JP5085142B2 - The endoscope system and method of operating a device for performing endoscopic insertion portion of the shape detection used therein - Google Patents

The endoscope system and method of operating a device for performing endoscopic insertion portion of the shape detection used therein

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JP5085142B2
JP5085142B2 JP2007011886A JP2007011886A JP5085142B2 JP 5085142 B2 JP5085142 B2 JP 5085142B2 JP 2007011886 A JP2007011886 A JP 2007011886A JP 2007011886 A JP2007011886 A JP 2007011886A JP 5085142 B2 JP5085142 B2 JP 5085142B2
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雅尚 村田
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オリンパス株式会社
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本発明は、例えば、内視鏡の挿入部を体腔内又は検査対象物内に挿入した状態で、その曲がり形状を検出して、挿入部の三次元的な立体形状を表示部に表示させることのできる内視鏡システム及びそれに用いられる内視鏡挿入部の形状検出を行う装置の作動方法に関する。 The present invention is, for example, in a state where the insertion portion of the endoscope is inserted into the body cavity or the inspection object, and detects the bending shape, it is displayed on the display unit a three-dimensional three-dimensional shape of the insertion portion a method of operation of the endoscope system and apparatus for the endoscope insertion portion of the shape detection used therein can.

従来より、医療用具として内視鏡は、幅広く利用されている。 Conventionally, endoscopes as medical devices, are widely used. 内視鏡は、細長の挿入部を体腔内に挿入することにより、体腔内臓器などを観察したり、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置ができる。 The endoscope insertion portion of the elongated by inserting into a body cavity, to observe and body cavity organ, the treatment instrument inserted through the treatment instrument channel can various therapeutic treatments using as necessary. また、工業分野においても、内視鏡は、細長の挿入部を挿入することにより、ボイラ、タービン、エンジン、化学プラント等の内部の傷や腐蝕などを観察したり検査することができる。 Also in the industrial field, the endoscope, by inserting the insertion portion of the elongated, possible boiler, turbine, engine, be examined to observe and internal wounds and corrosion, such as chemical plant.

このような内視鏡は、挿入部の先端側に湾曲自在な湾曲部を備えている。 Such an endoscope has a bendable bending portion on the distal end side of the insertion portion. 内視鏡は、湾曲操作ノブが操作されることにより湾曲部が上下または左右方向に湾曲動作される。 The endoscope bending portion is bent operated in the vertical or horizontal direction by bending operation knob is operated. そして、内視鏡は、入り組んだ体腔内管路、例えば大腸などのように360°のループを描く管腔に挿入される際、湾曲操作ノブの操作により湾曲部が湾曲動作されると共に、捻り操作が行われて挿入部が観察目的部位に向けて挿入されていく。 The endoscope, intricate body cavity duct, for example when it is inserted into the lumen to draw 360 ° loop, such as the large intestine, the bending portion is bent operation by operating the bending operation knob, twisting operation is gradually inserted toward the being insertion portion is observed target region performed.

しかしながら、内視鏡操作は、複雑に入り組んだ大腸内の深部まで挿入部を短時間でスムーズに挿入することができるようになるまでに熟練を要する。 However, the endoscope operation requires skill until it becomes possible to smoothly insert convoluted insertion portion to a deep portion of the large intestine in a short time. 経験の浅い術者においては、挿入部を大腸内の深部まで挿入していく際に、挿入方向を見失うことによって手間取ったり、腸の走行状態を大きく変化させてしまったりする虞れがあった。 In shallow operator experience, the insertion portion when going inserted deep in the colon, or lingering by losing the insertion direction, there is a possibility to or worse greatly changing the running condition of the intestine.

このため、従来から、挿入部の挿入性を向上させるための提案が各種なされている。 Therefore, conventionally, suggestions for improving the insertability of the insertion portion have been made various. 例えば、特許文献1には、挿入部の体腔内への挿入状態での形状を立体的に把握できるようにした装置が開示されている。 For example, Patent Document 1, apparatus which can stereoscopically recognize the shape in the inserted state into the body cavity of the insertion portion is disclosed.

この特許文献1に記載の装置では、2本の光ファイバを対として、これら2本の光ファイバの端面を斜めに切断して、相互に所定の開き角となるように接続したものを用い、この光ファイバ端面の開き角を演算することによっても曲がり状態を検出するように構成している。 In the apparatus described in Patent Document 1 uses a pair of two optical fibers, by cutting the end surfaces of two optical fibers obliquely, those connected to a predetermined opening angle to each other, It is configured to detect the bent state by computing the opening angle of the optical fiber end face.

ところが、特許文献1に記載の装置では、接合した光ファイバ対を用いる場合、挿入部において、ある一カ所の断面位置での曲がりを検出するために、4本の光ファイバが必要となり、長さ方向に接合部の位置を違えてそれぞれ4本の光ファイバ対を配置しなければならない。 However, in the apparatus described in Patent Document 1, when using the optical fiber pairs joined, in the insertion portion, in order to detect the bending of a section position of a single point, it requires four optical fibers, the length each Chigae the position of the joint in the direction it is necessary to arrange a four optical fiber pairs. したがって、挿入部の長さ方向における距離分解機能を高くしようとすると、つまり、検出カ所の断面位置多くする場合には、極めて多数の光ファイバ対を設けなければならなくなる。 Therefore, an attempt to increase the distance decomposition function in the longitudinal direction of the insertion portion, that is, in the case of many cross-sectional position of the detection locations is not necessary to provide a large number of optical fiber pairs.

そこで、このような問題点に鑑み、簡単且つコンパクトな構成で、長尺可撓部材の三次元形状を検出できるようにした長尺可撓部材の三次元形状検出装置が特許文献2によって開示されている。 In view of such problems, in a simple and compact structure, the three-dimensional shape detection device of the elongated flexible member to be able to detect the three-dimensional shape of the elongated flexible member is disclosed by the patent document 2 ing.

この特許文献2に記載の三次元検出装置では、2本のファイバブラッググレーティングを対として、このファイバブラッググレーティング対を2組、センサケーブルに設け、光源部によってセンサケーブルのファイバブラッググレーティングに信号光を出射した場合に、信号処理部によって、各ファイバブラッググレーティングからの反射回析光を受光して、この反射回析光の波長と基準となる反射回析光の波長とを比較して、ファイバブラッググレーティングの歪み測定することによって、長尺可撓部材の三次元的な形状を検出するようにしている。 In the three-dimensional detecting device described in Patent Document 2, in pairs two fiber Bragg gratings, the fiber Bragg grating pair 2 sets, provided in the sensor cable, the signal light to the fiber Bragg grating sensor cable by the light source unit when emitted, the signal processing unit, by receiving the reflected diffracted light from each fiber Bragg grating is compared with the wavelength of the reflected diffracted light as the wavelength and the reference of the reflected diffracted light, a fiber Bragg by distortion measurements of the grating, and to detect the three-dimensional shape of the elongate flexible member.

また、光ファイバにファイバブラッググレーティングを備えた関連技術しては、例えば、特許文献3に示すように、少なくとも1つのファイバブラッググレーティングを光ファイバに設け、この光ファイバをカテーテルに挿入して、ファイバブラッググレーティングの物理的性質の変化から、カテーテルの曲げ角度を導出するようにした光ファイバ・ナビゲーションシステムに関する技術が開示されている。 Further, the related art optical fiber including a fiber Bragg grating, for example, as shown in Patent Document 3, provided with at least one fiber Bragg grating in the optical fiber, and inserting the optical fiber into the catheter, fiber from a change in the physical properties of the Bragg grating, it discloses a technique relating to an optical fiber navigation system so as to derive the bend angle of the catheter.
特開平5−91972号公報 JP 5-91972 discloses 特開2004−251779号公報 JP 2004-251779 JP 特表2003−515104号公報 JP-T 2003-515104 JP

しかしながら、前記従来の特許文献2に記載の三次元装置では、ファイバブラッググレーティングを用いて長尺可撓部材である挿入部の湾曲形状などの三次元的形状を検出するための手段を備えているが、前記ファイバブラッググレーティングの反射光を検出するためには、光源部からの入射光と反射光を分離するためのビームスプリッタ等の光カプラーや分光器が必要となってしまう。 However, said three-dimensional device according to the prior art of Patent Document 2 includes means for detecting a three-dimensional shape such as a curved shape of the insertion portion an elongated flexible member with a fiber Bragg grating but in order to detect the reflected light of the fiber Bragg grating optical coupler and spectroscope such as a beam splitter for separating the incident light and the reflected light from the light source is required.

このため、この光カプラーは高価であり、また、高精度な光学部材であるため、その位置出し調整等が難しい。 Therefore, this optical coupler is expensive, also because it is difficult that positioning adjustment and precise optical member. したがって、このような高価な光カプラーや分光器を用いているので、装置全体のコストが高価になってしまい、また装置が大型化になったり、装置の組立性についても困難であるといった問題点があった。 Thus, because of the use of such an expensive optical couplers and the spectrometer, the cost of the entire apparatus becomes expensive, also or device becomes large, a problem is difficult for the assembly of the device points was there.

