JP3218010B2 - Tactile sensor - Google Patents

Tactile sensor

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JP3218010B2
JP3218010B2 JP09329598A JP9329598A JP3218010B2 JP 3218010 B2 JP3218010 B2 JP 3218010B2 JP 09329598 A JP09329598 A JP 09329598A JP 9329598 A JP9329598 A JP 9329598A JP 3218010 B2 JP3218010 B2 JP 3218010B2
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tactile sensor
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、特に人体に用いる
医療用カテーテルチューブや腹腔鏡等の長尺管体の先端
部に装着する触覚センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tactile sensor which is mounted on a distal end of a long tube such as a medical catheter tube or a laparoscope used for a human body.

【0002】[0002]

【従来の技術】医療用カテーテルチューブや腹腔鏡等
は、生体内に挿入するに際に、血管内壁や臓器等を強く
押して損傷を与えたりすることがないようにしなければ
ならない。そこで、これら医療用カテーテルチューブや
腹腔鏡等の先端部に取り付けて、ここに加わる圧力を検
出する触覚センサの研究開発が従来からなされている。
このような触覚センサとしては、 ・機械スイッチ方式 ・圧力抵抗変換方式 ・圧力電圧変換方式 ・圧力光変換方式 等が考えられる。
2. Description of the Related Art When a medical catheter tube, a laparoscope, etc. are inserted into a living body, it is necessary to prevent the inner wall of the blood vessel, the organs, and the like from being strongly pushed and damaged. Therefore, research and development of a tactile sensor that is attached to the distal end portion of a medical catheter tube, a laparoscope, or the like and detects a pressure applied thereto has been conventionally performed.
Examples of such a tactile sensor include a mechanical switch method, a pressure resistance conversion method, a pressure-voltage conversion method, and a pressure light conversion method.

【0003】機械スイッチ方式は、圧力をバネ等によっ
てスイッチの機械的なON/OFF動作に変換し電気信
号として検出するものであり、最も扱い易く信頼性の高
いものである。
The mechanical switch system converts a pressure into a mechanical ON / OFF operation of the switch by a spring or the like and detects the converted signal as an electric signal, and is the easiest to handle and the most reliable.

【0004】圧力抵抗変換方式は、圧力によって生じた
弾性体の歪みを電気抵抗に変換して検出するものであ
り、歪みゲージや半導体圧力センサがその代表例であ
る。歪みゲージは、フィルム上に銅ニッケル合金等の抵
抗膜を形成し、このフィルムの変位を抵抗膜の抵抗の変
化として検出する力センサである。また、半導体圧力セ
ンサは、シリコンウエハに設けたダイアフラムに不純物
を拡散することにより拡散抵抗を形成し、このダイアフ
ラムの変位を拡散抵抗の抵抗変化として検出するもので
あり、一般には流体の圧力センサとして用いられること
が多いが、シリコンゴム等でパッケージングすることに
より荷重センサとして用いることもできる。この他に
は、シリコンゴムに導電性微粒子を分散させて、このシ
リコンゴムに力を加えたときの変位を抵抗変化として検
出する感圧導電性ゴムと称されるものもある。
[0004] The pressure resistance conversion method is a method of detecting a distortion of an elastic body caused by pressure by converting the distortion into an electric resistance, and a typical example thereof is a strain gauge or a semiconductor pressure sensor. A strain gauge is a force sensor that forms a resistive film such as a copper-nickel alloy on a film and detects displacement of the film as a change in resistance of the resistive film. In addition, a semiconductor pressure sensor forms a diffusion resistance by diffusing impurities into a diaphragm provided on a silicon wafer, and detects displacement of the diaphragm as a resistance change of the diffusion resistance, and is generally used as a fluid pressure sensor. It is often used, but it can also be used as a load sensor by packaging it with silicone rubber or the like. In addition, there is a so-called pressure-sensitive conductive rubber in which conductive fine particles are dispersed in silicon rubber and a displacement when a force is applied to the silicon rubber is detected as a resistance change.

【0005】圧力電圧変換方式は、圧電効果を利用して
圧力を電気信号に変換するものである。圧電効果素子と
しては、PZTや高分子材料のポリフッ化ビニリデン
(PVDF)等、又はこれらを複合化させたものを用
い、これらが圧力を受けた時に生じる電圧を検出する。
[0005] The pressure-voltage conversion system converts pressure into an electric signal by utilizing a piezoelectric effect. As the piezoelectric effect element, PZT, a polymer material such as polyvinylidene fluoride (PVDF), or a compound thereof is used, and a voltage generated when these are subjected to pressure is detected.

【0006】圧力光変換方式は、圧力を光の強度や位相
の変化等に変換するものであり、例えばスポンジやゴム
等を透明なガラス板の上に配置し、このスポンジやゴム
等が受ける圧力に応じて変化するガラスの反射率を検出
するようにしたものがある。また、発光ダイオードとフ
ォトトランジスタの間に圧力に応じて変位する遮蔽物を
置くことにより、フォトトランジスタの受光量を検出す
るようにした光遮断方式と称されるものもある。
The pressure-light conversion method converts pressure into a change in light intensity or phase, for example, by placing a sponge or rubber on a transparent glass plate, and applying pressure to the sponge or rubber. There is one that detects the reflectance of glass that changes according to the temperature. In addition, there is a so-called light-blocking method in which a shield that is displaced according to pressure is placed between a light emitting diode and a phototransistor to detect the amount of light received by the phototransistor.

