(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物に明暗パターンが投影された縞画像を用いて前記被検物の計測を行う内視鏡装置であって、
長尺の挿入部と、
前記挿入部の先端部に設けられ、前記被検物の画像を取得する撮像部と、
前記撮像部の観察視野を照明する照明部と、
前記被検物に前記明暗パターンを投影するための投影光を発する光源が設けられたパターン投影部と、
前記被検物の画像を表示する表示画面を有する表示部と、
を備え、
前記パターン投影部は、
前記被検物に対して前記明暗パターンが投影されている状態において、前記撮像部の撮像視野内で前記明暗パターンの縞が並ぶ方向の少なくとも一端に前記明暗パターンが投影されていない領域を生じさせ、
前記表示部は、
前記被検物に投影される前記縞パターンの前記表示画面上における投影予定位置を示す枠を前記表示画面上に表示する
ことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内視鏡装置であって、
前記撮像部は、
被検物の画像を撮像する撮像素子と、
前記被検物の像を前記撮像素子に結像させる対物光学系と、
を備え、
前記投影部は、
前記明暗パターンを生成するパターン生成部と、
前記挿入部の先端部に設けられ、前記明暗パターンを介して前記光源から前記被検物に前記投影光を照射する投影光学系と、
を備え、
前記対物光学系の画角よりも前記投影光学系における前記投影光の照射角度の方が狭いことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の内視鏡装置であって、
前記撮像部の撮像視野内で前記明暗パターンの縞が並ぶ方向の少なくとも一端に前記明暗パターンが投影されていない領域が生じている状態において、前記対物光学系の焦点が合っていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の内視鏡装置であって、
前記被検物に前記明暗パターンを投影するための投影窓が、前記挿入部の先端面に１つだけ設けられていることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項５】
請求項１に記載の内視鏡装置であって、
前記表示画面に表示された画像上で前記枠内に位置する領域のみに対して前記被検物の三次元形状の計測を行う制御部をさらに備えることを特徴とする内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡装置、より詳しくは、被検物に縞等のパターンを投影して被検物表面の三次元形状を計測する内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検物を検査するために、光学系や撮像素子等を有する撮像部を長尺な挿入部の先端に備える内視鏡装置が使用されている。このような内視鏡装置の中には、被検物に対して縞パターンを投影した縞画像を、当該縞パターンの位相をずらしつつ複数取得し、これら複数の縞画像を用いて被検物の三次元形状を算出するものが知られている。たとえば、特許文献１には、縞を投影するための２つの投影窓が挿入部の先端面に設けられた内視鏡装置が記載されている。特許文献１に記載の内視鏡装置では、撮像部によって取得される縞画像の全面に縞パターンが表示されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２２５３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の内視鏡装置では、被検物に投影された縞パターンのうち、撮像部の画角からはみ出した一部の縞が撮像されない場合がある。この場合、撮像部において撮像された縞が、被検物に投影された縞パターンにおけるどの縞に対応するかを縞画像から判断することができない。そのため、特許文献１に記載の内視鏡装置では、被検物との間の距離を測定するためのセンサーを別途設ける必要があり、内視鏡装置の挿入部を細径化するのに限界があった。