
   前記ジョイント部に前記カイド面が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の形状センサ。
4. 前記ジョイント部は、少なくとも前記ファイバ保持部材の軸方向のいずれか一方に形成された凸型形状のジョイント凸部と、他方側に設けられ、前記ジョイント凸部の凸形状部の幅より大きな幅の溝形状のガイド面を有する凹型形状のジョイント凹部とから構成され、
   前記ジョイント凸部と前記ジョイント凹部を組み合わせて前記ファイバ保持部材が連結されることを特徴とする、請求項３に記載の形状センサ。
5. 前記ファイバ保持部材は、前記光ファイバの光軸方向の両端に、凸形状に延びた前記ジョイント部が配置されており、
   隣接する前記ファイバ保持部材の前記ガイド面同士を当接させる様に組み合わせて前記ファイバ保持部材が連結されることを特徴とする、請求項３に記載の形状センサ。
6. 前記ジョイント部は、前記ガイド面に垂直方向に空けられた穴部に挿入されたジョイント軸によって連結され、前記ジョイント軸を中心に回動自在に案内される事を特徴とする、請求項４または５に記載の形状センサ。
7. 前記湾曲方向規制部は、前記ファイバ保持部材の連結方向に垂直な方向に設けられた円柱状の軸部と、前記軸部が挿入される穴の内周面を摺動面として案内可能で、
   前記軸部と前記穴との摺動面によって案内される方向に前記光ファイバの湾曲可能方向が規制される事を特徴とする、請求項２に記載の形状センサ。
8. 隣接する２つの前記ファイバ保持部材の内、一方の前記ファイバ保持部材の前記ジョイント部に設けられた円柱穴と、
   他方の前記ファイバ保持部材の前記ジョイント部に設けられた摺動面に、前記ファイバ保持部材が連結される方向に直交する方向に、前記軸部が挿入され、前記ファイバ保持部材が前記軸部を中心に回動自在に連結されるよう、前記軸部と前記摺動面が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の形状センサ。
9. 隣接する２つの前記ファイバ保持部材の内、一方の前記ファイバ保持部材の前記ジョイント部に設けられた円柱状の軸部と、
   他方の前記ファイバ保持部材の前記ジョイント部に設けられた、前記軸部を回動可能に保持する摺動面、及び、他方の前記ファイバ保持部材の前記ジョイント部に設けられた、前記軸部を摺動面まで圧入するために、前記軸部の外径よりも細い幅で、他方の前記ファイバ保持部材の外周面から前記摺動面まで通ずるスリットを更に有し、
   前記摺動面に、前記スリットを介して前記軸部を圧入すること事で、回動自在に連結されるよう、前記軸部と前記摺動面と前記スリットが配置されていることを特徴とする請求項７に記載の形状センサ。

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