JP2014150868A

JP2014150868A - 湾曲装置

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Publication number: JP2014150868A
Application number: JP2013021246A
Authority: JP
Inventors: Toru Kuboi; 徹久保井; Makoto Tojo; 良東條; Takeshi Ito; 毅伊藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2014-08-25
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: EP2954831A4; US10064542B2; EP2954831A1; WO2014123019A1; US20150335226A1; CN104968255A; JP6045377B2

Abstract

【課題】内視鏡などの湾曲装置の形状を正確に検出することができる湾曲装置を提供する。
【解決手段】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受光部とによって構成され、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する形状センサであって、自由な方向に湾曲可能で且つ湾曲方向に対する検出感度に指向性を有する形状センサと、中心線方向から外れた少なくとも特定の方向に湾曲しやすい湾曲容易性とそれ以外の方向には湾曲しにくい湾曲困難性とを備えた湾曲指向性を有する可撓性湾曲構造物１２とを組み合わせて構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば内視鏡挿入部に搭載可能で、湾曲方向／曲率を検出するための形状センサを備えた湾曲装置に関する。

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では、内視鏡形状検出プローブを構成する曲率検出用ファイバに設けられた光損失部の感度方向は、光損失部の向きによって内視鏡の湾曲方向に対する指向性を有している。そして、曲率検出用ファイバの中心点Ｏで直交するＸ軸、Ｙ軸と平行になる様に光損失部が設けられることが望ましい。しかしながら、上記従来技術の内視鏡形状検出プローブを内視鏡に設置する際に、仮に内視鏡の湾曲可能方向（通常は、上下方向および左右方向の少なくとも１方向）と、曲率検出用ファイバのＸ軸、Ｙ軸とが平行になるように調整したとしても、全ての光損失部の感度方向が、内視鏡の湾曲可能方向と平行にならない可能性が生じている。そして、曲率検出用ファイバは光損失部の向きによって内視鏡の湾曲方向に対する指向性を有しているため、光損失部の感度方向が内視鏡の湾曲可能方向と平行にならないと、曲率検出用ファイバのダイナミックレンジが小さくなり、検出感度が低下してしまう。検出感度が低下すれば、例えば、湾曲曲率が小さい（大きな曲げＲ）の場合、精度よく湾曲形状を検出できなくなり、内視鏡の形状を正確に検出する事が困難になる可能性がある。

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、内視鏡などの湾曲装置の形状を正確に検出することができる湾曲装置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によって構成され、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する形状センサであって、自由な方向に湾曲可能で且つ湾曲方向に対する検出感度に指向性を有する形状センサと、中心線方向から外れた少なくとも特定の方向に湾曲しやすい湾曲容易性とそれ以外の方向には湾曲しにくい湾曲困難性とを備えた湾曲指向性を有する湾曲方向規制機構とを組み合わせて構成されることを特徴とする湾曲装置である。

上記構成の湾曲装置では、自由な方向に湾曲可能で且つ湾曲方向に対する検出感度に指向性を有する形状センサを、湾曲指向性を有する湾曲方向規制機構とを組み合わせて構成されることにより、湾曲方向規制機構によって形状センサの湾曲可能方向を高感度方向に規制することにより、湾曲装置の形状検出精度を向上させるようにしたものである。

好ましくは、前記形状センサは前記被検出部の検出感度が前記光ファイバの湾曲方向に対して異なる感度指向性を有し、前記湾曲方向規制機構の本体の少なくとも前記中心線方向のある範囲においては、前記検出感度の最も高い検出指向方向が、前記湾曲方向規制機構本体の湾曲容易方向と略一致している。

上記構成では、湾曲方向規制機構の本体の少なくとも前記中心線方向のある範囲においては、前記検出感度の最も高い検出指向方向が、前記湾曲方向規制機構本体の湾曲容易方向と略一致させることにより、湾曲装置の形状検出精度を向上させることができる。

好ましくは、前記湾曲方向規制機構本体は前記中心線方向において、その一部は、少なくとも前記湾曲容易方向が前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線の軸回り方向に対して１方向のみに規制された１方向湾曲規制部、もしくは２方向のみに規制された２方向湾曲規制部のいずれか一方とを有する湾曲規制部と、前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線の軸回り方向に対して全方向に自由に湾曲可能な自由湾曲部とによって構成され、前記湾曲方向規制機構本体に設置される前記形状センサは前記湾曲規制部内においては、前記湾曲容易方向と略一致するように湾曲可能方向が規制される様に組み合わされ、且つ前記自由湾曲部では、前記湾曲方向規制機構本体に設置される前記形状センサも自由な方向に湾曲可能となっている。

上記構成では、湾曲方向規制機構本体に設置される前記形状センサは前記湾曲規制部内においては、前記湾曲容易方向と略一致するように湾曲可能方向が規制される様に組み合わされ、且つ前記自由湾曲部では、前記湾曲方向規制機構本体に設置される前記形状センサも自由な方向に湾曲可能にしたことにより、湾曲装置の形状検出精度を向上させることができる。

好ましくは、前記形状センサは、前記湾曲方向規制機構本体の前記１方向湾曲規制部と対応する部分ではその検出感度の最も高い検出指向方向が、前記１方向湾曲規制部の前記湾曲容易方向と略一致する様に前記被検出部が設置され、さらに、前記湾曲規制部に隣接される前記自由湾曲部と対応する部分では、前記湾曲規制部に設置される前記検出指向方向と略一致する様に設置される第１の被検出部と、前記第１の被検出部の検出指向方向とは異なる方向に設置される第２の被検出部を有する。

