JP6253526B2 - Endoscope device - Google Patents

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本発明は、内視鏡装置に関する。   The present invention relates to an endoscope apparatus.

被写体の3次元形状を取得する計測内視鏡装置として、複数の視点から被写体を撮像して得た被写体像を用いて、ステレオ法による3次元計測を行う装置がある(例えば、特許文献1参照)。   As a measurement endoscope apparatus that acquires a three-dimensional shape of a subject, there is a device that performs three-dimensional measurement by a stereo method using subject images obtained by imaging a subject from a plurality of viewpoints (see, for example, Patent Document 1). ).

ステレオ法では、被写体像が撮像された画像の画素毎に、異なる視点に対応した複数の被写体像間での対応付け(“マッチング処理”と言う)が行われる。マッチング処理では被写体の特徴(模様等)を手掛かりにして、対応点の探索が行われる。よって、被写体の表面において特徴が少ない領域では、マッチングが正しく行われず(“誤対応”と言う)、取得された3次元形状が不正確になることがある。この課題を解決するために、パターンを投射して被写体に模様を外部から与えることで、特徴が少ない領域の誤対応を低減する方法がある。   In the stereo method, association (referred to as “matching processing”) between a plurality of subject images corresponding to different viewpoints is performed for each pixel of an image obtained by capturing the subject image. In the matching process, the corresponding points are searched for by using the characteristics (pattern or the like) of the subject as a clue. Therefore, in an area having few features on the surface of the subject, matching may not be performed correctly (referred to as “miscorresponding”), and the acquired three-dimensional shape may become inaccurate. In order to solve this problem, there is a method of reducing miscorrespondence of a region having few features by projecting a pattern and giving the subject a pattern from the outside.

一方、被写体にパターンを投射して3次元計測を行う方法が特許文献2と特許文献3とに記載されている。特許文献2で提案されている計測内視鏡装置では、平行な縞からなるパターンを被写体の表面に投射し、縞の位置を時間的に変化させ、被写体像の各画素の輝度の変化を元に3次元計測を行う位相シフト法が用いられている。また、特許文献3では、ドット状のパターンを被写体の表面に投射した状態で被写体像を取得し、3次元計測を行う方法が用いられている。   On the other hand, Patent Documents 2 and 3 describe a method of projecting a pattern onto a subject and performing three-dimensional measurement. In the measurement endoscope apparatus proposed in Patent Document 2, a pattern composed of parallel stripes is projected onto the surface of the subject, the position of the stripes is temporally changed, and the change in the luminance of each pixel of the subject image is generated. In addition, a phase shift method for performing three-dimensional measurement is used. In Patent Document 3, a method is used in which a subject image is acquired and a three-dimensional measurement is performed in a state where a dot-like pattern is projected onto the surface of the subject.

特許第4759184号公報Japanese Patent No. 4759184 米国特許出願公開第2009/0225321号明細書US Patent Application Publication No. 2009/0225321 米国特許第7486805号明細書US Pat. No. 7,486,805

特許文献2と特許文献3とで被写体に投射されるパターンは規則的なパターンである。ステレオ法において規則的なパターンを使用した場合、被写体の表面において、特徴がない部分では、撮影されたパターンが規則的となりやすい。この部分では、誤対応が起こりやすくなるため、マッチング精度が低下しやすい。   The pattern projected on the subject in Patent Document 2 and Patent Document 3 is a regular pattern. When a regular pattern is used in the stereo method, the photographed pattern tends to be regular in a portion having no feature on the surface of the subject. In this part, since miscorrespondence is likely to occur, the matching accuracy is likely to decrease.

本発明は、マッチング精度が向上する内視鏡装置を提供する。   The present invention provides an endoscope apparatus with improved matching accuracy.

本発明は、コヒーレントな光を生成する半導体光源と、前記半導体光源を制御する光源制御部と、物体の内部の被写体を複数の視点から撮像し、前記被写体の複数の像の画像データを生成する撮像部と、計測モード中に生成された前記画像データに基づいて前記被写体の3次元形状を算出する演算部と、観察モード中に生成された前記画像データに基づく画像を前記観察モード中に表示する表示部と、前記物体の内部に挿入される挿入部であって、前記撮像部が配置され、前記半導体光源によって生成された光を前記挿入部の先端から前記被写体に投射する、または前記半導体光源によって生成された光を、前記先端に装着された光学アダプタを介して前記被写体に投射する前記挿入部と、前記半導体光源によって生成された光に対して、空間的にランダムな回折界スペックルを発生させるスペックルパターン発生部と、前記計測モード中に、前記回折界スペックルによるスペックルパターンが前記被写体に投射され、前記観察モード中に、前記被写体に投射される前記スペックルパターンが前記計測モード中よりも低減するように前記回折界スペックルを制御するスペックルパターン制御部と、を有する内視鏡装置である。   The present invention captures a semiconductor light source that generates coherent light, a light source control unit that controls the semiconductor light source, and a subject inside the object from a plurality of viewpoints, and generates image data of a plurality of images of the subject. An imaging unit, a calculation unit that calculates a three-dimensional shape of the subject based on the image data generated during the measurement mode, and an image based on the image data generated during the observation mode are displayed during the observation mode. A display unit that is inserted into the object, and the imaging unit is disposed, and the light generated by the semiconductor light source is projected onto the subject from the tip of the insertion unit, or the semiconductor The insertion unit that projects the light generated by the light source onto the subject through the optical adapter attached to the tip, and the light generated by the semiconductor light source A speckle pattern generator for generating random diffraction field speckles, and a speckle pattern by the diffraction field speckles is projected onto the subject during the measurement mode, and is projected onto the subject during the observation mode. And a speckle pattern control unit that controls the diffraction field speckle so that the speckle pattern to be reduced is smaller than that in the measurement mode.

また、本発明の内視鏡装置において、前記スペックルパターン制御部は、前記観察モード中に、前記撮像部による撮像の露光時間と同じ、または前記露光時間よりも短い周期で空間内の前記回折界スペックルの分布が変化するように前記回折界スペックルを制御する。   In the endoscope apparatus according to the aspect of the invention, the speckle pattern control unit may perform the diffraction in space at a cycle that is the same as or shorter than the exposure time of imaging by the imaging unit during the observation mode. The diffraction field speckle is controlled so that the distribution of the field speckle changes.

また、本発明の内視鏡装置は、前記挿入部の前記先端に配置され、前記半導体光源によって生成された光を前記被写体に投射する範囲を調節する配光調節光学系をさらに有する。   The endoscope apparatus according to the present invention further includes a light distribution adjusting optical system that is disposed at the distal end of the insertion portion and adjusts a range in which light generated by the semiconductor light source is projected onto the subject.

また、本発明の内視鏡装置は、前記半導体光源によって生成された光を、複数の色成分に対応する光に変換する波長変換部と、前記画像データから、前記半導体光源によって生成された光に含まれる色成分の波長に最も近い波長の色成分のデータを抽出する抽出部と、をさらに有し、前記演算部は、前記抽出部によって抽出されたデータに基づいて前記被写体の3次元形状を算出する。   The endoscope apparatus according to the present invention includes a wavelength conversion unit that converts light generated by the semiconductor light source into light corresponding to a plurality of color components, and light generated by the semiconductor light source from the image data. An extraction unit that extracts data of a color component having a wavelength closest to the wavelength of the color component included in the calculation unit, and the calculation unit is configured to obtain a three-dimensional shape of the subject based on the data extracted by the extraction unit Is calculated.

また、本発明の内視鏡装置において、前記スペックルパターン制御部は、前記計測モード中に、前記回折界スペックルによるスペックルパターンが前記被写体に投射される第1の状態と、前記被写体に投射される前記スペックルパターンが前記第1の状態よりも低減された第2の状態とが順次切り替わるように前記回折界スペックルを制御し、前記撮像部は、前記第1の状態と前記第2の状態とのそれぞれで撮像を行う。   In the endoscope apparatus of the present invention, the speckle pattern control unit may be configured to apply a first state in which a speckle pattern by the diffraction field speckle is projected onto the subject during the measurement mode, and the subject. The diffraction field speckle is controlled such that the projected speckle pattern is sequentially switched to a second state in which the speckle pattern is reduced from the first state, and the imaging unit is configured to control the first state and the first state. Imaging is performed in each of the two states.

また、本発明の内視鏡装置において、前記被写体を複数の視点から見た複数の像を形成する対物レンズと、前記半導体光源によって生成された光を前記被写体に投射する範囲を調節する配光調節光学系とを有する前記光学アダプタを前記挿入部の前記先端に装着すること、および前記先端に装着された前記光学アダプタを前記先端から取り外すことが可能である。   In the endoscope apparatus of the present invention, an objective lens that forms a plurality of images when the subject is viewed from a plurality of viewpoints, and a light distribution that adjusts a range in which the light generated by the semiconductor light source is projected onto the subject The optical adapter having an adjusting optical system can be attached to the distal end of the insertion portion, and the optical adapter attached to the distal end can be removed from the distal end.

また、本発明の内視鏡装置において、前記光学アダプタは、前記光学アダプタの種類に応じた電気特性を有する電気的素子と、前記挿入部の前記先端と電気的に接続する第1の接続部と、をさらに有し、前記挿入部の前記先端に配置され、前記第1の接続部と電気的に接続する第2の接続部と、前記電気的素子から出力された信号を検出する信号検出部と、前記信号検出部によって検出された信号に基づいて前記光学アダプタの種類を識別する識別部と、をさらに有する。   In the endoscope apparatus according to the present invention, the optical adapter includes an electrical element having electrical characteristics corresponding to a type of the optical adapter, and a first connection portion that is electrically connected to the distal end of the insertion portion. And a second connection part disposed at the distal end of the insertion part and electrically connected to the first connection part, and a signal detection for detecting a signal output from the electrical element And an identification unit for identifying the type of the optical adapter based on the signal detected by the signal detection unit.

また、本発明の内視鏡装置において、前記スペックルパターン制御部は前記光源制御部であり、前記光源制御部は、前記半導体光源によって生成された光の波長を制御することにより前記回折界スペックルを制御する。   In the endoscope apparatus of the present invention, the speckle pattern control unit is the light source control unit, and the light source control unit controls the wavelength of light generated by the semiconductor light source to control the diffraction field specs. Control.

また、本発明の内視鏡装置において、前記光源制御部は、前記観察モード中に前記半導体光源によって生成された光の波長の変化の周期を、前記撮像部による撮像の露光時間と同じ、または前記露光時間よりも短くし、前記計測モード中に前記半導体光源によって生成された光の波長を一定に保つ、または前記計測モード中に前記半導体光源によって生成された光の波長の変化の周期を前記露光時間よりも長くすることにより前記回折界スペックルを制御する。   In the endoscope apparatus of the present invention, the light source control unit has a period of change in wavelength of light generated by the semiconductor light source during the observation mode equal to an exposure time of imaging by the imaging unit, or Shorter than the exposure time, keep the wavelength of light generated by the semiconductor light source during the measurement mode constant, or change the period of change of the wavelength of light generated by the semiconductor light source during the measurement mode The diffraction field speckle is controlled by making it longer than the exposure time.

また、本発明の内視鏡装置において、前記撮像部は、電子シャッターにより撮像の露光時間を調整し、前記半導体光源によって生成された光の波長の変化の周期を、前記電子シャッターのシャッタースピードに応じて決定する周期決定部をさらに有する。   In the endoscope apparatus of the present invention, the imaging unit adjusts an exposure time of imaging with an electronic shutter, and sets a period of change in wavelength of light generated by the semiconductor light source to a shutter speed of the electronic shutter. It further has a cycle determining unit that determines the response accordingly.

