JP3816624B2 - 3D measuring device - Google Patents

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Description

【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional measurement apparatus that performs three-dimensional measurement on a subject. More specifically, when applied to a medical endoscope, the present invention can measure the shape of a living body or when applied to an industrial endoscope. Can measure the internal shape of water pipes, gas pipes and complex machines.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, spot light or slit light is projected as measurement light on the measurement object, and how the light deviates due to the unevenness of the measurement object is detected by an imaging means such as a TV camera, and three-dimensional measurement is performed from the deviation amount. Had gone.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, this method can measure only one spot light or one slit light per frame or field image of a television camera, and cannot measure the entire measurement target in real time.
[0004]
Furthermore, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 16608, there is a proposal to project a blinking line light onto a measurement object while scanning, and to detect the shift amount at a high speed with a plurality of light receiving elements. In order to obtain the light resolution, the scan must be performed 8 times, and it is not practical when the subject has movement.
[0005]
In addition, each array-shaped light source is modulated with an independent modulation signal, the modulation signal is discriminated by a detection system, and light cutting can be performed by the principle of triangulation from the relationship between the position of the light source and the pixel or line of the detection system. An apparatus for measuring a three-dimensional shape has already been disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-178632, but in these systems, the number of light sources and the number of modulation signal sources must be the same.
[0006]
(Object of invention)
The present invention has been made in view of the above points, and a first object of the present invention is to provide a three-dimensional measurement apparatus capable of accurately performing three-dimensional measurement even in the case of a moving subject.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a three-dimensional measuring apparatus that can easily increase the resolution of measurement.
[0008]
Furthermore, it is a third object to provide a three-dimensional measurement apparatus that can perform three-dimensional measurement using a normal imaging element while maintaining sensitivity.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The first three-dimensional measurement apparatus of the present invention has a plurality of light sources, Combination of light intensity modulation, or light wavelength and light intensity modulation A light emission driving means for driving each of the plurality of light sources to emit light having individual frequency characteristics, and a plurality of lights obtained by driving the plurality of light sources to emit light by the light emission driving means. Illumination light irradiation means for irradiating the subject as spatially coded irradiation light, measurement light detection means for detecting measurement light from the subject image, and calculating the three-dimensional shape of the subject using the output of the measurement light detection means And a three-dimensional shape calculation means.
According to a second three-dimensional measurement apparatus of the present invention, in the first three-dimensional measurement apparatus, the plurality of light sources are arranged in a line shape.
According to a third three-dimensional measurement apparatus of the present invention, in the first or second three-dimensional measurement apparatus, the light emission driving unit includes the plurality of lights. Intensity modulated source A plurality of frequency signal sources, and a plurality of frequency signals generated by the plurality of frequency signal sources in combination to supply a predetermined number of modulation frequency signals to the plurality of light sources. Means.
The fourth three-dimensional measurement apparatus of the present invention is the second or third three-dimensional measurement apparatus, wherein the light emitted from the plurality of light sources arranged in a line is deflected in a direction perpendicular to the line. A means is further provided.
Of the present invention Endoscope The apparatus has a plurality of light sources arranged in a line, Combination of light intensity modulation, or light wavelength and light intensity modulation A light emission driving means for driving each of the plurality of light sources to emit light having individual frequency characteristics, and a plurality of lights obtained by driving the plurality of light sources to emit light by the light emission driving means. Illumination light irradiation means for irradiating a subject as spatially coded irradiation light, deflection means for deflecting light emitted from a plurality of light sources arranged in a line in a direction perpendicular to the line, and the deflection means Using light guide means for supplying the deflected light to the subject from the tip of the insertion section via the insertion section, measurement light detection means for detecting measurement light from the subject image, and using the output of the measurement light detection means And a three-dimensional shape calculating means for calculating the three-dimensional shape of the subject.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, a three-dimensional measurement endoscope apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention includes an endoscope 2 including an insertion portion 6 inserted into a lumen, and the endoscope 2. A light source device 3 that supplies illumination light by visible light, a three-dimensional measurement device 4 that supplies measurement light to the endoscope 2 and receives three-dimensional measurement by receiving reflected light from the subject of the measurement light; And a display 5 for displaying a subject image measured three-dimensionally.
[0011]
The endoscope 2 includes a flexible insertion portion 6 inserted into the lumen, an operation portion 7 provided at the rear end of the insertion portion 6, and a contact provided at the rear end of the operation portion 7. It has an eye part 8 and a universal cable 9 extending from the operation part 7. A first connector that is detachable from the light source device 3 is attached to the end of the universal cable 9, and is attached to and detached from the three-dimensional measuring device 4. A free second connector is provided.
[0012]
The light source device 3 has a built-in lamp 14 that is driven to emit light by a lamp driving circuit 13. White light emitted from the lamp 14 is collected by a condenser lens 15 and incident on a light guide 16 for transmitting illumination light. Supplied to the end. The white light is transmitted by the illumination light transmitting light guide 16 inserted through the universal cable 9, the operation unit 7, and the insertion unit 6, and further observed illumination lens 18 from the distal end surface fixed to the distal end portion 17 of the insertion unit 6. And illuminates the subject 50 side such as the affected part in the body cavity.
[0013]
An observation window is provided on the hard tip 17 adjacent to an illumination window to which an observation illumination lens 18 is attached. An observation objective lens 19 is attached to the observation window, and the imaging position is illuminated. Connect the optical image of the subject. The front end surface of the observation image guide 21 is disposed at this imaging position, and the optical image is transmitted to the rear end surface by the observation image guide 21.
[0014]
The eyepiece 8 near the rear end face is provided with an eyepiece 22 facing the rear end face, and an optical image transmitted by the observation image guide 21 through the eyepiece 22 is visually observed. Can be observed.
[0015]
Similarly to the illumination light transmission light guide 16, an insertion portion 6, an operation portion 7, and a measurement light transmission image guide 31 and a shape measurement image guide 32 are inserted into the endoscope 2 in the universal cable 9. The light incident end and the light exit end at the end of the universal cable 9 are connected to the three-dimensional measuring device 4. The two measurement light transmission image guides 31 and the shape measurement image guide 32 are formed of, for example, image guides having the same characteristics in which a large number of the same fibers are regularly arranged.
