JPWO2013115231A1 - 挿入部検出装置及び挿入部検出システム - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、挿入量、及び／又は、回転量の検出の誤差を低減し、且つ挿入部に加工や新たな部材の追加を必要としない挿入量の検出装置及び検出システムを提供することである。挿入量検出装置及び挿入量検出システムは、被挿入体に挿入し検出対象となる挿入部の円筒形状の外周面に向けて光源光を射出する光源部と、外周面からの反射光を受光し、任意の光学パターンを含む外周面の所定の範囲の複数の画像データを、少なくとも一部の光学パターンが一致するように順次取得する光学パターン検出部と、複数の画像データから一致する光学パターンを検出し、挿入部の挿入量と円筒形状の中心軸周りの回転量との少なくとも一方を算出する変位量演算部と、を有している。このために、挿入量の検出装置及び検出システムは、挿入量、及び／又は、回転量の検出の誤差を低減し、且つ挿入部に加工や新たな部材の追加を必要しない。

Description

本発明は、円筒形状である挿入部の挿入量、円筒形状の中心軸周りの回転量の検出を行う検出装置及び挿入部検出システムに関する。

通常、内視鏡装置等の挿入部を被挿入体に挿入する場合に、挿入量を検出する必要がある。例えば、特許文献１では、挿入補助具に対する挿入部の相対的な挿入量を検出するために、少なくとも、挿入補助具に設置されたローラと、ローラの回転数と、を検出するセンサと、で構成されるシステムが提案されている。

この構成において、ローラが挿入部の外周面に接触しながら回転し、その回転数を検出することで挿入量を算出する。さらに、他の実施形態として挿入部に光学的な指標若しくは磁気的な指標を取り付け、光学センサ若しくは磁気センサで指標を読取ることで挿入量を検出するシステム等も記載されている。

特開２００５−１８５３０８号公報

しかしながら、特許文献１で提案されているローラによる検出は、挿入部の外周面上をローラが回転せずに滑ったり、ローラと挿入部の外周面とが離間して、検出に誤差が発生したり、検出ができなくなる可能性がある。一方、光学センサ、若しくは、磁気センサを使用した非接触の検出システムは、挿入部に新たに光学的、若しくは、磁気的な複数の指標を設けなければならず、既販の内視鏡装置に搭載することは容易ではない。

本発明は、挿入量、及び／又は、回転量の検出の誤差を低減し、且つ挿入部に加工や新たな部材の追加を必要としない挿入量、及び／又は、回転量の検出装置及び検出システムを提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明に係る挿入部検出装置は、被挿入体に挿入し検出対象となる挿入部の円筒形状の外周面に向けて光源光を射出する光源部と、外周面からの反射光を受光し、任意の光学パターンを含む外周面の所定の範囲の複数の画像データを、少なくとも一部の光学パターンが一致するように順次取得する光学パターン検出部と、複数の画像データから一致する光学パターンを検出し、挿入部の挿入量と円筒形状の中心軸周りの回転量との少なくとも一方を算出する変位量演算部と、を有している。
前述した実施形態で、挿入部の挿入量、及び／又は、回転量の検出の誤差が低減し、且つ汎用的に使用できる検出装置及び挿入部検出システムが提供される。
本発明の実施形態の検出装置及び挿入部検出システムは、挿入量、及び／又は、回転量の検出の誤差を低減し、被検体の挿入部に加工や新たな部材の追加を必要とせずに容易に挿入量、及び／又は、回転量を検出できる。

図１は、第１の実施形態に係る挿入部検出システムの斜視図である。 図２は、挿入部検出システムの挿入部検出装置の配置図である。 図３は、挿入部検出装置の構成図である。 図４は、光学パターン検出部の概略図である。 図５は、基準パターンの変位を示す図である。 図６は、被挿入体へ直接挿入する挿入部を示す図である。 図７は、第２の実施形態の挿入部検出装置の斜視図である。 図８Ａは、円筒型の位置制限部を有する挿入部検出装置の斜視図である。 図８Ｂは、球体型の位置制限部を有する挿入部検出装置の斜視図である。 図９は、第２の実施形態の挿入部検出装置の斜視図である。

以下図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る挿入部検出システム１の斜視図である。
挿入部検出システム１は、挿入部の動的な挿入量、及び／又は、回転量を検出する挿入部検出装置１１１と、挿入部検出装置１１１で取得されたデータを処理及び解析する制御部１３と、制御部１３で処理された結果等を表示するモニタ１４と、操作者が制御部１３に対する指示を入力する入力部１５と、を有している。図２は、挿入部検出システム１の挿入部検出装置１１１の配置例を示している。図２に示されるように、挿入部検出装置１１１は、被挿入体２１の挿入口２２との間で相対位置（間隔）が変わらないように、挿入口２２の近傍に設置されている。例えば、この場合、挿入部検出装置１１１の位置と挿入口２２の位置とのいずれか一方を基準位置とし、もう一方の位置が変わらないように設置される。

