(57)【要約】  本発明の一実施形態は、入力部と、記憶部と、形状演算部とを具備する形状推定装置である。入力部は、導光部材の光軸方向において略同一の位置に配置された複数の被検出部を有する少なくとも１つの被検出部群に応じた波長についての検出される光量が被検出部群の曲げの向き及び曲げの大きさを表す湾曲情報に応じて異なるように構成されたセンサを用いて取得された波長と光量との関係である光量情報が入力されるように構成されている。記憶部は、被検出部群についての形状と波長と光量との関係を表す湾曲特性情報を含む光量推定関係を記憶する。形状演算部は、光量情報と、光量推定関係に基づいて算出される波長と光量との関係である光量推定値とに基づいて、被検出部群の湾曲情報を算出する。また、本発明の他の実施形態は、これを備えた内視鏡システム、湾曲情報推定方法及びプログラムである。
2016075831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光部材の光軸方向において略同一の位置に配置された複数の被検出部を有する少なくとも１つの被検出部群に応じた波長についての検出される光量が前記被検出部群の曲げの向き及び曲げの大きさを表す湾曲情報に応じて異なるように構成されたセンサを用いて取得された前記波長と前記光量との関係である光量情報が入力されるように構成された入力部と、
前記被検出部群についての前記湾曲情報と前記波長と前記光量との関係を表す湾曲特性情報を含む光量推定関係を記憶する記憶部と、
前記光量情報と、前記光量推定関係に基づいて算出される前記波長と前記光量との関係である光量推定値とに基づいて、前記被検出部群の前記湾曲情報を算出する湾曲情報演算部と、
を具備する湾曲情報推定装置。
【請求項２】
前記湾曲特性情報は、前記被検出部群の前記湾曲情報に応じて変化する光量である請求項１に記載の湾曲情報推定装置。
【請求項３】
前記湾曲特性情報は、前記被検出部群における曲率と曲げの向きの周期関数で表される請求項２に記載の湾曲情報推定装置。
【請求項４】
前記周期関数は、正弦関数で表される請求項３に記載の湾曲情報推定装置。
【請求項５】
前記湾曲情報演算部は、前記少なくとも１つの被検出部群ごとに前記湾曲情報を算出する請求項２に記載の湾曲情報推定装置。
【請求項６】
前記湾曲情報演算部は、前記被検出部群の前記複数の被検出部の個々の前記湾曲情報を算出しない請求項２に記載の湾曲情報推定装置。
【請求項７】
前記光量推定関係は、基準光量情報を含み、
前記基準光量情報は、前記被検出部群を所定の基準湾曲状態にした状態で取得される前記光量情報である請求項１に記載の湾曲情報推定装置。
【請求項８】
前記光量推定値は、前記被検出部群における光量の変化率の積を含む演算によって算出される請求項１に記載の湾曲情報推定装置。
【請求項９】
前記所定の基準湾曲状態は、前記被検出部群を直線状にした形状である請求項６に記載の湾曲情報推定装置。
【請求項１０】
前記湾曲情報演算部は、最適化演算によって前記被検出部の前記湾曲情報を算出する最適化演算部を有し、
前記最適化演算は、各波長における前記光量情報の値と前記湾曲特性情報の値との差分と、前記被検出部群の湾曲特性情報に対する各波長の寄与度とに基づく評価値を最小にするように行われる請求項１に記載の湾曲情報装置。
【請求項１１】
前記湾曲情報演算部は、最適化演算によって前記被検出部群の前記湾曲情報を算出する最適化演算部を有し、
前記最適化演算は、互いに収束性の異なる第１の最適化演算と第２の最適化演算との少なくとも一方を含み、
前記第１の最適化演算は、前記第２の最適化演算よりも精度が高く、
前記第２の最適化演算は、前記第１の最適化演算よりも収束性が高い請求項１に記載の湾曲情報推定装置。
【請求項１２】
前記センサをさらに具備し、前記センサは、
光源と、
互いに異なる光変調特性を有する光学部材が設けられた前記複数の被検出部を備え、前記光源から射出された光を導光する導光部材と、
前記導光部材を導光した光の、複数の波長帯域におけるそれぞれの光量情報を検出する光検出器と、
を具備する請求項１に記載の湾曲情報推定装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の湾曲情報推定装置と、
前記導光部材が挿入部に設けられた内視鏡と、
前記湾曲情報に基づいて前記挿入部の湾曲情報を算出する内視鏡湾曲情報計算部と、
を具備する内視鏡システム。
【請求項１４】
導光部材の光軸方向において略同一の位置に配置された複数の被検出部を有する少なくとも１つの被検出部群に応じた波長についての検出される光量が前記被検出部群の曲げの向き及び曲げの大きさを表す湾曲情報に応じて異なるように構成されたセンサを用いて取得された前記波長と前記光量との関係である光量情報を取得することと、
前記被検出部群についての前記湾曲情報と前記波長と前記光量との関係を表す湾曲特性情報を含む光量推定関係を取得することと、
前記光量情報と、前記光量推定関係に基づいて算出される前記波長と前記光量との関係である光量推定値とに基づいて、前記被検出部群の前記湾曲情報を算出することと、
を具備する湾曲情報推定方法。
【請求項１５】
導光部材の光軸方向において略同一の位置に配置された複数の被検出部を有する少なくとも１つの被検出部群に応じた波長についての検出される光量が前記被検出部群の曲げの向き及び曲げの大きさを表す湾曲情報に応じて異なるように構成されたセンサを用いて取得された前記波長と前記光量との関係である光量情報を取得することと、
前記被検出部群についての前記湾曲情報と前記波長と前記光量との関係を表す湾曲特性情報を含む光量推定関係を取得することと、
前記光量情報と、前記光量推定関係に基づいて算出される前記波長と前記光量との関係である光量推定値とに基づいて、前記被検出部群の前記湾曲情報を算出することと、
をコンピュータに実行させる、湾曲情報推定のためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性を有する物体の湾曲状態を表す湾曲情報を推定する湾曲情報推定装置、湾曲情報推定装置を備えた内視鏡システム、湾曲情報推定方法及び湾曲情報推定のためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
挿入装置（例えば、内視鏡）の可撓性の挿入部に組み込んで挿入部の湾曲状態を検出するための装置が知られている。例えば、特許文献１には、光ファイバを用いた内視鏡形状検出プローブが開示されている。この検出プローブは、内視鏡の挿入部と一体的に曲がる光ファイバを有している。光ファイバには、その長手方向において略同一の位置に、例えばＸ方向及びＹ方向である２方向の曲率を検出するための２つの光変調部が設けられている。光変調部は、光ファイバを伝達する光の波長成分の強度等を変調する。このプローブでは、光変調部を通過する前後の波長成分の強度等に基づいて、光変調部における光ファイバの曲率、延いては光ファイバと一体的に曲がった挿入部の曲率が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４３６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、波長成分の強度等に基づいて２方向の曲率（曲げの大きさ）をどのように算出するのかが具体的に開示されていない。また、曲率と共に光ファイバの曲げの向きをどのように算出するのかも具体的に開示されていない。【０００５】
そこで、本発明は、湾曲情報（曲げの向き及び曲げの大きさ）を推定することができる湾曲情報推定装置、湾曲情報推定装置を備えた内視鏡システム、湾曲情報推定方法及び湾曲情報推定のためのプログラ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】
【０００６】
本発明の一実施形態は、導光部材の光軸方向において略同一の位置に配置された複数の被検出部を有する少なくとも１つの被検出部群に応じた波長についての検出される光量が前記被検出部群の曲げの向き及び曲げの大きさを表す湾曲情報に応じて異なるように構成されたセンサを用いて取得された前記波長と前記光量との関係である光量情報が入力されるように構成された入力部と、前記被検出部群についての前記湾曲情報と前記波長と前記光量との関係を表す湾曲特性情報を含む光量推定関係を記憶する記憶部と、前記光量情報と、前記光量推定関係に基づいて算出される前記波長と前記光量との関係である光量推定値とに基づいて、前記被検出部群の前記湾曲情報を算出する湾曲情報演算部と、を具備する湾曲情報推定装置である。【０００７】
