(57)【要約】【課題】内視鏡挿入部に挿通された光ファイバに生じる歪を、分光器による分光分析を行うことなく安価でしかも小型化に適した構成で確実に検出し、内視鏡挿入部の形状を簡単な手順で正確に検出する。【解決手段】複数のＦＢＧ１，…を形成した光ファイバ４１Ａ，４１Ｂと、光ファイバ４１Ａ，４１Ｂに入射光を導入する光源部４９と、入射光が各ＦＢＧで回折して戻り来る回折戻り光を取り出す光路分離部５５と、取り出された回折戻り光を検出する光検出部５９と、光路分離部５５と光検出部５９との間に配置された光シャッタ５７と、回折戻り光が光検出部５９に到達するタイミングに同期して光シャッタ５７を開き、特定のＦＢＧからの回折戻り光を選択的に検出し、該検出された回折戻り光の基準入射光に対する波長遷移量に基づいて各ＦＢＧの歪量を求めて、この歪量に基づいて内視鏡挿入部１９の形状を検出する制御部５１を備えた。【選択図】図１０
2011200341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子を有する少なくとも２本の光ファイバをそれぞれ内視鏡挿入部の長手方向に沿った異なる位置に配設し、前記内視鏡挿入部の変形により前記各光ファイバに生じる歪みを前記回折格子の回折光から求めることで前記内視鏡挿入部の形状を検出する内視鏡形状検出装置であって、
前記各光ファイバが、互いに回折格子周期の異なる第１ファイバブラッググレーティング及び第２ファイバブラッググレーティングが相互に重なり合って形成された回折格子対を、ファイバ軸に沿った複数位置にそれぞれ離散配置し、前記ファイバ軸方向に垂直な面内における直交二軸方向で複屈折率差を有するものであり、
前記回折格子対の各回折格子周期に対応した波長を含む入射光を前記光ファイバにそれぞれ導入する光源部と、
前記各光ファイバに導入した入射光が前記回折格子対で回折して戻り来る回折戻り光を前記入射光の光路から取り出す光路分離部と、
前記光路分離部から取り出された前記各光ファイバの回折戻り光を検出する光検出部と、
前記光路分離部と前記光検出部との間の光路途中に配置された光シャッタ部と、
前記光シャッタを開閉駆動して、特定の前記ファイバブラッググレーティングからの回折戻り光を前記光検出部により選択的に検出させる光シャッタ駆動部と、
前記入射光が前記第１ファイバブラッググレーティングにより前記複屈折率差に応じた互いに異なる波長で回折する第１の回折戻り光及び第２の回折戻り光、前記入射光が前記第２ファイバブラッググレーティングにより前記複屈折率差に応じた互いに異なる波長で回折する第３の回折戻り光及び第４の回折戻り光、を含む各波長情報に基づいて、前記各回折格子対に作用する前記直交二軸方向及びファイバ軸方向の歪量を前記各光ファイバそれぞれに対して求め、前記各光ファイバの前記回折格子対の位置と前記各方向の歪量との関係から前記内視鏡挿入部の形状を検出する演算処理部と、
を備えた内視鏡形状検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の内視鏡形状検出装置であって、
前記光源部が、前記ファイバブラッググレーティングの無歪状態における基準回折格子周期に対応した中心回折波長と、該中心回折波長前後の他の波長との複数種の狭帯域波長のパルス光を、それぞれ異なるタイミングで前記光ファイバに順次導入し、
前記光シャッタ駆動部が、前記光源部により前記光ファイバへ前記パルス光を導入するタイミングに合わせて前記光シャッタ部を開状態とする開閉駆動を行い、
前記光検出部が、前記光シャッタ駆動部の光シャッタ駆動タイミングに同期して前記回折戻り光を選択的に検出し、
前記演算処理部が、前記検出された回折戻り光に対応する前記パルス光の波長と、前記中心回折波長との差分から前記回折格子対に作用する歪量を求める内視鏡形状検出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の内視鏡形状検出装置であって、
前記シャッタ駆動部が、前記光源部から光出射させてから、該出射された光が歪量の検出対象となる前記いずれかのファイバブラッググレーティングに到達して、該ファイバブラッググレーティングからの回折戻り光が前記光シャッタに到達するまでの経過時間に応じて前記光シャッタを閉状態から開状態にする内視鏡形状検出装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の内視鏡形状検出装置であって、
前記第１の回折戻り光の波長の無歪み状態からの変化分をΔλａｘ、
前記第２の回折戻り光の波長の無歪み状態からの変化分をΔλａｙ、
前記第３の回折戻り光の波長の無歪み状態からの変化分をΔλｂｘ、
前記第４の回折戻り光の波長の無歪み状態からの変化分をΔλｂｙ、
環境温度の変化分をΔＴ、
前記直交二軸方向であるｘ方向、ｙ方向及び前記ファイバ軸方向であるｚ方向の歪変化量をΔεｘ、Δεｙ、Δεｚ、
マトリクス係数をＫｉｊとするとき、
前記演算処理部が前記歪量を次式から求める内視鏡形状検出装置。
【数１】
2011200341.tif 000005
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の内視鏡形状検出装置であって、
前記光シャッタが、電気光学効果を有する光学機能材料を含んで構成された電気光学シャッタである内視鏡形状検出装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の内視鏡形状検出装置であって、
前記光路分岐部、前記光シャッタ、及び前記光検出部が、前記各光ファイバに対してそれぞれ個別に設けられた内視鏡形状検出装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の内視鏡形状検出装置であって、
前記各光ファイバから分岐される前記光路分岐部が合流された先に、前記光シャッタと前記光検出部が共通に設けられた内視鏡形状検出装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の内視鏡形状検出装置であって、
前記光ファイバが、前記内視鏡挿入部の互いに直交する直径方向のそれぞれ外周側に配置された内視鏡形状検出装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の内視鏡形状検出装置であって、
前記回折格子対の配置密度が、前記内視鏡挿入部の全長に亘って均等にされた内視鏡形状検出装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の内視鏡形状検出装置であって、
前記回折格子対の配置密度が、前記内視鏡挿入部の体腔内への挿入側ほど高くされた内視鏡形状検出装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか１項記載の内視鏡形状検出装置であって、
