JP6270347B2

JP6270347B2 - 形状センサ

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Publication number: JP6270347B2
Application number: JP2013121188A
Authority: JP
Inventors: 久保井　徹; 徹久保井; 聡大原
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2018-01-31
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Description

本発明は、被測定物の形状を検出するために使用される形状センサに関する。

特許文献１には、内視鏡のスコープに組み付けられ、内視鏡のスコープと一体的に曲折し、スコープの形状を検出するために使用される形状検出プローブ（以下、形状センサと称する）が記載されている。ここでは、光源から出射された曲率検出のための光である検出光が光供給用ファイバを通して先端側に伝達される。光供給用ファイバの出射端にはミラーが設けられており、ミラーによって反射された検出光の反射光が、曲率検出用ファイバに入射し、反射光は、受光素子によって受光される。そして、曲率検出用ファイバの表面付近に、反射光の一部を吸収する複数の光損失部が設けられている。光損失部による反射光の吸収量は、光損失部が設けられた箇所におけるファイババンドルの曲率に応じて異なる。このため、光損失部を通過する前後の反射光の強度に基づいて、ファイババンドルの曲率が算出される構成が示されている。

特許第４７１４５７０号公報

特許文献１の形状センサは、被測定物である可撓性チューブの内周面などに着脱可能に装着して使用される。形状センサを可撓性チューブに装着する場合に、形状センサの先端もしくは後端といった限られた範囲でしか形状センサと可撓性チューブとを保持固定できない場合がある。このような場合では、保持固定部から軸方向に離れた場所では、形状センサがねじれてしまう可能性がある。形状センサがねじれてしまうと可撓性チューブの湾曲軸と形状センサの湾曲軸が一致しなくなる為、被測定物である可撓性チューブの形状を正確に測定することが困難になる。特に、特許文献１に示される様な、被測定物である可撓性チューブの中心軸を中心にしたいづれの方向に対しても均等な可撓性を有する構造の被測定物では、ねじれやすい構造と考えられる。そのため、可撓性チューブの中心軸を中心にしたいづれの方向に対しても均等な可撓性を有する構造の被測定物の測定に特許文献１に示される形状センサをそのまま採用することは難しい。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、ねじれ等の影響を受け難い、所望の湾曲方向のみの湾曲形状を測定可能な形状センサを提供することにある。

本発明の一局面の態様は、光源と、前記光源から照射される所望の検出光を伝搬可能な光ファイバと、前記光ファイバの一部に配置された被検出部と、前記光ファイバを通して伝搬された前記検出光を検出する光検出部とを有し、前記光ファイバの湾曲時に、前記光ファイバの曲率の変化に応じて、前記被検出部を経て検出される光の特性が変化することを利用して被測定物の形状を測定可能な形状センサ本体を有し、前記光ファイバの光軸方向に沿って少なくとも１部に前記光ファイバの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部を備え、前記湾曲方向規制部は、前記形状センサ本体の少なくとも１部に前記光ファイバの光伝搬方向に沿って設置され、主な湾曲方向が規制されている芯部材であり、前記芯部材は、前記光ファイバの光伝搬方向に垂直な方向の断面形状を、特定の方向への曲げ剛性が高まるような形状の断面構造とすることによって、湾曲可能方向が規制され、前記断面構造は、９０°に直交するＸ字形状の２平面があり、前記２平面のそれぞれの平面方向には曲げ剛性が強く、前記２平面間の角度を２等分する方向は曲げ剛性が弱いことを特徴とする形状センサである。

好ましくは、光源と、前記光源から照射される所望の検出光を伝搬可能な光ファイバと、前記光ファイバの一部に配置された被検出部と、前記光ファイバを通して伝搬された前記検出光を検出する光検出部とを有し、前記光ファイバの湾曲時に、前記光ファイバの曲率の変化に応じて、前記被検出部を経て検出される光の特性が変化することを利用して被測定物の形状を測定可能な形状センサ本体を有し、前記光ファイバの光軸方向に沿って少なくとも１部に前記光ファイバの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部を備え、前記湾曲方向規制部は、前記形状センサ本体の少なくとも１部に前記光ファイバの光伝搬方向に沿って設置され、主な湾曲方向が規制されている芯部材であり、前記芯部材は、前記光ファイバの光伝搬方向に垂直な方向の断面形状を、特定の方向への曲げ剛性が高まるような形状の断面構造とすることによって、湾曲可能方向が規制され、前記断面構造は、断面形状が円形の中心部材の外周に外向きに突出された４つのリブを９０°の均等角度で配分させた構造であることを特徴とする。

好ましくは、光源と、前記光源から照射される所望の検出光を伝搬可能な光ファイバと、前記光ファイバの一部に配置された被検出部と、前記光ファイバを通して伝搬された前記検出光を検出する光検出部とを有し、前記光ファイバの湾曲時に、前記光ファイバの曲率の変化に応じて、前記被検出部を経て検出される光の特性が変化することを利用して被測定物の形状を測定可能な形状センサ本体を有し、前記光ファイバの光軸方向に沿って少なくとも１部に前記光ファイバの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部を備え、前記湾曲方向規制部は、前記形状センサ本体の少なくとも１部に前記光ファイバの光伝搬方向に沿って設置され、主な湾曲方向が規制されている芯部材であり、前記芯部材は、複数の芯材が並設され、前記芯材が並設される方向には前記芯部材の曲げ剛性が弱く、前記芯材の並設方向と直交する方向には曲げ剛性が強くなることを特徴とする。
好ましくは、前記形状センサ本体は、前記光ファイバを保持可能なファイバ保持部を有する複数のファイバ保持部材が前記光ファイバの光伝搬方向に沿って配置され、前記芯部材の曲げ剛性は、同じもしくは異なる曲げ剛性を有する前記芯材の、前記ファイバ保持部材の内部における配置によって規制されることを特徴とする。

好ましくは、前記芯材は、Ｘ軸の方向に配置され、外径が細く、曲げ剛性が低い２つの第１の光ファイバと、前記Ｘ軸の方向と直交するＹ軸の方向に配置され、前記第１の光ファイバよりも外径が大きく、曲げ剛性が高い２つの第２の光ファイバとを有し、前記湾曲方向規制部は、２つの前記第２の光ファイバの並設方向である前記Ｙ軸を中心とした軸回り方向の湾曲は容易に可能であり、２つの前記第１の光ファイバの並設方向である前記Ｘ軸を中心とした軸回り方向の湾曲は困難となる状態に規制することを特徴とする。
好ましくは、前記芯材は、前記光ファイバを構成するコア、クラッド、コート、ジャケットの４つの構成要素の内で、最も曲げ剛性の大きさに寄与する、少なくとも１つの構成要素の直径が前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとで異なることを特徴とする。

好ましくは、前記芯材は、前記光ファイバの構成要素のうちの前記コアや、前記コートの材料が前記第１の光ファイバと、前記第２の光ファイバとで異なることを特徴とする。
好ましくは、前記湾曲方向規制部は、前記ファイバ保持部材の中心近傍に配置され、且つ前記光ファイバは前記湾曲方向規制部の外周側に配置されることを特徴とする。

好ましくは、前記湾曲方向規制部は、前記ファイバ保持部材の外周、もしくは外周近傍に配置され、且つ前記光ファイバは、前記湾曲方向規制部の最外周部で規定される最大外接円の内側に配置されることを特徴とする。
好ましくは、前記形状センサの湾曲可能な方向と、前記被検出部の検出曲げ方向が、少なくとも曲げ方向が規制されている範囲において一致するように位置決めされ、前記光ファイバと前記ファイバ保持部材が接合されていることを特徴とする。

