(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム状のスポット光を水平垂直に走査して被測定面に投影する測定光投光手段と、
前記被測定面からの前記スポット光の反射光を、前記水平垂直走査の水平方向に対する垂直方向の反射光を前記スポット光の水平方向の位置毎に集光する複数の集光手段と、
前記複数の集光手段により集光された前記各水平位置毎の反射光を分配し、所定のコーディングに基づいて再び集光する光コーディング手段と、
前記複数の第２の集光手段により集光された反射光をそれぞれ検出する複数の光検出手段と、
前記複数の光検出手段の検出結果を基に、前記被測定面からの前記スポット光の反射光を前記水平垂直走査の水平走査方向の走査位置に対応させる走査位置検出手段と、
前記複数の光検出手段により検出された前記反射光の検出値と前記走査位置検出手段の検出結果を基づき、三角測量の原理により前記被測定面の高さ情報を算出する三次元形状計測演算手段と、
を有することを特徴とする三次元形状計測装置。
【請求項２】
前記測定光投光手段は、イメージガイドであることを特徴とする請求項１記載の三次元形状計測装置。
【請求項３】
前記集光手段は、光入射端がテープ状に広がるテープ状ファイバー束を複数合わせてファイバー列としたものにより、前記スポット光の前記水平走査方向に対する垂直方向の反射光を集光することを特徴とする請求項１または２に記載の三次元形状計測装置。
【請求項４】
ビーム状のスポット光を水平垂直に走査して被測定面に投影する測定光投光手段と、
前記被測定面からの前記スポット光の反射光を、前記水平垂直走査の水平方向に対する垂直方向の反射光を前記スポット光の水平方向の位置毎に集光する複数の集光手段と、
前記複数の集光手段により集光された前記各水平位置毎の反射光を分配し、所定のコーディングに基づいて再び集光する光コーディング手段と、
前記複数の第２の集光手段により集光された反射光をそれぞれ検出する複数の光検出手段と、
前記複数の光検出手段の検出結果を基に、前記被測定面からの前記スポット光の反射光を前記水平垂直走査の水平走査方向の走査位置に対応させる走査位置検出手段と、
前記複数の光検出手段により検出された前記反射光の検出値と前記走査位置検出手段の検出結果を基づき、三角測量の原理により前記被測定面の高さ情報を算出する三次元形状計測演算手段と、
を有し、
前記測定光投光手段をイメージガイドで構成し、前記集光手段を光入射端がテープ状に広がるテープ状ファイバー束を複数合わせたファイバー列で構成し、それぞれを挿入部に挿通したことを特徴とする内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物の三次元形状を計測する三次元形状計測装置、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三次元形状計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、測定光を対象物に投光して対象物の凹凸や大きさ、すなわち三次元形状を測定するには、三角法による距離計測を用いて、スポット光を対象物に投影し、一方向にのみ分解能のある光検出器でスポット光の像の位置を検出し、スポット光の発光位置と受光位置から物体上のスポットの位置がどれだけずれるかを検知して高さ情報を算出することが行われていた。
【０００３】
また、前記スポット光による高さ情報の計測をライン状に同時に行う光切断法による三次元計測なども行われている。光切断法による三次元計測において、スポット光の代わりに線状のスリット光を対象物に投影し、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する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
