光纤的状态检测系统的制作方法

1.本发明涉及光纤的状态检测系统。


背景技术：

2.公知将被插入了光纤的导管插入患者的体内来进行治疗的技术。在这样的医疗用的光纤探头等中，由于光纤的直径伴随着导管的细径化也会变细，故在插入患者的体内时有光纤会强硬地弯曲、或者弯折的危险。
3.例如，在专利文献1、2中公开了对插入体内的内窥镜等的管状体的弯曲进行检测或者对弯曲形状进行推断的技术。
4.在先技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2001
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169998号公报
7.专利文献2：日本特开2015
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181643号公报


技术实现要素：

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发明所要解决的技术问题
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9.在导管的插入时光纤被强硬地弯曲的情况下，光在弯曲部会漏出。因此，例如在进行基于激光的烧灼治疗时，存在到达所希望的部位的光能量降低、或者因弯曲部中的光的漏出而进行不必要的部位的烧灼的可能性。
10.因此，寻求准确地测定插入导管时、即、使光纤动作时的弯曲损耗，来判定光纤的弯曲的有无的技术。然而，在上述的专利文献1、2中，并未公开这样的技术。
11.本发明鉴于上述问题而实施，其目的在于，提供一种能够准确地测定使光纤动作时的弯曲损耗、并能够判定光纤的弯曲的有无的光纤的状态检测系统。
12.‑
用于解决技术问题的手段
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13.为了解决上述课题并达成目的，本发明的一方式所涉及的光纤的状态检测系统的特征在于，具备：第一光源，输出对光纤的状态进行监视的监视用光；反射机构，将在所述光纤内传播的所述监视用光反射；受光部，接受由所述反射机构反射后的反射光；抽头耦合器，设置于所述第一光源及所述受光部与所述反射机构之间，并连接了所述第一光源及所述受光部；和控制部，所述控制部在检测到所述反射光的受光强度比0大且低于给定的阈值的情况下，向外部输出受光强度已降低的信息。
14.本发明的一方式所涉及的光纤的状态检测系统的特征在于，具备：第一光源，输出对光纤的状态进行监视的监视用光；反射机构，将在所述光纤内传播的所述监视用光反射；受光部，接受由所述反射机构反射后的反射光；抽头耦合器，设置于所述第一光源及所述受光部与所述反射机构之间，并连接了所述第一光源及所述受光部；第二光源，输出烧灼用光；合波器，将所述监视用光与所述烧灼用光合波；和控制部，所述第一光源及所述第二光源连接于所述合波器，所述合波器及所述受光部连接于所述抽头耦合器，所述监视用光与
所述烧灼用光具有不同的波长，所述反射机构透射所述烧灼用光，所述控制部在检测到所述反射光的受光强度比0大且低于给定的阈值的情况下，将所述第二光源关闭。
15.本发明的一方式所涉及的光纤的状态检测系统的特征在于，所述监视用光的波长为可见光波段的波长。
16.本发明的一方式所涉及的光纤的状态检测系统的特征在于，所述监视用光为平顶光束。
17.本发明的一方式所涉及的光纤的状态检测系统的特征在于，所述监视用光及所述烧灼用光为相同的光束形状。
18.本发明的一方式所涉及的光纤的状态检测系统的特征在于，在所述受光部的跟前侧设置有将所述烧灼用光的波长截止的机构。
19.‑
发明效果
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20.根据本发明，能够准确地测定使光纤动作时的弯曲损耗，能够判定光纤的弯曲的有无。
