JP6333518B2 - 管状システム - Google Patents

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Description

本発明は、可撓性の挿入部を有する管状装置を含む管状システムに関する。
可撓性の挿入部を有する管状装置として内視鏡がある。特許第４６９４０６２号明細書は、そのような内視鏡のひとつを開示している。その内視鏡は、挿入部可撓管の曲がりを検出する機能を備えており、そのため、複数の曲がり検出用光ファイバーが配置されたフレキシブルな帯状部材が挿入部可撓管に配置されている。曲がり検出用光ファイバーには、曲げられた程度に対応して光の伝達量が変化する曲がり検出部が形成されている。また、曲がり検出用光ファイバーに光を入射させる発光ダイオードと、曲がり検出用光ファイバーから射出される光を光電変換して電気信号を出力するフォトダイオード等がコネクタ内に配置されている。
特許第４６９４０６２号公報
このように発光ダイオードやフォトダイオードが搭載された内視鏡には、次のような不具合がある。
内視鏡は、使用後に、高温・高圧・腐食性ガスによる殺菌処理を施す必要がある。このため、内視鏡は、発光ダイオードやフォトダイオードを殺菌処理から保護する構造であることが要求される。これは、コストアップやサイズアップの要因となる。
また、管状システムでは、内視鏡等の管状装置が交換して使用されることが多い。つまり、複数の管状装置１００に対して、一つの管状装置処理ボックス（内視鏡画像処理回路や内視鏡照明ボックスなど）を兼用することが多い。すべての内視鏡に、発光ダイオードやフォトダイオードを搭載する必要がある。これは、内視鏡のコストアップや、管状装置処理ボックスの汎用性を制限する要因となる。
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、管状装置が製造や大きさの面で有利な構成をしているとともに汎用性の高い管状システムを提供することである。
本発明による管状システムは、可撓性の挿入部と物理量を検出するための物理量検出器とを備えた管状装置と、前記物理量検出器の信号を処理する物理量検出器用信号処理ボックスと、前記管状装置と前記物理量検出器用信号処理ボックスとを接続する、前記管状装置と前記物理量検出器用信号処理ボックスの双方に対して着脱可能な接続ケーブルを有している。前記物理量検出器は、前記挿入部に配置された光導波路を有している。前記接続ケーブルは、前記物理量検出器の光導波路に光を供給する光源と、前記物理量検出器によって変調された光を検出する光検出器と、前記物理量検出器との間で光信号の授受を行う光入出射部と、前記物理量検出器用信号処理ボックスとの間で電気信号の授受を行う電気入出力部を有している。前記物理量検出器と前記光源と前記光検出器と前記光入出射部は、前記物理量を検出するセンサを構成する。
本発明によれば、管状装置が製造や大きさの面で有利な構成をしているとともに汎用性の高い管状システムが提供される。
管状システムの一構成例を示している。 管状システムの別の構成例を示している。 管状システムのまた別の構成例を示している。 光検出器の構成例を示している。 管状システムの接続例を示している。 接続ケーブルの構成例を示している。 接続ケーブルの別の構成例を示している。 図７の接続ケーブルを含む管状システムの接続例を示している。 接続ケーブルのまた別の構成例を示している。 図９の接続ケーブルを含む管状システムの接続例を示している。 二つの発光素子で構成された光源の発光スペクトルを示している。 管状装置と接続ケーブルの接続例を示している。 管状装置と接続ケーブルの別の接続例を示している。 管状装置と接続ケーブルのまた別の接続例を示している。 管状装置と接続ケーブルのさらに別の接続例を示している。 管状装置と接続ケーブルのまたさらに別の接続例を示している。 光ファイバーの湾曲に応じた光伝達量の模式図である。 温度センサであるファイバーセンサの構成例を示している。 温度センサであるファイバーセンサの別の構成例を示している。
以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。管状システムの一構成例を図１に示す。図１に示すように、管状システムは、被検体の管空に挿入される可撓性の挿入部と、物理量を検出するための物理量検出器１１１を備えた管状装置１００と、物理量検出器１１１の信号を処理する物理量検出器用信号処理ボックス３００と、管状装置１００と物理量検出器用信号処理ボックス３００とを接続する着脱可能な接続ケーブル２００を有している。
