JPWO2017208402A1

JPWO2017208402A1 - 形状検出装置

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Publication number: JPWO2017208402A1
Application number: JP2018520289A
Authority: JP
Inventors: 久保井　徹; 徹久保井
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2019-03-28
Also published as: WO2017208402A1

Abstract

複数の形状検出センサ（１０）は、検出光を出射する光源部（１２）と、光源部から出射された検出光を導光する形状検出用の光ファイバ（１４ａ）と、光ファイバの曲率に応じて検出光の特性に変化を与える光ファイバに設けられた少なくとも一つの被検出部（２２）と、光ファイバを通して導光された検出光を検出する光検出部（１６）と、をそれぞれ有している。外装筒状部材（５８）は、複数の光ファイバそれぞれの少なくとも一部がその内部に設置され、可撓性樹脂（６８）が、外装筒状部材の長手軸方向（Ｏ１）の少なくとも一部の、外装筒状部材と複数の光ファイバとの間に充填されている。摺動部は、複数の光ファイバをそれぞれ独立に当該光ファイバの長手軸方向（Ｏ２）に摺動可能とする、例えば、外装筒状部材の内壁と可撓性樹脂の外表面とが隣接する界面（７２ａ）である。

Description

本発明は、少なくとも一つの被検出部を有する検出光用光ファイバを複数本備えた、湾曲形状を検出する形状検出装置に関する。

筒状可撓体を備えた筒状可撓体装置、例えば、被検体に挿入される可撓性の挿入部を備えた内視鏡装置において、形状検出センサを組み込んで挿入部の湾曲形状を検出することが知られている。形状検出センサは、検出光を出射する光源部と、この光源部から出射された検出光を導光する検出光用光ファイバと、この検出光用光ファイバの曲率に応じて検出光の特性に変化を与える、検出光用光ファイバに設けられた少なくとも一つの被検出部と、この検出光用光ファイバを通して導光された検出光を検出する光検出部と、を有している。被検出部は、例えば互いに異なる波長の光を損失する光損失部により形成され、それぞれ、検出光用光ファイバの所定の位置に所定の方向で配置されている。検出光用光ファイバの光伝達量は、各被検出部の湾曲の曲率と方向に依存して変化する。検出光用光ファイバの波長毎の光伝達量に基づいて、各被検出部が位置する部分における挿入部の湾曲形状すなわち湾曲の曲率と方向が求められる。

そして、多数の被検出部が必要な場合には、例えば、特開２００７−１４３６００号公報に開示されているように、検出光用光ファイバの本数を増やして検出光用光ファイバを束ねたファイババンドルが用いられる。

特開２００７−１４３６００号公報

特許文献１に開示されている形状検出センサは、複数本の検出光用光ファイバをシース内で接着して束ねる構造となっている。

このように複数本の検出光用光ファイバを束ねたファイババンドルを湾曲させる為には、曲げの外側に配置される検出光用光ファイバは伸びる必要があり、また曲げの内側に配置される検出光用光ファイバは縮む必要がある。したがって、各検出光用光ファイバの素材としては、伸縮可能なものを用いることが好ましい。しかしながら、一般的な光ファイバは、コアもしくはクラッドが石英ガラスで形成されているために、伸縮し難いものが多い。

したがって、特許文献１に開示されているようなファイババンドルにおいて、各検出光用光ファイバに、コアもしくはクラッドが石英ガラスである伸縮し難い光ファイバを用いた場合、伸縮できずにファイババンドルが内視鏡と同様の曲率で湾曲できなくなる可能性がある。もしくは、むりに湾曲させることによって、曲げ応力が発生して検出光用光ファイバを破損させる等、形状検出センサの信頼性が低下する虞がある。

本発明の目的は、複数本の検出光用光ファイバを用いても信頼性が低下しにくい形状検出装置を提供することである。

本発明の一態様による形状検出装置は、検出光を出射する光源部、前記光源部から出射された検出光を導光する形状検出用の光ファイバ、前記光ファイバの曲率に応じて検出光の特性に変化を与える前記光ファイバに設けられた少なくとも一つの被検出部、及び、前記光ファイバを通して導光された検出光を検出する光検出部、をそれぞれ有している複数の形状検出センサと、前記複数の形状検出センサの複数の光検出部によって検出される検出光の特性の変化に基づいて前記被検出部の湾曲形状を算出する形状算出装置と、前記複数の形状検出センサの複数の光ファイバそれぞれの少なくとも一部がその内部に設置される外装筒状部材と、前記外装筒状部材の長手軸方向の少なくとも一部の、前記外装筒状部材と前記複数の光ファイバとの間に充填された可撓性樹脂と、前記複数の光ファイバをそれぞれ独立に当該光ファイバの長手軸方向に摺動可能とする摺動部と、を備えている。

本発明によれば、複数本の検出光用光ファイバを用いても信頼性が低下しにくい形状検出装置が提供される。

図１は、本発明の第１実施形態による形状検出装置に組み込まれる形状検出センサの原理を説明するための概略図である。図２は、形状検出センサの検出光用光ファイバの径方向の断面図である。図３は、形状検出センサが組み込まれた内視鏡装置の構成を示す概略図である。図４は、第１実施形態による形状検出装置が備える形状検出装置プローブの内視鏡装置挿入部への組み込み形態を説明するための概略図である。図５は、第１実施形態における形状検出装置プローブの外観斜視図である。図６は、第１実施形態における形状検出装置プローブへの検出光用光ファイバの組み込み構成を説明するための長手方向の断面図である。図７Ａは、形状検出装置プローブの外装筒状部材における剛性補強部材の一例を説明するための概略図である。図７Ｂは、形状検出装置プローブの外装筒状部材における剛性補強部材の別の例を説明するための概略図である。図８は、第１実施形態における形状検出装置プローブにおける可撓性樹脂の作用を説明するための模式図である。図９は、本発明の第２実施形態による形状検出装置における形状検出装置プローブの外観斜視図である。図１０は、第２実施形態における形状検出装置プローブへの検出光用光ファイバの組み込み構成を説明するための長手方向の断面図である。図１１は、本発明の第３実施形態による形状検出装置における形状検出装置プローブへの検出光用光ファイバの組み込み構成を説明するための長手方向の断面図である。図１２は、本発明の第４実施形態による形状検出装置における形状検出装置プローブへの検出光用光ファイバの組み込み構成を説明するための長手方向の断面図である。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による形状検出装置には、複数の形状検出センサが組み込まれている。まず、形状検出センサの構成と動作について説明する。