また、本発明の他の実施形態は、上述の湾曲情報推定装置と、導光部材が挿入部に設けられた内視鏡と、前記湾曲情報に基づいて前記挿入部の湾曲情報を算出する内視鏡湾曲情報計算部と、を具備する内視鏡システムである。【０００８】
また、本発明の他の実施形態は、導光部材の光軸方向において略同一の位置に配置された複数の被検出部を有する少なくとも１つの被検出部群に応じた波長についての検出される光量が前記被検出部群の曲げの向き及び曲げの大きさを表す湾曲情報に応じて異なるように構成されたセンサを用いて取得された前記波長と前記光量との関係である光量情報を取得することと、前記被検出部群についての前記湾曲情報と前記波長と前記光量との関係を表す湾曲特性情報を含む光量推定関係を取得することと、前記光量情報と、前記光量推定関係に基づいて算出される前記波長と前記光量との関係である光量推定値とに基づいて、前記被検出部群の前記湾曲情報を算出することと、を具備する湾曲情報推定方法である。【０００９】
また、本発明の他の実施形態は、導光部材の光軸方向において略同一の位置に配置された複数の被検出部を有する少なくとも１つの被検出部群に応じた波長についての検出される光量が前記被検出部群の曲げの向き及び曲げの大きさを表す湾曲情報に応じて異なるように構成されたセンサを用いて取得された前記波長と前記光量との関係である光量情報を取得することと、前記被検出部群についての前記湾曲情報と前記波長と前記光量との関係を表す湾曲特性情報を含む光量推定関係を取得することと、前記光量情報と、前記光量推定関係に基づいて算出される前記波長と前記光量との関係である光量推定値とに基づいて、前記被検出部群の前記湾曲情報を算出することと、をコンピュータに実行させる、湾曲情報推定のためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、湾曲情報を推定することができる湾曲情報推定装置、湾曲情報推定装置を備えた内視鏡システム、湾曲情報推定方法及び湾曲情報推定のためのプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態の湾曲情報推定装置を含む内視鏡システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、可撓部の湾曲の状態を表す量について説明するための図である。
【図３】図３は、センサの構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、光源が射出する光の波長と強度との関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、光検出器に入射する光の波長と光検出器の検出感度との関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、導光部材の光軸を含む断面図である。
【図７】図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った導光部材の径方向の断面図である。
【図８】図８は、第１の光吸収体及び第２の光吸収体における光の波長と吸収率との関係の一例を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、第１の被検出部が内側に湾曲した状態での光の伝達を概略的に示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、第１の被検出部が直線状態での光の伝達を概略的に示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、第１の被検出部が外側に湾曲した状態での光の伝達を概略的に示す図である。
【図１０】図１０は、波長と基準光量との関係の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の波長に対して取得された湾曲特性情報の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、第２の波長に対して取得された湾曲特性情報の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、被検出部群を含む長さＬの可撓部が角度θ、曲率κで湾曲している状態を示す図である。
【図１４】図１４は、図１３の湾曲状態における検出光量の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、波長と、被検出部群における光量の変化率との関係の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、制御部における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、湾曲特性情報の取得の一例を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、基準光量情報の取得の一例を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、湾曲情報演算処理の一例を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、センサの構成の一例を示すブロック図である。
【図２１】図２１は、第１の光吸収体及び第２の光吸収体における光の波長と吸収率との関係の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、センサの構成の一例を示すブロック図である。
【図２３】図２３は、ある時刻における波長と光源の発光強度との関係の一例を示す図である。
【図２４】図２４は、図２３に対応する、光検出器に入射する光の波長と光検出器の検出感度との関係の一例を示す図である。
【図２５】図２５は、第２の実施形態における湾曲情報演算部の一例を示すブロック図である。
【図２６】図２６は、第１の光吸収体及び第２の光吸収体における光の波長と吸収率との関係の一例を示す図である。
【図２７】図２７は、第３の実施形態におけるセンサの構成の一例を示すブロック図である。
【図２８】図２８は、第１、第２、第３及び第４の光吸収体における光の波長と吸収率との関係の一例を示す図である。
【図２９Ａ】図２９Ａは、可撓部のうち、第１の被検出部群を含む長さＬ１の領域が角度θ１、曲率κ１で湾曲している状態を示す図である。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、可撓部のうち、第２の被検出部群を含む長さＬ２の領域が角度θ２、曲率κ２で湾曲している状態を示す図である。
【図３０】図３０は、第２の被検出部群に関して、第１の波長に対して取得された湾曲特性情報の一例を示す図である。
【図３１】図３１は、第２の被検出部群に関して、第２の波長に対して取得された湾曲特性情報の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］  
図１は、本発明の第１の実施形態の湾曲情報推定装置１０（以下、推定装置１０と称する）を含む内視鏡システム１の構成を概略的に示す図である。内視鏡システム１は、内視鏡８１０と、内視鏡制御部８２０と、推定装置１０と、表示部１８０と、入力機器１９０とを有している。
【００１３】
内視鏡８１０は、被挿入体に挿入される細長い挿入部８１２と、挿入部８１２の基端側に連結された操作部８１４とを有している。挿入部８１２は、先端硬質部８１６と、先端硬質部８１６の基端側に設けられた湾曲部８１７と、湾曲部８１７の基端側に設けられた可撓管部８１８とを有している。先端硬質部８１６には、不図示の照明光学系、観察光学系、撮像素子等が内蔵されている。湾曲部８１７は、操作部８１４を操作することにより所望の方向に湾曲する。可撓管部８１８は湾曲自在である。操作部８１４は、上述の湾曲操作を初めとする内視鏡８１０の各種操作のために用いられる。
【００１４】
内視鏡制御部８２０は、内視鏡８１０の各種動作を制御する。また、内視鏡制御部８２０は、上述の観察光学系及び撮像素子により取得された画像を処理するための画像処理部８２２を有している。
【００１５】
推定装置１０は、挿入部８１２の、特に湾曲部８１７や可撓管部８１８（以下、これらを可撓部８１９と称する）の湾曲状態を表す湾曲情報を推定するための装置である。
【００１６】