三次元形状計測装置においては、測定用のスポット光が微弱光なため、フォトマルチプライヤ（光電子増倍管），アバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）などの高感度の受光素子を用いるが、水平方向の分解能を上げるためには、その分解能の数だけ受光素子を用意しなければならない。フォトマルチプライヤ等の高感度受光素子は高価であるため、三次元形状計測の分解能を向上させるために受光素子の数を増加させると装置構成が複雑になり、コストが大幅に上昇してしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたもので、水平方向の分解能を減少することなく受光素子の数を減らすことができ、簡単な構成で高感度、高分解能の計測が可能な三次元形状計測装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による三次元形状計測装置は、ビーム状のスポット光を水平垂直に走査して被測定面に投影する測定光投光手段と、前記被測定面からの前記スポット光の反射光を、前記水平垂直走査の水平方向に対する垂直方向の反射光を前記スポット光の水平方向の位置毎に集光する複数の集光手段と、前記複数の集光手段により集光された前記各水平位置毎の反射光を分配し、所定のコーディングに基づいて再び集光する光コーディング手段と、前記複数の第２の集光手段により集光された反射光をそれぞれ検出する複数の光検出手段と、前記複数の光検出手段の検出結果を基に、前記被測定面からの前記スポット光の反射光を前記水平垂直走査の水平走査方向の走査位置に対応させる走査位置検出手段と、前記複数の光検出手段により検出された前記反射光の検出値と前記走査位置検出手段の検出結果を基づき、三角測量の原理により前記被測定面の高さ情報を算出する三次元形状計測演算手段と、を有することを特徴とし、前記測定光投光手段は、イメージガイドであることを特徴とし、前記集光手段は、光入射端がテープ状に広がるテープ状ファイバー束を複数合わせてファイバー列としたものにより、前記スポット光の前記水平走査方向に対する垂直方向の反射光を集光することを特徴とする。
また、本発明による内視鏡装置は、ビーム状のスポット光を水平垂直に走査して被測定面に投影する測定光投光手段と、前記被測定面からの前記スポット光の反射光を、前記水平垂直走査の水平方向に対する垂直方向の反射光を前記スポット光の水平方向の位置毎に集光する複数の集光手段と、前記複数の集光手段により集光された前記各水平位置毎の反射光を分配し、所定のコーディングに基づいて再び集光する光コーディング手段と、前記複数の第２の集光手段により集光された反射光をそれぞれ検出する複数の光検出手段と、前記複数の光検出手段の検出結果を基に、前記被測定面からの前記スポット光の反射光を前記水平垂直走査の水平走査方向の走査位置に対応させる走査位置検出手段と、前記複数の光検出手段により検出された前記反射光の検出値と前記走査位置検出手段の検出結果を基づき、三角測量の原理により前記被測定面の高さ情報を算出する三次元形状計測演算手段と、を有し、前記測定光投光手段をイメージガイドで構成し、前記集光手段を光入射端がテープ状に広がるテープ状ファイバー束を複数合わせたファイバー列で構成し、それぞれを挿入部に挿通したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図４は本発明の第１実施形態に係り、図１は三次元形状計測内視鏡装置の全体構成を示す構成説明図、図２はファイバ連結による受光位置コーディング手段を有する光検出部の機能的構成を示す構成説明図、図３は各検出位置での受光パターンを示す作用説明図、図４は光検出部においてテープ状ファイバの出射端に拡散板を設けた構成例を示す斜視図である。
【０００８】
本実施形態では、三次元形状計測装置の構成例として、内視鏡を用いて構成した三次元形状計測内視鏡装置を示す。
【０００９】
図１に示すように、三次元形状計測内視鏡装置は、管腔内等に挿通される細長の挿入部２を備えた内視鏡１と、内視鏡１にビーム状の測定光を出射して対象物に投光し走査するための測定用光源部３と、内視鏡１を介して伝送される対象物からの前記測定光の戻り光を受光する受光部４と、観察用の照明光を出射するランプ６を備えた観察用光源部５と、受光部４で受光した測定光の戻り光を基に三次元形状計測処理を行う三次元形状計測演算部７と、算出された対象物の三次元形状に関する計測画像を表示する表示部８と、を有して構成される。