上記構成では、前記湾曲方向規制機構本体の前記１方向湾曲規制部と対応する部分では前記形状センサの検出感度の最も高い検出指向方向が、前記１方向湾曲規制部の前記湾曲容易方向と略一致する様に前記被検出部が設置され、前記湾曲規制部に隣接される前記自由湾曲部と対応する部分では、前記湾曲規制部に設置される前記検出指向方向と略一致する様に第１の被検出部が設置され、前記第１の被検出部の検出指向方向とは異なる方向に第２の被検出部が設置されることにより、湾曲装置の形状検出精度を向上させることができる。

好ましくは、前記第１の被検出部の検出指向方向と、前記第２の被検出部の検出指向方向とのなす角度が、前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線の軸回り方向に対して概略９０°である。
上記構成では、前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線の軸回り方向に対して概略９０°の方向で前記形状センサの被検出部を経て光の特性変化を検出させることができ、湾曲装置の形状検出精度を向上させることができる。

好ましくは、前記形状センサは、前記湾曲方向規制機構本体の前記２方向湾曲規制部と対応する部分ではその検出感度の最も高い検出指向方向が、前記２方向湾曲規制部の２方向の前記湾曲容易方向と略一致する様に、２つの前記被検出部が設置され、さらに、前記湾曲規制部に隣接される前記自由湾曲部と対応する部分では、前記湾曲規制部に設置される前記２つの前記被検出部の検出指向方向と略一致する様に設置される。

上記構成では、前記湾曲方向規制機構本体の前記２方向湾曲規制部と対応する部分では前記形状センサの検出感度の最も高い検出指向方向が、前記２方向湾曲規制部の２方向の前記湾曲容易方向と略一致する様に、２つの前記被検出部が設置され、前記湾曲規制部に隣接される前記自由湾曲部と対応する部分では、前記湾曲規制部に設置される前記２つの前記被検出部の検出指向方向と略一致する様に設置されることにより、湾曲装置の形状検出精度を向上させることができる。

好ましくは、前記２方向湾曲規制部における２方向の湾曲容易方向が互いになす角度が前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線の軸回り方向に対して概略９０°である。
上記構成では、前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線の軸回り方向に対して概略９０°の方向で前記形状センサの被検出部を経て光の特性変化を検出させることができ、湾曲装置の形状検出精度を向上させることができる。

好ましくは、前記形状センサは、前記自由湾曲部と対応する部分では、検出感度の最も高い検出指向方向が前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線の軸回り方向に対して概略９０°の角度をもって配置される２つの被検出部から構成される１組の被検出部ユニットが少なくとも１組み設置されており、前記湾曲規制部に設置される前記形状センサの前記被検出部の検出指向方向と、前記自由湾曲部に設置される前記被検出部ユニットの前記２つの被検出部の検出指向方向とは、異なっている。

上記構成でも前記形状センサの被検出部を経て光の特性変化を検出させることができ、湾曲装置の形状検出精度を向上させることができる。
好ましくは、前記湾曲方向規制機構本体は内視鏡の一部であり、前記１方向湾曲規制部は、前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線方向に沿って複数のリング状部材が並設され、前記中心線方向に沿って隣接状態で配置された一対のリング状部材間が前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線方向と直交する方向に延設された回動軸を中心に前記内視鏡の上下方向、あるいは左右方向のいずれか一方に湾曲可能方向が規制されたリング状部材の連結構造体であり、前記２方向湾曲規制部は、前記中心線方向に沿って上下方向用の回動軸および左右方向用の回動軸が交互に配置され、前記内視鏡の上下方向および左右方向の４方向に湾曲可能方向が規制されたリング状部材の連結構造体によって形成され、前記自由湾曲部は、可撓性チューブによって形成され、前記湾曲方向規制機構本体の前記湾曲容易方向は、前記１方向湾曲規制部の前記回動軸と、前記２方向湾曲規制部の前記上下方向用の回動軸および前記左右方向用の回動軸とによって決定される前記リング状部材の連結構造体の湾曲可能方向と平行である。

上記構成では、湾曲方向規制範囲においては、内視鏡の湾曲可能方向と形状センサの検出感度が平行な為、検出感度を最大限高めた状態（広いダイナミックレンジで）で内視鏡の形状を検出可能になる。
好ましくは、前記２方向湾曲部は、前記２方向湾曲部の曲率を測定可能な位置に前記形状センサの被検出部が１つ設置され、前記４方向湾曲部および前記自由湾曲部は、前記第２湾曲部位および前記自由湾曲部の曲率を測定可能な所望の位置に複数個設置される。

上記構成でも前記形状センサの被検出部を経て光の特性変化を検出させることができ、内視鏡の形状検出精度を向上させることができる。
好ましくは、前記リング状部材は、内周面側に配置され、前記形状センサの少なくとも一部を保持する筒状保持部材、または外周面側に配置され、前記形状センサの少なくとも一部を保持するセンサ保持凹部の少なくともいずれか一方、あるいは前記筒状保持部材とセンサ保持凹部との組合せによって、前記形状センサの少なくとも一部が直接または間接的に保持されている。

上記構成では、前記リング状部材の筒状保持部材、またはセンサ保持凹部の少なくともいずれか一方、あるいは前記筒状保持部材とセンサ保持凹部との組合せによって、前記形状センサの少なくとも一部が直接または間接的に保持することにより、内視鏡と形状センサとを位置決め状態で適正に組み付けるようにしたものである。

