(57)【要約】  複数のＦＢＧ部３が形成された光ファイバセンサ２と、参照光を形成する反射器５と、所定間隔の波長の光を段階的に切り替えて出力する光源６と、光を分割するとともに干渉光を生成するカプラ７と、干渉光を検出する検出部８と、検出部８の検出結果に基づき、ＦＢＧ部３の変形量を算出する算出部９Ａと、を有する医療機器１。
2010140440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された光ファイバセンサと、
所定間隔の波長の光を段階的に切り替えて出力する光源と、
前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給する光供給手段と、
前記光ファイバセンサからの反射光と干渉させるための参照光を形成する参照光形成手段と、
前記光ファイバセンサからの反射光と前記参照光形成手段からの参照光とから干渉光を生成する干渉手段と、
前記干渉手段からの干渉光を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づき、前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出する算出部と、を有することを特徴とする光センシングシステム。
【請求項２】
前記光供給手段は、前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給するとともに前記参照光形成手段に供給する光分割手段であり、
前記参照光形成手段は、前記光分割手段からの光を参照光として干渉手段に反射させる反射手段を有することを特徴とする請求項1に記載の光センシングシステム。
【請求項３】
前記ファイバブラッググレーティングセンサ部からの反射光スペクトルの半値全幅が、前記所定間隔の２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の光センシングシステム。
【請求項４】
前記光源が広帯域波長可変レーザ光源であることを特徴とする請求項１に記載の光センシングシステム。
【請求項５】
前記光源が出力する前記光を、前記所定間隔の中でさらに間隔の狭い第２の所定間隔の波長の光に変調し段階的に、前記光供給手段に出力する波長変調手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光センシングシステム。
【請求項６】
前記波長変調手段が位相変調器または音響光学素子であることを特徴とする請求項５に記載の光センシングシステム。
【請求項７】
前記第２の所定間隔が０．０４ｎｍ未満１０ｐｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の光センシングシステム。
【請求項８】
３本以上の前記光ファイバセンサを有し、前記３本以上の光ファイバセンサが軸方向の同位置に前記ファイバブラッググレーティングセンサ部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光センシングシステム。
【請求項９】
前記光ファイバセンサは内視鏡システムの挿入部に配設され、
前記算出部は前記挿入部の３次元形状を測定することを特徴とする請求項８に記載の光センシングシステム。
【請求項１０】
内視鏡の挿入部に配設された、複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された光ファイバセンサと、
所定間隔の波長の光を段階的に切り替えて出力する光源と、
前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給する光供給手段と、
前記光ファイバセンサからの反射光と干渉させるための参照光を形成する参照光形成手段と、
前記光ファイバセンサからの反射光と前記参照光形成手段からの参照光とから干渉光を生成する干渉手段と、
前記干渉手段からの干渉光を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づき、前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出し、前記挿入部の形状を算出する算出手段と、を有する光センシングシステムを具備することを特徴とする内視鏡システム。
【請求項１１】
前記光供給手段は、前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給するとともに前記参照光形成手段に供給する光分割手段であり、
前記参照光形成手段は、前記光分割手段からの光を参照光として干渉手段に反射させる反射手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
前記ファイバブラッググレーティングセンサ部からの反射光スペクトルの半値全幅が、前記所定間隔の２倍以上であることを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
前記光源が出力する前記光を、前記所定間隔の中でさらに間隔の狭い第２の所定間隔の波長の光に変調し段階的に、前記光供給手段に出力する波長変調手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡システム。
【請求項１４】
前記第２の所定間隔が０．０４ｎｍ未満１０ｐｍ以上であることを特徴とする請求項１３に記載の内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバブラッググレーティングセンサ部が作成された光ファイバセンサを有する光センシングシステムおよび前記光センシングシステムを具備する内視鏡システムに関し、特に光周波数領域リフレクトメトリ多重方式を用いた光センシングシステムおよび前記光センシングシステムを具備する内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバブラッググレーティング(Fiber Bragg Grating：以下、「ＦＢＧ」という。)センサは、光ファイバのコア部に屈折率が変化するグレーティング部を作成したものであり、入射光に対してグレーティング部で所定波長の光を反射する。この所定波長を、ブラッグ（Bragg）波長という。そして、ＦＢＧセンサは、グレーティング部の長手方向に伸び縮みがあるとブラッグ波長が変化する。このため、ＦＢＧセンサは温度計測または歪計測等に利用されている。【０００３】
光ファイバセンサに光周波数領域リフレクトメトリ多重（Optical Frequency Domain Reflectometry、以下「ＯＦＤＲ」という。）方式を適用する場合には、同じブラッグ波長の複数のＦＢＧセンサ部を１本の光ファイバに作成する。そして全反射終端である反射器からの反射光を参照光として光ファイバセンサからの反射光とを干渉させることにより、それぞれのＦＢＧセンサ部がどの程度変形したか、言い換えれば、どの程度の歪みを生じたかを検出する。ＯＦＤＲ方式を用いたファイバセンサは航空機または建築物などの歪み測定センサとして利用されている。【０００４】
