JPH0961132A - ３次元形状計測装置 - Google Patents

３次元形状計測装置

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JPH0961132A
JPH0961132A JP7219319A JP21931995A JPH0961132A JP H0961132 A JPH0961132 A JP H0961132A JP 7219319 A JP7219319 A JP 7219319A JP 21931995 A JP21931995 A JP 21931995A JP H0961132 A JPH0961132 A JP H0961132A
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light
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measuring
measurement
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JP7219319A
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Shinichiro Hattori
眞一郎 服部
Masahide Sugano
正秀 菅野
Nobuyuki Matsuura
伸之 松浦
Yasushi Namii
泰志 浪井
Masaru Shiraiwa
勝 白岩
Kimihiko Nishioka
公彦 西岡
Akira Kusumoto
晃 楠元
Hideyuki Shoji
秀幸 正治
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 同時に多くの種類の測定光（線状光）を被写
体に投影することで、計測スピードと分解能の向上が同
時に実現する。 【解決手段】 ｎ本の線状光を測定光投影用レンズによ
って被写体上に投影し、被写体像は、内視鏡６の接眼レ
ンズ１７及び測定ヘッド１１の補助レンズ３０を通り、
ハーフプリズム３１によって二分割された上で、一方は
測定光位置検知ファイバ３３（１）〜３３（ｍ）の端面
の位置に結像する。測定光位置検知ファイバ３３（１）
〜３３（ｍ）の端面の位置に結像した被写体上の線状光
像をファイバ走査装置３６によって測定光位置検知ファ
イバ３３（１）〜３３（ｍ）が振動駆動して直線状に並
んだ測定光位置検知ファイバ３３（１）〜３３（ｍ）に
よって線走査し、信号処理回路３５で信号処理して３次
元計測を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３次元形状計測装
置、更に詳しくは医用内視鏡に応用して胃壁や大腸壁等
の形状を計測したり、工業用内視鏡に応用して水道管、
ガス管等の変形や傷の大きさを計測する部分に特徴のあ
る３次元形状計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、測定光を被写体に投影して被写体
の凹凸や大きさ、すなわち３次元形状を測定するには、
レーザスポットを被写体に投影し、被写体上のスポット
の位置がどれだけずれるかを検知して算出していた。
【０００３】この場合、被写体全体を計測するには、ス
ポット光で被写体全体を２次元走査していた。
【０００４】また、レーザ光をスポット光ではなく、線
状のスリット光とし、これを被写体に投影してスリット
光の変形によって、スリット光が投影されている線状部
分の凹凸を算出していた。被写体全体を計測するには、
スリット光で被写体を一次元走査していた。
【０００５】その他にも、被写体に空間的、時間的に白
黒パターンでコーディングされた測定光を投影し、各測
定光の被写体上のずれから被写体の凹凸を、計測する方
法が提案されている。この場合、被写体全体に前記コー
ディングされた測定光が投影されるので、一度に被写体
全体の計測が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
スポットを被写体に投影し、２次元的に走査する方法で
は、一度に一点の計測しかできず、被写体全体の計測を
するのに時間がかかっていた。そのため、被写体が動い
ている場合、被写体全体について正確な計測ができない
という問題がある。
【０００７】また、スリット光を被写体に投影し、これ
を１次元走査する方法では、スリット光が投影されてい
る部分を同時に計測するためには、例えば「荒木、清水
他：”高速・連続３次元計測システム”、第３回３次元
工学研究会資料集pp.27-30（１９９２年１２月１０
日）」に提案されているような２次元ＰＳＤ等の特殊な
素子が必要であり、高価であった。
【０００８】さらに、被写体に空間的、時間的に白黒パ
ターンでコーディングされた測定光を投影する方法で
は、被写体が動いてしまうとコーディングパターンがず
れてしまい、正確な計測ができない場合がある。
【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、同時に多くの種類の測定光（線状光）を被写体
に投影することで、計測スピードと分解能の向上が同時
に実現することのできる３次元形状計測装置を提供する
ことを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の３次元形状計測
装置は、変調周波数が互いに異なる複数の測定光を発生
させる測定光発生手段と、前記複数の測定光を空間的に
分離して被写体の被測定面に投影する測定光投影手段
と、前記被測定面からの反射光の空間分布を検出する検
出手段と、前記検出手段にて検出された反射光の空間分
布について、前記変調周波数に基づいて前記複数の測定
光に対する各反射成分を識別する反射光分析手段と、前
記反射光分析手段により識別された各反射成分の空間位
置から、前記被測定面内の各点の前記測定光投影手段か
らの距離を算出する距離算出手段とを備えて構成され
る。
【００１１】本発明の３次元形状計測装置では、前記測
定光投影手段が前記測定光発生手段による前記複数の測
定光を空間的に分離して被写体の被測定面に投影し、前
記反射光分析手段が前記検出手段にて検出された前記被
測定面からの反射光の空間分布について前記変調周波数
に基づいて前記複数の測定光に対する各反射成分を識別
し、前記距離算出手段が前記反射光分析手段により識別
された各反射成分の空間位置から、前記被測定面内の各
点の前記測定光投影手段からの距離を算出することで、
同時に多くの種類の測定光（線状光）を被写体に投影
し、計測スピードと分解能を同時に向上させることを可
能とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について述べる。
【００１３】図１ないし図９は本発明の第１の実施の形
態に係わり、図１は３次元形状計測内視鏡装置の構成を
示す構成図、図２は図１の光源装置の構成を示す構成
図、図３は図１の測定ヘッドの構成を示す構成図、図４
は図３の信号処理回路の構成を示す構成図、図５は図１
の測定光伝送用イメージガイドファイバより被写体に照
射されたｎ本の線状光を説明する説明図、図６は図３の
測定光位置検知ファイバの端面位置の結像と被写体に照
射されたｎ本の線状光の関係を説明する説明図、図７は
図４の信号処理回路で生成される第１の３次元計測画像
を説明する説明図、図８は図４の信号処理回路で生成さ
れる第２の３次元計測画像を説明する説明図、図９図１
の光源装置の変形例の構成を示す構成図はである。
【００１４】（構成）図１に示すように、第１の実施の
形態の３次元形状計測装置としての３次元形状計測内視
鏡装置１は、管腔内に挿通される挿入部２を備え挿入部
先端前方に位置する管腔内部の被写体の像及び３次元形
状を行うための後述する計測光の戻り光を挿入部２の基
端側に連設されている操作部３に設けられた接眼部４に
伝送する被写体像伝送用イメージガイド５を前記挿入部
２内に配設した内視鏡６と、照明光及び計測光を内視鏡
６の操作部３から延出したユニバーサルケーブル７及び
挿入部２の内部を挿通する照明光伝送用ライトガイド８
