WO2017085879A1 - 曲率センサ - Google Patents

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WO2017085879A1
WO2017085879A1 PCT/JP2015/082753 JP2015082753W WO2017085879A1 WO 2017085879 A1 WO2017085879 A1 WO 2017085879A1 JP 2015082753 W JP2015082753 W JP 2015082753W WO 2017085879 A1 WO2017085879 A1 WO 2017085879A1
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fbg
light
light guide
fbg sensor
cores
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PCT/JP2015/082753
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佐々木　靖夫
山本　英二
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オリンパス株式会社
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Publication date
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    • A61B1/005—Flexible endoscopes
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
    • G02B6/02195—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for tuning the grating
    • G02B6/022—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for tuning the grating using mechanical stress, e.g. tuning by compression or elongation, special geometrical shapes such as "dog-bone" or taper

Definitions

  • the present invention relates to a curvature sensor for obtaining a bend to be measured.
  • US Pat. No. 6,256,090 discloses a technique for measuring the shape of a long flexible body using four or five fibers provided with a plurality of fiber Bragg grating (FBG) sensors. Four or five fibers are arranged around the flexible body. Three fibers are used to measure the shape of the flexible body based on the difference in response of each FBG sensor to changes in the shape of the flexible body. A single fiber is used to compensate for temperature changes. A single fiber is used for twist correction.
  • FBG fiber Bragg grating
  • US Pat. No. 7,781,724 discloses a technique for measuring the shape of a flexible body using three (two or more) cores provided with a plurality of FBG sensors.
  • the three cores are cores of a multi-core fiber in one example, and are cores of a single core fiber of a fiber bundle in another example.
  • the optical signals from each of the triple FBG sensors are separated and spectrally separated by a frequency domain reflectometer.
  • the bending amount of each part of the fiber or fiber bundle is obtained from the strain of each of the triple FBG sensors, and the shape of the fiber or fiber bundle is determined by integrating the bending amount of each part.
  • the apparatus disclosed in US Pat. No. 6,256,090 is an apparatus for measuring the bending of a flexible body in which an FBG sensor is installed around by utilizing a difference in response to bending of a plurality of FBG sensors.
  • the apparatus disclosed in US Pat. No. 7,781,724 is an apparatus that accurately measures a shape by combining two or more cores (fiber bundles or multi-core fibers) having FBGs without providing a specific measurement target.
  • a very expensive and highly accurate frequency domain reflectometer is used for the optical transmission / reception system.
  • An object of the present invention is to provide a curvature sensor with an inexpensive apparatus configuration that performs bending measurement.
  • the curvature sensor includes an elongated flexible light guide including a plurality of cores, a light source unit that emits light guided by the plurality of cores, a detection unit that detects light guided by each core, A processing unit for determining the bending of the light guide based on information of the detected light spectrum is provided.
  • the light guide has a plurality of FBG sensor sets provided along the length of the light guide.
  • Each FBG sensor group has a plurality of FBG sensors, one for each core. In the FBG sensors of each FBG sensor set, at least a part of the length along the axis of each core overlaps each other.
  • Some FBG sensor groups of the plurality of FBG sensor groups are arranged adjacent to each other in the pitch space, and all the FBG sensors included in each of the FBG sensor groups have the same pitch.
  • FIG. 1 illustrates a curvature sensor according to one embodiment.
  • FIG. 2 schematically shows one FBG sensor set shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the principle for obtaining the bending of the light guide shown in FIG. 1, and shows the setting of the coordinate system for the light guide.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of obtaining the bending of the light guide shown in FIG. 1, and shows the relative positional relationship between the bending direction of the light guide and the three cores.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of obtaining the bending of the light guide shown in FIG. 1, and shows the bent light guide.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the principle for obtaining the bending of the light guide shown in FIG. 1, and schematically showing the bending of three cores.
  • FIG. 1 illustrates a curvature sensor according to one embodiment.
  • FIG. 2 schematically shows one FBG sensor set shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the principle for obtaining the bending of
  • FIG. 7 is a view for explaining the principle for obtaining the bending of the light guide shown in FIG. 1, and shows the relative positional relationship of the three cores and the radius of curvature of the bending.
  • FIG. 8 shows the penetration of light propagating through the core into the cladding.
  • FIG. 9 shows an optical system of the curvature sensor shown in FIG.
  • FIG. 10 shows an example of a transmissive optical system of the curvature sensor.
  • FIG. 11 shows two bent cores and an FBG sensor provided on the core.
  • FIG. 12 shows a shift of the pitch accompanying the bending of the core.
  • FIG. 13 shows the curvature of the core at each position based on the interval of the FBG sensor shown in FIG. FIG.
  • FIG. 14 shows an example of the positional relationship of the FBG sensor sets along the length of the core and the relative relationship of the pitches on the pitch space of the FBG sensors in each FBG sensor set.
  • FIG. 15 shows another example of the positional relationship of the FBG sensor sets along the length of the core and the relative relationship of the pitches on the pitch space of the FBG sensors in each FBG sensor set.
  • FIG. 16 shows an endoscope system in which the curvature sensor shown in FIG. 1 is incorporated.
  • FIG. 17 shows an example of the rotation prevention mechanism.
  • FIG. 18 shows another example of the rotation prevention mechanism.
  • FIG. 19 shows a cross section taken along line F19-F19 in FIG.
  • FIG. 1 shows a curvature sensor according to an embodiment.
  • the curvature sensor includes an elongated and flexible light guide 30 including a plurality of cores, for example, three cores, a light source unit 12 that emits light guided by the light guide 30, and a spectrum that splits light from the light source unit 12. And a light branching unit 16 that distributes the light from the spectroscopic unit 14 to the core of the light guide 30.
  • a light source may be provided for each core of the light guide 30. In that case, the leftmost element in the light branching unit 16 is not necessary.
  • the light source unit 12 may be composed of a continuous light source that emits light having a broad spectrum, such as a super luminescent diode (SLD).
  • SLD super luminescent diode
  • the spectroscopic unit 14 may be constituted by a wavelength selectable optical system such as a tunable filter.
  • the spectroscopic unit 14 has a function of creating light having a narrow band spectrum from light having a wide band spectrum from the light source unit 12.
  • the spectroscopic unit 14 also has a function of sweeping the wavelength.
  • the light guide 30 has a plurality of fiber Bragg grating sensor sets FBG1, FBG2, FBG3,..., FBGn.
  • the fiber Bragg grating sensor sets FBG1, FBG2, FBG3,..., FBGn are simply abbreviated as FBG sensor sets.
  • FIG. 2 schematically shows one FBG sensor set.
  • the cores C1, C2, and C3 of the light guide 30 extend along the length of the light guide 30 while maintaining a relative distance. That is, the relative positions of the cores C1, C2, and C3 on the plane perpendicular to the axis of the light guide 30 are kept unchanged.
  • the cores C1, C2, and C3 are drawn so as to extend straight in parallel with each other.
  • the cores C1, C2, and C3 are not limited thereto, and may extend while twisting in a toroidal shape, for example.
  • Each FBG sensor set has a plurality of fiber Bragg grating sensors FBG provided in the respective cores C1, C2, and C3 of the light guide 30.
  • the fiber Bragg grating sensor FBG is abbreviated as FBG sensor.
  • FBG sensor the fiber Bragg grating sensor FBG.
