(57)【要約】  本開示に係る測距装置は、パルス状のレーザ光を出射する光源と、前記パルス状のレーザ光を参照光とし、前記パルス状のレーザ光が測定物に反射して得られる反射光と前記参照光を重畳させる重畳部と、重畳された前記参照光と反射光が入射し、前記反射光と前記参照光のパルスが重畳することによって入射光が所定の光量に達すると飽和した光量の光を出力する飽和出力部と、前記飽和出力部から出力される光を受光する受光部と、を備える。【選択図】図１
2017068878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状のレーザ光を出射する光源と、
前記パルス状のレーザ光を参照光とし、前記パルス状のレーザ光が測定物に反射して得られる反射光と前記参照光を重畳させる重畳部と、
重畳された前記参照光と前記反射光が入射し、前記反射光と前記参照光のパルスが重畳することによって入射光が所定の光量に達すると飽和した光量の光を出力する飽和出力部と、
前記飽和出力部から出力される光を受光する受光部と、
を備える、測距装置。
【請求項２】
前記重畳部は、前記参照光を反射させて前記反射光と重畳させる重畳ミラーを含み、
前記重畳ミラーの位置と前記飽和した光量の光の出力との関係から前記測定物までの距離を求める測距部を備える、請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記パルス状のレーザ光は内視鏡から前記測定物に照射され、前記測定物からの前記反射光が前記参照光と重畳され、
前記内視鏡の先端の位置で前記パルス状のレーザ光を反射させる校正時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第１の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記パルス状のレーザ光を前記測定物で反射させる測定時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第２の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記測距部は、前記第１の位置と前記第２の位置とに基づいて、前記測定物までの距離を求める、請求項２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記光源は、ＭＯＰＡから構成され、パルス繰り返し周波数が２．８ＧＨｚ以下である、請求項１に記載の測距装置。
【請求項５】
前記飽和出力部は、ＳＯＡから構成される、請求項１に記載の測距装置。
【請求項６】
パルス状のレーザ光を出射する光源と、前記パルス状のレーザ光を参照光とし、前記パルス状のレーザ光が測定物に反射して得られる反射光と前記参照光を重畳させる重畳部と、重畳された前記参照光と前記反射光が入射し、前記反射光と前記参照光のパルスが重畳することによって入射光が所定の光量に達すると飽和した光量の光を出力する飽和出力部と、前記飽和出力部から出力される光を受光する受光部と、を有する、測距ユニットと、
前記パルス状のレーザ光が入射して前記測定物へ出射する内視鏡と、前記内視鏡により前記測定物を被写体として撮像する撮像素子と、前記測定物の特定の位置に前記パルス状のレーザ光が照射されるように前記パルス状のレーザ光の向きを調整する調整部と、を有する内視鏡ユニットと、
を備える、撮像システム。
【請求項７】
前記重畳部は、前記参照光を反射させて前記反射光と重畳させる重畳ミラーを含み、
前記重畳ミラーの位置と前記飽和した光量の光の出力との関係から前記測定物までの距離を求める測距部を備える、請求項６に記載の撮像システム。
【請求項８】
前記パルス状のレーザ光は前記内視鏡から前記測定物に照射され、前記測定物からの前記反射光が前記参照光と重畳され、
前記内視鏡の先端の位置で前記パルス状のレーザ光を反射させる校正時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第１の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記パルス状のレーザ光を前記測定物で反射させる測定時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第２の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記測距部は、前記第１の位置と前記第２の位置とに基づいて、前記測定物までの距離を求める、請求項７に記載の撮像システム。
