(57)【要約】【課題】  内視鏡の挿入管の形状を正確に検出する。【解決手段】  受光ユニット４０は、曲率用ＰＤ、参照用ＰＤ、補償回路、およびＲＯＭを有する。曲率用ＰＤは曲率検出用ファイバ２６から出射される光に応じた曲率信号を生成する。参照用ＰＤは参照用ファイバ２７から出射される光に応じた参照信号を生成する。ＲＯＭに曲率信号を補正するためのゲインとドリフトとを記憶する。曲率信号、参照信号、ゲイン、およびドリフトを補償回路に入力する。補償回路は参照信号、ゲイン、およびドリフトに基づいて曲率信号を補正信号に変換する。【選択図】        図２
2007044415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡の挿入管に沿って先端まで延びるように配置可能で、光を出射するための供給用出射部と光を入射するための供給用入射部とを有し、光を前記供給用入射部から前記供給用出射部へ伝達する供給用光伝達手段と、
前記挿入管に沿って前記先端まで延びるように配置可能で、光を入射するための検出用入射部と光を出射するための検出用出射部とを有し、光を前記検出量入射部から前記検出用出射部まで伝達可能で、曲がり角度に応じて光の伝達量が変化する検出用光伝達手段と、
前記供給用出射部と前記検出用入射部とを一体的に覆うフィルタと、
前記検出用出射部から出射する光を受光し、受光量に応じた電気信号である曲率信号を出力する第１の光電変換手段と、
前記曲がり角度に応じて実際に出力される前記曲率信号を、前記曲がり角度と所定の対応関係となるように設計される信号強度である補正信号に変換させる補正手段とを備える
ことを特徴とする内視鏡挿入形状検出ユニット。
【請求項２】
前記所定の対応関係は、前記補正信号の信号強度が前記曲がり角度に対して線形性を有する関係であり、
前記補正手段は、前記曲率信号に乗じるゲイン、または前記曲がり角度が実質的にゼロであるときの前記曲率信号と前記補正信号の信号強度のズレを修正するために前記曲率信号に加算または減算するドリフトの少なくとも一方を調整することにより、前記曲率信号を前記補正信号に変換する
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入形状検出ユニット。
【請求項３】
前記ゲインまたは前記ドリフトの少なくとも一方を設定するための入力手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡挿入形状検出ユニット。
【請求項４】
前記補正手段において用いる前記ゲインまたは前記ドリフトを記憶する記憶手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡挿入形状検出ユニット。
【請求項５】
前記挿入管に沿って前記先端まで延びるように配置可能で、光を入射するための参照用入射部と光を出射するための参照用出射部とを有し、光を前記参照用入射部から前記参照用出射部まで伝達する参照用光伝達手段と、
前記参照用出射部から出射する光の受光量に応じた電気信号である参照信号を出力する第２の光電変換手段とを備え、
前記フィルタは、前記参照用入射部を覆い、
前記補正手段が、前記参照信号に基づいて、前記曲率信号に及ぼされる前記第１の光電変換手段の温度変化による影響または前記曲率信号に及ぼされる前記第１の光電変換手段の経時変化による影響を除去する
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡挿入形状検出ユニット。
【請求項６】
前記供給用光伝達手段は、第１の波長帯域の光である第１の光と前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の波長の光である第２の光とを伝達可能であり、
前記検出用光伝達手段は、少なくとも前記第１の光を伝達可能であり、
前記フィルタは前記第１の光を反射し、前記第２の光を透過し、
前記フィルタを透過した前記第２の光によって、前記挿入管の先端付近を照明可能である
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の内視鏡挿入形状検出ユニット。
【請求項７】
光を出射するための供給用出射部と光を入射するための供給用入射部とを有し、光を前記供給用入射部から前記供給用出射部へ伝達する供給用光伝達手段と、
前記供給用光伝達手段に沿って延び、光を入射するための検出用入射部と光を出射するため検出用出射部とを有し、光を前記検出量入射部から前記検出用出射部まで伝達可能で、曲がり角度に応じて光の伝達量が変化する検出用光伝達手段と、
前記供給用出射部と前記検出用入射部とを一体的に覆うミラーと、
前記検出用出射部から出射する光の受光量に応じた電気信号である曲率信号を出力する第１の光電変換手段と、
前記曲がり角度に応じて実際に出力される前記曲率信号を、前記曲がり角度と所定の対応関係となるように設計される信号強度である補正信号に変換させる補正手段とを備え、
前記供給用光伝達手段および前記検出用光伝達手段を内視鏡の吸引または鉗子チャンネルに、前記ミラー側が前記内視鏡の挿入管の先端側になるように挿入可能である
ことを特徴とする内視鏡挿入形状検出プローブ。
【請求項８】
可撓性を有する挿入管と、
前記挿入管に沿って先端まで延び、光を出射するための供給用出射部と光を入射するための供給用入射部とを有し、光を前記供給用入射部から前記供給用出射部へ伝達する供給用光伝達手段と、
前記挿入管に沿って前記先端まで延び、光を入射するための検出用入射部と光を出射するため検出用出射部とを有し、光を前記検出量入射部から前記検出用出射部まで伝達可能で、曲がり角度に応じて光の伝達量が変化する検出用光伝達手段と、
前記供給用出射部と前記検出用入射部とを一体的に覆うフィルタと、