  • one FBG sensor in each FBG sensor group is provided for each of the cores C1, C2, and C3. That is, each FBG sensor group has the same number of cores C1, C2, and C3, that is, three FBG sensors.
  • the three FBG sensors in each FBG sensor are formed so that at least a part of the lengths along the axes of the cores C1, C2, and C3 overlap each other.
  • Each FBG sensor is composed of a grating whose refractive index periodically changes in the longitudinal direction of the cores C1, C2, and C3.
  • ⁇ B 2n ⁇
  • lambda B is the Bragg wavelength
  • n is the refractive index of the core
  • lambda is the grating pitch (period).
  • the FBG sensor reflects only components of a specific wavelength of light and transmits components of other wavelengths.
  • the plurality of FBG sensors formed along the axis of each of the cores C1, C2, and C3 have different pitches. For this reason, the wavelengths of light reflected by the plurality of FBG sensors formed in the cores C1, C2, and C3 are different from each other.
  • the light guide 30 is depicted as a multi-core fiber, but is not limited thereto, and may be composed of a plurality of fibers provided with an FBG sensor. In that case, at least the part of the FBG sensor needs to be bonded and fixed so that the mutual distance does not change.
  • an antireflection member 36 may be provided at the end of the light guide 30.
  • the light branching unit 16 branches and returns the light returned from the FBG sensor and outputs it.
  • the curvature sensor also includes a detection unit 38 including a plurality of detectors 38 a that detect return light output from the light branching unit 16, and a light guide 30 based on the detected spectrum information of the return light from the FBG sensor. Is provided with a processing unit 44 for obtaining a bend.
  • the processing unit 44 also has a function of controlling the SLD driver 42 that drives the light source unit 12 and the spectroscopic unit 14.
  • the core located inside the central axis of the light guide 30 is contracted, the FBG formed on the core is also contracted, so that the pitch of the FBG sensor is decreased.
  • the Bragg wavelength is shortened. That is, the wavelength of the light component reflected by the FBG sensor is shortened.
  • the principle for obtaining the bending of the light guide 30 will be described with reference to FIGS.
  • the direction in which the cores C1, C2, and C3 extend is taken as the z-axis, and the direction from the origin toward the core C1 is taken as the y-axis with the center of the FBG sensor set as the origin.
  • FIGS. 4 and 5 it is assumed that the light guide 30 is bent with a radius of curvature r in the direction of the angle ⁇ from the x-axis.
  • each of the cores C1, C2, and C3 with respect to the angle ⁇ can be expressed as s + ds 1 , s + ds 2 , and s + ds 3 as shown in FIG.
  • the relationship between these is expressed by the following equation (1) using the radii of curvature r 1 , r 2 , r 3 of each core shown in FIG.
  • Curvature of each core from FIG radius r 1, r 2, r 3 is Kakiarawasa by the following formula (3).
  • the curvature radius of the bending can be obtained from the difference in strain between the two FBG sensors by using the two cores in the same manner as the above consideration.
  • the radius of curvature can be obtained based on one FBG sensor.
  • the radius of curvature is obtained based on two FBG sensors. It is desirable.
  • the shape can be calculated by integrating the amount of bending at each position. For example, it is possible to obtain information on the shape of the large intestine endoscope in the body.
  • the mode of light passing through the core is one in a single mode fiber.
  • n is the refractive index
  • the refractive index n is close to the refractive index of the core, since the light propagating through the core is oozed into the cladding as shown in FIG. 8, the effective refractive index is also affected by the cladding.
  • the degree of influence of the clad varies depending on the amount of oozing into the clad due to the size of the core diameter.
  • the refractive index of each core of the multi-core fiber also changes depending on the characteristics of each core such as Ge doping amount, the Bragg reflection wavelength is not necessarily the same even if the pitch is the same. However, if the cores have the same diameter and the same characteristics, they have the same Bragg reflection wavelength when the FBG sensors having the same pitch are formed on the multi-core.
  • FIG. 1 (Optical system) In FIG. 1, light having a broad spectrum emitted from the light source unit 12 is split by the spectroscopic unit 14 to be converted to light having a narrow band spectrum and wavelength swept.
  • the light from the spectroscopic unit 14 is branched by the light branching unit 16 and then introduced into the three cores C1, C2, and C3 of the light guide 30.
  • the light guided by the light guide 30 is reflected by the reflecting member 36 and then returns to the light branching unit 16, and the return light from each of the cores C 1, C 2, C 3 is output from the light branching unit 16, It is detected by the detection unit 38. Thereby, an optical spectrum (graph of light intensity with respect to wavelength) is obtained.
  • the light source unit 12 may be configured by a wavelength variable light source such as a tunable laser, and the spectroscopic unit 14 that is an optical system capable of wavelength selection may be omitted.
  • the return light may be split by an optical system capable of selecting a wavelength, such as a tunable filter.
  • the spectroscopic unit 14 is omitted, and light having a broadband spectrum emitted from the light source unit 12 is directly introduced into the three cores C1, C2, and C3 of the light guide 30.
  • FIG. 9 shows an optical system of the curvature sensor shown in FIG.
  • illustration of the spectroscopic unit is omitted.
  • Light incident on the light guide 30 is wavelength-swept light and has a broadband optical spectrum as shown in the upper left of FIG.
  • the light spectrum of the return light from one of the cores of the light guide 30 has a plurality of discrete peaks as shown in the lower left of FIG. One peak corresponds to one FBG sensor.
  • the optical system of the curvature sensor shown in FIG. 1 is composed of a reflective optical system, but may instead be composed of a transmissive optical system.
  • FIG. 10 shows an example of a transmissive optical system of the curvature sensor. Also in this figure, illustration of the spectroscopic unit is omitted. The spectroscopic unit may be provided after the light source unit 12 or before the light detection unit 38. Moreover, when the light source part 12 is comprised with a tunable laser etc., you may abbreviate
  • Light incident on the light guide 30 is wavelength-swept light and has a broadband optical spectrum as shown on the left side of FIG.
  • the optical spectrum of the transmitted light that has passed through one of the cores of the light guide 30 has a plurality of dip discrete from each other, as shown on the right side of FIG. One dip corresponds to one FBG sensor.
  • the optical spectrum obtained in the light detection unit 38 has a peak or dip wavelength shift depending on the amount of bending.
  • the bending amount of the light guide 30 in each FBG sensor portion can be calculated from the wavelength shift of the light spectrum of the light from the plurality of cores. By integrating the amount of bending at each FBG sensor portion, the entire bending of the light guide 30, in other words, the shape can be calculated.
  • the plurality of FBG sensors formed on one core are located at different locations along the core axis and have different pitches. That is, the wavelengths of light reflected by a plurality of FBG sensors on one core, that is, Bragg wavelengths, are different from each other.
  • the wavelength of light reflected by the FBG sensor is not necessarily the Bragg wavelength, but will be referred to as the Bragg wavelength of the FBG sensor for convenience.
  • the position along the length of the light guide 30 can be identified from the wavelength of the peak or dip of the light spectrum detected by the light detection unit 38, in other words, from the Bragg wavelength of the FBG sensor.
  • the amount of bending of the light guide 30 in that portion is calculated from the amount of wavelength shift of the peak or dip of the optical spectrum detected by the light detection unit 38, in other words, from the amount of wavelength shift of the Bragg wavelength of the FBG sensor. be able to.