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、明暗パターンを被検物に投影して被検物の計測を行うことができ、且つ挿入部がより細径化された内視鏡装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の内視鏡装置は、被検物に明暗パターンが投影された縞画像を用いて前記被検物の計測を行う内視鏡装置であって、長尺の挿入部と、前記挿入部の先端部に設けられ、前記被検物の画像を取得する撮像部と、前記撮像部の観察視野を照明する照明部と、前記被検物に前記明暗パターンを投影するための投影光を発する光源が設けられたパターン投影部と、前記被検物の画像を表示する表示画面を有する表示部と、を備え、前記パターン投影部は、前記被検物に対して前記明暗パターンが投影されている状態において、前記撮像部の撮像視野内で前記明暗パターンの縞が並ぶ方向の少なくとも一端に前記明暗パターンが投影されていない領域を生じさせ、前記表示部は、前記被検物に投影される前記縞パターンの前記表示画面上における投影予定位置を示す枠を前記表示画面上に表示することを特徴とする内視鏡装置である。
【０００７】
また、前記撮像部は、被検物の画像を撮像する撮像素子と、前記被検物の像を前記撮像素子に結像させる対物光学系と、を備え、前記投影部は、前記明暗パターンを生成するパターン生成部と、前記挿入部の先端部に設けられ、前記明暗パターンを介して前記光源から前記被検物に前記投影光を照射する投影光学系と、を備え、前記対物光学系の画角よりも前記投影光学系における前記投影光の照射角度の方が狭いことが好ましい。
【０００８】
また、前記撮像部の撮像視野内で前記明暗パターンの縞が並ぶ方向の少なくとも一端に前記明暗パターンが投影されていない領域が生じている状態において、前記対物光学系の焦点が合っていることが好ましい。
【０００９】
また、前記被検物に前記明暗パターンを投影するための投影窓が、前記挿入部の先端面に１つだけ設けられていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の内視鏡装置は、前記表示画面に表示された画像上で前記枠内に位置する領域のみに対して前記被検物の三次元形状の計測を行う制御部をさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の内視鏡装置によれば、縞パターンを投影して被検物の計測を行う内視鏡装置における挿入部をより細径にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の内視鏡装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同内視鏡装置における挿入部の先端面を示す正面図である。
【図３】同内視鏡装置における対物光学系の画角と投影光学系による照射角度との関係を示す模式図である。
【図４】同内視鏡装置のモニターに表示されるパターン投影画像の例を示す模式図である。
【図５】（Ａ）および（Ｂ）は、同内視鏡装置のモニターに表示される枠を示す模式図である。
【図６】同内視鏡装置の変形例における対物光学系の画角と投影光学系による照射角度との関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態の内視鏡装置および計測方法について説明する。
まず、本実施形態の内視鏡装置１の構成について説明する。図１は、内視鏡装置１の構成を示すブロック図である。図２は、内視鏡装置１における挿入部１０の先端面を示す正面図である。
【００１５】
内視鏡装置１は、被検物に明暗パターンが投影されたパターン投影画像を用いて被検物の計測を行う計測内視鏡である。また、内視鏡装置１は、被検物の内部観察や、通常の観察装置がアクセス困難な位置にある被検物の観察などに使用される。
【００１６】
図１に示すように、内視鏡装置１は、長尺の挿入部１０と、挿入部１０の基端が接続された本体部２０とを備える。
挿入部１０は、管状に形成されており、被検物の内部または被検物へのアクセス経路に挿入される。挿入部１０には、被検物の画像を取得する撮像部３０と、挿入部１０前方の観察視野を照明する照明部４０と、被検物に明暗パターンを投影するパターン投影部５０とが設けられている。本実施形態では、パターン投影部５０は明暗パターンとして、縞パターンを披検物に投影するものとする。
図２に示すように、挿入部１０の先端面１０ａには、撮像部３０の対物光学系３２に外光を入射させるための開口１１と、照明部４０からの照明光を挿入部１０の前方に照射するための照明窓１２と、パターン投影部５０からの縞パターンを挿入部１０の前方に照射するための投影窓１３とが設けられている。
【００１７】
撮像部３０は、挿入部１０の先端付近に配置されたイメージャー３１と、イメージャー３１の前方に配置された対物光学系３２と、イメージャー３１と接続されたイメージャー制御部３３とを備える。
【００１８】
