(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源を有し、光の強度変調の組み合わせ、又は光の波長及び光の強度変調の組み合わせによって前記複数の光源のそれぞれを、個別の周波数特性を有する光を発生するように発光駆動する発光駆動手段と、
前記発光駆動手段により前記複数の光源を発光駆動して得られた複数の光を空間的にコーディングした照射光として被写体に照射する照明光照射手段と、
被写体像から測定光を検知する測定光検知手段と、
該測定光検知手段の出力を用いて被写体の三次元形状を計算する三次元形状計算手段と、
を具備したことを特徴とする三次元計測装置。
【請求項２】
前記複数の光源は、ライン状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項３】
前記発光駆動手段は、
前記複数の光源を強度変調するための複数の周波数の信号源と、
この複数の周波数の信号源により生成された複数の周波数の各信号を組み合わせて所定の数の変調周波数の信号を前記複数の各光源に供給する周波数混合手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元計測装置。
【請求項４】
前記ライン状に配置された複数の光源の発する光を、このラインと垂直な方向に偏向する偏向手段を、更に備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の三次元計測装置。
【請求項５】
ライン状に配置された複数の光源を有し、光の強度変調の組み合わせ、又は光の波長及び光の強度変調の組み合わせによって前記複数の光源のそれぞれを、個別の周波数特性を有する光を発生するように発光駆動する発光駆動手段と、
前記発光駆動手段により前記複数の光源を発光駆動して得られた複数の光を空間的にコーディングした照射光として被写体に照射する照明光照射手段と、
前記ライン状に配置された複数の光源の発する光を、このラインと垂直な方向に偏向する偏向手段と、
前記偏向手段により偏向された光を、挿入部を介してこの挿入部の先端から被写体に供給する導光手段と、
被写体像から測定光を検知する測定光検知手段と、
該測定光検知手段の出力を用いて被写体の三次元形状を計算する三次元形状計算手段と、
を具備したことを特徴とする内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被写体に対する三次元計測を行う三次元計測装置に係り、更に詳しくは医用内視鏡に応用した場合には生体内の形状を計測可能で、あるいは工業用内視鏡に応用した場合には水道管、ガス管、複雑な機械の内部の形状を計測することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は計測対象に測定光として、スポット光或いはスリット光を投影し、測定対象の凹凸によってそれらの光がどのようにずれるかをテレビカメラ等の撮像手段で検知し、そのずれ量から三次元計測を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法ではテレビカメラの１フレーム或いはフィールド画像当たり１点のスポット光或いは１本のスリット光の計測しかできず、リアルタイムで計測対象全面の計測を行うことが出来なかった。
【０００４】
さらに特公平ー１６６０８号公報のごとく、点滅するライン光を走査しながら測定対象に投影し、そのずれ量を複数の受光素子で高速に検知する提案もあるが、この場合でも例えば２５６本のライン光の分解能を得るにはスキャンを８回行わなければならず、被写体に動きがある場合、実用的ではなかった。
【０００５】
また、アレイ状の光源をそれぞれ独立の変調信号で変調し、検出系でその変調信号を弁別して、光源の位置と検出系の画素あるいはラインの位置関係から三角測量法の原理により、光切断で三次元形状の計測を行う装置はすでに特開平８−１７８６３２で開示されているが、これらの方式だと光源の数と変調信号源の数が同じでなければならない。
【０００６】
（発明の目的）
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、動きのある被写体の場合でも、三次元計測を精度良く行うことができる三次元計測装置を提供することを第１の目的とする。
【０００７】
また、測定の分解能を容易に上げることができる三次元計測装置を提供することを第２の目的とする。
【０００８】
さらに、感度を保ったまま、通常の撮像素子を用いて三次元計測を行うことができる三次元計測装置を提供することを第３の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の三次元計測装置は、複数の光源を有し、光の強度変調の組み合わせ、又は光の波長及び光の強度変調の組み合わせによって前記複数の光源のそれぞれを、個別の周波数特性を有する光を発生するように発光駆動する発光駆動手段と、前記発光駆動手段により前記複数の光源を発光駆動して得られた複数の光を空間的にコーディングした照射光として被写体に照射する照明光照射手段と、被写体像から測定光を検知する測定光検知手段と、該測定光検知手段の出力を用いて被写体の三次元形状を計算する三次元形状計算手段と、を具備したことを特徴とする。
本発明の第２の三次元計測装置は、前記第１の三次元計測装置において、前記複数の光源は、ライン状に配置されていることを特徴とする。
本発明の第３の三次元計測装置は、前記第１または第２の三次元計測装置において、前記発光駆動手段は、前記複数の光源を強度変調するための複数の周波数の信号源と、この複数の周波数の信号源により生成された複数の周波数の各信号を組み合わせて所定の数の変調周波数の信号を前記複数の各光源に供給する周波数混合手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明の第４の三次元計測装置は、前記第２または第３の三次元計測装置において、前記ライン状に配置された複数の光源の発する光を、このラインと垂直な方向に偏向する偏向手段を、更に備えたことを特徴とする。