  • the position of the FBG sensor along the core can be specified from the order of the wavelengths, that is, it is necessary that the length of the Bragg wavelength of the FBG sensor is not reversed even when the light guide 30 is bent greatly. is there.
  • the wavelength interval should be set to at least twice the change of the Bragg wavelength corresponding to the assumed strain. Designed to open. If this policy is followed, it is necessary to separate the Bragg wavelength change of the FBG sensor corresponding to the minimum curvature radius of the measurement target for detecting the bending by at least twice. In terms of pitch, it is necessary to separate the pitch by more than twice the change in pitch corresponding to the change in Bragg wavelength.
  • the length of the light guide 30 is increased when the wavelength interval is increased according to the above-described selection of the wavelength interval.
  • a sufficient number of FBG sensors cannot be provided. In such a case, it is necessary to use an expensive light source with a wider band or to add a light source with a higher or lower band, which leads to an increase in measurement cost.
  • the light guide 30 is installed in a guide such as a tube in the insertion portion of the endoscope or on the side surface so as to be freely deformable along the insertion portion of the endoscope.
  • the guide is preferably on the axis of the insertion portion of the endoscope, but may not be on the axis.
  • the guide bends according to the bending of the insertion portion of the endoscope, but has a marginal structure that does not hinder the movement of the light guide 30 in the axial direction and the twist direction. For a thick measuring object, the bend does not change abruptly unless pressed from many sides.
  • the interval on the pitch space is preferably as narrow as possible in consideration of the maximum curvature radius of the measurement object, the deformation method of the measurement object, the relative position and interval of the FBG sensor set with respect to the measurement object, and the reversal of the wavelength. Should be chosen so that it does not occur. Thereby, the pitch interval of the FBG sensor can be narrowed.
  • the FBG sensors arranged adjacent to each other along the axes of the cores C1 and C2 are set so as to be arranged adjacent to each other in the pitch space as shown in FIG.
  • reference signs ⁇ n1 and ⁇ n2 indicate the FBG sensors located on the cores C1 and C2, respectively, and represent the pitch of the FBG sensors.
  • dn represents an interval between the FBG sensor groups.
  • the pitch of each FBG sensor when the cores C1 and C2 are straight is indicated by a one-dot chain line, and the pitch after the shift due to the bending of the cores C1 and C2 as shown in FIG.
  • FIG. 11 is indicated by a solid line.
  • Figure 13 shows the curvature of the core C1, C2 at each position based on the distance d n of the FBG sensor shown in FIG. 11.
  • the curvature is the reciprocal of the radius of curvature.
  • the minimum radius of curvature of the measurement target is not required unless the distances along the axes of the cores C1 and C2 are so far apart. It is possible to set the interval shorter than the pitch width corresponding to twice this.
  • an SLD which is a continuous light source having a small wavelength width of C-band (1530 nm to 1565 nm).
  • the minimum radius of curvature of the colonoscopy of 30 mm corresponds to a change in Bragg wavelength of about 2.5 nm (assuming the core is offset by 50 ⁇ m from the center axis of the fiber).
  • the shape cannot be calculated with sufficient accuracy from the measurement of bending.
  • a score of 15 points or more can be secured, and a sufficient score can be measured for a colonoscope of about 1 m50 cm.
  • FIG. 14 and FIG. 15 show examples of the FBG sensor set according to the above device. 14 and 15, the positional relationship of the FBG sensor groups along the lengths of the cores C1, C2, and C3 of the light guide 30 is shown in the upper stage, and the pitch of the FBG sensor in the pitch space in each FBG sensor group. The relative relationship is shown in the lower row.
  • the number of FBG sensor sets provided in the light guide 30 is eight. The eight FBG sensor sets are adjacent along the length of the light guide 30.
  • some of the eight FBG sensor groups (FBG1 to FBG8), for example, four FBG sensor groups (FBG3 to FBG6) are arranged adjacent to each other in the pitch space.
  • the FBG sensors included in each of these four FBG sensor groups (FBG3 to FBG6) have the same pitch in the pitch space.
  • the pitches of all the FBG sensors included in each of all the FBG sensor groups in each of the four FBG sensor groups (FBG3 to FBG6) included in a specific area in the pitch space are the same. Accordingly, multiple pairs, for example, three pairs of FBG sensors on the same core in two adjacent FBG sensor sets have the same pitch difference.
  • the most suitable pitch difference according to the position of the FBG sensor set along the length of the light guide can be given to them in common.
  • the utilization efficiency of the pitch space can be maximized.
  • the pitch difference is not the same, it is necessary to set with sufficient margin so that the reverse rotation does not occur even with the smallest pitch difference, and therefore the utilization efficiency of the pitch space cannot be maximized.
  • all eight FBG sensor groups are arranged adjacent to each other in the pitch space.
  • the FBG sensors included in each of all eight FBG sensor groups (FBG1 to FBG8) have the same pitch in the pitch space. That is, the pitches of all the FBG sensors in each of all eight FBG sensor groups (FBG1 to FBG8) are the same. Accordingly, multiple pairs, for example, three pairs of FBG sensors on the same core in two adjacent FBG sensor sets have the same pitch difference. Thereby, the most suitable pitch difference according to the position of the FBG sensor set along the length of the light guide can be given to them in common. Thereby, the utilization efficiency of the pitch space can be maximized.
  • FIG. 14 and FIG. 15 is a configuration having eight FBG sensor sets, but it can be generalized as follows regardless of the number of FBG sensor sets.
  • All the FBG sensor groups provided along the length of the light guide are arranged adjacent to each other in the pitch space, and all the FBG sensors included in each of the FBG sensor groups have the same pitch.
  • FBG sensor groups of the plurality of FBG sensor groups provided along the length of the light guide are arranged adjacent to each other in the wavelength space, and the FBG sensors included in each of these FBG sensor groups Have the same Bragg wavelength.
  • All the FBG sensor groups provided along the length of the light guide are arranged adjacent to each other in the wavelength space, and the FBG sensors included in each of the FBG sensor groups have the same Bragg wavelength.
  • FIG. 16 shows an endoscope system in which the curvature sensor of this embodiment is incorporated.
  • the endoscope system is divided into a scope unit 60 and a main body unit 70.
  • the scope section 60 includes a bendable insertion section 64 in which an imaging device is incorporated at the distal end section, and an operation section 62 that operates bending of the insertion section 64.
  • the main unit 70 includes a power source, an illumination light source 72 for a scope unit, a controller 76 including a control / calculation unit 74 that performs operations such as control of an imaging device and image processing, and a monitor 78 that displays captured images and various information. Have.
  • the scope unit 60 is detachable from the main body unit 70, and is used after being exchanged for one having a different function (for inspection, surgery, etc.) depending on the application. Therefore, common elements such as the power source, the illumination light source 72, and the control / calculation unit 74 are installed in the main body 70.
  • the light guide 30 of the curvature sensor is arranged along the length of the insertion part 64 of the scope part 60 of the endoscope system.
  • the light source unit 12, the light branching unit 16, and the light detection unit 38 are disposed inside the operation unit 62 of the scope unit 60.
  • the light source unit 12 and the light detection unit 38 are both arranged inside the operation unit 62, but either the light source unit 12 or the light detection unit 38 is inside the controller 76 of the main body unit 70. May be installed.
  • the light guide 30 is preferably a single mode fiber.
  • Single mode fiber coupling requires special considerations such as very precise positioning and no dust in the coupling area.