イメージャー３１としては、例えば正方形状の画素が格子状に配列された長方形状のセンサー領域を有し、センサー領域に入射する光量を画素ごとに検出して画像を撮像するエリアイメージセンサーを採用することができる。本明細書では、イメージャー３１によって撮像される画像について、イメージャー３１のセンサー領域における短辺側を縦、長辺側を横と表記する。イメージャー３１の具体例としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の各種イメージセンサを含む公知の各種構成を適宜選択して用いることができる。
【００１９】
対物光学系３２は、挿入部１０の開口１１内に配置されている。対物光学系３２は、所定の画角（視野角）を有し、当該画角により規定される観察視野内の反射光をイメージャー３１に入射させ、被検物の像を結像させる。また、対物光学系３２は、開口１１を封止する光透過性のカバー部材３２ａを有する。
【００２０】
イメージャー制御部３３は、本体部２０内に設けられており、挿入部１０内を延びる配線３４によりイメージャー３１と接続されている。イメージャー制御部３３は、イメージャー３１の駆動および映像信号を取得する設定等の各種制御を行う。
【００２１】
照明部４０は、第一光源４１と、照明光学系４２と、第一光源４１の光を照明光学系４２に導く第一ファイバーバンドル４３と、第一光源４１と第一ファイバーバンドル４３との間に配置される第一入射光学系４４とを備える。
【００２２】
第一光源４１は、白色光を発する光源であり、本体部２０の内部に配置されている。第一光源４１としては、ハロゲンランプや水銀ランプなど、公知の光源を適宜選択して採用することができる。本実施形態では、第一光源４１として、ハロゲンランプが採用されている。第一光源４１から発せられる光は、被検物を照明するための照明光となる。
【００２３】
照明光学系４２は、挿入部１０の先端または先端付近に取り付けられている。照明光学系４２は、挿入部１０の照明窓１２内に設けられた光透過性のカバー部材４２ａと、図示しないレンズ群とを有する。照明光学系４２は、第一光源４１から照射された光を対物光学系３２の画角に適した視野範囲に広げて照明窓１２から出射させ、観察視野をまんべんなく照明する。
【００２４】
第一ファイバーバンドル４３は、照明光学系４２の近傍から挿入部１０を通って本体部２０内の第一光源４１近傍まで延びている。第一ファイバーバンドル４３の種類には特に制限はなく、一般的なライトガイドを使用可能である。
【００２５】
第一入射光学系４４は、第一光源４１から発せられる光を第一ファイバーバンドル４３の径と同程度まで収束させて効率よく第一ファイバーバンドル４３内に導入する。
【００２６】
パターン投影部５０は、第二光源５１と、投影光学系５２と、第二光源５１の光を投影光学系５２に導く第二ファイバーバンドル５３と、第二光源５１と第二ファイバーバンドル５３との間に配置される第二入射光学系５４と、第二光源５１から出射された光の光路上に配置されたパターン生成部５５とを備える。
【００２７】
第二光源５１は、第一光源４１とは異なる光を発する光源であり、本体部２０の内部に配置されている。第二光源５１としては、ＬＥＤ光源やレーザー光源などを採用することができる。本実施形態では、第二光源５１としてＬＥＤ光源が採用されている。第二光源５１から発せられる光は、縞パターンを投影するための投影光となる。
【００２８】
投影光学系５２は、挿入部１０の先端または先端付近に取り付けられている。投影光学系５２は、挿入部１０の投影窓１３内に設けられた光透過性のカバー部材５２ａを有する。図２に示すように、投影窓１３は、挿入部１０の先端面１０ａ側から見たときに、イメージャー３１の短辺側に隣接する位置に配置されている。
なお、投影窓１３に設けられたカバー部材５２ａはレンズ形状であっても構わない。投影光学系５２は、第二光源５１から照射された光を、対物光学系３２の画角に対応した所定の照射角度で１つの投影窓１３から観察視野内に投影する。
【００２９】
ここで、本実施形態における対物光学系３２の画角と投影光学系５２による投影光の照射角度の関係について詳述する。
図３は、対物光学系３２の画角と投影光学系５２の照射角度との関係を示す模式図である。図３において、符号Ｏは対物光学系３２の位置を示し、符号Ｐは投影光学系５２の位置を示す。
【００３０】