図１は、形状検出センサ１０の原理を説明するための概略図である。形状検出センサ１０は、光源部１２と、光ファイバ１４と、光検出部１６と、を有している。光ファイバ１４は、光源部１２及び光検出部１６に接続されている。光源部１２は、例えばＬＥＤ光源又はレーザ光源であり、所望の波長特性を有する検出光を出射する。光ファイバ１４は、光源部１２から出射された検出光を伝搬する湾曲形状測定用の光ファイバである。光検出部１６は、光ファイバ１４を通して伝搬された検出光を検出する。

光ファイバ１４は、結合部（光カプラ）１８で３方に分岐された、検出光用光ファイバ１４ａと、光供給用光ファイバ１４ｂと、受光用光ファイバ１４ｃとにより構成されている。つまり、光ファイバ１４は、結合部１８によって光供給用光ファイバ１４ｂ及び受光用光ファイバ１４ｃを検出光用光ファイバ１４ａに接続することにより形成されている。光供給用光ファイバ１４ｂの基端は、光源部１２に接続されている。また、検出光用光ファイバ１４ａの先端には、伝搬された光を反射する反射部２０が設けられている。反射部２０は、例えば鏡である。受光用光ファイバ１４ｃの基端は、光検出部１６に接続されている。

光供給用光ファイバ１４ｂは、光源部１２から出射された検出光を伝搬して結合部１８に導光する。結合部１８は、光供給用光ファイバ１４ｂから入射した検出光の大部分を検出光用光ファイバ１４ａに向かわせる。検出光用光ファイバ１４ａは、結合部１８からの検出光を反射部２０に導光し、また反射部２０によって反射された検出光を結合部１８に導光する。結合部１８は、検出光用光ファイバ１４ａからの検出光の少なくとも一部を受光用光ファイバ１４ｃに向かわせる。受光用光ファイバ１４ｃは、結合部１８からの光を光検出部１６に導光する。光検出部１６は、受光用光ファイバ１４ｃから受光した検出光を光電変換し、受光光量を示す電気信号を出力する。

検出光用光ファイバ１４ａは、少なくとも一つの被検出部２２を有する。図２は、検出光用光ファイバ１４ａの、この被検出部２２位置における径方向の断面図である。

検出光用光ファイバ１４ａは、コア２４と、コア２４の外周面を覆っているクラッド２６と、クラッド２６の外周面を覆っている被覆２８と、を有している。コア２４及びクラッド２６は、互いに屈折率の異なる石英ガラスで形成されている。検出光用光ファイバ１４ａの側面には、少なくとも１つの被検出部２２が設けられている。被検出部２２は、検出光用光ファイバ１４ａの外周の一部にのみ設けられており、これを通過する検出光の特性を検出光用光ファイバ１４ａの湾曲形状すなわち湾曲の曲率と方向の変化に応じて変化させる。

被検出部２２は、被覆２８とクラッド２６の一部を除去してコア２４が露出された光開口部３０と、光開口部３０に形成された光特性変換部材３２と、を有している。なお、光開口部３０として必ずしもコア２４を露出させる必要はなく、検出光用光ファイバ１４ａを通る光が光開口部３０に到達しさえすればコア２４を露出させなくてもよい。光特性変換部材３２は、検出光用光ファイバ１４ａを導光された光の特性（光量、波長など）を変換させる部材であり、例えば、導光損失部材（光吸収体）又は波長変換部材（蛍光体）などである。以下の説明では、光特性変換部材は、導光損失部材であるとする。

形状検出センサ１０において、光源部１２から供給された光は上述のようにして検出光用光ファイバ１４ａを導光する。この検出光用光ファイバ１４ａ内を伝搬する検出光は、被検出部２２の光特性変換部材３２に入射すると、その一部が光特性変換部材３２に吸収される。このため、検出光用光ファイバ１４ａによって導光される検出光の損失が生じる。この導光損失量は、検出光用光ファイバ１４ａの湾曲量によって変化する。

例えば、検出光用光ファイバ１４ａが直線状態であっても、光開口部３０の幅、長さなどに従い、ある程度の光量の検出光が光特性変換部材３２で損失される。この直線状態での光の損失量を基準として、検出光用光ファイバ１４ａの湾曲状態において光特性変換部材３２が曲率半径の比較的大きい外側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。また、検出光用光ファイバ１４ａの湾曲状態において光特性変換部材３２が曲率半径の比較的小さい内側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、光検出部１６で受光される検出光量、すなわち光検出部１６の出力信号に反映される。したがって、光検出部１６の出力信号に基づいて、形状検出センサ１０の被検出部２２の位置、すなわち光特性変換部材３２が設けられた位置における検出光用光ファイバ１４ａの湾曲形状を求めることが可能である。

なお、図１並びに図２には、ただ一つの被検出部２２が示されているが、一本の検出光用光ファイバ１４ａに複数の被検出部２２が検出光用光ファイバ１４ａの軸に沿って間隔を置いて設けられてもよい。これにより、検出光用光ファイバ１４ａの軸に沿った複数の位置において湾曲を検出することが可能になる。あるいは、一本の検出光用光ファイバ１４ａの軸に沿った実質同一の位置であって周に沿った異なる位置（例えば互いに直交する位置）に二つの被検出部２２が設けられてもよい。これにより、一方向における湾曲だけでなく、互いに直交する二方向における湾曲を求めることが可能になる。一本の検出光用光ファイバ１４ａに複数の被検出部２２が設けられる場合、例えば、複数の被検出部２２は、互いに異なる波長の光の特性を変化させ、光源部１２は、被検出部２２に対応する複数の波長成分を含む検出光を出射するか、波長掃引される検出光を出射し、光検出部１６は、検出光を被検出部２２に対応する波長成分毎に検出するように構成される。

