JP6322483B2 - 曲率センサ、内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡の形状を検出可能な曲率センサおよびそれを備えた内視鏡装置に関する。

従来から形状検出プローブを備えた内視鏡が存在する。この形状検出プローブは、内視鏡のスコープと一体的に曲がることで、スコープの形状を検出することができる。形状検出プローブは、互いに異なる波長成分を有する検出光を伝達する曲率検出用ファイバと、曲率検出用ファイバに設けられ、検出光が有する互いに異なる波長成分それぞれの強度もしくは波長のいずれかを変調する光変調部と、を備える。

形状検出プローブは、光変調部よる変調の前後における波長成分それぞれの強度もしくは波長と、光変調部と曲率検出用ファイバの出射端との距離に基づいて、スコープの形状を検出する。光変調部は、検出光に含まれる波長成分の数と同じ数だけ設けられ、互いに異なる波長成分のいずれかを選択的に吸収する（例えば、特許文献１参照）。

特許４７１４５７０号公報

波長成分の一部を選択的に吸収できる材料は、実際にはあまり多く存在しない。このため、曲率検出用ファイバの長さ方向における複数個所に光変調部を設けようとする場合には、当該材料が不足するため、光変調部を設置できる数が限られる問題がある。

また、光変調部において変調される光は、通常、散乱光となってしまう場合が多い。散乱光のうちの大部分は、曲率検出用ファイバに戻ることができない。このため、従来型の形状検出プローブでは、変調された光を十分に回収できず、検出分解能が劣ったり、精度が低下したりする問題がある。

本発明の目的は、検出精度を向上した曲率センサを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る曲率センサは、可撓性のある線状の検出対象に沿って設けられ、前記検出対象の曲率を検出可能な曲率センサであって、所定の波長帯域の光を発生する光源と、前記検出対象に沿って設けられ、前記光源からの光を導光する導光部材と、前記導光部材の長手方向に沿った複数個所に設けられた光吸収性のある複数の被検出部であって、各被検出部は、前記波長帯域において、互いに異なる固有の吸収パターンを有する吸収スペクトル特性を有し、前記波長帯域には、各被検出部の前記吸収スペクトル特性における固有の特徴的吸収パターンを有する特徴的吸収帯が含まれる、複数の被検出部と、前記光源から前記導光部材を導光されて前記被検出部を通過した光を受光して、前記特徴的吸収帯を含む検出波長帯域における光を検出する光検出器と、前記光検出器で検出した光の強度の変化率に基づいて前記検出対象の曲率を演算する演算部と、を有し、前記波長帯域に含まれる前記特徴的吸収帯の数は、前記被検出部の数以上であり、各特徴的吸収帯では、各被検出部が、所定以上であって互いに異なる光吸収率を有する。

上記の構成によれば、検出精度を向上した曲率センサを提供できる。

第１実施形態にかかる内視鏡装置の全体構成を示した模式図。 図１に示す内視鏡装置の曲率センサを示すブロック図。 図２に示す曲率センサの導光部材を長手方向と交差する面で切断して示した断面図。 図２に示す曲率センサの導光部材の他の例を示し、導光部材を長手方向と交差する面で切断して示した断面図。 図２に示す曲率センサの導光部材を被検出部の位置で長手方向に沿って切断して示した断面図。 図５に示すＦ６−Ｆ６の位置で導光部材を切断して示した断面図。 図２に示す曲率センサの他の例を示し、導光部材を被検出部の位置で長手方向と交差する面で切断して示した断面図。 図２に示す曲率センサの被検出部の他の例を示し、導光部材を被検出部の位置で長手方向と交差する面で切断して示した断面図。 図２に示す曲率センサの被検出部の吸収帯および特徴的吸収帯（λ１）を示すグラフ。 図２に示す曲率センサの被検出部の吸収帯および特徴的吸収帯（λ２）を示すグラフ。 図２に示す曲率センサの被検出部の吸収帯および特徴的吸収帯（λ３）を示すグラフ。 図２に示す曲率センサの被検出部の吸収帯および特徴的吸収帯（λ４）を示すグラフ。 図２に示す曲率センサの第１の被検出部の第１の吸収帯および第１の特徴的吸収帯（λ１）と、第２の被検出部の第２の吸収帯および第２の特徴的吸収帯（λ２）と、を示したグラフ。 図２に示す曲率センサの第１の被検出部の第１の吸収帯および第１の特徴的吸収帯（λ１）と、第２の被検出部の第２の吸収帯および第２の特徴的吸収帯（λ２）と、の他の例を示したグラフ。 図２に示す曲率センサの被検出部の他の例を示し、被検出部の反射スペクトルを示したグラフ。 図２に示す曲率センサの他の例を示し、導光部材を被検出部の位置で長手方向に沿って切断して示した断面図。 図２に示す曲率センサの光検出器の検出波長帯域の例を示したグラフ。 図２に示す曲率センサの光検出器の検出波長帯域の他の例を示したグラフ。 図２に示す曲率センサの第２光源の光強度および波長帯域を示したグラフ。 図２に示す曲率センサの第２光源の光強度および波長帯域の他の例を示したグラフ。 図２に示す曲率センサの第２光源の光強度および波長帯域の他の例を示したグラフ。 図２に示す曲率センサの第２光源の光強度および波長帯域の他の例を示したグラフ。 図２に示す曲率センサにおいて被検出部を用いて検出対象の曲率を感知する原理を示した模式図。 図２３と同様に検出対象の曲率を感知する原理を示し、図２３に示す導光部材が被検出部のある方向に湾曲した状態を示した模式図。 図２３と同様に検出対象の曲率を感知する原理を示し、図２３に示す導光部材が被検出部のある方向とは反対方向に湾曲した状態を示した模式図。 図２に示す曲率センサにおいて、第２光源から発せられコアを通る光が被検出部で減衰され、再びコアに戻される過程を模式的に示した図。 第２実施形態の内視鏡装置の第２光源から発せられる光の波長帯域および光検出器の検出帯域を示したグラフ。 第２実施形態の内視鏡装置の第２光源から発せられ、図２７に示す光とは時間差で第２光源から発せられる光の波長帯域および光検出器の検出帯域を示したグラフ。

