(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の明暗パターンが投影された被検物のパターン投影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、
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光を発する照明部と、
前記被検物に前記明暗パターンを投影するパターン投影部と、
を備え、
前記挿入部の先端面には、
前記撮像部に前記被検物の像を結像させる対物光学系と、
前記照明光を出射する１つ以上の照明窓と、
前記パターン投影部から前記被検物へ前記明暗パターンを投影する１つの投影窓と、
が設けられ、
前記パターン投影部は、前記明暗パターンを生成するパターン生成部を備え、前記明暗パターンは、明部と暗部とが繰り返し交互に配置された分布パターンであり、
前記対物光学系は、前記対物光学系の光軸のうち前記対物光学系から前記撮像部に向かう出射側の光軸が、前記挿入部の中心軸線に対して平行かつ偏心するように配置され、前記挿入部の先端部の外周面に露出され、入射側の光軸が前記中心軸線に対してねじれの位置に配置された側視型対物光学系であり、
前記投影窓は、前記挿入部の先端部の外周面に露出され、
前記投影窓の厚さ方向から前記投影窓を見たときの前記投影窓の中心を通り前記投影窓の厚さ方向に延びる中心線は、前記挿入部の中心軸線に対してねじれの位置に配置されている
ことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
光の明暗パターンが投影された被検物のパターン投影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、
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光を発する照明部と、
前記被検物に前記明暗パターンを投影するパターン投影部と、
前記挿入部の先端部に着脱自在に装着可能な光学アダプタと、
を備え、
前記挿入部の先端面には、
前記撮像部に前記被検物の像を結像させる対物光学系と、
前記照明光を出射する１つ以上の照明窓と、
前記パターン投影部から前記被検物へ前記明暗パターンを投影する１つの投影窓と、
が設けられ、
前記パターン投影部は、
投影用光源と、
前記光学アダプタに設けられ、前記投影用光源から出射される光の強度分布を変更し、前記明暗パターンを生成するパターン生成部と、
を備え、
前記明暗パターンは、明部と暗部とが繰り返し交互に配置された分布パターンである
ことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内視鏡装置であって、
前記投影用光源は、前記光学アダプタに設けられ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、
前記明暗パターンを投影するための光と前記照明光とを切り替える切り替え手段を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、長尺の挿入部を備え、挿入部の先端に光学系や撮像素子等の観察手段を有する内視鏡が使用されている。このような内視鏡の中には、被検物に対して縞を投影した縞画像を、当該縞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た公知の位相シフト法により被検物の三次元形状を算出するものが知られている。例えば、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。
【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、縞投影用の光源から外部へ光を出射するための窓が、内視鏡装置の挿入部の先端面の２箇所に設けられているので、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、挿入部が細径化された内視鏡装置を提供すること、および、挿入部が細径化された内視鏡装置であっても精度良く三次元形状を計測することができる計測方法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。
本発明の一実施態様にかかる内視鏡装置は、光の明暗パターンが投影された被検物のパターン投影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、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光を発する照明部と、前記被検物に前記明暗パターンを投影するパターン投影部と、を備え、前記挿入部の先端面には、前記撮像部に前記被検物の像を結像させる対物光学系と、前記照明光を出射する１つ以上の照明窓と、前記パターン投影部から前記被検物へ前記明暗パターンを投影する１つの投影窓と、が設けられ、前記パターン投影部は、前記明暗パターンを生成するパターン生成部を備え、前記明暗パターンは、明部と暗部とが繰り返し交互に配置された分布パターンであり、前記対物光学系は、前記対物光学系の光軸のうち前記対物光学系から前記撮像部に向かう出射側の光軸が、前記挿入部の中心軸線に対して平行かつ偏心するように配置され、前記挿入部の先端部の外周面に露出され、入射側の光軸が前記中心軸