湾曲情報について、図２を参照して説明する。図２には、原点Ｐ０（０，０，０）から点Ｐ１（０，０，Ｌ）にわたって直線状に位置された長さＬの可撓部８１９が実線で示されている。可撓部８１９が図２に破線で示されるように湾曲し、点Ｐ１（０，０，Ｌ）が点Ｐ’１（ｘ，ｙ，ｚ）まで変位したとする。ここで、可撓部８１９は、便宜上、円弧状に湾曲しているとする。このとき、可撓部８１９の湾曲状態を表すためには、曲げの向きと曲げの大きさとの２つの情報が必要である。曲げの向きは、例えば、点Ｐ’１（ｘ，ｙ，ｚ）をｘｙ平面に投影した点（ｘ，ｙ，０）と原点Ｐ０（０，０，０）とを通る直線とｘ軸とがなす角度θで表される。また、曲げの大きさは、例えば、曲率κ、曲率半径ｒ＝κ−１、中心角φ＝Ｌ／ｒ＝κＬなどで表される。このように、本明細書では、可撓部８１９の湾曲状態を表すために必要な曲げの向き及び曲げの大きさが湾曲情報と称される。
【００１７】
推定装置１０は、センサ駆動部３００とセンサ部４００とからなるセンサ５００と、制御部１００とを有している。これらの詳細は後述する。
【００１８】
表示部１８０は、一般的な表示装置であり、例えば、液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイである。表示部１８０は、内視鏡制御部８２０に接続され、内視鏡制御部８２０で処理された画像を表示する。また、表示部１８０は、制御部１００に接続され、推定装置１０により得られた湾曲情報等を表示する。
【００１９】
入力機器１９０は、一般的な入力用の機器であり、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、タグリーダ、ボタンスイッチ、スライダ、ダイヤルである。入力機器１９０は、制御部１００に接続される。入力機器１９０は、ユーザが推定装置１０を動作させるための各種指令を入力するために用いられる。入力機器１９０は、記憶媒体であってもよい。この場合、記憶媒体に記憶された情報が制御部１００に入力される。
【００２０】
次に、推定装置１０のセンサ５００について説明する。図３は、センサ駆動部３００及びセンサ部４００からなるセンサ５００の構成の一例を示すブロック図である。センサ駆動部３００は、光源３１０と、光検出器３２０と、光分岐部３３０と、反射防止部材３４０とを有している。センサ部４００は、複数の被検出部を含む被検出部群４１０が設けられた導光部材４２０と、反射部材４３０とを有している。
【００２１】
光源３１０は、例えば、ランプ、ＬＥＤ、レーザダイオードなどの一般的に知られた発光部である。光源３１０は、さらに、波長を変換するための蛍光体などを有していてもよい。
【００２２】
図４は、光源３１０が射出する光の波長と強度との関係の一例を示す図である。光源３１０は、第１の波長λ１及び第２の波長λ２を含む発光波長領域の光を射出する。第１の波長λ１は、例えば、被検出部群４１０を構成する第１の被検出部４１１の光吸収体（以下、第１の光吸収体４２４と称する）が吸収するスペクトルの特徴的な波長である。ここで、特徴的な波長とは、例えば吸収が極大となる波長である（図８参照）。同様に、第２の波長λ２は、被検出部群４１０を構成する第２の被検出部４１２の光吸収体（以下、第２の光吸収体４２５と称する）が吸収するスペクトルの特徴的な波長である。
【００２３】
光検出器３２０は、分光器やカラーフィルタのような分光のための素子と、フォトダイオードのような受光素子とを有している。光検出器３２０は、所定の波長領域の光の強度を検出し、光量情報を出力する。ここで、光量情報とは、所定の波長領域における特定の波長とその波長における光強度との関係を表す情報である。
【００２４】
図５は、光検出器３２０に入射する光の波長と光検出器３２０の検出感度との関係の一例を示す図である。光検出器３２０は、上述の第１の波長λ１及び第２の波長λ２を含む波長領域内に検出感度を有している。光検出器３２０は、例えば波長λ１、λ２における検出した光強度を表す光量情報を制御部１００に出力する。
【００２５】
なお、光検出器は、分光特性を有する光検出器に限定されない。光源及び光検出器には、光源と光検出器との組み合わせにより複数の所定の波長領域ごとの光量を検出する態様が含まれる。例えば、光源及び光検出器には、光源から狭帯域光を時間で順番に射出し、広帯域光検出器で各波長領域の光量を検出する態様が含まれる。
【００２６】
図３を再び参照すると、光分岐部３３０は、光源３１０及び光検出器３２０に光学的に接続されている。光分岐部３３０は、光カプラやハーフミラー等を有している。光分岐部３３０は、光源３１０から射出された光を導光部材４２０に導き、また、導光部材４２０によって導かれた光を光検出器３２０に導く。
【００２７】
反射防止部材３４０は、光分岐部３３０に光学的に接続されている。反射防止部材３４０は、光源３１０から射出された光のうち導光部材４２０に入射しなかった光が光検出器３２０に戻るのを防ぐ。
【００２８】
導光部材４２０は、例えば光ファイバであり、可撓性を有する。導光部材４２０の基端は、光分岐部３３０に接続されている。導光部材４２０は、図１に概略的に示されるように、挿入部８１２内にその長手方向に沿って組み込まれている。導光部材４２０には、挿入部８１２のうち湾曲情報を算出したい箇所に、例えば可撓部８１９に被検出部群４１０が配置されている。
【００２９】
被検出部群４１０は、図３に示されるように、少なくとも、第１の被検出部４１１と、第２の被検出部４１２とを含み、さらに、第ｍの被検出部４１ｍを含んでもよい。ここでｍは任意の数である。被検出部４１１、４１２、・・・、４１ｍは、導光部材４２０の長手方向（光軸方向）において略同一位置に設けられている。以下では、被検出部群４１０は、第１の被検出部４１１と第２の被検出部４１２とからなるとして説明を続ける。
【００３０】
図６は、導光部材４２０の光軸を含む断面図である。図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った導光部材４２０の径方向の断面図である。導光部材４２０は、コア４２３と、コア４２３を囲んでいるクラッド４２２と、クラッド４２２を囲んでいるジャケット４２１とを有している。
【００３１】
第１の被検出部４１１は、ジャケット４２１及びクラッド４２２の一部を除去しコア４２３を露出させて、露出したコア４２３上に第１の光吸収体４２４を設けることにより形成されている。第２の被検出部４１２は、導光部材４２０の長手方向において第１の被検出部４１１と略同一の位置で、かつ、例えば、導光部材４２０の径方向の断面において第１の被検出部４１１と略直交する位置に、第１の被検出部４１１と同様のやり方で第２の光吸収体４２５を設けることにより形成されている。なお、光吸収体に限定されない、導光される光のスペクトルに対して影響を与える光学部材が用いられることができ、光学部材は、例えば波長変換部材（蛍光体）であってもよい。
【００３２】
図８は、第１の光吸収体４２４及び第２の光吸収体４２５における光の波長と吸収率との関係の一例を示す図である。図８に示されるように、異なる被検出部４１１、４１２に設けられた光吸収体４２４、４２５は、波長毎の光吸収率が異なり、すなわち互いに異なる吸光特性を有している。
【００３３】
被検出部４１１、４１２の湾曲状態と導光部材４２０を導光する光の伝達量との関係について説明する。図９Ａ乃至図９Ｃは、導光部材４２０の第１の被検出部４１１付近を導光する光を概略的に示す図である。これら図では、第２の被検出部４１２は図示していない。導光部材４２０が直線状態の場合には、図９Ｂに示されるように、導光部材４２０を導光する光の一部が光吸収体４２４に吸収される。これに対して、導光部材４２０が光吸収体４２４が内側にくるように湾曲した場合には、光吸収体４２４に当たる光が減少するため、光吸収体４２４による光の吸収量が小さくなる（図９Ａ）。従って、導光部材４２０を導光する光の伝達量が増加する。一方、導光部材４２０が被検出部群４１０が外側にくるように湾曲した場合には、光吸収体４２４に当たる光が増加するため、光吸収体４２４による光の吸収量が大きくなる（図９Ｃ）。従って、導光部材４２０を導光する光の伝達量が減少する。
【００３４】
このように、第１の被検出部４１１の湾曲状態に応じて、導光部材４２０を導光する光の量が変化する。第２の被検出部４１２に関しても同様である。以下の説明では、図９Ａに示されるような、光の伝達量が増加する方向への導光部材４２０の曲げを正方向とし、図９Ｃに示されるような、光の伝達量が減少する方向への導光部材４２０の曲げを負方向とする。
【００３５】
図３を再び参照すると、導光部材４２０の光分岐部３３０に接続されていない側の端部、すなわち先端には、反射部材４３０が設けられている。反射部材４３０は、光分岐部３３０から導光部材４２０によって導かれた光を、光分岐部３３０の方向に戻るように反射させる。