本発明の内視鏡装置は、ライン状に配置された複数の光源を有し、光の強度変調の組み合わせ、又は光の波長及び光の強度変調の組み合わせによって前記複数の光源のそれぞれを、個別の周波数特性を有する光を発生するように発光駆動する発光駆動手段と、前記発光駆動手段により前記複数の光源を発光駆動して得られた複数の光を空間的にコーディングした照射光として被写体に照射する照明光照射手段と、前記ライン状に配置された複数の光源の発する光を、このラインと垂直な方向に偏向する偏向手段と、前記偏向手段により偏向された光を、挿入部を介してこの挿入部の先端から被写体に供給する導光手段と、被写体像から測定光を検知する測定光検知手段と、該測定光検知手段の出力を用いて被写体の三次元形状を計算する三次元形状計算手段と、を具備したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１に示すように本発明の第１の実施の形態の三次元計測内視鏡装置１は、管腔内に挿通される挿入部６を備えた内視鏡２と、この内視鏡２に可視光による照明光を供給する光源装置３と、内視鏡２に計測光を供給すると共に、この計測光の被写体での反射光を受光して三次元計測を行う三次元計測装置４と、三次元計測された被写体像を表示するディスプレイ５とを有する。
【００１１】
内視鏡２は管腔内に挿通される可撓性を有する挿入部６と、この挿入部６の後端に設けられた操作部７と、この操作部７の後端に設けられた接眼部８と、操作部７から延出されたユニバーサルケーブル９とを有し、このユニバーサルケーブル９の端部には光源装置３に着脱自在の第１のコネクタと、三次元計測装置４に着脱自在の第２のコネクタとが設けてある。
【００１２】
光源装置３内にはランプ駆動回路１３により発光駆動されるランプ１４が内蔵され、このランプ１４で発光された白色光は集光レンズ１５で集光されて照明光伝送用ライトガイド１６の光入射端に供給される。この白色光はユニバーサルケーブル９、操作部７、挿入部６を挿通された照明光伝送用ライトガイド１６により伝送され、挿入部６の先端部１７に固定された先端面からさらに観察照明用レンズ１８を介して拡開して出射され、体腔内の患部等の被写体５０側を照明する。
【００１３】
硬質の先端部１７には観察照明用レンズ１８が取り付けられた照明窓に隣接して観察窓が設けられ、この観察窓には観察用対物レンズ１９が取り付けてあり、その結像位置に照明された被写体の光学像を結ぶ。この結像位置には観察用イメージガイド２１の先端面が配置され、この観察用イメージガイド２１によって光学像はその後端面に伝送される。
【００１４】
この後端面が位置する付近の接眼部８には前記後端面に対向して接眼レンズ２２が設けてあり、この接眼レンズ２２を介して観察用イメージガイド２１によって伝送された光学像を肉眼で観察することができる。
【００１５】
また、この内視鏡２には照明光伝送用ライトガイド１６と同様に挿入部６、操作部７、ユニバーサルケーブル９内に測定光伝送用イメージガイド３１及び形状測定用イメージガイド３２とが挿通され、それぞれユニバーサルケーブル９の端部の光入射端と光出射端とが三次元計測装置４に接続される。２つの測定光伝送用イメージガイド３１及び形状測定用イメージガイド３２は例えば同じファイバを多数規則的に配列した特性等が等しいイメージガイドで形成されている。
【００１６】
三次元計測装置４はレーザ光を走査するレーザ光走査手段３０を有し、このレーザ光走査手段３０は複数のレーザ３３−ｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）を例えば水平方向に配置して形成したレーザアレイ３３を有する。
【００１７】
このレーザアレイ３３のレーザ３３−ｉは直流電源（ＤＣ電源）３４と周波数多重変調器３５で同時に発光駆動され、水平方向にライン状のレーザスポット列となる。なお、測定光となるレーザ３３−ｊは例えば非可視光にして、肉眼で観察する場合に影響しないようにしても良い。また、測定光の強度が大きい場合には接眼レンズ２２に測定光をカットするフィルタを設けると良い。
【００１８】
ここで各レーザ３３−ｉをそれぞれ異なる周波数で変調すると、レーザアレイ３３のアレイ数だけの多数の発振器が必要となるので、後述するように周波数多重変調器３５は変調周波数を多重化することにより、発振器の数を大幅に減らすようにしている。
【００１９】
各レーザ３３−ｉのレーザ光を音響光学偏向器（以下、ＡＯＤと略記）３６を通して垂直方向に走査する垂直走査を行い、レンズ３７により測定光伝送用イメージガイド３１の入射端にその端面に垂直に入射させるようにしている。
【００２０】
つまり、レーザアレイ３３からのレーザ光はレーザ３３ｉの配列方向となる水平方向に垂直な垂直方向に偏向を行うための手段によって、測定光伝送用イメージガイド３１への垂直方向の入射位置を走査する。
【００２１】
偏向手段としては、ポリゴンミラー、ガルバノスキャンミラーあるいは、ＰｄＭｏ０４、ＬｉＮｂ０３、ＧａＰ等の音響光学偏向器（ＡＯＤ）などがある。図１の具体例ではＡＯＤ３６を用いている。
【００２２】
この走査手段においてはレーザアレイ３３の光の垂直方向の位置を規定する走査を行うＡＯＤ３６とそれを駆動する信号源用となる電圧制御発振器（ＶＣＯと略記）３８から垂直方向の偏向角度の情報を得ることができる。
【００２３】
ここで、レンズ３７をｆ−θレンズとすればビームの偏向角度はそのまま結像面の位置情報と線形に対応するので、ＶＣＯ３８の駆動ＤＣ電圧によりスポット光のイメージガイド３１の入射端面における垂直方向の照射位置（入射位置）を与える。このＶＣＯ３８の駆動ＤＣ電圧はＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３９を介して後述するレーザスポットを検出するレーザスポット検出回路５３に入力される。
【００２４】
測定光伝送用イメージガイド３１の先端面は挿入部６の先端部１７に取り付けられ、この先端面に対向して測定光投光レンズ４５が設けてある。
そして、この測定光伝送用イメージガイド３１により伝送された光はこの測定光投光レンズ４５を通して被写体に投影される。
【００２５】
先端部１７にはこの測定光投光レンズ４５に隣接して形状測定用対物レンズ４６が設けてあり、この形状測定用対物レンズ４６は測定光投光レンズ４５により被写体面に投影されたレーザスポットの位置をその結像位置に配置された形状測定用イメージガイド３２の先端面に結像させるものである。
【００２６】
そして、この形状測定用イメージガイド３２によりその後端面の光出射端に伝送される。この光出射端に対向して結像レンズ４７が配置され、この結像レンズ４７によってその結像位置に配置されたテープ状ファイバ束アレイ４８に結像される。
【００２７】
テープ状ファイバ束アレイ４８はテープ状ファイバ束４８（１）〜４８（ｎ）で形成され、光入射端となる一方の端部ではこれらのテープ状ファイバ束４８（１）〜４８（ｎ）は積層に配置した構造で、図２のように例えば正方形状の端面となっている。