例えば、特表２００３−５１５１０４号公報および特開２００４−２５１７７９号公報には、３次元形状を測定する光ファイバセンサを用いた形状測定装置が開示されている。３次元形状を計測する形状測定装置の場合には、それぞれの測定箇所の３次元の変形を測定するためにはそれぞれの測定箇所に最低３個のＦＢＧセンサ部を配設する必要があり、３本以上の光ファイバセンサが用いられている。【０００５】
ＯＦＤＲ方式の光センシングシステムは、それぞれが異なるブラッグ波長のＦＢＧセンサ部を有する光ファイバセンサを用いる光センシングシステムと比べると、検出対象の歪が大きくとも、より多くのＦＢＧセンサ部を１本の光ファイバに形成を行っても、計測可能である。このために少ない本数の光ファイバセンサでセンシングが可能であり、細径化が必要なシステムに好適に用いることができる。しかし公知のＯＦＤＲ方式の光センシングシステムは光源として、出力する光の波長を連続的に変化することのできる連続波長掃引レーザ等が必要であった。しかし連続波長掃引レーザは高価であるため、公知のＯＦＤＲ方式の光センシングシステムは高価である。すなわち公知の光センシングシステムでは細径化と低価格化との両立は容易ではなかった。【０００６】
本発明は細径化と低価格化との両立を実現した光センシングシステムを提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明の実施の形態の光センシングシステムは、複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された光ファイバセンサと、所定間隔の波長の光を段階的に切り替えて出力する光源と、前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給する光供給手段と、前記光ファイバセンサからの反射光と干渉させるための参照光を形成する参照光形成手段と、前記光ファイバセンサからの反射光と前記参照光形成手段からの参照光とから干渉光を生成する干渉手段と、前記干渉手段からの干渉光を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づき前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出する算出部と、を有することを特徴とする。【０００８】
また、本発明の別の実施の形態の内視鏡システムは、内視鏡の挿入部に配設された、複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された光ファイバセンサと、所定間隔の波長の光を段階的に切り替えて出力する光源と、前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給する光供給手段と、前記光ファイバセンサからの反射光と干渉させるための参照光を形成する参照光形成手段と、前記光ファイバセンサからの反射光と前記参照光形成手段からの参照光とから干渉光を生成する干渉手段と、前記干渉手段からの干渉光を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づき、前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出し、前記挿入部の形状を算出する算出手段と、を有する光センシングシステムを具備することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】光ファイバセンサの構成を示す斜視断面模式図である。
【図２】ＯＦＤＲ方式の光センシングシステムを説明するための構成図である。
【図３Ａ】ＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図３Ｂ】ＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図３Ｃ】ＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図４】第１の実施の形態の医療機器を使用している状態を説明するための説明図である。
【図５】第１の実施の形態の医療機器の説明図である。
【図６Ａ】第１の実施の形態の医療機器の光ファイバセンサの構成を示す長手方向の断面構成図である。
【図６Ｂ】第１の実施の形態の医療機器の光ファイバセンサの構成を示す図６ＡのＶＩＢ−ＶＩＢ線の断面図である。
【図７】第１の実施の形態の医療機器の構成図である。
【図８Ａ】第１の実施の形態の医療機器における信号処理を説明するための図である。
【図８Ｂ】第１の実施の形態の医療機器における信号処理を説明するための図である。
【図８Ｃ】第１の実施の形態の医療機器における信号処理を説明するための図である。
【図９】連続波長掃引レーザの出力する光の周波数の時間に対する変化を示した説明図である。
【図１０】離散波長掃引レーザの出力する光の波長の時間に対する変化を示した説明図である。
【図１１Ａ】連続波長掃引レーザを用いたＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図１１Ｂ】連続波長掃引レーザを用いたＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図１１Ｃ】連続波長掃引レーザを用いたＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図１１Ｄ】連続波長掃引レーザを用いたＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図１２Ａ】離散波長掃引レーザを用いたＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図１２Ｂ】離散波長掃引レーザを用いたＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図１２Ｃ】離散波長掃引レーザを用いたＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図１２Ｄ】離散波長掃引レーザを用いたＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図１３】中心光波長の変化と時間との関係、および中心光周波数の変化と波長分解能との関係を説明するための図である。