【００３６】
次に、推定装置１０の制御部１００について、図１を再び参照して説明する。制御部１００は、例えばパーソナルコンピュータ等の電子計算機によって構成されることができる。制御部１００は、演算部１０１と、内視鏡湾曲情報計算部１４０と、光検出器駆動部１５０と、出力部１６０とを有している。
【００３７】
演算部１０１は、例えばＣＰＵやＡＳＩＣなどを含む機器等によって構成されている。演算部１０１は、入力部１３０と、記憶部１２０と、湾曲情報演算部１１０とを有している。
【００３８】
入力部１３０には、センサ駆動部３００の光検出器３２０から光量情報が入力される。入力部１３０は、入力された光量情報を湾曲情報演算部１１０に伝達する。また、入力部１３０には、被検出部群４１０の後述する湾曲特性情報が入力される。さらに、入力部１３０には、内視鏡制御部８２０から出力された情報も入力される。入力部１３０は、これら入力された情報を湾曲情報演算部１１０又は光検出器駆動部１５０に伝達する。
【００３９】
記憶部１２０は、湾曲情報演算部１１０が行う演算に必要な各種情報を記憶している。記憶部１２０は、例えば計算アルゴリズムを含むプログラム、被検出部群４１０の後述する湾曲特性情報を含む光量推定関係等を記憶している。
【００４０】
湾曲情報演算部１１０は、入力部１３０を介して取得した光量情報と、記憶部１２０に記憶されている後述する光量推定関係とに基づいて、被検出部群４１０の湾曲情報を算出する。湾曲情報演算部１１０は、推定値演算部２１２を有している。推定値演算部２１２は、記憶部１２０に記憶されている光量推定関係に基づいて、光量推定値を生成する。湾曲情報演算部１１０は、入力部１３０を介して取得した光量情報と、生成した光量推定値とに基づいて、被検出部群４１０における湾曲情報を算出する。湾曲情報演算部１１０は、算出した湾曲情報を内視鏡湾曲情報計算部１４０及び出力部１６０に伝達する。また、湾曲情報演算部１１０は、光検出器３２０のゲイン等、湾曲情報の算出に必要な光検出器３２０の動作に関する情報を光検出器駆動部１５０に出力する。
【００４１】
内視鏡湾曲情報計算部１４０は、例えばＣＰＵやＡＳＩＣなどを含む。内視鏡湾曲情報計算部１４０は、湾曲情報演算部１１０で算出された被検出部群４１０の湾曲情報に基づいて、被検出部群４１０が配置されている挿入部８１２の湾曲情報を算出する。算出された湾曲情報は、出力部１６０に伝達される。なお、内視鏡湾曲情報計算部１４０は、湾曲情報演算部１１０に組み込まれていてもよい。
【００４２】
光検出器駆動部１５０は、入力部１３０や湾曲情報演算部１１０から取得した情報に基づいて、光検出器３２０の駆動信号を生成する。この駆動信号により、光検出器駆動部１５０は、例えば、入力部１３０を介して取得したユーザの指示に基づいて、光検出器３２０の動作のオン／オフを切り替えたり、湾曲情報演算部１１０から取得した情報に基づいて、光検出器３２０のゲインを調整したりする。また、光検出器駆動部１５０は、光源３１０の動作も制御するように構成されていてもよい。光検出器駆動部１５０は、生成した駆動信号を出力部１６０に伝達する。
【００４３】
出力部１６０は、湾曲情報演算部１１０から取得した被検出部群４１０の湾曲情報や内視鏡湾曲情報計算部１４０から取得した挿入部８１２の湾曲情報を表示部１８０に出力する。また、出力部１６０は、取得したこれら湾曲情報を内視鏡制御部８２０に出力する。また、出力部１６０は、光検出器駆動部１５０からの駆動信号を光検出器３２０に出力する。
【００４４】
本実施形態の内視鏡システム１及び推定装置１０の動作について説明する。  
内視鏡８１０の挿入部８１２は、ユーザによって被挿入体内に挿入される。このとき、挿入部８１２は、被挿入体の形状に追従して湾曲する。内視鏡８１０は、挿入部８１２内の観察光学系及び撮像素子により画像信号を得る。得られた画像信号は、内視鏡制御部８２０の画像処理部８２２に伝達される。画像処理部８２２は、取得した画像信号に基づいて、被挿入体の内部の画像を作成する。画像処理部８２２は、作成した画像を表示部１８０に表示させる。
【００４５】
ユーザが挿入部８１２の湾曲情報を表示部１８０に表示させたいとき、あるいは内視鏡制御部８２０に挿入部８１２の湾曲情報を用いた各種動作を行わせたいときには、ユーザはその旨を入力機器１９０により制御部１００に入力する。このとき、推定装置１０が動作する。
【００４６】
推定装置１０が動作すると、センサ駆動部３００の光源３１０は、所定の発光波長領域の光を射出する。光源３１０から射出された光は、光分岐部３３０を介してセンサ部４００の導光部材４２０へと導かれる。導かれた光は、導光部材４２０内を基端側から先端側へと伝達される。その際、導光部材４２０に設けられた被検出部群４１０の湾曲状態に応じて導光部材４２０中の光量が変化し、伝達される光量が波長毎に変化する。そして、この光は、反射部材４３０で反射して折り返し、導光部材４２０内を先端側から基端側へと伝達される。この反射光は、光分岐部３３０を介して光検出器３２０に到達する。光検出器３２０は、到達した光の強度を波長毎に検出する。
【００４７】
光検出器３２０は、波長及び検出した光の強度についての光量情報を制御部１００の入力部１３０に出力する。入力された光量情報は入力部１３０から湾曲情報演算部１１０で取得されて、湾曲情報演算部１１０が被検出部群４１０の湾曲情報を算出する。
【００４８】
算出された被検出部群４１０の湾曲情報は、内視鏡湾曲情報計算部１４０で取得される。内視鏡湾曲情報計算部１４０は、取得した湾曲情報に基づいて、挿入部８１２の湾曲情報を算出する。
【００４９】
湾曲情報演算部１１０で算出された被検出部群４１０の湾曲情報や内視鏡湾曲情報計算部１４０で算出された挿入部８１２の湾曲情報は、出力部１６０を介して内視鏡制御部８２０で取得される。内視鏡制御部８２０は、取得したこれら湾曲情報に基づいて内視鏡８１０の動作を制御する。また、これら湾曲情報は、出力部１６０を介して表示部１８０に表示される。
【００５０】
さらに、入力部１３０に入力された情報及び湾曲情報演算部１１０で算出された被検出部群４１０の湾曲情報が、光検出器駆動部１５０で取得される。光検出器駆動部１５０は、取得した情報に基づいて、出力部１６０を介して光検出器３２０に駆動信号を伝達し、光検出器３２０の動作を制御する。
【００５１】
このように、推定装置１０によれば、演算部１０１により被検出部群４１０の湾曲情報が取得される。さらに、取得された湾曲情報に基づいて内視鏡湾曲情報計算部１４０が挿入部８１２の湾曲情報を算出する。これにより、内視鏡８１０の操作中にユーザが被検出部群４１０や挿入部８１２の湾曲情報を把握することができる。また、内視鏡制御部８２０が、これら湾曲情報に応じて内視鏡８１０の動作を適切に制御することができる。
【００５２】
本実施形態の推定装置１０において演算部１０１で行われる演算について詳述する。  
まず、推定装置１０の使用の前に予め準備される情報について説明する。光検出器３２０により検出される波長λｎの光についての検出光量（検出光量情報）Ｄλｎは、以下の式（１）で与えられる。
【数１】
2016075831.tif 000003
【００５３】
ここで、Ｅλｎは光源３１０から射出される波長λｎの光についての射出光量であり、Ａλｎは第１の光吸収体４２４における波長λｎの光の吸収率であり、Ｂλｎは第２の光吸収体４２５における波長λｎの光の吸収率であり、Ｃλｎは光分岐部３３０、導光部材４２０、反射部材４３０等、センサ駆動部３００及びセンサ部４００において光が伝達する光路に含まれる被検出部群４１０以外の部材による波長λｎの光の吸収率である。
【００５４】
射出光量Ｅλｎ及び吸収率Ｃλｎは、被検出部群４１０の曲げの向きや曲げの大きさに依存しない。従って、検出光量Ｄλｎを表す式（１）は、式（２）のように書き換えられる。すなわち、被検出部群４１０（各被検出部４１１、４１２）が基準となる所定の形状（以下、基準湾曲状態と称する）である場合に光検出器３２０により検出される波長λｎの光についての光量を基準光量Ｉλｎとして求めておく。また、被検出部群４１０が基準湾曲状態に対して湾曲しているときに光検出器３２０により検出される波長λｎの光についての光量と基準光量Ｉλｎとの比を被検出部群４１０における変化率αλｎとする。すなわち、変化率αλｎは、被検出部群４１０を構成する第１の被検出部４１１及び第２の被検出部４１２による光の吸収によって生じる光量の変化率である。このとき、光量Ｄλｎは、以下の式（２）で与えられる。
【数２】
