JP6153414B2 - 挿入システム及び形状センサの形状検出特性を調整する方法 - Google Patents

Description

本発明は、挿入システム及び形状センサの形状検出特性を調整する方法に関する。

一般に、入口が狭い空間内を撮影するためのシステムとして、先端にカメラが設けられた細長形状を有する挿入システムが知られている。このような挿入システムには、各種内視鏡が含まれる。先端にカメラが設けられた細長形状の部分が可撓性である挿入システムが知られている。このような挿入システムにおいて、可撓部分の形状を取得するための機構が設けられることがある。例えば特許文献１には、内視鏡において可撓部分の形状を取得するためのファイバセンサに係る技術が開示されている。

特許文献１には、次のような内視鏡が開示されている。内視鏡には、複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバが設けられている。曲がり検出用光ファイバは、曲がり検出部を有しており、曲がり検出部の角度に対応して光の伝達量が変化する。この曲がり検出用光ファイバは、可撓性の帯状部材に検出部が並ぶように取り付けられて、内視鏡内にほぼ全長にわたって挿通配置されている。各曲がり検出用光ファイバの光伝達量に基づいて、各曲がり検出部が位置する部分における帯状部材の屈曲状態が検出される。この屈曲状態は、内視鏡の屈曲状態としてモニタ画面に表示される。

特開２００３−０５２６１４号公報

特許文献１に開示されているような光ファイバセンサを含めて、センサは、時間経過とともに出力特性が変化することがある。高い検出精度を維持するためには、使用前にセンサの校正を行う必要がある。

そこで本発明は、容易に校正が行われる挿入システム及び形状センサの形状検出特性を容易に調整する方法を提供することを目的とする。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、挿入システムは、細長形状の可撓性を有する挿入部を備える挿入装置と、前記挿入部の形状を検出するための形状センサと、前記挿入部の一端が垂下するように前記挿入部の他端側において前記挿入装置を保持する挿入装置保持部と、前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているときに、前記形状センサの形状検出特性を調整するための調整値を決定する調整部とを具備する。

また、本発明の一態様によれば、形状センサの形状検出特性を調整する方法は、細長形状の可撓性を有する挿入部を備える挿入装置と、前記挿入部の形状を検出するための形状センサとを備える挿入システムの前記形状センサの形状検出特性を調整する方法であって、前記挿入部の一端が垂下するように前記挿入部の他端側において前記挿入装置が保持されているか否かを検出することと、前記挿入装置が保持されているときに、前記形状センサの形状検出特性を調整するための調整値を決定することとを具備する。

本発明によれば、容易に校正が行われる挿入システム及び形状センサの形状検出特性を容易に調整する方法を提供できる。

第１の実施形態に係る挿入システムの一例の外観の概略を示す図。 第１の実施形態に係る挿入システムの構成例の概略を示すブロック図。 ファイバセンサについて説明するための図。 ファイバセンサについて説明するための図。 ファイバセンサについて説明するための図。 挿入部の構成例の概略を示す図。 第１の実施形態に係る保持状態検出部の一例について説明するための図。 挿入部の曲率（湾曲量）と受光量との関係の一例を示す図。 第１の実施形態に係る調整値決定処理の一例を示すフローチャート。 第１の実施形態の第１の変形例に係る保持状態検出部の一例について説明するための図。 第１の実施形態の第２の変形例に係る保持状態検出部の一例について説明するための図。 第１の実施形態の第３の変形例に係る挿入システムの構成例の概略を示すブロック図。 第１の実施形態の第４の変形例に係る調整値決定処理の一例を示すフローチャート。 第２の実施形態に係る挿入システムの構成例の概略を示す図。 第２の実施形態に係る調整値決定処理の一例を示すフローチャート。 第２の実施形態の第１の変形例に係る挿入システムの構成例の概略を示す図。 第２の実施形態の第２の変形例に係る調整値決定処理の一例を示すフローチャート。 第３の実施形態の第１の例に係る挿入システムの構成例の概略を示す図。 第３の実施形態の第２の例に係る挿入システムの構成例の概略を示す図。 状態判定パターンが中心に撮像されている様子を表す図。 状態判定パターンがずれて撮像されている様子を表す図。 状態判定パターンが撮像されていない様子を表す図。 第３の実施形態の第３の例に係る挿入システムの構成例の概略を示す図。

［第１の実施形態］
第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、挿入システムの一例として医療用内視鏡に係る。本実施形態に係る挿入システム１の構成例の概略を図１及び図２に示す。図１は、挿入システム１の外観の概略を表すイメージ図であり、図２は、挿入システム１の構成例の概略を表すブロック図である。

図１及び図２に示すように、挿入システム１は、挿入装置１００と、本体部２００と、表示部３００とを備える。挿入装置１００は、例えば内視鏡である。本体部２００は、挿入装置１００と接続されており、挿入装置１００の制御や各種演算等を行う。表示部３００は、本体部２００に接続された一般的なディスプレイであり、挿入装置１００によって得られた画像や、挿入装置１００の形状や、各種制御パラメータ等を表示する。

挿入装置１００は、被挿入体に挿入されて、被挿入体の内部を撮像する。撮像により得られた画像は、表示部３００に表示される。また、挿入システム１は、挿入装置１００の現在の形状を検出する機構を有している。検出された挿入装置１００の現在の形状は、表示部３００に表示される。

図１に示すように、本体部２００及び表示部３００は、ラック４００に設置されている。挿入装置１００は、使用されていない状態においては、ラック４００に設けられたハンガーである挿入装置保持部４２０に掛けられる。挿入装置保持部４２０には、挿入装置１００が配置されているか否かを検出する保持状態検出部５００が設けられている。

