(57)【要約】  形状演算装置（１０）は、複数の被検出部（２６）各々に応じた波長について検出される光量が複数の被検出部の各々の形状に応じて異なるように構成されたセンサ（１２）を用いて取得された波長と光量との関係である光量情報を検出する光検出器（１６）と、光量情報に基づき複数の被検出部の各々の形状に関わる演算を行う演算部（５０）とを備える。形状演算装置（１０）は、更に、センサに入力される光の強度、及びセンサから出力された光に基づき光検出器によって生成される電気信号、のうち少なくとも一方のダイナミックレンジを、所定の波長帯域毎に変更する制御部を含むプロセッサ部（２２）を備える。
2017060956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被検出部各々に応じた波長について検出される光量が前記複数の被検出部の各々の形状に応じて異なるように構成されたセンサを用いて取得された前記波長と前記光量との関係である光量情報を検出する光検出器と、
前記光量情報に基づき前記複数の被検出部の各々の形状に関わる演算を行う演算部と、
前記センサに入力される光の強度、及び前記センサから出力された光に基づき前記光検出器によって生成される電気信号、のうち少なくとも一方のダイナミックレンジを、所定の波長帯域毎に変更する制御部と、
を備える形状演算装置。
【請求項２】
互いに独立して、射出する光の光強度を変更可能な複数の光源をさらに備え、
前記制御部は、前記複数の光源の光強度を変更することで、前記センサに入力される光の強度のダイナミックレンジを変更する請求項１に記載の形状演算装置。
【請求項３】
前記複数の光源は、光の周波数スペクトルが互いに異なる請求項２に記載の形状演算装置。
【請求項４】
前記複数の光源は、レーザ光源を少なくとも１つ含む請求項３に記載の形状演算装置。
【請求項５】
前記複数の光源は、波長帯域毎に光量の強度を変更する強度変更部を有している請求項３に記載の形状演算装置。
【請求項６】
前記強度変更部は、光学フィルタである請求項５に記載の形状演算装置。
【請求項７】
前記複数の光源は、形状推定に使用する波長領域全体を網羅できるよう光の周波数スペクトルが異なっている請求項３に記載の形状演算装置。
【請求項８】
前記強度変更部は、形状推定に使用する波長領域全体を網羅できるよう光の周波数スペクトルが異なっている請求項５に記載の形状演算装置。
【請求項９】
前記複数の光源は、形状推定に使用する複数の光の周波数の光強度を十分に変更できるよう光の周波数スペクトルが異なっている請求項３に記載の形状演算装置。
【請求項１０】
前記強度変更部は、形状推定に使用する複数の光の周波数の光強度を十分に変更できるよう光の周波数スペクトルが異なっている請求項５に記載の形状演算装置。
【請求項１１】
前記光学フィルタの吸光度は、前記センサの被検出部に用いている吸光度と同じである請求項６に記載の形状演算装置。
【請求項１２】
前記強度変更部は、前記複数の光源から前記センサに向かう光路上に配置される請求項５に記載の形状演算装置。
【請求項１３】
前記光検出器は、それぞれ異なる波長の光量を測定する複数の画素センサを有し、
前記制御部は、前記複数の画素センサの露光時間または感度を変更することで、前記電気信号のダイナミックレンジを前記所定の波長帯域毎に変更する請求項１に記載の形状演算装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記光検出器の測定結果が、設定された上限閾値と下限閾値との間に収まるよう、前記画素センサ毎に、前記露光時間または前記感度を変更する請求項１３に記載の形状演算装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記上限閾値を超えた波長または前記下限閾値を下回った波長に対応する画素センサと、当該波長周辺の波長に対応する画素センサの、前記露光時間または前記感度を変更する請求項１４に記載の形状演算装置。
【請求項１６】
前記画素センサ毎に、設定可能な露光時間の上限時間が有り、
前記制御部は、前記上限時間以上の露光時間の変更を行わない請求項１３に記載の形状演算装置。
【請求項１７】
前記光検出器は、それぞれ異なる波長の光量を測定する複数の画素センサを有し、
前記制御部は、前記画素センサ毎に、測定結果の合算回数を変更することで、前記電気信号のダイナミックレンジを前記所定の波長帯域毎に変更する請求項１に記載の形状演算装置。
【請求項１８】
互いに異なる波長の光を透過する複数の光学フィルタが搭載された可動式光学フィルタをさらに備える請求項１に記載の形状演算装置。
【請求項１９】
前記可動式光学フィルタは、回転軸を有している回転式可動光学フィルタである請求項１８に記載の形状演算装置。
【請求項２０】
光を射出する光源をさらに備え、
前記制御部は、前記光源から前記センサに向かう光路上に配置されている前記光学フィルタ毎に、前記光源の光強度を変更することで、前記センサに入力される光の強度のダイナミックレンジを前記所定の波長帯域毎に変更する請求項１８に記載の形状演算装置。
【請求項２１】
前記可動式光学フィルタを駆動するアクチュエータをさらに備え、
前記制御部は、前記可動式光学フィルタに搭載されている光学フィルタ毎に異なる速度で駆動するよう前記アクチュエータを制御することで、前記センサに入力される光の強度のダイナミックレンジを変更する請求項１８に記載の形状演算装置。
【請求項２２】
前記制御部は、前記ダイナミックレンジの変更の方法の二つ以上を組み合わせた変更を行う請求項２、１３、１７、２０及び２１の何れかに記載の形状演算装置。
【請求項２３】
前記制御部は、前記光検出器の測定結果が上限閾値を超えた際または下限閾値を下回った際に、前記ダイナミックレンジの変更を行う請求項１、２、１３、１７、２０及び２１の何れかに記載の形状演算装置。
【請求項２４】
前記制御部は、前記光検出器の測定結果が一定になるように、前記ダイナミックレンジの変更を行う請求項１、２、１３、１７、２０及び２１の何れかに記載の形状演算装置。
【請求項２５】
光を射出する１つまたは複数の光源を含む光源部と、
前記センサと、
をさらに備え、
前記センサは、
前記光源部から射出された前記光を導光する導光部材と、
前記導光部材に設けられた複数の光学特性変化部材であって前記導光部材によって導光される光のスペクトルに対して互いに異なる影響を与える複数の光学特性変化部材の各々を含む複数の前記被検出部と、
を含み、
前記光検出器は、前記導光部材によって導光される光であって、前記複数の光学特性変化部材によって影響を受けた光を検出し、前記光量情報を出力する請求項１乃至２２の何れかに記載の形状演算装置。
【請求項２６】
被検体に挿入される挿入部を備える内視鏡と、
前記内視鏡に接続されたコントローラと、
請求項２５に記載の形状演算装置と、
を備え、
前記形状演算装置の前記センサの前記導光部材は、前記内視鏡の前記挿入部に設けられ、
前記形状演算装置の前記演算部は、前記コントローラに設けられ、前記光量情報に基づいて前記内視鏡の前記挿入部の形状を算出する内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の被検出部各々に応じた波長について検出される光量が上記複数の被検出部の各々の形状に応じて異なるように構成されたセンサを用いて取得された上記波長と上記光量との関係である光量情報から、上記被検出部各々の形状を算出する形状演算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許第４７１４５７０号公報（以下、特許文献１と記す）には、スコープと一体的に曲折し、スコープの形状を検出する内視鏡形状検出プローブが開示されている。この検出プローブは、曲率検出用ファイバに設けられた被検出部として、曲率に応じて光量が変化する光変調部を有している。このような構成の検出プローブは、光変調部で変調された光の強度もしくは波長と、光変調部と曲率検出用ファイバの出射端との距離と、に基づいて、スコープの形状を検出することが可能である。【０００３】
また、上記特許文献１は、曲率検出用ファイバに、互いに異なる波長成分に対応した被検出部を複数個設けることで、スコープの一部分だけでなく所望の長さに亘った様々な部分の形状を検出可能とすることも開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７１４５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の被検出部は、その対応する波長成分が異なれば、発生する光量ロスは異なる。また、曲率検出用ファイバの出射端において光量を検出する検出器に関しても、波長成分毎に感度が異なっている。そのため、或る波長成分については高精度に光量を検出できるが、別の波長成分については低精度でしか光量を検出できないといったことがあり得る。従って、複数の被検出部各々の形状を正確に算出することができない虞がある。【０００６】
上記特許文献１には、このような課題に対する解法は何ら記載されていない。【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、複数の被検出部を有するセンサから波長と光量との関係である光量情報を高精度に取得可能とし、以て被検出部各々の形状を正確に算出できる形状演算装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の形状演算装置の一態様は、
複数の被検出部各々に応じた波長について検出される光量が前記複数の被検出部の各々の形状に応じて異なるように構成されたセンサを用いて取得された前記波長と前記光量との関係である光量情報を検出する光検出器と、
前記光量情報に基づき前記複数の被検出部の各々の形状に関わる演算を行う演算部と、
前記センサに入力される光の強度、及び前記センサから出力された光に基づき前記光検出器によって生成される電気信号、のうち少なくとも一方のダイナミックレンジを、所定の波長帯域毎に変更する制御部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の被検出部を有するセンサから波長と光量との関係である光量情報を高精度に取得可能とし、以て被検出部各々の形状を正確に算出できる形状演算装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る形状演算装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】図２は、光源部の構成例を示す図である。
【図３】図３は、光源部の各光源の光強度スペクトルを示す図である。
【図４】図４は、被検出部が設けられた部分の光導通部材の断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、光導通部材を湾曲しないときの光伝達量を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、光導通部材を被検出部が設けられた側とは反対側に湾曲したときの光伝達量を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、光導通部材を被検出部が設けられた側に湾曲したときの光伝達量を示す図である。
【図６】図６は、各被検出部の光の吸収スペクトルを示す図である。
