JP6717319B2 - 測距装置及び撮像システム - Google Patents
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Description
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
1.本実施形態に係る測距ユニット
2.測距システムの構成例
3.信号処理ブロックの構成
4.測距ユニットの具体的構成例
5.測距を行う際の処理
図1は、パルスレーザを用いて、参照光と測定物からの戻り光(反射光)とで干渉計を構成した測距ユニット500の例を示す模式図である。ここで、光源100から照射してミラー150で反射させた参照光と、測定物からの反射光を干渉させた光をSOA(Semiconductor Optical Amplifier)200を通過させ、受光素子(フォトディテクター:PD)300にて受光する。ここで、SOA200は、光通信業界でも用いられており、数十GHz以上の通信波長信号帯域であっても充分対応可能な周波数特性を有している。
図6は、上述した原理を内視鏡にて観察される画像からの測距に応用したシステム1000の例を示す模式図である。このシステム1000は、図1に示した測距ユニット500と、スキャンユニット600と、内視鏡(関節鏡)700とを有して構成される。内視鏡700として異なる光学系を有する複数のタイプを、スキャンユニット600に装着可能である。内視鏡は、撮像素子705と、ミラー720と、レンズ730を有して構成される。
図7は、信号処理ブロックの構成を示す模式図である。図7に示すように、信号処理ブロックは、測距エンジン500、CCU800、スキャンミラーコントロールユニット900、PC950から構成される。
図8は、測距ユニット500を光ファイバー光学系にて構築した例を示す模式図である。この光学系は、図示するように光ファイバー部品(1×2カプラー400,410,420)により構築することができる。光学定盤などを必要とせずに構築できる光学系であるので、耐振動特性に優れたロバストな光学系とすることができる。なお、VOA430は、光強度調整のために設けられている。
次に、図6のシステムにより、実際に観察画像からの測距を行う場合の処理について説明する。図11は、内視鏡700により観察される画像の例を示す模式図であって、体内の内部組織を示している。図11に示す画像は、内視鏡700の撮像素子705によって撮像される。
(step 0)
内視鏡700の光軸Cの画像上の座標を得る。ここでは、図11の領域A1〜A4の画像の境界(視野の輪郭)から内視鏡700の鏡筒の中心の原点のXY座標(X0, Y0)を得る。これにより、メカニカルな取り付け誤差が補正される。なお、Zは光軸方向(画面奥行き方向)の距離、Xは原点を中心として画面左側方向を+とする距離、Yは原点を中心として画面上方向を+とする距離、である。Z方向の基準位置Z0は、内視鏡700の先端の端面710である。
(step 1)
距離を測定したい観測点(照射位置Q)の座標(X1, Y1)を取得する。
(step 2)
観測点(照射位置Q)の座標(X1, Y1)と、原点の座標(X0, Y0)との画像データ上での距離Pを以下の式から計算する。
P=((X1−X0)2+(Y1−Y0)2)0.5
(step 3)
測定した端面710から測定物Dまでの距離Lと、計算した距離Pから、観測点(照射位置Q)の光軸Cからの角度θを変換テーブルから求める。以下に変換テーブルの例を示す。なお、距離Pは変換テーブルの縦軸に当てはめ、距離Lを横軸に当てはめることで角度θが求まる。
L,θからXYZ座標を求める。
X=L・sinθ・cosη,Y=L・sinθ・sinη,Z=L・cosθ
(1) パルス状のレーザ光を出射する光源と、
前記パルス状のレーザ光を参照光とし、前記パルス状のレーザ光が測定物に反射して得られる反射光と前記参照光を重畳させる重畳部と、
重畳された前記参照光と前記反射光が入射し、前記反射光と前記参照光のパルスが重畳することによって入射光が所定の光量に達すると飽和した光量の光を出力する飽和出力部と、
前記飽和出力部から出力される光を受光する受光部と、
を備える、測距装置。
(2) 前記重畳部は、前記参照光を反射させて前記反射光と重畳させる重畳ミラーを含み、
前記重畳ミラーの位置と前記飽和した光量の光の出力との関係から前記測定物までの距離を求める測距部を備える、前記(1)に記載の測距装置。
(3) 前記パルス状のレーザ光は内視鏡から前記測定物に照射され、前記測定物からの前記反射光が前記参照光と重畳され、
前記内視鏡の先端の位置で前記パルス状のレーザ光を反射させる校正時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第1の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記パルス状のレーザ光を前記測定物で反射させる測定時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第2の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記測距部は、前記第1の位置と前記第2の位置とに基づいて、前記測定物までの距離を求める、前記(2)に記載の測距装置。
(4) 前記光源は、MOPAから構成され、パルス繰り返し周波数が2.8GHz以下である、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の測距装置。
(5) 前記飽和出力部は、SOAから構成される、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の測距装置。
(6) パルス状のレーザ光を出射する光源と、前記パルス状のレーザ光を参照光とし、前記パルス状のレーザ光が測定物に反射して得られる反射光と前記参照光を重畳させる重畳部と、重畳された前記参照光と前記反射光が入射し、前記反射光と前記参照光のパルスが重畳することによって入射光が所定の光量に達すると飽和した光量の光を出力する飽和出力部と、前記飽和出力部から出力される光を受光する受光部と、を有する、測距ユニットと、
前記パルス状のレーザ光が入射して前記測定物へ出射する内視鏡と、前記内視鏡により前記測定物を被写体として撮像する撮像素子と、前記測定物の特定の位置に前記パルス状のレーザ光が照射されるように前記パルス状のレーザ光の向きを調整する調整部と、を有する内視鏡ユニットと、