また、前記特許文献3に記載のシステムでは、少なくとも1つのファイバブラッググレーティングを光ファイバに設けているが、この光ファイバはあくまでカテーテル内に設けられたもので、前記問題点を解消するための構成要素については何等開示も示唆もされていない。 Further, in the system described in Patent Document 3, is provided with the at least one fiber Bragg grating in the optical fiber, the optical fiber is intended only provided in the catheter, configuration for eliminating the problems not even suggest anything like disclosure of the elements.

そこで、本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、光カプラーを用いずにファイバブラッググレーティングからの歪み情報を得て、挿入部の立体形状を検出することのできる安価で且つ小型化が可能で組立性の優れた内視鏡システム及びそれに用いられる内視鏡挿入部の形状検出を行う装置の作動方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, to obtain distortion information from the fiber Bragg grating without a light coupler, inexpensive and compact capable of detecting the insertion portion of the three-dimensional shape and to provide a possible method of operating the assembly of excellent endoscope system and apparatus for the endoscope insertion portion of the shape detection used therein.

本発明の内視鏡システムは、検査対象空間内に挿入される挿入部と、前記挿入部内に挿通され、複数のブラッグ格子部が形成されたファイバブラッググレーティングと、前記ファイバブラッググレーティングの一端に入射光を入射する光源部と、前記入射光が前記ファイバブラッググレーティング内で伝送されて前記ブラッグ格子部を透過し、前記ファイバブラッググレーティングの他端から透過光として出射され、その透過光を受光する検出部と、前記透過光におけるブラック波長欠陥情報及びそのブラック波長の偏移量を求め、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を検出する制御部と、具備し、少なくとも1本の前記ファイバブラッググレーティングは、前記挿入部内の基端側から前記挿入部内の先端側まで挿通され、さらに The endoscope system of the present invention includes an insertion portion to be inserted into the inspection object space, is inserted into the insertion portion, and a plurality of fiber Bragg grating Bragg grating portion is formed, it enters one end of the fiber Bragg grating a light source unit which light enters, the incident light is transmitted in the fiber Bragg grating passes through the Bragg grating portion is emitted as transmitted light from the other end of the fiber Bragg grating, for receiving the transmitted light detection calculated and parts, the shift amount of the black wave defect information and black wavelength in the transmitted light, and a control unit for detecting an amount of strain of the fiber Bragg grating, comprising the fiber Bragg grating of the at least one, the It is inserted from the proximal end side of the insertion portion to the tip side within the insertion portion, further 記先端側で折り返されて前記基端側まで挿通されたことを特徴とする。 Is folded in serial distal end, characterized in that it is inserted until the base end side.

また、本発明の内視鏡システムに用いられる内視鏡挿入部の形状検出を行う装置の作動方法は、複数のブラッグ格子部を含み、検査対象空間内に挿入される挿入部内に挿通されたファイバブラッググレーティングの一端に、 制御装置が光源部を制御して入射光を入射させる手順と、前記入射光が前記ファイバブラッググレーティング内で伝送されて前記ブラッグ格子部を透過し、前記ファイバブラッググレーティングの他端から透過光として出射され、その透過光を、 制御装置が検出部に受光させる手順と、前記透過光におけるブラック波長欠陥情報及びそのブラック波長の偏移量を求め、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を、 制御装置が制御部に検出させる手順と、を含み、少なくとも1本の前記ファイバブラッググレーティ Further, operation method of the endoscope apparatus performs the endoscopic insertion portion of the shape detection used in the system of the present invention comprises a plurality of Bragg grating portions, inserted into the insertion portion to be inserted into the inspection object space one end of the fiber Bragg grating, the control device is transmitted to the procedure for entering incident light by controlling the light source unit, the Bragg grating portion is transmitted the incident light within the fiber Bragg grating, the fiber Bragg grating is emitted as transmitted light from the other end, the transmitted light, the procedure control unit causes the light to the detection unit, obtains a shift amount of black wavelength defect information and black wavelength in the transmitted light, the distortion of the fiber Bragg grating amounts, including a step of the control device causes the detection to the control unit, the at least one said fiber Bragg gray tee of グは、前記挿入部内の基端側から前記挿入部内の先端側まで挿通され、さらに前記先端側で折り返されて前記基端側まで挿通されたことを特徴とする。 Grayed is inserted from the base end side in the insertion portion to the tip side within the insertion portion, characterized in that it is inserted until the base end side is folded back by further the leading end side.

本発明によれば、光カプラーを用いずにファイバブラッググレーティングからの歪み情報を得て、挿入部の立体形状を検出することのできる安価で且つ小型化が可能で組立性の優れた内視鏡システム及びそれに用いられる内視鏡挿入部の形状検出を行う装置の作動方法を提供することができる。 According to the present invention, to obtain distortion information from the fiber Bragg grating without a light coupler, it can be inexpensive and compact capable of detecting the insertion portion of the three-dimensional shape assembly of the excellent endoscope it is possible to provide a system and method of operating a device for performing endoscopic insertion portion of the shape detection used therein.

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating the embodiment of the present invention.

(実施例) (Example)
図1から図9は本発明の内視鏡システムの一実施例に係り、図1は本実施例の内視鏡システム全体の構成を示すシステム構成図である。 Figure 9 relates to an embodiment of the endoscope system of the present invention from FIG. 1, FIG. 1 is a system configuration diagram showing an endoscope system of the entire configuration of the present embodiment.

図1に示すように、本実施例に係る内視鏡システム1は、挿入部5の先端部9内に撮像手段(例えばCCD18、図2参照))を備え、例えば操作部6内に挿入部5の湾曲部10を湾曲させるための駆動部(具体的にはモータ)14を備えた電子内視鏡(以下、単に内視鏡)2と、内視鏡2に着脱自在に接続され、この内視鏡2に入射光を供給する光源装置23、及び内視鏡2の撮像手段を制御すると共に、この撮像手段から得られた信号を処理して標準的な映像信号を出力する信号処理部とを備えた制御装置3と、制御装置3の信号処理部で信号処理して得られた映像信号に基づく内視鏡画像等の画像を表示するモニタ4と、を有している。 As shown in FIG. 1, an endoscope system 1 according to this embodiment, the distal end portion 9 in the imaging means of the insertion portion 5 (e.g. CCD 18, see FIG. 2) comprises a), for example, the insertion portion to the operation portion 6 driver for bending the bending portion 10 of the fifth electronic endoscope equipped with (specifically, motor) 14 (hereinafter, simply endoscope) 2, is detachably connected to the endoscope 2, the supplying incident light to the endoscope 2 light source device 23, and controls the image pickup means of the endoscope 2, a signal processing section for outputting a standard video signal by processing a signal obtained from the image pickup means It has a control device 3 provided with bets, a monitor 4 for displaying an image such as an endoscopic image based on the video signal obtained by signal processing by the signal processing unit of the control device 3, a.
尚、制御装置3に、図示しないプリンタ、ビデオディスク、或いは画像記録装置等を電気的にそれぞれ接続可能なコネクタ部を設けても良い。 The control device 3, the printer (not shown), a video disk, or an image recording apparatus or the like may be electrically respectively provided connectable connector section.

内視鏡2は、観察対象部位へ挿入する細長の挿入部5と、この挿入部5の基端部に連設され、ビデオスイッチや湾曲操作スイッチ等の操作ノブ13を有する操作部6と、この操作部6の側面より延設され、撮像手段に接続する信号ケーブルや後述する光ファイバ12等を内蔵したユニバーサルコード7と、このユニバーサルコード7の端部に設けられ、前記制御装置3に着脱自在に接続されるコネクタ部8と、を有している。 The endoscope 2 includes an insertion portion 5 of the elongate insertion into the examination site, is connected to the proximal end of the insertion portion 5, the operation portion 6 having an operation knob 13, such as a video switch or the bending operation switch, extending from the side surface of the operation portion 6, and the universal cord 7 with a built-in optical fiber 12 such that the signal cables and will be described later is connected to the imaging means, provided at an end portion of the universal cord 7, detachably attached to the control device 3 It has a connector portion 8 to be freely connected and.

挿入部5は、先端側に設けられた先端部9と、この先端部9の手元側に設けられた湾曲自在の湾曲部10と、この湾曲部10の手元側に設けられ、軟性の管状の部材より形成される長尺で可撓性を有する可撓管部11とが連設されることで構成されている。 Insertion unit 5, the distal end portion 9 provided on the distal end side, a bending portion 10 of bendable provided on the proximal side of the distal end portion 9 is provided on the proximal side of the bending portion 10, the flexible tubular is constructed by being flexible tube portion 11 are communicated with each other set having a flexible elongate formed from members.
また、挿入部5内には、後述するがファイバブラッググレーティングを構成する光ファイバ12が挿通されている。 Also within the insertion portion 5, the optical fiber 12 will be described later constituting the fiber Bragg grating is inserted.

先端部9は、撮像手段として、例えばCCD(Charge Coupled Device)18 等のイメージセンサ、又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補性金属酸化膜半導体)等のイメージセンサを有している。 Tip 9, as an imaging device, for example, CCD (Charge Coupled Device) 18 such as an image sensor or CMOS: has an image sensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor complementary metal oxide semiconductor) or the like.

