(57)【要約】  本発明は、少なくとも部分的に光ファイバの長さに沿って光ファイバ１２の長手軸の周りで光ファイバ１２に加えられたねじれのねじれ率を得る方法及びシステムに関し、光ファイバ１２は、光ファイバ１２の長さに沿って延在する中心コア１６と、縒り率で中心コア１６の周りにらせん状に巻きつけられた少なくとも１つの外側コア１４、１８、２０とを持つ。前記方法は、光ファイバ１２の中心コア１６及び少なくとも１つの外側コア１４、１８、２０に沿った歪の光学測定からねじれ率位相信号を取得するステップと、前記ねじれ率位相信号から、ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンを計算するステップと、前記ねじれ率位相信号から、ｉ）前記ねじれ率位相信号、ｉｉ）前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの一方に比例する、前記ねじれ率の一次項を計算するステップと、前記ねじれ率に対する補正項を計算するステップであって、前記補正項が、ｉｉｉ）前記ねじれ率位相信号及び前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの積、ｉｖ）前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの二乗の一方に比例する、ステップとを有する。
2019511706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に光ファイバの長さに沿って前記光ファイバの長手軸の周りで前記光ファイバに加えられたねじれのねじれ率を得る方法において、前記光ファイバが、前記光ファイバの長さに沿って延在する中心コアと、縒り率で前記中心コアの周りにらせん状に巻きつけられた少なくとも１つの外側コアとを持ち、前記方法が、
前記光ファイバの前記中心コア及び前記少なくとも１つの外側コアに沿った歪の光学測定からねじれ率位相信号を取得するステップと、
前記ねじれ率位相信号からねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンを計算するステップと、
前記ねじれ率位相信号から、ｉ）前記ねじれ率位相信号、ｉｉ）前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの一方に比例する、前記ねじれ率の一次項を計算するステップと、
前記ねじれ率に対する補正項を計算するステップであって、前記補正項が、
ｉｉｉ）前記ねじれ率位相信号及び前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの積、
ｉｖ）前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの二乗、
の一方に比例する、ステップと、
を有する、方法。
【請求項２】
前記補正項を計算するステップが、ｉｉｉ）による前記積又はｉｖ）による前記二乗に、１より大きく、３より小さい数的係数を乗算するステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記数的係数が、１．１より大きく、２．５より小さい、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記数的係数が、約１．３乃至約１．７の範囲内である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記補正項が、前記少なくとも１つの外側コアの前記縒り率に反比例する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ねじれ率の前記一次項が、
ｉ）τ0＝ＴＧ・Ｓτ
ｉｉ）τf＝ＴＧ・＜Ｓτ＞
の一方として計算され、
ＴＧは、ねじれ利得較正パラメータであり、Ｓτは、前記取得されたねじれ率位相信号であり、＜Ｓτ＞は、前記取得されたねじれ率位相のノイズ除去バージョンである、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ねじれ率の前記補正項が、
ｉ）Ｆ・τ0・τf／２ｋ
ｉｉ）Ｆ・τf2／２ｋ
の一方として計算され、
ｋは、前記少なくとも１つの外側コアの前記縒り率であり、τ0は、前記ねじれ率位相信号に基づいて計算された前記ねじれ率の前記一次項であり、τfは、前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンに基づいて計算された前記ねじれ率の前記一次項であり、Ｆは、１より大きい数的係数である、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ねじれ率は、
ｉ）τ＝τ0−（Ｆ・τ0・τf／２ｋ）
ｉｉ）τ＝τ0−（Ｆ・τf2／２ｋ）
の一方として計算される、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ねじれ率位相信号が、前記少なくとも１つの外側コアの歪信号マイナス前記中心コアの歪信号から取得される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
開始位置に対する選択された位置におけるねじれ角度を得るように前記開始位置から前記選択された位置まで前記光ファイバの長さに沿って前記ねじれ率を積分するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも部分的に光ファイバの長さに沿って前記光ファイバの長手軸の周りで前記光ファイバに加えられたねじれのねじれ率を得るシステムにおいて、前記光ファイバが、前記光ファイバの長さに沿って延在する中心コアと、縒り率で前記中心コアの周りにらせん状に巻きつけられた少なくとも１つの外側コアとを持ち、前記システムが、
ねじれ率位相信号を取得するように前記光ファイバの前記中心コア及び前記少なくとも１つの外側コアに沿って歪を測定する光学測定装置と、
計算ユニットであって、
前記ねじれ率位相信号から、ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンを計算し、
ｉ）前記ねじれ率位相信号、ｉｉ）前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの一方に比例する、前記ねじれ率の一次項を計算し、
ｉｉｉ）前記ねじれ率位相信号及び前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの積、
ｉｖ）前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの二乗、
の一方に比例する、前記ねじれ率の補正項を計算する、
ように構成された当該計算ユニットと、
を有する、システム。
【請求項１２】
前記光学測定装置が、光周波数領域反射測定法に基づく光学形状感知装置であり、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