管状装置１００は、医療用内視鏡、工業用内視鏡、カテーテルなどであってよい。物理量検出器１１１によって検出される物理量は、管状装置１００の挿入部の形状、温度、位置などである。物理量検出器１１１は、管状装置１００の挿入部に配置された光導波路を有している。光導波路は、例えば光ファイバーで構成されてよい。あるいは、光導波路は、光を閉じ込めて伝達し、被検出部１３２に柔軟性がある積層構造の膜状導波路で構成されてもよい。光導波路内を伝搬する光は、管状装置１００の挿入部の形状、温度、位置などに依存して変調される。
接続ケーブル２００は、物理量検出器１１１の光導波路に光を供給する光源２１１と、物理量検出器１１１によって変調された光を検出する光検出器２１４と、物理量検出器１１１との間で光信号の授受を行う光入出射部２１３と、物理量検出器用信号処理ボックス３００との間で電気信号の授受を行う電気入出力部２１５を有している。接続ケーブル２００はまた、光入出射部２１３と光源２１１と光検出器２１４との間の光の流れを定めている光分配部２１２を有していてよい。図示していないが、接続ケーブル２００に、光源２１１を安定して駆動するためのフィードバック系が搭載されていてもよい。
管状装置１００内の物理量検出器１１１は、接続ケーブル２００内の光源２１１と光検出器２１４と光入出射部２１３と共働して、物理量を検出するセンサを構成する。このセンサは、例えば、光の光量変化を検出するセンサ（ファイバーセンサや長周期ＦＢＧセンサなど）や、光の波長変化を検出するセンサ（短周期ＦＢＧセンサなど）で構成されてよい。その他、光導波路を利用したセンサであり、光導波路に光を供給し、光導波路内を伝搬した光を検出する系を有しているものであれば、何でも適応可能である。
物理量検出器用信号処理ボックス３００は、物理量検出器１１１を制御する物理量検出器制御部３１１と、管状装置１００の挿入部の物理量を演算する演算部３１２と、光源２１１や光分配部２１２や光検出器２１４や物理量検出器制御部３１１や演算部３１２に電力を供給する電力供給源３１３を有している。物理量検出器用信号処理ボックス３００は、例えばコンピュータ（ＰＣ）で構成されてよく、また、管状装置画像処理ボックスや管状装置光源ボックスなどと一体に構成されてもよい。
管状システムの別の構成例を図２に示す。図１に示した部材と同様の部材は同一の参照符号で示し、その詳しい説明は省略する。図２に示すように、この管状システムでは、物理量検出器用信号処理ボックス３００が物理量検出器制御部３１１を有している代わりに、接続ケーブル２００の電気入出力部２１５が、物理量検出器１１１を制御する物理量検出器制御部２１６を有している。図示しないが、接続ケーブル２００は、光源２１１や光分配部２１２や光検出器２１４や物理量検出器制御部２１６に電力を供給する電力供給源を有していてもよい。また、物理量検出器用信号処理ボックス３００が演算部３１２を有している代わりに、接続ケーブル２００の電気入出力部２１５が演算部３１２を有していてもよい。
管状システムのまた別の構成例を図３に示す。図２に示した部材と同様の部材は同一の参照符号で示し、その詳しい説明は省略する。図３に示すように、この管状システムでは、接続ケーブル２００の電気入出力部２１５が物理量検出器制御部２１６に加えて通信モジュール２１７を有しており、また物理量検出器用信号処理ボックス３００が通信モジュール３１４を有しており、電気入出力部２１５と物理量検出器用信号処理ボックス３００の間の電気信号の授受が無線で行われる。
このような管状システムにおいては、管状装置１００を高温・高圧・腐食性ガスによる殺菌環境に曝したとしても、光源２１１や光検出器２１４さらには光分配部２１２などの劣化や腐食の可能性のある部品を管状装置１００に搭載していないので、故障や性能劣化などの可能性を低く抑えることが可能となる。このとき、光源２１１、光検出器２１４、光入出射部２１３、光分配部２１２といった光に係る構成部を接続ケーブル２００内に配置することにより、光信号同士の接続箇所を管状装置１００（医療用内視鏡、工業用内視鏡、カテーテルなど）と接続ケーブル２００との１箇所としているので、信号接続ロスが発生しにくく、取り扱いのしやすい管状システムを提供することが可能となる。また、医療機関などが管状装置１００を準備しておく場合、管状装置１００を管状装置１００の管状装置処理ボックス（内視鏡画像処理回路や内視鏡照明ボックスなど）よりも多数揃えておく。このよう状況から、管状装置１００内の高価な部品点数（光源２１１、光検出器２１４、光入出射部２１３、光分配部２１２など）を減らし、管状装置処理ボックスと同数程度準備しておけばよい。光源２１１と光検出器２１４と光入出射部２１３を、また追加的に光分配部２１２の部品を接続ケーブル２００に搭載することにより、コストの低減に効果がある。
