(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺の挿入部と、
複数の構造化したパターンに対応した予め定めた波長帯域にある複数の計測光を、被検物に照射するパターン投影部と、
複数の前記計測光を前記被検物に順次照射することにより得られた前記被検物の複数の計測画像に基づいて、指定された測定点に応じた前記被検物に対する３次元の計測を行う３次元計測部と、
を備え、
複数の前記計測光は、互いに位相が異なり、
前記パターン投影部は、
複数の前記計測光のそれぞれに対応する複数の出射端と、
複数の前記計測光を複数の前記出射端より順次に出射するために設けられ、複数の前記出射端を切り替える光スイッチング素子と、
を備え、
複数の前記出射端は、複数の前記パターンの形状が予め定めた方向に近接して並ぶように前記挿入部の先端部に配置され、
前記３次元計測部は、
それぞれの前記計測光の照射によって得られたそれぞれの前記計測画像に基づいて、前記３次元の計測を行う、
ことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
複数の前記出射端のそれぞれは、
複数の前記計測光のそれぞれの照射によって得られる複数の前記計測画像において予め定めた前記方向と、複数の前記出射端のそれぞれの中心を結ぶ中心線の方向とが平行で、かつ、複数の前記計測光のそれぞれの基線長が同じであるように配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記パターン投影部は、
複数の前記計測光のそれぞれの強度が正弦波状に変化する縞状の構造化パターンに変換する、
ことを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記パターン投影部は、
前記予め定めた波長帯域の光を発光する投影光源と、
入射した光を前記構造化したパターンの光に変換し、かつ予め定めた固定のシフト量だけ位相シフトして出射するパターン変換部と、
を備え、
前記パターン変換部は、光の干渉を利用して前記投影光源が発光した前記光を前記縞状の構造化パターンの光に変換し、かつ互いに異なる前記予め定めた固定のシフト量だけ位相シフトして、複数の前記計測光を生成する、
ことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記パターン変換部は、
入射した前記光を２つの光路に分離し、それぞれの光路に対応する複数の前記出射端の組から放射する光の干渉を利用して入射した前記光を前記縞状の構造化パターンに変換し、前記縞状の構造化パターンに変換された前記光の位相を前記予め定めた固定のシフト量だけ位相シフトして出射する縞生成デバイスで構成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記パターン投影部は、
互いに異なるそれぞれの位相に対応する前記パターン変換部を複数備え、それぞれの前記パターン変換部が前記挿入部の前記先端部に配置される、
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記パターン投影部は、
複数の前記パターン変換部に対応する複数の前記投影光源を備える、
ことを特徴とする請求項６に記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記パターン投影部は、
複数の前記パターン変換部に共通する１つの前記投影光源を備える、
ことを特徴とする請求項６に記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記パターン変換部は、
入射した前記光を２つの光路に分離し、それぞれの光路に対応する複数の前記出射端の組から放射する光の干渉を利用して入射した前記光を前記縞状の構造化パターンに変換し、前記縞状の構造化パターンに変換された前記光の位相を互いに異なる前記予め定めた固定のシフト量だけそれぞれ位相シフトして出射する縞生成デバイスで構成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記パターン投影部は、
少なくとも１つの前記パターン変換部を備え、前記パターン変換部が前記挿入部の前記先端部に配置される、
ことを特徴とする請求項４または請求項９に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記パターン投影部は、
前記パターン変換部に対応する少なくとも１つの前記投影光源を備える、
ことを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
前記投影光源は、
可視光の波長帯域の前記光を発光する光源である、
ことを特徴とする請求項４から請求項１１のいずれか１の項に記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
前記投影光源は、
レーザー光を発光する光源である、
ことを特徴とする請求項４から請求項１２のいずれか１の項に記載の内視鏡システム。
【請求項１４】
前記投影光源は、
前記挿入部の基端側に位置する本体部に配置される、
ことを特徴とする請求項４から請求項１３のいずれか１の項に記載の内視鏡システム。
【請求項１５】
前記パターン投影部は、
互いに異なる位相の少なくとも３つの前記計測光を前記被検物に照射する、
ことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１の項に記載の内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡システムに関し、特に、構造化したパターンの複数の光を被検物に照射して測定を行う内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工業分野や医療分野において、長尺の挿入部を被検物内に挿入し、挿入部の先端に位置する先端部内に備えた撮像素子によって被検物内を撮影する内視鏡装置が実用化されている。また、近年では、撮影した被写体の形状を把握するために、３次元の計測技術を搭載した内視鏡装置のシステム（内視鏡システム）も製品化されている。
【０００３】
３次元の計測技術を大きく分類すると、パッシブ方式とアクティブ方式とがある。パッシブ方式は、例えば、被写体を撮影した右目に相当する画像と左目に相当する画像とから生成した３次元画像に基づいて計測する、いわゆる、ステレオ計測に代表されるような方式である。また、アクティブ方式は、例えば、縞状などに構造化したパターンの光を被写体に照射し、撮影した画像に含まれる縞の間隔などの変化の情報を利用して計測する、いわゆる、縞投影計測に代表されるような方式である。
【０００４】
パッシブ方式の計測では、右目に相当する撮像素子と左目に相当する撮像素子とを備える。ステレオ計測では、左目に相当する画像と右目に相当する画像とから対応点を探索するのが一般的であるが、被写体の表面の凹凸に応じたテクスチャ（質感や手触りなど）が少ないと、対応点を正確に探索することが難しい。これ対してアクティブ方式の計測は、構造化したパターンの光を照射する構成を内視鏡装置の先端部内に備えることで実現することができる。そして、アクティブ方式の計測は、テクスチャに依存することなく計測を行うことができる、撮影した画像の全画面で計測を行う場合には処理時間が短い、などの利点をもっている。
【０００５】
このため、例えば、特許文献１のように、３次元の計測を行う構成として、アクティブ方式の計測、つまり、縞投影計測を行う構成を搭載した内視鏡システムの技術が提案されている。特許文献１に開示された技術では、構造化したパターンの光に位相差をもたせる位相シフトを行って被写体に複数回照射し、それぞれの位相で撮影した複数の画像から３次元画像を生成して３次元の計測を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−０８７５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、内視鏡装置は、様々な環境下で利用される。例えば、工業分野では、高温や高湿の環境や低温の環境において被検物の計測を行うことかある。このため、内視鏡装置では、計測を行う環境に影響されることなく正しい計測結果を得られることが必要である。つまり、内視鏡装置では、外部環境の変動などの外乱に対して高い耐性（ロバスト性）が要求される。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された内視鏡システムでは、被写体に複数回照射する光を本体部で位相シフトし、挿入部に備えた光ファイバによって先端部に導光している。そして、特許文献１に開示された内視鏡システムでは、光ファイバによって先端部に導かれた光を、先端部に備えた複屈折板と偏光板によって構造化したパターンの光に変換して被写体に照射している。
【０００９】
この構成のため、特許文献１に開示された内視鏡システムでは、被写体に照射する構造化したパターンの光の位相が、外部環境の変動や挿入部の屈曲の影響によって変動してしまうことがある。例えば、高温の環境で被検物の計測を行うと、先端部に備えた複屈折板おける常光と異常光の屈折率特性が変化し、出射する構造化パターンの周期が変化してしまうことがある。また、例えば、挿入部が大きく屈曲している状態で被検物の計測を行うと、挿入部に備えた光ファイバにおける光の伝搬経路が変化し、位相シフトした光を本体部から先端部に導いている途中で、導光している光の位相が変動してしまうことがある。そして、特許文献１に開示された内視鏡システムでは、外部環境の変動や挿入部の屈曲などの外乱の影響によって導光している光の位相が変動してしまうと、この光の位相の変動に伴って、先端部で変換して被写体に照射する光の構造化パターンの位相も変動してしまう。例えば、縞状に構造化したパターンの光を被写体に照射する場合、導光している光の位相変動によって、縞の位置、つまり、縞の位相が変動してしまう。
【００１０】
アクティブ方式での３次元の計測では、計測中に被写体に照射した光の構造化パターンが変動すると、正しい３次元の計測結果を得ることができなくなってしまう。このようなことから、特許文献１に開示された内視鏡システムでは、外部環境などの変動によって、計測性能が低下（計測精度が劣化）してしまうことがある。
【００１１】
本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、３次元の計測技術を搭載した内視鏡システムにおいて、外乱に対して高い耐性を有し、正確な計測結果を得ることができる構成を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、内視鏡システムは、長尺の挿入部と、複数の構造化したパターンに対応した予め定めた波長帯域にある複数の計測光を、被検物に照射するパターン投影部、複数の前記計測光を前記被検物に順次照射することにより得られた前記被検物の複数の計測画像に基づいて、指定された測定点に応じた前記被検物に対する３次元の計測を行う３次元計測部と、を備え、複数の前記計測光は、互いに位相が異なり、前記パターン投影部は、複数の前記計測光のそれぞれに対応する複数の出射端と、複数の前記計測光を複数の前記出射端より順次に出射するために設けられ、複数の前記出射端を切り替える光スイッチング素子と、を備え、複数の前記出射端は、複数の前記パターンの形状が予め定めた方向に近接して並ぶように前記挿入部の先端部に配置され、前記３次元計測部は、それぞれの前記計測光の照射によって得られたそれぞれの前記計測画像に基づいて、前記３次元の計測を行う。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様の内視鏡システムにおいて、複数の前記出射端のそれぞれは、複数の前記計測光のそれぞれの照射によって得られる複数の前記計測画像において予め定めた前記方向と、複数の前記出射端のそれぞれの中心を結ぶ中心線の方向とが平行で、かつ、複数の前記計測光のそれぞれの基線長が同じであるように配置されてもよい。