【００１０】
内視鏡１は、前記測定光を伝送する測定光伝送用イメージガイド１０、前記観察用照明光を伝送する照明光伝送用ライトガイド１１、前記測定光の戻り光を伝送する形状計測用イメージガイド１２、被写体の観察像を伝送する観察像伝送用イメージガイド１３を備えており、挿入部２の先端には、測定光投光レンズ１４、観察用照明レンズ１５、形状計測用対物レンズ１６、観察用対物レンズ１７が設けられている。
【００１１】
測定用光源部３において、半導体レーザ１９を出射した測定光のビームは、スポット光を垂直水平方向に走査するスポット光走査手段２０で位置を移動しながら出射され、レンズ２１を介して内視鏡１の測定光伝送用イメージガイド１０の入射端に照射される。スポット光走査手段２０は、例えばポリゴンミラー（水平走査用）とガルバノメータスキャナ（垂直走査用）の組み合わせ等から構成される。測定用光源は半導体レーザに限らず、直進性の良いものであればレーザ，発光ダイオード等を用いても良い。
【００１２】
スポット光走査手段２０にはフィードバック用のエンコーダ２２が接続されており、スポット光走査手段２０の走査方向をエンコーダ２２により検出してその出力をＡ／Ｄ変換器２３でＡ／Ｄ変換することにより、このデジタルデータと測定光照射用光学系の構成データとを基に三次元形状測定用の測定光のビームの位置と照射方向を得るようになっている。
【００１３】
本実施形態の三次元形状計測装置では、投光系より対象物の表面に照射された測定光はスポット位置に対応した元の像面での点がわかっていて、撮像系は縦方向１ライン毎に単一の撮像素子で撮像するようになっており、水平方向にのみ分解能を持つような構成である。
【００１４】
内視鏡１の測定光伝送用イメージガイド１０を伝搬し測定光投光レンズ１４を通して対象物に照射された測定光は、物体面で反射して形状計測用対物レンズ１６を通して形状計測用イメージガイド１２を伝搬し、レンズ２４を介して複数（ｎ個）のテープ状ファイバ２５−１〜２５−ｎからなるテープ状光ファイバ列２５に投光される。一つのテープ状ファイバ２５−１〜２５−ｎは、それぞれ１列の画素に対応し、各ファイバに入射した反射光が集光されて受光位置コーディング手段２６に導かれる。
【００１５】
テープ状ファイバ２５−１〜２５−ｎの出射端はファイバ連結による受光位置コーディング手段２６を介して複数（ｍ個）の受光素子２７−１〜２７−ｍに結合されており、テープ状ファイバ２５−１〜２５−ｎからの出射光が受光素子２７−１〜２７−ｍに入射される。受光素子２７−１〜２７−ｍとしては、フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）等の高感度の受光素子が用いられる。なお、テープ状ファイバの水平方向の分割数に対して受光素子の数は少なく、ｎ＞ｍとなっている。
【００１６】
ここで、図２及び図３に基づいて受光位置コーディング手段２６の構成及び作用について説明する。
【００１７】
図２はテープ状光ファイバ列２５における水平方向の検出位置の分割数を１５（ｎ＝１５）とし、受光素子を４個の光検出器（ｍ＝４）で構成して、ファイバ連結による受光位置のコーディングを行って測定光の反射光の位置を検出するようにした構成例を示している。
【００１８】
テープ状光ファイバ列２５のそれぞれの出射端５１−１〜５１−１５は、光ファイバ５２により光分配器５３−１〜５３−１５に結合され、これらの光分配器５３−１〜５３−１５はアレイ状の光ファイバ５４を介して光検出器Ｄ１〜Ｄ４に結合されている。ここで、光ファイバ５４の配列における結合経路によって受光位置のコーディングがなされる。
【００１９】
図３はテープ状光ファイバ列２５に測定光の反射光が入射して図２における検出位置Ｐ１〜Ｐ１５で受光した場合に、各検出位置に対応した光検出器Ｄ１〜Ｄ４において受光される受光パターンを示している。いずれの光検出器で光が検出されたかによって、テープ状光ファイバ列２５における水平方向のどの位置に測定光が入射したかを知ることができる。例えば光検出器Ｄ１，Ｄ３，Ｄ４で光が検出された場合には、測定光の検出位置は左から５番目のＰ５ということになる。