前記検出用出射部から出射する光の受光量に応じた電気信号である曲率信号を出力する第１の光電変換手段と、
前記曲がり角度に応じて実際に出力される前記曲率信号を、前記曲がり角度と所定の対応関係となるように設計される信号強度である補正信号に変換させるための係数を記憶する記憶手段とを備える
ことを特徴とする内視鏡。
【請求項９】
前記供給用光伝達手段は、第１の波長帯域の光である第１の光と前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の波長の光である第２の光とを伝達可能であり、
前記検出用光伝達手段は、少なくとも前記第１の光を伝達可能であり、
前記フィルタは前記第１の光を反射し、前記第２の光を透過し、
前記フィルタを透過した前記第２の光によって、前記挿入管の先端付近を照明可能である
ことを特徴とする請求項８に記載の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡の使用時の挿入管の形状を検知する内視鏡挿入形状検出ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内視鏡の使用時の挿入管の形状を検出することが求められている。側面に光吸収部を設けた光ファイバを用いて内視鏡の挿入管の形状を検出することが、本件出願人により提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
光ファイバによる形状検出について、簡潔に説明する。光ファイバの曲がり角度に応じて光ファイバの側面に設けた光吸収部への光の入射量が変わり、光ファイバによって伝達される光の伝達量が変わる。一定の光量の光を入射した光ファイバから出射される光をフォトダイオードで受光し、受光量に応じた電気信号によって、曲がり角度が求められる。複数の箇所での曲がり角度を求めて、光ファイバ全体の形状が検出可能になる。
【０００４】
ところで、形状を正確に検出するためには、曲がり角度に応じて出力される電気信号の信号強度が所定の関係にあることが必要である。しかし、光ファイバとフォトダイオードとによって構成される組から出力される電気信号と実際の曲がり角度との対応関係は、光ファイバ毎の光吸収部の光の吸収量の違いや、フォトダイオード毎の出力特性の違いなどにより、組毎に異なっている。そのため、形状を正確に検出することが困難であった。
【特許文献１】特開２００３−０５２６１４号公報
【特許文献２】特開２００３−０７０７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明では内視鏡の挿入管の形状を正確に検出することが可能な内視鏡挿入形状検出ユニットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内視鏡挿入形状検出ユニットは、内視鏡の挿入管に沿って先端まで延びるように配置可能で光を出射するための供給用出射部と光を入射するための供給用入射部とを有し光を供給用入射部から供給用出射部へ伝達する供給用光伝達手段と、挿入管に沿って先端まで延びるように配置可能で光を入射するための検出用入射部と光を出射するため検出用出射部とを有し光を検出量入射部から検出用出射部まで伝達可能で曲がり角度に応じて光の伝達量が変化する検出用光伝達手段と、供給用出射部と検出用入射部とを一体的に覆うフィルタと、検出用出射部から出射する光を受光し受光量に応じた電気信号である曲率信号を出力する第１の光電変換手段と、曲がり角度に応じて実際に出力される曲率信号を曲がり角度と所定の対応関係となるように設計される信号強度である補正信号に変換させる補正手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
なお、所定の対応関係は補正信号の信号強度が曲がり角度に対して線形性を有する関係であり、補正手段は曲率信号に乗じるゲインまたは曲がり角度が実質的にゼロであるときの曲率信号と補正信号の信号強度のズレを修正するために曲率信号に加算または減算するドリフトの少なくとも一方を調整することにより曲率信号を補正信号に変換することが好ましい。
【０００８】
また、ゲインまたは前記ドリフトの少なくとも一方を設定するための入力手段を備えることが好ましい。
【０００９】
また、補正手段において用いるゲインまたはドリフトを記憶する記憶手段を備えることが好ましい。
【００１０】
また、挿入管に沿って先端まで延びるように配置可能で光を入射するための参照用入射部と光を出射するため参照用出射部とを有し光を参照用入射部から参照用出射部まで伝達する参照用光伝達手段と、参照用出射部から出射する光の受光量に応じた電気信号である参照信号を出力する第２の光電変換手段とを備え、フィルタは参照用入射部を覆い、補正手段が参照信号に基づいて曲率信号に及ぼされる第１の光電変換手段の温度変化による影響または曲率信号に及ぼされる第１の光電変換手段の経時変化による影響を除去することが好ましい。
【００１１】
また、供給用光伝達手段は第１の波長帯域の光である第１の光と第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の波長の光である第２の光とを伝達可能であり、検出用光伝達手段は少なくとも第１の光を伝達可能であり、フィルタは第１の光を反射し第２の光を透過し、フィルタを透過した第２の光によって挿入管の先端付近を照明可能であることが好ましい。
【００１２】