次に、本第１実施形態による形状検出装置が組み込まれる内視鏡装置の構成について説明する。図３は、内視鏡装置３４を概略的に示す図である。

内視鏡装置３４は、形状検出センサ１０の少なくとも検出光用光ファイバ１４ａが内部に組み込まれたスコープ部３６と、本体部３８と、を有している。本体部３８は、制御装置４０と、形状算出装置４２と、ビデオプロセッサ４４と、表示装置４６と、を有している。

制御装置４０は、スコープ部３６、形状算出装置４２、ビデオプロセッサ４４を始めとしてこれに接続される周辺装置の所定の機能を制御する。

スコープ部３６は、被検体に挿入される筒状可撓体である挿入部４８と、挿入部４８の基端側に設けられた操作部５０と、を有している。操作部５０からは、コード部５２が延びている。スコープ部３６は、コード部５２を介して本体部３８に着脱可能に接続され、本体部３８と通信する。操作部５０には、挿入部４８の湾曲部４８ａを少なくとも特定の二方向（例えば上下方向）に所望の曲率で湾曲させるための操作を入力する操作ダイヤル５４が設けられている。コード部５２は、後述するライトガイドファイバ６２ａ、カメラケーブル６４ｃ等を収容している。

また、挿入部４８内には、その先端部から基端側まで、例えば超音波プローブまたは鉗子等の処置具を通すための円筒状のチューブであるチャンネルチューブが配置されており、操作部５０には、そのチャンネルチューブの開口部５６が設けられている。

なお、図３には、形状検出センサ１０は示されていないが、内視鏡装置３４は、図１に示された形状検出センサ１０を含んでいる。

具体的には、形状検出センサ１０の検出光用光ファイバ１４ａは、被検出物である長尺な筒状可撓体、本実施形態では挿入部４８、に沿わせて装着される。装着する際には、検出光用光ファイバ１４ａの被検出部２２が挿入部４８の所望の検出位置と位置合わせされて、検出光用光ファイバ１４ａが挿入部４８の適正な位置に装着される。検出光用光ファイバ１４ａは、挿入部４８の湾曲部４８ａの湾曲動作に追従して湾曲する。被検出部２２を経て光検出部１６によって検出される検出光は、被検出部２２の周辺部分における検出光用光ファイバ１４ａの曲率の変化に応じて、特性たとえば光量が変化する。光検出部１６は、受光した光量の信号を出力する。光検出部１６の出力信号は、被検出部２２の湾曲の情報を含んでいる。

形状算出装置４２は、光検出部１６に接続されている。形状算出装置４２は、光検出部１６からの出力信号を受信し、この出力信号に基づいて被検出部２２の湾曲形状を算出する。被検出部２２の湾曲形状と、当該被検出部２２が配された位置における挿入部４８の湾曲部４８ａの湾曲形状との間には、相関がある。従って、形状算出装置４２は、算出した被検出部２２の湾曲形状に基づいて、その被検出部２２が配された位置における挿入部４８の湾曲部４８ａの湾曲形状を算出する。言い換えれば、形状算出装置４２は、光検出部１６によって検出される検出光の特性の変化に基づいて挿入部４８の湾曲部４８ａの湾曲形状を算出する。算出された湾曲形状は、形状算出装置４２から表示装置４６に送信されて、表示装置４６に表示される。

ビデオプロセッサ４４は、スコープ部先端の撮像素子からカメラケーブル、制御装置４０を介して取得される電気信号を画像処理する。表示装置４６は、ビデオプロセッサ４４により処理された被検体内の画像を表示する。

以下に、本第１実施形態による形状検出装置の詳細について説明する。
図４に示すように、被検出物である挿入部４８には、本第１実施形態による形状検出装置のプローブ１が、挿入部４８に沿わせて装着されている。このプローブ１は、複数の形状検出センサ１０による複数の検出光用光ファイバ１４ａを纏めて外装筒状部材５８に収容したものである。挿入部４８の先端部には硬質な挿入部先端部材４８ｂが設けられ、また、挿入部４８の基端は操作部５０と連接した硬質な挿入部後端部材４８ｃとなっている。プローブ１の外装筒状部材５８は、少なくとも、これら挿入部先端部材４８ｂと挿入部後端部材４８ｃとの間に配置されている。プローブ１の外装筒状部材５８は、挿入部先端部材４８ｂもしくは挿入部後端部材４８ｃに保持固定されている。図４の例では、外装筒状部材５８は、接着剤などの先端固定部６０によって、挿入部先端部材４８ｂに固定されている。先端固定部６０は、高い接着強度が期待できるエポキシ系接着剤等であってよい。なお、複数の検出光用光ファイバ１４ａは、コード部５２内では、外装筒状部材５８無しに、収容されている。すなわち、複数の検出光用光ファイバ１４ａは、その長手軸方向における一部のみが、外装筒状部材５８内に収容されている。

挿入部４８には更に、ライトガイドファイバ６２ａと、照明部６２ｂと、撮像光学系６４ａと、撮像素子６４ｂと、カメラケーブル６４ｃと、チャンネルチューブ５６ａと、図示しない操作ワイヤと、が内蔵されている。ライトガイドファイバ６２ａは、挿入部先端部材４８ｂ内に配置された照明部６２ｂと制御装置４０内の不図示の光源とに接続されており、光源から照明部６２ｂに照明光を導光する導光部材である。カメラケーブル６４ｃは、挿入部先端部材４８ｂ内に配置された撮像素子６４ｂと制御装置４０とに接続されており、電気信号を伝達する電気配線である。チャンネルチューブ５６ａは、例えば超音波プローブまたは鉗子等の処置具を通すための円筒状のチューブである。