[0016]
The three-dimensional measuring device 4 has a laser beam scanning unit 30 that scans a laser beam, and this laser beam scanning unit 30 arranges a plurality of lasers 33-i (i = 1, 2,..., N), for example, in the horizontal direction. The laser array 33 is formed.
[0017]
Lasers 33-i of the laser array 33 are driven to emit light simultaneously by a direct current power source (DC power source) 34 and a frequency multiplex modulator 35 to form a line-shaped laser spot array in the horizontal direction. Note that the laser 33-j serving as measurement light may be invisible light, for example, so as not to affect the observation with the naked eye. Further, when the intensity of the measurement light is high, it is preferable to provide a filter for cutting the measurement light on the eyepiece lens 22.
[0018]
Here, if each laser 33-i is modulated at a different frequency, a large number of oscillators corresponding to the number of laser arrays 33 are required. Therefore, as will be described later, the frequency multiplexing modulator 35 multiplexes the modulation frequencies. The number of oscillators is greatly reduced.
[0019]
Vertical scanning is performed in which the laser light of each laser 33-i is scanned in a vertical direction through an acousto-optic deflector (hereinafter abbreviated as “AOD”) 36. It is made to inject into.
[0020]
In other words, the laser light from the laser array 33 is scanned in the vertical incident position on the measurement light transmission image guide 31 by means for deflecting the laser light in the vertical direction perpendicular to the horizontal direction as the arrangement direction of the lasers 33i. .
[0021]
Examples of the deflecting means include a polygon mirror, a galvano scan mirror, or an acousto-optic deflector (AOD) such as PdMo04, LiNb03, and GaP. In the specific example of FIG. 1, AOD 36 is used.
[0022]
In this scanning means, information on the deflection angle in the vertical direction is obtained from the AOD 36 that performs scanning for defining the position of the light in the laser array 33 in the vertical direction and a voltage controlled oscillator (abbreviated as VCO) 38 for driving the signal source. Obtainable.
[0023]
Here, if the lens 37 is an f-θ lens, the deflection angle of the beam directly corresponds to the position information of the imaging plane as it is, and therefore the vertical direction of the spot light on the incident end face of the image guide 31 by the driving DC voltage of the VCO 38. The irradiation position (incident position) is given. The drive DC voltage of the VCO 38 is input to a laser spot detection circuit 53 that detects a laser spot, which will be described later, via an A / D converter 39 that performs A / D conversion.
[0024]
The distal end surface of the measurement light transmission image guide 31 is attached to the distal end portion 17 of the insertion portion 6, and a measurement light projection lens 45 is provided opposite to the distal end surface.
The light transmitted by the measurement light transmission image guide 31 is projected onto the subject through the measurement light projection lens 45.
[0025]
A shape measuring objective lens 46 is provided at the distal end portion 17 adjacent to the measuring light projection lens 45, and the shape measuring objective lens 46 is a laser spot projected onto the subject surface by the measuring light projection lens 45. Is imaged on the tip surface of the shape measuring image guide 32 arranged at the image forming position.
[0026]
Then, it is transmitted to the light emitting end of the rear end face by the shape measuring image guide 32. An imaging lens 47 is arranged opposite to the light emitting end, and an image is formed on the tape-like fiber bundle array 48 arranged at the imaging position by the imaging lens 47.
[0027]
The tape-shaped fiber bundle array 48 is formed of tape-shaped fiber bundles 48 (1) to 48 (n), and at one end serving as a light incident end, these tape-shaped fiber bundles 48 (1) to 48 (n) With a structure arranged in a stack, for example, a square end face is formed as shown in FIG.
[0028]
Further, as shown schematically in FIG. 1, the other end side serving as the light emitting end is separated by bundling the columns, for example, in a round shape, and arranged facing each end face (i = 1). , 2,..., N) detect the light emitted from each end face.
[0029]
In other words, the incident ends of the tape-shaped fiber bundle 48 (i) are arranged as shown in FIG. 2, for example, and the light detected in one column in each longitudinal direction is arranged facing the other end, for example, the same inspection. Detection is performed by the photoelectric conversion element 49 (i) of the output type.
[0030]
In the present embodiment, if the laser spot row projected in a line shape by the laser array 33 via the measuring light projection lens 45 is, for example, the horizontal direction, the laser spot row is the horizontal direction in the image guide 32 for shape measurement. The detection is made at the fiber position in the vertical direction perpendicular to.
[0031]
For this reason, assuming that the fiber arrangement at the light incident end face and the light outgoing end face of the image guide 32 for shape measurement is the same, the fibers are arranged in the form of tapes in the vertical direction at the light outgoing end face and stacked in the horizontal direction. The tape-shaped fiber bundle array 48 is used for detection.
[0032]
The output of the photoelectric conversion element 49 (i) is input to the coding detection means 52 after detecting the frequency components multiplexed through the filter bank 51 (i). After the frequency coding is detected by the coding detection means 52, it is input to the laser spot position detection circuit 53.
[0033]
A driving DC voltage of the VCO 38 is input to the laser spot position detection circuit 53 via the A / D converter 39. The laser spot detection circuit 53 detects the laser spot position with reference to information on which scanning position in the vertical direction the drive DC voltage corresponds to.
[0034]
The output of the laser spot detection circuit 53 is input to the height information calculation circuit 54, and the height is calculated. The output of the height calculation circuit 54 is temporarily stored in the frame memory 55. When the television camera 56 is attached to the eyepiece 8 in the frame memory 55, an observation image signal is input to the frame memory 55 via the observation image processing device 57. Then, a video signal is generated through the video signal generation circuit 58, and a three-dimensional shape is displayed on the display 5 together with the observation image so as to be adjacent to the left and right.
[0035]
The frequency multiplexing modulator 35 in the present embodiment is connected to a laser array 33 as shown in FIG. 3, for example. Here, for the sake of simplicity, the number of laser elements (simply referred to as lasers) constituting the laser array 33 is set to 2 to the fourth power-1 (= 15), and is indicated by 33-1 to 33-15. In this case, the frequency multiplexing modulator 35 has four modulators 61-1, 61-2, 61-3 and 61-4, and the modulation frequencies are f1, f2, f3 and f4, respectively.