接続ケーブル２００の機能と物理量検出器用信号処理ボックス３００の機能とを管状装置処理ボックスに含めることも考えることができるが、その場合、管状装置処理ボックスの汎用性（どのような形式の管状装置１００でも可能な限り接続可能とする、物理量検出器１１１の種類が違った場合でも接続可能とする）・拡張性が劣ることになる。これに比べて、本実施形態の管状システムでは、接続ケーブル２００と物理量検出器用信号処理ボックス３００が管状装置処理ボックスから独立しているので、管状装置処理ボックスの汎用性・拡張性の面で優れている。
接続ケーブル２００内に物理量検出器制御部２１６や演算部３１２を、更には通信モジュール２１７を小型・高密度実装し、物理量検出器１１１の出力を汎用性の高いデータ形式にまで変換してから出力することにより、管状装置処理ボックスの汎用データ通信コネクタや、コンピュータ（ＰＣ）の通信（無線通信，ＲＳ−２３２Ｃ，ＵＳＢなど）コネクタに接続して利用することも可能であり、管状装置１００、物理量検出器１１１共に汎用性の高い構成である。
光検出器２１４の構成例を図４に示す。図４に示すように、光検出器２１４は、物理量検出器１１１によって変調された光信号を電気信号に変換する光電変換要素２２１を有している。光検出器２１４は、追加的に、光電変換後の電流信号を電圧信号に変換する電流／電圧変換要素２２２を、さらに、電流／電圧変換後のアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換要素２２３を、さらに、アナログ／デジタル変換後のデジタル変換値を記憶するメモリ２２４を有していてもよい。光検出器２１４はさらに、光電変換要素２２１からの電気信号を、もしあれば、電流／電圧変換要素２２２とアナログ／デジタル変換要素２２３とメモリ２２４からの電気信号を出力する出力部２２５と、光電変換要素２２１と出力部２２５を、もしあれば、電流／電圧変換要素２２２とアナログ／デジタル変換要素２２３とメモリ２２４を制御する光検出器制御部２２６を有している。
したがって、接続ケーブル２００と物理量検出器用信号処理ボックス３００の間で授受される電気信号は、物理量検出器１１１によって変調された光が光電変換された後の電流信号、電流信号が電流／電圧変換された後の電圧信号、電圧信号がアナログ／デジタル変換された後のデジタル信号またはデジタル変換値のいずれであってもよい。
また、電気信号の授受（やり取り）の方法は、パラレル接続方式でもシリアル接続方式でも構わない。検出する物理量や処理速度、ノイズなどの影響を考慮し、物理量検出器１１１の出力結果を適切な信号形態で物理量検出器用信号処理ボックス３００に伝達することができる。
管状システムの接続例を図５に示す。図５では、管状装置１００は、内視鏡として描かれており、管状システムコネクタ１５０を介して、管状装置画像処理回路１６０と管状装置照明ボックス１７０と接続される。管状装置画像処理回路１６０と管状装置照明ボックス１７０は一体化されていてもよい。また、接続ケーブル２００は、管状システムコネクタ１５０に接続される。したがって、管状装置１００は、管状システムコネクタ１５０と接続ケーブル２００を介して、物理量検出器用信号処理ボックス３００と接続される。
接続ケーブル２００の構成例を図６に示す。図６に示すように、接続ケーブル２００は、管状装置１００に対して着脱可能に構成された着脱部２３１と、物理量検出器用信号処理ボックス３００に対して着脱可能に構成された着脱部２３２と、着脱部２３１と着脱部２３２とを接続している接続部材２３３を有している。
着脱部２３１は、管状装置１００に接続されるコネクタ部分である。着脱部２３２は、物理量検出器用信号処理ボックス３００に接続されるコネクタ部分である。接続部材２３３は、フレキシブル部材または硬質部材のいずれかで構成されてもよく、また、フレキシブル部材と硬質部材との複合材で構成されてもよい。
着脱部２３１には光入出射部２１３が収容されており、着脱部２３２には電気入出力部２１５が収容されている。光源２１１は、着脱部２３１と着脱部２３２のいずれに収容されていてもよい。光検出器２１４は、着脱部２３１と着脱部２３２のいずれに収容されていてもよい。もしあれば、光分配部２１２は、例えば、光源２１１と光検出器２１４と一緒に着脱部２３２に収容されていてよい。また、光分配部２１２は、光源２１１と光検出器２１４の収容箇所に関係なく、着脱部２３１に収容されていてもよい。
光源２１１と光検出器２１４が共に着脱部２３１に収容されている場合、着脱部２３１までが光信号取り扱い範囲になる。また、光源２１１と光検出器２１４の少なくとも一方が着脱部２３２に収容されている場合、着脱部２３２までが光信号取り扱い範囲になる。
光源２１１と光検出器２１４が共に管状装置接続側の着脱部２３１に収容されている構成は、着脱部２３１において光信号が電気信号に変換されるため、物理量検出器用信号処理ボックス接続側の着脱部２３２の近辺のケーブルの取り扱いがより容易になる利点がある。また、光源２１１と光検出器２１４が共に物理量検出器用信号処理ボックス接続側の着脱部２３２に収容されている構成は、管状装置接続側の着脱部２３１の小型化に適している。
