光学式ポテンショメータ及び操作装置
【課題】ワイヤ等の線状動力伝達部材の長手方向への変位を検出可能とすること。
【解決手段】マニピュレータの挿入部１は、先端に動作部１２を有する。動作部１２は、駆動部２１が駆動するワイヤ１３の変位によって作動する。ワイヤ１３には、ポテンショメータ部３３が設けられている。ワイヤ１３のポテンショメータ部を貫通する部分にはワイヤ１３の長手方向に連続的に光反射率が異なる反射面４２が固定されている。光学部３５が輻射する光はポテンショメータ部３３にその一端が固定された光ファイバ３１により導かれ反射面４２に照射される。反射面４２により反射される反射光強度は、ワイヤ１３の変位により異なる。前記反射光は光ファイバ３１により光学部３５へ導かれ、光学部３５に受光され信号処理部３６で信号処理されて、ワイヤ１３の変位が求められる。
【解決手段】マニピュレータの挿入部１は、先端に動作部１２を有する。動作部１２は、駆動部２１が駆動するワイヤ１３の変位によって作動する。ワイヤ１３には、ポテンショメータ部３３が設けられている。ワイヤ１３のポテンショメータ部を貫通する部分にはワイヤ１３の長手方向に連続的に光反射率が異なる反射面４２が固定されている。光学部３５が輻射する光はポテンショメータ部３３にその一端が固定された光ファイバ３１により導かれ反射面４２に照射される。反射面４２により反射される反射光強度は、ワイヤ１３の変位により異なる。前記反射光は光ファイバ３１により光学部３５へ導かれ、光学部３５に受光され信号処理部３６で信号処理されて、ワイヤ１３の変位が求められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式ポテンショメータ及びそれを有する医療用マニピュレータ等の操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内視鏡、医療用マニピュレータ、処置具等の操作装置には、患者の体内に挿入される挿入部に、屈曲する動作手段が備わっている。それら動作手段の多くでは、ワイヤ等の線状動力伝達部材の牽引により駆動される機構が採用されている。操作装置を正確に操作するためには、動作手段の屈曲角度を検出する手段を設ける必要がある。しかしながら操作装置の径は細いため、従来のポテンショメータやエンコーダを内蔵することは困難である。また、操作装置の自由度が高い場合、関節数の増加に伴いそれらの屈曲角度を検出する手段の数が多くなり、該検出手段の計測部への電気的な配線が多くなる。細い操作装置内の機械機構の合間を縫って多くの配線をするのは困難である。
【０００３】
計測部に電気的配線を必要としない光学式ポテンショメータが、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１は、可動的に支持された符号板の面上にその移動方向に沿って透過率が異なる読み取り用トラックを設け、当該読み取り用トラックを挟んで発光ヘッド及び受光ヘッドを対向して配置し、符号板の移動により発光ヘッドから輻射し読み取り用トラックを透過して受光ヘッドで受光される光量が変化することを利用し符号板の移動を計測する光学式ポテンショメータを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５５−４０３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１は回転体の回転情報を検出するものであり、内視鏡、医療用マニピュレータ、処置具等の操作装置の動作手段の様に、ワイヤ等の線状動力伝達部材の長手方向への変位を検出するものではない。
そこで本発明は、線状動力伝達部材の長手方向への変位を検出可能な小型の光学式ポテンショメータ及びそれを用いて動作手段の屈曲角度を検出可能な操作装置を提供することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を果たすため、本発明の光学式ポテンショメータの一態様は、長手方向に移動する線状動力伝達部材と、前記線状動力伝達部材を長手方向に移動可能に保持する保持部材と、前記線状動力伝達部材の移動方向に沿って連続的に異なる光学特性を有する光学素子と、光を発する光源と、入射される光の光学特性を電気信号に変換する受光手段と、前記光源からの光を導いて前記光学素子へ出射すると共に、前記光学素子から入射した光を前記受光手段へ導き、前記光源からの光の出射位置及び前記光学素子からの前記光の入射位置が前記光学素子に対して一定の距離を有して保持された線状光伝送手段と、前記受光手段が出力する電気信号に基づいて、前記線状動力伝達部材の移動方向における前記線状動力伝達部材と前記保持部材間の変位量を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の操作装置の一態様は、長尺で細径の管状部材と、前記管状部材を挿通される線状動力伝達部材と、前記管状部材の一端に配置され、前記線状動力伝達部材の一端が固定されるとともに、該線状動力伝達部材の長手方向への移動により屈曲動作する動作手段と、前記線状動力伝達部材の他端が固定されるとともに、該線状動力伝達部材を長手方向に移動させる駆動手段と、前記線状動力伝達部材の変位量を計測する光学式ポテンショメータと、前記光学式ポテンショメータによって計測した前記線状動力伝達部材の変位量に基づいて前記動作手段の屈曲角度を算出する演算部とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光学素子のみで構成され、線状動力伝達部材の長手方向への変位に伴い変化する光学特性を利用して線状動力伝達部材の変位量を検出するので、小型省スペースな光学式ポテンショメータを提供することができ、また、それを用いて動作手段の屈曲角度を検出可能な操作装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の操作装置の第１の実施形態としての医療用マニピュレータの概観図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータリンク部の構成の一例を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおける反射部の構成の一例を示す図。
【図４】第１の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるワイヤの変位と反射光の強度との関係の一例を示す図。
【図６】ワイヤの変位と医療用マニピュレータの動作部の屈曲角度の関係を説明する図。
【図７】第１の実施形態の第１の変形例に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図８】第１の実施形態の第２の変形例に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図９】第１の実施形態の第３の変形例に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図１０】第１の実施形態の第４の変形例に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおける透過板支持部の構成の一例を示す図。
【図１２】第２の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図１３】第２の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す断面図。
【図１４】第２の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるワイヤの変位と透過光の強度との関係の一例を示す図。
【図１５】第２の実施形態の第１の変形例に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図１６】第２の実施形態の第２の変形例に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおける偏光板支持部の構成の一例を示す図。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータリンク部の周辺部分の概観を示す図。
【図１９】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータリンク部のガイド孔の一例を示す図。
【図２０】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるガイド孔に沿ったポテンショメータリンク部の断面の一例を示す図。
【図２１】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるワイヤの径方向の断面の一例を示す斜視図。
【図２２】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるワイヤの軸方向の断面の一例を示す図。
【図２３】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータリンク部とワイヤの断面の一例を示す図。
【図２４】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるワイヤの変位と反射光の強度との関係の一例を示す図。
【図２５】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータリンク部とワイヤの変形例の要部の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の説明では、操作装置として医療用マニピュレータを例に挙げる。勿論、本実施形態の構成は、内視鏡や処置具等他の操作装置に適用されても良い。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る操作装置としての医療用マニピュレータは、患者の体内に挿入される挿入部１と、該挿入部１を動作させる制御装置２と、本発明の第１の実施の形態に係る光学式ポテンショメータ３と、を備えている。挿入部１は、管状部１１と、動作部１２と、ワイヤ１３と、を具備する。また、制御装置２は、駆動部２１と、制御部２２と、操作部２３と、表示部２４とを有する。そして、光学式ポテンショメータ３は、光ファイバ３１と、ポテンショメータリンク部３２と、ポテンショメータ部３３と、ポテンショメータ信号処理部３４と、を備え、ポテンショメータ信号処理部３４は、光学部３５と信号処理部３６とを有している。
【００１１】
管状部１１は、例えば外径１０ｍｍ、長さ１〜２ｍの細長い形状を有し、その一端には例えば長さ５，６ｃｍ程度の屈曲自在な動作部１２を有する。この動作部１２は、ワイヤ１３の変位によって駆動される機構を有する。即ち、挿入部１はその内部に、長手方向にそれらの中心軸線と平行な孔を有する。ワイヤ１３は、前記孔を挿入部１の長手方向に挿通している。挿入部１の長手方向中心軸と垂直な面（以下、「円周面」と称する）内の孔及びそれを挿通するワイヤ１３の位置は、例えば２つの孔が挿入部１の円周面の中心に対して対称の位置であり、別の２つの孔が挿入部１の円周面の中心を対称軸として前記２つの孔と９０度回転対称の位置であるとする。前記挿入部１の４つの孔をそれぞれ挿通する４本のワイヤ１３の一端は、動作部１２の管状部１１と接続していない端（先端側）の近傍に固定され、他端は管状部１１の動作部１２が接続されている端と他端側（基端側）に設けられる駆動部２１に接続される。駆動部２１は、例えば回転型モータとプーリの組合せやリニア型のモータなどである。４本のワイヤ１３は、それぞれモータに接続されるか、挿入部１の円周面の中心に対して対称な２本のワイヤ１３がそれぞれ一体化され２組のワイヤ１３を構成し、該２組のワイヤ１３がそれぞれ別々のプーリに巻かれる構成を有する。この駆動部は、例えば、挿入部１と一体的に構成され、図示しないコネクタを介して、例えばコンピュータ等である制御部に接続される。
【００１２】
制御部２２は、図示しないカメラによって、該挿入部１の動作部と処置部位等とを同一視野に収めて撮影した画像の信号に基づき、ディスプレイ等から成る表示部２４に該画像を表示させる。操作者は、そのカメラが撮影し、表示部２４に表示された画像を見ながら、動作部１２に意図した動作をさせるため、例えばジョイスティックやハンドル等である操作部２３を操作する。操作部２３は、操作者が入力する信号を制御部２２に出力する。制御部２２は、操作部２３から入力されたこの信号に基づき、動作部１２の作動に必要な駆動部２１のモータを動作させるための信号を所定の計算方法で生成し、それを駆動部２１に出力する。駆動部２１は、制御部２２から入力されたこの信号に基づき、モータを動作させ、それによって、ワイヤ１３は、送出又は牽引され、挿入部１の長手方向に移動する。
【００１３】
動作部１２は、このワイヤ１３の変位により屈曲する。例えば、１本のワイヤが牽引され、動作部１２の円周面中心に対して該ワイヤと対称の位置にあるワイヤが送出される場合、動作部１２は、その中心軸に対して牽引されたワイヤが位置する方向に屈曲する。動作部１２は、その円周面中心に対して対称な２本のワイヤを当該中心に対して回転対称の位置に２組有するため、あらゆる向きに自在に屈曲できる。この様に、管状部１１は、例えば、長尺で細径の管状部材として機能し、ワイヤ１３は、例えば、線状動力伝達部材として機能し、駆動部２１は、例えば、線状動力伝達部材を長手方向に移動させる駆動手段として機能し、動作部１２は、例えば、線状動力伝達部材の長手方向への移動により屈曲動作する動作手段として機能する。
【００１４】
図１に示す様に、挿入部１の管状部１１の前記動作部１２の近傍には、本実施形態の光学式ポテンショメータにおける計測部である円柱形状のポテンショメータリンク部３２が配設されている。本実施形態では、ポテンショメータリンク部３２は、管状部１１に配設されているが、動作部１２の一部として配設されても良い。
【００１５】
図２に示すように、ポテンショメータリンク部３２は、その長手方向に中心軸と平行に配置された円柱形状のポテンショメータ部３３を有する。ポテンショメータ部３３の数は、ワイヤ１３の本数と同じであり、本実施形態では４つである。ポテンショメータ部３３の円周面における位置は、挿入部１におけるワイヤ１３の貫通位置に依存する。