  • the optical system of the curvature sensor is not installed on the side of the main body part 70 that is routinely separated, and stable performance can be obtained by installing all of them on the side of the scope part 60. Therefore, the electrical system such as the power supply and the controller 76 is preferably on the main body 70 side, and the optical system such as the light source 12 and the light detection unit 38 is preferably on the scope 60 side. If it does so, the coupling
  • the light source unit 12 or the optical system such as the photodetection unit 38 or the like can be shared, so that the cost of shape measurement can be reduced.
  • the anti-rotation mechanism has a tube-like shape having an elongated slit 84 extending along the length of the light guide 30 and covering the periphery of the light guide 30, as shown in FIG.
  • the guide 82 and the pin 86 extending from the light guide 30 through the slit 84 may be configured.
  • the rotation prevention mechanism includes a plane part 30 a formed in a part of the light guide 30 and a rotation stop 94 having a plane 96 facing the plane part 30 a. And a tube-shaped guide 92 covering the periphery of the light guide 30.
  • the measurement object is the insertion part of the scope part, but the measurement object is, in addition, various probes, catheters, and oversheaths (tubes used for assisting insertion of insertion parts and catheters) It may be.

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Abstract

曲率センサは、複数のコア（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を含む細長く可撓性の導光体と、前記複数のコアによって導光される光を発する光源部と、各コアによって導光された光を検出する検出部と、検出された光スペクトルの情報に基づいて前記導光体の曲がりを求める処理部を有している。前記導光体は、前記導光体の長さに沿って設けられた複数のＦＢＧセンサ組（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，…，ＦＢＧ８）を有している。各ＦＢＧセンサ組は、各コアに１個ずつ設けられた複数のＦＢＧセンサを有している。各ＦＢＧセンサ組のＦＢＧセンサは、各コアの軸に沿った長さの少なくとも一部が互いに重なっている。前記複数のＦＢＧセンサ組のうちのいくつかのＦＢＧセンサ組はピッチ空間上において隣接して並んでおり、それらのＦＢＧセンサ組の各々に含まれるＦＢＧセンサは全てピッチが一致している。

Description

曲率センサ
　本発明は、測定対象の曲がりを求める曲率センサに関する。
　米国特許第６２５６０９０号は、複数のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）センサが設けられた４本または５本のファイバを用いて長尺な可撓体の形状を測定する技術を開示している。４本または５本のファイバは可撓体の周囲に配置されている。３本のファイバが、可撓体の形状の変化に対する各ＦＢＧセンサのレスポンスの違いに基づく可撓体の形状の測定に使用される。１本のファイバが、温度変化の補正のために使われる。１本のファイバが、ねじれの補正のために使われる。
　米国特許第７７８１７２４号は、複数のＦＢＧセンサが設けられた３本（２本以上）のコアを用いて可撓体の形状を測定する技術を開示している。３本のコアは、一例では、マルチコアファイバのコアであり、別の例では、ファイバ束のシングルコアファイバのコアである。３つ組のＦＢＧセンサの各々からの光信号は、周波数領域反射計によって分離分光される。３つ組のＦＢＧセンサの各々のひずみからファイバまたはファイバ束の各部の曲がり量を求め、各部の曲がり量を積分することによって、ファイバまたはファイバ束の形状を決定する。
米国特許第６２５６０９０号明細書 米国特許第７７８１７２４号明細書
　米国特許第６２５６０９０号に開示された装置は、複数のＦＢＧセンサの曲がりに対するレスポンスの違いを利用して、周囲にＦＢＧセンサが設置された可撓体の曲がりを測定する装置である。
　米国特許第７７８１７２４号に開示された装置は、特定の測定対象を設けずに、ＦＢＧをもつ２本以上のコア（ファイバ束またはマルチコアファイバ）の組み合わせにより、形状を精密に測定する装置であり、光送受信系に非常に高価で高精度な周波数領域反射計を利用している。
　これらの装置はいずれも高価なものである。米国特許第６２５６０９０号と米国特許第７７８１７２４号のいずれも、測定を行うための安価な装置構成については触れていない。
　本発明の目的は、曲がり測定を行う安価な装置構成の曲率センサを提供することである。
　曲率センサは、複数のコアを含む細長く可撓性の導光体と、前記複数のコアによって導光される光を発する光源部と、各コアによって導光された光を検出する検出部と、検出された光スペクトルの情報に基づいて前記導光体の曲がりを求める処理部を有している。前記導光体は、前記導光体の長さに沿って設けられた複数のＦＢＧセンサ組を有している。各ＦＢＧセンサ組は、各コアに１個ずつ設けられた複数のＦＢＧセンサを有している。各ＦＢＧセンサ組のＦＢＧセンサは、各コアの軸に沿った長さの少なくとも一部が互いに重なっている。前記複数のＦＢＧセンサ組のうちのいくつかのＦＢＧセンサ組はピッチ空間上において隣接して並んでおり、それらのＦＢＧセンサ組の各々に含まれるＦＢＧセンサは全てピッチが一致している。
　本発明によれば、曲がり測定を行う安価な装置構成の曲率センサが提供される。