【００２０】
従って、光検出器をｍ個用意すれば、水平方向の分割数（分解能）ｎは、
ｎ＝２m −１
となる。
【００２１】
このような構成の受光位置コーディング手段を設けることにより、測定光の水平方向の位置検出を行う際に、少ない数の受光素子で水平方向の分割数を多くすることができ、高い分解能を得ることができる。
【００２２】
図４は受光位置コーディング手段の前段に拡散板を設けた構成例を示したものである。テープ状ファイバ２５−１〜２５−ｎの出射端には、拡散板５５−１〜５５−ｎが配設されている。テープ状ファイバ２５−１〜２５−ｎから出射される測定光の反射光は、拡散板５５−１〜５５−ｎで拡散されて出射端での光が面内で一様にされ、レンズ５６−１〜５６−ｎを介して受光用ファイバ５７−１〜５７−ｎに入射する。受光用ファイバ５７−１〜５７−ｎは図３の受光パターンに従って光検出器Ｄ１〜Ｄ４と連結されており、入射した測定光は検出位置に対応して各ファイバが連結された光検出器Ｄ１〜Ｄ４に伝送されて受光される。
【００２３】
このように拡散板５５−１〜５５−ｎを設けることにより、テープ状ファイバ２５−１〜２５−ｎにおける垂直方向の受光位置による出射端での光の偏りを解消することができ、受光用ファイバ５７−１〜５７−ｎの入射端に均等に光を照射することが可能となる。
【００２４】
前述したように、スポット光走査手段２０の走査方向を検出するエンコーダ２２の出力をＡ／Ｄ変換器２３でＡ／Ｄ変換し、そのデジタルデータと測定光照射用光学系の構成データとを基に走査した測定光のビームの位置と照射方向を求めることができる。
【００２５】
ここで、測定光のビームの水平走査方向へのずれは考慮しないことにしておけば、テープ状ファイバ２５−１〜２５−ｎのいずれに入射したかでビームの垂直方向へのずれの情報を得ることができる。
【００２６】
テープ状ファイバ２５−１〜２５−ｎのいずれに測定光が入射したかを判断するためには、前述したように受光位置コーディング手段２６を介してどの受光素子２７−１〜２７−ｍで受光したかによって求めることができ、受光素子２７−１〜２７−ｍの出力信号を同一の特性を持つ増幅器３１−１〜３１−ｍで増幅し、多チャンネルの比較器３２でレベルを検出して受光した受光素子の組み合わせから垂直方向の位置を求める。そして、レーザスポット検知回路３３によって、前記垂直方向の位置データとＡ／Ｄ変換器２３の出力より計算して求めた水平方向の位置データとから測定光のビームスポットの位置を検知する。
【００２７】
次に、高さ情報計算回路３４によって、対象物の高さ情報を算出するために、測定光のビームの垂直方向の照射位置に対応するＡ／Ｄ変換器２３の出力と測定光のビームスポットの位置とから各ビームスポットの位置と高さ情報とを対応させて求める。この算出された高さ情報はフレームメモリ３５に記憶され、三次元形状の計測画像として表示部８に出力されて表示される。
【００２８】
また、二次元画像の観察を行う際には、観察用光源部５のランプ６から出射される観察用照明光をレンズ３６を介して照明光伝送用ライトガイド１１に照射して内視鏡先端まで伝送し、観察用照明レンズ１５を介して観察部位を照明して、観察用対物レンズ１７，観察像伝送用イメージガイド１３を通して結像され伝送された被写体像を接眼部の観察レンズ３７より肉眼等で観察する。なお、図示しない撮像手段によって被写体像を撮像して二次元の観察画像として表示部８に表示するような構成としても良い。
【００２９】
本実施形態によれば、受光部４において受光位置コーディング手段２６を設けることにより、水平方向の分解能を減少することなく受光素子の数を減らし、装置の構成を簡単にできるため、三次元形状計測内視鏡装置において受光部の受光素子の数を減少させることが可能となる。従って、光検出感度の良いフォトマルチプライヤ等を用いても、構成を複雑にすることなく、簡単かつ安価な構成とすることができ、高感度で高い分解能を得ることが可能となる。
【００３０】
以降の実施形態において受光位置コーディング手段の他の構成例を示す。
【００３１】
図５及び図６は本発明の第２実施形態に係り、図５は受光位置コーディング手段を有する光検出部の機能的構成を示す構成説明図、図６は各検出位置での受光パターンを示す作用説明図である。
