(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる光変調特性を有する光学部材を備えた複数の被検出部が設けられ、光源から出射された複数の波長帯域を含む光を導光する導光部材を備える可撓性の物体と、
前記導光部材を通過した前記光を検出し、前記複数の波長帯域におけるそれぞれの光量を光量情報として出力する検出部と、
前記複数の被検出部の各々についての形状と波長と前記光量との関係を表す形状特性情報を含む光量推定関係を予め記憶している記憶部と、
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、前記複数の被検出部の各々の形状を演算する形状演算部と、
を具備する、形状推定装置。
【請求項２】
前記形状特性情報の各々は、互いに独立しており、
前記複数の被検出部の各々の形状の演算は、互いに異なる複数の前記光量情報と前記光量推定値とに基づいて、前記形状特性情報の各々を算出することにより行われる、請求項１に記載の形状推定装置。
【請求項３】
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、前記複数の被検出部を所定の基準形状にした状態で取得される前記光量情報である、請求項２に記載の形状推定装置。
【請求項４】
前記所定の基準形状は、前記複数の被検出部の全てを直線状にした状態である、請求項３に記載の形状推定装置。
【請求項５】
前記被検出部の各々の形状特性情報は、前記複数の被検出部のうち形状特性情報の取得対象となる被検出部以外の被検出部を所定の基準形状にした状態で取得される前記光量情報である、請求項３に記載の形状推定装置。
【請求項６】
前記形状特性情報は、前記基準光量情報に対する光量の変化率である、請求項３に記載の形状推定装置。
【請求項７】
前記形状特性情報は、前記基準光量情報に対する光量の吸光度である、請求項３に記載の形状推定装置。
【請求項８】
複数の被検出部の各々に応じた波長についての検出される光量が前記複数の被検出部の各々の形状に応じて異なるように構成されたセンサを具備し、
前記センサは、前記物体と、前記検出部と、前記複数の波長帯域を含む光を出射する光源と、を具備する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の形状推定装置。
【請求項９】
前記光変調特性は、少なくとも光吸収特性である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の形状推定装置。
【請求項１０】
前記光学部材は、前記複数の波長帯域のそれぞれにおいて異なる光変調特性を有する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の形状推定装置。
【請求項１１】
前記波長帯域の数は、前記被検出部の数以上である、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の形状推定装置。
【請求項１２】
前記複数の波長帯域の各々は、前記複数の波長帯域のうちの他の波長帯域の一部を含む、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の形状推定装置。
【請求項１３】
前記センサは、センサ識別情報を有する、請求項８に記載の形状推定装置。
【請求項１４】
前記記憶部は、前記センサ識別情報と前記形状特性情報とを関連付けて記憶し、前記センサ識別情報に基づいて前記形状特性情報が抽出される、請求項１３に記載の形状推定装置。
【請求項１５】
前記センサは、前記形状特性情報を記憶するセンサ記憶部を有し、前記センサ記憶部から前記形状特性情報が抽出される、請求項１３に記載の形状推定装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の形状推定装置と、
挿入部を備え、前記導光部材が前記挿入部に設けられた内視鏡と、
前記光量情報に基づいて前記挿入部の形状を算出する内視鏡形状計算部と、
を具備する内視鏡システム。
【請求項１７】
互いに異なる光変調特性を有する光学部材を備えた複数の被検出部が設けられ、光源から出射された複数の波長帯域を含む光を導光する導光部材を備える可撓性の物体と、前記導光部材を通過した前記光を検出し、前記複数の波長帯域におけるそれぞれの光量を出力する検出部とを有するセンサを用いて取得された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、
前記複数の被検出部の各々についての形状と前記波長と前記光量との関係を表す形状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、前記複数の被検出部の各々の形状を演算することと、
をコンピュータに実行させる、形状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曲げ形状を推定する形状推定装置、形状推定装置を備えた内視鏡システム、形状推定方法及び形状推定のためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
可撓性を有する挿入部を備えた挿入装置に、例えば内視鏡の挿入部に組み込んでその形状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、被検出部として光変調部が設けられた光ファイバを用いた形状検出プローブが開示されている。この形状検出プローブは、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。光ファイバは、互いに異なる波長成分を有する光を伝達し、光変調部は、伝達する光の波長成分の強度等を変調する。この形状検出プローブでは、光変調部による変調の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形状、延いては光ファイバと一体的に曲がった内視鏡の形状を検出する。
【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プローブの形状をどのように導出するのかが具体的に開示されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、形状を推定することができる形状推定装置、形状推定装置を備えた内視鏡システム及び形状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、互いに異なる光変調特性を有する光学部材を備えた複数の被検出部が設けられ、光源から出射された複数の波長帯域を含む光を導光する導光部材を備える可撓性の物体と、前記導光部材を通過した前記光を検出し、前記複数の波長帯域におけるそれぞれの光量を光量情報として出力する検出部と、前記複数の被検出部の各々についての形状と波長と前記光量との関係を表す形状特性情報を含む光量推定関係を予め記憶している記憶部と、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、前記複数の被検出部の各々の形状を演算する形状演算部と、を具備する形状推定装置である。