【図７】図７は、第１実施形態に係る形状演算装置のプロセッサ部及びその周辺部の機能的な構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る形状演算装置の動作フローチャートを示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、光検出器の検出信号が上限閾値を上回った時の可変量設定変更前の検出信号を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、光検出器の検出信号が上限閾値を上回った時の可変量設定変更後の検出信号を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の可変量設定変更前の検出信号を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の可変量設定変更後の検出信号を示す図である。
【図１１】図１１は、光検出器の検出信号が一定値になるように可変量設定変更を行った後の検出信号を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施形態に係る形状演算装置の概略的な構成を示す図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態に係る形状演算装置のプロセッサ部及びその周辺部の機能的な構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態に係る形状演算装置の動作フローチャートを示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、光検出器の検出信号が上限閾値を上回った時の可変量設定変更前の検出信号を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、光検出器の検出信号が上限閾値を上回った時の可変量設定変更後の検出信号を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の可変量設定変更前の検出信号を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の可変量設定変更後の検出信号を示す図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の可変量設定変更後の検出信号の別の例を示す図である。
【図１７】図１７は、光検出器の検出信号が目標値になるように可変量設定変更を行った後の検出信号を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の検出信号を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の曲率演算に使用する可変量設定変更後の検出信号を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の第３実施形態に係る形状演算装置の概略的な構成を示す図である。
【図２０】図２０は、可動式光学フィルタの構成例を示す図である。
【図２１】図２１は、第３実施形態に係る形状演算装置のプロセッサ部及びその周辺部の機能的な構成を示すブロック図である。
【図２２】図２２は、第３実施形態に係る形状演算装置の動作フローチャートを示す図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは、光検出器の検出信号が上限閾値を上回った時の可変量設定変更前の検出信号を示す図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、光検出器の検出信号が上限閾値を上回った時の光強度変更による可変量設定変更方法を説明するための図である。
【図２３Ｃ】図２３Ｃは、光検出器の検出信号が上限閾値を上回った時の可変量設定変更後の検出信号を示す図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の可変量設定変更前の検出信号を示す図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の光強度変更による可変量設定変更方法を説明するための図である。
【図２４Ｃ】図２４Ｃは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の可変量設定変更後の検出信号を示す図である。
【図２５Ａ】図２５Ａは、光検出器の検出信号が上限閾値を上回った時の可変量設定変更前の検出信号を示す図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、光検出器の検出信号が上限閾値を上回った時のアクチュエータの速度変更による可変量設定変更方法を説明するための図である。
【図２５Ｃ】図２５Ｃは、光検出器の検出信号が上限閾値を上回った時の可変量設定変更後の検出信号を示す図である。
【図２６Ａ】図２６Ａは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の可変量設定変更前の検出信号を示す図である。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時のアクチュエータの速度変更による可変量設定変更方法を説明するための図である。
【図２６Ｃ】図２６Ｃは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の可変量設定変更後の検出信号を示す図である。
【図２７】図２７は、本発明の第４実施形態に係る形状演算装置の概略的な構成を示す図である。
【図２８】図２８は、第４実施形態に係る形状演算装置のプロセッサ部及びその周辺部の機能的な構成を示すブロック図である。
【図２９】図２９は、第４実施形態に係る形状演算装置の動作フローチャートを示す図である。
【図３０Ａ】図３０Ａは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の可変量設定変更前の検出信号を示す図である。
【図３０Ｂ】図３０Ｂは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の光強度変更と露光時間変更との組み合わせによる可変量設定変更方法を説明するための図である。
【図３０Ｃ】図３０Ｃは、光検出器の検出信号が下限閾値を下回った時の可変量設定変更後の検出信号を示す図である。
【図３１】図３１は、何れかの実施形態に係る形状演算装置を搭載した内視鏡装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
［第１実施形態］
図１に示すように、本第１実施形態に係る形状演算装置１０は、センサ部１２と、光源部１４と、光検出器１６と、光分岐部１８と、反射防止部材２０と、プロセッサ部２２と、から構成される。センサ部１２は、光導通部材２４と、ｎ個の被検出部２６（第１の被検出部２６−１、第２の被検出部２６−２、…、第ｎの被検出部２６−ｎ）と、反射部材２８と、より構成される。
【００１３】
光源部１４は、ｎ個の光源３０（第１の光源３０−１、第２の光源３０−２、第ｎの光源３０−ｎ）と、光結合部３２と、より構成される。
【００１４】
各光源３０は、レーザダイオード（ＬＤ）、ＬＥＤ、ランプ、等の光、またはこれらの光により蛍光材を発光させた光などが利用できる。これら光源３０−１，３０−２，…，３０−ｎは、互いに光の周波数スペクトルが異なっている。また、光源３０−１，３０−２，…，３０−ｎの光の周波数スペクトルが同じであっても、図２に示すように、各光源３０の前に光の吸収率が異なる第１の光学フィルタ３４−１、第２の光学フィルタ３４−２、…、第ｎの光学フィルタ３４−ｎを配置して、光の周波数スペクトルを変更してもよい。なお、各光源３０の光強度は、プロセッサ部２２より制御される。
【００１５】
光結合部３２は、これらｎ個の光源３０からの光を結合する。各光源の光と結合後の光強度は、図３に示すようになる。こうして、光源部１４は、ｎ個の光の組み合わせにより、形状演算装置１０に必要な波長特性の光（例えば白色光）を整えて出射する。
【００１６】
光分岐部１８は、例えばファイバカプラ、ハーフミラー、またはビームスプリッタで構成され、上記光源部１４から出射された光を光導通部材２４の一端に入射させる。なお、上記光分岐部１８がファイバカプラの場合、光源部１４とは、ファイバカプラのファイバに光を集光して入射させるレンズ系なども含めている。上記光分岐部１８がハーフミラーまたはビームスプリッタの場合は、光源部１４は、光を平行光に整えるレンズ系なども含めている。さらに、レーザダイオードのように戻り光が出力に影響を与える場合、光源部１４は、アイソレータなども含める。
【００１７】
光導通部材２４は、上記光分岐部１８によって上記一端に入射された光を他端まで導光して、その他端から出射する。反射部材２８は、上記光導通部材２４の他端から出射した光を反射して、上記光導通部材２４の上記他端に再び入射させる。これにより、上記光導通部材２４は、この他端に入射された光を上記一端まで導光し、上記一端から出射する。上記光分岐部１８は、この光導通部材２４の一端から出射された光を光検出器１６に入力させる。光検出器１６は、入力された光のうち所定の波長の光量を検出し、波長と光量との関係である光量情報をプロセッサ部２２に出力する。例えば、光検出器１６は、互いに異なる波長帯域の光強度を測定する複数の画素センサで構成されたラインセンサを有することができる。
【００１８】
なお、反射防止部材２０は、光導通部材２４に入射されなかった光が光検出器１６に戻るのを防ぐために使用される。
【００１９】
ここで、上記光導通部材２４は、当該形状演算装置１０により曲率情報を検出するべき構造体、例えば内視鏡の挿入部の長手軸方向に沿って延在配置され、上記構造体の湾曲状態に倣って湾曲するような可撓性を有している。
【００２０】
具体的には、上記光導通部材２４は、光ファイバによって構成されることができる。図４は、この光ファイバの長手軸方向に直交する方向である径方向の断面構造を示している。すなわち、上記光ファイバは、中心に存在する、光を導光するコア３６と、当該コア３６の周りに設けられた、光を安定的にコア３６に閉じ込めるクラッド３８と、更にこれらコア３６及びクラッド３８を物理的な衝撃及び熱的な衝撃から保護するためのジャケット４０と、によって構成されている。
【００２１】
なお、上記光導通部材２４は、光ファイバに限るものではなく、光導波路によって構成されても良い。
【００２２】
また、上記光導通部材２４には、曲率情報を検出するべき上記構造体の各位置に対応する箇所に、互いに光の吸収スペクトルが異なる被検出部２６（第１の被検出部２６−１、第２の被検出部２６−２、…、第ｎの被検出部２６−ｎ）が設けられる。ここで、曲率情報は、曲げの向きと曲げの大きさの情報である。
【００２３】
上記光導通部材２４の曲率を変えると、上記光導通部材２４に導光されている光量の大きさが変化する。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、上記光導通部材２４の湾曲に応じた光伝達量の模式図を示すものである。ここで、図５Ａは、上記光導通部材２４を湾曲しないときの光伝達量を示し、図５Ｂは、上記光導通部材２４を上記被検出部２６が設けられた側とは反対側に湾曲したときの光伝達量を示し、図５Ｃは、上記光導通部材２４を上記被検出部２６が設けられた側に湾曲したときの光伝達量を示す。これら図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、上記光導通部材２４を上記被検出部２６が設けられた側に湾曲したときの光伝達量が最も多く、次に上記光導通部材２４を湾曲しないときの光伝達量、次に上記光導通部材２４を上記被検出部２６が設けられた側とは反対側に湾曲したときの光伝達量の順である。よって、上記光導通部材２４から出射される光信号の光強度を測定することで、上記被検出部２６における湾曲量を検出することができる。そして、上記被検出部２６が設けられている上記光導通部材２４における径方向の位置つまり上記被検出部２６の向きが既知であるので、湾曲方向も知ることができ、この湾曲方向と上記湾曲量とにより、曲率情報が検出されることができる。