及び測定光伝送用イメージガイドファイバ９に供給する
光源装置１０と、内視鏡６の接眼部４に着脱自在に取り
付けられ被写体像伝送用イメージガイド５により伝送さ
れた被写体の像の撮像等の信号処理及び計測光の戻り光
による３次元形状計測処理を行う測定ヘッド１１と、測
定ヘッド１１により信号処理された画像を表示するモニ
タ１２とから構成される。
【００１５】光源装置１０では、図２に示すように、入
射端が集束され配置され、出射端が並列に並べられ平面
部２０を構成している複数の光ファイバ束２１（１）〜
２１（ｎ）が備えられ、光ファイバ束２１（１）〜２１
（ｎ）の集束された入射端は直線状に整列して構成され
ている。また、光ファイバ束２１（１）〜２１（ｎ）の
集束された側の入射端面には、各光ファイバ束２１
（１）〜２１（ｎ）ごとに発光ダイオード、半導体レー
ザ等で構成されるｎ個の光源２２（１）〜２２（ｎ）が
配置されている。
【００１６】光源２２（１）〜２２（ｎ）は、各々それ
ぞれ光源駆動回路２３（１）〜２３（ｎ）に接続され、
さらに、光源駆動回路２３（１）〜２３（ｎ）は各々周
波数の異なる発振回路２４（１）〜２４（ｎ）に接続さ
れている。
【００１７】前記光ファイバ束２１（１）〜２１（ｎ）
の端面で構成される平面部２０の前面には結像レンズ２
５が配置されており、結像レンズ２５の反対側には前記
測定光伝送用イメージガイドファイバ９の端面が位置し
ている。
【００１８】また、前記ライトガイド８は、光源装置１
０に設けられた集光レンズ２６に対向して入射端面がセ
ットされており、集光レンズ２６の反対側にはランプ２
７が設けられていて、ランプ２７はランプ駆動回路２８
に接続されている。
【００１９】図１に戻り、内視鏡６の挿入部２の先端部
１３には測定光伝送用イメージガイドファイバ９の出射
端に対向して測定光投影用レンズ１４が配置されてい
る。先端部１３にはこの他に被写体撮像用の対物レンズ
１５及び被写体照明用の照明レンズ１６が配置されてお
り、対物レンズ１５に対向して被写体像伝送用イメージ
ガイド５の端面が、また、照明レンズ１６に対向して照
明光伝送用ライトガイド８が配置されている。さらに、
被写体像伝送用イメージガイド５は、内視鏡６の挿入部
２を通り、その他端は操作部３に設けられた接眼部３の
接眼レンズ１７に対向して配置されている。
【００２０】図３に示すように、接眼レンズ１５に着脱
可能に取り付けられる測定ヘッド１１では、接眼レンズ
１７からの光を結像するための補助レンズ３０が接眼レ
ンズ１５の前に置かれ、補助レンズ３０の後ろには光路
を分割するハーフプリズム３１が置かれている。そし
て、ハーフプリズム３１の一方の光路側には前記補助レ
ンズ３０で結像した被写体像を拡大観察するための第２
の接眼レンズ３２が設けられている。
【００２１】また、ハーフプリズム３１のもう一方の光
路側の結像位置には、直線状に整列された測定光位置検
知光ファイバ３３（１）〜３３（ｍ）の端面が配置され
ている。
【００２２】この測定光位置検知光ファイバ３３（１）
〜３３（ｍ）の他端は、１本ずつ分離され、各ファイバ
ごとにフォトダイオードやフォトマル等で構成される光
検知器３４（１）〜３４（ｍ）の前面に置かれ、光検知
器３４（１）〜３４（ｍ）の出力は信号処理回路３５に
出力される。
【００２３】信号処理回路３５では、図４に示すよう
に、光検知器３４（１）〜３４（ｍ）の出力が増幅器４
１（１）〜４１（ｍ）に入力され、増幅器４１（１）〜
４１（ｍ）の出力はｎ種類の中心周波数を持つバンドパ
スフィルタ回路である、フィルタ４２（ｘ，１）〜４２
（ｘ，ｎ）（ｘ＝１，２，…，ｍ）に入力される。
【００２４】各フィルタ４２（ｘ，１）〜４２（ｘ，
ｎ）（ｘ＝１，２，…，ｍ）の出力は、同じ中心周波数
を持つフィルタごとにピーク位置検知回路４３（１）〜
４３（ｎ）に入力される。各ピーク位置検出回路４３
（１）〜４３（ｎ）の出力は距離算出回路４４（１）〜
４４（ｎ）に入力され、その出力は３次元形状メモリ４
５に入力される。そして、３次元形状メモリ４５の出力
は、３次元表示回路４６を介してモニタ１２に接続され
ている。
【００２５】一方、図３に戻り、前記測定光位置検知フ
ァイバ３３（１）〜３３（ｎ）の直線状に整列された側
の端面は、スピーカ、圧電素子等で構成されるファイバ
走査装置３６に固定されており、このファイバ走査装置
３６は、前記モニタ１２の同期信号と同期した駆動信号
を発生する駆動信号発生回路３７に接続されている。
【００２６】（作用）次に、このように構成された３次
元形状計測内視鏡装置１の作用について説明する。
【００２７】発振回路２４（１）〜２４（ｎ）では各々
異なる周波数の正弦波が発振され、光源駆動回路２３
（１）〜２３（ｎ）は、この信号を受け、直流バイアス
をかけた上で光源２２（１）〜２２（ｎ）を駆動する。
【００２８】すると、光源２２（１）〜２２（ｎ）は各
々異なる周波数の正弦波で明るさに強度変調をかけられ
た光を発する。
【００２９】この光は光ファイバ束２１（１）〜２１
（ｎ）の集束された側の端面に入射され、直線状に並べ
られたもう一方の端面からはｎ本の線状光が出射される
（この場合、線状光と言っても、厳密には点状の光が一
列に並んでいる訳であるが、出射端面に光拡散板等の光
拡散手段を設けて点状の光の間の暗部をなくしても良
い）。
【００３０】このｎ本の線状光は、結像レンズ２５によ
って測定光伝送用イメージガイドファイバ９の一方の端
面に縮小結像される。この縮小結像されたｎ本の各々の
光の強度の周波数成分の異なる線状光は測定光伝送用イ
メージガイドファイバ９によって伝送され、内視鏡６の
挿入部２の先端部１３にあるもう一方の端面から出射さ
れる。
【００３１】出射された線状光は測定光投影用レンズ１
４によって被写体上に投影される。投影されたｎ本の線
状光は被写体の凹凸によって図５のごとくその形態は変
化する。
【００３２】被写体に投影された線状光は、対物レンズ
１５によって被写体像伝送用イメージガイド５の端面に
結像される。この像は被写体像伝送用イメージガイド５
を伝送され、内視鏡６の操作部３に配置された他端に達
する。
【００３３】この他端面の像は、接眼レンズ１７及び測
定ヘッド１１の補助レンズ３０を通り、ハーフプリズム
３１によって二分割された上で、一方は測定光位置検知
ファイバ３３（１）〜３３（ｍ）の端面の位置に結像す
る。
【００３４】この場合、図６で示すごとく、被写体上の
線状光像の長手方向が前記測定光位置検知ファイバ３３
（１）〜３３（ｍ）の列とほぼ直交する方向で結像する
ようになっている。
【００３５】ハーフプリズム３１で分割されたもう一方
の光は第２の接眼レンズ３２の前方に結像し、第２の接
眼レンズ３２によって観察者により拡大観察される。
【００３６】前記測定光位置検知ファイバ３３（１）〜
３３（ｍ）の端面の位置に結像した前記被写体上の線状
光像は、ファイバ走査装置３６によって測定光位置検知
ファイバ３３（１）〜３３（ｍ）が振動駆動されること
によって、直線状に並んだ測定光位置検知ファイバ３３
（１）〜３３（ｍ）によって線走査される。
【００３７】測定光位置検知ファイバ３３（１）〜３３
（ｍ）の一端面の光は、測定光位置検知ファイバ３３
（１）〜３３（ｍ）内を通り、他端から出射し、光検知
器３４（１）〜３４（ｍ）に入射する。
【００３８】その結果、光検知器３４（１）〜３４
（ｍ）の出力の周波数成分は、特定の周波数成分が強く
なる。
【００３９】なお、内視鏡６の主な被写体である生体内
は狭く壁で囲まれているため、光の間接反射が起こる。
そのため、被写体上の線状光の投影位置には、本来投影
した測定用の線状光以外の線状光の間接反射光が重なり
合う。これが、光検知器３４（１）〜３４（ｍ）に一つ
の線状光像の光のみが入射しない理由である。ただし、
間接光は減衰があり、本来投射された線状光に比べて相
対的な強度は小さくなる。
【００４０】光検知器３４（１）〜３４（ｍ）の出力
は、信号処理回路３５の増幅器４１（１）〜４１（ｍ）
で増幅され、それぞれフィルタ４２（ｘ，１）〜（ｘ，
ｎ）（ｘ＝１，２，…，ｍ）によって周波数成分が分離
され、さらに同じ中心周波数のフィルタの出力ごとにピ
ーク位置検知回路４３（１）〜４３（ｎ）によって各フ