【００１４】
本発明の第３の態様によれば、上記第２の態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン投影部は、複数の前記計測光のそれぞれの強度が正弦波状に変化する縞状の構造化パターンに変換してもよい。
【００１５】
本発明の第４の態様によれば、上記第３の態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン投影部は、前記予め定めた波長帯域の光を発光する投影光源と、入射した光を前記構造化したパターンの光に変換し、かつ予め定めた固定のシフト量だけ位相シフトして出射するパターン変換部と、を備え、前記パターン変換部は、光の干渉を利用して前記投影光源が発光した前記光を前記縞状の構造化パターンの光に変換し、かつ互いに異なる前記予め定めた固定のシフト量だけ位相シフトして、複数の前記計測光を生成してもよい。
【００１６】
本発明の第５の態様によれば、上記第４の態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン変換部は、入射した前記光を２つの光路に分離し、それぞれの光路に対応する複数の前記出射端の組から放射する光の干渉を利用して入射した前記光を前記縞状の構造化パターンに変換し、前記縞状の構造化パターンに変換された前記光の位相を前記予め定めた固定のシフト量だけ位相シフトして出射する縞生成デバイスで構成されてもよい。
【００１７】
本発明の第６の態様によれば、上記第４の態様または上記第５の態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン投影部は、互いに異なるそれぞれの位相に対応する前記パターン変換部を複数備え、それぞれの前記パターン変換部が前記挿入部の前記先端部に配置されてもよい。
【００１８】
本発明の第７の態様によれば、上記第６の態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン投影部は、複数の前記パターン変換部に対応する複数の前記投影光源を備えてもよい。
【００１９】
本発明の第８の態様によれば、上記第６の態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン投影部は、複数の前記パターン変換部に共通する１つの前記投影光源を備えてもよい。
【００２０】
本発明の第９の態様によれば、上記第４の態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン変換部は、入射した前記光を２つの光路に分離し、それぞれの光路に対応する複数の前記出射端の組から放射する光の干渉を利用して入射した前記光を前記縞状の構造化パターンに変換し、前記縞状の構造化パターンに変換された前記光の位相を互いに異なる前記予め定めた固定のシフト量だけそれぞれ位相シフトして出射する縞生成デバイスで構成されてもよい。
【００２１】
本発明の第１０の態様によれば、上記第４の態様または上記第９の態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン投影部は、少なくとも１つの前記パターン変換部を備え、前記パターン変換部を当該内視鏡システムの先端部に配置してもよい。
【００２２】
本発明の第１１の態様によれば、上記第１０の態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン投影部は、前記パターン変換部に対応する少なくとも１つの前記投影光源を備えてもよい。
【００２３】
本発明の第１２の態様によれば、上記第４の態様から上記第１１の態様のいずれか一態様の内視鏡システムにおいて、前記投影光源は、可視光の波長帯域の光を発光する光源であってもよい。
【００２４】
本発明の第１３の態様によれば、上記第４の態様から上記第１２の態様のいずれか一態様の内視鏡システムにおいて、前記投影光源は、レーザー光を発光する光源であってもよい。
【００２５】
本発明の第１４の態様によれば、上記第４の態様から上記第１３の態様のいずれか一態様の内視鏡システムにおいて、前記投影光源は、前記挿入部の基端側に位置する本体部に配置されてもよい。
【００２６】
本発明の第１５の態様によれば、上記第１の態様から上記第１４の態様のいずれか一態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン投影部は、互いに異なる位相の少なくとも３つの前記計測光を前記被検物に照射してもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、３次元の計測技術を搭載した内視鏡システムにおいて、外乱に対して高い耐性を有し、正確な計測結果を得ることができる構成を提供することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態による内視鏡システムの概略構成の一例を示した図である。
【図２】本第１の実施形態の内視鏡システムに備えたパターン投影部に含まれる縞生成部の概略構成の一例を示した図である。
【図３】本第１の実施形態の内視鏡システムに備えたパターン投影部に含まれる投影光学系の先端部における配置の一例を示した図である。
【図４】本第１の実施形態の内視鏡システムにおける光の照射タイミングの一例を示したタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態による内視鏡システムの概略構成の一例を示した図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による内視鏡システムの概略構成の一例を示した図である。
【図７】本第３の実施形態の内視鏡システムに備えたパターン投影部に含まれる縞生成部の概略構成の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、本発明の内視鏡システムが、工業用の内視鏡装置である場合について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による内視鏡システムである工業用の内視鏡装置（以下、単に「内視鏡装置」という）の概略構成の一例を示した図である。図１に示した内視鏡装置１は、被検物の内部の観察や、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。
【００３０】
内視鏡装置１は、長尺で軟性の挿入部３と、挿入部３の基端が接続された本体部２とを備えている。また、本体部２と接続された基端と反対側の挿入部３の先端に位置する先端部４には、被検物を撮影するための撮像部５と、撮像部が撮影する範囲に光を照射するための照明部６と、予め定めた周期で明暗に構造化した複数（種類）のパターンの光を被検物に投影するためのパターン投影部７１との一部の構成要素が配置されている。先端部４の端面４０には、撮像部５に外部からの光を入射させるための開口部４５と、照明部６からの光を前面に照射するための照明窓４６と、パターン投影部７１が構造化したパターンの光を前面に照射するための投影窓４７とが設けられている。
【００３１】
挿入部３は、図１に示したように、管状に形成されており、被検物の内部または被検物までのアクセス経路に挿入されて、先端部４を撮影する被検物の近傍に導く。なお、以下の説明においては、パターン投影部７１が被検物に投影する光を構造化するパターンが、光の明暗、つまり、光の強度が水平方向の正弦波状に変化する縞状のパターン（縦縞のパターン）であるものとして説明する。
【００３２】
撮像部５は、本体部２内に配置された撮像制御部５１と、先端部４内に配置された撮像素子５２および対物光学系５３とを含んで構成される。対物光学系５３は、先端部４の端面４０に設けられた開口部４５に正対する所定の画角をもった光学レンズ群である。なお、図１に示した内視鏡装置１の構成では、対物光学系５３が１つの光学レンズで構成されている場合を示しているが、対物光学系５３は、複数の光学レンズで構成されてもよい。対物光学系５３は、開口部４５から入射された所定の画角によって規定される観察範囲内の被検物からの反射光を撮像素子５２に入射させ、被検物の像を撮像素子５２の撮像面に結像させる。なお、図１に示した内視鏡装置１の構成では、対物光学系５３に、開口部４５の開口を塞ぐための光の透過性を有するカバー部材５４を備えている場合を示している。
【００３３】
撮像素子５２は、２次元の行列状に画素が複数配置され、対物光学系５３によって結像された被検物の映像を撮影し、撮影した映像に応じた画素信号を出力する、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）イメージセンサや、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサに代表されるイメージセンサである。撮像素子５２は、挿入部３内に備えた信号線５５を介して伝送された、本体部２内の撮像制御部５１から出力された駆動信号によって駆動される。また、撮像素子５２は、撮影した映像に応じたそれぞれの画素信号を映像信号として、信号線５５を介して撮像制御部５１に出力する。なお、撮像素子５２は、イメージセンサを含む公知の技術を適宜選択して構成することができる。
【００３４】
撮像制御部５１は、メイン制御部８１からの制御に応じて、撮像素子５２の駆動および映像信号を取得する際の設定など、種々の制御を行う。より具体的には、撮像制御部５１は、挿入部３内の信号線５５を介して先端部４内に配置された撮像素子５２を駆動する。また、撮像制御部５１は、撮像素子５２が撮影した映像に応じた映像信号の信号線５５への出力、つまり、映像信号の信号線５５を介した伝送を制御する。また、撮像制御部５１は、信号線５５を介して撮像素子５２から取得した映像信号を、本体部２内に配置された映像処理部８６に出力する。
【００３５】
照明部６は、本体部２内に配置された照明光源６１およびカップリングレンズ６２と、挿入部３内を通るファイババンドル６３と、先端部４内に配置された照明光学系６４とを含んで構成される。照明光源６１は、一般的な白色の光源である。照明光源６１は、光源として、白色ＬＥＤやレーザーなどの発光素子、ハロゲンランプなどの電灯を用いることができる。
【００３６】