前記内視鏡挿入部が、該内視鏡挿入部の長手方向に沿って連通する鉗子孔が内設されるとともに、前記鉗子孔に挿通された長尺状の処置具を備え、
前記光ファイバが、前記処置具の直径方向外周側の異なる位置にそれぞれ配置された内視鏡形状検出装置。
【請求項１２】
内視鏡挿入部の先端側に設けた撮像手段から被検体の撮像画像情報を取得する内視鏡システムであって、
請求項１〜請求項１１のいずれか１項記載の内視鏡形状検出装置と、
前記内視鏡挿入部の形状の検出情報及び前記撮像画像情報を表示する表示部と、
を備えた内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡挿入部の形状を検出する内視鏡形状検出装置及びこれを備えた内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な内視鏡は、体腔内の管腔に長尺状の内視鏡挿入部を挿入し、病変部等の被観察部位の診断や処置が行なえるようになっている。ところが、体腔内に挿入した内視鏡の形状は外部からは容易に判断できず、観察している部位が体腔内のどの位置であるかを正確に掌握することができない。特に小腸のような三次元的に複雑に曲がりくねった管路の中では、内視鏡がどの位置まで挿入されたかを見極めることは難しかった。そこで、内視鏡挿入部の形状を検出して、体腔内に挿入された状態を内視鏡挿入部の形状から把握する装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、歪センサであるファイバブラッググレーティング（Fiber Bragg Greating:ＦＢＧ)を有する光ファイバを内視鏡挿入部に埋め込み、この光ファイバの一端側から光を入射して、ＦＢＧから生じる回折光の波長遷移量から歪を検出し、この歪によって内視鏡挿入部の形状を求める装置が記載されている。また、特許文献２には、同様にＦＢＧを有する光ファイバを内視鏡挿入部に埋め込み、この光ファイバの一端側から光を入射して、ＦＢＧを通過した透過光に対する特定波長成分の欠落部の波長遷移量から歪を検出し、内視鏡挿入部の形状を求める装置が記載されている。
【０００４】
しかし、いずれの装置においても、ファイバに生じる歪に応じてＦＢＧによる回折光の波長が遷移する特性を利用しており、この波長遷移を検出するためには複雑な光学系を有する高価な分光器が必要となる。また、分光器による分光分析を行うため、歪量を得る手順が複雑になり、装置が大型化することも避けられない。更に、特許文献１の方式では光ファイバを合計４本敷設する必要があり、内視鏡挿入部の細径化に不利な構成となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５１７７９号公報
【特許文献２】特開２００８−１７３３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、内視鏡挿入部に挿通された光ファイバに生じる歪を、分光器による分光分析を行うことなく安価でしかも小型化に適した構成で検出して、各光ファイバのファイバブラッググレーティングの配置位置における歪量を求め、これにより、内視鏡挿入部の形状を簡単な手順で正確に検出できる内視鏡形状検出装置及び内視鏡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、下記構成からなる。
（１）  回折格子を有する少なくとも２本の光ファイバをそれぞれ内視鏡挿入部の長手方向に沿った異なる位置に配設し、前記内視鏡挿入部の変形により前記各光ファイバに生じる歪みを前記回折格子の回折光から求めることで前記内視鏡挿入部の形状を検出する内視鏡形状検出装置であって、
前記各光ファイバが、互いに回折格子周期の異なる第１ファイバブラッググレーティング及び第２ファイバブラッググレーティングが相互に重なり合って形成された回折格子対を、ファイバ軸に沿った複数位置にそれぞれ離散配置し、前記ファイバ軸方向に垂直な面内における直交二軸方向で複屈折率差を有するものであり、
前記回折格子対の各回折格子周期に対応した波長を含む入射光を前記光ファイバにそれぞれ導入する光源部と、
前記各光ファイバに導入した入射光が前記回折格子対で回折して戻り来る回折戻り光を前記入射光の光路から取り出す光路分離部と、
前記光路分離部から取り出された前記各光ファイバの回折戻り光を検出する光検出部と、
前記光路分離部と前記光検出部との間の光路途中に配置された光シャッタ部と、
前記光シャッタを開閉駆動して、特定の前記ファイバブラッググレーティングからの回折戻り光を前記光検出部により選択的に検出させる光シャッタ駆動部と、
前記入射光が前記第１ファイバブラッググレーティングにより前記複屈折率差に応じた互いに異なる波長で回折する第１の回折戻り光及び第２の回折戻り光、前記入射光が前記第２ファイバブラッググレーティングにより前記複屈折率差に応じた互いに異なる波長で回折する第３の回折戻り光及び第４の回折戻り光、を含む各波長情報に基づいて、前記各回折格子対に作用する前記直交二軸方向及びファイバ軸方向の歪量を前記各光ファイバそれぞれに対して求め、前記各光ファイバの前記回折格子対の位置と前記各方向の歪量との関係から前記内視鏡挿入部の形状を検出する演算処理部と、
を備えた内視鏡形状検出装置。
【０００８】
（２）  内視鏡挿入部の先端側に設けた撮像手段から被検体の撮像画像情報を取得する内視鏡システムであって、
内視鏡形状検出装置と、
前記内視鏡挿入部の形状の検出情報及び前記撮像画像情報を表示する表示部と、
を備えた内視鏡システム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る内視鏡形状検出装置及び内視鏡システムによれば、光ファイバに生じる歪を、分光器による分光分析を行うことなく安価でしかも小型化に適した構成で検出でき、光ファイバの各ファイバブラッググレーティングの配置位置における歪量がそれぞれ検出されるので、内視鏡挿入部の形状を簡単な手順で正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図で、内視鏡形状検出装置を含む内視鏡システムの全体構成図である。
【図２】内視鏡挿入部の先端部付近の概略図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】（Ａ）は光ファイバの断面図、（Ｂ）は２つのファイバブラッググレーティングが相互に重なり合って形成された回折格子対の模式図である。
【図５】光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティングの模式的な構成説明図である。
【図６】２つのファイバブラッググレーティングによって回折する第１〜第４の回折戻り光の分光強度を示すグラフである。