【図１４Ａ】離散波長掃引レーザを用いたＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図１４Ｂ】離散波長掃引レーザを用いたＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図１５】離散波長掃引レーザを用いたＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図１６】離散波長掃引レーザを用いたＯＦＤＲ方式の光センシングシステムにおける光の信号を説明するための図である。
【図１７】光センシングシステムの測定精度を説明するための説明図である。
【図１８】第２の実施の形態の医療機器の構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
＜ＦＢＧセンサについて＞  
最初にＦＢＧセンサについて簡単に説明する。図１に示すように、ＦＢＧセンサ部３は、例えば直径１２５μｍの光ファイバ４の所定の長さ（５ｍｍ）にわたって直径１０μｍのコア部４Ａの屈折率が周期的に変化している回折格子（グレーティング）である。ゲルマニウムをドープしたコア部４Ａにマスクを介して紫外線を照射することでフォトリフラクティブ効果によりわずかに屈折率が増加する。これを利用して軸方向に周期的に屈折率の高い部分（格子）を形成したものがＦＢＧセンサ部３である。なお、図１等における、グレーティングの本数およびコア部軸方向に対するグレーティング幅は、構造を理解しやすいように実際のＦＢＧセンサ部とは異なっている。【００１１】
そして、ＦＢＧセンサ部３は、回折格子の間隔ｄ、言い換えれば、周期に応じて、入射光のうち、以下の式で示す所定波長であるブラッグ波長λＢの光のみを反射する。  
λＢ＝２×ｎ×ｄ      
ここで、ｎはコア部４Ａの屈折率である。【００１２】
例えば、コア部４Ａの屈折率ｎが１．４５、ブラッグ波長λＢが１５５０ｎｍの場合には、回折格子の間隔ｄは０．５３μｍ程度になる。【００１３】
そして、上記の式から明らかなように、ＦＢＧセンサ部３が伸びると、回折格子の間隔ｄも大きくなるため、ブラッグ波長λＢは長波長側に移動する。逆に、ＦＢＧセンサ部３が縮むと、回折格子の間隔ｄも小さくなるため、ブラッグ波長λＢは短波長側に移動する。このため、ＦＢＧセンサ部３は、温度または歪量等を検出するセンサとして用いることができる。【００１４】
なお、ＦＢＧセンサ部３の反射光は、ＦＢＧセンサ部３の仕様により所定のバンド幅を持つ。反射光スペクトルの半値幅をΔλＦＢＧとする。時間領域での反射光の波形は、例えばガウス分布状である。【００１５】
次に、図２および図３Ａ〜図３Ｃを用いてＯＦＤＲ方式による光ファイバセンサ２の検出原理について説明する。図２に示すように、光源６から出射された光は、カプラ７で分割され光ファイバセンサ２と反射器５とに供給される。反射器５は光ファイバセンサ２からの反射光と干渉させるための参照光を形成する参照光形成手段としての全反射終端であり、カプラ７は光供給手段であると同時に光ファイバセンサ２のＦＢＧセンサ部３が反射した反射光と参照光とを干渉させる干渉手段でもある。【００１６】
そして光ファイバセンサ２はｎ個のＦＢＧセンサ部３Ａ１〜３Ａｎを有し、光源６からＦＢＧセンサ部３Ａ１、３Ａ２、、、３Ａｎまでの距離と光源６から反射器５までの距離の差を、Ｌ１、Ｌ２、、、Ｌｎとする。なお、ＬＮは光源６から光ファイバセンサ２Ａの終端までの距離と光源６から反射器５までの距離との差である。光ファイバセンサ２では、ｎ個のそれぞれのＦＢＧセンサ部３からカプラ７までの距離と、カプラ７から反射器５までの距離との距離差が互いに異なる。【００１７】
すでに説明したように、ＦＢＧセンサ部３の反射光は、特定波長であるブラッグ波長λＢの光のみを強く反射するため、光源６の光波数ｋとその反射光強度ＲＦＢＧの関係は、図３Ａに示す形となる。また、ピークを示す光波数ｋは、ＦＢＧセンサ部３のひずみの大きさに依存して変化する。【００１８】
なお、光の波長（λ）と、光の周波数（ｆ）と、光波数（ｋ）とは、いずれも光の属性を示すパタメータである。すなわち、ｋ＝２π／λ、λ＝ｃ／ｆ  （ｃ：光速）、である。【００１９】
そして、ＦＢＧセンサ部３からの反射光と反射器５からの反射光である参照光とは、光路差２πＬｉ（ｉ＝１、２、、、ｎ）を有する。光路差を有する２つの反射光は干渉を起こし、干渉光強度の直流成分を除いた変動成分は、光波数ｋに依存して、図３Ｂに示す形であり、以下のように表される。  
ＤＩＴＦ＝Ａｃｏｓ（２ｎＬｉｋ）
ここで、ｎは光ファイバの屈折率を表す。前述した作用により干渉光の強度ＤＤＴＣは、図３Ｃに示すように、光波数ｋに対してある周期とピークを持った形で変化する。つまり、次式のような形で表される。  
ＤＤＴＣ＝ＲＦＢＧ（ｋ）ｃｏｓ（２ｎＬｉｋ）
ここで、ＲＦＢＧ（ｋ）はＦＢＧセンサ部３の反射特性を表す光波数(波長)の関数である。この干渉信号の周期から光路差Ｌｉ（i=1,…,n）、つまりＦＢＧセンサ部３の位置を、また、ピークを示す光波数ｋからＦＢＧセンサ部３の変形量を計測することが可能となる。実際には後述するように干渉信号を周波数解析し、変形が発生しないときの周波数解析の結果と比較することによりＦＢＧセンサ部３の位置と変形量とを周波数差から算出する。ＦＢＧセンサ部３全体としては、光路差Ｌｉ（i=1,…,n）、つまり周期が異なる波形の和として光強度が観測されることとなる。ここでは、１つのＦＢＧ全体を１つのセンサとして説明したが、ＯＦＤＲ方式では複数のＦＢＧセンサ部３Ａｉ（i=1,…,n）の１つに注目して、その中の歪量および歪の発生位置を１ｍｍ以下の位置精度で解析可能である。【００２０】
＜第１の実施の形態＞  
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態の光センシングシステムである医療機器１について説明する。  
図４および図５に示すように第１の実施の形態の光センシングシステムである医療機器１は、内視鏡システム１０の内視鏡の挿入部１２の形状を測定することができる。内視鏡システム１０は、被検者１６の体内に挿入し観察または処置を行う医療器具である細長い挿入部１２と、挿入部１２を操作するための操作部１３と、内視鏡システム１０全体の制御および画像処理等を行う本体部１５と、内視鏡画像等を表示するモニタ１４とを有している。医療機器１の光ファイバセンサ２は、挿入部１２の内部を挿通するチャンネルの操作部１３側の開口である処置具孔から、チャンネル１２Ａ（不図示）内に挿通され挿入部１２と同じ形状に変形するように配設されている。医療機器１の表示手段は内視鏡システム１０のモニタ１４が兼用しており、内視鏡画像と同じ画面上に、光ファイバセンサ２の形状、すなわち、挿入部１２の形状を表示できる。なお、光ファイバセンサ２はチャンネル１２Ａに挿入するのではなく、挿入部１２に組み込まれていてもよい。【００２１】
そして図６Ａおよび図６Ｂに示すように、光ファイバセンサ２は、３本の光ファイバセンサ２Ａ、２Ｂ、２Ｃが、金属ワイヤ２Ｍの周囲に樹脂２Ｐを介して束ねられたファイバアレイであり、可撓性を有している。そして、図２に示すように、それぞれの光ファイバセンサ２Ａ、２Ｂ、２Ｃには、軸方向の同位置に、それぞれＦＢＧセンサ部３が作成されている。すなわち、光ファイバセンサ２では、３個のＦＢＧセンサ部３が同位置にあるため、その３個のＦＢＧセンサ部３の配設されている挿入部１２の部分の３次元空間での変位を計測することができる。【００２２】