また、本発明の内視鏡装置において、前記光源制御部は、前記半導体光源を駆動する電流を制御することにより前記回折界スペックルを制御する。   In the endoscope apparatus according to the present invention, the light source control unit controls the diffraction field speckle by controlling a current for driving the semiconductor light source.

また、本発明の内視鏡装置において、前記スペックルパターン制御部は、前記半導体光源の温度を制御することにより前記回折界スペックルを制御する。   In the endoscope apparatus of the present invention, the speckle pattern control unit controls the diffraction field speckle by controlling the temperature of the semiconductor light source.

また、本発明の内視鏡装置において、前記スペックルパターン発生部は、前記半導体光源によって生成された光の光路に配置され、前記半導体光源によって生成された光の進行方向に垂直な方向の位置に応じて光路長が異なり、前記半導体光源によって生成された光に対して、前記光路長に応じた位相分布を与える光路長分散部を有し、前記スペックルパターン制御部は、前記光路長分散部を振動させ、振動の周期を制御することにより前記回折界スペックルを制御する。   In the endoscope apparatus of the present invention, the speckle pattern generation unit is disposed in an optical path of light generated by the semiconductor light source, and is positioned in a direction perpendicular to a traveling direction of the light generated by the semiconductor light source. The optical path length varies according to the optical path length dispersion unit that gives a phase distribution according to the optical path length to the light generated by the semiconductor light source, and the speckle pattern control unit includes the optical path length dispersion The diffraction field speckle is controlled by vibrating the part and controlling the period of vibration.

また、本発明の内視鏡装置において、前記スペックルパターン発生部は、前記半導体光源によって生成された光を、複数の色成分に対応する光に変換する波長変換部を有し、前記スペックルパターン制御部は、前記波長変換部を振動させ、振動の周期を制御することにより前記回折界スペックルを制御する。   In the endoscope apparatus of the present invention, the speckle pattern generation unit includes a wavelength conversion unit that converts light generated by the semiconductor light source into light corresponding to a plurality of color components, and the speckle pattern generation unit The pattern control unit controls the diffraction field speckle by vibrating the wavelength conversion unit and controlling the period of vibration.

本発明によれば、計測モード中に、ランダムな回折界スペックルによるスペックルパターンが被写体に投射されるので、マッチング精度が向上する。   According to the present invention, the speckle pattern due to random diffraction field speckles is projected onto the subject during the measurement mode, so that the matching accuracy is improved.

本発明の実施形態による内視鏡装置の外観を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an appearance of an endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による内視鏡装置の詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the endoscope apparatus by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による内視鏡装置の挿入部の先端と光学アダプタとの構成を示す斜視図と断面図である。It is the perspective view and sectional drawing which show the structure of the front-end | tip of the insertion part of the endoscope apparatus and optical adapter by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による内視鏡装置の挿入部の先端と光学アダプタとの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the front-end | tip of the insertion part and optical adapter of the endoscope apparatus by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による内視鏡装置の動作の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of operation | movement of the endoscope apparatus by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による内視鏡装置が撮影した画像を示す参考図である。It is a reference figure showing the picture photoed with the endoscope apparatus by the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の第1の変形例による内視鏡装置の詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the endoscope apparatus by the 1st modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第1の変形例による内視鏡装置の挿入部の先端と光学アダプタとの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the front-end | tip of an insertion part and optical adapter of the endoscope apparatus by the 1st modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第2の変形例による内視鏡装置の動作の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of operation | movement of the endoscope apparatus by the 2nd modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第3の変形例による内視鏡装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the endoscope apparatus by the 3rd modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第3の変形例による内視鏡装置の動作の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of operation | movement of the endoscope apparatus by the 3rd modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第5の変形例による内視鏡装置において、光に光路長差を与えるための光学部材の構成を示すブロック図を示している。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of an optical member for giving an optical path length difference to light in an endoscope apparatus according to a fifth modification of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の第7の変形例による内視鏡装置の詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the endoscope apparatus by the 7th modification of embodiment of this invention.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、計測時に、空間的にランダムな回折界スペックルによるスペックルパターンが被写体に投射される。回折界スペックルは、ある面積を持つ窓から拡散されて空間に出射されたレーザー光の光束内の位相分布が一様でない場合にレーザー光が空間内で干渉することにより発生する。レーザー光が照射された被写体の表面では、スペックルパターンがランダムな明暗の分布として観察される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a speckle pattern based on spatially random diffraction field speckles is projected onto a subject during measurement. Diffraction field speckles are generated when laser light interferes in space when the phase distribution in the light beam of laser light diffused from a window having a certain area and emitted into space is not uniform. On the surface of the subject irradiated with the laser light, the speckle pattern is observed as a random light and dark distribution.

光束内の位相分布がランダムな場合の回折界スペックルは、空間的にランダムな構造を有する。このため、レーザー光の出射窓に対する被写体の位置が変化すると、観察される斑状のスペックルパターンがランダムに変化する。レーザー光の光束内の位相分布と、レーザー光の出射窓に対する被写体の位置とが時間的に安定していれば、スペックルパターンは固定パターンとして観察される。視点が変わっても固定パターンは変化しないので、この固定パターンを、ステレオ法による3次元計測すなわちステレオ計測の補助として用いることができる。   A diffraction field speckle when the phase distribution in the light beam is random has a spatially random structure. For this reason, when the position of the subject with respect to the laser light emission window changes, the observed speckle pattern changes randomly. If the phase distribution in the laser beam and the position of the subject with respect to the laser beam exit window are stable in time, the speckle pattern is observed as a fixed pattern. Since the fixed pattern does not change even if the viewpoint changes, this fixed pattern can be used as an auxiliary to three-dimensional measurement by the stereo method, that is, stereo measurement.

図1は、本実施形態による内視鏡装置1の全体の構成を示している。図1に示すように、内視鏡装置1は、挿入部2と、コントロールユニット3と、操作部4と、表示部5とを有する。   FIG. 1 shows the overall configuration of an endoscope apparatus 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the endoscope apparatus 1 includes an insertion unit 2, a control unit 3, an operation unit 4, and a display unit 5.

挿入部2は、観察対象の物体の内部に挿入される。挿入部2の先端20(先端部)には、被写体からの光を先端20に取り込むための光学系を有する光学アダプタを装着することが可能である。例えば、ステレオ光学アダプタを先端20に装着することで、異なる複数の視点に対応する2つの被写体像を取得することが可能となる。コントロールユニット3は、内視鏡装置1の制御を行うための構成を有する。操作部4は、ユーザが行う操作を受け付ける。表示部5は、内視鏡装置1によって撮影された画像や処理メニュー等を表示する。   The insertion unit 2 is inserted into the object to be observed. An optical adapter having an optical system for taking light from the subject into the distal end 20 can be attached to the distal end 20 (the distal end) of the insertion portion 2. For example, by attaching a stereo optical adapter to the tip 20, two subject images corresponding to a plurality of different viewpoints can be acquired. The control unit 3 has a configuration for controlling the endoscope apparatus 1. The operation unit 4 receives an operation performed by the user. The display unit 5 displays an image photographed by the endoscope apparatus 1, a processing menu, and the like.

図2は、内視鏡装置1の詳細な構成を示している。図2に示すように、挿入部2の先端20に光学アダプタ6が装着されている。本実施形態の光学アダプタ6は、複数の視点からの複数の像を形成するステレオ光学アダプタである。光学アダプタ6は、対物レンズ60と配光調節光学系61とを有する。撮像部21と蛍光体22とが挿入部2の先端20に配置されている。コントロールユニット3は、撮像制御部30と、映像処理回路31と、レーザーダイオード32と、光源制御回路33と、温度制御素子34と、温度制御回路35と、CPU36とを有する。以下では、レーザーダイオードはLDと記載される。   FIG. 2 shows a detailed configuration of the endoscope apparatus 1. As shown in FIG. 2, the optical adapter 6 is attached to the distal end 20 of the insertion portion 2. The optical adapter 6 of this embodiment is a stereo optical adapter that forms a plurality of images from a plurality of viewpoints. The optical adapter 6 includes an objective lens 60 and a light distribution adjusting optical system 61. An imaging unit 21 and a phosphor 22 are disposed at the distal end 20 of the insertion unit 2. The control unit 3 includes an imaging control unit 30, an image processing circuit 31, a laser diode 32, a light source control circuit 33, a temperature control element 34, a temperature control circuit 35, and a CPU 36. In the following, the laser diode is described as LD.

対物レンズ60は、被写体からの光を取り込む。対物レンズ60によって取り込まれた光は撮像部21に入射する。撮像部21は、挿入部2の先端20に配置され、挿入部2が挿入された物体の内部の被写体を複数の視点から撮像し、被写体の複数の像の画像データを生成する。撮像部21によって生成された画像データは、挿入部2およびコントロールユニット3内に配置された信号線80を介して、撮像制御部30に伝送される。   The objective lens 60 captures light from the subject. The light captured by the objective lens 60 enters the imaging unit 21. The imaging unit 21 is disposed at the distal end 20 of the insertion unit 2 and images a subject inside the object into which the insertion unit 2 is inserted from a plurality of viewpoints, and generates image data of a plurality of images of the subject. The image data generated by the imaging unit 21 is transmitted to the imaging control unit 30 via the signal line 80 arranged in the insertion unit 2 and the control unit 3.

撮像制御部30は、信号線80を介して撮像部21に制御信号を出力し、撮像部21を制御する。また、撮像制御部30は、撮像部21から出力された画像データを映像処理回路31に出力する。映像処理回路31は、撮像制御部30から出力された画像データに対して、各種の画像処理を行う。また、映像処理回路31は、観察モード中に生成された画像データに基づく画像を観察モード中に表示する表示部5に画像データを出力する出力部である。   The imaging control unit 30 outputs a control signal to the imaging unit 21 via the signal line 80 to control the imaging unit 21. Further, the imaging control unit 30 outputs the image data output from the imaging unit 21 to the video processing circuit 31. The video processing circuit 31 performs various types of image processing on the image data output from the imaging control unit 30. The video processing circuit 31 is an output unit that outputs image data to the display unit 5 that displays an image based on the image data generated during the observation mode during the observation mode.

LD32は、コヒーレントな光を生成する半導体光源(コヒーレント光源)である。本実施形態では、半導体光源から出射された光の干渉によって発生する回折光スペックルを利用するため、可干渉性が高い半導体光源が使用される。よって、LDを半導体光源に用いることが望ましい。本実施形態では、LD32を光源に用いた例を説明する。LD32は、コヒーレントな単色光を生成する。光源制御回路33は、LD32を制御する光源制御部である。   The LD 32 is a semiconductor light source (coherent light source) that generates coherent light. In the present embodiment, a diffracted light speckle generated by interference of light emitted from the semiconductor light source is used, and thus a semiconductor light source having high coherence is used. Therefore, it is desirable to use an LD as a semiconductor light source. In this embodiment, an example in which the LD 32 is used as a light source will be described. The LD 32 generates coherent monochromatic light. The light source control circuit 33 is a light source control unit that controls the LD 32.

LD32から出射された光は、挿入部2およびコントロールユニット3内に配置された光ファイバー81を介して、蛍光体22に伝送される。本実施形態の光ファイバー81はシングルモード光ファイバーである。蛍光体22は、LD32によって生成された光を、複数の色成分に対応する光に変換する波長変換部である。本実施形態の蛍光体22は、LD32によって生成された単色光を白色光に変換する。   The light emitted from the LD 32 is transmitted to the phosphor 22 via the optical fiber 81 disposed in the insertion section 2 and the control unit 3. The optical fiber 81 of this embodiment is a single mode optical fiber. The phosphor 22 is a wavelength conversion unit that converts the light generated by the LD 32 into light corresponding to a plurality of color components. The phosphor 22 of the present embodiment converts the monochromatic light generated by the LD 32 into white light.

