(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を前記被検物に照射するパターン投影部と、
前記計測光を照射して得た映像に応じた前記被検物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、
を備えた内視鏡システムであって、
前記パターン投影部は、前記構造化したパターンが異なる複数の光の基線長が同じで、前記構造化したパターンが異なる複数の光の位相をシフトして、前記計測光として前記被検物に複数回照射し、
前記３次元計測部は、同じシフト量で前記構造化パターンの周期が異なる少なくとも２つの前記計測光の照射によって得たそれぞれの前記計測画像に基づいて、前記計測画像に含まれる前記構造化パターンの前記周期が表す前記被検物との相対的な距離の情報を絶対的な距離の情報に変換した変換画像をそれぞれの前記シフト量ごとに生成し、それぞれの前記シフト量ごとの前記変換画像に含まれる前記絶対的な距離の情報に基づいて、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】
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周期が異なる複数の構造化パターンの光に変換して出射するパターン変換部と、
入射した光の位相を、前記予め定めたシフト量だけ位相シフトして出射する位相シフト部と、
を備え、
前記投影光源が発光した光を、前記構造化パターンの光に変換し、かつ前記位相シフトして、それぞれの前記計測光とする、
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】
前記パターン変換部は、
出射する光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】
前記投影光源は、
可視光の波長帯域の光を発光する光源である、
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、
入射した光を２つの光に分け、分けたそれぞれの光の干渉を利用して入射した光を前記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４に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記パターン変換部および前記位相シフト部は、
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２つの出射端から放射する光の干渉を利用して入射した光を前記縞状の構造化パターンに変換し、一方の光路の光の位相を変更することによって変換した前記縞状の構造化パターンの光を位相シフト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５に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記パターン変換部は、
入射した光を２つに分光し、分光したそれぞれの光を偏光した光の干渉を利用して入射した光を前記縞状の構造化パターンに変換し、
前記位相シフト部は、
入射した光の偏光軸を回転することによって光を位相シフトする、
ことを特徴とする請求項５に記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記パターン変換部および前記位相シフト部は、
光を透過する透過領域と光を透過しない非透過領域とが周期的に繰り返す透過パターンを形成することによって入射した光を前記縞状の構造化パターンに変換し、前記透過パターンにおける前記透過領域と前記非透過領域とのそれぞれの状態を維持したまま移動させることによって変換した前記縞状の構造化パターンの光を位相シフトする空間変調素子で構成される、
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９】
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５から請求項７のいずれか１の項に記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記投影光源は、
異なる２つの前記波長帯域の光をそれぞれ発光する光源であり、
前記パターン変換部は、
前記投影光源が発光したそれぞれの光に対応した２つの前記縞状の構造化パターンに変換し、
前記位相シフト部は、
前記投影光源が発光したそれぞれの光ごとに位相シフトする、
ことを特徴とする請求項９に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記縞生成デバイスは、
分離した光を放射する前記出射端の組を２組有し、それぞれの組に属する２つの前記出射端の間の距離は異なる、
ことを特徴とする請求項６、請求項６を引用する請求項９、請求項６を引用する請求項１０のいずれか１の項に記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
前記パターン変換部および前記位相シフト部は、
２つの異なる前記透過パターンを形成して２つの前記縞状の構造化パターンに変換し、それぞれの前記透過パターンごとに位相シフトする、
ことを特徴とする請求項８に記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
前記３次元計測部は、
同じ前記シフト量で前記構造化パターンの周期が異なる少なくとも２つの前記計測画像に含まれるそれぞれの前記構造化パターンの差に基づいた差周波を求め、前記差周波の周期が表す前記被検物との絶対的な距離を基準とした前記変換画像を、それぞれの前記シフト量ごとに生成する、
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１４】
前記パターン投影部は、
前記投影光源が発光した光を、少なくとも２つの前記構造化パターンに変換し、かつ前記位相シフトした前記計測光を、前記被検物に順次照射する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の内視鏡システム。
【請求項１５】
前記投影光源は、
前記内視鏡システムの本体部に配置される、
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次元の計測技術を搭載した内視鏡システムには、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位相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方式がある。そして、例えば、特許文献１のように、縞投影計測によって３次元の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次元画像を生成することによって、被写体の凸凹を観察することができる。
【０００４】
ところで、３次元の計測を行う場合、被検物にある凸凹の部分の大きさや長さなどの実際の寸法、つまり、絶対的な寸法を計測することができる必要がある。このため、縞投影によって被検物を計測する計測装置においては、一般的に、予め定めた周期の縞状のパターンに構造化した並行光束の光を被検物に照射する方法が用いられている。これは、並行光束における縞状のパターンの周期は、被検物の高さ（奥行き方向の長さ）が変化した場合でも、その縞の間隔が変化することがない、つまり、撮影した画像に含まれる縞の空間周波数が変化しないため、縞の間隔を計測することによって絶対的な寸法を簡単な演算で求めることができるからである。
【０００５】
しかしながら、内視鏡システムにおいては、被検物を広範囲に観察することができるように、光を拡散させて被検物に照射している。つまり、内視鏡システムでは、被検物を観察するために拡散光が用いられる。このため、内視鏡システムでは、予め定めた周期の縞状のパターンの光を被検物に照射して被検物を計測しようとしても、先端部と被検物との距離によって縞の周期が変化、つまり、撮影した画像に含まれる縞の空間周波数が変化してしまう。これにより、内視鏡システムにおいて撮影した画像からは、被検物の凸凹の大きさなどを、照射した縞の位相差として得ることはできるが、被検物の凸凹の大きさなどの絶対的な寸法を得ることはできない。従って、内視鏡システムにおいて３次元の計測を行う場合には、被検物に拡散光が照射された状態での縞の周期を求める必要がある。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献２のように、構造化したパターンの光を位相シフトして被写体に複数回照射し、それぞれの位相で撮影した画像を処理することによって表れる位相の揺らぎ（リップル）を利用して、３次元の計測をするための絶対的な寸法を求める内視鏡システムの技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−０８７５４３号公報
【特許文献２】米国特許第７９６９５８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、構造化したパターンの光を位相シフトして被検物に照射することによって３次元の計測を行う場合、それぞれの光の位相シフト量は、３６０°（２π）を、被検物に照射する回数で除算したシフト量（例えば、構造化したパターンの光を３回照射する場合には、１２０°（２π／３）ずつのシフト量）であり、さらに、それぞれの光の基線長が同じであることが望ましい。つまり、３次元の計測において計測に用いるそれぞれの光は、同じ光源が発光した光を、同じシフト量ずつ位相シフトした光であり、それぞれの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。
【０００９】
しかしながら、特許文献２に開示された構成では、複数の光源が発光した光を、固定されたスリットを通すことによって、被検物に照射される光に、同じ周期の縞状のパターンと位相差とを与えている。つまり、特許文献２に開示された構成は、位相シフトしたそれぞれの光の光源の位置が異なっている、つまり、基線長が異なっている光を被検物に照射する構成である。この構成によって特許文献２では、リップルを利用して３次元の計測を行うことができるものの、特許文献２の技術を適用するためには、開示された構成を採用する必要がある、つまり、実現する構成に制約がある。
【００１０】
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て絶対的な寸法を得る内視鏡システムにおいて、基線長が同じ複数の光を被検物に投影す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】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、内視鏡システムは、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を前記被検物に照射するパターン投影部と、前記計測光を照射して得た映像に応じた前記被検物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、を備えた内視鏡システムであって、前記パターン投影部は、前記構造化したパターンが異なる複数の光の基線長が同じで、前記構造化したパターンが異なる複数の光の位相をシフトして、前記計測光として前記被検物に複数回照射し、前記３次元計測部は、同じシフト量で前記構造化パターンの周期が異なる少なくとも２つの前記計測光の照射によって得たそれぞれの前記計測画像に基づいて、前記計測画像に含まれる前記構造化パターンの前記周期が表す前記被検物との相対的な距離の情報を絶対的な距離の情報に変換した変換画像をそれぞれの前記シフト量ごとに生成し、それぞれの前記シフト量ごとの前記変換画像に含まれる前記絶対的な距離の情報に基づいて、前記３次元の計測を行う。
【００１２】