ィルタ４２（ｘ，１）〜（ｘ，ｎ）（ｘ＝１，２，…，
ｍ）の出力の強度分布が分析される。
【００４１】その結果、ある中心周波数成分の最も強度
の強い信号を出力している光検知器３４（１）〜３４
（ｍ）が判別される。
【００４２】これは、被写体上に投影された複数の線状
光の位置が、被写体の凹凸によってどのように変化した
か認識することと等価である。
【００４３】測定光位置検知ファイバ３３（１）〜３３
（ｍ）が検知している、この変化（ずれ）は、距離算出
回路４４（１）〜４４（ｎ）によって内視鏡６の先端か
ら被写体上の対応点までの距離に変換され、３次元形状
メモリ４５に記憶される。
【００４４】この場合、３次元形状メモリ４５には測定
位置検知ファイバ３３（１）〜３３（ｍ）が検知してい
る像の一部分、すなわち被写体上の線状の領域の距離デ
ータが記憶される。
【００４５】次にファイバー走査装置３６によって測定
光位置検知ファイバ３３（１）〜３３（ｍ）を微小な距
離だけずらし、前記と同様の動作が繰り返される。
【００４６】ただし、３次元形状メモリ４５の中で距離
を記憶するメモリアドレスは、測定光位置検知ファイバ
３３（１）〜３３（ｍ）の動きに応じてずらされる。そ
の結果、最終的に３次元形状メモリ４５には被写体の測
定対象範囲の３次元形状が記憶されることになる。
【００４７】この３次元メモリ４５の内容は、３次元表
示回路４６によって、図７のような鳥瞰図あるいは図８
のような等高線図、あるいは高さに応じた疑似カラー画
像等に変換され、モニタ１２に表示される。
【００４８】なお、距離算出回路４４（１）〜４４
（ｎ）による距離の算出は以下のように行えば良い。
【００４９】あらかじめ校正用の平板を用意して被写体
として対物レンズの前に置く。すると、測定光投影用レ
ンズ１４によって投射された線状光は、内視鏡６の先端
と校正用の平板との距離に応じて、平板上の定まった位
置に投影される。投影された線状光は、被写体の凹凸が
ないので線状のままである。その投影された線状光を対
物レンズ１５で被写体像伝送用イメージガイド５の一端
面に結像させた場合、結像面における各線状光の位置は
内視鏡先端と校正用平板との距離によって一意に定ま
る。
【００５０】そして、この線状光の位置は、測定ヘッド
１１の測定光位置検知ファイバ３３（１）〜３３（ｍ）
の端面の位置に結像した線状光の位置と一対一に対応し
ている。
【００５１】そこで、校正用の平板と内視鏡先端の距離
を変化させ、距離ごとに、各線状光の測定光位置検知フ
ァイバ３３（１）〜３３（ｍ）の位置における位置、す
なわち最もその線状光に対応する周波数成分を多く含む
信号を出力する光検知器３４（１）〜３４（ｍ）をテー
ブルとしてＲＯＭあるいは電源バックアップされたＲＡ
Ｍ等へ記憶しておく。その結果、実際の計測時には、あ
る線状光に対応する周波数成分を最も多く含む信号を出
力している光検知器３４（１）〜３４（ｍ）がどれか分
かれば、前記テーブルを参照することにより、内視鏡先
端から被写体上の該当する線状光までの距離が算出でき
る。
【００５２】（効果）このように、本実施の形態の３次
元形状計測内視鏡装置１では、光ファイバ束２１（１）
〜２１（ｎ）からのｎ本の線状光を測定光投影用レンズ
１４によって被写体上に投影し、測定光位置検知ファイ
バ３３（１）〜３３（ｍ）の端面の位置に結像した被写
体上の線状光像をファイバ走査装置３６によって測定光
位置検知ファイバ３３（１）〜３３（ｍ）が振動駆動し
て直線状に並んだ測定光位置検知ファイバ３３（１）〜
３３（ｍ）によって線走査し、信号処理回路３５で信号
処理して３次元計測を行っているので、同時に多くの種
類の測定光（線状光）を被写体に投影でき、計測スピー
ドと分解能の向上が同時に実現できる。
【００５３】なお、上記の光学装置１０における光ファ
イバ束２１（１）〜２１（ｎ）、光源２２（１）〜２２
（ｎ）、光源駆動回路２３（１）〜２３（ｎ）、発振回
路２４（１）〜２４（ｎ）の代わりに、図９に示すよう
に、面光源４７と、その前面に空間光変調器４９と、空
間光変調器４９を駆動する駆動回路４８を設けて構成し
てもよい。
【００５４】この場合、空間光変調器４８と測測定光伝
送用イメージガイドファイバ９と光学的に共役とし、空
間光変調器４９を一垂直列ごとに駆動回路４８により順
次周波数を変調することにより、複数の周波数を持つス
リット光を発生できる。
【００５５】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図１０及び図１１は本発明の第２の実施の形
態に係わり、図１０は内視鏡及び測定ヘッドの要部の構
成を示す構成図、図１１は図１０の信号処理回路の構成
を示す構成図である。
【００５６】第２の実施の形態は、第１の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００５７】（構成）第２の実施の形態では、図１０に
示すように、内視鏡６内にプログラム可能なＲＯＭ等で
構成されるスコープ特性記憶回路５１が組み込まれてお
り、その出力は接眼部４に設けられた接眼部コネクタ５
２を介して測定ヘッド１１内の信号処理回路３５の距離
算出回路４４（１）〜４４（ｎ）に入力されている。
【００５８】スコープ特性記憶回路５１には、測定光投
影用レンズ１４及び対物レンズ１５のレンズ歪に関する
データや、両レンズの間隔、接眼レンズ１７の結像倍率
等、測定ヘッド１１内の距離算出回路４４（１）〜４４
（ｎ）で距離を算出する際、内視鏡６の仕様や製造上の
ばらつきに応じて、距離算出で補正用に参照されるデー
タが記憶されている。
【００５９】また、第２の実施の形態の信号処理回路３
５では、図１１に示すように、第１の実施の形態のフィ
ルタ４２（ｘ，１）〜（ｘ，ｎ）（ｘ＝１，２，…，
ｍ）の代わりに、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）等
で構成され、高速フーリエ変換を行うＦＦＴ回路５３
（１）〜５３（ｍ）が増幅器４１（１）〜４１（ｍ）に
接続されている。
【００６０】ＦＦＴ回路５３（１）〜５３（ｍ）の出力
は、複数のコンパレータ等で構成されるピーク位置検知
回路４３（１）〜４３（ｎ）に出力されている。ピーク
位置検知回路４３（１）〜４３（ｎ）の出力は、フラッ
シュＲＯＭ等で構成される距離算出回路４４（１）〜４
４（ｎ）に接続されている。
【００６１】その他の構成は、第１の実施の形態と同じ
である。
【００６２】（作用）上述したように、第１の実施の形
態と異なるのは、フィルタ４２（ｘ，１）〜（ｘ，ｎ）
（ｘ＝１，２，…，ｍ）の代わりにＦＦＴ回路５３
（１）〜５３（ｍ）によって、ある周波数成分の最も強
い信号を出している光検知器３４（１）〜３４（ｍ）が
判別されることである。
【００６３】すなわち、増幅器４１（１）〜４１（ｍ）
の出力は、各々ＦＦＴ回路５３（１）〜５３（ｍ）で周
波数成分が分離され、同じ周波数成分ごとにピーク位置
検知回路４３（１）〜４３（ｎ）に入力される。
【００６４】この分離される周波数成分は、光源装置１
０の発振回路２４（１）〜２４（ｎ）の周波数と同じに
設定されている。
【００６５】ピーク位置検知回路４３（１）〜４３
（ｎ）では入力された同じ周波数成分の複数の信号に対
して、最も強い信号を検知する。
【００６６】すなわち、その周波数成分について、最も
強い信号を出力している増幅器４１（１）〜４１
（ｍ）、すなわち光検知器３４（１）〜３４（ｍ）が検
知される。
【００６７】これは、被写体上に投影された線状光のう
ち、測定光位置検知ファイバ３３（１）〜３３（ｍ）が
撮像している部分が被写体の凹凸によってどれだけずれ
たかを検知することと等価である。
【００６８】各周波数成分についてそのピーク位置を検
知することにより、測定光位置検知ファイバ３３（１）
〜３３（ｍ）が撮像している部分の被写体の凹凸が計測
される。
【００６９】また、内視鏡６に組み込まれたスコープ特
性記憶回路５１のデータは接眼部コネクタ５２を介して
測定ヘッド１１に送られ、距離算出回路４４（１）〜４
４（ｎ）において距離算出過程でのデータ補正に使われ
る。
【００７０】この場合、スコープ特性記憶回路５１に線