少なくとも部分的に光ファイバの長さに沿って前記光ファイバの長手軸の周りで前記光ファイバに加えられたねじれのねじれ率を得る請求項１１に記載のシステムを有する光学形状感知システムにおいて、前記光ファイバが、前記光ファイバの長さに沿って延在する中心コアと、縒り率で前記中心コアの周りにらせん状に巻きつけられた少なくとも１つの外側コアとを持つ、光学形状感知システム。
【請求項１４】
コンピュータ上で実行される場合に、前記コンピュータに、請求項１に記載の方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは、縒られた（spun）マルチコアファイバを使用する光学形状感知の分野に関する。特に、本発明は、少なくとも部分的に光ファイバの長さに沿って前記光ファイバの長手軸の周りで前記光ファイバに加えられたねじれ（twist）のねじれ率（twist rate）を得る方法及びシステムに関し、前記光ファイバは、前記光ファイバの長さに沿って延在する中心コア及び縒り率（spin rate）で前記中心コアの周りにらせん状に巻きつけられた少なくとも１つの外側コアを持つ。
【背景技術】
【０００２】
ファイバ光学リアル形状（ＦＯＲＳ）とも称される光学形状感知（ＯＳＳ）は、装置、特に細長い装置の三次元形状を再構成するのに有用な技術である。医療器具の場合、このような装置は、患者の体内に部分的に挿入され、したがってユーザの目で直接見られることができない介入装置、例えばカテーテル又はガイドワイヤでありうる。前記介入装置内に一体化された光学形状感知ファイバを使用する光学形状感知を用いて、前記介入装置の三次元形状は、知られ、したがって前記装置の先端まで「可視」にされることができる。
【０００３】
ＵＳ２０１２／００６９３４７Ａ１及びＵＳ８７７３６５０Ｂ２は、光学形状感知の概要を提供する。これらの文献の全体的な内容は、参照によりここに組み込まれる。
【０００４】
光学形状感知において、縒られたマルチコア光ファイバのコアは、例えば光周波数領域反射測定法（ＯＦＤＲ）を使用する干渉分散感知システムにより同時にインテロゲートされる。
【０００５】
ＯＦＤＲにおいて、同調可能な光源、例えばレーザ源からの光は、光ファイバに結合され、反射又は後方散乱光は、基準経路に沿って移動した同じ光源からの光と干渉するようにされる。前記光源の周波数が、時間において線形にスイープされる場合、前記光ファイバ上の単一の固定の散乱点から来る光と基準光との間の干渉は、一定の周波数を持つ検出器信号を作成し、この周波数は、前記光ファイバに沿った測定経路及び前記基準経路に沿った光の移動時間の差に比例する。光の伝搬速度及び前記基準経路の長さは既知であるので、前記散乱点の位置が、観測された周波数から計算されることができる。
【０００６】
複数の散乱が、光学測定ファイバ内に存在する場合、検出器信号は、異なる周波数の重ね合わせであり、角周波数は、それぞれの散乱体の位置を示す。前記検出器信号のフーリエ変換（「散乱プロファイル」）が、計算され、前記変換された信号の振幅及び位相のグラフにおいて、（異なる散乱体位置に対応する）前記検出器信号内に存在する異なる周波数の振幅及び位相が、前記グラフの横軸に沿ったそれぞれの位置に示される。
【０００７】
前記散乱光の振幅及び位相は、前記ファイバに作用する外的影響により影響されることができる。例えば、前記ファイバが、外部応力により、例えば前記光ファイを折り曲げることにより変形される場合、又は前記光ファイバの温度が変更される場合、効果は、前記散乱プロファイルの位相及び／又は振幅において見られる。変形状態の前記光ファイバの散乱プロファイルと応力なしの基準状態における同じ光ファイバの散乱プロファイルとの比較から、前記光ファイバに沿った位置の関数として前記ファイバに対する外的影響に関する情報が得られることができ、すなわち、前記光ファイバは、分散感知に対して使用されることができる。
【０００８】
光学形状感知に使用される光ファイバは、通常、中心コアと、前記中心コアの周りにらせん状に巻きつけられた１以上の外側コアとを有する縒られたマルチコアファイバである。外部応力は、前記コアの歪を生じ、これは、前記マルチコアファイバの各コアの光学経路長変化を生じる。光学形状感知のシステムは、歪められた「形状」測定及び歪められていない「基準」測定の各コアの散乱プロファイルの比較により、前記ファイバに沿った位置の範囲にわたって同時に各コアの光学系長変化を検出することができる。
【０００９】
ファイバが折り曲げられる場合、前記折り曲げの外側のコアは、正の歪（伸長）を経験し、前記折り曲げの内側のコアは、負の歪（圧縮）を経験する。前記光ファイバの中心に対する前記コアの距離及び前記ファイバの中心から見られる前記コア間の角度の十分な情報を用いて、曲率半径及び局所的な正接円（tangent circle）の中心の前記コアに対する向き（角度位置）は、前記コアの歪信号の強度から決定されることができる。前記局所的な正接円は、曲線の微分幾何学に対応する数学の一分野において「接触円（osculating circle）」とも称される。
【００１０】
光ファイバの形状を再構成するために、前記曲率半径及び空間内の前記局所的な正接円の向き（の変化）を知ることが必要である。光学形状感知測定により得られた歪信号から、前記曲率半径及び前記コアに対する前記局所的な正接円の向き（の変化）を得ることが可能である。したがって、適切な形状再構成に対して、変形された光ファイバ内の前記コアの向きに関する情報を得る方法が、必要とされる。これは、前記ファイバの基準状態（変形されていない状態）に対する形状（前記ファイバの変形状態）における前記コアの向きの変化を得る方法に加えて、基準（歪なし）状態における前記コアの向きの情報を必要とする。換言すると、前記外側コアから前記光学形状感知測定により提供された歪信号を折り曲げ及び折り曲げ方向に変換するために、外側コアの回転位置が、高い精度で決定されなければならない。
【００１１】
前記基準に対する形状における前記コアの向きの変化を決定する方法が、利用可能である場合、前記基準における前記コアの向きは、特別な形状、例えば扁平スパイラル（flat spiral）、すなわち、全ての場所で湾曲を持ち、正接円の中心が全て同じ面内にある形状を測定することにより得られることができる。折り曲げ信号から、前記コアに対する前記正接円の向きが、計算されることができる。前記扁平スパイラルの正接円の向きが、空間において固定されているので、前記扁平スパイラル形状における前記コアの向きは、既知である。前記基準に対する前記扁平スパイラルにおける前記コアの向きの変化を決定する方法が利用可能であると仮定されたので、前記基準における前記コアの向きは、ここで、計算されることができる。
【００１２】
現況技術において、前記基準に対する形状における前記コアの向きの変化を決定する方法は、前記マルチコアファイバの個別のコアの歪信号の線形結合であるねじれ率位相信号を使用する。理想的な幾何構成（前記ファイバの正確な中心における中心コア、及び前記ファイバの中心から全て同じ距離であり、角度位置において等距離に離間される外側コア）を持つマルチコアファイバに対して、前記ねじれ率位相信号は、前記外側コア歪信号の平均マイナス前記中心コアの歪信号に等しい。このねじれ率位相信号は、設計により、（全てのコアに共通の）軸歪及び温度変化を感知しない。