【0007】さらに、医療用カテーテルチューブや腹腔
鏡等に用いる圧力光変換方式の触覚センサとしては、圧
力によって変位するカンチレバー状等の部材に設けた反
射面に光ファイバからの光を照射させて、この反射光の
強度を同じ光ファイバを介して検出するようにしたもの
も既に提案されている。
Further, as a pressure-light conversion type tactile sensor used for a medical catheter tube, a laparoscope, or the like, a reflection surface provided on a cantilever-shaped member displaced by pressure is irradiated with light from an optical fiber. A device that detects the intensity of the reflected light via the same optical fiber has already been proposed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、機械スイッ
チ方式や圧力抵抗変換方式では、触覚センサがある程度
大きくなるため、細い医療用カテーテルチューブや腹腔
鏡等の先端部に取り付けることが困難であるという問題
がある。また、圧力電圧変換方式は、圧力による電圧が
測定の際のチャージ流出により微分的に(圧力の変化
分)しか検出できないので、定常的な圧力情報を知るこ
とができないという問題がある。
However, in the mechanical switch system and the pressure resistance conversion system, the tactile sensor becomes large to some extent, so that it is difficult to attach it to the tip of a thin medical catheter tube or a laparoscope. There is. Further, the pressure-voltage conversion method has a problem that since pressure due to pressure can be detected only differentially (change in pressure) due to charge outflow during measurement, steady pressure information cannot be known.

【0009】しかも、これらの方式は全て圧力を電気信
号に変換して検出するので、外部機器等からの電磁的な
障害を受け易く、信頼性の高い検出を行うことができな
いという問題もあった。また、圧力光変換方式の触覚セ
ンサであっても、ガラスの屈折率の変化を検出するもの
や光遮断方式のものは、医療用カテーテルチューブや腹
腔鏡等の先端部で光信号を電気信号に変換するので、同
様に電磁的障害を受け易くなる。さらに、これらの圧力
光変換方式の触覚センサは、ガラス板や発光ダイオード
とフォトトランジスタからなる検出部の部品がある程度
の大きさを要するので、細い医療用カテーテルチューブ
や腹腔鏡等の先端部に取り付けることが必ずしも容易で
はないという問題もある。
In addition, since all of these systems detect pressure by converting it into an electric signal, the system is susceptible to electromagnetic interference from external equipment and the like, and there is also a problem that highly reliable detection cannot be performed. . In addition, pressure-light conversion tactile sensors that detect changes in the refractive index of glass or light-blocking tactile sensors convert optical signals into electrical signals at the distal end of a medical catheter tube, laparoscope, etc. The conversion also makes it more susceptible to electromagnetic interference. Furthermore, these pressure-light conversion type tactile sensors require a certain size of a glass plate or a detection unit composed of a light-emitting diode and a phototransistor, and are attached to a distal end of a thin medical catheter tube, a laparoscope, or the like. There is also a problem that this is not always easy.

【0010】これに対して、光ファイバを用いた圧力光
変換方式の触覚センサは、電磁的障害を受け難く、スペ
ース的にもある程度小型化することが可能になる。しか
し、従来のこの触覚センサは、医療用カテーテルチュー
ブや腹腔鏡等の先端部にカンチレバー状等の複雑な作動
部品を外付けして装着するものであるため、この先端部
がある程度大型化すると共に、組み立て作業が複雑にな
るという問題が生じていた。
On the other hand, a pressure-light conversion type tactile sensor using an optical fiber is less susceptible to electromagnetic interference and can be downsized to some extent in terms of space. However, since this conventional tactile sensor has a complicated operating part such as a cantilever attached externally to a distal end portion of a medical catheter tube, a laparoscope, or the like, the distal end portion becomes somewhat large and However, there has been a problem that the assembly work is complicated.

【0011】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、長尺管体の先端部に簡単な構造のダイアフラ
ム支持板を取り付けて光ファイバを装着するだけで、電
磁的な障害を受けることなく、小型で組み立ても容易と
なる触覚センサを提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is subject to electromagnetic interference only by attaching an optical fiber by attaching a diaphragm support plate having a simple structure to the distal end of a long tubular body. It is an object of the present invention to provide a tactile sensor that is small and easy to assemble.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1の触覚センサの
発明は、長尺管体の上方先端面の周縁部に形成された凸
部の下方に周側面に開口するスリットが形成されると共
に、この長尺管体の周側部に長手方向に沿って配置され
た光ファイバの先端がスリット内に下方から導き入れら
れ、かつ、スリットの天井部にこの天井部の変形に伴っ
て撓む反射部が形成されたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a tactile sensor, wherein a slit is formed on a peripheral side surface below a convex portion formed on a peripheral portion of an upper end surface of a long tubular body. The tip of the optical fiber disposed along the longitudinal direction on the peripheral side of the long tube is guided into the slit from below, and bends into the ceiling of the slit due to the deformation of the ceiling. A reflection portion is formed.