【０００７】
本発明の他の実施形態は、上述のような形状推定装置と、挿入部を備え、前記導光部材が前記挿入部に設けられた内視鏡と、前記光量情報に基づいて前記挿入部の形状を算出する内視鏡形状計算部と、を具備する内視鏡システムである。
【０００９】
さらに、本発明の他の実施形態は、互いに異なる光変調特性を有する光学部材を備えた複数の被検出部が設けられ、光源から出射された複数の波長帯域を含む光を導光する導光部材を備える可撓性の物体と、前記導光部材を通過した前記光を検出し、前記複数の波長帯域におけるそれぞれの光量を出力する検出部とを有するセンサを用いて取得された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、前記複数の被検出部の各々についての形状と前記波長と前記光量との関係を表す形状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、前記複数の被検出部の各々の形状を演算することと、をコンピュータに実行させる、形状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、形状を推定することができる形状推定装置、形状推定装置を備えた内視鏡システム及び形状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の実施形態の形状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、センサの構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図３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４】図４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５】図５は、導光部材の光軸を含む断面図である。
【図６】図６は、図５のＡ−Ａ線に沿った導光部材の径方向の断面図である。
【図７】図７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８Ａ】図８Ａは、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８Ｂ】図８Ｂは、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８Ｃ】図８Ｃは、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９】図９は、波長と基準光量との関係の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第１の被検出部における波長と光量の変化率との関係の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、第２の被検出部における波長と光量の変化率との関係の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、第１の被検出部及び第２の被検出部の曲率と光量の変化率との関係の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、第１の被検出部及び第２の被検出部が任意の曲率で湾曲している状態を概略的に示す図である。
【図１４】図１４は、図１３の湾曲状態において光検出器によって取得される波長と光量との関係の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、波長と、第１の被検出部における光量の変化率と第２の被検出部における光量の変化率との積との関係の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、分離された第１の被検出部及び第２の被検出部における光量の変化率の一例を示す図である。
【図１７】図１７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１８】図１８は、曲率特性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、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２０】図２０は、曲率演算処理の一例を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、センサの構成の一例を示すブロック図である。
【図２２】図２２は、第１の被検出部及び第２の被検出部の曲率と吸光度との関係の一例を示す図である。
【図２３】図２３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２４】図２４は、センサの構成の一例を示すブロック図である。
【図２５】図２５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２６】図２６は、図２５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２７】図２７は、第１〜第３の被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】図２８は、第２の実施形態における形状演算部の一例を示すブロック図である。
【図２９】図２９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。
【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の実施形態の形状推定装置１０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、形状推定装置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、内視鏡先端側の細長い管状部分であり、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は湾曲自在であり、例えば、被挿入体の湾曲形状に沿って湾曲する。操作部８１４は、上述の湾曲操作を初めとする内視鏡８１０の各種操作を行う。