本発明によれば、ねじれ等の影響を受け難い、所望の湾曲方向のみの湾曲形状を測定可能な形状センサを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態の形状センサの全体の概略構成を示す縦断面図。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。第１の実施の形態の形状センサの原理を説明するための概略構成図。図３の形状センサの被検出部の横断面図。（Ａ）は本発明の第２の実施の形態の形状センサの被検出部の横断面図、（Ｂ）は本発明の第３の実施の形態の形状センサの被検出部の横断面図。本発明の第４の実施の形態の形状センサの全体の概略構成を示す縦断面図。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図。本発明の第５の実施の形態の形状センサの全体の概略構成を示す縦断面図。図８のＩＸ−ＩＸ線断面図。本発明の第６の実施の形態の形状センサの全体の概略構成を示す縦断面図。図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図。本発明の第７の実施の形態の内視鏡の先端挿入管の先端部分の内部構成を示す縦断面図。図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図。

［第１の実施の形態］
（構成）
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態を示す。図１は、本実施の形態の形状センサ１の全体の概略構成を示す縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。本実施の形態の形状センサ１は、所望の特性を有する検出光を導波可能な１本の光ファイバ２と、この光ファイバ２の湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部３とを有する形状センサ本体４を備えている。

また、図３、図４は、上記形状センサ１の原理を説明するための模式図である。まず、図３、図４を参照して形状センサ１の原理を説明する。形状センサ１は、主に光を射出する光源５と、光源５から射出された光を導光する光ファイバ２と、被検出部６と、前記光ファイバ２を通して伝搬された検出光を検出する受光センサなどの受光部（光検出部）７とによって構成されている。光源５は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）若しくはレーザ光源である。

光ファイバ２は、結合部（光カプラ）８で３方に分岐され、検出用光ファイバ２ａと、光供給用光ファイバ２ｂと、受光用光ファイバ２ｃとによって構成されている。検出用光ファイバ２ａの先端には、導光されてきた光を反射する反射部９が設けられている。ここで、光ファイバ２は、図４に示すように、コア１０と、コア１０の外周を覆うクラッド１１により構成され、さらに最外装に被覆部材（ジャケット）１２を有していても良い。

結合部８は、２本の導光路部材である光供給用光ファイバ２ｂと、受光用光ファイバ２ｃが１本の導光路部材である検出用光ファイバ２ａに接続されて形成されている。光供給用光ファイバ２ｂは、光導入路であり、端部に設けられた光源５から射出された光を結合部８に導光する。結合部８は、光供給用光ファイバ２ｂから入射した光の多くを検出用光ファイバ２ａに導光し、反射部９で反射された光の少なくとも一部を受光用光ファイバ２ｃに導光する機能を有している。

本実施の形態の形状センサ１は、被測定物である例えば、長尺な可撓性湾曲構造物に沿うように検出用光ファイバ２ａを一体的に装着することにより、その可撓性湾曲構造物の屈曲状態、及び、屈曲方向を検出する。ここで、被測定物に形状センサ１を装着する際に、被測定物の曲がり部分を、形状センサ１の被検出部６と位置合わせすることにより、被測定物の適正な位置に設置される。そして、検出用光ファイバ２ａは、被測定物のフレキシブルな動作に追従し、光供給用光ファイバ２ｂから入射した光を先端の反射部９で反射し、光を往来させる。即ち、結合部８を経た光供給用光ファイバ２ｂからの光を反射部９まで導光し、その反射部９で反射された反射光を結合部８まで戻すように導光する。

受光用光ファイバ２ｃは、光導出路であり、端部に設けられた受光部７へ、反射部９で反射されて結合部８にて分岐された反射光を導光する。検出用光ファイバ２ａは、少なくとも１つの被検出部６を有する。
図４に示すように、被検出部６は、検出用光ファイバ２ａの外周からクラッド１１の一部が除去され、コア１０の一部が露出している開口部１３と、開口部１３に配置された光特性変換部材１４と、を有する。尚、被検出部６は、コア１０が露出していなくても、導光路を通る光が開口部１３まで到達していればよい。

光特性変換部材１４は、導光された光の特性を変換する機能を有する。光特性変換部材１４は、例えば、導光損失部材、若しくは波長変換部材などである。例えば、導光損失部材ならば、光吸収体であり、波長変換部材ならば、蛍光体等が挙げられる。本実施形態では、光特性変換部材は導光損失部材として扱う。

光源５から照射された光は、光供給用光ファイバ２ｂ、結合部８及び検出用光ファイバ２ａを経て導光され、反射部９で反射される。反射部９で反射された反射光は、検出光として、結合部８で分岐されて、受光用光ファイバ２ｃを導光して受光部７に到達する。受光部７は、受光した検出光を光電変換し、光量を示す電気信号を出力する。

上記構成の形状センサ１では、光ファイバ２内を導光される光が光特性変換部材１４に入射した場合には、損失が生じる。この導光損失量は、受光用光ファイバ２ｃの屈曲及び振れの方向と屈曲量とによって変化する。
検出用光ファイバ２ａが直線状の状態であっても、開口部１３の幅に従い、ある程度の光量が光特性変換部材１４で損失される。この光の損失量を基準とした場合には、例えば、光特性変換部材１４が屈曲する検出用光ファイバ２ａの屈曲方向における外周面上に配置されていれば、基準とした導光損失量よりも多い導光損失量が生じる。反対に、光特性変換部材１４が屈曲する検出用光ファイバ２ａの屈曲方向における内周面上に配置されていれば、基準とした導光損失量よりも少ない導光損失量が生じる。

この導光損失量の変化は、受光部７で受光される検出光量に反映される。即ち、受光部７の出力信号に反映される。従って、受光部７の出力信号によって、形状センサ１の被検出部６の位置、即ち被測定物の光特性変換部材１４の設けられた位置での屈曲方向及び屈曲量（角度）を検出することができる。

また、湾曲方向規制部３は、形状センサ本体４の少なくとも１部、例えば検出用光ファイバ２ａに光ファイバ２の光伝搬方向に沿って設置されたほぼ平板状の芯部材１５を有する。この芯部材１５は、例えば金属もしくは樹脂製の弾性部材で形成されている。金属製弾性部材は、例えば、ばね用単芯鋼線材、もしくは板バネ材（ＳＵＳ）であることが望ましい。さらに、樹脂製弾性部材は、ポリカーボネイト、ポリアセタール、ＰＥＥＫであることが望ましい。

芯部材１５は、検出用光ファイバ２ａの外周面における被検出部６の方向と反対側の側面に接合部材１６によって接着固定されている。接合部材１６は、例えばエポキシやシリコン樹脂の弾性接着剤であることが望ましい。ここで、接合部材１６は、光ファイバ２の軸方向の全長に渡って連続して塗布されていても、所望の間隔を持って不連続に（点付け）塗布されていても良い。

この芯部材１５は、光ファイバ２の軸方向（光伝搬方向）と直交する平面方向の断面形状が特定の方向への曲げ剛性が高まるような形状の断面構造に形成されている。例えば、本実施の形態では光ファイバ２の軸方向（光伝搬方向）をＺ軸方向、このＺ軸と直交する平面における被検出部６の方向をＸ軸方向、Ｘ軸と直交する方向をＹ軸方向とすると芯部材１５の断面構造は、Ｘ軸方向の長さＬ１が短く、Ｙ軸方向の長さＬ２が長い長方形に形成されている。これにより、形状センサ１は、Ｙ軸を中心とする軸回り方向に曲がりやすく、Ｘ軸を中心とする軸回り方向に曲がり難い状態で、主な湾曲可能方向が規制されている。