図１は、一実施形態による曲率センサを示している。 図２は、図１に示された一つのＦＢＧセンサ組を概略的に示している。 図３は、図１に示された導光体の曲がりを求める原理を説明するための図であり、導光体に対する座標系の設定を示している。 図４は、図１に示された導光体の曲がりを求める原理を説明するための図であり、導光体の曲がり方向と３本のコアの相対位置関係を示している。 図５は、図１に示された導光体の曲がりを求める原理を説明するための図であり、曲げられた導光体を示している。 図６は、図１に示された導光体の曲がりを求める原理を説明するための図であり、３本のコアの曲がりを模式的に示している。 図７は、図１に示された導光体の曲がりを求める原理を説明するための図であり、３本のコアの相対位置関係と曲がりの曲率半径を示している。 図８は、コアを伝搬する光のクラッドへのしみだしを示している。 図９は、図１に示された曲率センサの光学系を示している。 図１０は、曲率センサの透過型の光学系の例を示している。 図１１は、曲げられた２本のコアと、コア上に設けられたＦＢＧセンサを示している。 図１２は、コアの曲がりに伴うピッチのシフトを示している。 図１３は、図１１に示されたＦＢＧセンサの間隔に基づいた各位置におけるコアの曲率を示している。 図１４は、コアの長さに沿ったＦＢＧセンサ組の位置関係と、各ＦＢＧセンサ組内のＦＢＧセンサのピッチ空間上におけるピッチの相対関係の一例を示している。 図１５は、コアの長さに沿ったＦＢＧセンサ組の位置関係と、各ＦＢＧセンサ組内のＦＢＧセンサのピッチ空間上におけるピッチの相対関係の別の例を示している。 図１６は、図１に示された曲率センサが組み込まれた内視鏡システムを示している。 図１７は、回転防止機構の一例を示している。 図１８は、回転防止機構の別の例を示している。 図１９は、図１８のＦ１９－Ｆ１９線に沿った断面を示している。
　図１は、一実施形態による曲率センサを示している。曲率センサは、複数たとえば３本のコアを含む細長く可撓性の導光体３０と、導光体３０によって導光される光を発する光源部１２と、光源部１２からの光を分光する分光部１４と、分光部１４からの光を導光体３０のコアに分配する光分岐部１６を備えている。導光体３０の個々のコアに対してそれぞれ光源が設けられてもよく、その場合、光分岐部１６中の左端の素子は不要である。
　光源部１２は、広帯域なスペクトルをもつ光を発する連続光源たとえばスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）で構成されてよい。
　分光部１４は、波長選択可能な光学系たとえばチューナブルフィルタで構成されてよい。分光部１４は、光源部１２からの広帯域なスペクトルをもつ光から、狭帯域なスペクトルをもつ光を作り出す機能を有している。分光部１４はまた、波長掃引する機能を有している。
　導光体３０は、複数のファイバーブラッググレーティングセンサ組ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，…，ＦＢＧｎを有している。以下では、ファイバーブラッググレーティングセンサ組ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，…，ＦＢＧｎを単にＦＢＧセンサ組と略記する。
　図２は、一つのＦＢＧセンサ組を概略的に示している。導光体３０のコアＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、相対間隔を維持して導光体３０の長さに沿って延びている。つまり、導光体３０の軸に垂直な平面上におけるコアＣ１，Ｃ２，Ｃ３の相対位置は不変に保たれている。図２には、コアＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、互いに平行にまっすぐに延びているように描かれているが、これに限らず、たとえば、トロイダル状にねじれながら延びていてもよい。
　各ＦＢＧセンサ組は、導光体３０の各コアＣ１，Ｃ２，Ｃ３に設けられた複数のファイバーブラッググレーティングセンサＦＢＧを有している。以下では、ファイバーブラッググレーティングセンサＦＢＧをＦＢＧセンサと略記する。例えば、各ＦＢＧセンサ組内のＦＢＧセンサは、各コアＣ１，Ｃ２，Ｃ３に１個ずつ設けられている。すなわち、各ＦＢＧセンサ組は、コアＣ１，Ｃ２，Ｃ３の本数と同数すなわち３個のＦＢＧセンサを有している。各ＦＢＧセンサ内の３個のＦＢＧセンサは、各コアＣ１，Ｃ２，Ｃ３の軸に沿った長さの少なくとも一部が互いに重なるように形成されている。
　各ＦＢＧセンサは、コアＣ１，Ｃ２，Ｃ３の長手方向に屈折率が周期的に変化しているグレーティングで構成されている。ＦＢＧセンサに光が入射すると、特定の波長λＢ＝２ｎΛの成分だけが互いに強め合うように干渉する。ここで、λＢはブラッグ波長であり、ｎはコアの屈折率、Λはグレーティングのピッチ（周期）である。これによって、ＦＢＧセンサは、光の特定の波長の成分だけを反射し、それ以外の波長の成分を透過する。
　各コアＣ１，Ｃ２，Ｃ３にその軸に沿って形成されている複数のＦＢＧセンサは、互いに異なるピッチを有している。このため、各コアＣ１，Ｃ２，Ｃ３に形成されている複数のＦＢＧセンサによってそれぞれ反射される光の波長は互いに相違している。
　図２には、導光体３０は、マルチコアファイバとして描かれているが、これに限らず、ＦＢＧセンサが設けられた複数のファイバで構成されてもよい。その場合、少なくともＦＢＧセンサの部分は、相互の間隔が変化しないように接着固定されている必要がある。
　図１に示されるように、導光体３０の末端には、反射防止部材３６が設けられるとよい。光分岐部１６は、ＦＢＧセンサから戻って来た光を分岐させて取り出して出力する。曲率センサはまた、光分岐部１６から出力される戻り光を検出する複数の検出器３８ａを含む検出部３８と、検出されたＦＢＧセンサからの戻り光のスペクトルの情報に基づいて導光体３０の曲がりを求める処理部４４を備えている。処理部４４はまた、光源部１２を駆動するＳＬＤドライバ４２と、分光部１４を制御する機能も有している。
　（曲率半径と方向の計算方法）
　ＦＢＧセンサ組が位置する導光体３０の部分が曲げられると、ＦＢＧセンサ組内の複数のＦＢＧセンサは、導光体３０の曲がりに対して異なる伸び方をする。その結果、ＦＢＧセンサ組内の複数のＦＢＧセンサは、異なるレスポンスを示す。すなわち、導光体３０の中心軸よりも外側に位置するコアは伸びるので、そのコアに形成されたＦＢＧセンサも同じように伸びるため、ＦＢＧセンサのピッチが大きくなる。その結果、ブラッグ波長は長くなる。つまり、そのＦＢＧセンサによって反射される光の波長が長くなる。反対に、導光体３０の中心軸よりも内側に位置するコアは縮むので、そのコアに形成されたＦＢＧも縮むため、ＦＢＧセンサのピッチが小さくなる。その結果、ブラッグ波長は短くなる。つまり、そのＦＢＧセンサによって反射される光成分の波長が短くなる。ＦＢＧセンサ組内の複数のＦＢＧセンサのブラッグ波長の変化を測定することによって、そのＦＢＧセンサ組が位置する導光体３０の部分がどの方向にどの程度曲げられているかを求めることができる。