カップリングレンズ６２は、照明光源６１から発せられた光を、ファイババンドル６３の径と同程度まで収束させる光学レンズである。カップリングレンズ６２は、収束させた光をファイババンドル６３に導入する。ファイババンドル６３は、カップリングレンズ６２から導入された光を、挿入部３を通して照明光学系６４まで導く光ファイバである。なお、本発明においては、ファイババンドル６３の構成や種類には、特に制限はなく、例えば、一般的なライトガイドなどをファイババンドル６３として用いることもできる。
【００３７】
照明光学系６４は、先端部４の端面４０に設けられた照明窓４６に正対する光学レンズ群である。なお、図１に示した内視鏡装置１の構成では、照明光学系６４が１つの光学レンズで構成されている場合を示しているが、照明光学系６４は、複数の光学レンズで構成されてもよい。照明光学系６４は、照明光源６１から発せられてファイババンドル６３によって導かれた光を、対物光学系５３における所定の画角によって規定される観察範囲にまで広げて照明窓４６から出射させる。これにより、照明光源６１から発せられた光が、先端部４の前面、つまり、内視鏡装置１における被検物の観察範囲にまんべんなく照射される。なお、照明光学系６４には、照明窓４６の開口を塞ぐため、光の透過性を有するカバー部材（不図示）を有していてもよい。
【００３８】
パターン投影部７１は、本体部２内に配置されたパターン投影光源７１１ａ、パターン投影光源７１１ｂ、カップリングレンズ７１２ａ、カップリングレンズ７１２ｂ、およびパターン制御部７１６と、挿入部３内を通る光ファイバ７１３ａおよび光ファイバ７１３ｂと、先端部４内に配置された縞生成部７１４ａ、縞生成部７１４ｂ、投影光学系７１５ａ、および投影光学系７１５ｂとを含んで構成される。
【００３９】
パターン投影光源７１１ａおよびパターン投影光源７１１ｂのそれぞれは、予め定めた特定の波長帯域の光源である。パターン投影光源７１１ａおよびパターン投影光源７１１ｂのそれぞれは、光源として、レーザーや予め定めた色のＬＥＤなどの発光素子を用いることができる。なお、パターン投影光源７１１ａとパターン投影光源７１１ｂとのそれぞれが発光する光の波長帯域は、同じ波長帯域である。また、パターン投影光源７１１ａとパターン投影光源７１１ｂとのそれぞれが発光する光の波長帯域は、可視光の波長帯域であっても赤外光の波長帯域であってもよい。例えば、パターン投影光源７１１ａおよびパターン投影光源７１１ｂのそれぞれは、赤色の波長帯域のレーザー光源であってもよい。なお、以下の説明においてパターン投影光源７１１ａとパターン投影光源７１１ｂとのそれぞれを区別しない場合には、「パターン投影光源７１１」という。
【００４０】
カップリングレンズ７１２ａおよびカップリングレンズ７１２ｂのそれぞれは、対応するパターン投影光源７１１ａまたはパターン投影光源７１１ｂから発せられた特定の波長帯域のレーザー光を、対応する光ファイバ７１３ａまたは光ファイバ７１３ｂの径と同程度まで収束させる光学レンズである。カップリングレンズ７１２ａは、対応するパターン投影光源７１１ａが発光したレーザー光を収束させて、対応する光ファイバ７１３ａに導入する。また、カップリングレンズ７１２ｂは、対応するパターン投影光源７１１ｂが発光したレーザー光を収束させて、対応する光ファイバ７１３ｂに導入する。なお、以下の説明においてカップリングレンズ７１２ａとカップリングレンズ７１２ｂとのそれぞれを区別しない場合には、「カップリングレンズ７１２」という。
【００４１】
光ファイバ７１３ａおよび光ファイバ７１３ｂのそれぞれは、対応するカップリングレンズ７１２ａまたはカップリングレンズ７１２ｂから導入されたレーザー光を、挿入部３を通して、対応する縞生成部７１４ａまたは縞生成部７１４ｂまで導く光ファイバである。光ファイバ７１３ａは、対応するカップリングレンズ７１２ａから導入されたレーザー光を、対応する縞生成部７１４ａまで導く。また、光ファイバ７１３ｂは、対応するカップリングレンズ７１２ｂから導入されたレーザー光を、対応する縞生成部７１４ｂまで導く。なお、本発明においては、光ファイバ７１３ａおよび光ファイバ７１３ｂのそれぞれの構成や種類も、ファイババンドル６３と同様に、特に制限はない。なお、以下の説明において光ファイバ７１３ａと光ファイバ７１３ｂとのそれぞれを区別しない場合には、「光ファイバ７１３」という。
【００４２】
縞生成部７１４ａおよび縞生成部７１４ｂのそれぞれは、挿入部３内に備えた対応する信号線７１７ａまたは信号線７１７ｂを介して伝送された、本体部２内のパターン制御部７１６から出力された制御信号に応じて、対応するパターン投影光源７１１から発せられて対応する光ファイバ７１３によって導かれたレーザー光から、被検物に投影するために予め定めた周期で構造化したパターンに変換した光（以下、「パターン光」という）を生成する縞生成デバイスである。このとき、縞生成部７１４ａおよび縞生成部７１４ｂのそれぞれは、生成したパターン光に予め定めた位相差をもたせる。ここで、縞生成部７１４ａおよび縞生成部７１４ｂのそれぞれが生成したパターン光にもたせる位相差は、縞生成部７１４ａと縞生成部７１４ｂとで互いに異なる予め定めた固定の位相差、つまり、予め定めた互いに異なる位相シフト量である。そして、縞生成部７１４ａおよび縞生成部７１４ｂのそれぞれは、互いに異なる位相シフト量のそれぞれのパターン光を、対応する投影光学系７１５ａまたは投影光学系７１５ｂに出射する。なお、内視鏡装置１では、パターン投影部７１が被検物に投影するために変換する構造化のパターンが、縦縞のパターンである。従って、縞生成部７１４ａおよび縞生成部７１４ｂのそれぞれは、レーザー光を縦縞のパターン光に変換し、かつ予め定めた異なる位相シフトを行ったそれぞれのパターン光を、対応する投影光学系７１５ａまたは投影光学系７１５ｂに出射する。なお、以下の説明において縞生成部７１４ａと縞生成部７１４ｂとのそれぞれを区別しない場合には、「縞生成部７１４」という。
【００４３】
パターン制御部７１６は、メイン制御部８１からの制御に応じて、縞生成部７１４ａおよび縞生成部７１４ｂのそれぞれが対応する投影光学系７１５ａまたは投影光学系７１５ｂに出射するパターン光の構造化パターンを制御する。より具体的には、パターン制御部７１６は、信号線７１７ａまたは信号線７１７ｂを介して対応する縞生成部７１４ａおよび縞生成部７１４ｂのそれぞれに出力する制御信号によって、縞生成部７１４ａおよび縞生成部７１４ｂのそれぞれが生成する縦縞のパターンにおける縞の強度、つまり、レーザー光の強度を水平方向の正弦波状に変化させる際の位相を制御する。
【００４４】
投影光学系７１５ａおよび投影光学系７１５ｂのそれぞれは、先端部４の端面４０に設けられた投影窓４７に正対する光学レンズ群である。なお、図１に示した内視鏡装置１の構成では、投影光学系７１５ａおよび投影光学系７１５ｂのそれぞれが１つの光学レンズで構成されている場合を示しているが、投影光学系７１５ａおよび投影光学系７１５ｂのそれぞれは、複数の光学レンズで構成されてもよい。投影光学系７１５ａおよび投影光学系７１５ｂのそれぞれは、対応する縞生成部７１４ａまたは縞生成部７１４ｂのそれぞれがレーザー光を変換して位相シフトした後に出射したパターン光を、対物光学系５３における所定の画角によって規定される観察範囲にまで広げて投影窓４７から出射させる。これにより、異なる位相シフトがされたそれぞれのパターン光が、先端部４の前面の内視鏡装置１における被検物の観察範囲にまんべんなく照射される。なお、投影光学系７１５ａおよび投影光学系７１５ｂのそれぞれにも、照明光学系６４と同様に、投影光学系７１５ａおよび投影光学系７１５ｂのそれぞれの開口を塞ぐために、光の透過性を有するカバー部材（不図示）を有していてもよい。なお、以下の説明において投影光学系７１５ａと投影光学系７１５ｂとのそれぞれを区別しない場合には、「投影光学系７１５」という。
【００４５】
その他、内視鏡装置１では、本体部２内に、光源制御部８０と、映像処理部８６と、操作部８２と、モニタ８７と、メイン制御部８１と、主記憶装置（ＲＡＭ）８３と、補助記憶部８４と、ＲＯＭ８５と、を備えている。
【００４６】
光源制御部８０は、メイン制御部８１からの制御に応じて、照明光源６１、パターン投影光源７１１ａ、およびパターン投影光源７１１ｂのオン、オフを制御することによって光の発光、つまり、被検物への光の照射を制御する。なお、光源制御部８０における照明光源６１、パターン投影光源７１１ａ、およびパターン投影光源７１１ｂの発光制御の方法に関する詳細な説明は、後述する。
【００４７】
映像処理部８６は、メイン制御部８１からの制御に応じて、撮像制御部５１から出力された映像信号に対して種々の処理を行い、映像信号に基づいた映像（画像）、すなわち、撮像部５に備えた撮像素子５２が撮影した被検物の画像を生成する。そして、映像処理部８６は、生成した被検物の画像をメイン制御部８１に出力する。
【００４８】
操作部８２は、内視鏡装置１の動作を制御するために使用者（ユーザ）によって操作されるユーザーインターフェースやコントローラである。ユーザは、操作部８２を操作することによって、内視鏡装置１に所望の動作や処理を実行させる。例えば、操作部８２の操作によって、ユーザは、挿入部３を被検物内に挿入する際に先端部４が向かう方向の変更や、被検物の撮影を指示する。また、操作部８２の操作によって、ユーザは、３次元の計測を行う際の測定点の位置を、所望の位置に設定する。操作部８２は、ユーザによって操作された内容を表す情報を、メイン制御部８１に出力する。
【００４９】
モニタ８７は、内視鏡装置１の動作や操作内容、撮影した被検物の画像を表示する表示部である。モニタ８７は、メイン制御部８１から入力された画像を表示する。ユーザは、モニタ８７に表示された画像を確認しながら、操作部８２を操作することによって、内視鏡装置１を使用した被検物の観察を行う。
【００５０】
メイン制御部８１は、内視鏡装置１の構成要素、すなわち、内視鏡装置１全体を制御する。例えば、内視鏡装置１が被検物を観察する際の撮像部５による撮影動作や、被検物の画像のモニタ８７への表示動作などに応じて、内視鏡装置１内の各構成要素の動作を制御する。メイン制御部８１には、ＲＡＭ８３、補助記憶部８４、およびＲＯＭ８５などの外部記憶部が接続されている。メイン制御部８１は、接続されたＲＡＭ８３、補助記憶部８４、またはＲＯＭ８５に記憶されたデータに基づいて、種々の処理を行う。
【００５１】
ＲＡＭ８３は、例えば、ＤＲＡＭなどの書き換え可能な揮発性メモリであり、メイン制御部８１が処理を実行するために用いるデータや、処理の途中で生成したデータなどが、一時的に格納される。ＲＡＭ８３には、映像処理部８６が生成してメイン制御部８１に出力した被検物の画像が一時的に格納される。また、ＲＡＭ８３に格納された被検物の画像は、メイン制御部８１によって読み出されて、モニタ８７に出力される。
【００５２】
補助記憶部８４は、例えば、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記憶装置であり、メイン制御部８１が処理を実行した最終的な結果のデータなどを格納する。ＲＯＭ８５は、例えば、ＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどの書き換え可能な不揮発性メモリであり、内視鏡装置１（メイン制御部８１）を起動するためのファームウェアなどのプログラムや、メイン制御部８１が実行する処理のプログラムなどが格納されている。
【００５３】