本実施の形態では、形状センサ１の被検出部６の方向が検出感度方向であり、この形状センサ１の被検出部６の方向とＹ軸が一致する様に、光ファイバ２の検出用光ファイバ２ａが設置される。この状態で、光ファイバ２および芯部材１５は、Ｙ軸を中心とする軸回り方向の湾曲が可能になっている。そのため、湾曲方向に対して指向性を有する被検出部６は、芯部材１５の可撓方向（Ｘ方向）に向くように、芯部材１５に対して光ファイバ２の検出用光ファイバ２ａが設置される事が望ましい。

そして、本実施の形態の形状センサ１は、例えば、長尺で可撓性を有する部材である図示しない被測定物に沿うように光ファイバ２の検出用光ファイバ２ａを一体的に装着することにより、その被測定物の屈曲状態、及び、屈曲方向を検出する。また、被測定物に形状センサ１を装着する際に、被測定物の曲がり部分を、光ファイバ２の検出用光ファイバ２ａの被検出部６と位置合わせすることにより、被検出部６が被測定物の適正な位置に設置される。例えば、本実施の形態では、可撓性湾曲構造物の内部に配設されたチャンネルに、形状センサ１が少なくともその１部において接着等により固定保持されている。

（作用）
次に、上記構成の本実施の形態の形状センサ１の作用について説明する。本実施の形態の形状センサ１は、図示しない被測定物が湾曲すると、被測定物内に設置された形状センサ１が被測定物から外力を受けて湾曲する。このとき、形状センサ１は、芯部材１５の断面形状から図２に示すＹ軸を中心とした軸回り方向の湾曲は容易に可能であり、Ｘ軸を中心とした軸回り方向の湾曲は困難である。従って、図２に示すように外力のＸ軸方向成分によって形状センサ１は湾曲可能になり、座標系ではＹ軸を回転中心とした、１軸が優先される湾曲になる。

そして、形状センサ１が湾曲すると、その曲率によって被検出部６の方向から外に漏れ出す検出光の光量が変化する。その為、反射部９によって反射され、受光部７によって測定される検出光の光量も変化する。このとき、形状センサ１の曲率が大きいほど検出用光ファイバ２ａからの検出光の戻り光量が大きく変化する。そして、検出用光ファイバ２ａの被検出部６が圧縮方向に湾曲する場合（図１中で、検出用光ファイバ２ａが下向きの湾曲形状に湾曲する場合）は戻り光量は増加し、また検出用光ファイバ２ａの被検出部６が引張方向に湾曲する場合（図１中で、検出用光ファイバ２ａが上向きの湾曲形状に湾曲する場合）は、戻り光量は減少する様に変化する。

（効果）
上記構成の本実施の形態の形状センサ１では、次の効果を奏する。すなわち、光ファイバ２の光軸方向に沿って少なくとも１部、例えば検出用光ファイバ２ａに光ファイバ２の湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部３を備えている。この湾曲方向規制部３は、光ファイバ２の光伝搬方向に沿って設置され、主な湾曲方向が規制されているほぼ平板状の芯部材１５である。そのため、本実施の形態では芯部材１５の断面構造は、Ｘ軸方向の長さＬ１が短く、Ｙ軸方向の長さＬ２が長い長方形に形成されている。これにより、形状センサ１は、Ｙ軸を中心とする軸回り方向に曲がりやすく、Ｘ軸を中心とする軸回り方向に曲がり難い状態で、主な湾曲可能方向が規制されている。そのため、ねじれ等の影響を受け難い、所望の湾曲方向のみの湾曲形状を測定可能な形状センサ１を提供することができる。したがって、被測定物に形状センサ１の先端や後端の様な少ない保持ポイントで設置固定する場合でも、形状センサ１がねじれ難く所望の湾曲方向のみに湾曲可能で、湾曲形状を正確に測定可能になる。

なお、本実施の形態では芯部材１５の断面構造は、長方形に形成した例を示したが、芯部材１５の断面構造は、楕円の断面形状であってもよい。
［第２の実施の形態］
（構成）
図５（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１および図２参照）の形状センサ１の湾曲方向規制部３の構成を次の通り変更した変形例である。これ以外の部分は第１の実施の形態と同一構成である。そのため、図５（Ａ）中で、図１および図２と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態の形状センサ１では、湾曲方向規制部３として図５（Ａ）に示すように光ファイバ２の光伝搬方向に垂直な方向の断面形状がＸ字形状の芯部材２１を設けたものである。この芯部材２１は例えば合成樹脂材料で一体成形されている。本実施の形態の芯部材２１の断面構造は、９０°に直交するＸ字形状の２平面（第１平面２１ａと、第２平面２１ｂ）があり、第１平面２１ａと、第２平面２１ｂのそれぞれの平面方向には曲げ剛性が強く、第１平面２１ａと、第２平面２１ｂとの間の角度を２等分する方向（図５（Ａ）中に一点差線で示す基準線Ｐ１の方向（Ｘ軸方向））は曲げ剛性が弱い構成になっている。

芯部材２１は、検出用光ファイバ２ａの外周面における被検出部６の方向と反対側の側面に接着剤などの接合部材２２によって接着固定されている。この芯部材２１の接着固定時には、芯部材２１の第１平面２１ａと、第２平面２１ｂとの間の角度を２等分する基準線Ｐ１の方向を被検出部６の方向と位置合わせした状態で位置決め固定されている。これにより、芯部材２１は、光ファイバ２の光伝搬方向に垂直な方向の断面形状を特定の方向への曲げ剛性が高まるような形状の断面構造になっている。

（作用・効果）
本実施の形態の形状センサ１の湾曲方向規制部３は、Ｘ字形状の断面構造の芯部材２１を設け、Ｘ字形状の第１平面２１ａと、第２平面２１ｂのそれぞれの平面方向には曲げ剛性が強く、第１平面２１ａと、第２平面２１ｂとの間の角度を２等分する方向（図５（Ａ）中に一点差線で示す基準線Ｐ１の方向（Ｘ軸方向））は曲げ剛性が弱い構成になっている。そのため、第１の実施の形態と同様に形状センサ１の主な湾曲可能方向が規制され、ねじれ等の影響を受け難い、所望の湾曲方向のみの湾曲形状を測定可能な形状センサ１を提供することができる。

［第３の実施の形態］
（構成）
図５（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１および図２参照）の形状センサ１の湾曲方向規制部３の構成を次の通り変更した変形例である。これ以外の部分は第１の実施の形態と同一構成である。そのため、図５（Ｂ）中で、図１および図２と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態の形状センサ１は、湾曲方向規制部３として図５（Ｂ）に示す断面構造の芯部材３１を設けたものである。本実施の形態の芯部材３１の断面構造は、断面形状が円形の中心部材３２の外周に外向きに突出された４つのリブ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを９０°の均等角度で配分させた構造である。この芯部材３１は例えば合成樹脂材料で一体成形されている。本実施の形態の芯部材３１の断面構造は、９０°の均等角度で配分させた４つのリブ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄのうち、１８０°の位置に配置された２つのリブ３３ａ、３３ｃ間を結ぶ第１平面方向と、リブ３３ｂ、３３ｄ間を結ぶ第２平面方向とのそれぞれの平面方向には曲げ剛性が強く、第１平面方向と、第２平面方向との間の角度を２等分する方向（図５（Ｂ）中に一点差線で示す基準線Ｐ２の方向（Ｘ軸方向））は曲げ剛性が弱い構成になっている。