挿入部１２の被挿入体２１内への挿入量、及び／又は、回転量は、挿入部検出装置１１１の設置位置、若しくは挿入口２２を基準として検出される。
図１に示されているように、制御部１３は、後述する挿入部検出装置１１１、モニタ１４及び入力部１５に配線等で接続され、互いに電気信号を送受信する。制御部１３は、後述する挿入部検出器１１１で取得されたデータを解析及び処理し、モニタ１４に結果を電気信号として送信する。モニタ１４は、この結果を画面に表示する。このとき、操作者は、入力部１５で所望の解析及び処理の指示を入力することで、制御部１３の動作を操作できる。例えば、制御部１３は、パーソナルコンピュータである。

挿入部１２は、長尺の部材である。例えば、挿入部１２は、長尺の円筒部材を有し、断面の直径は、２ｍｍ乃至２０ｍｍである。一例として、挿入部１２は、軟性若しくは硬性内視鏡本体、マニピュレータ、及びカテーテル等の処置具の挿入部であり、生体に挿入して使用する、若しくは工業用内視鏡のように構造物に挿入して使用される。また、挿入部１２は、これら内視鏡本体と、これら処置具との挿入部が組合せられたものでも構わない。以下で、挿入部１２は、内視鏡の挿入部として説明する。

図３は、挿入部検出装置１１１の構成図である。
挿入部検出装置１１１は、少なくとも、筐体の内部に収容されているセンサ部３１を有している。図３に示すように、センサ部３１は、光（光源光）を挿入部１２に向けて照射する光源部３０１と、挿入部１２の光学パターンを取得する光学パターン検出部３０２と、変位量を算出する変位量演算部３０３と、を有している。

センサ部３１は、挿入部１２の外周で反射した光の一部を光学パターン検出器３０２の受光素子で受光し、所定の範囲の画像データの少なくとも一部の光学パターンが一致するように順次取得する。そして、変位量演算部３０３は、取得された複数の画像データの任意の画像データの一部の着目する光学パターンを選定し、任意の時間経過後の画像データから着目した光学パターンと一致する光学パターンと検出し、画像上の着目した光学パターンの移動量から変位量を算出する機能を有する。ここで、所定の範囲とは、撮像デバイスである光学パターン検出部３０２の撮像及び検出可能な範囲若しくは領域である。尚、挿入部検出装置１１１は、筐体を有していなくとも良い。以下で、任意の画像データの画像内で着目される光学パターンを基準パターンと称する。また、画像データを撮像している時間は、検出時間と称する。尚、光学パターン検出器３０２は、所定の範囲の画像データを連続して取得し、変位量演算部３０３がその画像データから一致する光学パターンを検出する機能を有していてもよい。

光源部３０１は、光束を検出対象となる円筒形状の挿入部１２の外周面（被検出領域）に向けて射出し、外周面で反射した反射光の一部が光学パターン検出部３０２に入射するように配置されている。また、光源部３０１から射出された光を効率よく、挿入部１２の外周面へ照射するために、光源部３０１と挿入部１２との間に集光レンズが設置されている（図示せず）。以下で、光源部から照射された光、若しくは光束を光源光と称する。

例えば、光源部３０１は、光源光としてコヒーレント光を射出する光源であり、ＬＥＤ若しくはレーザ光源である。本実施形態で光源部３０１は、レーザ光源として説明する。
コヒーレント光は、位相相関があることから、照射する物体が微小な凹凸であっても、反射光に明確な位相差を生じさせことができる。例えば、光沢のあるような平滑な表面に照射した場合でも、コヒーレント光を使用することによって、平滑な表面の鮮明な画像データが取得できる。即ち、コヒーレント光を使用することによって、挿入部１２の外周面の情報が鮮明な光学パターンとして取得できる。光学パターンは、例えば、スペックルパターンである。

図４は、光学パターン検出部３０２の概略図である。
光学パターン検出部３０２は、挿入部１２の外周面で反射した光源光が光学パターン検出部３０２の受光面へ合焦するように、挿入部１２との間に対物レンズが配置されている（図示せず）。

光学パターン検出部３０２は、複数の受光素子が少なくとも２次元方向に配列された撮像デバイスを有している。例えば、光学パターン検出部３０２は、複数の受光素子が、マトリックス状に配列された撮像デバイスを有している。撮像デバイスは、例えば、ＣＣＤ若しくはＣ−ＭＯＳイメージセンサ等である。図４に示すように、光学パターン検出部３０２で挿入方向へ平行な方向に従った軸をｘ軸４１とし、このｘ軸４１と直交する軸をｙ軸４２とする。

光学パターン検出部３０２は、少なくとも、曲率を有する滑らかな表面の情報を画像データとして連続的に撮像し、処理する機能を有している。即ち、光学パターン検出部３０２は、任意の光学パターンを含む挿入部１２の外周面の所定の範囲（被検出領域）を連続的に撮像し、画像処理し、画像データとして外周面の光学パターンを出力する機能を有する。尚、光学パターン検出部３０２は、外周面の形状によって処理できるものが制限されるわけではない。例えば、光学パターン検出部３０２は、凹凸を有する平面であっても、平面の情報を画像データとして処理できる。