図示しない操作ワイヤは、挿入部４８の湾曲部４８ａを所望の方向に所望の曲率で湾曲させる操作を行うために挿入部４８内に軸に沿って設けられており、操作部５０の操作ダイヤル５４の操作が湾曲部４８ａに伝達されるようになっている。操作者が操作ダイヤル５４を操作して操作ワイヤが動かされると、挿入部４８の湾曲部４８ａが湾曲される。

本第１実施形態による形状検出装置のプローブ１は、図５及び図６に示すように、プローブ長手軸Ｏ_１に沿って外装筒状部材５８を貫通する複数、本実施形態では四つ、のルーメン（管腔）６６を有している。各ルーメン６６は、一本の検出光用光ファイバ１４ａが挿通され得るように、検出光用光ファイバ１４ａの外径よりも若干太い内径を有している。ルーメン６６に挿通された、その先端に反射部２０が取り付けられた検出光用光ファイバ１４ａは、ルーメン６６内に充填された可撓性樹脂６８を介して、その挿通された全長を保持されている。このルーメン６６内に充填された可撓性樹脂６８は、所望の曲率で湾曲可能となっている。

外装筒状部材５８は、ＰＴＦＥ等の可撓性を有するフッ素樹脂チューブ、ポリアミドチューブ、ＰＥＥＫチューブ等の樹脂で形成されている。

外装筒状部材５８の内壁すなわちルーメン６６の内壁と可撓性樹脂６８とは、プローブ１の先端の固定部７０で、接着により保持固定されている。外装筒状部材５８がＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を材質として形成されている場合、接着性が良好ではない。このような場合には、外装筒状部材５８すなわちルーメン６６の内壁には、例えばＮａエッチィングやプラズマ処理のような接着性を向上させる表面処理が施されていることが望ましい。

また、検出光用光ファイバ１４ａの被覆２８は、例えばＰＡ（ポリアミド）やＥＴＦＥ等が用いられている。被覆２８がＥＴＦＥのようなフッ素樹脂で形成されている場合には、その表面に対し、例えばＮａエッチィングやプラズマ処理のような接着性を向上させる表面処理を施すことで、可撓性樹脂６８と被覆２８とが強固に接合されることができる。つまり、可撓性樹脂６８と被覆２８とは互いに、光ファイバ長手軸Ｏ_２方向に摺動することはない。

外装筒状部材５８の内壁と可撓性樹脂６８の外表面とが隣接して接触する界面７２ａに関しては、固定部７０により保持固定されているプローブ１の先端の一部を除いて、外装筒状部材５８の内壁すなわちルーメン６６の内壁との接着性を向上させる表面処理が施されておらず、この表面処理が施されていない部分における界面７２ａでは、外装筒状部材５８と可撓性部材６８とが互いに光ファイバ長手軸Ｏ_２の方向に摺動可能になっている。すなわち、界面７２ａでは、外装筒状部材５８（ルーメン６６）に対して可撓性樹脂６８が光ファイバ長手軸Ｏ_２の方向に摺動可能になっている。ここで、可撓性樹脂６８と検出光用光ファイバ１４ａの被覆２８とが強固に接合されているので、外装筒状部材５８（ルーメン６６）に対する可撓性樹脂６８の摺動とは、外装筒状部材５８（ルーメン６６）に対する検出光用光ファイバ１４ａの摺動を意味する。よって、外装筒状部材５８（ルーメン６６）の内壁と可撓性樹脂６８の外表面とが隣接する界面７２ａの一部が所望の範囲で固定され、それ以外の外装筒状部材５８のプローブ長手軸Ｏ_１の方向の全長における界面７２ａは、検出光用光ファイバ１４ａを外装筒状部材５８に対して光ファイバ長手軸Ｏ_２方向に摺動可能とする摺動部として機能する。

なお、図６では、図示の都合上、外装筒状部材５８（ルーメン６６）の内壁と可撓性樹脂６８との界面７２ａは、厚みを持って示されているが、これは二つの層の接触部であって、実質的な厚みは有さない。また、外装筒状部材５８（ルーメン６６）の内壁と可撓性樹脂６８との間の固定部７０についても、厚みを持って示されているが、実際には５０〜２００μｍ厚などの非常に薄い接着剤の層である。

なお、ルーメン６６の断面形状は、円に限定されるものではなく、例えば楕円や三角形、四角形、多角形等であっても構わない。

また、ルーメン６６は、貫通孔に限定されるものではなく、外装筒状部材５８と一体で（もしくは同一の材料で）成型されたマルチルーメンチューブであっても良いし、外装筒状部材５８とは別体で成型されたシングルチューブを外装筒状部材５８で束ねた構造であっても構わない。ただし、ルーメン６６の少なくとも内壁は、例えばＰＴＦＥの様な接着性が良好ではない（ぬれ性が悪く摺動性が良い）フッ素樹脂であることが望ましい。

また、本第１実施形態では、検出光用光ファイバ１４ａは、外装筒状部材５８の先端部に固定部７０にて保持固定しているが、どこか一箇所のみを固定保持するのであれば、外装筒状部材５８の後端部や中間部分であっても構わない。

また、検出光用光ファイバ１４ａの本数も、四本に限定されるものではなく、少なくとも二本以上であれば良い。

なお、外装筒状部材５８の外周部分には、図７Ａに示すように、外装筒状部材５８の座屈やねじれを低減可能な編組（ブレード）等の剛性補強部材５８ａが埋設されている。また、剛性補強部材５８ａは、このような網目構造のブレードに限定するものではなく、例えば図７Ｂに示すようなコイル等であっても構わない。