芯部材３１は、検出用光ファイバ２ａの外周面における被検出部６の方向と反対側の側面に接着剤などの接合部材３４によって接着固定されている。この芯部材２１の接着固定時には、芯部材２１の第１平面２１ａと、第２平面２１ｂとの間の角度を２等分する基準線Ｐ１の方向を被検出部６の方向と位置合わせした状態で位置決め固定されている。これにより、芯部材２１は、光ファイバ２の光伝搬方向に垂直な方向の断面形状を特定の方向への曲げ剛性が高まるような形状の断面構造になっている。

（作用・効果）
本実施の形態の形状センサ１の湾曲方向規制部３は、図５（Ｂ）に示す断面構造の芯部材３１を設け、１８０°の位置に配置された２つのリブ３３ａ、３３ｃ間を結ぶ第１平面方向と、リブ３３ｂ、３３ｄ間を結ぶ第２平面方向とのそれぞれの平面方向には曲げ剛性が強く、第１平面方向と、第２平面方向との間の角度を２等分する方向（図５（Ｂ）中に一点差線で示す基準線Ｐ２の方向（Ｘ軸方向））は曲げ剛性が弱い構成になっている。そのため、第１の実施の形態と同様に形状センサ１の主な湾曲可能方向が規制され、ねじれ等の影響を受け難い、所望の湾曲方向のみの湾曲形状を測定可能な形状センサ１を提供することができる。

［第４の実施の形態］
（構成）
図６および図７は、本発明の第４の実施の形態を示す。図６は第４実施形態の形状センサ４１の全体の概略構成を示す縦断面図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図を示している。
本実施の形態の形状センサ４１は、複数本、本実施の形態では図７に示すように例えば４本の光ファイバ４２（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ）と、４本の光ファイバ４２ａ〜４２ｄを平行に並設させた状態で保持するほぼ円板状の複数、本実施の形態では３つのファイバ保持部材４３とを有する形状センサ本体４４が設けられている。なお、４本の光ファイバ４２ａ〜４２ｄは、それぞれ第１の実施の形態（図１および図２参照）の検出用光ファイバ２ａと同一構成である。そのため、図６および図７中で、図１および図２と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

複数のファイバ保持部材４３は、光ファイバの光伝搬方向に沿って適宜の間隔を存して並設されている。各ファイバ保持部材４３には図７中で中心点Ｏの上下左右に円孔からなるファイバ挿入穴（ファイバ保持部）４４ａ〜４４ｄがそれぞれ形成されている。各ファイバ挿入穴４４ａ〜４４ｄはそれぞれ等間隔に配置されている。これらのファイバ挿入穴４４ａ〜４４ｄ内に４本の光ファイバ４２ａ〜４２ｄがそれぞれ挿入された状態で固定されている。これにより、４本の光ファイバ４２ａ〜４２ｄは、互いに接触することなく保持されている。

また、４本の光ファイバ４２ａ〜４２ｄの被検出部６は、図６に示すように２つのファイバ保持部材４３間に配置されている。ここで、図７中で上側位置の光ファイバ４２ａと、左側位置の光ファイバ４２ｃとは、被検出部６が上向きに配置され、下側位置の光ファイバ４２ｂと、右側位置の光ファイバ４２ｄとは、被検出部６が下向きに配置されている。

さらに、形状センサ本体４４には、図７中で各ファイバ保持部材４３の下端部に光ファイバ４２ａ〜４２ｄの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部４５が設けられている。湾曲方向規制部４５は、各光ファイバ４２ａ〜４２ｄの光伝搬方向と平行に設置されたほぼ平板状の芯部材４６を有する。

平板状の芯部材４６は、形状センサ本体４４の各ファイバ保持部材４３の外周、もしくは外周近傍に配置され、各ファイバ保持部材４３の外周面に接着剤などの接合部材４７によって接着固定されている。なお、芯部材４６は、形状センサ本体４４の各ファイバ保持部材４３の外周面にねじ止め固定される構成にしてもよい。

光ファイバ４２ａ〜４２ｄは、平板状の芯部材４６の最外周部で規定される最大外接円４８の内側に配置されている。また、本実施の形態においては、形状センサ本体４４に組み込まれる光ファイバ４２の本数を４本、ファイバ保持部材４３の個数を３個の例を示したが、その数は限定されるものではなく、必要に応じて変更可能である。

そして、本実施の形態の形状センサ４１は、例えば、長尺で可撓性を有する部材である図示しない被測定物に沿うように形状センサ本体４４を一体的に装着する。このとき、被測定物の曲がり部分を、各光ファイバ４２ａ〜４２ｄの被検出部６と位置合わせすることにより、各光ファイバ４２ａ〜４２ｄの被検出部６が被測定物の適正な位置に設置される。この状態で、各光ファイバ４２ａ〜４２ｄの光源５から照射された光は、光供給用光ファイバ２ｂ、結合部８及び検出用光ファイバ２ａを経て導光され、反射部９で反射される。反射部９で反射された反射光は、検出光として、結合部８で分岐されて、受光用光ファイバ２ｃを導光して受光部７に到達する。受光部７は、受光した検出光を光電変換し、光量を示す電気信号を出力する。これにより、被測定物の屈曲状態、及び、屈曲方向を検出する。

（作用）
本実施の形態の形状センサ４１では、図示しない被測定物が湾曲すると、被測定物内に設置された形状センサ４１が被測定物から外力を受けて湾曲する。このとき、形状センサ４１は、芯部材４６の断面形状から図７に示すＹ軸を中心とした軸回り方向の湾曲は容易に可能であり、Ｘ軸を中心とした軸回り方向の湾曲は困難である。従って、図７に示すように外力のＸ軸方向成分によって形状センサ４１は湾曲可能になり、座標系ではＹ軸を回転中心とした、１軸が優先される湾曲になる。

そして、形状センサ４１が湾曲すると、その曲率によって各光ファイバ４２ａ〜４２ｄの被検出部６の方向から外に漏れ出す検出光の光量が変化する。その為、反射部９によって反射され、受光部７によって測定される検出光の光量も変化する。このとき、形状センサ４１の曲率が大きいほど検出用光ファイバ２ａからの検出光の戻り光量が大きく変化する。そして、検出用光ファイバ２ａの被検出部６が圧縮方向に湾曲する場合（図６中で、各光ファイバ４２ａ〜４２ｄが下向きの湾曲形状に湾曲する場合）は図７中で上側位置の光ファイバ４２ａと、左側位置の光ファイバ４２ｃとでは戻り光量は増加し、下側位置の光ファイバ４２ｂと、右側位置の光ファイバ４２ｄとでは、戻り光量は減少する様に変化する。また、検出用光ファイバ２ａの被検出部６が圧縮方向に湾曲する場合（図６中で、各光ファイバ４２ａ〜４２ｄが上向きの湾曲形状に湾曲する場合）は図７中で上側位置の光ファイバ４２ａと、左側位置の光ファイバ４２ｃとでは戻り光量は減少し、下側位置の光ファイバ４２ｂと、右側位置の光ファイバ４２ｄとでは、戻り光量は増加する様に変化する。