【００３２】
第２実施形態の受光位置コーディング手段は、テープ状光ファイバ列２５における水平方向の検出位置の分割数を１６（ｎ＝１６）とし、図２とはファイバの連結方法を変えて受光素子を８個の光検出器（ｍ＝８）で構成した例である。
【００３３】
テープ状光ファイバ列２５のそれぞれの出射端６１−１〜６１−１６は、光ファイバ６２により光分配器６３−１〜６３−１６に結合され、これらの光分配器６３−１〜６３−１６はアレイ状の光ファイバ６４を介して光検出器Ｄ１〜Ｄ８に結合されている。ここで、光ファイバ６４の配列における結合経路によって受光位置のコーディングがなされる。
【００３４】
図６はテープ状光ファイバ列２５に測定光の反射光が入射して図５における検出位置Ｐ１〜Ｐ１６で受光した場合に、各検出位置に対応した光検出器Ｄ１〜Ｄ８において受光される受光パターンを示している。これはちょうど４ビットの排他的なコード２個で１６個の水平方向の分割数を表していることになる。いずれの光検出器で光が検出されたかによって、テープ状光ファイバ列２５における水平方向のどの位置に測定光が入射したかを知ることができる。例えば光検出器Ｄ３，Ｄ５で光が検出された場合には、測定光の検出位置は左から５番目のＰ５ということになる。
【００３５】
従って、光検出器の数がｍ＋ｋ個の場合には、水平方向の分割数（分解能）ｎは、
ｎ＝ｍ・ｋ
となる。
【００３６】
図２に示した第１実施形態の構成では、光検出器の数が少なく済むという利点を有しているが、テープ状ファイバの検出位置によって光検出器へ入射する光の強度が異なるという特徴がある。図４の構成に比べて４ビット（水平方向の分解能ｎ＝１５）で１／２の強度になり、８ビット（水平方向の分解能ｎ＝２５５）で１／４の強度となる。
【００３７】
一方、図４に示した第２実施形態の構成では、光分配器６３−１〜６３−１６におけるファイバの分割数はテープ状ファイバの数に関わらず常に２本であることから、光検出器へ入射する光の強度はどの検出位置においても同じであり、水平方向の分解能に関係なく受光強度が高いという利点を有している。
【００３８】
図７及び図８は本発明の第３実施形態に係り、図７は受光位置コーディング手段を有する光検出部の機能的構成を示す構成説明図、図８は各検出位置での受光パターンを示す作用説明図である。
【００３９】
第３実施形態の受光位置コーディング手段は、水平方向の検出位置の分解能を１５（ｎ＝１５）とした場合に、４個の光検出器（ｍ＝４）を用いて、図２とはファイバの連結方法を変えて水平方向の位置情報をグレイコードでバイナリコーディングした構成例である。グレイコードは、隣り合った位置に対する２個の符号間で１個のビットだけ異なるようにした符号化方式である。
【００４０】
テープ状光ファイバ列２５のそれぞれの出射端７１−１〜７１−１５は、光ファイバ７２により光分配器７３−１〜７３−１５に結合され、これらの光分配器７３−１〜７３−１５はアレイ状の光ファイバ７４を介して光検出器Ｄ１〜Ｄ４に結合されている。ここで、光ファイバ７４の配列における結合経路によって受光位置のコーディングがなされる。
【００４１】
図８はテープ状光ファイバ列２５に測定光の反射光が入射して図７における検出位置Ｐ１〜Ｐ１５で受光した場合に、光検出器Ｄ１〜Ｄ４の受光状態で表現される各検出位置のバイナリコード（グレイコード）を示している。このような符号化を用いることによって、テープ状ファイバにおいて水平方向に分割した検出位置の中間領域を少ない誤差で処理することができる。すなわち、対象物体面上でのスポット光の像が、テープ状光ファイバ列２５の水平方向の２つの領域にかかった場合に、本実施形態ではその２個のテープ状ファイバの出射端の位置に対応するバイナリコードの重ね合わせ、あるいは中間領域の値が光検出器Ｄ１〜Ｄ４で検出されることになる。
【００４２】