また、メイン制御部８１は、映像処理部８６が生成した被検物の画像に基づいて、内視鏡装置１における３次元の計測の処理を行う。このとき、メイン制御部８１は、３次元の計測を行う際の測定点を設定するための被検物の画像をモニタ８７に表示させる。そして、メイン制御部８１は、操作部８２から入力された操作の内容を表す情報に含まれる、ユーザによって指定された測定点の位置の情報に基づいて、ユーザが所望する３次元の計測を行い、計測結果をモニタ８７に表示させる。なお、メイン制御部８１における３次元の計測の処理手順に関する詳細な説明は、後述する。
【００５４】
次に、パターン投影部７１含まれる縞生成部７１４の構成について説明する。図２は、第１の実施形態の内視鏡システム（内視鏡装置１）に備えたパターン投影部７１に含まれる縞生成部７１４の概略構成の一例を示した図である。縞生成部７１４は、光の入射端Ｉｎに光ファイバ７１３によって導かれたレーザー光を、２つの光路に分離してそれぞれの出射端Ｏｕｔ１および出射端Ｏｕｔ２に導いて放射させる。ここで、縞生成部７１４では、出射端Ｏｕｔ１と出射端Ｏｕｔ２とが、出射端Ｏｕｔ１と出射端Ｏｕｔ２との間の距離によって規定される分離幅ｄだけ離れて配置されている。縞生成部７１４では、出射端Ｏｕｔ１と出射端Ｏｕｔ２とのそれぞれから放射されたそれぞれのレーザー光が、互いに干渉することによって１つの縞状のパターンを形成するため、近似的に１つの光源から出射されたレーザー光であると見なすことができる。
【００５５】
なお、レーザー光の干渉によって形成される縞状のパターンの周期は、ヤングの干渉縞の原理に基づいて、入射端Ｉｎに導かれたレーザー光の波長帯域と、出射端Ｏｕｔ１と出射端Ｏｕｔ２との分離幅ｄに応じた周期になる。例えば、分離幅ｄが変わらない場合、入射端Ｉｎに導かれたレーザー光の波長帯域が低い帯域になる、つまり、レーザー光の波長が短くなると縞状のパターンの周期が短くなり、入射端Ｉｎに導かれたレーザー光の波長帯域が高い帯域になる、つまり、レーザー光の波長が高くなると縞状のパターンの周期が長くなる。また、例えば、入射端Ｉｎに導かれたレーザー光の波長帯域が変わらない場合、分離幅ｄが広くなる、つまり、出射端Ｏｕｔ１と出射端Ｏｕｔ２とが離れた位置になると縞状のパターンの周期が短くなり、分離幅ｄが狭くなる、つまり、出射端Ｏｕｔ１と出射端Ｏｕｔ２とが近い位置になると縞状のパターンの周期が長くなる。
【００５６】
また、縞生成部７１４は、上述したように、レーザー光の干渉によって形成される縞状のパターンに固定の位相差をもたせる（位相シフトする）。この縞生成部７１４において位相シフトを行う方法は、例えば、入射端Ｉｎに導かれたレーザー光を分離して放射させる出射端Ｏｕｔ２側の光路の長さ（光路長）を、入射端Ｉｎに導かれたレーザー光を分離して放射させる出射端Ｏｕｔ１側の光路長と異なる長さにすることによって、出射端Ｏｕｔ２から放射するレーザー光の位相を変更（シフト）する方法などがある。これにより、位相がシフトされずに導かれて出射端Ｏｕｔ１から放射されるレーザー光と、位相がシフトされて出射端Ｏｕｔ２から放射されるレーザー光とが互いに干渉することによって形成される縞の位相も変更（シフト）される、つまり、縞生成部７１４から出射するパターン光が位相シフトされる。なお、縞生成部７１４においてパターン光の位相をシフトする方法は、それぞれのレーザー光の光路長を異ならせる方法に限定されるものではなく、固定の位相シフトを行って出射する方法であれば、いかなる方法であってもよい。
【００５７】
このような構成によって、縞生成部７１４は、光ファイバ７１３によって導かれたレーザー光を予め定めた周期の縞状のパターンに変換し、かつ予め定めた固定の位相シフトを行って出射する。
【００５８】
次に、内視鏡装置１の先端部４における投影光学系７１５の配置について説明する。図３は、第１の実施形態の内視鏡システム（内視鏡装置１）に備えたパターン投影部７１に含まれる投影光学系７１５の先端部４における配置の一例を示した図である。図３には、内視鏡装置１が、位相シフトした４つのパターン光を被検物に照射することによって３次元の計測を行う内視鏡装置であり、パターン投影部７１が４つの投影光学系７１５（以下、「投影光学系７１５ａ」，「投影光学系７１５ｂ」，「投影光学系７１５ｃ」，「投影光学系７１５ｄ」という）を含んでいる構成である場合におけるそれぞれの投影光学系７１５の配置の一例を示している。
【００５９】
ところで、内視鏡装置１において３次元の計測を行う場合、被検物に照射するそれぞれのパターン光の基線長が同じにすることで、計算負荷の小さい後述する式（１）を使用することができる。つまり、３次元の計測において計測に用いるそれぞれのパターン光は、同じ位相シフト量ずつ位相シフトしたパターン光であり、それぞれのパターン光が同じ光路を通って被検物に到達することが望ましい。例えば、パターン光を４回照射することによって３次元の計測を行う場合には、９０°（π／２）ずつ位相シフトしたそれぞれのパターン光が、同じ光路を通って被検物に到達することが望ましい。
【００６０】
内視鏡装置１では、パターン投影部７１に含まれる４つの縞生成部７１４のそれぞれが、対応する光ファイバ７１３（以下、「光ファイバ７１３ａ」，「光ファイバ７１３ｂ」，「光ファイバ７１３ｃ」，「光ファイバ７１３ｄ」という）のそれぞれによって導かれたレーザー光を縦縞のパターン光に変換し、かつ予め定めた異なる位相シフトを行って、対応する投影光学系７１５のそれぞれに出射する。このため、内視鏡装置１では、パターン光の形状、つまり、縦縞の形状に応じて、それぞれのパターン光を出射する出射端の組の並びが、垂直方向に近接して並ぶように先端部４に配置する。
【００６１】
より具体的には、内視鏡装置１では、それぞれのパターン光の基線長を同じにするため、図３に示したように、４つの投影光学系７１５（投影光学系７１５ａ〜投影光学系７１５ｄ）のそれぞれを、垂直方向に近接して並ぶように、先端部４に配置する。つまり、撮像部５が撮影した被検物の画像における水平方向の中心位置を結ぶ中心線Ａの方向と、先端部４に垂直方向に配置する投影光学系７１５ａ〜投影光学系７１５ｄのそれぞれの中心を結ぶ中心線Ｃの方向とが平行になるように、４つの投影光学系７１５のそれぞれを先端部４に近接して配置する。
【００６２】
これにより、内視鏡装置１が被検物を観察する観察範囲の光軸と、投影光学系７１５ａ〜投影光学系７１５ｄのそれぞれが被検物に照射するそれぞれのパターン光の中心とが一致し、同じ位相シフト量ずつ位相シフトしたそれぞれのパターン光が、被検物に到達することになる。なお、内視鏡装置１では、４つの投影光学系７１５のそれぞれを近接して配置することによって、それぞれの投影光学系７１５から出射される縦縞のパターン光は、近似的に１つの光源から出射されたパターン光であると見なすことができる。
【００６３】
なお、図３には、計測光の基線長が同じ例として、それぞれの投影光学系７１５を垂直方向に近接して並ぶように配置した場合を示した。しかし、計測光の基線長が同じである別の例として、縞生成部７１４によって変換する構造化パターンが、光の明暗（光の強度）が垂直方向の正弦波状に変化する縞状のパターン（横縞のパターン）である場合などにおいては、投影光学系７１５ａ〜投影光学系７１５ｄのそれぞれを、水平方向に近接して並ぶように先端部４に配置してもよい。つまり、図３に示した中心線Ａの方向と、先端部４に配置する投影光学系７１５ａ〜投影光学系７１５ｄのそれぞれの中心を結ぶ中心線の方向とが垂直になるように、４つの投影光学系７１５のそれぞれを先端部４に配置してもよい。言い換えれば、撮像部５が撮影した被検物の画像における水平方向と、先端部４に水平方向に配置する投影光学系７１５ａ〜投影光学系７１５ｄのそれぞれの中心を結ぶ中心線の方向とが平行になるように、４つの投影光学系７１５のそれぞれを先端部４に近接して配置してもよい。
【００６４】
このような構成によって、内視鏡装置１では、パターン光を位相シフトして被検物に複数回照射し、それぞれの位相で撮影した複数の画像から３次元画像を生成して３次元の計測を行う。なお、内視鏡装置１には、内視鏡装置１のユーザがモニタ８７に表示された画像を確認しながら操作部８２を操作することによって先端部４を観察する被検物の近傍に導く観察モードと、モニタ８７に表示された画像を確認しながら操作部８２を操作して所望の測定点を設定して３次元の計測を行う計測モードとの２つの動作モードがある。この動作モードの切り替えは、例えば、ユーザが操作部８２を操作することによって行う。
【００６５】
また、図１に示した内視鏡装置１の構成では、挿入部３の先端に位置する先端部４内に撮像部５と、照明部６と、パターン投影部７１との一部の構成要素が配置されている構成を示した。しかし、内視鏡装置１は、先端部４内に備えた構成要素を交換可能な構成にすることもできる。例えば、撮像部５を構成する対物光学系５３の一部と、照明部６を構成する照明光学系６４の一部と、パターン投影部７１を構成する縞生成部７１４および投影光学系７１５の一部とを、光学アダプタとして形成する。このとき、先端部４には、撮像部５を構成する撮像素子５２および対物光学系５３の他の一部と、照明部６を構成する照明光学系６４の他の一部と、パターン投影部７１を構成する投影光学系７１５の他の一部とを配置した構成にする。そして、先端部４と光学アダプタとを着脱可能な構成にする。このような構成にすることによって、観測する被検物に応じた適切な光学アダプタに交換することができる。
【００６６】
次に、内視鏡装置１の動作について説明する。まず、内視鏡装置１のそれぞれの動作モードにおいて被検物に照射する光の制御方法、つまり、光源制御部８０における照明光源６１およびパターン投影光源７１１の発光制御の方法について説明する。上述したように、光源制御部８０は、メイン制御部８１からの制御に応じて、照明光源６１およびパターン投影光源７１１のオン、オフを制御することによって被検物への光の照射を制御する。
【００６７】
より具体的には、内視鏡装置１が観察モードの動作をしているとき、光源制御部８０は、照明光源６１のみオン状態に制御することによって、照明部６が白色の照明光（以下、「観察光」という）を被検物に照射するように制御する。これにより、撮像部５は、観察光が被検物に照射されたそれぞれのタイミングで撮影を行ったそれぞれの映像信号を映像処理部８６に順次出力し、映像処理部８６が、撮像部５から順次出力された映像信号に基づいた被検物の映像（画像）（以下、「観察モード画像」という）を順次生成する。そして、メイン制御部８１が、映像処理部８６から出力された観察モード画像を一旦ＲＡＭ８３に格納した後、再度読み出してモニタ８７に表示させる。これにより、内視鏡装置１のユーザは、観察モードにおいてモニタ８７に表示された観察モード画像を確認しながら操作部８２を操作して、先端部４を観察する被検物の近傍に導くことができる。
【００６８】
一方、内視鏡装置１の動作モードが計測モードのとき、光源制御部８０は、パターン投影光源７１１ａとパターン投影光源７１１ｂとを順次オン状態に制御することによって、パターン投影部７１が互いに異なる位相シフト量のそれぞれのパターン光（以下、「計測光」という）を被検物に照射するように制御する。これにより、撮像部５は、計測光が被検物に照射されたそれぞれのタイミングで撮影を行ったそれぞれの映像信号を映像処理部８６に順次出力し、映像処理部８６が、撮像部５から順次出力された映像信号に基づいた被検物の映像（画像）（以下、「計測モード画像」という）を順次生成する。そして、メイン制御部８１が、映像処理部８６から出力されたそれぞれの計測モード画像に基づいて、３次元の計測の処理を行う。これにより、内視鏡装置１のユーザは、設定した所望の測定点の位置での３次元の計測結果を確認することができる。