線に対してねじれの位置に配置された側視型対物光学系であり、前記投影窓は、前記挿入部の先端部の外周面に露出され、前記投影窓の厚さ方向から前記投影窓を見たときの前記投影窓の中心を通り前記投影窓の厚さ方向に延びる中心線は、前記挿入部の中心軸線に対してねじれの位置に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の別の実施態様にかかる内視鏡装置は、光の明暗パターンが投影された被検物のパターン投影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、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光を発する照明部と、前記被検物に前記明暗パターンを投影するパターン投影部と、前記挿入部の先端部に着脱自在に装着可能な光学アダプタと、を備え、前記挿入部の先端面には、前記撮像部に前記被検物の像を結像させる対物光学系と、前記照明光を出射する１つ以上の照明窓と、前記パターン投影部から前記被検物へ前記明暗パターンを投影する１つの投影窓と、が設けられ、前記パターン投影部は、投影用光源と、前記光学アダプタに設けられ、前記投影用光源から出射される光の強度分布を変更し、前記明暗パターンを生成するパターン生成部と、を備え、前記明暗パターンは、明部と暗部とが繰り返し交互に配置された分布パターンであることを特徴とする。
【００１９】
また、前記投影用光源は、前記光学アダプタに設けられていてもよい。
【００２０】
また、また、本発明の内視鏡装置は、前記明暗パターンを投影するための光と前記照明光とを切り替える切り替え手段を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の内視鏡装置によれば、挿入部を細径化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】同内視鏡装置によって投影される明暗パターンを示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態の計測方法を示すフローチャートである。
【図４】同内視鏡装置の挿入部の先端面の配置の一例を示す模式図である。
【図５】同内視鏡装置の挿入部の先端面の配置の他の例を示す模式図である。
【図６】同内視鏡装置の挿入部の先端面の配置のさらに他の例を示す模式図である。
【図７】同内視鏡装置の挿入部の先端近傍の構成の一例を示す模式図である。
【図８】同内視鏡装置の挿入部の先端近傍の構成の他の例を示す模式図である。
【図９】同実施形態の変形例の内視鏡装置によって投影される明暗パターンを示す模式図である。
【図１０】同内視鏡装置の他の変形例における挿入部の先端面の配置を示す模式図である。
【図１１】同内視鏡装置のさらに他の変形例における挿入部の構成を示す図で、挿入部の中心軸に対して垂直方向を観察可能な内視鏡装置における挿入部の模式図である。
【図１２】図１０に示した変形例におけるプリズムのカバー部材が置かれた先端面を上から見た図である
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態の内視鏡装置１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、本実施形態の内視鏡装置１の構成を示すブロック図である。図２は、内視鏡装置１によって投影される明暗パターンを示す模式図である。
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ものであり、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。
【００２５】
図１に示すように、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。
また、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からの縞を挿入部の前方に照射するための投影窓１３とが設けられている。
【００２６】
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。
【００２７】
イメージャー３１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。
【００２８】
対物光学系３２は、挿入部１０の開口１１内に配置されている。所定の画角を有し、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
第一光源４１は、一般的な白色光源であり、本体部２０の内部に配置されている。第一光源４１としては、ＬＥＤやレーザーなどの発光素子や、ハロゲンランプ等を採用することができる。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
パターン投影部５０は、第二光源５１（投影用光源）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。
【００３６】
第二光源５１は、第一光源４１と同様の白色光源であり、本体部２０の内部に配置されている。なお、第二光源５１は、第一光源４１と波長が異なる光を発する光源であってもよい。
【００３７】