図３に示すように、本実施形態では、対物光学系３２の画角θvは、対物光学系３２の深度方向（物体距離の方向）を中心線（図３に符号Ａ１で示す。）として等角度に広がっている。また、投影光学系５２の照射角度θpは、中心線Ａ１と平行な中心線Ａ２を中心として等角度に広がっている。さらに、対物光学系３２の画角θvと投影光学系５２の照射角度θpは、θv＞θpを満たす。
【００３１】
また、対物光学系３２における近点側の深度をＬｎとし、遠点側の深度をＬｆとしたときに、投影される全ての縞が視野内に入る最短の物体距離Ｌ１は、Ｌｎ≧Ｌ１を満たす。
このような関係であれば、焦点が合っている物体距離（ＬｎからＬｆまでの深度内）であるときには、縞パターンはすべて対物光学系３２の画角内に位置している。
【００３２】
また、本実施形態では、対物光学系３２の中心と投影光学系５２の中心との距離ｄは、計測可能な物体距離の最小値である深度Ｌ１よりも小さく設定されている。このため、距離ｄは、物体距離Ｌｎよりも十分に小さい。このため、撮像部３０において焦点が合っている範囲では画像に写る縞の位置は大きくは変わらない。
【００３３】
図１に示すように、第二ファイバーバンドル５３は、投影光学系５２の近傍から挿入部１０を通って本体部２０内の第二光源５１近傍まで延びている。第二ファイバーバンドル５３としては、第一ファイバーバンドル４３と同様に一般的なライトガイドを使用することができる。
【００３４】
第二入射光学系５４は、第二光源５１から発せられた光を、第二ファイバーバンドル５３の径と同程度まで収束させて効率よく第二ファイバーバンドル５３内に導入する。
【００３５】
パターン生成部５５は、縞パターンを形成可能なもので、例えば複数のスリットを有するスリット板や、ガラスや樹脂等からなる透明な板に縞パターンが描かれたものなどを用いることができる。縞パターンは、縞の輝度がなだらかに周期的に変化するような帯状の縞模様であることが好ましい。また、縞パターンは、白または黒など矩形状に輝度が変化するような縞模様であってもよい。
【００３６】
本実施形態における縞パターンは、イメージャー３１のセンサー領域の短辺方向に延びイメージャー３１のセンサー領域の長辺方向に所定間隔おきに平行に配置されるパターンとなっている（図２参照）。すなわち、本実施形態では、縞パターンは、挿入部の先端と正対する平面に投影されたときに、撮像部３０によって取得された画像の縦方向に延びて横方向に並ぶ互いに平行な線として写る（図４参照）。
【００３７】
このほか、素子ごとに光の透過と不透過を切り替え可能な液晶シャッターモジュールや、素子ごとに微細な反射ミラーを備えるＭＥＭＳ（マイクロ電子機器システム）ミラーモジュール等がパターン生成部５５として用いられてもよい。この場合、素子ごとの制御を行うので、パターン生成部５５全体を移動させずに適切な位相の縞パターンを形成することができるため、パターン投影部５０の構成を簡素にすることができる利点がある。縞パターンの切り替えは、パターン生成部５５に接続されたパターン制御部５６によって行われる。
【００３８】
図４は、被検物に投影された縞パターンの一例を示す模式図である。
図３および４に示すように、対物光学系３２の画角θｖと投影光学系５２の照射角度θｐとが上述の関係となっていることにより、パターン投影部５０は、被検物に対して縞パターン（図４に符号１００で示す）が投影されている状態において、撮像部３０の撮像視野内で縞パターンの縞が並ぶ方向の両端に、縞パターンが投影されていない未投影領域Ｘ（右側未投影領域Ｘ１および左側未投影領域Ｘ２）を生じさせる。
また、対物光学系３２の画角と投影光学系５２における投影光の照射角度の関係は、θp≧θvとなっていても良い。この場合は、全ての縞パターンが対物光学系３２の画角内に位置しないが、撮像視野内で縞パターンの縞が並ぶ方向のどちらか一方に、縞パターンが投影されていない未投影領域Ｘ（右側未投影領域Ｘ１または左側未投影領域Ｘ２）を生じさせる。
【００３９】
本体部２０内には、上述のイメージャー制御部３３と、照明部４０から照明光を出射する動作およびパターン投影部５０から投影光を出射する動作を制御する光源制御部２１と、メイン制御部２２とが設けられている。
【００４０】
イメージャー制御部３３には、イメージャー３１の取得した映像信号を処理するビデオプロセッサー２７と、イメージャー制御部３３の動作を制御するメイン制御部２２とが接続されている。ビデオプロセッサー２７およびメイン制御部２２は本体部２０内に設けられている。
【００４１】
ビデオプロセッサー２７には、ビデオプロセッサー２７によって処理された映像信号を画像として表示する表示画面を有するモニター（表示部）２８が接続されている。ビデオプロセッサー２７は、被検物に投影される縞パターンの表示画面上における投影予定位置を示す枠Ｆとなる画像を生成し、撮像部３０によって取得された画像に重ねてモニター２８へ出力する。