［第１実施形態］
図１は本発明の内視鏡装置の全体構成図を示す。図１に示すように、内視鏡装置１１は、内視鏡１２と、コントローラ１３（制御装置）と、光源装置１４（第１光源）と、画像撮影装置１５と、送気・送水・吸引装置１６と、キーボード１７と、モニタ１８と、アクチュエータ部２１と、曲率センサ２２と、を有する。

光源装置１４は、コントローラ１３の制御下で、内視鏡１２の先端部にある照明レンズに光を供給する。送気・送水・吸引装置１６は、コントローラ１３の制御下で、内視鏡１２の先端部にあるノズルに対して送気・送水を行ったり、ノズルを介して生体内から液体や組織等を吸引したりする。画像撮影装置１５は、コントローラ１３の制御下で、内視鏡１２の先端部の対物レンズを通して撮影された被検体の画像を画像処理してモニタ１８に表示する。

コントローラ１３は、内視鏡１２の後述する操作部２３に内蔵された回転検出センサに接続されている。回転検出センサは、操作用のノブ２４の回転方向及び回転量を検出し、コントローラ１３に検出信号を送信する。コントローラ１３は、回転検出センサで検出した回転量に応じてアクチュエータ部２１を作動させ、挿入部２６を所定の方向に湾曲させる。アクチュエータ部２１は、内視鏡１２の挿入部２６を所定に湾曲させるように駆動力を付与することができる。アクチュエータ部２１は、例えば、サーボモータ等のモータで構成されている。

図１に示すように、内視鏡１２は、ユニバーサルコード２７と、操作部２３と、操作部２３から延びて孔内（被検体）に挿入される挿入部２６と、を有する。挿入部２６は、曲率センサ２２によって曲率が検出される検出対象の一例である。

内視鏡１２は、ユニバーサルコード２７を介してコントローラ１３、光源装置１４、画像撮影装置１５、及び送気・送水・吸引装置１６等に接続されている。

図１、図２に示すように、曲率センサ２２は、線状をなした導光部材３１と、導光部材３１の一方の端部（根本側の端部）に設けられた第２光源３２（光源）および光検出器３３と、第２光源３２からの光を導光部材３１に供給したり反射部材３４で反射された光を光検出器３３に供給したりする光分岐部３５と、導光部材３１の途中に例えば一定の間隔で設けられた複数の被検出部３６と、導光部材３１の他方の端部（先端側の端部）に設けられ導光部材３１を通る光を光検出器３３側に反射させる反射部材３４と、光分岐部３５に接続される反射防止部材３７と、光検出器３３で検出された光で内視鏡の曲率を算出する制御・演算部３８（演算部）と、を有する。第２光源３２は、曲率センサ２２用の光源である。反射防止部材３７は、導光部材３１から光検出器３３に分岐された光がフレネル反射を主とする反射光が光検出器の検出レンジを狭めることを防止する。

光分岐部３５は、例えば、光カプラやハーフミラー、あるいはビームスプリッターで構成される。反射部材３４は、例えば光ファイバの端面にアルミニウム等を蒸着して形成したミラーで構成される。

第２光源３２から発せられた光は、光分岐部３５を通過し、集光レンズにより集光されて導光部材３１に供給される。導光部材３１から光検出器３３に戻る光は、導光部材３１から出射した光を光入射部で受けて平行光に整え、光分岐部３５で例えば９０度向きを反射させて、光検出器３３で検出される。