また、先端部9は、CCD18を駆動するための回路基板等が組み込まれた撮像部、体腔内等の観察対象部位を照明するための照明光を照射する例えばLED18A、及びこのLED18AのLED駆動線39等を内蔵して構成されている。 The tip portion 9, the image pickup unit such as a circuit board for driving the CCD18 is incorporated, irradiates illumination light for illuminating an observation target site such as a body cavity for example LED 18a, and the LED drive line of the LED 18a is constituted by a built-in 39 or the like.

湾曲部10は、操作部6の操作ノブ13の操作によって駆動部であるモータ14が駆動されることによって湾曲するようになっている。 Curved portion 10, the motor 14 is driven unit by operating the operation knob 13 of the operation portion 6 is adapted to bend by being driven. 尚、湾曲部10の湾曲動作は、モータ14等の電動駆動手段を用いずに、手動操作によって湾曲させても良い。 Incidentally, the bending operation of the bending portion 10, without using the electric drive means such as a motor 14, it may be curved by a manual operation.

操作ノブ13は、例えばジョイスティック等で構成される。 Operating knob 13, for example, a joystick or the like. この操作ノブ13は、図示しない信号線を介して制御装置3内のコントローラ(図示せず)に電気的に接続され、この操作ノブ13を操作することによって湾曲部10を湾曲動作させるための操作信号を図示しないコントローラに出力する。 The operating knob 13 is electrically connected to the controller in the control device 3 via a signal line (not shown) (not shown), an operation for bending operation of the bending portion 10 by operating the operation knob 13 and outputs to the controller (not shown) signals. そして、図示しないコントローラは、供給された操作信号に基づきモータ14を制御することで、湾曲部10が所望の方向へと湾曲するようになっている。 The controller (not shown), by controlling the motor 14 based on the supplied operation signal, the bending portion 10 is adapted to bend into a desired direction.

内視鏡2のユニバーサルコード7のコネクタ部8は、制御装置3に設けられたコネクタ部16に着脱自在に接続される。 Connector of the universal cord 7 of the endoscope 2 8 is detachably connected to a connector portion 16 provided in the control unit 3.
コネクタ部8は、CCD18に電気的に接続された駆動信号線21、22及びLED駆動線39(図2参照)を制御装置3と電気的に接続するためのコネクタ8aと、後述する、内視鏡2の挿入部5内及びユニバーサルコード7内に挿入される光ファイバ12を制御装置3と光学的に接続するための光コネクタ8bとを有している。 Connector section 8, a connector 8a for electrically connecting electrical connected to the control unit 3 a drive signal lines 21 and 22 and the LED driving line 39 (see FIG. 2) to the CCD 18, to be described later, the endoscope and an optical connector 8b for connecting the optical fiber 12 inserted in the insertion portion 5 of the mirror 2 and the universal cord 7 control device 3 and optically.

これに対して、制御装置3のコネクタ部16は、前記コネクタ8aと制御装置3内の対応する信号処理部とを電気的に接続するためのコネクタ16aと、前記光コネクタ8bと制御装置3内の後述する光源装置23及び検出部26とを光学的に接続するための光コネクタ16bとを有している。 In contrast, the control device 3 of the connector portion 16 includes a connector 16a for electrically connecting the corresponding signal processing section of the connector 8a and the control device 3, the optical connector 8b and the control device 3 of a light source device 23 and the detecting unit 26 will be described later and an optical connector 16b for optically connecting.

制御装置3の上部には、例えばLCD等のモニタ4が設けられている。 At the top of the control device 3, a monitor 4 such as an LCD is provided, for example. このモニタ4は、例えば、CCD18により撮像されて制御装置3の信号処理部で信号処理して得られた映像信号(Video信号)に基づく内視鏡画像4Bと、後述する光ファイバ12のファイバブラッググレーティングより検出されて、制御装置3の信号処理部で信号処理して得られた形状CG信号に基づく挿入部5の湾曲形状画像4Cとを左右に合成して画面4Aに表示する。 The monitor 4, for example, the endoscopic image 4B based on the video signal (Video signal) obtained by signal processing by the signal processing unit of the control device 3 is imaged by the CCD 18, the fiber Bragg optical fiber 12 to be described later is detected from the grating, a curved shape image 4C of the insertion portion 5 based on the shape CG signal obtained by signal processing by the signal processing unit of the control device 3 synthesizes the right and left on the screen 4A.

このことにより、術者は、内視鏡画像4Bを見ながら観察・処置を行うことができ、また、挿入部5の湾曲形状画像4Cを見ることにより、挿入部5の進退操作を円滑に行うことができる。 Thus, the operator can perform observation and treatment while viewing the endoscope image 4B, also by watching a curved shape image 4C of the insertion portion 5 performs smoothly advancing and retracting operation of the insertion portion 5 be able to. 尚、モニタ4は、手術中のあらゆるデータを選択的に表示することが可能である。 The monitor 4 can be selectively display any data during an operation.

また、制御装置3の前面側の操作パネルには、例えば、電源ボタン、モニタスイッチ、光源装置23の電源ボタン等の操作スイッチ19が設けられている。 Further, the operation panel on the front side of the control device 3, for example, a power button, monitor switch, the operation switch 19 of the power button or the like of the light source device 23 is provided.

次に、本実施例の内視鏡システム1の特徴となる主要部の構成について、図2から図8を参照しながら説明する。 Next, the configuration of a main part comprising an endoscope, wherein the system 1 of this embodiment will be described with reference to FIGS 2.
図2は本実施例の内視鏡システムの主要部を含むシステム全体の電気的な構成を示すブロック図である。 Figure 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the entire system including the main portion of the endoscope system of the present embodiment.
図2に示すように、内視鏡2の挿入部5及びユニバーサルコード7内部には、複数のファイバブラッググレーティング(Fiber Bragg Gratingで、以降、FBGセンサと称す)λ1、λ2、λ3、…λn(nは整数) を配置した光ファイバ12が挿通されている。 As shown in FIG. 2, inside the insertion portion 5 and the universal cord 7 of the endoscope 2, a plurality of fiber Bragg gratings (with Fiber Bragg Grating, hereinafter referred to as FBG sensor) λ1, λ2, λ3, ... λn ( n is the optical fiber 12 arranged an integer) is inserted.

また、内視鏡2の挿入部5及びユニバーサルコード7内部には、先端部9内のCCD18の入出力端子にそれぞれ接続されるドライブバッファ19A及び撮像信号バッファ20からの駆動信号線21、22と、先端部9内のLED18AからのLED駆動線39とが挿通されている。 Inside the insertion portion 5 and the universal cord 7 of the endoscope 2, the drive signal lines 21 and 22 from the drive buffer 19A and an imaging signal buffer 20 connected respectively to the CCD18 input and output terminals of the tip 9 , it is inserted and the LED drive line 39 from LED18A in the tip portion 9.
尚、先端部9の先端面には、CCD18の撮像範囲をカバーするカバーレンズ17と、LED18AよりLED照明光を照射する照明レンズ18aとが設けられている。 Note that the distal end surface of the distal end portion 9, a cover lens 17 which covers the imaging range of the CCD 18, and the illumination lens 18a is provided for irradiating the LED illumination light from the LED 18a.

光ファイバ12の各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnは、入射光の波長を変化させて前記入射光の反射光及び透過光を得るとともに、各特定波長に対応するブラッグ格子部42(図4参照)をそれぞれ有している。 Each FBG sensor λ1 of the optical fiber 12, λ2, λ3, ... λn, as well as obtaining a reflected light and transmitted light of the incident light by changing the wavelength of the incident light, the Bragg grating section 42 (view corresponding to the respective specific wavelength It has 4 reference), respectively. 尚、この光ファイバ12の構成及びFBGセンサによる検出原理については後述する。 Incidentally, the detection principle according to the configuration and the FBG sensor of the optical fiber 12 will be described later.

光ファイバ12の手元側の入射端(具体的には光コネクタ8b)には、後述する制御装置3内の光源装置23により入射光40が入射されて、この光ファイバ12上に直線的に配置された各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnを透過する。 The entrance end of the proximal optical fiber 12 (specifically to the optical connector 8b is) is, the incident light 40 is incident through the light source device 23 in the control device 3 to be described later, linearly arranged on the optical fiber 12 each was FBG sensor λ1, λ2, λ3, transmits ... lambda] n.

各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnを透過した光は、透過光41として、光コネクタ8bを介して制御装置3内の検出部26に到達するようになっている。 Each FBG sensor .lambda.1, .lambda.2, [lambda] 3, the light transmitted through the ... lambda] n, as the transmitted light 41, and reaches the detecting section 26 in the control device 3 via the optical connector 8b.
例えば、挿入部5が湾曲したことにより歪みストレスが生じると、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnは、その歪み量を透過光41の各波長欠落偏移に変換する特性を有している。 For example, the distortion stress caused by the insertion part 5 is curved, the FBG sensor λ1, λ2, λ3, ... λn is has a characteristic of converting the amount of distortion in each wavelength missing shift of the transmitted light 41 there. そして、この波長欠落情報(ブラッグ波長欠落情報ともいう)を有する透過光41が制御装置3内の検出部26に供給され、この検出部26によって波長欠落情報が検出されるようになっている。 Then, the transmitted light 41 having a wavelength missing information (also referred to as the Bragg wavelength loss information) is supplied to the detector 26 in the control device 3, a wavelength missing information is adapted to be detected by the detector 26.
尚、制御部を構成する制御装置3の具体的な構成については、後述する。 Note that the specific configuration of the control unit 3 of the control section will be described later.