図７に示すように、医療機器１は、光ファイバセンサ２と、本体部１５内に配設された所定間隔の波長の光を時系列的に段階的に切り替えて出力する光源６と、光源６から出射した光を光ファイバセンサ２と、反射手段である反射器５とへ供給するため分割する光分割手段であり、かつ、反射器５から反射した光と光ファイバセンサ２のＦＢＧセンサ部３が反射した光を干渉させる干渉手段でもある光学部品であるカプラ７とを有している。すなわち、光分割手段と前記干渉手段とが、ひとつの光学部品であるカプラ７により構成されている。もちろん光分割手段と前記干渉手段とを別部材で構成しても良い。カプラ７と光ファイバセンサ２との間には切替スイッチ１１が配設されており、３本の光ファイバセンサ２Ａ、２Ｂ、２Ｃに順に光が供給される。切替スイッチ１１は制御部９Ｂの制御により光源６の波長掃引とタイミングをあわせて光路を切り替える。言い換えれば制御部９Ｂは、光源６が１回波長掃引するごとに別の光ファイバセンサ２に光を供給するように切替スイッチ１１を制御する。【００２３】
光源６としては、例えば広帯域波長可変レーザ光源である超周期構造回折格子レーザ（ＳＳＧ-ＤＢＲレーザ：Super Structure Grating Distributed Bragg Reflector Laser）を用いることができる。より具体的には、例えば、１５３３．１７〜１５７４．１３ｎｍの帯域で０．１ｎｍの波長ステップ（間隔）：λｓ、１０μｓ／ｓｔｅｐのチャンネルステップ速度で段階的に切り替えて出力する４００チャンネルの光源６を用いることができる。離散波長掃引レーザである広帯域波長可変レーザは通信用途に量産されているため、特殊用途である連続波長掃引レーザに比べて安価であり、例えば１／１０の価格で入手可能である。【００２４】
そして、医療機器１は、カプラ７により干渉光を電気信号に変換し検出する検出手段である検出部８と、検出部８が検出した信号からＡＤ変換により生成したデジタル信号を使い各ＦＢＧセンサ部３の波長シフト量（ＦＢＧセンサ部３が存在する部分の変形がないときの波長と、変形があったときの波長との差）を算出し、算出した波長シフト量からＦＢＧセンサ部３の変形量を求め、各ＦＢＧセンサ部３の変形量から光ファイバセンサ２の形状を算出する算出手段である算出部９Ａと、医療機器１全体の制御する制御部９Ｂとを有している。【００２５】
次に、医療機器１において切替スイッチ１１によって光ファイバセンサ２Ａに光が供給されている場合を例にＯＦＤＲ方式による検出方法について、さらに詳細に説明する。図７に示したように、光源６から出射された光はカプラ７で分岐される。分岐された光の一方は反射器５によって反射され再びカプラ７に戻ってくる。分岐された光の他の一方は切替スイッチ１１を介して光ファイバセンサ２ＡのＦＢＧセンサ部３によって反射され再びカプラ７に戻ってくる。そして反射器５からの反射光（以下、「レーザの反射光」ともいう。）とＦＢＧセンサ部３からの反射光（以下、「ＦＢＧの反射光」ともいう。）とは干渉手段でもあるカプラ７において干渉光を形成し、検出部８で干渉信号として計測される。検出部８は受光器であり、干渉信号を計測する。【００２６】
そして、算出部９Ａは干渉信号を短時間フーリエ変換（以下、「ＳＴＦＴ」という。）処理することにより、距離情報と歪み情報と反射強度情報とからなる３次元の情報を得る。すなわち、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、時間で変化する干渉信号（図８Ａ）の、ある時間窓幅（Δτ）の時間帯内の信号に着目して、干渉信号と時間窓とを乗算することにより干渉信号の一部を抽出する（図８Ｂ）。そして抽出された干渉信号の一部をＳＴＦＴ処理することにより情報を抽出する。例えば、図８Ｃは抽出された３次元の情報を２次元平面に表示した例であり、横軸を時間ｔ、縦軸をＳＴＦＴ周波数νとし、反射光強度ｓ１を色調で表示する。光源６からの光は波長掃引されているために図８Ｃの横軸の時間ｔは光の波長λに対応している。そして光路差が長くなるにつれて干渉信号の波長λは短くなるので、縦軸のＳＴＦＴ周波数νは距離に対応している。【００２７】
次に、離散波長掃引レーザであるＳＳＧ-ＤＢＲレーザを光源６として有する本実施の形態の医療機器１における波長分解能（Δλ）、距離分解能（ΔＬ）について、連続波長掃引レーザを光源として有する場合と比較しながら説明する。【００２８】
図９は、出力する光の波長を連続的に変化することのできる連続波長掃引レーザの出力する光の周波数の時間に対する変化を示しており、図１０は所定間隔（λｓ）の波長の光を段階的に切り替えて出力するＳＳＧ-ＤＢＲレーザの出力する光の波長の時間に対する変化を示している。【００２９】
図９に示すように、連続波長掃引レーザにおいてレーザの出力強度は以下の式で表現できる。【００３０】
ｆｏｐｔ  ＝  ｆ０  ＋  ａｔ  
ここで、ｆｏｐｔは連続波長掃引レーザの出力する光の周波数であり、ｆ０は時間０の時の周波数、ａは比例定数である。【００３１】
次に、図１１Ａは図９に示した連続波長掃引レーザの出力する光の１周期分の周波数変化を示している。そして図１１Ｂに示すように、連続波長掃引レーザの出力光の光スペクトルは矩形となる。このため図１１Ｃに示す干渉信号（ｔ）をフーリエ変換処理した干渉信号（ν）は、すでに説明したように図１１Ｄに示す単一のｓｉｎｃ関数である。図１１Ｄの干渉信号（ν）のピーク位置の横軸νは周波数、つまり距離情報を、縦軸の強度は反射光強度を示している。【００３２】
これに対して、図１２Ａは図１０に示した離散波長掃引レーザの出力する光の１周期分の周波数変化を示している。そして図１２Ｂに示すように、離散波長掃引レーザの出力光の光スペクトルは多数のピークを有する櫛形となる。このため図１２Ｃに示す干渉信号（ｔ）をフーリエ変換処理した干渉信号（ν）は図１２Ｄに示すように（１／λｓ）の間隔で存在する複数のｓｉｎｃ関数である。このため、離散波長掃引レーザを光源６として有する本実施の形態の医療機器１では、測定可能な長さ（測定範囲）が制限を受ける。これは離散フーリエ変換のエリアシングと同じ問題である。つまり、ｓｉｎｃ関数の特に基本波同士が重ならない計測距離レンジ内で計測を行う必要がある。【００３３】
以下、医療機器１において、算出部９Ａが各ＦＢＧセンサ部３の位置情報および波長情報、すなわち位置および変形量を算出するための条件について検討する。【００３４】