【００２４】
上記被検出部２６は、例えば、図４に示すように、上記光導通部材２４の長手軸方向の所望位置において、上記ジャケット４０と上記クラッド３８を除去して上記コア３６の一部を露出させ、この露出させた上記コア３６の部分に、特定の方向の曲がり量に応じてこれに入射した光のスペクトルに対して、他の被検出部２６とは異なる光学的な影響を与える光学特性変化部材で構成される被検出部材４２を、光導通部材２４の元の形状が回復される程度の厚みに形成したものである。上記被検出部材４２は、柔軟性のある部材もしくは弾性のある材料、例えば、アクリル系、エポキシ系、シリコン系、フッ素系などの樹脂、軟性の水ガラス、などの低屈折率の材料でなる。なお、上記被検出部材４２は、略クラッド厚程度に形成し、この被検出部材４２上の上記ジャケット４０と上記クラッド３８とを除去した部分に対してジャケット様の部材を満たすことで、光導通部材２４の元の形状が回復されるようにしても良い。
【００２５】
なお、上記ジャケット４０及び上記クラッド３８の除去は、レーザ加工によって、あるいは、フォト工程及びエッチング工程などを利用して行う。このとき、上記コア３６にミクロな傷を付けてしまうと、光を漏らし、導光する光を損失させてしまったり、曲げに弱くなったりしたりするので、上記コア３６に極力傷を付けない方法で加工することが望ましい。
【００２６】
被検出部材４２を構成する光学特性変化部材としては、各被検出部２６において、図６に示すように、光吸収スペクトルが異なる光吸収体とすることができる。すなわち、各被検出部２６において、所定の波長域が吸収されることで、当該波長の光量を検出すれば、その光量に基づいて当該被検出部２６の湾曲量を求めることができる。
【００２７】
あるいは、上記被検出部材４２は、所定の波長域の光を吸収する、金属粒子からなる光学特性変化部材によって構成しても良い。この金属粒子からなる光学特性変化部材は、当該金属固有の分光吸収スペクトルとは異なる特殊分光吸収スペクトルを有するものである。例えば、この金属粒子からなる光学特性変化部材は、少なくとも１種類の光源の光でプラズモンを励起可能な光励起プラズモン生成機能を有する。すなわち、金属固有の分光吸収スペクトルと、表面プラズモン効果による特殊吸収スペクトルの和を吸収スペクトルとして有する金属ナノ粒子である。光励起プラズモン生成機能は、少なくとも１種類のプラズモン物質、ナノサイズ化した物質、ナノサイズ化した鉱物、ナノサイズ化した金属、の何れかで構成される。ここで、プラズモン物質とは、自由電子が集団的に振動して擬似的な粒子として振舞っている状態を有する物質である。また、ナノサイズとは１μｍより小さいという意味である。金属粒子は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、等であり、分散媒である。金属粒子の形状は、球または円柱または多角柱である。
【００２８】
光励起プラズモン生成機能は、同じ光学特性変化部材、例えば同じ金属粒子であっても、その大きさ、長さ、及び厚みの少なくとも一つが異なると、特殊分光吸収スペクトルが異なる。例えば、粒子サイズが大きくなるにつれて、光の吸収率のピーク波長（吸収波長特徴領域）が長波長側に移動していく。従って、複数の被検出部２６は、光学特性変化部材として、同じ金属元素で異なる特殊分光吸収スペクトルを有する組み合わせがある。
【００２９】
また、光励起プラズモン生成機能は、別の光学特性変化部材、例えば別の金属粒子であれば、特殊分光吸収スペクトルが異なる。
【００３０】
さらに、複数の金属粒子を混合した複合光学特性変化部材とすることも可能である。
【００３１】
従って、複数の光学特性変化部材、例えば複数の金属粒子を、それぞれ大きさ、長さ、及び厚みの少なくとも一つを異ならせて使用することで、互いに異なる特殊分光吸収スペクトルを有する被検出部材４２が実現でき、他の被検出部２６とは異なる光学的な特性変化を与える被検出部２６を多数形成することが可能となる。
【００３２】
また、光学特性変化部材としては、例えば、積層誘電体膜を有する光学特性変化部材、蛍光体を有する光学特性変化部材、グレーティング構造を有する光学特性変化部材、等であっても良い。
【００３３】
以上のような構成の形状演算装置１０では、光源部１４から光分岐部１８を通じて光導通部材２４に光が入射される。入射された光は、光導通部材２４先端の反射部材２８より反射される。反射された光は、光分岐部１８を通じて光検出器１６へ受光される。光検出器１６が受光する光は、被検出部２６（第１の被検出部２６−１、第２の被検出部２６−２、…、第ｎの被検出部２６−ｎ）を通過した光であり、光導通部材２４の曲率に応じて異なる。光検出器１６が受光した各被検出部２６に関する波長の光量が光量情報（Ｄλｎ）としてプロセッサ部２２に与えられ、プロセッサ部２２は、この光量情報に基づいて曲率情報を算出する。
【００３４】
プロセッサ部２２は、図７に示すように、入力部４４と、制御部４６と、光源駆動部４８と、光検出器駆動部５０と、出力部５２と、記憶部５４と、曲率演算部５６と、形状演算部５８と、を備える。プロセッサ部２２は、例えば、コンピュータによって構成することができる。
【００３５】
入力部４４は、当該プロセッサ部２２の外部から与えられる入力データを受け取り、制御部４６及び曲率演算部５６に適宜供給する。具体的には、入力部４４には、光検出器１６より図示しないＡＤ変換器でデジタルデータ化されたセンサ部１２の各波長の検出信号が入力される。さらに、入力部４４には、光検出器１６から露光終了信号も入力される。また、入力部４４には、入力機器６０から曲率導出開始信号、曲率導出終了信号、センサ識別情報、曲率演算部５６の設定に関する信号、等が入力される。入力機器６０は、曲率導出の開始／終了を指示するためのスイッチまたは釦を含む。また、表示部６２に表示されたメニューや選択項目に対して情報を入力することで、センサ部１２の種別や曲率演算部５６の設定を行うためのキーボードを含む。さらには、無線または有線によるネットワークを介して外部から情報を入力する通信機器を含むこともできる。
【００３６】
制御部４６は、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを変更することで、光量情報の分解能を向上する機能を果たすものである。この制御部４６は、判定部６４と可変量設定部６６とを備える。判定部６４は、光検出器１６より露光終了信号を入力部４４が取得したとき、光検出器１６の検出信号の大きさがどのような状態であるかを判定する。具体的には、判定部６４は、光検出器１６からの各波長の光量情報が検出下限に関する閾値（下限閾値）と検出上限に関する閾値（上限閾値）の範囲以内に収まっているかを判定し、閾値の範囲外に光量情報があった際は、ダイナミックレンジの変更を行うと判定する。そして、ダイナミックレンジの変更を行う場合には、第１の光源３０−１、第２の光源３０−２、…、第ｎの光源３０−ｎの中で、閾値範囲外の波長帯域に近い光源の光量を変更し、上限閾値と下限閾値の範囲内に光検出器１６の光量情報を戻すよう可変量設定部６６を変更する。可変量設定部６６は、光源駆動部４８を通じて光源部１４の各光源３０の光強度の設定を変更する。
【００３７】
なお、この判定部６４で用いるための上限閾値及び下限閾値は、記憶部５４に予め記憶されている。あるいは、入力機器６０から上限閾値及び下限閾値を入力して記憶部５４に記憶させるようにしても良い。すなわち、入力機器６０を、判定部６４での判定に関わる情報の変更を指示する指示部として用いることができる。
【００３８】
光源部１４は、ｎ個の光源３０それぞれが出射する光の強度を変更するｎ個の電流調整機能部６８（第１の電流調整機能部６８−１、第２の電流調整機能部６８−２、…、第ｎの電流調整機能部６８−ｎ）を備える。光源駆動部４８は、可変量設定部６６によって設定された光強度の情報を、出力部５２を介して光源部１４の各電流調整機能部６８に送信する。各電流調整機能部６８は、この光源駆動部４８からの光強度の情報に従った駆動電流でＬＤ等の第１の光源３０−１、第２の光源３０−２、第ｎの光源３０−ｎを駆動することで、センサ部１２に入力される光の強度を調整することができる。
【００３９】
また、制御部４６は、光検出器駆動部５０を通じて光検出器１６の動作を制御する。具体的には、入力部４４が入力機器６０から曲率導出開始信号を受信したとき、制御部４６の可変量設定部６６が、光検出器駆動部５０を通じて光検出器１６の露光時間及び感度の初期設定を行う。これにより、光検出器１６は、その初期設定された露光時間及び感度で、センサ部１２からの各波長の検出信号の検出を行う。
【００４０】
記憶部５４は、使用可能なセンサ部１２の種類毎に、光検出器１６及び光源部１４の各種設定に応じた曲率特性情報を予め記憶している。
【００４１】
曲率演算部５６は、入力部４４からの検出信号と、入力機器６０から入力部４４に入力されるセンサ識別情報に対応する記憶部５４に格納されている光検出器１６及び光源部１４の各光源３０の各種設定に応じた曲率特性情報と、に基づいて、センサ部１２の各被検出部２６（第１の被検出部２６−１、第２の被検出部２６−２、…、第ｎの被検出部２６−ｎ）の曲率情報を算出する。曲率演算部５６は、算出した各被検出部２６の曲率情報を形状演算部５８に送信する。
【００４２】
形状演算部５８は、各被検出部２６の曲率情報を、内視鏡の挿入部等の構造体の形状情報へ変換する。形状演算部５８は、この構造体の形状情報を、出力部５２を通じて表示部６２へ送信する。
【００４３】
表示部６２は、構造体の形状情報を表示する。
【００４４】
以下、本第１実施形態に係る形状演算装置１０のプロセッサ部２２の動作を、図８のフローチャートを参照して、さらに説明する。
【００４５】
入力部４４が入力機器６０から曲率導出開始信号を受信すると、このフローチャートの動作が開始され、まず、制御部４６は、可変量設定部６６から光源駆動部４８及び光検出器駆動部５０へ初期設定を送信すると共に、記憶部５４から上限閾値及び下限閾値の情報を読み出して判定部６４へ送信する（ステップＳ１０１）。この可変量設定部６６からの初期設定に従って、光源駆動部４８及び光検出器駆動部５０は、当該光源駆動部４８及び光検出器駆動部５０の設定を変更し、その設定された情報を出力部５２を通じて光源部１４及び光検出器１６へ送信する。これにより、光源部１４の各光源３０の光強度と、光検出器１６の露光時間及び感度との設定が初期状態に設定される。
【００４６】
このように初期設定がなされることで、光源部１４から光の出射が開始されて、光検出器１６がセンサ部１２からの光における各波長の光量検出を開始する（ステップＳ１０２）。検出された光量情報は、入力部４４に入力され、入力部４４内に構成した不図示のメモリ、あるいは、記憶部５４に記憶される。
【００４７】