光検出器３３は、後述する複数の被検出部３６に固有の特徴的吸収帯のすべてに対応する検出波長帯域を有する。図１７では、例えば、２つの被検出部３６の特徴的吸収帯λ１、λ２に対応する２つの検出波長帯域Ｂ１、Ｂ２を示している（実際には、すべての被検出部３６の特徴的吸収帯に対応する数の検出波長帯域を有する）。光検出器３３の検出波長帯域は、図１７に示すように、検出波長帯域同士が互いに分離していてもよいし、あるいは、図１８に示すように、検出波長帯域同士が互いに重なって広帯域にわたる一つの検出波長帯域を構成していてもよい。図１７に示すように、互いに分離した検出波長帯域は、例えば、分光器を利用したり、カラーフィルタや光の干渉を利用したフィルタを光電変換素子上に搭載（オンチップを含む）したりすることで実現できる。

第２光源３２の光は、例えば図１９に示すように、複数の比較的小さい小帯域の光を足し合わせて（合成して）実現することができる。この場合、複数の小帯域の光のそれぞれは、被検出部３６に固有の特徴的吸収帯（例えば、λ１、λ２）に対応している。一つの小帯域の光の波長帯域は、他の小帯域の光の波長帯域とは分離している。本実施形態の第２光源３２は、例えば、小帯域の光を発するＬＥＤやＬＤ（レーザーダイオード）を複数個組み合わせて実現することができる。第２光源３２は、以下のような構成をとることもできる。

第２光源３２は、例えば、図２０に示すように、白色光のように波長スペクトルが連続な光源を用いることもできる。図２０に示す第２光源３２の光（白色光）は、例えば、蛍光体を低波長の光で励起して発生させることができる。この場合には、第２光源３２の波長スペクトルが複数の被検出部３６に対応する複数の特徴的吸収帯（例えば、λ１、λ２等）を含んでいる。

第２光源３２の光は、例えば図２１に示すように、図１９に示す小帯域の光よりもさらに狭い狭帯域の光を足し合わせて（合成して）実現することもできる。この場合、狭帯域の光の波長帯域は、被検出部３６の特徴的吸収帯（λ１〜λ２、λ３〜λ４）の一部を含んでいる。このように第２光源３２を構成しても、特徴的吸収帯に対応する帯域における光の減衰を光検出器３３で感知することができる。図２１に示す第２光源３２は、例えば、小帯域の光を発するＬＥＤやＬＤ（レーザーダイオード）を複数個組み合わせて実現することができる。

さらに第２光源３２は、例えば図２２に示すように、広い波長帯域にわたって略均一な光強度を有する光源であってもよい。検出精度のばらつきを低減するために、図２２に示す光源を第２光源３２として用いることが好ましい。

図３に示すように、導光部材３１は、いわゆる光ファイバ状の構造を有している。導光部材３１は、透光性のある材料で形成されて光が通されるコア４１と、コア４１の周囲を取り囲んでコア４１内に安定的に光を閉じ込めるクラッド４２と、クラッド４２の周囲を取り囲んだジャケット４３を有している。コア４１の屈折率は、クラッド４２の屈折率よりも大きくなっている。ジャケット４３は、外部の物理的・熱的衝撃からコア４１およびクラッド４２を保護する。

なお、導光部材３１は、図４に示すように、フレキシブル基板４４上に導波路状に形成されていてもよい。この場合、導光部材３１は、断面四角形のコア４１およびその周囲にある断面四角形のクラッド４２を含んでいる。図４に示すコア４１およびクラッド４２の役割は、図３に示す断面円形のコア４１およびクラッド４２と略同様である。

図５に示すように、複数の被検出部３６のそれぞれは、導光部材３１のクラッド４２の途中に設けられた開口部の内側に設けられている。複数の被検出部３６のそれぞれは、光吸収性を有する。このため、被検出部３６では、コア４１を通る光で被検出部３６側に漏れ出した光（エバネッセント光：コア４１を通る光の全体に対して数％の量の光）を取得し、被検出部３６に固有の吸収スペクトルで当該光を一部の波長帯域で減衰させ、その後コア４１に対して戻す処理を行う。