ここで、光分配器７３−１〜７３−１５はどの位置においても入射光を１／４ずつ分配するものとし、たとえば図８において４番目の検出位置Ｐ４と５番目の検出位置Ｐ５の中間にスポット光の像がかかり、検出位置Ｐ４にスポット光の１／３の光量が、また検出位置Ｐ５に１／４の光量が入射している場合を考える。スポット光全体の光量を１とすると、検出位置Ｐ４からの入射により光検出器Ｄ１及びＤ４には０、光検出器Ｄ２及びＤ３にはそれぞれ１／１２の光量が入射し、検出位置Ｐ５からの入射により光検出器Ｄ４には０、光検出器Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３にはそれぞれ１／１６の光量が入射することになる。この結果、各光検出器での入射光量は、Ｄ１＝３／４８，Ｄ２＝７／４８，Ｄ３＝７／４８，Ｄ４＝０となる。
【００４３】
これらの光検出器Ｄ１〜Ｄ４の出力値を比較器を用いて判断して検出位置を求める。このとき、光検出器Ｄ１の検出光量が光検出器Ｄ２及びＤ３の検出光量と比較して０に近いという判断基準を用いると光検出器Ｄ２，Ｄ３での受光となるため検出位置Ｐ４に入射したと判断され処理されるし、０以外の検出値を全て有効とすると光検出器Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３での受光となるため検出位置Ｐ５に入射したと判断され処理される。
【００４４】
上記のいずれの場合にしても、水平方向の検出位置の誤差は１画素で済む。従って、第１及び第２実施形態の構成ではこのような中間位置に入射した場合の処理が極めて煩雑であるのに対して、第３実施形態の構成では中間位置に入射した場合においても少ない誤差で容易に処理することができる。
【００４５】
図９は、図７に示した原理のグレイコード符号化による位置検出において、ファイバの開口の中間位置にビームスポットの像が結像した場合の誤差補正処理を行う手段を含むコーディング判別回路の構成例を示したものである。ただし図９では、６ビット（水平方向の分解能ｎ＝６３）のグレイコードを用いた場合の構成を示している。
【００４６】
光検出器Ｄ１〜Ｄ６の後段には、それぞれサンプル＆ホールド回路１０１−１〜１０１−６が接続され、サンプル＆ホールド回路１０１−１〜１０１−６の後段にはゲイン調整アンプ１０２−１〜１０２−６がそれぞれ接続されている。サンプル＆ホールド回路１０１−１〜１０１−６は、光源のスポットビームの走査との同期をとるもので、入力された各光検出器Ｄ１〜Ｄ６の検出出力がクロック（ホールドパルス）に同期して保持される。ゲイン調整アンプ１０２−１〜１０２−６は、各光検出器Ｄ１〜Ｄ６の光電変換効率の差を吸収するもので、サンプル＆ホールド回路１０１−１〜１０１−６の出力からノイズレベルのオフセット値が減算されて出力される。
【００４７】
これらのゲイン調整アンプ１０２−１〜１０２−６の出力は、比較回路１０３−１〜１０３−５で比較されて最大値が出力される。比較回路１０３（１０３−１〜１０３−５を代表する）は、図１０に示すような構成となっており、入力Ａと入力Ｂのうちの大きい方の値を出力Ｃより出力する。比較回路１０３−１〜１０３−５での比較結果により、６個の光検出器Ｄ１〜Ｄ６の出力のうち最大値が出力され、１／２アンプ１０４を介して半分の値となって判別回路１０５−１〜１０５−６の一方の入力Ｂに供給される。
【００４８】
判別回路１０５（１０５−１〜１０５−６を代表する）は、図１１に示すような構成となっており、入力Ｂを基準にして入力Ａの値に応じてＴＴＬのＨ（ハイレベル）またはＬ（ローレベル）を出力する。各判別回路１０５−１〜１０５−６において、入力Ａが入力Ｂより大きければＴＴＬのＨが出力され、小さければＴＴＬのＬが出力され、フリップフロップ１０６に入力される。結果として、光検出器Ｄ１〜Ｄ６の出力の最大値の１／２よりも大きい出力が得られた光検出器において受光が検出されたと判定される。
【００４９】
フリップフロップ１０６は、入力されたＴＴＬのコードを一時的に保持し、ＣＬＲクロックにより前記コードの出力値を６ビットのデータバス１０７に出力する。このフリップフロップ１０６より出力される検出位置を表すグレイコードのデータは、データバス１０７を介して図１に示す高さ情報計算回路３４のＲＡＭ等に送られ、この位置データを基に対象物の高さ情報が算出される。
【００５０】
このような構成の回路を設けることにより、テープ状ファイバ等における水平方向の検出位置の中間位置に測定光のビームが入射した場合の誤差補正が可能となる。