　以下、導光体３０の曲がりを求める原理について図３ないし図７を参照しながら説明する。図３に示されるように、コアＣ１，Ｃ２，Ｃ３が延びている方向をｚ軸とし、ＦＢＧセンサ組の中心を原点として原点からコアＣ１に向かう方向をｙ軸とする。図４と図５に示されるように、ｘ軸から角度αの方向に曲率半径ｒで導光体３０が曲げられているとする。それぞれのコアＣ１，Ｃ２，Ｃ３の角度θに対する伸びは、原点の伸びをｓとして、図６に示されるように、ｓ＋ｄｓ１，ｓ＋ｄｓ２，ｓ＋ｄｓ３と表すことができる。これらの間の関係は、図７に示される各コアの曲率半径ｒ１，ｒ２，ｒ３を利用して、次式（１）で書き表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　これを変形して各コアのひずみをεｉ＝ｄｓｉ／ｓとおくと、上式（１）は次式（２）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図７から各コアの曲率半径ｒ１，ｒ２，ｒ３は、次式（３）で書き表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　したがって、次式（４）の関係が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ここで、次式（５）に示されるようにパラメータを置き換える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　すると、αは、次式（６）で書き表される、また、ｒは、次式（７）で書き表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　従って、３個のＦＢＧセンサのひずみの差ε１～ε３から、ｒ，αを求めることができることがわかる。
　もちろん同様な導出により、２個のＦＢＧセンサに基づいてｒ，αを求めることもできる。しかし、３個のＦＢＧセンサに基づく場合には、曲がり以外の理由たとえば温度、引っ張り等により全てのＦＢＧセンサが均一に伸びた場合にも、その効果をキャンセルすることが可能であるので、ここでは３個のＦＢＧセンサに基づく導出例を示した。
　曲がりが２次元の面内に限定される場合は、上記考察と同様に２本のコアを利用することによって、２個のＦＢＧセンサのひずみの差から曲がりの曲率半径を求めることができる。
　上記注釈と同様に、１個のＦＢＧセンサに基づいて曲率半径を求めることもできるが、ＦＢＧセンサが均一に伸びる場合をキャンセルする効果を考えると、２個のＦＢＧセンサに基づいて曲率半径を求めることが望ましい。
　このような曲がり検出をいくつもの位置で行うことにより、各位置での曲がり量を積分することで形状を計算することができる。たとえば大腸内視鏡が体内でどのような形状になっているかについての情報を得ることができる。
　（ピッチとブラッグ波長の関係）
　コアを通る光のモードは、シングルモードファイバでは１個である。このとき形成するＦＢＧセンサのピッチΛに対するブラッグ反射波長λＢは前述のようにλＢ＝２ｎΛ（ｎは屈折率）で決まる。屈折率ｎはコアの屈折率に近いが、コアを伝搬する光は図８のようにクラッドへのしみだしを伴うので、クラッドの影響も受けた実効屈折率になる。クラッドの影響の度合いは、コア径のサイズによるクラッドへのしみだしの量によってかわる。またマルチコアファイバのおのおののコアの屈折率もたとえばＧｅのドープ量等のコア毎の特性により変化するので、ピッチが同じであるからといって、必ずしもブラッグ反射波長が同じであるとは限らない。ただし、同じ径で同じ特性のコアであれば、マルチコアに同じピッチのＦＢＧセンサを形成したときに、同じブラッグ反射波長を持つことになる。
　（光学系）
　図１において、光源部１２から発せられる広帯域のスペクトルをもつ光は、分光部１４によって分光されて狭帯域のスペクトルをもつ光に変えられるともに波長掃引される。分光部１４からの光は、光分岐部１６によって分岐された後、導光体３０の３本のコアＣ１，Ｃ２，Ｃ３に導入される。導光体３０によって導光された光は、反射部材３６によって反射された後、光分岐部１６にまで戻り、それぞれのコアＣ１，Ｃ２，Ｃ３からの戻り光が光分岐部１６から出力され、検出部３８によって検出される。これにより、光スペクトル（波長に対する光強度のグラフ）が得られる。
　連続光源である光源部１２の代わりに、チューナブルレーザのような波長可変光源で光源部１２が構成され、波長選択可能な光学系である分光部１４が省略されてもよい。また、導光体３０に入射する光が分光される代わりに、戻り光が、波長選択可能な光学系たとえばチューナブルフィルタによって分光されてもよい。戻り光が分光される場合には、分光部１４が省略され、光源部１２から発せられる広帯域のスペクトルをもつ光がそのまま導光体３０の３本のコアＣ１，Ｃ２，Ｃ３に導入される。
　図９は、図１に示された曲率センサの光学系を示している。図９では、分光部の図示は省略されている。導光体３０に入射する光は、波長掃引された光であり、図９の左上に示されるように、広帯域の光スペクトルを有している。導光体３０のコアのひとつからの戻り光の光スペクトルは、図９の左下に示されるように、互いに離散した複数のピークを有している。ひとつのピークが、ひとつのＦＢＧセンサに対応している。
　図１に示された曲率センサの光学系は、反射型の光学系で構成されているが、これに代えて、透過型の光学系で構成されてもよい。図１０は、曲率センサの透過型の光学系の例を示している。この図においても、分光部の図示は省略されている。分光部は、光源部１２の後段または光検出部３８の前段に設けられてよい。また、光源部１２がチューナブルレーザ等で構成される場合には省略されてよい。導光体３０に入射する光は、波長掃引された光であり、図１０の左側に示されるように、広帯域の光スペクトルを有している。導光体３０のコアのひとつを通り抜けた透過光の光スペクトルは、図１０の右側に示されるように、互いに離散した複数のディップを有している。ひとつのディップが、ひとつのＦＢＧセンサに対応している。
　光検出部３８において得られる光スペクトルは、すでに述べたように、コアが導光体３０の中心からずれていれば、曲がり量に応じて、ピークまたはディップの波長シフトが生じる。複数のコアからの光の光スペクトルの波長シフトから、各ＦＢＧセンサの部分における導光体３０の曲がり量を計算することができる。各ＦＢＧセンサの部分における曲がり量を積分することによって、導光体３０の全体の曲がり言い換えれば形状を計算することができる。
　（波長空間上における隣接するＦＢＧセンサの波長間隔の一般的な選び方）
　１本のコアに形成された複数のＦＢＧセンサは、コアの軸に沿って互いに異なる場所に位置しており、互いに異なるピッチを有している。つまり、１本のコア上の複数のＦＢＧセンサがそれぞれ反射する光の波長すなわちブラッグ波長は互いに異なる。以下では、ＦＢＧセンサが反射する光の波長のことを、ＦＢＧセンサがブラッグ波長を有しているわけではないが、便宜的にＦＢＧセンサのブラッグ波長と呼ぶことにする。これにより、光検出部３８において検出される光スペクトルのピークまたはディップの波長から、言い換えればＦＢＧセンサのブラッグ波長から、導光体３０の長さに沿った位置の同定ができる。また、光検出部３８において検出される光スペクトルのピークまたはディップの波長シフトの量から、言い換えればＦＢＧセンサのブラッグ波長の波長シフトの量から、その部分における導光体３０の曲がり量を計算することができる。このとき、前提として、波長の順番からコアに沿ったＦＢＧセンサの位置が特定できる、すなわち、導光体３０が大きく曲がったときでも、ＦＢＧセンサのブラッグ波長の長さが逆転しないことが必要である。
　このときに問題になるのが、波長軸に沿って隣接するＦＢＧセンサの曲がりが互いに逆方向で大きい場合に、ＦＢＧセンサのブラッグ波長の順番が逆転してしまう可能性があることである。通常、ＦＢＧセンサを利用して局所的なひずみを検出するひずみセンサの用途では、このような逆転が起こらないために、想定されるひずみに対応するブラッグ波長の変化の２倍以上、波長間隔をあけるように設計される。この方針に従えば、曲がりを検出する測定対象の最小曲率半径に対応するＦＢＧセンサのブラッグ波長変化の２倍以上離す必要がある。ピッチでいえば、ブラッグ波長の変化に対応するピッチの変化の２倍以上離す必要がある。