【００１６】
ワイヤ１３はポテンショメータ部３３を貫通しており、その貫通部に対応して、図３に示すように反射部４１が設置されている。図３において、（ａ）は反射部４１の斜視図、（ｂ）は反射部４１の円周面で切断した断面図、（ｃ）は反射面４２と対向する向きから反射部４１を見た図をそれぞれ示している。反射部４１は、細長い円筒形状をその中心軸と平行な面で切断し長手方向に平面を設けた形状をしている。前記平面は反射面４２を構成している。反射面４２は、その面内で長手方向の位置に応じて、光反射率を異にするものであり、本実施形態では、反射面４２の光反射率は、反射面４２の長手方向の一端から他端へ連続的に変化するものとしている。この反射面４２は、例えばコーティングにより一定の反射率の部材を反射部４１に形成した後、その上に透過率が連続的に変化するＮＤフィルタを載上することで形成している。なお、この反射率の違いは、アナログ的な連続変化に限定するものではなく、デジタル的に連続した変化であれば良く、つまり、必要とされる分解能を満たせば離散的に変化していても構わない。反射部４１は、ワイヤ１３が挿通した形態でワイヤに固定されている。また、反射部４１（及び反射面）は、柔軟性があり、ワイヤ１３の屈曲に応じて屈曲する部材で構成してもよい。この様に、反射部４１は、例えば、その軸線を長手方向に移動する線状動力伝達部材の中心軸線と平行にし、かつ該軸線と平行な平面を有する柱状形状の光反射体支持部材として或いは線状動力伝達部材に対し一体に移動可能に設けられた光学素子支持部材として機能し、反射面４２は、例えば、線状動力伝達部材の移動方向に沿って連続的に変化する光学特性を有する光学素子、或いは前記移動方向に沿って反射率が連続的に変化する光反射体として機能する。
【００１７】
また、図４に示すように、ポテンショメータ部３３には、光ファイバ３１の一端が導入されている。なお、図４において、（ａ）はポテンショメータ部の斜視図、（ｂ）は該ポテンショメータ部３３の長手方向中心軸に沿った断面図、（ｃ）は（ｂ）中のｃ−ｃ線矢視断面である。ワイヤ１３に固定された反射部４１は、ポテンショメータ部３３を長手方向にその中心軸と平行に貫通する反射部用孔４３（支持部材孔）を挿通し、反射部用孔４３と反射部４１で嵌合構造を形成している。反射部４１は、反射部用孔４３に沿って摺動自在である。更に、ポテンショメータ部３３内には、反射部用孔４３と平行に光ファイバ用孔４４が設けられ、光ファイバ３１は、該光ファイバ用孔４４に挿入され固定されている。光ファイバ３１の端部は該ポテンショメータ部３３内にあり、そこには、プリズム４６が配設されている。そして、ポテンショメータ部３３内には、前記反射部用孔４３とこのプリズム４６との間に、前記反射部用孔４３と垂直な孔である光路孔４５を更に有している。このような構造により、光ファイバ３１の端部と光路孔４５の一端とは、プリズム４６で光学的に接続されている。
【００１８】
光ファイバ３１は、管状部１１内を通っており、そのポテンショメータ部３３に接続している端（先端側）とは別の端（基端側）は、管状部１１の動作部１２が配設されている端（先端側）とは反対側の端（基端側）の外部に設置されているポテンショメータ信号処理部３４に、図示しない光コネクタ等を介して接続している。ポテンショメータ信号処理部３４は、前述したように、光学部３５と信号処理部３６とを有する。光学部３５は、図示しない光源と、レンズと、受光素子とを有しており、前記光ファイバ３１は、この光学部３５に接続している。
【００１９】
光学部３５内の図示しない光源は、一定強度の光を輻射するよう構成されている。光学部３５内のレンズ等の光学部材は、前記光源が輻射した光を光ファイバ３１に導く。光ファイバ３１は、前記光をポテンショメータ部３３に伝搬する。そして、光ファイバ３１の端部にあるプリズム４６は、光ファイバ３１により導かれた光の進行方向を９０度変化させ、光路孔４５を通して、反射部４１の反射面４２に光を照射する。ここで、光ファイバ３１が反射面４２の移動方向と平行即ちワイヤ１３と平行に保持されていること、また、光ファイバ３１が導いた光を反射面４２に垂直に照射するための光路変換にプリズム４６を用いることは、本実施形態の光学式ポテンショメータの小型化に効を奏している。この様に、光学部３５内の光源は、例えば、光を発する光源として機能し、光ファイバ３１は、例えば、光源からの光を導いて光学素子へ出射する線状光伝送手段として機能し、プリズム４６は、例えば、線状光伝送手段の光路を光学素子へ向ける光路変換部材として機能する。
【００２０】
前記反射面４２は、入射された光を反射する。この時、挿入部１の動作部１２を作動させるためにワイヤ１３がその長手方向に移動すると、ワイヤ１３に固定されている反射部４１もワイヤ１３の移動に伴って長手方向に移動する。反射部４１に設けられた反射面４２は、前述したように長手方向に光反射率が連続的に変化している。反射部４１の移動に伴い反射面４２も移動するのに対し、反射面４２へ光を出射する光ファイバ３１の端部並びにプリズム４６、光路孔４５は、ポテンショメータ部３３に固定されている。すなわち、光源からの光の出射位置は、反射面４２に対して一定の距離を有してポテンショメータ部３３に保持されている。そのため、反射面４２に向けて出射された光を、反射面４２が反射する部分の反射率はワイヤ１３の変位に応じて変化する。そして、反射面４２に入射し反射される光の強度は、ワイヤ１３の変位に応じて変化する。尚、前述したように反射部４１はポテンショメータ部３３の反射部用孔４３と嵌合構造になっている。このため、反射部４１は、ポテンショメータ部３３内では変形しないので、前記光の光路長は変化しない。ワイヤ１３の変位と反射光の強度との関係の一例を図５に示す。この様に、ポテンショメータ部３３は、例えば、光学素子が設けられた部分の線状動力伝達部材を移動可能に保持すると共に、線状光伝送手段の光の出射位置及び入射位置を前記光学素子に対して一定の距離を有して保持する保持部材として機能する。
【００２１】
本実施形態では、光学部３５から反射面４２へ出射する光を導く線状光伝送手段と反射面４２から反射する光を光学部３５へ導く線状光伝送手段とを兼用させるため、反射面４２が反射する光は、反射面４２への出射時と同じ光路を通り光学部３５に導かれる。即ち、反射面４２が反射する光は、光路孔４５を通りプリズム４６に入射する。プリズム４６は、前記反射光の進行方向を９０度変化させ、光ファイバ３１に該反射光を導く。光ファイバ３１は、前記反射光を光学部３５に伝搬する。この様に、光ファイバ３１は、例えば、光学素子から入射した光を受光手段へ導く線状光伝送手段として機能する。なお、以上の説明では、線状光伝送手段としての光ファイバ３１、プリズム４６及び光学部３５内の光学部材が用いられているが、光ファイバ３１の射出光をコリメート光にする凸レンズやボールレンズ等をさらに設置しても良い。
【００２２】
光学部３５内の図示しない受光素子は、前記反射面４２によって反射され、光ファイバ３１を介して伝搬された光を受光し、光強度に応じた電気信号を生成する。光学部３５は、ここで生成した電気信号を、信号処理部３６に出力する。信号処理部３６は、この光学部３５から入力された電気信号に対し、ポテンショメータで行われる一般的な信号処理である波形処理等の所定の処理を行う。信号処理部３６は、こうして得た信号処理の結果の信号を、制御部２２に出力する。制御部２２は、この信号処理部３６から入力された信号に基づき、既知である信号と変位の関係を用いてワイヤ１３の変位量を算出する。
【００２３】
なお、本実施形態では、光源からの光が光ファイバ３１から出射する出射位置及び、反射面４２から反射された光が光ファイバ３１に入射する入射位置は、ポテンショメータ部３３に固定されている。そのため、ワイヤ１３の変位量とは、ワイヤ１３とポテンショメータ部３３の間の変位量となる。
【００２４】
この様に、光学部３５内の受光素子は、例えば、光学素子から伝搬した光の光学特性を電気信号に変換する受光手段として機能し、信号処理部３６は、例えば、線状動力伝達部材と保持部材間の変位量を算出する算出手段として機能する。
制御部２２は、この様にして算出されたワイヤ１３の変位量から動作部１２の屈曲角度を算出する。ワイヤ１３の変位量から動作部１２の屈曲角度を算出する方法は様々であるが、１つの方法は実際にワイヤ１３の変位量を様々に変化させながら動作部１２の屈曲角度を測定し、その関係式を導くものである。或いは、ワイヤ１３の変位量と動作部１２の屈曲角度との関係のテーブルを作成しておいて、それを読み出しても良い。この様に、制御部２２は、例えば、線状動力伝達部材の変位量に基づいて前記動作手段の屈曲角度を算出する演算部として機能する。
【００２５】
ワイヤ１３の変位量から動作部１２の屈曲角度を求める別の方法を、図６を用いて説明する。（ａ）に示すように、動作部１２の先端付近には、ワイヤ１３が取り付けられるワイヤ取付け位置Ｐ１がある。動作部１２には、ワイヤ１３を牽引した際に屈曲する部分の最も基端側である屈曲開始位置Ｐ２がある。ワイヤ取付け位置Ｐ１と屈曲開始位置Ｐ２の間の中心軸線Ｃ上の長さをＬとする。また、中心軸線Ｃからワイヤ取付け位置Ｐ１までの径方向の長さをｒとする。（ｂ）に示すように、駆動部２１が、一方のワイヤ１３をΔｘだけ牽引し、他方のワイヤ１３をΔｘだけ送出する時、Ｐ１からＰ２までの曲率がいずれの位置でも同じである場合、Ｌは変化しないので、屈曲開始位置Ｐ２とワイヤ取付け位置Ｐ１の間の角度θに対するワイヤ１３の移動量Δｘの関係は、θ＝Δｘ／ｒと成る。尚、ここでは１組の動作部１２の中心に対して対称な位置にあるワイヤ１３について説明したが、複数組のワイヤ１３が同時に牽引及び送出される場合にも上式は成り立つ。従って、ワイヤ１３の変位が求まれば、動作部１２の屈曲量も求まる。
【００２６】
上述の通り、本実施形態の光学式ポテンショメータは、挿入部１内に光ファイバ３１やプリズム４６等の光学部材のみを用いて構成しており、かつ、動作部の関節数が増えてもポテンショメータリンク部３２の数は増えないため、小型化することができ、直径が１０ｍｍ以下の細径な医療用マニピュレータにも搭載できる。また、挿入部１内にポテンショメータ用には電気部品が用いられていないので、そのための電源線や信号線の配線が不要であり、省スペースである。本実施形態の操作装置は、光学式ポテンショメータのポテンショメータリンク部３２を動作部１２の近傍に設置することで、動作部１２の実際の変位をより正確に求めることができる。これにより実際の変位と目標変位との差分を用いてフィードバック制御をしながら駆動部２１のモータを動作させることができ、動作部１２の位置決め精度を向上させることができる。
【００２７】
また、本実施形態では、挿入部１内に何ら電気部品が用いられていないので、挿入部１に設けた光学式ポテンショメータの計測部であるポテンショメータリンク部３２は使用時に電気的なノイズの影響を受けることがない。更に同理由で、挿入部１は滅菌や洗浄も容易となる。
【００２８】
なお、挿入部１の先端にカメラを内蔵させれば、操作者は、挿入部１の先端が向いている方向の画像を表示部２４で観察しながら、操作部を操作できるので、動作部１２に意図した動作をさせることが容易となる。
次に本実施形態の変形例を図面を参照して説明する。尚、本実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００２９】
まず、本実施形態における図４（ｃ）に相当する図７を参照して、本実施形態の第１の変形例に係る光学式ポテンショメータを説明する。本変形例では、反射部４１がポテンショメータ部３３に対して円周方向に回転することを防止するため、ポテンショメータ部３３と反射部４１とに、それぞれ凹部と凸部を設け、それらが嵌合するよう構成したものである。勿論、図７に示す形状は一例であり、反射部４１とポテンショメータ部３３の断面形状が、互いに嵌合しかつ回転しない形状であれば、どのような形状であっても良い。
【００３０】
次に、本実施形態における図３（ａ）に相当する図８（ａ）及び（ｂ）を参照して、本実施形態の第２の変形例に係る光学式ポテンショメータを説明する。反射部４１の形状は、図８（ａ）に示すようにワイヤ１３を挿通する中空を有する四角柱であっても良いし、図８（ｂ）に示すようにワイヤ１３を挿通する中空を有する三角柱であっても良い。図８（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれの場合の本実施形態における図４（ｃ）に相当する断面図であり、これらの図に示す様に、前記反射部４１は、ポテンショメータ部３３と嵌合構造を形成する。本形状により、第１の変形例と同様に反射部４１のポテンショメータ部３３に対する円周方向の回転を防止することができる。その結果、反射部４１への光の照射並びに反射部４１からの反射光の受光を安定して行うことができる。
【００３１】
なお、第１の実施形態及びその第１乃至２の変形例において、反射部４１はワイヤ１３が挿通する中空を有さず、反射部４１の長手方向両端面にワイヤ１３を固定する構造でも良い。
次に、本実施形態における図４（ｂ）に相当する図９（ａ）及び（ｂ）を参照して、本実施形態の第３の変形例に係る光学式ポテンショメータを説明する。図９（ａ）に示した変形例では、本実施形態におけるポテンショメータ部３３のプリズム４６を、ミラー４７に置き換えている。即ち、光学部３５の光源から出射した光は、光ファイバ３１によってミラー４７に導かれる。ミラー４７は導かれた前記光の進行方向を９０度変化させる。前記光は光路孔４５を介して、反射部４１に照射される。また、図９（ｂ）に示した変形例では、光ファイバ３１は、光ファイバ用孔４４を挿通し、光ファイバ用孔４４の端部で湾曲し、光路孔４５を挿通する。図９（ａ）（ｂ）いずれの構成でも、伝搬される光は、反射部４１の反射面４２に垂直に照射する。反射面４２による反射光は、入射光と同光路を通り光ファイバ３１によって光学部３５に導かれる。この様に、ミラー４７及び光ファイバ３１の湾曲部は、例えば、線状光伝送手段の光路を光学素子へ向ける光路変換部材として機能する。
【００３２】