光検出器１６は、全波長の光量を検出し終えたならば、露光終了信号を出力する。そこで、入力部４４が光検出器１６から、この露光終了信号を受信すると（ステップＳ１０３）、制御部４６の判定部６４は、構造体の湾曲状態に倣って湾曲するセンサ部１２の光導通部材２４の形状変更に伴って変化する光検出器１６からの検出信号が、上限閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。なお、この上限閾値は、光検出器１６の測定限界より僅かに小さい値であることが望ましい。
【００４８】
例えば、図９Ａに示すように、曲率演算に使用する光量情報のうち上限閾値を超えたもの（例えば光量情報Ｄλａ）が有った場合、すなわち光検出器１６の検出信号のうち曲率演算に使用する各波長の光強度の何れかが上限閾値を超えた場合、判定部６４は、そのことを示す情報を可変量設定部６６に出力する。
【００４９】
このような曲率演算に使用する光量情報の少なくとも一つが上限閾値を超えたことを示す情報を受けると、可変量設定部６６は、図９Ｂに示すように、その上限閾値を超えた波長の検出信号が小さくなるように、当該波長の波長帯域に対応する光源３０の光量を低くする設定変更を行う（ステップＳ１０５）。すなわち、可変量設定部６６は、光源部１４のｎ個の電流調整機能部６８のうち、上限閾値を超えた波長の波長帯域の光源３０に対応する電流調整機能部６８の設定を光検出器１６の検出信号が小さくなるように変更するための設定情報を、光源駆動部４８へ送信する。そして、動作は、上記ステップＳ１０２の処理に戻る。
【００５０】
このようにして、ステップＳ１０２、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４、及びステップＳ１０５でなるルーチンＡが繰り返されることができる。すなわち、設定変更後も上限閾値を超える波長が存在する際は、当該波長の光検出器１６の検出信号が更に小さくなるように、光源部１４の対応する電流調整機能部６８の設定が光源駆動部４８を通じて変更される。このように、光検出器１６の検出信号を最適な設定で取得できるよう、光源部１４の各電流調整機能部６８の設定変更が適宜行われることができる。
【００５１】
一方、上記ステップＳ１０４において、判定部６４が、光検出器１６からの検出信号が上限閾値を超えていないと判定した場合には、判定部６４は、更に、光検出器１６からの検出信号が下限閾値より小さいか否かを判定する（ステップＳ１０６）。
【００５２】
例えば、図１０Ａに示すように、曲率演算に使用する光量情報のうち下限閾値を下回ったもの（例えば光量情報Ｄλｂ）が有った場合、判定部６４は、そのことを示す情報を可変量設定部６６に出力する。これを受けて、可変量設定部６６は、図１０Ｂに示すように、その下限閾値を下回った波長の検出信号が大きくなるように、当該波長の波長帯域に対応する光源３０の光量を大きくする設定変更を行う（ステップＳ１０７）。すなわち、可変量設定部６６は、光源部１４のｎ個の電流調整機能部６８のうち、下限閾値を下回った波長の波長帯域の光源３０に対応する電流調整機能部６８の設定を光検出器１６の検出信号が大きくなるように変更するための設定情報を、光源駆動部４８へ送信する。これにより、例えば、上記ステップＳ１０５で光検出器１６の検出信号が小さくなるように設定変更した結果、光検出器１６の検出信号が下限閾値を下回ってしまうようになった際は、一段階前の設定に戻るように、光源部１４の設定を変更することができる。そして、動作は、上記ステップＳ１０２の処理に戻る。
【００５３】
このようにして、ステップＳ１０２、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６、及びステップＳ１０７でなるルーチンＢが繰り返されることができる。すなわち、設定変更後も下限閾値を下回る波長が存在する際は、当該波長の光検出器１６の検出信号が更に大きくなるように、光源部１４の対応する電流調整機能部６８の設定が光源駆動部４８を通じて変更される。このように、光検出器１６の検出信号を最適な設定で取得できるよう、光源部１４の各電流調整機能部６８の設定変更が適宜行われることができる。
【００５４】
そして、上記ステップＳ１０４において、判定部６４が、光検出器１６からの検出信号が上限閾値を超えていないと判定し、且つ、上記ステップＳ１０６において、判定部６４が、光検出器１６からの検出信号が下限閾値を下回っていないと判定した場合には、曲率演算部５６は、記憶部５４から、光源部１４及び光検出器１６の設定に応じた曲率特性情報を取得する（ステップＳ１０８）。すなわち、曲率演算部５６は、制御部４６の可変量設定部６６からの光源部１４の各電流調整機能部６８の設定情報と、光検出器１６の露光時間及び感度の設定情報とに基づいた曲率特性情報を、記憶部５４から取得する。そして、曲率演算部５６は、取得した光検出器１６の検出信号とこの曲率特性情報とを基に、各被検出部２６の曲率を算出する（ステップＳ１０９）。
【００５５】
形状演算部５８は、曲率演算部５６で算出した被検出部２６の曲率と、先見情報である被検出部２６の位置情報とを基に、構造体の形状を作成する（ステップＳ１１０）。そして、形状演算部５８は、この作成した構造体の形状を、出力部５２を介して表示部６２にて表示する（ステップＳ１１１）。
【００５６】
その後、上記ステップＳ１０１からの動作が繰り返される。
【００５７】
このようにして、ステップＳ１０２乃至ステップＳ１１１でなるルーチンＣが繰り返される。これにより、構造体の変位に応じた構造体の形状を表示部６２に更新表示していくことができる。
【００５８】
そして、以上のようなルーチンＡまたはルーチンＢまたはルーチンＣの実行中に、入力部４４が入力機器６０から曲率導出終了信号を受信すると（ステップＳ１２０）、このフローチャートの処理が終了される。
【００５９】
なお、光検出器１６からの検出信号が閾値範囲を超えた波長帯域に対応する光源３０の光量を調整することで閾値範囲内に光量を制御するものとしたが、図１１に示すように、閾値を設けずに、形状推定に使用する波長領域全体について光検出器１６からの検出信号が常に一定値になるように、光源部１４の各光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎの光強度を調整するようにしても良い。
【００６０】
以上のように、本第１実施形態に係る形状演算装置１０は、複数の被検出部２６各々に応じた波長について検出される光量が複数の被検出部２６の各々の形状に応じて異なるように構成されたセンサ部１２を用いて取得された波長と光量との関係である光量情報を検出する光検出器１６と、光量情報に基づき複数の被検出部２６の各々の形状に関わる演算を行う曲率演算部５６と、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを、所定の波長帯域毎に変更する制御部（波長帯域毎の分解能向上機能）４６と、を備える。
【００６１】
このような形状演算装置１０は、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを波長帯域毎に変更することで、複数の被検出部２６を有するセンサ部１２から波長と光量との関係である光量情報を高精度に取得することができるようになるので、被検出部２６各々の形状を正確に算出できるようになる。
【００６２】
ここで、形状演算装置１０は、互いに独立して、射出する光の光強度を変更可能な複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎをさらに備え、制御部４６は、これら複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎの光強度を変更することで、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを変更する。
【００６３】
なお、上記複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎは、光の周波数スペクトルが互いに異なっている。例えば、上記複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎは、光の周波数スペクトルが互いに異なっているレーザ光源を少なくとも１つ含むことができる。あるいは、上記複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎは、光の周波数スペクトルが同じであっても、波長帯域毎に光量の強度を変更する強度変更部を有していても良い。この強度変更部は、上記複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎからセンサ部１２に向かう光路上に配置される。この強度変更部としては、光学フィルタ３４−１、３４−２、…、３４−ｎを用いることができる。この場合、これら光学フィルタ３４−１、３４−２、…、３４−ｎの吸光度は、センサ部１２の被検出部２６−１、２６−２、…、２６−ｎに用いている吸光度と同じとすることができる。
【００６４】
また、これら複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎまたは強度変更部は、形状推定に使用する波長領域全体を網羅できるよう光の周波数スペクトルが異なっている。
【００６５】
また、上記複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎまたは強度変更部は、形状推定に使用する複数の光の周波数の光強度を十分に変更できるよう光の周波数スペクトルが異なっている。
【００６６】
なお、制御部４６は、光検出器１６の測定結果が上限閾値を超えた際または下限閾値を下回った際に、複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎの光強度を変更することで、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジの変更を行う。
【００６７】
また、制御部４６は、光検出器１６の測定結果が一定になるように、複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎの光強度を変更することで、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジの変更を行う。
【００６８】
なお、形状演算装置１０は、光を射出する複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎを含む光源部１４と、上記センサ部１２と、をさらに備えることができる。ここで、センサ部１２は、光源部１４から射出された光を導光する導光部材である光導通部材２４と、光導通部材２４に設けられた光学特性変化部材で構成される複数の被検出部材４２であって光導通部材２４によって導光される光のスペクトルに対して互いに異なる影響を与える複数の被検出部材４２の各々を含む複数の被検出部２６と、を含む。そして、光検出器１６は、光導通部材２４によって導光される光であって、複数の被検出部材４２によって影響を受けた光を検出し、光量情報を出力する。
【００６９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。ここでは、前述の第１実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７０】