図５、図６に示すように、複数の被検出部３６のそれぞれは、第１部分３６Ａと、第１部分３６Ａからコア４１（導光部材３１）の中心軸Ｃを中心に例えば９０°回転した位置に設けられた第２部分３６Ｂと、を含んでいる。第１部分３６Ａと第２部分３６Ｂは、挿入部２６（導光部材３１）の長手方向Ｌに関して同じ位置に設けられているが、同一曲率となる範囲であれば長手方向Ｌに関して位置ずれしていてもよい。第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂのそれぞれは、所定量の色素を含有した樹脂材料（所定の濃度で色素が混ぜられた樹脂材料）で構成され、クラッド４２と同程度の厚さを有する。所定量の色素を含有した樹脂材料は、ガラス質の膜中に色素を含有させることによっても形成できる。第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂを構成する樹脂材料は、クラッド４２と同等の柔軟性を有し、且つクラッド４２と同程度に調整された屈折率を有する。第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂは、クラッド４２の開口部に埋め込まれて形成されている。このように、中心軸Ｃ回りに９０°位置ずれした第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂから被検出部３６を構成すると、検出対象の曲率だけでなく検出対象が湾曲している方向をも検出することができる。長手方向の厳密に同一位置に約９０度ずれて配置する必要は無く、同一曲率となる範囲で長手方向にずれていても問題ないです。なお、複数の被検出部３６（第１部分３６Ａ、第２部分３６Ｂ）の屈折率は、コア４１の屈折率よりも小さい場合（この場合には、コア４１の光は、被検出部３６にエバネッセント波として染み出す。）に限られるものではない。複数の被検出部３６の屈折率は、コア４１の屈折率と同等か、或いはコア４１の屈折率よりも大きくてもよく、この場合には、コア４１から被検出部３６に光が漏れて、被検出部３６において光が減衰される。また、本実施形態では、中心軸Ｃ回りに９０°位置ずれした第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂで被検出部３６を構成しているが、第１部分３６Ａのみで被検出部３６を構成してもよい。

被検出部３６の第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂは、上記に限定されるものではない。図７に示すように、曲率センサ２２は、第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂの上側（外側）にこれらを保護するための保護部材４５を有してもよい。この保護部材４５は、例えばジャケット４３と同様の材質で形成されている。図７の場合には、保護部材４５の屈折率が被検出部３６の屈折率よりも小さく設定されるため、被検出部３６において特徴的吸収帯で吸収を受けた残部光は、被検出部３６よりも外側の保護部材４５には漏れず、コア４１に戻される。また、第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂは、図８に示すように、クラッド４２とジャケット４３との厚さを足し合わせた厚さ程度を有するように形成されていてもよい。図８の場合には、被検出部３６の屈折率は、コア４１の屈折率よりも小さく設定される。図８では、コア４１からエバネッセント波を主として被検出部３６に染み出した光に対して、被検出部３６の吸収帯４６（特徴的吸収帯）で吸収させ、吸収帯４６で吸収されなかった残部光を再びコア４１に戻すことができる。

図９から図１２に示すように、複数の被検出部３６（第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂ）のそれぞれは、固有の吸収パターンを有する吸収帯４６を有する。各吸収帯４６には、複数の特徴的吸収帯λ（λ１〜λｎ）が含まれる（図９から図１２では、複数の特徴的吸収帯λのうちの、１つのみを示している。）。各吸収帯４６中の複数の特徴的吸収帯のうちの一つは、各吸収帯４６中の複数の特徴的吸収帯のうちの他の特徴的吸収帯とは、波長帯域が異なっている。そして、複数の被検出部３６（第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂを含む）のうちの一つは、複数の被検出部３６のうちのそれ以外の被検出部３６とは異なる吸収帯４６を有する。なお、図９から図１２に示した被検出部３６の吸収帯４６および特徴的吸収帯は一例であり、それら以外にも様々な吸収スペクトルのパターンを採用することができる。また、第１の吸収帯４６Ａに含まれる特徴的吸収帯の数は、例えば、導光部材３１の途中に設けられる被検出部３６の総数と一致している。つまり、導光部材３１の途中に設けられる被検出部３６の総数が１０である場合には、第１の吸収帯４６Ａに含まれる特徴的吸収帯の数は例えば１０個に設定され、被検出部３６の総数が２０である場合には、第１の吸収帯４６Ａに含まれる特徴的吸収帯の数は例えば２０個に設定される。なお、特徴的吸収帯の数を被検出部３６の総数以上に設定してもよい。これによって、曲率や曲げの方向の検出精度をさらに向上できる。

特徴的吸収帯は、図９、図１０、図１２に示すように、スペクトルパターン中の例えば山の部分（ピーク部分）でもよいし、図１１に示すように、スペクトルパターン中の例えば谷の部分でもよい。なお、一つの被検出部３６を構成する第１部分３６Ａと第２部分３６Ｂは、互いに異なる吸収帯４６を有するように、樹脂および色素の組成を違うものにしたり、樹脂に対する色素の含有量に違いを持たせたりする。

本実施形態では、一つの被検出部３６の吸収帯４６の帯域は、他の被検出部３６の吸収帯４６の帯域と一部または全部で重なっている。また、一つの被検出部３６の特徴的吸収帯の帯域は、他の被検出部３６の特徴的吸収帯の帯域と重なっている。本実施形態では、特徴的吸収帯における互いの光の吸収率に差を持たせることで、どの地点の被検出部３６で検出対象が湾曲しているかを把握することができる。

被検出部３６に含有される色素は、外観の色によって吸収できる光の波長が異なる。このため、被検出部３６の吸収帯４６（吸収パターン）および特徴的吸収帯（特徴的吸収パターン）は、被検出部３６に含有される色素の種類や含有量（濃度）、複数の色素を混ぜる際にはその配合比等を調整することで自由に設計することができる。