【００２８】
また、光出射端となる他端側は図１に概略で示すように縦列がそれぞれ例えば丸く束ねられて分離され、各端面に対向して配置された光電変換素子４９（ｉ）（ｉ＝１，２，…，ｎ）により、各端面から出射される光を検出する。
【００２９】
つまり、テープ状のファイバ束４８（ｉ）の入射端は例えば図２に示すように配列され、各縦方向の１列で検出された光を他端側に対向して配置した例えば同一の点検出型の光電変換素子４９（ｉ）で検出するようになっている。
【００３０】
本実施の形態ではレーザアレイ３３により測定光投光レンズ４５を介してライン状に投影されるレーザスポット列が例えば水平方向であると、そのレーザスポット列を形状測定用イメージガイド３２における前記水平方向と直交する垂直方向のファイバ位置で検出するようにしている。
【００３１】
このため、形状測定用イメージガイド３２の光入射端面と光出射端面とでのファイバの配列が同じであるとすると、光出射端面で垂直方向に各テープ状にファイバを配列させ、水平方向に積層したテープ状ファイバ束アレイ４８で検出するようにしている。
【００３２】
光電変換素子４９（ｉ）の出力はそれぞれフィルタバンク５１（ｉ）を通して多重化した周波数成分を検出した後、コーディング検出手段５２に入力される。このコーディング検出手段５２で周波数コーディングが検出された後、レーザスポット位置検知回路５３に入力される。
【００３３】
このレーザスポット位置検知回路５３にはＶＣＯ３８の駆動ＤＣ電圧がＡ／Ｄ変換器３９を介して入力される。そして、その駆動ＤＣ電圧が垂直方向のどの走査位置に対応するかの情報を参照してレーザスポット検知回路５３はレーザスポット位置を検出する。
【００３４】
このレーザスポット検知回路５３の出力は高さ情報計算回路５４に入力され、高さが算出される。この高さ計算回路５４の出力はフレームメモリ５５に一時記憶される。このフレームメモリ５５には接眼部８にテレビカメラ５６が装着された場合には観察画像処理装置５７を介して観察画像信号がフレームメモリ５５に入力される。そして、ビデオ信号生成回路５８を経てビデオ信号が生成され、ディスプレイ５には観察画像と共に、三次元形状が左右に隣接する等して表示される。
【００３５】
本実施の形態における周波数多重変調器３５は例えば図３に示すようにレーザアレイ３３に接続している。ここでは簡単のためにレーザアレイ３３を構成するレーザ素子（単にレーザという）の数を２の４乗−１（＝１５）個とし、３３ー１〜３３ー１５で示す。この場合には、周波数多重変調器３５は４個の変調器６１ー１，６１ー２，６１ー３，６１ー４を有し、変調周波数はそれぞれｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４である。
【００３６】
これらは図３に示すとおりに１５個の積算器６２ー１〜６２ー１５と接続しており、その混合信号は１５個のＢｉａｓ−Ｔに接続する等してＤＣ電源３４のＤＣ信号が重畳されて各レーザ３３−ｊ（ｊ＝１，２，…，１５）を発光駆動する。
【００３７】
図３に示した例では例えば１番目のレーザ３３ー１は４個の周波数の全てで変調され、５番目のレーザ３３ー５はｆ１，ｆ３，ｆ４で変調していることになる。このようにレーザアレイ３３のレーザ３３−ｊの位置と変調周波数の種類の対応づけをすると図４の様になる。
【００３８】
レーザ３３−ｊをそれぞれ異なる周波数で変調すると、レーザアレイ３３のアレイ数だけの発振器が必要になるので、本実施の形態では多重化して変調周波数の組み合わせによる周波数コーディングを行うことにより、発振器の数を大幅に減らすようにしている。
【００３９】
ここで、水平方向にレーザアレイ３３が配置されているとして、図４では簡単化のため、一部のレーザのみに符号を付けている。、レーザにある周波数の変調器が接続していればそれをＯＮで表しバイナリコードでは「１」とする。
【００４０】
このような規則によれば１番目のレーザ３３ー１は｛１，１，１，１｝であり、５番目のレーザ３３ー５は｛１，０，１，１｝となる。このようにしてレーザアレイ３３の水平方向の位置を規定するこの方式を以下では変調周波数コーディングを呼ぶことにする。
【００４１】
また、光電変換素子４９（ｉ）の出力信号が入力されるフィルタバンク５１（ｉ）の構成及び変調周波数コーディング検出手段５２の構成を図５に示す。
【００４２】
フィルタバンク５１（ｉ）は前述の変調周波数，ｆ１，ｆ２，…，に対応する４種類の狭帯域のバンドパスフィルタ６５ー１、６５ー２、６５ー３、６５ー４により構成される。
【００４３】
コーディング検出手段５２はそれぞれの変調周波数成分の有無を検出するため、各バンドパスフィルタ６５−ｋ（ｋ＝１，…，４）の出力を比較器６６−ｋで基準レベルと比較し、バイナリレベルすなわち１，０のコードとして表して出力する。なお、ここでは２進法のバイナリコーディングを用いたが、この他の例えばグレーコード８者２択等のコードを用いても良い。
【００４４】
レーザスポット検出回路５３ではこのバイナリコードが判れば、ある光電変換素子４９（ｉ）に入射した光がライン光のどの位置から照射されたかがわかるようにしてある。このバイナリコードに対応する投光光学系の位置情報と、バイナリコードの光が入射した光電変換素子４９（ｉ）の位置情報を高さ情報計算回路５４に入力し、後述する方式に従って物体表面の高さ情報を計算する。その結果を各画素位置と高さ情報を対応づけてフレームメモリ５５に記録する。
【００４５】
また、三次元の形状計測と同時に、物体表面の観察像を得る。そのために前述のようにランプ１４の光（白色光）をファイバ１２で伝送し物体表面に照射する。このときランプ１４の光は無変調なので、上述の三次元形状検出系にたいして影響を及ぼさない。
【００４６】
観察像はイメージガイド２１を通して接眼レンズ２２及びＴＶカメラ５６を介して観察画像処理装置５７に導かれる。このようにして得られた観察像とフレームメモリ５５の内容を対応づけておく。ディスプレイ５では三次元の形状情報と観察像の情報を表示する。
【００４７】
本実施の形態における測定原理は、通常の光切断法の逆の発想によるものと考えると理解しやすい。すなわち、物体表面に照射された光はスポット位置に対応した元の像面での点が分かっていて、撮像系は縦１ライン毎に単一の撮像素子で撮像しているので水平方向にのみ分解能を持つものである。図６を参照してその原理を説明する。
【００４８】