光学パターン検出部３０２は、変位量演算部３０３と接続し、検出した画像データを送信する。例えば、光学パターン検出部３０２は、検出開始の検出時間をｔ_０とし、任意の検出時間ｔ_１、ｔ_２…ｔ_ｎ…で連続的に撮像された画像データを変位量演算部３０３へ送信する。

変位量演算部３０３は、制御部１３に接続され、駆動制御されている。変位量演算部３０３は、光学パターン検出部３０２が撮像した複数の画像データにおいて、画像内の一部に存在する任意の基準パターンを選定し、所定の時間経過後の複数の画像データ内の任意の画像データから基準パターンと一致する光学パターンを検出し、画像内におけるこれらの光学パターン間の変位量を算出する、所謂、パターンマッチング機能を有する。ここで、検出する光学パターンの範囲は、調整できる。
さらに、変位量演算部３０３は、画像データ内の基準パターンの変位量から挿入部１２の挿入方向への移動量及び円筒形状の中心軸周りの回転量を算出する機能を有する。

図５は、基準パターンの変位を示す図である。
図５に示すように、変位量演算部３０３は、光学パターン検出部３０２で任意の時間ｔ_ｎ−１に撮像された画像データ５１の画像内に存在する任意に選択された基準パターンαと、この時間ｔ_ｎ−１から任意の時間経過後の時間ｔ_ｎに撮像された画像データ５２の画像内の一部に存在する基準パターンαと、一致する光学パターンα´と、の画像データ上の変位を比較し、ｘ軸４１方向及びｙ軸４２方向の各々の変位量を算出する。従って、変位量演算部３０３は、任意の連続した時間の基準パターンの変位量を積算し、任意の検出時間から所望の検出時間までの挿入部１２の挿入量と、回転量と、を算出できる。

前述した画像データ上の基準パターンの変位量から挿入量と回転量とを算出過程において、事前に画像データ上の基準パターンの変位量から挿入量と回転量とへ変換する各方向の係数が求められている。従って、各座標の変位量に各係数を掛けることによって挿入量と回転量とが算出される。算出された結果は、所望の方向に関して選択的に出力できる。挿入量の計算式である式１と回転量の計算式である式２とを以下に示す。即ち、変位量演算部３０３は、前述した処理を繰り返し、任意の連続した検出時間の各座標の変位量を積算していくことによって、任意の検出時間から所望の検出時間までの挿入部１２の挿入量と回転量とを算出している。

ここで、時間ｔ_ｎ−１から時間ｔ_ｎまでの挿入量：ΔＬ、時間ｔ_ｎ−１から時間ｔ_ｎの画像データの一致したパターンのｘ軸４１の方向の座標差：Δｘ、挿入量変換係数：αとする。

ここで、時間ｔ_ｎ−１から時間ｔ_ｎまでの回転量：Δθ、時間ｔ_ｎ−１と時間ｔ_ｎの画像データの一致したパターンのy軸４２の方向の座標差：Δｙ、回転量変換係数：βとする。

本実施形態では、検出が開始されると、光源部３０１からコヒーレント光が挿入部１２の外周面へ照射される。照射されたコヒーレント光は、外周面で反射し、反射光の一部が光学パターン検出部３０２に入射する。光学パターン検出部３０２は、任意の検出時間に光学パターンを撮像し、画像データとして出力する。このとき、任意の検出時間ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_ｎ・・・で連続的に複数の画像データが取得される。取得された複数の画像データは、変位量演算部３０３へ送信される。

変位量演算部３０３は、任意の検出時間に撮像された画像データの画像内に存在する、少なくとも１つの基準パターンを決定し、この検出時間から所定の時間経過後の複数の画像データの画像内から基準パターンと一致する光学パターンを検出する。また、変位量演算部３０３は、画像内のこれら光学パターンの変位から、ｘ軸４１と、ｙ軸４２と、に従う各方向の変位量を算出する。算出された各軸に従う座標の変位量は、挿入量と回転量とへ変換される。

同様に、任意の時刻間、例えば、時間ｔ_１と時間ｔ_２、時間ｔ_２と時間ｔ_３、・・・時間ｔ_ｎ−１と時間ｔ_ｎと、のように、各々の時刻間の各変位量の演算処理が行われる。そして、基準パターンの連続した時刻間での変位量が積算され、例えば、検出を開始した検出時間ｔ_０の位置から検出を終了した時間ｔ_ｎの位置までの挿入部１２の移動量と回転量とが算出される。尚、挿入部１２の移動量及び回転量は、任意の時間の間隔での量が算出できる。

本実施形態によれば、挿入部検出器１１１は、センサ部３１によって、少なくとも、曲率を有する滑らかな表面の情報を画像データとして連続的に撮像し、処理する機能を有し、任意の時間に撮像した複数の画像データから基準パターンと一致する光学パターンを検出し、これらパターンの変位量から挿入部１２の挿入量及び回転量を算出できる。このため、使用者は、挿入部１２の挿入量、及び／又は、回転量の処理結果を選択的に出力することができる。従って、本実施形態の検出器１１１は、挿入部１２に加工、若しくは新たな部材を付与せずに、挿入量、及び／又は、回転量を正確に検出できる。