第１実施形態に係る形状演算装置１０では、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを波長帯域毎に変更する例である。これに対して、本第２実施形態に係る形状演算装置１０は、センサ部１２から出力された光に基づき光検出器１６によって生成される電気信号である光検出器１６の検出信号のダイナミックレンジを波長帯域毎に変更する例である。
【００７１】
そこで、本実施形態に係る形状演算装置１０は、図１２に示すように、光源部１４は１つの光源３０のみを有する。また、光検出器１６は、複数の画素センサ７２で構成されたラインセンサ７０を有する。ラインセンサ７０の各画素センサ７２は、互いに異なる波長帯域の光強度を測定する。
【００７２】
また、光検出器１６は、図１３に示すように、各画素センサ７２の露光時間を変更する各画素露光時間調整機能部７４を備える。あるいは、光検出器１６は、光検出器１６のチャージアンプ回路（図示せず）のゲイン設定を各画素センサ７２の出力タイミングに応じて変更することで各画素センサ７２の感度を変更する各画素感度調整機能部７６を備えることができる。プロセッサ部２２の制御部４６は、光検出器１６からの検出信号が閾値範囲を超えた波長帯域に対応する画素センサ７２の露光時間または感度を変更するような設定情報を、光検出器駆動部５０及び出力部５２を介して各画素露光時間調整機能部７４または各画素感度調整機能部７６に送信する。本第２実施形態に係る形状演算装置１０は、このようにして各画素センサ７２の露光時間または感度を変更することで、光検出器１６の検出信号のダイナミックレンジを波長帯域毎に変更する。
【００７３】
以下、本第２実施形態に係る形状演算装置１０のプロセッサ部２２の動作を、図１４のフローチャートを参照して説明する。
【００７４】
入力部４４が入力機器６０から曲率導出開始信号を受信すると、このフローチャートの動作が開始される。このフローチャートに示す動作は、基本的に、第１実施形態と同様であり、ルーチンＡ中のステップＳ１０５をステップＳ２０１に置換し、ルーチンＢ中のステップＳ１０７をステップＳ２０２に置換した点が異なっているだけである。
【００７５】
すなわち、ステップＳ１０４において、制御部４６の判定部６４が、例えば、図１５Ａに示すように、曲率演算に使用する光量情報のうち上限閾値を超えたもの（例えば光量情報Ｄλａ）が有ったと判定した場合、すなわち光検出器１６の検出信号のうち曲率演算に使用する各波長の光強度の何れかが上限閾値を超えたと判定した場合、判定部６４は、そのことを示す情報を可変量設定部６６に出力する。
【００７６】
このような曲率演算に使用する光量情報の少なくとも一つが上限閾値を超えたことを示す情報を受けると、可変量設定部６６は、図１５Ｂに示すように、その上限閾値を超えた波長の検出信号が小さくなるように、ラインセンサ７０の複数の画素センサ７２のうち当該波長の波長帯域に対応する画素センサ７２ａの露光時間を短くする設定変更を行う（ステップＳ２０１）。すなわち、可変量設定部６６は、光検出器１６のラインセンサ７０の複数の画素センサ７２のうち、光量情報が上限閾値を超えた波長の波長帯域を測定する画素センサ７２ａの露光時間の設定を当該画素センサ７２ａの検出信号が小さくなるように変更するための設定情報を、光検出器駆動部５０を通じて各画素露光時間調整機能部７４へ送信する。そして、動作は、上記ステップＳ１０２の処理に戻る。
【００７７】
なお、ステップＳ２０１においては、露光時間を短縮するのではなく、感度を下げるものであっても良い。すなわち、可変量設定部６６は、光検出器１６のラインセンサ７０の複数の画素センサ７２のうち、光量情報が上限閾値を超えた波長の波長帯域を測定する画素センサ７２ａの感度の設定を当該画素センサ７２ａの検出信号が小さくなるように変更するための設定情報を、光検出器駆動部５０を通じて各画素感度調整機能部７６へ送信するようにしても良い。
【００７８】
また、ステップＳ１０６において、制御部４６の判定部６４が、例えば、図１６Ａに示すように、曲率演算に使用する光量情報のうち下限閾値を下回ったもの（例えば光量情報Ｄλｂ）が有ったと判定した場合、すなわち光検出器１６の検出信号のうち曲率演算に使用する各波長の光強度の何れかが下限閾値を下回ったと判定した場合、判定部６４は、そのことを示す情報を可変量設定部６６に出力する。
【００７９】
このような曲率演算に使用する光量情報の少なくとも一つが下限閾値を下回ったことを示す情報を受けると、可変量設定部６６は、図１６Ｂに示すように、その下限閾値を下回った波長の検出信号が大きくなるように、ラインセンサ７０の複数の画素センサ７２のうち当該波長の波長帯域に対応する画素センサ７２ｂの露光時間を長くする設定変更を行う（ステップＳ２０２）。すなわち、可変量設定部６６は、光検出器１６のラインセンサ７０の複数の画素センサ７２のうち、光量情報が下限閾値を下回った波長の波長帯域を測定する画素センサ７２ｂの露光時間の設定を当該画素センサ７２ｂの検出信号が大きくなるように変更するための設定情報を、光検出器駆動部５０を通じて各画素露光時間調整機能部７４へ送信する。ただし、画素センサ７２毎に、設定可能な露光時間の上限時間が有り、可変量設定部６６は、その上限時間以上の露光時間となるような変更は行わない。そして、動作は、上記ステップＳ１０２の処理に戻る。
【００８０】
なお、ステップＳ２０２においては、露光時間を長くするのではなく、感度を上げるものであっても良い。すなわち、可変量設定部６６は、光検出器１６のラインセンサ７０の複数の画素センサ７２のうち、光量情報が下限閾値を下回った波長の波長帯域を測定する画素センサ７２ｂの感度の設定を当該画素センサ７２ｂの検出信号が大きくなるように変更するための設定情報を、光検出器駆動部５０を通じて各画素感度調整機能部７６へ送信するようにしても良い。
【００８１】
また、上記ステップＳ２０２において、画素センサの露光時間または感度の変更は、光量情報が下限閾値を下回った波長の波長帯域を測定する画素センサ７２ｂだけでなく、図１６Ｃに示すように、その波長帯域周辺の波長帯域を測定する画素センサ７２ｂ−１、７２ｂ＋１についても行うようにしても良い。すなわち、光量情報が下限閾値を下回った波長の波長帯域の周辺の波長帯域においても、下限閾値には達していないがそれに近い値であるので、それら周辺の波長帯域を測定する画素センサについても同様に、露光時間または感度を変更することが望ましい。これは、ステップＳ２０１における光量情報が上限閾値を超えた場合の画素センサの露光時間または感度の変更についても同様である。光量情報のレベルが低い方が検出精度が劣るため、ステップＳ２０２においてこのようにすることの方が、ステップＳ２０１において行うよりも有効である。
【００８２】
また、図１７に示すように、光検出器１６の検出信号が一定の目標値になるように、各画素露光時間調整機能部７４または各画素感度調整機能部７６により、ラインセンサ７０における形状推定に使用する波長領域全体に対応する画素センサ７２の全ての露光時間または感度を変更しても良い。
【００８３】
あるいは、図１８Ａに示すように光量情報（例えば光量情報Ｄλｂ）が下限閾値を下回った場合、制御部４６の可変量設定部６６は、光検出器１６の各画素露光時間調整機能部７４または各画素感度調整機能部７６の設定を変更するのではなく、図１８Ｂに示すように、その下回った波長の波長帯域を測定する画素センサ７２ｂのデータを複数回合算することで、光検出器１６の検出信号のダイナミックレンジを波長帯域毎に変更するようにしても良い。このデータの合算により、データは累積していくが、白色ノイズのようなランダムノイズは相殺する。
【００８４】
以上のよう、本第２実施形態に係る形状演算装置１０は、センサ部１２から出力された光に基づき光検出器１６によって生成される電気信号のダイナミックレンジを波長帯域毎に変更することで、複数の被検出部２６を有するセンサ部１２から波長と光量との関係である光量情報を高精度に取得することができるようになるので、被検出部２６各々の形状を正確に算出できるようになる。
【００８５】
すなわち、光検出器１６は、それぞれ異なる波長の光量を測定する複数の画素センサ７２を有し、制御部４６は、それら複数の画素センサ７２の露光時間または感度を変更することで、光検出器１６の検出信号である電気信号のダイナミックレンジを所定の波長帯域毎に変更する。
【００８６】
この場合、制御部４６は、光検出器１６の測定結果が、予め設定された上限閾値と下限閾値との間に収まるよう、画素センサ７２毎に、露光時間または感度を変更する。さらに、制御部４６は、上限閾値を超えた波長または下限閾値を下回った波長に対応する画素センサ７２だけでなく、当該波長周辺の波長に対応する画素センサ７２の露光時間または感度も変更するようにしても良い。
【００８７】
なお、画素センサ７２毎に、設定可能な露光時間の上限時間が有るので、制御部４６は、その上限時間以上の露光時間の変更を行わない。
【００８８】
また、光検出器１６は、それぞれ異なる波長の光量を測定する複数の画素センサ７２を有し、制御部４６は、画素センサ７２毎に、測定結果の合算回数を変更することで、光検出器１６の検出信号である電気信号のダイナミックレンジを所定の波長帯域毎に変更するようにしても良い。
【００８９】
なお、制御部４６は、光検出器１６の測定結果が上限閾値を超えた際または下限閾値を下回った際に、その波長の光量を測定する複数の画素センサ７２の露光時間または感度を変更することで、光検出器１６の検出信号である電気信号のダイナミックレンジの変更を行う。
【００９０】
また、制御部４６は、光検出器１６の測定結果が一定になるように、複数の画素センサ７２の露光時間または感度を変更することで、光検出器１６の検出信号である電気信号のダイナミックレンジの変更を行うようにしても良い。
【００９１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。ここでは、前述の第１実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９２】
本第３実施形態に係る形状演算装置１０は、前述の第１実施形態に係る形状演算装置１０と同様、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを波長帯域毎に変更する例である。
【００９３】
光源部１４は、第１実施形態では複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎを有していたが、本第３実施形態では、図１９に示すように、１つの光源３０のみを有する。そして、光源部１４は、この１つの光源３０と光分岐部１８との間に、互いに異なる波長の光を透過する複数の光学フィルタが搭載された可動式光学フィルタ７８をさらに備えている。
【００９４】
可動式光学フィルタ７８は、図２０に示すように、回転軸８２を軸として回転する回転板８０を有する回転式可動光学フィルタである。回転板８０には、光の吸収率がそれぞれ異なる複数の光学フィルタ８４（第１の光学フィルタ８４−１、第２の光学フィルタ８４−２、…、第ｎの光学フィルタ８４−ｎ）が、回転軸８２を中心とする同一円上に配置されている。そして、可動式光学フィルタ７８は、回転軸８２を軸として回転板８０が回転することで、複数の光学フィルタ８４のうちの１つが、光源３０から光分岐部１８に向かう光路上に順次に配置されるように、光源部１４内に配置される。これにより、各光学フィルタ８４は、１つの光源３０からの光の互いに異なる特定の波長だけを通過させて、光分岐部１８を介してセンサ部１２に入力させることができる。
【００９５】