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。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の画角に適した視野範囲に広げて１つの投影窓１３から観察視野内に投影する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
パターン生成部５５は、位相がずれた複数の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をアクチュエータで移動させるものや、ガラスや樹脂等からなる透明な板に互いに位相のずれた複数の縞パターンが描かれたものをアクチュエータで移動させる公知の構成を用いることができる。
【００４１】
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位相がずれた複数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。
また、明暗パターンの形状としては、縞パターンに限らず、図２に示すようなライン状の複数の平行する線でもよいし、その他の例としては、例えば、図９に示すような１本の線（後述）でもよいし、複数の点や、複数の縦線と横線が交差した格子状のパターン、あるいは同心円状のパターンなどであってもよい。
【００４２】
本体部２０内に設けられた他の機構について説明する。第一光源４１および第二光源５１は、これらの光源のオン／オフを制御する光源制御部２１に接続されている。イメージャー制御部３３、パターン制御部５６、および光源制御部２１は、内視鏡装置１全体の制御を行うメイン制御部２２に接続されている。メイン制御部２２には、使用者が内視鏡装置１に各種入力を行うための操作部２３が接続されている。また、メイン制御部２２は、主記憶装置（ＲＡＭ２４）と接続されている。また、本実施形態では、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の補助記憶装置２５がメイン制御部２２に電気的に接続されている。
なお、必要に応じて、ファームウェア等を記録したＲＯＭ２６（あるいはＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなど）がメイン制御部２２に接続されていてもよい。
【００４３】
さらに、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が、イメージャー制御部３３およびメイン制御部２２に接続されており、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モニター２８がビデオプロセッサー２７に接続されている。
【００４４】
次に、本実施形態の計測方法について、上述の内視鏡装置１を用いて計測する例で説明する。
本実施形態の計測方法は、被検物の三次元形状を内視鏡装置１を用いて計測する計測方法である。内視鏡装置１の使用時には、まず、使用者は、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。
【００４５】
観察モードでは、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。
【００４６】
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。モードを切り替えるための指示を入力するためには、操作部２３にスイッチを設けたり、モニター２８をタッチパネルとしてソフトウェアスイッチを構成するなどの公知の入力装置を採用することができる。
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において、計測画像撮影処理（図３参照）が開始される。
【００４７】
計測画像撮影処理では、まず、内視鏡装置１が観察状態となっているか否かを判定する（図３に示すステップＳ１）。
ステップＳ１において観察状態となっていると判定された場合にはステップＳ３へ進み、ステップＳ１において観察状態以外（例えば後述する計測状態）となっている場合にはステップＳ２へ進む。
これでステップＳ１は終了する。
【００４８】
ステップＳ２は、内視鏡装置１を観察状態に切り替えるステップである。
ステップＳ２では、第一光源４１をオン制御し、第二光源５１をオフ制御する。これにより、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。
これでステップＳ２は終了し、ステップＳ３へ進む。
【００４９】
ステップＳ３は、縞パターンが投影されず、照明部４０からの白色光によって照明された被検物の画像を撮影するステップである。
ステップＳ３では、照明部４０からの白色光によって被検物を照明している状態で撮像部３０のイメージャー３１によって画像を取得する（以下、観察状態で撮影された画像を「明視野画像」と称する。）。
ステップＳ３において撮影された明視野画像は、ＲＡＭ２４に一時記憶される。
これでステップＳ３は終了し、ステップＳ４へ進む。
【００５０】
ステップＳ４は、所望の枚数のパターン投影画像を撮影するための分岐ステップである。
ステップＳ４では、予め定められたパターン投影画像の撮影予定枚数Ｎと現時点でＲＡＭ２４に記憶されたパターン投影画像の枚数とを比較し、ＲＡＭ２４に記憶されたパターン投影画像の枚数が撮影予定枚数Ｎ未満である場合にはステップＳ５へ進む。また、ＲＡＭ２４に記憶されたパターン投影画像の枚数が撮影予定枚数Ｎである場合にはステップＳ７へ進む。
