JP2015223440A - 多点検出ファイバセンサ及び多点検出ファイバセンサを備えた挿入装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】それぞれ異なる湾曲量を検出可能な被検出部を複数の位置に有する多点検出ファイバセンサ1であり、多点検出ファイバセンサが湾曲量を検出する範囲である全体有効検出領域A1を有し、全体有効検出領域には、複数の光ファイバ11,21,31が配置されている。光ファイバは複数の被検出部15,25,35を有し、光ファイバに光を入射する光源と、光ファイバを通って出射する光を受光する受光部13,23,33とを具備する。また、一実施形態は、このような多点検出ファイバセンサが組み込まれた挿入装置である。
【選択図】図1
Description
前記光ファイバに光を入射する光源と、前記光ファイバを通って出射する光を受光する受光部とを具備する多点検出ファイバセンサである。
(多点検出ファイバセンサの概要)
図1は、第1の実施形態の多点検出ファイバセンサ1の全体構成を示す図である。なお、本明細書における「多点」は、2以上の点を意味するものとして用いられる。多点検出ファイバセンサ1は、第1、第2及び第3のセンサユニット10、20、30により構成されている。
光源12は、後述する吸収波長領域の波長成分を含む光を出射する。光源12と第1の光ファイバ11の基端は、光カプラ14で光学的に接続されている。光源12から出射された光は、光カプラ14を通して第1の光ファイバ11に入射される。光カプラ14は、ビームスプリッタ等、光を分割できるものであれば他の構成でもよい。
図2は、第1の光ファイバ11(以下、光ファイバ11と称する)の光軸方向(長手方向)の拡大断面図である。図3は、図2のB−B線に沿った断面図である。光ファイバ11は、コア16と、コア16を囲んでいるクラッド17と、クラッド17を囲んでいるジャケット18とを有している。また、光ファイバ11には、それぞれ異なる湾曲量を検出する被検出部15が複数の位置に設けられている。光ファイバ11に複数の被検出部15が設けられているため、1本の光ファイバで複数箇所の湾曲量が検出可能である。
受光部13は、光ファイバ11の基端に光学的に接続されている。受光部13は、光ファイバ11を導光して戻ってきた光を受光する。光カプラ14に入射した光の一部、例えば50%の光が受光部13側に導光され、残りの50%の光は光源12に導光される。受光部13側に導光された光は、受光部13で受光される。受光部13は、少なくとも複数の特徴的吸収帯をそれぞれ分離して光量を検出可能な分光器である。
次に、複数の被検出部による検出範囲について説明する。各被検出部(図1には光ファイバ11に3つの被検出部15が示されている)により、被検出部自体の湾曲量が検出されるが、実際には、多点検出ファイバセンサ1自体や多点検出ファイバセンサ1を組み込んだ部材の構造や材質に起因して、被検出部(例えば、多点検出ファイバセンサ1の長手方向に5mmの長さを有する)のみが湾曲するようなことはない。多点検出ファイバセンサ1は、長手方向にある程度の範囲(例えば、60mm)で湾曲するので、被検出部は、被検出部が存在している位置のみではなく、ある程度の範囲(例えば、被検出部15の長手方向の中心から光ファイバ11の長手方向前後に30mmずつ、合わせて60mm)で湾曲を検出していると考えられる。
本実施形態によれば、多点検出ファイバセンサ1が長手方向において湾曲量を検出する範囲である全体有効検出領域A1が、各光ファイバ11、21、31の複数の被検出部15、25、35の個別有効検出領域A2により構成されている。従って、光ファイバの本数を少なくしつつ、検出点の数を増やすことが可能となり、細径で、かつ精度の高い湾曲形状検出を実現する多点検出ファイバセンサを提供することができる。
以下、第1の実施形態の変形例について説明する。以下の説明では、第1の実施形態と同様の構成要素には第1の実施形態と同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図19は、第2の実施形態の挿入装置100の全体構成を示す図である。挿入装置100は、被挿入体に挿入される可撓性の挿入部に第1の実施形態の多点検出ファイバセンサを組み込み、挿入部の形状を検出可能な装置である。挿入装置100は、例えば、内視鏡、カテーテル等である。本実施形態では、挿入装置は内視鏡であるとして説明する。また、以下では、図17に示される変形例8の多点検出ファイバセンサ1jが組み込まれた挿入装置100を説明する。