また、本実施形態では、光源６から照射される光源光にコヒーレント光を使っているため、挿入部１２の外周面上の凹凸が、インコヒーレントな光を当てた場合に光学パターンに明暗差が出にくいほど微小であっても、コヒーレント光が挿入部１２の外周面上で反射する際に、位相差が生じ、明暗差がはっきり確認出来る位まで強調された像を発生させることができる。すなわちスペックルパターンを発生させることができ、光学パターン検出手段がスペックルパターンを検出することで、インコヒーレントな光では検出しにくい光学パターンも検出しやすくなる。また、挿入部検出装置１１１の内部に設けられたセンサ部３１は、撮像デバイスによって挿入部１２のｘ軸４１方向とｙ軸４２方向との光学パターンの変位を一度に検出できる。従って、挿入部検出装置１１１は、内部に各方向を検出するための複数のセンサ部の設置することを必要としない。このために、検出部検出装置１１１は、例えば、小型化することができる。

さらにまた、挿入部検出装置１１１は、挿入口２２に一致、若しくは、近傍に相対位置（間隔）が変わらないように配置される場合、挿入部検出装置１１１と被挿入体２１内との挿入量、及び／又は、回転量の誤差が低減される。

尚、軟性内視鏡に本実施形態を適用した場合には、被挿入体２１への挿入に際して、軟性内視鏡の先端が被挿入体のいずれかの部分に当たるなど、推進しない状況下では、挿入部検出装置１１１と挿入口２２との間に撓みが発生する。この撓みにより挿入量、及び／又は、回転量の誤差を生じさせる。そこで、挿入部検出装置１１１は、マウスピースのように被挿入体２１の挿入口２２に少なくとも一部分を挿入する構成でもよい。例えば、図６に示すように、挿入部検出装置１１１は、円錐台形状でもよい。これにより、挿入部検出装置１１１と挿入口２２との間の間隔がなくなるために、挿入部検出装置１１１と挿入口２２との設置位置がほぼ一致するので、撓みによる挿入量、及び／又は、回転量の誤差を低減することができる。

［第２の実施形態］
図７は、第２の実施形態の挿入部検出装置１１２の斜視図である。本実施形態は、第１の実施形態の挿入部検出システム１と、ほぼ同様に構成され、挿入部検出装置１１２の構成が相違する。従って、本実施形態では、第１の実施形態と同等の構成部位には、同一符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態の挿入部検出装置１１２は、センサ部３２と、位置制限部６１と、センサ距離維持部６２と、を有している。センサ部３２は、第１の実施形態のセンサ部３１と同等の構成である。従って、センサ部３２は、光源部３０１と、挿入部を撮像する光学パターン検出部３０２と、変位量を算出する変位量演算部３０３と、を有し、これらが筐体に収納されている。また、例えば、図示されていないが、挿入部検出装置１１２は、第１の実施形態の挿入部検出装置のように、制御部１３に配線などによって接続されている。

挿入部１２の大幅な変位を制限するために、位置制限部６１が挿入部１２を挟持するように設置されている。図７に示すように、位置制限部６１は、一対で構成され、対抗する位置、例えば、上下から挿入部１２を挟むことによって挟持している。また、位置制限部６１は、挿入部１２の挿入方向に沿ってＶ字の溝構造が設けられ、挿入部１２の左右方向への移動を規制する。例えば、位置制限部６１は、挿入部検出器１１２の入口側に配置されている。尚、位置制限部６１は、複数個設置されていても良い。例えば、挿入部検出器１１２の挿入する入口側と出口側との各々に、一対ずつ位置制限部６１が設置されていてもよい。尚、位置制限部６１の溝構造は、Ｖ字形状としたが、挿入部の移動を規制できれば、例えば、半円形状若しくは矩形形状等でもよい。

位置制限部６１は、各々、挿入部１２との間隔を調整できる。例えば、位置制限部６１は、各設置位置で挿入部１２の外周面に対して垂直な方向へ調整若しくは移動することができ、種々の直径の挿入部１２に対しても適用できる。このとき、位置制限部６１は、変位しないように固定部材で固定される。例えば、位置制限部６１は、挿入部検出装置１１２の内壁にネジ等で固定される。また、挿入部１２を挟持するときに、位置制限部６１は、挿入部１２の挿入動作を妨げないようなギャップを有する。ここで、ギャップとは、一対の位置制限部６１で挿入部１２を挟持した際、これらの位置制限部６１と挿入部１２との間に生じる隙間である。即ち、一対の位置制限部６１は、挿入部１２に完全に当接せずに僅かな隙間を有して、挿入部１２を挟持している。

センサ距離維持部６２は、挿入部１２の外周に対向する先端部にセンサ部３２を有し、所定の位置に設けられている。例えば、センサ距離維持部６２は、バネ構造であり、先端部に対して、もう一方の端部が、挿入部検出装置１１２の内壁に、例えば、ネジ等で固定されている。例えば、検出するために適当な距離として、この光学パターン検出部３０２と挿入部１２の外周面（被検出領域）との距離は、５ｍｍに設定される。ここで、適当の距離とは、挿入部１２の挿入量及び回転量が正確に検出される距離である。例えば、被検体である挿入部と実質的に検出する光学パターン検出部との距離が、離れすぎたり、近づき過ぎたりすると、受光面に光の焦点が合わず、画像データのパターン検出が正確にできなくなる。このため、適当な距離とは、例えば、被検体の外周面（被検出領域）からの反射光の焦点が光学パターン検出部３０２の受光面に合う距離である。