次に、本実施形態における図４（ｃ）に相当する図１０を参照して、本実施形態の第４の変形例に係る光学式ポテンショメータを説明する。本変形例では、反射面４２への入射光の光路と反射面４２からの反射光の光路を別にしている。即ち、光学部３５内の光源が輻射した光は光ファイバ３１ａに導かれる。光ファイバ３１ａは、前記光をポテンショメータ部に伝搬する。光ファイバ３１ａの端部にあるプリズム４６ａは、光ファイバ３１ａにより導かれた光の進行方向を変化させ、光路孔４５ａを通して、反射部４１の反射面４２に光を照射する。反射面４２が反射する光は、光路孔４５ｂを通りプリズム４６ｂに入射する。プリズム４６ｂは、前記反射光の進行方向を変化させ、光ファイバ３１ｂに該光を導く。光ファイバ３１ｂは、前記反射光を光学部３５に伝搬する。この様に、光ファイバ３１ａは、例えば、光源から前記光学素子へ光を導く第１の線状光伝送体として機能し、光ファイバ３１ｂは、例えば、光学素子から前記受光手段へ光を導く第２の線状光伝送体として機能する。
尚、第３の変形例、第４の変形例及び第１又は第２の変形例はそれぞれ組み合わせて用いても良い。
【００３３】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点に限定して説明する。尚、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００３４】
第１の実施形態では、ポテンショメータ部３３内に長手方向の位置に応じて光反射率が変化する反射面４２を設置し、光ファイバ３１で導いた光を該反射面４２に照射し、反射光を得て、反射光強度から反射面４２の位置、即ち、ワイヤ１３の変位を計測する光学式ポテンショメータを示した。本第２の実施形態では、ポテンショメータ部３３内に、光反射率を異にする手段に替わり、光透過率を異にする手段を設置する。
【００３５】
即ち、本第２実施形態に係る光学式ポテンショメータは、図１１に示すように、前記第１実施形態における反射部の代わりに、透過板支持部５１及び透過板５２を有する。透過板支持部５１は、例えばワイヤ１３を挿通する細長い円筒形状をしており、円筒の外部に透過板５２を支持する。透過板５２は、例えば、細長い平板形状をしており、透過板支持部５１の円周面と垂直かつ透過板支持部５１の中心軸と透過板５２の長手方向が平行になるように取り付けられている。透過板５２は、その長手方向の位置に応じて、光透過率を異にする。本実施形態では、図１１に示す様に、透過板５２の光透過率は、長手方向の一端から他端へ連続的に変化するものとしている。勿論、この光透過率の違いは、アナログ的な連続変化ではなく、デジタル的な連続変化でも良い。透過板支持部５１はワイヤ１３が挿通された形態でワイヤに固定されている。さらに、透過板支持部５１及び透過板５２は、柔軟性がある部材で形成され、ワイヤの屈曲に応じて屈曲する。この様に、透過板支持部５１は、例えば、線状動力伝達部材に対し一体に移動可能に設けられた光学素子支持部材として機能し、透過板５２は、例えば、線状動力伝達部材の移動方向に沿って連続的に変化する光学特性を有する光学素子、或いは前記移動方向に沿って透過率が連続的に変化する光透過体として機能する。
【００３６】
また、本実施形態においては、図１２及び図１３に示すように、ポテンショメータ部３３には、光ファイバ３１ａ及び光ファイバ３１ｂが導入されている。ワイヤ１３に固定された透過板支持部５１は、ポテンショメータ部３３を長手方向にその中心軸と平行に貫通し、透過板支持部５１及び透過板５２の形状に合わせた透過板支持部用孔５３（支持部材孔）を挿通し、透過板支持部５１及び透過板５２と透過板支持部用孔５３とで嵌合構造を形成している。これにより、透過板支持部５１及び透過板５２は、透過板支持部用孔５３に沿って摺動自在である。ポテンショメータ部３３は、透過板支持部用孔５３と平行に光ファイバ用孔４４ａ及び光ファイバ用孔４４ｂを有する。光ファイバ用孔４４ａ及び光ファイバ用孔４４ｂは、例えば、透過板支持部用孔５３を挿通する透過板５２を対称軸とする対称の位置にある。光ファイバ３１ａ及び光ファイバ３１ｂは、該光ファイバ用孔４４ａ及び光ファイバ用孔４４ｂにそれぞれ挿入され固定される。また、ポテンショメータ部３３はその内部に、光ファイバ用孔４４ａ及び光ファイバ用孔４４ｂの端部であり、透過板５２を挟んで対峙する位置にプリズム４６ａ及びプリズム４６ｂを有する。また、ポテンショメータ部３３は、プリズム４６ａ及びプリズム４６ｂを結ぶ位置には光路孔５４ａ及び光路孔５４ｂを有する。プリズム４６ａ及びプリズム４６ｂは、透過板５２及び光路孔５４ａ及び光路孔５４ｂを挟んで、光ファイバ３１ａと光ファイバ３１ｂとの光路を結ぶように光路を９０度変化させる。
【００３７】
第１の実施形態と同様に、光ファイバ３１ａは、光学部３５内の光源が輻射する光をポテンショメータ部に伝搬する。光ファイバ３１ａの端部にあるプリズム４６ａは、光ファイバ３１ａにより導かれる光の進行方向を９０度変化させ、光路孔５４ａを通して、透過板５２に光を照射する。
【００３８】
入射された光は、透過板５２を透過する。この時、挿入部１の動作部１２を作動させるためにワイヤ１３がその長手方向に移動すると、ワイヤ１３に固定される透過板支持部５１もワイヤ１３の移動に伴って長手方向に移動する。透過板支持部５１に設けられた透過板５２は、長手方向に光透過率が連続的に変化するため、透過板５２に入射し透過する透過光の強度は、ワイヤ１３の変位に応じて変化する。尚、透過板５２はポテンショメータ部３３の透過板支持部用孔５３と嵌合構造になっており、ポテンショメータ部３３内では変形しないため光路は変化しない。ワイヤ１３の変位と透過光の強度との関係の一例を図１４に示す。
【００３９】
透過板５２を透過した光は、光路孔５４ｂを通り、プリズム４６ｂに入射する。プリズム４６ｂは、前記透過光の進行方向を９０度変化させ、光ファイバ３１ｂに該透過光を導く。光ファイバ３１ｂは、前記透過光を光学部３５に伝搬する。光学部３５に伝搬された前記透過光は、第１の実施形態と同様に信号処理され、その結果、ワイヤ１３の変位が求まる。この様に、光ファイバ３１ａは、例えば、光源からの光を導いて光透過体へ出射する第１の線状光伝送体として機能し、光ファイバ３１ｂは、例えば、前記光透過体を透過してきた光を入射して受光手段へ導く第２の線状光伝送体として機能する。
【００４０】
本実施形態の光学式ポテンショメータは、第１の実施形態と同様に、挿入部１内に光ファイバやプリズム等の光学部材のみを用い、電気部品が用いられておらず、電源線や信号線の配線が不要であるため、かつ、動作部の関節数が増えてもポテンショメータリンク部３２の数は増えないため、小型省スペース化できる。また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、光学式ポテンショメータのポテンショメータリンク部を動作部１２の近傍に設置することで、動作部１２の実際の変位をより正確に求めることができ、挿入部１の位置決め精度を向上させることができる。
【００４１】
さらに、挿入部１内に電気部品が用いられていないので、挿入部１に設けた光学式ポテンショメータの計測部であるポテンショメータリンク部は使用時に電気的なノイズの影響を受けることがなく、更に本挿入部１は滅菌や洗浄も容易となる。
次に、第２の実施形態の変形例を図面を参照して説明する。尚、本実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４２】
図１５は、本実施形態における図１３中のＣ−Ｃ線矢視断面図に相当する。この図１５に示すように、本実施形態の第１の変形例に係る光学式ポテンショメータでは、透過板支持部を円柱形状ではなく三角柱や四角柱としたものである。また、第１の実施形態及びその変形例と同様に、透過板支持部５１はワイヤ１３が挿通する中空を有さず、透過板支持部５１の長手方向両端面にワイヤ１３を固定する構造でも良い。
【００４３】
次に、本実施形態における図１３中のＢ−Ｂ線矢視断面図に相当する図１６を参照して、本実施形態の第２の変形例に係る光学式ポテンショメータを説明する。前記第１の実施形態の第２の変形例と同様に、本第２の実施形態でも、ポテンショメータ部３３のプリズム４６ａ及び４６ｂを、それぞれミラー４７ａ及び４７ｂに置き換えても良いし、光ファイバ３１ａ及び３１ｂを湾曲させても良い。
【００４４】
即ち、ミラー４７ａ及び４７ｂに置き換えた場合には、光学部３５の光源から出射した光は、光ファイバ３１ａによってミラー４７ａに導かれる。ミラー４７ａは、導かれた前記光の進行方向を９０度変化させる。前記光は、光路孔５４ａを通り、透過板５２を透過し、光路孔５４ｂを通りミラー４７ｂに到る。ミラー４７ｂは、前記光の進行方向を９０度変化させ、光ファイバ３１ｂに該光を導く。
【００４５】
また、光ファイバ３１ａ及び３１ｂを湾曲させた場合には、光ファイバ３１ａ及び３１ｂは、光ファイバ用孔４４ａ及び４４ｂをそれぞれ挿通し、光ファイバ用孔４４ａ及び４４ｂ端部で湾曲し、光路孔５４ａ及び５４ｂをそれぞれ挿通する。
いずれの構成でも、伝搬される光は、透過板５２と垂直に透過板５２を透過する。
尚、第２の変形例は、第１の変形例と組み合わせて用いても良い。
【００４６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、第２の実施形態との相違点に限定して説明する。尚、第２の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４７】
前記第２の実施形態では、ポテンショメータ部３３内に長手方向の位置に応じて光透過率が変化する透過板５２を設置し、光ファイバ３１ａで導いた光を当該透過板５２に照射し、透過光を得て、透過光強度から透過板５２の位置、即ち、ワイヤ１３の変位を計測する光学式ポテンショメータを示した。本第３の実施形態では、ポテンショメータ部３３内に、光透過率を異にする手段に替わり、偏光特性を異にする手段を設置する。
【００４８】
即ち、本第３実施形態に係る光学式ポテンショメータは、図１７に示すように、図１１を参照して説明した第２の実施形態における透過板支持部５１を偏光板支持部６１に、透過板５２を偏光板６２に、それぞれ変更している。その他の構成は第２の実施形態と全く同じである。偏光板６２は、その長手方向の位置に応じて、偏光特性を異にする。本実施形態では、図１７に示す様に、偏光板６２の長手方向の位置に応じて、偏光の角度が必要とされる分解能で離散的に異なっている。この様に、偏光板支持部６１は、例えば、線状動力伝達部材に対し一体に移動可能に設けられた光学素子支持部材として機能し、偏光板６２は、例えば、線状動力伝達部材の移動方向に沿って連続的に異なる光学特性を有する光学素子として機能する。
【００４９】
本実施形態のポテンショメータ部３３は、図１２及び１３を参照して説明する第２の実施例におけるポテンショメータ部３３と同様であり、変更点は透過板支持部５１を偏光板支持部６１に、透過板５２を偏光板６２にそれぞれ変更している点のみである。
第２の実施形態と同様に、光ファイバ３１ａは、光学手段１６内の光源が輻射する前記光をポテンショメータ部に伝搬する。光ファイバ３１ａの端部にあるプリズム４６ａは、全反射プリズムであり、光ファイバ３１ａにより導かれる光の進行方向を９０度変化させ、光路孔５４ａを通して、偏光板６２に光を照射する。偏光板６２は、入射された光を透過させる際に偏光させる。この時、挿入部１の動作部１２を作動させるために、ワイヤ１３がその長手方向に移動すると、ワイヤ１３に固定される偏光板支持部６１もワイヤ１３の移動に伴って長手方向に移動する。偏光板支持部６１に設けられた偏光板６２は、長手方向に偏光の角度が異なるため、偏光板６２に入射し透過する透過光の偏光の角度は、ワイヤ１３の変位に応じて変化する。偏光板６２を透過する光は、光路孔５４ｂを通り、プリズム４６ｂに入射する。プリズム４６ｂは、全反射プリズムであり、光の進行方向を９０度変化させ、光ファイバ３１ｂに光を導く。光ファイバ３１ｂは、第２の実施形態と同様に、前記透過光を光学部３５に伝搬する。光学部３５は、回転する偏光板等、偏光の角度の情報を得ることができる手段を備えており、透過光の偏光の角度の変化を知ることができる。透過光の偏光の角度の変化を知ることで、ワイヤ１３の相対的な変位情報を得る。この様に、光ファイバ３１ａは、例えば、光源からの光を導いて光透過体へ出射する第１の線状光伝送体として機能し、光ファイバ３１ｂは、例えば、前記光透過体を透過してきた光を入射して受光手段へ導く第２の線状光伝送体として機能する。
【００５０】
本実施形態の光学式ポテンショメータは、第１乃至２の実施形態と同様に、挿入部１内に光ファイバや全反射プリズム等の光学素子のみを用い、電気部品が用いられておらず、電源線や信号線の配線が不要であるため、かつ、動作部の関節数が増えても光学素子の数は増えないため、小型省スペース化できる。また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、光学式ポテンショメータのポテンショメータリンク部を動作部１２の近傍に設置することで、動作部１２の実際の変位をより正確に求めることができ、動作部の位置決め精度を向上させることができる。さらに、挿入部１内に電気部品が用いられていないので、挿入部１に設けた光学式ポテンショメータの計測部であるポテンショメータリンク部は使用時に電気的なノイズの影響を受けることがなく、更に本挿入部１は滅菌や洗浄も容易となる。
【００５１】
第１乃至２の実施形態では反射部４１の光反射率又は透過板５２の光透過率がその位置に応じてアナログ的に連続的に異なっているのと違い、本実施形態の偏光板６２はその位置に応じて偏光の角度が離散的に異なっている。しかしながら、必要とされる分解能で離散的に異なっているので、即ち、デジタル的には連続的に異なっているので、上記第１、第２実施形態と同様に変位量検出は可能である。さらに、本実施形態では、偏光特性を利用しているので、第１乃至２の実施形態では必要となる光源における輻射光の強度の変化や、光学部材における光強度の減衰等、光強度変化に応じた補正が、本実施形態では必要ない。
【００５２】
本実施形態の変形例としては、第２の実施形態の変形例と同様である。即ち、第１の変形例では、図１５を参照して説明した第２の実施形態の第１の変形例と同様に、ポテンショメータ部３３は、円柱形状に限らず、三角柱や四角柱の形状を用いても良い。また、第１の実施形態及びその変形例と同様に、偏光板支持部６１はワイヤ１３が挿通する中空を有さず、偏光板支持部６１の長手方向両端面にワイヤ１３を固定する構造でも良い。
【００５３】
また、第２の変形例では、図１６を参照して説明した第２の実施形態の第２の変形例と同様に、ポテンショメータ部３３の全反射プリズム４６ａ，４６ｂを、ミラー４７ａ及び４７ｂに置き換えても良いし、光ファイバ３１ａ及び３１ｂが、光ファイバ用孔４４ａ及び４４ｂをそれぞれ挿通し、光ファイバ用孔４４ａ及び４４ｂ端部で湾曲し、光路孔５４ａ及び５４ｂにそれぞれ挿通する構成でも良い。