【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、内視鏡８１０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】
形状推定装置１０は、内視鏡８１０の挿入部８１２の、特に湾曲部８１７や可撓管部８１８の湾曲形状を推定するための装置である。形状推定装置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。
【００１６】
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８１０により取得された画像を表示する。また、表示部１８０は、形状推定装置１０の制御部１００に接続され、形状推定装置１０により得られた内視鏡８１０の挿入部８１２の形状の情報を表示する。
【００１７】
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、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、形状推定装置１０の制御部１００に接続される。入力機器１９０は、ユーザが形状推定装置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。また、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。
【００１８】
次に、形状推定装置１０のセンサ５００について説明する。図２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。
【００１９】
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。
【００２０】
図３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、センサ部４００の後述する第１の被検出部４１１の光吸収体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７参照）。同様に、第２の波長λ２は、センサ部４００の後述する第２の被検出部４１２の光吸収体が吸収するスペクトルの特徴的な波長である。
【００２１】
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。
【００２２】
図４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制御部１００に出力する。
【００２３】
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。
【００２４】
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センサ部４００の後述する導光部材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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、内視鏡８１０の挿入部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の被検出部４１０は、挿入部８１２のうち形状を算出したい領域にわたって、例えば湾曲部８１７や可撓管部８１８に配置されている。
【００２７】
導光部材４２０には、複数の被検出部４１０が設けられている。被検出部４１０は、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を含むことができる。ここでｍは任意の数である。これら被検出部４１０は、導光部材４２０の長手方向（光軸方向）において異なる位置に、すなわち互いに間隔を空けて配置されている。以下では、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である２つの被検出部４１０が設けられているものとして説明を続ける。
【００２８】
図５は、導光部材４２０の光軸を含む断面図である。図６は、図５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。
【００２９】
被検出部４１０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上に光吸収体４２９を設けることにより形成されている。複数の被検出部４１０には、それぞれ、波長毎の光吸収率が異なる、すなわち異なる光変調特性を有する光吸収体４２９が用いられる。以下では、第１の被検出部４１１に設けられた光吸収体４２９を第１の光吸収体、第２の被検出部４１２に設けられた光吸収体４２９を第２の光吸収体と称する。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。
【００３０】
図７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７において、実線は第１の光吸収体の吸光特性を示し、破線は第２の光吸収体の吸光特性を示している。図７に示されるように、異なる被検出部４１０に設けられた光吸収体は、互いに異なる吸光特性を有している。
【００３１】
なお、コア４２３と光吸収体４２９とが接する面積や光吸収体の屈折率、吸光特性によっては、図７に示される第２の光吸収体の吸収率のように、発光波長領域全体にわたってある程度の吸収が生じる場合がある。このような場合であっても、各被検出部４１０における後述する変化率を考えることにより、各被検出部４１０の曲率が求められる。
【００３２】
被検出部４１０の湾曲と導光部材４２０を導光する光の伝達量との関係について説明する。図８Ａ乃至図８Ｃは、導光部材４２０の被検出部４１０付近を導光する光を概略的に示す図である。導光部材４２０が直線状態の場合には、図８Ｂ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４２９に吸収される。これに対して、導光部材４２０が光吸収体４２９が内側にくるように湾曲した場合には、光吸収体４２９に当たる光が減少するため、光吸収体４２９による光の吸収量が小さくなる（図８Ａ）。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４１０が外側にくるように湾曲した場合には、光吸収体４２９に当たる光が増加するため、光吸収体４２９による光の吸収量が大きくなる（図８Ｃ）。従って、導光部材４２０を導光する光の伝達量が減少する。