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、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周期が異なる複数の構造化パターンの光に変換して出射するパターン変換部と、入射した光の位相を、前記予め定めたシフト量だけ位相シフトして出射する位相シフト部と、を備え、前記投影光源が発光した光を、前記構造化パターンの光に変換し、かつ前記位相シフトして、それぞれの前記計測光としてもよい。
【００１３】
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、前記パターン変換部は、出射する光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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、入射した光を２つの光に分け、分けたそれぞれの光の干渉を利用して入射した光を前記縞状の構造化パターンに変換してもよい。
【００１６】
本発明の第６の態様によれば、上記第５の態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン変換部および前記位相シフト部は、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２つの出射端から放射する光の干渉を利用して入射した光を前記縞状の構造化パターンに変換し、一方の光路の光の位相を変更することによって変換した前記縞状の構造化パターンの光を位相シフトする縞生成デバイスで構成されてもよい。
【００１７】
本発明の第７の態様によれば、上記第５の態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン変換部は、入射した光を２つに分光し、分光したそれぞれの光を偏光した光の干渉を利用して入射した光を前記縞状の構造化パターンに変換し、前記位相シフト部は、入射した光の偏光軸を回転することによって光を位相シフトしてもよい。
【００１８】
本発明の第８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および前記位相シフト部は、光を透過する透過領域と光を透過しない非透過領域とが周期的に繰り返す透過パターンを形成することによって入射した光を前記縞状の構造化パターンに変換し、前記透過パターンにおける前記透過領域と前記非透過領域とのそれぞれの状態を維持したまま移動させることによって変換した前記縞状の構造化パターンの光を位相シフトする空間変調素子で構成されてもよい。
【００１９】
本発明の第９の態様によれば、上記第５の態様から上記第７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。
【００２０】
本発明の第１０の態様によれば、上記第９の態様の内視鏡システムにおいて、前記投影光源は、異なる２つの前記波長帯域の光をそれぞれ発光する光源であり、前記パターン変換部は、前記投影光源が発光したそれぞれの光に対応した２つの前記縞状の構造化パターンに変換し、前記位相シフト部は、前記投影光源が発光したそれぞれの光ごとに位相シフトしてもよい。
【００２１】
本発明の第１１の態様によれば、上記第６の態様、上記第６の態様を引用する上記第９の態様、上記第６の態様を引用する上記第１０の態様のいずれか一態様の内視鏡システムにおいて、前記縞生成デバイスは、分離した光を放射する前記出射端の組を２組有し、それぞれの組に属する２つの前記出射端の間の距離は異なってもよい。
【００２２】
本発明の第１２の態様によれば、上記第８の態様の内視鏡システムにおいて、前記パターン変換部および前記位相シフト部は、２つの異なる前記透過パターンを形成して２つの前記縞状の構造化パターンに変換し、それぞれの前記透過パターンごとに位相シフトしてもよい。
【００２４】
本発明の第１３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、前記３次元計測部は、同じ前記シフト量で前記構造化パターンの周期が異なる少なくとも２つの前記計測画像に含まれるそれぞれの前記構造化パターンの差に基づいた差周波を求め、前記差周波の周期が表す前記被検物との絶対的な距離を基準とした前記変換画像を、それぞれの前記シフト量ごとに生成してもよい。
【００２５】
本発明の第１４の態様によれば、上記第１３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、前記投影光源が発光した光を、少なくとも２つの前記構造化パターンに変換し、かつ前記位相シフトした前記計測光を、前記被検物に順次照射してもよい。
【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、前記投影光源は、前記内視鏡システムの本体部に配置されてもよい。
【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て絶対的な寸法を得る内視鏡システムにおいて、基線長が同じ複数の光を被検物に投影す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】本発明の実施形態による内視鏡システムの基本構成の概略を示した図である。
【図２】本実施形態の内視鏡システムに備えた第１の構成のパターン投影部の概略構成の一例を示した図である。
【図３】本実施形態の内視鏡システムに備えた第１の構成の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４】本実施形態の内視鏡システムに備えた第２の構成のパターン投影部の概略構成の一例を示した図である。
【図５】本実施形態の内視鏡システムに備えた第３の構成の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６】本実施形態の内視鏡システムに備えた第４の構成のパターン投影部の概略構成の一例を示した図である。
【図７】本実施形態の内視鏡システムに備えた第５の構成のパターン投影部の概略構成の一例を示した図である。
【図８】本実施形態の内視鏡システムに備えた第５の構成のパターン投影部に含まれる空間変調部による縞状のパターンの生成方法の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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）の基本構成の概略を示した図である。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７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７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７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７は、本体部２内に配置されたパターン投影光源７０１、カップリングレンズ７０２、およびパターン制御部７０６と、挿入部３内を通る光ファイバ７０３と、先端部４内に配置された縞生成部７０４および投影光学系７０５とを含んで構成される。パターン投影光源７０１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７０１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７０１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。
【００３９】
カップリングレンズ７０２は、パターン投影光源７０１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７０３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７０２は、収束させたレーザー光を光ファイバ７０３に導入する。光ファイバ７０３は、カップリングレンズ７０２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７０４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７０３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。
【００４０】
縞生成部７０４は、挿入部３内に備えた信号線７０７を介して伝送された、本体部２内のパターン制御部７０６から出力された制御信号に応じて、パターン投影部７から発せられて光ファイバ７０３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。また、縞生成部７０４は、パターン制御部７０６から出力された制御信号に応じて、生成したパターン光に予め定めた位相差をもたせる。そして、縞生成部７０４は、位相差をもたせた、つまり、位相シフトを行ったパターン光を投影光学系７０５に出射する。なお、内視鏡装置１では、パターン投影部７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７０４は、レーザー光を縦縞のパターン光に変換し、かつ予め定めた位相シフトを行ったパターン光を投影光学系７０５に出射する。
【００４１】
パターン制御部７０６は、メイン制御部８１からの制御に応じて、縞生成部７０４が投影光学系７０５に出射するパターン光の構造化パターンと位相差とを制御する。より具体的には、パターン制御部７０６は、信号線７０７を介して縞生成部７０４に出力する制御信号によって、縞生成部７０４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。また、パターン制御部７０６は、信号線７０７を介して縞生成部７０４に出力する制御信号によって、縞生成部７０４が生成したパターン光にもたせる位相差、つまり、被検物に投影するパターン光の位相シフト量を制御する。
【００４２】
投影光学系７０５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７０５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７０５は、複数の光学レンズで構成されてもよい。投影光学系７０５は、縞生成部７０４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、位相シフトしたパターン光が、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７０５にも、照明光学系６４と同様に、投影窓４７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。
【００４３】
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。
【００４４】
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７０１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およびパターン投影光源７０１の発光制御の方法に関する詳細な説明は、後述する。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
なお、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７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７を構成する縞生成部７０４および投影光学系７０５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７を構成する投影光学系７０５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。