続いて、図１３、図２６を参照して、本実施形態の曲率センサ２２を用いた検出対象の曲率の感知方法について説明する。ここでは説明上、被検出部３６の総数が２個であるとして説明するが、実際には２個以上の被検出部３６が存在する。図１３では、２個の被検出部３６が有する吸収スペクトルパターンの典型例を示している。２個の被検出部３６は、互いに異なる吸収帯４６および特徴的吸収帯を有する。すなわち、第１の被検出部３６は、第１の吸収帯４６Ａと、第１の吸収帯４６Ａに含まれる２個の特徴的吸収帯と、を有する。第２の被検出部３６は、第２の吸収帯４６Ｂと、第２の吸収帯４６Ｂに含まれる２個の特徴的吸収帯と、を有する。

第２光源３２から出た光が第１の被検出部３６に入ると、図１３に実線で示す第１の吸収帯４６Ａで示される比率で、第１の被検出部３６内で光が減衰される。このとき、第１の特徴的吸収帯λ１では、ａの吸収率（比率）で光が減衰される。第２の特徴的吸収帯λ２では、ｂの吸収率（比率）で光が減衰される。すなわち、図２６に示すように、第１の被検出部３６に固有の吸収パターン（吸収帯）で吸収を受けた光の残部（残部光）は、導光部材３１のコア４１に戻されて、反射部材３４で反射されて光検出器３３で検出される。

同様に、第２光源３２から出た光が第２の被検出部３６に入ると、図１３に破線で示す第２の吸収帯４６Ｂで示される比率で、第２の被検出部３６内で光が減衰される。このとき、第１の特徴的吸収帯λ１では、ｃの吸収率（比率）で光が減衰される。第２の特徴的吸収帯λ２では、ｄの吸収率（比率）で光が減衰される。

このように、本実施形態では、被検出部３６ごとに特徴的吸収帯（λ１〜λｎ）における光の吸収率が異なっている。このため、被検出部３６において吸収を受けなかった光（残部光）であって特徴的吸収帯に対応する帯域の光を光検出器３３で検出し、制御・演算部３８において残部光の光強度（光量）から曲率を算出することで、どの位置の被検出部３６がどれくらいの曲率で湾曲しているかを感知できる。なお、検出対象（挿入部２６）の曲率の変化に対する光検出器３３に到達する光（残部光）の強度（光量）の変化率は、一定であることが望ましい。検出対象（挿入部２６）の曲率の変化に対する光検出器３３に到達する光（残部光）の強度（光量）の変化率が変動してしまう場合には、検出対象（挿入部２６）の曲率に対する光（残部光）の強度（光量）の実験値に基づいて、検出対象（挿入部２６）の曲率を算出することができる。

例えば、図２３に示すように、検出対象である挿入部２６がまっすぐに配置される場合には、導光部材３１内を伝達される光の一部が被検出部３６で減衰を受けて残部光となる。この残部光および被検出部３６を通らない光の光伝達量は、両者ともに中程度となる。図２４に示すように、被検出部３６のある方向に挿入部２６が湾曲される場合には、被検出部３６で減衰を受ける光の量が少なくなる。このため、図２４の状態では、図２３の状態に対して被検出部３６を通らない光の相対的な光伝達量は大きくなる（一方、被検出部３６で減衰を受けた残部光の光量は小さくなる）。

図２５に示すように、被検出部３６のある方向とは反対方向に挿入部が湾曲される場合には、被検出部３６で減衰を受けた残部光の量が多くなる。このため、図２５の状態では、図２３の状態に対して、被検出部３６を通らない光の相対的な光伝達量は少なくなる（残部光の相対的な光伝達量は大きくなる）。このように、検出対象および導光部材３１が湾曲する方向によって残部光の光量が変化するため、この変化率から被検出部３６が設けられる地点での曲率および湾曲方向を精度よく検出できる。

なお、被検出部３６は、上述のように中心軸Ｃに対して９０°位置ずれした第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂから構成される。このため、曲率センサ２２は、一つの面内での湾曲（例えばＵＤ方向への湾曲）だけでなく、一つの面と交差（直交）する面内での湾曲（例えばＲＬ方向への湾曲）も感知することができる。また、上記では、第２光源３２から反射部材３４に向かって導光部材３１中を通る光に対して、被検出部３６において光学的影響（光強度の減衰）を付与する場合を例に説明しているが、本実施形態の被検出部３６は、反射部材３４から光検出器３３に向かって導光部材３１中を通る光に対しても光学的影響（光強度の減衰）を付与することができる。

図１４に示すように、被検出部３６における特徴的吸収帯（λ１、λ２）は、一定の波長帯域にわたるように定義されていてもよい。このとき、各特徴的吸収帯における吸収率は、例えば、特徴的吸収帯に含まれる吸収率の最大値と最小値との中間値を採用することができる。