【0013】請求項1の発明によれば、長尺管体の先端
周縁部に形成された凸部が前方からの圧力を受けると、
この圧力が下方のスリットの天井部に伝わって、この天
井部が変形し反射部が撓む。そこで、光ファイバの先端
から光を放射すると、この光がスリットを通って反射部
で反射され、撓みに応じて反射光の反射角度や位相を変
化させるようになる。このため、反射部での反射光を光
ファイバを介して入射し、その強度や位相の変化を測定
すれば、凸部が受けた圧力を検出することができる。従
って、この発明の触覚センサによれば、圧力を光信号に
変換するので電磁的な障害を受けることがなくなり、ま
た、スリットの天井部に反射部を設けるだけなので、長
尺管体の先端部のサイズをほとんど変えることなく、組
み立ても容易に行うことができるようになる。
According to the first aspect of the present invention, when the convex portion formed on the peripheral edge of the distal end of the long tubular body receives pressure from the front,
This pressure is transmitted to the ceiling of the lower slit, and the ceiling is deformed and the reflecting portion is bent. Then, when light is emitted from the tip of the optical fiber, this light is reflected by the reflecting portion through the slit, and the reflection angle and phase of the reflected light are changed according to the bending. For this reason, if the light reflected by the reflecting portion is incident via the optical fiber and the change in the intensity or phase is measured, the pressure applied to the convex portion can be detected. Therefore, according to the tactile sensor of the present invention, since the pressure is converted into an optical signal, there is no electromagnetic interference, and since only the reflecting portion is provided on the ceiling portion of the slit, the tip portion of the long tubular body is provided. The assembly can be easily performed with almost no change in size.

【0014】請求項2の触覚センサの発明は、長尺管体
の上方先端面の周縁部に形成された凸部の下方に周側面
に開口するスリットが形成されると共に、この長尺管体
の周側部に長手方向に沿って配置された光ファイバの先
端がこのスリット内に下方から導き入れられ、かつ、貫
通孔が開口する上面に金属薄膜のダイアフラムが形成さ
れたダイアフラムブロックがこのスリットに挿入された
ことを特徴とする。
According to a second aspect of the invention, there is provided a tactile sensor, wherein a slit is formed on a peripheral side surface below a convex portion formed on a peripheral portion of an upper end surface of the long tubular body. The distal end of the optical fiber arranged along the longitudinal direction on the peripheral side of the slit is guided into the slit from below, and the diaphragm block in which the diaphragm of the metal thin film is formed on the upper surface where the through hole is opened is formed by the slit. It is characterized by being inserted into.

【0015】請求項2の発明によれば、長尺管体の先端
周縁部に形成された凸部が前方からの圧力を受けると、
この圧力が下方のスリットの天井部に伝わる。すると、
スリットに挿入されたダイアフラムブロックの上面の金
属薄膜からなるダイアフラムがこの圧力を受けて撓む。
そこで、光ファイバの先端から光を放射すると、この光
がダイアフラムブロックの貫通孔を通ってダイアフラム
の下面で反射され、撓みに応じて反射光の反射角度や位
相を変化させるようになる。このため、ダイアフラムで
の反射光を光ファイバを介して入射し、その強度や位相
の変化を測定すれば、凸部が受けた圧力を検出すること
ができる。従って、この発明の触覚センサによれば、圧
力を光信号に変換するので電磁的な障害を受けることが
なくなり、また、微小なダイアフラムブロックを長尺管
体のスリットに周側面から挿入するだけなので、長尺管
体の先端部のサイズをほとんど変えることなく、組み立
ても容易に行うことができるようになる。さらに、請求
項1の発明の場合には、微小なスリットの天井部に反射
部を形成する際に作製上の困難が伴うが、本発明の場合
には、反射部となるダイアフラムが予め形成されたダイ
アフラムブロックをスリットに挿入するだけでよいので
作製が容易となる。しかも、反射部となるダイアフラム
の下方は、ダイアフラムブロックの貫通孔によって請求
項1の発明の場合と同様に空間が形成されるので、光に
よる高感度の測定が可能となる。
According to the second aspect of the present invention, when the convex portion formed on the peripheral edge of the distal end of the long tubular body receives pressure from the front,
This pressure is transmitted to the ceiling of the lower slit. Then
The diaphragm made of a thin metal film on the upper surface of the diaphragm block inserted into the slit bends under the pressure.
Then, when light is emitted from the tip of the optical fiber, the light is reflected on the lower surface of the diaphragm through the through hole of the diaphragm block, and the reflection angle and phase of the reflected light are changed according to the bending. For this reason, if the reflected light from the diaphragm is incident via an optical fiber and the change in the intensity or phase is measured, the pressure applied to the convex portion can be detected. Therefore, according to the tactile sensor of the present invention, since the pressure is converted into an optical signal, there is no electromagnetic interference, and since only a small diaphragm block is inserted into the slit of the long tubular body from the peripheral side surface. In addition, assembling can be easily performed without substantially changing the size of the distal end portion of the long tubular body. Further, in the case of the first aspect of the invention, there is a difficulty in manufacturing when forming the reflection portion on the ceiling portion of the minute slit, but in the case of the present invention, the diaphragm serving as the reflection portion is formed in advance. Since it is only necessary to insert the diaphragm block into the slit, the production becomes easy. In addition, since a space is formed below the diaphragm serving as the reflecting portion by the through-hole of the diaphragm block in the same manner as in the first aspect of the present invention, high-sensitivity measurement using light becomes possible.

【0016】請求項3の発明は、長尺管体の上方先端面
の周縁部に形成された凸部の下方に周側面に開口するス
リットが形成されると共に、この長尺管体の周側部に長
手方向に沿って配置された光ファイバの先端がこのスリ
ット内に下方から導き入れられ、かつ、上面又は下面に
反射部を備えたブロックがこのスリットに挿入されたこ
とを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, a slit is formed on a peripheral side below a convex portion formed on a peripheral portion of an upper end surface of the long tubular body, and a slit is formed on a peripheral side of the long tubular body. The distal end of the optical fiber disposed along the longitudinal direction of the portion is guided into the slit from below, and a block having a reflective portion on the upper surface or lower surface is inserted into the slit.