（効果）
本実施の形態の形状センサ４１では、形状センサ本体４４の各ファイバ保持部材４３の下端部に光ファイバ４２ａ〜４２ｄの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部４５を設け、この湾曲方向規制部４５は、各光ファイバ４２ａ〜４２ｄの光伝搬方向と平行に設置されたほぼ平板状の芯部材４６によって形成されている。そして、この芯部材４６によって形状センサ４１は、Ｙ軸を中心とする軸回り方向に曲がりやすく、Ｘ軸を中心とする軸回り方向に曲がり難い状態で、主な湾曲可能方向が規制されている。そのため、第１の実施の形態と同様にねじれ等の影響を受け難い、所望の湾曲方向のみの湾曲形状を測定可能な形状センサ４１を提供することができる。

さらに、本実施の形態の形状センサ４１では、１つの形状センサ本体４４の中に複数の光ファイバ４２ａ〜４２ｄを設置することができるので、第１実施形態の効果に加え、複数の箇所で、図示しない被測定物の湾曲形状を測定することができる効果がある。なお、複数の光ファイバ４２ａ〜４２ｄの被検出部６の位置を軸方向にずらすことにより、軸方向に多点の検出ポイントを有する形状センサ４１を提供することが可能になる。

［第５の実施の形態］
（構成）
図８および図９は、本発明の第５の実施の形態を示す。本実施の形態は第４の実施の形態（図６および図７参照）の形状センサ４１の湾曲方向規制部４５の構成を次の通り変更した変形例である。これ以外の部分は第４の実施の形態と同一構成である。そのため、図８および図９中で、図６および図７と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態の形状センサ５１では、図９に示すように各ファイバ保持部材４３のファイバ挿入穴４４ａ〜４４ｄの内側部分に２枚の平板状の芯材５２が挿入される２つの芯材挿入穴（芯材保持部）５３を設けている。２枚の芯材５２は図９中で上下に平行に並べた状態で配置されている。２つの芯材挿入穴５３に挿入された２枚の芯材５２は、接着剤などの接合部材５４によって接合されている。なお、２つの芯材５２の保持は、ファイバ保持部材４３の融着や、圧入（この場合は芯材挿入穴５３の穴径は、芯材５２の径方向断面形状より若干小さくなる）、ねじ止め等の接合部材を使用しない保持固定でも構わない。

そして、本実施の形態では、並設された２つの芯材５２によって光ファイバ４２ａ〜４２ｄの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部３を構成する芯部材５５が形成されている。この場合、芯材５２が並設される方向（Ｘ方向）には芯部材５５の曲げ剛性が弱く、芯材５２の並設方向と直交する方向（Ｙ方向）には曲げ剛性が強くなる。なお、芯材５２の本数は、２本に限定されるものではなく、１本または３本以上であっても構わない。

また、芯材挿入穴５３の位置は、ファイバ保持部材４３の中心近傍に限定するものではなく、ファイバ保持部材４３内であれば、例えば光ファイバ４２ａ〜４２ｄと同軸上や、光ファイバ４２ａ〜４２ｄよりも外側であっても構わない。
そして、本実施の形態の形状センサ５１を図示しない被測定物に装着する装着方法は、第４の実施の形態の形状センサ４１と同じである。そして、被測定物の曲がり部分を、各光ファイバ４２ａ〜４２ｄの被検出部６と位置合わせすることにより、各光ファイバ４２ａ〜４２ｄの被検出部６が被測定物の適正な位置に設置される。これにより、被測定物の屈曲状態、及び、屈曲方向が検出される。

（作用）
上記構成の本実施の形態の形状センサ５１の作用は、第４の実施の形態の形状センサ４１と同じであり、第４の実施の形態の形状センサ４１と同様に被測定物の屈曲状態、及び、屈曲方向が検出される。
（効果）
本実施の形態の形状センサ５１では、各ファイバ保持部材４３のファイバ挿入穴４４ａ〜４４ｄの内側部分に２枚の平板状の芯材５２が装着されている。そして、２枚の平板状の芯材５２からなる芯部材５５によって形状センサ５１は、Ｙ軸を中心とする軸回り方向に曲がりやすく、Ｘ軸を中心とする軸回り方向に曲がり難い状態で、主な湾曲可能方向が規制されている。そのため、第１の実施の形態と同様にねじれ等の影響を受け難い、所望の湾曲方向のみの湾曲形状を測定可能な形状センサ５１を提供することができる。

さらに、本実施の形態の形状センサ５１では、各ファイバ保持部材４３のファイバ挿入穴４４ａ〜４４ｄの内側部分に２枚の平板状の芯材５２からなる芯部材５５が配設されているので、各ファイバ保持部材４３の外周面に芯部材４６を装着する場合に比べて形状センサ５１を細径化できる効果が得られる。

［第６の実施の形態］
（構成）
図１０および図１１は、本発明の第６の実施の形態を示す。図１０は第６実施形態の形状センサ６１の全体の概略構成を示す縦断面図、図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図を示している。
本実施の形態の形状センサ６１は、複数本、本実施の形態では図１１に示すように例えば４本の光ファイバ６２（６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ）と、４本の光ファイバ６２ａ〜６２ｄを平行に並設させた状態で保持するほぼ円板状の複数、本実施の形態では３つのファイバ保持部材６３とを有する形状センサ本体６４が設けられている。なお、４本の光ファイバ６２ａ〜６２ｄは、それぞれ第１の実施の形態（図１および図２参照）の検出用光ファイバ２ａと同一構成である。そのため、図１０および図１１中で、図１および図２と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態の形状センサ６１では、４本の光ファイバ６２ａ〜６２ｄは、曲げ剛性の異なる２種類の光ファイバが使用されている。ここで、図１１中で上下に配置された２つの光ファイバ６２ａ、６２ｂは、左右に配置された２つの光ファイバ６２ｃ、６２ｄよりも外径が細く、曲げ剛性が低い。従って、形状センサ本体６４の全体の曲げ剛性は、曲げ剛性の高い左右に配置された２つの光ファイバ６２ｃ、６２ｄの影響を大きく受ける構造になっている。そのため、図１１中で左右に配置された２つの光ファイバ６２ｃ、６２ｄは第４実施形態（図６および図７参照）の形状センサ４１における芯部材４６および第５実施形態（図８および図９参照）の形状センサ５１における芯部材５５に相当する機能を有している。

従って、本実施の形態の形状センサ本体６４は、図１１に示すＹ軸を中心とした軸回り方向の湾曲は容易に可能であり、Ｘ軸を中心とした軸回り方向の湾曲は困難である。従って、図１１に示すように外力のＸ軸方向成分によって形状センサ６１は湾曲可能になり、座標系ではＹ軸を回転中心とした、１軸が優先される湾曲になる。

なお、本実施形態においては図１１中で左右に配置された２つの光ファイバ６２ｃ、６２ｄと図１１中で上下に配置された２つの光ファイバ６２ａ、６２ｂの太さを変えることで、曲げ剛性に指向性をもたせたが、光ファイバを構成するコア、クラッド、コート、ジャケットの４つの構成要素の内で、最も曲げ剛性の大きさに寄与する、少なくとも１つの構成要素の直径が異なる光ファイバを使用することで曲げ剛性に指向性をもたせる構成にしてもよい。さらに、例えば、光ファイバを構成するコアやジャケットの材質を変えること（例えば、コアの材質を石英ガラスと樹脂の組み合わせに変更する、またはジャケットの材質をフッ素樹脂とポリイミド樹脂の組み合わせに変更する等）によって、曲げ剛性に指向性を持たせても構わない。また、径と材質の組み合わせを用いて、曲げ剛性に指向性を持たせても構わない。さらに、本実施の形態の形状センサ６１では、図１１中で左右に配置された２つの光ファイバ６２ｃ、６２ｄに代えて断面形状が等方性を有する丸形状の金属製のバネ材であっても構わない。