図３に示す距離ｄは、物体距離Ｌｎや物体距離Ｌｆに比べて十分に小さいので、モニター２８上に写る縞パターンの位置は大きくは変わらず、ある程度の範囲内で左右に移動する。つまり、縞パターンの位置は、モニター２８に表示される画像上において、被検物に対する物体距離に応じて僅かに横方向に移動する。
【００４２】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、内視鏡装置１のモニターに表示される枠Ｆを示す模式図である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、本実施形態では、縞パターン１００が横方向に最大限移動しても縞パターン１００が表示される領域を囲むように枠Ｆの位置が設定される。これにより、モニター２８に表示される画像における実際の縞パターン１００の位置に係わらず、枠Ｆ内には縞パターン１００が位置することとなる。このように枠Ｆの位置を設定した場合には、縞パターン１００の位置に対応させて枠Ｆの位置を調整する必要がないので、枠Ｆを表示させるための処理が簡単である。
モニター２８は、被検物の画像と、縞パターンの投影予定位置を示す枠Ｆとを表示画面に表示する。また、モニター２８には、三次元形状の計測結果や、内視鏡装置１の使用中に検出される各種情報が表示される。
【００４３】
図１に示すように、光源制御部２１は、第一光源４１および第二光源５１、並びにメイン制御部２２に接続されており、メイン制御部２２による制御に基づいて第一光源４１および第二光源５１のオン／オフを制御する。
【００４４】
メイン制御部２２は、さらに、操作部２３、ＲＡＭ２４、ＲＯＭ２６、補助記憶装置２５、およびパターン制御部５６に接続されている。
【００４５】
操作部２３は、使用者が内視鏡装置１に各種入力を行うためのスイッチなどを有する。また、操作部２３として、モニター２８の表示画面と重ねて設けられたタッチパネルが採用されてもよい。
【００４６】
ＲＡＭ２４は、内視鏡装置１を用いた被検物の撮像や三次元形状の計測などの際に使用されるワークエリアとして機能する。
ＲＯＭ２６は、たとえばファームウェア等が記録されており、内視鏡装置１の起動時にファームウェア等が読み出されるようになっている。
補助記憶装置２５は、たとえば書き換え可能な不揮発メモリを有する記憶装置や磁気記憶装置などを採用することができる。
【００４７】
メイン制御部２２は、ビデオプロセッサー２７によって生成された枠Ｆによって囲まれる画像上の領域を、三次元形状を計測するための対象領域Ｔ（図４参照）に設定し、対象領域Ｔ内のみに対して被検物の三次元形状を求める。
メイン制御部２２によって被検物の三次元形状を計測するための計測方法としては、位相シフト法やフーリエ変換法などによって縞パターンの位相を求めて、縞パターンの位相に基づいて被検物の三次元形状を計算する方法を用いることができる。
【００４８】
以上に説明した構成の内視鏡装置の作用について説明する。
内視鏡装置１の使用時には、まず、使用者は、図１に示す挿入部１０を被検物の内部や管路等の被検物へのアクセス経路等に挿入し、所定の観察部位まで挿入部１０の先端を進める。使用者は、被検物の所望の部位を観察する観察モードと、当該部位の三次元形状を計測する計測モードとを必要に応じて切り替えることにより、被検物の検査等を行う。
【００４９】
観察モードでは、図２に示すメイン制御部２２の指令を受けて光源制御部２１が第一光源４１をオン制御し、第二光源５１をオフ制御する。その結果、パターン投影部５０からは縞パターンが投影されずに照明部４０から観察視野に白色光が照射され、観察視野が照明される（以下、この照明状態を「観察状態」と称する。）。照明された被検物の像は、対物光学系３２を通してイメージャー３１に結像される。イメージャー３１から送られた映像信号は、ビデオプロセッサー２７で処理されてモニター２８に表示される。使用者は、モニター２８に表示される被検物の画像により被検物を観察したり、必要に応じて画像を保存したりすることができる。
【００５０】
観察モードから計測モードへ切り替える場合には、モードを切り替える指示を使用者が入力する。観察モードから計測モードへ切り替える入力が使用者によって行われると、メイン制御部２２からビデオプロセッサー２７へ、枠Ｆの画像をモニター２８に表示させるための制御信号が出力される。これにより、モニター２８には、縞パターンの投影予定位置に対応した枠Ｆの画像が表示される（図５（Ａ）および図５（Ｂ）参照。）。