さらに、光源部１４は、可動式光学フィルタ７８の回転板８０を回転させるためのアクチュエータ８６と、回転板８０の回転状態を測定するための回転量測定器８８（例えば、パルスエンコーダ等）と、を有している。アクチュエータ８６は、図２１に示すように、光源駆動部４８及び出力部５２を介して、プロセッサ部２２の制御部４６により制御される。また、回転量測定器８８の測定結果である回転量情報は、プロセッサ部２２の入力部４４を介して制御部４６に入力される。制御部４６は、この回転量測定器８８からの回転量情報に基づいて、複数の光学フィルタ８４のうちの何れが、光源３０から光分岐部１８に向かう光路上に配置されているのかを知ることかできる。なお、回転量測定器８８は、回転板８０の回転量を直接的に検出するものに限らず、アクチュエータ８６の駆動量等から間接的に回転板８０の回転量を測定するものであっても構わない。
【００９６】
また、第１実施形態に係る形状演算装置１０は、光導通部材２４に入射されなかった光が光検出器１６に戻るのを防ぐための反射防止部材２０を備えている。これに対して、本第３実施形態に係る形状演算装置１０では、図２０に示すように、その反射防止部材２０に代えて、光検出器９０が設けられている。この光検出器９０の検出結果は、図２１に示すように、プロセッサ部２２の入力部４４を介して制御部４６に入力される。制御部４６は、この光検出器９０の検出結果に基づいて、光導通部材２４に入射される、つまり、センサ部１２へ入力される、光の強度を確認することができる。なお、この光検出器９０は必須ではない。
【００９７】
そして、制御部４６の可変量設定部６６は、光検出器１６からの光量情報つまり波長毎の検出信号に応じて、光源部１４の光源３０からの光の光路が、閾値範囲外の波長周辺の光量を透過する光学フィルタ８４を通過する際、閾値範囲外の光量を閾値内に戻すように、光源３０の光強度を変更することで、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを変更する。あるいは、光源３０の光強度を変更するのではなく、アクチュエータ８６による可動式光学フィルタ７８の回転板８０の回転速度を変更し、当該波長の光の入力時間を変更することで、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを変更するものとしても良い。
【００９８】
なお、本実施形態では、可動式光学フィルタ７８を回転式可動光学フィルタとしたが、所望のフィルタ切り替えが実現できる可動式のフィルタであれば、回転型でなくても良いことは勿論である。
【００９９】
以下、本第３実施形態に係る形状演算装置１０のプロセッサ部２２の動作を、図２２のフローチャートを参照して説明する。
【０１００】
入力部４４が入力機器６０から曲率導出開始信号を受信すると、このフローチャートの動作が開始される。このフローチャートに示す動作は、基本的に、第１実施形態と同様であり、ルーチンＡ中のステップＳ１０２及びステップＳ１０５をステップＳ３０１及びステップＳ３０１に置換し、ルーチンＢ中のステップＳ１０７をステップＳ３０３に置換した点が異なっているだけである。
【０１０１】
すなわち、ステップＳ１０１で初期設定がなされた後、第１実施形態同様、制御部４６は、光源駆動部４８を通じて光源部１４から光の出射を開始させ、光検出器駆動部５０を通じて光検出器１６がセンサ部１２からの光における各波長の光量検出を開始する。またこれと共に、制御部４６は、回転量測定器８８から回転量の値である回転量情報の読み取りを開始し、光源駆動部４８を通じてアクチュエータ８６による可動式光学フィルタ７８の駆動を開始する（ステップＳ３０１）。光検出器１６によって検出された光量情報及び回転量測定器８８によって測定された回転量情報は、入力部４４に入力され、入力部４４内に構成した不図示のメモリ、あるいは、記憶部５４に記憶される。
【０１０２】
そして、ステップＳ１０４において、制御部４６の判定部６４が、例えば、図２３Ａに示すように、曲率演算に使用する光量情報のうち上限閾値を超えたもの（例えば光量情報Ｄλａ）が有ったと判定した場合、すなわち光検出器１６の検出信号のうち曲率演算に使用する各波長の光強度の何れかが上限閾値を超えたと判定した場合、判定部６４は、そのことを示す情報を可変量設定部６６に出力する。
【０１０３】
このような曲率演算に使用する光量情報の少なくとも一つが上限閾値を超えたことを示す情報を受けると、可変量設定部６６は、図２３Ｂに示すように、その上限閾値を超えた波長周辺の光を透過する光学フィルタ８４（例えば第２の光学フィルタ８４−２）が光源３０の光路上に存在するとき、光源３０の光量を低くする設定変更を行う（ステップＳ３０２）。すなわち、可変量設定部６６は、光量情報が上限閾値を超えた波長の波長帯域の光を光導通部材２４に入射させる光学フィルタ８４に対応するタイミングで、光源３０の図示しない電流調整機能部の設定を、光検出器１６の検出信号が小さくなるように変更するための設定情報を、光源駆動部４８へ送信する。このように光源３０の光量を低くすることで、図２３Ｃに示すように、上限閾値を超えていた光量情報が上限閾値より小さくなる。そして、動作は、上記ステップＳ１０２の処理に戻る。
【０１０４】
なお、図２３Ｂは、図面の簡略化のため、ｎ個の光学フィルタ８４のうちの第１〜第３の光学フィルタ８４−１〜８４−３に対応する部分のみを示している。回転量情報は、例えば第１の光学フィルタ８４−１が光源３０の光路上に入ったときの回転角度を０度として、アクチュエータ８６によって可動式光学フィルタ７８が等速駆動されることで、リニアに回転角度が増加していっている。回転量情報と複数の光学フィルタ８４との関係を例えば記憶部５４に記憶しておくことで、制御部４６は、回転量測定器８８からの回転量情報により、何れの光学フィルタ８４が光源３０の光路上に存在するか判定することができる。
【０１０５】
さらに、光検出器９０を備える場合には、制御部４６は、センサ部１２に入力される光の強度が所望の値になっているかを、光検出器９０の検出結果により確認しつつ、光源３０の光強度を制御することができる。
【０１０６】
また、ステップＳ１０６において、制御部４６の判定部６４が、例えば、図２４Ａに示すように、曲率演算に使用する光量情報のうち下限閾値を下回ったもの（例えば光量情報Ｄλｂ）が有ったと判定した場合、すなわち光検出器１６の検出信号のうち曲率演算に使用する各波長の光強度の何れかが下限閾値を下回ったと判定した場合、判定部６４は、そのことを示す情報を可変量設定部６６に出力する。
【０１０７】
このような曲率演算に使用する光量情報の少なくとも一つが下限閾値を下回ったことを示す情報を受けると、可変量設定部６６は、図２４Ｂに示すように、その下限閾値を下回った波長周辺の光を透過する光学フィルタ８４（例えば第２の光学フィルタ８４−２）が光源３０の光路上に存在するとき、光源３０の光量を大きくする設定変更を行う（ステップＳ３０３）。すなわち、可変量設定部６６は、光量情報が下限閾値を下回った波長の波長帯域の光を光導通部材２４に入射させる光学フィルタ８４に対応するタイミングで、光源３０の図示しない電流調整機能部の設定を、光検出器１６の検出信号が大きくなるように変更するための設定情報を、光源駆動部４８へ送信する。このように光源３０の光量を大きくすることで、図２４Ｃに示すように、下限閾値を下回っていた光量情報が下限閾値より大きくなる。そして、動作は、上記ステップＳ１０２の処理に戻る。なお、図２４Ｂは、図２３Ｂと同様に、図面の簡略化のため、ｎ個の光学フィルタ８４のうちの第１〜第３の光学フィルタ８４−１〜８４−３に対応する部分のみを示している。
【０１０８】
また、ステップＳ３０２及びステップＳ３０３において、光源３０の光強度を変更するのではなく、各光学フィルタ８４が光源３０の光路上を通過する速度、例えば可動式光学フィルタ７８の回転板８０の回転速度、を制御するようにしても良い。
【０１０９】
すなわち、図２５Ａに示すように、曲率演算に使用する光量情報のうち上限閾値を超えたもの（例えば光量情報Ｄλａ）が有った場合、ステップＳ３０２においては、可変量設定部６６は、図２５Ｂに示すように、その上限閾値を超えた波長周辺の光を透過する光学フィルタ８４（例えば第２の光学フィルタ８４−２）が光源３０の光路上に存在する時間を短くすることで、光導通部材２４に入射されるその波長の波長帯域の光の光量を低くする設定変更を行う。すなわち、可変量設定部６６は、光量情報が上限閾値を超えた波長の波長帯域の光を光導通部材２４に入射させる光学フィルタ８４が、光量情報が上限閾値を超えていない波長の波長帯域の光を光導通部材２４に入射させる他の光学フィルタ８４よりも早く光源３０の光路上から外れるように、アクチュエータ８６が駆動する可動式光学フィルタ７８の回転板８０の回転速度を高速にすることで、光検出器１６の検出信号が小さくなるように変更するための設定情報を、光源駆動部４８へ送信する。このようなアクチュエータ８６による光学フィルタ８４の光源光路上の通過速度の高速化により、図２５Ｃに示すように、上限閾値を超えていた光量情報が上限閾値より小さくなる。
【０１１０】
また、図２６Ａに示すように、曲率演算に使用する光量情報のうち下限閾値を下回ったもの（例えば光量情報Ｄλｂ）が有った場合、ステップＳ３０３においては、可変量設定部６６は、図２６Ｂに示すように、その下限閾値を下回った波長周辺の光を透過する光学フィルタ８４（例えば第２の光学フィルタ８４−２）が光源３０の光路上に存在する時間を長くすることで、光導通部材２４に入射されるその波長の波長帯域の光の光量を大きくする設定変更を行う。すなわち、可変量設定部６６は、光量情報が下限閾値を下回った波長の波長帯域の光を光導通部材２４に入射させる光学フィルタ８４が、光量情報が下限閾値を下回っていない波長の波長帯域の光を光導通部材２４に入射させる他の光学フィルタ８４よりも長く光源３０の光路上に留まるように、アクチュエータ８６が駆動する可動式光学フィルタ７８の回転板８０の回転速度を低速にすることで、光検出器１６の検出信号が大きくなるように変更するための設定情報を、光源駆動部４８へ送信する。このようなアクチュエータ８６による光学フィルタ８４の光源光路上の通過速度の低速化により、図２６Ｃに示すように、下限閾値を下回っていた光量情報が下限閾値よりも大きくなる。
【０１１１】
なお、図２５Ｂ及び図２６Ｂは、図２３Ｂと同様に、図面の簡略化のため、ｎ個の光学フィルタ８４のうちの第１〜第３の光学フィルタ８４−１〜８４−３に対応する部分のみを示している。
【０１１２】
また、閾値範囲外の光量を閾値内に戻すように、光源３０の光強度または可動式光学フィルタ７８の光学フィルタ８４の光源光路上の通過速度を変更するのではなく、前述の第１実施形態で説明したように、閾値を設けずに、形状推定に使用する波長領域全体について光検出器１６からの検出信号が常に一定値になるように、光源３０の光強度または光学フィルタ８４の光源光路上の通過速度を調整するようにしても良い。
【０１１３】
以上のように、本第３実施形態に係る形状演算装置１０は、互いに異なる波長の光を透過する複数の光学フィルタ８４が搭載された可動式光学フィルタ７８をさらに備えることで、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを波長帯域毎に変更することができ、複数の被検出部２６を有するセンサ部１２から波長と光量との関係である光量情報を高精度に取得して、被検出部２６各々の形状を正確に算出できるようになる。
【０１１４】
なお、可動式光学フィルタ７８としては、回転軸８２を有している回転式可動光学フィルタを用いることができる。
【０１１５】