（作用・効果）
本実施の形態の形状センサ６１では、形状センサ本体６４に組み込まれる４本の光ファイバ６２ａ〜６２ｄは、曲げ剛性の異なる２種類の光ファイバを使用することで、図１１中で左右に配置された２つの光ファイバ６２ｃ、６２ｄによって第４実施形態（図６および図７参照）の形状センサ４１における芯部材４６および第５実施形態（図８および図９参照）の形状センサ５１における芯部材５５に相当する機能を持たせるようにしている。そのため、本実施の形態の形状センサ６１でも第１の実施の形態の形状センサ１と同一の作用効果が得られる。さらに、本実施の形態の形状センサ６１では、光ファイバの他に芯材を用いる必要が無い為、第１実施形態の効果に加え、第４の実施形態の形状センサ４１や、第５の実施形態の形状センサ５１に比べて部品コストや組立コストを削減することが可能になり、より安価な形状センサを提供することが可能になる。

［第７の実施の形態］
（構成）
図１２および図１３は、本発明の第７の実施の形態を示す。本実施の形態は、被測定物として内視鏡７１の先端挿入管７２に適用し、この内視鏡７１の先端挿入管７２の湾曲形状を測定する形状センサ７３を設けたものである。図１２は内視鏡７１の先端挿入管７２の先端部分の内部構成を示す縦断面図、図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。

まず、内視鏡７１の先端挿入管７２の構成について説明する。先端挿入管７２は、硬質な先端部７４と、中心線方向（図１２中でＺ軸方向）から外れた少なくとも特定の方向に湾曲しやすい湾曲容易性とそれ以外の方向には湾曲しにくい湾曲困難性とを備えた湾曲指向性を有する湾曲方向規制部としての可撓性湾曲構造物７５とから構成されている。先端部７４には図１２に示すように照明部７６と観察部７７とが設けられている。照明部７６にはライトガイド７６ａが設けられている。このライトガイド７６ａの基端部は、図示しないユニバーサルコードのコネクタ部側に延設されている。そして、コネクタ部が光源装置に接続されることで、光源装置から出射される照明光がライトガイド７６ａを通して照明部７６に供給され、外部に照射されるようになっている。観察部７７には、対物光学系７７ａと、イメージセンサ７７ｂとが設けられている。そして、イメージセンサ７７ｂに結像される前方の画像情報である内視鏡観察像が光電変換され、イメージセンサ７７ｂから出力される画像信号が信号線７７ｃを介して図示しないビデオプロセッサ側に伝送され、図示しないモニターに内視鏡観察像が表示されるようになっている。

前記可撓性湾曲構造物７５は、湾曲規制部７８と、自由湾曲部７９とから構成されている。前記湾曲規制部７８は、操作湾曲部８０と、第２湾曲部８１とからなっている。操作湾曲部８０は、例えば内視鏡７１の上下（ｕｐ−ｄｏｗｎ）の２方向に湾曲可能な２方向湾曲部によって形成されている。第２湾曲部８１は、例えば内視鏡７１の上下（ｕｐ−ｄｏｗｎ）および左右（ｌｅｆｔ−ｒｉｇｈｔ）の４方向に湾曲可能な４方向湾曲部によって形成されている。

内視鏡７１の図示しない手元操作部に設けられている図示しない湾曲操作ノブなどのダイアルの操作によって、湾曲規制部７８は、所望の２方向（ｕｐ−ｄｏｗｎ）に所望の曲率によって湾曲可能になっている。
図１２を用いて、先端挿入管７２の内部構造を説明する。先端部７４には、前記照明部７６と、観察部７７と、図示しない処置具等を挿入可能な処置具挿通用のチャンネル８２と、図示しない送気送水用のノズルと、図示しない噴流水送水用の開口部などが配設されている。先端部７４の後端側には、操作湾曲部８０の先端部が連結されている。

操作湾曲部８０は、可撓性湾曲構造物７５の中心線方向（図１２中でＺ軸方向）に沿って複数のリング状の湾曲駒部材８３ａが並設されている湾曲駒部材８３ａの連結構造体である。各湾曲駒部材８３ａの前端部には前方に突出する舌片状の一対の前方突出部８３ａ１、後端部には後方に突出する舌片状の一対の後方突出部８３ａ２がそれぞれ形成されている。一対の前方突出部８３ａ１は各湾曲駒部材８３ａの周方向に１８０°離れた位置に配置されている。一対の後方突出部８３ａ２も同様に、各湾曲駒部材８３ａの周方向に１８０°離れた位置に配置されている。さらに、各湾曲駒部材８３ａの一対の前方突出部８３ａ１と一対の後方突出部８３ａ２とは、前後方向に対応する位置（各湾曲駒部材８３ａの周方向に同一位置）に配置されている。そして、図１３に示すように隣接する前側の湾曲駒部材８３ａの後方突出部８３ａ２と、後方の湾曲駒部材８３ａの前方突出部８３ａ１との間が重ね合わされた部分（２箇所）に、ヒンジピンやリベット等の上下方向湾曲用の回動軸８３ｂが挿入されて前後の湾曲駒部材８３ａ間が回動軸８３ｂを中心に１方向にのみ（図１２および図１３中のＸ軸を中心に）回動自在に連結されている。これにより、操作湾曲部８０によって図１３中に矢印Ａで示すように湾曲容易方向が可撓性湾曲構造物７５の中心線の軸回り方向に対して１方向のみに規制され、内視鏡７１の上下（ｕｐ−ｄｏｗｎ）の２方向に湾曲可能な１方向湾曲規制部が形成されている。

なお、先端部７４の後端側には、湾曲駒部材８３ａの後方突出部８３ａ２と同じ構造の後方突出部７４ａ２が突設されている。この後方突出部７４ａ２と操作湾曲部８０の最前端位置の湾曲駒部材８３ａの前方突出部８３ａ１との間が重ね合わされた部分（２箇所）に、上下方向用の回動軸８３ｂが挿入されて先端部７４の後端側と操作湾曲部８０の最前端位置の湾曲駒部材８３ａとの間が回動軸８３ｂを中心に１方向にのみ（図１２および図１３中のＸ軸を中心に）回動自在に連結されている。

さらに、湾曲駒部材８３ａの内周面には２つのワイヤ保持部材８３ｄが固定されている。これら２つのワイヤ保持部材８３ｄは、各湾曲駒部材８３ａの周方向に１８０°離れた位置に配置され、かつ一対の前方突出部８３ａ１間の中間位置（前方突出部８３ａ１に対して周方向に９０°離れた位置）に配置されている。

各ワイヤ保持部材８３ｄに操通される２つの操作ワイヤ８４の先端部は、先端部７４に固定されている。また、２つの操作ワイヤ８４の基端部は、手元操作部のダイアルの上下方向の湾曲操作ノブに連結されており、上下方向湾曲操作ノブを操作することで、操作湾曲部８０はＸ軸である回動軸８３ｂを中心とした上下方向の回動方向に所望の角度で湾曲させる事が可能になっている。操作湾曲部８０の後端側には、第２湾曲部８１の先端部が連結されている。