また、第２の変形例は、第１の変形例と組み合わせて用いても良い。
【００５４】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点に限定して説明する。尚、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００５５】
第１の実施形態では、光学素子、或いは光反射体として機能する反射面４２を、線状動力伝達部材として機能するワイヤ１３に設け、線状光伝送手段として機能する光ファイバ３１を、線状光伝送手段の光の出射位置及び入射位置を上記光学素子に対して一定の距離で保持する保持部材として機能するポテンショメータ部３３に保持する光学式ポテンショメータを示した。本第４の実施形態では、上記線状光伝送手段として機能する光ファイバ３１を、線状動力伝達部材として機能するワイヤ４１３に保持し、上記光学素子、或いは上記光反射体として機能する反射面４４２を、ワイヤ４１３を長手方向に移動可能に保持する保持部材として機能する光学式ポテンショメータ４００に設けている。なお、本第４の実施形態では光学式ポテンショメータ４００とポテンショメータリンク部４３２は一体で形成されている。光学式ポテンショメータ４００とポテンショメータリンク部４３２が、別体となっており、ポテンショメータリンク部４３２に光学式ポテンショメータ４００が組込まれていてもよい。
【００５６】
ポテンショメータリンク部４３２の周辺部分の概観を図１８に示す。図１８に示すように、ポテンショメータリンク部４３２は４つのガイド孔４３３を有している。ガイド孔４３３は、ポテンショメータリンク部４３２を直線的に貫通している。４つのガイド孔４３３にそれぞれ４本のワイヤ４１３が通っている。ワイヤ４１３は、ポテンショメータリンク部４３２に対して長手方向に移動可能である。ワイヤ４１３は、少なくとも後述する反射面４４２が位置する範囲では直線的に移動する。
【００５７】
ポテンショメータリンク部４３２のガイド孔４３３を図１９に示す。また、ガイド孔４３３に沿ったポテンショメータリンク部４３２の断面を図２０に示す。図１９と図２０に示すように、ガイド孔４３３の内面には全周に亘って反射面４４２が形成されている。反射面４４２は、上記第１の実施形態と同様に、その面内で長手方向の位置に応じて、光反射率を異にするものであり、反射面４４２の光反射率は、反射面４４２の長手方向の一端から他端へ連続的に変化するものとしている。
【００５８】
図２１と図２２にワイヤ４１３を示す。図２１は、ワイヤ４１３の径方向の断面を示した斜視図である。図２２は、ワイヤ４１３の軸方向の断面図である。図２１と図２２に示すように、ワイヤ４１３は中空ワイヤで構成されており、その全長にわたって延びている中空部４５２を有している。ワイヤ４１３の中空部４５２内には、光ファイバ３１の少なくとも一部が通されている。ワイヤ４１３の中空部４５２内には、光ファイバ３１の先端側の位置に、光ファイバ３１から射出される光の光路を曲げる働きを持つ光路変換部材としてプリズム４６が設置されている。プリズム４６は、例えば、光ファイバ３１から射出される光を９０°折り曲げる。ワイヤ４１３はまた、プリズム４６とワイヤ４１３の外部空間との間の光の行き来を可能にする透光部である光路孔４５を有している。ここで光路変換部材とは偏向により光路を曲げる素子や、反射により光路を曲げる素子も含まれており、プリズム４６はミラーなどで代替されても良い。
【００５９】
ポテンショメータリンク部４３２とワイヤ４１３の断面を図２３に示す。図２３に示すように、ワイヤ４１３に形成された光路孔４５は、反射面４４２に対向している。尚、図２３では、反射面４４２をわかり易くするために、ワイヤ４１３の外周面とガイド孔４３３の反射面４４２とは隙間を有しているが、実際はワイヤ４１３とガイド孔４３３とは長手方向に摺動可能となっている。
【００６０】
図１に示す挿入部１の動作部１２を作動（屈曲）させるためにワイヤ４１３がその長手方向に移動すると、光ファイバ３１とプリズム４６は、ワイヤ４１３とともに移動して、上記第１の実施形態で示したように光源から発せられた光を反射面４４２に照射するとともに反射面４４２で反射された光を受光手段に伝送する。このとき、ポテンショメータリンク部４３２とワイヤ４１３の相対的な位置が変化する。
【００６１】
従って、ポテンショメータリンク部４３２のガイド孔４３３に設けられた反射面４４２は、上記したように長手方向に光反射率が連続的に変化しているため、反射面４４２に入射し反射される光の強度は、ワイヤ４１３の変位に応じて変化する。そのワイヤ４１３の変位と反射光の強度との関係の一例を図２４に示す。
【００６２】
前述した様に、ワイヤ４１３の中空部４５２内に光ファイバ３１（及びプリズム４６）が保持されている。そして、例えば、中空ワイヤであるワイヤ４１３の周壁４１３aを介して線状光伝送手段の光の出射位置及び入射位置が前記光学素子に対して一定の距離を有しており、ワイヤ４１３がポテンショメータリンク部４３２（光学式ポテンショメータ４００）に摺動可能に保持されていることから、ポテンショメータリンク部４３２（光学式ポテンショメータ４００）は保持部材として機能する。
【００６３】
また、反射面４４２が設けられたポテンショメータリンク部４３２（光学式ポテンショメータ）は、例えば、線状動力伝達部材を長手方向に移動可能に保持する保持部材として機能する。
尚、ワイヤ４１３の変位量から動作部１２の屈曲角度を算出する方法は、上記第１の実施形態で示した通りであるため、その説明は省略する。
【００６４】
本第４の実施形態では、線状光伝送手段としての光ファイバ３１がワイヤ４１３の中空部４５２を通っているため、線状光伝送手段を配置するためのスペースを新たに確保する必要がないので、容易に小型化・細径化を図ることができる。また、ポテンショメータリンク部４３２を直線的に貫通しているガイド孔４３３の内面に反射面４４２が形成されているので、ワイヤ４１３の直線的な移動量が検出できる。ワイヤ４１３を中空ワイヤで構成したことから、加工が容易で、コスト面でも良い。光ファイバ３１は曲げても損失が小さいので、変位を確実に検出できる。また光ファイバ３１は容易に極細化できるので、より小型化・より細径化が可能となる。
【００６５】
ワイヤ４１３は、中空ワイヤで構成される代わりに、金属パイプやコイルパイプで構成されてもよい。またワイヤ４１３は、必ずしも全長にわたって中空部４５２を有している必要はなく、部分的に中空部４５２を有している構造であってもよい。さらには、ワイヤ４１３は中空部４５２を有しておらず、図２５（ａ）に示すように光ファイバ３１がワイヤ４１３ｂに沿って延びており、その一方の端面にプリズム４６が設けられる構成であってもよい。この場合、ポテンショメータリンク部４３２のガイド孔４３３の断面形状は、図２５（ａ）のような光ファイバ３１とワイヤ４１３ｂの断面形状とほぼ同じで、反射面４４２aは、光ファイバ３１側のガイド孔４３３aの内面に形成される。
【００６６】
また、反射面４４２をガイド孔４３３の内面に直接設けているが、反射面４４２が形成された別部材又は光学素子を内面に取り付ける構成であっても良い。反射面４４２はガイド孔４３３の内面の全周にわたって設ける必要はなく、一部に設けてあっても良い。
【００６７】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できることは勿論である。例えば、上記実施形態では、医療用マニピュレータを例に説明したが、内視鏡や処置具等他の操作装置においても同様に適用できる。
【００６８】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１…挿入部、２…制御装置、３，４００…光学式ポテンショメータ、１１…管状部、１２…動作部、１３，４１３…ワイヤ、２１…駆動部、２２…制御部、２３…操作部、２４…表示部、３１…光ファイバ、３２，４３２…ポテンショメータリンク部、３３…ポテンショメータ部、３４…ポテンショメータ信号処理部、３５…光学部、３６…信号処理部、４１…反射部、４２，４４２…反射面、４３…反射部用孔、４４…光ファイバ用孔、４５…光路孔、４６…プリズム、４７…ミラー、５１…透過板支持部、５２…透過板、５３…透過板支持部用孔、５４ａ…光路孔、５４ｂ…光路孔、６１…偏光板支持部、６２…偏光板、４１３ａ…周壁、４４３…ガイド孔、４５２…中空部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式ポテンショメータ及びそれを有する医療用マニピュレータ等の操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内視鏡、医療用マニピュレータ、処置具等の操作装置には、患者の体内に挿入される挿入部に、屈曲する動作手段が備わっている。それら動作手段の多くでは、ワイヤ等の線状動力伝達部材の牽引により駆動される機構が採用されている。操作装置を正確に操作するためには、動作手段の屈曲角度を検出する手段を設ける必要がある。しかしながら操作装置の径は細いため、従来のポテンショメータやエンコーダを内蔵することは困難である。また、操作装置の自由度が高い場合、関節数の増加に伴いそれらの屈曲角度を検出する手段の数が多くなり、該検出手段の計測部への電気的な配線が多くなる。細い操作装置内の機械機構の合間を縫って多くの配線をするのは困難である。
【０００３】
計測部に電気的配線を必要としない光学式ポテンショメータが、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１は、可動的に支持された符号板の面上にその移動方向に沿って透過率が異なる読み取り用トラックを設け、当該読み取り用トラックを挟んで発光ヘッド及び受光ヘッドを対向して配置し、符号板の移動により発光ヘッドから輻射し読み取り用トラックを透過して受光ヘッドで受光される光量が変化することを利用し符号板の移動を計測する光学式ポテンショメータを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５５−４０３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１は回転体の回転情報を検出するものであり、内視鏡、医療用マニピュレータ、処置具等の操作装置の動作手段の様に、ワイヤ等の線状動力伝達部材の長手方向への変位を検出するものではない。
そこで本発明は、線状動力伝達部材の長手方向への変位を検出可能な小型の光学式ポテンショメータ及びそれを用いて動作手段の屈曲角度を検出可能な操作装置を提供することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を果たすため、本発明の光学式ポテンショメータの一態様は、長手方向に移動する線状動力伝達部材と、前記線状動力伝達部材を長手方向に移動可能に保持する保持部材と、前記線状動力伝達部材の移動方向に沿って連続的に異なる光学特性を有する光学素子と、光を発する光源と、入射される光の光学特性を電気信号に変換する受光手段と、前記光源からの光を導いて前記光学素子へ出射すると共に、前記光学素子から入射した光を前記受光手段へ導き、前記光源からの光の出射位置及び前記光学素子からの前記光の入射位置が前記光学素子に対して一定の距離を有して保持された線状光伝送手段と、前記受光手段が出力する電気信号に基づいて、前記線状動力伝達部材の移動方向における前記線状動力伝達部材と前記保持部材間の変位量を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の操作装置の一態様は、長尺で細径の管状部材と、前記管状部材を挿通される線状動力伝達部材と、前記管状部材の一端に配置され、前記線状動力伝達部材の一端が固定されるとともに、該線状動力伝達部材の長手方向への移動により屈曲動作する動作手段と、前記線状動力伝達部材の他端が固定されるとともに、該線状動力伝達部材を長手方向に移動させる駆動手段と、前記線状動力伝達部材の変位量を計測する光学式ポテンショメータと、前記光学式ポテンショメータによって計測した前記線状動力伝達部材の変位量に基づいて前記動作手段の屈曲角度を算出する演算部とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光学素子のみで構成され、線状動力伝達部材の長手方向への変位に伴い変化する光学特性を利用して線状動力伝達部材の変位量を検出するので、小型省スペースな光学式ポテンショメータを提供することができ、また、それを用いて動作手段の屈曲角度を検出可能な操作装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の操作装置の第１の実施形態としての医療用マニピュレータの概観図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータリンク部の構成の一例を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおける反射部の構成の一例を示す図。
【図４】第１の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるワイヤの変位と反射光の強度との関係の一例を示す図。
【図６】ワイヤの変位と医療用マニピュレータの動作部の屈曲角度の関係を説明する図。
【図７】第１の実施形態の第１の変形例に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図８】第１の実施形態の第２の変形例に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図９】第１の実施形態の第３の変形例に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図１０】第１の実施形態の第４の変形例に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおける透過板支持部の構成の一例を示す図。
【図１２】第２の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図１３】第２の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す断面図。