【００５４】
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７０１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７０１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。
【００５５】
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。
【００５６】
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７０１をオン状態に制御することによって、パターン投影部７がパターン光（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）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。
【００５７】
なお、内視鏡装置１では、内視鏡装置１の動作モードが計測モードのとき、被検物における実際の寸法（絶対的な寸法，以下、「絶対寸法」という）を計測する処理に必要な画像を取得するために、パターン投影部７は、縦縞のパターンの周期が異なる２つ（２種類）以上の計測光を投影する。このため、光源制御部８０は、それぞれの計測光を、パターン投影部７の構成に応じて、順番または同時に被検物に照射するように制御する。これにより、被検物には、縦縞のパターンの周期が異なる計測光のそれぞれが、位相シフトされて複数回照射される。そして、内視鏡装置１では、以下の処理によって３次元の計測の処理を行う。
【００５８】
（処理１）：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て、異なる周期および位相の計測光の照射による被検物の映像（画像）（以下、「パターン画像」という）を順次生成する。そして、メイン制御部８１は、映像処理部８６から出力されたパターン画像を一旦ＲＡＭ８３に格納する。
（処理２）：続いて、メイン制御部８１は、ＲＡＭ８３に格納したパターン画像を読み出し、同じ位相シフトがなされ、つまり、同じ位相シフト量であり、異なる周期の縦縞のパターンであるパターン画像に基づいて、被検物の画像（以下、「計測モード画像」という）を生成して、再度ＲＡＭ８３に格納する。なお、メイン制御部８１は、計測光にもたせたそれぞれの位相差、つまり、それぞれの位相シフト量ごとに１つの計測モード画像を順次生成して、再度ＲＡＭ８３に格納する。
（処理３）：続いて、メイン制御部８１は、ＲＡＭ８３に格納したそれぞれの位相差ごとの複数の計測モード画像を読み出して、３次元の計測の処理を行う。
（処理４）その後、メイン制御部８１は、実行した３次元の計測結果を表す画像、例えば、現在モニタ８７に表示させている画像に、計測結果を示すためのＯＳＤ（Ｏｎ−Ｓｃｒｅｅｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）用のデータを重畳する処理などを行った画像を、モニタ８７に出力して表示させる。
【００５９】
次に、内視鏡装置１においてパターン画像から計測モード画像を生成する処理（処理２）について説明する。この処理２は、既存の技術を利用してパターン画像に含まれる位相の折り返しを解消する、つまり、位相の不連続点をつなぎ合わせる位相接続の処理に相当する。位相接続の処理では、例えば、レンズの表面の状態を計測する場合、レンズの表面は滑らかであるという前提の基で、画像に含まれる計測光の位相の不連続点が、位相接続を行う位相の折り返し位置であると仮定し、この位置の位相差を加算、減算することによって不連続な位相をつなぎ合わせることができる。しかし、内視鏡装置１では、形状が滑らかでない被検物も計測対象とする。従って、パターン画像に含まれる位相の不連続な変化が、位相の接続位置を表しているのか、被検物の大きな段差に起因する位相の大きなずれを表しているのかを容易に判別することができない。このため、内視鏡装置１では、パターン画像に含まれる構造化したパターンの周期が表す被検物上の相対的な距離の情報を、内視鏡装置１と被検物との間の絶対的な距離の情報に変換する処理２を行う。
【００６０】
より具体的には、パターン投影部７が、同じ位相で縦縞のパターンの周期が異なる複数の計測光を投影し、メイン制御部８１が、パターン画像に含まれる縦縞のパターンの周期の相対的な位相（以下、「相対位相」という）を、被検物の絶対寸法の計測を行うための絶対的な位相（以下、「絶対位相」という）に変換する処理２（以下、「位相変換処理」という）を行う。つまり、位相変換処理では、計測により得られた折り返された位相を位相接続の処理により折り返しのない位相へと変換する。その上で、折り返しのない位相と基準面での折り返しのない位相の差を算出する。これにより、被検物の絶対寸法の計測が可能になる。基準面での折り返しのない位相は生産時に実行されるキャリブレーション時に物体距離が既知である基準面を使って算出される。
【００６１】
同じ位相で縦縞のパターンの周期が異なる複数（種類）の計測光に基づいて位相を変換する位相変換処理の方法には、例えば、以下のような方法がある。なお、以下の説明においては、パターン投影部７が、２つ（２種類）の異なる周期の縦縞のパターンの計測光を投影する場合について説明する。
【００６２】
第１の位相変換処理の方法は、予め定めた短い周期の縦縞のパターンに構造化した計測光（以下、「短周期パターン光」という）と、短周期パターン光の周期よりも十分に長い予め定めた長い周期の縦縞のパターンに構造化した計測光（以下、「長周期パターン光」という）とを被検物に照射することによって、縦縞のパターンの周期の相対位相を絶対位相に変換する方法（以下、「第１の位相変換方法」という）である。第１の位相変換方法では、長周期パターン光の周期を、撮像部５が撮影する所定の画角の範囲、つまり、観察範囲内で位相が０〜２π以下となる周期にする。これにより、第１の位相変換方法では、パターン画像に含まれる同じ行の画素が表す長周期パターン光の位相を、パターン画像内で一意（ユニーク）に定めることになる。そして、第１の位相変換方法では、長周期パターン光の位相を基準として、パターン画像に含まれる短周期パターン光の相対位相を、被検物の絶対寸法の計測を行うための絶対位相に変換する。
【００６３】
より具体的には、長周期パターン光の波長を波長λ１とし、短周期パターン光の波長を波長λ２とした場合、パターン画像に含まれるそれぞれの画素の短周期パターン光における絶対位相Φ２を、下式（１）に基づいて算出する。
【００６４】
Φ２  ＝  （λ１／λ２）Δφ１      ・・・（１）
【００６５】
上式（１）において、Δφ１は長周期パターン光が被検物に照射されたときの相対位相と、長周期パターン光が基準の位置（基準面）に照射されたときの相対位相との位相差であり、下式（２）によって算出することができる。
【００６６】
Δφ１  ＝  φ１−φ１０  ＝  ｋ１ｈ  ＝  ２πｈ／λ１      ・・・（２）
【００６７】
上式（２）において、φ１は長周期パターン光が被検物に照射されたときの相対位相、φ１０は長周期パターン光が基準の位置（基準面）に照射されたときの相対位相を表す。また、上式（２）において、ｋ１は長周期パターン光における縞の波数、ｈは基準の位置からの高さを表す。
【００６８】
第１の位相変換方法では、このような演算をパターン画像に含まれるそれぞれの画素に対して行うことによって、計測光としてパターン画像に含まれた短周期パターン光の相対位相を、短周期パターン光の絶対位相に変換した計測モード画像を生成することができる。
【００６９】
また、第２の位相変換処理の方法は、予め定めた短い周期の縦縞のパターンに構造化した２つの計測光を被検物に照射し、２つの計測光による差周波の信号（ビート信号）を、上述した長周期パターン光と同様に考えることで、縦縞のパターンの周期の相対位相を絶対位相に変換する方法（以下、「第２の位相変換方法」という）である。つまり、第２の位相変換方法では、予め定めた短い周期の縦縞のパターンに構造化した計測光（以下、「第１の短周期パターン光」という）と、第１の短周期パターン光の周期に近い予め定めた短い周期の縦縞のパターンに構造化した計測光（以下、「第２の短周期パターン光」という）とを被検物に照射することによって、縦縞のパターンの周期の相対位相を絶対位相に変換する。このとき、第２の位相変換方法では、第１の短周期パターン光と第２の短周期パターン光とによって発生するビート信号の周期が、撮像部５における観察範囲内で位相が０〜２π以下となるように、第１の短周期パターン光と第２の短周期パターン光とのそれぞれの周期を決定する。これにより、第２の位相変換方法でも、第１の位相変換方法と同様に、パターン画像に含まれる同じ行の画素が表すビート信号の位相を、パターン画像内で一意（ユニーク）に定めることになる。そして、第２の位相変換方法では、ビート信号の位相を基準として、パターン画像に含まれる第１の短周期パターン光または第２の短周期パターン光の相対位相を、被検物の絶対寸法の計測を行うための絶対位相に変換する。
【００７０】
より具体的には、第１の短周期パターン光の波長を波長λ３とし、第２の短周期パターン光の波長を波長λ４とした場合、パターン画像に含まれるそれぞれの画素の第１の短周期パターン光または第２の短周期パターン光における絶対位相は、第１の位相変換方法と同様に、下式（３）また下式（４）に基づいて算出する。
【００７１】
Φ３  ＝  （Λ３４／λ３）Δφ４      ・・・（３）
Φ４  ＝  （Λ３４／λ４）Δφ３      ・・・（４）
【００７２】
上式（３）において、Φ３は、パターン画像に含まれるそれぞれの画素の第１の短周期パターン光における絶対位相を表し、Δφ４は第２の短周期パターン光が被検物に照射されたときの相対位相と、第２の短周期パターン光が基準の位置（基準面）に照射されたときの相対位相との位相差であり、上式（２）と同様に算出することができる。また、上式（４）において、Φ４は、パターン画像に含まれるそれぞれの画素の第２の短周期パターン光における絶対位相を表し、Δφ３は第１の短周期パターン光が被検物に照射されたときの相対位相と、第１の短周期パターン光が基準の位置（基準面）に照射されたときの相対位相との位相差であり、上式（２）と同様に算出することができる。また、上式（３）および上式（４）において、Λ３４は、ビート信号の周期を表し、下式（５）によって算出することができる。
【００７３】
Λ３４  ＝  λ３λ４／（λ４−λ３）      ・・・（５）
【００７４】
第２の位相変換方法では、このような演算をパターン画像に含まれるそれぞれの画素に対して行うことによって、パターン画像に含まれる計測光の相対位相を絶対位相に変換した計測モード画像を生成することができる。なお、第２の位相変換方法では、上式（３）および上式（４）に示したように、第１の短周期パターン光と第２の短周期パターン光とのいずれからでも、被検物の絶対寸法の計測を行うための絶対位相に変換することができる。つまり、第２の位相変換方法では、上式（３）によって、計測光としてパターン画像に含まれた第１の短周期パターン光の相対位相を、第１の短周期パターン光の絶対位相に変換した計測モード画像を生成することができる。また、第２の位相変換方法では、上式（４）によって、計測光としてパターン画像に含まれた第２の短周期パターン光の相対位相を、第２の短周期パターン光の絶対位相に変換した計測モード画像を生成することができる。
【００７５】
このようにして、メイン制御部８１は、周期が異なる２つ以上の計測光を照射して得たパターン画像に基づいて位相変換処理を行い、それぞれの位相シフト量に対応する計測モード画像を生成する。そして、メイン制御部８１は、生成したパターン画像に基づいて、３次元の計測の処理を行う。
【００７６】