本発明の内視鏡挿入形状検出プローブは、光を出射するための供給用出射部と光を入射するための供給用入射部とを有し光を供給用入射部から供給用出射部へ伝達する供給用光伝達手段と、供給用光伝達手段に沿って延び光を入射するための検出用入射部と光を出射するため検出用出射部とを有し光を検出量入射部から検出用出射部まで伝達可能で曲がり角度に応じて光の伝達量が変化する検出用光伝達手段と、供給用出射部と検出用入射部とを一体的に覆うフィルタと、検出用出射部から出射する光の受光量に応じた電気信号である曲率信号を出力する第１の光電変換手段と、曲がり角度に応じて実際に出力される曲率信号を曲がり角度と所定の対応関係となるように設計される信号強度である補正信号に変換させる補正手段とを備え、供給用光伝達手段および検出用光伝達手段を内視鏡の吸引または鉗子チャンネルにフィルタ側が内視鏡の挿入管の先端側になるように挿入可能であることを特徴としている。
【００１３】
本発明の内視鏡は可撓性を有する挿入管と、挿入管に沿って先端まで延び光を出射するための供給用出射部と光を入射するための供給用入射部とを有し光を供給用入射部から供給用出射部へ伝達する供給用光伝達手段と、挿入管に沿って先端まで延び光を入射するための検出用入射部と光を出射するため検出用出射部とを有し光を検出量入射部から検出用出射部まで伝達可能で曲がり角度に応じて光の伝達量が変化する検出用光伝達手段と供給用出射部と検出用入射部とを一体的に覆うフィルタと、検出用出射部から出射する光の受光量に応じた電気信号である曲率信号を出力する第１の光電変換手段と、曲がり角度に応じて実際に出力される曲率信号を曲がり角度と所定の対応関係となるように設計される信号強度である補正信号に変換させるための係数を記憶する記憶手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光の損失を利用した形状検出用のファイバおよびフォトダイオードの出力特性によらず内視鏡挿入形状の正確な検出が可能となる。また、内視鏡使用環境の温度変化やフォトダイオードの出力特性に経時変化によらず内視鏡挿入形状の正確な検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
まず、内視鏡挿入形状検出ユニットを有する内視鏡システムの全体構成について図１を用いて簡潔に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態を適用した内視鏡挿入形状検出ユニットを有する内視鏡システムの外観図である。
【００１７】
内視鏡システム１０は、電子内視鏡２０、内視鏡プロセッサ５０、およびモニタ８０によって構成される。電子内視鏡２０は、コネクタ２１を介して内視鏡プロセッサ５０に接続される。モニタ８０もコネクタ（図示せず）を介して内視鏡プロセッサ５０に接続される。
【００１８】
電子内視鏡２０の挿入管２２の先端近辺の被写体（図示せず）は、電子内視鏡２０内部を通るライトガイド（図示せず）を介して内視鏡プロセッサ５０に設けられる光源（図示せず）から照明光が照射される。照明光が照射される被写体は、電子内視鏡２０の挿入管２２の先端に設けられるＣＣＤ等の撮像素子（図示せず）により撮像される。
【００１９】
撮像された画像は映像信号として内視鏡プロセッサ５０に送られる。内視鏡プロセッサ５０に送られた映像信号は所定の処理が行われた後、モニタ８０に送られ、そこで被写体像が表示される。
【００２０】
次に図２を用いて、電子内視鏡２０の内部構成について説明する。図２は、電子内視鏡２０の内部構成を概略的に示すブロック図である。
【００２１】
電子内視鏡２０は、本体２３、挿入管２２、ケーブル２４、およびコネクタ２１によって構成される。挿入管２２は、本体２３から延ばされるように取り付けられる。コネクタ２１は、ケーブル２４を介して本体２３に取り付けられる。
【００２２】
ライトガイド２５が、コネクタ２１から挿入管２２に沿って先端まで延ばされるように設けられる。ライトガイド２５の周囲には図３に示すようにライトガイド２５を芯にして取り囲むように、複数の曲率検出用ファイバ２６および参照用ファイバ２７が設けられる。曲率検出用ファイバ２６および参照用ファイバ２７も、コネクタ２１から挿入管２２に沿って先端まで延ばされる。
【００２３】
ライトガイド２５は複数の光ファイバによって形成され、可視光成分である第１の光成分と可視光より波長の長い帯域の光成分である第２の光成分を、入射端２５ｉｎから出射端２５ｏｕｔまで伝達可能である。曲率検出用ファイバ２６は、少なくとも第２の光成分を、入射端２６ｉｎから出射端２６ｏｕｔまで伝達可能である。参照用ファイバ２７は、少なくとも第２の光成分を、入射端２７ｉｎから出射端２７ｏｕｔまで伝達可能である。
【００２４】
ライトガイド２５の出射端２５ｏｕｔ、曲率検出用ファイバ２６の入射端２６ｉｎ、および参照用ファイバ２７の入射端２７ｉｎは、挿入管２２の先端付近に配置される。ライトガイド２５の出射端２５ｏｕｔ、曲率検出用ファイバ２６の入射端２６ｉｎ、および参照用ファイバ２７の入射端２７ｉｎは、単一のフィルタ２８によって覆われる。
【００２５】
フィルタ２８は、光学ガラス部材を蒸着することにより、ライトガイド２５の出射端２５ｏｕｔ、曲率検出用ファイバ２６の入射端２６ｉｎ、および参照用ファイバ２７の入射端２７ｉｎに固定される。フィルタ２８を形成するガラス部材には、第１の光成分を透過させ、第２の光成分を反射することが可能な部材が用いられる。
【００２６】
曲率検出用ファイバ２６には、光損失部２９が設けられる。光損失部２９に入射する第２の光成分は、部分的に光損失部２９に吸収され、損失する。光損失部２９が設けられる位置と方向とは、曲率検出用ファイバ２６ごとに定められている。
【００２７】
なお、光損失部２９が設けられる位置は、本体２３からの距離がそれぞれの曲率検出用ファイバ２６に定められた長さとなるように定められる。また、光損失部２９が設けられる方向は、曲率検出用ファイバ２６の長手方向に平行な断面において、曲率検出用ファイバ２６の中心から第１の径方向、または曲率検出用ファイバ２６の中心から第１の径方向とは９０°傾いた第２の径方向のいずれかである。