【請求項９】
前記測距部が求めた前記測定物までの距離と、前記撮像素子が撮像した画像における前記特定の位置と、前記撮像素子による撮像の光学系の像面湾曲の特性とに基づいて、前記測定物までの距離を補正する補正部を備える、請求項７に記載の撮像システム。
【請求項１０】
前記光源は、ＭＯＰＡから構成され、パルス繰り返し周波数が２．８ＧＨｚ以下である、請求項６に記載の撮像システム。
【請求項１１】
前記飽和出力部は、ＳＯＡから構成される、請求項６に記載の撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、測距装置及び撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡下での手術において、厚さを計測する、エリアを計測するといった要求がある。例えば、整形外科領域においては、軟骨の厚さの測定ニーズなどがある。しかし軟骨はＸ線での撮影ができないため、ＭＲＩでの測定が通常行われるが、測定精度はあまり高くない。また、軟骨を拡大して観察する際の方法としては、関節鏡を用いて行なわれる。また、ＭＲＩは高価であるため、所有していない医療機関も多い。結果的に、関節鏡が軟骨観察の主観察医療機器である。このような整形外科領域においては、関節鏡などで観察する対象物について、対象物までの距離を測定するニーズがある。【０００３】
一方で、近時においては、測距技術が様々な分野で利用されている。一例として、自動車の衝突防止などを目的として測距技術が利用されている。この方法は、光源（ＬＥＤまたはＬＤなど）から光を非測定物に照射し、照射光と被測定物からの反射光との位相差から距離を求める技術である。例えば、下記の非特許文献１には、Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法による測距技術が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ari  Kilpela,  Riku  Pennala,  and  Juha  Kostamovaara著、「Precise  pulsed  time-of-flight  laser  range  finder  for  industrial  distance  measurements」  ＲＥＶＩＥＷ ＯＦ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ、ＶＯＬＵＭＥ  ７２,  ＮＵＭＢＥＲ４、２００１年４月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、自動車の衝突防止などを目的として測距技術では、例えば光源から１ＭＨｚの周波数のパルス光を照射し、反射光との位相差（位相時間）を測定する。光は、１［μｓ］あたり空気中で約３００［ｍ］進むため、帯域(時間分解能)が４［ＧＨｚ］の素子を用いて光の受光を行うと、０．０７５［ｍ］の分解能で０［ｍ］〜１５０［ｍ］の範囲で距離を測定することができる。また、現状においては、約１０［ＧＨｚ］程度の時間分解能での測定が可能であるので、この方法においては、約０．０３［ｍ］（３［ｃｍ］）の精度での測定ができることになる。しかしながら、３［ｃｍ］の分解能は、整形外科領域における関節鏡を用いた軟骨の測定ニーズなど、医療分野に適用するためには分解能が不足する。従って、画像のゆがみが多い関節鏡などの細径内視鏡下において、１［ｍｍ］以下などの精度で測定を行う方法は現状存在しない。【０００６】
一方、関節鏡などにおいては、一般的に照明系とイメージ伝送系の２種類の光路が設けられている。照明系にストラクチャドイルミネーションを導入して、照明したパターンから距離の測定を行うことも考えられる。しかし、関節鏡は、関節内に挿入される必要があるので、一般的に細径であることから、関節鏡により観察される画像はゆがんだ状態で観察される。関節鏡により平面のテストチャートを撮影した画像からも観察画像がゆがんだ状態であることがわかる。このような画像のゆがみから、通常の光学カメラなどを用いた距離計測手段（３角法）を用いても正確な距離計測を行うことはできない。【０００７】
また、照明系には結像レンズが設けられておらず、ランダムな光が発散するように構成されるため、試料上でパターンを形成することができず、距離を測定することは困難である。また、イメージ伝送系では、撮像素子がスキャンした直線は、関節鏡の像面湾曲などにより試料上で曲がったラインになっても撮像素子上では直線となって認識されるため、やはり距離を測定することは困難である。【０００８】