ここで、光ファイバ12の具体的な構成、及び内視鏡挿入部形状検出方法を行うためのFBGセンサλによる検出原理について、図3から図8を参照しながら説明する。 Here, the specific structure of the optical fiber 12, and the detection principle according to the FBG sensor λ for performing endoscope insertion portion shape detection method will be described with reference to FIGS. 3 to 8.
図3は光ファイバを内部に挿通して配置された挿入部の構成を示す一部破断した斜視図、図4から図6は光ファイバとFBGセンサの構成及び原理を説明するもので、図4はFBGセンサを有する光ファイバの構成及び原理を説明するための説明図、図5は光ファイバに供給される入射光の光強度−波長特性を示すスペクトル分布グラフ、図6は光ファイバが出力する透過光の光強度−波長特性を示すスペクトル分布グラフ、図7及び図8は光ファイバの透過光のスペクトル偏移の状態と変化からの偏移量の判定を説明するもので、図7は透過光のスペクトル偏移を示す光強度−波長特性のスペクトル分布グラフ、図8は透過スペクトルの偏移量を検出し欠落波長を判定する方法を説明するための特性図、である。 Figure 3 is a perspective partially broken showing the configuration of an insertion portion disposed to inserting the optical fiber inside view, FIGS. 4-6 serve to explain the structure and principle of the optical fiber and the FBG sensor, FIG. 4 explanatory view for explaining the structure and principles of an optical fiber having a FBG sensor, Fig 5 is a light intensity of incident light supplied to the optical fiber - spectral distribution graph showing wavelength characteristics, FIG. 6 outputs the optical fiber the light intensity of the transmitted light - spectral distribution graph showing wavelength characteristics, 7 and 8 serve to illustrate the determination of shift amount from the change in the state of the spectrum shift of the transmitted light of the optical fiber, FIG. 7 is transmitted the light intensity shows a spectrum shift of light - the spectral distribution graph of wavelength characteristics, FIG. 8 is a characteristic diagram, for explaining a method of determining the missing wavelengths to detect the shift amount of the transmission spectrum.

図3に示すように、光ファイバ12は、1本の光ファイバ12が挿入部5の手元側から挿入部5の先端側で折り返して挿入部5の手元側まで挿入されている。 As shown in FIG. 3, the optical fiber 12, one optical fiber 12 is inserted until the proximal side from the proximal side is folded at the tip side of the insertion portion 5 insertion portion 5 of the insertion portion 5.

そして、光ファイバ12に設けられた各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnは、光ファイバ12の挿入部5の先端側で折り返してなる折り返し部分、つまり、先端部9と湾曲部10との境界部分までの長手方向、又は前記境界部分から挿入部5の手元側までの長手方向に所定間隔毎に配置されている。 Each FBG sensor λ1 provided in the optical fiber 12, .lambda.2, [lambda] 3, ... lambda] n is folded portions formed by folding the tip side of the insertion portion 5 of the optical fiber 12, that is, the curved portion 10 and the distal end portion 9 They are arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction from the longitudinal direction or the boundary portion to the boundary portion to the proximal side of the insertion portion 5.
すなわち、光ファイバ12は、1本で、挿入部5の手元側から前記境界部分までの入射光側部と、前記境界部分から挿入部5の手元側までの透過光側部とを備えている。 That is, the optical fiber 12 includes a single, and the incident light side of the proximal side of the insertion portion 5 to the boundary portion, and a transmitted light side to the proximal side of the insertion portion 5 from the boundary . 尚、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnは、光ファイバ12の入射光側部と、透過孔側部との少なくとも一方に設ければ良い。 Incidentally, the FBG sensor λ1, λ2, λ3, ... λn is the incident light side of the optical fiber 12, may be provided on at least one of the transmission hole side.

そして、本実施例では、このような光ファイバ12は、図3に示すように、挿入部5のUP方向の検出用と、挿入部5のDOWN方向検出用として、それそれ2本設けられており、これらの光ファイバ12は、挿入部5内の上下方向に対向配置されるようになっている。 In the present embodiment, such an optical fiber 12, as shown in FIG. 3, the detection of the UP direction of the insertion portion 5, for the DOWN direction detection of the insertion portion 5, provided that it two cage, these optical fibers 12 are adapted to be opposed in the vertical direction of the insertion portion 5.

この場合、UP方向用の光ファイバ12には、ブラッグ格子部42を有する複数のFBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnが設けられ、またDOWN方向用の光ファイバ12には、ブラッグ格子43を有する複数のFBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnが設けられている。 In this case, the optical fiber 12 for UP direction, a plurality of FBG sensors λ1 having a Bragg grating portion 42, λ2, λ3, ... λn are provided, also on the optical fiber 12 for DOWN direction, the Bragg grating 43 a plurality of FBG sensors λ1 having, λ2, λ3, ... λn are provided.

UP方向用の光ファイバ12は、手元側からUP用入射光40aが入射され、そして、入射光側部、透過光側部を介してUP用透過光41aを制御装置3に供給する。 Optical fiber 12 for UP direction, UP for incident light 40a is incident from the proximal side, and the incident light side, and supplies the UP for transmitted light 41a through the transmission light side to the control device 3. 同時に、DOWN方向用の光ファイバ12は、手元側からDOWN用入射光40bが入射され、そして、入射光側部、透過光側部を介してDOWN用透過光41bを制御装置3に供給するようになっている。 At the same time, the optical fiber 12 for DOWN direction, DOWN for the incident light 40b is incident from the proximal side, and the incident light side, to supply DOWN for transmitted light 41b to the controller 3 via the transmitted light side It has become.

尚、光ファイバ12の挿入部5の先端側の折り返し部分は、先端部9と湾曲部10との境界部分に配置することが望ましいが、これに限定されるものではない。 Incidentally, the distal end side folded-back portion of the insertion portion 5 of the optical fiber 12, it is desirable to place the boundary between the curved portion 10 and the tip 9, is not limited thereto.

また、本実施例では、図3に示すように、挿入部5のUP方向とDOWN方向との2方向の検出方向について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば挿入部5のUP、DOWN、LEFT、REGHTの4方向の検出を行う場合には、4本の光ファイバ12(ファイバブラッググレーティング)を挿入部5内の上下左右方向に配置して構成すれば良い。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, have been described in two directions of the detection directions of the UP direction and the DOWN direction of the insertion portion 5, it is not limited thereto, for example, the insertion portion 5 UP , DOWN, lEFT, when performing 4-way detection REGHT may be constructed by arranging four optical fibers 12 (fiber Bragg grating) in the vertical and horizontal directions of the insertion portion 5.

このような光ファイバ12の具体的な構成が図4に示されている。 Such specific structure of the optical fiber 12 is shown in FIG.
図4に示すように、光ファイバ12は、クラッド部12Bと、このクラッド部12B内部に配されるコア部12Aとを有して構成される。 As shown in FIG. 4, the optical fiber 12 is configured to have a cladding section 12B, and a core portion 12A that is disposed inside the cladding portion 12B. そして、この光ファイバ12に設けられたFBGセンサλは、シングルモード光ファイバの光が伝播するコア部12Aにおいて、軸方向に屈折率を周期的に変化させてブラッグ格子部42を形成している。 Then, the FBG sensor λ provided on the optical fiber 12, the core portion 12A in which the light of the single mode optical fiber propagates to form a Bragg grating portion 42 by periodically changing the refractive index in the axial direction .
尚、ブラッグ格子部42の格子間隔は、例えば約0.4〜0.5ミクロン程度であり、センサ長は約数mm〜数十mm程度の大きさで構成されている。 Incidentally, the lattice spacing of the Bragg grating portion 42 is, for example, about 0.4 to 0.5 microns, the sensor length is composed of about several mm~ several tens of mm size.
また、本実施例では、複数のブラッグ格子部42は、ファイバブラッググレーティングを構成する光ファイバ12の基端側から先端側に向かうにつれて徐々に密になるように配置しても良い。 Further, in this embodiment, a plurality of Bragg grating portions 42 gradually may be arranged so densely toward the distal end side from the base end of the optical fiber 12 constituting the fiber Bragg grating. このことにより、より精度良くFBGセンサλの歪み量の検出を行うことが可能となる。 Thus, it is possible to perform a more accurate detection of the amount of strain of the FBG sensor lambda.