これでステップＳ４は終了する。
【００５１】
ステップＳ５は、縞パターンを被検物に投影するステップである。
ステップＳ５では、メイン制御部２２の指令に基づいて、第一光源４１をオフ制御し、第二光源５１をオン制御する。すると、照明部４０から照射されていた白色光は消灯し、パターン投影部５０から縞パターンが被検物へ投影される。被検物に投影される縞パターンは、図２に示すように、白色光源による明部Ｒ１と、パターン生成部５５によって遮光された暗部Ｒ２とが交互に並べられたパターンとなる。また、パターン生成部５５は、アクチュエータを動作させ、縞パターンの位相を適切な位相に設定する。これにより、適切な縞が１ヶ所から被検物に投影されている状態（以下、この状態を「パターン投影状態」と称する。）となる。
これでステップＳ５は終了し、ステップＳ６へ進む。
【００５２】
ステップＳ６は、パターン投影状態でパターン投影画像を撮影するステップである。
ステップＳ６では、被検物に投影された縞パターンは、被検物の三次元形状に応じて変化したパターンとなっている。この状態で、撮像部３０のイメージャー３１によって画像を取得する（以下、パターン投影状態で撮影された画像を「パターン投影画像」と称する。）。
ステップＳ６において撮影されたパターン投影画像は、ＲＡＭ２４に一時記憶される。
これでステップＳ６は終了し、ステップＳ４へ進む。
ステップＳ４からステップＳ６は、パターン投影画像の撮影枚数が撮影予定枚数Ｎとなるまで繰り返される。このとき、ステップＳ５において、縞パターンの位相を適宜変更し、位相が異なる縞が投影された被検物の画像をたとえば１枚ずつ合計Ｎ枚撮影する。
【００５３】
ステップＳ７は、内視鏡装置１を観察状態に切り替えるステップである。
ステップＳ７では、第一光源４１をオン制御し、第二光源５１をオフ制御する。これにより、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。
これでステップＳ７は終了し、ステップＳ８へ進む。
【００５４】
ステップＳ８は、縞パターンが投影されず、照明部４０からの白色光によって照明された被検物の画像を撮影するステップである。
ステップＳ８では、照明部４０からの白色光によって被検物を照明している状態で撮像部３０のイメージャー３１によって明視野画像を撮影する。
ステップＳ８において撮影された明視野画像は、ＲＡＭ２４に一時記憶される。
これでステップＳ８は終了し、ステップＳ９へ進む。
【００５５】
ステップＳ９は、ステップＳ３からステップＳ８までの間に撮影された画像（明視野画像とパターン投影画像）に基づいて、ステップＳ３からステップＳ８までの間における挿入部１０と被検体との相対移動（以下「ブレ」と称する。）を検出するステップである。
ステップＳ９では、まず、ＲＡＭ２４に記憶された明視野画像と縞画像との少なくともいずれかから、２枚の画像を選択する。たとえば、本実施形態では、Ｎ枚のパターン投影画像を撮影する前に撮影された明視野画像と、Ｎ枚のパターン投影画像を撮影した後に撮影された明視野画像とを選択する。
続いて、選択された２枚の画像から同一の特徴点を検出し、２枚の画像における特徴点の座標を算出する。
これでステップＳ９は終了し、ステップＳ１０に進む。
【００５６】
ステップＳ１０は、ステップＳ９において検出された特徴点を用いて２つの画像のブレを判定して処理を分岐するステップである。
ステップＳ１０では、２枚の画像における特徴点の座標がそれぞれの画像において同一の座標にあれば、最初の画像と後の画像とにブレは生じていないと判定し、ステップＳ１１へ進む。逆に、２枚の画像における特徴点の座標がそれぞれの画像において異なる座標にあれば、最初の画像と後の画像とにブレが生じていると判定し、ブレが生じているので再度の撮影が必要であることを示すメッセージをモニター２８に表示し（ステップＳ１４）、一連の処理を終了する。
これでステップＳ１０は終了する。
【００５７】
ステップＳ１１は、撮影したパターン投影画像を用いた三次元計測を今行うか後で行うかを使用者に選択させるステップである。
ステップＳ１１では、例えば「計測を実施？」などの問い合わせをモニター２８に表示し、撮影したパターン投影画像を用いた三次元計測の実施の可否の入力を使用者に促す。
計測の実施が可であるとの入力があった場合には、ステップＳ１２へ進む。
計測の実施が否であるとの入力があった場合には、ステップＳ１５へ進む。
これでステップＳ１１は終了する。
【００５８】
ステップＳ１２は、三次元計測を行うための解析をするステップである。
ステップＳ１２では、ＲＡＭ２４に記憶されたパターン投影画像に基づいて、三次元形状の解析を行う。たとえば、本実施形態では、位相が異なるＮ枚のパターン投影画像を用いて、例えば公知の時間的位相シフト法によって被検物の三次元形状を解析する。
三次元形状の解析結果は、テキストファイルあるいはバイナリーファイルとして生成され、Ｎ枚のパターン投影画像とともに補助記憶装置２５に保存される。なお、ステップＳ１２は、ステップＳ１１の開始と同時にステップＳ１１のバックグラウンド処理として行われてもよい。
これでステップＳ１２は終了し、ステップＳ１３へ進む。
【００５９】
ステップＳ１３は、モニター２８上の表示を各種計測モードの画面に移行させ、ステップＳ１２で保存された情報を用いてモニター２８上に計測結果を表示するステップである。