【００３３】
このように、被検出部４１０の湾曲に応じて、導光部材４２０を導光する光の量が変化する。以下の説明では、図８Ａに示されるような、導光部材４２０による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８Ｃに示されるような、導光部材４２０による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。
【００３４】
再び図２を参照すると、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。
【００３５】
次に、形状推定装置１０の制御部１００について、再び図１を参照して説明する。制御部１００は、例えばパーソナルコンピュータである電子計算機によって構成されている。制御部１００は、演算部１０１と、内視鏡形状計算部１４０と、光検出器駆動部１５０と、出力部１６０とを有している。
【００３６】
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、形状演算部１１０とを有している。
【００３７】
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形状演算部１１０に伝達する。また、入力部１３０には、被検出部４１０の後述する形状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、これら入力された信号を光検出器駆動部１５０又は形状演算部１１０に伝達する。
【００３８】
記憶部１２０は、形状演算部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４１０の後述する形状特性情報を含む光量推定関係等を記憶している。
【００３９】
形状演算部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、各被検出部４１０の形状を算出する。形状演算部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。形状演算部１１０は、入力部１３０を介して取得した光量情報と、光量推定値とに基づいて各被検出部４１０の形状を算出する。形状演算部１１０は、算出した被検出部４１０の形状を内視鏡形状計算部１４０及び出力部１６０に伝達する。また、形状演算部１１０は、光検出器３２０のゲイン等、形状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。
【００４０】
内視鏡形状計算部１４０は、例えばＣＰＵやＡＳＩＣなどを含む。内視鏡形状計算部１４０は、形状演算部１１０で算出された各被検出部４１０の形状に基づいて、被検出部４１０が配置されている内視鏡８１０の挿入部８１２の形状を算出する。算出された挿入部８１２の形状は、出力部１６０に伝達される。なお、内視鏡形状計算部１４０は、形状演算部１１０に組み込まれていてもよい。
【００４１】
光検出器駆動部１５０は、入力部１３０や形状演算部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を介して取得した入力機器１９０へ入力され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、形状演算部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。
【００４２】
出力部１６０は、形状演算部１１０から取得した被検出部４１０の形状や内視鏡形状計算部１４０から取得した挿入部８１２の形状を表示部１８０に出力する。また、出力部１６０は、形状演算部１１０から取得した被検出部４１０の形状や内視鏡形状計算部１４０から取得した挿入部８１２の形状を内視鏡制御部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。
【００４３】
本実施形態の内視鏡システム１及び形状推定装置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の先端硬質部８１６に設けられた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、内視鏡画像を作成する。画像処理部８２２は、作成した内視鏡画像を表示部１８０に表示させる。
【００４４】
ユーザが内視鏡８１０の挿入部８１２の形状を表示部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の形状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、形状推定装置１０が動作する。
【００４５】
形状推定装置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減少する。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。
【００４６】
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から形状演算部１１０で取得されて、形状演算部１１０が各被検出部４１０の形状を算出する。
【００４７】
形状演算部１１０で算出された各被検出部４１０の形状の情報は、内視鏡形状計算部１４０で取得される。内視鏡形状計算部１４０は、被検出部４１０の形状に基づいて、内視鏡８１０の挿入部８１２の形状を算出する。
【００４８】
形状演算部１１０で算出された各被検出部４１０の形状や内視鏡形状計算部１４０で算出された挿入部８１２の形状の情報は、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、被検出部４１０や挿入部８１２の形状の情報に基づいて内視鏡８１０の動作を制御する。
【００４９】
また、形状演算部１１０で算出された各被検出部４１０の形状や内視鏡形状計算部１４０で算出された挿入部８１２の形状は、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形状演算部１１０で算出された各被検出部４１０の形状の情報が、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、形状推定装置１０によれば、演算部１０１により各被検出部４１０の形状が取得される。さらに、取得された被検出部４１０の形状に基づいて内視鏡形状計算部１４０が内視鏡８１０の挿入部８１２の形状を算出する。これにより、ユーザが内視鏡８１０の操作中に各被検出部４１０や挿入部８１２の形状（曲率あるいは曲げ量）を把握することができる。また、内視鏡制御部８２０が、算出された各被検出部４１０や挿入部８１２の形状に応じて内視鏡８１０の動作を適切に制御することができる。