状光の被写体上でのずれと距離の関係のテーブルを記憶
しておき、距離算出回路４４（１）〜４４（ｎ）では単
にそのテーブルを参照することによって距離を算出する
ようにしても良い。
【００７１】その他の作用は第１の実施の形態と同じで
ある。
【００７２】（効果）第１の実施の形態の効果に加え、
スコープ特性記憶回路５１を備えて距離の補正を行って
いるので、精度が向上する。
【００７３】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。図１２及び図１３は本発明の第３の実施の形
態に係わり、図１２は光源装置の構成を示す構成図、図
１３は図１２の光源装置特性記憶回路の出力を信号ケー
ブルを介して入力する測定ヘッドの信号処理回路の構成
を示す構成図である。
【００７４】第３の実施の形態は、第２の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００７５】（構成）第２の実施の形態の構成に加え
て、図１２に示すように、光源装置１０内に光源２２
（１）〜２２（ｎ）や光ファイバ束２１（１）〜２１
（ｎ）、結像レンズ２５等の光源装置１０のばらつきデ
ータを記憶している光源装置特性記憶回路６１と電気コ
ネクタ６２、信号ケーブル６３によって構成されてい
る。そして、信号ケーブル６３は内視鏡６を挿通し接眼
部コネクタ５２に接続され、光源装置特性記憶回路６１
の出力は、図１３に示すように、測定ヘッド１１の信号
処理回路３５の距離算出回路４４（１）〜４４（ｎ）に
接続されている。
【００７６】その他の構成は第２の実施の形態と同じで
ある。
【００７７】（作用）光源装置１０の特性データが光源
装置特性記憶回路６１より電気コネクタ６２、信号ケー
ブル６３、接眼部コネクタ５２を介して距離算出回路４
４（１）〜４４（ｎ）に送られ距離算出時の補正データ
に使用される。
【００７８】その他の作用は第２の実施の形態と同じで
ある。
【００７９】（効果）第２の実施の形態の効果に加え、
スコープ特性記憶回路５１に加えて光源装置特性記憶回
路６１を備えて両方のデータにより距離の補正を行って
いるので、さらに精度が向上する。
【００８０】次に、本発明の第４の実施の形態について
説明する。図１４ないし図１７は本発明の第４の実施の
形態に係わり、図１４は内視鏡及び測定ヘッドの要部の
構成を示す構成図、図１５は図１４の撮像素子で撮像さ
れた被写体の２次元画像を説明する説明図、図１６は図
１４の３次元表示合成回路で生成された３次元画像を説
明する説明図、図１７は図１４の３次元表示合成回路で
合成生成された３次元合成画像を説明する説明図であ
る。
【００８１】第４の実施の形態は、第１の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００８２】（構成）第４の実施の形態の測定ヘッド１
１では、図１４に示すように、第１の実施の形態の第２
の接眼レンズ３２の代わりにＣＣＤ等の撮像素子７１
と、撮像素子駆動回路７２、映像回路７３、Ａ／Ｄコン
バータ７４が設けられ、Ａ／Ｄコンバータ７４の出力が
信号処理回路３５に出力され、信号処理回路３５ではＡ
／Ｄコンバータ７４の出力が第１の実施の形態の３次元
表示回路４６の代わりに設けられた３次元表示合成回路
７５に入力されるように構成されている。
【００８３】その他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。
【００８４】（作用）ハーフプリズム３１によって分け
られた被写体像は、撮像素子駆動回路７２によって駆動
されている撮像素子７１によって撮像されて映像回路７
３によって映像信号に処理される。この映像信号はモニ
タ１２に図１５のように２次元の内視鏡画像として表示
される。
【００８５】さらに、前記映像信号はＡ／Ｄコンバータ
７４によりデジタル信号に変換されて３次元表示合成回
路７５に供給される。３次元表示合成回路７５では３次
元形状メモリ４５から送られる信号を処理して図１６の
ような３次元表示画像としてモニタ１２に出力したり、
もしくは前記デジタル信号と合成して図１７のような合
成画像をモニタ１２に選択的に出力することができる。
【００８６】その他の作用は第１の実施の形態と同じで
ある。
【００８７】（効果）第４の実施の形態では、第１の実
施の形態の効果に加え、３次元表示だけでなく２次元表
示もしくはその合成表示によって観察できるので、診断
の向上が可能である。
【００８８】次に、本発明の第５の実施の形態について
説明する。図１８及び図１９は本発明の第５の実施の形
態に係わり、図１８は３次元形状計測内視鏡装置の構成
を示す構成図、図１９は図１８の測定ヘッドの構成を示
す構成図である。
【００８９】第５の実施の形態は、第４の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００９０】（構成及び作用）第５の実施の形態では、
図１８に示すように、第４の実施の形態の測定光投影レ
ンズ１４と測定光伝送用イメージガイドファイバ９を第
２の被写体結像レンズ８１、被写体像伝送用イメージガ
イド８２として用い、第１，第２の被写体結像レンズ１
５、８１と、第１，第２の被写体伝送用イメージガイド
５、８２により得られた二つの像と立体視表示装置を用
い立体視を可能にしたものである。
【００９１】図１９に示すように、測定光を発生させる
手段を光源装置１０にではなく測定ヘッド１１内に設け
ている。測定ヘッド１１では、結像レンズ２５により結
像させた測定光を第２のハーフプリズム８３を介して第
２の被写体伝送用イメージガイド８２の端面に入射さ
せ、第２の被写体伝送用イメージガイドを伝送した測定
光を第２の被写体結像レンズ８１が測定光を被写体に結
像させると同時に、被写体像そのものを第２の被写体伝
送用イメージガイド８２の端面に結像させる。その像は
第２の被写体伝送用イメージガイド８２で伝送され、第
２のハーフプリズム８３を通過し、結像レンズ８４で第
２の撮像素子８５に結像される。一方、測定位置検知フ
ァイバ３３（１）〜３３（m）に結像させる結像レンズ
３０を通った被写体像をハーフプリズム３１及び補助レ
ンズ８６により第１の撮像素子７１に結像させる。
【００９２】第１，第２の撮像素子７１、８５の出力
は、プロセッサ８７によりそれぞれ画像信号に変換され
立体表示装置８８で表示される。
【００９３】その他の構成、作用は第４の実施の形態と
同じである。
【００９４】（効果）第４の実施の形態の効果に加え
て、２次元表示の画像自体も立体感を持った表示に変換
しているので距離計測ができる上に観察もし易くなって
いる。
【００９５】次に、本発明の第６の実施の形態について
説明する。図２０及び図２１は本発明の第６の実施の形
態に係わり、図２０は３次元形状計測内視鏡装置の光源
装置の構成を示す構成図、図２１は図２０の光源装置に
より供給された光により計測を行う測定ヘッドの構成を
示す構成図である。
【００９６】第６の実施の形態は、第４の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００９７】（構成）図２０に示すように、第６の実施
の形態の光源装置は、内視鏡で良く用いる面順次光源装
置１０ａに変更したものであり、ＲＧＢ光を順次照射す
るための回転フィルタ９１、回転フィルタ９１を回転駆
動させるサーボモータ９２、サーボモータ９２の回転を
制御する回転制御回路９３が設けられている。また、こ
の変更に伴い、図２１に示すように、測定ヘッド１１ａ
には、回転制御回路９３からのシャッタ制御信号により
制御されるシャッタ制御回路９４が追加され、さらにハ
ーフプリズム３１の代わりにシャッタ制御回路９４によ
り制御されるシャッタ９５を設けられている。
【００９８】その他の構成は第４の実施の形態と同じで
ある。
【００９９】（作用）通常の面順次電子内視鏡と同様に
回転制御回路９３によりサーボモータ９２が制御され
て、連結されている回転フィルタ９１が回転してＲ成
分、Ｇ成分、Ｂ成分の光を順番に被写体に照射し、それ
を撮像素子７１で受け、図示はしていないが、Ｒ成分、
Ｇ成分、Ｂ成分の信号ごとに画像メモリに蓄えて一枚に
合成し２次元の内視鏡画像を作成する。