そこで、関節鏡などの内視鏡を使用する医療分野において、測定物までの距離を精度良く求めることが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示によれば、パルス状のレーザ光を出射する光源と、前記パルス状のレーザ光を参照光とし、前記パルス状のレーザ光が測定物に反射して得られる反射光と前記参照光を重畳させる重畳部と、重畳された前記参照光と前記反射光が入射し、前記反射光と前記参照光のパルスが重畳することによって入射光が所定の光量に達すると飽和した光量の光を出力する飽和出力部と、前記飽和出力部から出力される光を受光する受光部と、を備える、測距装置が提供される。【００１０】
また、本開示によれば、パルス状のレーザ光を出射する光源と、前記パルス状のレーザ光を参照光とし、前記パルス状のレーザ光が測定物に反射して得られる反射光と前記参照光を重畳させる重畳部と、重畳された前記参照光と前記反射光が入射し、前記反射光と前記参照光のパルスが重畳することによって入射光が所定の光量に達すると飽和した光量の光を出力する飽和出力部と、前記飽和出力部から出力される光を受光する受光部と、を有する、測距ユニットと、前記パルス状のレーザ光が入射して前記測定物へ出射する内視鏡と、前記内視鏡により前記測定物を被写体として撮像する撮像素子と、前記測定物の特定の位置に前記パルス状のレーザ光が照射されるように前記パルス状のレーザ光の向きを調整する調整部と、を有する内視鏡ユニットと、を備える、撮像システムが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本開示によれば、関節鏡などの内視鏡を使用する医療分野において、測定物までの距離を精度良く求めることが可能となる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】パルスレーザを用いて、参照光と測定物からの戻り光（反射光）とで干渉計を構成した測距ユニットの例を示す模式図である。
【図２】光源から出射するパルスレーザを示す模式図である。
【図３】ＳＯＡの入出力特性を示す模式図である。
【図４Ａ】参照光と反射光の時間的なずれに応じて、受光素子の出力特性が変化する様子を示す模式図である。
【図４Ｂ】参照光と反射光の時間的なずれに応じて、受光素子の出力特性が変化する様子を示す模式図である。
【図４Ｃ】参照光と反射光の時間的なずれに応じて、受光素子の出力特性が変化する様子を示す模式図である。
【図５】ミラーの位置ｘと受光素子の出力との関係を示す特性図である。
【図６】内視鏡にて観察される画像からの測距に応用したシステムの例を示す模式図である。
【図７】信号処理ブロックの構成を示す模式図である。
【図８】測距ユニットを光ファイバー光学系にて構築した例を示す模式図である。
【図９】図８に示す構成において、ＳＯＡを用いずに、ＰＭＴ、ＨＰＤ、又はＡＰＤを用いて受光を行う例を示す模式図である。
【図１０】受光素子における受光信号が劣化した場合の例を示す模式図である。
【図１１】内視鏡により観察される画像の例を示す模式図である。
【図１２】スキャンユニットの前段で参照用レーザ光を導入した例を示す模式図である。
【図１３】ＸＹＺ位置の算出を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本実施形態に係る測距ユニット
２．測距システムの構成例
３．信号処理ブロックの構成
４．測距ユニットの具体的構成例
５．測距を行う際の処理
【００１５】
１．  本実施形態に係る測距ユニット
図１は、パルスレーザを用いて、参照光と測定物からの戻り光（反射光）とで干渉計を構成した測距ユニット５００の例を示す模式図である。ここで、光源１００から照射してミラー１５０で反射させた参照光と、測定物からの反射光を干渉させた光をＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２００を通過させ、受光素子（フォトディテクター：ＰＤ）３００にて受光する。ここで、ＳＯＡ２００は、光通信業界でも用いられており、数十ＧＨｚ以上の通信波長信号帯域であっても充分対応可能な周波数特性を有している。
【００１６】