挿入装置１００は、最長形状をした可撓性の挿入部１１０と、挿入部１１０の基端側に設けられた操作部１２０とを含む。挿入部１１０は、被挿入体に挿入される。挿入部１１０の先端付近には、能動的に湾曲する湾曲部１１５が設けられている。操作部１２０は、使用者が把持する部分であり、使用者が挿入部１１０に係る操作を行うための各種操作部を有する。例えば操作部１２０には、湾曲部１１５の湾曲状態を変化させるための操作ノブ１２５が設けられている。操作部１２０と本体部２００とは、ケーブル１９０によって接続されている。

挿入部１１０には、挿入部１１０の形状を検出するための形状検出部１３０が設けられている。また、挿入装置１００の先端部には、撮像素子１４０が設けられている。撮像素子１４０によって、被挿入体の内部の画像が取得され得る。撮像素子１４０を用いて得られた画像信号は、ケーブル１９０を介して本体部２００に送信される。また、挿入部１１０の先端には、照明用の光を射出する図示しない光射出部が設けられている。この光射出部からは、本体部２００からケーブル１９０及び挿入部１１０内を光ファイバを介して導かれた照明光が射出される。

形状検出部１３０について簡単に説明する。形状検出部１３０を含む形状センサには、例えばファイバセンサが用いられ得る。ファイバセンサの一例について図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃ並びに図４を参照して説明する。ファイバセンサは、光ファイバ１３１を備える。図２に示すように、本体部２００には、この光ファイバ１３１によって導光される光を射出する発光部２１２と、光ファイバによって導光された光を受光する受光部２１４とが設けられている。

ファイバセンサの動作原理を説明する。光ファイバ１３１には、形状検出部１３０が設けられている。形状検出部１３０においては、光ファイバ１３１のクラッドが除去されてコアが露出しており、この部分には光吸収部材が塗布されている。その結果、光ファイバ１３１の湾曲の状態に応じて光ファイバ１３１によって導かれる光の光量が変化する。なお、図１に示されている形状検出部１３０は、光ファイバ１３１に設けられた形状検出部１３０の位置を模式的に表している。

例えば図３Ａに示すように、形状検出部１３０が内側となるように光ファイバ１３１が湾曲しているとき、光ファイバ１３１による光伝達率は高くなる。一方、図３Ｃに示すように、形状検出部１３０が外側となるように光ファイバ１３１が湾曲しているとき、光ファイバ１３１による光伝達率は低くなる。図３Ｂに示すように、光ファイバ１３１が湾曲していないとき、光ファイバ１３１による光伝達率は、図３Ａに示す場合よりも低く図３Ｃに示す場合よりも高くなる。このような光ファイバ１３１が挿入部１１０に挿通されている。本体部２００に設けられた発光部２１２から射出された光は、光ファイバ１３１に入射し、形状検出部１３０を通過して、その後再び本体部２００に導かれ、受光部２１４で検出される。受光部２１４は、光ファイバ１３１によって導かれた光の光量を測定する。この測定した受光量に基づいて、形状検出部１３０が設けられた領域の挿入部１１０の湾曲量が算出される。

挿入部１１０には、図４に示すように、複数の光ファイバ１３１が束ねられて配置されている。挿入部１１０の各部における直交する２方向（例えばＸ軸方向とＹ軸方向）の湾曲量を検出するために、ある一の方向（例えばＸ軸方向）に形状検出部１３０が設けられている光ファイバ１３１と、この一の方向と直交する方向（例えばＹ軸方向）に形状検出部１３０が設けられている光ファイバ１３１とが一対をなして挿入部１１０に設けられている。さらに、挿入部１１０の長手軸方向に異なる位置に形状検出部１３０が設けられた複数の光ファイバ１３１が、挿入部１１０に設けられている。なお、図４には、光ファイバ１３１の他、挿入部１１０の先端から射出される照明光を伝達する照明光用光ファイバ１４２と、撮像素子１４０用の配線１４１とが描かれている。

ここでは、１本の光ファイバ１３１に１箇所の形状検出部１３０が設けられている例を示したが、１本の光ファイバに複数の形状検出部１３０が設けられていてもよい。例えば、異なる波長特性を持った光吸収部材が各形状検出部１３０に塗布されることで、各形状検出部１３０の湾曲量に基づいて異なる波長の光量が変化するように構成されてもよい。

このように、形状検出部１３０、光ファイバ１３１、発光部２１２及び受光部２１４等は、全体として形状センサ１３５を形成する。

図２に戻って挿入システム１の構成について説明を続ける。図２に示すように本体部２００には、形状演算部２２０と、調整部２３０と、メモリ２４０と、画像処理部２５０とが設けられている。形状演算部２２０は、受光部２１４から形状検出部１３０に係る受光量に係る値を取得する。形状演算部２２０は、この受光量に基づいて、挿入部１１０の形状を算出する。形状演算部２２０は、算出した挿入部１１０の形状を表示部３００に表示させる。

形状センサ１３５の光ファイバの光伝達量の変化Δｌと、湾曲検出部の湾曲量φの関係式は、例えば次式（１）のように求められている。

φ＝ｆ（Δｌ） （１）
形状演算部は、式（１）と光伝達量の変化Δｌとに基づいて、各湾曲検出部の湾曲量φを算出する。さらに、形状演算部２２０は、各湾曲検出部の湾曲量φと、既知である各湾曲検出部の間隔の情報から、挿入部の形状を演算する。なお、形状演算部２２０は、式（１）を用いて直接計算をしなくてもよい。すなわち、式（１）に相当する変換テーブルが用意されており、形状演算部２２０がこの変換テーブルに基づいて、湾曲量を算出してもよい。