【0017】請求項3の発明によれば、長尺管体の先端
周縁部に形成された凸部が前方からの圧力を受けると、
この圧力が下方のスリットの天井部に伝わる。すると、
スリットに挿入されたブロックがこの圧力を受けて撓
む。そこで、光ファイバの先端から光を放射すると、こ
の光がブロックの下面の反射部で反射され、又は、ブロ
ックを透過して上面の反射部で反射され、撓みに応じて
反射光の反射角度や位相を変化させるようになる。この
ため、反射光での反射光を光ファイバを介して入射し、
その強度や位相の変化を測定すれば、凸部が受けた圧力
を検出することができる。従って、この発明の触覚セン
サによれば、圧力を光信号に変換するので電磁的な障害
を受けることがなくなり、また、微小なブロックを長尺
管体のスリットに周側面から挿入するだけなので、長尺
管体の先端部のサイズをほとんど変えることなく、組み
立ても容易に行うことができるようになる。さらに、請
求項2の発明の場合と同様に、反射部を備えたブロック
をスリットに挿入するだけでよいので作製が容易とな
る。しかも、請求項1の発明の場合には、スリットの天
井部に形成した反射部が破れたり剥がれるおそれがあ
り、、請求項2の発明の場合には、ダイアフラムブロッ
クをスリットに挿入する際等に金属薄膜の反射部が損傷
を受けたり、この金属薄膜が繰り返しの撓みによって疲
労破損を生じるおそれがあるが、本発明の場合には、ブ
ロックの上面又は下面自体がそのまま反射部となった
り、この上面又は下面に金属薄膜等の反射部が形成され
るので、破損のおそれが少なく耐久性も向上するように
なる。また、請求項2の発明の場合には、ダイアフラム
ブロックをスリットに挿入する際の貫通孔と光ファイバ
との位置合わせが必ずしも容易ではないが、本発明の場
合には、ブロックの上面又は下面全体を反射部とするこ
とにより、この位置合わせの困難をなくすことができ
る。
According to the third aspect of the present invention, when the convex portion formed on the peripheral edge of the distal end of the long tubular body receives pressure from the front,
This pressure is transmitted to the ceiling of the lower slit. Then
The block inserted into the slit bends under the pressure. Therefore, when light is emitted from the tip of the optical fiber, this light is reflected by the reflecting portion on the lower surface of the block, or is transmitted through the block and reflected by the reflecting portion on the upper surface. The phase changes. For this reason, the reflected light from the reflected light enters through an optical fiber,
By measuring the change in the intensity or the phase, the pressure applied to the projection can be detected. Therefore, according to the tactile sensor of the present invention, since the pressure is converted into an optical signal, there is no electromagnetic interference, and a minute block is simply inserted into the slit of the long tube from the peripheral side. The assembling can be easily performed with almost no change in the size of the distal end portion of the long tubular body. Furthermore, as in the case of the second aspect of the present invention, it is only necessary to insert a block provided with a reflecting portion into the slit, thereby facilitating the production. In addition, in the case of the first aspect of the invention, there is a possibility that the reflecting portion formed on the ceiling portion of the slit may be broken or peeled off. The reflective portion of the metal thin film may be damaged, or the metal thin film may cause fatigue failure due to repeated bending. In the case of the present invention, the upper or lower surface of the block itself becomes the reflective portion, Since the reflecting portion such as a metal thin film is formed on the upper surface or the lower surface, the possibility of damage is reduced and the durability is improved. In the case of the second aspect of the present invention, it is not always easy to align the through hole and the optical fiber when the diaphragm block is inserted into the slit. Is used as a reflecting portion, it is possible to eliminate this difficulty in alignment.

【0018】なお、上記いずれの発明の場合にも、光を
照射する光ファイバとこの反射光を入射する光ファイバ
は、同じものを共用してもよいし、それぞれ別のものを
用いてもよい。
In any of the above inventions, the optical fiber for irradiating the light and the optical fiber for receiving the reflected light may be the same or different. .

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】図1〜図7は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図1は医療用カテーテルチューブの先端部
に取り付ける触覚センサの組み立て斜視図、図2は医療
用カテーテルチューブの斜視図、図3はシリコンチップ
の斜視図、図4はシリコンチップの製造過程を示す縦断
面図、図5は触覚センサを取り付けた医療用カテーテル
チューブの先端部の斜視図、図6は触覚センサの動作を
説明する部分拡大縦断面図、図7はシリコンチップの他
の構成を示す縦断面図である。
1 to 7 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is an assembled perspective view of a tactile sensor attached to a distal end portion of a medical catheter tube, and FIG. 2 is a perspective view of the medical catheter tube. FIG. 3 is a perspective view of a silicon chip, FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the silicon chip, FIG. 5 is a perspective view of a distal end of a medical catheter tube to which a tactile sensor is attached, and FIG. FIG. 7 is a partially enlarged longitudinal sectional view for explaining the operation, and FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing another configuration of the silicon chip.