[0036]
These are connected to 15 integrators 62-1 to 62-15 as shown in FIG. 3, and the mixed signal is connected to 15 Bias-T, and the DC signal of the DC power supply 34 is superimposed. Then, each laser 33-j (j = 1, 2,..., 15) is driven to emit light.
[0037]
In the example shown in FIG. 3, for example, the first laser 33-1 is modulated by all four frequencies, and the fifth laser 33-5 is modulated by f1, f3, and f4. Thus, when the position of the laser 33-j in the laser array 33 is associated with the type of modulation frequency, the result is as shown in FIG.
[0038]
When the lasers 33-j are modulated at different frequencies, as many oscillators as the number of laser arrays 33 are required. In the present embodiment, the number of oscillators is obtained by multiplexing and performing frequency coding using combinations of modulation frequencies. Is greatly reduced.
[0039]
Here, assuming that the laser array 33 is arranged in the horizontal direction, in FIG. If a modulator of a certain frequency in the laser is connected, it is represented by ON and is set to “1” in the binary code.
[0040]
According to such a rule, the first laser 33-1 is {1, 1, 1, 1}, and the fifth laser 33-5 is {1, 0, 1, 1}. This method for defining the horizontal position of the laser array 33 in this manner will be referred to as modulation frequency coding hereinafter.
[0041]
FIG. 5 shows the configuration of the filter bank 51 (i) to which the output signal of the photoelectric conversion element 49 (i) is input and the configuration of the modulation frequency coding detection means 52.
[0042]
The filter bank 51 (i) includes four types of narrow-band bandpass filters 65-1, 65-2, 65-3, and 65-4 corresponding to the modulation frequencies f1, f2,.
[0043]
In order to detect the presence / absence of each modulation frequency component, the coding detection means 52 compares the output of each bandpass filter 65-k (k = 1,..., 4) with the reference level by the comparator 66-k, and outputs a binary level. That is, it is output as a code of 1, 0. In this example, binary binary coding is used, but other codes such as, for example, gray code eight-choice two-choice may be used.
[0044]
If this binary code is known, the laser spot detection circuit 53 can know from which position of the line light the light incident on a certain photoelectric conversion element 49 (i) is emitted. The position information of the light projecting optical system corresponding to the binary code and the position information of the photoelectric conversion element 49 (i) on which the binary code light is incident are input to the height information calculation circuit 54, and the surface of the object is detected according to the method described later. Calculate height information. The result is recorded in the frame memory 55 in association with each pixel position and height information.
[0045]
In addition, an observation image of the object surface is obtained simultaneously with the three-dimensional shape measurement. Therefore, as described above, the light (white light) of the lamp 14 is transmitted through the fiber 12 to irradiate the object surface. At this time, since the light of the lamp 14 is not modulated, it does not affect the above-described three-dimensional shape detection system.
[0046]
The observation image is guided to the observation image processing device 57 through the eye guide 22 and the TV camera 56 through the image guide 21. The observation image thus obtained is associated with the contents of the frame memory 55. The display 5 displays three-dimensional shape information and observation image information.
[0047]
The measurement principle in the present embodiment is easy to understand when it is considered to be based on the reverse idea of the normal light cutting method. That is, the light irradiated on the object surface has a point on the original image plane corresponding to the spot position, and the imaging system captures images with a single image sensor for each vertical line, so only in the horizontal direction. It has resolution. The principle will be described with reference to FIG.
[0048]
The virtual image plane of the light projection system fiber and the virtual image plane of the imaging system fiber are parallel, and the horizontal direction is Ex and the vertical direction is Ey. Suppose that it has an axial direction Ez.
[0049]
The geometric origin is defined as the optical center F (0, 0, 0) of the projection lens. Now, the light projecting system projects the jth line, and at the third point from the left, four types of multi-frequency modulation (1, 1, 0, 1) A situation where a spot P (Xp, Yp, Zp), which is incident on the object plane I, is incident on the i-th fiber array in the observation system, is emitted from the frequency-coded point Q (X3, Yj, Zo). Think. Since the projected beam is on the straight line QF connecting Q and F, the condition that the point satisfies is
x / X3 = y / Yj = z / Zo (n.1)
Here, X3 can be known from the value of the modulation frequency coding. The value of Yj is obtained by means for scanning the projected line light in the vertical direction. For example, the acousto-optic deflector can be obtained from the voltage of the VCO that drives it, the polygon mirror can be obtained from an encoder, and the galvano scanner can be obtained from the phase of the drive signal.
[0050]
Zo is defined by a virtual distance between the optical center F of the projection system and the image plane of the projection system. Here, Zo may be considered fixed. Next, the light beam that forms an image on the i-th fiber array is included in the surface S including the optical center M (Xm, Ym, Zm) of the fiber array and the observation lens. Here, the angle between the direction of the optical axis and the surface S is φ. The equation for surface S is
Xm -x = (Zm -z) tanφ (n.2)
It becomes. Here, the angle φ can be calculated from a virtual distance between the imaging lens and the imaging surface and a shift between the fiber arrays h and i passing through the main axis of the imaging lens. Since P (Xp, Yp, Zp) is on the straight line QF and included in the surface S, two conditions are satisfied.
Xp / X3 = Yp / Yj = Zp / Zo (n.3)
Xm-Xp = (Zm-Zp) tan.phi. (N.4)
It becomes. Solving this
Xm- (Zp / Zo) X3 = (Zm-Zp) tan.phi. (N.5)
Zp (tanφ-X3 / Zo) = Zm tanφ-Xm (n.6)
Zp = (Zm tan .phi.-Xm) / (tan .phi.-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 tan [phi] -Xm) / (Zo tan [phi] -X3) Yj (n.9)
Then the coordinates of the point P could be obtained.
[0051]
That is, the modulation frequency coding of the intensity modulation of the light incident on the light receiving element that detects the light of the i-th fiber array is analyzed using the filter bank, and the modulation frequency coding is (1, 1, 0, 1). Then, the three-dimensional information of the object surface corresponding to the spot light emitted from the third fiber from the left in the light projecting optical system is given by (n7, n8, n9).
[0052]
Here, the measurement light irradiates the surface of the object simultaneously with light that is line-shaped in the x-axis direction of FIG. The three-dimensional shape measurement system having resolution only in the x-axis direction detects the frequency coding of the intensity modulation of the light incident on each fiber array, so that the three-dimensional position at which the line light is irradiated in the same manner as described above. The shape can be measured.
