JP3126065B2 - 計測用内視鏡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡の先端から被検
体までの距離を測定する測距手段を備えた計測用内視鏡
装置に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、体腔内に細長の挿入部を挿入するこ
とにより体腔内臓器等を観察したり、必要に応じて処置
具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置
のできる内視鏡が広く用いられている。また、工業分野
においても、ボイラー、タービン、エンジン、化学プラ
ント等の内部のキズ，腐食等の観察、検査に工業用内視
鏡が広く用いられている。

【０００３】特開昭５９−６９７２１に、内視鏡先端部
に測長用のビーム光を放射する手段が示されている。ま
た、特開昭６２−７３２２３には一本のレーザー光線に
よる測距手段が示されている。特開昭６４−４９５４２
に体内の臓器表面等の凹凸を計測する計測内視鏡とし
て、回析格子にによるレーザ光の回析パターンを利用し
たものが示されている。

【０００４】この回析パターンは投影レンズによって被
測定物表面上に投影され、この投影像を視差のある位置
から固体撮像素子等の撮像素子で観察すると、ラインあ
るいはドット状パターンは表面の凹凸形状に応じて変形
して見える。そのため、撮像素子の画像信号に基づい
て、被測定物表面上のライン状パターンの各明部に関し
て基準位置からの明度の変位量を演算することにより、
物体表面の凹凸形状を計測することができるというもの
である。また、公知事実として干渉縞を物体表面に投影
し、前記干渉縞を走査して測定精度を向上させる手法が
有る。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】特開昭６４−４９５
４２はドット状パターンのピッチで計測精度が決まる。
精度を向上させるにはピッチを細かくしなければならな
いが、パターン投影光学系の大きさやパターン照射範囲
等を考慮するとピッチ幅に限界があり高精度な計測はで
きない。

【０００６】これに対して、干渉縞走査方法による形状
測定では干渉縞の縞ピッチの約１／５０程度の測定精度
が得られるが、基準寸法（物体距離または、物体面上の
縞間隔あるいは、既知の形状測定によるキャリブレーシ
ョン）を入力しなければ３次元形状の絶対値（実寸法）
を得ることができない。しかし、一般に内視鏡による形
状測定では機械内部の計測が主な目的となるため、あら
かじめ物体距離等の基準寸法を知ることができず物体距
離の入力や、キャリブレーション等を行うことができな
い。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、煩雑なキャリブレーションを必要とせず、立体形
状を精度よく、かつ迅速に求めることができる計測用内
視鏡装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【問題点を解決する手段および作用】前記目的を達成す
るため本発明による計測用内視鏡装置は、被検体像を撮
像する撮像手段と、前記被検体に対して干渉縞を照射す
る干渉縞照射手段と、前記干渉縞の解析により、干渉縞
ピッチに対する相対的３次元情報を演算する手段と、前
記干渉縞の照射範囲内に輝点を投影する投影手段と、内
視鏡の挿入部先端から輝点までの距離を測定する測距手
段と、前記測距手段の測距情報に基づいて前記相対的３
次元情報を前記被検体の実空間の３次元情報に演算する
演算手段と、を具備したことを特徴とする。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を具体
的に説明する。図１ないし図６は本発明の第１実施例に
係り、図１は内視鏡装置の全体構成の説明図、図２は内
視鏡先端部の断面図、図３は３次元計測の概要図、図４
は干渉縞による計測の原理図、図５はレーザスポットに
よる測距方法の原理図、図６はレーザ光源のブロック図
を示す。

【００１０】図１に示すように、本発明の第１実施例の
計測用内視鏡装置１は計測用の電子内視鏡２と、この電
子内視鏡２が接続される照明用光源３及びカメラコント
ロールユニット（以下ＣＣＵ）４と、前記ＣＣＵ４に接
続され、３次元情報を演算などするコンピュータ５と、
コンピュータ５からの画像を表示するモニタ６及び３次
元情報を得るための干渉縞を投影すると共に、測距のた
めの輝点を投影するレーザ光源７を備えている。