好ましくは、前記形状センサは、前記内視鏡に内蔵される樹脂製チューブの外周面に、少なくともその一部が固定保持されている。
上記構成では、内視鏡と形状センサとを位置決め状態で適正に組み付けるようにしたものである。
好ましくは、前記樹脂製チューブは、前記内視鏡に内蔵される処置具挿通用のチャンネルチューブ、送気送水用のチューブ、噴流水送水用のチューブのうちの少なくとも１つである。

上記構成では、内視鏡と形状センサとを位置決め状態で適正に組み付けるようにしたものである。

本発明によれば、内視鏡などの湾曲装置の湾曲曲率が小さくても（大きな曲げＲでも）、精度よく湾曲形状を検出でき、内視鏡などの湾曲装置の形状を正確に検出することができる湾曲装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態の内視鏡のシステム全体の概略構成図。第１の実施の形態の内視鏡の先端挿入管の先端部分の内部構成を示す縦断面図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。図２のＩＶＡ−ＩＶＡ線断面図。図２のＩＶＢ−ＩＶＢ線断面図。図２のＶ−Ｖ線断面図。第１の実施の形態の湾曲装置の形状センサを示す概略構成図。第１の実施の形態の湾曲装置の形状センサの検出部の横断面図。第１の実施の形態の内視鏡の先端挿入管の自由湾曲部の内部構成の変形例を示す要部の横断面図。本発明の第２の実施の形態の内視鏡の湾曲部を示す要部の斜視図。（Ａ）は第２の実施の形態の内視鏡のリング状部材のセンサ保持凹部を示す横断面図、（Ｂ）はリング状部材の筒状保持部材を示す横断面図。

［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。本実施の形態は、本発明の湾曲装置を内視鏡１に適用したものである。図１は内視鏡１のシステム全体の概略構成図を示す。内視鏡１のシステムは、内視鏡１と、複数のシステム構成機器２とによって構成されている。内視鏡１は、主に管腔内に挿入される細長い先端挿入管４と、この先端挿入管４の基端部に連結された手元操作部５と、ユニバーサルコード６とによって構成されている。

システム構成機器２は、光源装置７と、ビデオプロセッサ８と、形状検出装置９と、モニター１０によって構成されている。そして、内視鏡１は、ユニバーサルコード６のコネクタ部６ａが光源装置７に接続されるとともに、電気ケーブル６ｂ、６ｃを介してビデオプロセッサ８と、形状検出装置９とにそれぞれ電気的に接続され、適宜必要な信号を制御可能になっている。

先端挿入管４は、硬質な先端部１１と、中心線方向（図２〜図５中でＺ軸方向）から外れた少なくとも特定の方向に湾曲しやすい湾曲容易性とそれ以外の方向には湾曲しにくい湾曲困難性とを備えた湾曲指向性を有する湾曲方向規制機構の本体としての可撓性湾曲構造物１２とから構成されている。先端部１１には図２に示すように照明部１８と観察部１９とが設けられている。照明部１８にはライトガイド１８ａが設けられている。このライトガイド１８ａの基端部は、ユニバーサルコード６のコネクタ部６ａ側に延設されている。そして、コネクタ部６ａが光源装置７に接続されることで、光源装置７から出射される照明光がライトガイド１８ａを通して照明部１８に供給され、外部に照射されるようになっている。観察部１９には、対物光学系１９ａと、イメージセンサ１９ｂとが設けられている。そして、イメージセンサ１９ｂに結像される前方の画像情報である内視鏡観察像が光電変換され、イメージセンサ１９ｂから出力される画像信号が信号線１９ｃを介してビデオプロセッサ８側に伝送され、モニター１０に内視鏡観察像が表示されるようになっている。

前記可撓性湾曲構造物１２は、湾曲規制部１３と、自由湾曲部１４とから構成されている。前記湾曲規制部１３は、操作湾曲部１５と、第２湾曲部１６とからなっている。操作湾曲部１５は、例えば内視鏡１の上下（ｕｐ−ｄｏｗｎ）の２方向に湾曲可能な２方向湾曲部によって形成されている。第２湾曲部１６は、例えば内視鏡１の上下（ｕｐ−ｄｏｗｎ）および左右（ｌｅｆｔ−ｒｉｇｈｔ）の４方向に湾曲可能な４方向湾曲部によって形成されている。

手元操作部５には、湾曲操作ダイアル１７が設けられている。そして、手元操作部５のダイアル１７の操作によって、湾曲規制部１３は、所望の２方向（ｕｐ−ｄｏｗｎ）に所望の曲率によって湾曲可能になっている。
図２を用いて、先端挿入管４の内部構造を説明する。先端部１１には、前記照明部１８と、観察部１９と、図示しない処置具等を挿入可能な処置具挿通用のチャンネル２０と、図示しない送気送水用のノズルと、図示しない噴流水送水用の開口部などが配設されている。先端部１１の後端側には、操作湾曲部１５の先端部が連結されている。