【００２８】
光損失部２９の設けられる位置と方向について、図４、図５を用いてさらに説明する。図４は、ライトガイド２５の周囲の複数の曲率検出用ファイバ２６における光損失部２９の位置を示すための図である。図５は、ライトガイド２５の周囲の複数の曲率検出用ファイバ２６における光損失部２９の方向を示すための図である。
【００２９】
図４に示すように、第１、第２の曲率検出用ファイバ２６ａ、２６ｂにおいては、同じ位置に光損失部２９が設けられる。また、第３、第４の曲率検出用ファイバ２６ｃ、２６ｄにおいては、同じ位置に光損失部２９が設けられる。ただし、第１、第３の曲率検出用ファイバ２６ａ、２６ｃにおける光損失部２９が設けられる位置は異なっている。
【００３０】
このように、一つの組を形成する２本の曲率検出用ファイバ２６には、光損失部２９が同じ位置に設けられる。ただし、光損失部２９の設けられる位置は、組毎に異なるように定められる。
【００３１】
また図５に示すように、第１、第３の曲率検出用ファイバ２６ａ、２６ｃでは、ファイバの中心から第１の径方向Ｄ１に光損失部２９が設けられる。一方、第２、第４の曲率検出用ファイバ２６ｂ、２６ｄでは、ファイバの中心から第２の径方向Ｄ２に光損失部２９が設けられる。
【００３２】
このように、光損失部２９の設けられる方向は、一つの組を形成する２本の曲率検出用ファイバ２６の一方においてはファイバの中心から第１の径方向Ｄ１に定められ、他方においてはファイバの中心から第２の径方向Ｄ２に定められる。
【００３３】
曲率検出用ファイバ２６の出射端２６ｏｕｔから出射される光の光量に基づいて、光損失部２９における曲率検出用ファイバ２６の曲げ角度を求めることが可能である。以下に、その原理について簡単に説明する。
【００３４】
曲率検出用ファイバ２６は前述のように光ファイバであり、コアにクラッドを被膜することにより形成される。コアに入射される光は、コアとクラッドの界面において全反射されることにより光量が実質的に損失されること無く、入射端２６ｉｎから出射端２６ｏｕｔまで伝達される。一方、光損失部２９に入射する光は完全にまたは一部が吸収される。したがって、光損失部２９に入射する光が多くなるほど、光の損失が大きくなる。
【００３５】
図６に示すように、光損失部２９が設けられる方向と逆の方向（図６において下方向）に曲率検出用ファイバ２６が曲がるほど、光損失部２９に入射する光Ｌは多くなる。一方、図７に示すように、光損失部２９が設けられる方向に曲率検出用ファイバ２６が曲がるほど、光損失部２９に入射する光Ｌは少なくなる。
【００３６】
一定の光量の光を曲率検出用ファイバ２６に入射するとき、出射端２６ｏｕｔからの光の出射量と光損失部２９における曲げ角度とは一定の対応関係を有する。したがって、出射端２６ｏｕｔにおける光の受光量を検出することにより、光損失部２９における曲率検出用ファイバ２６および挿入管２２の曲げ角度が求められる。
【００３７】
例えば、光損失部２９の設けられる位置の異なる６本の曲率検出用ファイバ２６を用いると、光損失部２９が設けられる６箇所における挿入管２２の曲げ角度が求められる。図８に示すように、それぞれの光損失部２９が設けられるポイントＰにおける曲げ角度と隣合うポイントＰの距離とによって挿入管２２の形状を検知することが可能になる。
【００３８】
なお、第１、第２方向Ｄ１、Ｄ２に光損失部２９が設けられた曲率検出用ファイバ２６からは、それぞれ第１、第２方向Ｄ１、Ｄ２への曲げ角度が検出される。したがって、両方向への曲げ角度から、光損失部２９の曲がる方向と曲げ角度とを求めることが可能である。
【００３９】
曲率検出用ファイバ２６の出射端２６ｏｕｔおよび参照用ファイバ２７の出射端２７ｏｕｔは、受光ユニット４０に接続される（図２参照）。出射端２６ｏｕｔ、２７ｏｕｔから出射する光が、受光ユニット４０に受光される。受光ユニット４０からは、受光量に応じた信号が出力される。
【００４０】
図９を用いて、受光ユニット４０の構成、および受光ユニット４０から出力される信号についての説明をする。図９は、受光ユニット４０の構成を概略的に示すブロック図である。
【００４１】
受光ユニット４０は、曲率用フォトダイオード（ＰＤ）４１、参照用ＰＤ４２、曲率用アンプ４３、参照用アンプ４４、曲率用Ａ／Ｄコンバータ４５、参照用Ａ／Ｄコンバータ４６、補償回路４７、およびＲＯＭ４８、マイコン４９によって構成される。
【００４２】
曲率用ＰＤ４１は、曲率検出用ファイバ２６の出射端２６ｏｕｔに光学的に接続される。曲率用ＰＤ４１において、受光量に応じた電気信号である曲率信号が生成される。曲率信号は曲率用アンプ４３を介して、曲率用Ａ／Ｄコンバータ４５に送られる。アナログ信号である曲率信号は、曲率用Ａ／Ｄコンバータ４５においてデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された曲率信号は補償回路４７に送られる。
【００４３】
なお、曲率検出用ファイバ２６の数に応じて、曲率用ＰＤ４１、曲率用アンプ４３、曲率用Ａ／Ｄコンバータ４５および補償回路４７が設けられる。すなわち、第１〜第ｎの曲率検出用ファイバ２６ａ〜２６ｎは、第１〜第ｎの曲率用ＰＤ４１ａ〜４１ｎに光学的に接続され、第１〜第ｎの曲率用ＰＤ４１ａ〜４１ｎは、それぞれ第１〜第ｎの曲率用アンプ４３ａ〜４３ｎ、第１〜第ｎの曲率用Ａ／Ｄコンバータ４５ａ〜４５ｎ、および第１〜第ｎの補償回路４７ａ〜４７ｎに直列に接続される。
【００４４】
それぞれの曲率検出用ファイバ２６の出射端２６ｏｕｔから出射する光に応じた電気信号がそれぞれの曲率用ＰＤ４１において生成され、それぞれの曲率用アンプ４３と曲率用Ａ／Ｄコンバータ４５とを介して、それぞれの補償回路４７に送られる。
【００４５】