附图说明
21.图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的光纤的状态检测系统的结构例的概略图。
22.图2是用于说明光纤的弯曲损耗特性的一例的图，是表示光的波长与光纤的弯曲损耗的关系的图表。
23.图3是表示在本发明的第一实施方式所涉及的光纤的状态检测系统中用于将监视用光设为平顶光束的第一结构例的概略图。
24.图4是表示在本发明的第一实施方式所涉及的光纤的状态检测系统中用于将监视用光设为平顶光束的第二结构例的概略图。
25.图5是用于说明与光纤的芯径相应的光纤的弯曲损耗特性的一例的图，是表示光纤的弯曲半径与弯曲损耗的关系的图表。
26.图6是表示图5的例1的装置结构例的图。
27.图7是表示图5的例2的装置结构例的图。
28.图8是表示本发明的第二实施方式所涉及的光纤的状态检测系统的结构例的概略图。
29.图9是表示本发明的第二实施方式所涉及的光纤的状态检测系统中用于将监视用光及烧灼用光设为相同的光束形状的结构例的概略图。
30.图10是表示本发明的第三实施方式所涉及的光纤的状态检测系统的第一结构例的概略图。
31.图11是表示本发明的第三实施方式所涉及的光纤的状态检测系统的第二结构例的概略图。
32.图12是表示本发明的第三实施方式所涉及的光纤的状态检测系统的第三结构例的概略图。
具体实施方式
33.参照附图来说明本发明所涉及的光纤的状态检测系统。另外，本发明并未被限定于以下的实施方式。此外，以下的实施方式中的结构要素中包含本领域技术人员能置换并且容易置换的要素、或者实质上相同的要素。
34.(第一实施方式)
35.如图1所示那样，本实施方式所涉及的光纤的状态检测系统(以下，简称为“状态检测系统”)1具备激光装置10、包括反射机构31的光纤探头30、将激光装置10及光纤探头30连接的连接器40、光纤50、控制部60和显示部70。另外，连接器40并不是必须的，也可以省略。此外，在该图中，光纤50以实线示出。
36.激光装置10具备监视器用ld11、监视器pd12、抽头耦合器13和将这些部件连接的光纤50。另外，“ld”表示激光二极管，“pd”表示光电二极管。
37.监视器用ld11是输出用于对光纤50的状态进行监视的监视用光tl的光源(第一光源)。监视器用ld11经由光纤50而连接于抽头耦合器13的输入侧。
38.在激光装置10中，也可以配置输出波长不同的光的多个监视器用ld11。此外，作为监视器用ld11，也可以使用将输出波长不同的光的多个ld集合在一起而成的ld。此外，监视器用ld11的输出例如设定为1mw以下。此外，监视用光tl的波长设为可见光波段～近红外波段(400nm～1500nm)的波长，优选设为可见光波段(400nm～700nm)的波长。
39.在此，图2是用于说明光纤50的弯曲损耗特性的一例的图，是表示光的波长与光纤50的弯曲损耗的关系的图表。另外，所谓弯曲损耗(弯曲损耗，bending loss)，例如是用以给定的弯曲半径将光纤50弯曲的情况下的传输损耗的增加量进行定义的。
40.如图2所示那样，光纤50的弯曲损耗，在短波长侧小，而在长波长侧大。这意味着，例如通过短波长(可见光波段)的监视用光tl来测定光纤50的弯曲损耗，在判定为“有弯曲”的情况下，即便使用了长波长(比可见光波段更长的波段)的监视用光tl，也会判定为“有弯曲”。
41.因此，如上所述，通过使用可见光波段的光作为监视用光tl，由此也能够判定使用了比该可见光波段更长的波段的监视用光tl的情况下的光纤50的弯曲的有无。另外，例如在使用了可见光波段的监视用光的情况下判定为“无弯曲”，而使用了比该可见光波段更长的波段的监视用光的情况下判定为“有弯曲”的情况下，也可以作为监视用光tl而使用比可见光波段更长的波段的光，由此也可以过大估计弯曲损耗。