【0021】本実施形態は、図2に示すような医療用カ
テーテルチューブ1の先端部に取り付ける触覚センサに
ついて説明する。医療用カテーテルチューブ1は、直径
が3mm程度のセグメント化ポリウレタン、シリコーン
ゴム又はポリ塩化ビニル等の柔軟な細長い合成樹脂に長
手方向に沿った貫通孔であるルーメン1aが複数本形成
された長尺管体である。なお、ここでは、3本のルーメ
ン1aが形成された医療用カテーテルチューブ1につい
て例示する。この場合、2本のルーメン1aは、先端面
の開口部から鉗子を突出させて操作できるようにした
り、生理食塩水等の注入や吸引を行うために用い、残り
のやや小さいルーメン1aは、撮像用光ファイバ2を通
して照明光を先端から放射させると共に戻り光を撮像す
るライトガイド/イメージガイドとして用いる。
In the present embodiment, a tactile sensor attached to the distal end of a medical catheter tube 1 as shown in FIG. 2 will be described. The medical catheter tube 1 is a long tube in which a plurality of lumens 1a, which are through holes along the longitudinal direction, are formed in a flexible and elongated synthetic resin such as segmented polyurethane, silicone rubber, or polyvinyl chloride having a diameter of about 3 mm. Body. Here, a medical catheter tube 1 in which three lumens 1a are formed is exemplified. In this case, the two lumens 1a are used for projecting the forceps from the opening in the distal end surface so that the forceps can be operated, or for injecting or sucking physiological saline or the like, and the remaining slightly smaller lumen 1a is used for imaging. It is used as a light guide / image guide for emitting illumination light from the distal end through the optical fiber 2 and imaging the return light.

【0022】上記医療用カテーテルチューブ1は、図1
に示すように、上方を向く先端面の周縁部の3箇所に前
方側に突出する凸部1bが等間隔に形成されている。ま
た、これら各凸部1bの下方には、周側面に開口するス
リット1cがそれぞれ形成されている。そして、このス
リット1cには、幅と奥行きと厚さが450μm×45
0μm×100μmの大きさのシリコンチップ3が挿入
される。さらに、これらのスリット1cの下方には、周
側面に開口し長手方向に沿って長い溝1dが形成されて
いる。これらの溝1dには、125μm径のマルチモー
ドのセンサ用光ファイバ4が挿入される。
The medical catheter tube 1 is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, convex portions 1b protruding forward are formed at equal intervals at three positions on the peripheral edge of the front end surface facing upward. In addition, a slit 1c that opens to the peripheral side surface is formed below each of the projections 1b. The slit 1c has a width, depth and thickness of 450 μm × 45.
A silicon chip 3 having a size of 0 μm × 100 μm is inserted. Further, below these slits 1c, there are formed grooves 1d which are open on the peripheral side surface and are long along the longitudinal direction. A multi-mode sensor optical fiber 4 having a diameter of 125 μm is inserted into these grooves 1d.

【0023】上記スリット1cと溝1dは、エキシマレ
ーザを用いて医療用カテーテルチューブ1のセグメント
化ポリウレタン等にエッチングを施すことにより、それ
ぞれシリコンチップ3やセンサ用光ファイバ4が挿入で
きるような大きさに形成される。短波長のエキシマレー
ザを高分子膜に照射すると、高分子の化学結合鎖が切れ
て気化・蒸発し(レーザアブレーション[ablation]と称
される)、レーザ照射部分が除去されるので、これによ
り直接レーザエッチングが可能となる。このレーザ照射
系は、波長248nmのKrFエキシマレーザ光で照射
されたマスクの像が試料表面に結像するようにし、投影
倍率を約1/20とする。この試料表面は、レーザ照射
系と光学系を一部共有する観察光学系を通してモニタ上
で観察可能であり、これらレーザ照射系と観察系は試料
上で同じ位置に結像するように調整される。また、モニ
タ上で焦点の合った像が得られるように、試料を光軸方
向に移動することによってマスク像の焦点合わせを行
う。このレーザ照射系を用いて比較的アブレーションさ
れやすいポリウレタンの試料表面にビームサイズが50
μm×50μmのエキシマレーザを照射すると、深さ5
00μmの貫通加工が可能となる。
The slits 1c and the grooves 1d have a size such that the segmented polyurethane or the like of the medical catheter tube 1 is etched using an excimer laser so that the silicon chip 3 and the sensor optical fiber 4 can be inserted, respectively. Formed. When a short-wavelength excimer laser is irradiated on a polymer film, the chemical bond chains of the polymer are broken and vaporized / evaporated (called laser ablation), and the laser-irradiated portion is removed. Laser etching becomes possible. This laser irradiation system forms an image of a mask irradiated with KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm on a sample surface, and sets a projection magnification to about 1/20. This sample surface can be observed on a monitor through an observation optical system that partially shares the optical system with the laser irradiation system, and these laser irradiation system and the observation system are adjusted so that an image is formed at the same position on the sample. . The mask image is focused by moving the sample in the optical axis direction so that a focused image is obtained on the monitor. Using this laser irradiation system, a beam size of 50 is applied to the polyurethane sample surface which is relatively easily ablated.
Irradiating an excimer laser of μm × 50 μm gives a depth of 5
A penetration process of 00 μm becomes possible.