参照用ＰＤ４２は、参照用ファイバ２７の出射端２７ｏｕｔに光学的に接続される。参照用ＰＤ４２において、受光量に応じた電気信号である参照信号が生成される。参照信号は参照用アンプ４４を介して、参照用Ａ／Ｄコンバータ４６に送られる。アナログ信号である参照信号は、参照用Ａ／Ｄコンバータ４６においてデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された参照信号はすべての補償回路４７に送られる。
【００４６】
補償回路４７はＲＯＭ４８に接続される。ＲＯＭ４８には曲率信号を後述する補正信号に変換するためのゲインとドリフトとが記憶されている。なお、ゲインとドリフトとは、それぞれの補償回路４８毎に定められている。ＲＯＭ４８に記憶されたゲインとドリフトとがそれぞれの補償回路４７に送られる。いずれの補償回路４７にいずれのゲインとドリフトとを送るかについては、マイコン４９によって制御される。
【００４７】
曲率信号は、補償回路４７において参照信号、ゲイン、およびドリフトに基づいて、補正信号に変換される。
【００４８】
補償回路４７毎に定められるゲインとドリフトおよび補正信号について、図１０を用いて説明する。図１０は、曲がり角度―曲率信号の信号強度を示すグラフである。なお、曲がり角度―曲率信号の信号強度の対応関係は、曲率検出用ファイバ２６および曲率用ＰＤ４１によって異なっている。
【００４９】
第１の曲率対応線Ｌ１は、第１の曲率検出用ファイバ２６ａの曲がり角度に対する第１の曲率用ＰＤ４１ａから出力される曲率信号の信号強度の関係を示している。第２の曲率対応線Ｌ２は、第２の曲率検出用ファイバ２６ｂの曲がり角度に対する第２の曲率用ＰＤ４１ｂから出力される曲率信号の信号強度の関係を示している。なお、設計線ＤＬは、曲率検出用ファイバ２６の曲がり角度に対する曲率用ＰＤ４１から出力される設計上の曲率信号の関係を示している。
【００５０】
同一の特性を有する曲率検出用ファイバ２６からの出射光を同一の特性を有する曲率用ＰＤ４１に入射させる場合は、曲がり角度に対する曲率信号の信号強度の関係は、設計線ＤＬに示すように一定の線形性を有する関係となる。
【００５１】
一方、前述のように光損失部２９の面積や、曲率用ＰＤ４１の出力特性を完全に一致させることは難しく、別々の曲率検出用ファイバ２６の曲がり角度に対する別々の曲率用ＰＤ４１から出力される曲率信号の信号強度の関係は、設計上の関係に一致しない。
【００５２】
例えば、第１の曲率用ＰＤ４１ａから出力される曲率信号の曲がり角度に対する感度は設計上の曲率信号と同じであり、第１の曲率対応線Ｌ１と設計線ＤＬの傾きは同じである。しかし、曲がり角度がゼロのときの信号強度にはズレΔ１が生じている。そこで、このズレを補正するためのドリフトが第１の補償回路４７ａに送られるドリフトとして定められる。
【００５３】
また、第２の曲率用ＰＤ４１ｂから出力される曲率信号の曲がり角度に対する感度は、設計上の曲率信号よりも高く、第２の曲率対応線Ｌ２の傾きは設計線ＤＬの傾きより大きい。また、第１の曲率対応線と同様に曲がり角度がゼロのときの信号強度にはズレΔ２が生じている。そこで、この傾きを補正するためのゲインが第２の補償回路４７ｂに送られるゲインとして定められる。また、このズレを補正するためのドリフトが第２の補償回路４７ｂに送られるドリフトとして定められる。
【００５４】
したがって、それぞれの曲率信号をＲＯＭ４８に格納されたゲインとドリフトとを用いて変換した補正信号とそれぞれの曲がり角度との間には設計線ＤＬと同じ線形線を有する対応関係となる。
【００５５】
なお、曲率用ＰＤ４１の出力する信号の信号強度は、周囲温度によってずれを生じることがある。また、曲率用ＰＤ４１の経時変化によってずれを生じることもある（ＤＬ’参照）。しかし、このずれは参照信号を用いることによって補正される。
【００５６】
参照用ファイバ２７には光損失部２９が設けられないので、参照信号の信号強度は曲がり角度によっては変わらず、周囲温度に応じてのみ変化する。また、参照用ＰＤ４２は、曲率用ＰＤ４１と同様の出力特性の経時変化を生じる。したがって、製造時における基準とする温度における参照信号の信号強度と実際に使用時の参照信号の信号強度との差を補正することにより、曲率用ＰＤ４１の温度変化の影響および出力特性の経時変化の影響は除去される。
【００５７】
挿入管２２の先端には、配光レンズ３０、対物レンズ３１、および撮像素子３２が設けられる。フィルタ２８から出射する光が配光レンズ３０を介して、先端付近の被写体に照射される。対物レンズ３１は、被写体への照射光の反射光を撮像素子３２の受光面に結像させる。撮像素子３２が撮像した被写体像は、画像信号として生成される。
【００５８】
後述するように、コネクタ２１を介して電子内視鏡２０を内視鏡プロセッサ４０に接続することにより、受光ユニット４０および撮像素子３２が電気的に、ライトガイド２５が光学的に内視鏡プロセッサ４０と接続される。
【００５９】
次に、内視鏡プロセッサ４０の構成について図１１を用いて説明する。図１１は、内視鏡プロセッサ４０の内部構成を概略的に示すブロック図である。
【００６０】
内視鏡プロセッサ５０は、光源ユニット６０、信号処理ユニット７０、撮像素子駆動回路５１、およびタイミングジェネレータ５２などによって構成される。光源ユニット６０によって、電子内視鏡２０に用いられる光が供給される。また、信号処理ユニット７０によって、画像信号の処理、受光ユニット４０から出力される曲率信号の処理が行われる。
【００６１】
撮像素子３２は、撮像素子３２と電気的に接続される撮像素子駆動回路５１によって、撮像などの動作が制御される。また、撮像素子駆動回路５１はタイミングジェネレータ５２に接続されており、撮像素子３２の動作を制御するためのタイミング信号が、タイミングジェネレータ５２から出力される。
【００６２】