なお、第１の位相変換方法は、計測モード画像を生成する際にビート信号の演算を行わないため、演算負荷が少ない方法である。一方、第２の位相変換方法は、構造化したそれぞれのパターンの周期が近い周期であるため、構造化した複数のパターンを形成するための構成要素、つまり、パターン投影部７を容易に実現することができる方法である。しかし、位相変換処理は、上述した２つの方法に限定されるものではなく、被検物に複数の計測光を照射することによってパターン画像に含まれる計測光の相対位相を絶対位相に変換する方法であればよい。従って、内視鏡装置１において行う位相変換処理の方法は、特に規定しない。
【００７７】
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（処理３）について説明する。この処理３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、パターン投影光源７０１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。
【００７８】
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、それぞれの計測光の照射において被検物を撮影したパターン画像から、４つの計測モード画像を生成する。そして、メイン制御部８１は、生成した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周期の構造化パターン（縦縞のパターン）における絶対位相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（６）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絶対位相φを高速に算出する。
【００７９】
φ（ｘ，ｙ）  ＝  ｔａｎ−１（（Ｉ３−Ｉ１）／（Ｉ０−Ｉ２））    ・・・（６）
【００８０】
上式（６）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）の絶対位相を表す。また、上式（６）において、Ｉ０は１枚目の計測モード画像に含まれる画素（ｘ，ｙ）の輝度を表し、Ｉ１は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。
【００８１】
そして、メイン制御部８１は、算出した絶対位相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）を生成することができる。
【００８２】
このようにして、メイン制御部８１は、生成した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。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。なお、上述した例では、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を示したが、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。従って、内視鏡装置１において３次元形状復元処理を行う、つまり、３次元点群データを生成するために用いる計測モード画像の数は、特に規定しない。
【００８３】
本実施形態によれば、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７）と、計測光を照射して得た映像に応じ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７は、構造化したパターンが異なる複数の光の基線長が同じで、構造化したパターンが異なる複数の光の位相をシフトして、計測光として被検物に複数回照射し、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。
【００８４】
また、本実施形態によれば、パターン投影部７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７０１）と、入射した光を、構造化したパターンの周期が異なる複数の構造化パターンの光に変換して出射するパターン変換部（縞生成部７０４）と、入射した光の位相を、予め定めたシフト量だけ位相シフトして出射する位相シフト部（縞生成部７０４）と、を備え、パターン投影光源７０１が発光した光を、構造化パターンの光（パターン光）に変換し、かつ位相シフトして、それぞれの計測光とする内視鏡装置１が構成される。
【００８５】
また、本実施形態によれば、縞生成部７０４は、出射する光の強度が（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。
【００８６】
また、本実施形態によれば、パターン投影光源７０１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。
【００８７】
また、本実施形態によれば、メイン制御部８１は、同じシフト量で構造化パターンの周期が異なる少なくとも２つの計測光の照射によって得たそれぞれの計測画像（パターン画像）に基づいて、パターン画像に含まれる縦縞のパターンの周期が表す被検物との相対的な距離の情報（相対位相）を絶対的な距離の情報（絶対位相）に変換した変換画像（計測モード画像）を、それぞれのシフト量ごとに生成し、それぞれのシフト量ごとの計測モード画像に含まれる絶対的な距離の情報（絶対位相）に基づいて、３次元の計測を行う内視鏡装置１が構成される。
【００８８】
また、本実施形態によれば、メイン制御部８１は、同じシフト量で縦縞のパターンの周期が異なる少なくとも２つのパターン画像に含まれるそれぞれの構造化パターンの差に基づいた差周波（ビート信号）を求め、ビート信号の周期が表す被検物との絶対的な距離（絶対位相）を基準とした計測モード画像を、それぞれのシフト量ごとに生成する内視鏡装置１が構成される。
【００８９】
また、本実施形態によれば、パターン投影部７は、パターン投影光源７０１が発光した光を、少なくとも２つの縦縞のパターンに変換し、かつ位相シフトした計測光を、被検物に順次照射する内視鏡装置１が構成される。
【００９０】
また、本実施形態によれば、パターン投影光源７０１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。
【００９１】
このような構成と処理によって、内視鏡装置１では、パターン投影部７が、周期が異なる２つ以上の計測光を位相シフトして被検物に複数回照射し、それぞれの計測光で撮影した複数の画像に基づいて、例えば、ユーザによって設定された２つの測定点の間の距離（２点間の距離）など、被検物における実際の寸法（絶対寸法）を３次元で計測する。
【００９２】
＜第１の構成＞
次に、予め定めた周期で構造化したパターンの複数の光を被検物に投影するパターン投影部の構成について説明する。図２は、本実施形態の内視鏡システムに備えた第１の構成のパターン投影部の概略構成の一例を示した図である。図２には、第１の構成のパターン投影部（以下、「パターン投影部７１」という）を備えた内視鏡システムの構成を示している。図２に示した内視鏡システムの構成は、図１に示した内視鏡装置１の基本構成におけるパターン投影部７が、パターン投影部７１に代わった構成である。以下の説明においては、パターン投影部７１を備えた内視鏡装置１を、「内視鏡装置１１」という。なお、内視鏡装置１１も、工業用の内視鏡装置である。
【００９３】
なお、内視鏡装置１１に備えた他の構成要素は、図１に示した基本構成の内視鏡装置１に備えた構成要素と同様である。また、パターン投影部７１の構成要素にも、図１に示した基本構成の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７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、内視鏡装置１１の構成要素において、図１に示した内視鏡装置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。
【００９４】
パターン投影部７１は、被検物の絶対寸法を計測する処理に必要な画像を取得するために投影する計測光における異なる周期を、パターン投影光源が発光する光の波長帯域を異ならせることによって実現する構成のパターン投影部である。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、ミラー７１８、ハーフミラー７１９、およびパターン制御部７０６と、挿入部３内を通る光ファイバ７０３と、先端部４内に配置された縞生成部７１４および投影光学系７０５とを含んで構成される。
【００９５】
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。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、異なる波長帯域である。例えば、パターン投影光源７１１ａは赤色の波長帯域のレーザー光源であり、パターン投影光源７１１ｂは緑色の波長帯域のレーザー光源である。以下の説明においては、パターン投影光源７１１ａが発光した特定の波長帯域のレーザー光を「第１のレーザー光」といい、パターン投影光源７１１ｂが発光した特定の波長帯域のレーザー光を「第２のレーザー光」という。
【００９６】
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、光ファイバ７０３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、収束させた第１のレーザー光をハーフミラー７１９に出射する。また、カップリングレンズ７１２ｂは、収束させた第２のレーザー光を、ミラー７１８に出射する。
【００９７】
ミラー７１８は、カップリングレンズ７１２ｂから出射された第２のレーザー光を反射してハーフミラー７１９に導く。ハーフミラー７１９は、カップリングレンズ７１２ａから出射された第１のレーザー光と、ミラー７１８から導かれた第２のレーザー光とを混合して光ファイバ７０３に導入する。これにより、光ファイバ７０３は、ハーフミラー７１９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７１４まで導く。
【００９８】
縞生成部７１４は、パターン制御部７０６から出力された制御信号に応じて、光ファイバ７０３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７０５に出射する縞生成デバイスである。これにより、それぞれの計測光が被検物に照射される。
【００９９】
ここで、縞生成部７１４の構成について説明する。図３は、本実施形態の内視鏡システム（内視鏡装置１１）に備えた第１の構成のパターン投影部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７０３によって導かれた第１のレーザー光と第２のレーザー光とが混合したレーザー光（以下、「混合レーザー光」という）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。
【０１００】
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に導かれた混合レーザー光の波長帯域（混合レーザー光の波長）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に導かれた混合レーザー光の波長帯域が低い帯域になる、つまり、混合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に導かれた混合レーザー光の波長帯域が高い帯域になる、つまり、混合レーザー光の波長が長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に導かれた混合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。
【０１０１】
