形狀傳感器和管狀插入系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用來(lái)檢測(cè)被測(cè)量物的形狀的形狀傳感器和搭載形狀傳感器的管狀插入系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]被向具有彎曲部分的體腔內(nèi)插入的內(nèi)窺鏡插入部沿著體腔內(nèi)的彎轉(zhuǎn)而曲折。例如，在專利文獻(xiàn)1中，記載有一種組裝在內(nèi)窺鏡的插入部中、與插入部一體地曲折而檢測(cè)其彎折形狀的形狀檢測(cè)探頭(以下稱作形狀傳感器)。這里，從光源射出的用來(lái)檢測(cè)曲率的檢測(cè)光經(jīng)由光供給用光纖向前端側(cè)傳遞。
[0003]在光供給用光纖的射出端設(shè)有反射鏡，被反射鏡反射后的作為檢測(cè)光的反射光向曲率檢測(cè)用光纖入射，該反射光被受光元件接收。并且，在曲率檢測(cè)用光纖的表面附近，設(shè)有將反射光的一部分吸收的多個(gè)光損失部。由光損失部帶來(lái)的反射光的吸收量根據(jù)設(shè)置光損失部的部位的光纖束(fiber bundle)的曲率而不同。因此，示出基于在經(jīng)過(guò)光損失部前后的反射光的強(qiáng)度來(lái)計(jì)算光纖束的曲率的結(jié)構(gòu)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特許第4714570號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]上述專利文獻(xiàn)1的形狀傳感器可拆裝地裝配到作為被測(cè)量物的撓性管的露出的內(nèi)周面等以供使用。在將形狀傳感器向撓性管裝配的情況下，有僅能在形狀傳感器的前端或后端這樣的有限的范圍中將形狀傳感器和撓性管保持并固定的情況。在這樣的情況下，在從保持固定部沿軸向離開的地方，形狀傳感器有可能扭轉(zhuǎn)。如果形狀傳感器扭轉(zhuǎn)則撓性管的彎曲軸與形狀傳感器的彎曲軸變得不一致，所以難以正確地測(cè)量作為被測(cè)量物的撓性管的形狀。
[0009]特別是，以作為被測(cè)量物的撓性管的中心軸為中心的、對(duì)于哪個(gè)方向都具有均勻的撓性的構(gòu)造的被測(cè)量物可以認(rèn)為是容易扭轉(zhuǎn)的構(gòu)造。在這樣的構(gòu)造的被測(cè)量物的測(cè)量中，難以直接采用專利文獻(xiàn)1所示的形狀傳感器。
[0010]用于解決課題的手段
[0011 ] 本發(fā)明的一技術(shù)方案，是一種形狀傳感器，具有形狀傳感器主體，該形狀傳感器主體具有:光源；光纖，能夠傳輸從上述光源照射的所希望的檢測(cè)光；被檢測(cè)部，配置于上述光纖的一部分；以及光檢測(cè)部，檢測(cè)經(jīng)由上述光纖傳輸?shù)纳鲜鰴z測(cè)光；在上述光纖彎曲時(shí)，對(duì)應(yīng)于上述光纖的曲率變化，經(jīng)上述被檢測(cè)部檢測(cè)的光的特性變化，利用這一點(diǎn)，上述形狀傳感器主體能夠測(cè)量被測(cè)量物的形狀；沿著上述光纖的光軸方向，至少在一部分具備彎曲方向限制部，該彎曲方向限制部將上述光纖的可彎曲方向限制為所希望的方向；上述彎曲方向限制部沿著上述光纖的光傳輸方向而設(shè)置于上述形狀傳感器主體的至少一部分，是主要的彎曲方向被限制的芯部件。
[0012]發(fā)明效果
[0013]本發(fā)明提供一種不易受到扭轉(zhuǎn)等的影響的、能夠測(cè)量?jī)H希望的彎曲方向的彎曲形狀的形狀傳感器和管狀插入系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的形狀傳感器的整體的概略結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0015]圖2是圖1所示的P0 - P0線的剖視圖。
[0016]圖3是用來(lái)說(shuō)明第1實(shí)施方式的形狀傳感器的原理的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖4是圖3的形狀傳感器的被檢測(cè)部的橫剖視圖。
[0018]圖5A是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的形狀傳感器的被檢測(cè)部的P1- P1線的橫剖視圖。