光源ユニット６０は、ランプ６１、絞り６２、集光レンズ６３、モータＭ、電源６４、および絞り駆動回路６５によって構成される。電子内視鏡２０のコネクタ２１を接続することにより、ランプ６１とライトガイド２５とが光学的に接続される。
【００６３】
ランプ６１には、高輝度な光であって、第１、第２の光成分を照射できるキセノンランプやハロゲンランプなどが用いられる。ランプ６１への電力は、電源６４から供給される。
【００６４】
ランプ６１からの照射光をライトガイド２５の入射端２５ｉｎに導くための光路中に絞り６２および集光レンズ６３が設けられる。ランプ６１から照射される略平行な光束の光は、集光レンズ６３で集光されて入射端２５ｉｎに入射される。
【００６５】
入射端２５ｉｎに入射させる光の光量調整は、絞り６２を駆動することにより実行される。絞り６２は、絞り駆動回路６５により動作が制御されるモータＭにより駆動される。なお、絞り６２には、第１の光成分より波長の短い光を遮断し、第２の光成分より波長の長い光を透過させる材質によって遮光部が形成される。したがって、入射端２５ｉｎに入射させる光の内、第１の光成分のみの光量調整が行われる。一方、第２の光成分はそのままの光量で入射端２５ｉｎに入射される。
【００６６】
信号処理ユニット７０は、前段信号処理回路７１、画像メモリ７２、後段信号処理回路７３、曲率位置変換回路７４、および形状メモリ７５等によって構成される。電子内視鏡２０のコネクタ２１を接続することにより、撮像素子３２と前段信号処理回路７１とが、受光ユニット４０と曲率位置変換回路７４とが電気的に接続される。
【００６７】
なお、受光ユニット４０および撮像素子３２を内視鏡プロセッサ５０に接続すると、撮像素子３２および受光ユニット４０を駆動するための電力が撮像素子３２および受光ユニット４０に供給される。
【００６８】
撮像素子３２が生成した画像信号は、前段信号処理回路７１に送られる。前段信号処理回路７１において、アナログ信号である画像信号はＡ／Ｄ変換され、デジタル信号に変換された画像信号に対して、ホワイトバランスやγ補正などの所定の処理が施される。
【００６９】
所定の処理が施された画像信号は画像メモリ７２に送られ、格納される。なお、画像信号に基づいて前段信号処理回路７１では１フレーム全体での受光量が検出される。検出された全体の受光量は絞り駆動回路６５に出力される。全体での受光量に基づいて絞り駆動回路６５が絞り６２を駆動することによって、被写体を照明する光の光量が適切になるように調整される。
【００７０】
画像メモリ７２に格納された画像信号は、後段信号処理回路７３に出力される。後段信号処理回路７３に出力するタイミングは、タイミングジェネレータ５２により制御される。後段信号処理回路７３において、画像信号はＤ／Ａ変換され、エンコードなどの所定の処理が行われる。後段信号処理回路７３はモニタ８０に接続されており、撮像した被写体像がモニタ８０に表示される。
【００７１】
受光ユニット４０から出力される補正信号は、曲率位置変換回路７４に送られる。曲率位置変換回路７４では、隣合う光損失部２９間の距離と第１、第２方向Ｄ１、Ｄ２への曲げ角度に相当する補正信号とに基づいて、それぞれの光損失部２９の３次元座標が求められる。
【００７２】
光損失部２９の３次元座標は形状メモリ７５に送られて、記憶される。形状メモリ７５に記憶された光損失部２９の３次元座標は、後段信号処理回路７３に送られる。後段信号処理回路７３に３次元座標を送るタイミングは、タイミングジェネレータ５２により制御される。
【００７３】
後段信号処理回路７３において、光損失部２９の３次元座標に基づいて、スムージング処理が行われる。すなわち、光損失部２９を結ぶ直線が、滑らかな曲線に変換される。このように、挿入管２２の形状は、求められた曲線によって表されている。挿入管２２の形状に相当する形状信号は、後段信号処理回路７３によってＤ／Ａ変換される。Ｄ／Ａ変換された形状信号に所定の処理が行われる。
【００７４】
後段信号処理回路７３では、モニタ８０に撮像した被写体像および挿入管２２の形状を表示するために、モニタ８０上におけるそれぞれの表示領域の割当てなどの処理が行われる。所定の処理が行われた画像信号および形状信号がモニタ８０に出力される。画像信号および形状信号に基づいて、モニタ８０の内視鏡画像表示領域ＩＡには被写体像が、内視鏡形状表示領域ＳＡには挿入管２２の形状が表示される（図１２参照）。
【００７５】
したがって、以上のような本実施形態の内視鏡挿入形状検出ユニットによれば、複数設けられる曲率検出用ファイバ２６および曲率用ＰＤ４１の特性によらず、曲がり角度に対して設計値と同じ強度の補正信号をそれぞれの補償回路４７から出力させることが可能になる。それゆえ、電子内視鏡２０の正確な挿入形状を検出することが可能になる。
【００７６】
また、参照信号を用いて曲率信号を補正することによって、曲率用ＰＤ４１の周囲温度変化または経時変化によって生じる曲率信号の温度ドリフトの影響を除去することが可能になる。これにより、曲率用ＰＤ４１の周囲温度が変化する状況であっても、内視鏡の正確な挿入形状を検出することが可能になる。また、長期間の仕様により曲率用ＰＤ４１の出力特性が変化した場合にも電子内視鏡２０の正確な挿入形状を検出することが可能になる。
【００７７】
また、従来の複数の光ファイバと反射鏡を用いた姿勢検出センサの場合、１つの位置の、１方向の曲がり角度を検出するのに光ファイバを往復させる必要があった。一方、本実施形態でが、照明光を伝達するためのライトガイドを、形状検出用の光を先端部まで伝達させる光ファイバとして共用させることにより、挿入管２２内に配置する光ファイバの本数を減らすことが可能となる。したがって、電子内視鏡２０の細径化を図ることが可能である。
【００７８】