操作湾曲部１５は、可撓性湾曲構造物１２の中心線方向（図２〜図５中でＺ軸方向）に沿って複数のリング状部材１５ａが並設されているリング状部材１５ａの連結構造体である。各リング状部材１５ａの前端部には前方に突出する舌片状の一対の前方突出部１５ａ１、後端部には後方に突出する舌片状の一対の後方突出部１５ａ２がそれぞれ形成されている。一対の前方突出部１５ａ１は各リング状部材１５ａの周方向に１８０°離れた位置に配置されている。一対の後方突出部１５ａ２も同様に、各リング状部材１５ａの周方向に１８０°離れた位置に配置されている。さらに、各リング状部材１５ａの一対の前方突出部１５ａ１と一対の後方突出部１５ａ２とは、前後方向に対応する位置（各リング状部材１５ａの周方向に同一位置）に配置されている。そして、図３に示すように隣接する前側のリング状部材１５ａの後方突出部１５ａ２と、後方のリング状部材１５ａの前方突出部１５ａ１との間が重ね合わされた部分（２箇所）に、ヒンジピンやリベット等の上下方向湾曲用の回動軸１５ｂが挿入されて前後のリング状部材１５ａ間が回動軸１５ｂを中心に１方向にのみ（図２および図３中のＸ軸を中心に）回動自在に連結されている。これにより、操作湾曲部１５によって図３中に矢印Ａで示すように湾曲容易方向が可撓性湾曲構造物１２の中心線の軸回り方向に対して１方向のみに規制され、内視鏡１の上下（ｕｐ−ｄｏｗｎ）の２方向に湾曲可能な１方向湾曲規制部１３０が形成されている。

なお、先端部１１の後端側には、リング状部材１５ａの後方突出部１５ａ２と同じ構造の後方突出部１１ａ２が突設されている。この後方突出部１１ａ２と操作湾曲部１５の最前端位置のリング状部材１５ａの前方突出部１５ａ１との間が重ね合わされた部分（２箇所）に、上下方向用の回動軸１５ｂが挿入されて先端部１１の後端側と操作湾曲部１５の最前端位置のリング状部材１５ａとの間が回動軸１５ｂを中心に１方向にのみ（図２および図３中のＸ軸を中心に）回動自在に連結されている。

さらに、リング状部材１５ａの内周面には２つのワイヤ保持部材１５ｄが固定されている。これら２つのワイヤ保持部材１５ｄは、各リング状部材１５ａの周方向に１８０°離れた位置に配置され、かつ一対の前方突出部１５ａ１間の中間位置（前方突出部１５ａ１に対して周方向に９０°離れた位置）に配置されている。

各ワイヤ保持部材１５ｄに操通される２つの操作ワイヤ２１の先端部は、先端部１１に固定されている。また、２つの操作ワイヤ２１の基端部は、手元操作部５のダイアル１７の上下方向の湾曲操作ノブに連結されており、ダイアル１７を操作することで、操作湾曲部１５はＸ軸である回動軸１５ｂを中心とした上下方向の回動方向に所望の角度で湾曲させる事が可能になっている。操作湾曲部１５の後端側には、第２湾曲部１６の先端部が連結されている。

第２湾曲部１６は、可撓性湾曲構造物１２の中心線方向に沿って複数のリング状部材１６ａが並設されているリング状部材１６ａの連結構造体である。各リング状部材１６ａの前端部には前方に突出する舌片状の一対の前方突出部１６ａ１、後端部には後方に突出する舌片状の一対の後方突出部１６ａ２がそれぞれ形成されている。一対の前方突出部１６ａ１は各リング状部材１６ａの周方向に１８０°離れた位置に配置されている。一対の後方突出部１６ａ２も同様に、各リング状部材１６ａの周方向に１８０°離れた位置に配置されている。

さらに、第２湾曲部１６では、各リング状部材１６ａの一対の前方突出部１６ａ１と一対の後方突出部１６ａ２とは、前後方向に対応する位置（各リング状部材１６ａの周方向に同一位置）から９０°ずらした位置に配置されている。そして、図４Ａに示すように隣接する前側のリング状部材１６ａの後方突出部１６ａ２と、後方のリング状部材１６ａの前方突出部１６ａ１との間が重ね合わされた部分（２箇所）に、ヒンジピンやリベット等の例えば左右方向湾曲用の回動軸１６ｂ１が挿入されて前後のリング状部材１６ａ間が回動軸１６ｂ１を中心に１方向にのみ（図２および図４Ａ中のＹ軸を中心に）回動自在に連結されている。

また、第２湾曲部１６では、各リング状部材１６ａの一対の前方突出部１６ａ１と一対の後方突出部１６ａ２とは、前後方向に対応する位置（各リング状部材１６ａの周方向に同一位置）から９０°ずらした位置に配置されていることにより、左右方向用の回動軸１６ｂ１の隣には図４Ｂに示すように上下方向湾曲用の回動軸１６ｂ２が配置される。そして、この上下方向用の回動軸１６ｂ２を中心に１方向にのみ（図２および図４Ｂ中のＸ軸を中心に）回動自在に連結されている。このため、第２湾曲部１６では、可撓性湾曲構造物１２の中心線方向に沿って左右方向用の回動軸１６ｂ１と、上下方向用の回動軸１６ｂ２とが交互に配置されている。これにより、第２湾曲部１６によって内視鏡１の上下方向および左右方向の４方向に湾曲容易方向が規制され、湾曲容易方向が可撓性湾曲構造物１２の中心線の軸回り方向に対して図４Ｂ中に矢印Ａで示す内視鏡１の上下（ｕｐ−ｄｏｗｎ）の２方向と、図４Ａ中に矢印Ｂで示す左右（ｌｅｆｔ−ｒｉｇｈｔ）の２方向とに規制された２方向湾曲規制部１４０が形成されている。