2016075831.tif 000004
【００５５】
ところで、被検出部群４１０の各光吸収体４２４、４２５における光の吸収率は、被検出部群４１０の曲げの向き、例えば上述の角度θと、曲げの大きさ、例えば曲率κとに応じて変化する。従って、被検出部群４１０における変化率αλｎは、以下の式（３）で与えられる。
【数３】
2016075831.tif 000005
【００５６】
ここで、関数ｆλｎは被検出部群４１０についての湾曲特性情報である。式（２）、式（３）より、以下の式（４）が得られる。式（４）において、左辺は任意の湾曲状態における光量情報を表し、右辺は基準光量（基準光量情報）と湾曲特性情報とに基づいて生成される光量推定値を表す。
【数４】
2016075831.tif 000006
【００５７】
基準光量Ｉλｎを決定するための基準湾曲状態には、例えば、被検出部群４１０が直線形状である場合、すなわち被検出部４１１、４１２の曲率が０であり曲率半径が∞である場合が採用される。しかしながら、基準湾曲状態はこれに限定されず、直線形状以外の形状であってもよい。以下、基準湾曲状態として被検出部群４１０が直線形状であるものを採用した場合について説明する。なお、直線形状での被検出部群４１０の上記の角度θは便宜上０とする。
【００５８】
図１０は、波長と基準光量との関係の一例を示す図である。被検出部群４１０が基準湾曲状態であるとき、すなわちθ＝０、κ＝０のときの光量Ｄλｎ（０，０）は、定義より、以下の式（５）で与えられる。
【数５】
2016075831.tif 000007
【００５９】
すなわち、定義より、基準光量はＩλｎであり、ｆλｎ（０，０）＝１である。
【００６０】
また、関数ｆλｎ（θ，κ）は、式（４）から、以下の式（６）で与えられる。
【数６】
2016075831.tif 000008
【００６１】
湾曲特性情報である関数ｆλｎは、被検出部群４１０の上述の角度θ及び曲率κを取り得る範囲で変化させることにより取得する。図１１は、第１の波長λ１に対して取得された湾曲特性情報ｆλ１（θ，κ１）及び湾曲特性情報ｆλ１（θ，κ２）の一例を示す図である。図１２は、第２の波長λ２に対して取得された湾曲特性情報ｆλ２（θ，κ１）及び湾曲特性情報ｆλ２（θ，κ２）の一例を示す図である。このように、波長によって振幅や位相が異なることにより、角度θと曲率κとの導出が可能である。図１１並びに図１２には、それぞれ、２つの曲率κ１、κ２に対する湾曲特性情報が示されている。しかしながら、取得される湾曲特性情報はこれらに限定されるものではなく、さまざまな曲率κに対して、発光波長領域内での角度θと被検出部群４１０における変化率αλｎとの関係が取得される。
【００６２】
湾曲特性情報である関数ｆλｎは、周期関数で表すことができ、例えば、以下の式（７）の正弦関数で近似的に表されることができる。
【数７】
2016075831.tif 000009
【００６３】
ここで、ａλｎは振幅であり、ｂλｎは位相であり、ｃλｎはオフセットである。これらはいずれも曲率κの関数であるから、例えば、以下の式（８）のように、曲率κの２次式で表されることができる。
【数８】
2016075831.tif 000010
【００６４】
なお、周期関数は１次の正弦波で表されるものに限定されず、例えば、関数ｆλｎとして高次の正弦波を組み合わせたフーリエ級数を用いれば精度がよい。
【００６５】
湾曲特性情報や基準光量情報は、例えば、内視鏡システム１の製造時や内視鏡システム１の組立て時等に予め取得され、記憶部１２０に予め記憶される。あるいは、湾曲特性情報や基準光量情報は、使用の度に取得されてもよい。
【００６６】
次に、推定装置１０の使用時に演算部１０１で行われる演算について説明する。被検出部群４１０を含む長さＬの可撓部８１９が、図１３に示される角度θ、曲率κで湾曲している状態を考える。図１４は、この湾曲状態における波長と検出光量との関係の一例を示す図である。
【００６７】
式（４）より、光検出器３２０により検出された検出光量Ｄλｎは、図１０に示される予め取得した基準光量情報Ｉλに被検出部群４１０における湾曲特性情報ｆλ（θ、κ）、すなわち変化率を乗じたものに等しい。図１５は、このような変化率、すなわち、任意の湾曲状態における基準光量情報に対する変化率ｆλ（θ、κ）の一例を示す図である。
【００６８】
本実施形態では、被検出部群４１０における角度θ及び曲率κを求めるために、光検出器３２０により検出された、第１の波長λ１及び第２の波長λ２における検出光量Ｄλ１及びＤλ２に基づいて、以下の式（９）で表される連立式を解く。
【数９】
2016075831.tif 000011
【００６９】
基準光量情報Ｉλ１、Ｉλ２及び湾曲特性情報ｆλ1（θ，κ）、ｆλ２（θ，κ）は、上述したように予め取得され記憶部１２０に記憶されている。従って、検出光量Ｄλ１、Ｄλ２に基づいて、被検出部群４１０における角度θ及び曲率κ、すなわち曲げの向き及び曲げの大きさを求めることができる。言い換えれば、上述のような関数の形式で表される光量推定関係に基づいて光量推定値を算出することにより、被検出部群４１０の湾曲情報が求められる。なお、光量推定関係は、上述のような関数の形式で表されたものに限定されず、波長と光量との関係を保存した表（ルックアップテーブル）で表されたものであってもよい。
【００７０】
また、被検出部群の曲げの大きさを表すパラメータを曲率とし、湾曲特性情報を用いた湾曲情報推定演算について説明してきたが、曲げの大きさを表すパラメータとして曲率半径などの他のパラメータ、及びそれに対応する湾曲特性情報を用いた湾曲情報推定演算を採用することができる。
【００７１】
図１６は、制御部１００における処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１において、制御部１００は、湾曲特性情報が記憶部１２０に記憶されているかどうかを判定する。記憶されていないと判定された場合（ＮＯ）、ステップＳ２に進み、制御部１００が湾曲特性情報を取得する。
【００７２】
図１７は、湾曲特性情報の取得の一例を示すフローチャートである。ステップＳ２１において、制御部１００が基準光量情報Ｉλを取得する。
【００７３】
図１８は、基準光量情報の取得の一例を示すフローチャートである。ステップＳ２１１において、制御部１００が、被検出部群４１０を基準湾曲状態に（本実施形態では直線形状に）設定する。なお、被検出部群４１０を手動で基準湾曲状態に設定する場合には、ステップＳ２１１において、制御部１００が、被検出部群４１０が基準湾曲状態になっているかを確認する。ステップＳ２１２において、制御部１００が基準湾曲状態での光量情報Ｉλを取得する（式（５））。ステップＳ２１３において、取得した基準光量情報Ｉλが記憶部１２０に記憶される。そして、基準光量情報Ｉλの取得が終了し、ステップＳ２２に進む。
【００７４】
図１７を再び参照して、ステップＳ２２において、制御部１００が被検出部群４１０の湾曲特性情報ｆλｎ（θ，κ）を取得する。取得される湾曲特性情報は、例えば、図１１に示される湾曲特性情報ｆλ１（θ，κ１）、ｆλ１（θ，κ２）、図１２に示される湾曲特性情報ｆλ２（θ，κ１）、ｆλ２（θ，κ２）である。これら湾曲特性情報は、例えば、特徴的な波長λ１、λ２に対して曲率κ１、κ２で曲げの向きを手動で、あるいは不図示の曲げ設定機構で機械的に変化させることによって取得することができる。さらに、ステップＳ２３において、取得した湾曲特性情報が記憶部１２０に記憶される。そして、湾曲特性情報の取得が終了する。
【００７５】
図１６を再び参照して、ステップＳ２における湾曲特性情報の取得後、あるいは、ステップＳ１において湾曲特性情報が記憶部１２０に記憶されていると判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３に進む。なお、ステップＳ１においてＹＥＳと判定される場合とは、例えば、湾曲特性情報の取得が内視鏡システム１の工場出荷時や組立て時に行われている場合である。
【００７６】
ステップＳ３において、制御部１００は、基準光量情報の再取得の要求があるかどうかを判定する。要求があると判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。そして、ステップＳ４において、制御部１００は、上述した基準光量情報の取得のサブルーチン（ステップＳ２１１〜Ｓ２１３）により基準光量情報を取得する。なお、このような再取得の要求があるのは、例えば、上述の制御部１００とは異なる他の制御部との接続を行った場合や、センサ駆動部３００とセンサ部４００との分離及び再接続が行われた場合である。