図７に示すように、センサ部３２は、挿入部１２へ押し当てられるようにセンサ距離維持部６２の先端部に接合されている。また、センサ距離維持部６２よって作用する力は、挿入部１２の挿入及び回転動作を妨げない強さである。即ち、挿入部１２の外周面とセンサ部３２とが、離れ過ぎることがない。尚、センサ部３２は、検出するために適当な範囲内であれば、挿入部１２に当接せずに、挿入部１２との間に隙間を有していても構わない。

センサ部３２の内部では、例えば、光学パターン検出部３０２、変位量演算部３０３、レンズ（図示せず）、及びセンサ部３２を収納している筐体などの構造物が、これらの構成要素を設置するための治具などによって所定の位置に設置されている。このため、挿入部１２の外周面（被検出領域）と実質的に検出を行う光学パターン検出部３０２との距離は、センサ距離維持部６２によって、ほぼ一定に維持される。即ち、挿入部１２の外周面と光学パターン検出部３０２とが、近づき過ぎることがない。従って、センサ部３２は、挿入部１２の挿入量、及び、回転量を正確に検出できる距離に維持される。

本実施形態では、図７に示されるように、図面上の左側から挿入部１２が、挿入される。このとき、位置制限部６１は、挿入部１２の挿入及び回転の動作を妨げないように調整されている。このため、挿入部１２が挿入部検出装置１１２に挿入された際に、挿入部１２は、変位しないように挟持されており、挿入及び回転も円滑に成される。従って、位置制限部６１は、センサ部３２が、画像データを取得する挿入部の外周面上の領域（被検出領域）の、前記挿入部の挿入量として検出される方向に垂直な方向への移動を、検出可能な範囲に制限する。また、挿入部１２が、位置制限部６１のギャップの許容する範囲で変位したとしても、センサ距離維持部６２が、センサ部３２と、挿入部１２と、の距離を検出するために適当な距離に維持するように作用する。即ち、センサ距離維持部６２は、センサ部３２が挿入部１２から離れすぎることを防ぎ、光学パターン検出部（図示せず）がセンサ部３２の内部の所定の位置に設置されていることによって、実質的に検出を行う光学パターン検出部３０２が、挿入部１２に近づき過ぎることを防止するように作用する。従って、位置制限部６１は、少なくとも、挿入部１２の外周面の光源光が照射される部分の移動をセンサ部３２が検出可能な範囲に制限するように作用する。また、センサ距離維持部６２は、少なくとも、挿入部１２の外周面の光源光が照射される部分とセンサ部３２との距離を、センサ部３２が検出可能な範囲に制限するように作用する。

本実施形態によれば、位置制限部６１及びセンサ距離維持部６２によって、センサ部３２の内部に設置されている光学パターン検出器３０２と挿入部１２の外周面との距離が、検出するために適当な距離に維持される。従って、挿入部１２の変位による検出漏れが低減される。即ち、挿入部１２の挿入量及び／又は回転量の検出誤差が低減される。

さらに、位置制限部６１は、挿入部１２の直径に合わせて、挿入部１２との間隔を調整できるため、本実施形態の挿入部検出装置１１２は、種々の直径の挿入部１２に適用でき、挿入量及び／又は回転量を適正に検出することができる。

次に、第２の実施形態の変形例について説明する。
図８Ａは、円筒型の位置制限部７１を有する挿入部検出装置１１３の斜視図である。図８Ｂは、球体型の位置制限部７２を有する挿入部検出装置１１４の斜視図である。

本実施形態の変形例の各挿入部検出装置１１３、１１４は、前述した第２の実施形態の挿入部検出装置１１２の構成と、ほぼ同等の構成であるが、位置制限部７１、７２の形状及び配置が異なる。従って、本実施形態の変形例の構成要素の参照符号において、第２の実施形態の構成要素と共通の要素には、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図８Ａにおいて、挿入部１２を検出するために適当な位置に保持するために、挿入部検出装置１１３の内部に複数の円筒型部材から成る位置制限部７１が設置されている。ここでは、例えば、位置制限部７１は、挿入部１２の外周面に当接されるように上下及び１側方（センサ部３２の対向側）の３方に各１個ずつ設置されている。これらの位置制限部７１は、挿入部１２の挿入、及び／又は、回転を妨げないように設置されている。例えば、設置されている全ての円筒型部材から成る位置制限部７１は、挿入部１２に対して垂直になるように設置されていても良い。また、第２の実施形態の位置制限部６１のように、位置制限部７１も、少なくとも、挿入部１２の外周面（被検出領域）の光源光が照射される部分の移動を、センサ部３２が検出可能な範囲に制限するように作用する。