LD32から出射された光は、位相の揃った光である。この光は、光ファイバー81によって、位相がほぼ揃ったまま伝送され、蛍光体22に入射する。この光が蛍光体22を通ると、空間的にランダムな位相分布が光に与えられ、回折界スペックルが発生する。つまり、蛍光体22は、LD32によって生成された光に対して、空間的にランダムな回折界スペックルを発生させるスペックルパターン発生部である。   The light emitted from the LD 32 is light having a uniform phase. This light is transmitted by the optical fiber 81 with its phases substantially aligned, and enters the phosphor 22. When this light passes through the phosphor 22, a spatially random phase distribution is given to the light, and diffraction field speckles are generated. That is, the phosphor 22 is a speckle pattern generation unit that generates spatially random diffraction field speckles for the light generated by the LD 32.

蛍光体22から出射された光は配光調節光学系61に入射する。配光調節光学系61は、挿入部2の先端20から導かれる光が撮像部21によって撮像される視野全体を照らすように配光を調節し、その光を被写体に照射する。つまり、配光調節光学系61は、挿入部2の先端20から導かれる光を投射する範囲を調節する。配光調節光学系61は、例えば凹レンズ等の照明光学系である。蛍光体22は、蛍光体22に入射した光を拡散して出射するので、蛍光体22を配光調節光学系として機能させてもよい。したがって、配光調節光学系61は必須ではない。上記のように、本実施形態の挿入部2は、物体の内部に挿入され、撮像部21が配置され、LD32によって生成された光を、先端20に装着された光学アダプタ6を介して被写体に投射する。   The light emitted from the phosphor 22 enters the light distribution adjusting optical system 61. The light distribution adjusting optical system 61 adjusts the light distribution so that the light guided from the distal end 20 of the insertion unit 2 illuminates the entire field of view captured by the imaging unit 21, and irradiates the subject with the light. That is, the light distribution adjusting optical system 61 adjusts the range in which the light guided from the distal end 20 of the insertion portion 2 is projected. The light distribution adjusting optical system 61 is an illumination optical system such as a concave lens. Since the phosphor 22 diffuses and emits the light incident on the phosphor 22, the phosphor 22 may function as a light distribution adjusting optical system. Therefore, the light distribution adjusting optical system 61 is not essential. As described above, the insertion unit 2 of the present embodiment is inserted into the object, the imaging unit 21 is disposed, and the light generated by the LD 32 is transmitted to the subject via the optical adapter 6 attached to the tip 20. Project.

温度制御素子34は、LD32を加熱または冷却することによって、LD32の温度を制御する。LD32の温度が時間的に変化するようにその温度を制御することによって、スペックルパターンの目立ちやすさを制御することが可能である。半導体光源の温度を制御することによりスペックルパターンの目立ちやすさを効率よく、効果的に変化させるには、半導体光源の放熱性をできるだけ高くすることが望ましい。   The temperature control element 34 controls the temperature of the LD 32 by heating or cooling the LD 32. It is possible to control the conspicuousness of the speckle pattern by controlling the temperature of the LD 32 so that it changes with time. In order to efficiently and effectively change the conspicuousness of the speckle pattern by controlling the temperature of the semiconductor light source, it is desirable to make the heat dissipation of the semiconductor light source as high as possible.

例えば、温度制御素子34は、温度を上昇させるためのヒーターと、冷却のためのヒートシンクまたは空冷ファンとの組み合わせである。あるいは、電流の制御によって素子の加熱と冷却とを行うことができるペルチェ素子を温度制御素子34として用いてもよい。   For example, the temperature control element 34 is a combination of a heater for raising the temperature and a heat sink or an air cooling fan for cooling. Alternatively, a Peltier element that can heat and cool the element by controlling the current may be used as the temperature control element 34.

温度制御回路35は、温度制御素子34を制御する。温度制御回路35は、計測モード中に、回折界スペックルによるスペックルパターンが被写体に投射され、観察モード中に、被写体に投射されるスペックルパターンが計測モード中よりも低減するように回折界スペックルを制御するスペックルパターン制御部である。温度制御回路35は、LD32の温度を制御することにより回折界スペックルを制御する。   The temperature control circuit 35 controls the temperature control element 34. The temperature control circuit 35 projects the speckle pattern by the diffraction field speckles onto the subject during the measurement mode, and reduces the speckle pattern projected onto the subject during the observation mode to be less than that during the measurement mode. A speckle pattern control unit that controls speckles. The temperature control circuit 35 controls the diffraction field speckle by controlling the temperature of the LD 32.

計測モード中は、ステレオ法におけるマッチングの精度を向上させるため、被写体の表面に投射されたスペックルパターンが目立つように回折界スペックルが制御される。また、観察モード中は、被写体の表面を視認しやすくするため、被写体の表面に投射されたスペックルパターンが目立たなくなるように回折界スペックルが制御される。   During the measurement mode, the diffraction field speckle is controlled so that the speckle pattern projected on the surface of the subject is conspicuous in order to improve the matching accuracy in the stereo method. In addition, during the observation mode, the diffraction field speckle is controlled so that the speckle pattern projected on the surface of the subject becomes inconspicuous in order to make the surface of the subject easy to see.

CPU36は、内視鏡装置1内の各部を制御する。CPU36は、計測モード中に映像処理回路31によって処理された画像データを取り込み、計測モード中に生成された画像データに基づいて被写体の3次元形状を算出する演算部である。また、CPU36は、操作部4の状態を監視する。これによって、CPU36は、内視鏡装置1のモードを変更する操作や、計測モード中の計測に関する操作等を検出する。   The CPU 36 controls each unit in the endoscope apparatus 1. The CPU 36 is an arithmetic unit that takes in the image data processed by the video processing circuit 31 during the measurement mode and calculates the three-dimensional shape of the subject based on the image data generated during the measurement mode. In addition, the CPU 36 monitors the state of the operation unit 4. Thereby, the CPU 36 detects an operation for changing the mode of the endoscope apparatus 1, an operation related to measurement in the measurement mode, and the like.

図3は、挿入部2の先端20と光学アダプタ6との構成を示している。図3(a)は、挿入部2の先端20と光学アダプタ6との外観を示している。図3(b)は、挿入部2の先端20と光学アダプタ6との断面を示している。図3(b)では、対物レンズ60aと対物レンズ60bとを含む断面が示されている。   FIG. 3 shows the configuration of the distal end 20 of the insertion portion 2 and the optical adapter 6. FIG. 3A shows the external appearance of the distal end 20 of the insertion portion 2 and the optical adapter 6. FIG. 3B shows a cross section of the distal end 20 of the insertion portion 2 and the optical adapter 6. FIG. 3B shows a cross section including the objective lens 60a and the objective lens 60b.

光学アダプタ6が挿入部2の先端20に装着されている。光学アダプタ6は、固定リング63の雌ねじ64により挿入部2の先端20の雄ねじ65と螺合されて固定される。光学アダプタ6の先端には、2つの対物レンズ60a、対物レンズ60bと配光調節光学系61とが設けられている。対物レンズ60aと対物レンズ60bとは図2の対物レンズ60に対応している。対物レンズ60aと対物レンズ60bとは、挿入部2の先端20内に設けられた撮像部21上に被写体の2つの像を結像する。撮像部21は信号線80に接続され、撮像部21から信号線80に画像データが出力される。挿入部2の先端20の端面には、撮像部21を保護するためのカバーガラス69が配置されている。   An optical adapter 6 is attached to the distal end 20 of the insertion portion 2. The optical adapter 6 is screwed and fixed to the male screw 65 at the distal end 20 of the insertion portion 2 by the female screw 64 of the fixing ring 63. At the tip of the optical adapter 6, two objective lenses 60a, 60b and a light distribution adjusting optical system 61 are provided. The objective lens 60a and the objective lens 60b correspond to the objective lens 60 in FIG. The objective lens 60 a and the objective lens 60 b form two images of the subject on the imaging unit 21 provided in the distal end 20 of the insertion unit 2. The imaging unit 21 is connected to the signal line 80, and image data is output from the imaging unit 21 to the signal line 80. A cover glass 69 for protecting the imaging unit 21 is disposed on the end surface of the distal end 20 of the insertion unit 2.

本実施形態では、挿入部2の先端20の外径に対する制約を減らすために、照明光を投射するための窓と、計測用のスペックルパターンを投射するための窓とが共通化されている。その共通化された窓に配光調節光学系61が配置され、配光調節光学系61によって、照明光と、照明光に発生している回折界スペックルとが被写体に投射される。   In the present embodiment, a window for projecting illumination light and a window for projecting a speckle pattern for measurement are shared in order to reduce restrictions on the outer diameter of the distal end 20 of the insertion portion 2. . The light distribution adjusting optical system 61 is disposed in the common window, and the light distribution adjusting optical system 61 projects the illumination light and the diffraction field speckle generated in the illumination light onto the subject.

図4は、挿入部2の先端20と光学アダプタ6との断面を示している。図4では、配光調節光学系61を含む断面が示されている。挿入部2の先端20に蛍光体22が配置され、蛍光体22に光ファイバー81が接続されている。蛍光体22の前方には配光調節光学系61が配置されている。   FIG. 4 shows a cross section of the distal end 20 of the insertion portion 2 and the optical adapter 6. FIG. 4 shows a cross section including the light distribution adjusting optical system 61. A phosphor 22 is disposed at the distal end 20 of the insertion portion 2, and an optical fiber 81 is connected to the phosphor 22. A light distribution adjusting optical system 61 is disposed in front of the phosphor 22.

本実施形態では、被写体を複数の視点から見た複数の像を形成する対物レンズ60a、対物レンズ60bと、LD32によって生成された光を被写体に投射する範囲を調節する配光調節光学系61とを有する光学アダプタ6を挿入部2の先端20に装着すること、および先端20に装着された光学アダプタ6を先端20から取り外すことが可能である。つまり、本実施形態では、交換式の光学系が使用される。   In the present embodiment, an objective lens 60a and an objective lens 60b that form a plurality of images when the subject is viewed from a plurality of viewpoints, and a light distribution adjustment optical system 61 that adjusts a range in which the light generated by the LD 32 is projected onto the subject. It is possible to attach the optical adapter 6 having the above to the distal end 20 of the insertion portion 2 and to remove the optical adapter 6 attached to the distal end 20 from the distal end 20. That is, in this embodiment, an interchangeable optical system is used.

光学系が交換式でなくてもよい。つまり、被写体を複数の視点から見た複数の像を形成する対物レンズ60a、対物レンズ60bと、LD32によって生成された光を被写体に投射する範囲を調節する配光調節光学系61とが挿入部2の先端20に配置されていてもよい。この場合、観察のための第1の窓と、照明およびパターン投射のための共通の第2の窓とが挿入部2の先端20に設けられ、第1の窓に対物レンズ60a、対物レンズ60bが配置され、第2の窓に配光調節光学系61が配置される。このように構成された挿入部2は、物体の内部に挿入され、撮像部21が配置され、LD32によって生成された光を先端20から被写体に投射する。   The optical system may not be exchangeable. In other words, the objective lens 60a and the objective lens 60b that form a plurality of images when the subject is viewed from a plurality of viewpoints, and the light distribution adjustment optical system 61 that adjusts the range in which the light generated by the LD 32 is projected onto the subject are inserted. 2 may be disposed at the tip 20. In this case, a first window for observation and a common second window for illumination and pattern projection are provided at the distal end 20 of the insertion portion 2, and the objective lens 60a and the objective lens 60b are provided in the first window. Is arranged, and the light distribution adjusting optical system 61 is arranged in the second window. The insertion unit 2 configured as described above is inserted into the object, the imaging unit 21 is disposed, and the light generated by the LD 32 is projected from the tip 20 onto the subject.