まず、ＳＴＦＴ処理における時間窓幅（Δτ）、波長分解能（Δλ）、距離分解能（ΔＬ）について説明する。図１３に示すように、中心光周波数（ｆopt）の変化Δfoptと時間との関係、および中心光周波数（ｆopt）の変化Δfoptと波長分解能（Δλ）との関係から波長分解能波長分解能（Δλ）と時間窓幅時間窓幅（Δτ）とは比例関係にある。また、フーリエ変換の不確定性原理、および、干渉信号の周波数変化と距離分解能（ΔＬ）との関係から、距離分解能（ΔＬ）と時間窓幅（Δτ）とは反比例関係にある。すなわち、距離分解能（ΔＬ）と波長分解能（Δλ）とは、一方を追求すれば他方を犠牲にせざるを得ないというトレードオフの関係にあることがわかる。【００３５】
ここで、離散波長掃引レーザの場合の光ファイバセンサ２からの波長スペクトルを考える。図１４Ａに示すように、ＳＳＧ−ＤＢＲレーザの出力光スペクトルとＦＢＧ反射スペクトルとを乗算した結果が、図１４Ｂに示す最終的に光ファイバセンサ２からの反射光スペクトルとなる。なお、図１４Ａおよび図１４Ｂにおいて、離散波長掃引レーザが段階的に切り替えて出力する光の波長間隔がλｓであり、ｆｓはc/λｓより求められるステップ周波数である。ここで、ｃは真空での光速である。【００３６】
またΔｆＦＢＧは、それぞれのＦＢＧセンサ部３からの反射光のピークの広がりを示すパラメータ半値全幅であるが、簡単に矩形にて表示している。【００３７】
そして、離散波長掃引レーザを有する医療機器１においては、（ΔｆＦＢＧ≧２ｆｓ）の関係が成り立つ場合、算出部９Ａは、それぞれのＦＢＧセンサ部３の位置および波長情報が算出可能である。【００３８】
例えば、図１４Ｂに示すように、（ΔｆＦＢＧ≧２ｆｓ）の関係が成り立つと、ＦＢＧの反射光のスペクトル（ΔｆＦＢＧ）中にＳＳＧ−ＤＢＲレーザの出力光（反射光）のスペクトルのピークが３個以上あることとなる。【００３９】
言い換えれば、（ΔｆＦＢＧ≧２ｆｓ）の関係が成り立たない場合には、波長分解能（Δλ）はｆｓにより決定される。少なくとも位置情報を算出するための条件は、（ｆｓ＜０．５×ΔｆＦＢＧ）である。ただし前記条件だけでは算出部９Ａは挿入部１２の形状を所望の精度（分解能）で算出することはできるとは限らない。【００４０】
また、（ΔｆＦＢＧ＜２ｆｓ）の場合には、算出部９Ａは位置情報または波長情報のいずれも算出できない。例えば図１５に示すように、反射光スペクトル内にレーザのスペクトルが１つしか存在しない場合には連続光のレーザと同じ光スペクトルが計算されるだけとなり、干渉信号はＤＣとなる。それはインパルス波形をフーリエ変換することになるからである。つまりインパルス波形を、ｔ＝ｔ０のみで１、それ以外を０と定義すると、そのインパルス波形のフーリエ変換結果は、全ての周波数において１となるためである。【００４１】
これに対して、（ΔｆＦＢＧ≧２ｆｓ）の場合には、算出部９Ａは位置情報および波長情報を算出できる。図１６は、（ΔｆＦＢＧ≒＞２ｆｓ）の場合の反射光スペクトルを例示している。すなわち、ＦＢＧの反射光スペクトル内にレーザのスペクトルが３個の場合である。すでに説明したように、ＦＢＧの反射光スペクトルは図示するような理想的な矩形波ではないので、乗算により算出される反射光スペクトルは正弦波強度変調光と類似となる。サンプリング定理より、反射光スペクトルから、位置情報、波長情報および強度情報が算出可能である。すなわち、ＦＢＧの反射光スペクトル内にレーザのスペクトルが３個以上の場合、位置情報および波長情報が確実に算出可能である。【００４２】
ここで、波長分解能（Δλ）は、以下の式で求めることができる。【００４３】
ＡＢＳ（Δλ）＝（λ０２／ｃ）×ｆｓ
ここで、ＦＢＧの反射光スペクトル内のレーザのスペクトルを３個以上とするためには、ΔｆＦＢＧを広くする、またはステップ周波数ｆｓを上げることが考えられる。ΔｆＦＢＧを広くするためには、ＦＢＧ部３のバンド幅、すなわち反射光スペクトルの半値全幅を広げることとなる。なお、現時点で市場で入手な能なＦＢＧセンサ部３のバンド幅は例えば０．０５ｎｍ〜４ｎｍである。【００４４】
すなわち、連続波長掃引レーザを用いた公知の光センシングシステムでは、ＦＢＧセンサ部３の反射光は半値全幅が狭い方が、より精度の高い検出が可能であった。これに対して本実施の形態の医療機器においては、ＦＢＧセンサ部３のバンド幅を、離散波長掃引レーザの出力する光のステップ（λｓ）に応じて広くする。なお、（ΔｆＦＢＧ≧２ｆｓ）であれば、位置情報、波長情報および、強度情報が算出可能な場合があるが、（ΔｆＦＢＧ≧３ｆｓ）であれば確実に算出可能であり、（ΔｆＦＢＧ≧４ｆｓ）であることが精度の観点から特に好ましい。なお（ΔｆＦＢＧ）の上限は、上記記載の設計上のバンド幅において、例えば（２０×ｆｓ）程度である。この値が図１３のΔｆoptを超えると多くのＦＢＧセンサ部３を有する光ファイバセンサからの反射光の処理が困難となる。【００４５】
一方、ｆｓは光源６の仕様により決定されるが、現在入手可能なＳＳＧ-ＤＢＲレーザでは０．１ｎｍ〜０．４ｎｍである。【００４６】
そして離散波長掃引レーザを光源として用いた本実施の形態の医療機器１においては波長分解能（Δλ）から測定範囲、すなわち測定可能な長さが決定される。以下、所定の測定範囲の挿入部１２を円弧状（Ｐ０−Ｐ１―Ｐ２）に変形した場合に検出可能な変形量である測定精度を測定部分の弦（Ｐ０Ｐ２）から円弧までの最大長さｄとした（図１７参照）。なお、挿入部１２の形状測定のためには測定精度ｄとして１０ｍｍ程度の移動の検出が必要である。【００４７】
そして、１５３３．１７〜１５７４．１３ｎｍの帯域で０．１ｎｍの波長間隔（λｓ）で段階的に切り替えて出力する４００チャンネルの光源６を有する医療機器１では、測定範囲では０．２５ｍの４．４ｍｍの測定精度が、測定範囲０．５ｍでは８．８ｍｍの測定精度が確認された。【００４８】
以上の説明のように、本実施の形態の医療機器１は、ＯＦＤＲ方式を用いた光センシングシステムであるため、光ファイバセンサ２の細径化が可能であり、かつ安価な離散波長掃引レーザである広帯域波長可変レーザを用いているため、細径化と低価格化との両立を実現している。【００４９】
また、離散波長掃引レーザを用いても、ＦＢＧセンサ部３からの反射光の半値幅ΔλＦＢＧが、光源が出力する光の波長の所定間隔λｓの２倍以上である医療機器１は位置情報および波長情報が算出可能である。【００５０】
なお、光ファイバセンサ２の挿入部１２への配設は、挿入部１２の形状と光ファイバセンサ２の形状とが実用上問題のない程度に一致すれば、緩やかな固定であっても差し支えない。例えば、前述のようにチャンネルに挿通することで緩やかに固定しても良いし、挿入部１２に予め組み込んでおいても良い。【００５１】
また、本実施の形態の医療機器１では、挿入部１２の３次元形状を測定するために、３本の光ファイバセンサを用いているが、３本以上であればよい。例えば、測定精度向上のため４本以上の光ファイバセンサを用いてもよい。さらに、より長い範囲を測定するために、例えば、３の倍数の本数の光ファイバセンサを用いてもよい。すなわち、３本１組の光ファイバセンサを複数組用いＦＢＧセンサ部３が形成されている領域をずらして挿入部１２の長手方向に配設してもよい。【００５２】