【００６９】
なお、図１に示した内視鏡装置１の構成では、３次元の計測を行うために、互いに異なる予め定めた位相シフト量で位相シフトした計測光を被検物に照射する構成要素群を２つ備えた構成を示した。より具体的には、図１に示した内視鏡装置１の構成では、パターン投影光源７１１ａ、カップリングレンズ７１２ａ、光ファイバ７１３ａ、縞生成部７１４ａ、および投影光学系７１５ａから構成される構成要素群と、パターン投影光源７１１ｂ、カップリングレンズ７１２ｂ、光ファイバ７１３ｂ、縞生成部７１４ｂ、および投影光学系７１５ｂから構成される構成要素群とを備えた構成を示した。つまり、図１に示した内視鏡装置１の構成では、被検物に照射するそれぞれの計測光に１対１に対応した、異なる位相シフトを行う構成要素群（以下、「計測光生成部」という）を備えた構成を示した。
【００７０】
ところで、一般的に、３次元形状復元処理を行うために必要な計測モード画像の数は、３つ以上であればよい。このため、内視鏡装置１には、３次元形状復元処理を行うために使用する計測モード画像の数と同じ数、すなわち、３つ以上の計測光生成部を備えていることが望ましい。なお、内視鏡装置１において３次元形状復元処理を行うために用いる計測モード画像の数は、特に規定しない。従って、内視鏡装置１に備える計測光生成部の数も規定しない。以下の説明においては、内視鏡装置１に、４つの計測光生成部を備え、４つの計測モード画像に基づいて３次元形状復元処理を行う場合の動作について説明する。
【００７１】
まず、照明光源６１およびパターン投影光源７１１が発光する光の制御について説明する。図４は、第１の実施形態の内視鏡システム（内視鏡装置１）における光の照射タイミングの一例を示したタイミングチャートである。なお、図４に示したタイミングチャートは、計測モードにおいて、９０°（π／２）ずつ位相シフトしたパターン光（計測光）を被検物に４回照射して４つの計測モード画像を撮影する場合、つまり、内視鏡装置１が４つの計測モード画像から３次元画像を生成する動作を行う場合の一例を示している。
【００７２】
内視鏡装置１が観察モードの動作をしているとき、光源制御部８０は、照明光源６１のみオン状態に制御することによって、観察光のみを被検物に照射するように制御する。このとき、光源制御部８０は、撮像部５が被検物を撮影するのに適した光量に、観察光の光量を調光する。例えば、被検物の像が暗い場合や被検物が遠くにある場合には観察光の光量を多くし、被検物の像が明るい場合や被検物が近くにある場合には観察光の光量を少なくするように調光する。なお、光源制御部８０における観察光の調光方法は、光量と露光時間とに基づいた既存の方法を用いることができるため、詳細な説明は省略する。これにより、撮像部５は、観察光が被検物に照射されたそれぞれのタイミングで撮影を行った映像信号を映像処理部８６に出力し、映像処理部８６が生成した観察モード画像をモニタ８７に表示させる。
【００７３】
また、内視鏡装置１が計測モードの動作をしているとき、光源制御部８０は、パターン投影光源７１１を順次オン状態に制御することによって、それぞれの計測光生成部が計測光（計測光Ｌ１〜計測光Ｌ４）を被検物に順次照射するように制御する。このとき、光源制御部８０は、観察光の調光方法と同様に、計測光の光量を調光する。図４に示したタイミングチャートでは、例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって、それぞれのパターン投影光源７１１が発光する時間、すなわち、計測光の照射時間を長くする調光を行っている場合を示している。これにより、撮像部５は、計測光Ｌ１〜計測光Ｌ４のそれぞれが被検物に照射されたそれぞれのタイミングで撮影を行ったそれぞれの映像信号を映像処理部８６に出力し、メイン制御部８１が、映像処理部８６が生成した計測モード画像に基づいて、３次元の計測を行う。
【００７４】
次に、内視鏡装置１において計測モード画像に基づいて行う３次元計測の処理について説明する。この３次元計測の処理は、既存の技術を利用して被検物の３次元形状を復元する処理（以下、「３次元形状復元処理」という）である。なお、以下の説明においては、４つのパターン投影光源７１１が予め定めた特定の波長帯域のレーザー光源であり、メイン制御部８１が、４つの計測モード画像に基づいて３次元形状復元処理を行う場合について説明する。
【００７５】
内視鏡装置１は、計測モードにおいて、位相を９０°（π／２）ずつシフトした計測光を被検物に４回照射し、メイン制御部８１が、計測光Ｌ１〜計測光Ｌ４のそれぞれの計測光の照射において被検物を撮影した４つの計測モード画像に基づいて、３次元形状復元処理を行う。計測モード画像は、予め定めた特定の波長帯域の光を反射した被検物の画像であり、計測光として照射された予め定めた位相の構造化パターン（縦縞のパターン）が含まれている画像である。メイン制御部８１は、４つの計測モード画像に対して、例えば、下式（１）のような既存の３次元画像の演算を行って、計測モード画像に含まれるそれぞれの画素の位相φを高速に算出する。
【００７６】
φ（ｘ，ｙ）  ＝  ｔａｎ−１（（Ｉ３−Ｉ１）／（Ｉ０−Ｉ２））    ・・・（１）
【００７７】
上式（１）において、φ（ｘ，ｙ）は、撮像素子５２に２次元の行列状に配置された画素の水平方向（列が並ぶ方向：列方向）ｘ、垂直方向（行が並ぶ方向：行方向）ｙの座標位置に位置する画素（ｘ，ｙ）の位相を表す。また、上式（１）において、Ｉ０は計測光Ｌ１の照射によって得た１枚目の計測モード画像に含まれる画素（ｘ，ｙ）の輝度を表す。同様に、上式（１）において、Ｉ１は計測光Ｌ２の照射によって得た２枚目の計測モード画像に含まれる画素（ｘ，ｙ）の輝度を表し、Ｉ２は計測光Ｌ３の照射によって得た３枚目の計測モード画像に含まれる画素（ｘ，ｙ）の輝度を表し、Ｉ３は計測光Ｌ４の照射によって得た４枚目の計測モード画像に含まれる画素（ｘ，ｙ）の輝度を表す。
【００７８】
そして、メイン制御部８１は、算出した位相φと相対関係がある高さを、計測モード画像に含まれるそれぞれの画素ごとに求める。これにより、メイン制御部８１は、計測モード画像に含まれる全ての画素が、水平方向、垂直方向、および高さの座標で表された画素群のデータ（以下、「３次元点群データ」という）を生成する。
【００７９】
このようにして、メイン制御部８１は、計測光Ｌ１〜計測光Ｌ４のそれぞれの照射によって得た４つの計測モード画像に基づいて３次元形状復元処理を行う。そして、メイン制御部８１は、３次元形状復元処理によって生成した３次元点群データに基づいて、３次元の計測の処理を行う。
【００８０】
本第１の実施形態によれば、被検物を３次元で計測するために構造化したパターンの予め定めた波長帯域の計測光（縦縞のパターンのパターン光）を被検物に照射するパターン投影部（パターン投影部７１）と、計測光を照射して得た被検物の計測画像（計測モード画像）に基づいて、指定された測定点に応じた被検物に対する３次元の計測を行う３次元計測部（メイン制御部８１）と、を備えた内視鏡システム（内視鏡装置１）であって、パターン投影部７１は、被検物に照射する複数の計測光の位相を互いに異なる位相にシフトし、位相をシフトした複数の計測光のそれぞれを、この内視鏡装置１の先端部（先端部４）に構造化したパターンの形状に応じて予め定めた方向に近接して並ぶように配置し、それぞれの計測光に対応する出射端から順次出射し、メイン制御部８１は、それぞれの計測光の照射によって得たそれぞれの計測モード画像に基づいて、３次元の計測を行う内視鏡システム（内視鏡装置１）が構成される。
【００８１】
また、本第１の実施形態によれば、出射端のそれぞれは、それぞれの計測光の照射によって得る計測モード画像において予め定めた方向（中心線Ａの方向）と、それぞれの出射端の中心を結ぶ中心線（中心線Ｃ）の方向とが平行で、それぞれの計測光の基線長が同じであるように配置する内視鏡装置１が構成される。
【００８２】
また、本第１の実施形態によれば、パターン投影部７１は、計測光の強度が（水平方向の）正弦波状に変化する縞状の構造化パターン（縦縞のパターン）に変換する内視鏡装置１が構成される。
【００８３】
また、本第１の実施形態によれば、パターン投影部７１は、予め定めた波長帯域の光を発光する投影光源（パターン投影光源７１１）と、入射した光を構造化したパターンの光に変換し、かつ予め定めた固定のシフト量だけ位相シフトして出射するパターン変換部（縞生成部７１４）と、を備え、光の干渉を利用してパターン投影光源７１１が発光した光を縞状の構造化パターンの光（パターン光）に変換し、かつ互いに異なる予め定めた固定のシフト量だけ位相シフトして、それぞれの計測光とする内視鏡装置１が構成される。
【００８４】
また、本第１の実施形態によれば、縞生成部７１４は、入射した光を２つの光路に分離し、それぞれの光路に対応する出射端（出射端Ｏｕｔ１および出射端Ｏｕｔ２）の組から放射する光（レーザー光）の干渉を利用して入射したレーザー光を縞状の構造化パターンに変換し、縞状の構造化パターンに変換したレーザー光の位相を予め定めた固定のシフト量だけ位相シフトして出射する縞生成デバイス（縞生成部７１４）で構成される内視鏡装置１が構成される。
【００８５】
また、本第１の実施形態によれば、パターン投影部７１は、互いに異なるそれぞれの位相に対応する縞生成部７１４（本第１の実施形態では、縞生成部７１４ａおよび縞生成部７１４ｂ）を複数備え、それぞれの縞生成部７１４を、この内視鏡装置１の先端部４に配置する内視鏡装置１が構成される。
【００８６】
また、本第１の実施形態によれば、パターン投影部７１は、それぞれの縞生成部７１４に対応する複数のパターン投影光源７１１（本第１の実施形態では、パターン投影光源７１１ａおよびパターン投影光源７１１ｂ）を備える内視鏡装置１が構成される。
【００８７】
また、本第１の実施形態によれば、パターン投影光源７１１は、可視光の波長帯域の光を発光する光源である内視鏡装置１が構成される。
【００８８】
また、本第１の実施形態によれば、パターン投影光源７１１は、レーザー光を発光する光源である内視鏡装置１が構成される。
【００８９】
また、本第１の実施形態によれば、パターン投影光源７１１は、この内視鏡装置１の本体部（本体部２）に配置される内視鏡装置１が構成される。
【００９０】
また、本第１の実施形態によれば、パターン投影部７１は、互いに異なる位相の少なくとも３つの計測光を被検物に照射する内視鏡装置１が構成される。
【００９１】