図4に示す光学アダプタ6は、挿入部2が挿入される方向に観察を行うための直視型の光学アダプタである。挿入部2が挿入される方向に垂直な方向に観察を行うための側視型の光学アダプタを挿入部2の先端20に装着してもよい。   The optical adapter 6 shown in FIG. 4 is a direct-viewing type optical adapter for performing observation in the direction in which the insertion portion 2 is inserted. A side-view type optical adapter for performing observation in a direction perpendicular to the direction in which the insertion portion 2 is inserted may be attached to the distal end 20 of the insertion portion 2.

挿入部2が硬質パイプで形成され、撮像部21が挿入部2の根元側に配置され、挿入部2内にリレーレンズが配置された硬性鏡型の内視鏡を用いてもよい。   A rigid endoscope in which the insertion unit 2 is formed of a hard pipe, the imaging unit 21 is disposed on the base side of the insertion unit 2, and a relay lens is disposed in the insertion unit 2 may be used.

次に、図5を参照して内視鏡装置1の動作を説明する。図5は、内視鏡装置1の動作の手順を示している。   Next, the operation of the endoscope apparatus 1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows an operation procedure of the endoscope apparatus 1.

内視鏡装置1が起動すると、CPU36は、光学アダプタ6に固有な光学特性を示すステレオカメラパラメータを読み込む(ステップS101)。ステップS101で読み込まれるステレオカメラパラメータは、対物レンズ60の焦点距離や、対物レンズ60の光学収差によって画像に発生する歪みを補正するための内部パラメータ、または一対の対物レンズの位置関係を表す外部パラメータ等である。   When the endoscope apparatus 1 is activated, the CPU 36 reads stereo camera parameters indicating optical characteristics unique to the optical adapter 6 (step S101). The stereo camera parameters read in step S101 are internal parameters for correcting distortion generated in an image due to the focal length of the objective lens 60 and optical aberrations of the objective lens 60, or external parameters representing the positional relationship between a pair of objective lenses. Etc.

ステレオカメラパラメータが読み込まれた後、CPU36は、内視鏡装置1のモードを観察モードに設定する(ステップS102)。モードが観察モードに設定されることにより、撮像部21は撮像を開始する。撮像部21は連続的に撮像を行い、順次、生成された画像データを出力する。   After the stereo camera parameters are read, the CPU 36 sets the mode of the endoscope apparatus 1 to the observation mode (step S102). When the mode is set to the observation mode, the imaging unit 21 starts imaging. The imaging unit 21 continuously captures images and sequentially outputs the generated image data.

モードが設定された後、CPU36は、設定されているモードを判定する(ステップS103)。内視鏡装置1が起動した直後はモードが観察モードに設定されている。設定されているモードが観察モードである場合、CPU36は、温度制御回路35に対して、観察モードにおける波長変調の周期を設定する(ステップS107)。観察モードが継続しており、既に波長変調の周期が設定されている場合には、ステップS107の処理は飛ばされる。   After the mode is set, the CPU 36 determines the set mode (step S103). Immediately after the endoscope apparatus 1 is activated, the mode is set to the observation mode. When the set mode is the observation mode, the CPU 36 sets the wavelength modulation period in the observation mode for the temperature control circuit 35 (step S107). If the observation mode is continued and the wavelength modulation cycle has already been set, the process of step S107 is skipped.

本実施形態では、内視鏡装置1は、LD32によって生成される光の波長を制御することにより、被写体の表面に投射されたスペックルパターンの目立ちやすさを制御する。観察モードでは、被写体の表面を視認しやすくするため、被写体の表面に投射されたスペックルパターンが目立たなくなるように波長変調が行われる。ステップS107で設定される波長変調の周期は、撮像部21による撮像の露光時間と同じ、または露光時間よりも短い周期である。LD32によって生成される光の波長の制御は、LD32の温度の制御によって行われる。   In the present embodiment, the endoscope apparatus 1 controls the conspicuousness of the speckle pattern projected on the surface of the subject by controlling the wavelength of light generated by the LD 32. In the observation mode, the wavelength modulation is performed so that the speckle pattern projected on the surface of the subject becomes inconspicuous in order to make the surface of the subject easy to see. The wavelength modulation cycle set in step S107 is the same as the exposure time of imaging by the imaging unit 21 or shorter than the exposure time. The wavelength of light generated by the LD 32 is controlled by controlling the temperature of the LD 32.

本実施形態の撮像部21は、電子シャッターにより撮像の露光時間を調整する。CPU36は、LD32によって生成された光の波長の変化の周期を、電子シャッターのシャッタースピードに応じて決定する。ステップS107では、この周期が温度制御回路35に設定される。   The imaging unit 21 of the present embodiment adjusts the exposure time of imaging with an electronic shutter. The CPU 36 determines the period of change in the wavelength of the light generated by the LD 32 according to the shutter speed of the electronic shutter. In step S107, this cycle is set in the temperature control circuit 35.

観察モードにおける波長変調の周期が設定された後、温度制御回路35は、温度制御素子34による波長変調制御を開始させる(ステップS108)。波長変調制御が開始されると、温度制御回路35は、観察モード中に、撮像部21による撮像の露光時間と同じ、または露光時間よりも短い周期で空間内の回折界スペックルの分布が変化するようにLD32の温度を制御する。例えば、温度制御素子34がペルチェ素子である場合、温度制御回路35は、ペルチェ素子に与える電流を矩形波状に変化させる。矩形波の周期は、ステップS107で設定された周期である。これによって、例えばLD32の温度が正弦波状に変化する。観察モードが継続しており、既に波長変調制御が開始されている場合には、ステップS108では波長変調制御が継続する。   After the wavelength modulation period in the observation mode is set, the temperature control circuit 35 starts wavelength modulation control by the temperature control element 34 (step S108). When the wavelength modulation control is started, the temperature control circuit 35 changes the distribution of diffraction field speckles in the space at the same period as the exposure time of imaging by the imaging unit 21 or shorter than the exposure time during the observation mode. Thus, the temperature of the LD 32 is controlled. For example, when the temperature control element 34 is a Peltier element, the temperature control circuit 35 changes the current applied to the Peltier element into a rectangular wave shape. The period of the rectangular wave is the period set in step S107. Thereby, for example, the temperature of the LD 32 changes in a sine wave shape. If the observation mode is continued and wavelength modulation control has already been started, wavelength modulation control is continued in step S108.

観察モードにおける波長変調制御が開始された後、映像処理回路31は、撮像部21から出力された画像データに画像処理を行い、処理された画像データを表示部5に出力する。表示部5は、画像データに基づいて被写体の画像を表示する(ステップS109)。   After the wavelength modulation control in the observation mode is started, the video processing circuit 31 performs image processing on the image data output from the imaging unit 21 and outputs the processed image data to the display unit 5. The display unit 5 displays an image of the subject based on the image data (step S109).

LD32によって生成された光の波長が変化することにより、先端から出射される光束内の位相分布が変化し、空間内での干渉位置が変化する。露光時間内で干渉位置が高速に変化すると、スペックルパターンの分布が高速に変化する。このため、画像内のスペックルパターンの輝度分布が平均化され、斑状のスペックルパターンが目立たなくなる。観察モード中は、後述する計測モード中に被写体の表面に投射されるスペックルパターンよりもスペックルパターンが低減された光が被写体に投射されている。ユーザは、この状態で被写体を観察し、損傷部があるかどうかを検査する。   As the wavelength of the light generated by the LD 32 changes, the phase distribution in the light beam emitted from the tip changes, and the interference position in space changes. When the interference position changes at high speed within the exposure time, the speckle pattern distribution changes at high speed. For this reason, the luminance distribution of the speckle pattern in the image is averaged, and the speckled speckle pattern becomes inconspicuous. During the observation mode, light in which the speckle pattern is reduced than the speckle pattern projected on the surface of the subject during the measurement mode described later is projected onto the subject. In this state, the user observes the subject and inspects whether there is a damaged portion.

観察モード中に被写体の表面に投射されるスペックルパターンは、計測モード中に被写体の表面に投射されるスペックルパターンよりも目立たなくなっていればよい。観察モード中に被写体の表面に投射されるスペックルパターンが視認できなくてもよい。スペックルパターンが視認できない状態は、スペックルパターンが最も低減された状態である。   The speckle pattern projected on the surface of the subject during the observation mode only needs to be less noticeable than the speckle pattern projected on the surface of the subject during the measurement mode. The speckle pattern projected on the surface of the subject during the observation mode may not be visible. The state where the speckle pattern cannot be visually recognized is the state where the speckle pattern is most reduced.

被写体の画像が表示された後、CPU36は、操作部4に対してモードを変更する操作が行われたか否かを判定する(ステップS110)。モードを変更する操作が行われていない場合、ステップS103における判定が行われる。モードを変更する操作が行われた場合、CPU36は、内視鏡装置1のモードを、設定されているモードと異なるモードに設定する(ステップS111)。設定されているモードが観察モードである場合、ステップS111ではモードが計測モードに設定される。また、設定されているモードが計測モードである場合、ステップS111ではモードが観察モードに設定される。モードが変更された後、ステップS103における判定が行われる。   After the subject image is displayed, the CPU 36 determines whether or not an operation for changing the mode is performed on the operation unit 4 (step S110). When the operation for changing the mode is not performed, the determination in step S103 is performed. When the operation for changing the mode is performed, the CPU 36 sets the mode of the endoscope apparatus 1 to a mode different from the set mode (step S111). When the set mode is the observation mode, the mode is set to the measurement mode in step S111. If the set mode is the measurement mode, the mode is set to the observation mode in step S111. After the mode is changed, the determination in step S103 is performed.

例えば、損傷部が見つかり、モードを計測モードに変更する操作が行われた場合、ステップS110ではモードを変更する操作が行われたと判定され、ステップS111ではモードが計測モードに変更される。その後、ステップS103では設定されているモードが計測モードであると判定される。計測モードでは、CPU36は、温度制御回路35に対して、計測モードにおける波長制御を開始させる(ステップS104)。   For example, when a damaged part is found and an operation for changing the mode to the measurement mode is performed, it is determined in step S110 that an operation for changing the mode is performed, and in step S111, the mode is changed to the measurement mode. Thereafter, in step S103, it is determined that the set mode is the measurement mode. In the measurement mode, the CPU 36 causes the temperature control circuit 35 to start wavelength control in the measurement mode (step S104).

計測モードでは、LD32によって生成される光の波長が時間的に一定となるように波長制御が行われる。温度制御回路35は、計測モード中に、空間内の回折界スペックルの分布が一定となるようにLD32の温度を制御する。つまり、温度制御回路35は、LD32の温度が一定となるように温度制御素子34を制御する。計測モードが継続しており、既に波長制御が開始されている場合には、ステップS104では波長制御が継続する。   In the measurement mode, wavelength control is performed so that the wavelength of the light generated by the LD 32 is constant over time. The temperature control circuit 35 controls the temperature of the LD 32 so that the distribution of diffraction field speckles in the space becomes constant during the measurement mode. That is, the temperature control circuit 35 controls the temperature control element 34 so that the temperature of the LD 32 becomes constant. If the measurement mode is continued and wavelength control has already been started, wavelength control is continued in step S104.

計測モードでは、LD32によって生成される光の波長が一定となる。これによって、被写体と挿入部2の先端20との位置関係が一定の間、静止した状態の斑状のスペックルパターンが被写体の表面に投射される。このスペックルパターンが変動しないように、波長制御が行われる。   In the measurement mode, the wavelength of light generated by the LD 32 is constant. As a result, while the positional relationship between the subject and the distal end 20 of the insertion portion 2 is constant, a spotted speckle pattern in a stationary state is projected onto the surface of the subject. Wavelength control is performed so that the speckle pattern does not fluctuate.