調整部２３０は、発光部２１２、受光部２１４、形状演算部２２０及び保持状態検出部５００と接続されている。調整部２３０は、形状センサ１３５に係る状態を検出し、調整値を決定して、この調整値に基づいて形状センサ１３５に係る特性を調整する。形状演算部２２０及び調整部２３０は、メモリ２４０と接続されている。形状演算部２２０及び調整部２３０は、必要に応じてメモリ２４０に記憶された情報を用いて各種演算を行う。例えば上記式（１）やそれに相当する変換テーブルは、メモリ２４０に記憶される。

画像処理部２５０は、挿入装置１００の撮像素子１４０に接続されている。画像処理部２５０は、撮像素子１４０によって得られて画像データに基づいて、表示画像を作成し、その表示画像を表示部３００に表示させる。

挿入装置保持部４２０及び保持状態検出部５００についてさらに説明する。挿入装置保持部４２０は、挿入装置１００の操作部１２０、又は操作部１２０の近傍を保持する。ここで、操作部１２０の近傍とは、例えば操作部１２０及び接続ケーブルの操作部１２０の近傍の範囲を意味する。なお、挿入装置保持部４２０は、挿入部１１０を保持してもよい。しかしながら、被挿入体として例えば人体が想定されているとき、挿入部１１０は、清潔に保たれる必要がある。このため、挿入装置保持部４２０は、挿入部１１０以外を保持することが好ましい。

保持状態検出部５００について図５を参照して説明する。保持状態検出部５００は、例えば、挿入装置保持部４２０に設けられた機械的なスイッチを含む。保持状態検出部５００は、挿入装置保持部４２０が挿入装置１００の操作部１２０を保持するときに、挿入装置保持部４２０と操作部１２０との間に位置するように配置されている。操作部１２０が挿入装置保持部４２０に保持されるとき、挿入装置１００の重さによって保持状態検出部５００のスイッチが押されＯＮ状態になる。保持状態検出部５００は、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されているか否かに係る情報を調整部２３０に出力する。

本実施形態に係る挿入システム１の動作について説明する。挿入システム１は、形状検出部１３０を用いた挿入部１１０の形状検出に係る調整を行う機能を有する。光ファイバ１３１を用いた形状検出部１３０の出力は経年変化する。すなわち、長期的にみると、形状検出部１３０に係る光学系の接点の状態が変化したり、挿入部１１０への形状検出部１３０の組込み状態が変わったりすることで、受光部２１４によって受光される光量特性が変化することがある。

例えば、挿入部１１０の曲率（湾曲量）と受光量との関係の模式図を図６に示す。例えば曲率と受光量との関係が、当初は実線９１２に示すような関係であったとする。このような特性を有する形状検出部１３０において、形状検出部１３０の光学系の光学的な接点にゴミが入る等して導光効率が下がると、曲率と受光量との関係は、破線９１４に示すように変化する。例えば上記式（１）が実線９１２に示すような当初の関係に基づくとき、この関係が変化すると正確な湾曲量の算出が行われなくなる。

そこで本実施形態に係る挿入システム１は、形状検出部１３０に係る出力値の経年変化を補正して、正確な湾曲量の算出を行うための機構を有する。

挿入システム１の調整部２３０に係る調整値決定処理を図７に示すフローチャートを参照して説明する。ステップＳ１０１において、調整部２３０は、保持状態検出部５００から保持状態に係る情報を取得する。ステップＳ１０２において、調整部２３０は、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されたか否かを判定する。保持されていないと判定されたとき、処理はステップＳ１０１に戻る。一方、保持されたと判定されたとき、処理はステップＳ１０３に進む。

挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されているとき、挿入部１１０は真っ直ぐに垂下した状態となる。調整部２３０は、以下の処理で、このときの形状検出部１３０に係る出力が初期状態、すなわち、例えば上記式（１）の関係に適合した出力になるように、調整を行う。

すなわち、ステップＳ１０３において、調整部２３０は、受光部２１４から出力された現在の受光量と、初期状態における挿入部１１０が真直状態における受光量とを比較する。ステップＳ１０４において、調整部２３０は、現在の受光量と、初期状態において挿入部１１０が真直状態である場合の受光量との関係を調整するための調整値を決定し出力する。調整値が決定されたとき、その旨が表示部３００に表示されてもよい。ステップＳ１０４の後、調整値決定処理は終了する。

現在の受光量と、初期状態において挿入部１１０が真直状態である場合の受光量との関係の調整方法には、いくつかの態様が考えられる。この調整は、例えば発光部２１２の射出光量の変更によって行われ得る。すなわち、現在の受光量と、初期状態における挿入部１１０が真直状態における受光量とが等しくなるように、発光部２１２の射出光量が調整される。例えば現在の受光量が初期状態における受光量よりも低いとき、現在の受光量が初期状態の受光量と等しくなるように、射出光量が高められる。この場合、調整値は発光部２１２に出力され、発光部２１２はこの調整値を用いて発光量を調整する。

また、この調整は、例えば受光部２１４の露光時間や、ゲインの変更によって行われ得る。すなわち、現在の受光量による出力値と、初期状態における挿入部１１０が真直状態における受光量による出力値とが等しくなるように受光部２１４の露光時間や、ゲインが調整される。この場合、調整値は受光部２１４に出力され、受光部２１４はこの調整値を用いて受光量を調整する。

また、この調整は、形状演算部２２０で用いられる式（１）や変換テーブルを変更することによって行われ得る。この場合、調整値は形状演算部２２０に出力され、形状演算部２２０はこの調整値をもち形状演算を行う。なお、これらの調整のいくつかが組み合わされて用いられてもよい。

以降、挿入装置１００が使用されるとき、形状演算部２２０は、調整部２３０によって調整がなされた形状センサ１３５に係る値に基づいて、挿入部１１０の形状を算出する。形状演算部２２０は、算出した挿入部１１０の形状を表示部３００に表示させる。使用者は、表示部３００に表示された挿入部１１０の形状を確認しながら、挿入装置１００を操作して、被挿入体内部の観察等を行う。