ここで、形状演算装置１０は、光を射出する１個の光源３０をさらに備え、制御部４６は、光源３０からセンサ部１２に向かう光路上に配置されている光学フィルタ８４毎に、光源３０の光強度を変更することで、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを所定の波長帯域毎に変更することができる。
【０１１６】
あるいは、形状演算装置１０は、可動式光学フィルタ７８を駆動するアクチュエータ８６をさらに備え、制御部４６は、可動式光学フィルタ７８に搭載されている光学フィルタ８４毎に異なる速度で駆動するようアクチュエータ８６を制御することで、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを変更することができる。
【０１１７】
なお、制御部４６は、光検出器１６の測定結果が上限閾値を超えた際または下限閾値を下回った際に、光源３０の光強度または光学フィルタ８４の光源光路上の通過速度を変更することで、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジの変更を行う。
【０１１８】
また、制御部４６は、光検出器１６の測定結果が一定になるように、光源３０の光強度または光学フィルタ８４の光源光路上の通過速度を変更することで、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジの変更を行う。
【０１１９】
［第４実施形態］
前述したように、第１実施形態に係る形状演算装置１０では、複数の光源３０−１、３０−２、…、３０−ｎの光強度を変更することで、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを波長帯域毎に変更する。また、第２実施形態に係る形状演算装置１０では、光検出器１６の各画素センサ７２の露光時間または感度を変更することで、光検出器１６によって生成される電気信号のダイナミックレンジを波長帯域毎に変更する。そして、第３実施形態に係る形状演算装置１０では、１個の光源３０と可動式光学フィルタ７８を用いることで、センサ部１２に入力される光の強度のダイナミックレンジを波長帯域毎に変更する。
【０１２０】
これら第１乃至第３実施形態で説明したようなダイナミックレンジの変更の方法は、二つ以上を組み合わせることが可能である。
【０１２１】
一例として、第２実施形態と第３実施形態との組み合わせを、第４実施形態として以下で説明する。ここでは、前述の第２及び第３実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１２２】
本第４実施形態に係る形状演算装置１０の基本的な構成は、図２７に示すように、第３実施形態のそれと同様である。また、光検出器１６は、互いに異なる波長帯域の光強度を測定する複数の画素センサ７２で構成されたラインセンサ７０を有する。ここで、１つの画素センサ７２は、可動式光学フィルタ７８の１つの光学フィルタ８４と対応している。すなわち、１つの画素センサ７２が検出する波長帯域と、１つの光学フィルタ８４が透過する光の波長帯域とが、１対１に対応している。あるいは、各画素センサ７２と各光学フィルタ８４とは、多対１の対応であっても良い。すなわち、１つの光学フィルタ８４が透過する光の波長帯域が、複数個の画素センサ７２が検出する波長帯域を含むようにしても良い。第２実施形態で図１６Ｃを用いて説明したような効果を奏するので、多対１の対応とした方が望ましい。
【０１２３】
また、図２８に示すように、光検出器１６は、各画素センサ７２の露光時間を変更する各画素露光時間調整機能部７４と、各画素センサ７２の感度を変更する各画素感度調整機能部７６と、の少なくとも一方を備える。さらに、プロセッサ部２２の制御部４６が備える可変量設定部６６は、光検出器１６の各画素センサ７２の露光時間または感度を設定する光検出器設定部９２と、光源部１４の１個の光源３０の光強度または光学フィルタ８４の光源光路上の通過速度の設定を行う光量設定部９４と、を有する。
【０１２４】
以下、本第４実施形態に係る形状演算装置１０のプロセッサ部２２の動作を、図２９のフローチャートを参照して説明する。なお、このフローチャートは、最初は光源３０の光強度または光学フィルタ８４の光源光路上の通過速度の設定で対応し、必要に応じて各画素センサ７２の露光時間または感度の設定で対応する場合の例を示している。変更方法の順序は、これとは反対であっても、すなわち、最初は各画素センサ７２の露光時間または感度の設定で対応し、必要に応じて光源３０の光強度または光学フィルタ８４の光源光路上の通過速度の設定で対応するようにしても良いことは勿論である。
【０１２５】
入力部４４が入力機器６０から曲率導出開始信号を受信すると、このフローチャートの動作が開始される。ここで、ステップＳ１０１の初期設定と、ステップＳ３０１、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４、及びステップＳ３０２でなるルーチンＡとは、第３実施形態と同様である。すなわち、曲率演算に使用する光量情報のうち上限閾値を超えたものが有った場合、ステップＳ３０２において、可変量設定部６６の光量設定部９４は、その上限閾値を超えた波長周辺の光を透過する光学フィルタ８４が光源３０の光路上に存在するとき、光源３０の光量を低くする設定変更を行う。あるいは、光量設定部９４は、その上限閾値を超えた波長周辺の光を透過する光学フィルタ８４が光源３０の光路上に存在する時間を短くすることで、光導通部材２４に入射されるその波長の波長帯域の光の光量を低くする設定変更を行う。
【０１２６】
これに対して、第３実施形態で説明したようなステップＳ３０１、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６、及びステップＳ３０３でなるルーチンＢでは、ステップＳ１０６とステップＳ３０３との間に、１つステップが挿入されている。すなわち、ステップＳ１０６において、判定部６４が、図３０Ａに示すように、曲率演算に使用する光量情報のうち下限閾値を下回ったもの（例えば光量情報Ｄλｂ）が有ったと判定した場合、本実施形態では、制御部４６の判定部６４は、さらに、図３０Ｂに示すように、その下限閾値を下回った波長周辺の光を透過する光学フィルタ８４（例えば第２の光学フィルタ８４−２）に関して設定されている光源３０の光量が光量リミットを超えているか否かを判定する（ステップＳ４０１）。この光量リミットの値は、例えば、光源３０の最大光量から、ステップＳ３０３で大きくされる１回分の光量増大値を差し引いた値である。つまり、このステップＳ４０１では、今現在の光量が、未だ光源３０の最大光量には達していないが、もう１段階光量を増やそうとすると最大光量を超えしまう値に設定されているか否かを判定するものである。そして、このステップＳ４０１において、判定部６４が、光量が光量リミットを超えていないと判定したならば、ステップＳ３０３に進み、可変量設定部６６の光量設定部９４は、光量情報が下限閾値を下回った波長周辺の光を透過する光学フィルタ８４（例えば第２の光学フィルタ８４−２）が光源３０の光路上に存在するとき、光源３０の光量を大きくする設定変更を行う。
【０１２７】
あるいは、ステップＳ３０３において、可変量設定部６６の光量設定部９４は、その下限閾値を下回った波長周辺の光を透過する光学フィルタ８４（例えば第２の光学フィルタ８４−２）が光源３０の光路上に存在する時間を長くすることで、光導通部材２４に入射されるその波長の波長帯域の光の光量を大きくする設定変更を行う。但しこの場合には、ステップＳ４０１では、光源３０の光量が光量リミットを超えているか否かを判定するのではなく、当該光学フィルタ８４（例えば第２の光学フィルタ８４−２）が光源３０の光路上に留まり得る時間リミットを超えているか否かを判定することになる。
【０１２８】
一方、上記ステップＳ４０１において、判定部６４が、光量が光量リミットを超えていない（または滞在時間が時間リミットを超えていない）と判定したならば、第２実施形態で説明したようなステップＳ２０２の動作が行われる。すなわち、可変量設定部６６の光検出器設定部９２は、図３０Ｂに示すように、当該波長の波長帯域に対応する光学フィルタ（例えば第２の光学フィルタ８４−２）に対応する複数の画素センサ７２の露光時間を長くする設定変更を行う。すなわち、可変量設定部６６は、光量情報が下限閾値を下回った波長とその周辺の波長帯域を測定する複数個の画素センサ７２の露光時間の設定を、それら画素センサ７２の検出信号が大きくなるように変更するための設定情報を、光検出器駆動部５０を通じて各画素露光時間調整機能部７４へ送信する。そして、動作は、上記ステップＳ３０１の処理に戻る。
【０１２９】
また、ステップＳ２０２においては、露光時間を長くするのではなく、感度を上げるものであっても良いことは勿論である。すなわち、可変量設定部６６の光検出器設定部９２は、光量情報が下限閾値を下回った波長の波長帯域に対応する光学フィルタ（例えば第２の光学フィルタ８４−２）に対応する複数の画素センサ７２の感度の設定を、それらの画素センサ７２の検出信号が大きくなるように変更するための設定情報を、光検出器駆動部５０を通じて各画素感度調整機能部７６へ送信するようにしても良い。
【０１３０】
なお、図３０Ｂでは、画素センサ７２と光学フィルタ８４とが多対１の対応を持つ場合で説明したが、１対１の対応であっても良いことは勿論である。
【０１３１】
このようにして、ステップＳ３０１、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６、ステップＳ４０１、及びステップＳ２０２でなるルーチンＤが繰り返されることができる。すなわち、設定変更後も下限閾値を下回る際は、光検出器１６の検出信号が更に大きくなるように、光検出器１６の各画素露光時間調整機能部７４または各画素感度調整機能部７６の設定が、光検出器駆動部５０を通じて変更される。これにより、図３０Ｃに示すように、下限閾値を下回っていた光量情報が下限閾値よりも大きくなる。
【０１３２】
そして、以上のようなルーチンＡまたはルーチンＢまたはルーチンＣまたはルーチンＤの実行中に、入力部４４が入力機器６０から曲率導出終了信号を受信すると（ステップＳ４２０）、このフローチャートの処理が終了される。
【０１３３】
以上のように、本第４実施形態に係る形状演算装置１０は、センサ部１２に入力される光の強度、及びセンサ部１２から出力された光に基づき光検出器１６によって生成される電気信号である光検出器１６の検出信号、の二つのダイナミックレンジを変更する制御部（分解能向上機能）を備える。よって、ダイナミックレンジの変更の方法の二つ以上を組み合わせた変更を行うことができる。
【０１３４】
なお、第１乃至第４実施形態に係る形状演算装置１０は、内視鏡に搭載することができる。本明細書において、内視鏡とは、医療用内視鏡及び工業用内視鏡に限定するものではなく、被挿入体に挿入される挿入部を備える機器一般を指している。
【０１３５】
以下、内視鏡として医療用内視鏡を例に説明する。  
例えば、図３１は、本実施形態に係る形状演算装置１０の光導通部材２４を、構造体としての内視鏡の挿入部９６に沿って設置した内視鏡システムを示している。この内視鏡システムは、観察対象物である被検体（例えば体腔（管腔））内に挿入される構造体である細長い挿入部９６と、該挿入部９６の基端部と連結した操作部９８と、接続ケーブル１００と、が配設される内視鏡を含む。さらに、内視鏡システムは、内視鏡を制御するコントローラ１０２を含んでいる。
【０１３６】