[0053]
The present embodiment has the following effects.
[0054]
According to the present embodiment, the line-shaped laser array 33 arranged one-dimensionally simultaneously emits the line-shaped measurement light in the horizontal direction and the like, and scans the light in the direction perpendicular to the array direction. Therefore, a subject as a two-dimensional area to be measured can be scanned at a high speed, and the position can be detected by detecting the direction perpendicular to the array direction with each light detection element. As a result, the position detection system can be simply configured, and three-dimensional measurement can be performed on the subject at high speed. Therefore, even in the case of a moving subject, three-dimensional measurement can be performed with high accuracy, and the three-dimensional shape of the subject can be displayed with high accuracy.
[0055]
In addition, according to the present embodiment, it is possible to perform up to 2 m modulation frequency coding with m modulators, and in the detection system, m band pass filters are used for 2 m powers. The modulation frequency coding can be demodulated.
[0056]
Therefore, the arrangement of the light source modulation means and beam spot detection means in the conventional example described above can be simplified, and the features and advantages of simultaneously projecting line light and detecting it in parallel are maintained. is doing.
[0057]
That is, the present embodiment has a modulation means for independently modulating each of the light sources (Semiconductor Laser, Luminescence Diode, Super Luminescence Diode) arranged in an array with a modulation signal of a combination of a plurality of AC signal sources. Has a measurement projection optical system that irradiates the object surface while scanning in the direction perpendicular to the line light, and one light receiving element corresponds to the spot position of the beam projected on the object surface for one line of the image. As shown, the detection system is connected by a fiber, the combination of AC signals (modulation frequency coating) defines the position of the arrayed light source, and the detection system for each line is the frequency of the AC signal source. Filter band corresponding to each, and each band pass fill of the filter bank The modulation frequency coding described above is detected from the output signal of the light, and the position of the beam of the projection optical system is correlated with the position of the line of the detection system, and the line-shaped light is simultaneously projected and detected in parallel. It is characterized by measuring the height information of an object based on the principle.
[0058]
Further, it is characterized in that the measurement light is projected onto the object surface and the spot position of the object surface is detected, and the height information of the object is measured by the above-described method using the image guide of the fiber bundle.
[0059]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A three-dimensional measurement endoscope apparatus 111 according to the second embodiment shown in FIG. 7 includes an endoscope 112 and a light source that supplies illumination light for normal observation to the endoscope 112 and supplies illumination light for measurement. A unit 113, a measurement head 114 that is attached to the endoscope 112 and captures three-dimensional measurement, a three-dimensional measurement unit 115 that performs signal processing on the output of the measurement head 114, and an image of the three-dimensional measurement unit 115 And a display 116 for displaying signals.
[0060]
The endoscope 112 includes an elongated insertion portion 117, an operation portion 118 at the rear end thereof, an eyepiece portion 119 provided at the rear end of the operation portion 118, and a light guide cable 120 extended from the operation portion 118. And an end portion of the light guide cable 120 can be detachably connected to the light source unit 113.
[0061]
A light guide 121 for transmitting illumination light is inserted into the insertion portion 117 of the endoscope 112, and the incident end of the rear end of the light guide 121 reaches the end of the light guide cable 120. White light of the lamp 123 that emits light in response to a lamp driving signal of the lamp driving circuit 122 in the light source unit 113 is incident on the incident end via the condenser lens 124.
[0062]
This white light is transmitted by the light guide 121 and is further irradiated forward from the distal end surface attached to the distal end portion 125 of the insertion portion 117 via the illumination lens 126 to illuminate the subject side.
[0063]
Similarly to the light guide 121, an image guide 127 for measuring light transmission is inserted into the endoscope 112 from the insertion portion 117 to the light guide cable 120, and measurement light is incident on an incident end that is an end portion thereof. Is done.
[0064]
That is, a plurality of (in the specific example, five) lamps 131-1, 131-2,..., 131-5 are provided in the light source unit 113, and each lamp 131-k (k = 1, 2,..., 5). A code plate 132-k is disposed on the optical path in front of () to code the light of each lamp 131-k.
[0065]
Specific examples of the code plate 132-k are shown in FIGS. The code plate 132-1 has a shape in which a light shielding portion indicated by a black portion and a transmission portion indicated by a white portion are equally divided into two in a predetermined direction such as a horizontal direction, and the code plate 132-2 is each light shielding portion of the code plate 132-1. The code plate 132-3 further divides the light shielding portion and the transmission portion of the code plate 132-2 in the predetermined direction. The code plate 132-4 is divided into a light shielding part and a transmission part, and the light shielding part and the transmission part of the code plate 132-3 are further divided in half in the predetermined direction into the light shielding part and the transmission part. The code plate 132-5 has a shape in which each light shielding portion and transmission portion of the code plate 132-4 are further divided into two in the predetermined direction.
[0066]
In the figure, the light of the lamp 131-k is binarized and coded in a line pattern of up to 5 bits.
[0067]
A dichroic mirror 133-k is disposed at an angle of 45 ° on the optical path in front of each code plate 132-k, reflects the light passing through each code plate 132-k, and is an imaging lens facing this reflection direction. The light is made incident on the incident end face of the image guide 127 by 134 or the like.
[0068]
In this case, the dichroic mirrors 133-1 to 133-5 are arranged on the optical axis of the imaging lens 134 so as to overlap at regular intervals. Each code plate 132-k is set at an equal distance from the imaging lens 134.
The reflection characteristics of these dichroic mirrors 133-1 to 133-5 are shown in FIGS.
[0069]
Each dichroic mirror 133-k strongly reflects light of a specific wavelength λk in a narrow band and transmits light of other wavelengths.
[0070]
In the examples of FIGS. 8F to 8J, the measurement light is light having a narrow band and a wavelength longer than the visible light range (non-visible light), specifically, infrared or near infrared light.
In some cases, the wavelength of the measurement light may be narrow, even in the visible light range (in this case, the characteristics of the dichroic mirror 142 that causes the wavelength of the measurement light to be lost on the normal observation light side) Set to).