【００５１】
第１ないし第３実施形態では、水平方向の位置コーディングは全て光ファイバのつなぎ変えによって実現していたが、これを空間光により実現することも可能である。空間光による受光位置コーディング手段の構成例を図１２及び図１３に示す。
【００５２】
図１２は本発明の第４実施形態に係る受光位置コーディング手段を有する光検出部の構成を示す斜視図である。
【００５３】
第４実施形態の受光位置コーディング手段は、テープ状光ファイバ列２５として入射端に拡散板８１が配置され垂直方向１ラインの光を集光する複数のテープ状ファイバ８２を有し、このテープ状ファイバ８２の出射側にはそれぞれ拡散板８３を介して入射光を垂直方向に８分割するテープ状ファイバ８４が設けられている。テープ状ファイバ８４の出射側には、水平方向にライン状に配置され入射光を集光するテープ状ファイバ８５が垂直方向に８個重なって設けられ、このテープ状ファイバ８５の出射端にはそれぞれ受光素子８６−１〜８６−８が結合されている。テープ状ファイバ８５の入射面には、水平方向の受光位置コーディングを行うためのマスク８７が設けられている。
【００５４】
対象物からの測定光の反射光は、拡散板８１を介してテープ状ファイバ８２に入射されて垂直方向１ライン毎に集光され、拡散板８３により拡散されてテープ状ファイバ８４の入射端面に均等に入射される。ここでは、水平方向の分解能を２５５として各検出位置のバイナリコードを８桁とし、８個の受光素子８６−１〜８６−８に入射光を分配する構成を示している。テープ状ファイバ８４に入射した光は、それぞれ垂直方向に８つに分割されてテープ状ファイバ８５に入射する。
【００５５】
このとき、テープ状ファイバ８５の入射端に設けられたマスク８７の配列パターンにより、水平方向の入射位置のコーディングがなされる。例えば左端Ａの位置のテープ状ファイバ８２に測定光の反射光が入射した場合は上から８番目の受光素子８６−８でのみ光が受光されるように、またその隣Ｂの位置のテープ状ファイバ８２に測定光の反射光が入射した場合は上から１番目と８番目の受光素子８６−１及び８６−８で受光されるように、各点がマスキングされている。
【００５６】
このように二次元空間でマスキングすることにより、第１ないし第３実施形態と同様に水平方向の各検出位置のコーディングを行うことができ、受光素子８６−１〜８６−８の受光状態により水平方向のどの位置に測定光が入射したかを知ることができる。
【００５７】
図１３は本発明の第５実施形態に係る受光位置コーディング手段を有する光検出部の構成を示す斜視図である。
【００５８】
第５実施形態は第４実施形態における受光位置コーディング手段の入射部の構成を変更した例である。本構成例では、図１２に示した垂直方向１ラインの光を集光するテープ状ファイバ８２の代わりに、フーリエ変換レンズ９１と、水平方向にスリットを有するローパスフィルタ９２とが設けられている。
【００５９】
対象物からの測定光の反射光はフーリエ変換レンズ９１により集光され、レンズのフーリエ変換面に設けられたスリット状のローパスフィルタ９２を通って均等にされてテープ状ファイバ８４の入射端面に入射される。
【００６０】
このようにレンズとファイバを併用した構成によって水平方向の各検出位置のコーディングを行うこともでき、第４実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６１】
なお、水平方向の受光位置コーディングは前述したものに限らず、受光素子の数を水平方向の位置の全てを表現する最短の符号より桁数を多くとって符号に冗長度を持たせ、符号化の誤りを訂正するような機能を付加させても良い。
【００６２】
［付記］
（１）  ビーム状の測定光を水平垂直方向に走査して被測定面に投影する測定光投光手段と、
前記被測定面からの前記測定光の反射光を複数のライン状に配列された受光部で受光する反射光受光手段と、
前記反射光受光手段の出力に基づき三角測量の原理により前記被測定面の高さ情報を算出する三次元形状計測演算手段とを有し、