＜第２の実施の形態＞  
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態の光センシングシステムの医療機器１Ｂについて説明する。医療機器１Ｂの構成および動作は、第１の実施の形態の医療機器１と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。  
図１８に示すように、医療機器１Ｂは第１の実施の形態の医療機器１の構成に加えて波長変調手段である変調器２０を有する。変調器２０は光源６が発生した段階的に切り替わる（第１の）所定間隔λｓの波長の光を、所定間隔λｓの中でさらに間隔の狭い第２の所定間隔λｓ２の波長の光に変調し段階的に順に、カプラ７に出力する。【００５３】
これは、第１の実施の形態の医療機器１で説明したように、ＦＢＧの反射光スペクトル内のレーザの反射光のスペクトルのピーク個数を多くするためには、ｆｓを上げることが好ましい。しかし、現在の技術水準では研究段階の光源でもｆｓ、すなわち波長でいえばλｓとして例えば０．０４ｎｍを実現することは困難である。これに対して、医療機器１Ｂは変調器２０により第２の所定間隔λｓ２を０．０４ｎｍ未満に変調可能である。【００５４】
変調器２０としては、位相変調器または音響光学素子を用いることができる。位相変調器は入力された電気信号に応じて光伝送媒体の屈折率が変化する素子であり、例えばリチウムナイオベイト（ＬＮ）などの単結晶のポッケルス効果素子である。また音響光学素子は二酸化テルル（TeO2）やモリブデン酸鉛（PbMoO4）などの単結晶からなる音響光学媒体に圧電素子を接着し、この圧電素子に電気信号を加えて超音波を発生させ超音波を媒体中に伝搬させることにより、媒体中を通る光が回折する音響光学効果を用いた素子である。【００５５】
医療機器１Ｂにおいては例えば光源６が発生した光の波長ステップ、すなわち第１の所定間隔λｓが０．１ｎｍ、測定範囲が２ｍの場合に、変調器２０により第２の所定間隔λｓ２を１０ｐｍまで変調することにより、測定精度は９４ｍｍから０．６ｍｍと大きく改善される。【００５６】
すなわち、第２の実施の形態の医療機器１Ｂは第１の実施の形態の医療機器１が有する効果に加えて、さらに測定精度を向上することができる。【００５７】
なお上記説明では光センシングシステムの実施形態として内視鏡の挿入部１２の形状を測定する医療機器について説明したが、本発明の光センシングシステムは、これに限定されるものではなく、工業用内視鏡、乗り物および建築物の疲労解析、光学部品の特性測定装置、または防犯システム等にも使用可能である。【００５８】
以上のように本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。【００５９】
以上の説明のように本実施の形態の内視鏡システムは、内視鏡の挿入部に配設された、複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された３本の光ファイバセンサと、所定間隔の波長の光を段階的に切り替えて出力する広帯域波長可変レーザ光源である光源と、前記光源が出力する前記光を、前記所定間隔の中でさらに間隔の狭い第２の所定間隔の波長の光に変調し段階的に、カプラに出力する波長変調部と、前記波長変調部が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給するとともに反射部に供給する前記カプラと、前記光ファイバセンサからの反射光と干渉させるための参照光を形成する反射部と、前記光ファイバセンサからの反射光と前記反射部からの参照光とから干渉光を生成する干渉部と、前記干渉部からの干渉光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づき、前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出し、前記挿入部の３次元形状を算出する算出部と、を有する光センシングシステムを具備する。【００６０】
本出願は、２００９年６月３日に日本国に出願された特願２００９−１３４３２５号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
【図１】
2010140440.tif 000003
【図２】
2010140440.tif 000004
【図３Ａ】
2010140440.tif 000005
【図３Ｂ】
2010140440.tif 000006
【図３Ｃ】
2010140440.tif 000007
【図４】
2010140440.tif 000008
【図５】
2010140440.tif 000009
【図６Ａ】
2010140440.tif 000010
【図６Ｂ】
2010140440.tif 000011
【図７】
2010140440.tif 000012
【図８Ａ】
2010140440.tif 000013
【図８Ｂ】
2010140440.tif 000014
【図８Ｃ】
2010140440.tif 000015
【図９】
2010140440.tif 000016
【図１０】
2010140440.tif 000017
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
2010140440.tif 000019
【図１１Ｃ】
2010140440.tif 000020
【図１１Ｄ】
2010140440.tif 000021
【図１２Ａ】
2010140440.tif 000022
【図１２Ｂ】
2010140440.tif 000023
【図１２Ｃ】
2010140440.tif 000024
【図１２Ｄ】
2010140440.tif 000025
【図１３】
2010140440.tif 000026
【図１４Ａ】
2010140440.tif 000027
【図１４Ｂ】
2010140440.tif 000028
【図１５】
2010140440.tif 000029
【図１６】
2010140440.tif 000030
【図１７】
2010140440.tif 000031
【図１８】