【００１１】上記電子内視鏡２は、細長の挿入部１１
と、この挿入部１１の後端に連設された太幅の操作部１
２とを有し、この操作部１２から外部に延出されたユニ
バーサルケーブル１３の先端に設けられた光源コネクタ
１４を照明用光源３に着脱自在で装着することができ
る。このコネクタ１４から信号ケーブル１５と光ケーブ
ル１６とが延出され、それぞれの端部に設けたコネクタ
１７及び１８をそれぞれＣＣＵ４及びレーザ光源７に接
続することができる。

【００１２】上記電子内視鏡２の挿入部１１は、その先
端に硬質の先端部１９が形成され、この先端部１９に隣
接して湾曲自在の湾曲部２１が形成され、さらにこの湾
曲部２１の後端に長尺の軟性部２２が形成されている。
上記湾曲部２１は操作部１２とに設けた湾曲ノブ２３を
操作することにより、湾曲できるようになっている。上
記コンピュータ５は、キーボード２４と接続されてい
る。

【００１３】図２は電子内視鏡２の先端部１９の断面を
示す。電子内視鏡２の先端部１９には、被検査物を照明
するための図示しないライトガイドファイバ、照明レン
ズ部、及び画像を得るための撮像ユニット２６、物体面
に干渉縞を投影する干渉縞投影ユニット２７、物体面の
干渉縞照明範囲内に輝点を作るためのレーザスポット投
影ユニット２８が設けられている。

【００１４】前記撮像ユニット２７は対物レンズ系２９
及び対物レンズ系２９により結像した光学像を電気信号
へ変換するための固体撮像素子３０及び信号ケーブル３
１を有する。

【００１５】前記干渉縞投影ユニット２７は偏波面保存
ファイバ３２及び偏波面保存ファイバ３２の射出光から
ｘ軸偏波成分の光とｙ軸偏波成分の光を分離する為の複
屈折光学部材３３及び、可干渉波であるｘ軸偏波とｙ軸
偏波の４５°成分を取り出す偏光板３４及び、前記可干
渉波を物体面に投影する投影レンズ３５により構成され
る。

【００１６】尚、図２に示すように複屈折光学部材３３
は、カバーガラス３６，３６で両面が保護されている。
又、偏波面保存ファイバ３２の先端は口金３７により、
パイプ３８に固着され、このパイプ３８は先端部１９に
固定される。先端部１９の後端に湾曲部２１を形成する
第１の駒３９が固着され、この駒３９にはさらに次の駒
３９が回動自在に連結されるという具合にして多数の駒
３９、３９…が回動自在に連結されている。多数の駒３
９、３９…は可撓性のチューブ４０で被覆されている。

【００１７】前記レーザスポット投影ユニット２８は光
ファイバ４１及び光ファイバ４１からの出射光を所定の
光束径へ変換する凸レンズ４２、及び前記光束を所定の
角度で出射するためのプリズム４３を有する。上記光フ
ァイバ４１の先端は、口金４４を介してパイプ４５に固
着され、このパイプ４５は先端部１９に固定される。

【００１８】尚、撮像ユニット２６もパイプ４６を介し
て先端部１９に固定されるようになっている。図３は、
この電子内視鏡２によって、物体を計測している様子を
示す。干渉縞投影ユニット２７より干渉縞を物体面４８
の撮像範囲４９内に投影する。この物体面４８上に形成
された干渉縞照射範囲を符号４７で示す。また、前記干
渉縞照射範囲４７内の一点に、レーザスポット投影ユニ
ット２８よりレーザスポットを照射して輝点５０をつく
る。

【００１９】図４、図５に示す原理図をもとに計測方法
を説明する。干渉縞投影による形状測定は種々の方法が
提案されているが、例えば４バケット法では以下の式に
より計算される。

【００２０】干渉縞の強度分布Ｉ（x,y,n ）は、 Ｉ（x,y,n ）＝Ｉo （x,y ）［１＋γｃｏｓ｛２πω（x,y ）＋φn ｝］（１） となる。ここで、 Ｉo （x,y ） ： 光源の強度分布 γ ： 可視度 ω（x,y ） ： 物体光の歪 φn ： 干渉光の初期位相 である。