接続ケーブル２００の別の構成例を図７に示し、その接続ケーブル２００を含む管状システムの接続例を図８に示す。図７に示すように、接続ケーブル２００は、管状装置１００に対して着脱可能に構成された着脱部２３１と、物理量検出器用信号処理ボックス３００に対して着脱可能に構成された着脱部２３２と、着脱部２３１と着脱部２３２の間に配置された中継部２３４と、着脱部２３１と中継部２３４とを接続している接続部材２３５と、中継部２３４と着脱部２３２とを接続している接続部材２３６を有している。
接続部材２３５と接続部材２３６は、接続部材２３３と同様に構成されてよい。
着脱部２３１には光入出射部２１３が収容されている。着脱部２３２には電気入出力部２１５が収容されている。光源２１１と光検出器２１４の一方は中継部２３４に収容されている。光源２１１と光検出器２１４の他方は、着脱部２３１と中継部２３４のいずれかに収容されている。もしあれば、光分配部２１２は、例えば、光源２１１と光検出器２１４と一緒に中継部２３４に収容されていてよい。また、光分配部２１２は、光源２１１と光検出器２１４の一方と一緒に、または、光源２１１と光検出器２１４とは別に、着脱部２３１に収容されていてもよい。
この構成例においては、いずれの場合においても、中継部２３４までが光信号取り扱い範囲になる。
光源２１１と光検出器２１４が共に中継部２３４に収容されている構成は、管状装置接続側の着脱部２３１の小型化に適している。
接続ケーブル２００のまた別の構成例を図９に示し、その接続ケーブル２００を含む管状システムの接続例を図１０に示す。これらの図において、図１〜８に示した部材と同様の部材は同一の参照符号で示し、その詳しい説明は省略する。図１０に示すように、管状装置１００は内視鏡である。図９に示すように、管状装置１００すなわち内視鏡は、被検体を撮影するための撮像部１１２を備えており、撮像部１１２は、内視鏡の挿入部内に配置されている。撮像部１１２は、管状システムコネクタ１５０を介して、管状装置画像処理回路１６０内の撮像部制御・画像処理部１６１と電力供給源１６２と接続される。接続ケーブル２００は、光源２１１と光検出器２１４と光入出射部２１３と電気入出力部２１５（と光分配部２１２）に加えて、内視鏡による撮影に必要な照明光を供給する照明光導波路２１８を有している。照明光導波路２１８は、管状装置照明ボックス１７０に接続された際に、管状装置照明ボックス１７０内の照明光源１７１に光学的に接続された照明光導波路１７２と光学的に接続され、また、管状装置１００に接続された際に、管状装置１００内の照明光導波路１１３と光学的に接続される。図１０からわかるように、接続ケーブル２００は、管状システムコネクタ１５０を部分的に包含した構成、別の言い方をすれば、管状装置接続側の着脱部２３１が管状システムコネクタ１５０と一体化された構成になっているとも言える。
このように、接続ケーブル２００内に照明光導波路２１８を含めることにより、接続ケーブル２００を管状システムコネクタ１５０の長さ方向に配置しやすい。このようにすると、管状システムコネクタ１５０の周方向に不要な出っ張りが存在せず、取り扱いのし易い構成を提供することが可能となる。また、この構成であると、照明光導波路２１８と物理量検出器１１１の光導波路とが並列に配置され、管状システムコネクタ１５０に対して曲げる必要が無いことから、管状システムコネクタ１５０を小型化しやすく、取り扱いのし易い構成を提供することが可能となる。また、管状装置１００と管状システムコネクタ１５０の接続を切り離すだけで、管状装置照明ボックス１７０と物理量検出器用信号処理ボックス３００から管状装置１００を取り外すことができる
光源２１１は、少なくともレーザーダイオード、ＬＥＤ、ランプの一つ、もしくは、これらの光を受けて蛍光を発する蛍光材、または、これらの組み合わせで構成されてよい。このような光源２１１は、小型に搭載可能であり、接続ケーブル２００のサイズを小型に構成することが可能となる。具体的なサイズは、およそ管状装置１００と管状装置処理ボックスとを接続しているケーブルのサイズ程度で可能となる。また、このような光源２１１は重量も軽量であるため、医療関係者が重みで困難することの無い重量に接続ケーブル２００を構成することが可能となる。レーザーダイオードのように戻り光が出力に影響を与える場合、光源２１１はアイソレータ（図示せず）などを含んでいてもよい。