なお、操作湾曲部１５の後端側と、第２湾曲部１６の先端部との連結部では、操作湾曲部１５の最後端位置のリング状部材１５ａの後方突出部１５ａ２と、第２湾曲部１６の最前端位置のリング状部材１６ａの前方突出部１６ａ１との間が重ね合わされた部分（２箇所）に、上下方向用の回動軸１６ｂ２が挿入されて操作湾曲部１５の最後端位置のリング状部材１５ａと第２湾曲部１６の最前端位置のリング状部材１６ａとの間が回動軸１６ｂ２を中心に１方向にのみ（図２および図４Ｂ中のＸ軸を中心に）回動自在に連結されている。

第２湾曲部１６のリング状部材１６ａには、操作ワイヤ２１は接続されていないため、操作ワイヤ２１を牽引操作させてもリング状部材１６ａは回動することはないが、先端挿入管４が外部構造物に押し付けられる等により先端挿入管４に外力が働くと、左右方向用の回動軸１６ｂ１と、上下方向用の回動軸１６ｂ２とを中心に所望の２方向（図４Ａ，４ＢのＸ軸、Ｙ軸を回転中心とする方向）に湾曲可能となっている。第２湾曲部１６の後端側には、自由湾曲部１４の先端部が連結されている。

自由湾曲部１４は、図５に示すように自由な方向に湾曲可能な例えば挫屈防止用コイルが巻かれたフッ素チューブ等の可撓性チューブ２２によって構成されている。自由湾曲部１４にも、操作ワイヤ２１は接続されていないため、図１に示すダイアル１７の操作によって湾曲させることはできないが、例えば先端挿入管４を挿入している外部構造物の形状に即して自由な形状に湾曲可能になっている。

なお、自由湾曲部１４の先端部には、リング状部材１６ａの前方突出部１６ａ１と同じ構造の前方突出部２２ａ１が突設されている。この前方突出部２２ａ１と第２湾曲部１６の最後端位置のリング状部材１６ａの後方突出部１６ａ２との間が重ね合わされた部分（２箇所）に、上下方向用の回動軸１６ｂ２が挿入されて先端部１１の後端側と操作湾曲部１５の最前端位置のリング状部材１５ａとの間が回動軸１６ｂ２を中心に１方向にのみ（図２および図３中のＸ軸を中心に）回動自在に連結されている。

また、本実施の形態の湾曲装置は、可撓性湾曲構造物１２と図６に示す形状センサ２３とを組み合わせて構成されている。形状センサ２３は、主に光を射出する光源２４と、光源２４から射出された光を導光する光ファイバ２５と、被検出部２６と、前記光ファイバ２５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）２７とによって構成されている。光源２４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２５は、結合部２８で３方に分岐され、検出用光ファイバ２５ａと、光供給用光ファイバ２５ｂと、受光用光ファイバ２５ｃとによって構成されている。検出用光ファイバ２５ａの先端には、導光されてきた光を反射する反射部２９が設けられている。ここで、光ファイバ２５は、図７に示すように、コア１０１と、コア１０１の外周を覆うクラッド１０２により構成され、さらに最外装に被覆部材１０３を有していても良い。

結合部２８は、２本の導光路部材である光供給用光ファイバ２５ｂと、受光用光ファイバ２５ｃが１本の導光路部材である検出用光ファイバ２５ａに接続されて形成されている。光供給用光ファイバ２５ｂは、光導入路であり、端部に設けられた光源２４から射出された光を結合部２８に導光する。結合部３５は、光供給用光ファイバ２５ｂから入射した光の多くを検出用光ファイバ２５ａに導光し、反射部２９で反射された光の少なくとも一部を受光用光ファイバ２５ｃ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２３は、被検体である例えば、長尺な可撓性湾曲構造物１２に沿うように検出用光ファイバ２５ａを一体的に装着することにより、その可撓性湾曲構造物１２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２３を装着する際に、被検体の曲がり部分を、形状センサ２３の被検出部２６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２５ａ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２５ｂから入射した光を先端の光を反射部２９で反射し、光を往来させる。即ち、結合部２８を経た光供給用光ファイバ２５ｂからの光を反射部２９まで導光し、その反射部２９で反射された反射光を結合部２８まで戻すように導光する。

受光用光ファイバ２５ｃは、光導出路であり、端部に設けられた受光部２７へ、反射部２９で反射されて結合部２８にて分岐された反射光を導光する。検出用光ファイバ２５ａは、少なくとも１つの被検出部２６を有する。
図７に示すように、被検出部２６は、検出用光ファイバ２５ａの外周からクラッド１０２の一部が除去され、コア１０１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２６は、コア１０１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２４から照射された光は、光供給用光ファイバ２５ｂ、結合部２８及び検出用光ファイバ２５ａを経て導光され、反射部２９で反射される。反射部２９で反射された反射光は、検出光として、結合部２８で分岐されて、受光用光ファイバ２５ｃを導光して受光部２７に到達する。受光部２７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。

本実施形態の形状センサ２３では、光ファイバ２５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２５ｃ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２５ａ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２５ａ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２５ａ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２７で受光される検出光量に反映される。即ち、受光部２７の出力信号に反映される。従って、受光部２７の出力信号によって、形状センサ２３の被検出部２６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。

そして、形状センサ２３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検出用光ファイバ２５ａ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２３を装着する際に、被検体の曲がり部分を、形状センサ２３の被検出部２６と位置合わせすることにより、被検出部２６が被検体の適正な位置に設置される。本実施の形態の湾曲装置では、可撓性湾曲構造物１２の内部に配設されたチャンネル２０に、形状センサ２３の検出用光ファイバ２５ａ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。