計測モードにおける波長制御が開始された後、映像処理回路31は、撮像部21から出力された画像データに画像処理を行い、処理された画像データを表示部5に出力する。表示部5は、画像データに基づいて被写体の画像を表示する(ステップS105)。   After the wavelength control in the measurement mode is started, the video processing circuit 31 performs image processing on the image data output from the imaging unit 21 and outputs the processed image data to the display unit 5. The display unit 5 displays an image of the subject based on the image data (step S105).

被写体の画像が表示された後、CPU36は、計測に関する操作を受け付け、計測演算処理を行う(ステップS106)。例えば、計測に関する操作は、表示部5に表示された画像に対して、計測位置を示す計測点を指定する操作である。計測点の指定は、動画像(ライブ画像)あるいは静止画像に対して行われる。計測演算処理は、計測モード中に生成された画像データに基づいて被写体の3次元形状を算出する処理である。CPU36は、複数の被写体像のいずれかに対して指定された計測点に対応する、他の被写体像の対応点をマッチング処理により算出する。さらに、CPU36は、計測点と対応点との画像座標すなわち2次元座標に基づいて、計測点に対応する被写体上の点の空間座標すなわち3次元座標を算出する。   After the image of the subject is displayed, the CPU 36 receives an operation related to measurement and performs measurement calculation processing (step S106). For example, the measurement-related operation is an operation for designating a measurement point indicating a measurement position with respect to an image displayed on the display unit 5. The measurement point is designated for a moving image (live image) or a still image. The measurement calculation process is a process for calculating the three-dimensional shape of the subject based on the image data generated during the measurement mode. The CPU 36 calculates corresponding points of other subject images corresponding to the measurement points designated for any of the plurality of subject images by matching processing. Further, the CPU 36 calculates the spatial coordinates, ie, three-dimensional coordinates, of the points on the subject corresponding to the measurement points based on the image coordinates of the measurement points and the corresponding points, ie, the two-dimensional coordinates.

複数の被写体像には、ランダムな斑状の模様が付いている。この模様がスペックルパターンである。被写体に特徴がなくても、投射されたスペックルパターンが特徴となるため、マッチング処理において誤った対応点の算出を防止することができる。これによって、被写体の制約が低減されるので、従来のステレオ計測機能が搭載された内視鏡装置では困難であった、特徴が少ない被写体の3次元計測が可能となる。   A plurality of subject images have random spotted patterns. This pattern is a speckle pattern. Even if there is no feature in the subject, the projected speckle pattern becomes a feature, so that it is possible to prevent erroneous calculation of corresponding points in the matching process. As a result, subject restrictions are reduced, and three-dimensional measurement of a subject with few features, which is difficult with an endoscope apparatus equipped with a conventional stereo measurement function, is possible.

計測演算処理が終了した後、ステップS110における判定が行われる。計測モード中にモードを変更する操作が行われた場合、ステップS111でモードが観察モードに変更される。その後、ステップS107とステップS108との処理により、波長変調制御が行われ、被写体が観察しやすくなる。   After the measurement calculation process is completed, the determination in step S110 is performed. When an operation for changing the mode is performed during the measurement mode, the mode is changed to the observation mode in step S111. After that, wavelength modulation control is performed by the processing in step S107 and step S108, and the subject is easily observed.

図6は、撮影された画像の例を示している。図6(a)は、観察モード中に撮影された画像M1を示している。図6(b)は、計測モード中に撮影された画像M2を示している。   FIG. 6 shows an example of a captured image. FIG. 6A shows an image M1 photographed during the observation mode. FIG. 6B shows an image M2 taken during the measurement mode.

観察モード中に撮影された画像M1は、左右の視点に対応する2つの被写体像である左画像L1と右画像R1とを有する。同様に、計測モード中に撮影された画像M2は、左画像L2と右画像R2とを有する。観察モード中に撮影された画像M1における左画像L1と右画像R1とでは、スペックルパターンは目立たない。一方、計測モード中に撮影された画像M2における左画像L2と右画像R2とでは、スペックルパターンが撮影されている。   The image M1 photographed during the observation mode has a left image L1 and a right image R1 that are two subject images corresponding to the left and right viewpoints. Similarly, the image M2 photographed during the measurement mode has a left image L2 and a right image R2. The speckle pattern is not conspicuous in the left image L1 and the right image R1 in the image M1 photographed during the observation mode. On the other hand, a speckle pattern is photographed in the left image L2 and the right image R2 in the image M2 photographed during the measurement mode.

観察モードから計測モードへのモードの切替が自動的に行われてもよい。例えば、内視鏡装置1が、撮像部21によって生成された画像データに基づいて画像のぶれを検出するぶれ検出部(例えばCPU36)をさらに有し、画像のぶれ量が所定量以上である場合に内視鏡装置1のモードが観察モードとなり、画像のぶれ量が所定量未満となった場合にモードが観察モードから計測モードに切り替わってもよい。   The mode switching from the observation mode to the measurement mode may be automatically performed. For example, when the endoscope apparatus 1 further includes a shake detection unit (for example, the CPU 36) that detects an image blur based on the image data generated by the imaging unit 21, and the image blur amount is a predetermined amount or more. Alternatively, the mode may be switched from the observation mode to the measurement mode when the mode of the endoscope apparatus 1 becomes the observation mode and the amount of blurring of the image is less than a predetermined amount.

内視鏡装置1は、挿入部2の先端20から被写体までの距離が遠く、撮像部21に取り込まれる光量が少ない場合に撮像部21のシャッタースピードが長くなる制御を行ってもよい。また、内視鏡装置1は、挿入部2の先端20から被写体までの距離が近く、撮像部21に取り込まれる光量が多い場合に撮像部21のシャッタースピードが短くなる制御を行ってもよい。この制御の結果を利用して、撮像部21のシャッタースピードが所定値以上である場合に内視鏡装置1のモードが観察モードとなり、シャッタースピードが所定値未満である場合にモードが観察モードから計測モードに切り替わってもよい。   The endoscope apparatus 1 may perform control to increase the shutter speed of the imaging unit 21 when the distance from the distal end 20 of the insertion unit 2 to the subject is long and the amount of light captured by the imaging unit 21 is small. In addition, the endoscope apparatus 1 may perform control to reduce the shutter speed of the imaging unit 21 when the distance from the distal end 20 of the insertion unit 2 to the subject is short and the amount of light captured by the imaging unit 21 is large. Using the result of this control, when the shutter speed of the imaging unit 21 is equal to or higher than a predetermined value, the mode of the endoscope apparatus 1 is in the observation mode, and when the shutter speed is lower than the predetermined value, the mode is changed from the observation mode. You may switch to measurement mode.

内視鏡装置1は、挿入部2の先端20から被写体までの距離が遠く、撮像部21に取り込まれる光量が少ない場合に撮像部21のゲインが大きくなる制御を行ってもよい。また、内視鏡装置1は、挿入部2の先端20から被写体までの距離が近く、撮像部21に取り込まれる光量が多い場合に撮像部21のゲインが小さくなる制御を行ってもよい。この制御の結果を利用して、撮像部21のゲインが所定値以上である場合に内視鏡装置1のモードが観察モードとなり、ゲインが所定値未満である場合にモードが観察モードから計測モードに切り替わってもよい。   The endoscope apparatus 1 may perform control to increase the gain of the imaging unit 21 when the distance from the distal end 20 of the insertion unit 2 to the subject is long and the amount of light captured by the imaging unit 21 is small. In addition, the endoscope apparatus 1 may perform control to reduce the gain of the imaging unit 21 when the distance from the distal end 20 of the insertion unit 2 to the subject is short and the amount of light captured by the imaging unit 21 is large. Using the result of this control, when the gain of the imaging unit 21 is greater than or equal to a predetermined value, the mode of the endoscope apparatus 1 becomes the observation mode, and when the gain is less than the predetermined value, the mode changes from the observation mode to the measurement mode. It may be switched to.

内視鏡装置1は、挿入部2の先端20から被写体までの距離が遠く、撮像部21に取り込まれる光量が少ない場合に照明光量(LD32の光量)が大きくなる制御を行ってもよい。また、内視鏡装置1は、挿入部2の先端20から被写体までの距離が近く、撮像部21に取り込まれる光量が多い場合に照明光量が小さくなる制御を行ってもよい。この制御の結果を利用して、照明光量が所定値以上である場合に内視鏡装置1のモードが観察モードとなり、照明光量が所定値未満である場合にモードが観察モードから計測モードに切り替わってもよい。   The endoscope apparatus 1 may perform control to increase the illumination light amount (light amount of the LD 32) when the distance from the distal end 20 of the insertion unit 2 to the subject is long and the light amount taken into the imaging unit 21 is small. Further, the endoscope apparatus 1 may perform control to reduce the illumination light amount when the distance from the distal end 20 of the insertion unit 2 to the subject is short and the light amount taken into the imaging unit 21 is large. Using the result of this control, the mode of the endoscope apparatus 1 is in the observation mode when the illumination light quantity is greater than or equal to a predetermined value, and the mode is switched from the observation mode to the measurement mode when the illumination light quantity is less than the predetermined value. May be.

3次元計測に用いる画像について説明する。本実施形態では、LD32から出射された光が蛍光体22に当たり、単色光が白色光に変換される。この白色光が照明光となる。カラー画像ではなく、蛍光体22を励起する光の波長に近い波長に対応する色の成分のみの画像を3次元計測に用いることによって、スペックルパターンをより目立たせることができる。例えば、LD32が青色光を生成するLDである場合、カラー画像から青成分の画像を抽出して3次元計測に用いることが可能である。形状がなだらかな部分や模様がない部分の3次元計測を行う場合、LD32によって生成される光の色成分に近い色成分のデータを抽出して3次元計測を行うことによって、マッチング精度がより向上する。   An image used for three-dimensional measurement will be described. In the present embodiment, the light emitted from the LD 32 strikes the phosphor 22 and the monochromatic light is converted into white light. This white light becomes illumination light. The speckle pattern can be made more conspicuous by using an image of only the color component corresponding to the wavelength close to the wavelength of the light that excites the phosphor 22 instead of the color image for the three-dimensional measurement. For example, when the LD 32 is an LD that generates blue light, an image of a blue component can be extracted from a color image and used for three-dimensional measurement. When three-dimensional measurement is performed on a part with a gentle shape or a part without a pattern, the matching accuracy is further improved by extracting the data of the color component close to the color component of the light generated by the LD 32 and performing the three-dimensional measurement. To do.

蛍光体22は、LD32によって生成された光を、複数の色成分に対応する光に変換する波長変換部である。また、映像処理回路31は、撮像部21によって生成された画像データから、LD32によって生成された光に含まれる色成分の波長に最も近い波長の色成分のデータを抽出する抽出部である。例えば、撮像部21によって生成された画像データは、赤、緑、青の各成分のデータを含んでいる。スペックルパターンは青成分のデータに含まれるので、映像処理回路31は画像データから青成分のデータを抽出する。CPU36は、映像処理回路31によって抽出されたデータに基づいて被写体の3次元形状を算出する。   The phosphor 22 is a wavelength conversion unit that converts the light generated by the LD 32 into light corresponding to a plurality of color components. The video processing circuit 31 is an extraction unit that extracts, from the image data generated by the imaging unit 21, data of a color component having a wavelength closest to the wavelength of the color component included in the light generated by the LD 32. For example, the image data generated by the imaging unit 21 includes data of red, green, and blue components. Since the speckle pattern is included in the blue component data, the video processing circuit 31 extracts the blue component data from the image data. The CPU 36 calculates the three-dimensional shape of the subject based on the data extracted by the video processing circuit 31.