[0071]
Therefore, specifically, the image of the code (the light shielding portion and the transmission portion) of the code plate 132-k is connected to the incident end face of the image guide 127 with the light having the wavelength λk. That is, the code patterns of the five code plates 132-1 to 132-5 are superimposed or multiplexed and tied to the incident end face of the image guide 127.
[0072]
The image on the incident end face of the image guide 127 is transmitted to the front end face by a fiber forming the image guide 127. The distal end surface of the image guide 127 is fixed to the distal end portion 125, and is projected onto the subject side by a measuring light projection lens 135 disposed to face the distal end surface.
[0073]
An objective lens 137 is provided at the distal end portion 125, and a subject image is formed at the imaging position by light reflected from the subject. At the image formation position, the front end surface of the image guide 138 for transmitting the subject image is disposed, and the image of the front end surface is transmitted to the rear end surface.
[0074]
The eyepiece 119 is provided with an eyepiece lens 139 so as to face the rear end surface, and an object illuminated under white light through the eyepiece lens 139 can be enlarged and observed with the naked eye.
[0075]
The measuring head 114 detachably attached to the eyepiece 119 is provided with a head lens 141 opposite the eyepiece lens 139. The dichroic mirror 142 disposed rearward on the optical axis of the head lens 141 and the dichroic mirror 142 are provided. The image reflected by the dichroic mirror 142 is picked up by the normal observation imaging element 144 via the normal observation imaging lens 143 on the reflected optical axis.
[0076]
Further, five dichroic mirrors 145-1 to 145-5 are sequentially arranged on the optical axis of the head lens 141 at the rear position of the dichroic mirror 142, and on the reflection optical axis of each dichroic mirror 145-k, respectively. An image sensor 146-k is arranged.
[0077]
The reflection characteristics of these dichroic mirrors 145-1 to 145-5 are shown in FIGS. That is, the reflection characteristics of the dichroic mirrors 145-1 to 145-5 are the same as the reflection characteristics of the dichroic mirrors 133-1 to 133-5.
[0078]
Further, a head eyepiece lens 147 is provided at a position behind the dichroic mirror 145-5 so that the observer can observe the subject image under illumination with normal observation light with the naked eye.
[0079]
The reflection characteristics of the dichroic mirror 142 are shown in FIG. The dichroic mirror 142 selectively reflects the visible light range. Since it can be observed with the naked eye via the head eyepiece lens 147, the reflectance value is set lower than that of the dichroic mirror 145-k, which is close to 100%, so that a part of the reflectance is transmitted. Yes.
[0080]
In addition, when the dichroic mirror 142 is disposed behind the dichroic mirror 145-5 and the normal observation imaging lens 143 and the normal observation imaging element 144 are disposed on the reflection optical axis thereof, light of a specific wavelength is emitted. Instead of a dichroic mirror having a selective reflection characteristic, a half mirror having a reflection characteristic not having wavelength dependency can be used.
[0081]
The imaging signal photoelectrically converted by the normal observation imaging device 144 is input to the normal observation video circuit 151, converted into a video signal, and displayed on the monitor 116 through the three-dimensional display circuit 152.
[0082]
In addition, the imaging signals photoelectrically converted by each imaging device 146-k (imaged at each wavelength λk) are respectively input to the video circuit 153-k, converted into video signals, and then to the comparators 154-k. The presence / absence of each wavelength λk component is detected and bit data corresponding to the presence / absence is output.
[0083]
The output signal that has passed through the comparator 154-k is input to the bit data synthesis circuit 155, where bit data is synthesized for each part of the subject. This bit data is input to the distance calculation circuit 156, the distance of each part is calculated, and stored in the three-dimensional shape memory 157.
[0084]
The distance data stored in the three-dimensional shape memory 157 is input to the three-dimensional display circuit 152, and a three-dimensional shape image is generated and displayed on the monitor 116. Further, the endoscope 112 is provided with an endoscope characteristic storage unit 161, and the stored contents of the endoscope characteristic storage unit 161 are stored in the three-dimensional calculation unit 115 via a signal line in the measurement head 114. The characteristic of the optical system of the endoscope 112 that is input to the display circuit 152 and used is corrected.
[0085]
In this embodiment, as shown in FIGS. 8A to 8E, the line-shaped measurement light encoded by the transmission unit and the light-shielding unit is binarized to the subject via the endoscope 112. Irradiation, the image of the irradiated subject is captured by the image sensor 146-k, and the output of the image sensor 146-k is binarized by the comparator 154-k, thereby detecting the presence or absence of each wavelength λk component Then, the bit data corresponding to the presence or absence is output, and the bit data synthesis circuit 155 synthesizes the entire image for each wavelength component, thereby projecting the projected image ( A line-coded image) is generated (demodulated).
[0086]
The demodulated image of each wavelength λk includes the parallax between the encoded measurement light projection optical system (for example, projection lens 135) and the imaging optical system (objective lens 137, etc.), the focal length of these optical systems, and the like. The distance calculation circuit 156 calculates the three-dimensional position of each part of the subject.
[0087]
The three-dimensional position data is stored in the three-dimensional shape memory 157, and is synthesized by the three-dimensional display circuit 158 with the normal image video signal from the normal image observation video circuit 151 using the three-dimensional position data. The subject image is displayed on the display 116 in a three-dimensional shape.
[0088]
According to the present embodiment, there is no need for a means for scanning the measurement light, and the two-dimensionally spread binary pattern of the measurement light is multiplexed at a plurality of wavelengths λk and simultaneously projected. Therefore, by demodulating the captured image, it is possible to obtain a linear pattern image of each wavelength λk over the entire subject, so even if the subject is moving, one field or one frame can be obtained. High-precision three-dimensional measurement can be performed by projecting and imaging the measurement light during the period.
[0089]
Further, according to the present embodiment, the resolution of the three-dimensional measurement can be easily improved by reducing the pitch of the lines of the encoded line pattern (however, the image guides 127 and 138 of the endoscope 112, etc.) Is more than that resolution).
[0090]
In addition, according to the present embodiment, the image transmitted by the common image guide 138 is divided by the image dividing means to perform three-dimensional measurement, and a normal image (observation of the visible light region under white light illumination) is performed. Image), it is possible to obtain image data in which each part of both images is compared on a one-to-one basis. Therefore, it is easy to generate an image to be displayed three-dimensionally from both image data. Comparison of both data is also easy.