ステップＳ１３では、ステップＳ３において取得した明視野画像（あるいはステップＳ８において取得した明視野画像）上に、ステップＳ１２において解析された結果をオーバーレイ表示する等、明視野画像に表示された被検物の三次元形状をモニター２８に表示する。これにより、使用者は、被検物の三次元形状を知ることができる。
これでステップＳ１３は終了し、一連の処理は終了する。
【００６０】
ステップＳ１５は、上記ステップＳ１１から分岐したステップであり、計測結果の表示を後で行うために必要な情報処理を行うステップである。
ステップＳ１５では、上記ステップＳ１２と同様に、ＲＡＭ２４に記憶されたパターン投影画像に基づいて、三次元形状の解析を行う。たとえば、本実施形態では、位相が異なるＮ枚のパターン投影画像を用いて、時間的位相シフト法によって被検物の三次元形状を解析する。
また、明視野画像、パターン投影画像、三次元形状の解析結果、および解析に用いた光学的パラメータを、それぞれバイナリーファイルあるいはテキストファイルとして補助記憶装置２５に保存する。この場合、例えばファイル名の一部を共通としたり、１つのディレクトリ（フォルダ）にこれらのファイルをまとめて保存したりすることにより、後で一括して読み出すことができるように補助記憶装置２５にこれらのファイルが保存される。
これでステップＳ１５は終了し、一連の処理は終了する。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態の内視鏡装置１および計測方法によれば、パターン投影部５０の投影窓１３が挿入部１０の先端面１０ａの１箇所に設けられているので、挿入部１０の先端面１０ａに投影窓１３を２つ設ける場合と比較して挿入部１０を細径化することができる。
【００６２】
また、従来のように縞パターンを投影するための投影窓１３を複数個所に設けると、内視鏡装置１の挿入部１０の先端面１０ａにおいて投影窓１３が占有する面積が大きく、照明窓１２や対物光学系３２の占有面積を大きくしにくい。例えば照明窓１２の占有面積が小さいと、照明光の光量が不足するおそれがあり、対物光学系３２の占有面積が小さいと、レンズの口径を大きくすることが難しく画像が暗くなるおそれがある。
これに対して、本実施形態の内視鏡装置１では、縞パターンを投影する投影窓１３が１つであるので、照明窓１２や対物光学系３２の占有面積を大きくすることができる。その結果、従来と同等の太さの挿入部１０でもより明るい画像を取得することができ、また従来より細径化された挿入部１０でも従来と同等以上の明るさの画像を取得することができる。
【００６３】
また、本実施形態の計測方法によれば、挿入部１０が細径化された内視鏡装置１であって縞パターンが１つの投影窓１３から投影される環境であっても精度良く三次元形状を計測することができる。
【００６４】
また、本実施形態の計測方法では、パターン投影画像を撮影する前後の明視野画像を用いてブレを検出し、ブレがないと判定された場合に三次元形状の解析を行うので、複数のパターン投影画像上の縞パターンがずれたまま解析が行われることがない。このため、三次元形状の解析精度を高めることができる。さらに、パターン投影画像を用いた計測結果を明視野画像上にオーバーレイ表示させるときの位置ずれを抑えることもできる。
【００６５】
（変形例１）
次に、上述の実施形態で説明した内視鏡装置１および計測方法の変形例について説明する。
本変形例では、パターン生成部５５に代えてパターン生成部５５Ａ（図１参照）を備える点で上述の実施形態と構成が異なっている。パターン生成部５５Ａは、位相の異なる明暗パターンを投影することはできず、特定の位相の明暗パターンを被検物に対して投影することができるようになっている。すなわち、本変形例のパターン生成部５５Ａは、スリット板などを移動させるアクチュエータを備えず小型に構成されている。
【００６６】
本変形例では、被検物の三次元形状の計測方法も異なっている。以下、上述の実施形態と処理内容が異なる点を中心に本変形例の計測方法を説明する。
本変形例の計測方法では、ステップＳ４における撮影予定枚数Ｎは１であり、上述の実施形態におけるステップＳ４ないしステップＳ６までの繰り返しはなく１枚のパターン投影画像を撮影してステップＳ７へ進む。
【００６７】
また、ステップＳ１２、ステップＳ１５における三次元形状の解析方法も上述の実施形態と異なっている。本変形例では、ステップＳ１２およびステップＳ１５において、１枚のパターン投影画像を用いて空間位相シフト法あるいはフーリエ変換法によって三次元形状の解析を行う。
【００６８】
本変形例では、１枚のパターン投影画像を用いて三次元形状の解析を行うので、上述の実施形態においてＮ枚の縞画像を取得する場合と比較して、画像の撮影を開始してから解析結果を得るまでの時間を短縮することができる。
【００６９】
なお、本変形例の計測方法は、スリット板などを移動させるアクチュエータを備えるパターン生成部５５を有していても同様に適用できる方法であり、複数枚のパターン投影画像を用いる時間的位相シフト法に比べて三次元形状を迅速に解析することができる。
【００７０】
（変形例２）
次に、上述の実施形態で説明した内視鏡装置１および計測方法の別の変形例について説明する。