上記に述べたように、内視鏡装置１では、３次元の計測を行うために被検物に照射する計測光に１対１に対応する、異なる位相シフトを行う構成要素群（計測光生成部）を備える。そして、それぞれの計測光生成部は、先端部４に配置された縞生成部７１４が、対応する光ファイバ７１３によって導かれた光を変換したパターン光（計測光）に、予め定めた固定の位相差をもたせる。このとき、内視鏡装置１では、ある計測光生成部が計測光にもたせる位相差は、他の計測光生成部とは異なる位相差である。このため、内視鏡装置１では、外部環境の変動や挿入部の屈曲などの外乱の影響によって、それぞれの計測光生成部において縞生成部７１４に導く光の位相が変動した場合でも、従来の内視鏡装置のように、被検物に照射する計測光における構造化パターンや位相が変動してしまうことがなく、予め定めた固定の位相シフト量の位相シフトを行うことができる。つまり、内視鏡装置１は、先端部４で互いに異なる位相シフトを行ったそれぞれの計測光を生成して被検物に照射するため、先端部４に配置された縞生成部７１４に導光する光の位相が外乱によって変動しても、その位相の変動の影響を受けない構成である。そして、内視鏡装置１では、それぞれの計測光を順次照射し、それぞれの計測光で撮影したそれぞれの計測モード画像に基づいて、ユーザによって設定された所望の測定点の位置での３次元の計測を行うことができる。このことにより、内視鏡装置１は、外乱に対して高い耐性（ロバスト性）を有し、正確に３次元の計測を行うことができる。
【００９２】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態の内視鏡システムについて説明する。図５は、本発明の第２の実施形態による内視鏡システムである工業用の内視鏡装置の概略構成の一例を示した図である。図５に示した内視鏡装置１２の構成は、図１に示した第１の実施形態の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７１が、パターン投影部７２に代わった構成である。なお、内視鏡装置１２に備えた他の構成要素は、図１に示した第１の実施形態の内視鏡装置１に備えた構成要素と同様である。従って、以下の説明においては、内視鏡装置１２の構成要素において、図１に示した第１の実施形態の内視鏡装置１の構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
【００９３】
パターン投影部７２は、図１に示した第１の実施形態の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７１と同様に、予め定めた周期で構造化したパターン光に予め定めた位相差をもたせたそれぞれの計測光を被検物に投影する構成のパターン投影部である。ただし、パターン投影部７２では、パターン投影光源の構成が、第１の実施形態の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７１と異なる。より具体的には、第１の実施形態の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７１では、被検物に照射するそれぞれの計測光に１対１に対応した計測光生成部を備えていた、つまり、パターン投影部７１では、３次元形状復元処理を行うために使用する計測モード画像の数と同じ数のパターン投影光源７１１を備えていた。これに対してパターン投影部７２では、１つのパターン投影光源が発光した特定の波長帯域のレーザー光からそれぞれの計測光を生成して被検物に照射する。
【００９４】
パターン投影部７２は、本体部２内に配置されたパターン投影光源７２１、カップリングレンズ７２２、光スイッチング素子７２８、およびパターン制御部７１６と、挿入部３内を通る光ファイバ７１３ａおよび光ファイバ７１３ｂと、先端部４内に配置された縞生成部７１４ａ、縞生成部７１４ｂ、投影光学系７１５ａ、および投影光学系７１５ｂとを含んで構成される。なお、パターン投影部７２の構成要素にも、図１に示した第１の実施形態の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７１の構成要素と同様の構成要素を含んでいる。従って、以下の説明においては、パターン投影部７２の構成要素において、図１に示した第１の実施形態の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７１の構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
【００９５】
パターン投影光源７２１は、第１の実施形態の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７１に含まれるパターン投影光源７１１のそれぞれと同様に、予め定めた特定の波長帯域の光源である。カップリングレンズ７２２は、第１の実施形態の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７１に含まれるカップリングレンズ７１２のそれぞれと同様に、パターン投影光源７２１から発せられた特定の波長帯域のレーザー光を収束させる光学レンズである。ただし、パターン投影部７２では、カップリングレンズ７１２は、収束させたレーザー光を導く光スイッチング素子７２８の径と同程度まで収束させる。
【００９６】
光スイッチング素子７２８は、光源制御部８０から出力された制御信号に応じて、カップリングレンズ７１２から導入されたレーザー光を導く光ファイバ７１３を切り替える。つまり、光スイッチング素子７２８は、カップリングレンズ７１２から導入されたレーザー光を導出する光ファイバ７１３を選択する。そして、光スイッチング素子７２８は、選択した光ファイバ７１３に、カップリングレンズ７１２から導入されたレーザー光を導く。これにより、選択された光ファイバ７０３は、光スイッチング素子７２８から導入されたレーザー光を、挿入部３を通して対応する縞生成部７１４まで導く。つまり、光スイッチング素子７２８は、光源制御部８０から出力された制御信号に応じて、被写体に照射する計測光を生成する縞生成部７１４を選択する。
【００９７】
なお、光スイッチング素子７２８としては、例えば、光の干渉を利用したＭＺ（マッハツェンダ：Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計型ＰＬＣ（プレーナ光波回路：Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）光スイッチ素子などが考えられる。しかし、光スイッチング素子７２８は、導入された光の導出先を切り替える構成であれば、いかなる構成のものであってもよい。従って、内視鏡装置１２に備えるパターン投影部７２に含まれる光スイッチング素子７２８の構成は、特に規定しない。
【００９８】
パターン投影光源７２１から発せられたレーザー光が対応する光ファイバ７１３によって導かれた縞生成部７１４は、導入されたレーザー光を予め定めた周期で構造化したパターン光に変換し、かつ予め定めた固定の位相シフトを行って、対応する投影光学系７１５に出射する。これにより、縞生成部７１４によって生成された計測光は、対応する投影光学系７１５によって、被検物に照射される。
【００９９】
なお、光源制御部８０によるレーザー光を導出する光ファイバ７０３の切り替え方法、つまり、光スイッチング素子７２８によって光ファイバ７０３の選択を制御する方法は、図４に示した第１の実施形態の内視鏡装置１における光の照射タイミングの一例と同様に考えることができる。より具体的には、図４に示した光の照射タイミングの一例において、計測光Ｌ１〜計測光Ｌ４を被検物に順次照射するようにパターン投影光源７１１を順次オン状態に制御するタイミングで、レーザー光を導出する光ファイバ７０３を順次切り替える。これにより、内視鏡装置１２でも、第１の実施形態の内視鏡装置１と同様のタイミングで、計測光Ｌ１〜計測光Ｌ４を被検物に順次照射することができる。従って、光源制御部８０によるレーザー光を導出する光ファイバ７０３の切り替え方法に関する詳細な説明は省略する。
【０１００】
なお、上述したように、３次元形状復元処理を行うために必要な計測モード画像の数は、一般的に３つ以上であればよい。このため、内視鏡装置１２には、３次元形状復元処理を行うために使用する計測モード画像の数と同じ数、すなわち、３つ以上の光ファイバ７１３と、縞生成部７１４と、投影光学系７１５とから構成される構成要素群を備えていることが望ましい。なお、内視鏡装置１２においても３次元形状復元処理を行うために用いる計測モード画像の数は、特に規定しない。従って、内視鏡装置１２に備える構成要素群の数も規定しない。
【０１０１】
本第２の実施形態によれば、  パターン投影部（パターン投影部７２）は、それぞれのパターン変換部（本第１の実施形態では、縞生成部７１４ａおよび縞生成部７１４ｂ）に共通する１つの投影光源（パターン投影光源７２１）を備える内視鏡システム（内視鏡装置１２）が構成される。
【０１０２】
上記に述べたように、内視鏡装置１２では、１つのパターン投影光源７２１が発光した特定の波長帯域のレーザー光を導出する光ファイバ７１３を切り替えることによって、３次元の計測を行うために被検物に照射する異なる位相シフトを行ったパターン光（計測光）を、１つのパターン投影光源７２１が発光したレーザー光から生成する。そして、内視鏡装置１２でも、第１の実施形態の内視鏡装置１と同様に、先端部４に配置された縞生成部７１４が、対応する光ファイバ７１３によって導かれた光を変換した計測光に、予め定めた固定の位相差をもたせて被検物に照射する。つまり、内視鏡装置１２も、第１の実施形態の内視鏡装置１と同様に、選択した縞生成部７１４に導光する光の位相が外乱の影響によって変動しても、その位相の変動の影響を受けずに異なる位相シフトを行ったそれぞれの計測光を生成して被検物に照射することができる構成である。これにより、内視鏡装置１２も、第１の実施形態の内視鏡装置１と同様に、外乱に対して高い耐性（ロバスト性）を有し、ユーザによって設定された所望の測定点の位置での３次元の計測を正確に行うことができる。しかも、内視鏡装置１２では、パターン投影部７２に含まれる光源が１つのパターン投影光源７２１のみであるため、第１の実施形態の内視鏡装置１よりも本体部２を小型化することもできる。
【０１０３】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態の内視鏡システムについて説明する。図６は、本発明の第３の実施形態による内視鏡システムである工業用の内視鏡装置の概略構成の一例を示した図である。図６に示した内視鏡装置１３の構成は、図５に示した第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２が、パターン投影部７３に代わった構成である。なお、内視鏡装置１３に備えた他の構成要素は、図５に示した第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えた構成要素と同様である。従って、以下の説明においては、内視鏡装置１３の構成要素において、図５に示した第２の実施形態の内視鏡装置１２の構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
【０１０４】