前記反射光受光手段は、前記反射光に関する光学的な受光位置のコーディングを行って前記受光部の水平方向の分解数以下の個数の受光素子により該反射光を受光して水平方向の位置を検出する受光位置コーディング手段を備えた光学系を有することを特徴とする三次元形状計測装置。
【００６３】
（２）  前記反射光受光手段は、前記受光部としての複数列のテープ状ファイバと、前記テープ状ファイバの出射端に入射端が光学結合され出射端を分配して前記受光部の水平方向の分解数以下の受光素子に光学結合した前記受光位置コーディング手段を構成するファイバアレイとを有し、前記ファイバアレイの結合パターンにより光学的な受光位置のコーディングを行うことを特徴とする付記１に記載の三次元形状計測装置。
【００６４】
（３）  前記反射光受光手段は、前記受光部で受光した光を各列で複数に分割する第１のテープ状ファイバ列と、前記第１のテープ状ファイバ列の出射端に該第１のテープ状ファイバ列とは直交する方向に配列されて入射端が配置され出射端は前記受光部の水平方向の分解数以下の受光素子に光学結合された第２のテープ状ファイバ列と、前記第２のテープ状ファイバ列の入射端に二次元的に配列された光学マスクとを有し、前記光学マスクの配列パターンにより光学的な受光位置のコーディングを行うことを特徴とする付記１に記載の三次元形状計測装置。
【００６５】
（４）  前記反射光受光手段は、前記受光位置コーディング手段におけるバイナリコーディングにより、ｍ個の受光素子を用いた場合に前記受光部の水平方向の分解数ｎとして、ｎ＝２m −１の分解能を有することを特徴とする付記１に記載の三次元形状計測装置。
【００６６】
（５）  前記反射光受光手段は、前記受光位置コーディング手段におけるバイナリコーディングにより、ｍ＋ｋ個の受光素子を用いた場合に前記受光部の水平方向の分解数ｎとして、ｎ＝ｍ・ｋの分解能を有することを特徴とする付記１に記載の三次元形状計測装置。
【００６７】
（６）  前記受光位置コーディング手段は、グレイコードを用いたバイナリコーディングにより受光位置のコーディングを行うことを特徴とする付記１に記載の三次元形状計測装置。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、水平方向の分解能を減少することなく受光素子の数を減らすことができ、簡単な構成で高感度、高分解能の計測が可能な三次元形状計測装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る三次元形状計測内視鏡装置の全体構成を示す構成説明図
【図２】第１実施形態に係る受光位置コーディング手段を有する光検出部の機能的構成を示す構成説明図
【図３】図２における各検出位置での受光パターンを示す作用説明図
【図４】光検出部においてテープ状ファイバの出射端に拡散板を設けた構成例を示す斜視図
【図５】第２実施形態に係る受光位置コーディング手段を有する光検出部の機能的構成を示す構成説明図
【図６】図５における各検出位置での受光パターンを示す作用説明図
【図７】第３実施形態に係る受光位置コーディング手段を有する光検出部の機能的構成を示す構成説明図
【図８】図７における各検出位置での受光パターンを示す作用説明図
【図９】誤差補正処理手段を含むコーディング判別回路の構成例を示すブロック図
【図１０】図９における比較回路の構成を示す回路図
【図１１】図９における判別回路の構成を示す回路図
【図１２】第４実施形態に係る受光位置コーディング手段を有する光検出部の構成を示す斜視図
【図１３】第５実施形態に係る受光位置コーディング手段を有する光検出部の構成を示す斜視図
【符号の説明】
１…内視鏡
３…測定用光源部
４…受光部
７…三次元形状計測演算部
８…表示部
１０…測定光伝送用イメージガイド
１２…形状計測用イメージガイド
１９…半導体レーザ
２０…スポット光走査手段
２２…エンコーダ
２５−１〜２５−ｎ…テープ状ファイバ
２６…受光位置コーディング手段
２７−１〜２７−ｍ…受光素子
３３…レーザスポット検知回路
３４…高さ情報計算回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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