また、光源２１１は、複数の発光素子を組み合わせて構成されてよい。一例として、二つの発光素子２１１ａ，２１１ｂで構成された光源２１１の発光スペクトルを図１１に示す。図１１において、一点鎖線が、発光素子２１１ａ単体の発光スペクトルを示し、破線が、発光素子２１１ｂ単体の発光スペクトルを示し、実線が、光源２１１全体の発光スペクトルを示している。これにより、１つの発光素子２１１ａ，２１１ｂだけで不足する波長帯域の光を供給することも可能となる。さらに、複数の発光素子を切り替えて利用することにより、複数の物理量検出器１１１に対応したり、検出時間をずらして検出したりすることも可能となる。
管状装置１００と接続ケーブル２００の接続例を図１２に示す。図１２に示すように、光源２１１は、発光素子２４１と、発光素子２４１からの光を光分配部２１２に結合するレンズ２４２を有している。光分配部２１２は、光ファイバーを利用した光ファイバーカプラ２４３を有している。光入出射部２１３は、光ファイバー２４４を有している。光ファイバーカプラ２４３は、三つの端部が、それぞれ、光源２１１と光検出器２１４と光ファイバー２４４に光学的に接続されている。
物理量検出器１１１は、光導波路である光ファイバー１３１と、光ファイバー１３１に設けられた被検出部１３２と、光ファイバー１３１の先端に設けられた反射部材１３３を有している。光ファイバー１３１は、管状装置１００の挿入部に沿って配置されている。被検出部１３２は、光ファイバー１３１内を伝搬する光を物理量に依存して変調する機能を有している。反射部材１３３は、例えば光ファイバーにアルミなどを蒸着して形成したミラーである。反射部材１３３は、光源２１１から供給された光が被検出部１３２を経て光ファイバー１３１の端に達した光を光検出器２１４側に戻す働きをする。
管状装置１００と接続ケーブル２００の接続の際、光ファイバー１３１と光ファイバーカプラ２４３が互いに光学的に結合される。つまり、光入出射部２１３は、光ファイバー同士の接続を介して物理量検出器１１１と接続される。ファイバー同士の接続は、光入出射部２１３と物理量検出器１１１を軽量に構成することに有利である。
光分配部２１２が光ファイバーカプラ２４３で構成されるため、光分配部２１２を小型に構成することが可能となる。
管状装置１００と接続ケーブル２００の別の接続例を図１３に示す。図１２に示した部材と同様の部材は同一の参照符号で示し、その詳しい説明は省略する。図１３に示すように、光源２１１は、発光素子２５１と、発光素子２５１からの光を平行光にするレンズ２５２を有している。光分配部２１２は、ビームスプリッター２５３を有している。光分配部２１２は、ビームスプリッター２５３に代えてハーフミラーを有していてもよい。光入出射部２１３は、光分配部２１２からの平行光を収束して光ファイバー１３１に結合する集光光学系であるレンズ２５４を有している。この接続例では、管状装置１００と接続ケーブル２００の接続の際、光入出射部２１３は、集光光学系を介して物理量検出器１１１と接続される。接続ケーブル２００内において光を光ファイバーに入れなくてもよい。
また、光入出射部２１３はレンズ２５４を有している代わりに、図１３の楕円内に示すように、光入出射部２１３がカバーガラス２５５を有し、物理量検出器１１１が、カバーガラス１３５と、光入出射部２１３から平行光を収束して光ファイバー１３１に結合する集光光学系であるレンズ１３４を有していてもよい。この接続例では、管状装置１００と接続ケーブル２００の接続の際、光入出射部２１３は、平行光接続を介して物理量検出器１１１と接続される。光入出射部２１３のカバーガラス２５５と物理量検出器１１１のカバーガラス１３５は、ほこり除けとして機能する。これらに万が一ほこりが付いたとしても、光接続を完全に遮断することないため、容易に光接続を行うことが可能となる。
管状装置１００と接続ケーブル２００のまた別の接続例を図１４に示す。図１２に示した部材と同様の部材は同一の参照符号で示し、その詳しい説明は省略する。図１４に示すように、接続ケーブル２００は、一つの光源２１１と、二つの光検出器２１４を有している。光入出射部２１３は、二つの光ファイバー２４４を有している。光分配部２１２は、三つの光ファイバーカプラ２４３，２４５を有している。光ファイバーカプラ２４５の一つの端部は光源２１１に接続され、他の二つの端部は各光ファイバーカプラ２４３の一つの端部に接続されている。各光ファイバーカプラ２４３の他の一つの端部は光検出器２１４に接続され、残る一つの端部は光ファイバー２４４に接続されている。物理量検出器１１１は、二つの光ファイバー１３１と、二つの反射部材１３３を有している。管状装置１００と接続ケーブル２００の接続の際、光ファイバー１３１と光ファイバー２４４が互いに光学的に結合される。つまり、光入出射部２１３は、光ファイバー同士の接続を介して物理量検出器１１１と接続される。