また、特に図示はしていないが、形状検出装置は、それが備える複数の形状検出センサ１０の内、少なくとも一つの形状検出センサ１０の光源部１２及び／又は光検出部１６を、他の少なくとも一つの形状検出センサ１０の光源部１２及び／又は光検出部１６と兼用するようにしても構わない。すなわち、一つの光源部１２から出射された検出光を、複数の形状検出センサ１０の検出光用光ファイバ１４ａに入射させて導光させる構成や、複数の形状検出センサ１０の検出光用光ファイバ１４ａからの曲率に応じて特性に変化を与えられた検出光を、一つの光検出部１６に入射させて検出させる構成を採り得る。つまり、形状検出装置は、少なくとも一つの光源部１２と、複数の検出光用光ファイバ１４ａと、少なくとも一つの光検出部１６を備えていれば良い。

以上のような構成の形状検出装置のプローブ１では、図８に示すように、湾曲させた際、曲げの外側に配置されているルーメン６６には引張の曲げ応力が発生し、曲げの中心（外装筒状部材５８の中心）からのオフセット量に応じて伸張する。しかしながら、摺動部である界面７２ａでは、可撓性樹脂６８は外装筒状部材５８に対して光ファイバ長手軸Ｏ_２方向に摺動可能になっているので、可撓性樹脂６８には大きな力は加わらず、可撓性樹脂６８は外装筒状部材５８内に引っ込んだ状態になり、外装筒状部材５８及びそれに強固に接合されている検出光用光ファイバ１４ａは、湾曲可能になる。

また、曲げの内側に配置されているルーメン６６には圧縮の曲げ応力が発生し、曲げの中心からのオフセット量に応じて短くなる。しかしながら、摺動部である界面７２ａは、可撓性樹脂６８が外装筒状部材５８に対して光ファイバ長手軸Ｏ_２方向に摺動可能になっているので、可撓性樹脂６８には大きな力は加わらず、可撓性樹脂６８は外装筒状部材５８の外に飛び出した状態になり、外装筒状部材５８及びそれに強固に接合されている検出光用光ファイバ１４ａは、湾曲可能になる。

なお、検出光用光ファイバ１４ａは、その外周全体を（３６０°全長に渡って）可撓性樹脂６８に覆われているため、光ファイバ長手軸Ｏ_２を中心としたねじれが可撓性樹脂６８によって抑制され、検出光用光ファイバ１４ａはねじれ難くなっている。

以上説明したように、本第１実施形態による形状検出装置は、検出光を出射する光源部１２、光源部１２から出射された検出光を導光する形状検出用の光ファイバである検出光用光ファイバ１４ａ、検出光用光ファイバ１４ａの曲率に応じて検出光の特性に変化を与える検出光用光ファイバ１４ａに設けられた少なくとも一つの被検出部２２、及び、検出光用光ファイバ１４ａを通して導光された検出光を検出する光検出部１６、をそれぞれ有している複数の形状検出センサ１０と、複数の形状検出センサ１０の複数の光検出部１６によって検出される検出光の特性の変化に基づいて被検出部２２の湾曲形状を算出する形状算出装置４２と、複数の形状検出センサ１０の複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれの少なくとも一部がその内部に設置される外装筒状部材５８と、外装筒状部材５８の長手軸方向であるプローブ長手軸Ｏ_１の方向の少なくとも一部の、外装筒状部材５８と複数の検出光用光ファイバ１４ａとの間に充填された可撓性樹脂６８と、複数の検出光用光ファイバ１４ａをそれぞれ独立に当該検出光用光ファイバ１４ａの長手軸方向である光ファイバ長手軸Ｏ_２の方向に摺動可能とする摺動部と、を備えている。
したがって、検出光用光ファイバ１４ａが伸縮不可能であり且つ曲げの中心からオフセット配置された場合であっても、信頼性を損なうこと無く湾曲可能となるので、複数本の検出光用光ファイバを用いても信頼性が低下する虞のない形状検出装置を提供することができる。

なお、本第１実施形態においては、摺動部は、外装筒状部材５８の内壁と可撓性樹脂６８の外表面とが隣接する界面７２ａである。
この場合、外装筒状部材５８の内壁と可撓性樹脂６８の外表面とが隣接する界面７２ａの一部が所望の範囲で固定され、それ以外の前記外装筒状部材５８のプローブ長手軸Ｏ_１の方向の全長において界面７２ａが摺動部となっている。
従って、適正な範囲を超えた光ファイバ長手軸Ｏ_２の方向への被検出部２２の摺動を規制することができる。

なお、外装筒状部材５８の内壁は、外装筒状部材５８に設けられた複数のルーメン６６の内壁であり、複数のルーメン６６それぞれに複数の検出光用光ファイバ１４ａの内の一本が配置され、可撓性樹脂６８が複数のルーメン６６のそれぞれに充填されている。
従って、複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれの摺動を独立して行わせることができる。

ここで、複数のルーメン６６の内壁は、複数のルーメン６６の内壁と可撓性樹脂６８との界面７２ａの摺動抵抗を低減可能なフッ素樹脂（例えば、ＰＴＦＥ）で形成されている。
よって、界面７２ａの摺動をより容易にすることができる。

また、複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれの外表面は、可撓性樹脂６８に対する接着性を向上する表面改質が施されている。
よって、界面７２ａの摺動に倣った検出光用光ファイバ１４ａの摺動を確実にすることができる。

また、本第１実施形態による形状検出装置は、外装筒状部材５８の座屈もしくはねじれを低減可能な剛性補強部材５８ａをさらに備える。
これにより、より正確な形状検出が可能になる。

ここで、剛性補強部材５８ａは、線材を編み込んだ編組である。
あるいは、剛性補強部材５８ａは、線材を螺旋状に形成したコイルである。

なお、複数の形状検出センサ１０の内の少なくとも一つは、光源部１２及び／又は光検出部１６を、複数の形状検出センサ１０の内の別の少なくとも一つと共用するようにしても良い。
これにより、部品点数を削減し、安価な装置を提供することができる。