本実施形態によれば、調整部２３０によって形状演算部２２０による挿入部１１０の形状算出に係る情報が調整されるので、形状演算部２２０は、経年変化に関わらず挿入部１１０の形状を正確に算出することができる。この調整部２３０による調整値決定処理は、挿入装置１００が使用されずに挿入装置保持部４２０に配置されているときに行われる。したがって、この調整にあたって使用者は特別な作業を行う必要がない。このように、本実施形態によれば使用者に負担なく簡便に調整が行われる。さらに、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に配置されているか否かの判定が、保持状態検出部５００から出力される信号に基づいて行われる。すなわち、この調整は自動的に開始され、使用者は煩わされない。本実施形態の保持状態検出部５００には、機械的スイッチが用いられている。機械的スイッチによれば、簡単な構成で挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に配置されているか否かが検出され得る。

本実施形態として、医療用内視鏡に係る挿入システムを一例として説明を行った。しかしながら、本実施形態に係る技術は、医療用内視鏡に限らず、工業用内視鏡、細長形状のマニピュレータ等、種々の挿入システムに適用され得る。

なお、挿入装置保持部４２０が操作部１２０を保持している例を示したが、操作部１２０が垂下するように挿入装置保持部４２０が挿入部１１０の先端を保持してもよい。ただし、挿入装置の強度や保持のしやすさや挿入部１１０の先端の保護のため、本実施形態のように挿入装置保持部４２０が操作部１２０を保持することが好ましい。

また、本実施形態では、形状センサ１３５として光ファイバを用いたワイヤセンサを例に説明した。しかしながら、形状センサ１３５は、ワイヤセンサに限らない。本実施形態に係る技術は、時間経過とともに出力値が変化する種々のセンサに用いられ得る。

［第１の実施形態の第１の変形例］
第１の実施形態の第１の変形例について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本変形例は、第１の実施形態と、保持状態検出部の構成が異なる。本変形例に係る保持状態検出部５１０に係る構成例の概略を図８に示す。

第１の実施形態に係る保持状態検出部５００は、機械的スイッチを含む。これに対して本変形例に係る保持状態検出部５１０は、図８に示すように、光学的スイッチを含む。すなわち、保持状態検出部５１０は、発光部５１２及び受光部５１４を有する。発光部５１２は、光を射出する。

挿入装置保持部４２０に挿入装置１００の操作部１２０が配置されているとき、発光部５１２から射出された光は、挿入装置１００の操作部１２０に照射される。この光は、操作部１２０で反射する。操作部１２０で反射した光は、受光部５１４に入射する。受光部５１４は、操作部１２０から到来した反射光を受光し、受光した旨の信号を出力する。一方、挿入装置保持部４２０に操作部１２０が配置されていないとき、発光部５１２から射出された光は、受光部５１４で受光されない。

このように、本変形例に係る保持状態検出部５１０は、発光部５１２から射出された光の反射光が、受光部５１４で受光されるか否かによって、挿入装置保持部４２０に挿入装置１００の操作部１２０が配置されているか否かを検出する。調整部２３０は、受光部５１４から出力される信号を取得する。調整部２３０は、取得したこの信号に基づいて、挿入装置保持部４２０に操作部１２０が配置されているか否かを判定し、調整動作の開始を制御する。他の部分については、第１の実施形態と同様である。

本変形例によれば、第１の実施形態の機械的スイッチの場合と異なり、非接触に当該検出が行われ得る。このため、挿入装置保持部４２０における保持状態検出部５００の設置可能な領域が広がり、設計の自由度が上がる。

［第１の実施形態の第２の変形例］
第１の実施形態の第２の変形例について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本変形例に係る保持状態検出部５２０に係る構成例の概略を図９に示す。本変形例に係る保持状態検出部５２０は、電気的なスイッチを有している。すなわち、挿入装置保持部４２０には、第１の電極５２２が設けられ、操作部１２０には、第２の電極５２４が設けられている。第１の電極５２２と第２の電極５２４とは、挿入装置保持部４２０に操作部１２０が配置されたときに互いに接触する位置に配設されている。本変形例に係る保持状態検出部５２０は、第１の電極５２２と第２の電極５２４とが接触して導通するとき、挿入装置保持部４２０に操作部１２０が配置された旨を信号を出力する。他の部分については、第１の実施形態と同様である。

本変形例では、保持状態検出部５２０は、電気的接続によって、挿入装置保持部４２０に操作部１２０が配置されたか否かを検出する。本変形例によれば、挿入装置保持部４２０に例えば誤って挿入装置１００以外のものが配置されても、保持状態検出部５２０は、第２の電極５２４が設けられている操作部１２０以外のものを検出することはない。すなわち、本変形例に係る保持状態検出部５２０では、挿入装置保持部４２０に挿入装置１００以外のものが配置されることによる誤検出のおそれがない。また、本変形例に係る保持状態検出部５２０によれば、挿入装置保持部４２０に正しく操作部１２０が配置されたか否かも判定され得る。

［第１の実施形態の第３の変形例］
第１の実施形態の第３の変形例について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本変形例に係る挿入システム１には、図１０に示すように、保持状態検出部５００の代わりに、例えばスイッチやキーボードを含む入力装置５３０が設けられている。

使用者は、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されたことを認識し、入力装置５３０を操作する。本変形例では、入力装置５３０を用いた操作によって、調整動作が開始される。

本変形例によれば、使用者は任意のタイミングで調整動作を開始させることができる。

［第１の実施形態の第４の変形例］
第１の実施形態の第４の変形例について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本変形例では、調整値決定処理が第１の実施形態と異なる。

挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されている状態では、挿入部１１０は直接保持されずに垂下しているだけである。したがって、挿入装置１００が保持された直後は、挿入装置１００を挿入装置保持部４２０に保持する際の動きによって挿入部１１０が静止せずに揺れている可能性がある。そこで本変形例では、挿入部１１０が静止するまでの待機時間が設けられている。

本変形に係る調整値決定処理について、図１１を参照して説明する。ステップＳ２０１において、調整部２３０は、保持状態検出部５００から保持状態に係る情報を取得する。ステップＳ２０２において、調整部２３０は、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されたか否かを判定する。保持されていないと判定されたとき、処理はステップＳ２０１に戻る。一方、保持されたと判定されたとき、処理はステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３において、調整部２３０は、調整開始まで処理を遅延させる。すなわち、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されたことが検出された後、挿入部１１０が静止すると予測される時間だけ処理が待機する。この待機時間は、例えば５秒間といったように、適宜設定される。このようにして、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されて静止した後に調整のための動作が実行される。

ステップＳ２０４において、調整部２３０は、受光部２１４から出力された現在の受光量と、初期状態における挿入部１１０が真直状態における受光量とを比較する。ステップＳ２０５において、調整部２３０は、現在の受光量と、初期状態において挿入部１１０が真直状態である場合の受光量との関係を調整するための調整値を決定し出力する。ステップＳ２０５の後、調整値決定処理は終了する。

本変形例によれば、挿入装置保持部４２０に挿入部１１０が配置された直後の挿入部１１０が動いている状態、すなわち挿入部１１０が真直でない状態において調整値の決定がなされることが防止される。その結果、調整値の誤差によって挿入部１１０の形状が正しく算出されないことが防止される。

［第２の実施形態］
第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態に係る挿入システム１には、湾曲部１１５の湾曲状態を検出する機構が設けられている。

本実施形態に係る挿入システム１の構成例の概略を図１２に示す。この図に示すように、挿入装置１００は、湾曲部１１５を湾曲させるための第１の操作ワイヤ１５７と第２の操作ワイヤ１５８とを備える。第１の操作ワイヤ１５７と第２の操作ワイヤ１５８との一端は、例えばチェーンである連結部材１５６で接続されている。連結部材１５６は、操作部１２０の操作ノブ１２５と連動するプーリーに係回されている。第１の操作ワイヤ１５７と第２の操作ワイヤ１５８との他端は、湾曲部１１５に接続されている。操作ノブ１２５が回転するとき、連結部材１５６は変位する。この変位に伴って、第１の操作ワイヤ１５７及び第２の操作ワイヤ１５８は変位する。その結果、湾曲部１１５は湾曲する。

操作部１２０は、第１の操作ワイヤ１５７の変位を検出するための第１の変位検出部１５２と、第２の操作ワイヤ１５８の変位を検出するための第２の変位検出部１５４とを備える。第１の変位検出部１５２と第２の変位検出部１５４とは、湾曲状態検出部１５０を構成する。

第１の変位検出部１５２と第２の変位検出部１５４とは、例えばエンコーダである。第１の操作ワイヤ１５７及び第２の操作ワイヤ１５８には、それぞれスケールが設けられている。湾曲状態検出部１５０を構成する第１の変位検出部１５２と第２の変位検出部１５４とは、これらスケールを利用して、第１の操作ワイヤ１５７及び第２の操作ワイヤ１５８の変位を検出する。

湾曲状態検出部１５０は、第１の操作ワイヤ１５７及び第２の操作ワイヤ１５８の変位に係る情報を調整部２３０に出力する。第１の操作ワイヤ１５７及び第２の操作ワイヤ１５８の変位に基づけば、湾曲部１１５の湾曲量が算出され得る。

なお、ここでは、湾曲方向が一方向（ここではＵＰ／ＤＯＷＮとする）のみの場合について説明しているが、ＵＰ／ＤＯＷＮとＲＩＧＨＴ／ＬＥＦＴとの２方向に湾曲する場合は、さらに第３の変位検出部及び第４の変位検出部を有することで同様のことが行える。また、ここでは、ＵＰ／ＤＯＷＮの一方向の湾曲量が、第１の変位検出部１５２と第２の変位検出部１５４との検出結果に基づいて決定される例を示した。２つの検出部が用いられている理由は、ワイヤの弛みなどに起因する誤差を低減するためである。２つのワイヤはチェーンである連結部材によって連結されているので、誤差が許容され得るのであれば、第１の変位検出部１５２と第２の変位検出部１５４とのうち一方のみが用いられてもよい。

ここでは、湾曲状態検出部１５０としてエンコーダを例として挙げた。しかしながらこれに限らない。湾曲状態検出部１５０として、例えば、操作ノブ１２５の回転量を計測するポテンショメータやロータリーエンコーダが用いられてもよい。

本実施形態に係る調整部２３０は、湾曲部１１５が例えば真直である場合に調整値が決定される。湾曲部１１５が真直でない場合、調整値の決定は行われない。本実施形態に係る調整部２３０による調整値決定処理について、図１３を参照して説明する。

ステップＳ３０１において、調整部２３０は、保持状態検出部５００から保持状態に係る情報を取得する。ステップＳ３０２において、調整部２３０は、湾曲状態検出部１５０から第１の操作ワイヤ１５７及び第２の操作ワイヤ１５８の変位量を取得し、この変位量に基づいて、湾曲部１１５の湾曲量を算出する。