【0024】シリコンチップ3は、図3に示すように、
正方形のシリコン結晶の厚板(450μm×450μm
×100μm)であり、まず図4に示すように、上面に
蒸着によって金(Au)の薄膜を形成することにより1
30μm×130μmの大きさのダイアフラム3aを形
成し、図3に示したように、このシリコンチップ3の下
面から異方性エッチングを行うことにより貫通孔3bを
形成して製造される。ただし、実際には、シリコンウエ
ハ上で多数枚のシリコンチップ3をまとめて処理し、最
後に素子を分離することにより製造される。検出用のダ
イアフラム3aは、光学的に十分に平坦な金属薄膜が要
求されるので、このような半導体製造工程を利用して製
造を行う。このようにして製造されたシリコンチップ3
は、図5に示すように、医療用カテーテルチューブ1の
先端部の各スリット1cに挿入される。
The silicon chip 3 is, as shown in FIG.
Square silicon crystal plate (450 μm × 450 μm
× 100 μm). First, as shown in FIG. 4, a gold (Au) thin film is formed
A diaphragm 3a having a size of 30 μm × 130 μm is formed, and as shown in FIG. 3, a through hole 3b is formed by performing anisotropic etching from the lower surface of the silicon chip 3. However, in practice, it is manufactured by processing a large number of silicon chips 3 collectively on a silicon wafer and finally separating the elements. Since the detection diaphragm 3a requires a metal thin film that is optically sufficiently flat, it is manufactured using such a semiconductor manufacturing process. Silicon chip 3 manufactured in this manner
Are inserted into each slit 1c at the distal end of the medical catheter tube 1, as shown in FIG.

【0025】センサ用光ファイバ4は、上記各溝1dに
挿入することにより、医療用カテーテルチューブ1の周
側部に長手方向に沿って配置される。また、このシリコ
ンチップ3の先端は、上記スリット1c内のシリコンチ
ップ3の貫通孔3bと向かい合うようにして配置され
る。これらのセンサ用光ファイバ4は、医療用カテーテ
ルチューブ1の基部側からの光が先端から放射されると
共に、この先端から入射した光を医療用カテーテルチュ
ーブ1の基部側に送るようになっている。
The sensor optical fiber 4 is arranged along the longitudinal direction on the peripheral side of the medical catheter tube 1 by being inserted into each of the grooves 1d. The tip of the silicon chip 3 is disposed so as to face the through hole 3b of the silicon chip 3 in the slit 1c. These optical fibers for sensor 4 emit light from the base side of the medical catheter tube 1 from the distal end, and send light incident from the distal end to the base side of the medical catheter tube 1. .

【0026】上記構成の触覚センサによれば、図6に示
すように、各センサ用光ファイバ4の先端から放射され
た光は、スリット1cに挿入されたシリコンチップ3の
貫通孔3bを通ってダイアフラム3aの裏面でまっすぐ
に反射されそのまま同じセンサ用光ファイバ4に入射し
て医療用カテーテルチューブ1の基部に送られる。医療
用カテーテルチューブ1の基部では、これらのセンサ用
光ファイバ4が図示しないマルチモードカプラによって
分岐され、一方が放射光の光源に接続されると共に、他
方が受光部に接続されるので、このダイアフラム3aで
の反射光の強度を測定することができる。ここで、医療
用カテーテルチューブ1の先端周縁部の凸部1bに前方
から圧力が加わると、スリット1cの天井部が下方に押
されてシリコンチップ3のダイアフラム3aを撓ませ
る。すると、このダイアフラム3aの裏面での反射角度
が変化して、反射光が再びセンサ用光ファイバ4の先端
から入射する際の損失が多くなる。従って、基部側でこ
の反射光の強度の減少を測定することができ、これによ
って医療用カテーテルチューブ1の先端部に加わった圧
力を検出することができる。また、3箇所の凸部1bの
いずれに圧力が加わったのかということも検出できる。
According to the tactile sensor configured as described above, as shown in FIG. 6, light emitted from the tip of each sensor optical fiber 4 passes through the through hole 3b of the silicon chip 3 inserted into the slit 1c. The light is reflected straight on the back surface of the diaphragm 3a, directly enters the same sensor optical fiber 4, and is sent to the base of the medical catheter tube 1. At the base of the medical catheter tube 1, these sensor optical fibers 4 are branched by a multi-mode coupler (not shown), and one of them is connected to a light source of emitted light and the other is connected to a light receiving unit. The intensity of the reflected light at 3a can be measured. Here, when pressure is applied from the front to the protrusion 1b on the peripheral edge of the distal end of the medical catheter tube 1, the ceiling of the slit 1c is pushed downward, and the diaphragm 3a of the silicon chip 3 is bent. Then, the reflection angle on the back surface of the diaphragm 3a changes, and the loss when the reflected light is incident again from the tip of the sensor optical fiber 4 increases. Therefore, the decrease in the intensity of the reflected light can be measured on the base side, and the pressure applied to the distal end of the medical catheter tube 1 can be detected. Further, it is possible to detect which of the three convex portions 1b is subjected to pressure.

【0027】このため、本実施形態の触覚センサは、医
療用カテーテルチューブ1の先端に加わった圧力を光信
号に変換してセンサ用光ファイバ4を通して基部側に送
るので、電磁的な障害を受けることがなくなる。また、
医療用カテーテルチューブ1の先端部に形成したスリッ
ト1cに微小なシリコンチップ3を挿入するだけなの
で、この先端部が大型化するようなこともなく、触覚セ
ンサの組み立ても容易に行うことができるようになる。
For this reason, the tactile sensor according to the present embodiment converts the pressure applied to the distal end of the medical catheter tube 1 into an optical signal and sends the optical signal to the base side through the optical fiber 4 for the sensor. Disappears. Also,
Since only the minute silicon chip 3 is inserted into the slit 1c formed at the distal end of the medical catheter tube 1, the tactile sensor can be easily assembled without increasing the distal end. become.