パターン投影部７３は、図５に示した第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２と同様に、１つのパターン投影光源が発光した特定の波長帯域のレーザー光を予め定めた周期で構造化したパターン光に予め定めた位相差をもたせたそれぞれの計測光を被検物に投影する構成のパターン投影部である。ただし、パターン投影部７３では、縞生成部の構成が、第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２と異なる。より具体的には、第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２では、被検物に照射するそれぞれの計測光を、複数の縞生成部７１４が生成していた、つまり、パターン投影部７２では、３次元形状復元処理を行うために使用する計測モード画像の数と同じ数の縞生成部７１４を備えていた。これに対してパターン投影部７３では、１つの縞生成部が、３次元の計測を行うために被検物に照射する互いに異なる位相シフト量のそれぞれの計測光を生成して被検物に照射する。
【０１０５】
パターン投影部７３は、本体部２内に配置されたパターン投影光源７２１、カップリングレンズ７２２、およびパターン制御部７１６と、挿入部３内を通る光ファイバ７３３と、先端部４内に配置された縞生成部７３４および投影光学系７３５とを含んで構成される。なお、パターン投影部７３の構成要素にも、図５に示した第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２の構成要素と同様の構成要素を含んでいる。従って、以下の説明においては、パターン投影部７３の構成要素において、図５に示した第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２の構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
【０１０６】
カップリングレンズ７２２は、第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２に含まれるカップリングレンズ７２２と同様の光学レンズである。ただし、パターン投影部７３では、パターン投影光源７２１から発せられた特定の波長帯域のレーザー光を、光ファイバ７３３の径と同程度まで収束させる。
【０１０７】
光ファイバ７３３は、第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２に含まれる光ファイバ７１３のそれぞれと同様に、カップリングレンズ７２２から導入されたレーザー光を、挿入部３を通して縞生成部７３４まで導く光ファイバである。なお、本発明においては、光ファイバ７３３の構成や種類も、光ファイバ７１３ａおよび光ファイバ７１３ｂと同様に、特に制限はない。
【０１０８】
縞生成部７３４は、第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２に含まれる縞生成部７１４のそれぞれと同様に、挿入部３内に備えた信号線７３７を介して伝送された、本体部２内のパターン制御部７１６から出力された制御信号に応じて、光ファイバ７３３によって導かれたレーザー光を予め定めた周期で構造化したパターン光に変換し、かつ予め定めた位相シフトを行って投影光学系７３５に出射する縞生成デバイスである。ただし、縞生成部７３４は、挿入部３内に備えた信号線７３９を介して伝送された、本体部２内の光源制御部８０から出力された制御信号に応じて、上述したように、３次元の計測を行うために被検物に照射する、予め定めた互いに異なる位相シフト量のそれぞれの計測光を生成して投影光学系７３５に出射する。つまり、縞生成部７３４は、第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２に含まれる全ての縞生成部７１４をまとめたのと同様の構成の縞生成デバイスである。
【０１０９】
ここで、縞生成部７３４の構成について説明する。図７は、第３の実施形態の内視鏡システム（内視鏡装置１３）に備えたパターン投影部７３に含まれる縞生成部７３４の概略構成の一例を示した図である。図７に示した縞生成部７３４は、光スイッチング素子７３４１および光スイッチング素子７３４２を含んで構成される。図７には、異なる位相シフトを行った３つの計測光を生成する構成の縞生成部７３４の構成を示している。
【０１１０】
縞生成部７３４では、光源制御部８０から信号線７３９を介して入力された制御信号に応じて、光の入射端Ｉｎに光ファイバ７３３によって導かれたレーザー光から生成した互いに異なる位相シフト量のそれぞれの計測光を出射する出射端の組を切り替えて出射する。より具体的には、縞生成部７３４では、第１の出射端の組ＯｕｔＡ（以下、「第１の出射端組ＯｕｔＡ」という）、第２の出射端の組ＯｕｔＢ（以下、「第２の出射端組ＯｕｔＢ」という）、および第３の出射端の組ＯｕｔＣ（以下、「第３の出射端組ＯｕｔＣ」という）のいずれか１つの出射端の組から、生成したそれぞれの計測光を順次出射する。
【０１１１】
光スイッチング素子７３４１および光スイッチング素子７３４２のそれぞれは、第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２に含まれる光スイッチング素子７２８と同様に、導入された光の導出先を切り替える光スイッチング素子である。なお、図７においては、光スイッチング素子７３４１および光スイッチング素子７３４２のそれぞれが、ＭＺ干渉計型ＰＬＣ光スイッチ素子である場合を示している。しかし、光スイッチング素子７３４１および光スイッチング素子７３４２のそれぞれの構成は、第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２に含まれる光スイッチング素子７２８と同様に、特に規定しない。
【０１１２】
縞生成部７３４では、光スイッチング素子７３４１と光スイッチング素子７３４２とによって、生成した計測光を出射する出射端の組を切り替える。より具体的には、光スイッチング素子７３４１が、光源制御部８０から出力された制御信号に応じて、入射端Ｉｎに導入されたレーザー光の導出先を、光スイッチング素子７３４２および第３の出射端組ＯｕｔＣ側の光路のいずれか一方に切り替える。また、光スイッチング素子７３４１が、光源制御部８０から出力された制御信号に応じて、光スイッチング素子７３４１から導入されたレーザー光の導出先を、第１の出射端組ＯｕｔＡ側の光路および第２の出射端組ＯｕｔＢ側の光路のいずれか一方に切り替える。
【０１１３】
そして、第１の出射端組ＯｕｔＡ〜第３の出射端組ＯｕｔＣ側のそれぞれの光路では、図２に示した縞生成部７１４と同様に、光スイッチング素子７３４１または光スイッチング素子７３４２から導入されたレーザー光を２つの光路に分離し、２つの出射端のそれぞれに導いて放射させる。ここで、縞生成部７３４では、第１の出射端組ＯｕｔＡ〜第３の出射端組ＯｕｔＣのそれぞれを構成する２つの出射端は、それぞれ同じ分離幅ｄだけ離れて配置されている。従って、第１の出射端組ＯｕｔＡ〜第３の出射端組ＯｕｔＣのそれぞれを構成する２つの出射端のそれぞれから放射されたレーザー光が互いに干渉することによって形成される縞状のパターンの周期は、いずれも同じ周期である。
【０１１４】
ただし、縞生成部７３４は、上述したように、予め定めた互いに異なる位相シフト量のそれぞれの計測光を生成して投影光学系７３５に出射する。従って、縞生成部７３４でも、第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２に含まれるそれぞれの縞生成部７１４と同様に、第１の出射端組ＯｕｔＡ〜第３の出射端組ＯｕｔＣのそれぞれで、互いに異なる予め定めた固定の位相差をもたせた（位相シフトした）それぞれの計測光を生成する。なお、縞生成部７３４において、互いに異なる予め定めた固定の位相差をもたせる（位相シフトする）方法は、第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２に含まれるそれぞれの縞生成部７１４と同様である。従って、縞生成部７３４において異なる位相シフトを行う方法に関する詳細な説明は省略する。
【０１１５】
このような構成によって、縞生成部７３４では、図２に示した縞生成部７１４と同様に、第１の出射端組ＯｕｔＡ〜第３の出射端組ＯｕｔＣのそれぞれを構成する２つの出射端から、光ファイバ７３３によって導かれたレーザー光を予め定めた周期の縞状のパターンに変換し、かつ予め定めた固定の位相シフトを行った縞状のパターンの計測光を、投影光学系７３５に出射する。
【０１１６】
なお、図７に示した縞生成部７３４の構成では、第１の出射端組ＯｕｔＡ〜第３の出射端組ＯｕｔＣのそれぞれから、異なる位相シフトが行われた同じ周期の縞状のパターンの計測光をそれぞれ出射する構成、つまり、内視鏡装置１３が、３次元形状復元処理を行うために用いる３つの計測モード画像を取得することができる縞生成部７３４の構成を示した。しかし、縞生成部７３４が出射する異なる位相シフトを行った計測光の数は、図７に示した縞生成部７３４の構成において出射する計測光の数（３つ）に限定されるものではない。すなわち、縞生成部７３４を、内視鏡装置１３が３次元形状復元処理を行うために使用する計測モード画像の数と同じ数、つまり、３つ以上の計測光を出射する構成にしてもよい。なお、内視鏡装置１３においても３次元形状復元処理を行うために用いる計測モード画像の数は、特に規定しない。従って、縞生成部７３４に備える出射端の組の数も規定しない。
【０１１７】
投影光学系７３５は、第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２に含まれる投影光学系７１５のそれぞれと同様の、先端部４の端面４０に設けられた投影窓４７に正対する光学レンズ群である。これにより、投影光学系７３５によって、縞生成部７３４が生成した異なる位相シフトが行われたそれぞれの計測光が、被検物に照射される。なお、内視鏡装置１３の先端部４における投影光学系７３５の配置は、図３に示した第１の実施形態の内視鏡装置１における投影光学系７１５の先端部４における配置と同様である。従って、投影光学系７３５の先端部４における配置に関する詳細な説明は省略する。
【０１１８】
なお、光源制御部８０による縞生成部７３４が生成した異なる位相シフトが行われたそれぞれの計測光を出射する出射端の組の切り替え方法、つまり、光スイッチング素子７３４１と光スイッチング素子７３４２とによってレーザー光の導出先の切り替えを制御する方法は、図４に示した第１の実施形態の内視鏡装置１における光の照射タイミングの一例と同様に考えることができる。より具体的には、図４に示した光の照射タイミングの一例において、計測光Ｌ１〜計測光Ｌ４を被検物に順次照射するようにパターン投影光源７１１を順次オン状態に制御するタイミングで、レーザー光の導出先を順次切り替える。これにより、内視鏡装置１３でも、第１の実施形態の内視鏡装置１および第２の実施形態の内視鏡装置１２と同様のタイミングで、計測光Ｌ１〜計測光Ｌ４を被検物に順次照射することができる。従って、光源制御部８０による縞生成部７３４の出射端の組の切り替え方法に関する詳細な説明は省略する。
【０１１９】
本第３の実施形態によれば、パターン変換部（縞生成部７３４）は、入射した光を２つの光路に分離し、それぞれの光路に対応する出射端の組（第１の出射端組ＯｕｔＡ〜第３の出射端組ＯｕｔＣ）から放射する光（レーザー光）の干渉を利用して入射したレーザー光を縞状の構造化パターンに変換し、縞状の構造化パターンに変換したレーザー光の位相を互いに異なる予め定めた固定のシフト量だけそれぞれ位相シフトして出射する縞生成デバイス（縞生成部７３４）で構成される内視鏡システム（内視鏡装置１３）が構成される。