ステップＳ３０３において、調整部２３０は、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されたか否かを判定する。保持されていないと判定されたとき、処理はステップＳ３０１に戻る。一方、保持されたと判定されたとき、処理はステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０３において、調整部２３０は、湾曲部１１５の形状は真直であるか否かを判定する。真直でないと判定されたとき、処理はステップＳ３０１に戻る。一方、真直であると判定されたとき、処理はステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０５において、調整部２３０は、受光部２１４から出力された現在の受光量と、初期状態における挿入部１１０が真直状態における受光量とを比較する。ステップＳ３０６において、調整部２３０は、現在の受光量と、初期状態において挿入部１１０が真直状態である場合の受光量との関係を調整するための調整値を決定し出力する。ステップＳ３０６の後、調整値決定処理は終了する。なお、ステップＳ３０２とステップＳ３０３との順序は逆でもよい。

このように、本実施形態では、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されて、かつ、湾曲部１１５が真直形状であるとき、調整値の決定がなされる。本実施形態によれば、湾曲部１１５が例えば真直状態といった所定の状態以外で調整値の決定が行われることによって生じる調整値の誤差が抑制される。

なお、本実施形態では、湾曲部１１５が真直形状であるとき、調整値の決定が行われる例を示したが、例えば湾曲部１１５が９０°に湾曲しているとき、調整値の決定がなされるように構成されてもよい。この場合、現在の形状検出部１３０の出力が、初期状態における湾曲部１１５が９０°に湾曲しているときの出力と等しいように調整され得る。また、同様に、調整値が決定される湾曲部１１５の湾曲量はどのような値に設定されてもよい。

このように、例えば第１の変位検出部１５２と第２の変位検出部１５４とは、挿入部の少なくとも一部の形状に係る形状情報を取得する挿入部状態検出部として機能する。

なお、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されているが、挿入部１１０が調整を開始するための所定の湾曲量になっていないことが検出された場合、使用者に対して、調整が行えないことや、挿入部１１０を所定の湾曲量に直すように、表示部３００等を用いて通知されるように構成されてもよい。

［第２の実施形態の第１の変形例］
第２の実施形態の第１の変形例について説明する。ここでは、第２の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。第２の実施形態では、第１の変位検出部１５２と第２の変位検出部１５４とを含む湾曲状態検出部１５０の出力に基づいて、湾曲部１１５が真直であるか否かを判定している。これに対して本変形例では、図１４に示すように、挿入部１１０の先端付近に重力センサ１６０が設けられている。調整部２３０は、この重力センサ１６０の出力に基づいて、湾曲部１１５が真直であるか否かを判定する。

すなわち、挿入部１１０及び湾曲部１１５が真直状態のとき、挿入部１１０の先端が鉛直下向きになる。重力センサ１６０が挿入部１１０の先端方向に重力加速度を検出するとき、挿入部１１０及び湾曲部１１５は真直状態であると検出され得る。このように、例えば重力センサ１６０は、挿入部の少なくとも一部の形状に係る形状情報を取得する挿入部状態検出部として機能する。

同様に、操作部１２０に図示しない重力センサが設けられてもよい。この操作部１２０に設けられた重力センサの出力に基づけば、操作部１２０が挿入装置保持部４２０に対して傾いて保持されているか、正常に保持されているかが判定され得る。これにより、湾曲部１１５以外の挿入部１１０の状態も把握され得る。

［第２の実施形態の第２の変形例］
第２の実施形態の第２の変形例について説明する。ここでは、第２の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本変形例では、湾曲部１１５がどのような形状であっても、湾曲部１１５の湾曲量に応じて調整値が決定される。

本変形例に係る調整値決定処理を図１５に示すフローチャートを参照して説明する。ステップＳ４０１において、調整部２３０は、保持状態検出部５００から保持状態に係る情報を取得する。ステップＳ４０２において、調整部２３０は、湾曲状態検出部１５０から第１の操作ワイヤ１５７及び第２の操作ワイヤ１５８の変位量を取得し、この変位量に基づいて、湾曲部１１５の湾曲量を算出する。

ステップＳ４０３において、調整部２３０は、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されたか否かを判定する。保持されていないと判定されたとき、処理はステップＳ４０１に戻る。一方、保持されたと判定されたとき、処理はステップＳ４０４に進む。

ステップＳ４０４において、調整部２３０は、受光部２１４から出力された現在の受光量と、初期状態における挿入部１１０が現在と同じ湾曲状態であるときの受光量とを比較する。ステップＳ４０５において、調整部２３０は、現在の受光量と、初期状態において挿入部１１０が現在と同じ湾曲状態であるときの受光量との関係を調整するための調整値を決定し出力する。ステップＳ４０５の後、調整値決定処理は終了する。

本変形例によれば、湾曲部１１５が任意の湾曲状態において、正しく調整値が決定され得る。

［第３の実施形態］
第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、保持状態検出部が、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に保持されたことを検出する機能と、さらに、挿入部１１０の少なくとも一部の形状に係る形状情報を取得する挿入部状態検出部としての機能とを有している。

なお、ここでは、挿入装置保持部４２０に設けられた機械的スイッチなどの第１の実施形態に係る保持状態検出部５００が設けられていない例を示すが、挿入装置保持部４２０に設けられた機械的スイッチがさらに設けられてもよい。

（第１の例）
本実施形態の挿入システム１の概略の一例を図１６に示す。この例では、保持状態検出部としての近接センサ６１０がラック４００に設けられている。この近接センサ６１０は、近傍に物体があることを検出するセンサである。近接センサ６１０は、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に配置されて、挿入部１１０が真下に垂下して真直状態にあるときに、挿入部１１０の先端部を検出するような位置に設けられている。

調整部２３０は、この近接センサ６１０が挿入部１１０の先端部を検出したときに調整値の決定が行われるように動作する。この例によれば、保持状態検出部としての近接センサのみで、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に配置されたことと、挿入部１１０が真直状態にあることとが確認され得る。その結果、簡便な構成によって、挿入部１１０が真直状態以外において異常な調整値が決定されることが防止される。