投光系のファイバの仮想的な像面および、撮像系のファイバの仮想的な結像面は平行で水平方向をＥｘ，垂直方向をＥｙとし、投光系および撮像系のレンズが同一の光軸の向きＥｚをもっているとする。
【００４９】
幾何学的な原点を投光用レンズの光学中心Ｆ（０，０，０）とする。いま、投光系はｊ番目のラインを投光しておりそのなかで左から３番目の点で前述の変調周波数コーディングの方式を用いて４種類の多重周波数変調によって（１，１，０，１）に周波数コーディングされたポイントＱ（Ｘ3，Ｙj ，Ｚｏ）を出射した光が物体面Ｉで当たったスポットＰ（Ｘp ，Ｙp ，Ｚp ）が観察系でｉ番目のファイバ列に入射した状況を考える。投光したビームはＱとＦを結ぶ直線ＱＦ上にあるのでその点の満たす条件は
ｘ/Ｘ3 ＝ｙ/Ｙj ＝ｚ/Ｚｏ          （ｎ．１）
ここで、Ｘ3 は変調周波数コーディングの値から知ることができる。Ｙj の値は投光しているライン光を垂直方向に走査する手段より得られる。例えば音響光学偏向器であればそれを駆動するＶＣＯの電圧から得られ、ポリゴンミラーであればエンコーダによって得られ、ガルバノスキャナであればその駆動信号の位相から得られる。
【００５０】
Ｚｏは投光系の光学中心Ｆと投光系の像面の仮想的な距離によって規定されている。ここではＺｏは固定と考えて良い。次に、ｉ番目のファイバ列に結像する光線はそのファイバ列と観察用のレンズの光学中心Ｍ（Ｘm ，Ｙm ，Ｚm ）を含む面Ｓに含まれる。ここで光軸の向きと面Ｓのなす角をφとする。面Ｓの方程式は
Ｘm −ｘ＝(Ｚm −ｚ) tanφ          （ｎ．２）
となる。ここで角度φは撮像レンズと撮像面の仮想的な距離と、撮像レンズの主軸の通るファイバ列ｈとｉのずれより算出することができる。Ｐ（Ｘp ，Ｙp ，Ｚp ）は直線ＱＦ上にありかつ面Ｓに含まれるため、二つの条件を満たすことから
Ｘp /Ｘ3 ＝Ｙp /Ｙj ＝Ｚp /Ｚｏ        （ｎ．３）
Ｘm−Ｘp ＝(Ｚm−Ｚp ) tanφ           （ｎ．４）
となる。これを解くと
Ｘm−(Ｚp /Ｚｏ)Ｘ3 ＝(Ｚm−Ｚp ) tanφ                  （ｎ．５）
Ｚp (tanφ−Ｘ3 /Ｚｏ)＝Ｚm tanφ−Ｘm                  （ｎ．６）
Ｚp ＝（Ｚm tanφ−Ｘm ）/（ tanφ−Ｘ3 /Ｚｏ）          （ｎ．７）
Ｘp ＝(Ｚp /Ｚｏ)Ｘ3 ＝(Ｚm tanφ−Ｘm / Ｚｏtanφ−Ｘ3 )Ｘ3 ＝（Ｚm tanφ−Ｘm ）/（(Ｚｏ/Ｘ3 ) tanφ−１）                     （ｎ．８）
Ｙp ＝(Ｚp /Ｚｏ)Ｙj ＝(Ｚm tanφ−Ｘm ）/（Ｚｏ tanφ−Ｘ3)Ｙj（ｎ．９）
となり点Ｐの座標を求めることができた。
【００５１】
すなわち、ｉ番目のファイバ列の光を検出する受光素子に入射した光の強度変調の変調周波数コーディングを前述のフィルタバンクを用いて分析し、その変調周波数コーディングが（１，１，０，１）であれば、投光光学系で左から３番目のファイバより出射したスポット光に対応する物体表面の三次元情報は（ｎ７，ｎ８，ｎ９）で与えられる。
【００５２】
ここで、計測光は図６のｘ軸方向にライン状にならんでそれぞれ異なる周波数コーディングをしている光を同時に物体表面に照射している。ｘ軸方向にのみ分解能をもつ三次元形状測定系は各ファイバ列に入射した光の強度変調の周波数コーディングを検知することにより、上述と同様の方法でライン光が照射されている位置の三次元形状を計測することができる。
【００５３】
本実施の形態は以下の効果を有する。
【００５４】
本実施の形態によれば、一次元的に配列されたライン状のレーザアレイ３３により、水平方向等にライン状の測定光を同時に発光し、それらの光をアレイの方向と垂直な方向に走査しているので、計測対象となる二次元的な領域としての被写体に対しても高速度で走査でき、かつ前記アレイ方向と垂直な方向を各光検出素子で検出することにより、位置検出できるようにしているので、位置検出系を簡単な構成にでき、かつ高速で被写体に対する三次元計測ができる。従って、動きがある被写体の場合に対しても高い精度で三次元計測ができ、精度良く被写体の三次元形状を表示できる。
【００５５】
また、本実施の形態によれば、ｍ個の変調器をもって最大２のｍ乗個の変調周波数コーディングを行うことができ、また検出系においてはｍ個のバンドパスフィルタで２のｍ乗個の変調周波数コーディングを復調することができる。
【００５６】
従って、前出の従来例におけるアレイ状光源の変調手段およびビームスポットの検出手段において装置構成を簡略化することができ、またライン状の光を同時に投光し並列に検出する特徴と利点を保持している。
【００５７】
即ち、本実施の形態はアレイ状に配列した光源（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＬａｓｅｒ，Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｄｉｏｄｅ，Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｄｉｏｄｅ）の各々を複数の交流信号源の組み合わせの変調信号によって独立に変調する変調手段を有し、このライン光を物体表面にライン光に対して垂直方向に走査しながら照射する測定投光光学系を有し、物体面に投影されたビームのスポット位置を画像の１ラインに対して受光素子が１個対応するようにファイバで連結するような検出系を有し、交流信号の組み合わせ（変調周波数コーティング）がアレイ状の光源の位置を規定し、前述のライン毎の検出系は前述の交流信号源の周波数に対応するフィルタバンクを備え、フィルタバンクの各々のバンドパスフィルタの出力信号から前述の変調周波数コーディングを検出し投光光学系のビームの位置と検出系のラインの位置と対応付け、ライン状の光を同時に投光し並列に検出する特徴とし、三角測量の原理に基づく物体の高さ情報の計測を行うことを特徴とする。
【００５８】
また、測定光の物体表面への投光と、物体面のスポット位置の検出を、ファイババンドルのイメージガイドを用いて上述の方式で物体の高さ情報を計測することを特徴としている。
【００５９】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態を図７を参照して説明する。図７に示す第２の実施の形態の三次元計測内視鏡装置１１１は内視鏡１１２と、この内視鏡１１２に通常観察の照明光を供給すると共に、計測用照明光を供給する光源ユニット１１３と、内視鏡１１２に装着され、三次元計測の撮像を行う測定ヘッド１１４と、この計測ヘッド１１４の出力に対する信号処理を行う三次元計測ユニット１１５と、この三次元計測ユニット１１５の映像信号を表示するディスプレイ１１６とからなる。