【００５２】
本実施形態の形状推定装置１０において演算部１０１で行われる演算について説明する。まず、形状推定装置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の光についての光量Ｄλｎは、以下の式（１）で与えられる。
【００５３】
【数１】
0006322495.tif 000002
【００５４】
ここで、Ｅλｎは光源３１０から射出される波長λｎの光についての光量であり、Ａλｎは第１の光吸収体における波長λｎの光の吸収率であり、Ｂλｎは第２の光吸収体における波長λｎの光の吸収率であり、Ｌλｎ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４１０以外の部材による波長λｎの光の吸収率である。
【００５５】
射出光量Ｅλｎ及び吸収率Ｌλｎは、被検出部４１０の形状に依存しない。従って、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、各被検出部４１０が基準となる所定の形状（以下、基準形状と称する）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、第１の被検出部４１１以外の全ての被検出部４１０（ここでは第２の被検出部４１２）が基準形状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と基準光量Ｉλｎとの比を第１の被検出部４１１における変化率αλｎとする。また、第２の被検出部４１２以外の全ての被検出部４１０（ここでは第１の被検出部４１１）が基準形状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と基準光量Ｉλｎとの比を第２の被検出部４１２における変化率βλｎとする。このとき、光量Ｄλｎは、以下の式（２）で与えられる。
【００５６】
【数２】
0006322495.tif 000003
【００５７】
ところで、各被検出部４１０の光吸収体４２９における光の吸収率は、各被検出部４１０の形状、例えば曲率κに応じて変化する。従って、第１の被検出部４１１における変化率αλｎは、以下の式（３）で与えられる。
【００５８】
【数３】
0006322495.tif 000004
【００５９】
ここで、καは第１の被検出部４１１の曲率であり、関数ｆλｎは第１の被検出部４１１についての曲率特性情報である。
【００６０】
同様に、第２の被検出部４１２における変化率βλｎは、以下の式（４）で与えられる。
【００６１】
【数４】
0006322495.tif 000005
【００６２】
ここで、κβは第２の被検出部４１２の曲率であり、関数ｇλｎは第２の被検出部４１２についての曲率特性情報である。
【００６３】
式（２）、式（３）、式（４）より、以下の式（５）が得られる。式（５）において、左辺は任意の形状における光量情報を表し、右辺は基準光量情報と曲率特性情報とに基づいて生成される光量推定値を表す。
【００６４】
【数５】
0006322495.tif 000006
【００６５】
基準光量Ｉλｎを決定するための基準形状には、例えば、各被検出部４１０が全て直線形状である場合、すなわち第１の被検出部４１１及び第２の被検出部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、基準形状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。また、基準形状は、全ての被検出部４１０について同じ形状でなくてもよく、各被検出部４１０について任意の形状としてもよい。以下、基準形状として全ての被検出部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。
【００６６】
図９は、波長と基準光量との関係の一例を示す図である。全ての被検出部４１０が基準形状であるとき、すなわちκα＝０、κβ＝０のときの光量Ｄλｎ（０，０）は、定義より、以下の式（６）で与えられる。
【００６７】
【数６】
0006322495.tif 000007
【００６８】
すなわち、定義より、基準光量はＩλｎであり、ｆλｎ（０）＝１であり、ｇλｎ（０）＝１である。
【００６９】
曲率特性情報である関数ｆλｎ及び関数ｇλｎは、対象となる被検出部以外の形状を基準形状にした状態で、対象となる被検出部の曲率を取り得る範囲で変化させることにより取得する。図１０は、取得された曲率特性情報ｆλｎ（κα）の一例を示す図である。ここで、曲率καは、κ１１＜κ１２＜０＜κ１３＜κ１４である。また、図１１は、取得された曲率特性情報ｇλｎ（κβ）の一例を示す図である。ここで、曲率κβは、κ２１＜κ２２＜０＜κ２３＜κ２４である。図１０並びに図１１には、それぞれ、４つの曲率に対する曲率特性情報が示されている。しかしながら、取得される曲率特性情報はこれらに限定されるものではなく、さまざまな曲率に対して、発光波長領域内での波長と変化率との関係が取得される。
【００７０】
このように、曲率καと変化率αλｎとの関係を表す第１の被検出部４１１の曲率特性情報ｆλｎ（κα）及び曲率κβと変化率βλｎとの関係を表す第２の被検出部４１２の曲率特性情報ｇλｎ（κβ）が得られる。図１２は、かくして得られた第１の被検出部４１１及び第２の被検出部４１２の曲率と変化率との関係である曲率特性情報の一例を示す図である。
【００７１】
なお、関数ｆλｎ（κα）は、式（５）から、以下の式（７）で与えられる。
【００７２】
【数７】
0006322495.tif 000008
【００７３】
同様に、関数ｇλｎ（κβ）は、以下の式（８）で与えられる。
【００７４】
【数８】
0006322495.tif 000009
【００７５】
曲率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の設置時等に予め取得され、記憶部１２０に予め記憶される。また、曲率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。
【００７６】