ここで、挿入部９６は、挿入部９６の先端部側から基端部側に向かって、先端硬質部と、湾曲する操作湾曲部と、可撓管部と、を有している。先端硬質部は、挿入部９６の先端部であり、硬い部材となっている。この先端硬質部には、図示しない撮像部が設けられている。
【０１３７】
操作湾曲部は、操作部９８に設けられた湾曲操作ノブの内視鏡オペレータ（医師らの作業者）による操作に応じて、所望の方向に湾曲する。オペレータは、この湾曲操作ノブを操作することで、操作湾曲部を湾曲させる。この操作湾曲部の湾曲により、先端硬質部の位置と向きが変えられ、観察対象物が撮像部の撮像範囲である観察視野内に捉えられる。こうして捉えられた観察対象物に対し、先端硬質部に設けられた図示しない照明窓から照明光が照射されて、観察対象物が照明させる。操作湾曲部は、図示しない複数個の節輪が挿入部９６の長手方向に沿って連結されることにより、構成される。節輪同士が互いに対して回動することで、操作湾曲部は湾曲する。
【０１３８】
可撓管部は、所望な可撓性を有しており、外力によって曲がる。可撓管部は、操作部９８から延出されている管状部材である。
【０１３９】
接続ケーブル１００は、操作部９８とコントローラ１０２との間を接続している。
【０１４０】
コントローラ１０２は、内視鏡の撮像部により撮像された観察画像に対して画像処理を施し、図示しない表示部に画像処理された観察画像を表示させる。そして、本実施形態では、図３１に示すように、このコントローラ１０２に、形状演算装置１０の光源部１４、光検出器１６、光分岐部１８、及びプロセッサ部２２を内蔵させ、光導通部材２４を、このコントローラ１０２から接続ケーブル１００及び操作部９８内を経由して、挿入部９６の長手軸方向に沿って延在配置する。反射部材２８は、挿入部９６の先端硬質部内に設ける。この場合、複数の被検出部２６は、光導通部材２４の内、挿入部９６の操作湾曲部及び可撓管部内に対応する位置に設けられる。
【０１４１】
なお、構造体は、この内視鏡に限定するものではなく、各種プローブ、カテーテル、オーバーシース（内視鏡やカテーテル等を挿入する際の補助に使う管）、などであっても良い。
【０１４２】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【符号の説明】
【０１４３】
１０…形状演算装置、  １２…センサ部、  １４…光源部、  １６…光検出器、  １８…光分岐部、  ２０…反射防止部材、  ２２…プロセッサ部、  ２４…光導通部材、  ２６，２６−１，２６−２，２６−ｎ…被検出部、  ２８…反射部材、  ３０，３０−１，３０−２，３０−ｎ…光源、  ３２…光結合部、  ３４−１，３４−２，３４−ｎ…光学フィルタ、  ４４…入力部、  ４６…制御部、  ４８…光源駆動部、  ５０…光検出器駆動部、  ５２…出力部、  ５４…記憶部、  ５６…曲率演算部、  ５８…形状演算部、  ６０…入力機器、  ６２…表示部、  ６４…判定部、  ６６…可変量設定部、  ６８，６８−１，６８−２，６８−ｎ…電流調整機能部、  ７０…ラインセンサ、  ７２，７２ａ，７２ｂ，７２ｂ−１，７２ｂ＋１…画素センサ、  ７４…画素露光時間調整機能部、  ７６…画素感度調整機能部、  ７８…可動式光学フィルタ、  ８０…回転板、  ８２…回転軸、  ８４，８４−１，８４−２，８４−３，８４−ｎ…光学フィルタ、  ８６…アクチュエータ、  ８８…回転量測定器、  ９０…光検出器、  ９２…光検出器設定部、  ９４…光量設定部、  ９６…挿入部、  ９８…操作部、  １００…接続ケーブル、  １０２…コントローラ。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月4日(2018.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する光源部と、
形状演算対象となる構造体に配置され、前記光源部から出射される光を導光する光導通部材と、
前記光導通部材の長手方向に沿って前記光導通部材に複数配置され、互いに異なる光の吸収スペクトルを持ち、前記光導通部材の湾曲形状に応じて前記光導通部材に導光されている前記光を吸収し光量を減少させる複数の被検出部と、
前記光導通部材に導光された前記光における、前記光の吸収スペクトルに含まれる複数の波長での光量情報を検出し、検出信号を出力する光検出器と、
前記光量情報に基づき前記複数の被検出部の各々の形状に関わる演算を行う演算部と、
前記検出信号の大きさが、前記光検出器の検出下限に関する下限閾値と前記光検出器の検出上限に関する上限閾値との範囲内に収まるように、前記光導通部材に向けて出射される前記光の強度と前記光検出器によって出力される前記検出信号との少なくとも一方のダイナミックレンジを、所定の波長帯域毎に変更する制御部と、
を備える形状演算装置。
【請求項２】
前記光源部は、互いに独立して、射出する光の光強度を変更可能な複数の光源を備え、
前記制御部は、前記複数の光源の光強度を変更することで、前記光導通部材に入力される光の強度のダイナミックレンジを変更する請求項１に記載の形状演算装置。
【請求項３】
前記複数の光源は、光の周波数スペクトルが互いに異なる請求項２に記載の形状演算装置。
【請求項４】
前記複数の光源は、レーザ光源を少なくとも１つ含む請求項３に記載の形状演算装置。
【請求項５】
前記複数の光源は、波長帯域毎に光量の強度を変更する強度変更部を有している請求項３に記載の形状演算装置。
【請求項６】
前記強度変更部は、光学フィルタである請求項５に記載の形状演算装置。
【請求項７】
前記複数の光源は、形状推定に使用する波長領域全体を網羅できるよう光の周波数スペクトルが異なっている請求項３に記載の形状演算装置。
【請求項８】
前記強度変更部は、形状推定に使用する波長領域全体を網羅できるよう光の周波数スペクトルが異なっている請求項５に記載の形状演算装置。
【請求項９】
前記複数の光源は、形状推定に使用する複数の光の周波数の光強度を十分に変更できるよう光の周波数スペクトルが異なっている請求項３に記載の形状演算装置。
【請求項１０】
前記強度変更部は、形状推定に使用する複数の光の周波数の光強度を十分に変更できるよう光の周波数スペクトルが異なっている請求項５に記載の形状演算装置。
【請求項１１】
前記光学フィルタの吸光度は、前記光導通部材の被検出部に用いている吸光度と同じである請求項６に記載の形状演算装置。
【請求項１２】
前記強度変更部は、前記複数の光源から前記光導通部材に向かう光路上に配置される請求項５に記載の形状演算装置。
【請求項１３】
前記光検出器は、それぞれ異なる波長の光量を測定する複数の画素センサを有し、
前記制御部は、前記複数の画素センサの露光時間または感度を変更することで、前記検出信号のダイナミックレンジを前記所定の波長帯域毎に変更する請求項１に記載の形状演算装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記光検出器の測定結果が、設定された上限閾値と下限閾値との間に収まるよう、前記画素センサ毎に、前記露光時間または前記感度を変更する請求項１３に記載の形状演算装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記上限閾値を超えた波長または前記下限閾値を下回った波長に対応する画素センサと、当該波長周辺の波長に対応する画素センサの、前記露光時間または前記感度を変更する請求項１４に記載の形状演算装置。
【請求項１６】
前記画素センサ毎に、設定可能な露光時間の上限時間が有り、
前記制御部は、前記上限時間以上の露光時間の変更を行わない請求項１３に記載の形状演算装置。
【請求項１７】
前記光検出器は、それぞれ異なる波長の光量を測定する複数の画素センサを有し、
前記制御部は、前記画素センサ毎に、測定結果の合算回数を変更することで、前記検出信号のダイナミックレンジを前記所定の波長帯域毎に変更する請求項１に記載の形状演算装置。
【請求項１８】
互いに異なる波長の光を透過する複数の光学フィルタが搭載された可動式光学フィルタをさらに備える請求項１に記載の形状演算装置。
【請求項１９】
前記可動式光学フィルタは、回転軸を有している回転式可動光学フィルタである請求項１８に記載の形状演算装置。
【請求項２０】
前記制御部は、前記光源部から前記光導通部材に向かう光路上に配置されている前記光学フィルタ毎に、前記光源部の光強度を変更することで、前記光導通部材に入力される光の強度のダイナミックレンジを前記所定の波長帯域毎に変更する請求項１８に記載の形状演算装置。
【請求項２１】
前記可動式光学フィルタを駆動するアクチュエータをさらに備え、
前記制御部は、前記可動式光学フィルタに搭載されている光学フィルタ毎に異なる速度で駆動するよう前記アクチュエータを制御することで、前記光導通部材に入力される光の強度のダイナミックレンジを変更する請求項１８に記載の形状演算装置。
【請求項２２】
前記制御部は、前記ダイナミックレンジの変更の方法の二つ以上を組み合わせた変更を行う請求項２、１３、１７、２０及び２１の何れかに記載の形状演算装置。
【請求項２３】
前記制御部は、前記光検出器の測定結果が上限閾値を超えた際または下限閾値を下回った際に、前記ダイナミックレンジの変更を行う請求項１、２、１３、１７、２０及び２１の何れかに記載の形状演算装置。
【請求項２４】
前記制御部は、前記光検出器の測定結果が一定になるように、前記ダイナミックレンジの変更を行う請求項１、２、１３、１７、２０及び２１の何れかに記載の形状演算装置。
【請求項２５】
前記光源部は、光を射出する１つまたは複数の光源を含み、
前記複数の被検出部は、前記光導通部材によって導光される光のスペクトルに対して互いに異なる影響を与える複数の光学特性変化部材であり、
前記光検出器は、前記光導通部材によって導光される光であって、前記複数の光学特性変化部材によって影響を受けた光を検出し、前記光量情報を出力する請求項１乃至２２の何れかに記載の形状演算装置。
【請求項２６】
被検体に挿入される挿入部を備える内視鏡と、
前記内視鏡に接続されたコントローラと、
請求項２５に記載の形状演算装置と、
を備え、
前記形状演算装置の前記光導通部材は、前記内視鏡の前記挿入部に設けられ、
前記形状演算装置の前記演算部は、前記コントローラに設けられ、前記光量情報に基づいて前記内視鏡の前記挿入部の形状を算出する内視鏡システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の形状演算装置の一態様は、
光を射出する光源部と、
形状演算対象となる構造体に配置され、前記光源部から出射される光を導光する光導通部材と、
前記光導通部材の長手方向に沿って前記光導通部材に複数配置され、互いに異なる光の吸収スペクトルを持ち、前記光導通部材の湾曲形状に応じて前記光導通部材に導光されている前記光を吸収し光量を減少させる複数の被検出部と、
前記光導通部材に導光された前記光における、前記光の吸収スペクトルに含まれる複数の波長での光量情報を検出し、検出信号を出力する光検出器と、
前記光量情報に基づき前記複数の被検出部の各々の形状に関わる演算を行う演算部と、
前記検出信号の大きさが、前記光検出器の検出下限に関する下限閾値と前記光検出器の検出上限に関する上限閾値との範囲内に収まるように、前記光導通部材に向けて出射される前記光の強度と前記光検出器によって出力される前記検出信号との少なくとも一方のダイナミックレンジを、所定の波長帯域毎に変更する制御部と、
を備えることを特徴とする。
【国際調査報告】
2017060956.tif 000052
2017060956.tif 000053