【００２１】初期位相φn を９０°づつ変化させ、 φn ＝ｎπ／２（ｎ＝０，１，２，３） （２） とすると、 Ｉ（x,y,1 ）＝Ｉo （x,y ）［１＋γｃｏｓ２πω（x,y ）］ （３） Ｉ（x,y,2 ）＝Ｉo （x,y ）［１−γｓｉｎ２πω（x,y ）］ （４） Ｉ（x,y,3 ）＝Ｉo （x,y ）［１−γｃｏｓ２πω（x,y ）］ （５） Ｉ（x,y,4 ）＝Ｉo （x,y ）［１＋γｓｉｎ２πω（x,y ）］ （６） と表される。

【００２２】（３）（４）（５）（６）式より、 Ｉn ＝Ｉ（x,y,n ）で表すと ２πω（x,y ）＝ａｒｃｔａｎ［（Ｉ4 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 −Ｉ3 ）］（７） となる。

【００２３】ここで物体ω（x,y ）は光強度分布の位相
ずれと解釈できるから、図４に示すように例えば対物レ
ンズ系２９の光軸上における被検体としての物体側に直
角座標の原点を設定し、干渉縞を投影する光源の位置、
つまり光軸とｘ軸偏波光源ｐｌとｙ軸偏波ｐ2 光源の中
点とのなす角をθとして、この解釈を当てはめると
（７）式は、 （２π／Ｔ’）Δｚ ｔａｎθ ＝ ａｒｃｔａｎ［Ｉ4 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 −Ｉ3 ）］ （８） となる。

【００２４】ここで、 Ｔ’＝Ｌλ／ｄ ｃｏｓθ （９） λ ： レーザの波長 ｄ ： ｘ軸偏波光源ｐｌとｙ軸偏波ｐ2 光源間の距離 である。

【００２５】よって物体における高さΔｚは、 Δｚ（x,y ）＝（Ｔ’／２πｔａｎθ）・ ａｒｃｔａｎ［（Ｉ4 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 −Ｉ3 ）］ （１０） となる。ここで内視鏡先端から物体面までの距離Ｌをレ
ーザスポット投影ユニット２８を用いて測定する。

【００２６】以降にレーザスポットによる測距方法を示
す。図５に示すように物体面のレーザスポットによる輝
点をＰ、対物レンズ系２９の中心点をＯ、レーザスポッ
ト投影点をＱとする。ｘ’軸とＯ−Ｐのなす角度をβ、
ｘ’軸とＱ−Ｐのなす角度をα、Ｏ−Ｑの長さをＨとす
ると距離Ｌは次式で示される。

【００２７】 Ｌ＝（Ｈ＊ｓｉｎα＊ｓｉｎβ）／｛ｓｉｎ（β−α）｝ （１１） この（１１）式による測長結果を（９）式に代入すれば
（１０）式より物体表面の高さΔｚを求めることができ
る。干渉縞の範囲内の全てのΔｚ（x,y ）について同様
に計算すれば物体表面３次元形状が得られる。

【００２８】図６はレーザ光源のブロック図を示す。コ
ネクタ１８には干渉縞投影用コネクタ１８ａ及びレーザ
スポット当投影用光コネクタ１８ｂが設けられている。
前記干渉縞投影用光コネクタ１８ａの図示しない偏波面
保存光ファイバ端面にはコリメートレンズ５１ａにより
半導体レーザ５２ａの光線が集光するように構成されて
いる。前記半導体レーザ５２ａには支持板５３、ペルチ
ェ素子５４を介してヒートシンク５５ａが取り付けられ
ている。

【００２９】また、前記支持板５３には温度検出素子で
ある例えばサーミスタ５６が取り付けられている。前記
ペルチェ素子５４及びサーミスタ５６は定温度制御回路
５７に接続されており、前記半導体レーザ５２ａを一定
の温度に保つように温度制御される。