【図１４】第２の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるワイヤの変位と透過光の強度との関係の一例を示す図。
【図１５】第２の実施形態の第１の変形例に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図１６】第２の実施形態の第２の変形例に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータ部の構成の一例を示す図。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおける偏光板支持部の構成の一例を示す図。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータリンク部の周辺部分の概観を示す図。
【図１９】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータリンク部のガイド孔の一例を示す図。
【図２０】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるガイド孔に沿ったポテンショメータリンク部の断面の一例を示す図。
【図２１】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるワイヤの径方向の断面の一例を示す斜視図。
【図２２】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるワイヤの軸方向の断面の一例を示す図。
【図２３】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータリンク部とワイヤの断面の一例を示す図。
【図２４】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるワイヤの変位と反射光の強度との関係の一例を示す図。
【図２５】第４の実施形態に係る光学式ポテンショメータにおけるポテンショメータリンク部とワイヤの変形例の要部の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の説明では、操作装置として医療用マニピュレータを例に挙げる。勿論、本実施形態の構成は、内視鏡や処置具等他の操作装置に適用されても良い。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る操作装置としての医療用マニピュレータは、患者の体内に挿入される挿入部１と、該挿入部１を動作させる制御装置２と、本発明の第１の実施の形態に係る光学式ポテンショメータ３と、を備えている。挿入部１は、管状部１１と、動作部１２と、ワイヤ１３と、を具備する。また、制御装置２は、駆動部２１と、制御部２２と、操作部２３と、表示部２４とを有する。そして、光学式ポテンショメータ３は、光ファイバ３１と、ポテンショメータリンク部３２と、ポテンショメータ部３３と、ポテンショメータ信号処理部３４と、を備え、ポテンショメータ信号処理部３４は、光学部３５と信号処理部３６とを有している。
【００１１】
管状部１１は、例えば外径１０ｍｍ、長さ１〜２ｍの細長い形状を有し、その一端には例えば長さ５，６ｃｍ程度の屈曲自在な動作部１２を有する。この動作部１２は、ワイヤ１３の変位によって駆動される機構を有する。即ち、挿入部１はその内部に、長手方向にそれらの中心軸線と平行な孔を有する。ワイヤ１３は、前記孔を挿入部１の長手方向に挿通している。挿入部１の長手方向中心軸と垂直な面（以下、「円周面」と称する）内の孔及びそれを挿通するワイヤ１３の位置は、例えば２つの孔が挿入部１の円周面の中心に対して対称の位置であり、別の２つの孔が挿入部１の円周面の中心を対称軸として前記２つの孔と９０度回転対称の位置であるとする。前記挿入部１の４つの孔をそれぞれ挿通する４本のワイヤ１３の一端は、動作部１２の管状部１１と接続していない端（先端側）の近傍に固定され、他端は管状部１１の動作部１２が接続されている端と他端側（基端側）に設けられる駆動部２１に接続される。駆動部２１は、例えば回転型モータとプーリの組合せやリニア型のモータなどである。４本のワイヤ１３は、それぞれモータに接続されるか、挿入部１の円周面の中心に対して対称な２本のワイヤ１３がそれぞれ一体化され２組のワイヤ１３を構成し、該２組のワイヤ１３がそれぞれ別々のプーリに巻かれる構成を有する。この駆動部は、例えば、挿入部１と一体的に構成され、図示しないコネクタを介して、例えばコンピュータ等である制御部に接続される。
【００１２】
制御部２２は、図示しないカメラによって、該挿入部１の動作部と処置部位等とを同一視野に収めて撮影した画像の信号に基づき、ディスプレイ等から成る表示部２４に該画像を表示させる。操作者は、そのカメラが撮影し、表示部２４に表示された画像を見ながら、動作部１２に意図した動作をさせるため、例えばジョイスティックやハンドル等である操作部２３を操作する。操作部２３は、操作者が入力する信号を制御部２２に出力する。制御部２２は、操作部２３から入力されたこの信号に基づき、動作部１２の作動に必要な駆動部２１のモータを動作させるための信号を所定の計算方法で生成し、それを駆動部２１に出力する。駆動部２１は、制御部２２から入力されたこの信号に基づき、モータを動作させ、それによって、ワイヤ１３は、送出又は牽引され、挿入部１の長手方向に移動する。
【００１３】
動作部１２は、このワイヤ１３の変位により屈曲する。例えば、１本のワイヤが牽引され、動作部１２の円周面中心に対して該ワイヤと対称の位置にあるワイヤが送出される場合、動作部１２は、その中心軸に対して牽引されたワイヤが位置する方向に屈曲する。動作部１２は、その円周面中心に対して対称な２本のワイヤを当該中心に対して回転対称の位置に２組有するため、あらゆる向きに自在に屈曲できる。この様に、管状部１１は、例えば、長尺で細径の管状部材として機能し、ワイヤ１３は、例えば、線状動力伝達部材として機能し、駆動部２１は、例えば、線状動力伝達部材を長手方向に移動させる駆動手段として機能し、動作部１２は、例えば、線状動力伝達部材の長手方向への移動により屈曲動作する動作手段として機能する。
【００１４】
図１に示す様に、挿入部１の管状部１１の前記動作部１２の近傍には、本実施形態の光学式ポテンショメータにおける計測部である円柱形状のポテンショメータリンク部３２が配設されている。本実施形態では、ポテンショメータリンク部３２は、管状部１１に配設されているが、動作部１２の一部として配設されても良い。
【００１５】
図２に示すように、ポテンショメータリンク部３２は、その長手方向に中心軸と平行に配置された円柱形状のポテンショメータ部３３を有する。ポテンショメータ部３３の数は、ワイヤ１３の本数と同じであり、本実施形態では４つである。ポテンショメータ部３３の円周面における位置は、挿入部１におけるワイヤ１３の貫通位置に依存する。
【００１６】
ワイヤ１３はポテンショメータ部３３を貫通しており、その貫通部に対応して、図３に示すように反射部４１が設置されている。図３において、（ａ）は反射部４１の斜視図、（ｂ）は反射部４１の円周面で切断した断面図、（ｃ）は反射面４２と対向する向きから反射部４１を見た図をそれぞれ示している。反射部４１は、細長い円筒形状をその中心軸と平行な面で切断し長手方向に平面を設けた形状をしている。前記平面は反射面４２を構成している。反射面４２は、その面内で長手方向の位置に応じて、光反射率を異にするものであり、本実施形態では、反射面４２の光反射率は、反射面４２の長手方向の一端から他端へ連続的に変化するものとしている。この反射面４２は、例えばコーティングにより一定の反射率の部材を反射部４１に形成した後、その上に透過率が連続的に変化するＮＤフィルタを載上することで形成している。なお、この反射率の違いは、アナログ的な連続変化に限定するものではなく、デジタル的に連続した変化であれば良く、つまり、必要とされる分解能を満たせば離散的に変化していても構わない。反射部４１は、ワイヤ１３が挿通した形態でワイヤに固定されている。また、反射部４１（及び反射面）は、柔軟性があり、ワイヤ１３の屈曲に応じて屈曲する部材で構成してもよい。この様に、反射部４１は、例えば、その軸線を長手方向に移動する線状動力伝達部材の中心軸線と平行にし、かつ該軸線と平行な平面を有する柱状形状の光反射体支持部材として或いは線状動力伝達部材に対し一体に移動可能に設けられた光学素子支持部材として機能し、反射面４２は、例えば、線状動力伝達部材の移動方向に沿って連続的に変化する光学特性を有する光学素子、或いは前記移動方向に沿って反射率が連続的に変化する光反射体として機能する。
【００１７】
また、図４に示すように、ポテンショメータ部３３には、光ファイバ３１の一端が導入されている。なお、図４において、（ａ）はポテンショメータ部の斜視図、（ｂ）は該ポテンショメータ部３３の長手方向中心軸に沿った断面図、（ｃ）は（ｂ）中のｃ−ｃ線矢視断面である。ワイヤ１３に固定された反射部４１は、ポテンショメータ部３３を長手方向にその中心軸と平行に貫通する反射部用孔４３（支持部材孔）を挿通し、反射部用孔４３と反射部４１で嵌合構造を形成している。反射部４１は、反射部用孔４３に沿って摺動自在である。更に、ポテンショメータ部３３内には、反射部用孔４３と平行に光ファイバ用孔４４が設けられ、光ファイバ３１は、該光ファイバ用孔４４に挿入され固定されている。光ファイバ３１の端部は該ポテンショメータ部３３内にあり、そこには、プリズム４６が配設されている。そして、ポテンショメータ部３３内には、前記反射部用孔４３とこのプリズム４６との間に、前記反射部用孔４３と垂直な孔である光路孔４５を更に有している。このような構造により、光ファイバ３１の端部と光路孔４５の一端とは、プリズム４６で光学的に接続されている。
【００１８】
光ファイバ３１は、管状部１１内を通っており、そのポテンショメータ部３３に接続している端（先端側）とは別の端（基端側）は、管状部１１の動作部１２が配設されている端（先端側）とは反対側の端（基端側）の外部に設置されているポテンショメータ信号処理部３４に、図示しない光コネクタ等を介して接続している。ポテンショメータ信号処理部３４は、前述したように、光学部３５と信号処理部３６とを有する。光学部３５は、図示しない光源と、レンズと、受光素子とを有しており、前記光ファイバ３１は、この光学部３５に接続している。
【００１９】
光学部３５内の図示しない光源は、一定強度の光を輻射するよう構成されている。光学部３５内のレンズ等の光学部材は、前記光源が輻射した光を光ファイバ３１に導く。光ファイバ３１は、前記光をポテンショメータ部３３に伝搬する。そして、光ファイバ３１の端部にあるプリズム４６は、光ファイバ３１により導かれた光の進行方向を９０度変化させ、光路孔４５を通して、反射部４１の反射面４２に光を照射する。ここで、光ファイバ３１が反射面４２の移動方向と平行即ちワイヤ１３と平行に保持されていること、また、光ファイバ３１が導いた光を反射面４２に垂直に照射するための光路変換にプリズム４６を用いることは、本実施形態の光学式ポテンショメータの小型化に効を奏している。この様に、光学部３５内の光源は、例えば、光を発する光源として機能し、光ファイバ３１は、例えば、光源からの光を導いて光学素子へ出射する線状光伝送手段として機能し、プリズム４６は、例えば、線状光伝送手段の光路を光学素子へ向ける光路変換部材として機能する。
【００２０】
前記反射面４２は、入射された光を反射する。この時、挿入部１の動作部１２を作動させるためにワイヤ１３がその長手方向に移動すると、ワイヤ１３に固定されている反射部４１もワイヤ１３の移動に伴って長手方向に移動する。反射部４１に設けられた反射面４２は、前述したように長手方向に光反射率が連続的に変化している。反射部４１の移動に伴い反射面４２も移動するのに対し、反射面４２へ光を出射する光ファイバ３１の端部並びにプリズム４６、光路孔４５は、ポテンショメータ部３３に固定されている。すなわち、光源からの光の出射位置は、反射面４２に対して一定の距離を有してポテンショメータ部３３に保持されている。そのため、反射面４２に向けて出射された光を、反射面４２が反射する部分の反射率はワイヤ１３の変位に応じて変化する。そして、反射面４２に入射し反射される光の強度は、ワイヤ１３の変位に応じて変化する。尚、前述したように反射部４１はポテンショメータ部３３の反射部用孔４３と嵌合構造になっている。このため、反射部４１は、ポテンショメータ部３３内では変形しないので、前記光の光路長は変化しない。ワイヤ１３の変位と反射光の強度との関係の一例を図５に示す。この様に、ポテンショメータ部３３は、例えば、光学素子が設けられた部分の線状動力伝達部材を移動可能に保持すると共に、線状光伝送手段の光の出射位置及び入射位置を前記光学素子に対して一定の距離を有して保持する保持部材として機能する。
【００２１】
本実施形態では、光学部３５から反射面４２へ出射する光を導く線状光伝送手段と反射面４２から反射する光を光学部３５へ導く線状光伝送手段とを兼用させるため、反射面４２が反射する光は、反射面４２への出射時と同じ光路を通り光学部３５に導かれる。即ち、反射面４２が反射する光は、光路孔４５を通りプリズム４６に入射する。プリズム４６は、前記反射光の進行方向を９０度変化させ、光ファイバ３１に該反射光を導く。光ファイバ３１は、前記反射光を光学部３５に伝搬する。この様に、光ファイバ３１は、例えば、光学素子から入射した光を受光手段へ導く線状光伝送手段として機能する。なお、以上の説明では、線状光伝送手段としての光ファイバ３１、プリズム４６及び光学部３５内の光学部材が用いられているが、光ファイバ３１の射出光をコリメート光にする凸レンズやボールレンズ等をさらに設置しても良い。
【００２２】
光学部３５内の図示しない受光素子は、前記反射面４２によって反射され、光ファイバ３１を介して伝搬された光を受光し、光強度に応じた電気信号を生成する。光学部３５は、ここで生成した電気信号を、信号処理部３６に出力する。信号処理部３６は、この光学部３５から入力された電気信号に対し、ポテンショメータで行われる一般的な信号処理である波形処理等の所定の処理を行う。信号処理部３６は、こうして得た信号処理の結果の信号を、制御部２２に出力する。制御部２２は、この信号処理部３６から入力された信号に基づき、既知である信号と変位の関係を用いてワイヤ１３の変位量を算出する。