【００１３】
非理想ファイバ幾何構成に対して、結果として生じるねじれ率位相信号が、依然として、軸歪及び温度変化を感知しないように、前記歪信号の修正された係数を持つ線形結合であるねじれ率位相信号を生成する方法が、ＵＳ２０１２／００６９３４７Ａ１に記載されている。
【００１４】
前記ファイバが、単位長さ毎の巻き数を増加する様式でねじられる場合、前記外側コアは、長くなり、前記中心コアの長さは、一定のままであり、非ゼロねじれ率位相信号を生じる。前記ファイバが、単位長さ毎の巻き数を減少させる様式でねじられる場合、前記外側コアは、短くなり、反対符号のねじれ率位相信号を生じる。
【００１５】
最低次に対して、前記ねじれ率位相信号は、前記ファイバの単位長さ毎の巻き数の変化、すなわち、真のねじれ角度の変化率に比例する。しかしながら、ねじれ率位相信号と真のねじれ角度の変化率との間の関係が、本質的に非線形であることが、既知である。大きなねじれ率変化に対して、ねじれ率の変化と結果として生じるコア長の変化との間の関係における二次（すなわちクワドラティック）の項が、ＵＳ８７７３６５０Ｂ２に示されるように、考慮される必要がある。
【００１６】
しかしながら、ＵＳ８７７３６５０Ｂ２は、ねじれ率位相信号に対するねじれ率の依存性の非線形性を補償するためにどのように二次の項を計算するのか開示していない。
【００１７】
光ファイバ上の選択された点における真のねじれ角度、すなわち、開始点における相対的な向きと比較した前記選択された点における形状と基準との間のコアの向きの変化を得るために、真のねじれ角度の変化率は、前記開始点から前記選択された点まで前記ファイバに沿って積分されなければならない。選択された点における真のねじれ角度を得るために必要であるこの積分は、実際に、ねじれ率位相信号と真のねじれ率との間の関係の二次の項を単純に考慮することが、前記光ファイバに沿った選択された点における正確なねじれ角度を生じないことを明らかにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、依然として、積分後に正確なねじれ角度に到達するために、測定されたねじれ率位相信号からねじれ率を得る、改善された方法及びシステムの必要性が存在する。
【００１９】
本発明の目的は、光ファイバに加えられたねじれのねじれ率とねじれ率位相信号との間の関係の非線形性を正確に補正する方法及びシステムを提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、ねじれ率の積分が、開始点に対する光ファイバ上の選択された点における正確なねじれ角度を生じるように、前記光ファイバに加えられたねじれのねじれ率とねじれ率位相信号との間の関係の非線形性を正確に補正する方法及びシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の第１の態様において、少なくとも部分的に光ファイバの長さに沿って前記光ファイバの長手軸の周りで前記光ファイバに加えられたねじれのねじれ率を得る方法が、提供され、前記光ファイバは、前記光ファイバの長さに沿って延在する中心コアと、縒り率で前記中心コアの周りにらせん状に巻きつけられた少なくとも１つの外側コアとを持ち、前記方法は、
前記光ファイバの前記中心コア及び前記少なくとも１つの外側コアに沿った歪の光学測定からねじれ率位相信号を取得するステップと、
前記ねじれ率位相信号から前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンを計算するステップと、
前記ねじれ率位相信号から前記ねじれ率の一次項を計算するステップであって、前記一次項が、ｉ）前記ねじれ率位相信号、ｉｉ）前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの一方に比例する、ステップと、
前記ねじれ率に対する補正項を計算するステップであって、前記補正項が、
（ｉｉｉ）前記ねじれ率位相信号及び前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの積、
【００２２】
（ｉｖ）前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの二乗、
の一方に比例する、ステップと、
を有する。
【００２３】
本発明による方法を用いて、光ファイバに加えられたねじれのねじれ率は、測定されたねじれ率位相信号から高い精度で得られることができる。前記方法は、ねじれ率位相信号とねじれ率との間の関係の非線形性を補償する前記ねじれ率に対する補正項を計算することを提供する。前記補正項は、二次（クワドラティック）項である。しかしながら、前記クワドラティック項は、単純に前記測定されたねじれ率位相信号の二乗を使用するのではなく、前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンを使用する。これに対する理由は、前記測定されたねじれ率位相信号が、不可避的にノイズで汚染されており、完全な幾何構成からの前記コア位置のずれ（deviation）に対する不完全な補正の結果として折り曲げ信号からのクロストークにより汚染されることもありうることである。前記測定されたねじれ率位相信号の二乗が、更なる処理なしで前記補正項において使用された場合、前述の汚染の効果は、前記クアドラティック項が常に正であるので、もはや平均してゼロにならない。本発明による方法において、ノイズ及びクロストーク汚染の効果は、前記ねじれ率位相信号から、ノイズ及び／又はクロストークが少なくとも減少される又は除去される前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンを計算することにより除去される。本発明による方法により得られた前記ねじれ率の積分後に、前記光ファイバ上の選択された点におけるねじれ角度が、高い精度で得られることができる。したがって、本発明による方法は、ＯＳＳシステムを用いる正確な３Ｄ形状再構成において使用されることができる。
【００２４】
本発明の好適な実施例は、従属請求項において規定される。
【００２５】
前記光ファイバは、複数の外側コア、特に前記中心コアの周りにらせん状に巻きつけられた３つの外側コアを持ちうる。
【００２６】
好適な実施例において、前記補正項を計算するステップは、ｉｉｉ）による積又はｉｖ）による二乗に、１より大きく、３より小さい数的係数を乗算するステップを更に有する。
【００２７】
この測定は、前記測定されたねじれ率位相信号から前記ねじれ率を得る精度を更に増加させる。前記ねじれ率の補正としての二次項の使用が、依然として前記ねじれ率と前記ねじれ率位相信号との間の非線形性の補正に対する近似であるので、前記補正項に１より大きく３より小さい前記数的係数を乗算することは、有利には、前記計算されたねじれ率の精度を増加させる。前記二次の補正項を改良するために乗算係数を使用することは、前記補正項を計算する計算費用又は計算時間を増加させずに精度を増加させる。