【００７７】
ステップＳ４における基準光量情報Ｉλの取得後、あるいは、ステップＳ３において要求がないと判定された場合（ＮＯ）、ステップＳ５に進み、制御部１００の演算部１０１が被検出部群４１０の湾曲情報演算を行う。
【００７８】
図１９は、湾曲情報演算処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ５１において、湾曲情報演算部１１０が記憶部１２０から基準光量情報Ｉλ及び被検出部群４１０の湾曲特性情報ｆλｎ（θ，κ）を読み出す。そして、ステップＳ５２において、湾曲情報演算部１１０が、入力部１３０を介して光検出器３２０により任意の湾曲状態での検出光量情報Ｄλｎを取得する。さらに、ステップＳ５３において、湾曲情報演算部１１０が、検出光量情報Ｄλｎ、基準光量情報Ｉλ及び湾曲特性情報ｆλｎ（θ，κ）から、上述したようにして角度θ及び曲率κを求める（式（９））。そして、ステップＳ５４において、湾曲情報演算部１１０が、求めた角度θ及び曲率κを出力部１６０に伝達する。そして、湾曲情報演算が終了する。
【００７９】
図１６を再び参照して、ステップＳ５における湾曲情報演算処理後、ステップＳ６に進む。ステップＳ６において、制御部１００は、湾曲情報の演算を行うかどうかを判定する。行うと判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理が繰り返される。行わないと判定された場合（ＮＯ）、終了する。
【００８０】
なお、湾曲特性情報は被検出部群４１０の光吸収体４２４、４２５の吸光特性のみに依存し、光源３１０や光検出器３２０の特性に依存しない。従って、センサ駆動部３００の各構成部を分離し、例えば、所定の発光波長領域の光を射出する光源や、制御部１００が必要とする全波長にわたって検出感度を有する光検出器を用いてもよい。すなわち、他の光源や光検出器による湾曲特性情報の取得が可能であり、また、他のセンサ駆動部との付け替えが可能である。
【００８１】
本実施形態によれば、センサ部４００を構成する導光部材４２０には、その長手方向において略同一位置に形成された複数の被検出部を含む被検出部群４１０が設けられている。そして、被検出部群４１０の湾曲情報を推定するために、被検出部の数以上の波長が用いられる。被検出部群４１０におけるこれら波長毎の光量情報は、センサ駆動部３００の光検出器３２０により検出される。そして、検出した光量情報と、記憶部１２０に予め記憶された湾曲特性情報を含む光量推定関係に基づいて算出される光量推定値とに基づいて、被検出部群４１０や挿入部８１２の湾曲情報を推定する。このように、本実施形態によれば、湾曲情報を推定することができる湾曲情報推定装置を提供することができる。
【００８２】
また、本実施形態によれば、被検出部群４１０を構成する個々の被検出部の湾曲情報を求めることなく、被検出部群４１０の湾曲情報を求めることができる。
【００８３】
また、本実施形態によれば、湾曲情報を求めるために被検出部群４１０における光の変化率を用いている。従って、センサ駆動部３００の光源３１０のスペクトルや光検出器３２０の分光感度に依存することなく湾曲情報演算を行うことができる。
【００８４】
また、本実施形態によれば、光源３１０と導光部材４２０に設けられた被検出部群４１０との距離の情報は、湾曲情報演算に必要とされない。従って、光源３１０と被検出部群４１０との位置関係を考慮することなく、湾曲情報演算を行うことができる。
【００８５】
さらに、本実施形態によれば、センサ駆動部３００の光分岐部３３０やセンサ部４００の反射部材４３０による光の吸収や損失は、被検出部群４１０の曲げの大きさに依存せず一定である。従って、基準光量情報を求める際にも、これらの損失を含んだ状態である。このため、光分岐部３３０や反射部材４３０の影響を別途考慮することなく計算をすることができる。
【００８６】
第１の実施形態は、以下のような態様であってもよい。
【００８７】
（第１の態様）  
ステップＳ３で判断される基準光量情報の再取得の要求は、例えばセンサ駆動部３００の光分岐部３３０とセンサ部４００の導光部材４２０との分離、再接続が行われた場合に発生する。制御部１００は、このような場合に接続が維持されているか、すなわち分離、再接続が行われたかどうかを判断するように構成されていてもよい。
【００８８】
（第２の態様）  
図２０は、センサ５００の構成の一例を示すブロック図である。この態様では、センサ部４００は、センサ記憶部４４０を有している。センサ記憶部４４０には、センサ識別情報や湾曲特性情報が、例えば工場出荷時や機器の組立て時に予め記憶されている。センサ識別情報、いわゆるＩＤ情報は、センサ部４００の種別や個体を識別するための情報であり、ユニーク（一意）であることが好ましい。また、湾曲特性情報の取得においても、図１８のステップＳ２１３で湾曲特性情報をセンサ記憶部４４０に記憶させる。これにより、センサ部４００をセンサ駆動部３００とは異なる他のセンサ駆動部に接続した場合であっても、センサ記憶部４４０からセンサ識別情報や湾曲特性情報を読み出すことができる。
【００８９】
また、他の制御部との接続を行った場合（記憶部１２０に湾曲特性情報が存在しない場合）に図１７のステップＳ２において湾曲特性情報の取得を行う代わりに、センサ記憶部４４０から湾曲特性情報を読み出す。これにより、センサ駆動部３００を他の制御部に接続した場合であっても、湾曲特性情報を改めて取得する必要がない。
【００９０】
複数のセンサ部を使用する環境においては、図１６に示されるフローの開始直後のステップＳ１の前に、制御部１００が、接続されているセンサ部４００のセンサ識別情報を確認するステップを設けてもよい。なお、この場合、湾曲特性情報とセンサ識別情報とが関連付けられており、かつ、湾曲特性情報（複数のセンサ部の各々の湾曲特性情報）が記憶部１２０に記憶されていることが前提となる。
【００９１】
センサ識別情報を確認するステップでは、例えば、入力機器１９０によって入力部１３０からセンサ識別情報が入力される。センサ識別情報は、センサ部４００に刻印されたり貼付されたりしていてもよいし、タグに記憶されていてもよい。タグは、ＲＦ−ＩＤのような非接触タグであることが好ましい。あるいは、上述のようなセンサ記憶部４４０に記憶させてこれから読み出したり、他の記憶媒体に保存されている情報を読み出したりしてもよい。また、上述の前提を満たさない、記憶部１２０に記憶されていないセンサ識別情報の場合には、図１６のフローに従って処理を行ってもよい。
【００９２】
第２の態様によれば、センサ識別情報から湾曲特性情報を抽出することができるため、他のセンサ部との接続を行った場合であってもセンサ識別情報から湾曲特性情報を抽出することができる。従って、湾曲特性情報を改めて取得する必要がない。
【００９３】
（第３の態様）  
式（９）は、対数を取って以下の式（１０）のように表わされてもよい。
【数１０】
2016075831.tif 000012
【００９４】
対数を取ることにより、式（９）の右辺が加算で表現される。このとき、被検出部群４１０の変化率の対数は、基準光量情報を基準とした吸光度であると考えることができる。また、被検出部群４１０の湾曲特性情報は、式（３）の対数を取った以下の式（１１）とする。
【数１１】
2016075831.tif 000013
【００９５】
式（１０）、式（１１）より、以下の式（１２）が得られる。
【数１２】
2016075831.tif 000014
【００９６】
第３の態様によれば、基準光量情報と湾曲特性情報との積を和に書き換えることができるため、計算を容易にすることができる。
【００９７】
（第４の態様）  
図２１は、第１の光吸収体及び第２の光吸収体における光の波長と吸収率との関係の一例を示す図である。湾曲情報の算出のために使用される波長は、特定の波長λ１、λ２に限定されず、図２１に示されるような帯域幅をそれぞれ有する第１の波長帯域ｄλ１及び第２の波長帯域ｄλ２であってもよい。例えば、第１の被検出部４１１及び第２の被検出部４１２は、相互吸収する波長範囲（即ち、第１の光吸収体も第２の光吸収体もその波長範囲において吸収率を有する）で、かつ、吸収波長特性が互いに異なる（即ち、第１の光吸収体と第２の光吸収体との吸収率が互いに異なる）波長範囲である波長帯域（特徴的吸収帯）を、被検出部の数以上（即ち、２以上）有している。
【００９８】
第４の態様によれば、湾曲情報の算出のために使用される波長が特定の一波長でなく帯域幅を有するため、光検出器３２０の波長分解能を高くする必要がない。従って、光検出器３２０の低コスト化を図ることができる。また、局所的な波長のみを使用しないため、ノイズに対して強くなる。