さらに、本実施の形態の湾曲装置で使用される形状センサ２３には、操作湾曲部１５の範囲において少なくとも１個の被検出部２６ａ、第２湾曲部１６の範囲において少なくとも２個の被検出部２６ｂ１，２６ｂ２、自由湾曲部１４の範囲において少なくとも２個のの被検出部２６ｃ１，２６ｃ２が設置されている。

これら被検出部２６ａ、被検出部２６ｂ１，２６ｂ２、被検出部２６ｃ１，２６ｃ２は、同様に湾曲率の検出感度に指向性を有している。被検出部２６ａはその検出感度が最大になる方向が上下方向湾曲用の回動軸１５ｂによって規定される湾曲方向と平行になる様に設置されている。また、被検出部２６ｂ１，２６ｂ２は左右方向湾曲用の回動軸１６ｂ１および上下方向湾曲用の回動軸１６ｂ２によって規定される湾曲方向と平行になる様にそれぞれ設置される。回動軸１６ｂ１と１６ｂ２とは概略９０°交差する様に交互に配置されるため、被検出部２６ｂ１，２６ｂ２のうち１つの被検出部２６ｂ１（第１の被検出部）はＸ軸と平行に、残りの１つの被検出部２６ｂ２（第２の被検出部）はＹ軸と並行になる様に設置される。同様に被検出部２６ｃ１，２６ｃ２も１つの被検出部２６ｃ１はＸ軸と平行に、残りの１つの被検出部２６ｃ２はＹ軸と並行になる様に設置される。ただし、自由湾曲部１４に設置される被検出部２６ｃ１，２６ｃ２に関しては、必ずしもＸ軸、Ｙ軸に平行になる様に設置する必要はなく、例えば図８に示す変形例のようにＸ軸、Ｙ軸と異なる角度で配置されていても構わないが、一対の被検出部２６ｃ１，２６ｃ２がなす角度は、Ｚ軸を中心にして略９０°であることが望ましい。

なお、操作湾曲部１５の被検出部２６ａと、第２湾曲部１６の被検出部２６ｂ１，２６ｂ２、自由湾曲部１４の被検出部２６ｃ１，２６ｃ２は、図２中のＺ軸方向において、本実施形態では１箇所にのみそれぞれ配置してあるが、必要に応じて（例えば、長さ等に応じて）複数箇所に設置されていても構わない。

また、本実施の形態では、形状センサ２３は、チャンネル２０に設置されているが、可撓性湾曲構造物１２内に配設された他の湾曲可能な内蔵物、例えば、図３〜５に示すように、先端部１１の送気送水用のノズルに接続された送気送水用のＡ／Ｗチューブ３１や、先端部１１の噴流水送水用の開口部に接続された噴流水送水の為のＪチューブ３２等に設置されていても構わない。

（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。
（操作湾曲部１５における作用）
図２および図３を用いて、本実施の形態の操作湾曲部１５における作用を説明する。操作湾曲部１５を構成する複数のリング状部材１５ａは、それぞれ同軸に配置された回動軸１５ｂを中心に回動可能に連結されているため、リング状部材１５ａで構成される操作湾曲部１５の湾曲容易方向は図３中に矢印Ａで示すようにＹ軸方向になる１方向湾曲規制部が形成されている。そのため、操作湾曲部１５が湾曲すると、内蔵されるチャンネル２０上に設置される形状センサ２３も操作湾曲部１５と相似形に湾曲する。このとき、形状センサ２３に設けられた被検出部２６ａの検出指向方向ｄ１は、図３中に矢印Ａで示す操作湾曲部１５の湾曲容易方向と平行である（一致している）ため、操作湾曲部１５の湾曲率を最も高感度に検出する事が可能になる。

（第２湾曲部１６における作用）
図２および図４Ａ，４Ｂを用いて、第２湾曲部１６における作用を説明する。第２湾曲部１６では、可撓性湾曲構造物１２の中心線方向に沿って左右方向用の回動軸１６ｂ１と、上下方向用の回動軸１６ｂ２とが交互に配置されている。これにより、第２湾曲部１６によって内視鏡１の上下方向および左右方向の４方向に湾曲容易方向が規制されている。すなわち、第２湾曲部１６の湾曲容易方向は、可撓性湾曲構造物１２の中心線の軸回り方向に対して図４Ｂ中に矢印Ａで示す内視鏡１の上下（ｕｐ−ｄｏｗｎ）の２方向（Ｙ軸に平行な方向）と、図４Ａ中に矢印Ｂで示す左右（ｌｅｆｔ−ｒｉｇｈｔ）の２方向（Ｘ軸に平行な方向）とに規制されている。そのため、第２湾曲部１６が湾曲すると、内蔵されるチャンネル２０上に設置される形状センサ２３も第２湾曲部１６と相似形に湾曲する。このとき、形状センサ２３に設けられた一方の被検出部２６ｂ１の検出指向方向ｄ２は、上下方向用の回動軸１６ｂ２を中心とする図４Ｂ中に矢印Ａで示すＸ軸に平行な方向の湾曲容易方向と平行である（一致している）。同様に、形状センサ２３に設けられた他方の被検出部２６ｂ２の検出指向方向ｄ３は、図４Ａ中に矢印Ｂで示す左右方向用の回動軸１６ｂ１を中心とするＹ軸に平行な方向の湾曲容易方向と平行である（一致している）。そのため、第２湾曲部１６の湾曲率を最も高感度に検出する事が可能になる。