[0019]圖5B是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的形狀傳感器的被檢測(cè)部的P2— P2線的橫剖視圖。
[0020]圖6是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的形狀傳感器的整體的概略結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0021]圖7是圖6所示的P3 — P3線的剖視圖。
[0022]圖8是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式的形狀傳感器的整體的概略結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0023]圖9是圖8所示的P4 — P4線的剖視圖。
[0024]圖10是表示本發(fā)明的第6實(shí)施方式的形狀傳感器的整體的概略結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0025]圖11是圖10所示的P5 - P5線的剖視圖。
[0026]圖12是表示本發(fā)明的第7實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡的前端插入管的前端部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0027]圖13是圖12所示的P6 — P6線的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028][第1實(shí)施方式]
[0029]圖1是表示本實(shí)施方式的有關(guān)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的形狀傳感器1的整體的概略結(jié)構(gòu)的縱剖視圖，圖2是圖1的P0 — P0線的剖視圖。本實(shí)施方式的形狀傳感器1具備形狀傳感器主體4，該形狀傳感器主體4具有1根光纖2和彎曲方向限制部3，該1根光纖2能夠?qū)⒕哂兴Ｍ奶匦缘臋z測(cè)光進(jìn)行導(dǎo)波，該彎曲方向限制部3將該光纖2的可彎曲方向限制為希望的方向。此外，圖3、圖4是用來(lái)說(shuō)明上述形狀傳感器1的原理的示意圖。
[0030]首先，參照?qǐng)D3、圖4說(shuō)明形狀傳感器1的原理。
[0031]形狀傳感器1主要由射出光的光源5、將從光源5射出的光進(jìn)行導(dǎo)光的光纖2、被檢測(cè)部6、檢測(cè)經(jīng)由上述光纖2傳輸?shù)臋z測(cè)光的受光傳感器等受光部(光檢測(cè)部)7構(gòu)成。光源5例如是發(fā)光二極管(LED)或激光源。
[0032]作為導(dǎo)光路徑部件的光纖2為在親合部(光親合器)8處向3方分支的Y形狀，從1根檢測(cè)用光纖2a分支為光供給用光纖2b及受光用光纖2c這兩根而構(gòu)成。
[0033]在檢測(cè)用光纖2a的前端，設(shè)有將被導(dǎo)光來(lái)的光反射的反射部9。這里，光纖2如圖4所示，由芯10和將芯10的外周覆蓋的包覆層11構(gòu)成。也可以還在最外具有覆蓋部件(護(hù)套)12。
[0034]光供給用光纖2b是光導(dǎo)入路徑，將從設(shè)在端部的光源5射出的光向耦合部8導(dǎo)光。耦合部8具有將從光供給用光纖2b入射的光的大部分向檢測(cè)用光纖2a導(dǎo)光、將由反射部9反射的光的至少一部分向受光用光纖2c導(dǎo)光的功能。
[0035]本實(shí)施方式的形狀傳感器1以沿著作為被測(cè)量物的例如長(zhǎng)尺寸的撓性彎曲構(gòu)造物的方式一體地裝配于檢測(cè)用光纖2a，檢測(cè)撓性彎曲構(gòu)造物的彎折狀態(tài)及彎折方向。這里，當(dāng)向被測(cè)量物裝配形狀傳感器1時(shí)，通過(guò)將被測(cè)量物的彎轉(zhuǎn)部分對(duì)位于形狀傳感器1的被檢測(cè)部6，設(shè)置在被測(cè)量物的恰當(dāng)?shù)奈恢?。檢測(cè)用光纖2a追隨于被測(cè)量物的柔性動(dòng)作，將從光供給用光纖2b入射的光用前端的反射部9反射，使光往來(lái)。S卩，將經(jīng)過(guò)了耦合部8的來(lái)自光供給用光纖2b的光導(dǎo)光至反射部9，將由該反射部9反射后的反射光導(dǎo)光以使其返回至親合部8。