In this embodiment, three-dimensional measurement can be performed using a normal image sensor.
[0091]
(Third embodiment)
FIG. 9 shows a three-dimensional measurement endoscope apparatus 201 according to the third embodiment. The apparatus 201 integrates an endoscope 112, a light source unit 203A that supplies illumination light for normal observation to the endoscope 112, and a signal processing and a three-dimensional measuring unit 203B that performs signal processing. The three-dimensional measurement unit 203, the measurement head 204 that is attached to the endoscope 112 and captures the three-dimensional measurement, and the display 206 that displays the video signal of the three-dimensional measurement unit 205 are included.
[0092]
The endoscope 112 has the same configuration as that in FIG. The light source unit 203A uses a light emitting element 211-k and a condenser lens 212-k disposed on the optical axis in front of the light source unit 113 in FIG. -K light is irradiated to the front code plate 132-k through the condenser lens 212-k.
[0093]
As shown in FIGS. 10A to 10E, the code plate 132-k is a plate coded in the same manner as the code plate 132-k employed in FIG.
[0094]
Each light emitting element 211-k is driven to emit light by amplifying an oscillation output of an oscillator (abbreviated as OSC in FIG. 9) 214-k having a different oscillation frequency by a light emitting element driving circuit 215.
[0095]
Accordingly, the frequency characteristics of the light emission output of each light emitting element 211-k have only different frequency fk components as shown in FIGS.
[0096]
Further, the light that has passed through the code plate 132-k is partially reflected by the mirror 216-k and then incident on the incident end face of the image guide 127 through the imaging lens 134.
[0097]
In this case, the light emission wavelength of the light emitting element 211-k is set to a different wavelength (by a little, etc.), the light emission wavelength of each light emitting element 211-k is selectively reflected as the mirror 216-k, and the other wavelengths are changed. When the dichroic mirror that transmits is used, the light from each light emitting element 211-k can be more effectively irradiated to the subject side.
[0098]
In the measurement head 204 of the present embodiment, a half mirror or a dichroic mirror 222 is disposed on the optical axis of the head lens 221 facing the eyepiece lens 139, and the image sensor 223 for normal observation is located at the imaging position on the reflected optical axis. Has been placed.
[0099]
An auxiliary lens 224 and a prism 225 are disposed on the optical axis on the transmitted light side of the half mirror (or dichroic mirror that more effectively separates the measurement light and observation light) 222, and the imaging position reflected by the prism 225. One end face of the measurement position detecting fiber array 226 is attached in the horizontal direction on the upper surface of the support member 227. In the measurement position detecting fiber array 226, for example, m fibers arranged in a tape shape with at least one end face serving as an incident end aligned are attached to a support member 227 with an adhesive or the like.
[0100]
The lower end of the support member 227 is attached to the fiber vibration means 228. The fiber vibration means 228 vibrates in the vertical direction perpendicular to the horizontal direction by the vibration signal of the vibration signal generation circuit 229, and the measurement position is indicated by an arrow. The detection fiber array 226 is scanned in the vertical direction.
[0101]
The other end of the measurement position detecting fiber array 226 is arranged with a light detecting element 231-p (p = 1, 2,..., M) facing each fiber, and receives the light transmitted through each fiber and photoelectrically detects it. Convert.
[0102]
The output of each photodetecting element 231-p is amplified by the amplifier 232 and then input to the FFT means 233-k that forms the three-dimensional measuring unit 203, and performs frequency analysis processing at high speed.
[0103]
Outputs of these FFT means 233-1 to 233-m are respectively input to five pattern memories 234-k, and pattern data subjected to frequency analysis is stored.
[0104]
The data in the pattern memory 234-k is input to the distance calculation circuit 235, and distance calculation is performed for each part of the subject image.
[0105]
The output of the distance calculation circuit 235 is temporarily stored in the three-dimensional shape memory 236, and the three-dimensional shape is displayed on the display 206 via the three-dimensional display circuit 237. Other configurations are the same as those in FIG.
[0106]
In the second embodiment, the image sensors 153-1 to 153-5 are used as detection means for the measurement light. However, in this embodiment, a fiber array 226 made of a large number of fibers arranged in one direction and the fiber array 226 are used. In addition, a light detecting element 231-p that detects light detected by each of the fibers is used, and a means for scanning the incident end of the fiber array 226 in a direction orthogonal to the arrangement direction of the fibers is used.
[0107]
In the present embodiment, since the photodetecting element 231-p capable of high-speed response without using an imaging period (charge accumulation period) is used, the imaging elements 153-1 to 153-5 are used in FIG. Instead of dividing into components of each wavelength λk as in the case of the case, these can be photoelectrically converted while being multiplexed, and the output signal can be separated by the frequency separation means.
[0108]
This simplifies the configuration of the measurement light detection means. In this embodiment, the FFT means is used as the frequency separation means as the demodulation means. However, the frequency separation means is configured by a heterodyne detection used for band-pass filter or AM demodulation using the frequency of the oscillators 214-1 to 21-5. May be.
The other operations and effects are almost the same as those of the second embodiment.
[0109]
(Fourth embodiment)
FIG. 11 shows a three-dimensional measurement endoscope apparatus 301 according to the fourth embodiment of the present invention. The apparatus 301 integrates an endoscope 302, a light source unit 303A that supplies illumination light for normal observation to the endoscope 302, and a measurement illumination light, and a three-dimensional measurement unit 303B that performs signal processing. The three-dimensional measuring unit 303 and a display 306 for displaying the video signal of the three-dimensional measuring unit 303.
[0110]
The apparatus 301 performs normal observation illumination and measurement light in a time-sharing manner. Therefore, the endoscope 302 has both functions in the endoscope 112 of FIG. 9 instead of the light guide 120 for transmitting illumination light and the image guide 127 for transmission of measurement light, that is, measurement light and illumination light. Measurement light / illumination light transmission image guide 307 that can also transmit the measurement light / illumination light projection lens 308 (which also serves as both the illumination lens 126 and the measurement light projection lens 135) from its front end surface. Is projected on the subject side.
[0111]
Further, the rear end of the image guide 138 in FIG. 9 is not disposed in the eyepiece lens 139, but is inserted into the universal cable 120 side, and the end is disposed in the connector 309. For this reason, it does not have the eyepiece part 119 either.