（自由湾曲部１４における作用）
図２および図５を用いて自由湾曲部１４における作用を説明する。可撓性チューブ２２は、自由な方向に湾曲可能であり、操作湾曲部１５の１方向湾曲規制部１３０および第２湾曲部１６の２方向湾曲規制部１４０のような湾曲規制部は設けられていない。従って、湾曲容易方向も存在せず、自由にあらゆる方向に湾曲可能である。形状センサ２３の自由湾曲部１４の範囲に設けられる被検出部２６ｃ１，２６ｃ２の検出指向方向ｄ４、ｄ５は、被検出部２６ａや被検出部２６ｂ１，２６ｂ２と同じＸ軸Ｙ軸と平行に設けられている（９０°直交している）ので、被検出部２６ｃ１，２６ｃ２の出力を元に演算すれば、いずれの方向に湾曲しても自由湾曲部１４の湾曲方向および曲率を検出する事が可能になる。

以上のようにして、可撓性湾曲構造物１２の湾曲方向および曲率を形状センサ２３によって検出する事が可能になり、内視鏡１の先端挿入管４の形状を検出する事が可能になる。特に、湾曲容易方向が定められている湾曲規制部１３の形状に関しては、形状センサ２３の検出感度を最大限に活用した検出が可能になる。

（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、本実施の形態の湾曲装置では、可撓性湾曲構造物１２の湾曲方向規制範囲においては、内視鏡１の湾曲容易方向と形状センサ２３の検出指向方向が平行な為、形状センサ２３の検出感度を最大限高めた状態（広いダイナミックレンジで）で内視鏡１の形状を検出可能になる。そのため、内視鏡１の湾曲曲率が小さくても（大きな曲げＲでも）、内視鏡１の先端挿入管４の形状をより高精度に検出できる可能性が高い内視鏡１を提供することができる。

［第２の実施の形態］
（構成）
図９および図１０（Ａ）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７参照）の内視鏡１の構成を次の通り変更した変形例である。
すなわち、本実施の形態の内視鏡１では、図９に示すように可撓性湾曲構造物１２の湾曲規制部１３を構成する湾曲部２０１に可撓性湾曲構造物１２の中心線方向に沿って複数並設されたリング状部材２０２の外周面側に図１０（Ａ）に示すように内側に陥没させた複数、本実施の形態では４つのセンサ保持凹部２０３が形成されている。４つのセンサ保持凹部２０３は、リング状部材２０２の周方向に例えば９０°間隔で配置されている。

各センサ保持凹部２０３には、形状センサ２３がそれぞれ直接／間接的に収納され、少なくともどこか１箇所で形状センサ２３とリング状部材２０２は、例えば接着により保持固定されている。また、複数のリング状部材２０２の中の一部にはセンサ保持凹部２０３の溝幅を形状センサ２３よりも大きくした幅広部２０４が形成されている。そして、この幅広部２０４に収容された形状センサ２３には、たるみ２０５が形成されている。

（作用・効果）
本実施の形態では湾曲部２０１のリング状部材２０２に形状センサ２３を保持させたので、リング状部材２０２の回動動作と一緒に、可撓性湾曲構造物１２の湾曲動作に倣って（沿って）形状センサ２３が直接に湾曲する。そのため、可撓性湾曲構造物１２の内部に配設されたチャンネル２０に形状センサ２３を固定した場合のように可撓性湾曲構造物１２内で偏って湾曲する可能性が少なく、可撓性湾曲構造物１２の湾曲形状をより正確に検出する事が可能になる。したがって、本実施の形態では第１実施形態の効果に加え、より正確に先端挿入管４の形状を検出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、図１０（Ｂ）に示す第２の実施の形態の変形例のように湾曲部２０１の各リング状部材２０２の内周面にセンサ筒状保持部材２０６を設け、このセンサ筒状保持部材２０６内に形状センサ２３を挿通させることで、湾曲部２０１のリング状部材２０２に形状センサ２３を保持させる構成にしてもよい。また、上記湾曲部２０１の各リング状部材２０２の内周面にセンサ筒状保持部材２０６を設ける構成と、リング状部材２０２の外周面側にセンサ保持凹部２０３を設ける構成を混在して設けてもよい。そして、形状センサ２３は、センサ保持凹部２０３、もしくはセンサ筒状保持部材２０６のいずれか、もしくは組合せで直接／間接的に収納され、少なくともどこか１箇所で形状センサ２３とリング状部材２０２は、例えば接着により保持固定されている構成にしてもよい。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。