本実施形態では、上述した技術と同様にパルスレーザを被測定物に照射して測距を行う。図２は、光源１００から出射するパルスレーザを示す模式図である。このパルスレーザは、例えばＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）構造を有し、８５０［ＭＨｚ］の繰り返し周波数で、２［ｐｓｅｃ］のパルスレーザ光を発する光源１００から発光される。８５０［ＭＨｚ］の繰り返し周波数のレーザ光源１００では、１．１７［ｎｓｅｃ］ごとにパルスレーザが発光するので、距離にして、空気中であれば３５［ｃｍ］、水中であれば約２６［ｃｍ］の間隔でパルス光が空間を伝搬する。
【００１７】
図２において、測定範囲０〜４０［ｍｍ］の間にパルスが１つであることが望ましく、パルス間隔が水中で８０［ｍｍ］以上であることが望ましい。従って、パルス繰り返し周波数は２．８［ＧＨｚ］以下とすることが好適である。
【００１８】
また、検出分解能０．１［ｍｍ］を時間に換算すると、０．５［ｐｓｅｃ］となるが、両側の形から中心を推定する方法を用いると、２［ｍｍ］程度の範囲から中心を推定することも可能である。従って、パルス幅の条件は、２［ｍｍ］に相当するパルス幅となり、１０［ｐｓｅｃ］以下程度とすることが好適である。
【００１９】
図３は、ＳＯＡ２００の入出力特性を示す模式図である。図３に示すように、参照光と測定物からの反射光を干渉させた光を通過させるＳＯＡ２００は、その出力信号が素子によって限られるという特性を有しており、ある程度以上のパワーの入力信号が入力された場合には、出力が飽和してしまうという特性を有している。本実施形態では、ＳＯＡ２００のこのような特性を利用して測定物までの距離を測定する。
【００２０】
次に、図４Ａ〜図４Ｃに基づいて、参照光と反射光の時間的なずれに応じて、受光素子３００の出力特性が変化する様子について説明する。図４Ａに示すように、参照光のパルスと試料（測定物）からの反射光のパルスが時間的にずれてＳＯＡ２００に入力される場合は、参照光と反射光のそれぞれが十分にＳＯＡ２００により増幅されて出力される。一方、図４Ｂに示すように、ミラー１５０の位置（図１の距離ｘ）を調整し、２つのパルスが時間的に重なってＳＯＡ２００に入力される場合には、ＳＯＡ２００の出力が飽和してしまい、十分な増幅がされないこととなる。図４Ｃに示すように、参照光のパルスと試料からの反射光のパルスが時間的にずれるように再度ミラー１５０の位置を調整すると、参照光と反射光のそれぞれが十分にＳＯＡ２００により増幅される。
【００２１】
ここで、ＳＯＡ２００からの出力信号を例えば１０［ＭＨｚ］程度の応答周波数の受光素子を用いて受光すると、図２に示したような８５０［ＭＨｚ］で発光する個々の光パルスは計測できないので、個々の光パルスの平均エネルギーとしての計測がなされることとなる。このため、参照光のパルスと試料からの反射光のパルスが時間的にずれている場合（図４Ａ，４Ｃ参照）に対して、参照光と反射光のパルスが時間的に重なった場合（図４Ｂ参照）には、ＳＯＡ２００による増幅が十分になされないので、受光素子３００で検出される信号の出力がより小さくなる。
【００２２】
図５は、ミラー１５０の位置ｘと受光素子３００の出力との関係を示す特性図である。図５に示すように、参照光と反射光の２つのパルスが時間的に重なった時には、ＳＯＡ２００による増幅が十分になされないので、２つのパルスが時間的に重ならなかった時に比較して、受光素子３００の出力はより小さい出力となる。従って、本実施形態によれば、時間応答の帯域が不十分であっても、受光素子３００の出力信号から２つのパルスが重なっているか否かの情報を得ることが可能である。
【００２３】
２．測距システムの構成例
図６は、上述した原理を内視鏡にて観察される画像からの測距に応用したシステム１０００の例を示す模式図である。このシステム１０００は、図１に示した測距ユニット５００と、スキャンユニット６００と、内視鏡（関節鏡）７００とを有して構成される。内視鏡７００として異なる光学系を有する複数のタイプを、スキャンユニット６００に装着可能である。内視鏡は、撮像素子７０５と、ミラー７２０と、レンズ７３０を有して構成される。
【００２４】
このシステム１０００は、スキャンユニット６００のガルバノミラー６１０，６２０を制御することにより、光源１００のパルスレーザのスポットが内視鏡７００により観察される測定物に照射され、その位置からの戻り光の時間により測定物Ｄまでの距離Ｌを計測するシステムである。測距ユニット５００とスキャンユニット６００は光ファイバーで接続されている。内視鏡７００と光ファイバーとを合わせた距離は、８５０［ＭＨｚ］の周波数のパルス光の空間間隔である３５［ｃｍ］よりも長いことが一般的であるので、内視鏡７００と組み合わせる際には、内視鏡７００の試料側端面７１０の位置にミラーを配置し、その位置で一度校正を行う。校正時に参照光側のミラー１５０の位置ｘを調整することにより、校正時の位置からのミラー１５０の移動距離が、内視鏡７００の端面７１０から測定物Ｄまでの距離Ｌに対応することになる。