また、図８Ｂにおいても、挿入部検出装置１１４の内部に複数の球体型部材からなる位置制限部７２が同じ３方向にそれぞれ１個が設置され、上下及び１側方から挿入部１２の外周面に当接されている。これらの位置制限部７２は、挿入部１２の挿入及び回転を妨げないように設置されている。また、第２の実施形態の位置制限部６１のように、位置制限部７２も、少なくとも、挿入部１２の外周面（被検出領域）の光源光が照射される部分の移動を、センサ部３２が検出可能な範囲に制限するように作用する。

また、これらの位置制限部７１、７２は、各設置位置で挿入部１２の外周面に対して垂直な方向へ調整若しくは移動できる。このため、位置制限部７１、７２は、種々の直径の挿入部１２にも容易に適用できる。また、これらの位置制限部７１、７２は、挿入部１２が挿入方向に移動すると各々中心軸若しくは中心を基点に回転し、挿入部１２を挿入方向へ送り出す。このとき、これらの位置制限部７１、７２は、変位しないように固定部材等で固定されている。

本実施形態の変形例によれば、位置制限部７１、７２によって、センサ部３２の内部に設置されている光学パターン検出器３０２と、挿入部１２の外周面（被検出領域）と、の距離が、検出するために適当な距離に維持される。即ち、挿入部１２の変位による検出漏れが低減される。また、各位置制限部７１、７２は、円筒型、若しくは、球体型の挿入及び回転を補助するように回転する部材であるために、摩擦抵抗が、軽減される。このため、挿入部１２の挿入性及び回転性が向上する。尚、本実施形態及び本実施形態の変形例は、位置制限部の形状、配置、設置個数を制限するものではない。

［第３の実施形態］
図９は、第３の実施形態の挿入部検出装置１１５の斜視図である。第３の実施形態は、第２の実施形態の挿入部検出システム１と、ほぼ同様に構成され、センサ部を備えているセンサ距離維持部の配置が相違する。このため、第３の実施形態では、第２の実施形態と同等の構成部位部分には、同一符号を付して説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態の挿入部検出装置１１５は、第１及び第２のセンサ部３３、３４と、位置制限部８１と、第１及び第２のセンサ距離維持部８２、８３とを有している。例えば、第１及び第２のセンサ距離維持部８２、８３は、各々、バネ構造である。これらセンサ部３３、３４は、共に第１の実施形態のセンサ部３１と同等の構成である。従って、センサ部３３，３４は、各々、光源部３０１と、挿入部を撮像する光学パターン検出部３０２と、変位量を算出する変位量演算部３０３と、を有し、これらが筐体に収納されている。また、図示されていないが、例えば、挿入部検出装置１１５は、第１の実施形態の挿入部検出装置のように、制御部に配線などによって接続されている。

また位置制限部８１は、第２の実施形態の位置制限部６１と同等の構成である。
従って、一対の位置制限部８１は、各々、挿入部１２の外周面に対して垂直な方向、例えば、上下方向へ調整若しくは移動することができ、種々の直径の挿入部１２に対しても適用できる。このとき、位置制限部８１は、変位しないように固定部材で固定される。例えば、位置制限部８１は、挿入部検出装置１１５の内壁にネジ等で固定される。また、位置制限部６１と同様に、挿入部１２を保持するときに、位置制限部８１は、挿入部１２の挿入動作を妨げないギャップを有する。位置制限部８１も、挿入部１２に完全に当接せずに僅かなギャップを有して、挿入部１２を挟持している。尚、第１及び第２のセンサ部３３、３４と、センサ距離維持部８２、８３は、センサ部とセンサ距離維持部の組合せを３つ以上設置されていても構わない。また、一対の位置制限部８１は、複数個設置されていても構わない。また、位置制限部８１は、第２の実施形態の変形例に示したように、円筒型部材、球型部材、若しくは検出するために適当な範囲に挿入部を維持できる形状であればどのような形状でも構わない。

本実施形態で、第１のセンサ部３３と第２のセンサ部３４とは、各々、挿入部１２の外周面へ押し当てられるように各センサ距離維持部８２、８３の先端部に接合されている。例えば、図９に示すように、第１のセンサ部と第２のセンサ部とが挿入部１２を挟んで対向するように設置されている。また、各センサ距離維持部８２、８３よって作用する力は、挿入部１２の挿入及び回転動作を妨げない強さである。即ち、挿入部１２の外周面と各センサ部３３、３４とが、離れ過ぎることがない。尚、第１のセンサ部３３と第２のセンサ部３４は、各々、検出するために適当な範囲内であれば、挿入部１２に当接せずに、挿入部１２との間に隙間を有していても構わない。

各センサ部３３、３４の内部では、例えば、各々、光学パターン検出部３０２、変位量演算部３０３、レンズ（図示せず）、及び各センサ部３３、３４を収納している筐体などの構造物が、これらの構成要素を設置するための治具などによって所定の位置に設置されている。このため、挿入部１２の外周面（被検出領域）と実質的に検出を行う各光学パターン検出部３０２との距離は、各センサ距離維持部８２、８３によって、ほぼ一定に維持される。即ち、挿入部１２の外周面と各光学パターン検出部３０２とが、近づき過ぎることがない。従って、センサ部３２は、挿入部１２の挿入量及び回転量を正確に検出できる距離に維持される。