FBGセンサλに入射光40が入射されると、ブラッグ格子部42では、FBG格子間隔とFBGセンサλでの屈折率(透過率)に対応した特定ピーク波長のブラッグ波長成分のみが反射される。 When FBG incident light 40 on the sensor λ is incident, the Bragg grating section 42, only the Bragg wavelength component in a specific peak wavelength corresponding to the refractive index (transmittance) in the FBG grating spacing and FBG sensor λ is reflected.
ここで、例えば、FBGセンサλがゆがんだ場合(歪んだ場合)には、図4に示すように、ゆがみがない状態で反射してくるブラック波長に対して△λmずれた波長成分を有する光40xが反射光となる。 Here, for example, FBG sensor if λ is distorted (if distorted), as shown in FIG. 4, light having a wavelength component which is shifted △ lambda] m with respect to the black wave coming reflected in the absence of distortion 40x is the reflected light.
このことにより、この光ファイバ12の透過光41は、特定ピーク波長のブラッグ波長成分のみが欠落した情報として伝送されることになる。 Thus, the transmitted light 41 of the optical fiber 12 will be transmitted as information only Bragg wavelength component in a specific peak wavelength is missing.

尚、FGB格子間隔とFGBセンサλの屈折率(透過率)は、FBGセンサλの歪みと温度に依存して変化する。 The refractive index of the FGB lattice spacing and FGB sensor lambda (transmittance) varies depending on the strain and temperature of the FBG sensor lambda. このため、FBGセンサλを用いて、歪み情報(歪み量)を高精度に検出する場合には、温度偏移情報を分離することが必要である。 Therefore, by using the FBG sensor lambda, when detecting strain information (distortion amount) with high accuracy, it is necessary to separate the temperature shift information.

そこで、本実施例の内視鏡システム1では、FBGセンサλを用いて、歪み情報(歪み量)を検出する場合に、温度偏移情報を分離することで、高精度な検出処理を行うことが可能である。 Therefore, in the endoscope system 1 of the present embodiment, by using the FBG sensor lambda, when detecting strain information (distortion amount), to separate the temperature shift information, to perform high-precision detection process it is possible.

具体的には、光ファイバ12が本来有している温度検出機能を用いて光ファイバ12に設けられた複数のFBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnの温度(位置も含む)を検出し、そして、この検出結果から温度変化による温度変化量を求め、この温度変化量に基づいて、検出されたFBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnの各ブラッグ格子部42に加わる歪み量を補正することで、高精度な挿入部5の湾曲形状の検出を可能にしている。 Specifically, a plurality of FBG sensors λ1 provided in the optical fiber 12 by using a temperature sensing optical fiber 12 originally has, .lambda.2, [lambda] 3, detects the temperature (position including) the ... lambda] n, Then, a temperature variation due to the temperature change from the detection results, based on the temperature change amount, the detected FBG sensor .lambda.1, .lambda.2, [lambda] 3, ... to correct the amount of strain applied to the Bragg grating portion 42 of λn in, enabling the detection of the curved shape of the high-precision insertion portion 5.

尚、光ファイバ12本来の温度検出機能を用いずに、例えば光ファイバ12の透過光側部(先端部9と湾曲部10との境界部分から挿入部5の手元側までの部分)において、前記FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnの対応する各位置に、それぞれの温度を検出する複数の温度センサを設けて構成しても良い。 Incidentally, without using the optical fiber 12 original temperature sensing, for example, in transmitted light side of the optical fiber 12 (portion from the boundary portion of the tip portion 9 and the bending portion 10 to the proximal side of the insertion portion 5), the FBG sensors λ1, λ2, λ3, ... to the corresponding position of the lambda] n, it may be configured by providing a plurality of temperature sensors for detecting the respective temperatures.

以上、説明したように、このようなFGBセンサλは、機械的な歪み量を光りの波長偏移として検出することが可能であり、さらに、波長多重が可能である。 As described above, such FGB sensor lambda, it is possible to detect a wavelength shift of light mechanical distortion amount, further, it is possible to wavelength multiplex. したがって、複数の異なった特定ピーク波長に対応するFBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnを同一の光ファイバ12上に配置すれば、1本の光ファイバ12の伝送路で複数の部位での歪み情報(歪み量)を特定波長の偏移として検出することができるようになる。 Therefore, FBG sensor λ1 corresponding to a plurality of different specific peak wavelength, λ2, λ3, ... by arranging the on the same optical fiber 12 lambda] n, the strain at multiple sites in the single transmission line of the optical fiber 12 of the information (distortion amount) it is possible to detect a deviation of a particular wavelength.

このような光ファイバ12には、制御装置3内の光源装置23を介して、図5に示すようなスペクトル分布を有する入射光が供給される。 Such optical fiber 12, via the light source device 23 in the control device 3, the incident light is supplied with a spectral distribution as shown in FIG. このような入射光を出射するためには、例えば、自然放出(ASE:Amplified Spontaneous Emission)特性を有する広帯域光源を用いるか、又は離散的にFBGセンサλのブラッグ格子部42のブラッグ波長成分に対応する狭帯域レーザ光を発振し操作する発振器を用いても良い。 To emit such incident light, for example, spontaneous emission (ASE: Amplified Spontaneous Emission) or using a broadband light source having a characteristic, or discretely corresponding to the Bragg wavelength components of the Bragg grating portion 42 of the FBG sensor λ the narrow-band laser light may be used oscillated oscillator for operation of.
尚、前記入射光は、光ファイバ12に設けられたFGBセンサλの歪み応答周波数(波長)をカバーし安定度の高いものが望ましい。 Incidentally, the incident light is intended to cover the strain response frequency (wavelength) of the FGB sensor λ provided in the optical fiber 12 with high stability is desired.

本実施例において、光ファイバ12を透過する透過光は、FBGセンサλのブラッグ格子部42おいて特定ピーク波長のブラッグ波長成分のみが欠落した情報として伝送されるが、FBGセンサλの歪み量が加わりブラッグ格子間隔が変化することになる。 In this embodiment, light transmitted through the optical fiber 12, only the Bragg wavelength components of the Bragg grating portion 42 Oite particular peak wavelength of the FBG sensor λ is transmitted as missing information, the distortion amount of the FBG sensor λ is joined Bragg grating spacing so that changes.
このような場合には、透過光は、図6に示すように、特定ピーク波長のブラッグ波長成分がΔλmだけ波長シフトしたものとなる。 In such a case, the transmitted light, as shown in FIG. 6, becomes the Bragg wavelength component in a specific peak wavelength by wavelength shifted Derutaramudaemu.

図7には、光ファイバの透過光のスペクトル偏移の状態と変化からの偏移量の判定を説明する、透過光のスペクトル偏移を示す光強度−波長特性のスペクトル分布グラフが示されている。 Figure 7 illustrates the shift amount of the determination from the change in the state of the spectrum shift of the transmitted light of the optical fiber, the light intensity shows a spectrum shift of the transmitted light - is shown the spectral distribution graph of wavelength characteristics there.

本実施例では、FBGセンサλに対して歪みが生じていない場合、光ファイバ12の透過光は、図7に示すように、特定ピーク波長λm部分で欠落したスペクトル分布となる。 In this embodiment, if no distortion occurs with respect to the FBG sensor lambda, the light transmitted through the optical fiber 12, as shown in FIG. 7, the missing spectrum distribution at a particular peak wavelength λm portion. すなわち、透過光は、特定ピーク波長のブラッグ波長成分100を備えたものとなる。 That is, the transmitted light becomes those with Bragg wavelength component 100 of a particular peak wavelength.

これに対して、FBGセンサλに対して歪み量が生じた場合、光ファイバ12の透過光は、図7に示すように、特定ピーク波長のブラッグ波長成分100がΔλmだけ波長シフトしたブラッグ波長成分101を備えたものとなる。 In contrast, when the distortion amount has occurred with respect to the FBG sensor lambda, the light transmitted through the optical fiber 12, as shown in FIG. 7, the Bragg wavelength component Bragg wavelength component 100 of a particular peak wavelength by wavelength shifted Δλm the one having a 101. このブラッグ波長成分101は、例えば、λm±Δλmの波長シフト領域にて波長シフトされることになり、波長が欠落した部分である。 The Bragg wavelength components 101, for example, would be wavelength-shifted by wavelength shift region of λm ± Δλm, a portion where the wavelength is missing.

そして、本実施例では、このような光ファイバ12からの透過光から、透過光スペクトルの偏移量を検出し欠落情報の判定を行う。 In the present embodiment, the transmitted light from such an optical fiber 12, a determination of the missing information to detect the shift amount of the transmitted light spectrum. 図8はこのような欠落情報の判定方法を説明するためのもの特性図である。 Figure 8 is a characteristic diagram used for explaining the determination method of the missing information.

FBGセンサλの歪み量を高精度に検出するためには、光ファイバ12からの透過光から、特定ピーク波長が欠落した部分を正確に検出する必要がある。 The strain of the FBG sensor λ to be detected with high accuracy, the transmission light from the optical fiber 12, it is necessary to accurately detect the portion where a specific peak wavelength missing. つまり、これは透過光での欠落波長部は有限のスペクトル帯域幅を有していることを考慮して波長を測定し判定することが必要である。 In other words, this is missing wavelength of transmitted light, it is necessary to determine by measuring the wavelength in consideration of the fact that has a spectral bandwidth of finite.

そこで、本実施例では、例えば図8に示すような、半値波長の考え方を用いて透過光の特定欠落ピーク値と欠落波長幅を検出する判定方法を実施している。 Accordingly, in this embodiment, for example, as shown in FIG. 8, it has implemented judging method for detecting the missing wavelength width with a particular missing peak value of the transmitted light by using the concept of half wavelengths.