【００３０】また、前記半導体レーザ５２ａは電流制御
回路５８に接続され、所定の電流値で駆動される。前記
電流制御回路５８はＤ／Ａコンバータ回路５９を通じて
コンピュータ５の信号により任意の電流値へ設定され
る。

【００３１】半導体レーザ５２ａは駆動電流を変化させ
ると波長がシフトする。前記コンピュータ５により半導
体レーザ５２ａの駆動電流を変化させると前記干渉縞投
影ユニット２７の干渉光の位相がシフトして、物体上の
干渉縞を移動させることができる。

【００３２】レーザスポット投影用光コネクタ１８ｂの
図示しない光ファイバ端面にはプリズム６０、コリメー
トレンズ６１ｂにより半導体レーザ６２ｂの光線が集光
するように構成されている。また、前記半導体レーザ６
２ｂは放熱のためにヒートシンク６３ｂに取り付けられ
ている。前記半導体レーザ６２ｂは定電流制御回路６４
により定電流駆動される。

【００３３】但し、レーザスポット投影用の光源として
は、高輝度ＬＥＤ等の発光源を用いてもよい。次に第１
実施例による測長方法を以下に説明する。内視鏡先端部
１９を被測定物である物体表面に対向させ測定範囲が干
渉縞照射範囲内に入るようにセットする。

【００３４】レーザスポット投影ユニット２８からのレ
ーザビームによる物体面上の輝度位置を撮像系を通じて
求め（１１）式より距離Ｌを求める。次にコンピュータ
５によりレーザ光源７へ信号を送り、干渉縞の位相をπ
／４ずつ変化させ４枚の画像をＣＣＵ４内又はコンピュ
ータ５内の図示しないフレームメモリへ取り込む。４枚
の画像を（１０）式を用いた演算をコンピュータ５で行
うことにより、物体表面の３次元形状が得られる。

【００３５】このように内視鏡的に測距と３次元計測が
同時にできるシステムを提供することにより従来分解し
なければ精密な計測が不可能であった、例えば曲面形状
であるジェットエンジンのタービンブレードのクラック
寸法を分解せずに精密に測定することができる。また、
水道管等の減肉状態も非破壊的に精密測定できる。

【００３６】また、レーザスポット投影用半導体レーザ
６２ｂと干渉縞投影用半導体レーザ５２ａに異なる波長
のものを用いてもよい。たとえば、レーザスポット投影
用半導体レーザとして青色レーザ、干渉縞投影用半導体
レーザとして赤色レーザを用いれば、画像処理より青色
レーザスポットにより測距を行い、赤色の干渉縞により
３次元計測を自動的に行うことができる。前記実施例に
よれば、内視鏡先端部に干渉縞照射手段及びスポット光
線照射手段を設け、物体面に干渉縞を投影すると共にス
ポット光線を照射し干渉縞照射範囲内に輝点を少なくと
も１点作り、前記輝点の位置から内視鏡先端から物体面
までの距離を求め、干渉縞投影による３次元測定の演算
において前記距離を用いることにより３次元形状の絶対
値を求めることができる。

【００３７】以下、図面を参照して本発明の第２実施例
を具体的に説明する。

【００３８】図７は、内視鏡先端部の断面図を示す。第
２実施例は第１実施例に示したレーザビームによる測距
方法を変更したものである。内視鏡先端部には先端面７
０に開口したチャンネル７１を有し、前記チャンネル７
１からはゲージ７２が先端方向に挿脱される。

【００３９】前記ゲージ７２には、測距用の目盛り７３
が記されており、視野のＢ点より前記目盛り７３を読み
取る。前記目盛り７３はＢ点の値が内視鏡先端面７０か
ら物体面までの距離を表すようにあらかじめオフセット
して記されていてもよい。読み取った値を距離Ｌとして
第１実施例に示す（９）（１０）（１１）式を用いれば
物体表面の３次元形状を求めることができる。

【００４０】本実施例によれば測距用のレーザスポット
投影ユニット及び光源が不要となるためより安価なシス
テムを提供できる。尚、測距方法は本実施例に限るもの
ではなく、例えば、照明光と一緒に指標となる影等を投
影し、それを基に測距するといったものでもよい。次に
第３実施例を説明する。