【００２８】
好適な実施例において、前記数的係数は、１．１より大きく、２．５より小さくてもよく、更に好適な実施例において、前記数的係数は、約１．３乃至約１．７の範囲内である。
【００２９】
更に好適な実施例において、前記補正項は、前記少なくとも１つの外側コアの前記縒り率に反比例する。
【００３０】
前記少なくとも１つの外側コアの前記縒り率は、前記少なくとも１つの外側コアの単位長さ毎のらせん状の巻き数の周期数の２π倍に等しい。前記縒り率は、前記光ファイバに沿って一定量であり、前記光ファイバの設計により決定され、すなわち、前記光ファイバの製造プロセスにおいて設定される。
【００３１】
他の実施例において、前記ねじれ率の一次項は、
ｉ）    τ0＝ＴＧ・Ｓτ
ｉｉ）  τf＝ＴＧ・＜Ｓτ＞
の一方として計算され、ここでＴＧは、ねじれ利得（twist gain）較正パラメータであり、Ｓτは、取得されたねじれ率位相信号であり、＜Ｓτ＞は、前記取得されたねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンである。
【００３２】
他の好適な実施例において、前記ねじれ率の前記補正項は、
ｉ）    Ｆ・τ0・τf／２ｋ
ｉｉ）  Ｆ・τf2／２ｋ
の一方として計算され、ここでｋは、前記少なくとも１つの外側コアの縒り率であり、τ0は、前記ねじれ率位相信号に基づいて計算された前記ねじれ率の一次項であり、τfは、前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンに基づいて計算された前記ねじれ率の一次項であり、Ｆは、１より大きく、３より小さい数的係数である。
【００３３】
他の好適な実施例において、ねじれ率τは、
ｉ）    τ＝τ0−（Ｆ・τ0・τf／２ｋ）
ｉｉ）  τ＝τ−（Ｆ・τf2／２ｋ）
の一方として計算される。
【００３４】
他の好適な実施例において、前記ねじれ率位相信号は、前記少なくとも１つの外側コアの歪信号マイナス前記中心コアの歪信号から取得される。
【００３５】
このようにして取得されたねじれ率位相信号は、全てのコアに対して共通であり、したがって前記ねじれ率位相信号から除去される軸歪及び温度変化を感知しない。
【００３６】
他の好適な実施例において、本発明による方法は、選択位置に対する選択された位置におけるねじれ角度を得るために前記開始位置から前記選択された位置まで前記光ファイバの長さに沿って前記ねじれ率を積分するステップを更に有する。
【００３７】
上述したように及びここに記載されるように、本発明による方法は、前記ねじれ率の積分後に高い精度で開始位置に対する前記ファイバに沿った選択された位置における真のねじれ角度を得ることを可能にする。
【００３８】
本発明の第２の態様によると、少なくとも部分的に光ファイバの長さに沿って前記光ファイバの長手軸の周りで前記光ファイバに加えられたねじれのねじれ率を得るシステムが、提供され、前記光ファイバは、前記光ファイバの長さに沿って延在する中心コアと、縒り率で前記中心コアの周りにらせん状に巻きつけられた少なくとも１つの外側コアとを持ち、前記システムは、
ねじれ率位相信号を取得するように前記光ファイバの前記中心コア及び前記少なくとも１つの外側コアに沿って歪を測定するように構成された光学測定装置と、
前記ねじれ率位相信号から前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンを計算し、
ｉ）前記ねじれ率位相信号、ｉｉ）前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの一方に比例する前記ねじれ率の一次項を計算し、
ｉｉｉ）前記ねじれ率位相信号及び前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの積、
ｉｖ）前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョンの二乗、
の一方に比例する前記ねじれ率の補正項を計算する、
ように構成された計算ユニットと、
を有する。
【００３９】
本発明によるシステムは、本発明による方法と同様の及び／又は同一の利点を持ち、本発明によるシステムが、本発明による方法の従属請求項において規定された前記方法と同様の及び／又は同一の好適な実施例を持つと理解されるべきである。
【００４０】
好適な実施例において、前記光ファイバにおける歪を測定するのに使用される前記光学測定装置は、光周波数領域反射測定法に基づく光学形状感知装置である。
【００４１】
本発明の第３の態様において、少なくとも部分的に光ファイバの長さに沿って前記光ファイバの長手軸の周りで前記光ファイバに加えられたねじれのねじれ率を得るために本発明の第２の態様によるシステムを有する光学形状感知システムが、提供され、前記光ファイバは、前記光ファイバの長さに沿って延在する中心コアと、縒り率で前記中心コアの周りにらせん状に巻きつけられた少なくとも１つの外側コアとを持つ。
【００４２】
本発明の第４の態様によると、コンピュータ上で実行される場合に、第１の態様による方法のステップを前記コンピュータに実行させるプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムが、提供される。
【００４３】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明において使用する光学形状感知システムの部分の一実施例を示す。
【図２】本発明において使用する縒られたマルチコアファイバの長さの一部を示す。
【図３】平らにされた円筒としてモデル化された図２の光ファイバの外側コアを示す。
【図４】光ファイバに加えられたねじれのねじれ率を得る方法のフローチャートを示す。
【図５】ねじられた光ファイバに対するフィルタ処理されていないねじれ率推定とフィルタ処理されたねじれ率推定との２つのグラフを示す。
【図６】フィルタ処理されていない及びフィルタ処理されたねじれ率推定から計算された二次の補正項の３つのグラフを示す。
【図７】ｙ軸に関して拡大された、図６の補正項の２つのグラフを示す。
【図８】図６の補正項に対する積分によりねじれ率から得られたねじれ角度のグラフを示す。
【図９】光ファイバに加えられたねじれ角度（ねじれ）の複数の値に対する光ファイバのねじれ角度のグラフを示す。
【図１０Ａ】計算されたねじれ角度と光ファイバに加えられた実際のねじれ角度との間の差の様々なグラフを示す。
【図１０Ｂ】計算されたねじれ角度と光ファイバに加えられた実際のねじれ角度との間の差の様々なグラフを示す。
【図１０Ｃ】計算されたねじれ角度と光ファイバに加えられた実際のねじれ角度との間の差の様々なグラフを示す。
【図１０Ｄ】計算されたねじれ角度と光ファイバに加えられた実際のねじれ角度との間の差の様々なグラフを示す。
【図１０Ｅ】計算されたねじれ角度と光ファイバに加えられた実際のねじれ角度との間の差の様々なグラフを示す。