42.监视用光tl由平顶光束(tpo hat beam)构成。为了将监视用光tl设为平顶光束，例如如图3所示那样，使用在监视器用ld11与抽头耦合器13之间配置合成器14的方法、如图4中以圆所示的那样对光纤50赋予弯曲而进行模式混合的方法、或者对光纤50施加振动的方法等。
43.另外，在图3及图4中，省略光纤探头30、连接器40、控制部60及显示部70的图示。此外，图3中示出的合成器14的数量并未特别限定，也可以是两个以上。此外，图4中示出的光纤50的弯曲半径设定为光纤50的长期弯曲半径(long term bend radius：ltbr)的值(例如r＝10mm)等。返回图1对剩余的结构进行说明。
44.监视器pd12是用于接受被反射机构31反射后的反射光rl并进行监视的受光部。监视器pd12经由光纤50而连接于抽头耦合器13的输入侧。此外，监视器pd12也可以与监视器
用ld11同样地配置多个，例如也可以构成为通过多个监视器pd12来接受从多个监视器用ld11输出的波长不同的光。
45.抽头耦合器13配置于监视器用ld11及监视器pd12与反射机构31之间。在抽头耦合器13的输入侧，经由光纤50而连接着监视器用ld11及监视器pd12。此外，在抽头耦合器13的输出侧连接着连接器40。抽头耦合器13优选为非对称抽头耦合器，其合成比例如能够设定为99：1、95：5、90：10、75：25等。此外，在图1中，抽头耦合器13的输入端口与输出端口之比为2：1，也可以是2：2。
46.反射机构31反射在光纤50内传播的监视用光tl。反射机构31，例如由fbg(光纤光栅)、反射膜构成，设置于光纤探头30中的光纤50的前端侧。另外，在反射机构31由反射膜构成的情况下，该反射机构31优选设置于光纤50的前端。此外，在反射机构31由fbg构成的情况下，该反射机构31优选设置于比光纤50的前端稍靠内侧的位置。
47.朝向光纤50的前端侧传播并被反射机构31反射的监视用光tl，作为反射光rl而朝向光纤50的基端侧返回地传播。而且，反射光rl经由连接器40及抽头耦合器13而输入至监视器pd12。
48.光纤50例如为多模光纤。该光纤50例如由芯径为105μm/包覆层直径为125μm且具备丙烯酸酯覆膜、聚酰亚胺覆膜等覆膜的阶梯指数型光纤构成。
49.另外，激光装置10侧(以下，称为“装置侧”)的光纤50的芯径和光纤探头30侧(以下，称为“探头侧”)的光纤50的芯径也可以各不相同。在该情况下，优选使装置侧的光纤50的芯径比探头侧的光纤50的芯径小。
50.在此，图5是用于说明与光纤50的芯径相应的光纤50的弯曲损耗特性的一例的图，是表示光纤50的弯曲半径与弯曲损耗的关系的图表。该图的例1，例如图6所示那样，假定以下装置结构：在装置侧设置有光源，在探头侧设置有功率计，装置侧的光纤50的芯径为105μm，探头侧的光纤50的芯径为150μm。在该例1中，例如假定配置了后述的烧灼用ld来取代图1中的监视器用ld11的烧灼类的光线。
51.在图5的例2中，例如图7所示那样，假定以下装置结构：在装置侧设置有光源，在探头侧设置有功率计，装置侧的光纤50的芯径为105μm，探头侧的两个连接器40之间的光纤50的芯径为150μm，探头侧的连接器40及功率计之间的光纤50的芯径为105μm。在该例2中，假定图1中示出的反射监视类的光线。此外，在该图5的例3中，例如假定在图6中装置侧与探头侧的光纤50的芯径均为105μm的装置结构。
52.如图5所示那样，将装置侧的光纤50的芯径与探头侧的光纤50的芯径不同的情况(参照例1、2)和两者的芯径相同的情况(参照例3)进行比较，可知弯曲损耗变得更大，相对于弯曲损耗变得敏感。因此，通过在装置侧与探头侧改变光纤50的芯径，从而增加外观上的弯曲损耗，变得更加容易检测光纤50的弯曲的产生。另外，在装置侧与探头侧光纤50的芯径不同的情况下，例如通过使用对应表等，从而需要对外观上的弯曲损耗相对于实时的弯曲损耗的值之差进行修正。