[0036]受光用光纖2c將被反射部9反射并在耦合部8分支的反射光向設(shè)在端部的受光部7導(dǎo)光。檢測(cè)用光纖2a具有至少1個(gè)被檢測(cè)部6。
[0037]如圖4所示，被檢測(cè)部6具有被從檢測(cè)用光纖2a的外周除去包覆層11的一部分而芯10的一部分露出的開口部13、和配置在開口部13的光特性變換部件14。另外，被檢測(cè)部6即使芯10不露出，也只要在導(dǎo)光路徑中通過(guò)的光到達(dá)開口部13就可以。
[0038]光特性變換部件14具有將被導(dǎo)光的光的特性進(jìn)行變換的功能。光特性變換部件14例如是導(dǎo)光損失部件或波長(zhǎng)變換部件等。例如，如果是導(dǎo)光損失部件則是光吸收體，或者，如果是波長(zhǎng)變換部件則可以舉出熒光體等。在本實(shí)施方式中，光特性變換部件作為導(dǎo)光損失部件處置。
[0039]對(duì)于從光源5照射的光而言，作為去路，經(jīng)光供給用光纖2b、耦合部8及檢測(cè)用光纖2a而被導(dǎo)光，被反射部9反射。被反射后的反射光是檢測(cè)光，作為回路，在親合部8被分支，在受光用光纖2c中導(dǎo)光而到達(dá)受光部7。受光部7將接收到的檢測(cè)光進(jìn)行光電變換，輸出表不光量的電信號(hào)。
[0040]上述結(jié)構(gòu)的形狀傳感器1中，在光纖2內(nèi)被導(dǎo)光的光入射到光特性變換部件14中的情況下發(fā)生損失。該導(dǎo)光損失量根據(jù)受光用光纖2c的彎折及擺動(dòng)的方向和彎曲量而變化。檢測(cè)用光纖2a即使是直線狀的狀態(tài)，也按照開口部13的寬度而在光特性變換部件14中損失某種程度的光量。
[0041]在以該光的損失量為基準(zhǔn)的情況下，例如，如果將光特性變換部件14配置到彎折的檢測(cè)用光纖2a的彎折方向的外周面上，則發(fā)生比作為基準(zhǔn)的導(dǎo)光損失量多的導(dǎo)光損失量。相反，如果將光特性變換部件14配置在彎折的檢測(cè)用光纖2a的彎折方向的內(nèi)周面上，則發(fā)生比作為基準(zhǔn)的導(dǎo)光損失量少的導(dǎo)光損失量。該導(dǎo)光損失量的變化被反映到由受光部7接收的檢測(cè)光量中。即，被反映到受光部7的輸出信號(hào)中。
[0042]因而，通過(guò)受光部7的輸出信號(hào)，能夠檢測(cè)形狀傳感器1的被檢測(cè)部6的位置、SP被測(cè)量物在光特性變換部件14的設(shè)置位置處的彎折方向及彎折量(角度)。此外，彎曲方向限制部3具有在形狀傳感器主體4的至少一部分、例如檢測(cè)用光纖2a處沿著光纖2的光傳輸方向設(shè)置的大致平板狀的芯部件15。
[0043]該芯部件15由例如金屬或樹脂制的彈性部件形成。金屬制彈性部件例如優(yōu)選的是彈簧用單芯鋼線材或板簧材(SUS)。此外，樹脂制彈性部件優(yōu)選的是聚碳酸酯、聚縮醛(polyacetal)或 PEEK。
[0044]芯部件15通過(guò)接合部件16粘接固定在檢測(cè)用光纖2a的外周面上的與被檢測(cè)部6的方向相反側(cè)的側(cè)面。接合部件16例如優(yōu)選的是環(huán)氧或硅樹脂的彈性粘接劑。這里，接合部件16既可以遍及光纖2的軸向的全長(zhǎng)連續(xù)地涂敷，也可以具有希望的間隔而不連續(xù)地(帶點(diǎn))涂敷。
[0045]該芯部件15的與光纖2的軸向(光傳輸方向)正交的平面方向的截面形狀形成為向特定方向的彎曲剛性變高那樣的平板形狀的截面構(gòu)造。這里，在圖2中，設(shè)光纖2的軸向(光傳輸方向)為Z軸方向，與該Z軸正交的平面中的被檢測(cè)部6的方向?yàn)閄軸方向，與X軸正交的方向?yàn)閅軸方向。在圖2所示的例子中，芯部件15的截面構(gòu)造形成為X軸方向的長(zhǎng)度L1較短、Y軸方向的長(zhǎng)度L2較長(zhǎng)的長(zhǎng)方形。
[0046]通過(guò)平板形狀，形狀傳感器1成為容易向以Y軸為中心的繞軸方向(以下，繞軸方向是指與軸正交的環(huán)繞方向)彎轉(zhuǎn)、且難以向以X軸為中心的繞軸方向彎轉(zhuǎn)的狀態(tài)，主要的可彎曲方向被限制。即，形狀傳感器1容易向芯部件15的長(zhǎng)邊側(cè)彎轉(zhuǎn)，不易向短邊側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0047]在本實(shí)施方式中，形狀傳感器1的被檢測(cè)部6的方向是檢測(cè)靈敏度方向，光纖2的檢測(cè)用光