【図１０Ｆ】計算されたねじれ角度と光ファイバに加えられた実際のねじれ角度との間の差の様々なグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、少なくとも部分的に光ファイバの長さに沿って前記光ファイバの長手軸の周りで前記光ファイバに加えられたねじれのねじれ率が高い精度で得られることができる、方法及びシステムの実施例が、記載される。可能な限り正確にねじれ率を計算することは、三次元における前記光ファイバの形状再構成において有利である。光ファイバを使用する形状再構成は、光学形状感知システムにより実行されてもよく、その一実施例は、最初に図１を参照して記載される。
【００４６】
図１は、マルチコア光ファイバ１２を感知するマルチチャネルＯＦＤＲベースの分散歪感知システムとして構成された光学形状感知システムの部分を示す。前記マルチコアファイバは、複数のコア、１４、１６、１８、２０を持ち、図示された例において、光ファイバ１２は、１つの中心コア及び３つの外側コアを持つ４つのコアを有する。
【００４７】
図２に示されるように、外側コア１４、１８、２０は、中心コア１６の周りにらせん状に巻きつけられる。
【００４８】
図１を再び参照すると、光学形状感知システム１０は、光周波数の範囲にわたってスイープされることができる同調可能光源２２を有する。光源２２により放射された光は、４つのチャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを持つ干渉インテロゲータ２４に結合され、コア１４、１６、１８、２０の各々が、チャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの１つを割り当てられる。同調可能光源２２が、光周波数の範囲にわたりスイープされる場合、各チャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは、同時に測定され、各チャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄからの結果として生じる干渉パターンは、複数のそれぞれの光検出器２５を持つデータ取得電子装置２６にルーティングされる。各チャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは、独立して及び同様に処理される。コア１４、１６、１８、２０から複数チャネルＯＦＤＲシステムを使用して記録された分散歪測定は、この場合、処理又は計算ユニット２８により示されるように、更なる処理のために使用されるようにエクスポートされてもよい。
【００４９】
システム１０は、参照によりここに組み込まれるＵＳ８７７３６５０Ｂ２に記載されるように、コア１４、１６、１８、２０において測定された歪信号を生成し、前記歪信号から、ねじれ率位相信号Ｓτを生成することができる。以下、前記ねじれ率位相信号の性質が、記載される。
【００５０】
同調可能光源２２からの光は、測定光ファイバ１２のコアの各々に結合され、反射又は後方散乱光は、インテロゲータ２４のチャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ内のそれぞれの基準系路に沿って移動した光源２２からの光と干渉するようにされる。光源２２の周波数が、時間において線形にスイープされる場合、光ファイバ１２のコア上の単一の固定の散乱点から来る光と、基準光との間の干渉は、一定周波数を持つそれぞれの検出器２５における検出器信号を作成し、この周波数は、前記測定経路及び前記基準系路に沿った光の移動時間の差に比例する。光の伝搬速度及び前記基準経路の長さは、既知であるので、前記散乱点の位置は、観測された周波数から計算されることができる。
【００５１】
複数の散乱体が、コア１４、１６、１８、２０の各々に沿って測定ファイバ１４内に存在するので、前記検出器信号は、異なる周波数の重ね合わせであり、角周波数は、それぞれのコアに沿ったそれぞれの散乱体の位置を示す。前記検出器信号のフーリエ変換（「散乱プロファイル」）が、計算されることができる。変換された信号の振幅及び位相のグラフにおいて、（異なる散乱体位置に対応する）前記検出器信号内に存在する異なる周波数の振幅及び位相は、前記グラフの横軸に沿ったそれぞれの位置において示される。
【００５２】
前記散乱光の振幅及び位相は、ファイバ１２に作用する外的影響により影響されることができる。例えば、前記ファイバが、（例えば、スパイラルに曲げられるように典型的に示される、図１においてファイバ１２に対して示されるように）外部応力により変形される場合、又は前記ファイバの温度が変更される場合、効果は、前記散乱プロファイルの位相及び／又は振幅において見られる。前記ファイバの散乱プロファイル及び基準状態における同じファイバの散乱プロファイルの比較から、ファイバ１２に沿った位置の関数としてファイバ１２に対する外的影響に関する情報が、得られることができ、すなわち、ファイバ１２は、分散感知に対して使用されることができる。
【００５３】
光学形状感知に対するシステム１０は、「形状」測定及び歪められていない「基準」測定の各コア１４、１６、１８、２０の散乱プロファイルの比較により、ファイバ１２に沿った位置の範囲にわたり同時に縒られたマルチコアファイバ１２の各コア１４、１６、１８、２０の光学経路長変化を検出することができる。
【００５４】
ファイバ１２の感知領域内に配置された２つの任意の点を考慮して、形状測定及び歪なしの基準測定が比較される場合に前記コアの選択されたコア１４、１６、１８又は２０に対するこれら２つの点の間の光学経路長の変化は、これ自体を、このコアの前記形状及び前記基準の散乱プロファイル内のこれらの２つの点の間の位相差の変化として表す。これらの点が、互いの近くであるように選択される場合、前記光学経路長の変化は、これらの点の近傍における前記コアの歪に比例し、前記位相差の変化は、前記形状及び前記基準の散乱プロファイル間の位相差の導関数に比例する。これは、コアの局所歪信号が、当該コアの歪められた状態と歪められていない基準状態との間の前記コアの散乱プロファイルの位相の差の導関数に比例する結果となる。
【００５５】
前記ねじれ率位相信号は、光ファイバ１２の個別のコア１４、１６、１８、２０の歪信号（すなわち、前記基準との位相差の導関数）の線形結合である。理想的な幾何構成（ファイバ１２の正確な中心における中心コア１６、及びファイバの中心から全て同じ距離であり、角度位置において等距離に離間された外側コア１４、１８、２０）を持つマルチコアファイバに対して、前記ねじれ率位相信号は、外側コア１４、１８、２０の歪信号の平均マイナス中心コア１６の歪信号に等しい。このねじれ率位相信号は、設計により、（全てのコアに対して共通である）軸歪及び温度変化を感知しない。
【００５６】
非理想的ファイバ幾何構成に対して、結果として生じるねじれ率位相信号が依然として軸歪及び温度変化を感知しないように、前記歪信号の修正された係数を持つ線形結合であるねじれ率位相信号を生成する方法が、ＵＳ２０１２／００６９３４７Ａ１に記載されている。前述の文献は、参照によりここに組み込まれる。