一方、カラー画像を計測に用いてもよい。スペックルパターンは斑状であるので、パターンが投射されない部分(パターンの明部とパターンの暗部との間の部分)がある。赤、緑、青の各成分のデータを含む画像データを用いて3次元計測を行う場合、パターンが投射されない部分の情報は、赤、緑の各成分のデータに含まれる。形状が急峻なエッジ部分や模様がある部分を計測する場合、赤、緑の各成分のデータを含む画像データを用いることによって、マッチング精度がより向上する。また、青成分のデータが画像データに含まれるので、前述したように、形状がなだらかな部分や模様がない部分の3次元計測におけるマッチング精度がより向上する。   On the other hand, a color image may be used for measurement. Since the speckle pattern is patchy, there is a portion where the pattern is not projected (a portion between the bright portion of the pattern and the dark portion of the pattern). When three-dimensional measurement is performed using image data including red, green, and blue component data, information on a portion where no pattern is projected is included in the red and green component data. When measuring a sharp edge portion or a portion with a pattern, matching accuracy is further improved by using image data including data of red and green components. Further, since the blue component data is included in the image data, as described above, the matching accuracy in the three-dimensional measurement of the portion having a gentle shape or the portion having no pattern is further improved.

本実施形態に示す構成と方法とは、内視鏡装置に限らず、被写体を複数の視点から撮像し、ステレオ法により被写体の3次元形状を算出する装置であって、プローブ部の大きさの制約が高い他の3次元計測装置にも適用できる。   The configuration and method shown in this embodiment is not limited to an endoscope apparatus, and is an apparatus that images a subject from a plurality of viewpoints and calculates a three-dimensional shape of the subject using a stereo method. The present invention can also be applied to other three-dimensional measuring devices with high restrictions.

本実施形態による内視鏡装置1の撮像部21は2つの被写体像を同時に撮像する。これに対して、撮像部21が2つの被写体像を交互に撮像してもよい。例えば、2つの被写体像に対応した第1の光路と第2の光路との一方を遮蔽し、移動可能な遮蔽材が設けられる。撮像部21は、第1の光路のみが遮蔽材によって遮蔽されている状態と、第2の光路のみが遮蔽材によって遮蔽されている状態とのそれぞれで被写体像を撮像する。   The imaging unit 21 of the endoscope apparatus 1 according to the present embodiment captures two subject images simultaneously. On the other hand, the imaging unit 21 may alternately capture two subject images. For example, a movable shielding material that shields one of the first optical path and the second optical path corresponding to two subject images is provided. The imaging unit 21 captures a subject image in each of a state where only the first optical path is shielded by the shielding material and a state where only the second optical path is shielded by the shielding material.

本実施形態によれば、コヒーレントな光を生成する半導体光源(LD32)と、半導体光源を制御する光源制御部(光源制御回路33)と、物体の内部の被写体を複数の視点から撮像し、被写体の複数の像の画像データを生成する撮像部21と、計測モード中に生成された画像データに基づいて被写体の3次元形状を算出する演算部(CPU36)と、観察モード中に生成された画像データに基づく画像を観察モード中に表示する表示部5と、物体の内部に挿入される挿入部2であって、撮像部21が配置され、半導体光源によって生成された光を挿入部2の先端20から被写体に投射する、または半導体光源によって生成された光を、先端20に装着された光学アダプタ6を介して被写体に投射する挿入部2と、半導体光源によって生成された光に対して、空間的にランダムな回折界スペックルを発生させるスペックルパターン発生部(蛍光体22)と、計測モード中に、回折界スペックルによるスペックルパターンが被写体に投射され、観察モード中に、被写体に投射されるスペックルパターンが計測モード中よりも低減するように回折界スペックルを制御するスペックルパターン制御部(温度制御回路35)と、を有する内視鏡装置1が構成される。   According to the present embodiment, a semiconductor light source (LD32) that generates coherent light, a light source control unit (light source control circuit 33) that controls the semiconductor light source, and subjects inside the object are imaged from a plurality of viewpoints, An imaging unit 21 that generates image data of the plurality of images, a calculation unit (CPU 36) that calculates a three-dimensional shape of the subject based on the image data generated during the measurement mode, and an image generated during the observation mode A display unit 5 that displays an image based on data during the observation mode, and an insertion unit 2 that is inserted into the object, the imaging unit 21 being arranged, and the light generated by the semiconductor light source is transmitted to the tip of the insertion unit 2 20 is projected onto the subject, or the light generated by the semiconductor light source is projected onto the subject via the optical adapter 6 attached to the tip 20, and the light is generated by the semiconductor light source. A speckle pattern generator (phosphor 22) that generates spatially random diffraction field speckles against the reflected light, and a speckle pattern by diffraction field speckles is projected onto the subject during the measurement mode and observed. An endoscope apparatus 1 having a speckle pattern control unit (temperature control circuit 35) that controls a diffraction field speckle so that a speckle pattern projected onto a subject is reduced during the mode than in the measurement mode. Composed.

本実施形態では、計測モード中に、ランダムな回折界スペックルによるスペックルパターンが被写体に投射されるので、マッチング精度が向上する。   In the present embodiment, since the speckle pattern due to random diffraction field speckles is projected onto the subject during the measurement mode, the matching accuracy is improved.

次に、本実施形態の変形例を説明する。   Next, a modification of this embodiment will be described.

(第1の変形例)
図7は、本変形例の内視鏡装置1aの構成を示している。以下では、図2に示す内視鏡装置1と、図7に示す内視鏡装置1aとの構成の違いを説明する。図7に示すように、内視鏡装置1aは、挿入部2aと、コントロールユニット3aと、操作部4と、表示部5とを有する。LD32が挿入部2aの先端20aに配置されている。コントロールユニット3aは、撮像制御部30と、映像処理回路31と、光源制御回路33と、CPU36とを有する。
(First modification)
FIG. 7 shows a configuration of an endoscope apparatus 1a according to this modification. Hereinafter, a difference in configuration between the endoscope apparatus 1 illustrated in FIG. 2 and the endoscope apparatus 1a illustrated in FIG. 7 will be described. As shown in FIG. 7, the endoscope apparatus 1a includes an insertion portion 2a, a control unit 3a, an operation portion 4, and a display portion 5. LD32 is arrange | positioned at the front-end | tip 20a of the insertion part 2a. The control unit 3 a includes an imaging control unit 30, a video processing circuit 31, a light source control circuit 33, and a CPU 36.

LD32は、挿入部2aおよびコントロールユニット3a内に配置された電源線82によって光源制御回路33と接続されている。他の変形例で説明するように、LD32の温度を制御する方法以外の方法によりスペックルパターンの制御を行うことが可能である。このため、図7ではスペックルパターンの制御に係る構成が省略されている。LD32と蛍光体22とを光学アダプタ6内に設けてもよい。   The LD 32 is connected to the light source control circuit 33 by a power line 82 disposed in the insertion portion 2a and the control unit 3a. As described in another modification, the speckle pattern can be controlled by a method other than the method of controlling the temperature of the LD 32. For this reason, in FIG. 7, the configuration relating to the control of the speckle pattern is omitted. The LD 32 and the phosphor 22 may be provided in the optical adapter 6.

図8は、挿入部2aの先端20aと光学アダプタ6との断面を示している。図8では、配光調節光学系61を含む断面が示されている。挿入部2aの先端20aに蛍光体22とLD32とが配置され、LD32に電源線82が接続されている。蛍光体22とLD32とは互いに接触しており、LD32から出射された光が蛍光体22に直接入射する。蛍光体22の前方には配光調節光学系61が配置されている。   FIG. 8 shows a cross section of the distal end 20 a of the insertion portion 2 a and the optical adapter 6. FIG. 8 shows a cross section including the light distribution adjusting optical system 61. The phosphor 22 and the LD 32 are disposed at the distal end 20a of the insertion portion 2a, and the power line 82 is connected to the LD 32. The phosphor 22 and the LD 32 are in contact with each other, and light emitted from the LD 32 is directly incident on the phosphor 22. A light distribution adjusting optical system 61 is disposed in front of the phosphor 22.

(第2の変形例)
図2に示す内視鏡装置1を用いて本変形例を説明する。本変形例の内視鏡装置1は、図9に示す手順で動作する。図9を参照して、内視鏡装置1の動作を説明する。本変形例では、観察モードにおける波長変調の周期をユーザが指定することが可能である。以下では、図5に示す手順と異なる点を説明し、図5に示す手順と同じ点については説明を省略する。
(Second modification)
This modification will be described using the endoscope apparatus 1 shown in FIG. The endoscope apparatus 1 of the present modification operates according to the procedure shown in FIG. The operation of the endoscope apparatus 1 will be described with reference to FIG. In this modification, the user can specify the period of wavelength modulation in the observation mode. Hereinafter, differences from the procedure illustrated in FIG. 5 will be described, and description of the same points as the procedure illustrated in FIG. 5 will be omitted.

ステップS103で内視鏡装置1のモードが観察モードであると判定された場合、CPU36は、設定の変更に係る操作を行うための画面のデータを映像処理回路31に出力する。映像処理回路31は、CPU36から出力されたデータに画像データを重畳したデータを表示部5に出力する。表示部5は、このデータに基づいて、設定の変更に係る操作を行うための画面を表示する(ステップS201)。この画面には、被写体の画像が表示される。   When it is determined in step S <b> 103 that the mode of the endoscope apparatus 1 is the observation mode, the CPU 36 outputs screen data for performing an operation relating to the setting change to the video processing circuit 31. The video processing circuit 31 outputs data obtained by superimposing image data on data output from the CPU 36 to the display unit 5. Based on this data, the display unit 5 displays a screen for performing an operation related to the setting change (step S201). An image of the subject is displayed on this screen.

ユーザは、操作部4を操作し、波長変調の周期を指定することが可能である。ユーザによる操作部4の操作に応じて、CPU36は、温度制御回路35に設定する周期を順次変化させる。映像処理回路31が画像データの更新を行うことにより、画面に表示される被写体の画像は順次更新される。表示された画像において、被写体の表面に投射されているスペックルパターンの状態は、ユーザによる操作部4の操作に応じて変化する。ユーザは、被写体の画像を確認しながら、スペックルパターンの状態が観察に適した状態となる周期を決定する。   The user can operate the operation unit 4 to specify the wavelength modulation period. The CPU 36 sequentially changes the period set in the temperature control circuit 35 according to the operation of the operation unit 4 by the user. As the video processing circuit 31 updates the image data, the image of the subject displayed on the screen is sequentially updated. In the displayed image, the state of the speckle pattern projected on the surface of the subject changes according to the operation of the operation unit 4 by the user. The user determines the period in which the speckle pattern is in a state suitable for observation while checking the subject image.

波長変調の周期を決定する操作が行われると、CPU36は、温度制御回路35に対して、上記のように決定された周期を設定する(ステップS202)。周期が設定された後、ステップS108で波長変調制御が開始される。   When an operation for determining the wavelength modulation period is performed, the CPU 36 sets the period determined as described above to the temperature control circuit 35 (step S202). After the period is set, wavelength modulation control is started in step S108.

本変形例では、波長変調の周期を自動的に設定する場合よりもユーザの操作が煩雑になる。しかし、被写体に応じて、観察モード中に表示される画像の状態を柔軟に制御することができる。   In this modification, the user's operation becomes more complicated than when the wavelength modulation period is automatically set. However, the state of the image displayed during the observation mode can be flexibly controlled according to the subject.