【０１００】一方、前記回転フィルタ９１の回転位置が
Ｒ，Ｇ，Ｂ各成分の透過面でなく、遮光する位置になっ
た時には、回転制御回路９３はシャッタ制御回路９４に
その情報を伝達し、これを受けてシャッタ９５を撮像素
子７１への光路を遮断し、かつ測定光位置検知ファイバ
３３（１）〜３３（ｍ）への光路を導く方向に移動する
ようになっている。
【０１０１】なお、ここではシャッタ９５はミラー式で
光路を切替えるものを示したが、例えば液晶の駆動によ
り片方を遮断する方式のシャッタを用いても良い。
【０１０２】その他の作用は第４の実施の形態と同じで
ある。
【０１０３】（効果）第４の実施の形態の効果に加え
て、３次元測定用の光によって通常の内視鏡画像の色再
現に悪影響を与える心配がなくなる。
【０１０４】次に、本発明の第７の実施の形態について
説明する。図２２は本発明の第７の実施の形態に係る測
定ヘッドの構成を示す構成図である。
【０１０５】第７の実施の形態は、第４の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【０１０６】（構成及び作用）図２２に示すように、本
実施の形態の測定ヘッド１１においては、撮像素子７１
の前面に可視光帯域の光だけを透過する可視光透過フィ
ルタ１０１と測定光位置検知ファイバ３３（１）〜３３
（ｍ）の前面に赤外光帯の光だけを透過する赤外光透過
フィルタ１０２が設けられている。なお、測定用の光源
として赤外光源を用いた場合に前記の構成となるので、
赤外光源以外の不可視光源とフィルタを用いても良い。
【０１０７】その他の構成、作用は第４の実施の形態と
同じである。
【０１０８】（効果）第４の実施の形態の効果に加え
て、２次元、３次元、お互いの画像中への余分な光を除
くことによって測定精度が向上する。
【０１０９】次に、本発明の第８の実施の形態について
説明する。図２３は本発明の第８の実施の形態に係る測
定ヘッドの信号処理回路の構成を示す構成図である。
【０１１０】第８の実施の形態は、第４の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【０１１１】（構成及び作用）図２３に示すように、本
実施の形態の測定ヘッドの信号処理回路３５において
は、３次元画像の検知回路１１１と２次元画像の検知回
路１１２が設けられており、各々画像信号の異常検知を
行っている。検知結果は３次元表示合成回路７５に送ら
れる。
【０１１２】３次元表示合成回路７５では２次元画像信
号もしくは３次元画像信号による観察をモニタ１２にて
行っている時に、観察している画像に異常が検知された
ら、他方の画像（２次元の時には３次元、また３次元の
時には２次元）を自動的に選択して出力するような制御
を行っている。
【０１１３】その他の構成、作用は第４の実施の形態と
同じである。
【０１１４】（効果）第４の実施の形態の効果に加え
て、故障時等の場合における安全性が向上する。
【０１１５】次に、本発明の第９の実施の形態について
説明する。図２４は本発明の第９の実施の形態に係る測
定ヘッドの構成を示す構成図である。
【０１１６】第９の実施の形態は、第１の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【０１１７】（構成）図２４に示すように、第９の実施
の形態では、第１の実施の形態のファイバ走査装置３６
の代わりに、強誘電体結晶や液晶等から成る電気光学効
果光偏光器１２１を備えて構成されている。
【０１１８】その他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。
【０１１９】（作用）駆動信号発生回路３７によって、
強誘電体結晶や液晶等から成る電気光学効果光偏光器１
２１の屈折率が変化することを利用して光の進行方向を
変え、測定光位置検知ファイバ３３（１）〜３３（ｍ）
への光を走査する。
【０１２０】その他の作用は第１の実施の形態と同じで
ある。
【０１２１】（効果）第１の実施の形態と比べて、機械
的振動が無いので寿命及び信頼性が向上するという効果
がある。
【０１２２】次に、本発明の第１０の実施の形態につい
て説明する。図２５は本発明の第１０の実施の形態に係
る測定ヘッドの構成を示す構成図である。
【０１２３】第１０の実施の形態は、第１の実施の形態
とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一
の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【０１２４】（構成）図２５に示すように、第１０の実
施の形態では、第１の実施の形態のファイバ走査装置３
６の代わりに、透明媒質１３１とヒータ１３２によって
構成されている。
【０１２５】その他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。
【０１２６】（作用）駆動信号発生回路３７によってヒ
ータ１３２によって熱が発生する。この熱より透明媒質
１３１内の屈折率分布が変化することを利用して光の進
行方向を変え、測定光位置検知ファイバ３３（１）〜３
３（ｍ）への光を走査する。
【０１２７】その他の作用は第１の実施の形態と同じで
ある。
【０１２８】（効果）第９の実施の形態と同様に、第１
の実施の形態と比べて、機械的振動が無いので寿命及び
信頼性が向上するという効果がある。
【０１２９】次に、本発明の第１１の実施の形態につい
て説明する。図２６は本発明の第１１の実施の形態に係
る測定ヘッドの構成を示す構成図である。
【０１３０】第１１の実施の形態は、第１の実施の形態
とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一
の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【０１３１】（構成）図２５に示すように、第１１の実
施の形態では、第１の実施の形態の測定光位置検知ファ
イバ３３（１）〜３３（ｍ）とファイバ走査装置３６の
代わりに空間光変調器１４１とフォトダイオードアレイ
１４２によって構成されている。
【０１３２】その他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。
【０１３３】（作用）空間光変調器１４１上には被写体
像伝送用イメージガイド５の出射端が結像し、空間光変
調器１４１上に密着して置かれた（あるいはレンズを用
いて光学的に共役に置かれた）フォトダイオードアレイ
１４２は空間光変調器１４１透過後の光を受光するよう
になっている。
【０１３４】空間光変調器１４１を一水平ラインごとに
順次、駆動信号発生回路３７によってＯＮ状態（光が通
過する状態）にすることにより、第１の実施の形態の測
定光位置検知ファイバ３３（１）〜３３（ｍ）を振動さ
せたのと同様な信号を得る。
【０１３５】その他の作用は第１の実施の形態と同じで
ある。
【０１３６】（効果）第９の実施の形態と同様に、第１
の実施の形態と比べて、機械的振動が無いので寿命及び
信頼性が向上するという効果がある。
【０１３７】次に、本発明の第１２の実施の形態につい
て説明する。図２７は本発明の第１２の実施の形態に係
る光源装置の構成を示す構成図である。
【０１３８】第１２の実施の形態は、第１の実施の形態
とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一
の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【０１３９】（構成）図２７に示すように、第１２の実
施の形態は第１の実施の形態の光源装置１０内の光ファ
イバ束２１（１）〜２１（ｎ）の部分の別の一例で、ｎ
個の光源の前面に一本ずつ分離された光ファイバ１５１
（１）〜１５１（ｎ）の端面が配置され、他端は直線状
に整列されている。この端面の前方にシリンドリカルレ
ンズ１５２を用いた結像レンズ系が配置されている。
【０１４０】その他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。
【０１４１】（作用）ｎ個の光源から発光した光はそれ