【００９９】
また、使用される波長帯域は、他の波長帯域の一部を含んでいてもよい。例えば、第１の波長帯域と第２の波長帯域とがオーバーラップしていてもよい。
【０１００】
（第５の態様）  
図２２は、センサ駆動部３００及びセンサ部４００の構成の一例を示すブロック図である。センサ駆動部３００は、光源３１０と、光検出器３２０とを有している。また、センサ部４００は、被検出部群４１０が設けられた導光部材４２０を有している。上述の光分岐部３３０、反射防止部材３４０及び反射部材４３０は設けられていない。光源３１０は、導光部材４２０の基端に光学的に接続されている。また、光検出器３２０は、導光部材４２０の先端に光学的に接続されている。光源３１０から射出された光は、導光部材４２０へと導かれる。導かれた光は、導光部材４２０内を基端側から先端側へと伝達されて、光検出器３２０に到達する。
【０１０１】
光分岐部、反射防止部材及び反射部材が設けられていない態様では、これらに起因する光の損失を少なくすることができるため、光源の光量を小さくすることができる。
【０１０２】
（第６の態様）  
光検出器３２０は、複数の所定の波長λ１、λ２、あるいは波長帯域ｄλ１、ｄλ２におけるそれぞれの光量Ｄλ１及びＤλ２を検出可能な構成であればよい。例えば、導光部材４２０に導入する光の発光強度の波長特性を時刻で変化させ、その時刻における光量を検出する。
【０１０３】
図２３は、時刻ｔ１及びｔ２における波長と光源の発光強度との関係の一例を示す図である。図２３において、時刻ｔ１における関係が実線で示され、時刻ｔ２における関係が破線で示される。光源３１０は、フィルタ等により、時刻ｔ１において波長λ１にピークを有する光を、及び時刻ｔ２において波長λ２にピークを有する光を射出する。また、図２４は、図２３に対応する、光検出器に入射する光の波長と光検出器の検出感度との関係の一例を示す図である。光検出器３２０は、波長λ１、λ２にピークを有する光の強度に対して検出感度を有する受光素子（フィルタ等による分光機能を有していない受光素子）を有している。
【０１０４】
第６の態様によれば、時刻ｔ１及びｔ２に同期して受光素子からの光量を検出することにより、光量情報（各波長帯域の検出光量）を得ることができる。
【０１０５】
［第２の実施形態］  
本発明の第２の実施形態について、図２５並びに図２６を参照して説明する。以下では、第１の実施形態と共通する部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【０１０６】
図２５は、第２の実施形態における湾曲情報演算部１１０ａの一例を示すブロック図である。湾曲情報演算部１１０ａは、推定値演算部２１２と、最適化演算部としての評価値演算部２１４とを有している。評価値演算部２１４は、以下で説明されるような、被検出部群４１０の湾曲情報を最適化するための演算を行う。
【０１０７】
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の第１の光吸収体及び第２の光吸収体における光の波長と吸収率との関係を利用し、さらに、第３の波長λ３における検出光量情報Ｄλ３、基準光量情報Ｉλ３、被検出部群４１０の湾曲特性情報ｆλ３を用いて、被検出部群４１０の湾曲情報を推定する。図２６は、本実施形態における第１の光吸収体及び第２の光吸収体における光の波長と吸収率との関係の一例を示す図である。第３の波長λ３は、光の吸収率が第１の波長λ１及び第２の波長λ２とは異なる波長である。
【０１０８】
まず、式（９）における右辺と右辺との差分Δλｎを求める（ｎ＝１，２，３）。すなわち、以下の式（１３）は、任意の湾曲状態における光量情報の値と推定光量値との差である。
【数１３】
2016075831.tif 000015
【０１０９】
本実施形態では、図１９に示されるフローのステップＳ５３において、評価値演算部２１４が、光量情報の値と推定湾曲情報との差が小さくなるように、被検出部群４１０の湾曲情報を最適化する。例えば、各波長における差分Δλｎの平方の総和からなる評価値Ｊを求めて、評価値Ｊが最小となるように被検出部群４１０の湾曲情報を決定する。評価値Ｊは、以下の式（１４）で与えられる。
【数１４】
2016075831.tif 000016
【０１１０】
また、例えば、以下の式（１５）に示されるように、重み付け係数ｗｎを与え、波長あるいは波長帯域ごとの評価値Ｊへの寄与度を調整してもよい。
【数１５】
2016075831.tif 000017
【０１１１】
重み付け係数ｗｎの設定においては、例えば、被検出部群４１０の光吸収体の光吸収量が極大となる波長あるいは波長帯域の寄与度を大きくするとよい。
【０１１２】
本実施形態によれば、評価値演算部２１４が最適化演算を行うことにより、被検出部群４１０の湾曲情報がより精度良く求められる。また、冗長性があり、ノイズ等の影響に強い湾曲情報推定装置を提供することができる。
【０１１３】
また、最適化演算は、互いに収束性の異なる複数の最適化演算を含むことができる。例えば、第１の最適化演算は大域的な最適化演算であり精度が高く、また、第２の最適化演算は第１の最適化演算よりも収束性の高い局所的な最適化演算である。大域的な最適化演算とは、例えば、粒子群最適化（ＰＳＯ）、差分進化（ＤＥ）、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）、シミュレーテッド・アニーリング法（ＳＡ）のように、局所解に陥らずに最適解を導出できる手法である。局所的な最適化演算とは、例えば、ニュートン法や最急降下法やシンプレックス法のような、局所解を求める近傍探索手法である。湾曲情報推定装置はいずれの演算を行うか、あるいはこれらの並列演算を行うかをユーザが選択できるように構成されることができる。このように、ユーザは、演算の正確さ及び速さを自ら選択することができる。例えば、これらの並列演算を用いれば、適切な最適解を速く算出することができる。
【０１１４】
［第３の実施形態］  
本発明の第３の実施形態について、図２７乃至図３１を参照して説明する。以下では、第１の実施形態と共通する部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【０１１５】
図２７は、センサ駆動部３００及びセンサ部４００からなるセンサ５００の構成の一例を示すブロック図である。第３の実施形態では、導光部材４２０には、第１の被検出部４１１及び第２の被検出部４１２からなる第１の被検出部群４１０と、第３の被検出部４５１及び第４の被検出部４５２からなる第２の被検出部群４５０とが設けられている。第２の被検出部群４５０は、導光部材４２０の長手方向において第１の被検出部群４１０とは異なる位置に配置されている。第２の被検出部群４５０は、第１の被検出部群４１０と同様にして形成されている。第３の被検出部４５１には第３の光吸収体が設けられ、第４の被検出部４５２には第４の光吸収体が設けられている。第３の被検出部４５１と第４の被検出部４５２との位置関係もまた、第１の被検出部４１１と第２の被検出部４１２の位置関係と同様である。
【０１１６】
図２８は、第１〜第４の光吸収体における光の波長と吸収率との関係の一例を示す図である。図２８に示されるように、異なる被検出部４１１、４１２、４５１、４５２に設けられた光吸収体は、波長毎の光吸収率が異なり、すなわち互いに異なる吸光特性を有している。
【０１１７】
次に、第１の被検出部群４１０における湾曲情報（角度θα及び曲率κα）及び第２の被検出部群４５０における湾曲情報（角度θβ及び曲率κβ）を推定するために推定装置１０の演算部１０１で行われる演算について説明する。可撓部８１９のうち、第１の被検出部４１０を含む長さＬ１と、第２の被検出部４５０を含む長さＬ２とが、それぞれ、図２９Ａ並びに図２９Ｂに示される角度θ１、θ２及び曲率κ１、κ２で湾曲している状態を考える。なお、図２９Ａ並びに図２９Ｂに示されるように、角度θ１、θ２は、それぞれの被検出部群４１０、４５０におけるローカル座標系（ｘ１ｙ１ｚ１座標系及びｘ２ｙ２ｚ２座標系）で表されている。従って、曲げの向きは、例えば、点Ｐ’１１（ｘ，ｙ，ｚ）をｘｙ平面に投影した点（ｘ，ｙ，０）と原点Ｐ１０（０，０，０）とを通る直線とｘ１軸とがなす角度θ１（図２９Ａ）及び点Ｐ’２１（ｘ，ｙ，ｚ）をｘｙ平面に投影した点（ｘ，ｙ，０）と原点Ｐ２０（０，０，０）とを通る直線とｘ２軸とがなす角度θ２（図２９Ｂ）で表される。また、曲げの大きさは、例えば、曲率κ１、曲率κ２で表される。