【0028】なお、上記実施形態では、シリコンチップ
3のダイアフラム3aに金蒸着膜を用いたが、アルミニ
ウムやその他の金属薄膜を蒸着やスパッタリング等の方
法で形成したものを用いることもできる。また、シリコ
ンチップ3は、この金属薄膜のダイアフラム3aを平坦
に支持できるものであれば、どのような素材のダイアフ
ラムブロックであってもよい。
In the above-described embodiment, a gold vapor-deposited film is used for the diaphragm 3a of the silicon chip 3. However, an aluminum or other metal thin film formed by a method such as vapor deposition or sputtering may be used. Further, the silicon chip 3 may be a diaphragm block of any material as long as the diaphragm 3a of the metal thin film can be supported flat.

【0029】さらに、上記実施形態では、貫通孔3bの
上端開口部にダイアフラム3aを配置したシリコンチッ
プ3を用いた場合について説明したが、貫通孔3bを形
成しないシリコンチップ3をそのまま用いることもでき
る。この場合、センサ用光ファイバ4の先端から放射さ
れた光は、このシリコンチップ3の下面で反射されるこ
とになる。また、例えば波長1.3μmのLED光源を
用いた場合には、この光がシリコンチップ3を透過する
ので、図7に示すように、このシリコンチップ3の下面
に金属薄膜を形成して反射部5としたり、図4に示した
シリコンチップ3をそのまま用いて、上面のダイアフラ
ム3aを反射部とすることもできる。そして、これらの
場合も、シリコンチップ3に代えて他の素材のブロック
を用いることができる。さらに、医療用カテーテルチュ
ーブ1のスリット1cにシリコンチップ3等を挿入する
代わりに、このスリット1cの天井部に金属薄膜等を成
膜して反射部とすることも可能である。
Further, in the above embodiment, the case where the silicon chip 3 in which the diaphragm 3a is arranged at the upper end opening of the through hole 3b is used, but the silicon chip 3 without the through hole 3b can be used as it is. . In this case, light emitted from the tip of the sensor optical fiber 4 is reflected on the lower surface of the silicon chip 3. Further, for example, when an LED light source having a wavelength of 1.3 μm is used, since this light passes through the silicon chip 3, as shown in FIG. 5, or the silicon chip 3 shown in FIG. 4 can be used as it is, and the diaphragm 3a on the upper surface can be used as a reflecting portion. Also in these cases, a block of another material can be used instead of the silicon chip 3. Further, instead of inserting the silicon chip 3 or the like into the slit 1c of the medical catheter tube 1, it is also possible to form a metal thin film or the like on the ceiling of the slit 1c to form a reflecting portion.

【0030】さらに、上記実施形態では、医療用カテー
テルチューブ1の先端周縁部の3箇所に凸部1bを設け
る場合について説明したが、本発明はこの数については
制限しない。また、凸部1bの形状も図示のものに限ら
ず、医療用カテーテルチューブ1の先端面から突出する
ものであれば、どのような形状であってもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the convex portions 1b are provided at three places on the peripheral edge of the distal end of the medical catheter tube 1 has been described, but the present invention is not limited to this number. Further, the shape of the convex portion 1b is not limited to the illustrated one, and may be any shape as long as it protrudes from the distal end surface of the medical catheter tube 1.

【0031】さらに、上記実施形態では、各スリット1
cごとに1本のセンサ用光ファイバ4を配置したが、照
射光用と反射光用の2本以上のセンサ用光ファイバ4を
配置することもでき、この場合にはマルチモードカプラ
が不要となる。また、上記実施形態では、この反射光を
強度変調方式によって検出したが、位相変調方式によっ
て検出することもでき、この場合にはシングルモードの
センサ用光ファイバ4を1本用いるだけで検出可能とな
る。ただし、位相変調方式の検出には、複雑な干渉光学
系の測定装置が必要となる。
Further, in the above embodiment, each slit 1
Although one sensor optical fiber 4 is arranged for each c, two or more sensor optical fibers 4 for irradiation light and reflected light can be arranged. In this case, a multi-mode coupler is unnecessary. Become. In the above embodiment, the reflected light is detected by the intensity modulation method. However, the reflected light can be detected by the phase modulation method. In this case, it is possible to detect the reflection light by using only one single-mode sensor optical fiber 4. Become. However, the detection of the phase modulation method requires a complicated interference optical system measuring device.