【００２５】
換言すれば、校正時においては、参照光と反射光の時間的な位相が一致するように構成が行われる。測定時に端面７１０から測定物Ｄまでの距離がＬであるとすると、反射光の光路が２×Ｌだけ増加することになる。このため、校正時からＳＯＡ２００の出力が飽和する位置まで、すなわち、図５に示す受光素子３００の出力が低下する位置までミラー１５０を移動させて、ミラー１５０の移動量ｘを求める。このミラー１５０の移動量ｘは、反射光の光路の増加分に相当するため、移動量ｘに基づいて端面７１０から測定物Ｄまでの距離を求めることができる。
【００２６】
図６において、距離Ｌとして、測定希望範囲を０〜４０［ｍｍ］程度とすることが望ましい。これは、膝の半月板の大きさが３０〜３５［ｍｍ］程度であるためである。また、Δｄ：測定分解能は、０．１〜１［ｍｍ］程度であることが望ましい。これは、現状の市販のＭＲＩの最高分解能が約80umであり、１００μｍ以上の分解能は望まれないためである。
【００２７】
３．信号処理ブロックの構成
図７は、信号処理ブロックの構成を示す模式図である。図７に示すように、信号処理ブロックは、測距エンジン５００、ＣＣＵ８００、スキャンミラーコントロールユニット９００、ＰＣ９５０から構成される。
【００２８】
ＣＣＵ８００は、主に内視鏡７００を制御するユニットであり、撮像素子７０５の撮像により得られた画像データを取得する。ＣＣＵ８００が取得した画像データは、ＰＣ９５０、測距ユニット５００に送られる。
【００２９】
スキャンミラーコントロールユニット９００は、測距ユニット５００から測距データを取得する対象エリアの情報を受け取り、この情報に基づいて、スキャンユニット６００に対し、ガルバノミラー６１０，６２０を制御するための制御信号を送り、ガルバノミラー６１０，６２０を制御する。これにより、光源１００から出射されたレーザ光が対象エリアに照射される。
【００３０】
ＰＣ９５０は、測距データを取得する対象エリアの情報を測距ユニット５００へ送る。測距ユニット５００は、対象エリアで測距を行い、受光素子３００の出力信号から求めた測距データをＰＣ９５０へ送る。ここで、ＰＣ９５０は、キーボード、ディスプレイなどを有している必要はなく、必要な演算ができる機能を有するものであればよい。
【００３１】
測距ユニット５００は、ミラー１５０の位置ｘとＳＯＡ２００から出力された飽和した光量による受光素子２００の受光特性との関係から測定物Ｄまでの距離を求める測距部５１０を備える。なお、測距部５００はＰＣ９５０に備えられていても良い。
【００３２】
４．測距ユニットの具体的構成例
図８は、測距ユニット５００を光ファイバー光学系にて構築した例を示す模式図である。この光学系は、図示するように光ファイバー部品（１×２カプラー４００，４１０，４２０）により構築することができる。光学定盤などを必要とせずに構築できる光学系であるので、耐振動特性に優れたロバストな光学系とすることができる。なお、ＶＯＡ４３０は、光強度調整のために設けられている。
【００３３】
また、図８に示すように、反射光の偏光方向が、途中の光学系あるいは被観察物の構造などにより変化する場合において、検出信号の品質が変化しないように、反射光の偏光方向をランダムにするデポライザー４４０などを挿入することも可能である。
【００３４】
なお、ＳＯＡ２００により増幅して受光素子３００で受光する信号受光部分は、例えばガイガーカウンターのように、瞬時の大きな信号に対して出力が飽和する特性を有するデバイスであっても良い。１つめの瞬時の大きな信号に対して出力が飽和するデバイスの例としては、ＰＭＴなどが挙げられる。但し、ＰＭＴの場合には、複数の増幅手段があるので、初期の増幅段から幾つかの増幅段になるにつれ、時間情報がボケていく。本実施形態においては、参照光と反射光の２つのパルスが少しずれている場合にも、後段の増幅段において２つのパルスの時間が重なってしまうので、信号の検出精度が十分な周波数特性を備えるＳＯＡ２００を用いた場合に比べて、検出精度は劣ることが想定される。
【００３５】