【００４１】第３実施例はレーザ光源ブロック内に１つ
のレーザ光源を用いたものである。図８はレーザ光源７
のブロック図を示す。半導体レーザ８０の出射光はコリ
メートレンズ８１により平行光線に変換された後、ビー
ムスプリッタ８２により光路８３ａと光路８３ｂに分岐
される。光路８３ａの光は集光レンズ８４によりレーザ
スポット投影用光コネクタ端子８５に集光される。光路
８３ｂの光はプリズム８６をへて集光レンズ８７により
干渉縞投影用光コネクタ端子８８に集光される。その他
の構成及び作用は第１実施例に同じである。

【００４２】前記半導体レーザ８０には支持板５３、ペ
ルチェ素子５４を介してヒートシンク５５ａが取り付け
られている。また、前記支持板５３には温度検出素子で
ある例えばサーミスタ５６が取り付けられている。前記
ペルチェ素子５４及びサーミスタ５６は定温度制御回路
５７に接続されており前記半導体レーザ８０を一定の温
度に保つように温度制御される。

【００４３】また、前記半導体レーザ８０は電流制御回
路５８に接続され、所定の電流値で駆動される。前記電
流制御回路５８はＤ／Ａコンバータ回路５９を通じてコ
ンピュータ５の信号により任意の電流値へ設定される。
半導体レーザ８０は駆動電流を変化させると波長がシフ
トする。

【００４４】前記コンピュータ５により半導体レーザ８
０の駆動電流を変化させると前記干渉縞投影ユニットの
干渉光の位相がシフトして、物体上の干渉縞を移動させ
ることができる。しかし、同じ半導体レーザ８０の光を
用いているレーザスポットは波長がシフトしてもその影
響は受けない。

【００４５】また、図９（ａ），（ｂ）に示すように光
路８９ｃに可動ミラー９０を設け、光路８９ａ、光路８
９ｂを選択可能にしても良い。この第３実施例又はその
変形例では一つの半導体レーザ８０で干渉縞とレーザス
ポットの光源を構成したことにより、より安価なシステ
ムを提供できる。次に第４実施例を説明する。

【００４６】第４実施例は一本の光ファイバを用いて内
視鏡先端部にレーザ光を導き、内視鏡先端部内で光路を
２分割して、干渉縞照射光学系及びレーザスポット照射
系の光源として用いるものである。

【００４７】図１０は内視鏡先端の各光学系の配置を示
す。図１１は図１０のＡ−Ａ断面を示す。図１２はレー
ザ光源の内部を示す。図１２に示すように、電流制御、
温度制御された半導体レーザ９２の出射光はコリメート
レンズ９３、集光レンズ９４をへて光コネクタ端子９５
へ集光される。前記光コネクタ端子９５から入射した光
は、図１１に示すように光ファイバ９６を通じて内視鏡
先端部へ伝達される。内視鏡先端部に伝達されたレーザ
光はコリメートレンズ９７により平行光線に変換された
後ビームスプリッタ９８により光路が２分割される。

【００４８】前記ビームスプリッタ９８を直進したレー
ザ光は光軸９９ａを経て干渉縞照射光学系１０１に入
り、複屈折光学部材３３、偏光板３４、投影レンズ３５
等を経て物体表面に干渉縞が投影される。前記ビームス
プリッタ９８により分岐したレーザ光は９０°方向を変
え、光路を経てレーザスポット照射光学系１０２に入
り、プリズム１０３により内視鏡の軸方向に変換され、
凸レンズ１０４、凹レンズ１０５によりビーム径が絞ら
れた細径ビーム１０６にされた後にプリズム１０７によ
り所定の角度で出射される。

【００４９】図１１において、偏波面を保存するファイ
バ９６の先端は、口金１０８によりパイプ１０９に固着
される。又、プリズム１０３等のレーザスポット照射光
学系１０２はパイプ１１０に固着されている。図１０に
おいて、対物レンズ系１１１の両側に、照明光学系１１
２，１１２が設けてある。その他の構成は、第３実施例
と同様である。