【００６０】
内視鏡１１２は細長の挿入部１１７とその後端の操作部１１８と、この操作部１１８の後端に設けられた接眼部１１９と、操作部１１８から延出されたライトガイドケーブル１２０とを有し、このライトガイドケーブル１２０の端部を光源ユニット１１３に着脱自在で接続することができる。
【００６１】
内視鏡１１２の挿入部１１７内には照明光伝送用のライトガイド１２１が挿通され、このライトガイド１２１の後端の入射端はライトガイドケーブル１２０の端部に至る。この入射端には光源ユニット１１３内のランプ駆動回路１２２のランプ駆動信号により発光するランプ１２３の白色光が集光レンズ１２４を介して入射される。
【００６２】
この白色光はライトガイド１２１で伝送され、挿入部１１７の先端部１２５に取り付けられた先端面からさらに照明レンズ１２６を介して前方に照射され、被写体側を照明する。
【００６３】
また、この内視鏡１１２にはライトガイド１２１と同様に挿入部１１７からライトガイドケーブル１２０にわたり、測定光伝送用のイメージガイド１２７が挿通され、その端部となる入射端には測定光が入射される。
【００６４】
つまり、光源ユニット１１３内には複数（具体例では５個）のランプ１３１−１，１３１−２，…，１３１ー５が設けられ、各ランプ１３１ーｋ（ｋ＝１，２，…，５）の前方の光路上にはコード板１３２ーｋが配置され、各ランプ１３１ーｋの光をコーディングする。
【００６５】
コード板１３２−ｋの具体例を図８（Ａ）〜（Ｅ）に示す。コード板１３２−１は黒部分で示す遮光部と白部分で示す透過部とが横等の所定方向に２等分した形状であり、コード板１３２−２はコード板１３２−１の各遮光部と透過部とを前記所定方向にさらに遮光部と透過部とに２等分した形状であり、コード板１３２−３はコード板１３２−２の各遮光部と透過部とを前記所定方向にさらに遮光部と透過部とに２等分した形状であり、コード板１３２−４はコード板１３２−３の各遮光部と透過部とを前記所定方向にさらに遮光部と透過部とに２等分した形状であり、コード板１３２−５はコード板１３２−４の各遮光部と透過部とを前記所定方向にさらに遮光部と透過部とに２等分した形状にしている。
【００６６】
図示では５ビットまでのライン状パターンにして、それぞれランプ１３１−ｋの光を２値化コーディングしている。
【００６７】
各コード板１３２−ｋの前方の光路上にはそれぞれ４５°の角度でダイクロイックミラー１３３−ｋが配置され、各コード板１３２−ｋを経た光を反射し、この反射方向に対向する結像レンズ１３４等によりイメージガイド１２７の入射端面に入射させる。
【００６８】
この場合、結像レンズ１３４の光軸上にダイクロイックミラー１３３−１〜１３３ー５が一定間隔等で重なるように配置されている。なお、各コード板１３２−ｋは結像レンズ１３４から等しい距離に設定されている。
これらのダイクロイックミラー１３３−１〜１３３ー５の反射特性を図８（Ｆ）〜（Ｊ）に示す。
【００６９】
各ダイクロイックミラー１３３−ｋは狭帯域の特定の波長λｋの光を強く反射し、他の波長の光を透過する。
【００７０】
図８（Ｆ）〜（Ｊ）の例では測定光は狭帯域で可視光域より長波長（非可視光）の光、具体的には赤外、或いは近赤外の光となる。
なお、測定光の波長が可視光域内でも、狭帯域ならば良い場合がある（この場合には通常観察光側で、その測定光の波長が欠落するようにするダイクロイックミラー１４２の特性をそのように設定する）。
【００７１】
従って、具体的には、コード板１３２ーｋのコード（遮光部と透過部）の像が波長λｋの光でそれぞれイメージガイド１２７の入射端面に結ぶことになる。つまり、５個のコード板１３２−１〜１３２ー５のコード模様が重畳或いは多重化されてイメージガイド１２７の入射端面に結ばれる。
【００７２】
このイメージガイド１２７の入射端面の像はそれぞれイメージガイド１２７を形成するファイバで先端面に伝送される。このイメージガイド１２７の先端面は、先端部１２５に固定され、この先端面に対向して配置された測定光投影用レンズ１３５により、被写体側に投影される。
【００７３】
この先端部１２５には対物レンズ１３７が設けてあり、被写体で反射された光により、結像位置に被写体像を結ぶ。この結像位置には被写体像伝送用のイメージガイド１３８の先端面が配置され、先端面の像を後端面に伝送する。
【００７４】
この後端面に対向して接眼部１１９には接眼レンズ１３９が設けてあり、この接眼レンズ１３９を介して白色光のもとで照明された被写体を肉眼で拡大して観察することができる。
【００７５】
この接眼部１１９に着脱自在の測定ヘッド１１４には接眼レンズ１３９に対向してヘッドレンズ１４１が設けてあり、このヘッドレンズ１４１の光軸上で後方に配置したダイクロイックミラー１４２及びこのダイクロイックミラー１４２の反射光軸上の通常観察用結像レンズ１４３を介して通常観察用撮像素子１４４でダイクロイックミラー１４２で反射された像を撮像する。
【００７６】
また、ヘッドレンズ１４１の光軸上で、ダイクロイックミラー１４２の後方位置には５個のダイクロイックミラー１４５ー１〜１４５ー５が順次配置され、各ダイクロイックミラー１４５ーｋの反射光軸上にはそれぞれ撮像素子１４６ーｋが配置されている。
【００７７】
これらダイクロイックミラー１４５ー１〜１４５ー５の反射特性を図８（Ｋ）〜（Ｏ）に示す。つまり、ダイクロイックミラー１４５ー１〜１４５ー５の反射特性は、ダイクロイックミラー１３３−１〜１３３ー５の反射特性と同じである。
【００７８】
また、ダイクロイックミラー１４５ー５の後方位置にはヘッド接眼レンズ１４７が設けてあり、通常観察光での照明の下での被写体像を観察者は肉眼で観察することができるようにしている。
【００７９】
なお、ダイクロイックミラー１４２の反射特性を図８（Ｐ）に示す。このダイクロイックミラー１４２は可視光域を選択的に反射する。ヘッド接眼レンズ１４７を介して肉眼でも観察可能にしているので、ダイクロイックミラー１４５ーｋ等の１００パーセントに近い反射率に比べて反射率の値を下げて、一部を透過するように設定している。
【００８０】
なお、ダイクロイックミラー１４５ー５の後方位置にダイクロイックミラー１４２を配置し、その反射光軸上に通常観察用結像レンズ１４３、通常観察用撮像素子１４４を配置した場合には特定の波長の光を選択的に反射する特性を有するダイクロイックミラーでなく、波長依存性を有しない反射特性を有するハーフミラーを用いることができる。