ぞれ一本ずつ分離された光ファイバ１５１（１）〜１５
１（ｎ）に入射され、直線状に整列された端面から出射
される。シリンドリカルレンズ１５２を用いたレンズ系
は、一点を一直線状に投影することができるため、光フ
ァイバ１５１（１）〜１５１（ｎ）から出射された光は
測定光伝送用ファイバ９の端面に直線状に投影される光
ファイバ１５１（１）〜１５１（ｎ）はｎ個であるの
で、結局第１の実施の形態と同じように測定光伝送用フ
ァイバ９の端面にｎ本の直線状光を投影することにな
る。
【０１４２】その他の作用は第１の実施の形態と同じで
ある。
【０１４３】（効果）これにより、光ファイバー束を一
本ずつ減らしても第１の実施の形態と同様の効果が得ら
れる。
【０１４４】また、光ファイバ１５１（１）〜１５１
（ｎ）を用いずにｎ個の光源を一直線状に整列させても
良い。結像レンズ系としてシリンドリカルレンズの他に
アナモルフィックレンズまたはＤＯＥ（電気光学素子）
を用いても良い。
【０１４５】次に、本発明の第１３の実施の形態につい
て説明する。図２８及び図２９は本発明の第１３の実施
の形態に係わり、図２８は光源装置の構成を示す構成
図、図２９は図２８の光ファイバ束の端面と測定光伝送
用イメージガイドファイバの接続部を示す拡大図であ
る。
【０１４６】第１３の実施の形態は、第１の実施の形態
とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一
の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【０１４７】（構成及び作用）図２８に示すように、第
１３の実施の形態は第１の実施の形態の光源装置１０内
の別の一例で、結像レンズ２５を用いずに、光ファイバ
束２１（１）〜２１（ｎ）の端面と測定光伝送用イメー
ジガイドファイバ９を接続部１６１で接続した一例であ
って、結像レンズ２５がない点と結像レンズ２５による
光量損失を防ぐ点において優れている。
【０１４８】光ファイバ束２１（１）〜２１（ｎ）の端
面と測定光伝送用イメージガイドファイバ９の接続部
は、図２９に示すように、集束された複数の光ファイバ
束２１（１）〜２１（ｎ）の端面と測定光伝送用イメー
ジガイドファイバ９の端面は外形を同じにし密着させ
た。
【０１４９】なお、接続部１６１においては、第１の接
続部品１６２、第２の接続部品１６３より位置を固定し
密着させている。
【０１５０】その他の構成、作用は第１の実施の形態と
同じである。
【０１５１】（効果）光ファイバ束２１（１）〜２１
（ｎ）の端面と測定光伝送用イメージガイドファイバ９
の端面とが密着しているため、光ファイバ束２１（１）
〜２１（ｎ）の端面から出射される光は、そのまま測定
光伝送用イメージガイドファイバ９によって伝送され
る。これは第１の実施の形態のように、測定光伝送用イ
メージガイドファイバ９の端面にｎ本の直線状光が結像
したことと同じ効果が得られる。
【０１５２】次に、本発明の第１４の実施の形態につい
て説明する。図３０ないし図３２は本発明の第１４の実
施の形態に係わり、図３０は３次元形状計測内視鏡装置
の構成を示す構成図、図３１は図３０の光源装置の構成
を示す構成図、図３２は図３１の赤外光反射ミラーの代
わりに適用可能な３次元兼用回転フィルタ、プリズムの
構成を示す構成図である。
【０１５３】第１４の実施の形態は、第１の実施の形態
とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一
の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【０１５４】（構成及び作用）図３０に示すように、第
１４の実施の形態は、第１の実施の形態のライトガイド
８と測定光伝送用イメージガイドファイバ９の機能を１
本の兼用イメージガイドファイバ１７１で実現させた例
である。
【０１５５】測定光投影用レンズ兼照明レンズ（以下投
影レンズ）１７２に、例えば通常の内視鏡対物レンズを
用いると、測定光だけでなく、照明光も被写体に結像し
てしまう。すなわち兼用イメージガイドファイバ１７１
の射出端面の構造（コアの明るい部分とクラッドの暗い
部分）が被写体に映ることになる。
【０１５６】そこで光源装置１０では、図３１に示すよ
うに、測定光の光源は赤外光を発する赤外光源１７３
（１）〜１７３（ｎ）を用い、投影レンズ１７２には測
定光の波長における焦点距離と、可視光（照明光）にお
ける焦点距離が異なるレンズ系を使用している。またこ
のレンズ系は測定光の波長に対しては収差を補正すれば
良く、可視域では収差を大きく崩しておく。こうするこ
とで照明光においては兼用イメージガイドファイバ１７
１の射出端面の構造が被写体に結像することなく、測定
光に対してのみ特徴する。
【０１５７】また兼用イメージガイドファイバ１７１の
入射側には赤外光（測定光の波長）のみを反射する赤外
光反射ミラー１７４を用い、同時に照明光と測定光を兼
用イメージガイドファイバ１７１に入射させる。これに
より照明光の赤外域の光がファイバに入射しないためフ
ァイバ端面の熱による焼けを防止する効果と、測定光を
ファイバに入射させる効果の両方を満たせることができ
る。
【０１５８】その他の構成、作用は第１の実施の形態と
同じである。
【０１５９】（効果）第１の実施の形態と同様の効果が
得られることに加え、内視鏡挿入部１１を細くすること
ができるので被検者の苦痛軽減が可能となる。
【０１６０】また、本実施の形態を面順次式電子内視鏡
に応用し、赤外光反射ミラー１７４を用いる代わりに、
図３２のような３次元兼用回転フィルタ１７５、プリズ
ム１７６を用いてフィルタの回転、測定光の発光と撮像
素子の駆動、映像処理のタイミングを適度に合わせるこ
とにより観察光と測定光を交互に照射することも容易に
考えられる。
【０１６１】次に、本発明の第１５の実施の形態につい
て説明する。図３３ないし図３５は本発明の第１５の実
施の形態に係わり、図３３は光源装置の構成を示す構成
図、図３４は図３３の光源装置の計測光による計測を行
う測定ヘッドの構成を示す構成図、図３５は図３４のス
ポット光位置検知装置の構成を示す構成図である。
【０１６２】第１５の実施の形態は、第１の実施の形態
とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一
の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【０１６３】（構成）第１５の実施の形態は、第１の実
施の形態がｎ本の光ファイバ束を用いてｎ本の線状光を
発生させていた代わりにｋ本の光ファイバを用いてｋ本
のスポット光を発生させて測定を行う例である。
【０１６４】第１５の実施の形態の光源装置１０は、図
３３に示すように、複数の光ファイバ１８１（１）〜１
８１（ｋ）と光源１８２（１）〜１８２（ｋ）と駆動回
路１８３（１）〜１８３（ｋ）と発振回路１８４（１）
〜１８４（ｋ）を有している。
【０１６５】また、図３４に示すように、測定ヘッド１
１には、複数の周波数成分を持つスポット光を発生する
手段としてスポット光位置検知装置１８５が設けられて
いる点である。
【０１６６】スポット光位置検知装置１８５は、図３５
に示すように、Ｈ位置検知ファイバ１９１（１）〜１９
１（ｎ）と遮光手段１９２及びＨ光検知器１９３（１）
〜１９３（ｎ）と、Ｖ位置検知ファイバ１９４（１）〜
１９４（ｎ）と遮光手段１９５及びＨ光検知器１９６
（１）〜１９６（ｎ）とからなっている。Ｈ位置検知フ
ァイバ１９１（１）〜１９１（ｎ）とＶ位置検知ファイ
バ１９４（１）〜１９４（ｎ）は互いに直交して配置さ
れている。
【０１６７】その他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。
【０１６８】（作用）複数のスポット光を発生する動作
は、第１の実施の形態の複数の線状光を発生する動作と
全く同様で、ただファイバ束でなくファイバ一本となっ
ているためにスポット光を発生するだけである。当然な
がら、第１の実施の形態と同じ面積を測定するためには
光ファイバ１８１（１）〜１８１（ｋ）、光源１８２