また、縞生成部７１４は、入射端Ｉｎに導かれた混合レーザー光を分離して放射させる出射端Ｏｕｔ２側の光路に設けられた位相シフタ７１４１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。位相シフタ７１４１は、例えば、パターン制御部７０６から出力された制御信号に応じて熱を発することによって、出射端Ｏｕｔ２側の光路に導かれた混合レーザー光の位相を、温度の変化に応じてシフトさせる。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、計測光が位相シフトされる。なお、位相シフタ７１４１が混合レーザー光の位相をシフトする方法は、温度の変化を用いた方法に限定されるものではない。
【０１０２】
このような構成によって、縞生成部７１４は、光ファイバ７０３によって導かれた混合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、かつ予め定めた位相シフトを行って出射する。
【０１０３】
本第１の構成によれば、パターン変換部（縞生成部７１４）は、入射した光（混合レーザー光）を２つの光に分け（光路に分離し）、分けた（分離した）それぞれの光（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）の干渉を利用して入射した光（混合レーザー光）を縞状の構造化パターン（縞状のパターン）に変換する内視鏡システム（内視鏡装置１１）が構成される。
【０１０４】
また、本第１の構成によれば、縞生成部７１４および位相シフト部（縞生成部７１４内の位相シフタ７１４１）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２つの出射端（出射端Ｏｕｔ１および出射端Ｏｕｔ２）から放射する光（レーザー光）の干渉を利用して入射した混合レーザー光を縞状のパターンに変換し、一方の光路（出射端Ｏｕｔ２側の光路）のレーザー光の位相を変更（シフト）することによって変換した縞状のパターンのレーザー光を位相シフト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１１が構成される。
【０１０５】
また、本第１の構成によれば、投影光源（パターン投影光源７１１ａおよびパターン投影光源７１１ｂ）は、レーザー光を発光する光源である内視鏡装置１１が構成される。
【０１０６】
また、本第１の構成によれば、パターン投影光源７１１ａおよびパターン投影光源７１１ｂは、異なる２つの波長帯域の光をそれぞれ発光する光源であり、縞生成部７１４は、パターン投影光源７１１ａおよびパターン投影光源７１１ｂが発光したそれぞれのレーザー光に対応した２つの縞状のパターンに変換し、位相シフタ７１４１は、パターン投影光源７１１ａおよびパターン投影光源７１１ｂが発光したそれぞれのレーザー光ごとに位相シフトする内視鏡装置１１が構成される。
【０１０７】
上記に述べたように、第１の構成のパターン投影部７１では、パターン投影部７１を構成するパターン投影光源７１１ａおよびパターン投影光源７１１ｂのそれぞれが発光する光の波長帯域を異なる波長帯域にすることによって、予め定めた周期で構造化したパターンの複数の計測光を、位相シフトして被検物に投影する。このとき、第１の構成のパターン投影部７１では、縞生成部７１４の出射端Ｏｕｔ１および出射端Ｏｕｔ２から放射されるレーザー光の干渉によって構造化された縞状のパターンが形成される。このとき、パターン投影光源７１１ａとパターン投影光源７１１ｂそれぞれから発光するレーザー光は同じ光路を通るため、異なる波長帯域を有する計測光の基線長は同じである。これにより、第１の構成のパターン投影部７１を備えた内視鏡装置１１では、上式（６）のような一般的な位相シフト法の計算を行うだけで、３次元の計測を行うことができる。また、上式（６）のような一般的な位相シフトの計算は、特許文献２でのリップルを用いた計算方法よりも計算負荷が小さく、低消費電力や小型化が要求される内視鏡装置に適している。
【０１０８】
なお、第１の構成のパターン投影部７１では、ミラー７１８とハーフミラー７１９とによって第１のレーザー光と第２のレーザー光とを混合して光ファイバ７０３に導入する構成について説明した。しかし、第１の構成のパターン投影部７１において第１のレーザー光と第２のレーザー光とを混合する構成は、ミラー７１８とハーフミラー７１９とを用いた構成に限定されるものではない。例えば、光スイッチング素子によって第１のレーザー光と第２のレーザー光とを混合する構成であってもよい。
【０１０９】
また、第１の構成のパターン投影部７１では、第１のレーザー光と第２のレーザー光とを混合した混合レーザー光を光ファイバ７０３に導入する構成について説明した。しかし、光ファイバ７０３に導入して縞生成部７１４に導くレーザー光は、第１のレーザー光と第２のレーザー光とを混合した混合レーザー光に限定されるものではない。例えば、第１のレーザー光と第２のレーザー光とを光ファイバ７０３に順次導入（交互に導入）して縞生成部７１４に導く構成にすることもできる。より具体的には、例えば、光スイッチング素子によって、光ファイバ７０３に導入するレーザー光を、第１のレーザー光または第２のレーザー光に切り替える構成にすることもできる。この場合、被検物には、第１のレーザー光に基づいた計測光と第２のレーザー光に基づいた計測光とが交互に照射されることになるが、内視鏡装置１１と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
＜第２の構成＞
次に、予め定めた周期で構造化したパターンの複数の光を被検物に投影するパターン投影部７の別の構成について説明する。第２の構成のパターン投影部（以下、「パターン投影部７２」という）を備えた内視鏡システムの構成は、図１に示した内視鏡装置１の基本構成におけるパターン投影部７が、パターン投影部７２に代わった構成である。以下の説明においては、パターン投影部７２を備えた内視鏡装置１を、「内視鏡装置１２」という。なお、内視鏡装置１２も、工業用の内視鏡装置である。なお、内視鏡装置１２に備える他の構成要素は、図１に示した基本構成の内視鏡装置１に備えた構成要素と同様であるため、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
【０１１１】
図４は、本実施形態の内視鏡システム（内視鏡装置１２）に備えた第２の構成のパターン投影部７２の概略構成の一例を示した図である。なお、図４には、図１に示した内視鏡装置１の基本構成におけるパターン投影部７に代わって内視鏡装置１２に備えられるパターン投影部７２のみの構成を示している。また、パターン投影部７２の構成要素にも、図１に示した基本構成の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７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に示した内視鏡装置１に備えたパターン投影部７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。
【０１１２】
パターン投影部７２は、被検物の絶対寸法を計測する処理に必要な画像を取得するために投影する計測光における異なる周期を、パターン投影光源が発光する光を偏光することによって波長を異ならせる構成のパターン投影部である。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７２１ａ、パターン投影光源７２１ｂ、ダイクロックミラー７２３、コリメートレンズ７２４、１／２波長板７２５、モータＭ、１／４波長板７２６、カップリングレンズ７０２、およびパターン制御部７０６（不図示）と、挿入部３内を通る光ファイバ７０３と、先端部４内に配置された複屈折結晶７２７、偏光板７２８、および拡大光学系７２９とを含んで構成される。
【０１１３】
パターン投影光源７２１ａおよびパターン投影光源７２１ｂのそれぞれは、予め定めた特定の波長帯域の光源である。なお、パターン投影光源７２１ａとパターン投影光源７２１ｂとのそれぞれが発光する光の波長帯域は、第１の構成のパターン投影部７１に備えたパターン投影光源７１１ａおよびパターン投影光源７１１ｂと同様に、異なる波長帯域である。以下の説明においては、パターン投影光源７２１ａが発光した特定の波長帯域のレーザー光を「第１のレーザー光」といい、パターン投影光源７２１ｂが発光した特定の波長帯域のレーザー光を「第２のレーザー光」という。
【０１１４】
ダイクロックミラー７２３は、パターン投影光源７２１ａから発せられた第１のレーザー光を透過し、パターン投影光源７２１ｂから発せられた第２のレーザー光を反射することによって、第１のレーザー光と第２のレーザー光とを混合してコリメートレンズ７２４に導く。コリメートレンズ７２４は、ダイクロックミラー７２３によって導かれた第１のレーザー光と第２のレーザー光とが混合したレーザー光（混合レーザー光）の光束を並行光束にする、つまり、直線偏光する光学レンズである。コリメートレンズ７２４は、直線偏光した混合レーザー光を、１／２波長板７２５に出射する。
【０１１５】
１／２波長板７２５は、入射した光に位相差を発生させることによって、光の偏光軸を回転させて出射する波長板である。１／２波長板７２５は、コリメートレンズ７２４から出射された直線偏光の混合レーザー光の偏光軸を９０°（π／２）回転させて、つまり、９０°（π／２）の位相差をもたせて１／４波長板７２６に出射する。モータＭは、パターン制御部７０６（不図示）から出力された制御信号に応じた角度に１／２波長板７２５を回転させる。１／４波長板７２６は、入射した光に位相差を発生させることによって、光の偏光軸を回転させて出射する波長板である。１／４波長板７２６は、入射した混合レーザー光の偏光軸を４５°（π／４）回転させて、つまり、４５°（π／４）の位相差をもたせてカップリングレンズ７０２に出射する。つまり、１／４波長板７２６は、１／２波長板７２５によって９０°（π／２）の位相差がもたされた混合レーザー光に、さらに４５°（π／４）の位相差をもたせてカップリングレンズ７０２に出射する。
【０１１６】
パターン投影部７２では、１／２波長板７２５、モータＭ、１／４波長板７２６の構成によって、コリメートレンズ７２４から出射された直線偏光の混合レーザー光の位相をシフトする。より具体的には、パターン投影部７２では、１／４波長板７２６はレーザー光から入射する光の偏光軸に対して４５°傾斜した角度に固定して配置さており、モータＭが１／２波長板７２５を回転させることによって、直線偏光の混合レーザー光に予め定めた位相差をもたせて位相シフトする。さらに具体的には、直線偏光の混合レーザー光の偏光軸の角度をθ、１／２波長板７２５の偏光軸の角度をΦとしたとき、偏光軸の角度θと偏光軸の角度Φとが同じ角度（θ＝Φ）であれば、１／２波長板７２５は、偏光軸を９０°（π／２）回転させた直線偏光の混合レーザー光を出射する。一方、偏光軸の角度θと偏光軸の角度Φとが異なる角度（θ≠Φ）であれば、１／２波長板７２５は、偏光軸を偏光軸の角度θと偏光軸の角度Φとに応じた２（Φ−θ）の角度だけ回転させた直線偏光の混合レーザー光を出射する。そして、１／４波長板７２６は、１／２波長板７２５から１／４波長板７２６の偏光軸の角度と同じ角度、つまり、１／４波長板７２６が固定されている４５°（π／４）の角度に回転された直線偏光の混合レーザー光が入射された場合には、混合レーザー光を円偏光に変換して出射する。一方、１／４波長板７２６は、１／２波長板７２５から１／４波長板７２６の偏光軸の角度と平行な角度に回転された直線偏光の混合レーザー光が入射された場合には、混合レーザー光の直線偏光を維持して出射する。
【０１１７】
１／２波長板７２５、モータＭ、１／４波長板７２６の構成によって、位相シフトされた混合レーザー光は、カップリングレンズ７０２によって径が収束されて光ファイバ７０３に導入され、光ファイバ７０３によって複屈折結晶７２７に導かれる。
【０１１８】