【図７】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は光ファイバの軸方向に対して直交方向の歪によりファイバブラッググレーティングからの回折戻り光の波長幅が変化する状態を示すグラフである。
【図８】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は光ファイバの軸方向歪によりファイバブラッググレーティングからの回折戻り光の波長が遷移する状態を示すグラフである。
【図９】各回折格子対に所定の波長の光を照射して内視鏡挿入部の形状を推定するフローチャートである。
【図１０】形状検出部と光ファイバによる測定光学系を示すブロック構成図である。
【図１１】光シャッタの構成図である。
【図１２】光源部から出射されるパルス光の分光強度を示すグラフである。
【図１３】制御部による制御タイムチャート図である。
【図１４】内視鏡挿入部の曲げ方向を説明するための断面図である。
【図１５】検出された歪と内視鏡挿入部の曲げ方向との関係を示す表である。
【図１６】内視鏡挿入部の湾曲状態の一例を示す説明図である。
【図１７】形状検出部の他の構成例を示すブロック構成図である。
【図１８】内視鏡挿入部の鉗子孔に挿通される処置具を示す斜視図である。
【図１９】図１８のＢ−Ｂ断面図である。
【図２０】歪測定可能な他の光ファイバの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、内視鏡形状検出装置を含む内視鏡システム１００の全体構成図である。
【００１２】
内視鏡システム１００は、内視鏡１１と、この内視鏡１１に接続される制御装置１３とを備え、制御装置１３にはモニタ等の表示部１５や、図示しない入力手段としてのキーボード等が接続されている。この制御装置１３は、内視鏡１１に照明光を供給する光源部と、内視鏡１１からの撮像信号に各種画像処理を施して映像信号に変換するプロセッサ部を有し、更に、詳細を後述する形状検出部１０を内蔵している。
【００１３】
内視鏡１１は、本体操作部１７と、本体操作部１７に連設され体腔内に挿入される内視鏡挿入部１９とを備える。本体操作部１７には、各種管路と信号ケーブルが内包されたユニバーサルコード２１が接続され、このユニバーサルコード２１の先端には制御装置１３に着脱自在に連結されるコネクタ２３が取り付けられている。コネクタ２３は、複合タイプのコネクタとし、制御装置１３の光源部及びプロセッサ部にそれぞれ個別のコネクタで接続する構成としてもよい。
【００１４】
制御装置１３の光源部からの出射光は、コネクタ２３とユニバーサルコード２１を通じて内視鏡１１に供給され、内視鏡挿入部１９の先端に設けられた照明光学系に照明光として伝送される。
【００１５】
また、内視鏡挿入部１９の先端に設けられた撮像光学系は、照明光学系で照明された観察部位を撮像する撮像素子を有し、撮像素子から得られる観察像の撮像信号を制御装置１３に出力する。そして、制御装置１３のプロセッサ部は、入力された撮像信号を画像処理した画像情報を表示部１５に表示する。これらの一連の処理は、制御装置１３に接続されたキーボード等から指示が入力可能になっている。撮像光学系の撮像素子としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが用いられる。
【００１６】
また、内視鏡１１の本体操作部１７には、送気・送水ボタン、吸引ボタン、シャッターボタン、機能切替ボタン等の各種ボタン２５が並設されるとともに、内視鏡の先端側を湾曲操作させる一対のアングルノブ２７が設けてある。
【００１７】
内視鏡挿入部１９は、本体操作部１７側から順に軟性部３１、湾曲部３３、先端部（内視鏡先端部）３５で構成される。軟性部３１は可撓性を有して湾曲部３３の基端側に連設され、湾曲部３３は、本体操作部１７のアングルノブ２７を回動操作することで内視鏡挿入部１９内に挿設されたワイヤ（図視略）が牽引されて湾曲動作するようになっている。これにより、内視鏡先端部３５を所望の方向に向けることができる。
【００１８】
本体操作部１７と内視鏡挿入部１９との間の連設部３７には、鉗子等の処置具が挿入される鉗子挿入部３９が設けられ、鉗子挿入部３９から挿入された処置具は、内視鏡先端部３５の不図示の鉗子口から導出される。
【００１９】
本内視鏡システム１００においては、上記の内視鏡の基本構成に加えて、内視鏡先端部３５から内視鏡挿入部１９、本体操作部１７、ユニバーサルコード２１を通じたコネクタ２３までの間に、内視鏡挿入部１９の区間における歪を検出する光ファイバ４１が挿通されている。この光ファイバ４１は以下に示す構成となっている。
【００２０】
図２に内視鏡挿入部１９の先端部３５付近の概略図、図３に図２のＡ−Ａ断面図を示した。内視鏡挿入部１９の内部には、互いに回折格子周期の異なる複数のファイバブラッググレーティングＦＢＧ１，ＦＢＧ２，・・・が形成された光ファイバ４１Ａ，４１Ｂが挿通されている。ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１，ＦＢＧ２，・・・は、内視鏡挿入部１９の区間内で、各光ファイバ４１Ａ，４１Ｂの長手方向に対してそれぞれ同じ位置に配置され、各配置位置における歪検出を行う歪センサとして機能する。つまり、光ファイバ４１ＡのＦＢＧ１の位置と、光ファイバ４２ＡのＦＢＧ１の位置は長手方向の同じ位置に配置されて同じ位置の歪を検出する。
【００２１】
これらの光ファイバ４１Ａ，４１Ｂは、内視鏡挿入部１９の中心に対して互いに直交する外周側に配置され、検出される歪量の情報に基づいて、内視鏡挿入部１９の上下方向及び左右方向に変位した形状を検出可能にしている。
【００２２】
まず、ファイバブラッググレーティングを有する光ファイバの構成及び歪の測定原理について説明する。
図４（Ａ）は光ファイバの断面図、図４（Ｂ）は２つのファイバブラッググレーティングが相互に重なり合って形成された回折格子対の模式図、図５は光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティングの模式的な構成説明図である。
【００２３】
光ファイバ４１Ａ，４１Ｂは、クラッド４３、楕円形のコア４５、及び図示しない外皮により形成され、内視鏡挿入部１９の区間内においては、周期的な屈折率構造のブラッグ回折格子対からなるファイバブラッググレーティング（以下、ＦＢＧと略記する）がコア４５内に形成されている。
【００２４】
各ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，・・・は、互いに回折格子周期の異なる第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧａ及び第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧｂが相互に重なり合って形成された回折格子対を有し、ＦＢＧ１ａ，ＦＢＧ１ｂ，ＦＢＧ２ａ，ＦＢＧ２ｂ，・・・で構成されている。また、コア４５が楕円形であることからファイバ軸方向に垂直な面内における直交二軸方向（ＸＹ方向）で複屈折率差を有する。