光分配部２１２が三つの光ファイバーカプラ２４３，２４５を有していることにより、二つの光ファイバー１３１を有している物理量検出器１１１に対応している。光分配部２１２をさらに多くの光ファイバーカプラを有している構成とすることにより、物理量検出器１１１がさらに多くの光ファイバー１３１を有している構成に対応することが可能となる。
管状装置１００と接続ケーブル２００のさらに別の接続例を図１５に示す。図１２に示した部材と同様の部材は同一の参照符号で示し、その詳しい説明は省略する。図１５に示すように、接続ケーブル２００に光分配部は無く、光入出射部２１３は、光源２１１と接続された光ファイバー２４６と、光検出器２１４と接続された光ファイバー２４７を有している。物理量検出器１１１は、ループ状に延びている光ファイバー１３６を有している。光ファイバー１３６には被検出部１３２が設けられている。管状装置１００と接続ケーブル２００の接続の際、光ファイバー１３６の一方の端部が光ファイバー２４６と光学的に結合され、他方の端部が光ファイバー２４７と光学的に結合される。つまり、光入出射部２１３は、光ファイバー同士の接続を介して物理量検出器１１１と接続される。
管状装置１００と接続ケーブル２００のまたさらに別の接続例を図１６に示す。図１２に示した部材と同様の部材は同一の参照符号で示し、その詳しい説明は省略する。図１６に示すように、光分配部２１２は、光偏向素子として機能するＭＥＭＳミラー２４９を有している。光源２１１が、波長多重成分を有する光を射出し、光分配部２１２が、分光素子を有していてもよい。
図１２〜図１６に示した管状システムにおいて、管状装置１００内の物理量検出器１１１は、接続ケーブル２００内の光源２１１と光検出器２１４と光入出射部２１３と共に、もしあればさらに光分配部２１２と共に、物理量を検出するファイバーセンサを構成している。例えば、ファイバーセンサは、管状装置１００の挿入部の形状変化に伴い光導波路に加えられた形状変化に基づいて管状装置１００の挿入部の形状変化を検出する形状センサである。この形状センサであるファイバーセンサは、光ファイバー１３１への入射光と光ファイバー１３１からの出射光との特性の関係を検出することにより、光ファイバー１３１に設けた被検出部１３２の湾曲の方向と大きさを得るセンサである。ファイバーセンサを利用すると、光導波路すなわち光ファイバー１３１が管状装置１００の挿入部の径方向に占有する面積を小さく抑えることが可能となる。
ファイバーセンサは、入出射光の特性に基づいて物理量を検出するので、管状装置１００には、被検出部１３２を形成した光ファイバー１３１，１３６のみを配置し、光源２１１や光検出器２１４は、接続ケーブル２００の中に搭載することができる。これにより、光の接続点が管状装置１００と接続ケーブル２００の１箇所のみであり、信号ロスの少ない、取り扱い容易な管状システムを提供することが可能となる。また、光源２１１や光検出器２１４を収容した接続ケーブル２００を、高温・高圧・腐食性ガスによる殺菌に対して耐性を有している構造としなくてよいため、低コストで小型に構成することが可能となる。さらに、管状装置１００に配置する部品が少ないので、管状装置１００を低コストで提供することが可能となる。
被検出部１３２が設けられた光ファイバー１３１は、管状装置１００の可撓性の挿入部に搭載される。挿入部が湾曲すると、この湾曲に応じて光ファイバー１３１が湾曲し、これに伴って光ファイバー１３１内を伝搬する光の一部が被検出部１３２を通じて外部に出射する（漏れる）。すなわち、被検出部１３２は、光ファイバー１３１の一側面に設けられ、光ファイバー１３１の湾曲に応じて伝搬する光の一部を外部に出射させる。つまり、被検出部１３２は、光ファイバー１３１の光学特性、例えば光伝達量を変化させるものである。
図１７は、光ファイバー１３１の湾曲に応じた光伝達量の模式図である。図中、（ａ）は、被検出部１３２が設けられた側に光ファイバー１３１が湾曲したときの光伝達量を示し、（ｂ）は、光ファイバー１３１が湾曲していないときの光伝達量を示し、（ｃ）は、被検出部１３２が設けられた側とは反対側に光ファイバー１３１が湾曲したときの光伝達量を示している。図１７に示すように、被検出部１３２が設けられた側に光ファイバー１３１が湾曲すると、光ファイバー１３１の光伝達量は、光ファイバー１３１が湾曲していないときよりも大きくなる。また光伝達量は、湾曲が大きくなるにつれて大きくなる。これとは反対に、被検出部１３２が設けられた側とは反対側に光ファイバー１３１が湾曲すると、光ファイバー１３１の光伝達量は、光ファイバー１３１が湾曲していないときよりも小さくなる。また光伝達量は、湾曲が大きくなるにつれて小さくなる。
このように、管状装置１００の可撓性の挿入部の湾曲に伴って光ファイバー１３１が湾曲すると、その湾曲の方向と大きさに応じて光ファイバー１３１の光伝達量が変化する。この光伝達量の変化の情報を含む光信号が、光検出器２１４によって電気信号に変換されて演算部３１２に送られ、演算部３１２において、実際に湾曲している部分の挿入部の湾曲形状すなわち湾曲の方向と大きさが演算される。