【００５０】このように１本の光ファイバ９６からの出
射光を干渉縞照射及びレーザスポット照射用いたことに
より高価な光ファイバ９６の使用量が半減するため低価
格な計測用内視鏡を提供できる。

【００５１】次に本発明の第５実施例を具体的に説明す
る。図１３ないし図１８は本発明の第５実施例に係り、
図１３は内視鏡装置の全体構成の説明図、図１４は内視
鏡先端部の断面図、図１５はレーザ光源のブロック図、
図１６はコンピュータのブロック図、図１７はピエゾ素
子の駆動電圧（ＤＣ−ＡＭＰ出力電圧）と各フレームメ
モリのフリーズのタイミングを示すタイミングチャート
図、図１８は物体面に投影されている干渉縞の位相の変
化を示す説明図である。

【００５２】図１３に示すように、本発明の第５実施例
の計測用内視鏡装置２０１は計測用の電子内視鏡２０２
と、この電子内視鏡２０２が接続される照明用光源２０
３及びＣＣＵ２０４と、前記ＣＣＵ２０４に接続される
コンピュータ２０５と、コンピュータ２０５からの画像
を表示するモニタ２０６及びレーザ光源２０７を備えて
いる。

【００５３】上記電子内視鏡２０２は、細長の挿入部２
１１と、この挿入部２１１の後端に連設された太幅の操
作部２１２とを有し、この操作部２１２から外部に延出
されたユニバーサルケーブル２１３の先端に設けられた
光源コネクタ２１４を照明用光源２０３に着脱自在で装
着することができる。このコネクタ２１４から信号ケー
ブル２１５と光ケーブル２１６とが延出され、それぞれ
の端部に設けたコネクタ２１７及び２１８をそれぞれＣ
ＣＵ２０４及びレーザ光源２０７に接続することができ
る。

【００５４】上記電子内視鏡２０２の挿入部２１１は、
その先端に硬質の先端部２１９が形成され、この先端部
２１９に隣接して湾曲自在の湾曲部２２１が形成され、
さらにこの湾曲部２２１の後端に長尺の軟性部２２２が
形成されている。上記湾曲部２２１は操作部２１２とに
設けた湾曲ノブ２２３を操作することにより、湾曲でき
るようになっている。上記コンピュータ２０５は、キー
ボード２２４と接続されている。

【００５５】図１４は電子内視鏡２０２の先端部２１９
の断面を示す。電子内視鏡２０２の先端部２１９には、
被検査物を照明するための図示しないライトガイドファ
イバ、照明レンズ部、及び画像を得るための撮像ユニッ
ト２２６、物体面に干渉縞を投影する干渉縞投影ユニッ
ト２２７、物体面の干渉縞照明範囲内に輝点を作るため
のレーザスポット投影ユニット２２８が設けられてい
る。上記撮像ユニット２２６は対物レンズ系２２９及び
対物レンズ系２２９により結像した光学像を電気信号へ
変換するための固体撮像素子２３０及び信号ケーブル２
３１を有する。

【００５６】上記干渉縞投影ユニット２２７はシングル
モードファイバ２３２及び口金２３３で先端が固定され
たこのシングルモードファイバ２３２の射出光を平行光
にするコリメートレンズ２３４と、この平行光から互い
に直交する２つの偏波成分の光に分離して出力する偏光
ビームスプリッタ２３５と、該偏光ビームスプリッタ２
３５を経た光を投影する投影レンズ２３６と、前記一方
の偏波成分の光を他方の偏波成分の光に対して光路差を
与えるためのミラー２３７、２３８と、一方のミラー２
３７を該ミラー２３７面に垂直な方向に変位させるため
のピエゾ素子２３９とを有する。