【００２５】
ＦＢＧは、例えば特開２０００−２５８１９０号公報にその製法が示されるように、光ファイバ４１のコア４５内に、屈折率が特定の周期δで変化した屈折率変調構造を有する。光ファイバ４１に光が入射すると、この特定の周期δとコア４５の平均屈折率ｎとによって規定されるブラッグ波長（λ＝２ｎδ）の光が回折戻り光となって入射側に戻されることになる。また、ＦＢＧは、直径０．１ｍｍ程度のクラッド４３に対して、コア４５の軸方向に５〜２０ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ程度の大きさに形成され、コア４５の軸方向に所定の一定間隔で配置されている。
【００２６】
図６は２つのファイバブラッググレーティングＦＢＧａ及びＦＢＧｂによって回折する第１〜第４の回折戻り光の分光強度を示すグラフである。図５及び図６に示すように、本構成例の各ＦＢＧは、互いに異なる周期δａ，δｂで変化する第１及び第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧａ，ＦＢＧｂの回折格子対からなる屈折率変調構造であり、かつファイバ軸方向に垂直な面内における直交二軸方向（ＸＹ方向）で複屈折率差を有する。従って、光ファイバ４１の一端側から光を導入すると、ＦＢＧの回折格子周期に対応した波長の入射光成分がある場合に、第１及び第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧａ，ＦＢＧｂの周期δａ，δｂと、コア４５の二軸方向（ＸＹ方向）における平均屈折率ｎ１，ｎ２とによって規定されるブラッグ波長（λａｐ＝２ｎ１δａ，λａｑ＝２ｎ２δａ，λｂｐ＝２ｎ１δｂ，λｂｑ＝２ｎ２δｂ）の光が回折格子対によって選択的に回折光が発生し、回折戻り光となって光ファイバ４１の光導入側に戻される。そして、光ファイバ４１内のＦＢＧａ，ＦＢＧｂに歪が生じると、ＦＢＧａ，ＦＢＧｂの回折格子周期δａ，δｂが変化するので、これにより回折戻り光の波長が遷移する。
【００２７】
図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は光ファイバの軸方向に対して直交方向の歪によりファイバブラッググレーティングからの回折戻り光の波長幅が変化する状態を示すグラフ、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は光ファイバの軸方向歪によりファイバブラッググレーティングからの回折戻り光の波長が遷移する状態を示すグラフである。なお、ここでは理解を容易にするため、回折格子対（ＦＢＧａ，ＦＢＧｂ）の一方の回折格子ＦＢＧａについて説明するが、他方の回折格子ＦＢＧｂについても同様である。
【００２８】
ＦＢＧａに軸方向に対して直交方向の歪が生じると、図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、ＦＢＧａからの回折戻り光のピーク波長は、ＦＢＧａに生じた歪の大きさに応じて遷移する。例えば、Ｙ方向に圧縮が起こるとＹ方向屈折率が増加すると共に、Ｘ方向に膨張してＸ方向屈折率が減少し、結果として各ピーク波長が互いに逆向きに遷移する。即ち、無歪状態下の回折戻り光のピーク波長幅Ｗ１から増減する。このときの回折戻り光のピーク波長幅Ｗ１からの波長幅遷移量が、このＦＢＧａの配置位置における光ファイバ４１に発生した軸方向に対して直交方向の歪量に相当する。
【００２９】
また、ＦＢＧａに軸方向の歪が生じると、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、ＦＢＧａからの回折戻り光のピーク波長は、ＦＢＧａに生じた軸方向の歪に応じて遷移し、無歪状態下の回折戻り光のピーク波長の間隔を保ったまま平行に遷移する。このときの回折戻り光のピーク波長からの波長遷移量が、このＦＢＧａの配置位置における光ファイバ４１に発生した軸方向の歪量に相当する。
【００３０】
また、光ファイバ４１には回折戻り光のピーク波長が異なる複数のＦＢＧ（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，・・・）がそれぞれ異なる位置に配置されるが、各ＦＢＧからの回折戻り光は、光ファイバ４１内の光導入側からの光路長が異なるため、光検出部（詳細は後述）に到達するまでの時間差に応じて選択的に取り出すことで、各ＦＢＧの各位置で生じた歪を個別に検出できる。
【００３１】
このように、光ファイバ４１の各ＦＢＧからの回折戻り光をそれぞれ個別に検出し、各回折戻り光のピーク波長幅遷移量、及び波長遷移量を求めることで、光ファイバ４１上の各ＦＢＧの配置位置における歪（軸方向に対して直交方向の歪、及び軸方向歪）がそれぞれ検出される。各ＦＢＧは、軸方向、及び軸方向に対して直交する２軸方向の歪を検出可能であるので、ＦＢＧの配置位置における内視鏡挿入部１９の形状、即ち、湾曲状態を検出できる。
【００３２】
なお、光源部４９からの出射光の波長は４００ｎｍ〜２２００ｎｍが好適に使用できる。
【００３３】
次に、内視鏡挿入部１９の形状を検出するための手順の概略について説明する。
図９は各回折格子対に所定の波長の光を照射して内視鏡挿入部の形状を推定するフローチャートであり、ステップＳ１でＦＢＧｉａ（ｉ＝１，２，３，・・・）のＸ方向歪、及びＹ方向歪に対応する波長λａｐｉ，λａｑｉを設定し、ステップＳ２でλａｐｉの掃引波形のパルスを順次光ファイバ４１に導入し、回折戻り光波長を測定する。同様に、ステップＳ３でλａｑｉの掃引波形のパルスを順次光ファイバ４１に導入し、回折戻り光波長を測定する。
【００３４】
同様に、ステップＳ４でＦＢＧｉｂ（ｉ＝１，２，３，・・・）のＸ方向歪、及びＹ方向歪に対応する波長λｂｐｉ，λｂｑｉを設定し、ステップＳ５でλｂｐｉの掃引波形のパルスを順次光ファイバ４１に導入し、回折戻り光波長を測定し、ステップＳ６でλｂｑｉの掃引波形のパルスを順次光ファイバ４１に導入し、回折戻り光波長を測定する。
【００３５】
次いで、上記の各ステップで測定された波長λａｐｉ，λａｑｉ，λｂｐｉ，λｂｑｉの波長遷移量に基づいて、ステップＳ７で演算処理部がＦＢＧｉ位置の歪成分εｘ，εｙ，εｚを算出する。
【００３６】
歪成分εｘ，εｙ，εｚの算出は、
第１の回折戻り光の波長λａｐｉの無歪み状態からの変化分をΔλａｘ、第２の回折戻り光の波長λａｑｉの無歪み状態からの変化分をΔλａｙ、第３の回折戻り光の波長λｂｐｉの無歪み状態からの変化分をΔλｂｘ、第４の回折戻り光の波長λｂｑｉの無歪み状態からの変化分をΔλｂｙ、環境温度の変化分をΔＴ、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の歪変化量をΔεｘ、Δεｙ、Δεｚ、マトリクス係数をＫｉｊとするとき、米国特許第５５９１９６５号明細書に記載される次式から求められる。