なお、この信号の劣化は、ＰＭＴの増幅段段数が多いことに起因しているので、ＰＭＴの増幅段を少なくしたＨＰＤ（Ｈｙｂｒｉｄ  ｐｈｏｔｏ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）などを用いることにより、信号の劣化を少なくすることが可能となる。更には、戻り光の光量が比較的十分であれば、ＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｐｈｏｔｏ  ｄｉｏｄｅ）の使用も可能である。図９は、図８に示す構成において、ＳＯＡ２００を用いずに、ＰＭＴ、ＨＰＤ、又はＡＰＤを用いて受光を行う例を示す模式図である。
【００３６】
なお、上述した信号受光系においては、参照光と試料からの反射光の強度がほぼ等しい場合にもっとも信号感度が高くなるので、図８、図９に示すように、参照光の光路に出力を調整するＶＯＡ（Variable  Optical  Attenuator）４３０を配置することも可能である。これにより、試料からの反射光と参照光の光量をほぼ一定の光量にすることができ、信号品質を高めることが可能となる。
【００３７】
また、受光素子３００における受光信号が劣化して図５のような信号が得られず、図１０のような信号となってしまった場合においては、所定のしきい値ｈと受光信号との交点Ｐ１，Ｐ２を求め、Ｐ１とＰ２の中間位置Ｐ３から位置ｘを算出するような方法を用いる。
【００３８】
本実施形態で用いる参照光の波長に特に制限はないが、測定環境が水中の場合には、水中の伝搬において損失が少ない波長（例えば４０５［ｎｍ］）の光を用いることにより、試料からの反射光の損失を低減することが可能である。
【００３９】
５．測距を行う際の処理
次に、図６のシステムにより、実際に観察画像からの測距を行う場合の処理について説明する。図１１は、内視鏡７００により観察される画像の例を示す模式図であって、体内の内部組織を示している。図１１に示す画像は、内視鏡７００の撮像素子７０５によって撮像される。
【００４０】
図１１に示すように、照射位置Ｑに光源１００から出射されたレーザ光が照射される。光源１００から出射されるレーザ光は可視光でないため、図１２に示すように、スキャンユニット６００の前段で参照用レーザ光を導入する。
【００４１】
参照用レーザ光は、光源１００とは別の光源からスキャンユニット６００に導入される可視光のレーザビームである。参照レーザビームは、光源１００からのレーザ光と重畳されて、スキャンユニット６００、内視鏡７００を経て測定物Ｄに照射される。これにより、図１１に示す照射位置Ｑに参照用レーザ光によるマークが表示される。
【００４２】
ガルバノミラー６１０，６２０を制御することで、測定者が測定を行いたい場所に参照レーザ光を位置させることができる。測定者は、参照レーザビームが示す照射位置Ｑが測定希望の位置になったことを画像により確認した後、距離測定を開始する。距離測定時には、参照レーザビームをオフにすることが望ましいが、波長フィルターなどにより、参照レーザビームがＳＯＡ２００に入射しない構造としても良い。
【００４３】
上述したように、校正時に参照光側のミラー１５０の位置ｘを調整することにより、校正時の位置からのミラー１５０の移動距離が、内視鏡７００の端面から照射位置Ｑまでの距離Ｌに対応することになる。
【００４４】
以上のような手順により、測定を行いたい部分（照射位置Ｑ）の距離情報を得ることができる。ここで、内視鏡７００の光学系が魚眼レンズである場合の位置補正は、光学系設計データあるいは光学系の実測データにより、像面湾曲などの補正を行い、画像上のＸＹ位置と測定された内視鏡００の端面からの光学的伝搬時間から空間上のＸＹＺ位置（座標）を算出する。
【００４５】
関節鏡の場合、光軸を中心とした同軸対象にレンズ７３０が設けられる。つまり、シリンドリカルレンズを備えることはない。また、関節鏡の鏡筒の中心（光軸Ｃ）は、直線である。更に、関節鏡の鏡筒７５０とカメラ７６０を接続する際のメカニカルなバラツキは、カメラ画像から情報を得ることができる。
【００４６】
図１３は、ＸＹＺ位置の算出を説明するための模式図である。図１３において、本来は光軸Ｃと垂直な面Ｈは、レンズ７３０の像面湾曲により曲線状となっている。図１３に示すように、画像上の指定位置の画素位置から、内視鏡７００の光軸Ｃと観察画像の観測点（照射位置Ｑ）の角度θ，η（θ，ηは水平および垂直方向の角度）が定まる。また、光源１００を用いた測距により測定場所までの距離（時間）Ｌが得られるので、変換テーブルを用いた変換を行うことで観測点（照射位置Ｑ）のＸＹＺ座標を求めることができる。ここで、画像上の画素データ（画素番号）と、上述の光軸との角度θ，ηとは、各内視鏡（光学系）により異なるので、各内視鏡毎に換算データをマトリックス化して備えておくことにより変換の計算が容易となる。画像上で指定する２点の距離を求める場合には、それぞれの２点においてＸＹＺ座標を求め、差分を行うことにより２点間の距離を算出する。