53.控制部60具备未图示的运算部及存储部。运算部进行控制部60执行的控制或用于实现控制部60的功能的各种运算处理，例如由cpu(central processing unit，中央处理器)、fpga(field programmable gate array，现场可编程门阵列)或者cpu及fpga双方构成。此外，存储部具备：例如储存运算部为了进行运算处理而使用的各种程序、数据等的rom
(read only memory，只读存储器)所构成的部分；以及为了运算部进行运算处理时的作业空间或存储运算部的运算处理的结果等而使用的ram(random access memory，随机存取存储器)所构成的部分。
54.此外，控制部60具备：输入部(未图示)，受理来自监视器pd12的电流信号等的输入；以及输出部(未图示)，基于各种运算处理的结果，输出对监视器用ld11的驱动电流、对显示部70的指示信号、各种信息。
55.显示部70是根据来自控制部60的指示信号，对激光装置10的操作者进行用于输出各种信息并向外部报知的字符、记号等的显示、或者基于警报的警告等的部分，例如由液晶显示器构成。
56.在具备以上那样结构的光纤的状态检测系统1中，控制部60在检测到由监视器pd12接受的反射光rl的受光强度比0大且低于给定的阈值的情况下，向外部输出受光强度已降低的信息。具体地说，控制部60对显示部70输出受光强度已降低的信息。在该情况下，控制部60能够判定光纤探头30中的光纤50产生弯曲。控制部60也可以通过由显示部70鸣响警报等，从而向外部(操作者)报知受光强度的降低、即光纤50的弯曲的产生。另外，作为上述给定的阈值，能够设定自正常时的受光强度的值起衰减了10％或者1db时的受光强度的值。
57.此外，控制部60例如在短时间内反射光rl的受光强度急剧减少的情况等一定时间内的反射光rl的受光强度的变化率较大的情况下，即便反射光rl的受光强度并未低于所述给定的阈值，也可以判定为光纤探头30中的光纤50产生弯曲。
58.根据以上所说明的第一实施方式所涉及的光纤的状态检测系统1，能够准确地测定使光纤50动作时的弯曲损耗，在反射光的受光光度降低的情况下，能够输出受光强度的降低的信息，因此能够判定光纤50的弯曲的有无。
59.(第二实施方式)
60.如图8所示那样，本实施方式所涉及的光纤的状态检测系统1，具备激光装置10a、光纤探头30a、将激光装置10a及光纤探头30a连接的连接器40、光纤50、控制部60和显示部70。另外，该图中的连接器40、光纤50、控制部60及显示部70的结构和上述第一实施方式(参照图1)同样。
61.激光装置10a具备监视器用ld11、烧灼用ld15、合波器16、监视器pd12、抽头耦合器13和将这些部件连接的光纤50。此外，光纤探头30a具备反射机构3。另外，光纤探头30a也可以还具备侧面照射机构，其将透射过反射机构31的烧灼用光tl2的前进方向相对于透射反射机构31前的前进方向朝不同的方向变更并进行照射。
62.监视器用ld11是输出用于监视光纤50的状态的监视用光tl1的光源(第一光源)。监视器用ld11经由光纤50而连接于合波器16的输入侧。此外，监视器pd12经由光纤50而连接于抽头耦合器13的输入侧。
63.在激光装置10中，也可以配置输出波长不同的光的多个监视器用ld11。此外，例如在使用两个监视器用ld11的情况下，优选构成为从一方的监视器用ld11输出比烧灼用光tl2的波段更短的波段的光，从另一方的监视器用ld11输出比烧灼用光tl2的波段更长的波段的光。这样，通过从一方的监视器用ld11输出波长比烧灼用光tl2短的光，从另一方的监视器用ld11输出波长比烧灼用光tl2长的光，从而进一步提高弯曲损耗的推断精度。