例えば、図8において、欠落波長部の最小波長97をΔλminとし、欠落波長部の最大波長98をΔλmax、そして、欠落波長部の半値波長幅99をwとすると、 For example, in FIG. 8, the minimum wavelength 97 of the missing wavelengths portion and Δλmin, Δλmax maximum wavelength 98 of the missing wavelengths section and the half-value wavelength width 99 of the missing wavelengths unit When w,
欠落波長部の最小波長Δλminは、欠陥エンベロープ104の半値を取って規定し、同様に欠落波長部の最大波長Δλmaxも、欠陥エンベロープ104の半値を取って規定する。 Minimum wavelength Δλmin missing wavelength portion defines taking half the defect envelope 104, the maximum wavelength Δλmax likewise missing wavelength section also defines taking half the defect envelope 104.

この場合、欠落波長部の半値波長幅wは、 In this case, the half-value wavelength width w of the missing wavelength portion,
w=Δλmin−Δλmax …(式1) w = Δλmin-Δλmax ... (Equation 1)
として定義し、 Defined as,
また、欠陥エンベロープ104の中心波長102は、 The center wavelength 102 of the defect envelope 104,
λcent=(Δλmax+Δλmin)/2 …(式2) λcent = (Δλmax + Δλmin) / 2 ... (Equation 2)
として定義する。 It is defined as.

尚、本実施例では、前記中心波長λcent、前記半値波長幅w、前記最小波長Δλmin、及び前記最大波長Δmaxのどれか少なくとも1つか、又はこれらを組み合わせて特定波長の偏移判定を行う。 In this embodiment, the center wavelength Ramudacent, the half-value wavelength width w, the minimum wavelength Derutaramudamin, and any at least one or of the maximum wavelength .DELTA.max, or shift determination of a specific wavelength in combination performed.
また、特定波長の偏移検出方法としては、欠陥エンベロープ104の予測交点や近似曲線を算出し、この算出結果を基に特定波長ピークを推定する方法を用いても良い。 As the deviation detection method of a specific wavelength, and calculate the predicted intersection and trendline defective envelope 104, it may be used a method for estimating a specific wavelength peak based on the calculation result.
このことにより、光ファイバ12からの透過光から、高精度に、特定ピーク波長103が欠落した部分を正確に検出することが可能となる。 Thus, the transmitted light from the optical fiber 12, with high accuracy, it becomes possible to accurately detect the portion where a specific peak wavelength 103 missing.
このような特定波長の偏移判定は、後述する検出部26によって行われるようになっている。 Deviation determination of such particular wavelength, and the like are performed by the detection unit 26 described later.

次に、図1に戻り、前記検出部26を有する制御装置3の具体的な構成、及びこの制御装置3により制御される内視鏡挿入部形状検出方法について説明する。 Next, returning to FIG. 1, the specific configuration of the control device 3 having the detection unit 26, and an endoscope insertion portion shape detection method which is controlled by the control unit 3 will be described.
図1に示すように、制御装置3は、光源装置23と、光源素子24と、光源制御部25と、信号処理部を構成する、検出部26、制御装置3全体を制御するCPU27、映像処理部27A、カメラコントロールユニット(以下、CCUと称す)28、及び重畳部35と、を有している。 1, the control device 3 includes a light source device 23, a light source device 24, a light source control unit 25, constituting the signal processing unit, the detection unit 26, the control device 3 controls the entire CPU 27, image processing parts 27A, the camera control unit (hereinafter, referred to as CCU) has 28, and a superimposing section 35, the.

前記したように、光ファイバ12の手元側の入射端(具体的には光コネクタ8b)には、制御装置3内の光源装置23により入射光40が入射されて、この光ファイバ12上に直線的に配置された各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnを透過する。 As described above, the incident end of the proximal optical fiber 12 (specifically optical connector 8b in), the incident light 40 is incident through the light source device 23 in the control device 3, a straight line on the optical fiber 12 each FBG sensor λ1 which is arranged, λ2, λ3, transmits ... lambda] n.

そして、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnを透過した光は、透過光41として、光コネクタ8bを介して制御装置3内の検出部26に到達する。 Each FBG sensor .lambda.1, .lambda.2, [lambda] 3, the light transmitted through the ... lambda] n, as transmitted light 41, and reaches the detecting section 26 in the control device 3 via the optical connector 8b.

例えば、挿入部5が湾曲したことにより歪みストレスが生じると、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnは、前記したように、その歪み量を透過光41の各欠落波長変位に変換し、この波長欠落情報を有する透過光41を制御装置3内の検出部26に供給する。 For example, the distortion stress caused by the insertion part 5 is curved, the FBG sensor λ1, λ2, λ3, ... λn, as described above, to convert the amount of strain in each missing wavelength shift of the transmitted light 41, supplying the transmitted light beam 41 having a wavelength missing information to the detecting unit 26 in the control unit 3.

そして、検出部26は、前記したような方法を用いて、透過光の波長欠落情報を検出することになる。 Then, the detection unit 26, using the method as described above, will detect a wavelength missing information of the transmitted light.

光源装置23は、ランプ、LED、レーザなどの光源素子24を用いて、光ファイバ12に入射光を供給するもので、広帯域スペクトラムを発生する光源、又は狭帯域レーザを走査する光源部である。 Light source device 23 uses a lamp, LED, a light source element 24 such as a laser, to supply incident light to the optical fiber 12 is a light source unit for scanning light source, or a narrow-band laser generates a spread spectrum.

例えば、光源装置23は、C+Lバンドではトータル光出力+13dBm、光スペクトラム密度−13dBm/nm(波長範囲:1530nm〜1605nm)の高光出力が可能で、Sバンドではトータル光出力+6dBm、光スペクトラム密度−25dBm/nm以上(波長範囲:1450nm〜1510nm)の高光出力が可能なものが望ましい。 For example, the light source device 23, C + L-band in the total optical output + 13 dBm, the optical spectrum density -13dBm / nm (wavelength range: 1530nm~1605nm) can high light output is in the S-band total light output + 6 dBm, the optical spectrum density -25dBm / nm or more (wavelength range: 1450nm~1510nm) of high optical output can it is desirable. 尚、このような光源装置23に限定されることはなく、常に安定した入射光40を光ファイバ12に供給できるものであれば良い。 Incidentally, it is not limited to such a light source device 23, an always stable incident light 40 as long as it can supply the optical fiber 12.

光源制御部25は、光源装置23の光源波長(周波数)を常に安定化させるように制御している。 The light source control unit 25 controls a light source wavelength of the light source device 23 (frequency) to always stabilize. 具体的には、光源制御部25は、光源装置23の光源波長(周波数)を、f±Δfとするような制御信号30を供給して光源装置23を制御する。 Specifically, the light source control unit 25, a light source wavelength of the light source device 23 (frequency), and supplies a control signal 30 such that the f ± Delta] f for controlling the light source device 23.

また、検出部26は、前記したように光ファイバ12からの透過光から、特定波長欠落情報(ブラック波長欠陥情報)を検出し、その特定波長欠落情報(周波数)をfded信号31として光源制御部25に出力すると共に、その特定波長欠落情報(周波数)をFded検出信号32としてCPU27に出力する。 The detection unit 26, the transmitted light from the optical fiber 12 as described above, to detect a specific wavelength missing information (Black wavelength defect information), the light source control unit that particular wavelength missing information (frequency) as fded signal 31 and it outputs 25, and outputs the specific wavelength missing information (frequency) to Fded detection signal 32 as CPU 27.

光源制御部25は、供給されたfded信号31に基づいて、光源装置23を制御することになる。 The light source control unit 25, based on fded signal 31 supplied, will control the light source device 23. この場合、CPU27は、光源制御部25にFref設定信号34等の制御信号を供給して、入射光の波長(周波数)を設定すると共に、検出部26からの特定波長欠落情報(Fded信号31)をモニタし、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnに生じた歪み量を演算する。 In this case, CPU 27 supplies a control signal such as Fref setting signal 34 to the light source control unit 25 sets a wavelength of the incident light (frequency), a specific wavelength missing information from the detection unit 26 (Fded signal 31) the monitors, each FBG sensor .lambda.1, .lambda.2, [lambda] 3, and calculates the amount of distortion generated in ... lambda] n.

すなわち、CPU27は、検出部26により受信された透過光を用いて、各FBGセンサλのブラッグ格子部42の特定周波数欠陥波長(ブラック波長欠陥情報)及びブラック波長の偏移量を求め、この求めた各ブラック格子部42の特定周波数欠陥波長(ブラック波長欠陥情報)及びブラック波長の偏移量に基づいて、光ファイバ12内の各ブラッグ格子部42に加わる歪み量を検出するように演算処理を行う。 That, CPU 27 uses the transmitted light received by the detection unit 26 obtains the shift amount of the specific frequency defects wavelength (Black wavelength defect information) and the black wavelength of the Bragg grating portion 42 of the FBG sensor lambda, the calculated based on the shift amount of the specific frequency defects wavelength (black wavelength defect information) and the black wavelength of each black lattice portions 42, arithmetic processing to detect a strain amount applied to the Bragg grating portion 42 of the optical fiber 12 do.