【００４７】
具体的には、画像内の任意の点のＸＹＺ座標は、以下ｓｔｅｐ  ０〜ｓｔｅｐ  ４の処理により算出することができる。
（ｓｔｅｐ  ０）
内視鏡７００の光軸Ｃの画像上の座標を得る。ここでは、図１１の領域Ａ１〜Ａ４の画像の境界(視野の輪郭)から内視鏡７００の鏡筒の中心の原点のＸＹ座標（Ｘ０,  Ｙ０）を得る。これにより、メカニカルな取り付け誤差が補正される。なお、Ｚは光軸方向（画面奥行き方向）の距離、Ｘは原点を中心として画面左側方向を＋とする距離、Ｙは原点を中心として画面上方向を＋とする距離、である。Ｚ方向の基準位置Ｚ０は、内視鏡７００の先端の端面７１０である。
（ｓｔｅｐ  １）
距離を測定したい観測点（照射位置Ｑ）の座標（Ｘ１,  Ｙ１）を取得する。
（ｓｔｅｐ  ２）
観測点（照射位置Ｑ）の座標（Ｘ１,  Ｙ１）と、原点の座標（Ｘ０,  Ｙ０）との画像データ上での距離Ｐを以下の式から計算する。
Ｐ＝（（Ｘ１−Ｘ０）２＋（Ｙ１−Ｙ０）２）０．５
（ｓｔｅｐ  ３）
測定した端面７１０から測定物Ｄまでの距離Ｌと、計算した距離Ｐから、観測点（照射位置Ｑ）の光軸Ｃからの角度θを変換テーブルから求める。以下に変換テーブルの例を示す。なお、距離Ｐは変換テーブルの縦軸に当てはめ、距離Ｌを横軸に当てはめることで角度θが求まる。
【００４８】
【表１】
2017068878.tif 000003
【００４９】
（ｓｔｅｐ  ４）
Ｌ，θからＸＹＺ座標を求める。
Ｘ＝Ｌ・ｓｉｎθ・cosη，Ｙ＝Ｌ・sinθ・sinη，Ｚ＝Ｌ・cosθ
【００５０】
以上のようにして画像内の任意の点のＸＹＺ座標が求まると、画像上の２点間の距離は、各点のＸＹＺ座標から算出することができる。
【００５１】
上述したＸＹＺ座標の算出、２点間の距離の演算は、ＰＣ９５０の座標算出部９５２、２点間距離算出部９５４によって行われる。また、ＰＣ９５０の操作入力部９５６は、測距データを取得する対象エリアの情報（照射位置Ｑの座標（Ｘ１,  Ｙ１））を、ユーザからの操作入力により取得する。また、ＰＣ９５０の測距データ取得部９５８は、測距データＬを測距ユニット５００から取得する。座標算出部９５２は、撮像素子７０５の撮像により得られた画像データから原点のＸＹ座標（Ｘ０,  Ｙ０）を取得し、（ｓｔｅｐ  １）〜（ｓｔｅｐ  ４）により観測点（照射位置Ｑ）のＸＹＺ座標を算出する。また、２点間距離算出部９５４は、任意の２点のＸＹＺ座標に基づいて、２点間の距離を算出する。なお、座標算出部９５２、２点間距離算出部９５４は、測距ユニット５００側に設けられていても良い。
【００５２】
以上説明したように本実施形態によれば、ステレオ視などの通常の距離測定方法の適用が困難な、魚眼レンズなどの像面湾曲が強い光学系環境、例えば細径の内視鏡観察環境において、精度良く距離測定を行うことが可能となる。
【００５３】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５４】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【００５５】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）  パルス状のレーザ光を出射する光源と、
前記パルス状のレーザ光を参照光とし、前記パルス状のレーザ光が測定物に反射して得られる反射光と前記参照光を重畳させる重畳部と、
重畳された前記参照光と前記反射光が入射し、前記反射光と前記参照光のパルスが重畳することによって入射光が所定の光量に達すると飽和した光量の光を出力する飽和出力部と、
前記飽和出力部から出力される光を受光する受光部と、
を備える、測距装置。
（２）  前記重畳部は、前記参照光を反射させて前記反射光と重畳させる重畳ミラーを含み、
前記重畳ミラーの位置と前記飽和した光量の光の出力との関係から前記測定物までの距離を求める測距部を備える、前記（１）に記載の測距装置。
（３）  前記パルス状のレーザ光は内視鏡から前記測定物に照射され、前記測定物からの前記反射光が前記参照光と重畳され、
前記内視鏡の先端の位置で前記パルス状のレーザ光を反射させる校正時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第１の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記パルス状のレーザ光を前記測定物で反射させる測定時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第２の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記測距部は、前記第１の位置と前記第２の位置とに基づいて、前記測定物までの距離を求める、前記（２）に記載の測距装置。