１２…可撓性湾曲構造物（湾曲方向規制機構）、２３…形状センサ、２４…光源、２５…光ファイバ、２６…被検出部、２７…受光部（光検出部）。

Claims

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によって構成され、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する形状センサであって、自由な方向に湾曲可能で且つ湾曲方向に対する検出感度に指向性を有する形状センサと、
中心線方向から外れた少なくとも特定の方向に湾曲しやすい湾曲容易性とそれ以外の方向には湾曲しにくい湾曲困難性とを備えた湾曲指向性を有する湾曲方向規制機構とを組み合わせて構成されることを特徴とする湾曲装置。
前記形状センサは前記被検出部の検出感度が前記光ファイバの湾曲方向に対して異なる感度指向性を有し、前記湾曲方向規制機構の本体の少なくとも前記中心線方向のある範囲においては、前記検出感度の最も高い検出指向方向が、前記湾曲方向規制機構本体の湾曲容易方向と略一致していることを特徴とする、請求項１に記載の湾曲装置。
前記湾曲方向規制機構本体は前記中心線方向において、その一部は、少なくとも前記湾曲容易方向が前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線の軸回り方向に対して１方向のみに規制された１方向湾曲規制部、もしくは２方向のみに規制された２方向湾曲規制部のいずれか一方とを有する湾曲規制部と、前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線の軸回り方向に対して全方向に自由に湾曲可能な自由湾曲部とによって構成され、
前記湾曲方向規制機構本体に設置される前記形状センサは前記湾曲規制部内においては、前記湾曲容易方向と略一致するように湾曲可能方向が規制される様に組み合わされ、
且つ前記自由湾曲部では、前記湾曲方向規制機構本体に設置される前記形状センサも自由な方向に湾曲可能となっている事を特徴とする、請求項２に記載の湾曲装置。
前記形状センサは、前記湾曲方向規制機構本体の前記１方向湾曲規制部と対応する部分ではその検出感度の最も高い検出指向方向が、前記１方向湾曲規制部の前記湾曲容易方向と略一致する様に前記被検出部が設置され、
さらに、前記湾曲規制部に隣接される前記自由湾曲部と対応する部分では、前記湾曲規制部に設置される前記検出指向方向と略一致する様に設置される第１の被検出部と、前記第１の被検出部の検出指向方向とは異なる方向に設置される第２の被検出部を有する事を特徴とする、請求項３に記載の湾曲装置。
前記第１の被検出部の検出指向方向と、前記第２の被検出部の検出指向方向とのなす角度が、前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線の軸回り方向に対して概略９０°である事を特徴とする、請求項４に記載の湾曲装置。
前記形状センサは、前記湾曲方向規制機構本体の前記２方向湾曲規制部と対応する部分ではその検出感度の最も高い検出指向方向が、前記２方向湾曲規制部の２方向の前記湾曲容易方向と略一致する様に、２つの前記被検出部が設置され、
さらに、前記湾曲規制部に隣接される前記自由湾曲部と対応する部分では、前記湾曲規制部に設置される前記２つの前記被検出部の検出指向方向と略一致する様に設置される事を特徴とする、請求項３に記載の湾曲装置。
前記２方向湾曲規制部における２方向の湾曲容易方向が互いになす角度が前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線の軸回り方向に対して概略９０°である事を特徴とする、請求項６に記載の湾曲装置。
前記形状センサは、前記自由湾曲部と対応する部分では、検出感度の最も高い検出指向方向が前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線の軸回り方向に対して概略９０°の角度をもって配置される２つの被検出部から構成される１組の被検出部ユニットが少なくとも１組み設置されており、
前記湾曲規制部に設置される前記形状センサの前記被検出部の検出指向方向と、前記自由湾曲部に設置される前記被検出部ユニットの前記２つの被検出部の検出指向方向とは、異なっている事を特徴とする、請求項３に記載の湾曲装置。
前記湾曲方向規制機構本体は内視鏡の一部であり、
前記１方向湾曲規制部は、前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線方向に沿って複数のリング状部材が並設され、前記中心線方向に沿って隣接状態で配置された一対のリング状部材間が前記湾曲方向規制機構本体の前記中心線方向と直交する方向に延設された回動軸を中心に前記内視鏡の上下方向、あるいは左右方向のいずれか一方に湾曲可能方向が規制されたリング状部材の連結構造体であり、
前記２方向湾曲規制部は、前記中心線方向に沿って上下方向用の回動軸および左右方向用の回動軸が交互に配置され、前記内視鏡の上下方向および左右方向の４方向に湾曲可能方向が規制されたリング状部材の連結構造体によって形成され、
前記自由湾曲部は、可撓性チューブによって形成され、
前記湾曲方向規制機構本体の前記湾曲容易方向は、前記１方向湾曲規制部の前記回動軸と、前記２方向湾曲規制部の前記上下方向用の回動軸および前記左右方向用の回動軸とによって決定される前記リング状部材の連結構造体の湾曲可能方向と平行である事を特徴とする、請求項３に記載の湾曲装置。
前記２方向湾曲部は、前記２方向湾曲部の曲率を測定可能な位置に前記形状センサの被検出部が少なくとも１つ設置され、
前記４方向湾曲部および前記自由湾曲部は、前記第２湾曲部位および前記自由湾曲部の曲率を測定可能な所望の位置に複数個設置される事を特徴とする、請求項９に記載の湾曲装置。
前記リング状部材は、内周面側に配置され、前記形状センサの少なくとも一部を保持する筒状保持部材、または外周面側に配置され、前記形状センサの少なくとも一部を保持するセンサ保持凹部の少なくともいずれか一方、あるいは前記筒状保持部材とセンサ保持凹部との組合せによって、前記形状センサの少なくとも一部が直接または間接的に保持されている事を特徴とする、請求項９に記載の湾曲装置。
前記形状センサは、前記内視鏡に内蔵される樹脂製チューブの外周面に、少なくともその一部が固定保持されている事を特徴とする、請求項９に記載の湾曲装置。
前記樹脂製チューブは、前記内視鏡に内蔵される処置具挿通用のチャンネルチューブ、送気送水用のチューブ、噴流水送水用のチューブのうちの少なくとも１つである事を特徴とする、請求項１２に記載の湾曲装置。