挿入装置100は、多点検出ファイバセンサ1jが組み込まれた内視鏡110と、内視鏡110に接続される装置本体120と、装置本体120に接続される表示部130とを有している。装置本体120は、ファイバセンサ1jに光を供給する光源42、52、62、72(光源42、72のみが図示される)と、ファイバセンサ1jから戻る光を受光する受光部43、53、63、73(受光部43、73のみが図示される)と、これら受光部43、53、63、73での受光量に基づいて内視鏡110の後述する挿入部111の湾曲形状を演算する演算部121とを有している。また、装置本体120は、内視鏡110を始めとして装置本体120に接続される周辺機器の所定の機能を制御する不図示の制御部等を有している。
内視鏡110は、被挿入体200に挿入される可撓性の挿入部111と、挿入部111の基端側に連結された操作部本体112と、操作部本体112から延出しているファイバセンサの複数の光ファイバ41j、51j、61j、71j、照明光用光ファイバ118及び撮像素子用配線119(後述する図20参照)を含むコード部113とを有している。内視鏡110は、コード部113を介して装置本体120に着脱可能に接続され、装置本体120と通信する。
演算部121は、各受光部43、53、63、73が受光した複数の特徴的波長帯の光の変化量から数式を解き、事前に測定により取得した各検出部の湾曲量と光の変化量との関係から、各被検出部42、52、62、72の湾曲量を求める。挿入部に対する各被検出部42、52、62、72の位置は既知であるから、各被検出部の位置情報と各被検出部の湾曲量から、湾曲部の形状を演算する。
表示部130は、装置本体120に着脱可能に接続される。表示部130は、内視鏡110が撮像した被挿入体200内の画像や演算部121で演算した挿入部111の湾曲形状を表示する。
本実施形態によれば、挿入装置に多点検出ファイバセンサを組み込むことにより、光ファイバの本数を少なくしつつ、挿入部の湾曲量の検出箇所を増やすことが可能となる。即ち、挿入部の径が太くなることを抑えつつ、精度の高い湾曲形状検出を実現することができる。そして、挿入部の径が細いと、内部が狭い被挿入体にも挿入装置を挿入することが可能となる。また、挿入装置の操作者が高精度に検出された挿入部形状を見ながら挿入装置を操作することができるため、挿入装置の操作性が向上する。
Claims (18)
- それぞれ異なる湾曲量を検出可能な被検出部を複数の位置に有する多点検出ファイバセンサであって、
前記多点検出ファイバセンサは、前記多点検出ファイバセンサが湾曲量を検出する範囲である全体有効検出領域を有し、
前記全体有効検出領域には、複数の光ファイバが配置され、
前記光ファイバは複数の前記被検出部を有し、
前記光ファイバに光を入射する光源と、
前記光ファイバを通って出射する光を受光する受光部とを具備する多点検出ファイバセンサ。 - 前記複数の被検出部の各々は、前記光ファイバの長手方向において湾曲量を検出する範囲である個別有効検出領域を有し、前記個別有効検出領域が前記長手方向に連なることにより前記全体有効検出領域を構成している請求項1に記載の多点検出ファイバセンサ。
- 前記複数の光ファイバの各々は、先端と基端とを有し、
前記複数の光ファイバの各々は、前記先端に折返し反射部を有し、
前記光源及び前記受光部は、前記基端に光学的に接続され、
前記全体有効検出領域において、前記光源から入射されて前記折返し反射部に進む光と、前記折返し反射部を介して前記受光部で受光される光とが、同一の光ファイバに共存する請求項2に記載の多点検出ファイバセンサ。 - 前記複数の光ファイバのうち少なくとも1つの光ファイバは、前記先端と、前記複数の被検出部のうち前記先端に最も近い被検出部である先端被検出部との間の距離が、前記先端被検出部の湾曲を妨げない長さであるように構成されている請求項3に記載の多点検出ファイバセンサ。
- 前記先端被検出部の湾曲を妨げない長さは、5〜50mmである請求項4に記載の多点検出ファイバセンサ。