本変形例では、パターン生成部５５Ａ（図１参照）を備えており、パターン投影部５０は、図９に示すような明または暗のライン状の１本のパターンを被検物に対して投影することができるようになっている。図９には、明部Ｒ１内に１本のすじ状の暗部Ｒ２が投影された場合が示されている。なお、暗部Ｒ２内に１本のすじ状の明部Ｒ１が投影されるようになっていてもよい。
パターン投影部５０から投影されるこの１本のパターン自体は、投影場所や方向が移動したり、形状が変形したりしない。
すなわち、本変形例のパターン生成部５５Ａは、スリット板などを移動させるアクチュエータを備えず小型に構成されている。
【００７１】
本変形例では、被検物の三次元形状の計測方法も異なっている。以下、上述の変形例１の実施形態と処理内容が異なる点を中心に本変形例の計測方法を説明する。
【００７２】
本変形例では、ステップＳ１２およびステップＳ１５において、１枚のパターン投影画像を用いて、光切断法によって三次元形状の解析を行う。本変形例では、１枚のパターン投影画像を用いて、１本のパターン上において三次元形状の解析を行うので、上述の実施形態において１枚のパターン投影画像の全面に対して解析する場合と比較して、三次元形状が測定できる部分は限定されるものの、解析時間を大幅に短縮することができる。
【００７３】
なお、本変形例の計測方法は、スリット板などを移動させるアクチュエータを備えるパターン生成部５５を有していても同様に適用できる方法である。複数枚のパターン投影画像を用いることで、視野範囲（画面上）の一部分だけでなく、複数の異なる部分（位置）においても三次元形状を迅速に解析することができる。
【００７４】
（変形例３）
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、第二光源５１を備えておらず、第一光源４１から発せられた光を第二ファイバーバンドル５３へ入射させる切り替え手段を備えている。
切り替え手段としては、たとえばＭＥＭＳミラーモジュールなど、第一光源４１から発せられた光の光路を複数の方向に切り替えるデバイスを採用することができる。
このような構成であっても上述の実施形態で説明した内視鏡装置１と同様の効果を奏する。また、光源が１つでよいので内視鏡装置１の部品点数を削減することができる。
【００７５】
（変形例４）
次に、上述の実施形態で説明した内視鏡装置１のさらに他の変形例について説明する。
本変形例では、内視鏡装置１の先端面１０ａの構成が上述の実施形態と異なっている。
図４ないし図６は、照明窓１２や投影窓１３等を先端面１０ａに備える直視型の挿入部１０の構成を示す図である。
図４ないし図６に示すように、内視鏡装置１の挿入部１０の先端面１０ａにおける各構成要素の配置には種々の態様がある。
【００７６】
例えば図４に示すように、挿入部１０の中心軸線Ｏ上に対物光学系３２が配置され、対物光学系３２の外周の半周分だけ対物光学系３２を囲むように照明窓１２が設けられ、対物光学系３２に対して照明窓１２と反対側に投影窓１３が配置されている。このような配置の場合には、照明窓１２の占有面積を大きくすることができる。また、対物光学系３２の形状は一般的に円または円に近い形状であるため、対物光学系３２の周囲に照明窓１２と投影窓１３を配置することで、配置面積が限られている内視鏡の先端部に効率よく配置することができ、内視鏡の先端部を細径化しやすい。さらに、内視鏡画像の中心と挿入部１０の中心軸線Ｏとが一致しているので、操作者が被検体の映像をモニターで観察しながら、違和感なく内視鏡を挿入することができる。
【００７７】
また、投影窓１３の奥側に、パターン生成部５５が設けられている。このパターン生成部５５は、投影窓１３と対物光学系との配置方向に対して垂直な方向にライン状のパターンが位置するように配置されている。このような配置は、対物光学系の中心点からライン状のパターンに対する垂線の距離（以下、基線長という）をできるだけ長く確保しつつ、投影窓と対物光学系の配置間隔を最も近づけた配置関係になっている。基線長が長いほど計測精度が向上するので、本変形例によれば、挿入部が細径化された内視鏡装置であっても精度良く三次元形状を計測することができる。
【００７８】
また、図５に示すように、図４に示した配置と異なり対物光学系３２が挿入部１０の中心軸線Ｏに対して偏心した位置に配置され、対物光学系３２および投影窓１３を間に挟む二箇所に照明窓１２が設けられた配置とすることもできる。対物光学系３２は、観察視野内の反射光を対物光学系３２からイメージャー３１に向かう出射側の光軸が、中心軸線Ｏに平行で、かつ偏心するように配置されている。
【００７９】
また、図６に示すように、挿入部１０の先端面１０ａにおいて、対物光学系３２が配置される開口１１、照明窓１２、および投影窓１３は、挿入部１０の中心軸線Ｏに対して偏心した位置に配置されていてもよい。また、対物光学系３２の光軸Ｌを通る上下軸Ｐ１および左右軸Ｑ１が、挿入部１０の中心軸を通る上下軸Ｐ２および左右軸Ｑ２と重ならない位置に配置されていてもよい。
【００８０】
開口１１、照明窓１２、および投影窓１３が挿入部１０の中心軸線Ｏに対して偏心した位置に設けられているので、例えば対物光学系３２が挿入部１０の中心軸線Ｏ上にあるような従来の内視鏡装置と比較して、挿入部１０をさらに細径化することができる。
【００８１】
（変形例５）
次に、上述の実施形態で説明した内視鏡装置１のさらに他の変形例について説明する。
本変形例では、第一光源４１および第二光源５１が挿入部１０の先端近傍に配置されている。
【００８２】