複屈折結晶７２７は、入射した光を、互いに直交する直線偏光の常光と異常光との２つの光に分光して出射する結晶板である。複屈折結晶７２７は、光ファイバ７０３によって導かれた位相シフトされた混合レーザー光を分光し、分光したそれぞれの混合レーザー光を偏光板７２８に出射する。偏光板７２８は、入射した光を特定の方向に偏光して出射する、つまり、特定の偏光軸方向の光のみを透過する偏光板である。偏光板７２８は、複屈折結晶７２７から出射されたそれぞれの混合レーザー光における特定の軸方向のみを透過して拡大光学系７２９に出射する。
【０１１９】
パターン投影部７２では、複屈折結晶７２７と偏光板７２８との構成によって、光ファイバ７０３によって導かれた混合レーザー光によるパターン光を生成する。より具体的には、複屈折結晶７２７が、入射した混合レーザー光を、常光の混合レーザー光と異常光の混合レーザー光との２つの混合レーザー光に分光して偏光板７２８に出射する。偏光板７２８は、偏光軸を４５°傾斜させた角度に固定して配置さており、複屈折結晶７２７から出射された常光の混合レーザー光と異常光の混合レーザー光とにおける同じ軸方向の混合レーザー光を透過する。偏光板７２８を透過したそれぞれの混合レーザー光は、同じ偏光軸方向、つまり、４５°の方向の混合レーザー光であるため、それぞれの混合レーザー光が互いに干渉して縞状のパターンを形成する。
【０１２０】
拡大光学系７２９は、偏光板７２８から出射された縞状のパターンの混合レーザー光を拡大して（観察範囲にまで広げて）被検物に照射する光学レンズ群である。なお、図４に示したパターン投影部７２の構成では、拡大光学系７２９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、拡大光学系７２９は、複数の光学レンズで構成されてもよい。
【０１２１】
このような構成によって、パターン投影部７２は、被検物の絶対寸法を計測する処理に必要な画像を取得するために投影する計測光（縞状のパターンの混合レーザー光）を位相シフトして被検物に照射する。
【０１２２】
本第２の構成によれば、パターン変換部（複屈折結晶７２７と偏光板７２８との構成）は、入射した光を２つ（常光と異常光）に分光し、分光したそれぞれの光を偏光した光の干渉を利用して入射した光を縞状の構造化パターン（縞状のパターン）に変換し、位相シフト部（１／２波長板７２５、モータＭ、１／４波長板７２６の構成）は、入射した光の偏光軸を回転することによって光を位相シフトする内視鏡システム（内視鏡装置１２）が構成される。
【０１２３】
上記に述べたように、第２の構成のパターン投影部７２では、パターン投影部７２を構成する１／２波長板７２５、モータＭ、および１／４波長板７２６によって混合レーザー光の位相シフトを行い、複屈折結晶７２７と偏光板７２８とによって位相シフトされた混合レーザー光から縞状のパターンを形成して、計測光として被検物に投影する。このとき、第２の構成のパターン投影部７２では、複屈折結晶７２７と偏光板７２８とによって構造化された縞状のパターンを形成するため、それぞれの計測光の基線長は同じである。これにより、第２の構成のパターン投影部７２を備えた内視鏡装置１２でも、第１の構成のパターン投影部７１を備えた内視鏡装置１１と同様に、計測精度が劣化することなく、３次元の計測を行うことができる。
【０１２４】
なお、第２の構成のパターン投影部７２では、ダイクロックミラー７２３によって第１のレーザー光と第２のレーザー光とを混合してコリメートレンズ７２４に導入する構成について説明した。しかし、第２の構成のパターン投影部７２において第１のレーザー光と第２のレーザー光とを混合する構成は、第１の構成のパターン投影部７１と同様に、ダイクロックミラー７２３を用いた構成に限定されるものではなく、光スイッチング素子によって第１のレーザー光と第２のレーザー光とを混合する構成であってもよい。
【０１２５】
また、第２の構成のパターン投影部７２では、第１のレーザー光と第２のレーザー光とを混合した混合レーザー光をコリメートレンズ７２４に導く構成について説明したが、コリメートレンズ７２４に導くレーザー光は、第１の構成のパターン投影部７１と同様に、混合レーザー光に限定されるものではない。つまり、第２の構成のパターン投影部７２でも、第１の構成のパターン投影部７１と同様に、パターン投影光源７２１ａとパターン投影光源７２１ｂを順次（交互に）発光させることによって、第１のレーザー光と第２のレーザー光とを交互にダイクロックミラー７２３に導入する構成にした場合でも、内視鏡装置１２と同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
＜第３の構成＞
次に、予め定めた周期で構造化したパターンの複数の光を被検物に投影するパターン投影部７のさらに別の構成について説明する。第３の構成のパターン投影部（以下、「パターン投影部７３」という）を備えた内視鏡システムの構成は、図１に示した内視鏡装置１の基本構成におけるパターン投影部７が、パターン投影部７３に代わった構成である。以下の説明においては、パターン投影部７３を備えた内視鏡装置１を、「内視鏡装置１３」という。なお、内視鏡装置１３も、工業用の内視鏡装置である。なお、内視鏡装置１３に備える他の構成要素は、図１に示した基本構成の内視鏡装置１に備えた構成要素と同様であるため、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
【０１２７】
パターン投影部７３は、１つまたは複数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、縞生成部によって異なる周期にし、かつ位相シフトを行って、被検物の絶対寸法を計測する処理に必要な画像を取得するための計測光として投影する構成のパターン投影部である。なお、パターン投影部７３の構成要素には、図１に示した基本構成の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７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１に示した内視鏡装置１に備えたパターン投影部７の構成要素と同様の構成要素に関する詳細な説明は省略する。
【０１２８】
１つまたは複数のパターン投影光源７０１は、特定の波長帯域のレーザー光を有する。ただし、それぞれのレーザー光の波長は同じであってもよいし、異なっていてもよい。それぞれのレーザー光は、光ファイバによって縞生成部に導入される。図５は、本実施形態の内視鏡システム（内視鏡装置１３）に備えた第３の構成のパターン投影部７３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５に示した縞生成部７３４は、パターン制御部７０６から出力された制御信号に応じて、それぞれのレーザー光を予め定めた周期でそれぞれ構造化した２つのパターン光に変換し、かつ変換したそれぞれのパターン光に対して予め定めた位相シフトを行って投影光学系７０５に出射する縞生成デバイスである。なお、縞生成部７３４は、図３に示した第１の構成のパターン投影部７１を構成する縞生成部７１４を２つ備えたのと同様の構成である。
【０１２９】
より具体的には、縞生成部７３４は、第１の入射端ＩｎＡに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第１の出射端ＯｕｔＡ１および第１の出射端ＯｕｔＡ２に導いて放射させる。また、縞生成部７３４は、第２の入射端ＩｎＢに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第２の出射端ＯｕｔＢ１および第２の出射端ＯｕｔＢ２に導いて放射させる。これにより、縞生成部７３４は、第１の出射端ＯｕｔＡ１および第１の出射端ＯｕｔＡ２から放射されるそれぞれのレーザー光が互いに干渉した縞状のパターンと、第２の出射端ＯｕｔＢ１および第２の出射端ＯｕｔＢ２から放射されたそれぞれのレーザー光が互いに干渉した縞状のパターンとのそれぞれを形成する。
【０１３０】
縞生成部７３４では、図５に示したように、第１の出射端ＯｕｔＡ１と第１の出射端ＯｕｔＡ２とが分離幅ｄＡの距離だけ離れて配置され、第２の出射端ＯｕｔＢ１と第２の出射端ＯｕｔＢ２とが分離幅ｄＢの距離だけ離れて配置されている。このため、入射端ＩｎＡに入射するレーザー光の波長帯域と、入射端ＩｎＢに入射するレーザー光の波長帯域が同じであるならば、縞生成部７３４では、狭い分離幅ｄＡの距離だけ離れて配置された第１の出射端ＯｕｔＡ１および第１の出射端ＯｕｔＡ２から放射されたそれぞれのレーザー光によって長い周期の縞状のパターンを形成し、広い分離幅ｄＢの距離だけ離れて配置された第２の出射端ＯｕｔＢ１および第２の出射端ＯｕｔＢ２から放射されたそれぞれのレーザー光によって短い周期の縞状のパターンを形成する。つまり、縞生成部７３４は、第１の入射端ＩｎＡおよび第２の入射端ＩｎＢに導かれたそれぞれのレーザー光の波長帯域が変わらないが、それぞれの分離幅に応じて周期が異なる２つの計測光を生成する。また、入射端ＩｎＡに入射するレーザー光の波長帯域と、入射端ＩｎＢに入射するレーザー光の波長帯域が異なるのであれば、それぞれのレーザー光の波長帯域と分離幅に応じて周期を決定する。
【０１３１】
なお、第１の出射端ＯｕｔＡ１と第１の出射端ＯｕｔＡ２とのそれぞれから放射されたそれぞれのレーザー光は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し、第２の出射端ＯｕｔＢ１と、第２の出射端ＯｕｔＢ２とのそれぞれから放射されたそれぞれのレーザー光は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。このため、第１の出射端と第２の出射端から放射されるそれぞれの縞状のパターンのレーザー光は、図３に示した第１の構成のパターン投影部７１を構成する縞生成部７１４と同様に、近似的に同じ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。
【０１３２】
また、縞生成部７３４は、第１の入射端ＩｎＡに導かれたレーザー光を分離して放射させる第１の出射端ＯｕｔＡ２側の光路に設けられた位相シフタ７３４１によって、第１の出射端ＯｕｔＡ２から放射するレーザー光の位相を変更（シフト）する。また、縞生成部７３４は、第２の入射端ＩｎＢに導かれたレーザー光を分離して放射させる第２の出射端ＯｕｔＢ側の光路に設けられた位相シフタ７３４２によって、第２の出射端ＯｕｔＢ２から放射するレーザー光の位相をシフトする。これにより、縞生成部７３４では、第１の出射端ＯｕｔＡ１と第１の出射端ＯｕｔＡ２とから放射されるレーザー光によって形成する縞状のパターンの計測光を位相シフトし、第２の出射端ＯｕｔＢ１と第２の出射端ＯｕｔＢ２とから放射されるレーザー光によって形成する縞状のパターンの計測光を位相シフトする。
【０１３３】
このような構成によって、パターン投影部７３は、１つまたは複数のパターン投影光源７０１が発光したレーザー光を、予め定めた異なる周期の２つの縞状のパターンに変換し、かつ予め定めた位相シフトを行って被検物に照射する。
【０１３４】
なお、パターン投影部７３では、１つまたは複数のパターン投影光源７０１が発光したレーザー光を縞生成部７３４に導入する場合について説明した。しかし、パターン投影部７３においては、パターン投影光源７０１が発光したレーザー光を２つに分割する構成については、特に規定しない。従って、上述したように、レーザー光を２つに分割する構成要素を、縞生成部７３４の前段に配置してもよいし、縞生成部７３４内に備えてもよい。
【０１３５】
また、パターン投影部７３では、パターン投影光源７０１が１つである場合、縞生成部７３４の第１の入射端ＩｎＡと第２の入射端ＩｎＢとのそれぞれに導くそれぞれのレーザー光の波長帯域は、同じ波長帯域である。このため、パターン投影部７３では、第１の入射端ＩｎＡおよび第２の入射端ＩｎＢへのレーザー光の導入を同時に行わない構成にする必要がある。例えば、レーザー光を２つに分割する構成要素が、第１の入射端ＩｎＡへのレーザー光の導入と、第２の入射端ＩｎＢへのレーザー光の導入とを交互に行う構成にしてもよい。この場合、縞生成部７３４は、第１の出射端ＯｕｔＡ１および第１の出射端ＯｕｔＡ２からのレーザー光の放射による長い周期の縞状のパターンを形成と、第２の出射端ＯｕｔＢ１および第２の出射端ＯｕｔＢ２からのレーザー光の放射による短い周期の縞状のパターンを形成とを交互に行うことになる。これにより、縞生成部７３４において異なる組み合わせの出射端から放射されるレーザー光同士による干渉がなくなる。