64.烧灼用ld15是输出烧灼用光tl2的光源(第二光源)。烧灼用ld15经由光纤50而连接于合波器16的输入侧。在此，在将激光装置10a用于基于医疗用导管的激光治疗的情况下，从烧灼用ld15输出的烧灼用光tl2是所谓的被称为“生物体的窗”的波段的光、即600nm～1500nm的波段的光。此外，烧灼用光tl2具有与监视用光tl1不同的波长。此外，烧灼用ld15的输出例如设定为0.1w以上。
65.在此，优选监视用光tl1及烧灼用光tl2为相同的光束形状。这是因为，由于光纤50的弯曲损耗存在模式依赖性，故若利用不同的光束形状的光源来测定弯曲损耗的话，值有可能会变化。
66.为了使监视用光tl1的光束形状与烧灼用光tl2的光束形状相同，例如如图9所示的激光装置10b那样，在激光装置10b中的上游侧使监视用光tl1与烧灼用光tl2合波(合成)。另外，同图中示出的光学部件17的具体结构并未特别地加以限定，例如也可以是隔离器、滤波器、其他光纤所构成的部件等。这样，通过使监视用光tl1及烧灼用光tl2为相同的光束形状，从而能够减小弯曲损耗的测定误差。
67.合波器16将监视用光tl1与烧灼用光tl2合波。合波器16例如由wdm(波分复用)耦合器、合成器、抽头耦合器、空间耦合光学系统等构成。合波器16经由光纤50而连接于抽头耦合器13的输入侧。
68.反射机构31例如由fbg、反射膜构成，反射监视用光tl1而透射烧灼用光tl2，并向外部照射该烧灼用光tl2。
69.在具备以上那样结构的光纤的状态检测系统1a中，控制部60检测到由监视器pd12接受的反射光rl的受光强度比0大且低于给定的阈值的情况下，向外部输出受光强度已降低的信息。具体地说，控制部60对显示部70输出受光强度已降低的信息。在该情况下，控制部60能够判定光纤探头30a中的光纤50产生弯曲。控制部60也可以通过利用显示部70鸣响警报等，从而向外部(操作者)报知受光强度已降低、即光纤50的弯曲的产生。或者，控制部60也可以通过将烧灼用ld15关闭来停止烧灼用光tl2的输出。另外，上述给定的阈值能以与第一实施方式同样的方法进行设定。
70.根据以上所说明过的第二实施方式所涉及的光纤的状态检测系统1a，能够准确地测定使光纤50动作时的弯曲损耗，在反射光的受光光度降低的情况下能够输出受光强度已降低的信息，能够判定光纤50的弯曲的有无。此外，根据状态检测系统1a，在光纤50产生弯曲的情况下，通过将烧灼用ld15关闭来停止烧灼用光tl2的输出，从而能够抑制进行不必要部位的烧灼。
71.(第三实施方式)
72.在本实施方式所涉及的光纤的状态检测系统中，在监视器pd12的跟前侧设置有对烧灼用光tl2的波长进行截止的机构。以下，参照图10～图12来说明本实施方式的三个结构例。另外，在这些图中，省略光纤探头30a及连接器40的图示。
73.<第一结构例>
74.作为第一结构例的光纤的状态检测系统1c的激光装置10c，如图10所示那样，具备光源18、监视器pd12、烧灼用光截止机构19和抽头耦合器13。另外，同图中的监视器pd12及抽头耦合器13的结构和前述的第一实施方式(参照图1)同样。
75.光源18输出监视用光tl1及烧灼用光tl2。光源18经由光纤50而连接于抽头耦合器
13的输入侧。此外，监视器pd12经由光纤50而连接于烧灼用光截止机构19。
76.烧灼用光截止机构19配置于监视器pd12与抽头耦合器13之间。烧灼用光截止机构19例如由滤波器、wdm耦合器等构成。在此，例如在一边从光源18同时输出监视用光tl1与烧灼用光tl2、一边移动光纤探头30a的光纤50的情况下，有时烧灼用光tl2的一部分会朝向监视器pd12传播。若监视器pd12在烧灼用光tl2的波长也具有受光灵敏度，则烧灼用光tl2覆盖监视用光tl1而输入到监视器pd12时，在监视器pd12无法适当地仅接受起因于监视用光tl1的反射光rl，弯曲损耗产生测定误差。因而，通过在监视器pd12的跟前侧配置烧灼用光截止机构19，从而能够仅将特定波长的光(起因于监视用光tl1的反射光rl)输入至监视pd12。