ここでは、変化する光学特性として、光伝達量の例をあげたが、これに限定されるものではなく、例えばスペクトルや偏波などの光の状態であってもよい。この場合、ファイバーセンサは、スペクトルや偏波などの光の状態を検出するものであればよい。
ファイバーセンサの別の構成例を図１８に示す。このファイバーセンサは、温度を検出し得る温度センサである。光源２１１は広帯域の光を射出するように構成されている。光検出器２１４は分光検出器の機能を有している。管状装置１００の挿入部に配置された光ファイバー１４１は、コアにＦＢＧ１４２が形成されている。ＦＢＧ１４２が形成された光ファイバー１４１の部分は、ひずみが加わらない管状装置１００の挿入部の箇所に固定されているか、ひずみが加わらない構造にしてから管状装置１００の挿入部に固定されている。ＦＢＧ１４２は、特定の波長の光を反射し、残り波長の光を透過する。図中の二つのＦＢＧ１４２は、それぞれ、異なる特定の波長の光を反射するように構成されている。
光源２１１から射出された広帯域の光が光ファイバー１４１に入射すると、ＦＢＧ１４２によって、特定の波長の光が反射され、残りは透過する。反射される特定の波長λＢはブラッグ波長と呼ばれ、コアの有効屈折率ｎと回折格子の間隔ｄを用いて、λＢ＝２・ｎ・ｄと表せる。格子間隔と屈折率は、ひずみや温度に依存して変化する。ＦＢＧ１４２が形成された光ファイバー１４１の部分にはひずみが加わらないため、格子間隔と屈折率は、温度に依存して変化する。格子間隔と屈折率が変化すると、ブラッグ波長がシフトするため、ＦＢＧ１４２によって反射される光の波長が変化する。ＦＢＧ１４２によって反射される光の波長が光検出器２１４によって検出され、したがって、温度の変化が検出される。
温度センサの別の構成例を図１９に示す。この温度センサは、光ファイバー１４５中での散乱光を利用している。光源２１１は、パルス状の光を発する。このパルス状の光は、光分配部２１２を経由し、管状装置の挿入部に配置された光ファイバー１４５に入射する。光ファイバー１４５内を伝搬する光の一部が光ファイバー１４５内で散乱される。散乱としては、ブリルアン散乱やラマン散乱などがある。後方散乱された光は、入射光の伝搬方向の反対方向に光ファイバー１４５内を伝搬し、光分配部２１２を経由し、光検出器２１４によって検出される。入射光に対する散乱光（長波長側：ストークス光、短波長側：アンチストークス光）の周波数シフト量は温度に依存する。光源２１１からの入射光と光検出器２１４によって検出される散乱光の間の周波数シフト量を演算することにより、温度が求められる。散乱場所の特定は、散乱光の戻り光時間により行われる。
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
１００…管状装置、１１１…物理量検出器、１１２…撮像部、１１３…照明光導波路、１３１…光ファイバー、１３２…被検出部、１３３…反射部材、１３４…レンズ、１３５…カバーガラス、１３６…光ファイバー、１４１…光ファイバー、１４５…光ファイバー、１５０…管状システムコネクタ、１６０…管状装置画像処理回路、１６１…撮像部制御・画像処理部、１６２…電力供給源、１７０…管状装置照明ボックス、１７１…照明光源、１７２…照明光導波路、２００…接続ケーブル、２１１…光源、２１１ａ…発光素子、２１１ｂ…発光素子、２１２…光分配部、２１３…光入出射部、２１４…光検出器、２１５…電気入出力部、２１６…物理量検出器制御部、２１７…通信モジュール、２１８…照明光導波路、２２１…光電変換要素、２２２…電流／電圧変換要素、２２３…アナログ／デジタル変換要素、２２４…メモリ、２２５…出力部、２２６…光検出器制御部、２３１…着脱部、２３２…着脱部、２３３…接続部材、２３４…中継部、２３５…接続部材、２３６…接続部材、２４１…発光素子、２４２…レンズ、２４３…光ファイバーカプラ、２４４…光ファイバー、２４５…光ファイバーカプラ、２４６…光ファイバー、２４７…光ファイバー、２４９…ＭＥＭＳミラー、２５１…発光素子、２５２…レンズ、２５３…ビームスプリッター、２５４…レンズ、２５５…カバーガラス、３００…物理量検出器用信号処理ボックス、３１１…物理量検出器制御部、３１２…演算部、３１３…電力供給源、３１４…通信モジュール。

Claims (12)

  1. 可撓性の挿入部と物理量を検出するための物理量検出器とを備えた管状装置と、前記物理量検出器の信号を処理する物理量検出器用信号処理ボックスと、前記管状装置と前記物理量検出器用信号処理ボックスとを接続する、前記管状装置と前記物理量検出器用信号処理ボックスの双方に対して着脱可能な接続ケーブルを有している管状システムにおいて、