【００５７】
ファイバが折り曲げられる場合、二次応力効果が、前記中心コアの屈折率と前記外側コアの屈折率の平均との間の小さな差を作成し、誤ったねじれ率位相信号を生じることに注意すべきである。この誤ったねじれ率位相信号は、ＵＳ８７７３６５０Ｂ２（式３０）に示されるように、補償されることができる。本開示の残りにおいて、ここで対応された前記ねじれ率位相信号が、この折り曲げ誘発誤ねじれ信号を既に補償していることが、仮定される。
【００５８】
ファイバ１２が、単位長さ毎の巻き数を増加する様式でねじられる場合、外側コア１４、１８、２０は、長くなり、中心コア１６の長さは、一定のままであり、非ゼロのねじれ率位相信号を生じる。ファイバ１２が、単位長さ毎の巻き数を減少する様式でねじられる場合、前記外側コアは、短くなり、反対符号のねじれ率位相信号を生じる。
【００５９】
最低次に対して、前記ねじれ率位相信号は、光ファイバ１２の単位長さ毎の巻き数の変化、すなわち、真のねじれ角度の変化率に比例する。しかしながら、ねじれ率位相信号と真のねじれ角度の変化率との間の関係は、不可避的に非線形である。
【００６０】
以下、どのようにして前記ねじれ率及び前記ねじれ角度が、正確な形で前記ねじれ率位相信号から得られることができるかが、記載される。この方法は、図１における計算又は処理ユニット２８により実行されることができる。計算ユニット２８は、ねじれ率位相信号Ｓτからねじれ率τを計算するのに光ファイア１２上で測定された歪データを使用する。
【００６１】
前記記載から始めて、製造中に前記外側コアの向きが長さＰの周期で周期的に繰り返すような形で縒られたファイバを考慮する。単位長さ毎の周期の数は、この場合、Ｎ＝１／Ｐである。単位長さ毎の前記外側コアの向き角度の変化である、前記ファイバの縒り率は、ｋである。各周期が、２πラジアンの角度にわたる回転に対応するので、縒り率ｋは、
ｋ＝２πＮ＝２π／Ｐ    （１）
と書かれることができる。
【００６２】
前記光ファイバにトルクを加えることにより、前記縒られたファイバは、ねじるようにされる。Ｍだけ単位長さ毎の巻き数を増加するのに十分なトルクが加えられたと仮定する。前記ファイバの外側コアの正味の角度変化率は、この場合、
ｋ＋τ＝２π（Ｎ＋Ｍ）＝２π（１／Ｐ＋１／Ｔ）    （２）
になり、加えられたねじれのねじれ率τは、
τ＝２πＭ＝２π／Ｔ    （３）
として規定され、Ｔは、加えられたねじれの１巻きの長さである。
【００６３】
ここで、距離Ｐだけ離れた、ファイバ軸に垂直な２つの面を考慮し、選択されたファイバコアが前記２つの面と交差する２つの点を考慮する。前記ファイバの中心に対する前記選択されたコアの距離は、ａである。外側コアに対して、ａは、当該コアの形状を記述するらせんの半径である。下で、どのようにしてこれら２つの点の間の長さが、加えられたねじれの下で変化するかが、示される。
【００６４】
第一に、ねじられていないファイバを考慮する。前記らせんを平面上に広げることを想像する場合、前記２つの点の間の前記外側コアの長さＨは、図３に示されるように辺Ｐ及び２πａを持つ直角三角形の斜辺であるように見られる。以下が適用できる。
Ｈ2＝Ｐ2＋（２πａ）2、又はＨ／Ｐ＝（１＋（２πａ／Ｐ）2）1/2＝（１＋ａ2ｋ2）1/2    （４）
【００６５】
前記２つの面が、距離Ｐではなく、任意の距離ｄだけ離れている場合、２つの交点の間の長さｌ0は、依然として同じ比から得られる。この比の平方根が、テイラー展開の最低次の項により近似される場合、
ｌ0／ｄ＝（１＋ａ2ｋ2）1/2≒１＋（１／２）ａ2ｋ2    （５）
である。
【００６６】
実際に、ａは、例えば３５μｍのオーダであり、Ｐは、２０ｍｍのオーダであり、
ａ2ｋ2≒１．２１×１０-4    （６）
である。
【００６７】
この数の小ささは、前記平方根の近似における高次の項の無視が正当化されることを示す。
【００６８】
ねじれが、前記ファイバに加えられる場合、長さｌτは、同様に計算されることができ、結果として、
ｌτ／ｄ＝（１＋ａ2（ｋ＋τ）2）1/2≒１＋（１／２）ａ2（ｋ＋τ）2＝ｌ0／ｄ＋ａ2ｋτ＋（１／２）ａ2τ2    （７）
を生じる。
【００６９】
したがって、前記ファイバがねじられる場合、加えられたねじれのねじれ率τを用いて、前記ファイバ中心から距離ａにおけるコアの長さは、
δ／ｄ＝（ｌτ−ｌ0）／ｄ＝ａ2ｋτ＋（１／２）ａ2τ2    （８）
により与えられる量δだけ変化する。
【００７０】
先行する記載から、前記長さの変化が、加えられたねじれ率τにおいて線形項及びτにおいて二次項を含むことが、観測されることができる。前記外側コアの長さ変化と加えられたねじれ率τとの間の関係における前記二次項と前記線形項との比は、τ／（２ｋ）により与えられ、これは、小さな加えられるねじれ率に対してゼロに近づき、すなわち、小さなねじれ率に対して、前記線形項のみを考慮すれば十分である。
【００７１】
理想的なファイバ幾何構成に対して、前記ねじれ率位相信号は、前記外側コアの歪信号の平均マイナス前記中心コアの歪信号として規定され、コアの歪信号は、歪んだ状態と歪んでいない状態との間の前記コアの散乱プロファイルの位相の差の導関数である。前記ねじれ率位相信号は、ファイバ１２の測定から得られる。小さなねじれ率に対して、ねじれ利得ＴＧは、以下、Ｓτと称される、測定されたねじれ率位相信号を、加えられたねじれ率τに関連付ける較正パラメータであり、
τ＝ＴＧ Ｓτ    （９）
である。
【００７２】
形状感知システム１０のような前記形状感知システムの実装の詳細に依存して、正の加えられたねじれ率、すなわち外側コアの長さの増加を生じる、加えられたねじれ率が、負であるねじれ率位相信号を生じることがありうることに注意する。この場合、ねじれ利得ＴＧは負である。
【００７３】
ねじれ率位相信号Ｓτが、上で得られた前記コア長変化に比例し、二次の長さ変化を補償するために、上で得られた比τ／（２ｋ）により乗算された前記線形項に等しい二次項を減算することが必要とされることが、予期されることができる。したがって、予期されるのは、
τ＝ＴＧ・Ｓτ−（τ／２ｋ）ＴＧ・Ｓτ    （１０）
であり、これは、
τ（１＋ＴＧ・Ｓτ／２ｋ）＝ＴＧ・Ｓτ又はτ＝（ＴＧ・Ｓτ）／（１＋ＴＧ・Ｓτ／２ｋ）    （１１）
又は
τ≒ＴＧ・Ｓτ（１−ＴＧ・Ｓτ／２ｋ）＝ＴＧ・Ｓτ−（１／２ｋ）（ＴＧ・Ｓτ）2    （１２）
と表現されることもできる。
【００７４】
前記一次項又は前記加えられたねじれ率の推定をτ0として規定して、ねじれ率位相信号と加えられたねじれ率との間の予期される関係は、
τ≒τ0（１−τ0／２ｋ）＝τ0−（τ02／２ｋ），τ0＝ＴＧ・Ｓτ    （１３）
として表現されることもできる。
【００７５】
上の式は、ファイバ１２の既知の縒り率ｋと結合された構成されたねじれ利得ＴＧを使用して、測定されたねじれ率位相信号Ｓτからねじれ率τを計算することを可能にする。
【００７６】