さらに、CPU27は、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnの各ブラッグ格子部42の歪み量から挿入部5又は湾曲部10に生じた三次元的な形状情報を算出し、形状CG情報として映像処理部27Aに出力する。 Further, CPU 27, each FBG sensor .lambda.1, .lambda.2, [lambda] 3, ... calculates the three-dimensional shape information generated in the insertion unit 5 or the curved portion 10 from the distortion amount of each Bragg grating section 42 of the lambda] n, the shape CG information and outputs it to the video processing section 27A.

この映像処理部27Aは、供給された形状情報CG信号に基づいて、挿入部5の立体形状をモニタ4に表示するための映像信号である形状CG信号37に変換して重畳部35に供給される。 The image processing unit 27A, based on the supplied configuration information CG signal is supplied to the three-dimensional shape of the insertion portion 5 to the superimposing unit 35 is converted into the shape CG signal 37 is a video signal for displaying on the monitor 4 that.

一方、この重畳部35には、CCD18による撮像された撮像信号がCCU28によって映像信号処理された映像信号(Video信号)36が供給されている。 On the other hand, this superimposing unit 35, a video signal (Video signal) 36 that have been processed video signal is supplied by the imaging signal captured is CCU28 by CCD 18.

重畳部35は、例えば乗算器であって、供給された映像信号(Video信号)36に形状CG信号37を重畳して合成映像信号(CG/Video信号)38を生成しモニタ4に出力する。 Superimposing unit 35 is, for example, a multiplier, and outputs the to the video signal (Video signal) 36 supplied by superimposing the shape CG signal 37 generates a composite video signal (CG / Video signal) 38 monitor 4.

こうして、モニタ4の画面4Aには、合成映像信号(CG/Video信号)に基づく合成映像、すなわち、映像信号(Video信号)36に基づく内視鏡画像4Bと、形状CG信号37に基づく挿入部5の湾曲形状画像4Cとが左右に合成された合成映像が表示される。 Thus, the screen 4A of the monitor 4, synthesized image based on the composite video signal (CG / Video signal), i.e., the endoscopic image 4B based on the video signal (Video signal) 36, the insertion portion based on the shape CG signal 37 5 and curved shape image 4C of synthesized synthesized image is displayed on the left and right.

このときのモニタ4の画面4Aの表示例が、図9に示されている。 Display example of a screen 4A of the monitor 4 in this case is shown in FIG.
例えば、図9に示すように、モニタ4の画面4Aの左側には、内視鏡画像4Bが表示され、画面4Aの右側には、湾曲形状画像4Cが表示される。 For example, as shown in FIG. 9, on the left side of the screen 4A of the monitor 4 displays the endoscopic image 4B, on the right side of the screen 4A, the curved shape image 4C is displayed.
この場合、内視鏡画像4Bは、通常の被検体のライブ画像であるが、湾曲形状画像4Cは、例えば、被検体内における挿入分5のx、y、z方向に対応した三次元形状と、この三次元形状において被検体内における挿入部5の先端部9位置と、三次元形状において挿入部5内の光ファイバ12に設けられた各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnの位置と、三次元形状の先端分9に対して上下左右の方向指示を指示するためのマーカ表示部45と、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnの位置を示す三次元座標データを表示した三次元座標データ表示部46とが表示される。 In this case, the endoscopic image 4B is a normal subject live image of, the curved shape image. 4C, e.g., x of the insertion component 5 within the object, y, and three-dimensional shape corresponding to the z-direction , a distal end 9 position of the insertion portion 5 within the object in the three-dimensional shape, three-dimensional each FBG sensors provided in the optical fiber 12 in the insertion portion 5 in the form .lambda.1, .lambda.2, [lambda] 3, and the position of ... lambda] n , a marker display section 45 for indicating the vertical and horizontal directions instruct the tip component 9 of a three-dimensional shape, the FBG sensor .lambda.1, .lambda.2, [lambda] 3, tertiary displaying the three-dimensional coordinate data indicating the position of ... lambda] n the original coordinate data display unit 46 is displayed.

このことにより、術者は、内視鏡画像4Bを見ながら観察・処置を行うことができ、また、挿入部5の湾曲形状画像4Cを見ることにより、どのような状態で内視鏡2の挿入部5が被検体内で配置されいるのかが一目で認識することができるので、検査対象部位の特定や、挿入部5の進退操作を円滑に行うことができる。 Thus, the operator can perform observation and treatment while viewing the endoscope image 4B, also by watching a curved shape image 4C of the insertion portion 5, the endoscope 2 in any state it is possible to whether the insertion portion 5 is arranged in the object is recognized at a glance, identify and inspected sites, it can be smoothly moved back and forth in the insertion portion 5.

従って、本実施例によれば、従来技術で用いられた高価な光カプラーを用いずにファイバブラッググレーティングからの歪み情報を得て、挿入部5の立体形状、湾曲形状を検出することができるので、安価な挿入部5の立体形状を検出可能な内視鏡システム及びそれに用いられる内視鏡挿入部形状検出方法の提供が可能となる。 Therefore, according to this embodiment, to obtain distortion information from the fiber Bragg grating without using expensive optical coupler used in the prior art, three-dimensional shape of the insertion portion 5, it is possible to detect a curved shape , it is possible to provide the endoscope insertion portion shape detection method used the three-dimensional shape of inexpensive insertion portion 5 endoscopic system and its detectable.

また、高価な光カプラーを用いないため、内視鏡システムの小型化、及び組立性を向上することができるといった効果も得られる。 Further, since no use expensive optical couplers, there is also an effect such it is possible to improve miniaturization of the endoscope system, and the assemblability.

さらに、モニタ4に内視鏡画像4Bと湾曲形状画像4Cとを、例えば2画面表示することができるので、術者は、内視鏡画像4Bを見ながら観察・処置を行うことができ、また、挿入部5の湾曲形状画像4Cを見ることにより、どのような状態で内視鏡2の挿入部5が被検体内で配置されいるのかが一目で認識することができるので、検査対象部位の特定や、挿入部5の進退操作を円滑に行うことができる。 Further, the endoscopic image 4B on the monitor 4 and the curved shape image 4C, for example, it is possible to two-screen display, the operator can perform observation and treatment while viewing the endoscope image 4B, also , by viewing the curved shape image 4C of the insertion portion 5, since any insertion portion 5 of the endoscope 2 in a state that can be recognized at a glance whether they are arranged in the object, the inspected portion specific and can be performed smoothly advance and retreat operation of the insertion portion 5. よって、内視鏡2の操作性向上に大きく寄与する。 Therefore, greatly contributes to improved operability of the endoscope 2.

尚、本実施例においては、湾曲形状画像4Cの表示例として、モニタ4の画面4A上に内視鏡画像4Bと2画面表示した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、必要に応じて適宜切り替えて表示するようにしても良い。 In the present embodiment, as a display example of a curved shape image 4C, it has been described as being displayed endoscopic image 4B and two screens on the screen 4A of the monitor 4 is not limited to this, necessary may be displayed appropriately switched in accordance with the.

また、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。 Further, the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications may be implemented without departing from the scope of the invention.