第２湾曲部８１は、可撓性湾曲構造物７５の中心線方向に沿って複数の第２の湾曲駒部材８５ａが並設されている第２の湾曲駒部材８５ａの連結構造体である。各第２の湾曲駒部材８５ａの前端部には前方に突出する舌片状の一対の前方突出部８５ａ１、後端部には後方に突出する舌片状の一対の後方突出部８５ａ２がそれぞれ形成されている。一対の前方突出部８５ａ１は各第２の湾曲駒部材８５ａの周方向に１８０°離れた位置に配置されている。一対の後方突出部８５ａ２も同様に、各第２の湾曲駒部材８５ａの周方向に１８０°離れた位置に配置されている。

さらに、第２湾曲部８１では、各第２の湾曲駒部材８５ａの一対の前方突出部８５ａ１と一対の後方突出部８５ａ２とは、前後方向に対応する位置（各第２の湾曲駒部材８５ａの周方向に同一位置）から９０°ずらした位置に配置されている。そして、隣接する前側の第２の湾曲駒部材８５ａの後方突出部８５ａ２と、後方の第２の湾曲駒部材８５ａの前方突出部８５ａ１との間が重ね合わされた部分（２箇所）に、ヒンジピンやリベット等の例えば左右方向湾曲用の回動軸８５ｂ１が挿入されて前後の第２の湾曲駒部材８５ａ間が回動軸８５ｂ１を中心に１方向にのみ（図１２中のＹ軸を中心に）回動自在に連結されている。

また、第２湾曲部８１では、各第２の湾曲駒部材８５ａの一対の前方突出部８５ａ１と一対の後方突出部８５ａ２とは、前後方向に対応する位置（各第２の湾曲駒部材８５ａの周方向に同一位置）から９０°ずらした位置に配置されていることにより、左右方向用の回動軸８５ｂ１の隣には上下方向湾曲用の回動軸８５ｂ２が配置される。そして、この上下方向用の回動軸８５ｂ２を中心に１方向にのみ（図１２中のＸ軸を中心に）回動自在に連結されている。このため、第２湾曲部８１では、可撓性湾曲構造物７５の中心線方向に沿って左右方向用の回動軸８５ｂ１と、上下方向用の回動軸８５ｂ２とが交互に配置されている。これにより、第２湾曲部８１によって内視鏡７１の上下方向および左右方向の４方向に湾曲容易方向が規制され、湾曲容易方向が可撓性湾曲構造物７５の中心線の軸回り方向に対して図１３中に矢印Ａで示す内視鏡７１の上下（ｕｐ−ｄｏｗｎ）の２方向と、図１３中に矢印Ｂで示す左右（ｌｅｆｔ−ｒｉｇｈｔ）の２方向とに規制された２方向湾曲規制部が形成されている。

なお、操作湾曲部８０の後端側と、第２湾曲部８１の先端部との連結部では、操作湾曲部８０の最後端位置の湾曲駒部材８３ａの後方突出部８３ａ２と、第２湾曲部８１の最前端位置の第２の湾曲駒部材８５ａの前方突出部８５ａ１との間が重ね合わされた部分（２箇所）に、上下方向用の回動軸８５ｂ２が挿入されて操作湾曲部８０の最後端位置の湾曲駒部材８３ａと第２湾曲部８１の最前端位置の第２の湾曲駒部材８５ａとの間が回動軸８５ｂ２を中心に１方向にのみ（図１２中のＸ軸を中心に）回動自在に連結されている。

第２湾曲部８１の第２の湾曲駒部材８５ａには、操作ワイヤ８４は接続されていないため、操作ワイヤ８４を牽引操作させても第２の湾曲駒部材８５ａは回動することはないが、先端挿入管７２が外部構造物に押し付けられる等により先端挿入管７２に外力が働くと、左右方向用の回動軸８５ｂ１と、上下方向用の回動軸８５ｂ２とを中心に所望の２方向（図１３のＸ軸、Ｙ軸を回転中心とする方向）に湾曲可能となっている。第２湾曲部８１の後端側には、自由湾曲部７９の先端部が連結されている。

自由湾曲部７９は、自由な方向に湾曲可能な例えば挫屈防止用コイルが巻かれたフッ素チューブ等の可撓性チューブ８６によって構成されている。自由湾曲部７９にも、操作ワイヤ８４は接続されていないため、手元操作部の湾曲操作ノブの操作によって湾曲させることはできないが、例えば先端挿入管７２を挿入している外部構造物の形状に倣って、相似形に湾曲可能になっている。

なお、自由湾曲部７９の先端部には、第２の湾曲駒部材８５ａの前方突出部８５ａ１と同じ構造の前方突出部７９ａ１が突設されている。この前方突出部７９ａ１と第２湾曲部８１の最後端位置の第２の湾曲駒部材８５ａの後方突出部８５ａ２との間が重ね合わされた部分（２箇所）に、上下方向用の回動軸８５ｂ２が挿入されて第２の湾曲駒部材８５ａの後端側の後方突出部８５ａ２と自由湾曲部７９の先端部の前方突出部７９ａ１との間が回動軸８５ｂ２を中心に１方向にのみ（図１２および図１３中のＸ軸を中心に）回動自在に連結されている。

また、本実施の形態の形状センサ７３は、内視鏡７１の先端挿入管７２の内部に配設された処置具挿通用のチャンネル８２の外周面に沿わせた状態で、少なくともその１部において接着等により固定保持されている。形状センサ７３には、操作湾曲部８０と対応する位置に配置される第１の形状センサ構成部９１と、第２湾曲部８１と対応する位置に配置される第２の形状センサ構成部９２と、自由湾曲部７９と対応する位置に配置される第３の形状センサ構成部９３とが設けられている。第１の形状センサ構成部９１は、操作湾曲部８０の範囲において被検出部９４ａが少なくとも１個設置されている。また、第２の形状センサ構成部９２は、第２湾曲部８１の範囲において少なくとも２個の被検出部９４ｂが設置され、第３の形状センサ構成部９３は、自由湾曲部７９の範囲において少なくとも２個の被検出部９４ｃが設置されている。

また、第１の形状センサ構成部９１は、例えば第１の実施の形態（図１および図２参照）の形状センサ１の湾曲方向規制部３や、第４の実施の形態（図６および図７参照）の形状センサ４１の湾曲方向規制部４５が組み込まれている。これにより、操作湾曲部８０に相当する範囲では、回動軸８３ｂと平行な軸９５によってＸ軸を回転中心とする方向にのみ湾曲可能なセンサ駒９６によって連結されている。第２の形状センサ構成部９２は、例えば第２の実施の形態（図５（Ａ）参照）の形状センサ１の芯部材２１や、第３の実施の形態（図５（Ｂ）参照）の形状センサ１の芯部材３１が組み込まれている。これにより、第２湾曲部８１に相当する範囲においては、回動軸８５ｂ２と平行な軸および回動軸８５ｂ１と平行な軸によってそれぞれＸ軸もしくはＹ軸を回転中心とする方向にのみ湾曲可能なセンサ駒９６によって連結されている。また、第３の形状センサ構成部９３は、自由湾曲部７９に相当する範囲においては、特に湾曲方向を規制する機構は設けられておらず、自由な方向に湾曲可能になっている。

（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の形状センサ７３では、例えば、操作湾曲部８０においては、操作ワイヤ８４を操作することにより、湾曲駒部材８３ａはＸ軸である回動軸８３ｂを中心とした上下方向の回動方向のみに湾曲する。このとき、チャンネル８２も湾曲駒部材８３ａに連動して同様に湾曲するが、チャンネル８２に設置された形状センサ７３の第１の形状センサ構成部９１も同様に湾曲する。この際、第１の形状センサ構成部９１のセンサ駒９６は軸９５によってＸ軸を回転中心とする湾曲可能方向Ａに湾曲する為、内視鏡７１の先端挿入管７２の湾曲方向と形状センサ７３の第１の形状センサ構成部９１の湾曲方向は、概略一致する様になる。