複数の被検出部３６は、厚み方向に積層された複数の誘電体膜によって形成されていてもよい。例えば、複数の被検出部３６のうちの一つの被検出部３６（誘電体膜）は、図１５に示すような反射率の反射スペクトルを有する。誘電体膜は、反射されなかった光を吸収する特性を有する。誘電体膜は、図１５に示すように、光の入射角によって波長帯域がシフトするように反射スペクトルが変化する特性を有する。被検出部３６は、屈折率と厚みが異なる複数の誘電体膜を適切に積層することで、反射スペクトル（および光源のスペクトルから反射スペクトルを減じて算出される吸収帯）を自由に設計することができる。このため、被検出部３６に誘電体膜を用いる場合には、被検出部３６同士の間で、互いに反射スペクトルを異ならせるようにすることができる。

複数の被検出部３６は、上記した所定量の色素を含有した樹脂材料と、上記した複数の誘電体膜と、の組み合わせによって形成することもできる。この場合には、さらに多様な吸収帯４６および特徴的吸収帯を有する多数の被検出部３６を実現できる。

図１６に示すように、曲率センサ２２は、被検出部３６（第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂ）の上側（外側）に誘電体膜効果増大樹脂５１を有してもよい。誘電体膜効果増大樹脂５１は、誘電体膜に密着して設けられている。誘電体膜効果増大樹脂５１は、導光部材３１のコア４１よりも屈折率が高い部材の一例であり、コア４１の屈折率よりも高い屈折率を有する樹脂で構成されている。誘電体膜効果増大樹脂５１には、コア４１から被検出部３６に向けて光を漏れやすくする効果がある。誘電体膜効果増大樹脂５１としては、屈折率が例えば１．４５〜１．６の樹脂接着剤を利用することができる。

被検出部３６の第１部分３６Ａおよび第２部分３６Ｂの製造方法について説明する。長手方向Ｌの一部にジャケット４３とクラッド４２の一部をレーザ加工やフォト工程、エッチング工程などを利用してコア４１の一部を露出させる。このとき、コア４１にミクロな傷が付くと光が漏れて導光する光を損失させたり、曲げに弱くなったりするので、極力傷を付けない方法で加工することが好ましい。

第１実施形態によれば、曲率センサ２２は、可撓性のある線状の検出対象に沿って設けられ、前記検出対象の曲率を検出可能であり、光源と、前記検出対象に沿って設けられ、前記光源からの光を導光する導光部材３１と、前記導光部材３１の長手方向Ｌに沿った複数個所に設けられた光吸収性のある複数の被検出部３６であって、互いに異なる固有の吸収パターンを有する吸収帯４６と前記吸収帯４６中における固有の特徴的吸収パターンを有する特徴的吸収帯とを有する複数の被検出部３６と、前記光源から前記被検出部３６に照射された前記特徴的吸収帯に対応する帯域の光のうち、前記特徴的吸収帯で吸収されなかった残部光を検出可能な光検出器３３と、前記残部光の変化率に基づいて前記検出対象の曲率を演算する演算部と、を有する。

この構成によれば、被検出部３６ごとに吸収帯および特徴的吸収帯を設定することで、導光部材３１の長手方向Ｌに沿った複数個所に被検出部３６が設けることができるため、検出対象の曲率をより高精度に検出することができる。

この場合、複数の被検出部３６中の一つの被検出部３６の吸収帯４６の帯域は、複数の被検出部３６中の他の被検出部３６の吸収帯４６の帯域と少なくとも一部で重なる。この構成によれば、吸収帯４６同士の重なりを許容することで、導光部材３１の長手方向Ｌに沿って多数の被検出部３６を設置することができる。

複数の被検出部３６中の一つの被検出部３６の前記特徴的吸収帯の帯域は、複数の被検出部３６中の他の被検出部３６の前記特徴的吸収帯の帯域と少なくとも一部で重なっており、且つ一つの被検出部３６の前記特徴的吸収帯の吸収率は、他の被検出部３６の前記特徴的吸収帯の吸収率とは異なる。

この構成によれば、特徴的吸収帯同士の重複を許容したとしても、特徴的吸収帯同士の光の吸収率に差を持たせることで、どの地点にある被検出部３６において検出対象が湾曲しているかを演算部で把握することができる。これによって、検出対象の長手方向Ｌに沿って設置される被検出部３６の数をさらに増加させることができ、検出対象の曲率をより高精度に検出することができる。

被検出部３６は、色素を含有する樹脂、誘電体膜、および前記色素を含有する樹脂と前記誘電体膜との組み合わせ、のいずれかで構成される。この構成によれば、被検出部３６に固有の吸収帯４６および固有の特徴的吸収帯を設計することが容易となり、多数の被検出部３６を設置して高精度に曲率を演算することができる。