【００３７】
【数１】
2011200341.tif 000003
【００３８】
なお、上式によると、Δεｘ、Δεｙ、Δεｚ以外に、環境温度の変化分ΔＴも同時に求められるが、体腔内に挿入された内視鏡挿入部１９の温度は体温で略一定となるので、本構成例においては特に重要な項目ではない。
【００３９】
そして、ステップＳ８で光ファイバ４１の軸方向に沿って配設されたＦＢＧ１，ＦＢＧ２，・・・の最終のＦＢＧの歪変化量Δεｘ、Δεｙ、Δεｚの演算が終了したか否かが判別され、最終ＦＢＧでなければステップＳ９でインクリメントしてステップＳ１に戻り、測定を続行する。
【００４０】
最終のＦＢＧに対する演算が終了したと判別された場合、ステップＳ１０ですべての光ファイバ（本構成例においては２本の光ファイバ４１Ａ，４１Ｂ）の検出が終了したか否かが判別され、未検出の光ファイバがある場合には、ステップＳ１に戻り、未検出の光ファイバの測定を続行する。そして、求められた各光ファイバの全ＦＢＧの歪変化量Δεｘ、Δεｙ、Δεｚから、ステップＳ１１で内視鏡挿入部１９の形状を推定する。形状の推定手順については、後に詳述する。
【００４１】
次に、内視鏡挿入部１９の形状を検出するための具体的な測定光学系の構成例及び作用を説明する。図１０は形状検出部と光ファイバによる測定光学系を示すブロック構成図である。内視鏡挿入部１９（図１参照）に挿通される光ファイバ４１Ａは、制御装置１３（図１参照）内の形状検出部１０の光学ユニット４７Ａに接続される。光学ユニット４７Ａは、光源部４９からの出射光を光ファイバ４１Ａに導入し、各ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，・・・からの回折戻り光を検出して、回折戻り光の検出信号ＯＵＴを制御部５１に出力する。また、光ファイバ４１Ｂについても同様に、形状検出部１０の光学ユニット４７Ｂにそれぞれ接続され、回折戻り光の検出信号ＯＵＴがそれぞれ制御部５１に入力される。
【００４２】
光ファイバ４１Ａ，４１Ｂと、光学ユニット４７Ａ，４７Ｂはそれぞれ同一の構成であり、ここでは説明を簡略化するため、光ファイバ４１Ａ、光学ユニット４７Ａを例に説明する。光ファイバ４１Ａには、光ファイバ４１Ａの光導入端５３から異なる所定の距離の位置にＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，・・・がそれぞれ配置されている。各ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，・・・は、それぞれ互いに異なる回折格子周期を有し、発生する回折戻り光の波長はそれぞれ異なる波長λ1，λ2，λ3，・・・とされている。
【００４３】
より詳細には、各ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，・・・は、それぞれ２つのＦＢＧ（ＦＢＧａ及びＦＢＧｂ）からなり、かつＸＹ方向の屈折率が異なるので、例えば、ＦＢＧ１のＦＢＧａ（以後ＦＢＧ１ａとも称する）からの回折戻り光の波長は、λａｐ１，λａｑ１となり、ＦＢＧ１のＦＢＧｂ（以後ＦＢＧ１ｂとも称する）からの回折戻り光の波長は、λｂｐ１，λｂｑ１となる。同様に、ＦＢＧ２からの回折戻り光の波長は、λａｐ２，λａｑ２，λｂｐ２，λｂｑ２となる。
【００４４】
一方、光ファイバ４１Ａが接続される形状検出部１０の光学ユニット４７Ａは、光源部４９と光ファイバ４１Ａを結ぶ光路途中に光路分離部として機能するビームスプリッタ５５が配設され、ビームスプリッタ５５により分離された光路途中には光シャッタ５７が配置され、光シャッタ５７の光路前方に光検出部５９が配置されている。
【００４５】
また、光源部４９は、制御部５１からの光源制御信号ＲＯを受けて、光学ユニット４７Ａを介して光ファイバ４１ＡにＦＢＧ１（ＦＢＧ１ａ，ＦＢＧ１ｂ），ＦＢＧ２（ＦＢＧ２ａ，ＦＢＧ２ｂ），ＦＢＧ３（ＦＢＧ３ａ，ＦＢＧ３ｂ），・・・の回折格子周期に対応する異なる波長のパルス光を時系列的に出射する。光源部４９としては、例えば波長スイープが可能なレーザ光源、白色光源にバンドパスフィルタ等の光学フィルタを接続して特定波長成分のみ選択的に出射させる光源等、公知の光源が使用できる。
【００４６】
光学ユニット４７Ａの光シャッタ５７は、高速な光変調が可能な電気光学効果を有する光学機能材料で形成された電気光学シャッタであり、光学機能材料として、例えば、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）や非線形光学結晶であるＫＤＰ(２水素リン酸カリウム)結晶等が利用可能である。図１１に光シャッタ５７の構成例を示した。電気光学効果を有する光学機能材料６１は、駆動回路６３からの駆動電圧により結晶の配向方向が変化することを利用して、クロスニコル配置された偏光板６５，６７と組み合わせることで、透過／遮光をｎｓｅｃオーダで高速に制御できる。
【００４７】
この光シャッタ５７を透過した光は、フォトダイオードやフォトトランジスタ、或いは光電管等の光電効果を利用した図１０に示す光検出部５９により、制御部５１の制御信号を受けたタイミングで検出される。
【００４８】
つまり、ＦＢＧ１ａ，ＦＢＧ１ｂ，ＦＢＧ２ａ，ＦＢＧ２ｂ，ＦＢＧ３ａ，ＦＢＧ３ｂ，・・・から戻り来る回折戻り光は、光学ユニット４７Ａのビームスプリッタ５５により、光源部４９からの入射光路から取り出され、光シャッタ５７を通じて光検出部５９で検出されるようになっている。
【００４９】
次に、光ファイバ４１Ａと形状検出部１０による光ファイバの歪検出手順について説明する。なお、ここでは、光ファイバ４１Ａの光入射端から、光源部４９、ビームスプリッタ５５、光シャッタ５７、光検出部５９までの各光路長については省略して説明する。
【００５０】
まず、制御部５１は、光源制御信号ＲＯを光源部４９に出力して光源部４９から複数の狭帯域波長のパルス光を順次出射させる。パルス光は、図１２に一例を示すように、特定のＦＢＧ（例えば、ＦＢＧ１ａ）の無歪状態における回折格子周期に対応した波長（中心狭帯域波長）λｉを中心に、その波長の前後に、所定の変化分Δを異ならせた波長（近接狭帯域波長）λｉ−２Δ、λｉ−Δ、λｉ＋Δ、λｉ＋２Δの合計５種類のパルス光であり、これらが１つのＦＢＧに対応して光源部４９から順次出射される。これら複数のパルス光は、前述の図７及び図８に示すＦＢＧの歪状態に応じた波長遷移量を検出するためのパルス光であり、ＦＢＧが回折戻り光を発生するいずれかのパルス光の波長から、ＦＢＧの歪状態を検出する。
【００５１】
ＦＢＧ１（例えば、ＦＢＧ１ａ）に対しては、中心狭帯域波長をλ１とし、その波長の前後に波長λ１−２Δ、λ１−Δ、λ１＋Δ、λ１＋２Δのパルス光を光源部４９から順次出射する。出射された各パルス光は、光学ユニット４７Ａのビームスプリッタ５５を通過して光ファイバ４１Ａの光入射端に照射され、光ファイバ４１Ａ内に入射光として順次導入される。