また、第２湾曲部８１においても、Ｘ軸もしくはＹ軸を回転中心とする方向にのみ湾曲可能となっており、内視鏡７１の先端挿入管７２の湾曲方向と形状センサ７３の第２の形状センサ構成部９２の湾曲方向は、概略一致する様になる。自由湾曲部７９においては、内視鏡７１の先端挿入管７２および形状センサ７３の第３の形状センサ構成部９３は、共に自由な方向に湾曲可能である。

（効果）
そこで、本実施の形態の形状センサ７３では、内視鏡７１の先端挿入管７２が湾曲可能な方向が規制されている範囲においては、形状センサ７３の第１の形状センサ構成部９１および第２の形状センサ構成部９２も、内視鏡７１の先端挿入管７２が湾曲可能な方向にのみ湾曲可能に配置されているので、内視鏡７１の先端挿入管７２が湾曲しても形状センサ７３がねじれ難い管状挿入システムを提供する事が可能になる。そのため、内視鏡７１の先端挿入管７２の形状をより高精度に検出できる可能性が高い管状挿入システムを提供する事が可能になる。

また、本実施の形態では、形状センサ７３は、チャンネル８２に設置されているが、可撓性湾曲構造物７５内に配設された他の湾曲可能な内蔵物、例えば、図１３に示すように、先端部７４の図示しない送気送水用のノズルに接続された送気送水用のＡ／Ｗチューブ１０１や、先端部７４の図示しない噴流水送水用の開口部に接続された噴流水送水の為のＪチューブ１０２等に設置されていても構わない。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。

２…光ファイバ、３…湾曲方向規制部、４…形状センサ本体、５…光源、６…被検出部、７…受光部（光検出部）、１５…芯部材。

Claims

光源と、前記光源から照射される所望の検出光を伝搬可能な光ファイバと、前記光ファイバの一部に配置された被検出部と、前記光ファイバを通して伝搬された前記検出光を検出する光検出部とを有し、前記光ファイバの湾曲時に、前記光ファイバの曲率の変化に応じて、前記被検出部を経て検出される光の特性が変化することを利用して被測定物の形状を測定可能な形状センサ本体を有し、
前記光ファイバの光軸方向に沿って少なくとも１部に前記光ファイバの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部を備え、
前記湾曲方向規制部は、前記形状センサ本体の少なくとも１部に前記光ファイバの光伝搬方向に沿って設置され、主な湾曲方向が規制されている芯部材であり、
前記芯部材は、前記光ファイバの光伝搬方向に垂直な方向の断面形状を、特定の方向への曲げ剛性が高まるような形状の断面構造とすることによって、湾曲可能方向が規制され、
前記断面構造は、９０°に直交するＸ字形状の２平面があり、前記２平面のそれぞれの平面方向には曲げ剛性が強く、前記２平面間の角度を２等分する方向は曲げ剛性が弱いことを特徴とする形状センサ。
光源と、前記光源から照射される所望の検出光を伝搬可能な光ファイバと、前記光ファイバの一部に配置された被検出部と、前記光ファイバを通して伝搬された前記検出光を検出する光検出部とを有し、前記光ファイバの湾曲時に、前記光ファイバの曲率の変化に応じて、前記被検出部を経て検出される光の特性が変化することを利用して被測定物の形状を測定可能な形状センサ本体を有し、
前記光ファイバの光軸方向に沿って少なくとも１部に前記光ファイバの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部を備え、
前記湾曲方向規制部は、前記形状センサ本体の少なくとも１部に前記光ファイバの光伝搬方向に沿って設置され、主な湾曲方向が規制されている芯部材であり、
前記芯部材は、前記光ファイバの光伝搬方向に垂直な方向の断面形状を、特定の方向への曲げ剛性が高まるような形状の断面構造とすることによって、湾曲可能方向が規制され、
前記断面構造は、断面形状が円形の中心部材の外周に外向きに突出された４つのリブを９０°の均等角度で配分させた構造であることを特徴とする形状センサ。
光源と、前記光源から照射される所望の検出光を伝搬可能な光ファイバと、前記光ファイバの一部に配置された被検出部と、前記光ファイバを通して伝搬された前記検出光を検出する光検出部とを有し、前記光ファイバの湾曲時に、前記光ファイバの曲率の変化に応じて、前記被検出部を経て検出される光の特性が変化することを利用して被測定物の形状を測定可能な形状センサ本体を有し、
前記光ファイバの光軸方向に沿って少なくとも１部に前記光ファイバの湾曲可能方向を所望の方向に規制する湾曲方向規制部を備え、
前記湾曲方向規制部は、前記形状センサ本体の少なくとも１部に前記光ファイバの光伝搬方向に沿って設置され、主な湾曲方向が規制されている芯部材であり、
前記芯部材は、複数の芯材が並設され、
前記芯材が並設される方向には前記芯部材の曲げ剛性が弱く、前記芯材の並設方向と直交する方向には曲げ剛性が強くなることを特徴とする形状センサ。
前記形状センサ本体は、前記光ファイバを保持可能なファイバ保持部を有する複数のファイバ保持部材が前記光ファイバの光伝搬方向に沿って配置され、
前記芯部材の曲げ剛性は、同じもしくは異なる曲げ剛性を有する前記芯材の、前記ファイバ保持部材の内部における配置によって規制されることを特徴とする、請求項３に記載の形状センサ。
前記湾曲方向規制部は、前記ファイバ保持部材の中心近傍に配置され、且つ前記光ファイバは前記湾曲方向規制部の外周側に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の形状センサ。
前記湾曲方向規制部は、前記ファイバ保持部材の外周、もしくは外周近傍に配置され、
且つ前記光ファイバは、前記湾曲方向規制部の最外周部で規定される最大外接円の内側に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の形状センサ。
前記形状センサの湾曲可能な方向と、前記被検出部の検出曲げ方向が、少なくとも曲げ方向が規制されている範囲において一致するように位置決めされ、前記光ファイバと前記ファイバ保持部材が接合されていることを特徴とする、請求項４に記載の形状センサ。
前記芯材は、Ｘ軸の方向に配置され、外径が細く、曲げ剛性が低い２つの第１の光ファイバと、前記Ｘ軸の方向と直交するＹ軸の方向に配置され、前記第１の光ファイバよりも外径が大きく、曲げ剛性が高い２つの第２の光ファイバとを有し、
前記湾曲方向規制部は、２つの前記第２の光ファイバの並設方向である前記Ｙ軸を中心とした軸回り方向の湾曲は容易に可能であり、２つの前記第１の光ファイバの並設方向である前記Ｘ軸を中心とした軸回り方向の湾曲は困難となる状態に規制することを特徴とする、請求項３に記載の形状センサ。
前記芯材は、前記光ファイバを構成するコア、クラッド、コート、ジャケットの４つの構成要素の内で、最も曲げ剛性の大きさに寄与する、少なくとも１つの構成要素の直径が前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとで異なることを特徴とする、請求項８に記載の形状センサ。
前記芯材は、前記光ファイバの構成要素のうちの前記コアや、前記コートの材料が前記第１の光ファイバと、前記第２の光ファイバとで異なることを特徴とする、請求項９に記載の形状センサ。