次に、形状推定装置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。図１３は、センサ部４００の第１の被検出部４１１及び第２の被検出部４１２がそれぞれ任意の曲率κα、κβで湾曲している状態を概略的に示す図である。図１４は、図１３の湾曲状態において光検出器３２０によって取得された波長と光量との関係の一例を示す図である。
【００７７】
式（５）より、光検出器３２０により検出された光量Ｄ（κα，κβ）は、図９に示される予め取得した基準光量Ｉと、第１の被検出部４１１及び第２の被検出部４１２における変化率の積ｆ（κα）×ｇ（κβ）とを乗じたものに等しい。図１５は、このような変化率の積、すなわち、波長と、第１の被検出部４１１における光量の変化率と第２の被検出部４１２における光量の変化率との積との関係の一例を示す図である。
【００７８】
ここで、各被検出部における光量の変化率は、互いに独立している。従って、この変化率の積ｆ（κα）×ｇ（κβ）を各被検出部４１１、４１２の変化率ｆ（κα）、ｇ（κβ）に分離できれば、光量Ｄ（κα，κβ）から各曲率κα、κβを求めることができる。言い換えれば、互いに独立した複数の曲率特性情報が混在した状態から各曲率特性情報を算出することができれば、各被検出部における形状を求めることができる。図１６は、分離された第１の被検出部４１１における光量の変化率ｆ（κα）及び第２の被検出部４１２における光量の変化率ｇ（κβ）の一例を示す図である。
【００７９】
本実施形態では、第１の被検出部４１１の曲率κα及び第２の被検出部４１２の曲率κβ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。
【００８０】
【数９】
0006322495.tif 000010
【００８１】
基準光量Ｉλ１、Ｉλ２及び曲率特性情報fλ1、fλ２、gλ1、ｇλ２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、光量Ｄλ１、Ｄλ２に基づいて、第１の被検出部の曲率κα及び第２の被検出部４１２の曲率κβ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、各被検出部の形状が求められる。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。
【００８２】
また、各被検出部の形状を表すパラメータを曲率とし、曲率特性情報を用いた形状推定演算について説明してきたが、パラメータは曲率に限定されるものではなく、例えば、曲率半径など、各被検出部の形状を表す他のパラメータ、及びそれに対応する形状特性情報を用いた形状推定演算を採用することができる。
【００８３】
図１７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、曲率特性情報が記憶部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が曲率特性情報を取得する。
【００８４】
図１８は、曲率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。
【００８５】
図１９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４１０を基準形状に、本実施形態では、全ての被検出部４１０を直線形状に設定する。なお、全ての被検出部４１０を手動で基準形状に設定する場合には、ステップＳ２１１において、制御部１００が、全ての被検出部４１０が基準形状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が基準形状での光量情報Ｉλを取得する（式（６））。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。
【００８６】
図１８を再び参照して、ステップＳ２２において、制御部１００が各被検出部４１０についての曲率特性情報を、すなわち、本実施形態では第１の被検出部４１１についての曲率特性情報fλｎ（κα）及び第２の被検出部４１２についての曲率特性情報gλｎ（κβ）を取得する（式（７）、式（８））。さらに、ステップＳ２３において、取得した曲率特性情報が記憶部１２０に記憶される。そして、曲率特性情報の取得が終了する。
【００８７】
図１７を再び参照して、ステップＳ２における曲率特性情報の取得後、あるいは、ステップＳ１において曲率特性情報が記憶部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、曲率特性情報の取得が内視鏡システム１の工場出荷時や設置時に行われている場合である。
【００８８】
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。
【００８９】
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が各被検出部４１０の曲率演算を行う。
【００９０】
図２０は、曲率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、形状演算部１１０が記憶部１２０から基準光量情報Ｉλ及び曲率特性情報fλｎ（κα）、gλｎ（κβ）を読み出す。そして、ステップＳ５２において、形状演算部１１０が、入力部１３０を介して光検出器３２０により任意の形状での光量情報Ｄλｎを取得する。さらに、ステップＳ５３において、形状演算部１１０が、光量情報Ｄλｎ、基準光量情報Ｉλ及び曲率特性情報fλｎ（κα）、gλｎ（κβ）から、上述したようにして各曲率κα、κβを求める（式（９））。そして、ステップＳ５４において、形状演算部１１０が、求めた各曲率κα、κβを出力部１６０に伝達する。そして、曲率演算が終了する。
【００９１】
再び図１７を参照して、ステップＳ５における曲率演算処理後、ステップＳ６に進む。ステップＳ６において、制御部１００は、曲率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。
【００９２】
なお、曲率特性は被検出部４１０の光吸収体４２９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曲率特性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。
【００９３】