なお、図１６に示す例では、近接センサ６１０は１つであるが、挿入部１１０の長手方向に異なる位置に複数配置されてもよい。複数の近接センサが配置されることによって、挿入部１１０が真直状態であるか否かがより正確に判定され得る。その結果、調整部２３０によってより正確な調整が行われ得る。

（第２の例）
第２の例では、撮像素子１４０が保持状態検出部として機能するように、図１７に示すように、状態判定パターン６２０が設けられている。この状態判定パターン６２０は、例えば所定の幾何学模様であり、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に配置され、かつ、挿入部１１０が垂直に垂下しているときに、この幾何学模様が撮像素子１４０の画角の中央に撮影されるような位置に設けられている。

例えば挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に配置され、かつ、挿入部１１０が垂直に垂下しているときに、撮像素子１４０によって図１８Ａのような画像が取得される。すなわち、この場合、状態判定パターンが中心に撮像される。一方、例えば湾曲部１１５が湾曲しているとき、撮像素子１４０によって撮像される画像は、例えば図１８Ｂのようになる。すなわち、この場合、状態判定パターンがずれて撮像される。また、例えば挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に配置されていないとき、撮像素子１４０によって撮像される画像は、例えば図１８Ｃのようになる。すなわち、状態判定パターンが撮像されない。

メモリ２４０には、状態判定パターン６２０の画像が記憶されている。画像処理部２５０は、撮像状態判定部２５５を含む。撮像状態判定部２５５は、撮像素子１４０によって撮像された画像と記憶されている画像とを比較（パターンマッチング）し、その結果に基づいて、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に配置され、かつ、挿入部１１０が垂直に垂下しているか否かを判定する。撮像状態判定部２５５は、判定結果を調整部２３０に出力する。調整部２３０は、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に配置され、かつ、挿入部１１０が垂直に垂下していると判定されたときに調整値の決定を行う。

この例によれば、挿入装置１００の状態を検出するためのセンサを別途に設ける必要なく、容易に挿入部１１０が垂直に垂下しているか否かの判断が行われ、正確な調整値の決定が行われ得る。

（第３の例）
この例では、図１９に示すように、挿入システム１には、外部カメラ６３０が設けられている。さらに本体部２００には、外部カメラ６３０によって得られた画像を処理するカメラ画像処理部２６０が設けられている。外部カメラ６３０は、挿入部１１０の形状を撮像する。外部カメラ６３０は、撮像により得られて画像データをカメラ画像処理部２６０に出力する。カメラ画像処理部２６０は、挿入部１１０の形状を例えばパターンマッチングによって解析することで、挿入装置１００が挿入装置保持部４２０に配置され、かつ、挿入部１１０が垂直に垂下しているか否かを判定する。カメラ画像処理部２６０は、判定結果を調整部２３０に出力する。調整部２３０は、カメラ画像処理部２６０から取得した判定結果に基づいて、調整値の決定を開始する。

この例によっても、容易に挿入部１１０が垂直に垂下しているか否かの判断が行われ、正確な調整値の決定が行われ得る。

以上、第１乃至第３の実施形態及びその変形例は、適宜に組み合わせて用いられ得る。これらが組み合わせて用いられることで、調整部２３０によってより正確な調整値が決定される。その結果、形状演算部２２０による挿入部１１０の形状算出が正確に行われ得る。

１…挿入システム、１００…挿入装置、１１０…挿入部、１１５…湾曲部、１２０…操作部、１２５…操作ノブ、１３０…形状検出部、１３１…光ファイバ、１３２…検出領域、１３５…形状センサ、１４０…撮像素子、１４１…配線、１４２…照明光用光ファイバ、１５０…湾曲状態検出部、１５２…第１の変位検出部、１５４…第２の変位検出部、１５６…連結部材、１５７…第１の操作ワイヤ、１５８…第２の操作ワイヤ、１６０…重力センサ、１９０…ケーブル、２００…本体部、２１２…発光部、２１４…受光部、２２０…形状演算部、２３０…調整部、２４０…メモリ、２５０…画像処理部、２５５…撮像状態判定部、２６０…カメラ画像処理部、３００…表示部、４００…ラック、４２０…挿入装置保持部、５００…保持状態検出部、５１０…保持状態検出部、５１２…発光部、５１４…受光部、５２０…保持状態検出部、５２２…第１の電極、５２４…第２の電極、５３０…入力装置、６１０…近接センサ、６２０…状態判定パターン、６３０…外部カメラ。

Claims (26)