なお、この状態では、縞パターン１００はまだ投影されておらず、使用者は、照明光によって照明された被検物の映像を観察することができる。
【００５１】
使用者は、被検物において三次元形状の計測を所望する部位がモニター２８上の枠Ｆ内に入るように、挿入部１０の位置などを調整する。モニター２８上に表示された枠Ｆ内に所望の部位が位置している状態で、使用者は操作部２３における図示しないスイッチなどを用いて三次元形状の計測を開始させる。
【００５２】
三次元形状の計測が開始されると、まず、図１に示す照明部４０からの照明光が照射されている状態で少なくとも１枚の画像が撮像部３０によって取得される。続いて、照明部４０の第一光源４１からの照明光の出射が光源制御部２１によって停止され、パターン投影部５０の第二光源５１からの投影光の出射が光源制御部２１によって開始される。
投影光が出射されると、投影光はパターン生成部５５および投影光学系５２を透過し、縞パターンが被検物に投影される。
図３に示すように、被写体に縞パターンを投影した場合には、対物光学系３２の画角内の一部に縞パターンが投影され、撮像部３０の撮像視野内で縞パターンの縞が並ぶ方向の両端に、縞パターンが投影されていない未投影領域Ｘが生じる。
【００５３】
なお、物体距離に応じて、対物光学系３２の画角内における縞パターンの位置は異なる。しかし、本実施形態では、対物光学系３２の中心と投影光学系５２の中心との距離ｄが、計測可能な物体距離よりも十分に小さく設定されているので、縞が画面上に写る位置は大きくは変化しない。このため、縞パターンの位置が移動しても縞パターンの位置はあらかじめ設定した略枠Ｆ内に収まるようになっている（図５（Ａ）および図５（Ｂ）参照）。
【００５４】
縞パターンが被検物に投影されている状態で、撮像部３０は被検物の画像を取得する。縞パターンが投影された状態の被検物の画像は、縞画像として、図１に示すビデオプロセッサー２７を介してメイン制御部２２へと出力され、ＲＡＭ２４などに一時記憶される。
【００５５】
そして、メイン制御部２２によって、撮像部３０で取得した１枚のパターン投影画像から上述の位相シフト法やフーリエ変換法などによって縞パターンの位相を求める。
【００５６】
また、時間的位相シフト法を用いて三次元形状の計測を行う場合には、位相が異なる複数のパターン投影画像を撮像部３０が撮像し、メイン制御部２２によって、複数のパターン投影画像に写った縞パターンの位相を求める。本実施形態の内視鏡装置１では、撮影された複数のパターン投影画像の各々は、縞パターンが投影されていない未投影領域Ｘが少なくとも一部に生じているので、縞パターンが投影されている領域と上記未投影領域Ｘとの境界を起点として、パターン投影画像上に写っている縞と投影された縞パターンの縞とを対応付けることが比較的容易にできる。これにより、求められた前記位相から実空間上の三次元座標を計算することができる。そして、被検物の三次元形状を計測する対象となる対象領域Ｔ（つまり、計測可能な視野範囲）が、枠Ｆの内側の領域に設定されている場合は、対象領域Ｔ内における三次元座標の分布を求めることで、被検物の三次元形状を求めることができる。なお、被検物の三次元形状を計測する演算は、対象領域Ｔ内に限定せずに、明暗パターンが写っている範囲で行ってもよい。
【００５７】
メイン制御部２２によって演算した結果は、モニター２８上に数値若しくは画像として表示するためにビデオプロセッサー２７へ出力される。また、演算した結果を補助記憶装置２５にファイルとして格納してもよい。
【００５８】
モニター２８上に演算した結果が表示されることにより、使用者は、枠Ｆ内における被検物の三次元形状を知ることができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態の内視鏡装置１によれば、撮像部３０の撮像視野内で縞パターンの縞が並ぶ方向の両端、あるいは一方に、縞パターンが投影されていない未投影領域Ｘを生じさせることにより、パターン投影画像に写っている縞と、被検物に投影された縞とを容易に対応付けることができる。これにより、被検物の物体距離をパターン投影画像の計測により得ることができる。