を備える、撮像システム。
(7) 前記重畳部は、前記参照光を反射させて前記反射光と重畳させる重畳ミラーを含み、
前記重畳ミラーの位置と前記飽和した光量の光の出力との関係から前記測定物までの距離を求める測距部を備える、前記(6)に記載の撮像システム。
(8) 前記パルス状のレーザ光は前記内視鏡から前記測定物に照射され、前記測定物からの前記反射光が前記参照光と重畳され、
前記内視鏡の先端の位置で前記パルス状のレーザ光を反射させる校正時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第1の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記パルス状のレーザ光を前記測定物で反射させる測定時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第2の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記測距部は、前記第1の位置と前記第2の位置とに基づいて、前記測定物までの距離を求める、前記(7)に記載の撮像システム。
(9) 前記測距部が求めた前記測定物までの距離と、前記撮像素子が撮像した画像における前記特定の位置と、前記撮像素子による撮像の光学系の像面湾曲の特性とに基づいて、前記測定物までの距離を補正する補正部を備える、前記(7)に記載の撮像システム。
(10) 前記光源は、MOPAから構成され、パルス繰り返し周波数が2.8GHz以下である、前記(6)〜(9)のいずれかに記載の撮像システム。
(11) 前記飽和出力部は、SOAから構成される、前記(6)〜(10)のいずれかに記載の撮像システム。
150 ミラー
200 SOA
300 受光素子
500 測距ユニット
1000 システム
Claims (11)
- パルス状のレーザ光を出射する光源と、
前記パルス状のレーザ光を参照光とし、前記パルス状のレーザ光が測定物に反射して得られる反射光と前記参照光を重畳させる重畳部と、
重畳された前記参照光と前記反射光が入射し、前記反射光と前記参照光のパルスが重畳することによって入射光が所定の光量に達すると飽和した光量の光を出力する飽和出力部と、
前記飽和出力部から出力される光を受光する受光部と、
を備える、測距装置。 - 前記重畳部は、前記参照光を反射させて前記反射光と重畳させる重畳ミラーを含み、
前記重畳ミラーの位置と前記飽和した光量の光の出力との関係から前記測定物までの距離を求める測距部を備える、請求項1に記載の測距装置。 - 前記パルス状のレーザ光は内視鏡から前記測定物に照射され、前記測定物からの前記反射光が前記参照光と重畳され、
前記内視鏡の先端の位置で前記パルス状のレーザ光を反射させる校正時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第1の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記パルス状のレーザ光を前記測定物で反射させる測定時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第2の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記測距部は、前記第1の位置と前記第2の位置とに基づいて、前記測定物までの距離を求める、請求項2に記載の測距装置。 - 前記光源は、MOPAから構成され、パルス繰り返し周波数が2.8GHz以下である、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の測距装置。
- 前記飽和出力部は、SOAから構成される、請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の測距装置。
- パルス状のレーザ光を出射する光源と、前記パルス状のレーザ光を参照光とし、前記パルス状のレーザ光が測定物に反射して得られる反射光と前記参照光を重畳させる重畳部と、重畳された前記参照光と前記反射光が入射し、前記反射光と前記参照光のパルスが重畳することによって入射光が所定の光量に達すると飽和した光量の光を出力する飽和出力部と、前記飽和出力部から出力される光を受光する受光部と、を有する、測距ユニットと、
前記パルス状のレーザ光が入射して前記測定物へ出射する内視鏡と、前記内視鏡により前記測定物を被写体として撮像する撮像素子と、前記測定物の特定の位置に前記パルス状のレーザ光が照射されるように前記パルス状のレーザ光の向きを調整する調整部と、を有する内視鏡ユニットと、
を備える、撮像システム。 - 前記重畳部は、前記参照光を反射させて前記反射光と重畳させる重畳ミラーを含み、
前記重畳ミラーの位置と前記飽和した光量の光の出力との関係から前記測定物までの距離を求める測距部を備える、請求項6に記載の撮像システム。 - 前記パルス状のレーザ光は前記内視鏡から前記測定物に照射され、前記測定物からの前記反射光が前記参照光と重畳され、
前記内視鏡の先端の位置で前記パルス状のレーザ光を反射させる校正時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第1の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記パルス状のレーザ光を前記測定物で反射させる測定時に、前記飽和出力部の出力が飽和する第2の位置に前記重畳ミラーを配置し、
前記測距部は、前記第1の位置と前記第2の位置とに基づいて、前記測定物までの距離を求める、請求項7に記載の撮像システム。 - 前記測距部が求めた前記測定物までの距離と、前記撮像素子が撮像した画像における前記特定の位置と、前記撮像素子による撮像の光学系の像面湾曲の特性とに基づいて、前記測定物までの距離を補正する補正部を備える、請求項7に記載の撮像システム。
- 前記光源は、MOPAから構成され、パルス繰り返し周波数が2.8GHz以下である、請求項6乃至請求項9の何れか1項に記載の撮像システム。
- 前記飽和出力部は、SOAから構成される、請求項6乃至請求項10の何れか1項に記載の撮像システム。
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