【０１１８】
光検出器３２０により検出される検出光量Ｄλｎは、式（２）と同様に、基準光量Ｉλｎと、各被検出部群４１０、４５０における変化率αλｎ，βλｎの積を用いて次のように表される。
【数１６】
2016075831.tif 000018
【０１１９】
変化率αλｎは、第１の被検出部群４１０のみが基準湾曲状態に対して湾曲しているときに光検出器３２０により検出される波長λｎの光についての光量と基準光量Ｉλｎとの比、すなわち、第１の被検出部群４１０を構成する第１の被検出部４１１及び第２の被検出部４１２による光の吸収によって生じる光量の変化率である。また、変化率βλｎは、第２の被検出部群４５０のみが基準湾曲状態に対して湾曲しているときに光検出器３２０により検出される波長λｎの光についての光量と基準光量Ｉλｎとの比、すなわち、第２の被検出部群４５０を構成する第３の被検出部４５１及び第４の被検出部４５２による光の吸収によって生じる光量の変化率である。
【０１２０】
変化率αλｎ，βλｎは、第１の実施形態と同様にして、以下の式（１７）、式（１８）で与えられる。
【数１７】
2016075831.tif 000019
【数１８】
2016075831.tif 000020
【０１２１】
ここで、関数ｆλｎは第１の被検出部群４１０についての湾曲特性情報であり、関数ｇλｎは第２の被検出部群４５０についての湾曲特性情報である。式（１６）、式（１７）、式（１８）より、以下の式（１９）が得られる。式（１９）において、左辺は任意の湾曲状態における光量情報を表し、右辺は基準光量（基準光量情報）と第１及び第２の被検出部群の湾曲特性情報との積に基づいて生成される光量推定値を表す。
【数１９】
2016075831.tif 000021
【０１２２】
基準光量Ｉλｎを決定するための基準湾曲状態には、例えば、両被検出部群４１０、４５０が直線形状である場合、すなわち被検出部群４１０、４５０の曲率が０であり曲率半径が∞である場合が採用される。なお、被検出部群４１０、４５０の角度θα、θβは便宜上０とする。被検出部群４１０、４５０が基準湾曲状態であるときの光量Ｄλｎ（０，０，０，０）は、定義より、以下の式（２０）で与えられる。
【数２０】
2016075831.tif 000022
【０１２３】
すなわち、定義より、基準光量はＩλｎであり、ｆλｎ（０，０）＝ｇλｎ（０，０）＝１である。
【０１２４】
また、関数ｆλｎ（θα，κα）及び関数ｇλｎ（θβ，κβ）は、それぞれ、式（１９）から、以下の式（２１）、式（２２）で与えられる。
【数２１】
2016075831.tif 000023
【数２２】
2016075831.tif 000024
【０１２５】
湾曲特性情報である関数ｆλｎ及び関数ｇλｎは、それぞれ、被検出部群４１０、４５０の角度θα、θβ及び曲率κα、κβを取り得る範囲で変化させることにより取得する。第１の被検出部群４１０の湾曲特性情報である関数ｆλ１（θα，κ１）、ｆλ１（θα，κ２）、ｆλ２（θα，κ１）、ｆλ２（θα，κ２）は、例えば、図１１並びに図１２と同様である。図３０は、第１の波長λ１に対して取得された湾曲特性情報ｇλ１（θβ，κ１）及び湾曲特性情報ｇλ１（θβ，κ２）の一例を示す図である。図３１は、第２の波長λ２に対して取得された湾曲特性情報ｇλ２（θβ，κ１）及び湾曲特性情報ｇλ２（θβ，κ２）の一例を示す図である。このように、波長によって振幅や位相が異なることにより、角度θβと曲率κとの導出が可能である。本実施形態において演算に使用される波長は、各被検出部４１１、４１２、４５１、４５２において吸収される波長λ１、λ２、λ３、λ４である。従って、例えば、湾曲特性情報ｆλ１（θα，κ１）、ｆλ１（θα，κ２）、ｆλ２（θα，κ１）、ｆλ２（θα，κ２）、ｆλ３（θα，κ１）、ｆλ３（θα，κ２）、ｆλ４（θα，κ１）、ｆλ４（θα，κ２）及び湾曲特性情報ｇλ１（θβ，κ１）、ｇλ１（θβ，κ２）、ｇλ２（θβ，κ１）、ｇλ２（θβ，κ２）、ｇλ３（θβ，κ１）、ｇλ３（θβ，κ２）、ｇλ４（θβ，κ１）、ｇλ４（θβ，κ２）が取得される。これら湾曲特性情報は、例えば、特徴的な波長λ１、λ２、λ３、λ４に対して曲率κ１、κ２で曲げの向きを手動で、あるいは不図示の曲げ設定機構で機械的に変化させることによって取得することができる。
【０１２６】
本実施形態では、第１の被検出部群４１０及び第２の被検出部群４５０における角度θα、θβ及び曲率κα、κβを求めるために、光検出器３２０により検出された、第１〜第４の波長λ１〜λ４における検出光量Ｄλ１〜Ｄλ４に基づいて、以下の式（２３）で表される連立式を解く。
【数２３】
2016075831.tif 000025
【０１２７】
このように、検出光量Ｄλ１〜Ｄλ４に基づいて、被検出部群４１０、４５０における角度θα、θβ及び曲率κα、κβを、すなわち湾曲情報を求めることができる。  
同様にして３箇所以上の被検出部群の湾曲情報を求めることができる。
【０１２８】
ここまで、湾曲情報推定装置が適用される装置の一例として内視鏡を挙げ、内視鏡システムについて説明してきたが、湾曲情報推定装置が組み込まれる対象は内視鏡に限定されるものではなく、被挿入体に挿入されるカテーテル、手術支援ロボット等に適用されることができる。
【０１２９】
以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でさまざまな改良及び変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３０】
１…内視鏡システム、１０…湾曲情報推定装置、１００…制御部、１０１…演算部、１１０…湾曲情報演算部、１２０…記憶部、１３０…入力部、１４０…内視鏡湾曲情報計算部、１５０…光検出器駆動部、１６０…出力部、１８０…表示部、１９０…入力機器、２１２…推定値演算部、２１４…評価値演算部、３００…センサ駆動部、３１０…光源、３２０…光検出器、３３０…光分岐部、３４０…反射防止部材、４００…センサ部、４１０…被検出部群、４２０…導光部材、４２４，４２５…光吸収体、４３０…反射部材、４４０…センサ記憶部、５００…センサ、８１０…内視鏡、８１２…挿入部、８１４…操作部、８１９…可撓部、８２０…内視鏡制御部、８２２…画像処理部。
【図１】
2016075831.tif 000026
【図２】
2016075831.tif 000027
【図３】
2016075831.tif 000028
【図４】
2016075831.tif 000029
【図５】
2016075831.tif 000030
【図６】
2016075831.tif 000031
【図７】
2016075831.tif 000032
【図８】
2016075831.tif 000033
【図９Ａ】
2016075831.tif 000034
【図９Ｂ】
2016075831.tif 000035
【図９Ｃ】
2016075831.tif 000036
【図１０】
2016075831.tif 000037
【図１１】
2016075831.tif 000038
【図１２】
2016075831.tif 000039
【図１３】
2016075831.tif 000040
【図１４】
2016075831.tif 000041
【図１５】
2016075831.tif 000042
【図１６】
2016075831.tif 000043
【図１７】
2016075831.tif 000044
【図１８】
2016075831.tif 000045
【図１９】
2016075831.tif 000046
【図２０】
2016075831.tif 000047
【図２１】
2016075831.tif 000048
【図２２】
2016075831.tif 000049
【図２３】
2016075831.tif 000050
【図２４】
2016075831.tif 000051
【図２５】
2016075831.tif 000052
【図２６】
2016075831.tif 000053
【図２７】
2016075831.tif 000054
【図２８】
2016075831.tif 000055
【図２９Ａ】
2016075831.tif 000056
【図２９Ｂ】
2016075831.tif 000057
【図３０】
2016075831.tif 000058
【図３１】
2016075831.tif 000059
【国際調査報告】
2016075831.tif 000060
2016075831.tif 000061