(第3の変形例)
図10は、本変形例の内視鏡装置1bの構成を示している。図10では、光学アダプタ6bの種類を検出するための構成のみが示され、図2に示す構成と同様の構成については省略されている。図10に示すように、内視鏡装置1bは、挿入部2bと、コントロールユニット3bとを有する。挿入部2bの先端20bには交換式の光学アダプタ6bが装着されている。本変形例の内視鏡装置1bは、挿入部2bの先端20bに装着された光学アダプタ6bの種類に応じた処理を行う。
(Third Modification)
FIG. 10 shows a configuration of an endoscope apparatus 1b according to this modification. In FIG. 10, only the configuration for detecting the type of the optical adapter 6b is shown, and the same configuration as the configuration shown in FIG. 2 is omitted. As shown in FIG. 10, the endoscope apparatus 1b includes an insertion portion 2b and a control unit 3b. A replaceable optical adapter 6b is attached to the distal end 20b of the insertion portion 2b. The endoscope apparatus 1b according to this modification performs processing according to the type of the optical adapter 6b attached to the distal end 20b of the insertion portion 2b.

光学アダプタ6bは、電気的素子66と、第1の接続部である接続部67a、接続部67bとを有する。挿入部2bの先端20bは、第2の接続部である接続部68a、接続部68bを有する。コントロールユニット3bは、CPU36と信号検出回路37とを有する。   The optical adapter 6b includes an electrical element 66, a connection portion 67a that is a first connection portion, and a connection portion 67b. The distal end 20b of the insertion portion 2b has a connection portion 68a and a connection portion 68b which are second connection portions. The control unit 3 b has a CPU 36 and a signal detection circuit 37.

電気的素子66は、光学アダプタ6bの種類に応じた電気特性を有する。例えば、電気的素子66は抵抗素子であり、光学アダプタ6bの種類に応じた抵抗値を有する。電気的素子66の第1の端子は接続部67aに電気的に接続され、電気的素子66の第2の端子は接続部67bに電気的に接続されている。接続部67aと接続部67bとは、光学アダプタ6bが挿入部2bの先端20bに装着されることにより、挿入部2bの先端20bと電気的に接続される。   The electrical element 66 has electrical characteristics corresponding to the type of the optical adapter 6b. For example, the electrical element 66 is a resistance element and has a resistance value corresponding to the type of the optical adapter 6b. The first terminal of the electrical element 66 is electrically connected to the connection portion 67a, and the second terminal of the electrical element 66 is electrically connected to the connection portion 67b. The connection portion 67a and the connection portion 67b are electrically connected to the distal end 20b of the insertion portion 2b by mounting the optical adapter 6b on the distal end 20b of the insertion portion 2b.

挿入部2bの先端20bには、接続部67aと接続部67bとに対応した接続部68aと接続部68bとが配置されている。接続部68aは接続部67aと電気的に接続され、接続部68bは接続部67bと電気的に接続される。また、接続部68aと接続部68bとは信号検出回路37に電気的に接続されている。   A connecting portion 68a and a connecting portion 68b corresponding to the connecting portion 67a and the connecting portion 67b are disposed at the distal end 20b of the insertion portion 2b. The connecting portion 68a is electrically connected to the connecting portion 67a, and the connecting portion 68b is electrically connected to the connecting portion 67b. Further, the connection portion 68 a and the connection portion 68 b are electrically connected to the signal detection circuit 37.

信号検出回路37は、電気的素子66から出力された信号を検出する信号検出部である。例えば、信号検出回路37は、電気的素子66に所定の電圧を印加する電圧源と、電気的素子66から出力された電流値を検出する電流検出回路とを有する。CPU36は、信号検出回路37によって検出された信号に基づいて光学アダプタ6bの種類を識別する識別部である。例えば、光学アダプタ6bの種類に応じて電気的素子66の抵抗値が異なるため、所定の電圧が電気的素子66に印加されたときに電気的素子66に流れる電流が光学アダプタ6bの種類に応じて異なる。CPU36は、信号検出回路37によって検出された電流値に基づいて光学アダプタ6bの種類を識別する。   The signal detection circuit 37 is a signal detection unit that detects a signal output from the electrical element 66. For example, the signal detection circuit 37 includes a voltage source that applies a predetermined voltage to the electrical element 66 and a current detection circuit that detects a current value output from the electrical element 66. The CPU 36 is an identification unit that identifies the type of the optical adapter 6 b based on the signal detected by the signal detection circuit 37. For example, since the resistance value of the electrical element 66 differs depending on the type of the optical adapter 6b, the current flowing through the electrical element 66 when a predetermined voltage is applied to the electrical element 66 depends on the type of the optical adapter 6b. Different. The CPU 36 identifies the type of the optical adapter 6b based on the current value detected by the signal detection circuit 37.

本変形例の内視鏡装置1bは、図11に示す手順で動作する。図11を参照して、内視鏡装置1bの動作を説明する。以下では、図5に示す手順と異なる点を説明し、図5に示す手順と同じ点については説明を省略する。   The endoscope apparatus 1b of the present modification operates according to the procedure shown in FIG. The operation of the endoscope apparatus 1b will be described with reference to FIG. Hereinafter, differences from the procedure illustrated in FIG. 5 will be described, and description of the same points as the procedure illustrated in FIG. 5 will be omitted.

ステップS103において、設定されているモードが計測モードである場合、CPU36は、信号検出回路37に信号の検出を行わせ、信号検出回路37によって検出された信号に基づいて光学アダプタ6bの種類を識別する(ステップS301)。光学アダプタ6bの種類が識別された後、CPU36は、光学アダプタ6bの種類が、スペックルパターンの投射に対応したステレオ光学アダプタであるか否かを判定する(ステップS302)。   If the set mode is the measurement mode in step S103, the CPU 36 causes the signal detection circuit 37 to detect the signal and identifies the type of the optical adapter 6b based on the signal detected by the signal detection circuit 37. (Step S301). After the type of the optical adapter 6b is identified, the CPU 36 determines whether or not the type of the optical adapter 6b is a stereo optical adapter corresponding to the speckle pattern projection (step S302).

光学アダプタ6bの種類が、スペックルパターンの投射に対応したステレオ光学アダプタでない場合、例えば光学アダプタ6bの種類が通常のステレオ光学アダプタである場合、ステップS105の処理が行われる。この場合、観察モード時の波長変調制御が計測モード中も継続するため、被写体の表面に投射されるスペックルパターンが低減される。   When the type of the optical adapter 6b is not a stereo optical adapter that supports speckle pattern projection, for example, when the type of the optical adapter 6b is a normal stereo optical adapter, the process of step S105 is performed. In this case, since the wavelength modulation control in the observation mode continues during the measurement mode, the speckle pattern projected on the surface of the subject is reduced.

光学アダプタ6bの種類が、スペックルパターンの投射に対応したステレオ光学アダプタである場合、ステップS104の処理が行われる。この場合、LD32によって生成される光の波長が一定となるように制御が行われるため、被写体の表面に投射されるスペックルパターンは低減されない。   When the type of the optical adapter 6b is a stereo optical adapter that supports speckle pattern projection, the process of step S104 is performed. In this case, since the control is performed so that the wavelength of the light generated by the LD 32 is constant, the speckle pattern projected on the surface of the subject is not reduced.

上記のように、CPU36は、光学アダプタ6bの種類に応じて、計測モード中にスペックルパターンを低減するか否かを決定する。つまり、光学アダプタ6bの種類が、スペックルパターンの投射に対応していないステレオ光学アダプタである場合、CPU36は、被写体の表面に投射されるスペックルパターンを低減する制御を行う。また、光学アダプタ6bの種類が、スペックルパターンの投射に対応したステレオ光学アダプタである場合、CPU36は、被写体の表面にスペックルパターンを投射する制御を行う。   As described above, the CPU 36 determines whether or not to reduce the speckle pattern during the measurement mode according to the type of the optical adapter 6b. That is, when the type of the optical adapter 6b is a stereo optical adapter that does not support speckle pattern projection, the CPU 36 performs control to reduce the speckle pattern projected on the surface of the subject. When the type of the optical adapter 6b is a stereo optical adapter that supports speckle pattern projection, the CPU 36 performs control to project the speckle pattern onto the surface of the subject.

本変形例では、スペックルパターンの投射に対応したステレオ光学アダプタと、スペックルパターンの投射に対応していないステレオ光学アダプタとの間で、機能を優先するか、コストを優先するかに応じて光学アダプタを選択することができる。   In this modification, depending on whether the function is given priority or the cost is given priority between the stereo optical adapter that supports speckle pattern projection and the stereo optical adapter that does not support speckle pattern projection. An optical adapter can be selected.

(第4の変形例)
図2に示す内視鏡装置1を用いて本変形例を説明する。波長可変レーザーを用いて、LD32によって生成される光の波長を変調させる制御を行うことが可能である。
(Fourth modification)
This modification will be described using the endoscope apparatus 1 shown in FIG. It is possible to control to modulate the wavelength of light generated by the LD 32 using a wavelength tunable laser.

本変形例では、光源制御回路33は、LD32によって生成された光の波長を制御することにより回折界スペックルを制御する。例えば、LD32を駆動する電流を変化させることによって、LD32によって生成される光の波長が変化する。したがって、光源制御回路33は、LD32を駆動する電流を制御することにより回折界スペックルを制御する。   In this modification, the light source control circuit 33 controls the diffraction field speckle by controlling the wavelength of the light generated by the LD 32. For example, by changing the current that drives the LD 32, the wavelength of the light generated by the LD 32 changes. Therefore, the light source control circuit 33 controls the diffraction field speckle by controlling the current that drives the LD 32.

光源制御回路33は、観察モード中にLD32によって生成された光の波長の変化の周期を、撮像部21による撮像の露光時間と同じ、または露光時間よりも短くすることにより回折界スペックルを制御する。つまり、光源制御回路33は、観察モード中にLD32を駆動する電流の変化の周期を、撮像部21による撮像の露光時間と同じ、または露光時間よりも短くすることにより回折界スペックルを制御する。   The light source control circuit 33 controls the diffraction field speckle by setting the period of change in the wavelength of the light generated by the LD 32 during the observation mode to be the same as or shorter than the exposure time of imaging by the imaging unit 21. To do. That is, the light source control circuit 33 controls the diffraction field speckles by setting the period of change of the current for driving the LD 32 during the observation mode to be the same as or shorter than the exposure time of imaging by the imaging unit 21. .

観察モード中は、電流の変化に応じて光の波長が高速に変化する。これによって、空間内での干渉位置が変化し、被写体の表面に投射されるスペックルパターンの分布が変動する。この波長変調により、画像内のスペックルパターンの輝度分布が平均化され、スペックルパターンが低減される。   During the observation mode, the wavelength of light changes at a high speed in accordance with the change in current. As a result, the interference position in the space changes, and the distribution of the speckle pattern projected on the surface of the subject fluctuates. By this wavelength modulation, the luminance distribution of the speckle pattern in the image is averaged, and the speckle pattern is reduced.

また、光源制御回路33は、計測モード中にLD32によって生成された光の波長を一定に保つ、または計測モード中にLD32によって生成された光の波長の変化の周期を露光時間よりも長くすることにより回折界スペックルを制御する。つまり、光源制御回路33は、計測モード中にLD32を駆動する電流を一定に保つ、または計測モード中にLD32を駆動する電流の変化の周期を露光時間よりも長くすることにより回折界スペックルを制御する。   Further, the light source control circuit 33 keeps the wavelength of the light generated by the LD 32 during the measurement mode constant, or makes the change period of the wavelength of the light generated by the LD 32 during the measurement mode longer than the exposure time. To control the diffraction field speckle. In other words, the light source control circuit 33 keeps the current for driving the LD 32 constant during the measurement mode, or sets the diffraction field speckle by changing the period of change of the current for driving the LD 32 during the measurement mode longer than the exposure time. Control.