この式は、加えられたねじれ率と測定されたねじれ信号との間の関係における非線形性を正確に補正すべきである。しかしながら、この式の直接的な適用が、積分後の正確なねじれ角度を生じない結果となる。この式が積分後の正確な結果を与えることに失敗する理由は、２要素ある。
【００７７】
第一に、信号Ｓτは、ノイズにより不可避的に汚染され、完全な幾何構成からのコア位置のずれに対する不完全な補正の結果として折り曲げ信号からのクロストークにより汚染されることもありうる。二次補正項において、これらの汚染の効果は、前記項が常に正であるので、平均してももはやゼロにはならない。
【００７８】
第二に、加えられたねじれ率と測定されたねじれ率位相信号との間の関係における非線形性は、実際に、上で得られた二次補正項により予期されるより大きい。
【００７９】
ノイズ及びクロストークにより引き起こされる第１の問題に対する解決法は、前記二次補正項における前記ねじれ率位相信号が、前記ねじれ率の一次線形項における前記ねじれ率位相信号とは異なって扱われるべきである、一部の実施例において見つけられることができる。実際に、前記ねじれ率位相信号を適切にフィルタ処理することにより、前記補正項における折り曲げからねじれに対するクロストーク及びノイズの効果は、大幅に低下されることができる。
【００８０】
加えられたねじれ率と測定されたねじれ率位相信号との間の関係における非線形性が、上で得られた前記補正項により提案されるより大きい、第２の問題に対する解決法は、上で得られた前記補正項に乗算係数を乗算することにより一部の実施例において見つけられることができる。一部の実施例において、この数的係数は、１より大きく、３より小さい。他の実施例において、前記数的係数は、１．１より大きく、２．５より小さい。他の実施例において、前記数的係数は、約１．３乃至約１．７の範囲である。
【００８１】
図４を参照すると、少なくとも部分的に光ファイバの長さに沿って前記光ファイバの長手軸の周りで図１の光ファイバ１２のような光ファイバに加えられたねじれのねじれ率を得る方法の一実施例が、記載され、前記光ファイバは、前記光ファイバの長さに沿って延在する図２の中心コア１６のような中心コアと、前記縒り率で前記中心コアにらせん状に巻きつけられた図２のコア１４、１８、２０の１つのような少なくとも１つの外側コアとを持つ。
【００８２】
前記方法は、図１のシステム１０を用いて実行されることができる。更に、前記光ファイバは、前記中心コアにらせん状に巻きつけられた２、３又はそれ以上の外側コアを持ちうる。
【００８３】
ステップＳ１において、ねじれ率位相信号Ｓτが、前記光ファイバの前記中心コア及び前記少なくとも１つの外側コアに沿った歪の光学測定から取得される。
【００８４】
ステップＳ２において、前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョン＜Ｓτ＞が、ステップＳ１において測定されたねじれ率位相信号Ｓτから計算される。
【００８５】
ステップＳ３において、ねじれ率τの一次項τ0又はτfが、ねじれ率位相信号Ｓτから計算され、一次項τ0は、ステップＳ１において測定されたねじれ率位相信号Ｓτに比例するか、又は一次項τfは、ステップＳ２において計算された前記ねじれ率位相信号のノイズ除去バージョン＜Ｓτ＞に比例する。
【００８６】
ステップＳ４において、前記ねじれ率に対する補正項τcorrが、更に計算され、補正項τcorrは、ステップＳ１において測定されたねじれ率位相信号Ｓτ及びステップＳ２において計算されたねじれ率位相信号のノイズ除去バージョン＜Ｓτ＞の積に比例するか、又は補正項τcorrは、ステップＳ２において計算されたねじれ率位相信号のノイズ除去バージョン＜Ｓτ＞の二乗に比例する。
【００８７】
ステップＳ５において、ねじれ率τは、前記一次項及び前記二次項の線形結合が、開始位置に対する選択された位置におけるねじれ角度を得るように前記開始位置から前記選択された位置まで前記光ファイバの長さに沿って積分されると、得られる。
【００８８】
したがって、一部の実施例において、前記ねじれ率位相信号の強力にフィルタ処理されたバージョン＜Ｓτ＞を計算し、このフィルタ処理されたバージョンを使用して、強度において修正された二次補正項τcorrを計算することが、提案され、一次項τ0は、例えば技術水準から既知である通常の様式で計算されることができる。
【００８９】
前記ねじれ率のフィルタ処理されていない一次項をτ0として規定し、前記ねじれ率のフィルタ処理されたバージョンをτfとして規定し、
τ0＝ＴＧ・Ｓτ、  τf＝ＴＧ・＜Ｓτ＞    （１４）
であり、ねじれ率τは、以下の式、
τ＝τ0（１−ｆτf／２ｋ）＝τ0−Ｆτ0τf／２ｋ    （１５）
又は
τ＝τ0−Ｆτf2／２ｋ    （１６）
の一方によって計算されることができる。
【００９０】
Ｆは、上で述べられた前記数的係数である。係数Ｆは、１．１より大きく、好ましくは１．３乃至１．７の範囲内である。
【００９１】
第１の上の選択肢（式１５）において、前記補正項は、前記ねじれ率のフィルタ処理された一次項及びフィルタ処理されていない一次項の積に比例し、第２の選択肢（式１６）において、前記補正項は、前記ねじれ率のフィルタ処理された一次項の二乗に比例する。
【００９２】
図５を参照すると、前記ねじれ率に対する前記補正項を計算するのに一次ねじれ率のフィルタ処理されたバージョンを使用する有利な効果が、図示される。図５は、１．７８ｍの長さにわたって完全な１巻きに対してねじられている光ファイバに対する前記ねじれ率のフィルタ処理されていない一次項τ0及びフィルタ処理された一次項τfを示す。横軸又はスケールは、インデックス単位であり、１インデックス（index）は、０．０４８２３ｍｍに対応する。縦軸又はスケールは、ラジアン／インデックス単位である。前記光ファイバは、インデックス２５０００の前にクランプされ、インデックス６２０００の後にもクランプされ、ねじれの完全な１期間（one full term）は、前記光ファイバの端部におけるクランプ領域に適用された。見られることができるように、フィルタ処理された一次項τfは、前記ねじれ率のフィルタ処理されていない一次項τ0より大幅に滑らかである。
【００９３】
フィルタ処理されていない一次項τ0及び選択的にフィルタ処理された一次項τfに基づいて、前記ねじれ率に対する補正項が、計算されており、これらは、図６に示される。図６において、グラフτcorr,0は、τ02／２ｋとして計算された補正項を示し、グラフτcorr,1は、Ｆ・τ0・τf／２ｋとして計算された前記ねじれ率に対する補正項を示し、グラフτcorr,2は、Ｆ・τf2／２ｋとして計算された補正項を示す。τcorr,1及びτcorr,2において、数的係数Ｆは、１．３８に等しい。前記光ファイバの縒り率ｋは、４９．２巻き／ｍに対応する０．０１４９２６ｒａｄ／ｉｎｄｅｘに等しい。
【００９４】
図７は、拡大された縦スケール又はｙ軸において図６の補正項τcorr,1及びτcorr,2を示す。
【００９５】