導光部材３１は、コア４１と、コア４１を取り囲むとともに、１つもしくは複数の被検出部３６を収納した複数の収納部を導光部材３１の長手方向Ｌに沿った複数個所に含んだクラッド４２と、を有し、前記色素を含有する樹脂は、クラッド４２と同等の柔軟性を有する。この構成によれば、導光部材３１の柔軟性を維持したまま、導光部材３１の長手方向Ｌにおける複数個所に被検出部３６を設けることができる。

光検出器３３は、複数の検出波長帯域を有し、前記複数の検出波長帯域のうちの一つは、前記複数の検出波長帯域のうちの他の検出波長帯域の一部と重なる部分を有する。この構成によれば、連続的な検出波長帯域を有した光検出器３３を実現でき、この連続的な検出波長帯域に対応して、特徴的吸収帯を小さなピッチで設計することができる。これにより、検出対象の長手方向Ｌに沿って複数の被検出部３６を高密度で設置することが容易となり、検出対象の曲率の検出精度を向上できる。

前記光源は、前記特徴的吸収帯の一部を含む光を照射する。この構成によれば、光源の自由度を向上することができ、材料調達時の制約を少なくして低コスト化を実現できる。

導光部材３１は、コア４１と、コア４１を取り囲むとともに、複数の被検出部３６を収納した複数の収納部を導光部材３１の長手方向Ｌに沿った複数個所に含んだクラッド４２と、を有し、被検出部３６は、誘電体膜であり、当該誘電体膜には、コア４１に接する面とは反対側の面にコア４１よりも屈折率が高い部材が密着される。

この構成によれば、コア４１から誘電体膜で構成される被検出部３６に対して光を漏れやすくすることができる。これによって、曲率を検出するための光を十分に得ることができ、検出対象の曲率の検出精度を向上することができる。

［第２実施形態］
図２７、図２８を参照して、第２実施形態の内視鏡装置について説明する。第２実施形態の内視鏡装置１１は、曲率センサ２２の第２光源３２の構成が異なる点で、第１実施形態のものと異なっているが、他の部分は第１実施形態と共通している。このため、主として第１実施形態と異なる部分について説明し、第１実施形態と共通する部分については図示或いは説明を省略する。

図２７、図２８に示すように、第２光源３２は、時間差で波長帯域の異なる複数の光を順次時間差で発することができる。図２７、図２８では、波長帯域の異なる２つの光を示しているが、波長帯域の異なる光の数は２つに限られるものではない。第２光源３２で照射することができる複数の波長帯域のそれぞれは、被検出部３６の特徴的吸収帯に対応している。

第２光源３２は、互いに異なる波長帯域の光を発することができる複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤを時間差で発光させる制御回路部と、を有する。

光検出器３３は、第１実施形態と同様に、複数の被検出部３６の特徴的吸収帯のすべてに対応する検出帯域Ｂを有する。このため、光検出器３３の検出帯域Ｂは、第２光源３２で照射される波長帯域の異なる光のすべてに対応している。光検出器３３は、例えばシリコンフォトダイオードで構成される。

第２実施形態によれば、曲率センサ２２は、可撓性のある線状の検出対象に沿って設けられ、前記検出対象の曲率を検出可能であって、波長の異なる複数種類の光を時間差で照射することが可能な光源と、前記検出対象に沿って設けられ、前記光源からの光を導光する導光部材３１と、導光部材３１の長手方向Ｌに沿った複数個所に設けられた光吸収性のある複数の被検出部３６であって、互いに異なる固有の吸収パターンを有する吸収帯４６と吸収帯４６中における固有の特徴的吸収パターンを有する特徴的吸収帯とを有する複数の被検出部３６と、前記複数の被検出部３６のそれぞれが有する前記特徴的吸収帯のすべてに対応するとともに、前記光源から被検出部３６に照射された前記特徴的吸収帯に対応する帯域の光のうち、前記特徴的吸収帯で吸収されなかった残部光を検出可能な検出波長帯域を有する光検出器３３と、前記残部光の変化率に基づいて前記検出対象の曲率を演算する演算部と、を有する。

この構成によれば、第１実施形態と同様に、特徴的吸収帯に対応する帯域で、光検出器３３に到達する光（残部光）の変化率を検出できる。さらに本実施形態では、光源から波長の異なる複数種類の光を時間差で照射するため、光検出器３３において時間差で光の情報を受け取ることができ、残部光の分離性が良好となる。このため、光検出器３３における検出分解能が向上し、曲率の検出精度をさらに向上できる。また、光検出器３３として簡易なものを使用することができ、曲率センサ２２のコストダウンを実現できる。

上記した実施形態に記載した内視鏡装置１１および曲率センサ２２は、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに、第１実施形態中の構成要素と第２実施形態中の構成要素とを組み合わせて１個の発明を構成することもできる。