【００８１】
通常観察用撮像素子１４４で光電変換された撮像信号は通常観察用映像回路１５１に入力され、映像信号に変換され、三次元表示回路１５２を経てモニタ１１６に表示される。
【００８２】
また、各撮像素子１４６ーｋで光電変換された（各波長λｋで撮像された）撮像信号は映像回路１５３ーｋにそれぞれ入力され、映像信号に変換された後、それぞれ比較器１５４ーｋに入力され、各波長λｋ成分の有無が検出され、その有無に対応したビットデータを出力する。
【００８３】
そして、比較器１５４ーｋを通した出力信号はビットデータ合成回路１５５に入力され、被写体各部に対してビットデータの合成が行われる。このビットデータは距離算出回路１５６に入力され、各部の距離が算出され、三次元形状メモリ１５７に格納される。
【００８４】
この三次元形状メモリ１５７に格納された距離データは三次元表示回路１５２に入力され、三次元形状の画像が生成され、モニタ１１６に表示される。また、内視鏡１１２には内視鏡特性記憶手段１６１が設けてあり、この内視鏡特性記憶手段１６１の記憶内容は測定ヘッド１１４内の信号線を介して三次元計算ユニット１１５の三次元表示回路１５２に入力され、使用される内視鏡１１２の光学系の特性を補正する。
【００８５】
本実施の形態では被写体にたいし、図８（Ａ）ないし（Ｅ）に示すように透過部及び遮光部により２値化にコード化されたライン状の測定光を内視鏡１１２を介して照射し、照射された被写体像をそれぞれ撮像素子１４６ーｋで撮像し、該撮像素子１４６ーｋの出力をそれぞれ比較器１５４−ｋで２値化することにより、各波長λｋ成分の有無が検出され、その有無に対応したビットデータを出力し、ビットデータ合成回路１５５により画像全域に対してそれぞれの波長成分毎に合成することにより、各波長λｋのライン光で被写体に投影された投影像（ライン状にコード化された像）が生成（復調）される。
【００８６】
復調された各波長λｋの画像は、コード化された測定光の投影光学系（例えば投影用レンズ１３５など）と結像光学系（対物レンズ１３７等）の視差、それらの光学系の焦点距離などの光学特性を用いることにより、距離算出回路１５６で被写体各部の三次元位置を算出する。
【００８７】
そして、三次元位置データは三次元形状メモリ１５７に格納され、三次元表示回路１５８によって三次元位置データを用いて通常画像観察用映像回路１５１からの通常画像の映像信号と合成されて三次元形状の映像信号に変換され、ディスプレイ１１６に被写体像が三次元形状で表示される。
【００８８】
本実施の形態によれば、測定光を走査する手段を必要としないで、二次元的な広がりを持ち、２値化された測定光のライン状パターンを複数の波長λｋで多重化して同時に投影しているので、その撮像された像を復調することにより、被写体全域に対して各波長λｋのライン状パターンの像を得ることができるので、被写体が動きがある場合でも１フィールド或いは１フレームの期間の測定光の投影及び撮像により精度の高い三次元計測ができる。
【００８９】
また、本実施の形態によれば、コード化されたライン状パターンのラインのピッチを細かくすれば、容易に三次元計測の分解能を向上できる（但し、内視鏡１１２のイメージガイド１２７及び１３８等はその分解能以上であるとする）。
【００９０】
また、本実施の形態によれば、共通のイメージガイド１３８により伝送した像を像分割手段により分割して三次元計測を行うと共に、通常画像（白色光の照明の下での可視光域の観察画像）を得るようにしているので、両画像各部を１対１に対比した画像データを得ることができるので、両画像データから三次元的に表示する画像を生成する処理が容易になると共に、両データの対比等も容易となる。
また、本実施の形態では通常の撮像素子を用いて、三次元計測を行うことができる。
【００９１】
（第３の実施の形態）
図９は第３の実施の形態の三次元計測内視鏡装置２０１を示す。この装置２０１は内視鏡１１２と、この内視鏡１１２に通常観察の照明光を供給すると共に、計測用照明光を供給する光源部２０３Ａと信号処理を行う三次元計測部２０３Ｂとを一体化した三次元計測ユニット２０３と、内視鏡１１２に装着され、三次元計測の撮像を行う測定ヘッド２０４と、三次元計測ユニット２０５の映像信号を表示するディスプレイ２０６とからなる。
【００９２】
この内視鏡１１２は図７と同じ構成である。また、光源部２０３Ａは図７の光源ユニット１１３において、ランプ１３１ーｋの代わりに発光素子２１１ーｋ及びその前方の光軸上に配置したコンデンサレンズ２１２ーｋを用いており、各発光素子２１１ーｋの光をコンデンサレンズ２１２ーｋを介してその前方のコード板１３２ーｋに照射するようにしている。
【００９３】
コード板１３２−ｋは図１０（Ａ）〜（Ｅ）に示すように図７で採用したコード板１３２ーｋと同様にコード化された板である。
【００９４】
また、各発光素子２１１−ｋはそれぞれ発振周波数が異なる発振器（図９ではＯＳＣと略記）２１４ーｋの発振出力を発光素子駆動回路２１５で増幅して発光駆動される。
【００９５】
従って、各発光素子２１１−ｋの発光出力の周波数特性は図１０（Ｆ）〜（Ｊ）のようにそれぞれ異なる周波数ｆｋ成分のみを持つ。
【００９６】
また、コード板１３２ーｋを通した光はそれぞれミラー２１６−ｋで一部が反射された後、結像レンズ１３４を介してイメージガイド１２７の入射端面に入射される。
【００９７】
この場合、発光素子２１１−ｋの発光波長をそれぞれ（少しづつ等で）異なる波長に設定し、ミラー２１６−ｋとして各発光素子２１１−ｋの発光波長を選択的に反射し、他の波長を透過するダイクロイックミラーにすると、各発光素子２１１−ｋの光をより有効に被写体側に照射することができる。
【００９８】
本実施の形態の測定ヘッド２０４は接眼レンズ１３９に対向するヘッドレンズ２２１の光軸上にハーフミラー或いはダイクロイックミラー２２２が配置され、この反射光軸上の結像位置に通常観察用撮像素子２２３が配置されている。
【００９９】
このハーフミラー（或いはより有効に測定光及び観察光を分離するダイクロイックミラー）２２２の透過光側の光軸上には補助レンズ２２４及びプリズム２２５が配置され、このプリズム２２５で反射された結像位置に測定位置検知用ファイバアレイ２２６の一方の端面が支持部材２２７の上面の水平方向に取り付けられている。この測定位置検知用ファイバアレイ２２６は例えばｍ本のファイバを少なくとも入射端となる一方の端面を揃えてテープ状に配置したものを接着剤等で支持部材２２７に取り付けている。