本発明の内視鏡システムの一実施例の内視鏡システム全体の構成を示すシステム構成図。 System configuration diagram showing an endoscope system of the overall configuration of an embodiment of an endoscope system of the present invention. 本実施例の内視鏡システムの主要部を含むシステム全体の電気的な構成を示すブロック図。 Block diagram showing the electrical configuration of the entire system including the main portion of the endoscope system of the present embodiment. 光ファイバを内部に挿通して配置された挿入部の構成を示す一部破断した斜視図。 Broken perspective view partially showing the insertion to arranged the insertion portion configured within the optical fiber. FBGセンサを有する光ファイバの構成及び原理を説明するための説明図。 Explanatory view for explaining the structure and principles of an optical fiber having a FBG sensor. 光ファイバに供給される入射光の光強度−波長特性を示すスペクトル分布グラフ。 Intensity of incident light supplied to the optical fiber - spectral distribution graph showing wavelength characteristics. 光ファイバが出力する透過光の光強度−波長特性を示すスペクトル分布グラフ。 Light intensity of the transmitted light which optical fiber output - spectral distribution graph showing wavelength characteristics. 透過光のスペクトル偏移を示す光強度−波長特性のスペクトル分布グラフ。 Light intensity shows the spectral shift of the transmitted light - spectral distribution graph of wavelength characteristics. 透過スペクトルの偏移量を検出し欠落波長を判定する方法を説明するための特性図。 Characteristic diagram for explaining a method of determining the detection missing wavelength shift amount of the transmission spectrum. 内視鏡画像と湾曲形状画像とを2画面表示した場合のモニタの画面表示例を示す図。 Shows a screen display example of the monitor when the endoscopic image and the curved shape image and two-screen display.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1…内視鏡システム、 1 ... endoscope system,
2…内視鏡、 2 ... endoscopes,
3…制御装置、 3 ... controller,
4…モニタ、 4 ... monitor,
4A…画面、 4A ... screen,
4B…内視鏡画像、 4B ... endoscopic image,
4C…湾曲形状画像、 4C ... curved shape image,
5…挿入部、 5 ... the insertion portion,
6…操作部、 6 ... the operating unit,
7…ユニバーサルコード、 7 ... universal code,
8…コネクタ部、 8 ... the connector portion,
8a…コネクタ、 8a ... connector,
8b…光コネクタ、 8b ... optical connector,
9…先端部、 9 ... tip,
10…湾曲部、 10 ... curved portion,
11…可撓管部、 11 ... flexible tube portion,
12A…コア部、 12A ... the core portion,
12B…クラッド部、 12B ... clad portion,
12C…ブラッグ格子部、 12C ... Bragg grating section,
12…光ファイバ、 12 ... optical fiber,
13…操作ノブ、 13 ... operation knob,
14…モータ、 14 ... motor,
16a…コネクタ、 16a ... connector,
16…コネクタ部、 16 ... the connector portion,
16b…光コネクタ、 16b ... optical connector,
19…操作スイッチ、 19 ... operation switch,
23…光源装置、 23 ... light source device,
24…光源素子、 24 ... light source element,
25…光源制御部、 25 ... light source control unit,
26…検出部、 26 ... detector,
27A…映像処理部、 27A ... video processing unit,
33…光源制御部、 33 ... light source control section,
35…重畳部、 35 ... superimposing unit,
40…入射光、 40 ... the incident light,
41…透過光、 41 ... transmitted light,
42、43…ブラッグ格子部、 42, 43 ... Bragg grating section,
100…ブラッグ波長成分、 100 ... Bragg wavelength components,
102…中心波長、 102 ... center wavelength,
103…特定ピーク波長、 103 ... specific peak wavelength,
104…欠陥エンベロープ、 104 ... defect envelope,
w…半値波長幅、 w ... half wavelength width,
Δmax…最大波長、 Δmax ... maximum wavelength,
Δλmax…最大波長、 Δλmax ... maximum wavelength,
Δλmin…最小波長、 Δλmin ... minimum wavelength,
λ…FBGセンサ、 λ ... FBG sensor,
λcent…中心波長、 λcent ... center wavelength,
λm…特定ピーク波長。 λm ... a particular peak wavelength.

Claims (9)

  1. 検査対象空間内に挿入される挿入部と、 An insertion portion to be inserted into the inspection object space,
    前記挿入部内に挿通され、複数のブラッグ格子部が形成されたファイバブラッググレーティングと、 Is inserted into the insertion portion, and the fiber Bragg grating having a plurality of Bragg grating portions are formed,
    前記ファイバブラッググレーティングの一端に入射光を入射する光源部と、 A light source unit for incident light enters one end of the fiber Bragg grating,
    前記入射光が前記ファイバブラッググレーティング内で伝送されて前記ブラッグ格子部を透過し、前記ファイバブラッググレーティングの他端から透過光として出射され、その透過光を受光する検出部と、 The incident light is transmitted in the fiber Bragg grating is transmitted through the Bragg grating portion is emitted as transmitted light from the other end of the fiber Bragg grating, a detector for receiving the transmitted light,
    前記透過光におけるブラック波長欠陥情報及びそのブラック波長の偏移量を求め、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を検出する制御部と、 Determine the shift amount of the black wave defect information and black wavelength in the transmitted light, and a control unit for detecting an amount of strain of the fiber Bragg grating,
    を具備し、 Equipped with,
    少なくとも1本の前記ファイバブラッググレーティングは、前記挿入部内の基端側から前記挿入部内の先端側まで挿通され、さらに前記先端側で折り返されて前記基端側まで挿通されたことを特徴とする内視鏡システム。 The fiber Bragg grating of the at least one, the inserted from the base end side of the insertion portion to the tip side within the insertion portion, inner further characterized in that the is distal insertion to the proximal end side folded back at the side endoscope system.
  2. 前記ファイバブラッググレーティングが折り返される部分は、前記挿入部の先端部と湾曲部との境界に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。 Portion in which the fiber Bragg grating is wrapped, the endoscope system according to claim 1, characterized in that arranged on the boundary between the curved portion and the distal portion of the insertion portion.
  3. 前記複数のブラッグ格子部は、前記ファイバブラッググレーティングの基端側から前記先端側に向かうにつれて徐々に密になるように配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の内視鏡システム。 Said plurality of Bragg grating portion, endoscope according to claim 1 or 2, characterized in that it is arranged so as to gradually become dense toward the proximal end side of the fiber Bragg grating to said distal end system.
  4. 前記光源部は、 The light source unit,
    広帯域スペクトラムを発生する光源、又は狭帯域レーザを走査するものであることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。 The endoscope system according to claim 1, characterized in that the scanning light source, or a narrow-band laser generates a spread spectrum.
  5. 前記制御部による前記ブラッグ波長欠陥情報の検出は、前記透過光の欠陥スペクトルの光強度の半値を用いて検出することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の内視鏡システム。 Wherein the control unit detects the Bragg wavelength defect information, among according to claims 1, wherein the detecting using half the light intensity of the defect spectrum of the transmitted light to one of claims 4 endoscope system.
  6. 前記ファイバブラッググレーティングの歪み量に基づいて前記挿入部の立体形状を生成する信号処理部と、 A signal processing unit for generating a three-dimensional shape of the insertion portion based on the distortion amount of the fiber Bragg grating,
    前記挿入部で観察した観察画像を表示する表示部とをさらに備え、 Further comprising a display unit for displaying an observation image observed by the insertion portion,
    前記制御部は、前記観察画像と前記立体形状とを2画面表示するように制御することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1つに記載の内視鏡システム。 Wherein the control unit, the endoscope system according to any one of claims 1 to 5, wherein the controller controls so as to two-screen display of said observation image and the three-dimensional shape.
  7. 前記制御部は、前記挿入部の先端部を基準とした上下方向を示すマーカーをさらに表示部に表示させるように制御することを特徴とする請求項6に記載の内視鏡システム。 Wherein the control unit, the endoscope system according to claim 6, wherein the controller controls so as to further display on the display unit a marker indicating the vertical direction relative to the distal end of the insertion portion.
  8. 前記制御部、前記信号処理部、前記検出部及び前記光源部を内部に収容する本体と、前記挿入部の手元側から延設され、前記ファイバブラッググレーティング及び前記挿入部内の信号線が挿入されるユニバーサルコードとを着脱自在に接続するコネクタ部を有し、 Said control unit, said signal processing unit, and a body housing said detecting portion and the light source portion therein, extending from the proximal side of the insertion portion, the signal line of the fiber Bragg grating and in the insertion portion is inserted includes a connector portion for detachably connecting the universal cord,
    前記コネクタ部は、前記入射光を前記ファイバブラッググレーティングに入射できると同時に、前記ファイバブラッググレーティングからの透過光を受光できるように、前記光源部及び前記検出部と前記ファイバブラッググレーティングとが着脱自在に接続可能な光コネクタ部を有していることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1つに記載の内視鏡システム。 Said connector portion, at the same time the incident light can be incident on the fiber Bragg grating, as described above can receive transmitted light from the fiber Bragg grating, freely and the light source unit and the detecting portion and the fiber Bragg grating is removable the endoscope system according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it has an optical connector portion connectable.
  9. 内視鏡挿入部の形状検出を行う装置の作動方法であって、複数のブラッグ格子部を含み、検査対象空間内に挿入される挿入部内に挿通されたファイバブラッググレーティングの一端に、 制御装置が光源部を制御して入射光を入射させる手順と、 A method of operating a device for performing endoscopic insertion portion of the shape detecting comprises a plurality of Bragg grating portions, one end of the inserted through fiber Bragg gratings within the insertion portion to be inserted into the inspection object in space, the control device and instructions for entering incident light by controlling the light source unit,
    前記入射光が前記ファイバブラッググレーティング内で伝送されて前記ブラッグ格子部を透過し、前記ファイバブラッググレーティングの他端から透過光として出射され、その透過光を、 制御装置が検出部に受光させる手順と、 The incident light is transmitted in the fiber Bragg grating is transmitted through the Bragg grating portion is emitted as transmitted light from the other end of the fiber Bragg grating, the transmitted light, the procedure control unit causes the light to the detection unit ,
    前記透過光におけるブラック波長欠陥情報及びそのブラック波長の偏移量を求め、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を、 制御装置が制御部に検出させる手順と、 The procedure obtains a shift amount of black wavelength defect information and black wavelengths, the amount of strain of the fiber Bragg grating, the controller causes the detector to the control unit in the transmitted light,
    を含み、 It includes,
    少なくとも1本の前記ファイバブラッググレーティングは、前記挿入部内の基端側から前記挿入部内の先端側まで挿通され、さらに前記先端側で折り返されて前記基端側まで挿通された ことを特徴とする内視鏡システムに用いられる内視鏡挿入部の形状検出を行う装置の作動方法。 The fiber Bragg grating of the at least one, the inserted from the base end side of the insertion portion to the tip side within the insertion portion, inner further characterized in that the is distal insertion to the proximal end side folded back at the side the endoscope insertion portion operating method of the apparatus for performing shape detection of for use in endoscopic system.
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