【0032】さらに、上記実施形態では、医療用カテー
テルチューブ1の先端に用いる触覚センサについて説明
したが、本発明はこれに限らず、任意の柔軟な長尺管体
の先端に用いる触覚センサに実施可能である。また、腹
腔鏡のように剛性を有する長尺管体の先端に用いる触覚
センサに同様に実施可能である。
Further, in the above embodiment, the tactile sensor used at the distal end of the medical catheter tube 1 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a tactile sensor used at the distal end of any flexible long tube. It is possible. Further, the present invention can be similarly applied to a tactile sensor used at the tip of a rigid long tubular body such as a laparoscope.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の触覚センサによれば、長尺管体の先端部に凸部やスリ
ットを設けて光ファイバを配置し、スリットの天井部に
反射部を形成したり、このスリットにダイアフラムブロ
ック又はブロックを挿入するだけで、この長尺管体の先
端部が前方から受ける圧力を検出することができるよう
になる。また、この際、圧力を光信号に変換するので、
電磁的な障害を受けることがなくなる。しかも、長尺管
体の先端部の外側に部品を取り付ける必要がないので、
この先端部が大型化するようなおそれも生じず、組み立
ても容易に行うことができるようになる。
As is clear from the above description, according to the tactile sensor of the present invention, an optical fiber is arranged by providing a convex portion or a slit at the tip of a long tubular body, and reflecting light on the ceiling of the slit. Simply by forming a part or inserting a diaphragm block or a block into this slit, the pressure applied to the distal end of the long tubular body from the front can be detected. At this time, since the pressure is converted into an optical signal,
Eliminates electromagnetic interference. Moreover, there is no need to attach any parts outside the tip of the long tube,
There is no danger that the tip will become large, and assembly can be performed easily.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態を示すものであって、医療
用カテーテルチューブの先端部に取り付ける触覚センサ
の組み立て斜視図である。
FIG. 1, showing one embodiment of the present invention, is an assembled perspective view of a tactile sensor attached to a distal end of a medical catheter tube.

【図2】本発明の一実施形態を示すものであって、医療
用カテーテルチューブの斜視図である。
FIG. 2, showing an embodiment of the present invention, is a perspective view of a medical catheter tube.

【図3】本発明の一実施形態を示すものであって、シリ
コンチップの斜視図である。
FIG. 3, showing an embodiment of the present invention, is a perspective view of a silicon chip.

【図4】本発明の一実施形態を示すものであって、シリ
コンチップの製造過程を示す縦断面図である。
FIG. 4 illustrates one embodiment of the present invention, and is a longitudinal sectional view illustrating a manufacturing process of a silicon chip.

【図5】本発明の一実施形態を示すものであって、触覚
センサを取り付けた医療用カテーテルチューブの先端部
の斜視図である。
FIG. 5, showing one embodiment of the present invention, is a perspective view of a distal end portion of a medical catheter tube to which a tactile sensor is attached.

【図6】本発明の一実施形態を示すものであって、触覚
センサの動作を説明する部分拡大縦断面図である。
FIG. 6, showing an embodiment of the present invention, is a partially enlarged longitudinal sectional view for explaining the operation of a tactile sensor.

【図7】本発明の一実施形態を示すものであって、シリ
コンチップの他の構成を示す縦断面図である。
FIG. 7, showing an embodiment of the present invention, is a longitudinal sectional view illustrating another configuration of a silicon chip.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 医療用カテーテルチューブ 1b 凸部 1c スリット 3 シリコンチップ 3a ダイアフラム 3b 貫通孔 4 センサ用光ファイバ 5 反射部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Medical catheter tube 1b Convex part 1c Slit 3 Silicon chip 3a Diaphragm 3b Through hole 4 Optical fiber for sensor 5 Reflecting part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 5/00 G01L 9/00 A61B 5/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01L 5/00 G01L 9/00 A61B 5/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 長尺管体の上方先端面の周縁部に形成さ
れた凸部の下方に周側面に開口するスリットが形成され
ると共に、この長尺管体の周側部に長手方向に沿って配
置された光ファイバの先端がスリット内に下方から導き
入れられ、かつ、スリットの天井部にこの天井部の変形
に伴って撓む反射部が形成されたことを特徴とする触覚
センサ。
1. A slit is formed in a peripheral side of a long tubular body below a convex portion formed on a peripheral edge of an upper end surface thereof. A tactile sensor characterized in that a tip of an optical fiber disposed along the slit is guided into the slit from below, and a reflecting portion is formed on a ceiling portion of the slit so as to bend as the ceiling deforms.
【請求項2】 長尺管体の上方先端面の周縁部に形成さ
れた凸部の下方に周側面に開口するスリットが形成され
ると共に、この長尺管体の周側部に長手方向に沿って配
置された光ファイバの先端がこのスリット内に下方から
導き入れられ、かつ、貫通孔が開口する上面に金属薄膜
のダイアフラムが形成されたダイアフラムブロックがこ
のスリットに挿入されたことを特徴とする触覚センサ。
2. A slit which is opened on a peripheral side surface below a convex portion formed on a peripheral portion of an upper end surface of the long tubular body, and is formed on a peripheral side portion of the long tubular body in a longitudinal direction. The tip of the optical fiber arranged along is guided into the slit from below, and a diaphragm block in which a diaphragm of a metal thin film is formed on the upper surface where the through hole is opened is inserted into the slit. Tactile sensor.
【請求項3】 長尺管体の上方先端面の周縁部に形成さ
れた凸部の下方に周側面に開口するスリットが形成され
ると共に、この長尺管体の周側部に長手方向に沿って配
置された光ファイバの先端がこのスリット内に下方から
導き入れられ、かつ、上面又は下面に反射部を備えたブ
ロックがこのスリットに挿入されたことを特徴とする触
覚センサ。
3. A slit opening on a peripheral side surface is formed below a convex portion formed on a peripheral portion of an upper end surface of the elongated tubular body, and a slit is formed on a peripheral side portion of the elongated tubular body in a longitudinal direction. A tactile sensor characterized in that the tip of an optical fiber arranged along is guided into the slit from below, and a block provided with a reflecting portion on an upper surface or a lower surface is inserted into the slit.
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