[0112]
Further, the signal line connected to the endoscope characteristic storage means 161 is also inserted into the universal cable 120 side, the end thereof is connected to the contact of the connector 309, and the connector 309 is connected to the three-dimensional measurement unit 303. , Connected to the distance calculation circuit of the three-dimensional measurement unit 303.
[0113]
The light source unit 303A is a first circle for switching between measurement light and illumination light that is rotated by the motor 311 on the optical path between the imaging lens 134 and the incident end of the image guide 307 in the light source unit 203A of FIG. A plate 312 is arranged. The first disk 312 is divided into two equal parts in the circumferential direction of the disk, and one of them is a transparent part 313 and the other is a reflecting part 314.
[0114]
Further, when the reflecting portion 314 is disposed on the optical path, the illumination light of the lamp 123 is condensed through the condenser lens 124, reflected by the reflecting portion 314, and incident on the incident end of the image guide 307. I have to.
[0115]
Further, a mirror 315 is disposed opposite to the end of the image guide 138, and on the optical path reflected by the mirror 315, for example, on the prism 225 side via two imaging lenses 316 and 317 as in FIG. Guides measurement light.
[0116]
A disk 318 for switching between normal observation light and measurement light is also disposed on the optical path between the two imaging lenses 316 and 317 and is rotated by a motor 319. This second disk 318 is divided into two equal parts in the circumferential direction of the disk, and one of them is a transparent part 321 and the other is a reflecting part 322.
[0117]
Further, when the reflection unit 322 is disposed on the optical path, the image is taken out from the end face of the image guide 138, reflected by the reflection unit 322 via the imaging lens 316, and imaged for normal observation. The element 223 is arranged.
[0118]
Further, the motors 311 and 319 are controlled by the motor synchronization control circuit 323 so as to rotate in synchronization. That is, when the transparent part 313 of the first disc 312 is on the optical path, the transparent part 321 of the second disc 318 is also on the optical path, and the reflecting part 314 of the first disc 312 is on the optical path. Sometimes, the second disk 318 is also controlled so that the reflecting portion 322 exists on the optical path.
Other configurations are the same as those in FIG.
[0119]
In the present embodiment, since imaging with normal observation light illumination and measurement light detection with measurement light irradiation are performed in a time-sharing manner, one light can be prevented from affecting the other at all. For this reason, the light of arbitrary wavelengths can be used as measurement light. For example, light having the same wavelength as the three primary colors in the visible wavelength range may be used.
The other operations and effects are almost the same as those of the third embodiment of FIG.
[0120]
(Fifth embodiment)
FIG. 12 shows a three-dimensional measuring apparatus 401 according to the fifth embodiment of the present invention. This apparatus 401 projects three-dimensional measurement by projecting measurement light on the subject side and receiving the measurement light reflected on the subject side without using an endoscope.
[0121]
Specifically, the three-dimensional measurement unit 203 and the measurement head 204 in FIG. 9 are integrated, and the light source unit for normal observation is removed (that is, the lamp driving circuit 122, the lamp 123, and the illumination in FIG. 9). The lens 124 is removed), the measurement light projection lens 434 is used instead of the imaging lens 134, and the measurement light is projected onto the subject 403 without using the endoscope 112.
[0122]
Further, the reflected light from the subject 403 onto which the measurement light is projected is imaged on the dichroic mirror 222 side in FIG. 9 via the objective lens 404 and the mirror 405. Others are the same as FIG.
[0123]
In this embodiment, in FIG. 9, the measurement light is projected and the measurement light reflected by the subject is detected without using the endoscope 112, and the three-dimensional shape of the subject is measured. Is displayed.
[0124]
The present embodiment has an advantage that the resolution can be improved more easily without being influenced by the resolution of the image guides 127 and 138 of the endoscope 112.
[0125]
Further, as compared with the case of the endoscope 112, the projection lens 434 and the objective lens 404 may be set in a state where there is a large parallax or the like, so that the function of separating adjacent points can be increased and the accuracy can be improved. Can measure. Otherwise, the other operations and effects are almost the same as those in FIG.
[0126]
(Sixth embodiment)
FIG. 13 shows a three-dimensional measuring apparatus 501 according to the sixth embodiment of the present invention. Similarly to the apparatus 401 of FIG. 12, this apparatus 501 also performs three-dimensional measurement by projecting measurement light onto the subject side and receiving the measurement light reflected on the subject side without using an endoscope. .
[0127]
Specifically, in FIG. 7, the light source unit 113 and the measurement head 114 are integrated, and the light source unit for normal observation is removed (that is, the lamp driving circuit 122, the lamp 123, and the illumination lens 124 of FIG. 7 are removed). The measurement light projection lens 502 is used instead of the imaging lens 134 and the measurement light is projected onto the subject 403 without using the endoscope 112.
[0128]
Further, the reflected light from the subject onto which the measurement light is projected is imaged on the dichroic mirror 142 side in FIG. 7 via the objective lens 504.
[0129]
In this case, as the dichroic mirror 142, a mirror that reflects almost 100% of light in the visible light region can be used (since there is no portion to observe with the naked eye). Others are the same as FIG.
[0130]
This embodiment also has an advantage that the resolution can be improved more easily without being influenced by the resolution of the image guides 127 and 138 of the endoscope 112. Moreover, since it can set to the state with a bigger parallax, a measurement precision can be improved. The other operations and effects are substantially the same as in FIG.
[0131]
Note that embodiments and the like configured by partially combining the above-described embodiments and the like also belong to the present invention. For example, in the first embodiment of FIG. 1, multiplexing modulation is performed by frequency, but lasers having different wavelengths may be further combined. You may combine the binarization coding using the light from which a wavelength differs in FIG. 7, and the binarization coding using the oscillation frequency of FIG.
[0132]
[Appendix]
1. A measuring light irradiating means for irradiating a subject with linear measuring light modulated in binary space into N bits using at least one of light wavelength and light intensity modulation;
Imaging means for capturing a subject image;
Demodulation means for demodulating linear measurement light modulated in binary space from the output of the imaging means into the N bits;
Measurement light deformation detection means for detecting the deformation of the linear measurement light on the subject from the output of the demodulation means;
Three-dimensional shape calculation means for calculating the three-dimensional shape of the subject from the output of the measurement light deformation detection means and the parallax and optical characteristics of the measurement light irradiation means and the imaging means;
A three-dimensional measuring device.