【０１００】
この支持部材２２７の下端はファイバ振動手段２２８に取り付けられ、このファイバ振動手段２２８は振動信号発生回路２２９の振動信号により、前記水平方向と直交する垂直方向に振動し、矢印で示すように測定位置検知用ファイバアレイ２２６を垂直方向に走査する。
【０１０１】
測定位置検知用ファイバアレイ２２６の他端は各ファイバに対向して光検知素子２３１ーｐ（ｐ＝１，２，…，ｍ）が配置され、各ファイバで伝送された光を受光して光電変換する。
【０１０２】
各光検知素子２３１ーｐの出力は増幅器２３２でそれぞれ増幅された後、三次元計測部２０３を形成するＦＦＴ手段２３３ーｋに入力され、高速に周波数分析処理を行う。
【０１０３】
これらＦＦＴ手段２３３ー１〜２３３ーｍの出力は５個のパターンメモリ２３４ーｋにそれぞれ入力され、周波数分析されたパターンデータが記憶される。
【０１０４】
パターンメモリ２３４ーｋのデータは距離計算回路２３５に入力され、被写体像の各部に対する距離計算が行われる。
【０１０５】
この距離計算回路２３５の出力は三次元形状メモリ２３６に一時格納され、三次元表示回路２３７を経てディスプレイ２０６に三次元形状を表示する。その他の構成は図７と同様である。
【０１０６】
第２の実施の形態では測定光の検知手段として撮像素子１５３−１〜１５３−５を用いたが、本実施の形態では１つの方向に多数配列したファイバからなるファイバアレイ２２６とこのファイバアレイ２２６の各ファイバで検知された光を検知する光検知素子２３１ーｐを用いると共に、ファイバアレイ２２６の入射端をファイバの配列方向と直交する方向に走査させる手段を用いている。
【０１０７】
本実施の形態では、撮像期間（電荷蓄積期間）を必要としないで高速な応答が可能な光検知素子２３１ーｐを用いているので、図７で撮像素子１５３−１〜１５３−５を用いた場合のように各波長λｋの成分に分けるこのなく、これらが多重化されたままで、光電変換し、その出力信号に対して周波数分離手段で分離することが可能になる。
【０１０８】
このため、測定光の検知手段の構成が簡単になる。また、本実施の形態では復調手段としての周波数分離手段として、ＦＦＴ手段を用いているが、発振器２１４−１〜５の周波数を用いてバンドパスフィルタ又はＡＭ復調等に用いるヘテロダイン検波等で構成しても良い。
その他は第２の実施の形態とほぼ同様の作用及び効果を有する。
【０１０９】
（第４の実施の形態）
図１１は本発明の第４の実施の形態の三次元計測内視鏡装置３０１を示す。この装置３０１は内視鏡３０２と、この内視鏡３０２に通常観察の照明光を供給すると共に、計測用照明光を供給する光源部３０３Ａと信号処理を行う三次元計測部３０３Ｂとを一体化した三次元計測ユニット３０３と、三次元計測ユニット３０３の映像信号を表示するディスプレイ３０６とからなる。
【０１１０】
この装置３０１は通常観察の照明と測定光とを時分割で行うものである。このため、この内視鏡３０２は図９の内視鏡１１２において、照明光を伝送するライトガイド１２０と測定光伝送用イメージガイド１２７との代わりに、両機能を兼ねる、つまり測定光と照明光の伝送も行うことができる測定光・照明光伝送用のイメージガイド３０７にし、その先端面から（照明レンズ１２６及び測定光投影用レンズ１３５の両機能を兼ねる）測定光・照明光投影用レンズ３０８を介して被写体側に投影するようにしている。
【０１１１】
また、図９のイメージガイド１３８の後端を接眼レンズ１３９に配置しないで、ユニバサルケーブル１２０側に挿通し、その端部をコネクタ３０９に配置している。このため、接眼部１１９も有しない。
【０１１２】
また、内視鏡特性記憶手段１６１に接続された信号線もユニバーサルケーブル１２０側に挿通され、その端部はコネクタ３０９の接点に接続され、このコネクタ３０９を三次元計測ユニット３０３に接続することにより、三次元計測ユニット３０３の距離算出回路に接続される。
【０１１３】
また、光源部３０３Ａは図９の光源部２０３Ａにおいて、結像レンズ１３４とイメージガイド３０７の入射端との間の光路上にモータ３１１で回転される測定光・照明光切換用の第１の円板３１２を配置している。この第１の円板３１２は円板の円周方向を２等分してその一方を透明部３１３、他方を反射部３１４にしている。
【０１１４】
また、反射部３１４が光路上に配置された状態の時に、ランプ１２３の照明光が集光レンズ１２４を経て集光され、反射部３１４で反射されてイメージガイド３０７の入射端に入射されるようにしている。
【０１１５】
さらに、イメージガイド１３８の端部に対向して、ミラー３１５が配置され、このミラー３１５で反射された光路上に例えば２つの結像レンズ３１６、３１７を介して図９と同様にプリズム２２５側に測定光を導光している。
【０１１６】
これら２つの結像レンズ３１６と３１７の間の光路上にも通常観察光・測定光切換用の円板３１８が配置され、モータ３１９で回転するようにしている。このこの第２の円板３１８は円板の円周方向を２等分してその一方を透明部３２１、他方を反射部３２２にしている。
【０１１７】
また、反射部３２２が光路上に配置された状態の時に、イメージガイド１３８の端面から出射され、結像レンズ３１６を介して、反射部３２２で反射されて結像される位置に通常観察用撮像素子２２３を配置している。
【０１１８】
さらにモータ３１１と３１９はモータ同期化制御回路３２３により、同期して回転するように制御している。つまり、第１の円板３１２の透明部３１３が光路上にある時には第２の円板３１８も透明部３２１が光路上に存在し、第１の円板３１２の反射部３１４が光路上にある時には第２の円板３１８も反射部３２２が光路上に存在するように制御している。
その他の構成は図９と同様の構成である。
【０１１９】
本実施の形態では通常観察光の照明での撮像と、測定光の照射での測定光検知とを時分割で行うので、一方の光が他方に全く影響しないようにできる。このため、測定光として任意の波長の光を使用することができる。例えば、可視領域の波長における３原色と同じ波長の光を用いても良い。
その他は図９の第３の実施の形態とほぼ同様の作用及び効果を有する。
【０１２０】
（第５の実施の形態）
図１２は本発明の第５の実施の形態の三次元計測装置４０１を示す。この装置４０１は内視鏡を用いることなく、測定光を被写体側に投影し、かつ被写体側で反射された測定光を受光して三次元計測を行うものである。
【０１２１】