パターン投影画像に写っている縞パターンと、被検物に投影された縞パターンとを容易に対応付ける別の方法としては、投影光学系５２が配置される開口を２つ設けて、２つの方向から縞パターンをそれぞれ投影する方法が知られているが、本実施形態では、挿入部１０の先端部には投影光学系５２が配置される開口を１つだけ設ければよいため、挿入部１０をより細径にすることができる。あるいは、被検物へ投影された縞パターンと、被検物の物体距離を別途測定するセンサーを併用して、被検物の三次元形状を測定する方法も知られているが、本実施形態では、被検物の物体距離を別途測定するセンサーを搭載する必要がなくなるので、挿入部１０をより細径にすることができる。
【００６０】
また、被検物に焦点が合っていればパターン投影画像上に未投影領域Ｘが必ず生じるので、使用者は、被検物に焦点を合わせて三次元形状の計測を開始させるだけでよく、内視鏡装置１の操作が簡便である。
【００６１】
また、撮像部の撮像視野内で縞パターンの縞が並ぶ方向の両端、あるいは一方に未投影領域を生じさせるので、パターン投影画像上に写っている縞パターンと投影された縞パターンとを対応付けることが比較的容易にできるため、縞パターン解析時の誤認識を低減することができ、計測値の信頼性や計測性能の悪化を防ぐことができる。
【００６２】
また、メイン制御部２２およびビデオプロセッサー２７によって、モニター２８の表示画面に、被検物に投影される縞パターンの投影予定位置を示す枠Ｆを表示するので、内視鏡装置１の使用時に、三次元形状の計測をすることができる領域を使用者に知らせることができる。
【００６３】
また、物体距離に応じて縞パターンの位置が変わっても縞パターンは略枠Ｆ内に投影されるので、三次元形状の計測をすることができる領域を確認するために実際に縞パターンを投影する必要がなく、内視鏡装置による計測操作を簡単にすることができる。
【００６４】
また、メイン制御部２２が、枠Ｆ内を対象領域Ｔとして対象領域Ｔのみに対して三次元形状の計測を行う場合は、画像全体に縞パターンを写して画像の全領域で三次元形状を演算する場合よりも演算量を減らすことができ、三次元形状の演算結果を迅速に得ることができる。
【００６５】
また、対物光学系３２の画角より投影光の照射角度が小さいので、投影光の照射角度を対物光学系３２の画角以上とする場合と比較して、投影窓１３を小型化しやすい。このため、挿入部１０をさらに細径化することができる。
【００６６】
（変形例１）
次に、上述の実施形態で説明した内視鏡装置１の変形例について説明する。
図６は、本変形例における対物光学系３２の画角θvと投影光学系５２の照射角度θpとの関係を示す模式図である。
図６において、符号αおよび符号βは、投影光学系５２による投影光の照射角度を示している。具体的には、符号αは対物光学系３２の深度方向に対する左側の照射角度を示し、符号βは対物光学系３２の深度方向に対する右側の照射角度を示している。図６に示されたその他の符号については上述の実施形態で説明した通りである。
【００６７】
図６に示すように、投影光学系５２による投影光の照射角度θpの大きさは、左側の照射角度αと、右側の照射角度βとの和となっている。本変形例では、投影光の照射角度θpが、深度方向の中心線に対して左右等角度ではない点で上述の実施形態と構成が異なっている。
本変形例では、投影される全ての縞が対物光学系３２の画角内に入る物体距離をＬ１からＬ２の範囲内とすると、Ｌｎ≧Ｌ１かつＬｆ≦Ｌ２となっている場合であり、さらに物体距離が深度内（Ｌｎ〜Ｌｆの範囲）であれば、全ての縞を視野内に写すことができる。また、このとき、対物光学系３２の画角θvおよび縞投影の照射角度θpは、θv＞θpの関係も満たしている。
【００６８】
対物光学系３２の画角θvと投影光の照射角度θpがこのような関係にある場合にも、上述の実施形態と同様に、撮像部３０の撮像視野内で縞パターンの縞が並ぶ方向の一端に、縞パターンが投影されていない未投影領域Ｘを生じさせることができる。
【００６９】
（変形例２）
次に、上述の実施形態で説明した内視鏡装置１の他の変形例について説明する。
本変形例では、枠Ｆの画像を生成するビデオプロセッサー２７が、枠Ｆの位置を調整する手段をさらに備えていることを特徴としている。
【００７０】
上述の実施形態の内視鏡装置１における枠Ｆの設定方法では、枠Ｆの外側の領域においても縞パターンが実際には表示される場合がある。実際の縞パターンの投影位置にあわせて枠Ｆの位置を変更する手段をさらに備えることにより、三次元形状の計測をすることができる領域をより正確に使用者に示すことができる。
【００７１】