【００５２】
ここで、図１３に制御部による制御タイムチャートを示した。まず、制御部５１からの光源制御信号ＲＯをトリガとして光源部４９は波長λ１−２Δのパルス光を光ファイバ４１Ａに導入する。すると、光ファイバ４１Ａ内では、波長λ１−２Δのパルス光が、ＦＢＧ１ａにｔaの時間で到達し、ここで発生した回折戻り光Ｐ１が、同じ時間ｔaで光ファイバ４１Ａの入射端に戻る。戻された回折戻り光Ｐ２は、図１０に示すビームスプリッタ５５により光シャッタ５７に導かれる。
【００５３】
そして、制御部５１は、光源制御信号ＲＯを出力してＲＯがアクティブ状態になってから、光ファイバ４１Ａのパルス光導入側からＦＢＧ１（ＦＢＧ１ａ）までの、パルス光片道通過時間ｔaの２倍の往復通過時間に相当する遅延時間後に、光シャッタ５７を開状態にするシャッタ制御信号ＯＣを光シャッタ５７に出力する。これにより、光シャッタ５７は、回折戻り光Ｐ２が戻り来たときに、そのタイミングでは光シャッタ５７が遮光状態から透光状態になっており、光検出部５９に回折戻り光Ｐ２が照射される。
【００５４】
そして、光検出部５９は、制御部５１から出力されるリセット制御信号ＲＳのＬｏ期間で信号電荷を蓄積し、Ｈｉ期間で電荷リセットする制御を行い、リセット制御信号ＲＳのＬｏ期間に照射された光の回折光Ｐ２の信号電荷を選択的に検出する。
【００５５】
上記の波長λ１−２Δのパルス光に対する検出を終了すると、続いて、波長λ１−Δのパルス光に対する検出を行う。波長λ１−Δのパルス光は制御部５１からの光源制御信号ＲＯに同期して光源部４９から出射され、シャッタ制御信号ＯＣに同期して光検出部５９により検出される。このように各パルス光は、周期ｔpの間隔で順次光ファイバ４１Ａに導入されて、光検出部５９による回折戻り光の検出が繰り返し行われる。
【００５６】
図１３に示す例では、波長λ１−２Δ、λ１−Δ、λ１、λ１＋Δ、λ１＋２Δの各パルス光を光ファイバ４１Ａに周期ｔpで順次導入して、各周期ｔp毎に光検出部５９で検出する際、２回目の波長λ１−Δのパルス光のみＦＢＧ１（ＦＢＧ１ａ）から回折戻り光Ｐ３が発生した様子を示している。光ファイバ４１Ａ内のＦＢＧ１の位置は変化しないため、それぞれのパルス光に対する回折戻り光が光シャッタ５７、光検出部５９に到達する時間は同一となる。図示例では、パルス光の波長がλ１−Δ以外では、パルス光がＦＢＧ１で回折することなくＦＢＧ１を通過するため、回折戻り光がビームスプリッタ５５に戻ることはない。パルス光の波長がλ１−Δの場合のみ、出射から２ｔaの時間後に回折戻り光の信号電荷が検出される。上記の場合では、ＦＢＧ１の回折格子周期は１／λ１−Δであり、基準回折格子周期１／λ１から周期１／（−Δ）だけずれる歪が生じていたことがわかる。
【００５７】
次に、上記のＦＢＧ１ａの歪状態の検出と同様に、ＦＢＧ１ｂに対してもＦＢＧ１ｂの回折格子周期に対応する異なる波長のパルス光を光ファイバ４１Ａに順次導入し、回折戻り光をそれぞれ検出して、ＦＢＧ１ｂの歪状態を検出する。これにより、ＦＢＧ１の歪状態が検出される。
【００５８】
更に、上記のＦＢＧ１の歪状態の検出と同様に、ＦＢＧ２（ＦＢＧ２ａ，ＦＢＧ２ｂ）、ＦＢＧ３（ＦＢＧ３ａ，ＦＢＧ３ｂ）、・・・に対してもそれぞれ異なる波長のパルス光を光ファイバ４１Ａに順次導入し、回折戻り光をそれぞれ検出する。この手順により、光ファイバ４１ＡのＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，・・・からそれぞれの歪状態が検出でき、光ファイバ４１の長手方向に対する歪分布が求められる。なお、上記例では一つのＦＢＧに対して５種類の波長のパルス光を用いているが、更に多種の波長のパルス光を用いることで、歪測定レンジの拡大や検出精度の向上が図れる。
【００５９】
また、同様にして光ファイバ４１Ｂに対しても、光学ユニット４７Ｂにより回折戻り光を検出することで、各光ファイバ４１Ｂの歪分布を求めることができる。
【００６０】
以上のようにして求められた光ファイバ４１Ａ，４１Ｂの各部のｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向の歪変化量Δεｘ、Δεｙ、Δεｚから、内視鏡挿入部１９の形状が推定可能となる。図１４は内視鏡挿入部の曲げ方向を説明するための断面図、図１５は検出された歪と内視鏡挿入部の曲げ方向との関係を示す表である。
【００６１】
例えば、あるＦＢＧの配置位置において、光ファイバ４１Ａのｙ方向の歪変化量Δεｙａが光ファイバ４１Ｂのｙ方向の歪変化量Δεｙｂより小さく、かつ光ファイバ４１Ａのｚ方向の歪変化量Δεｚａが光ファイバ４１Ｂのｚ方向の歪変化量Δεｚｂより小さい場合、内視鏡挿入部１９は、このＦＢＧ位置において、上方（Ｕ）に曲がっていることが分かる。即ち、内視鏡挿入部１９が上方（Ｕ）に曲がる場合、ｙ方向の歪（圧縮）は光ファイバ４１Ａの方が光ファイバ４１Ｂより大きく、ｚ方向の歪（伸び）は光ファイバ４１Ｂの方が光ファイバ４１Ａより大きくなる。この歪値は、大きい程、湾曲の曲率が大きくなる。
【００６２】
他の曲げ方向（Ｄ，Ｌ，Ｒ）についても同様に推定可能となる。なお、内視鏡挿入部１９の直径方向外周側に光ファイバ４１Ａ，４１Ｂをそれぞれ配置することで、内視鏡挿入部１９の変形による光ファイバ４１Ａ，４１Ｂの歪みが大きくなり、歪の検出精度が向上する。
【００６３】
本構成例では、内視鏡挿入部１９の中心に対して互いに直交する外周側の２箇所に、それぞれｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の歪変化量Δεｘ、Δεｙ、Δεｚを検出可能な光ファイバ４１Ａ，４１Ｂが配置されているので、図１６に内視鏡挿入部の湾曲状態の一例を示すように、光ファイバ４１Ａ，４１Ｂの対により内視鏡挿入部１９の変形形状がトレースできる。
【００６４】
得られた内視鏡挿入部１９の形状は、図１に示す表示部１５等に出力され、内視鏡１１の術者に内視鏡挿入部１９の形状が通知される。これにより、内視鏡１１の術者は、体腔内に挿入された操作中の内視鏡挿入部１９の３次元的な形状を把握でき、検査対象部位の特定や、内視鏡挿入部１９の進退操作を円滑に行うことができる。
【００６５】
なお、形状検出部１０の光学系は上記例に限らず、適宜変更が可能である。例えば図１７に示すように、２本の光ファイバ４１、４１Ｂからの回折戻り光をビームスプリッタ５５でそれぞれ取り出した後、ハーフミラー７５により光路を合流させて光シャッタ５７に投入する構成としてもよい。この場合には、光シャッタ５７と光検出部５９が１系統のみ配置するだけで済み、構成を簡略化できる上、制御も簡単に行える。この場合には、光ファイバ４１、４１Ｂの回折戻り光を判別可能とするため、２本の光ファイバ４１、４１ＢのＦＢＧの回折格子周期を異なる周期に設定する必要がある。