（１）〜１８２（ｋ）、駆動回路１８３（１）〜１８３
（ｋ）、発振回路１８４（１）〜１８４（ｋ）光の個数
を増加する必要がある。
【０１６９】測定光投影用レンズ１４から投影された複
数の周波数成分のスポット光は被写体上で反射され対物
レンズ１５、被写体像伝送用イメージガイド５等を経て
ハーフプリズム３１に導かれる。ハーフプリズム３１で
２分割された光の一方は、複数のＨ位置検知ファイバ１
９１（１）〜１９１（ｎ）の光ファイバ側面に入力され
る。この光は光ファイバに反射される成分、透過する成
分もあるものの、その一部は光ファイバの端部に伝送さ
れる。そして端部に設けられているＨ光検知器１９３
（１）〜１９３（ｎ）のどれかがその光を検知すること
によりＨ位置検知ファイバ１９１（１）〜１９１（ｎ）
のどれにスポット光が入射されたか分かる。光が入射さ
れるファイバの位置は被写体の凹凸形状によってずれが
生じることから、これを距離算出回路４４（１）〜４４
（ｎ）にてテーブルとの演算を行うことにより水平方向
の距離が算出できる。
【０１７０】同様にしてハーフプリズム３１で２分割さ
れる光の一方が複数のＶ位置検知ファイバ１９４（１）
〜１９４（ｎ）の側面に入力されることにより、垂直方
向の距離が算出できる。
【０１７１】これを第１の実施の形態と同様に、フィル
タ４２（ｘ，１）〜４２（ｘ，ｎ）（ｘ＝１，２，…，
ｍ）とピーク位置検知回路４３（１）〜４３（ｎ）を用
いて各周波数成分ごとに分離して距離算出回路４４
（１）〜４４（ｎ）にて演算を繰り返すと、３次元形状
を表すデータが生成できる。
【０１７２】また、遮光手段１９２と１９５は、光ファ
イバにスポット光以外の余計な光が入射することを防ぐ
ために設けてあり、さらに特に図示はしていないが、ハ
ーフプリズム３１と各光ファイバの間に光拡散手段を設
ければ光ファイバ側面にて反射される成分を減少し、各
光検知器に入射される光を増加することができるので、
後段の増幅器４１（１）〜４１（ｎ）のゲインが小さく
なり、ノイズ成分を減らすことができると考えられる。
【０１７３】その他の作用、効果は第１の実施の形態と
同じである。
【０１７４】次に、本発明の第１６の実施の形態につい
て説明する。図３６は本発明の第１６の実施の形態に係
る内視鏡の構成を示す構成図である。
【０１７５】第１６の実施の形態は、第１の実施の形態
とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一
の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【０１７６】（構成）図３６は内視鏡６に一般的に設け
られている鉗子チャンネル口２０１に接続する送水部材
２０２を追加した例であり、送水部材２０２は、送水ポ
ンプ２０３、送水タンク２０４、送水チューブ２０５、
口金２０６の組合せによって構成されている。そして送
水タンク２０４内には測定光を反射し易くする染色液が
入っている。
【０１７７】その他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。
【０１７８】（作用）口金２０６を鉗子チャンネル口２
０１にあらかじめ接続しておき、３次元形状を測定する
前に操作スイッチ２０７（必ずしも内視鏡６に設けてあ
る必要性はない）を押す。それに応答して送水ポンプ２
０３が動作し、送水タンク２０４内の染色液が送水チュ
ーブ２０５を介して鉗子チャンネル口２０１から鉗子チ
ャンネル（図示せず）を通り先端面の鉗子口２０８より
被写体に散布される。従って被写体の表面は染色液で覆
われ、測定光が反射し易くなる。
【０１７９】その他の作用は第１の実施の形態と同じで
ある。
【０１８０】（効果）測定光が反射され易いので、光検
知器１〜ｍの感度や後段の増幅器１〜ｍ，２５のゲイン
を低く抑えることができる。従ってノイズ成分等を低く
できる。特に測定光に可視光でなく赤外光を用いた場合
には生体への光吸収性を抑えられるのでより効果が期待
できる。
【０１８１】［付記］ （付記項１） 変調周波数が互いに異なる複数の測定光
を発生させる測定光発生手段と、前記複数の測定光を空
間的に分離して被写体の被測定面に投影する測定光投影
手段と、前記被測定面からの反射光の空間分布を検出す
る検出手段と、前記検出手段にて検出された反射光の空
間分布について、前記変調周波数に基づいて前記複数の
測定光に対する各反射成分を識別する反射光分析手段
と、前記反射光分析手段により識別された各反射成分の
空間位置から、前記被測定面内の各点の前記測定光投影
手段からの距離を算出する距離算出手段とを備えたこと
を特徴とする３次元形状計測装置。
【０１８２】（付記項２） 前記測定光発生手段は、前
記複数の測定光を同時に発生させることを特徴とする付
記項１に記載の３次元形状計測装置。
【０１８３】（付記項３） 前記距離算出手段から出力
される距離データを前記被測定面上の各点の位置の関数
として記憶する記憶手段と、前記記憶手段から前記距離
データを読み出して、３次元形状を表す画像に変換する
３次元形状変換手段とを備えたことを特徴とする付記項
１に記載の３次元形状計測装置。
【０１８４】（付記項４） 前記測定光発生手段は、発
生する複数の測定光を互いに異なる変調周波数で強度変
調する強度変調手段を有することを特徴とする付記項１
に記載の３次元形状計測装置。
【０１８５】（付記項５） 前記測定光発生手段は、ｎ
個の光源とｎ個の光ファイバ束を有し、スポット状また
はスリット状の前記測定光を発生することを特徴とする
付記項１に記載の３次元形状計測装置。
【０１８６】（付記項６） 前記検出手段は、前記被測
定面からの反射光を結像させる結像光学系と、入射端面
が一次元に配列され前記入射端面が前記結像光学系の像
面に配置された複数の光ファイバと、前記複数の光ファ
イバの前記入射端面を前記像面内で前記一次元の配列方
向と直交する方向に走査する走査手段と、前記複数の光
ファイバの出射端面に各々設けられた光検出器とを備え
たことを特徴とする付記項１に記載の３次元形状計測装
置。
【０１８７】（付記項７） 前記反射光分析手段は、前
記測定光の各変調周波数を中心周波数とする複数の帯域
通過フィルタを有することを特徴とする付記項１に記載
の３次元形状計測装置。
【０１８８】（付記項８） 前記反射光分析手段は、反
射光の周波数分析をする高速フーリエ変換手段であるこ
とを特徴とする付記項１に記載の３次元形状計測装置。
【０１８９】（付記項９） 前記検出手段は、前記被測
定定面からの反射光を結像させる結像光学系と、入射端
面が一次元に配列され該入射端面が前記結像光学系の像
面に配置された複数の光ファイバからなる第１の軸方向
検出用ファイバ手段と、入射端面が一次元に配列され該
入射端面が前記結像光学系の像面上に設けられかつ配列
方向が前記第１の軸方向検出用ファイバ手段の配列方向
と直交するように配置された複数の光ファイバからなる
第２の軸方向検出用ファイバ手段と、前記複数の光ファ
イバの出射端面に各々設けられた光検出器とを備えたこ
とを特徴とする付記項１に記載の３次元形状計測装置。
【０１９０】（付記項１０） 体腔内に挿入可能にして
体腔内壁を照明して内視鏡画像を得るスコープ手段と、
前記スコープ手段の照明光を発生する光源装置とを有す
る３次元形状計測内視鏡装置であって、前記光源装置
は、変調周波数が互いに異なる複数の測定光を発生させ
る測定光発生手段と、前記複数の測定光を空間的に分離
して前記体腔内壁に投影する測定光投影手段とを有し、
前記体腔内壁からの反射光の空間分布を検出する検出手
段と、前記検出手段にて検出された反射光の空間分布に
ついて、前記変調周波数に基づいて前記複数の測定光に
対する各反射成分を識別する反射光分折手段と、前記反
射光分析手段により識別された各反射成分の空間位置か
ら、前記体腔内壁上の各点の前記測定光投影手段からの
距離を算出する距離算出手段と、前記距離算出手段から
出力される距離データを前記彼測定面上の各点の位置の
関数として記憶する記憶手段と、前記記憶手段から前記
距離データを読み出して、３次元形状を表す画像に変換
する３次元形状変換手段とを備えたことを特徴とする３
次元形状計測内視鏡装置。