具体的には、枠Ｆの形状を調整する手段は、縞パターンにおける複数の縞の左右両端を高速に検出して、縞パターンの輪郭に合わせて枠Ｆを表示する。その際、縞パターンが常時投影されていると、その縞パターンが被検物の観察において邪魔になるため、例えば、１秒間のうちたとえば１／３０秒だけ縞パターンを被検物に投影する等、観察に支障がない範囲で短時間だけ縞パターンの投影を行う。縞の左右両端を高速に検出する方法としては、縞パターンが投影された状態で被検物の画像を取得し、取得された画像から縞のエッジ検出によって行う。
【００７２】
エッジ検出は、画像中央部の１ラインのみ、あるいは所定の複数ラインのみなど、一部分に限ってもよい。これにより、エッジ検出のための演算量を少なくすることができる。また、エッジ検出のための演算速度が十分に得られるのであれば、より正確に枠Ｆを表示するために、画像上の全ラインでエッジ検出した結果から、枠Ｆを表示するようにしてもよい。
【００７３】
また、この枠Ｆの表示は、例えば１秒毎など、所定の間隔で更新される。縞パターンの投影自体は、被検物に照明光を照射して被検物を観察する場合の妨げにならない程度の短時間だけ行われているので、被写体を画面上で観察する上で支障とならずに枠Ｆをモニター２８に略リアルタイムで表示することができる。
【００７４】
このように、本変形例では、実際に被検物に投影された縞パターンに基づいて枠Ｆの形状が設定される。このため、上述の実施形態で説明した方法によって枠Ｆを設定する場合と比較して、三次元形状を計測できる領域を正しく使用者に示すことができる。
また、枠Ｆの表示が所定の間隔で更新されるので、縞パターンが実際に投影される領域を所定の間隔で最新の状態とすることができる。このため、枠Ｆ内であっても縞パターンが投影されないという事態が生じることを軽減することができる。
【００７５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
たとえば、上述の実施形態では、対物光学系が配置される開口、照明光学系が配置される開口、投影光学系が配置される開口がそれぞれ１つ設けられている例を用いて説明したが、これらの開口は２つ以上設けられていてもよい。
【００７６】
また、上述の実施形態では、撮像部によって撮像される画像の縦方向に延びる縞を投影する投影部が対物光学系に対して左右方向に並んでいる例を示したが、撮像部によって撮像される画像の横方向に延びる縞を投影する投影部が対物光学系に対して上下方向に並んでいてもよい。あるいは、明暗パターンの形状は、帯状の縞ではなく、複数の縦帯と横帯が交差した格子状のパターンや、等間隔に縦横に並んだ複数の点であってもよい。
【００７７】
また、上述の実施形態では、照明光を照射するための第一光源と投影光を照射するための第二光源とが本体部内に配置された例を示したが、第一光源および第二光源は、挿入部の先端に設けられていてもよい。
【００７８】
また、第一光源および第二光源は、光の出射状態を切り替えるシャッターやミラーモジュール等を備えていてもよい。この場合、点灯や消灯に時間がかかる光源であっても好適に光源として使用することができる。
【００７９】
また、枠の形状は、上述の実施形態で示した形状以外にも、丸型、四角型、その他多角形など、適宜の形状に設定することができる。
【００８０】
また、上述の実施形態では、未投影領域を、撮像部の撮像視野内で縞パターンの縞が並ぶ方向の両端に生じさせる構成について例示したが、未投影領域を、撮像部の撮像視野内で縞パターンの縞が並ぶ方向の一端に生じさせる構成としてもよい。撮像部の撮像視野内で縞パターンの縞が並ぶ方向の一端に未投影領域が生じていれば、未投影領域と縞パターンとの境界をエッジ検出などによって検出することができ、未投影領域と縞パターンとの境界を起点として、投影された縞パターンの縞と画像上の縞とを対応付けることができる。
【００８１】
また、上述の実施形態で説明した縞パターン生成部に代えて、格子状や点状の模様などのパターンを生成する生成部を有していてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１  内視鏡装置
１０  挿入部
２８  モニター（表示部）
３０  撮像部
３１  イメージャー（撮像素子）
３２  対物光学系
４０  照明部
４１  第一光源
４２  照明光学系
５０  パターン投影部
５１  第二光源
５２  投影光学系
５５  パターン生成部
Ｆ  枠
Ｔ  対象領域
Ｘ  未投影領域
【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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