1. 細長形状の可撓性を有する挿入部を備える挿入装置と、
   前記挿入部の形状を検出するための形状センサと、
   前記挿入部の一端が垂下するように前記挿入部の他端側において前記挿入装置を保持する挿入装置保持部と、
   前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているときに、前記形状センサの形状検出特性を調整するための調整値を決定する調整部と
   を具備する挿入システム。
2. 前記挿入装置保持部が前記挿入装置を保持しているか否かを検出する保持状態検出部をさらに具備し、
   前記調整部は、前記保持状態検出部によって前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されていると検出されているときに前記調整値を決定する、
   請求項１に記載の挿入システム。
3. 前記保持状態検出部は、前記挿入装置保持部に配置されており、機械的な変化、光学的な変化及び電気的な変化のうちの少なくとも１つの変化によって状態が変化するスイッチを含む、請求項２に記載の挿入システム。
4. 前記スイッチは、前記挿入装置保持部に保持された前記挿入装置の重さによって前記状態が変化するスイッチである、請求項３に記載の挿入システム。
5. 前記挿入部の少なくとも一部の形状に係る形状情報を取得する挿入部状態検出部をさらに具備し、
   前記調整部は、前記形状情報に基づいて、前記調整値を決定する、
   請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の挿入システム。
6. 前記形状情報は、前記挿入部の少なくとも一部の形状が所定の条件を満たすか否かに係る情報を含み、
   前記調整部は、前記挿入部の形状が前記所定の条件を満たすとき、前記調整値を決定する、
   請求項５に記載の挿入システム。
7. 前記挿入部は能動的に湾曲する湾曲部を含み、
   前記湾曲部の湾曲状態を操作する操作部をさらに具備し、
   前記挿入部状態検出部は、前記操作部の操作量に基づいて、前記湾曲部の形状に係る形状情報を取得する、
   請求項５又は６に記載の挿入システム。
8. 前記挿入部状態検出部は、前記挿入装置に設けられた重力センサを含み、
   前記挿入部状態検出部は、重力方向に対する前記重力センサが設けられた位置の向きに基づいて前記形状情報を取得する、
   請求項５又は６に記載の挿入システム。
9. 前記挿入部状態検出部は、前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているときに前記挿入部が位置する部分に前記挿入部があるか否かを検出する近接センサを含む、請求項５又は６に記載の挿入システム。
10. 前記挿入部状態検出部は、前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているときに前記挿入部が位置する部分であって前記挿入部の長手方向の異なる複数の位置に、前記挿入部があるか否かを検出する複数の近接センサを含む、請求項５又は６に記載の挿入システム。
11. 前記挿入装置は撮像素子を有し、
    前記挿入部状態検出部は、前記撮像素子から入手される画像情報に基づいて前記形状情報を取得する撮像状態判定部を含む、
    請求項５又は６に記載の挿入システム。
12. 前記挿入部状態検出部は、
    前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されている状態における前記挿入部を撮像可能な外部カメラと、
    前記外部カメラが撮像した画像に基づいて、前記形状情報を取得するカメラ画像処理部と
    を含む、請求項５又は６に記載の挿入システム。
13. 前記保持状態検出部は、さらに前記挿入部の少なくとも一部の形状に係る形状情報を取得し、
    前記調整部は、前記保持状態検出部によって前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されていると検出されているときに、前記形状情報に基づいて、前記調整値を決定する、
    請求項２に記載の挿入システム。
14. 前記形状情報は、前記挿入部の少なくとも一部の形状が所定の条件を満たすか否かに係る情報を含み、
    前記調整部は、前記挿入部の形状が前記所定の条件を満たすとき、前記調整値を決定する、
    請求項１３に記載の挿入システム。
15. 前記保持状態検出部は、前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているときに前記挿入部が位置する部分に前記挿入部があるか否かを検出可能で、前記挿入部があるか否かにより前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているか否かの判定、及び、前記形状情報の取得を行う近接センサを含む、請求項１３又は１４に記載の挿入システム。
16. 前記保持状態検出部は、前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているときに前記挿入部が位置する部分であって前記挿入部の長手方向の異なる複数の位置に、前記挿入部があるか否かを検出可能で、前記挿入部があるか否かにより前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているか否かの判定、及び、前記形状情報の取得を行う複数の近接センサを含む、請求項１３又は１４に記載の挿入システム。
17. 前記挿入装置は撮像素子を有し、
    前記保持状態検出部は、前記撮像素子から入手される画像情報に基づいて、前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているか否かの判定、及び、前記形状情報の取得を行う撮像状態判定部を含む、
    請求項１３又は１４に記載の挿入システム。
18. 前記保持状態検出部は、
    前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されている状態における前記挿入部を撮像可能な外部カメラと、
    前記外部カメラが撮像した画像に基づいて、前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているか否かの判定、及び、前記形状情報の取得を行うカメラ画像処理部と
    を含む、請求項１３又は１４に記載の挿入システム。
19. 前記保持状態検出部は、前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているときに前記挿入部が位置する部分に前記挿入部があるか否かを検出可能で、前記挿入部があるか否かにより前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているか否かの判定を行う近接センサを含む、請求項２に記載の挿入システム。
20. 前記挿入装置は撮像素子を有し、
    前記保持状態検出部は、前記撮像素子から入手される画像情報に基づいて前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているか否かを判定する撮像状態判定部を含む、
    請求項２に記載の挿入システム。
21. 前記保持状態検出部は、
    前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されている状態における前記挿入部を撮像可能な外部カメラと、
    前記外部カメラが撮像した画像に基づいて、前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されているか否かの判定するカメラ画像処理部と
    を含む、請求項２に記載の挿入システム。
22. 前記調整部は、前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持された後、所定時間待機した後に前記調整値を決定する、請求項１乃至２１のうち何れか１項に記載の挿入システム。
23. 細長形状の可撓性を有する挿入部を備える挿入装置と、前記挿入部の形状を検出するための形状センサとを備える挿入システムの前記形状センサの形状検出特性を調整する方法であって、
    前記挿入部の一端が垂下するように前記挿入部の他端側において前記挿入装置が保持されているか否かを検出することと、
    前記挿入装置が保持されているときに、前記形状センサの形状検出特性を調整するための調整値を決定することと
    を具備する方法。
24. 前記挿入システムは、挿入装置を保持する挿入装置保持部をさらに備え、
    前記挿入装置保持部が前記挿入装置を保持しているか否かを判定することをさらに具備し、
    前記調整値を決定することは、前記挿入装置が前記挿入装置保持部に保持されていると判定されたときに行われる、
    請求項２３に記載の方法。
25. 前記挿入部の少なくとも一部の形状に係る形状情報を取得することをさらに具備し、
    前記調整値を決定することは、前記形状情報に基づいて行われる、
    請求項２４に記載の方法。
26. 前記調整値を決定することは、前記挿入装置が保持された後、所定時間待機した後に行われる請求項２３乃至２５のうち何れか１項に記載の方法。

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