【００２３】
なお、本実施形態では、光源からの光が光ファイバ３１から出射する出射位置及び、反射面４２から反射された光が光ファイバ３１に入射する入射位置は、ポテンショメータ部３３に固定されている。そのため、ワイヤ１３の変位量とは、ワイヤ１３とポテンショメータ部３３の間の変位量となる。
【００２４】
この様に、光学部３５内の受光素子は、例えば、光学素子から伝搬した光の光学特性を電気信号に変換する受光手段として機能し、信号処理部３６は、例えば、線状動力伝達部材と保持部材間の変位量を算出する算出手段として機能する。
制御部２２は、この様にして算出されたワイヤ１３の変位量から動作部１２の屈曲角度を算出する。ワイヤ１３の変位量から動作部１２の屈曲角度を算出する方法は様々であるが、１つの方法は実際にワイヤ１３の変位量を様々に変化させながら動作部１２の屈曲角度を測定し、その関係式を導くものである。或いは、ワイヤ１３の変位量と動作部１２の屈曲角度との関係のテーブルを作成しておいて、それを読み出しても良い。この様に、制御部２２は、例えば、線状動力伝達部材の変位量に基づいて前記動作手段の屈曲角度を算出する演算部として機能する。
【００２５】
ワイヤ１３の変位量から動作部１２の屈曲角度を求める別の方法を、図６を用いて説明する。（ａ）に示すように、動作部１２の先端付近には、ワイヤ１３が取り付けられるワイヤ取付け位置Ｐ１がある。動作部１２には、ワイヤ１３を牽引した際に屈曲する部分の最も基端側である屈曲開始位置Ｐ２がある。ワイヤ取付け位置Ｐ１と屈曲開始位置Ｐ２の間の中心軸線Ｃ上の長さをＬとする。また、中心軸線Ｃからワイヤ取付け位置Ｐ１までの径方向の長さをｒとする。（ｂ）に示すように、駆動部２１が、一方のワイヤ１３をΔｘだけ牽引し、他方のワイヤ１３をΔｘだけ送出する時、Ｐ１からＰ２までの曲率がいずれの位置でも同じである場合、Ｌは変化しないので、屈曲開始位置Ｐ２とワイヤ取付け位置Ｐ１の間の角度θに対するワイヤ１３の移動量Δｘの関係は、θ＝Δｘ／ｒと成る。尚、ここでは１組の動作部１２の中心に対して対称な位置にあるワイヤ１３について説明したが、複数組のワイヤ１３が同時に牽引及び送出される場合にも上式は成り立つ。従って、ワイヤ１３の変位が求まれば、動作部１２の屈曲量も求まる。
【００２６】
上述の通り、本実施形態の光学式ポテンショメータは、挿入部１内に光ファイバ３１やプリズム４６等の光学部材のみを用いて構成しており、かつ、動作部の関節数が増えてもポテンショメータリンク部３２の数は増えないため、小型化することができ、直径が１０ｍｍ以下の細径な医療用マニピュレータにも搭載できる。また、挿入部１内にポテンショメータ用には電気部品が用いられていないので、そのための電源線や信号線の配線が不要であり、省スペースである。本実施形態の操作装置は、光学式ポテンショメータのポテンショメータリンク部３２を動作部１２の近傍に設置することで、動作部１２の実際の変位をより正確に求めることができる。これにより実際の変位と目標変位との差分を用いてフィードバック制御をしながら駆動部２１のモータを動作させることができ、動作部１２の位置決め精度を向上させることができる。
【００２７】
また、本実施形態では、挿入部１内に何ら電気部品が用いられていないので、挿入部１に設けた光学式ポテンショメータの計測部であるポテンショメータリンク部３２は使用時に電気的なノイズの影響を受けることがない。更に同理由で、挿入部１は滅菌や洗浄も容易となる。
【００２８】
なお、挿入部１の先端にカメラを内蔵させれば、操作者は、挿入部１の先端が向いている方向の画像を表示部２４で観察しながら、操作部を操作できるので、動作部１２に意図した動作をさせることが容易となる。
次に本実施形態の変形例を図面を参照して説明する。尚、本実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００２９】
まず、本実施形態における図４（ｃ）に相当する図７を参照して、本実施形態の第１の変形例に係る光学式ポテンショメータを説明する。本変形例では、反射部４１がポテンショメータ部３３に対して円周方向に回転することを防止するため、ポテンショメータ部３３と反射部４１とに、それぞれ凹部と凸部を設け、それらが嵌合するよう構成したものである。勿論、図７に示す形状は一例であり、反射部４１とポテンショメータ部３３の断面形状が、互いに嵌合しかつ回転しない形状であれば、どのような形状であっても良い。
【００３０】
次に、本実施形態における図３（ａ）に相当する図８（ａ）及び（ｂ）を参照して、本実施形態の第２の変形例に係る光学式ポテンショメータを説明する。反射部４１の形状は、図８（ａ）に示すようにワイヤ１３を挿通する中空を有する四角柱であっても良いし、図８（ｂ）に示すようにワイヤ１３を挿通する中空を有する三角柱であっても良い。図８（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれの場合の本実施形態における図４（ｃ）に相当する断面図であり、これらの図に示す様に、前記反射部４１は、ポテンショメータ部３３と嵌合構造を形成する。本形状により、第１の変形例と同様に反射部４１のポテンショメータ部３３に対する円周方向の回転を防止することができる。その結果、反射部４１への光の照射並びに反射部４１からの反射光の受光を安定して行うことができる。
【００３１】
なお、第１の実施形態及びその第１乃至２の変形例において、反射部４１はワイヤ１３が挿通する中空を有さず、反射部４１の長手方向両端面にワイヤ１３を固定する構造でも良い。
次に、本実施形態における図４（ｂ）に相当する図９（ａ）及び（ｂ）を参照して、本実施形態の第３の変形例に係る光学式ポテンショメータを説明する。図９（ａ）に示した変形例では、本実施形態におけるポテンショメータ部３３のプリズム４６を、ミラー４７に置き換えている。即ち、光学部３５の光源から出射した光は、光ファイバ３１によってミラー４７に導かれる。ミラー４７は導かれた前記光の進行方向を９０度変化させる。前記光は光路孔４５を介して、反射部４１に照射される。また、図９（ｂ）に示した変形例では、光ファイバ３１は、光ファイバ用孔４４を挿通し、光ファイバ用孔４４の端部で湾曲し、光路孔４５を挿通する。図９（ａ）（ｂ）いずれの構成でも、伝搬される光は、反射部４１の反射面４２に垂直に照射する。反射面４２による反射光は、入射光と同光路を通り光ファイバ３１によって光学部３５に導かれる。この様に、ミラー４７及び光ファイバ３１の湾曲部は、例えば、線状光伝送手段の光路を光学素子へ向ける光路変換部材として機能する。
【００３２】
次に、本実施形態における図４（ｃ）に相当する図１０を参照して、本実施形態の第４の変形例に係る光学式ポテンショメータを説明する。本変形例では、反射面４２への入射光の光路と反射面４２からの反射光の光路を別にしている。即ち、光学部３５内の光源が輻射した光は光ファイバ３１ａに導かれる。光ファイバ３１ａは、前記光をポテンショメータ部に伝搬する。光ファイバ３１ａの端部にあるプリズム４６ａは、光ファイバ３１ａにより導かれた光の進行方向を変化させ、光路孔４５ａを通して、反射部４１の反射面４２に光を照射する。反射面４２が反射する光は、光路孔４５ｂを通りプリズム４６ｂに入射する。プリズム４６ｂは、前記反射光の進行方向を変化させ、光ファイバ３１ｂに該光を導く。光ファイバ３１ｂは、前記反射光を光学部３５に伝搬する。この様に、光ファイバ３１ａは、例えば、光源から前記光学素子へ光を導く第１の線状光伝送体として機能し、光ファイバ３１ｂは、例えば、光学素子から前記受光手段へ光を導く第２の線状光伝送体として機能する。
尚、第３の変形例、第４の変形例及び第１又は第２の変形例はそれぞれ組み合わせて用いても良い。
【００３３】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点に限定して説明する。尚、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００３４】
第１の実施形態では、ポテンショメータ部３３内に長手方向の位置に応じて光反射率が変化する反射面４２を設置し、光ファイバ３１で導いた光を該反射面４２に照射し、反射光を得て、反射光強度から反射面４２の位置、即ち、ワイヤ１３の変位を計測する光学式ポテンショメータを示した。本第２の実施形態では、ポテンショメータ部３３内に、光反射率を異にする手段に替わり、光透過率を異にする手段を設置する。
【００３５】
即ち、本第２実施形態に係る光学式ポテンショメータは、図１１に示すように、前記第１実施形態における反射部の代わりに、透過板支持部５１及び透過板５２を有する。透過板支持部５１は、例えばワイヤ１３を挿通する細長い円筒形状をしており、円筒の外部に透過板５２を支持する。透過板５２は、例えば、細長い平板形状をしており、透過板支持部５１の円周面と垂直かつ透過板支持部５１の中心軸と透過板５２の長手方向が平行になるように取り付けられている。透過板５２は、その長手方向の位置に応じて、光透過率を異にする。本実施形態では、図１１に示す様に、透過板５２の光透過率は、長手方向の一端から他端へ連続的に変化するものとしている。勿論、この光透過率の違いは、アナログ的な連続変化ではなく、デジタル的な連続変化でも良い。透過板支持部５１はワイヤ１３が挿通された形態でワイヤに固定されている。さらに、透過板支持部５１及び透過板５２は、柔軟性がある部材で形成され、ワイヤの屈曲に応じて屈曲する。この様に、透過板支持部５１は、例えば、線状動力伝達部材に対し一体に移動可能に設けられた光学素子支持部材として機能し、透過板５２は、例えば、線状動力伝達部材の移動方向に沿って連続的に変化する光学特性を有する光学素子、或いは前記移動方向に沿って透過率が連続的に変化する光透過体として機能する。
【００３６】
また、本実施形態においては、図１２及び図１３に示すように、ポテンショメータ部３３には、光ファイバ３１ａ及び光ファイバ３１ｂが導入されている。ワイヤ１３に固定された透過板支持部５１は、ポテンショメータ部３３を長手方向にその中心軸と平行に貫通し、透過板支持部５１及び透過板５２の形状に合わせた透過板支持部用孔５３（支持部材孔）を挿通し、透過板支持部５１及び透過板５２と透過板支持部用孔５３とで嵌合構造を形成している。これにより、透過板支持部５１及び透過板５２は、透過板支持部用孔５３に沿って摺動自在である。ポテンショメータ部３３は、透過板支持部用孔５３と平行に光ファイバ用孔４４ａ及び光ファイバ用孔４４ｂを有する。光ファイバ用孔４４ａ及び光ファイバ用孔４４ｂは、例えば、透過板支持部用孔５３を挿通する透過板５２を対称軸とする対称の位置にある。光ファイバ３１ａ及び光ファイバ３１ｂは、該光ファイバ用孔４４ａ及び光ファイバ用孔４４ｂにそれぞれ挿入され固定される。また、ポテンショメータ部３３はその内部に、光ファイバ用孔４４ａ及び光ファイバ用孔４４ｂの端部であり、透過板５２を挟んで対峙する位置にプリズム４６ａ及びプリズム４６ｂを有する。また、ポテンショメータ部３３は、プリズム４６ａ及びプリズム４６ｂを結ぶ位置には光路孔５４ａ及び光路孔５４ｂを有する。プリズム４６ａ及びプリズム４６ｂは、透過板５２及び光路孔５４ａ及び光路孔５４ｂを挟んで、光ファイバ３１ａと光ファイバ３１ｂとの光路を結ぶように光路を９０度変化させる。
【００３７】
第１の実施形態と同様に、光ファイバ３１ａは、光学部３５内の光源が輻射する光をポテンショメータ部に伝搬する。光ファイバ３１ａの端部にあるプリズム４６ａは、光ファイバ３１ａにより導かれる光の進行方向を９０度変化させ、光路孔５４ａを通して、透過板５２に光を照射する。
【００３８】
入射された光は、透過板５２を透過する。この時、挿入部１の動作部１２を作動させるためにワイヤ１３がその長手方向に移動すると、ワイヤ１３に固定される透過板支持部５１もワイヤ１３の移動に伴って長手方向に移動する。透過板支持部５１に設けられた透過板５２は、長手方向に光透過率が連続的に変化するため、透過板５２に入射し透過する透過光の強度は、ワイヤ１３の変位に応じて変化する。尚、透過板５２はポテンショメータ部３３の透過板支持部用孔５３と嵌合構造になっており、ポテンショメータ部３３内では変形しないため光路は変化しない。ワイヤ１３の変位と透過光の強度との関係の一例を図１４に示す。
【００３９】
透過板５２を透過した光は、光路孔５４ｂを通り、プリズム４６ｂに入射する。プリズム４６ｂは、前記透過光の進行方向を９０度変化させ、光ファイバ３１ｂに該透過光を導く。光ファイバ３１ｂは、前記透過光を光学部３５に伝搬する。光学部３５に伝搬された前記透過光は、第１の実施形態と同様に信号処理され、その結果、ワイヤ１３の変位が求まる。この様に、光ファイバ３１ａは、例えば、光源からの光を導いて光透過体へ出射する第１の線状光伝送体として機能し、光ファイバ３１ｂは、例えば、前記光透過体を透過してきた光を入射して受光手段へ導く第２の線状光伝送体として機能する。
【００４０】
本実施形態の光学式ポテンショメータは、第１の実施形態と同様に、挿入部１内に光ファイバやプリズム等の光学部材のみを用い、電気部品が用いられておらず、電源線や信号線の配線が不要であるため、かつ、動作部の関節数が増えてもポテンショメータリンク部３２の数は増えないため、小型省スペース化できる。また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、光学式ポテンショメータのポテンショメータリンク部を動作部１２の近傍に設置することで、動作部１２の実際の変位をより正確に求めることができ、挿入部１の位置決め精度を向上させることができる。
【００４１】
さらに、挿入部１内に電気部品が用いられていないので、挿入部１に設けた光学式ポテンショメータの計測部であるポテンショメータリンク部は使用時に電気的なノイズの影響を受けることがなく、更に本挿入部１は滅菌や洗浄も容易となる。
次に、第２の実施形態の変形例を図面を参照して説明する。尚、本実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４２】
図１５は、本実施形態における図１３中のＣ−Ｃ線矢視断面図に相当する。この図１５に示すように、本実施形態の第１の変形例に係る光学式ポテンショメータでは、透過板支持部を円柱形状ではなく三角柱や四角柱としたものである。また、第１の実施形態及びその変形例と同様に、透過板支持部５１はワイヤ１３が挿通する中空を有さず、透過板支持部５１の長手方向両端面にワイヤ１３を固定する構造でも良い。