【００５７】上記投影レンズ２３６、ミラー２３８、ミ
ラー２３７の裏面に形成された蒸着などで形成された反
射面２３７ａに取り付けられたピエゾ素子２３９はホル
ダ２４１を介して先端部２１９に取り付けられている。
なお、ミラー２３８の裏面にも蒸着などで反射面２３８
ａが形成されている。上記２つのミラー２３７、２３８
は偏光ビームスプリッタ２３５の上下両側に配置され、
ミラー２３７は偏光ビームスプリッタ２３５と距離（例
えばＭとする）隔てて配置され、他方のミラー２３８は
偏光ビームスプリッタ２３５の上面に接して配置され、
例えばその厚さがＮである。

【００５８】上記ピエゾ素子２３９の両面には電極が取
り付けられ、各電極にはリード線２４２の先端と接続さ
れ、図示しない駆動回路からピエゾ素子２３９を駆動し
て、ミラー２３７の位置を上下方向に変位させることが
できるようになっている。

【００５９】上記コリメートレンズ２３４を経た平行光
は偏光ビームスプリッタ２３５を透過して光路Ａに沿っ
て進む光成分と、偏光ビームスプリッタ２３５で反射さ
れ、第１のミラー２３７で反射され、偏光ビームスプリ
ッタ２３５を透過し、第２のミラー２３８で反射され、
さらに偏光ビームスプリッタ２３５で反射されて光路Ｂ
のように進む光成分とに分離され、光路Ａに沿って進む
光に対し、光路Ｂに沿って進む光は、偏光ビームスプリ
ッタ２３５の上下方向の厚み（長さ）をＬとすると、２
（ｒＬ＋ｓＭ＋Ｎ）（ｒ，ｓは偏光ビームスプリッタ２
３５、ミラー２３８の屈折率）だけ大きい光路長（光路
差）Ｄが与えられた後、共に投影レンズ２３６を経て被
写体（物体面）側に投影される。

【００６０】そして被写体側には光路差Ｄに応じて図３
で示したような干渉縞が形成されることになり、さらに
上記ピエゾ素子２３９を駆動して、ミラー２３７の位置
を上下方向に変位させることにより、この光路差Ｄから
微小光路差ΔＤだけ変位させることができるようになっ
ている。この微小光路差ΔＤだけ変位させることによ
り、干渉縞がシフトし、４バケット法で物体面の３次元
形状を求めることができるようにしている。

【００６１】上記レーザスポット投影ユニット２２８は
光ファイバ２４４及び光ファイバ２４４からの出射光を
所定の光束径へ変換する凸レンズ２４５、及び前記光束
を所定の角度で出射するためのプリズム２４６を有す
る。上記光ファイバ２４４の先端は、口金２４７を介し
てパイプ２４８に固着され、このパイプ２４８は先端部
２１９に固定される。

【００６２】図１５はレーザ光源２０７のブロック図を
示す。半導体レーザ８０の出射光はコリメートレンズ８
１により平行光線に変換された後、ビームスプリッタ８
２により光路８３ａと光路８３ｂに分岐される。光路８
３ａの光は集光レンズ８４によりレーザスポット投影用
光コネクタ端子８５に集光される。又、半導体レーザ８
０は定電流制御回路２５８により駆動される。この定電
流制御回路２５８はＤ／Ａコンバータ回路５９を通じて
コンピュータ２０５によって制御され、干渉縞を適切な
光量に保つ。その他の構成は図８に示す第３実施例のレ
ーザ光源７と同じである。

【００６３】一方、上記コンピュータ２０５の内部構成
を図１６に示す。上記ＣＣＵ２０４からの画像信号はフ
レームメモリ部２５１を構成するフレームメモリＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄに入力され、（ＣＰＵ＆メモリ２５２）のＣ
ＰＵからの信号により任意のタイミングでフリーズでき
る。又、内視鏡先端部２１９の干渉縞投影ユニット２２
７に組み込まれたピエゾ素子２３９の変位はＣＰＵによ
りＤ／Ａコンバータ２５３、ＤＣ−ＡＭＰ２５４を通じ
て電圧で制御される。

【００６４】つまり、コンピュータ２０５からピエゾ素
子２３９の変位を制御することにより、上記光路Ａと光
路Ｂの光路差Ｄから微小光路差ΔＤを変え、干渉縞の位
相を任意に設定できる。そして、ＣＰＵによる演算結果
はグラフィックボード２５５を通じてモニタ２０６に表
示される。