例えば図７に示すように、本変形例では、第一ファイバーバンドル４３を備えず、第一光源４１からの光は直接照明窓１２へ向けて照射され、第二ファイバーバンドル５３を備えず、第二光源５１からの光は直接縞パターン生成部５５へ向けて照射される。
【００８３】
また、図８に示すように、挿入部１０の先端近傍に第一光源４１、第二光源５１、およびイメージャー３１を有し、挿入部１０の先端部分に着脱可能な光学アダプター１０Ａを有する構成とすることもできる。
【００８４】
光学アダプター１０Ａには、照明窓１２、投影窓１３、および対物光学系３２の一部が収容されており、光学アダプター１０Ａの先端面１０ａが上述の実施形態における挿入部１０の先端面１０ａに相当する。
第一光源４１と照明窓１２とは、光学アダプター１０Ａ内に配置された光ファイバー４３Ａによって接続され、第二光源５１とパターン生成部５５とは光学アダプター１０Ａ内に配置された光ファイバー５３Ａによって接続されている。
【００８５】
図７および図８に示すような構成であっても、上述の実施形態で説明したのと同様の効果を奏する。
また、挿入部１０の先端近傍に第一光源４１および第二光源５１が設けられているので、挿入部１０をたとえば数十メートルの長さを超える長さとした場合に、第一ファイバーバンドル４３および第二ファイバーバンドル５３を用いる場合よりも光の損失が少なく、明るい画像を取得することができる。
【００８６】
（変形例６）
次に、上述の実施形態で説明した内視鏡装置１のさらに他の変形例について説明する。図１０は、図６の配置を更に変形した別の配置の変形例である。この変形例は、光学アダプタ１０Ａを有する構成の内視鏡装置の例であり、図１０は光学アダプタの先端面の図を示している。
【００８７】
挿入部１０の中心軸線Ｏ上に対物光学系３２が配置され、対物光学系３２の両側にそれぞれ照明窓１２と投影窓１３が配置されている。そして、光学アダプタ１０Ａの裏側に、第一光源や第二光源に本体側から電力を供給するための接点ピン１４が設けられている。
【００８８】
また、光学アダプタ１０Ａを挿入部１０の先端部に取り付ける際、挿入部の中心軸に対する回転方向の位置決めを行うために、光学アダプタ１０Ａの裏側に、位置決め用の溝１５、あるいはそれに代わる構造が設けられている。
【００８９】
このような、接点ピン１４や位置決め用の溝１５が、対物光学系３２に対して、照明窓１２と投影窓１３が配置されていない側にそれぞれ設けられている。これによって、光学アダプタ式であっても、接点ピン１４、位置決め用の溝１５、照明窓１２、投影窓１３がお互いに干渉することなく、それぞれを細径の内視鏡先端部に配置することをできる。
【００９０】
（変形例７）
次に、上述の実施形態で説明した内視鏡装置１のさらに他の変形例について説明する。図１１は、挿入部の中心軸に対して垂直方向を観察可能な内視鏡装置における先端部の変形例である。
本変形例では、先端面１０ａに代えて、挿入部１０の中心軸線に直交する直線が法線となる先端面１０ｂが挿入部１０の先端部の外周面の一部に形成されている。照明窓１２と投影窓１３とカバー部材３２ａは、何れも先端面１０ｂに配置されている。
対物光学系３２は、入射側の光軸Ｌ１を、対物光学系３２からイメージャー３１へ向かう出射側の光軸Ｌ２に対して交差した方向に向けるプリズム１６を有する。本変形例では、プリズム１６は対物光学系３２を構成する光学素子の一つである。
なお、入射側の光軸Ｌ１は、観察視野内の反射光がプリズム１６に入射するときの光軸であり、出射側の光軸Ｌ２は、観察視野内の反射光がプリズム１６からイメージャー３１に入射するときの光軸である。
本変形例では、入射側の光軸Ｌ１は、挿入部１０の中心軸線Ｏに対してねじれの位置にある。さらに、出射側の光軸Ｌ２は、挿入部１０の中心軸線Ｏと平行である。
【００９１】
図１２（ａ）（ｂ）は、図１１の内視鏡における先端面１０ｂを、先端面１０ｂに垂直な方向から見た図であり、照明窓１２と投影窓１３と対物光学系３２の配置例を示す平面図である。
【００９２】
図１１および図１２（ａ）に示すように、先端面１０ｂは、略平坦な平面となっている。図１２（ａ）に示すように、本変形例では、対物光学系３２と投影窓１３が、平面視で挿入部１０の中心軸線Ｏ上に配置され、２つの照明窓１２がカバー部材３２ａの側面に配置されている。対物光学系３２および投影窓１３は、何れも挿入部の先端部の外周面である先端面１０ｂに露出している。本変形例では、中心軸線Ｏを先端面１０ｂに対して垂直に投影した線を仮想中心線ＰＬとする。つまり、図１２（ａ）では対物光学系３２と投影窓１３とは、それらの中心と仮想中心線ＰＬとが交わる位置に配置されている。この場合、投影窓１３は、投影窓１３の厚さ方向から投影窓１３を見たときの投影窓の中心が、挿入部１０の中心軸線Ｏと入射側の光軸Ｌ１とによって規定される平面内に存する位置関係となっている。
また、図１２（ｂ）に示すように、カバー部材３２ａは、その中心が仮想中心線ＰＬと交わらない位置に配置され、照明窓１２は挿入部１０の仮想中心線ＰＬ上に配置され、さらに投影窓１３はその中心が仮想中心線ＰＬと交わらない位置に配置されていてもよい。このとき、カバー部材３２ａの中心とプリズム１６の光軸Ｌ１とが一致するように配置されており、対物光学系３２はその光軸Ｌ１と仮想中心線ＰＬとが交わらないように配置されている。
図１２（ｃ）（ｄ）はそれぞれ、図１２（ａ）（ｂ）に符号Ｄで示す方向から挿入部１０を見たときの図であり、挿入部１０の正面図である。図１２（ｃ）（ｄ）に示すように、本変形例では観察視野内の反射光がプリズム１６からイメージャー３１に入射するときの光軸Ｌ２と挿入部１０の中心軸線Ｏが偏心するように対物光学系３２及びイメージャー３１が配置されている。