【００６６】
次に、内視鏡形状検出装置の他の構成例を説明する。
上記の内視鏡システム１００においては、形状検出部１０と接続される光ファイバ４１Ａ，４１Ｂを内視鏡挿入部１９内に設けていたが、ここでは、図１８に示すように、内視鏡挿入部１９の長手方向に沿って連通する鉗子孔７７に挿入される処置具７９に設けている。
【００６７】
内視鏡挿入部１９には、鉗子孔７７が図１に示す鉗子挿入部３９から内視鏡先端部３５まで形成されており、長尺状の処置具７９が鉗子孔７７に抜き差し自在に挿通される。そして、処置具７９のＢ−Ｂ断面を図１９に示すように、前述と同様の光ファイバ４１Ａ，４１Ｂが、処置具７９の外周側で互いに直交する方向に配置されている。
【００６８】
各光ファイバ４１Ａ，４１Ｂは、前述の図１０、図１７に示すように、それぞれ形状検出部１０，１０Ａに接続されて各ＦＢＧの歪が検出されるようになっている。この構成によれば、内視鏡挿入部１９を設計変更することなく、単純に処置具７９を挿入するだけで内視鏡挿入部１９の変形を検出することができる。
【００６９】
また、図２０に示すように、光ファイバ４１Ａ，４１Ｂとしては、コアを楕円形状としてファイバ軸方向に垂直な面内における直交二軸方向（ＸＹ方向）で複屈折率差を付与するようにした光ファイバ（図４参照）以外にも、所謂、パンダファイバも使用することが可能である。パンダファイバ４１Ｃ，４１Ｄは、コア８５の両側のクラッド８３に応力付与部８７を配置したものであり、応力付与部８７に発生する応力によってコア８５にＸ方向引張り応力及びＹ方向圧縮応力を作用させ、光弾性効果によりＸＹ方向の複屈折率差を誘起させている。
【００７０】
このようなパンダファイバ４１Ｃ，４１Ｄは、超音波ドリルでクラッド８３に明けた孔に、クラッド８３より熱膨張係数が大きなガラスを挿入して線引き母材とし、線引き後のファイバの冷却過程において、クラッド８３と比較して大きな熱膨張係数を有する応力付与部８７に引張り歪が生じるでコア８５に応力を印加する。
【００７１】
以上説明した内視鏡形状検出装置によれば、簡単な光学系により内視鏡挿入部の歪が検出でき、低コストでしかも高精度な形状検出が可能となる。例えば、光ファイバ内のＦＢＧから戻り来た回折戻り光を検出する際に、ＦＧＢからの回折戻り光と参照反射面からの反射光との干渉による光強度変換からＦＢＧの位置を特定するＯＦＤＲ(Optical Frequency Domain Reflectometry)方式も使用できるが、この方式では高価な光スペクトルアナライザが必要となってしまい、また装置を煩雑化させることになる。一方、本構成の内視鏡形状検出装置によれば、高速駆動可能な光シャッタにより各ＦＢＧからの回折戻り光を選択的に取り出す構成であるため、分光特性計測を行うことなく、安価でしかも小型化に適した構成で光ファイバに生じる歪を検出できる。更に、光ファイバ内の各ＦＢＧの配置位置における歪量がそれぞれ確実に検出されるので、内視鏡挿入部１９の形状を簡単な手順で正確に検出できる。
【００７２】
また、内視鏡挿入部１９に挿通する光ファイバは、断面上で中心に対して互いに直交する方向に配置された２本の構成に限らず、更に多数の光ファイバを配置してもよく、その場合には内視鏡挿入部１９の形状検出精度を一層向上できる。
【００７３】
また、光ファイバ内のＦＢＧの配置位置は、内視鏡挿入部１９の領域において均等な間隔で配置する以外にも、内視鏡先端部ほど密に配置してもよい。内視鏡先端部のＦＢＧの配置間隔が狭くなることで、変形の検出精度が高くなり、特に形状検出に重要となる内視鏡先端部３５の状態を正確に把握することができる。
【００７４】
なお、ＦＢＧからの回折戻り光により歪を検出する際は、内視鏡挿入部１９が体腔内に挿入されて体腔内の粘膜を介して体温付近の温度に保たれ、環境温度の変化の影響を受けにくくなり、歪検出値の温度誤差を小さく抑えられる。
【００７５】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【００７６】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）  回折格子を有する少なくとも２本の光ファイバをそれぞれ内視鏡挿入部の長手方向に沿った異なる位置に配設し、前記内視鏡挿入部の変形により前記各光ファイバに生じる歪みを前記回折格子の回折光から求めることで前記内視鏡挿入部の形状を検出する内視鏡形状検出装置であって、
前記各光ファイバが、互いに回折格子周期の異なる第１ファイバブラッググレーティング及び第２ファイバブラッググレーティングが相互に重なり合って形成された回折格子対を、ファイバ軸に沿った複数位置にそれぞれ離散配置し、前記ファイバ軸方向に垂直な面内における直交二軸方向で複屈折率差を有するものであり、
前記回折格子対の各回折格子周期に対応した波長を含む入射光を前記光ファイバにそれぞれ導入する光源部と、
前記各光ファイバに導入した入射光が前記回折格子対で回折して戻り来る回折戻り光を前記入射光の光路から取り出す光路分離部と、
前記光路分離部から取り出された前記各光ファイバの回折戻り光を検出する光検出部と、
前記光路分離部と前記光検出部との間の光路途中に配置された光シャッタ部と、
前記光シャッタを開閉駆動して、特定の前記ファイバブラッググレーティングからの回折戻り光を前記光検出部により選択的に検出させる光シャッタ駆動部と、
前記入射光が前記第１ファイバブラッググレーティングにより前記複屈折率差に応じた互いに異なる波長で回折する第１の回折戻り光及び第２の回折戻り光、前記入射光が前記第２ファイバブラッググレーティングにより前記複屈折率差に応じた互いに異なる波長で回折する第３の回折戻り光及び第４の回折戻り光、を含む各波長情報に基づいて、前記各回折格子対に作用する前記直交二軸方向及びファイバ軸方向の歪量を前記各光ファイバそれぞれに対して求め、前記各光ファイバの前記回折格子対の位置と前記各方向の歪量との関係から前記内視鏡挿入部の形状を検出する演算処理部と、
を備えた内視鏡形状検出装置。
この内視鏡形状検出装置によれば、複数種の波長の入射光を光ファイバに順次導入して、ファイバブラッググレーティングから戻り来る回折戻り光を光シャッタを介して所定のタイミングで検出することで、検出タイミングの違いから、複数のファイバブラッググレーティングそれぞれを識別しつつ、個別に歪量を検出できる。つまり、光ファイバに生じる歪を、分光器による分光分析を行うことなく安価でしかも小型化に適した構成で検出して、各光ファイバのファイバブラッググレーティングの配置位置における歪量を確実に求め、内視鏡挿入部の形状を簡単な手順で正確に検出できる。
【００７７】
（２）  （１）の内視鏡形状検出装置であって、
前記光源部が、前記ファイバブラッググレーティングの無歪状態における基準回折格子周期に対応した中心回折波長と、該中心回折波長前後の他の波長との複数種の狭帯域波長のパルス光を、それぞれ異なるタイミングで前記光ファイバに順次導入し、