（４）  前記光源は、ＭＯＰＡから構成され、パルス繰り返し周波数が２．８ＧＨｚ以下である、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の測距装置。
（５）  前記飽和出力部は、ＳＯＡから構成される、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の測距装置。
（６）  パルス状のレーザ光を出射する光源と、前記パルス状のレーザ光を参照光とし、前記パルス状のレーザ光が測定物に反射して得られる反射光と前記参照光を重畳させる重畳部と、重畳された前記参照光と前記反射光が入射し、前記反射光と前記参照光のパルスが重畳することによって入射光が所定の光量に達すると飽和した光量の光を出力する飽和出力部と、前記飽和出力部から出力される光を受光する受光部と、を有する、測距ユニットと、
前記パルス状のレーザ光が入射して前記測定物へ出射する内視鏡と、前記内視鏡により前記測定物を被写体として撮像する撮像素子と、前記測定物の特定の位置に前記パルス状のレーザ光が照射されるように前記パルス状のレーザ光の向きを調整する調整部と、を有する内視鏡ユニットと、
を備える、撮像システム。
（７）  前記重畳部は、前記参照光を反射させて前記反射光と重畳させる重畳ミラーを含み、
前記重畳ミラーの位置と前記飽和した光量の光の出力との関係から前記測定物までの距離を求める測距部を備える、前記（６）に記載の撮像システム。
（８）  前記パルス状のレーザ光は前記内視鏡から前記測定物に照射され、前記測定物からの前記反射光が前記参照光と重畳され、
前記内視鏡の先端の位置で前記パルス状のレーザ光を反射させる校正時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第１の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記パルス状のレーザ光を前記測定物で反射させる測定時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第２の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記測距部は、前記第１の位置と前記第２の位置とに基づいて、前記測定物までの距離を求める、前記（７）に記載の撮像システム。
（９）  前記測距部が求めた前記測定物までの距離と、前記撮像素子が撮像した画像における前記特定の位置と、前記撮像素子による撮像の光学系の像面湾曲の特性とに基づいて、前記測定物までの距離を補正する補正部を備える、前記（７）に記載の撮像システム。
（１０）  前記光源は、ＭＯＰＡから構成され、パルス繰り返し周波数が２．８ＧＨｚ以下である、前記（６）〜（９）のいずれかに記載の撮像システム。
（１１）  前記飽和出力部は、ＳＯＡから構成される、前記（６）〜（１０）のいずれかに記載の撮像システム。
【符号の説明】
【００５６】
１００    光源
１５０    ミラー
２００    ＳＯＡ
３００    受光素子
５００    測距ユニット
１０００  システム
【図１】
2017068878.tif 000004
【図２】
2017068878.tif 000005
【図３】
2017068878.tif 000006
【図４Ａ】
2017068878.tif 000007
【図４Ｂ】
2017068878.tif 000008
【図４Ｃ】
2017068878.tif 000009
【図５】
2017068878.tif 000010
【図６】
2017068878.tif 000011
【図７】
2017068878.tif 000012
【図８】
2017068878.tif 000013
【図９】
2017068878.tif 000014
【図１０】
2017068878.tif 000015
【図１１】
2017068878.tif 000016
【図１２】
2017068878.tif 000017
【図１３】
2017068878.tif 000018
【国際調査報告】
2017068878.tif 000019
2017068878.tif 000020