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、複数の被検出部４１０が設けられており、これら被検出部４１０の各々の形状を推定するために、被検出部４１０の数以上の波長が用いられる。各被検出部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に予め記憶された形状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４１０や内視鏡８１０の挿入部８１２の形状を推定する。このように、本実施形態によれば、形状を推定することができる形状推定装置を提供することができる。
【００９４】
また、本実施形態によれば、曲率を求めるために被検出部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曲率演算を行うことができる。
【００９５】
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４１０との距離の情報は、曲率演算に必要とされない。従って、光源３１０と被検出部４１０との位置関係を考慮することなく、曲率演算を行うことができる。
【００９６】
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４１０の曲げ量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。
【００９７】
第１の実施形態は、以下のような態様であってもよい。
【００９８】
（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。
【００９９】
（第２の態様）  
図２１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、センサ識別情報や曲率特性情報が、例えば工場出荷時や機器設置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、曲率特性情報の取得においても、図１９のステップＳ２１３で曲率特性情報をセンサ記憶部４４０に記憶させる。
【０１００】
また、他の制御部との接続を行った場合（記憶部１２０に曲率特性情報が存在しない場合）に図１７のステップＳ２において曲率特性情報の取得を行う代わりに、センサ記憶部４４０から曲率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、曲率特性を改めて取得する必要がない。
【０１０１】
複数のセンサ部を使用する環境においては、図１７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、曲率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、曲率特性情報（複数のセンサ部の各々の曲率特性情報）が記憶部１２０に記憶されていることが前提となる。
【０１０２】
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１７のフローに従って処理を行ってもよい。
【０１０３】
第２の態様によれば、センサ識別情報から曲率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曲率特性情報を抽出することができる。従って、曲率特性を改めて取得する必要がない。
【０１０４】
（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。
【０１０５】
【数１０】
0006322495.tif 000011
【０１０６】
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、各被検出部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、第１の被検出部４１１及び第２の被検出部４１２の曲率特性情報は、それぞれ、式（３）及び式（４）の対数を取った以下の式（１１）及び式（１２）とする。
【０１０７】
【数１１】
0006322495.tif 000012
【０１０８】
【数１２】
0006322495.tif 000013
【０１０９】
図２２は、上述のようにして対数を取った場合の第１の被検出部４１１及び第２の被検出部４１２の曲率と吸光度との関係である曲率特性情報の一例を示す図である。また、式（１０）、式（１１）、式（１２）より、以下の式（１３）が得られる。
【０１１０】
【数１３】
0006322495.tif 000014
【０１１１】
第３の態様によれば、各被検出部４１０の変化率の積を各被検出部の変化率の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。
【０１１２】
（第４の態様）  
図２３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。形状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２３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。
【０１１３】
本態様によれば、形状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。
【０１１４】
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。各被検出部の曲率特性情報が互いに独立であるため、波長帯域が他の波長帯域の一部を含んでいても各被検出部の曲率を求めることが可能である。
【０１１５】
（第５の態様）  
図２４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、複数の被検出部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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
（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。
【０１１８】
図２５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２５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２６は、図２５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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
（変形例）  