【００４３】
次に、本実施形態における図１３中のＢ−Ｂ線矢視断面図に相当する図１６を参照して、本実施形態の第２の変形例に係る光学式ポテンショメータを説明する。前記第１の実施形態の第２の変形例と同様に、本第２の実施形態でも、ポテンショメータ部３３のプリズム４６ａ及び４６ｂを、それぞれミラー４７ａ及び４７ｂに置き換えても良いし、光ファイバ３１ａ及び３１ｂを湾曲させても良い。
【００４４】
即ち、ミラー４７ａ及び４７ｂに置き換えた場合には、光学部３５の光源から出射した光は、光ファイバ３１ａによってミラー４７ａに導かれる。ミラー４７ａは、導かれた前記光の進行方向を９０度変化させる。前記光は、光路孔５４ａを通り、透過板５２を透過し、光路孔５４ｂを通りミラー４７ｂに到る。ミラー４７ｂは、前記光の進行方向を９０度変化させ、光ファイバ３１ｂに該光を導く。
【００４５】
また、光ファイバ３１ａ及び３１ｂを湾曲させた場合には、光ファイバ３１ａ及び３１ｂは、光ファイバ用孔４４ａ及び４４ｂをそれぞれ挿通し、光ファイバ用孔４４ａ及び４４ｂ端部で湾曲し、光路孔５４ａ及び５４ｂをそれぞれ挿通する。
いずれの構成でも、伝搬される光は、透過板５２と垂直に透過板５２を透過する。
尚、第２の変形例は、第１の変形例と組み合わせて用いても良い。
【００４６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、第２の実施形態との相違点に限定して説明する。尚、第２の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４７】
前記第２の実施形態では、ポテンショメータ部３３内に長手方向の位置に応じて光透過率が変化する透過板５２を設置し、光ファイバ３１ａで導いた光を当該透過板５２に照射し、透過光を得て、透過光強度から透過板５２の位置、即ち、ワイヤ１３の変位を計測する光学式ポテンショメータを示した。本第３の実施形態では、ポテンショメータ部３３内に、光透過率を異にする手段に替わり、偏光特性を異にする手段を設置する。
【００４８】
即ち、本第３実施形態に係る光学式ポテンショメータは、図１７に示すように、図１１を参照して説明した第２の実施形態における透過板支持部５１を偏光板支持部６１に、透過板５２を偏光板６２に、それぞれ変更している。その他の構成は第２の実施形態と全く同じである。偏光板６２は、その長手方向の位置に応じて、偏光特性を異にする。本実施形態では、図１７に示す様に、偏光板６２の長手方向の位置に応じて、偏光の角度が必要とされる分解能で離散的に異なっている。この様に、偏光板支持部６１は、例えば、線状動力伝達部材に対し一体に移動可能に設けられた光学素子支持部材として機能し、偏光板６２は、例えば、線状動力伝達部材の移動方向に沿って連続的に異なる光学特性を有する光学素子として機能する。
【００４９】
本実施形態のポテンショメータ部３３は、図１２及び１３を参照して説明する第２の実施例におけるポテンショメータ部３３と同様であり、変更点は透過板支持部５１を偏光板支持部６１に、透過板５２を偏光板６２にそれぞれ変更している点のみである。
第２の実施形態と同様に、光ファイバ３１ａは、光学手段１６内の光源が輻射する前記光をポテンショメータ部に伝搬する。光ファイバ３１ａの端部にあるプリズム４６ａは、全反射プリズムであり、光ファイバ３１ａにより導かれる光の進行方向を９０度変化させ、光路孔５４ａを通して、偏光板６２に光を照射する。偏光板６２は、入射された光を透過させる際に偏光させる。この時、挿入部１の動作部１２を作動させるために、ワイヤ１３がその長手方向に移動すると、ワイヤ１３に固定される偏光板支持部６１もワイヤ１３の移動に伴って長手方向に移動する。偏光板支持部６１に設けられた偏光板６２は、長手方向に偏光の角度が異なるため、偏光板６２に入射し透過する透過光の偏光の角度は、ワイヤ１３の変位に応じて変化する。偏光板６２を透過する光は、光路孔５４ｂを通り、プリズム４６ｂに入射する。プリズム４６ｂは、全反射プリズムであり、光の進行方向を９０度変化させ、光ファイバ３１ｂに光を導く。光ファイバ３１ｂは、第２の実施形態と同様に、前記透過光を光学部３５に伝搬する。光学部３５は、回転する偏光板等、偏光の角度の情報を得ることができる手段を備えており、透過光の偏光の角度の変化を知ることができる。透過光の偏光の角度の変化を知ることで、ワイヤ１３の相対的な変位情報を得る。この様に、光ファイバ３１ａは、例えば、光源からの光を導いて光透過体へ出射する第１の線状光伝送体として機能し、光ファイバ３１ｂは、例えば、前記光透過体を透過してきた光を入射して受光手段へ導く第２の線状光伝送体として機能する。
【００５０】
本実施形態の光学式ポテンショメータは、第１乃至２の実施形態と同様に、挿入部１内に光ファイバや全反射プリズム等の光学素子のみを用い、電気部品が用いられておらず、電源線や信号線の配線が不要であるため、かつ、動作部の関節数が増えても光学素子の数は増えないため、小型省スペース化できる。また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、光学式ポテンショメータのポテンショメータリンク部を動作部１２の近傍に設置することで、動作部１２の実際の変位をより正確に求めることができ、動作部の位置決め精度を向上させることができる。さらに、挿入部１内に電気部品が用いられていないので、挿入部１に設けた光学式ポテンショメータの計測部であるポテンショメータリンク部は使用時に電気的なノイズの影響を受けることがなく、更に本挿入部１は滅菌や洗浄も容易となる。
【００５１】
第１乃至２の実施形態では反射部４１の光反射率又は透過板５２の光透過率がその位置に応じてアナログ的に連続的に異なっているのと違い、本実施形態の偏光板６２はその位置に応じて偏光の角度が離散的に異なっている。しかしながら、必要とされる分解能で離散的に異なっているので、即ち、デジタル的には連続的に異なっているので、上記第１、第２実施形態と同様に変位量検出は可能である。さらに、本実施形態では、偏光特性を利用しているので、第１乃至２の実施形態では必要となる光源における輻射光の強度の変化や、光学部材における光強度の減衰等、光強度変化に応じた補正が、本実施形態では必要ない。
【００５２】
本実施形態の変形例としては、第２の実施形態の変形例と同様である。即ち、第１の変形例では、図１５を参照して説明した第２の実施形態の第１の変形例と同様に、ポテンショメータ部３３は、円柱形状に限らず、三角柱や四角柱の形状を用いても良い。また、第１の実施形態及びその変形例と同様に、偏光板支持部６１はワイヤ１３が挿通する中空を有さず、偏光板支持部６１の長手方向両端面にワイヤ１３を固定する構造でも良い。
【００５３】
また、第２の変形例では、図１６を参照して説明した第２の実施形態の第２の変形例と同様に、ポテンショメータ部３３の全反射プリズム４６ａ，４６ｂを、ミラー４７ａ及び４７ｂに置き換えても良いし、光ファイバ３１ａ及び３１ｂが、光ファイバ用孔４４ａ及び４４ｂをそれぞれ挿通し、光ファイバ用孔４４ａ及び４４ｂ端部で湾曲し、光路孔５４ａ及び５４ｂにそれぞれ挿通する構成でも良い。
また、第２の変形例は、第１の変形例と組み合わせて用いても良い。
【００５４】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点に限定して説明する。尚、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００５５】
第１の実施形態では、光学素子、或いは光反射体として機能する反射面４２を、線状動力伝達部材として機能するワイヤ１３に設け、線状光伝送手段として機能する光ファイバ３１を、線状光伝送手段の光の出射位置及び入射位置を上記光学素子に対して一定の距離で保持する保持部材として機能するポテンショメータ部３３に保持する光学式ポテンショメータを示した。本第４の実施形態では、上記線状光伝送手段として機能する光ファイバ３１を、線状動力伝達部材として機能するワイヤ４１３に保持し、上記光学素子、或いは上記光反射体として機能する反射面４４２を、ワイヤ４１３を長手方向に移動可能に保持する保持部材として機能する光学式ポテンショメータ４００に設けている。なお、本第４の実施形態では光学式ポテンショメータ４００とポテンショメータリンク部４３２は一体で形成されている。光学式ポテンショメータ４００とポテンショメータリンク部４３２が、別体となっており、ポテンショメータリンク部４３２に光学式ポテンショメータ４００が組込まれていてもよい。
【００５６】
ポテンショメータリンク部４３２の周辺部分の概観を図１８に示す。図１８に示すように、ポテンショメータリンク部４３２は４つのガイド孔４３３を有している。ガイド孔４３３は、ポテンショメータリンク部４３２を直線的に貫通している。４つのガイド孔４３３にそれぞれ４本のワイヤ４１３が通っている。ワイヤ４１３は、ポテンショメータリンク部４３２に対して長手方向に移動可能である。ワイヤ４１３は、少なくとも後述する反射面４４２が位置する範囲では直線的に移動する。
【００５７】
ポテンショメータリンク部４３２のガイド孔４３３を図１９に示す。また、ガイド孔４３３に沿ったポテンショメータリンク部４３２の断面を図２０に示す。図１９と図２０に示すように、ガイド孔４３３の内面には全周に亘って反射面４４２が形成されている。反射面４４２は、上記第１の実施形態と同様に、その面内で長手方向の位置に応じて、光反射率を異にするものであり、反射面４４２の光反射率は、反射面４４２の長手方向の一端から他端へ連続的に変化するものとしている。
【００５８】
図２１と図２２にワイヤ４１３を示す。図２１は、ワイヤ４１３の径方向の断面を示した斜視図である。図２２は、ワイヤ４１３の軸方向の断面図である。図２１と図２２に示すように、ワイヤ４１３は中空ワイヤで構成されており、その全長にわたって延びている中空部４５２を有している。ワイヤ４１３の中空部４５２内には、光ファイバ３１の少なくとも一部が通されている。ワイヤ４１３の中空部４５２内には、光ファイバ３１の先端側の位置に、光ファイバ３１から射出される光の光路を曲げる働きを持つ光路変換部材としてプリズム４６が設置されている。プリズム４６は、例えば、光ファイバ３１から射出される光を９０°折り曲げる。ワイヤ４１３はまた、プリズム４６とワイヤ４１３の外部空間との間の光の行き来を可能にする透光部である光路孔４５を有している。ここで光路変換部材とは偏向により光路を曲げる素子や、反射により光路を曲げる素子も含まれており、プリズム４６はミラーなどで代替されても良い。
【００５９】
ポテンショメータリンク部４３２とワイヤ４１３の断面を図２３に示す。図２３に示すように、ワイヤ４１３に形成された光路孔４５は、反射面４４２に対向している。尚、図２３では、反射面４４２をわかり易くするために、ワイヤ４１３の外周面とガイド孔４３３の反射面４４２とは隙間を有しているが、実際はワイヤ４１３とガイド孔４３３とは長手方向に摺動可能となっている。
【００６０】
図１に示す挿入部１の動作部１２を作動（屈曲）させるためにワイヤ４１３がその長手方向に移動すると、光ファイバ３１とプリズム４６は、ワイヤ４１３とともに移動して、上記第１の実施形態で示したように光源から発せられた光を反射面４４２に照射するとともに反射面４４２で反射された光を受光手段に伝送する。このとき、ポテンショメータリンク部４３２とワイヤ４１３の相対的な位置が変化する。
【００６１】
従って、ポテンショメータリンク部４３２のガイド孔４３３に設けられた反射面４４２は、上記したように長手方向に光反射率が連続的に変化しているため、反射面４４２に入射し反射される光の強度は、ワイヤ４１３の変位に応じて変化する。そのワイヤ４１３の変位と反射光の強度との関係の一例を図２４に示す。
【００６２】
前述した様に、ワイヤ４１３の中空部４５２内に光ファイバ３１（及びプリズム４６）が保持されている。そして、例えば、中空ワイヤであるワイヤ４１３の周壁４１３aを介して線状光伝送手段の光の出射位置及び入射位置が前記光学素子に対して一定の距離を有しており、ワイヤ４１３がポテンショメータリンク部４３２（光学式ポテンショメータ４００）に摺動可能に保持されていることから、ポテンショメータリンク部４３２（光学式ポテンショメータ４００）は保持部材として機能する。
【００６３】
また、反射面４４２が設けられたポテンショメータリンク部４３２（光学式ポテンショメータ）は、例えば、線状動力伝達部材を長手方向に移動可能に保持する保持部材として機能する。
尚、ワイヤ４１３の変位量から動作部１２の屈曲角度を算出する方法は、上記第１の実施形態で示した通りであるため、その説明は省略する。
【００６４】
本第４の実施形態では、線状光伝送手段としての光ファイバ３１がワイヤ４１３の中空部４５２を通っているため、線状光伝送手段を配置するためのスペースを新たに確保する必要がないので、容易に小型化・細径化を図ることができる。また、ポテンショメータリンク部４３２を直線的に貫通しているガイド孔４３３の内面に反射面４４２が形成されているので、ワイヤ４１３の直線的な移動量が検出できる。ワイヤ４１３を中空ワイヤで構成したことから、加工が容易で、コスト面でも良い。光ファイバ３１は曲げても損失が小さいので、変位を確実に検出できる。また光ファイバ３１は容易に極細化できるので、より小型化・より細径化が可能となる。
【００６５】
ワイヤ４１３は、中空ワイヤで構成される代わりに、金属パイプやコイルパイプで構成されてもよい。またワイヤ４１３は、必ずしも全長にわたって中空部４５２を有している必要はなく、部分的に中空部４５２を有している構造であってもよい。さらには、ワイヤ４１３は中空部４５２を有しておらず、図２５（ａ）に示すように光ファイバ３１がワイヤ４１３ｂに沿って延びており、その一方の端面にプリズム４６が設けられる構成であってもよい。この場合、ポテンショメータリンク部４３２のガイド孔４３３の断面形状は、図２５（ａ）のような光ファイバ３１とワイヤ４１３ｂの断面形状とほぼ同じで、反射面４４２aは、光ファイバ３１側のガイド孔４３３aの内面に形成される。
【００６６】
また、反射面４４２をガイド孔４３３の内面に直接設けているが、反射面４４２が形成された別部材又は光学素子を内面に取り付ける構成であっても良い。反射面４４２はガイド孔４３３の内面の全周にわたって設ける必要はなく、一部に設けてあっても良い。