【００６５】上記ピエゾ素子２３９への駆動電圧とフレ
ームメモリＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのフリーズのタイミングを図
１７に示す。この図１７に示すように、ピエゾ素子２３
９に印加されるＤＣ−ＡＭＰ２５４の出力電圧は階段状
に変化させ、物体面に投影される干渉縞の位相（Ｐｈａ
ｓｅ）が９０°毎に変化するように、つまり図１８に示
すようにＰｈａｓｅ Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが９０°毎に変化
するようにＤＣ−ＡＭＰ２５４の出力電圧を決定する。

【００６６】又、物体面に投影される干渉縞の各位相が
安定した状態で図１６に示すようにそれぞれフレームメ
モリＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄにフリーズ画像を記憶するフリーズ
信号を発生するようにする。このようにピエゾ素子２３
９への駆動電圧を段階状に変化させ、物体面上の干渉縞
の位相を９０°毎に変化させ、各位相毎の画像を４枚フ
レームメモリＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに取り込み、ＣＰＵで演算
処理が行われることにより立体形状が求められる。この
演算方法は第１実施例と同じである。尚、この実施例の
ピエゾ素子２３９の代わりにＳＭＡなどのアクチュエー
タを用いても良い。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、煩
雑なキャリブレーションを必要とせず、立体形状を精度
良く求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の計測用内視鏡装置の全体
構成図。

【図２】内視鏡先端部の断面図。

【図３】３次元計測の概要図。

【図４】干渉縞による計測の原理図。

【図５】レーザスポットによる測距方法の原理図。

【図６】レーザ光源のブロック図。

【図７】本発明の第２実施例における内視鏡先端部の断
面図。

【図８】本発明の第３実施例におけるレーザ光源のブロ
ック図。

【図９】第３実施例の変形例におけるレーザ光源の一部
の構成図。

【図１０】本発明の第４実施例における内視鏡先端の各
光学系の配置を示す正面図。

【図１１】図１０のＡ−Ａ断面を示す断面図。

【図１２】第４実施例におけるレーザ光源の内部を示す
構成図。

【図１３】本発明の第５実施例の計測用内視鏡装置の全
体構成図。

【図１４】第５実施例における内視鏡先端部の断面図。

【図１５】レーザ光源のブロック図。

【図１６】コンピュータのブロック図。

【図１７】ピエゾ素子への駆動電圧と４枚のフレームメ
モリへのフリーズのタイミングを示す説明図。

【図１８】物体面に投影される干渉縞の４つの位相の関
係を示す説明図。

【符号の説明】

１…計測用内視鏡装置 ２…電子内視鏡 ３…照明用光源 ４…ＣＣＵ ５…コンピュータ ６…モニタ ７…レーザ光源 １１…挿入部 １９…先端部 ２６…撮像ユニット ２７…干渉縞投影ユニット ２８…レーザスポット投影ユニット ２９…対物レンズ系 ３０…固体撮像素子 ３２…偏波面保存ファイバ ３３…複屈折光学部材 ３４…偏光板 ３５…投影レンズ ４１…光ファイバ ４２…凸レンズ ４３…プリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田端 誠一郎 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 栗田 裕之 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−297515（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−95201（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−160634（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−256443（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 9/00 - 11/30 102 A61B 1/00 - 1/32 G02B 23/24 - 23/26

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体像を撮像する撮像手段と、 前記被検体に対して干渉縞を照射する干渉縞照射手段
   と、前記干渉縞の解析により、干渉縞ピッチに対する相対的
   ３次元情報を演算する手段と、 前記干渉縞の照射範囲内に輝点を投影する投影手段と、 内視鏡の挿入部先端から輝点までの距離を測定する測距
   手段と、 前記測距手段の測距情報に基づいて前記相対的３次元情
   報を前記被検体の実空間の３次元情報に演算する演算手
   段と、 を具備したことを特徴とする計測用内視鏡装置。