【０１３６】
本第３の構成によれば、縞生成デバイス（縞生成部７３４）は、分離した光（レーザー光）を放射する出射端の組を２組（第１の出射端ＯｕｔＡ１および第１の出射端ＯｕｔＡ２の組と、第２の出射端ＯｕｔＢ１および第２の出射端ＯｕｔＢ２の組）有し、それぞれの組に属する２つの出射端の間の距離（第１の出射端ＯｕｔＡ１および第１の出射端ＯｕｔＡ２の間の分離幅ｄＡと、第２の出射端ＯｕｔＢ１および第２の出射端ＯｕｔＢ２の間の分離幅ｄＢ）は異なる内視鏡システム（内視鏡装置１３）が構成される。
【０１３７】
上記に述べたように、第３の構成のパターン投影部７３では、パターン投影部７３を構成する１つまたは複数のパターン投影光源７０１が発光したそれぞれの光を縞生成部７３４に導入する。そして、第３の構成のパターン投影部７３では、縞生成部７３４が、それぞれの光を予め定めた周期で構造化したパターンの２つの計測光を、それぞれ位相シフトして被検物に投影する。このとき、第３の構成のパターン投影部７３でも、縞生成部７３４によって形成される２つの計測光の基線長は同じである。これにより、第３の構成のパターン投影部７３を備えた内視鏡装置１３でも、第１の構成のパターン投影部７１を備えた内視鏡装置１１および第２の構成のパターン投影部７２を備えた内視鏡装置１２と同様に、計測精度が劣化することなく、３次元の計測を行うことができる。しかも、第３の構成のパターン投影部７３では、パターン投影部７３を構成する光源が１つのパターン投影光源７０１のみである。このため、第３の構成のパターン投影部７３を備えた内視鏡装置１３では、本体部２を小型化することもできる。
【０１３８】
なお、第３の構成のパターン投影部７３では、縞生成部７３４における分離幅ｄＡと分離幅ｄＢとに大きな差がある場合について説明した。この場合、第３の構成のパターン投影部７３を備えた内視鏡装置１３に備えたメイン制御部８１は、第１の位相変換処理の方法によって、パターン画像から計測モード画像を生成する処理（処理２）を行うことができる。一方、メイン制御部８１が、第２の位相変換処理の方法によって、パターン画像から計測モード画像を生成する処理（処理２）を行う場合には、第１の出射端ＯｕｔＡ１および第１の出射端ＯｕｔＡ２からのレーザー光の放射によって形成する縞状のパターンの周期と、第２の出射端ＯｕｔＢ１および第２の出射端ＯｕｔＢ２からのレーザー光の放射によって形成する縞状のパターン周期とは、近い周期である必要がある。この場合には、分離幅ｄＡと分離幅ｄＢとの差を少なくすることによって、縞生成部７３４が、近い周期の縞状のパターンを形成することができる。このように、第３の構成のパターン投影部７３では、縞生成部７３４におけるそれぞれの分離幅を変更することによって、メイン制御部８１が行う処理２に適したパターン画像を得ることができる。
【０１３９】
なお、第３の構成のパターン投影部７３では、予め定めた周期で構造化した２つのパターン光に変換する縞生成部７３４の構成、つまり、２組の出射端を備えた構成について説明した。より具体的には、図３に示した第１の構成のパターン投影部７１を構成する縞生成部７１４を２つ備えたのと同様の構成である場合について説明した。しかし、縞生成部７３４に備える出射端の組の数は、２組に限定されるものではなく、変換するパターン光の数に応じてさらに多くの出射端の組を備えた構成にすることができる。つまり、図３に示した第１の構成のパターン投影部７１を構成する縞生成部７１４を複数備えたのと同様の構成にすることができる。
【０１４０】
＜第４の構成＞
次に、予め定めた周期で構造化したパターンの複数の光を被検物に投影するパターン投影部７のさらに別の構成について説明する。図６は、本実施形態の内視鏡システムに備えた第４の構成のパターン投影部の概略構成の一例を示した図である。図６には、第４の構成のパターン投影部（以下、「パターン投影部７４」という）を備えた内視鏡システムの構成を示している。図６に示した内視鏡システムの構成は、図１に示した内視鏡装置１の基本構成におけるパターン投影部７が、パターン投影部７４に代わった構成である。以下の説明においては、パターン投影部７４を備えた内視鏡装置１を、「内視鏡装置１４」という。なお、内視鏡装置１４も、工業用の内視鏡装置である。なお、内視鏡装置１４に備える他の構成要素は、図１に示した基本構成の内視鏡装置１に備えた構成要素と同様であるため、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
【０１４１】
パターン投影部７４は、１つのパターン投影光源（以下、「パターン投影光源７４１」という）が、予め定めた特定の波長帯域のレーザー光を複数発光し、このパターン投影光源７４１が発光したそれぞれの波長帯域のレーザー光から計測光を生成して被検物に投影する構成のパターン投影部である。つまり、パターン投影部７４は、投影する計測光における異なる周期を、パターン投影光源７４１が発光する光の波長帯域を変更することによって実現する構成のパターン投影部である。なお、複数の波長帯域のレーザー光を発光するパターン投影光源７４１は、例えば、波長変調回路を内蔵した構成、色素レーザーを適用した構成、非線形光学素子（結晶）を利用した構成にすることによって実現することができる。
【０１４２】
パターン投影部７４の構成は、図１に示した基本構成の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７を構成するパターン投影光源７０１が、パターン投影光源７４１に代わった構成である。なお、パターン投影部７４を構成する他の構成要素は、図１に示した基本構成の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７構成要素と同様であるため、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。
【０１４３】
また、パターン投影部７４において、パターン投影光源７４１が発光したレーザー光を構造化したパターン光に変換する構成、および予め定めた位相シフトを行う構成は、図２に示した第１の構成のパターン投影部７１、または図４に示した第２の構成のパターン投影部７２の構成において、パターン投影光源を１つ備える構成にした場合と同様に考えることができる。つまり、パターン投影部７４では、第１の構成のパターン投影部７１に含まれるパターン投影光源７１１ａとパターン投影光源７１１ｂによる異なる波長帯域のレーザー光の発光を、１つのパターン投影光源７４１が行う構成として考えるこができる。また、パターン投影部７４では、第２の構成のパターン投影部７２に含まれるパターン投影光源７２１ａとパターン投影光源７２１ｂによる異なる波長帯域のレーザー光の発光を、１つのパターン投影光源７４１が行う構成として考えるこができる。従って、パターン投影部７４の動作や制御方法は、パターン投影部７１やパターン投影部７２と同様に考えることができるため、パターン投影部７４の構成要素に関する詳細な説明も省略する。なお、図６には、パターン投影部７４においてパターン投影光源７４１が発光したレーザー光を構造化したパターン光に変換する構成、および予め定めた位相シフトを行う構成として、図２に示した第１の構成のパターン投影部７１と同様の構成を示している。つまり、パターン投影部７４に、縞生成部７１４を備えた構成を示している。
【０１４４】
このような構成によって、パターン投影部７４は、第１の構成のパターン投影部７１、または第２の構成のパターン投影部７２と同様に、パターン投影光源７４１が発光したレーザー光を、予め定めた異なる周期の縞状のパターンに変換し、かつ予め定めた位相シフトを行って出射する。なお、パターン投影部７４では、パターン投影光源７４１がそれぞれの波長帯域のレーザー光を順次発光することによって、それぞれの波長帯域に応じた計測光を、被検物に順次照射する。例えば、パターン投影光源７４１が２つの異なる波長帯域のレーザー光を交互に発光する場合には、それぞれの波長帯域のレーザー光に基づいた２つの異なる計測光を、交互に被検物に照射する。
【０１４５】
上記に述べたように、第４の構成のパターン投影部７４では、パターン投影部７４を構成するパターン投影光源７４１が複数の波長帯域のレーザー光を発光することによって、レーザー光の波長帯域に応じた周期で構造化したパターンの複数の計測光を形成し、かつ位相シフトして被検物に投影する。つまり、第４の構成のパターン投影部７４では、レーザー光を構造化したパターン光に変換する構成、および予め定めた位相シフトを行う構成が基本的な構成であっても、予め定めた周期で構造化したパターンの複数の光を被検物に投影することができる。このとき、第４の構成のパターン投影部７４でも、パターン投影部７４によって形成される複数の計測光の基線長は同じである。これにより、第４の構成のパターン投影部７４を備えた内視鏡装置１４でも、第１の構成〜第３の構成のパターン投影部を備えた内視鏡装置１１〜内視鏡装置１３と同様に、計測精度が劣化することなく、３次元の計測を行うことができる。しかも、第４の構成のパターン投影部７４でも、パターン投影部７４を構成する光源が、パターン投影光源７４１の１つのみである。このため、第４の構成のパターン投影部７４を備えた内視鏡装置１４でも、本体部２を小型化することができる。
【０１４６】
＜第５の構成＞
次に、予め定めた周期で構造化したパターンの複数の光を被検物に投影するパターン投影部７のさらに別の構成について説明する。第１の構成〜第４の構成のパターン投影部による計測光の生成方法は、出射するレーザー光の干渉によって構造化したパターンへの変換と位相シフトとを行う方法であった。しかし、構造化したパターンに変換して、かつ位相シフトを行う方法は、第１〜第４の構成による方法に限定されるものではない。図７は、本実施形態の内視鏡システムに備えた第５の構成のパターン投影部の概略構成の一例を示した図である。図７には、第５の構成のパターン投影部（以下、「パターン投影部７５」という）を備えた内視鏡システムの構成を示している。図７に示した内視鏡システムの構成は、図１に示した内視鏡装置１の基本構成におけるパターン投影部７が、パターン投影部７５に代わった構成である。以下の説明においては、パターン投影部７５を備えた内視鏡装置１を、「内視鏡装置１５」という。なお、内視鏡装置１５も、工業用の内視鏡装置である。なお、内視鏡装置１５に備える他の構成要素は、図１に示した基本構成の内視鏡装置１に備えた構成要素と同様であるため、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
【０１４７】
パターン投影部７５は、パターン投影光源７０１が発光した予め定めた特定の波長帯域のレーザー光を透過して被検物に投影するときに、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う構成のパターン投影部である。パターン投影部７５は、本体部２内に配置されたパターン投影光源７０１、カップリングレンズ７０２、およびパターン制御部７０６と、挿入部３内を通る光ファイバ７０３と、先端部４内に配置された空間変調部７５４および投影光学系７０５とを含んで構成される。
【０１４８】
パターン投影部７５の構成は、図１に示した基本構成の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７を構成する縞生成部７３４が、空間変調部７５４に代わった構成である。なお、パターン投影部７５を構成する他の構成要素は、図１に示した基本構成の内視鏡装置１に備えたパターン投影部７構成要素と同様であるため、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。
【０１４９】