また、照明光の供給のために用いられるランプ６１を、形状検出用の光の光源として共用することにより、新たな光源装置が不要となる。したがって、内視鏡システム１０全体の大型化および複雑化を防止することが可能になる。
【００７９】
また、照明光として第１の光を用い、形状検出用の光として第２の光を用い、さらに絞り６２の遮光部を第１の光のみ遮光する部材によって形成することにより、形状検出用の光の供給量を変えることなく、照明光の光量を調整することが可能である。
【００８０】
次に、本発明の第２の実施形態を適用した内視鏡挿入形状検出ユニットについて図１３、図１４を用いて説明する。図１３は、第２の実施形態の内視鏡挿入形状検出ユニットを有する内視鏡挿入形状検出プローブの内部構成を概略的に示すブロック図である。図１４は、第２の実施形態の内視鏡挿入形状ユニットを有する内視鏡挿入形状検出プローブの使用状況を説明するための図である。第１の実施形態と同じ機能を有する部位には同じ符号を付する。第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８１】
図１３に示すように、内視鏡挿入形状検出プローブ９０は、挿入体９１、受光ユニット４０、および光源コネクタ９２とによって構成される。図１４に示すように、挿入体９１が電子内視鏡２０の鉗子チャンネル３３を介して電子内視鏡２０の挿入管２２の先端まで挿入される。
【００８２】
光源コネクタ９２は光源８１に接続される。挿入形状を検出するための光が光源８１から供給される。受光ユニット４０は、プローブプロセッサ８２を介してプロープモニタ８３に接続される。後述するように内視鏡形状検出プローブ９０によって検出された挿入形状に対応する補正信号がプローププロセッサ８２に送られ、補正信号に対して所定の信号処理が施される。所定の信号処理が施された補正信号はプローブモニタ８３に送られ、プローブモニタ８３に挿入形状が表示される。
【００８３】
第１の実施形態と異なり、内視鏡挿入形状検出プローブ９０は鉗子チャンネル３３を有する任意の電子内視鏡２０に用いることが可能である。また、第１の実施形態と異なり、コネクタ２１を介して接続される内視鏡プロセッサ（図示せず）において、補正信号に基づく挿入形状を検出するための信号処理が行われない。
【００８４】
内視鏡挿入形状検出プローブ９０について、さらに詳細に説明する。挿入体９１は、光供給用ファイバ９３、曲率検出用ファイバ２６、および参照用ファイバ２７によって構成される。第１の実施形態と異なり、光供給用ファイバ９３を芯にして取り囲むように、複数の曲率検出用ファイバ２６および参照用ファイバ２７が設けられる。
【００８５】
光供給用ファイバ９３の入射端は光源コネクタ９２側に設けられる。光源コネクタ９２は光源８１に着脱自在である。光供給用ファイバ９３は、光源８１から出射される光を入射端から出射端９３ｏｕｔに伝達可能である。
【００８６】
光供給用ファイバ９３の出射端９３ｏｕｔ、曲率検出用ファイバ２６の入射端２６ｉｎ、および参照用ファイバ２７の入射端２７ｉｎは単一のミラー９４によって覆われる。光供給用ファイバ９３の出射端９３ｏｕｔから出射する光はミラー９４によって反射され、曲率検出用ファイバ２６および参照用ファイバ２７それぞれの入射端２６ｉｎ、２７ｉｎに入射される。
【００８７】
曲率検出用ファイバ２６、および参照用ファイバ２７は、それぞれの入射端２６ｉｎ、２７ｉｎに入射する光を出射端２６ｏｕｔ、２７ｏｕｔまでで伝達可能である。なお、複数の曲率検出用ファイバ２６には、第１の実施形態と同様に定められた位置の定められた方向に光損失部２９が設けられる。
【００８８】
第１の実施形態と同様に、曲率検出用ファイバ２６の出射端２６ｏｕｔおよび参照用ファイバ２７の出射端２７ｏｕｔは、受光ユニット４０に接続される。出射端２６ｏｕｔ、２７ｏｕｔから出射する光が、受光ユニット４０に受光される。受光ユニット４０からは、受光量に応じた信号が出力される。
【００８９】
受光ユニット４０の内部構成は、第１の実施形態と同じである。したがって、第１の実施形態と同様に、曲率検出用ファイバ２６および参照用ファイバ２７それぞれから出射される光に基づいて、受光ユニット４０において補正信号が生成される。
【００９０】
受光ユニット４０において生成した補正信号は、プローブプロセッサ８２に送られる。プローブプロセッサ８２には、第１の実施形態と同様の曲率位置変換回路（図１３において図示せず）、形状メモリ（図１３において図示せず）、および後段信号処理回路（図１３において図示せず）が設けられる。
【００９１】
第１の実施形態と同様に、曲率位置変換回路によって、補正信号に基づいて光損失部２９の３次元座標が求められる。求められた３次元座標は形状メモリに記憶される。さらに、記憶された３次元座標は後段信号処理回路においてスムージング処理が行われ、挿入管２２の形状に相当する形状信号が生成される。生成された形状信号はさらに後段信号処理回路によってＤ／Ａ変換される。Ｄ／Ａ変換された形状信号はプローブモニタ８３に送られ、挿入形状が表示される。
【００９２】
以上のように本実施形態の内視鏡挿入形状検出プローブによっても、第１の実施形態と同様に、内視鏡の正確な挿入形状を検出することが可能である。また、曲率用ＰＤ４１の温度変化または経時変化によらず、電子内視鏡２０の正確な挿入形状を検出することが可能である。
【００９３】
なお、第１、第２の実施形態において、受光ユニット４０にＲＯＭ４８を設け、補正信号に変換するためのゲインおよびドリフトを記憶させる構成であったが、ＲＯＭ４０の代わりにゲインおよびドリフトを入力する入力装置を用いてもよい。
【００９４】
例えば図１５に示すように、曲率用アンプ４３と曲率用Ａ／Ｄコンバータ４５との間に補償回路４７を設け、アナログ信号である曲率信号を補正信号に変換する場合に、入力装置４８’によって曲率用ＰＤ４１のゲインとドリフトを調整することにより曲率信号を補正信号に変換しても第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００９５】