本実施形態では、図９に示されるように、図面上の左側から挿入部１２が、挿入される。このとき、位置制限部８１は、挿入部１２の挿入及び回転の動作を妨げないように設置されている。このため、挿入部１２が挿入部検出装置１１５に挿入された際に、挿入部１２は、変位しないように挟持されており、挿入及び回転も円滑に成される。また、挿入部１２が、位置制限部８１のギャップの許容する範囲で変位したとしても、各センサ距離維持部８２、８３が、各センサ部３３、３４の少なくとも一方と、挿入部１２の外周面（被検出領域）と、の距離を検出するために適当な距離に維持するように作用する。即ち、各センサ距離維持部８２、８３は、各センサ部３３、３４が挿入部１２から離れすぎることを防ぎ、光学パターン検出部３０２が各センサ部３３、３４の内部の所定の位置に設置されていることによって、実質的に検出を行う光学パターン検出部３０２が、挿入部１２に近づき過ぎることを防止するように作用する。即ち、位置制限部８１は、少なくとも、挿入部１２の外周面（被検出領域）の光源光が照射される部分の移動を各センサ部３３、３４が検出可能な範囲に制限するように作用する。また、各センサ距離維持部８２、８３は、少なくとも、挿入部１２の外周面（被検出領域）の光源光が照射される部分と各センサ部３３、３４との距離を、各センサ部３３、３４が検出可能な範囲に制限するように作用する。

本実施形態によれば、各位置制限部８２，８３及び各センサ距離維持部３３、３４によって、各センサ部３３、３４の内部に設置されている各光学パターン検出器３０２と挿入部１２の外周面（被検出領域）との少なくともいずれか一方の距離が、検出するために適当な距離に維持される。従って、挿入部１２の変位による検出漏れが低減される。即ち、挿入部１２の挿入量、及び／又は、回転量の検出誤差が低減される。

また、複数のセンサ部３３、３４が設置されているために、コヒーレント光が照射された挿入部１２の外周面部分が十分な反射光が得られない平滑状態であったとしても、センサ部３３、３４が互いに検出を補助することができる。このため、各センサ部３３、３４の検出漏れによって生じる誤差などを低減することができ、挿入部１２の変位に対する許容範囲が拡大する。また、第１及び第２のセンサ部３３、３４の検出値を比較することで、さらに正確な検出値が取得できる。
以上で説明した実施形態によれば、挿入部の挿入量、及び／又は、回転量の検出の誤差が低減し、且つ汎用的な内視鏡に使用できる挿入部検出装置システムが提供される。

尚、前述の実施形態で、光源部はコヒーレント光源部としたが、インコヒーレント光源部でも構わない。前述の実施形態で、光学パターン検出部はインコヒーレント光によって生じる光学パターンも検出できる。このため、インコヒーレント光源部を有するセンサ部を備えた挿入部検出装置は、挿入量、及び／又は、回転量を検出できる。また、インコヒーレント光源は一般的に安価であるために、コストを低減させることができる。

また、前述の実施形態で変位量演算部はセンサ部の外に設置されても構わない。例えば、制御部が変位量演算部を兼ねても構わない。この結果、センサ部は、例えば、小型化できる。
以上で説明した実施形態は、各構成要素の設置個数、配置及び形状等を制限するものではない。

以上説明した本発明の各実施形態は、以下の付記に記載する要旨を含んでいる。
［１］指示を入力する入力部と、前記入力部の指示に従って処理する制御部と、前記制御部で処理されたデータを表示するモニタと、検出対象となる円筒形状を成す挿入部を検出する挿入部検出装置と、を具備し、外周面からの反射光を受光し、任意の光学パターンを含む当該外周面の所定の範囲の複数の画像データを、少なくとも一部の前記光学パターンが一致するように順次取得する光学パターン検出部と、複数の画像データから一致する光学パターンを検出し、挿入部の挿入量と円筒形状の中心軸周りの回転量との少なくとも一方を算出する変位量演算部と、を有するセンサ部を具備することを特徴とする挿入部検出システム。
［２］前記挿入部検出装置は前記挿入部の挿入量と回転量とを同時に検出することを特徴とする（１）に記載の挿入部検出システム。
［３］前記光源部から射出される光源光はコヒーレント光であることを特徴とする（１）、若しくは、（２）に記載の挿入部検出システム。
［４］前記光学パターン検出部がスペックルパターンを前記複数の画像データ取得することを特徴とする（１）、若しくは、（３）に記載の挿入部検出システム。
［５］前記光学パターン検出部は２次元方向へ複数の受光素子がマトリックス状に配列されている撮像デバイスを有することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか１に記載の挿入部検出システム。
［６］被挿入体の挿入口に一致または近傍に配置されることを特徴とする（１）項に記載の挿入部検出システム。
［７］挿入部を通す開口部を有し、開口部の少なくとも一部が被挿入体の挿入口の内部に挿入されているか、又は、開口部と被挿入体の挿入口が、挿入軸方向に近接して配置される、（１）に記載の挿入部検出システム。
［８］画像データを取得される挿入部の外周面上の領域である被検出領域の前記挿入部の挿入量として検出される方向に垂直な方向への移動を、センサ部が検出可能な範囲に制限する１つ若しくは複数の位置制限部を有する、（１）に記載の挿入部検出システム。
［９］位置制限部は、挿入部を挟持するために複数の形状を有し、挿入される挿入部の形状に適した位置制限部の複数の形状から選択され、少なくとも２つで対向する位置から挿入部を挟むことによって、被検出領域の移動を制限することを特徴とする、（８）に記載の挿入部検出システム。
［１０］複数の位置制限部は、挿入部の直径に合わせて調整できることを特徴とする請求項８、若しくは、（９）に記載の挿入部検出システム。
［１１］光学パターン検出部と被検出領域との距離をセンサ部が検出可能な範囲内に維持するために、センサ部の設置位置を調整できるセンサ距離維持部を有する、（１）に記載の挿入部検出システム。
［１２］センサ距離維持部は、被検出領域の方向へ力を加えることで、センサ部を検出可能な範囲に動かすバネ構造である、（１１）に記載の挿入部検出システム。