    前記物理量検出器は、前記挿入部に配置された光導波路を有しており、前記接続ケーブルは、前記物理量検出器の光導波路に光を供給する光源と、前記物理量検出器によって変調された光を検出する光検出器と、前記物理量検出器との間で光信号の授受を行う光入出射部と、前記物理量検出器用信号処理ボックスとの間で電気信号の授受を行う電気入出力部を有しており、前記物理量検出器と前記光源と前記光検出器と前記光入出射部は、前記物理量を検出するセンサを構成することを特徴とする管状システム。
  2. 前記接続ケーブルは、前記管状装置に対して着脱可能に構成された第一の着脱部と、前記物理量検出器用信号処理ボックスに対して着脱可能に構成された第二の着脱部と、前記第一の着脱部と前記第二の着脱部とを接続している接続部材を有しており、前記光入出射部は前記第一の着脱部に収容され、前記電気入出力部は前記第二の着脱部に収容され、前記光源は、前記第一の着脱部と前記第二の着脱部のいずれかに収容され、前記光検出器は、前記第一の着脱部と前記第二の着脱部のいずれかに収容されていることを特徴とする請求項１に記載の管状システム。
  3. 前記光源と前記光検出器は、前記第一の着脱部に収容されていることを特徴とする請求項２に記載の管状システム。
  4. 前記接続ケーブルは、前記光入出射部と前記光源と前記光検出器との間の光の流れを定めている光分配部をさらに有しており、前記光分配部は、前記光源と前記光検出器と一緒に前記第二の着脱部に収容されているか、前記第一の着脱部に収容されていることを特徴とする請求項２に記載の管状システム。
  5. 前記接続ケーブルは、前記管状装置に対して着脱可能に構成された第一の着脱部と、前記物理量検出器用信号処理ボックスに対して着脱可能に構成された第二の着脱部と、前記第一の着脱部と前記第二の着脱部の間に配置された中継部と、前記第一の着脱部と前記中継部とを接続している第一の接続部材と、前記中継部と前記第二の着脱部とを接続している第二の接続部材を有しており、前記光入出射部は前記第一の着脱部に収容され、前記電気入出力部は前記第二の着脱部に収容され、前記光源と前記光検出器の一方は前記中継部に収容され、前記光源と前記光検出器の他方は、前記第一の着脱部と前記中継部のいずれかに収容されていることを特徴とする請求項１に記載の管状システム。
  6. 前記接続ケーブルは、前記光入出射部と前記光源と前記光検出器との間の光の流れを定めている光分配部をさらに有しており、前記光分配部は、前記光源と前記光検出器と一緒に前記中継部に収容されているか、前記第一の着脱部に収容されていることを特徴とする請求項５に記載の管状システム。
  7. 前記管状装置は内視鏡であり、前記接続ケーブルはさらに、前記内視鏡による撮影に必要な照明光を供給する照明光導波路を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかひとつに記載の管状システム。
  8. 前記光源は、少なくともレーザーダイオード、ＬＥＤ、ランプの一つ、もしくは、これらの光を受けて蛍光を発する蛍光材、または、これらの組み合わせであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかひとつに記載の管状システム。
  9. 前記接続ケーブルと前記物理量検出器用信号処理ボックスの間で授受される電気信号は、前記物理量検出器によって変調された光が光電変換された後の電流信号、前記電流信号が電流／電圧変換された後の電圧信号、前記電圧信号がアナログ／デジタル変換された後のデジタル信号のいずれかであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかひとつに記載の管状システム。
  10. 前記光入出射部は、光ファイバー同士の接続、集光光学系、平行光接続のいずれかを介して前記物理量検出器と接続されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかひとつに記載の管状システム。
  11. 前記センサは、前記管状装置の前記挿入部の形状変化に伴い前記光導波路に加えられた形状変化に基づいて前記挿入部の形状変化を検出する形状センサであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかひとつに記載の管状システム。
  12. 前記光分配部は、光ファイバーを利用した光ファイバーカプラ、ビームスプリッター、ハーフミラー、ＭＥＭＳミラー、分光素子の少なくともひとつを有していることを特徴とする請求項４または６に記載の管状システム。
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