【０１９１】（付記項１１） 前記スコープ手段は、ス
コープの光学特性を記憶するスコープ特性記憶手段を有
し、前記光源装置は、光源の光学特性を記憶する光源特
性記憶手段を有し、前記距離算出手段は、前記スコープ
特性記憶手段または前記光源特性記憶手段の記憶してい
る前記光学特性により前記算出する距離を補正する補正
手段を有することを特徴とする付記項１１に記載の３次
元形状計測内視鏡装置。
【０１９２】（付記項１２） 前記３次元形状変換手段
は、前記内視鏡画像に対応する内視鏡画像信号が入力さ
れ、前記３次元形状を表す画像と前記内視鏡画像を選択
的に合成する合成手段と、前記３次元形状を表す画像と
前記内視鏡画像の一方の表示を選択する画像選択手段と
を備えたことを特徴とする付記項１１に記載の３次元形
状計測内視鏡装置。
【０１９３】（付記項１３） 前記内視鏡画像信号およ
び前記３次元形状を表す画像の信号の異常を検出し、そ
の検出結果により前記合成手段と画像選択手段の動作を
制御する制御手段を有することを特徴とする付記項１３
に記載の３次元形状計測内視鏡装置。
【０１９４】（付記項１４） 前記測定光の反射を増加
せしめる反射促進液を保持するタンク手段と、前記反射
促進液を体腔内壁に散布する散布手段とを備えたことを
特徴とする付記項１１に記載の３次元形状計測内視鏡装
置。
【０１９５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の３次元形状
計測装置によれば、測定光投影手段が測定光発生手段に
よる複数の測定光を空間的に分離して被写体の被測定面
に投影し、反射光分析手段が検出手段にて検出された被
測定面からの反射光の空間分布について変調周波数に基
づいて複数の測定光に対する各反射成分を識別し、距離
算出手段が反射光分析手段により識別された各反射成分
の空間位置から、被測定面内の各点の測定光投影手段か
らの距離を算出するので、同時に多くの種類の測定光
（線状光）を被写体に投影し、計測スピードと分解能を
同時に向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る３次元形状計
測内視鏡装置の構成を示す構成図
【図２】図１の測定ヘッドの構成を示す構成図
【図３】図３の信号処理回路の構成を示す構成図
【図４】図１の光源装置の構成を示す構成図
【図５】図１の測定光伝送用イメージガイドファイバよ
り被写体に照射されたｎ本の線状光を説明する説明図
【図６】図３の測定光位置検知ファイバの端面位置の結
像と被写体に照射されたｎ本の線状光の関係を説明する
説明図
【図７】図４の信号処理回路で生成される第１の３次元
計測画像を説明する説明図
【図８】図４の信号処理回路で生成される第２の３次元
計測画像を説明する説明図
【図９】図１の光源装置の変形例の構成を示す構成図
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る内視鏡及び
測定ヘッドの要部の構成を示す構成図
【図１１】図１０の信号処理回路の構成を示す構成図
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る光源装置の
構成を示す構成図
【図１３】図１２の光源装置特性記憶回路の出力を信号
ケーブルを介して入力する測定ヘッドの信号処理回路の
構成を示す構成図
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る内視鏡及び
測定ヘッドの要部の構成を示す構成図
【図１５】図１４の撮像素子で撮像された被写体の２次
元画像を説明する説明図
【図１６】図１４の３次元表示合成回路で生成された３
次元画像を説明する説明図
【図１７】図１４の３次元表示合成回路で合成生成され
た３次元合成画像を説明する説明図
【図１８】本発明の第５の実施の形態に係る３次元形状
計測内視鏡装置の構成を示す構成図
【図１９】図１８の測定ヘッドの構成を示す構成図
【図２０】本発明の第６の実施の形態に係るは３次元形
状計測内視鏡装置の光源装置の構成を示す構成図
【図２１】図２０の光源装置により供給された光により
計測を行う測定ヘッドの構成を示す構成図
【図２２】本発明の第７の実施の形態に係る測定ヘッド
の構成を示す構成図
【図２３】本発明の第８の実施の形態に係る測定ヘッド
の信号処理回路の構成を示す構成図
【図２４】本発明の第９の実施の形態に係る測定ヘッド
の構成を示す構成図
【図２５】本発明の第１０の実施の形態に係る測定ヘッ
ドの構成を示す構成図
【図２６】本発明の第１１の実施の形態に係る測定ヘッ
ドの構成を示す構成図
【図２７】本発明の第１２の実施の形態に係る光源装置
の構成を示す構成図
【図２８】本発明の第１３の実施の形態に係る光源装置
の構成を示す構成図
【図２９】図２８の光ファイバ束の端面と測定光伝送用
イメージガイドファイバの接続部を示す拡大図
【図３０】本発明の第１４の実施の形態に係る３次元形
状計測内視鏡装置の構成を示す構成図
【図３１】図３０の光源装置の構成を示す構成図
【図３２】図３１の赤外光反射ミラーの代わりに適用可
能な３次元兼用回転フィルタ、プリズムの構成を示す構
成図
【図３３】本発明の第１５の実施の形態に係る光源装置
の構成を示す構成図
【図３４】図３３の光源装置の計測光による計測を行う
測定ヘッドの構成を示す構成図
【図３５】図３４のスポット光位置検知装置の構成を示
す構成図
【図３６】本発明の第１６の実施の形態に係る内視鏡の
構成を示す構成図
【符号の説明】
１…３次元形状計測内視鏡装置 ２…挿入部 ３…操作部 ４…接眼部 ５…被写体像伝送用イメージガイド ６…内視鏡 ７…ユニバーサルケーブル ８…照明光伝送用ライトガイド ９…測定光伝送用イメージガイドファイバ １０…光源装置 １１…測定ヘッド １２…モニタ １３…先端部 １４…測定光投影用レンズ １５…対物レンズ １６…照明レンズ １７…接眼レンズ ２０…平面部 ２１（１）〜２１（ｎ）…光ファイバ束 ２２（１）〜２２（ｎ）…光源 ２３（１）〜２３（ｎ）…光源駆動回路 ２４（１）〜２４（ｎ）…発振回路 ２５…結像レンズ ２６…集光レンズ ３０…補助レンズ ３１…ハーフプリズム ３２…第２の接眼レンズ ３３（１）〜３３（ｍ）…測定光位置検知光ファイバ ３４（１）〜３４（ｍ）…光検知器 ３５…信号処理回路 ３６…ファイバ走査装置 ３７…駆動信号発生回路 ４１（１）〜４１（ｍ）…増幅器 ４２（１，１）〜４２（ｍ，ｎ）…フィルタ ４３（１）〜４３（ｎ）…ピーク位置検知回路 ４４（１）〜４４（ｎ）…距離算出回路 ４５…３次元形状メモリ ４６…３次元表示回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浪井 泰志 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 白岩 勝 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 西岡 公彦 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 楠元 晃 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 正治 秀幸 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 変調周波数が互いに異なる複数の測定光
    を発生させる測定光発生手段と、 前記複数の測定光を空間的に分離して被写体の被測定面
    に投影する測定光投影手段と、 前記被測定面からの反射光の空間分布を検出する検出手
    段と、 前記検出手段にて検出された反射光の空間分布につい
    て、前記変調周波数に基づいて前記複数の測定光に対す
    る各反射成分を識別する反射光分析手段と、 前記反射光分析手段により識別された各反射成分の空間
    位置から、前記被測定面内の各点の前記測定光投影手段
    からの距離を算出する距離算出手段とを備えたことを特
    徴とする３次元形状計測装置。
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