以下、第１の実施形態の変形例として、第１の被検出部及び第２の被検出部に加えて第３の被検出部が設けられている場合、すなわち被検出部の数が３である場合の曲率演算について説明する。第３の被検出部に設けられた光吸収体を第３の光吸収体と称する。
【０１２１】
図２７は、第１の光吸収体、第２の光吸収体及び第３の被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１の光吸収体及び第２の光吸収体については、図７と同様であるため、その説明は省略する。図２７において、１点鎖線は第３の光吸収体の吸光特性を示している。第３の波長λ３は、第３の光吸収体が吸収するスペクトルの特徴的な波長である。特徴的な波長とは、例えば吸収が極大となる波長である。第３の光吸収体の吸光特性は、第１の光吸収体及び第２の光吸収体の吸光特性とは異なっている。
【０１２２】
第３の被検出部における変化率γλｎは、他の被検出部の変化率と同様にして、以下の式（１５）で与えられる。
【０１２３】
【数１４】
0006322495.tif 000015
【０１２４】
ここで、κγは第３の被検出部の曲率であり、関数ｈλｎは第３の被検出部についての曲率特性情報である。基準形状には、例えば、３つ全ての被検出部が直線形状である場合が採用される。演算に使用される波長は、各被検出部において吸収される特徴的な波長λ１、λ２、λ３とする。
【０１２５】
式（９）を式（１６）に書き換えることで各被検出部の曲率κα、κβ、κγを求めることができる。
【０１２６】
【数１５】
0006322495.tif 000016
【０１２７】
被検出部の数が４以上の場合であっても、同様にして各被検出部の曲率を求めることができる。
【０１２８】
［第２の実施形態］  
本発明の第２の実施形態について、図２８並びに図２９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。
【０１２９】
図２８は、第２の実施形態における形状演算部１１０ａの一例を示すブロック図である。形状演算部１１０ａは、推定値演算部２１２と、形状最適化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、各被検出部４１０の形状を最適化するための演算を行う。
【０１３０】
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、各被検出部の変化率ｆλ３、ｇλ３を用いて、各被検出部４１０の曲率を推定する。図２９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。
【０１３１】
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（１６）は、任意の形状における光量情報の値と推定光量値との差である。
【０１３２】
【数１６】
0006322495.tif 000017
【０１３３】
本実施形態では、図２０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光量情報との差が小さくなるように、各被検出部４１０の曲率を最適化する。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各被検出部４１０の曲率を決定する。評価値Ｊは、以下の式（１７）で与えられる。
【０１３４】
【数１７】
0006322495.tif 000018
【０１３５】
また、例えば、以下の式（１８）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。
【０１３６】
【数１８】
0006322495.tif 000019
【０１３７】
重み付け係数ｗｎの設定においては、例えば、各被検出部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。
【０１３８】
本実施形態によれば、形状最適化部としての評価値演算部２１４が最適化演算を行うことにより、各被検出部４１０の形状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形状推定装置を提供することができる。
【０１３９】
なお、形状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、形状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。
【０１４０】
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】
【０１４１】
１…内視鏡システム、１０…形状推定装置、１００…制御部、１０１…演算部、１１０…形状演算部、１２０…記憶部、１３０…入力部、１４０…内視鏡形状計算部、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、４２０…導光部材、４２９…光吸収体、４３０…反射部材、５００…センサ、８１０…内視鏡、８１２…挿入部、８１４…操作部、８２０…内視鏡制御部、８２２…画像処理部。
【図１】
0006322495.tif 000020
【図２】
0006322495.tif 000021
【図３】
0006322495.tif 000022
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006322495.tif 000026
【図８Ａ】
0006322495.tif 000027
【図８Ｂ】
0006322495.tif 000028
【図８Ｃ】
0006322495.tif 000029
【図９】
0006322495.tif 000030
【図１０】
0006322495.tif 000031
【図１１】
0006322495.tif 000032
【図１２】
0006322495.tif 000033
【図１３】
0006322495.tif 000034
【図１４】
0006322495.tif 000035
【図１５】
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【図１６】
0006322495.tif 000037
【図１７】
0006322495.tif 000038
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
0006322495.tif 000046
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
0006322495.tif 000049
【図２９】
0006322495.tif 000050