本発明の曲率センサ２２は、先端硬質部に設けられる照明光学系や、画像撮影装置、モニタ及び対物レンズ等を含む観察光学系が存在しない内視鏡装置やカテーテルにも適用できる。また、本発明の曲率センサ２２は、医療用内視鏡装置だけでなく、工業用の内視鏡装置にも適用できる。

１１…内視鏡装置、２２…曲率センサ、２６…挿入部、３１…導光部材、３２…第２光源、３３…光検出器、３６…被検出部、３８…制御・演算部、４１…コア、４２…クラッド、４６…吸収帯、５１…誘電体膜効果増大樹脂。

Claims (10)

1. 可撓性のある線状の検出対象に沿って設けられ、前記検出対象の曲率を検出可能な曲率センサであって、
   所定の波長帯域の光を発生する光源と、
   前記検出対象に沿って設けられ、前記光源からの光を導光する導光部材と、
   前記導光部材の長手方向に沿った複数個所に設けられた光吸収性のある複数の被検出部であって、各被検出部は、前記波長帯域において、互いに異なる固有の吸収パターンを有する吸収スペクトル特性を有し、前記波長帯域には、各被検出部の前記吸収スペクトル特性における固有の特徴的吸収パターンを有する特徴的吸収帯が含まれる、複数の被検出部と、
   前記光源から前記導光部材で導光されて前記被検出部を通過した光を受光して、前記特徴的吸収帯を含む検出波長帯域における光を検出する光検出器と、
   前記光検出器で検出した光の強度の変化率に基づいて前記検出対象の曲率を演算する演算部と、
   を有し、
   前記波長帯域に含まれる前記特徴的吸収帯の数は、前記被検出部の数以上であり、
   各特徴的吸収帯では、各被検出部が、所定以上であって互いに異なる光吸収率を有する、曲率センサ。
2. 前記複数の被検出部中の一つの被検出部の前記吸収スペクトル特性は、前記波長帯域のうち前記特徴的吸収帯以外で前記複数の被検出部中の他の被検出部の前記吸収スペクトル特性と同じ部分を有する、請求項１に記載の曲率センサ。
3. 前記光検出器は、複数の検出波長領域からなる前記検出波長帯域を有し、
   前記複数の検出波長領域のうちの一つは、前記複数の検出波長領域のうちの他の検出波長領域の一部と重なる部分を有する、請求項１又は２に記載の曲率センサ。
4. 前記光源は、前記特徴的吸収帯の波長成分の一部を少なくとも含む光を照射する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の曲率センサ。
5. 前記光源は、前記特徴的吸収帯の全波長成分において略均一な光強度を有する前記波長帯域の光を発光する、請求項４に記載の曲率センサ。
6. 前記被検出部は、色素を含有する樹脂、誘電体膜、および前記色素を含有する樹脂と前記誘電体膜との組み合わせ、のいずれかで構成されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の曲率センサ。
7. 前記導光部材は、
   コアと、
   前記コアを取り囲むとともに、前記複数の被検出部を収納した複数の収納部を前記導光部材の長手方向に沿った複数個所に含んだクラッドと、
   を有し、
   前記被検出部は、色素を含有する樹脂を含み、
   前記色素を含有する樹脂は、前記クラッドと同等の柔軟性を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の曲率センサ。
8. 前記導光部材は、
   コアと、
   前記コアを取り囲むとともに、前記複数の被検出部を収納した複数の収納部を前記導光部材の長手方向に沿った複数個所に含んだクラッドと、
   を有し、
   前記被検出部は、誘電体膜を含み、当該誘電体膜には、前記コアに接する面とは反対側の面に前記コアよりも屈折率が高い部材が密着される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の曲率センサ。
9. 可撓性のある線状の検出対象に沿って設けられ、前記検出対象の曲率を検出可能な曲率センサであって、
   波長帯域の異なる複数種類の光を時間差で照射する光源と、
   前記検出対象に沿って設けられ、前記光源からの光を導光する導光部材と、
   前記導光部材の長手方向に沿った複数個所に設けられた光吸収性のある複数の被検出部であって、各被検出部は、前記波長帯域において、互いに異なる固有の吸収パターンを有する吸収スペクトル特性を有し、前記波長帯域には、各被検出部の前記吸収スペクトル特性における固有の特徴的吸収パターンを有する特徴的吸収帯が含まれる、複数の被検出部と、
   前記光源から前記導光部材を導光されて前記被検出部を通過した光を受光して、前記特徴的吸収帯を含む検出波長帯域における光を検出可能な光検出器と、
   前記光検出器で検出した光の強度の変化率に基づいて前記検出対象の曲率を演算する演算部と、
   を有し、
   前記波長帯域に含まれる前記特徴的吸収帯の数は、前記被検出部の数以上であり、
   各特徴的吸収帯では、各被検出部が、所定以上であって互いに異なる光吸収率を有する、曲率センサ。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の曲率センサと、
    前記曲率センサによって曲率が検出される前記検出対象である挿入部と、
    を備えた内視鏡装置。

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