空間変調部７５４は、パターン制御部７０６から出力された制御信号に応じて、光ファイバ７０３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た計測光を投影光学系７０５に出射する空間変調素子である。空間変調部７５４は、例えば、光を透過する際に構造化したパターンに変換するスリットに相当するが、パターン制御部７０６から出力された制御信号に応じて構造化パターンを変更することができる構成である。空間変調部７５４は、例えば、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ：デジタルマイクロミラーデバイス）など利用した構成にすることによって実現することができる。また、空間変調部７５４は、例えば、反射型液晶パネル、透過型液晶パネル、液晶シャッターなど利用した構成にすることによっても実現することができる。なお、空間変調部７５４を、位相変調型液晶パネルや強度変調型液晶パネルで実現してもよい。
【０１５０】
ここで、空間変調部７５４による構造化したパターン光への変換方法と、位相シフトの方法との具体的な一例について説明する。以下の説明においては、空間変調部７５４が、入射したレーザー光を形成したパターンを透過して出射する液晶シャッターであり、縦縞のパターンに構造化した計測光を出射する場合について説明する。図８は、本実施形態の内視鏡システム（内視鏡装置１５）に備えた第５の構成のパターン投影部７５に含まれる空間変調部７５４による縞状のパターンの生成方法の一例を示した図である。図８（ａ）には、液晶シャッターに形成するパターンによって計測光の周期と位相とを変更する場合の一例を示し、図８（ｂ）には、液晶シャッターに形成するパターンと角度とによって計測光の周期と位相とを変更する場合の一例を示している。
【０１５１】
内視鏡装置１５が、２つの異なる周期の縦縞のパターンの計測光を３回照射して被検物を計測する場合を考える。
【０１５２】
まず、図８（ａ）を参照して、形成するパターンによって計測光の周期と位相とを変更する場合の一例を説明する。形成するパターンによって計測光の周期を変更する場合、パターン投影部７５は、液晶シャッターによって、レーザー光を透過する領域（透過領域）とレーザー光を透過しない（非透過領域）とが水平方向に周期的に繰り返す２つの異なる透過パターン（縦縞のパターン）を形成する。これにより、例えば、図８（ａ）に示した周期Ａと周期Ｂとのように構造化したそれぞれのパターンの計測光が、被検物に照射される。また、形成するパターンによって計測光の位相を変更する場合、パターン投影部７５は、液晶シャッターによって形成した透過パターンを、透過領域と非透過領域とのそれぞれの状態（間隔）を維持したまま、つまり、形成した構造化したパターンの周期を維持したまま水平方向に移動させる。これにより、例えば、図８（ａ）に示した位相Ｘ、位相Ｙ、および位相Ｚのように、同じ周期に構造化したパターンのそれぞれに対応する計測光が位相シフトされて、被検物に照射される。図８（ａ）に示した位相Ｘ、位相Ｙ、および位相Ｚは、周期Ａと周期Ｂとのそれぞれの縦縞のパターンを１２０°（２π／３）ずつ位相シフトする場合を示している。
【０１５３】
続いて、図８（ｂ）を参照して、形成するパターンと角度とによって計測光の周期と位相とを変更する場合の一例を説明する。形成するパターンによって計測光の周期を変更する場合は、図８（ａ）と同様に、液晶シャッターに形成した透過領域と非透過領域とによる透過パターンを切り替える。また、角度によって計測光の位相を変更する場合、パターン投影部７５は、例えば、液晶シャッターが配置されている角度を変更することによって、透過するレーザー光の進む方向を変える。なお、液晶シャッターが配置されている角度は、例えば、液晶シャッターを保持している保持治具自体を回転させることによって、液晶シャッター自体を回転させて実現することができる。これにより、例えば、図８（ｂ）に示した異なる周期の２つの縦縞のパターン（周期Ａおよび周期Ｂ）のそれぞれに対応する計測光が位相シフトされて、被検物に照射される。
【０１５４】
このような構成によって、パターン投影部７５は、パターン投影光源７０１が発光したレーザー光を透過して被検物に投影するときに、空間変調部７５４によって予め定めた異なる周期の縞状のパターンに変換し、かつ予め定めた位相シフトを行う。これにより、パターン投影部７５は、第１の構成〜第４の構成のパターン投影部と同様に、パターン投影光源７０１が発光したレーザー光を、予め定めた異なる周期の縞状のパターンに変換し、かつ予め定めた位相シフトを行って被検物に照射する。
【０１５５】
なお、図８では、空間変調部７５４が液晶シャッターである場合について説明したが、空間変調部７５４がＤＭＤなどの他の構成である場合には、その構成に適した構造化した変換方法（パターン光への変換方法および位相シフトの方法）を適用する。従って、空間変調部７５４によるパターン光への変換方法および位相シフトの方法は、図８に示した方法に限定しない。
【０１５６】
本第５の構成によれば、パターン変換部（空間変調部７５４）および位相シフト部（空間変調部７５４）は、光を透過する透過領域と光を透過しない非透過領域とが周期的に繰り返す透過パターンを形成することによって入射した光を縞状の構造化パターン（縞状のパターン）に変換し、透過パターンにおける透過領域と非透過領域とのそれぞれの状態を維持したまま移動させることによって変換した縞状のパターンの光を位相シフトする空間変調素子（空間変調部７５４）で構成される内視鏡システム（内視鏡装置１５）が構成される。
【０１５７】
本第５の構成によれば、空間変調部７５４は、２つの異なる透過パターンを形成して２つの縞状のパターンに変換し、それぞれの透過パターンごとに位相シフトする内視鏡装置１５が構成される。
【０１５８】
上記に述べたように、第５の構成のパターン投影部７５では、パターン投影部７５を構成する空間変調部７５４が、パターン投影光源７０１が発光したレーザー光を透過するときに、予め定めた周期に構造化したパターンの複数の計測光を形成し、かつ位相シフトを行う。このとき、第５の構成のパターン投影部７５でも、空間変調部７５４によって形成される複数の計測光の基線長は同じである。これにより、第５の構成のパターン投影部７５を備えた内視鏡装置１５でも、第１の構成〜第４の構成のパターン投影部を備えた内視鏡装置１１〜内視鏡装置１４と同様に、計測精度が劣化することなく、３次元の計測を行うことができる。
【０１５９】
なお、第５の構成のパターン投影部７５では、パターン投影光源７０１を、内視鏡装置１５の本体部２内に配置する構成を示した。しかし、第５の構成のパターン投影部７５ではパターン投影光源７０１を、内視鏡装置１５の先端部４内に配置する構成にしてもよい。
【０１６０】
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、パターン投影部は、予め定めた異なる周期で構造化した、基線長が同じである２つ以上の計測光を位相シフトして被検物に複数回投影する。そして、本発明を実施するための形態では、それぞれの計測光が照射されたときに撮影した複数のパターン画像に基づいて、例えば、ユーザによって設定された測定点に応じた被検物における実際の寸法（絶対寸法）を３次元で計測するための計測モード画像を生成する。これにより、本発明を実施するための形態では、パターン投影部を備えた内視鏡装置における３次元の計測を、被検物の形状に影響されることなく、かつ、計測精度が劣化することなく行うことができる。
【０１６１】
なお、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。
【０１６２】
また、本実施形態においては、予め定めた異なる周期で構造化した２つ以上の計測光を被検物に照射することによって得たパターン画像から、第１の位相変換方法または第２の位相変換方法によって、３次元の計測を行うための計測モード画像を生成する場合について説明した。しかし、予め定めた異なる周期で構造化するパターンの数は、本発明を実施するための形態で示した数、つまり、２つに限定されるものではなく、２つ以上の構造化したパターンの計測光を被検物に照射することによって得たパターン画像から計測モード画像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。
【０１６３】
また、本実施形態においては、それぞれのパターン画像から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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
また、本実施形態においては、メイン制御部８１が、パターン画像に基づいて計測モード画像を生成する処理（処理２）、および計測モード画像に基づいて３次元の計測を行う処理（処理３）を実行する場合について説明した。しかし、それぞれ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、計測モード画像の生成および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、それぞれの処理を実行する構成であってもよい。この場合、それぞれ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。
【０１６６】
また、本実施形態においては、本発明の内視鏡装置（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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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】
【０１６９】
１，１１，１２，１３，１４，１５・・・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
７，７１，７２，７３，７４，７５・・・パターン投影部
７０１，７１１ａ，７１１ｂ，７２１ａ，７２１ｂ，７４１・・・パターン投影光源（パターン投影部，投影光源）
７０２・・・カップリングレンズ（パターン投影部）
７０３・・・光ファイバ（パターン投影部）
７０４・・・縞生成部（パターン投影部，パターン変換部，位相シフト部）
７０５・・・投影光学系（パターン投影部）
７０６・・・パターン制御部（パターン投影部）
７０７・・・信号線（パターン投影部）
７１２ａ・・・カップリングレンズ（パターン投影部）
７１２ｂ・・・カップリングレンズ（パターン投影部）
７１８・・・ミラー（パターン投影部）
７１９・・・ハーフミラー（パターン投影部）
７１４・・・縞生成部（パターン投影部，パターン変換部，位相シフト部）
７１４１・・・位相シフタ（パターン投影部，位相シフト部）
７２３・・・ダイクロックミラー（パターン投影部）
７２４・・・コリメートレンズ（パターン投影部）
７２５・・・１／２波長板（パターン投影部，位相シフト部）
Ｍ・・・モータ（パターン投影部，位相シフト部）
７２６・・・１／４波長板（パターン投影部，位相シフト部）
７２７・・・複屈折結晶（パターン投影部，パターン変換部）
７２８・・・偏光板（パターン投影部，パターン変換部）
７２９・・・拡大光学系（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・・・位相シフタ（パターン投影部，位相シフト部）
７３４２・・・位相シフタ（パターン投影部，位相シフト部）
７５４・・・空間変調部（パターン投影部，パターン変換部，位相シフト部）
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
【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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【図８】
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