図８は、補正項τcorr,0、τcorr,1及びτcorr,2が、前記ねじれ角度に対して持つ効果を示す。前記ねじれ角度は、積分により前記ねじれ率から得られる。補正項τcorr,0、τcorr,1及びτcorr,2の効果の間の違いをより良く示すために、積分された補正項のみが、図８に示される。前記ねじれ率の積分された一次項は、図示されない。図８において見られることができるのは、補正項τcorr,1及びτcorr,2（グラフ３２及び３４）が、前記クランプ領域の間の関心範囲にわたって本質的に同一である結果を与え、補正を計算するのに前記ねじれ率位相信号のフィルタ処理されたバージョンを使用しない補正項τcorr,0が、誤った結果（グラフ３０）を与えることである。
【００９６】
次に、前記ねじれ率に対する前記補正項に対して１（unity）とは異なる値を持つ数的係数Ｆの効果が、図９及び１０Ａ乃至１０Ｆを参照して示される。
【００９７】
図９は、始点（ｘ軸上の点０）においてクランプされた光ファイバに対するねじれ角度を示し、前記光ファイバの他方の端部は、回転段においてクランプされた。図９のｘ軸は、インデックス単位である。前記回転段は、−３６０度から３６０度までの範囲にわたり６０度のインクリメントで回転された。図１の形状感知システム１０のような形状感知システムにより提供された前記ねじれ率位相信号から、前記ねじれ角度は、上のτcorr,1によって計算された前記二次補正項を含む、前記ねじれ率の積分により計算された。分析は、前記補正項の数的係数Ｆの複数の値に対して実行された。前記クランプ領域間の前記光ファイバの長さは、約１．７８ｍである。図９は、得られたねじれ角度グラフの一例を示し、各曲線は、１回の６０度インクリメントに対応する。
【００９８】
前記ねじれ角度グラフの各々に対して、合計ねじれ角度が、２つのクランプ領域にわたる前記ねじれ角度の平均値の差として得られた。こうして計算された前記合計ねじれ角度は、加えられた回転角度と比較され、前記加えられた回転角度自体は、約０．１度まで正確である。
【００９９】
計算されたねじれ角度と加えられた回転角度との間の差は、前記加えられたねじれ角度に対して、図１０Ａ乃至１０Ｅにプロットされる。
【０１００】
線形性からのずれの視覚的評価を容易にするために、これらの平均値が、差から減算され、前記プロットにおける水平線３６として示される残余に対する直線フィットも、プロットされた。
【０１０１】
図１０Ａは、二次補正が提供されない場合に、計算されたねじれと加えられた回転との間のずれが、加えられたねじれの範囲にわたって３度以上変化することを示す。
【０１０２】
許容されるずれは、再構成されるファイバ形状の所望の精度及び調整されることを必要とするねじれ範囲に依存する。一例として、真ん中で直角の折り曲げを持つ１．８ｍ長のファイバ、及び全長にわたり１巻きの最悪の場合の加えられたねじれを考慮する。３ｍｍのエンドポイント精度が、望ましい場合、前記折り曲げの場所における計算されたねじれは、約０．００３／０．９＝０．００３３ラジアン、又は０．２度まで正確である必要がある。明らかに、この精度は、二次補正が適用されない場合に最悪の場合の加えられるねじれに対して達成不可能である。
【０１０３】
図１０Ｂは、Ｆ＝１を持つ前記二次補正が適用される場合に、計算されたねじれと加えられたねじれとの間のずれを示す。前記計算されたねじれと加えられたねじれとの間のずれは、前記補正が適用される場合に、大幅に（約３倍）減少するが、所望の精度は、依然として到達されない。
【０１０４】
より良い精度は、数的係数Ｆが１より大きい値まで増加される場合に到達される。図１０Ｃは、二次補正が数的係数Ｆ＝１．１とともに適用される場合の計算されたねじれと加えられたねじれとの間の差を示し、図１０Ｄは、Ｆ＝１．３を用いる補正項が適用される場合の前記ずれを示し、図１０Ｅは、Ｆ＝１．５を用いる補正項が適用される場合のずれを示し、図１０Ｆは、Ｆ＝１．７を用いる補正項が適用される場合の前記ずれを示す。図１０Ｃ乃至１０Ｆは、前因子Ｆ＞１の値が使用される場合に、どのように前記計算されたねじれ角度の精度が改善するかを示す。図１０Ｃ乃至１０Ｆの縦スケールが、３倍で図１０Ａ及び１０Ｂの縦スケールと異なることに注意する。
【０１０５】
図９及び図１０Ａ乃至１０Ｆを参照して前に記載された試験のような試験は、二次補正項、特に本開示による二次補正項が、形状感知システムにおける前記ねじれ率位相信号からの前記ねじれ率の計算において使用されたか否かの指標として使用されることができる。更に、光ファイバが、例えば十分な量の加えられたねじれとともに直角折り曲げを持つ形状に配置される場合、観測されるエンドポイント誤差は、二次補正が使用されたか及びどれだけ使用されたかを示す。定量的比較に対して、前記光ファイバの縒り率は、既知でなければならない。前記縒り率は、可視光が前記外側コアの１つに注入される場合に、切断されたファイバの視覚的検査から決定されることができる。フィルタ処理されたねじれ率位相信号が、前記ねじれ率の補正において使用されたかどうかは、前記光学形状感知システムにより提供される信号から評価されることができる。
【０１０６】
本発明は、図面及び先行する記載において詳細に図示及び記載されているが、このような図示及び記載は、例示的又は典型的であり、限定的ではないと見なされるべきであり、本発明は、開示された実施例に限定されない。開示された実施例に対する他の変形例は、図面、開示及び添付の請求項の検討から、請求された発明を実施する当業者により理解及び達成されることができる。
【０１０７】
請求項において、単語「有する」は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。単一の素子又は他のユニットが、請求項に記載された複数のアイテムの機能を満たしてもよい。特定の方策が、相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【０１０８】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又は一部として提供される光記憶媒体又は半導体媒体のような適切な媒体に記憶／分配されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介するような他の形で分配されてもよい。
【０１０９】
請求項内のいかなる参照符号も、その範囲を限定すると解釈されるべきではない。
【図１】
2019511706.tif 000003
【図２】
2019511706.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2019511706.tif 000011
【図１０Ａ】
2019511706.tif 000012
【図１０Ｂ】
2019511706.tif 000013
【図１０Ｃ】
2019511706.tif 000014
【図１０Ｄ】
2019511706.tif 000015
【図１０Ｅ】
2019511706.tif 000016
【図１０Ｆ】
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【国際調査報告】
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