また、複数の検出光用光ファイバ１４ａはそれぞれ、内視鏡装置３４の挿入部４８の長手軸方向に沿って配置され、形状算出装置４２は、算出した被検出部２２それぞれの湾曲形状に基づいて挿入部４８の湾曲形状を算出する。
よって、本第１実施形態による形状検出装置を内視鏡に組み込むことで、挿入部４８の湾曲形状を知ることが可能になる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と同様の構成部材には同様の参照符号を付してその説明は省略し、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。

図９及び図１０に示すように、本第２実施形態による形状検出装置のプローブ１においては、外装筒状部材５８は、少なくとも複数の検出光用光ファイバ１４ａを内蔵可能な内径を有するチューブ形状をしている。そして、このチューブ形状の外装筒状部材５８内に複数、本実施形態では四本、のその先端に反射部２０が取り付けられた検出光用光ファイバ１４ａが挿入され、それら検出光用光ファイバ１４ａがチューブの中空部に充填された可撓性樹脂６８を介して保持されている。

ここで、外装筒状部材５８の内壁は、可撓性樹脂６８と接着によって固定保持されている。外装筒状部材５８をＰＴＦＥのような接合性の低いフッ素樹脂等で形成した場合には、その内壁にＮａエッチング処理等の接着性を向上させる表面処理を施すことで、可撓性樹脂６８と外装筒状部材５８とが強固に接合保持される構造とすることが望ましい。

一方、検出光用光ファイバ１４ａの被覆２８と可撓性樹脂６８とは、プローブ１の先端の固定部７０で、接着により保持固定されている。被覆２８は、例えばＥＴＦＥ等のフッ素樹脂等を材質として形成されており、接着性が良好でない。そこで、この固定部７０に対応する位置の被覆２８の外表面には、例えばＮａエッチィングやプラズマ処理のような接着性を向上させる表面処理が施されていることが望ましい。このような表面処理が施されていない部分については、被覆２８と可撓性樹脂６８との接合性は低いままである。よって、本第２実施形態では、被覆２８と可撓性樹脂６８との接触面である界面７２ｂでは、被覆２８は可撓性樹脂６８に対して光ファイバ長手軸Ｏ_２の方向に摺動可能になっている。このように、検出光用光ファイバ１４ａの被覆２８の外表面と可撓性樹脂６８の内面とが隣接する界面７２ｂの一部が所望の範囲で固定され、それ以外の外装筒状部材５８のプローブ長手軸Ｏ_１の方向の全長における界面７２ｂは、検出光用光ファイバ１４ａを外装筒状部材５８に対して光ファイバ長手軸Ｏ_２方向に摺動可能とする摺動部として機能する。

なお、図１０では、図示の都合上、被覆２８と可撓性樹脂６８との界面７２ｂは、厚みを持って示されているが、これは二つの層の接触部であって、実質的な厚みは有さない。また、被覆２８と可撓性樹脂６８との間の固定部７０についても、厚みを持って示されているが、実際には５０〜２００μｍ厚などの非常に薄い接着剤の層である。

以上のような構成の本第２実施形態による形状検出装置のプローブ１においても、上記第１実施形態における界面７２ａと同様に、可撓性樹脂６８と被覆２８の接触面である界面７２ｂでは二つの層が互いに摺動可能になっているため、検出光用光ファイバ１４ａが伸縮不可能であっても、外装筒状部材５８を所望の曲率で湾曲させることが可能になる。

以上のように、本第２実施形態による形状検出装置では、摺動部は、可撓性樹脂６８と複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれとが隣接する界面７２ｂである。
この場合、可撓性樹脂６８と複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれとが隣接する界面７２ｂの一部が所望の範囲で固定され、それ以外の外装筒状部材５８の長手軸方向の全長において界面７２ｂが摺動部となっている。
従って、適正な範囲を超えた光ファイバ長手軸Ｏ_２の方向への被検出部２２の摺動を規制することができ、また、複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれの摺動を独立して行わせることができる。
さらに、本第２実施形態による形状検出装置では、第１実施形態と比較して、外装筒状部材５８に可撓性樹脂６８を充填する際の抵抗が小さいため、充填速度を早めることが可能になり、より安価な形状検出装置を提供可能になる。

なおここで、複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれの外表面である被覆２８の表面は、複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれの外表面と可撓性樹脂６８との界面７２ｂの摺動抵抗を低減可能なフッ素樹脂（例えば、ＥＴＦＥ）で形成されている。
よって、界面７２ａの摺動をより容易にすることができる。

また、外装筒状部材５８の内壁の表面は、可撓性樹脂６８に対する接着性を向上する表面改質が施されている。
よって、外装筒状部材５８と可撓性樹脂６８との界面の摺動を無くすことができ、可撓性樹脂６８が摺動して検出光用光ファイバ１４ａの摺動を阻害する虞を無くすことができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下では、第２実施形態と同様の構成部材には同様の参照符号を付してその説明は省略し、第２実施形態と異なる部分のみを説明する。

本第３実施形態では、複数の検出光用光ファイバ１４ａとして、次のようなものを採用する。すなわち、検出光用光ファイバ１４ａの被覆２８は、例えばＥＴＦＥのようなフッ素樹脂をクラッド２６の外周面を覆うように成形される。但し、この被覆２８とクラッド２６との接触面である界面は、物理的もしくは化学的に接合されていない。つまり、被覆２８とクラッド２６との界面では、二つの層が互いに光ファイバ長手軸Ｏ_２の方向に摺動可能になっている。

このような構成の検出光用光ファイバ１４ａを用いる場合、図１１に示すように、外装筒状部材５８内に組み込む。すなわち、各検出光用光ファイバ１４ａの先端部における被覆２８を除去し、その先端に反射部２０が取り付けられた検出光用光ファイバ１４ａのクラッドと可撓性樹脂６８とが、プローブ１の先端の固定部７０で、接着により保持固定される。ここで、外装筒状部材５８の内壁及び検出光用光ファイバ１４ａの被覆２８は、可撓性樹脂６８を介して強固に接着保持される。なお、外装筒状部材５８を例えばＰＴＦＥ等、被覆２８を例えばＥＴＦＥ等、の接合性の低いフッ素樹脂等で形成した場合には、外装筒状部材５８の内壁及び被覆２８の外表面には、例えばＮａエッチィングやプラズマ処理のような可撓性樹脂６８に対する接着性を向上する表面処理が施されていることが望ましい。