前記光シャッタ駆動部が、前記光源部により前記光ファイバへ前記パルス光を導入するタイミングに合わせて前記光シャッタ部を開状態とする開閉駆動を行い、
前記光検出部が、前記光シャッタ駆動部の光シャッタ駆動タイミングに同期して前記回折戻り光を選択的に検出し、
前記演算処理部が、前記検出された回折戻り光に対応する前記パルス光の波長と、前記中心回折波長との差分から前記回折格子対に作用する歪量を求める内視鏡形状検出装置。
この内視鏡形状検出装置によれば、中心狭帯域波長と他の近接狭帯域波長との複数種のパルス光を光ファイバに順次導入して、それぞれ戻り来る回折戻り光に同期して光シャッタを開き回折戻り光を検出するので、複数回の検出のうちいずれかの回で回折戻り光が検出でき、その回に相当する狭帯域波長の中心狭帯域波長との差分から回折格子対に作用する歪量を求めることができる。
【００７８】
（３）  （１）又は（２）の内視鏡形状検出装置であって、
前記シャッタ駆動部が、前記光源部から光出射させてから、該出射された光が歪量の検出対象となる前記いずれかのファイバブラッググレーティングに到達して、該ファイバブラッググレーティングからの回折戻り光が前記光シャッタに到達するまでの経過時間に応じて前記光シャッタを閉状態から開状態にする内視鏡形状検出装置。
この内視鏡形状検出装置によれば、ファイバブラッググレーティングからの回折戻り光の戻りタイミングに合わせて光シャッタを開くことで、それぞれ異なる位置に配置された複数のファイバブラッググレーティングそれぞれを識別しつつ、回折戻り光を選択的に取り出すことができる。
【００７９】
（４）  （１）〜（３）のいずれかの内視鏡形状検出装置であって、
前記第１の回折戻り光の波長の無歪み状態からの変化分をΔλａｘ、
前記第２の回折戻り光の波長の無歪み状態からの変化分をΔλａｙ、
前記第３の回折戻り光の波長の無歪み状態からの変化分をΔλｂｘ、
前記第４の回折戻り光の波長の無歪み状態からの変化分をΔλｂｙ、
環境温度の変化分をΔＴ、
前記直交二軸方向であるｘ方向、ｙ方向及び前記ファイバ軸方向であるｚ方向の歪変化量をΔεｘ、Δεｙ、Δεｚ、
マトリクス係数をＫｉｊとするとき、
前記演算処理部が前記歪量を次式から求める内視鏡形状検出装置。
【００８０】
【数２】
2011200341.tif 000004
【００８１】
この内視鏡形状検出装置によれば、同一位置に配設した２つのファイバブラッググレーティングのそれぞれからそれぞれ戻り来る各２つ、合計４つの回折戻り光の波長の変化分から、ファイバブラッググレーティングが配置された位置の歪量を求めることができる。
【００８２】
（５）  （１）〜（４）のいずれかの内視鏡形状検出装置であって、
前記光シャッタが、電気光学効果を有する光学機能材料を含んで構成された電気光学シャッタである内視鏡形状検出装置。
この内視鏡形状検出装置によれば、ｎｓｅｃオーダの高速駆動可能な電気光学シャッタを用いることで、光ファイバ内の各ファイバブラッググレーティングを高い分解能で検出でき、歪分布の検出精度を向上できる。
【００８３】
（６）  （１）〜（４）のいずれかの内視鏡形状検出装置であって、
前記光路分岐部、前記光シャッタ、及び前記光検出部が、前記各光ファイバに対してそれぞれ個別に設けられた内視鏡形状検出装置。
この内視鏡形状検出装置によれば、各光ファイバにそれぞれ測定光学系が設けられることで、各光ファイバの歪検出をそれぞれ同時に行うことができ、形状検出のための測定時間を短縮できる。
【００８４】
（７）  （１）〜（５）のいずれかの内視鏡形状検出装置であって、
前記各光ファイバから分岐される前記光路分岐部が合流された先に、前記光シャッタと前記光検出部が共通に設けられた内視鏡形状検出装置。
この内視鏡形状検出装置によれば、光シャッタと光検出部が１系統のみ配置するだけで済み、構成が簡略化でき、制御も簡単となる。
【００８５】
（８）  （１）〜（７）のいずれかの内視鏡形状検出装置であって、
前記光ファイバが、前記内視鏡挿入部の互いに直交する直径方向のそれぞれ外周側に配置された内視鏡形状検出装置。
この内視鏡形状検出装置によれば、内視鏡挿入部の変形による歪が大きく発生する外周位置で検出するため、高精度で形状の検出が行える。
【００８６】
（９）  （１）〜（８）のいずれかの内視鏡形状検出装置であって、
前記回折格子対の配置密度が、前記内視鏡挿入部の全長に亘って均等にされた内視鏡形状検出装置。
この内視鏡形状検出装置によれば、歪量を内視鏡挿入部の全長に亘って均等に検出できる。
【００８７】
（１０）  （１）〜（８）のいずれかの内視鏡形状検出装置であって、
前記回折格子対の配置密度が、前記内視鏡挿入部の体腔内への挿入側ほど高くされた内視鏡形状検出装置。
この内視鏡形状検出装置によれば、内視鏡挿入部の体腔内への挿入側の歪量を精度よく検出することができる。
【００８８】
（１１）  （１）〜（１０）のいずれかの内視鏡形状検出装置であって、
前記内視鏡挿入部が、該内視鏡挿入部の長手方向に沿って連通する鉗子孔が内設されるとともに、前記鉗子孔に挿通された長尺状の処置具を備え、
前記光ファイバが、前記処置具の直径方向外周側の異なる位置にそれぞれ配置された内視鏡形状検出装置。
この内視鏡形状検出装置によれば、処置具に光ファイバを設けることで、内視鏡の構成を変更することなく内視鏡挿入部の形状を検出できる。
【００８９】
（１２）  内視鏡挿入部の先端側に設けた撮像手段から被検体の撮像画像情報を取得する内視鏡システムであって、
（１）〜（１１）のいずれかの内視鏡形状検出装置と、
前記内視鏡挿入部の形状の検出情報及び前記撮像画像情報を表示する表示部と、
を備えた内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、内視鏡挿入部の形状を検出した結果と、被検体の撮像画像とを表示部に表示することで、体腔内に挿入された操作中の内視鏡挿入部の形状を把握でき、検査対象部位の特定や、内視鏡挿入部の進退操作を円滑に行うことができる。
【符号の説明】
【００９０】
１０  形状検出部（内視鏡形状検出装置）
１１  内視鏡
１３  制御装置
１５  表示部
１９  内視鏡挿入部
３５  内視鏡先端部
４１，４１Ａ，４１Ｂ  光ファイバ
４９  光源部
５１  制御部（演算処理部）
５５  ビームスプリッタ（光路分離部）
５７  光シャッタ（光シャッタ部、電気光学シャッタ）
５９  光検出部
６３  駆動回路（光シャッタ駆動部）
７７  鉗子孔
７９  処置具
１００  内視鏡システム
ＦＢＧ  ファイバブラッググレーティング
δａ，δｂ  回折格子周期
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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