具体的には、図９の三次元計測ユニット２０３と測定ヘッド２０４とを一体化したものにすると共に、通常観察の光源部を除去し（つまり、図９のランプ駆動回路１２２、ランプ１２３及び照明レンズ１２４を除去）し、結像レンズ１３４の代わりに測定光投影レンズ４３４を用い、内視鏡１１２を用いることなく、被写体４０３に測定光を投影する。
【０１２２】
また、測定光が投影された被写体４０３からの反射光を対物レンズ４０４、ミラー４０５を介して図９のダイクロイックミラー２２２側に結像するようにしている。その他は図９と同様である。
【０１２３】
本実施の形態は図９において、内視鏡１１２を用いることなく、測定光を投影し、かつ被写体で反射された測定光を検知することにより、被写体の三次元計測を行い、その三次元形状を表示する。
【０１２４】
本実施の形態は、内視鏡１１２のイメージガイド１２７、１３８の分解能に左右されることなく、より容易に分解能を向上できる利点がある。
【０１２５】
また、内視鏡１１２の場合にくらべ、投影レンズ４３４と対物レンズ４０４とを大きな視差等がある状態に設定することができる場合があるので、近接した点の分離機能がより大きくでき、精度良く計測ができる。或いはその他は図９とほぼ同様の作用及び効果を有する。
【０１２６】
（第６の実施の形態）
図１３は本発明の第６の実施の形態の三次元計測装置５０１を示す。この装置５０１も図１２の装置４０１と同様に内視鏡を用いることなく、測定光を被写体側に投影し、かつ被写体側で反射された測定光を受光して三次元計測を行うものである。
【０１２７】
具体的には、図７で光源ユニット１１３と測定ヘッド１１４とを一体化したものにおいて、通常観察の光源部を除去し（つまり、図７のランプ駆動回路１２２、ランプ１２３及び照明レンズ１２４を除去）し、結像レンズ１３４の代わりに測定光投影レンズ５０２を用いて内視鏡１１２を用いることなく、被写体４０３に測定光を投影する。
【０１２８】
また、測定光が投影された被写体からの反射光を対物レンズ５０４を介して図７のダイクロイックミラー１４２側に結像するようにしている。
【０１２９】
なお、この場合にはダイクロイックミラー１４２としては、（肉眼観察する部分を設けていないので）可視光領域の光をほぼ１００パーセント反射する特性のものを使用できる。その他は図７と同様である。
【０１３０】
本実施の形態も、内視鏡１１２のイメージガイド１２７、１３８の分解能に左右されることなく、より容易に分解能を向上できる利点がある。また、より大きな視差がある状態に設定できるので、測定精度を向上できる。その他は図７とほぼ同様の作用及び効果を有する。
【０１３１】
なお、上述の各実施の形態等を部分的等で組み合わせて構成される実施の形態等も本発明に属する。例えば、図１の第１の実施の形態では周波数で多重化変調しているが、レーザとして異なる波長のものをさらに組み合わせる等しても良い。図７の波長が異なる光を用いた２値化コーディングと図９の発振周波数とを用いた２値化コーディングとを組み合わせても良い。
【０１３２】
［付記］
１．光の波長及び光の強度変調の少なくとも一方を用いてＮビットにバイナリ空間に変調された線状の測定光を被写体に照射する測定光照射手段と、
被写体像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段の出力から前記Ｎビットにバイナリ空間に変調された線状の測定光を復調する復調手段と、
前記復調手段の出力から被写体上の線状の測定光の変形を検知する測定光変形検知手段と、
該測定光変形検知手段の出力と、前記測定光照射手段及び撮像手段との視差及び光学特性とから被写体の三次元形状を計算する三次元形状計算手段と、
を具備した三次元計測装置。
【０１３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被写体像から測定光を検知することによって空間コーディングされて測定光が照射された部分に対する三次元位置情報を一度に検出すること等ができ、動きのある被写体の場合でも三次元計測を精度良く行うことができる。
【０１３４】
一度にライン状等の測定光を照射する等することにより、被写体のライン状の各部に対する三次元位置情報を検出でき、動きのある被写体の場合でも三次元計測を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の三次元計測内視鏡装置の全体構成図。
【図２】テープ状ファイバ束アレイの入射側の端面を示す図。
【図３】周波数多重変調器の構成図。
【図４】周波数多重変調器による周波数多重の説明図。
【図５】コーディング検出手段等の構成を示す図。
【図６】三次元計測の原理説明図。
【図７】本発明の第２の実施の形態の三次元計測内視鏡装置の全体構成図。
【図８】コード板の構造、ダイクロイックミラーの反射特性等を示す図。
【図９】本発明の第３の実施の形態の三次元計測内視鏡装置の全体構成図。
【図１０】コード板の構造、発光素子の発光出力の周波数特性を示す図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態の三次元計測内視鏡装置の全体構成図。
【図１２】本発明の第５の実施の形態の三次元計測内視鏡装置の全体構成図。
【図１３】本発明の第６の実施の形態の三次元計測内視鏡装置の全体構成図。
【符号の説明】
１…三次元計測内視鏡装置
２…内視鏡
３…光源装置
４…三次元計測装置
５…ディスプレイ
６…挿入部
１４…ランプ
１６…照明光伝送用ライトガイド
１７…先端部
１８…観察照明用レンズ
１９…観察用対物レンズ
２１…観察用イメージガイド
３０…レーザ光走査手段
３１…測定光伝送用イメージガイド
３２…形状測定用イメージガイド
３３−１，…，３３−ｎ…レーザ
３３…レーザアレイ
３４…ＤＣ電源
３５…周波数多重変調器
３６…ＡＯＤ
３８…ＶＣＯ
４５…測定光投光レンズ
４６…形状測定用対物レンズ
４７…結像レンズ
４８…テープ状ファイバ束アレイ
４８（１），…，４８（ｎ）…テープ状ファイバ束
４９（１），…，４９（ｎ）…光電変換素子
５１（１），…，５１（ｎ）…フィルタバンク
５２…コーディング検出手段
５３…レーザスポット検知回路
５４…高さ情報計算回路
５５…フレームメモリ
５６…テレビカメラ
５７…観察画像処理装置
５８…ビデオ信号合成回路
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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