2010140440.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月30日(2010.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の光センシングシステムは、複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された光ファイバセンサと、前記ファイバブラッググレーティングセンサ部の特性によって決定される反射光スペクトルの半値全幅の1/２倍以下の周波数間隔で時間経過に合わせて階段状に周波数を切り替えて光を出力する光源と、前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給する光供給部と、前記光ファイバセンサからの反射光と干渉させるための参照光を形成する参照光形成部と、前記参照光を前記反射光と干渉させて干渉光を生成する干渉部と、前記干渉部からの干渉光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づき前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出する算出部と、を有する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明の内視鏡システムは、内視鏡の挿入部に配設された、複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された光ファイバセンサと、前記ファイバブラッググレーティングセンサ部の特性によって決定される反射光スペクトルの半値全幅の1/２倍以下の周波数間隔で時間経過に合わせて階段状に周波数を切り替えて光を出力する光源と、前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給する光供給部と、前記光ファイバセンサからの反射光と干渉させるための参照光を形成する参照光形成部と、前記参照光を前記反射光と干渉させて干渉光を生成する干渉部と、前記干渉部からの干渉光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づき、前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出し、前記挿入部の形状を算出する算出部と、を有する光センシングシステムを具備する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
本出願は、２００９年６月３日に日本国に出願された特願２００９−１３４３２５号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
（付記１）
複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された光ファイバセンサと、
前記ファイバブラッググレーティングセンサ部の特性によって決定される反射光スペクトルの半値全幅の1/２倍以下の波長間隔で時間経過に合わせて階段状に波長を切り替えて光を出力する光源と、
前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給する光供給手段と、
前記光源が出力する光から、前記光ファイバセンサからの反射光と干渉させるための参照光を形成する参照光形成手段と、
前記参照光を前記反射光と干渉させて前記干渉光を生成する干渉手段と、
前記干渉手段からの干渉光を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づき、前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出する算出部と、を有することを特徴とする光センシングシステム。
（付記２）
前記光源が出力する前記光を、前記所定間隔の中でさらに間隔の狭い第２の所定間隔の波長の光に変調し段階的に、前記光供給手段に出力する波長変調手段を有することを特徴とする付記１に記載の光センシングシステム。
（付記３）
前記波長変調手段が位相変調器または音響光学素子であることを特徴とする付記２に記載の光センシングシステム。
（付記４）
前記第２の所定間隔が０．０４ｎｍ未満１０ｐｍ以上であることを特徴とする付記２に記載の光センシングシステム。
（付記５）
内視鏡の挿入部に配設された、複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された光ファイバセンサと、
前記ファイバブラッググレーティングセンサ部の特性によって決定される反射光スペクトルの半値全幅の1/２倍以下の波長間隔で時間経過に合わせて階段状に波長を切り替えて光を出力する光源と、
前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給する光供給手段と、
前記光源が出力する光から、前記光ファイバセンサからの反射光と干渉させるための参照光を形成する参照光形成手段と、
前記参照光を前記反射光と干渉させて前記干渉光を生成する干渉手段と、
前記干渉手段からの干渉光を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づき、前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出する算出部と、
を有する光センシングシステムを具備することを特徴とする内視鏡システム。
（付記６）
前記光源が出力する前記光を、前記所定間隔の中でさらに間隔の狭い第２の所定間隔の波長の光に変調し段階的に、前記光供給手段に出力する波長変調手段を有することを特徴とする付記５に記載の内視鏡システム。
（付記７）
前記第２の所定間隔が０．０４ｎｍ未満１０ｐｍ以上であることを特徴とする付記６に記載の内視鏡システム。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された光ファイバセンサと、
前記ファイバブラッググレーティングセンサ部の特性によって決定される反射光スペクトルの半値全幅の1/２倍以下の周波数間隔で時間経過に合わせて階段状に周波数を切り替えて光を出力する光源と、
前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給する光供給部と、
前記光ファイバセンサからの反射光と干渉させるための参照光を形成する参照光形成部と、
前記参照光を前記反射光と干渉させて干渉光を生成する干渉部と、
前記干渉部からの干渉光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出する算出部と、を有することを特徴とする光センシングシステム。
【請求項２】
前記光供給部は、前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給するとともに前記参照光形成部に供給する光分割部であり、
前記参照光形成部は、前記光分割部からの光を参照光として干渉部に反射させる反射部を有することを特徴とする請求項1に記載の光センシングシステム。
【請求項３】
前記光源が広帯域波長可変レーザ光源であることを特徴とする請求項１に記載の光センシングシステム。
【請求項４】
３本以上の前記光ファイバセンサを有し、前記３本以上の光ファイバセンサが軸方向の同位置に前記ファイバブラッググレーティングセンサ部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光センシングシステム。
【請求項５】