このような構成とすることにより、検出光用光ファイバ１４ａのクラッド２６と被覆２８とが隣接する界面７２ｃの一部が所望の範囲で固定され、それ以外の外装筒状部材５８のプローブ長手軸Ｏ_１の方向の全長における界面７２ｃが、検出光用光ファイバ１４ａを外装筒状部材５８に対して光ファイバ長手軸Ｏ_２方向に摺動可能とする摺動部として機能する。

なお、図１１では、図示の都合上、クラッド２６と被覆２８との界面７２ｃは、厚みを持って示されているが、これは二つの層の接触部であって、実質的な厚みは有さない。

以上のような構成の本第３実施形態による形状検出装置のプローブ１においても、上記第１及び第２実施形態における界面７２ａ，７２ｂと同様に、クラッド２６と被覆２８との界面７２ｃは互いに摺動可能になっているため、検出光用光ファイバ１４ａが伸縮不可能な場合でも、外装筒状部材５８を所望の曲率で湾曲させることが可能になる。

以上のように、本第３実施形態による形状検出装置では、複数の検出光用光ファイバ１４ａはそれぞれ、コア２４と、コア２４の外周面を覆っているクラッド２６と、クラッドの外周面を覆っている被覆２８と、を有し、摺動部は、複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれにおける被覆２８とクラッド２６とが隣接する界面７２ｃである。
この場合、複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれにおける被覆２８とクラッド２６とが隣接する界面７２ｃの一部が所望の範囲で固定され、それ以外の複数の検出光用光ファイバ１４ａの長手軸方向である光ファイバ長手軸Ｏ_２の方向の全長において界面７２ｃが摺動部となっている。
従って、適正な範囲を超えた光ファイバ長手軸Ｏ_２の方向への被検出部２２の摺動を規制することができ、また、複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれの摺動を独立して行わせることができる。

ここで、外装筒状部材５８の内壁の表面及び複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれの被覆２８の表面の少なくとも一方は、可撓性樹脂６８に対する接着性を向上する表面改質が施されている。
よって、外装筒状部材５８と可撓性樹脂６８との界面あるいは被覆２８と可撓性樹脂６８との界面の摺動を無くすことができ、可撓性樹脂６８が摺動して検出光用光ファイバ１４ａの摺動を阻害する虞を無くすことができる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と同様の構成部材には同様の参照符号を付してその説明は省略し、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。

上記第１実施形態では、可撓性樹脂６８がルーメン６６に、外装筒状部材５８のプローブ長手軸Ｏ_１の方向のほぼ全長に亘って充填されていたが、本第４実施形態においては、図１２に示すように、外装筒状部材５８のプローブ長手軸Ｏ_１の方向において一部の範囲、望ましくは被検出部２２の近傍、にのみ充填されている。このような部分的な可撓性樹脂６８の充填を可能とするために、外装筒状部材５８には、例えば被検出部２２の近傍等の所望の位置に、外装筒状部材５８の内側に可撓性樹脂６８を供給可能な孔（もしくは切欠き）７４が設けられている。可撓性樹脂６８を充填した後は、少なくとも孔７４の外側（長手軸方向の一部）に保護チューブ７６を取り付けることで、この孔７４が塞がれている。

また、その先端に反射部２０が取り付けられた検出光用光ファイバ１４ａは、固定部７０において外装筒状部材５８と保持固定され、界面７２ｄは外装筒状部材５８のプローブ長手軸Ｏ_１の方向の全長に亘って摺動可能になっている。

なお、界面７２ｄは、外装筒状部材５８（ルーメン６６）と可撓性樹脂６８との接触面に限定するものではなく、可撓性樹脂６８と被覆２８との接触面であっても良い。

以上のように、本第４実施形態による形状検出装置では、可撓性樹脂６８は、複数の形状検出センサ１０それぞれ設けられた少なくとも一つの被検出部２２の近傍のみに充填され、摺動部は、外装筒状部材５８の内壁と可撓性樹脂６８の外表面とが隣接する界面７２ｄの、外装筒状部材５８の長手軸方向の全長であり、複数の検出光用光ファイバ１４ａはそれぞれ、可撓性樹脂６８以外の部位で外装筒状部材５８に固定されている。
従って、適正な範囲を超えた光ファイバ長手軸Ｏ_２の方向への被検出部２２の摺動を規制することができ、また、複数の検出光用光ファイバ１４ａそれぞれの摺動を独立して行わせることができる。
さらに、界面７２ｄは、第１乃至第３実施形態における界面７２ａ〜７２ｃと比較して短いため、湾曲時の摺動面の抵抗を小さく抑えることが可能になり、より信頼性の高い形状検出装置を提供可能になる。

ここで、本第４実施形態による形状検出装置は、外装筒状部材５８の一部に設けられ、外装筒状部材５８内に可撓性樹脂６８を充填可能な、少なくとも一つの孔７４をさらに備える。
これにより、容易に可撓性樹脂６８を充填することができる。

以上、本発明のさまざまな実施形態について説明してきたが、本発明は、上述の実施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内でさまざまな改良及び変更が可能である。例えば、当業者は、各実施形態を組み合わせた形状検出装置を想到することができる。