また、本実施形態では、電子内視鏡を用いたが、ファイバースコープにも適用することは可能である。
【００９６】
また、第１の実施形態において、被写体を照明するためのライトガイド２５を曲率検出用の光を挿入管の先端まで供給するためのファイバとして用いているが、別の光ファイバを用いて、曲率検出用の光を挿入管の先端まで伝達してもよい。別のファイバを用いる場合、フィルタ２８の代わりに光を反射するフィルタによって曲率検出用ファイバ２６、参照用ファイバ２７、および光伝達用のファイバを覆えばよい。
【００９７】
また、第１の実施形態において、受光ユニット４０に補償回路４７を設ける構成であったが、電子内視鏡２０の曲率検出ファイバ２６毎に固有のゲインやドリフトを記憶するＲＯＭ４８を設け、補償回路４７を省く構成であってもよい。第１の実施形態と同様の補償回路４７を設けた構成の内視鏡プロセッサ５０に、ゲインやドリフトを曲率信号とともに出力し、補正信号に変換することによって、正確な形状を検出することは可能である。
【００９８】
なお、第１の実施形態において、フィルタ２８は可視光を透過し可視光より波長の長い帯域の光成分を反射する部材によって形成されるが、可視光成分の一部または全部である所定の波長帯域の光成分を透過し、透過させる光とは波長帯域の異なる光成分を反射する部材によって形成される構成であってもよい。フィルタ２８が反射する光成分が、ライトガイト２５、曲率検出用ファイバ２６、および参照用ファイバ２７によって伝達可能であれば、本実施形態と同様の効果が得られる。
【００９９】
例えば、フィルタ２８が可視光を透過し、可視光より波長の短い帯域の光成分を反射し、ライトガイド２５、曲率検出用ファイバ２６、および参照用ファイバ２７が、可視光より波長の短い帯域の光成分を伝達可能な構成であっても本実施形態と同じ効果を有する。
【０１００】
なお、絞り６２による光量調整を行う場合は、可視光のみ遮光し、フィルタ２８が反射する光成分を透過させる部材を用いて絞りを形成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の第１の実施形態を適用した内視鏡挿入形状検出ユニットを有する内視鏡システムの外観図である。
【図２】電子内視鏡の内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】ライトガイドおよび曲率検出用ファイバの長手方向に垂直な断面図である。
【図４】ライトガイドの周囲の複数の曲率検出用ファイバにおける光損失部の位置を示すための図である。
【図５】ライトガイドの周囲の複数の曲率検出用ファイバにおける光損失部の方向を示すための図である。
【図６】曲率検出用ファイバの曲げ方向による光の伝達量の変化を説明するための第１の図である。
【図７】曲率検出用ファイバの曲げ方向による光の伝達量の変化を説明するための第２の図である。
【図８】それぞれの光損失部における曲げ角度によって挿入管の形状を検出可能であることを示すための図である。
【図９】受光ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図１０】曲がり角度―曲率信号の信号強度を示すグラフである。
【図１１】内視鏡プロセッサの内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図１２】モニタに内視鏡により被写体像および挿入管の形状が表示されている状態を示す図である。
【図１３】第２の実施形態の内視鏡挿入形状検出ユニットを有する内視鏡挿入形状検出プローブの内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図１４】第２の実施形態の内視鏡挿入形状ユニットを有する内視鏡挿入形状検出プローブの使用状況を説明するための図である。
【図１５】変形例である受光ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０  内視鏡システム
２０  電子内視鏡
２５  ライトガイド
２６  曲率検出用ファイバ
２７  参照用ファイバ
２８  フィルタ
２９  光損失部
４０  受光ユニット
４１  曲率用フォトダイオード（ＰＤ）
４２  参照用ＰＤ
４３  曲率用アンプ
４４  参照用アンプ
４５  曲率用Ａ／Ｄコンバータ
４６  参照用Ａ／Ｄコンバータ
４７  補償回路
４８  ＲＯＭ
５０  内視鏡プロセッサ
７０  信号処理ユニット
７４  曲率位置変換回路
７５  形状メモリ
９０  内視鏡挿入形状検出プローブ
９１  挿入体
９３  光供給用ファイバ
９４  ミラー
【図１】
2007044415.tif 000003
【図２】
2007044415.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007044415.tif 000006
【図５】
2007044415.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007044415.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007044415.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007044415.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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