【０１２０】
また、本第３の実施形態によれば、パターン投影部（パターン投影部７３）は、少なくとも１つの縞生成部７３４を備え、縞生成部７３４をこの内視鏡装置１３の先端部（先端部４）に配置する内視鏡装置１３が構成される。
【０１２１】
また、本第３の実施形態によれば、パターン投影部７３は、縞生成部７３４に対応する少なくとも１つの投影光源（パターン投影光源７２１）を備える内視鏡装置１３が構成される。
【０１２２】
上記に述べたように、内視鏡装置１３では、１つの縞生成部７３４によって、３次元の計測を行うために被検物に照射する異なる位相シフトを行ったパターン光（計測光）を生成し、生成したそれぞれの計測光を切り替えて被検物に照射する。このとき、内視鏡装置１３でも、第１の実施形態の内視鏡装置１および第２の実施形態の内視鏡装置１２と同様に、先端部４に配置された縞生成部７３４が、光ファイバ７３３によって導かれた光を変換した計測光に、予め定めた固定の位相差をもたせて被検物に照射する。つまり、内視鏡装置１３も、第１の実施形態の内視鏡装置１および第２の実施形態の内視鏡装置１２と同様に、縞生成部７３４に導光する光の位相が外乱の影響によって変動しても、その位相の変動の影響を受けずに異なる位相シフトを行ったそれぞれの計測光を生成して被検物に照射することができる構成である。これにより、内視鏡装置１３も、第１の実施形態の内視鏡装置１および第２の実施形態の内視鏡装置１２と同様に、外乱に対して高い耐性（ロバスト性）を有し、ユーザによって設定された所望の測定点の位置での３次元の計測を正確に行うことができる。しかも、内視鏡装置１３でも、パターン投影部７３に含まれる光源が１つのパターン投影光源７２１のみであるため、第２の実施形態の内視鏡装置１２と同様に、本体部２を小型化することもできる。また、内視鏡装置１３では、第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２に含まれていた光スイッチング素子７２８が、パターン投影部７３に含まれていないため、第２の実施形態の内視鏡装置１２よりもさらに、本体部２を小型化することができる。また、内視鏡装置１３では、パターン投影部７３に含まれる１つの縞生成部が、異なる位相シフトが行われたそれぞれの計測光を生成する構成であるため、第１の実施形態の内視鏡装置１や第２の実施形態の内視鏡装置１２よりも先端部４を小型化することができる。
【０１２３】
なお、内視鏡装置１３では、光源制御部８０が、縞生成部７３４が生成した異なる位相シフトが行われたそれぞれの計測光を出射する出射端の組の切り替える構成を示した。しかし、内視鏡装置１３では、第２の実施形態の内視鏡装置１２のように、１つのパターン投影光源７２１が発光したレーザー光を導光する光ファイバ７１３を、本体部２に備えた光スイッチング素子７２８によって切り替えて、対応する縞生成部７１４が生成した計測光を被検物に照射する構成ではなく、先端部４に備えた縞生成部７３４によって、生成したそれぞれの計測光を切り替えて被検物に照射する構成である。このため、内視鏡装置１３では、縞生成部７３４が生成したそれぞれの計測光を出射する出射端の組の切り替えの制御を、光源制御部８０の代わりにパターン制御部７１６が行う構成にしてもよい。
【０１２４】
なお、内視鏡装置１３では、先端部４に１つの縞生成部７３４を備える構成を示した。しかし、例えば、被検物に照射する計測光の数を増やす場合には、縞生成部７３４と同様の構成で互いに異なる位相シフトを行う複数の縞生成部を先端部４に配置することによって、多くの計測光を被検物に照射する構成にしてもよい。つまり、第１の実施形態の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７１または第２の実施形態の内視鏡装置１２に備えたパターン投影部７２に含まれる縞生成部７１４の代わりに縞生成部７３４を配置した構成にすることによって、被検物に照射する計測光の数が多い場合に対応した内視鏡装置１３を構成してもよい。
【０１２５】
上記に述べたように、本発明を実施するための形態によれば、内視鏡システムに備えたパターン投影部が、予め定めた周期で構造化したパターン光に、互いに異なる予め定めた固定の位相差（位相シフト量）をもたせて、被検物に複数回投影する。このとき、本発明を実施するための形態では、内視鏡システムにおいて先端部に配置されるパターン投影部に含まれる縞生成部が、互いに異なる予め定めた固定の位相シフト量の位相シフトを行う。このため、本発明を実施するための形態では、内視鏡システムの外部環境の変動や挿入部の屈曲などの外乱の影響によって、縞生成部に導く光の位相が変動した場合でも、この位相の変動の影響を受けることなく、予め定めた固定の位相シフト量で位相シフトを行うことができる。つまり、本発明を実施するための形態では、外乱に対して高い耐性（ロバスト性）を確保することができる。このことにより、本発明を実施するための形態では、それぞれの位相の計測光を順次被検物に照射して撮影したそれぞれの計測モード画像に基づいて、例えば、ユーザによって設定された所望の測定点の位置での３次元の計測を行い、正確な３次元の計測結果を得ることができる。
【０１２６】
なお、本実施形態においては、内視鏡装置に備えた縞生成部の構成が、入射端に入射した光を２つの光路に分離し、それぞれの光路に対応する２つの出射端から放射させることによって、それぞれの出射端から放射した互いの光の干渉で１つの縞状のパターンに構造化する、いわゆる、導波路を用いた構成である場合について説明した。しかし、出射する光の互いの干渉によって構造化したパターンに変換する縞生成部の構成は、本発明を実施するための形態で示した導波路を用いた構成に限定されるものではなく、種々の構成が存在する。例えば、フレネル鏡を用いた構成や、ロイド鏡を用いた構成など、他の構成であっても同様に、出射する光の互いの干渉によって構造化したパターンに変換することができる。このため、本発明の考え方は、構造化したパターンに変換する構成が、上述した一例のような構成であっても同様に適用することができ、本発明と同様の効果を得ることができる。
【０１２７】
また、本実施形態においては、内視鏡装置に備えたパターン投影部を構成するパターン投影光源が、予め定めた特定の波長帯域のレーザー光源である、つまり、パターン光（計測光）がレーザー光である場合について説明した。しかし、光源の種類やパターン光の色（波長帯域）は、本発明を実施するための形態で示したものに限定されるものではなく、上述したように、予め定めた色（波長帯域）のＬＥＤや赤外光であってもよい。
【０１２８】
また、本実施形態においては、それぞれの位相の計測光を順次被検物に照射して撮影したそれぞれの計測モード画像に基づいて３次元の計測を行うための３次元点群データを生成する場合について説明した。しかし、３次元の計測を行うためのデータを生成する方法は、本発明を実施するための形態で示したパターン光を位相シフトする方法に限定されるものではなく、何らかの構造化したパターンの光を被写体に照射することによって３次元の計測を行うためのデータを生成する方法であれば同様に、本発明の考え方を適用することができる。
【０１２９】
また、本実施形態においては、パターン光における構造化のパターンが、光の強度が水平方向の正弦波状に変化する縦縞のパターンである場合について説明した。しかし、パターン光における構造化のパターンは、本発明を実施するための形態で示した構造化のパターンに限定されるものではない。例えば、パターン光の構造化のパターンが、光の強度が垂直方向の正弦波状に変化する横縞のパターンである場合や、光の強度が水平方向および垂直方向のそれぞれに正弦波状に変化する格子状のパターンである場合であっても同様に、本発明の考え方を適用することができる。
【０１３０】
また、本実施形態においては、メイン制御部８１が、それぞれの計測モード画像に基づいて３次元の計測を行う処理を実行する場合について説明した。しかし、３次元の計測の処理を実行する構成要素は、本発明を実施するための形態で示した構成要素に限定されるものではない。例えば、映像処理部８６や、３次元の計測を行うために専用に備えた不図示の構成要素が、メイン制御部８１からの制御に応じて、３次元の計測の処理を実行する構成であってもよい。この場合、３次元の計測の処理を実行するために用いるデータを一時的に格納する記憶部は、本発明を実施するための形態で示したＲＡＭ８３ではなく、映像処理部８６や不図示の構成要素に内蔵または接続された他の記憶部であってもよい。
【０１３１】
また、本実施形態においては、本発明の内視鏡システム（内視鏡装置）が、工業用の内視鏡装置である場合について説明した。しかし、本発明の考え方は、工業用の内視鏡装置への適用に限定されるものではなく、例えば、医療用の内視鏡装置にも適用することもできる。
【０１３２】
また、本実施形態においては、本体部２内に操作部８２とモニタ８７とを備えた構成について説明した。しかし、操作部８２やモニタ８７は、本体部２内に備える構成に限定されるものではなく、例えば、本体部２の外部に配置され、本体部２と接続される構成であってもよい。
【０１３３】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【符号の説明】
【０１３４】
１，１２，１３・・・内視鏡装置（内視鏡システム）
２・・・本体部
３・・・挿入部
４・・・先端部
４０・・・端面
４５・・・開口部
４６・・・照明窓
４７・・・投影窓（パターン投影部）
５・・・撮像部
５１・・・撮像制御部
５２・・・撮像素子
５３・・・対物光学系
５４・・・カバー部材
５５・・・信号線
６・・・照明部
６１・・・照明光源
６２・・・カップリングレンズ
６３・・・ファイババンドル
６４・・・照明光学系
７１，７２，７３・・・パターン投影部
７１１，７１１ａ，７１１ｂ，７２１・・・パターン投影光源（パターン投影部，投影光源）
７１２，７１２ａ，７１２ｂ，７２２・・・カップリングレンズ（パターン投影部）
７１３，７１３ａ，７１３ｂ，７１３ｃ，７１３ｄ，７３３・・・光ファイバ（パターン投影部）
７１４，７１４ａ，７１４ｂ・・・縞生成部（パターン投影部，パターン変換部）
７１５，７１５ａ，７１５ｂ，７１５ｃ，７１５ｄ，７３５・・・投影光学系（パターン投影部）
７１６・・・パターン制御部（パターン投影部）
７１７ａ，７１７ｂ，７３７・・・信号線（パターン投影部）
７２８・・・光スイッチング素子（パターン投影部）
７３９・・・信号線（パターン投影部）
７３４・・・縞生成部（パターン投影部，パターン変換部）
７３４１・・・光スイッチング素子（パターン投影部）
７３４２・・・光スイッチング素子（パターン投影部）
８０・・・光源制御部
８１・・・メイン制御部（３次元計測部）
８２・・・操作部
８３・・・ＲＡＭ（３次元計測部）
８４・・・補助記憶部（３次元計測部）
８５・・・ＲＯＭ（３次元計測部）
８６・・・映像処理部
８７・・・モニタ
Ａ・・・中心線
Ｃ・・・中心線
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４・・・計測光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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