[0133]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to detect, for example, three-dimensional position information for a portion that is spatially coded and irradiated with the measurement light by detecting the measurement light from the subject image, and has a motion. Even in the case of a subject, three-dimensional measurement can be performed with high accuracy.
[0134]
By irradiating measurement light such as a line at a time, it is possible to detect the three-dimensional position information for each part of the line of the subject, and it is possible to accurately perform the three-dimensional measurement even in the case of a moving subject.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a three-dimensional measurement endoscope apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an end surface on an incident side of a tape-shaped fiber bundle array.
FIG. 3 is a configuration diagram of a frequency multiplex modulator.
FIG. 4 is an explanatory diagram of frequency multiplexing by a frequency multiplexing modulator.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of coding detection means and the like.
FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of three-dimensional measurement.
FIG. 7 is an overall configuration diagram of a three-dimensional measurement endoscope apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a structure of a code plate, reflection characteristics of a dichroic mirror, and the like.
FIG. 9 is an overall configuration diagram of a three-dimensional measurement endoscope apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a structure of a code plate and frequency characteristics of light emission output of a light emitting element.
FIG. 11 is an overall configuration diagram of a three-dimensional measurement endoscope apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an overall configuration diagram of a three-dimensional measurement endoscope apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an overall configuration diagram of a three-dimensional measurement endoscope apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... 3D measurement endoscope device
2. Endoscope
3. Light source device
4. Three-dimensional measuring device
5 ... Display
6 ... Insertion section
14 ... Ramp
16. Light guide for illumination light transmission
17 ... Tip
18 ... Lens for observation illumination
19 ... Objective lens for observation
21 ... Observation image guide
30 ... Laser beam scanning means
31 ... Image guide for measuring light transmission
32 ... Image guide for shape measurement
33-1, ..., 33-n ... Laser
33 ... Laser array
34 ... DC power supply
35. Frequency multiplex modulator
36 ... AOD
38 ... VCO
45 ... Measuring light projection lens
46 ... Objective lens for shape measurement
47 ... Imaging lens
48 ... Tape-like fiber bundle array
48 (1), ..., 48 (n) ... Tape-like fiber bundle
49 (1),..., 49 (n).
51 (1), ..., 51 (n) ... Filter bank
52. Coding detection means
53. Laser spot detection circuit
54. Height information calculation circuit
55 ... Frame memory
56 ... TV camera
57. Observation image processing apparatus
58 ... Video signal synthesis circuit

Claims (5)

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。 Light emission having a plurality of light sources and driving each of the plurality of light sources to generate light having individual frequency characteristics by a combination of light intensity modulation or a combination of light wavelength and light intensity modulation Driving means;
Illumination light irradiating means for irradiating a subject as irradiation light spatially coded with a plurality of lights obtained by driving the plurality of light sources to emit light by the light emission driving means;
Measurement light detection means for detecting measurement light from the subject image;
Three-dimensional shape calculation means for calculating the three-dimensional shape of the subject using the output of the measurement light detection means;
A three-dimensional measuring apparatus comprising: 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。  The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the plurality of light sources are arranged in a line. 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。The light emission driving means includes:
A signal source of the plurality of frequencies for intensity modulating the plurality of light sources,
Frequency mixing means for combining signals of a plurality of frequencies generated by the signal sources of the plurality of frequencies and supplying signals of a predetermined number of modulation frequencies to the plurality of light sources;
The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the three-dimensional measuring apparatus is provided. 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。  4. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 2, further comprising a deflecting unit that deflects light emitted from the plurality of light sources arranged in a line shape in a direction perpendicular to the line. 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。A plurality of light sources arranged in a line form, and each of the plurality of light sources generates light having individual frequency characteristics by a combination of light intensity modulation, or a combination of light wavelength and light intensity modulation. Light emission driving means for driving to emit light,
Illumination light irradiating means for irradiating a subject as irradiation light spatially coded with a plurality of lights obtained by driving the plurality of light sources to emit light by the light emission driving means;
Deflecting means for deflecting light emitted from a plurality of light sources arranged in a line in a direction perpendicular to the line;
A light guide means for supplying the light deflected by the deflection means to the subject from the tip of the insertion section through the insertion section;
Measurement light detection means for detecting measurement light from the subject image;
Three-dimensional shape calculation means for calculating the three-dimensional shape of the subject using the output of the measurement light detection means;
An endoscope apparatus characterized by comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3625979B2 (en) * 1997-02-28 2005-03-02 オリンパス株式会社 TV camera equipment
EP1997046B1 (en) * 2006-01-11 2016-12-07 Densys, Ltd. Three-dimensional modeling of the oral cavity
JP2007225392A (en) * 2006-02-22 2007-09-06 Spectratech Inc Optical interference device
DE102007011877A1 (en) * 2007-03-13 2008-09-18 Eppendorf Ag Optical sensor system on a device for the treatment of liquids
CN101799280B (en) * 2010-03-24 2012-05-09 上海应用技术学院 Hybrid-frequency moire image generation method based on optical-fiber two-dimensional combined coding structure
EP2689708B1 (en) 2011-04-27 2016-10-19 Olympus Corporation Endoscopic apparatus and measurement method
JP5893264B2 (en) * 2011-04-27 2016-03-23 オリンパス株式会社 Endoscope device
JP6032870B2 (en) * 2011-04-27 2016-11-30 オリンパス株式会社 Measuring method
JP5846763B2 (en) 2011-05-24 2016-01-20 オリンパス株式会社 Endoscope device
JP5830270B2 (en) * 2011-05-24 2015-12-09 オリンパス株式会社 Endoscope apparatus and measuring method
JP6420599B2 (en) * 2014-09-02 2018-11-07 株式会社ミツトヨ Position measuring device
WO2016181452A1 (en) * 2015-05-11 2016-11-17 オリンパス株式会社 Endoscopic device
DE102019130950B3 (en) * 2019-11-15 2021-03-25 Lufthansa Technik Aktiengesellschaft Boroscope with pattern projection

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