前記光ファイバセンサは内視鏡システムの挿入部に配設され、
前記算出部は前記挿入部の３次元形状を測定することを特徴とする請求項４に記載の光センシングシステム。
【請求項６】
内視鏡の挿入部に配設された、複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された光ファイバセンサと、
前記ファイバブラッググレーティングセンサ部の特性によって決定される反射光スペクトルの半値全幅の1/２倍以下の周波数間隔で時間経過に合わせて階段状に周波数を切り替えて光を出力する光源と、
前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給する光供給部と、
前記光ファイバセンサからの反射光と干渉させるための参照光を形成する参照光形成部と、
前記参照光を前記反射光と干渉させて干渉光を生成する干渉部と、
前記干渉部からの干渉光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出し、前記挿入部の形状を算出する算出部と、を有する光センシングシステムを具備することを特徴とする内視鏡システム。
【請求項７】
前記光供給部は、前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給するとともに前記参照光形成部に供給する光分割部であり、
前記参照光形成部は、前記光分割部からの光を参照光として干渉部に反射させる反射部を有することを特徴とする請求項６に記載の内視鏡システム。
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月21日(2011.1.21)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の実施形態の内視鏡システムは、細長の挿入部と、前記細長の挿入部に設けられ、複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された光ファイバセンサと、第１の周波数間隔で時間経過に合わせ階段状に周波数を切り替えて光を出力する光源と、前記光源から出力される前記光を受光し、前記第１の周波数間隔が、前記ファイバブラッググレーティングセンサ部の特性によって決定される反射光スペクトルの半値全幅の１／２倍以下の第２の周波数間隔となるように変調して出力する変調部と、前記変調部から出力される前記光を、前記光ファイバセンサに供給する光供給部と、前記光供給部によって前記光ファイバセンサへ供給された光が、前記ファイバーグレーティングセンサ部において反射されて形成される反射光と干渉させる参照光を、前記変調部から出力される光から形成する参照光形成部と、前記参照光を前記反射光と干渉させて前記干渉光を生成する干渉部と、前記干渉部からの干渉光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づき、前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出する算出部と、を有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長の挿入部と、
前記細長の挿入部に設けられ、複数のファイバブラッググレーティングセンサ部が形成された光ファイバセンサと、
第１の周波数間隔で時間経過に合わせ階段状に周波数を切り替えて光を出力する光源と、
前記光源から出力される前記光を受光し、前記第１の周波数間隔が、前記ファイバブラッググレーティングセンサ部の特性によって決定される反射光スペクトルの半値全幅の１／２倍以下の第２の周波数間隔となるように変調して出力する変調部と、
前記変調部から出力される前記光を、前記光ファイバセンサに供給する光供給部と、
前記光供給部によって前記光ファイバセンサへ供給された光が、前記ファイバーグレーティングセンサ部において反射されて形成される反射光と干渉させる参照光を、前記変調部から出力される光から形成する参照光形成部と、
前記参照光を前記反射光と干渉させて前記干渉光を生成する干渉部と、
前記干渉部からの干渉光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記複数のファイバブラッググレーティングセンサ部の変形量を算出する算出部と、を有することを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
前記変調部は、
電気信号に応じて前記光が伝送される光伝送媒体の屈折率を変化する光伝送特性変更部と、
前記第１の周波数間隔が、前記ファイバブラッググレーティングセンサ部の特性によって決定される反射光スペクトルの半値全幅の１/２倍以下の第２の周波数間隔に変調するように前記屈折率を変更する前記電気信号を発生する電気信号発生部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記光伝送特性変更部は、位相変調器であることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記変調部は、
前記光源から受光した光が伝送される光伝送媒体に電気信号に応じて超音波を発生させて前記光源から受光した光を回折させる光伝送特性変更部と、
前記第１の周波数間隔が、前記ファイバブラッググレーティングセンサ部の特性によって決定される反射光スペクトルの半値全幅の１/２倍以下の第２の周波数間隔に変調するように前記光源から光を回折させるように前記電気信号を発生させる電気信号発生部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記光伝送特性変更部は、音響光学素子であることを特徴とする請求項４に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記光供給部は、前記光源が出力する前記光を、前記光ファイバセンサに供給するとともに前記参照光形成部に供給する光分割部であり、
前記参照光形成部は、前記光分割部からの光を参照光として干渉部に反射させる反射部を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記光源が広帯域波長可変レーザー光源であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項８】
３本以上の前記光ファイバセンサを有し、前記３本以上の光ファイバセンサが軸方向の同位置に前記ファイバブラッググレーティングセンサ部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記算出部は前記挿入部の３次元形状を測定することを特徴とする請求項８に記載の内視鏡システム。
【国際調査報告】
2010140440.tif 000033
2010140440.tif 000034
2010140440.tif 000035