本発明の一態様による形状検出装置は、検出光を出射する光源部、前記光源部から出射された検出光を導光する形状検出用の光ファイバ、前記光ファイバの曲率に応じて検出光の特性に変化を与える前記光ファイバに設けられた少なくとも一つの被検出部、及び、前記光ファイバを通して導光された検出光を検出する光検出部、をそれぞれ有している複数の形状検出センサと、前記複数の形状検出センサの複数の光検出部によって検出される検出光の特性の変化に基づいて前記被検出部の湾曲形状を算出する形状算出装置と、前記複数の形状検出センサの複数の光ファイバそれぞれの少なくとも一部がその内部に設置される外装筒状部材と、前記外装筒状部材の長手軸方向の少なくとも一部の、前記外装筒状部材と前記複数の光ファイバとの間に、前記複数の光ファイバに含まれる個々の光ファイバの側周面を覆うように充填された可撓性樹脂と、前記複数の光ファイバをそれぞれ独立に当該光ファイバの長手軸方向に摺動可能とする摺動部と、を備えている。

Claims

検出光を出射する光源部、前記光源部から出射された検出光を導光する形状検出用の光ファイバ、前記光ファイバの曲率に応じて検出光の特性に変化を与える前記光ファイバに設けられた少なくとも一つの被検出部、及び、前記光ファイバを通して導光された検出光を検出する光検出部、をそれぞれ有している複数の形状検出センサと、
前記複数の形状検出センサの複数の光検出部によって検出される検出光の特性の変化に基づいて前記被検出部の湾曲形状を算出する形状算出装置と、
前記複数の形状検出センサの複数の光ファイバそれぞれの少なくとも一部がその内部に設置される外装筒状部材と、
前記外装筒状部材の長手軸方向の少なくとも一部の、前記外装筒状部材と前記複数の光ファイバとの間に充填された可撓性樹脂と、
前記複数の光ファイバをそれぞれ独立に当該光ファイバの長手軸方向に摺動可能とする摺動部と、
を備えている、形状検出装置。
前記摺動部は、前記外装筒状部材の内壁と前記可撓性樹脂の外表面とが隣接する界面である、請求項１に記載の形状検出装置。
前記外装筒状部材の内壁と前記可撓性樹脂の外表面とが隣接する前記界面の一部が所望の範囲で固定され、それ以外の前記外装筒状部材の前記長手軸方向の全長において前記界面が前記摺動部となっている、請求項２に記載の形状検出装置。
前記外装筒状部材の内壁は、前記外装筒状部材に設けられた複数のルーメンの内壁であり、
前記複数のルーメンそれぞれに前記複数の光ファイバの内の一本が配置され、
前記可撓性樹脂が前記複数のルーメンのそれぞれに充填されている、請求項３に記載の形状検出装置。
前記複数のルーメンの内壁は、前記複数のルーメンの内壁と前記可撓性樹脂との前記界面の摺動抵抗を低減可能なフッ素樹脂で形成されている、請求項４に記載の形状検出装置。
前記複数の光ファイバそれぞれの外表面は、前記可撓性樹脂に対する接着性を向上する表面改質が施されている、請求項４に記載の形状検出装置。
前記摺動部は、前記可撓性樹脂と前記複数の光ファイバそれぞれとが隣接する界面である、請求項１に記載の形状検出装置。
前記可撓性樹脂と前記複数の光ファイバそれぞれとが隣接する前記界面の一部が所望の範囲で固定され、それ以外の前記外装筒状部材の前記長手軸方向の全長において前記界面が前記摺動部となっている、請求項７に記載の形状検出装置。
前記複数の光ファイバそれぞれの外表面は、前記複数の光ファイバそれぞれの外表面と前記可撓性樹脂との前記界面の摺動抵抗を低減可能なフッ素樹脂で形成されている、請求項８に記載の形状検出装置。
前記外装筒状部材の内壁の表面は、前記可撓性樹脂に対する接着性を向上する表面改質が施されている、請求項８に記載の形状検出装置。
前記複数の光ファイバはそれぞれ、コアと、前記コアの外周面を覆っているクラッドと、前記クラッドの外周面を覆っている被覆と、を有し、
前記摺動部は、前記複数の光ファイバそれぞれにおける前記被覆と前記クラッドとが隣接する界面である、請求項１に記載の形状検出装置。
前記複数の光ファイバそれぞれにおける前記被覆と前記クラッドとが隣接する前記界面の一部が所望の範囲で固定され、それ以外の前記光ファイバの前記長手軸方向の全長において前記界面が前記摺動部となっている、請求項１１に記載の形状検出装置。
前記外装筒状部材の内壁の表面及び前記複数の光ファイバそれぞれの前記被覆の表面の少なくとも一方は、前記可撓性樹脂に対する接着性を向上する表面改質が施されている、請求項１２に記載の形状検出装置。
前記可撓性樹脂は、前記複数の形状検出センサそれぞれ設けられた前記少なくとも一つの被検出部の近傍のみに充填され、
前記摺動部は、前記外装筒状部材の内壁と前記可撓性樹脂の外表面とが隣接する界面の、前記外装筒状部材の前記長手軸方向の全長であり、
前記複数の光ファイバはそれぞれ、前記可撓性樹脂以外の部位で前記外装筒状部材に固定されている、請求項１に記載の形状検出装置。
前記外装筒状部材の一部に設けられ、前記外装筒状部材内に前記可撓性樹脂を充填可能な、少なくとも一つの孔をさらに備える、請求項１４に記載の形状検出装置。
前記外装筒状部材の座屈もしくはねじれを低減可能な剛性補強部材をさらに備える、請求項１に記載の形状検出装置。
前記剛性補強部材は、線材を編み込んだ編組である、請求項１６に記載の形状検出装置。
前記剛性補強部材は、線材を螺旋状に形成したコイルである、請求項１６に記載の形状検出装置。
前記複数の形状検出センサの内の少なくとも一つは、前記光源部及び／又は前記光検出部を、前記複数の形状検出センサの内の別の少なくとも一つと共用する、請求項１に記載の形状検出装置。
前記複数の光ファイバはそれぞれ、内視鏡装置の挿入部の長手軸方向に沿って配置され、
前記形状算出装置は、算出した前記被検出部それぞれの湾曲形状に基づいて前記挿入部の湾曲形状を算出する、請求項１乃至１９の何れか一つに記載の形状検出装置。