- 前記複数の光ファイバの各々において、前記先端と前記複数の被検出部の各々との間の距離が、同一であり、
前記複数の光ファイバの各光ファイバの先端の位置が、前記長手方向において互いに異なっている請求項3に記載の多点検出ファイバセンサ。 - 前記先端と前記複数の被検出部の各々との間の距離が、前記複数の光ファイバの全てにおいて同一であり、
前記複数の光ファイバのうちの2つの光ファイバからなる光ファイバ対の前記複数の被検出部が、前記長手方向において同一の位置にあり、かつ、径方向において異なる位置にある請求項3に記載の多点検出ファイバセンサ。 - 前記複数の光ファイバの各々は、先端と基端とを有し、
多点検出ファイバセンサは、各々が前記複数の光ファイバのうちの2つの光ファイバと、前記2つの光ファイバの前記先端を光学的に接続する光接続部とを備えた1以上の光ファイバユニットを有し、
前記光源は、前記光ファイバユニットの一方の光ファイバの前記基端に光学的に接続され、前記受光部は、前記光ファイバユニットの他方の光ファイバの前記基端に光学的に接続され、
前記全体有効検出領域において、前記光源から入射されて前記光接続部に進む光と、前記光接続部を介して前記受光部で受光される光とが、前記光ファイバユニットのうちの異なる光ファイバに存在する請求項2に記載の多点検出ファイバセンサ。 - 前記光接続部は、前記一方の光ファイバを導光する光を前記他方の光ファイバに反射により光学的に接続する光接続反射部である請求項8に記載の多点検出ファイバセンサ。
- 前記光接続部は、光ファイバである請求項8に記載の多点検出ファイバセンサ。
- 前記光ファイバユニットは、前記光接続部の先端と、前記複数の被検出部のうち前記光接続部に最も近い被検出部である先端被検出部との間の距離が、前記先端被検出部の湾曲を妨げない長さであるように構成されている請求項8に記載の多点検出ファイバセンサ。
- 前記先端被検出部の湾曲を妨げない長さは、5〜50mmである請求項11に記載の多点検出ファイバセンサ。
- 前記光ファイバユニットを複数有し、
前記光接続部の先端と前記複数の被検出部の各々との間の距離が、前記複数の光ファイバユニットの全てにおいて同一であり、
前記複数の光ファイバユニットの各々の先端の位置が、前記長手方向において互いに異なっている請求項8に記載の多点検出ファイバセンサ。 - 前記光ファイバユニットを複数有し、
前記光接続部の先端と前記複数の被検出部の各々との間の距離が、前記複数の光ファイバユニットの全てにおいて同一であり、
前記光ファイバユニットの前記2つの光ファイバの前記複数の被検出部が、前記長手方向において同一の位置にあり、かつ、径方向において異なる位置にある請求項8に記載の多点検出ファイバセンサ。 - 前記複数の被検出部は、それぞれ吸収波長特性が異なる光吸収特性を有し、
前記光吸収特性は、光を相互吸収する波長範囲で、かつ、互いに吸収波長特性が異なる波長範囲である特徴的吸収帯を、被検出部の数以上有し、
前記光源は、前記特徴的吸収帯の波長成分を含み、
前記受光部は、前記特徴的吸収帯の光量を検出する請求項1、2、3又は8に記載の多点検出ファイバセンサ。 - 多点検出ファイバセンサの長手方向に同じ位置にあり、かつ、径方向において異なる位置にある被検出部、及び/または、隣り合う被検出部は、前記全体有効検出領域において前記複数の光ファイバのうちの異なる光ファイバに配置されている請求項1、2、3又は8に記載の多点検出ファイバセンサ。
- 前記複数の光ファイバの各々の前記複数の被検出部は、前記光ファイバの長手方向に同じ位置に、径方向において互いに異なる位置に配置されている請求項1、2、3又は8に記載の多点検出ファイバセンサ。
- 被挿入体に挿入される可撓性の挿入部と、
前記挿入部に、それぞれ異なる湾曲量を検出可能な被検出部を複数の位置に有し、前記複数の被検出部が湾曲量を検出する範囲である全体有効検出領域に複数配置される光ファイバが組み込まれ、
前記光ファイバは複数の前記被検出部を有し、
前記光ファイバに光を入射する光源と、
前記光ファイバを通って出射する光を受光する受光部とを具備する挿入装置。
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