　しかし、通常の連続光源、チューナブルフィルタ、波長可変レーザは、波長帯域幅または波長掃引幅が限られているので、上記の波長間隔の選び方に従って波長間隔をあけると、導光体３０の長さに沿って十分な個数のＦＢＧセンサを設けることができないおそれがある。そうした場合、より広帯域な高価な光源を必要としたり、さらに高いまたは低い帯域の光源を追加したりすることが必要になり、測定コストの上昇につながる。
　（各ＦＢＧセンサ組内のＦＢＧセンサは共通の波長／ピッチをもつ）
　そこで本発明者らは、内視鏡の可撓性の挿入部のような太さのある測定対象の曲がりを測定することを想定して次のような構成を案出した。導光体３０は、内視鏡の挿入部に沿って自由に変形可能なように、内視鏡の挿入部中または側面のチューブ等のガイドに設置される。ガイドは内視鏡の挿入部の軸上にあるのが望ましいが、軸上でなくても構わない。ガイドは内視鏡の挿入部の曲がりにしたがって曲がるが、導光体３０の軸方向、ねじれ方向の動きを妨げない、余裕のある構造になっている。太さのある測定対象では、側方の多くの場所から押されない限り、曲がりは急激には変化しない。
　導光体の長さに沿って設けられた複数のＦＢＧセンサ組のうちのいくつかのＦＢＧセンサ組はピッチ空間上において隣接して並んでおり、それらのＦＢＧセンサ組の各々に含まれるＦＢＧセンサは全てピッチが一致している。別の言い方をすれば、ピッチ空間上において、ある特定領域に含まれるＦＢＧセンサ組の各々に含まれるＦＢＧセンサのピッチは全て同じである。このようにすると、隣接している２個のＦＢＧセンサ組内の同一コア上の複数対たとえば３対のＦＢＧセンサは同じピッチの差をもつので、導光体の長さに沿ったＦＢＧセンサ組の位置に応じた最も適当なピッチの差を、それらに共通に持たせることができる。
　この工夫は、特定の複数のＦＢＧセンサ組に対して行うだけでも効果的であり、測定対象の最小曲率半径が最も小さくなる場所に対応する複数のＦＢＧセンサ組に対して行うと特に効果的である。さらに全てのＦＢＧセンサ組に対して行うとさらに効果的に、必要なピッチ帯域を狭めることができる。ピッチ空間上での間隔は、好ましくは、測定対象の最大曲率半径、測定対象の変形の仕方、測定対象に対するＦＢＧセンサ組の相対位置と間隔等を考慮して、できる限り狭く、かつ波長の逆転が起こらないように選択されるとよい。これにより、ＦＢＧセンサのピッチ間隔を狭くすることができる。したがって、波長帯域幅または波長掃引幅が限られた比較的安価な光源部１２（および分光部１４）を使用しつつも、ピッチ空間上の所定の範囲内に多くのＦＢＧセンサを設定することができる。これにより、多数点による曲がり測定を行う安価な装置構成の曲率センサが提供される。以下では、ピッチ空間上の所定の範囲内に設定できるＦＢＧセンサの個数のことを、便宜上、ピッチ空間の利用効率と呼ぶことにする。
　図１１に示されるようにコアＣ１，Ｃ２の軸に沿って隣接して並んでいるＦＢＧセンサを、図１２に示されるように、ピッチ空間上においても隣接して並ぶように設定する。なお、図１１において、参照符号Λｎ１，Λｎ２（ｎは自然数）は、それぞれ、コアＣ１，Ｃ２上に位置するＦＢＧセンサを指し示しているとともに、そのＦＢＧセンサのピッチを表している。またｄｎ（ｎは自然数）は、ＦＢＧセンサ組の間隔を表している。また図１２において、コアＣ１，Ｃ２がまっすぐな状態における各ＦＢＧセンサのピッチが一点鎖線で示され、コアＣ１，Ｃ２が図１１に示されるように曲がったことによるシフト後のピッチが実線で示されている。図１３は、図１１に示されたＦＢＧセンサの間隔ｄｎに基づいた各位置におけるコアＣ１，Ｃ２の曲率を示している。曲率は、曲率半径の逆数である。図１３に示されるように、隣接するＦＢＧセンサの間ではコアＣ１，Ｃ２の曲がりは大きく変化しないため、コアＣ１，Ｃ２の軸に沿った距離があまり離れていなければ、測定対象の最小曲率半径の２倍に対応するピッチ幅よりも短い間隔に設定することができる。
　これにより、たとえばＣ－ｂａｎｄ（１５３０ｎｍ～１５６５ｎｍ）という小さい波長幅をもつ連続光源であるＳＬＤの中に数十点のＦＢＧセンサを配置することが可能である。大腸内視鏡の最小曲率半径３０ｍｍは、約２．５ｎｍのブラッグ波長の変化（コアがファイバの中心軸に対して５０μｍオフセットしていると仮定）に対応するので、通常の基準では７点程度しか配置することができず、曲がりの測定から十分な精度で形状を計算することができない。しかし、上記の工夫により、１５点以上の点数を確保することができ、約１ｍ５０ｃｍ程度の大腸内視鏡に対して十分な点数の測定ができる。
　図１４と図１５は、上記の工夫に従ったＦＢＧセンサ組の例を示している。図１４と図１５において、導光体３０のコアＣ１，Ｃ２，Ｃ３の長さに沿ったＦＢＧセンサ組の位置関係が上段に示され、各ＦＢＧセンサ組内のピッチ空間上におけるＦＢＧセンサのピッチの相対関係が下段に示されている。ここでは、便宜上、導光体３０に設けられたＦＢＧセンサ組の個数が８であるとして説明する。８個のＦＢＧセンサ組は、導光体３０の長さに沿って隣接している。
　図１４に示された例では、８個のＦＢＧセンサ組（ＦＢＧ１～ＦＢＧ８）内のいくつか例えば４個のＦＢＧセンサ組（ＦＢＧ３～ＦＢＧ６）がピッチ空間上において隣接して並んでいる。これに加えて、これら４個のＦＢＧセンサ組（ＦＢＧ３～ＦＢＧ６）の各々に含まれるＦＢＧセンサは、ピッチ空間上におけるピッチが一致している。言い換えれば、ピッチ空間上のある特定領域に含まれる４個のＦＢＧセンサ組（ＦＢＧ３～ＦＢＧ６）の各々内の全てのＦＢＧセンサ組の各々に含まれる全てのＦＢＧセンサのピッチは同じである。従って、隣接している２個のＦＢＧセンサ組内の同一コア上の複数対たとえば３対のＦＢＧセンサは同じピッチの差をもつ。これにより、導光体の長さに沿ったＦＢＧセンサ組の位置に応じた最も適当なピッチの差を、それらに共通に持たせることができる。これによって、ピッチ空間の利用効率を最大にすることができる。逆に、ピッチの差が同じでない場合には、最小のピッチ差でも逆転が起こらないように余裕をもって設定する必要があるので、ピッチ空間の利用効率を最大にすることができない。
　図１５に示された例では、８個の全てのＦＢＧセンサ組（ＦＢＧ１～ＦＢＧ８）が、ピッチ空間上において隣接して並んでいる。これに加えて、８個の全てのＦＢＧセンサ組（ＦＢＧ１～ＦＢＧ８）の各々に含まれるＦＢＧセンサは、ピッチ空間上におけるピッチが一致している。つまり、８個の全てのＦＢＧセンサ組（ＦＢＧ１～ＦＢＧ８）の各々内の全てのＦＢＧセンサのピッチは同じである。従って、隣接している２個のＦＢＧセンサ組内の同一コア上の複数対たとえば３対のＦＢＧセンサは同じピッチの差をもつ。これにより、導光体の長さに沿ったＦＢＧセンサ組の位置に応じた最も適当なピッチの差を、それらに共通に持たせることができる。これによって、ピッチ空間の利用効率を最大にすることができる。
　図１４と図１５に示された例は、８個のＦＢＧセンサ組を有している構成であるが、ＦＢＧセンサ組の個数にとらわれず、一般化して次のように言ってよい。
　導光体の長さに沿って設けられた複数のＦＢＧセンサ組のうちのいくつかのＦＢＧセンサ組はピッチ空間上において隣接して並んでおり、それらのＦＢＧセンサ組の各々に含まれるＦＢＧセンサは全てピッチが一致している。
　導光体の長さに沿って設けられた全てのＦＢＧセンサ組はピッチ空間上において隣接して並んでおり、それらのＦＢＧセンサ組の各々に含まれるＦＢＧセンサは全てピッチが一致している。