【００９３】
これらに示したとおり、側面方向を観察する内視鏡の例であっても、従来のように明暗パターンを投影するための投影窓１３を複数個所に設けた場合と比べると、投影窓が１つであることで先端部を細径化しやすい。
なお、先端面に配置された各構成要素の形状や配置位置については、図１２（ａ）（ｂ）の例だけに限らない。たとえば、本変形例では光軸Ｌ１と光軸Ｌ２とが直交している場合について例示したが、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２とが直交以外の角度で交差している構成であってもよい。
【００９４】
（変形例８）
次に、上述の実施形態で説明した内視鏡装置１のさらに他の変形例について説明する。本変形例では、メイン制御部２２による制御動作が上述の実施形態および変形例と異なっている。
【００９５】
本変形例では、第二光源５１は、図７に示すように挿入部１０の先端側に設けられており、たとえばレーザー等のような高輝度な光源である。この場合、ステップＳ５では、メイン制御部２２の指令に基づいて、第一光源４１をオン制御したままで、第二光源５１をオン制御して、適切な縞が１ヶ所から被検物に投影されている状態を「縞投影状態」としてもよい。また、上述のステップＳ５では、撮像された画像がｎ番目の時とｎ+１番目の時では、明暗パターンの位相は変化させずに、第二光源５１を制御することで光量を変化させて、縞の輝度が異なる縞画像を撮影するようにしてもよい。
【００９６】
（変形例９）
次に、上述の実施形態で説明した内視鏡装置１のさらに他の変形例について説明する。本変形例では、メイン制御部２２による制御動作が上述の実施形態および変形例と異なっている。
【００９７】
本変形例では、上述のステップＳ９では、Ｎ枚の縞画像を撮影する前に撮影された明視野画像と、Ｎ枚の縞画像を撮影した後に撮影された明視野画像とを選択し、これら２枚の画像間における輝度値の差分の合計を計算する。
さらに、上述のステップＳ１０では、ステップＳ９において計算した輝度値の差分の合計が、しきい値よりも小さかったら、最初の画像と後の画像とにブレは生じていないと判定し、ステップＳ１１へ進む。逆に、ステップＳ９において計算した輝度値の差分の合計がしきい値よりも大きかったら、最初の画像と後の画像とにブレが生じていると判定し、ブレが生じているので再度の撮影が必要であることを示すメッセージをモニター２８に表示し（ステップＳ１４）、一連の処理を終了する。
上記の例は、画像一面に渡って差分を計算した例である。なお、画像のうちのある一部分のみだけを対象として処理を行ってもよい。また、１枚の明視野画像と１枚の縞画像とを用いて輝度の差分を計算してもよい。
【００９８】
（変形例１０）
次に、上述の実施形態で説明した内視鏡装置１のさらに他の変形例について説明する。本変形例では、メイン制御部２２による制御動作が上述の実施形態および変形例と異なっている。
本変形例では、第二光源５１（図７参照）が、複数の微小な発光素子で構成されている。第二光源５１に設けられた複数の発光素子は、２つ以上のグループ毎に点灯制御される。
【００９９】
たとえば、発光素子による複数のグループが、明暗パターン生成部５５上に設けられる縞模様の位相方向に配置されていれば、明暗パターン生成部５５が縞の位相を任意に変化させることはできない単なるスリットが付いている板、あるいは、それに類似するものであってもよい。この場合、ステップＳ５では、点灯させる発光素子のグループを順番に切り替えることで異なる複数の縞が被検物に投影される。さらに、ステップＳ６では、これら各々の縞画像を撮影できる。
【０１００】
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、ブレを検出するために用いる画像として２枚の明視野画像を選択する例を示したが、ブレを検出するために用いる画像として縞画像を用いても構わない。また、明視野画像を２枚より多く撮影することもでき、２枚より多くの明視野画像がある場合には必要に応じてこれらの明視野画像から必要枚数の画像を選択してブレを検出することができる。
また、上述の実施形態及び各変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  内視鏡装置
１０  挿入部
１０ａ  先端面
１１  開口
１２  照明窓
１３  投影窓
２０  操作部
３０  撮像部
３２  対物光学系
４０  照明部
５０  パターン投影部
Ｏ  中心軸線
ＰＬ  仮想中心線
【図１】
0005893264.tif 000002
【図２】
0005893264.tif 000003
【図３】
0005893264.tif 000004
【図４】
0005893264.tif 000005
【図５】
0005893264.tif 000006
【図６】
0005893264.tif 000007
【図７】
0005893264.tif 000008
【図８】
0005893264.tif 000009
【図９】
0005893264.tif 000010
【図１０】
0005893264.tif 000011
【図１１】
0005893264.tif 000012
【図１２】
0005893264.tif 000013