［１３］複数のセンサ部を有することを特徴とする（１）に記載の挿入部検出システム。

１…挿入部検出システム、１２…挿入部、１３…制御部、１４…モニタ、１５…入力部、２１…被挿入体、２２…挿入口、３１、３２、３３、３４…センサ部、４１…光学パターン検出部のｘ軸、４２…光学パターン検出部のｙ軸、５１…時間tn-1のスペックルパターン、５２…時間tnのスペックルパターン、６１…位置制限部、６２、８２、８３…センサ距離維持部、７１…円筒型の位置制限部、７２…球型の位置制限部、８１…位置制限部、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５…挿入部検出装置、３０１…光源部、３０２…光学パターン検出部、３０３…変位量演算部器。

Claims (14)

1. 被挿入体に挿入し検出対象となる挿入部の円筒形状の外周面に向けて光源光を射出する光源部と、
   前記外周面からの反射光を受光し、任意の光学パターンを含む当該外周面の所定の範囲
   の複数の画像データを、少なくとも一部の前記光学パターンが一致するように順次取得する光学パターン検出部と、前記複数の画像データから一致する光学パターンを検出し、前記挿入部の挿入量と円筒形状の中心軸周りの回転量との少なくとも一方を算出する変位量演算部と、
   を有するセンサ部を具備することを特徴とする挿入部検出装置。
2. 前記挿入部検出装置は前記挿入部の挿入量と回転量とを同時に検出することを特徴とする請求項１に記載の挿入部検出装置。
3. 前記光源部から射出される光源光はコヒーレント光であることを特徴とする請求項１、若しくは、請求項２に記載の挿入部検出装置。
4. 前記光学パターン検出部がスペックルパターンを前記複数の画像データ取得することを特徴とする請求項１、若しくは、請求項３に記載の挿入部検出装置。
5. 前記光学パターン検出部は２次元方向へ複数の受光素子がマトリックス状に配列されている撮像デバイスを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の挿入部検出装置。
6. 前記被挿入体の挿入口に一致または近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の挿入部検出装置。
7. 前記挿入部を通す開口部を有し、前記開口部の少なくとも一部が前記被挿入体の挿入口の内部に挿入されているか、又は、前記開口部と前記被挿入体の挿入口が、挿入軸方向に近接して配置されることを特徴とする請求項６に記載の挿入部検出装置。
8. 前記画像データを取得される前記挿入部の外周面上の領域である被検出領域の、前記挿入部の挿入量として検出される方向に垂直な方向への移動を、前記センサ部が検出可能な範囲に制限する１つ若しくは複数の位置制限部を有する、請求項１に記載の挿入部検出装置。
9. 前記位置制限部は、前記挿入部を挟持するための複数の溝構造を有し、
   少なくとも２つの前記溝構造で前記挿入部を挟むことによって、前記被検出領域の移動を制限することを特徴とする、請求項８に記載の挿入部検出装置。
10. 前記複数の位置制限部は、前記挿入部との間隔を、前記挿入部の直径に合わせて調整可能であることを特徴とする請求項８、若しくは、請求項９に記載の挿入部検出装置。
11. 前記光学パターン検出部と、前記画像データを取得される前記挿入部の外周面上の領域である被検出領域との距離を該センサ部が検出可能な範囲内に維持するために、前記センサ部の位置を移動できるセンサ距離維持部を有する、請求項１に記載の挿入部検出装置。
12. 前記センサ距離維持部は、前記被検出領域の方向へ力を加えることで、前記センサ部を検出可能な範囲に動かすバネ構造である、請求項１１に記載の挿入部検出装置。
13. 複数の前記センサ部を有することを特徴とする請求項１に記載の挿入部検出装置。
14. 指示を入力する入力部と、
    前記入力部の指示に従って処理する制御部と、
    前記制御部で処理されたデータを表示するモニタと、
    検出対象となる円筒形状を成す挿入部を検出する請求項１乃至１３のいずれか１に記載の
    挿入部検出装置と、をさらに具備することを特徴とする挿入部検出システム。

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