　上記では、導光体３０の長さに沿って隣接しているＦＢＧセンサ組内のＦＢＧセンサのピッチ空間上における位置関係について説明した。ピッチは、前述したように、λＢ＝２ｎΛによってブラッグ波長と関係している。したがって、全てのコアの実効的な屈折率ｎが同じであれば、ピッチは、ブラッグ波長と読み替えることができる。すなわち、導光体３０の長さに沿って隣接しているＦＢＧセンサ組は、波長空間上においても隣接している。つまり、隣接している２個のＦＢＧセンサ組内の、それぞれのコアにある並んだ２個のＦＢＧセンサは、波長空間上において隣接しており、その間のブラッグ波長をもつ他のＦＢＧセンサが存在しない。
　前述の一般化したピッチの説明は、ピッチをブラッグ波長に読み替えて、次のように言ってよい。
　導光体の長さに沿って設けられた複数のＦＢＧセンサ組のうちのいくつかのＦＢＧセンサ組は波長空間上において隣接して並んでおり、それらのＦＢＧセンサ組の各々に含まれるＦＢＧセンサはブラッグ波長が一致している。
　導光体の長さに沿って設けられた全てのＦＢＧセンサ組は波長空間上において隣接して並んでおり、それらのＦＢＧセンサ組の各々に含まれるＦＢＧセンサはブラッグ波長が一致している。
　図１６は、本実施形態の曲率センサが組み込まれた内視鏡システムを示している。内視鏡システムは、スコープ部６０と本体部７０とに分けられる。スコープ部６０は、先端部に撮像デバイスが組み込まれた屈曲可能な挿入部６４と、挿入部６４の屈曲を操作する操作部６２を有している。本体部７０は、電源、スコープ部用の照明光源７２、撮像デバイスの制御や画像処理等の演算を行う制御・演算部７４を含むコントローラ７６と、撮像画像や種々の情報を表示するモニタ７８を有している。
　スコープ部６０は、本体部７０に着脱可能であり、用途に応じて異なる機能（検査用や外科用等）のものに交換されて使用される。そのため、電源、照明光源７２、制御・演算部７４等の共通要素は本体部７０に設置されている。
　曲率センサの導光体３０は、内視鏡システムのスコープ部６０の挿入部６４の長さに沿って配置されている。また、光源部１２と光分岐部１６と光検出部３８はスコープ部６０の操作部６２の内部に配置されている。図１６の例では、光源部１２と光検出部３８は共に操作部６２の内部に配置されているが、光源部１２と光検出部３８のいずれか一方は、本体部７０のコントローラ７６の内部に設置されてもよい。
　ＦＢＧセンサを有効に利用するためには、導光体３０はシングルモードファイバであることが好ましい。シングルモードファイバの結合は、非常に精密な位置決め、結合部にほこりを入れない等の特別な配慮が必要である。このため、曲率センサの光学系は、日常的に切り離される本体部７０の側には設置されず、その全てがスコープ部６０の側に設置されることにより安定した性能が得られる。従って、電源、コントローラ７６等の電気系は本体部７０の側にあり、光源部１２、光検出部３８等の光学系はスコープ部６０の側にあるとよい。そうすると、スコープ部６０と本体部７０の間の曲率センサに関する結合（コネクタ）は電気信号の結合のみで構成される。
　また、逆に光源部１２または光検出部３８の光学系のいずれか一方または両方が本体部７０の側にある構成も利点がある。本体部７０とスコープ部６０の間にシングルモードファイバのカプラが必要になる反面、スコープ部６０が、異なる機能（検査用や外科用等）のものに交換されて使用される際に、光源部１２または光検出部３８等の光学系（ＳＬＤ，チューナブルフィルタ、検出器、ファンアウト部品等）のいずれかまたは全てを共用することができるので形状測定のコストを抑えることができる。
　（回転防止機構）
　また、曲率センサにおいて、導光体３０が測定対象に対して相対的にねじれると、測定対象の曲がりを正しく測定することができず、測定対象の形状の計算の誤差につながる。ガイドはできるだけ導光体３０のねじれ方向の動きを損なわないように工夫されているが、曲がりが大きいときなどは導光体３０とガイドとの間の摩擦により、導光体３０にねじれが生じるおそれがある。測定対象に対する導光体３０の回転を防止する回転防止機構が設けられるとよい。
　回転防止機構は、ある例では、図１７に示されるように、導光体３０の長さに沿って延びている細長いスリット８４を有し、導光体３０の周囲を覆っているチューブ状のガイド８２と、導光体３０からスリット８４を貫通して延びているピン８６とから構成されてよい。
　回転防止機構は、別の例では、図１８と図１９に示されるように、導光体３０の一部に形成された平面部３０ａと、平面部３０ａに対向する平面９６を有する回転止め９４を有し、導光体３０の周囲を覆っているチューブ状のガイド９２とから構成されてよい。
　ここでは、測定対象は、スコープ部の挿入部である例を示したが、測定対象は、そのほかに、各種プローブ、カテーテル、オーバーシース（挿入部やカテーテル等を挿入する際の補助に使う管）であってもよい。

Claims (10)

  1. 　複数のコアを含む細長く可撓性の導光体を備えており、前記導光体は、前記導光体の長さに沿って設けられた複数のＦＢＧセンサ組を有し、各ＦＢＧセンサ組は、各コアに設けられた複数のＦＢＧセンサを有し、各ＦＢＧセンサ組のＦＢＧセンサは、各コアの軸に沿った長さの少なくとも一部が重なっており、さらに、
    　前記複数のコアによって導光される光を発する光源部と、
    　各コアによって導光された光を検出する検出部と、
    　検出された光スペクトルの情報に基づいて前記導光体の曲がりを求める処理部を備えており、
    　前記複数のＦＢＧセンサ組のうちのいくつかのＦＢＧセンサ組はピッチ空間上において隣接して並んでおり、それらのＦＢＧセンサ組の各々に含まれるＦＢＧセンサは全てピッチが一致している、曲率センサ。
  2. 　前記光源部からの光を前記複数のコアに分配する光分岐部をさらに備えており、
    　前記検出部は、各コアによって導光された光を検出する複数の検出器を含んでいる、請求項１に記載の曲率センサ。
  3. 　前記複数のＦＢＧセンサ組はピッチ空間上において隣接して並んでおり、それらのＦＢＧセンサ組の各々に含まれるＦＢＧセンサは全てピッチが一致している、請求項１または２に記載の曲率センサ。
  4. 　前記複数のＦＢＧセンサ組のうちのいくつかのＦＢＧセンサ組は波長空間上において隣接して並んでおり、それらのＦＢＧセンサ組の各々に含まれるＦＢＧセンサはブラッグ波長が一致している、請求項１または２に記載の曲率センサ。
  5. 　前記複数のＦＢＧセンサ組は波長空間上において隣接して並んでおり、それらのＦＢＧセンサ組の各々に含まれるＦＢＧセンサはブラッグ波長が一致している、請求項４に記載の曲率センサ。
  6. 　前記導光体は、屈曲可能な長尺物体の長さに沿って設けられる、請求項１または２に記載の曲率センサ。
  7. 　前記複数のコアは、相対間隔を維持して前記導光体の長さに沿って延びており、前記長尺物体に対する前記導光体の回転を防止する回転防止機構を有している、請求項６に記載の曲率センサ。
  8. 　前記導光体は、内視鏡システムのスコープ部の挿入部の長さに沿って設けられる、請求項１または２に記載の曲率センサ。
  9. 　請求項１または２に記載の曲率センサを含む内視鏡システムであって、前記光源部と前記検出部のいずれかが、内視鏡システムに含まれるスコープ部の内部に配置されている、内視鏡システム。
  10. 　請求項１または２に記載の曲率センサを含む内視鏡システムであって、前記光源部と前記検出部が、内視鏡システムに含まれるスコープ部の内部に配置されている、内視鏡システム。
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