77.<第二结构例>
78.作为第二结构例的光纤的状态检测系统1d的激光装置10d，如图11所示那样，具备光源18、监视器pd12、烧灼pd20、烧灼用光截止机构19、抽头耦合器13a、13b。另外，该图中的光源18、监视器pd12及烧灼用光截止机构19的结构和上述的第一结构例(参照图10)同样。
79.光源18经由光纤50而连接于抽头耦合器13b。此外，监视器pd12经由光纤50而连接于烧灼用光截止机构19。此外，烧灼pd20经由光纤50而连接于抽头耦合器13a。
80.抽头耦合器13a将从抽头耦合器13b侧过来的回光分支为第一回光rl1及第二回光rl2。在此，回光包括由未图示的反射机构31反射的监视用光tl1的反射光和烧灼用光tl2的一部分。抽头耦合器13a经由光纤50，将第一回光rl1输出至烧灼用光截止机构19，将第二回光rl2输出至烧灼pd20。抽头耦合器13a的输出侧经由光纤50而连接于抽头耦合器13b的输入侧。
81.如上所述，通过在监视器pd12的跟前侧配置烧灼用光截止机构19，从而能够仅将特定波长的光(第一回光rl1)输入至监视器pd12。另外，烧灼pd20的受光强度能够使用于烧灼用光tl2的强度的测定。
82.<第三结构例>
83.作为第三结构例的光纤的状态检测系统1e的激光装置10e，如图12所示那样，具备光源18、监视器pd12、烧灼pd20、wdm耦合器21和抽头耦合器13b。另外，该图中的光源18、监视器pd12、烧灼pd20及抽头耦合器13b的结构和上述第二结构例(参照图11)同样。
84.光源18经由光纤50而连接于抽头耦合器13b。此外，监视器pd12经由光纤50而连接于wdm耦合器21。此外，烧灼pd20经由光纤50而连接于wdm耦合器21。
85.wdm耦合器21对第一回光rl1及第二回光rl2进行分波。而且，wdm耦合器21经由光纤50，向监视pd12输出第一回光rl1，向烧灼pd20输出第二回光rl2。wdm耦合器21的输出侧经由光纤50而连接于抽头耦合器13b的输入侧。
86.如上所述，通过在监视器pd12及烧灼pd20的跟前侧配置wdm耦合器21，从而能够仅将特定波长的光(第一回光rl1、第二回光rl2)输入至监视器pd12及烧灼pd20。
87.以上，对本发明所涉及的实施方式所涉及的光纤的弯曲检测系统，通过用于实施发明的方式具体地进行了说明，但本发明的主旨并不限定于这些记载，必须基于权利要求书的记载而被宽泛地解释。此外，基于这些记载而进行各种变更、改变等所得的结构当然也包含于本发明的主旨中。
88.例如，在上述实施方式中，假定在医疗用导管等中使用激光装置10、10a、10b、10c、
10d、10e而进行了说明，但激光装置10、10a、10b、10c、10d、10e的用途并未被限定于医疗用。
89.此外，在上述实施方式中，对在光纤探头30中的光纤50的前端设置有反射机构31的例子进行了说明，但反射机构31也可以设置于光纤探头30中的光纤50的前端与基端之间(中途)。由此，能够判定在设置了反射机构31之处的光纤50是否产生弯曲。
90.产业上的可利用性
91.本发明优选应用于医疗用的光纤探头所使用的光纤的弯曲检测中。
92.‑
符号说明
‑
93.1、1a、1c、1d、1e 状态检测系统
94.10、10a、10b、10c、10d、10e 激光装置
95.11 监视器用ld
96.12 监视器pd
97.13、13a、13b 抽头耦合器
98.14 合成器
99.15 烧灼用ld
100.16 合波器
101.17 光学部件
102.18 光源
103.19 烧灼用光截止机构
104.20 烧灼pd
105.21 wdm耦合器
106.30、30a 光纤探头
107.31 反射机构
108.40 连接器
109.50 光纤
110.60 控制部
111.70 显示部。