【００６７】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できることは勿論である。例えば、上記実施形態では、医療用マニピュレータを例に説明したが、内視鏡や処置具等他の操作装置においても同様に適用できる。
【００６８】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１…挿入部、２…制御装置、３，４００…光学式ポテンショメータ、１１…管状部、１２…動作部、１３，４１３…ワイヤ、２１…駆動部、２２…制御部、２３…操作部、２４…表示部、３１…光ファイバ、３２，４３２…ポテンショメータリンク部、３３…ポテンショメータ部、３４…ポテンショメータ信号処理部、３５…光学部、３６…信号処理部、４１…反射部、４２，４４２…反射面、４３…反射部用孔、４４…光ファイバ用孔、４５…光路孔、４６…プリズム、４７…ミラー、５１…透過板支持部、５２…透過板、５３…透過板支持部用孔、５４ａ…光路孔、５４ｂ…光路孔、６１…偏光板支持部、６２…偏光板、４１３ａ…周壁、４４３…ガイド孔、４５２…中空部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に移動する線状動力伝達部材と、
前記線状動力伝達部材を長手方向に移動可能に保持する保持部材と、
前記線状動力伝達部材の移動方向に沿って連続的に変化する光学特性を有する光学素子と、
光を発する光源と、
入射される光の光学特性を電気信号に変換する受光手段と、
前記光源からの光を導いて前記光学素子へ出射すると共に、前記光学素子から入射した光を前記受光手段へと導き、前記光源からの光の出射位置及び前記光学素子からの前記光の入射位置が前記光学素子に対して一定の距離を有して保持された線状光伝送手段と、
前記受光手段が出力する電気信号に基づいて、前記線状動力伝達部材の移動方向における前記線状動力伝達部材と前記保持部材間の変位量を算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする光学式ポテンショメータ。
【請求項２】
前記光学素子は、前記線状動力伝達部材の一部に前記線状動力伝達部材と一体に移動可能に設けられ、
前記線状光伝送手段は、前記出射位置及び入射位置が前記保持部材に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項３】
前記光学素子は、前記移動方向に沿って反射率が連続的に変化する光反射体であることを特徴とする請求項２に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項４】
その軸線を前記長手方向に移動する線状動力伝達部材の中心軸線と平行にし、かつ該軸線と平行な平面を有する柱状形状の光学素子支持部材を備え、
前記光反射体は、前記光学素子支持部材の前記軸線と平行な平面に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項５】
前記光学素子は、前記移動方向に沿って透過率が連続的に変化する光透過体であることを特徴とする請求項２に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項６】
前記光学素子は、前記移動方向に沿って偏光特性が連続的に変化する偏光体であることを特徴とする請求項２に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項７】
前記線状光伝送手段は、前記光源からの光を導いて前記光学素子へ出射する第１の線状光伝送体と、前記光学素子から入射した光を前記受光手段へ導く第２の線状光伝送体とを含むことを特徴とする請求項２乃至６に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項８】
前記光学素子は、前記線状動力伝達部材に対し一体に移動可能に設けられた光学素子支持部材に支持され、
前記保持部材は、前記光学素子支持部材を摺動可能に保持する支持部材孔を有し、
前記支持部材孔と前記光学素子支持部材の形状は、該光学素子支持部材が設けられる前記線状動力伝達部材の長手方向にのみ互いに相対的に摺動し円周方向には回転しない嵌合形状であることを特徴とする請求項２乃至６に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項９】
前記保持部材は、前記線状光伝送手段を、前記光学素子の移動軸線と平行に保持することを特徴とする請求項２乃至６に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１０】
前記保持部材は、前記線状光伝送手段の端面に、前記線状光伝送手段の光路を前記光学素子へ向ける光路変換部材を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１１】
前記光学素子は、前記保持部材に設けられ、
前記線状光伝送手段は、前記出射位置及び入射位置が前記線状動力伝達部材に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１２】
前記光学素子は、前記保持部材の前記線状動力伝達部材が保持される部分に設けられ、
前記線状光伝送手段は、前記光学素子に対して前記一定の距離を有して、前記線状動力伝達部材と一体に移動可能に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１３】
前記光学素子は、前記移動方向に沿って反射率が連続的に変化する光反射体であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１４】
前記線状動力伝達部材は、少なくとも部分的に中空部を有し、
前記線状光伝送手段は、少なくとも一部が前記中空部内に通され、前記中空部内に該線状光伝送手段の端面に配設された前記光の光路を前記光学素子へ向ける光路変換部材を備え、
前記線状動力伝達部材は、前記光路変換部材と前記線状動力伝達部材の外部空間との間の光の行き来を可能にする透光部を有しており、
前記透光部は前記光学素子に対向していることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１５】
前記線状動力伝達部材が中空ワイヤで構成され、
前記透光部が孔で構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１６】
長尺で細径の管状部材と、
前記管状部材を挿通される線状動力伝達部材と、
前記管状部材の一端に配置され、前記線状動力伝達部材の一端が固定されるとともに、該線状動力伝達部材の長手方向への移動により屈曲動作する動作手段と、
前記線状動力伝達部材の他端が固定されるとともに、該線状動力伝達部材を長手方向に移動させる駆動手段と、
前記線状動力伝達部材の変位量を計測する請求項１に記載の光学式ポテンショメータと、
前記光学式ポテンショメータによって計測した前記線状動力伝達部材の変位量に基づいて前記動作手段の屈曲角度を算出する演算部と、
を具備することを特徴とする操作装置。
【請求項１７】
前記光学式ポテンショメータの保持部材は、前記動作手段に近設する位置に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の操作装置。
【請求項１８】
前記光学式ポテンショメータの保持部材は、前記動作手段に組み込まれていることを特徴とする請求項１６に記載の操作装置。
【請求項１】
長手方向に移動する線状動力伝達部材と、
前記線状動力伝達部材を長手方向に移動可能に保持する保持部材と、
前記線状動力伝達部材の移動方向に沿って連続的に変化する光学特性を有する光学素子と、
光を発する光源と、
入射される光の光学特性を電気信号に変換する受光手段と、
前記光源からの光を導いて前記光学素子へ出射すると共に、前記光学素子から入射した光を前記受光手段へと導き、前記光源からの光の出射位置及び前記光学素子からの前記光の入射位置が前記光学素子に対して一定の距離を有して保持された線状光伝送手段と、
前記受光手段が出力する電気信号に基づいて、前記線状動力伝達部材の移動方向における前記線状動力伝達部材と前記保持部材間の変位量を算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする光学式ポテンショメータ。
【請求項２】
前記光学素子は、前記線状動力伝達部材の一部に前記線状動力伝達部材と一体に移動可能に設けられ、
前記線状光伝送手段は、前記出射位置及び入射位置が前記保持部材に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項３】
前記光学素子は、前記移動方向に沿って反射率が連続的に変化する光反射体であることを特徴とする請求項２に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項４】
その軸線を前記長手方向に移動する線状動力伝達部材の中心軸線と平行にし、かつ該軸線と平行な平面を有する柱状形状の光学素子支持部材を備え、
前記光反射体は、前記光学素子支持部材の前記軸線と平行な平面に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項５】
前記光学素子は、前記移動方向に沿って透過率が連続的に変化する光透過体であることを特徴とする請求項２に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項６】
前記光学素子は、前記移動方向に沿って偏光特性が連続的に変化する偏光体であることを特徴とする請求項２に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項７】
前記線状光伝送手段は、前記光源からの光を導いて前記光学素子へ出射する第１の線状光伝送体と、前記光学素子から入射した光を前記受光手段へ導く第２の線状光伝送体とを含むことを特徴とする請求項２乃至６に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項８】
前記光学素子は、前記線状動力伝達部材に対し一体に移動可能に設けられた光学素子支持部材に支持され、
前記保持部材は、前記光学素子支持部材を摺動可能に保持する支持部材孔を有し、
前記支持部材孔と前記光学素子支持部材の形状は、該光学素子支持部材が設けられる前記線状動力伝達部材の長手方向にのみ互いに相対的に摺動し円周方向には回転しない嵌合形状であることを特徴とする請求項２乃至６に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項９】
前記保持部材は、前記線状光伝送手段を、前記光学素子の移動軸線と平行に保持することを特徴とする請求項２乃至６に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１０】
前記保持部材は、前記線状光伝送手段の端面に、前記線状光伝送手段の光路を前記光学素子へ向ける光路変換部材を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１１】
前記光学素子は、前記保持部材に設けられ、
前記線状光伝送手段は、前記出射位置及び入射位置が前記線状動力伝達部材に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１２】
前記光学素子は、前記保持部材の前記線状動力伝達部材が保持される部分に設けられ、
前記線状光伝送手段は、前記光学素子に対して前記一定の距離を有して、前記線状動力伝達部材と一体に移動可能に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１３】
前記光学素子は、前記移動方向に沿って反射率が連続的に変化する光反射体であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１４】
前記線状動力伝達部材は、少なくとも部分的に中空部を有し、
前記線状光伝送手段は、少なくとも一部が前記中空部内に通され、前記中空部内に該線状光伝送手段の端面に配設された前記光の光路を前記光学素子へ向ける光路変換部材を備え、
前記線状動力伝達部材は、前記光路変換部材と前記線状動力伝達部材の外部空間との間の光の行き来を可能にする透光部を有しており、
前記透光部は前記光学素子に対向していることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１５】
前記線状動力伝達部材が中空ワイヤで構成され、
前記透光部が孔で構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の光学式ポテンショメータ。
【請求項１６】
長尺で細径の管状部材と、
前記管状部材を挿通される線状動力伝達部材と、
前記管状部材の一端に配置され、前記線状動力伝達部材の一端が固定されるとともに、該線状動力伝達部材の長手方向への移動により屈曲動作する動作手段と、
前記線状動力伝達部材の他端が固定されるとともに、該線状動力伝達部材を長手方向に移動させる駆動手段と、
前記線状動力伝達部材の変位量を計測する請求項１に記載の光学式ポテンショメータと、
前記光学式ポテンショメータによって計測した前記線状動力伝達部材の変位量に基づいて前記動作手段の屈曲角度を算出する演算部と、
を具備することを特徴とする操作装置。
【請求項１７】
前記光学式ポテンショメータの保持部材は、前記動作手段に近設する位置に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の操作装置。
【請求項１８】
前記光学式ポテンショメータの保持部材は、前記動作手段に組み込まれていることを特徴とする請求項１６に記載の操作装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−２３２３１１（Ｐ２０１１−２３２３１１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０５７５４（Ｐ２０１０−１０５７５４）
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]