計測モード中は、光の波長が一定となる、または電流の変化に応じて光の波長が観察モード中よりも低速に変化する。これによって、空間内での干渉位置は一定であるか、あまり変化しない。このため、観察モード中よりも画像内のスペックルパターンが目立つ状態で撮像が行われる。   During the measurement mode, the wavelength of the light is constant, or the wavelength of the light changes at a lower speed than in the observation mode in accordance with a change in current. As a result, the interference position in the space is constant or does not change much. For this reason, imaging is performed in a state where the speckle pattern in the image is more conspicuous than in the observation mode.

撮像部21は、電子シャッターにより撮像の露光時間を調整する。内視鏡装置1は、LD32によって生成された光の波長の変化の周期を、電子シャッターのシャッタースピードに応じて決定する周期決定部を有していてもよい。光源制御回路33が周期決定部であってもよい。例えば、光源制御回路33は、LD32を駆動する電流の変化の周期を、電子シャッターのシャッタースピードに応じて決定してもよい。   The imaging unit 21 adjusts the exposure time of imaging with an electronic shutter. The endoscope apparatus 1 may include a period determining unit that determines the period of change in the wavelength of the light generated by the LD 32 according to the shutter speed of the electronic shutter. The light source control circuit 33 may be a period determining unit. For example, the light source control circuit 33 may determine the period of change in the current that drives the LD 32 according to the shutter speed of the electronic shutter.

例えば、以下の制御が行われる。光源制御回路33は、観察モード中にLD32によって生成された光の波長の変化の周期を、電子シャッターのシャッタースピードと同じ、または電子シャッターのシャッタースピードよりも短くすることにより回折界スペックルを制御する。つまり、光源制御回路33は、観察モード中にLD32を駆動する電流の変化の周期を、電子シャッターのシャッタースピードと同じ、または電子シャッターのシャッタースピードよりも短くすることにより回折界スペックルを制御する。   For example, the following control is performed. The light source control circuit 33 controls the diffraction field speckle by setting the period of change in the wavelength of the light generated by the LD 32 during the observation mode to be the same as or shorter than the shutter speed of the electronic shutter. To do. That is, the light source control circuit 33 controls the diffraction field speckle by setting the period of change of the current for driving the LD 32 during the observation mode to be the same as or shorter than the shutter speed of the electronic shutter. .

また、光源制御回路33は、計測モード中にLD32によって生成された光の波長を一定に保つ、または計測モード中にLD32によって生成された光の波長の変化の周期を電子シャッターのシャッタースピードよりも長くすることにより回折界スペックルを制御する。つまり、光源制御回路33は、計測モード中にLD32を駆動する電流を一定に保つ、または計測モード中にLD32によって生成された光の波長の変化の周期を電子シャッターのシャッタースピードよりも長くすることにより回折界スペックルを制御する。   The light source control circuit 33 keeps the wavelength of the light generated by the LD 32 during the measurement mode constant, or sets the period of change in the wavelength of the light generated by the LD 32 during the measurement mode to be higher than the shutter speed of the electronic shutter. The diffraction speckle is controlled by increasing the length. That is, the light source control circuit 33 keeps the current for driving the LD 32 constant during the measurement mode, or makes the period of change in the wavelength of the light generated by the LD 32 during the measurement mode longer than the shutter speed of the electronic shutter. To control the diffraction field speckle.

本変形例のように、電流制御によってLD32の波長を変調することによって、LD32の温度を変調することなく、スペックルパターンを比較的容易に変化させることができる。このため、制御回路を簡素化し、内視鏡装置を安価にすることができる。本変形例では、温度制御素子34と温度制御回路35とは不要である。   As in this modification, by modulating the wavelength of the LD 32 by current control, the speckle pattern can be changed relatively easily without modulating the temperature of the LD 32. For this reason, the control circuit can be simplified and the endoscope apparatus can be made inexpensive. In this modification, the temperature control element 34 and the temperature control circuit 35 are unnecessary.

特開2007−35940号公報に開示されたLDを用いてもよい。例えば、複数の電極を有するLDにおいて、それぞれの電極に加える電流パルスの周期を制御することでスペックルパターンを制御してもよい。   You may use LD disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2007-35940. For example, in an LD having a plurality of electrodes, the speckle pattern may be controlled by controlling the period of a current pulse applied to each electrode.

(第5の変形例)
スペックルパターンを投射するためのコヒーレント光源であるLDから出射された光が光ファイバーに入射する前に光に光路長差を与えることで、光ファイバーから出射される光にランダムな位相分布を与えることができる。
(Fifth modification)
Giving a random phase distribution to the light emitted from the optical fiber by giving an optical path length difference to the light before the light emitted from the LD, which is a coherent light source for projecting the speckle pattern, enters the optical fiber. it can.

図12は、光に光路長差を与えるための光学部材200の構成を示している。光学部材200は図1のコントロールユニット3内に配置される。光学部材200は、レンズ201と、レンズ202と、光路長分散部203と、レンズ204とを有する。LD32から出射された光は、レンズ201とレンズ202とによって平行化される。レンズ202を通過した時点では光束内の位相分布はほぼ一様である。   FIG. 12 shows a configuration of an optical member 200 for giving an optical path length difference to light. The optical member 200 is disposed in the control unit 3 of FIG. The optical member 200 includes a lens 201, a lens 202, an optical path length dispersion unit 203, and a lens 204. The light emitted from the LD 32 is collimated by the lens 201 and the lens 202. When passing through the lens 202, the phase distribution in the light beam is almost uniform.

光路長分散部203は、光の進行方向に垂直な方向に並べられた、長さの異なる複数のロッドレンズを束ねた部材である。レンズ202を通過した光は、複数のロッドレンズのいずれかに入射する。それぞれのロッドレンズの長さが異なるため、ロッドレンズ毎に異なる光路長が光に与えられる。つまり、光路長分散部203を通過した光束内の位置に応じて光路長の差が生じる。この光路長の差によって、光束内に位相分布が生じる。図12では、複数のロッドレンズが長さの順に並んでいるが、各々のロッドレンズの長さが異なっていればよく、複数のロッドレンズの並ぶ順序が規則的である必要はない。   The optical path length dispersion unit 203 is a member in which a plurality of rod lenses having different lengths arranged in a direction perpendicular to the light traveling direction are bundled. The light that has passed through the lens 202 enters one of the plurality of rod lenses. Since each rod lens has a different length, a different optical path length is given to the light for each rod lens. That is, a difference in optical path length occurs depending on the position in the light beam that has passed through the optical path length dispersion unit 203. Due to this difference in optical path length, a phase distribution occurs in the light beam. In FIG. 12, the plurality of rod lenses are arranged in the order of the length, but the length of each rod lens may be different, and the arrangement order of the plurality of rod lenses is not necessarily regular.

レンズ204の焦点205に光ファイバー81の入射端が配置される。光ファイバー81に入射した光は、光ファイバー81によって挿入部2の先端20まで伝送される。挿入部2の先端20から出射される光はランダムな位相分布を持ち、回折界スペックルを生じる。   The incident end of the optical fiber 81 is disposed at the focal point 205 of the lens 204. The light incident on the optical fiber 81 is transmitted to the distal end 20 of the insertion portion 2 by the optical fiber 81. The light emitted from the distal end 20 of the insertion portion 2 has a random phase distribution and produces diffraction field speckles.

光路長分散部203を光の進行方向に垂直な方向に移動させることで、挿入部2の先端20から出射される光の位相分布が変化し、スペックルパターンが変化する。したがって、圧電素子等を用いて光路長分散部203を振動させることで、スペックルパターンが振動する。レンズ202とレンズ204との光軸を中心に光路長分散部203を回転させてもよい。   By moving the optical path length dispersion unit 203 in a direction perpendicular to the light traveling direction, the phase distribution of the light emitted from the distal end 20 of the insertion unit 2 changes, and the speckle pattern changes. Therefore, the speckle pattern vibrates by vibrating the optical path length dispersion unit 203 using a piezoelectric element or the like. The optical path length dispersion unit 203 may be rotated about the optical axis of the lens 202 and the lens 204.

本変形例では、LD32によって生成された光の光路に配置され、LD32によって生成された光の進行方向に垂直な方向の位置に応じて光路長が異なり、LD32によって生成された光に対して、光路長に応じた位相分布を与える光路長分散部203がスペックルパターン発生部となる。また、図12では、振動発生部38と振動制御回路39とが設けられている。振動発生部38と振動制御回路39とはコントロールユニット3内に配置される。   In this modification, the optical path length is different depending on the position in the direction perpendicular to the traveling direction of the light generated by the LD 32 and is disposed in the optical path of the light generated by the LD 32. An optical path length dispersion unit 203 that provides a phase distribution according to the optical path length serves as a speckle pattern generation unit. In FIG. 12, a vibration generator 38 and a vibration control circuit 39 are provided. The vibration generator 38 and the vibration control circuit 39 are disposed in the control unit 3.

振動発生部38は振動を発生し、光路長分散部203に振動を与える。振動制御回路39は振動発生部38を制御する。振動制御回路39は、光路長分散部203を振動させ、振動の周期を制御することにより回折界スペックルを制御するスペックルパターン制御部である。   The vibration generation unit 38 generates vibration and applies vibration to the optical path length dispersion unit 203. The vibration control circuit 39 controls the vibration generator 38. The vibration control circuit 39 is a speckle pattern control unit that controls the diffraction field speckle by vibrating the optical path length dispersion unit 203 and controlling the period of vibration.

振動制御回路39は、観察モード中は、撮像部21による撮像の露光時間と同じ、または露光時間よりも短い周期で光路長分散部203を振動させる。これによって、露光時間内にスペックルパターンの明暗が平均化されるので、スペックルパターンを低減することができる。また、振動制御回路39は、計測モード中は、振動を停止する、または露光時間よりも長い周期で光路長分散部203を振動させる。これによって、露光時間内にスペックルパターンの位相が一定であるか、あまり変化しないので、スペックルパターンを目立たせることができる。   During the observation mode, the vibration control circuit 39 vibrates the optical path length dispersion unit 203 at the same period as the exposure time of imaging by the imaging unit 21 or shorter than the exposure time. Thereby, since the brightness of the speckle pattern is averaged within the exposure time, the speckle pattern can be reduced. Further, during the measurement mode, the vibration control circuit 39 stops the vibration or vibrates the optical path length dispersion unit 203 at a cycle longer than the exposure time. This makes the speckle pattern stand out because the phase of the speckle pattern is constant or does not change much within the exposure time.

(第6の変形例)
図2に示す内視鏡装置1を用いて本変形例を説明する。本変形例では、内視鏡装置1は、計測モード中は、スペックルパターンが常に投射されている状態と、スペックルパターンが低減されている状態とを高速に切り替えることが可能である。また、内視鏡装置1は、スペックルパターンが投射されている状態の画像と、スペックルパターンが低減されている状態の画像との両方を順次撮影する。
(Sixth Modification)
This modification will be described using the endoscope apparatus 1 shown in FIG. In this modification, the endoscope apparatus 1 can switch at high speed between a state in which a speckle pattern is always projected and a state in which the speckle pattern is reduced during the measurement mode. In addition, the endoscope apparatus 1 sequentially captures both an image in a state where the speckle pattern is projected and an image in a state where the speckle pattern is reduced.

本変形例では、スペックルパターン制御部(温度制御回路35等)は、計測モード中に、回折界スペックルによるスペックルパターンが被写体に投射される第1の状態と、被写体に投射されるスペックルパターンが第1の状態よりも低減された第2の状態とが順次切り替わるように回折界スペックルを制御する。撮像部21は、第1の状態と第2の状態とのそれぞれで撮像を行う。   In the present modification, the speckle pattern control unit (the temperature control circuit 35 or the like) has a first state in which the speckle pattern by the diffraction field speckle is projected onto the subject and the spec projected on the subject during the measurement mode. The diffraction field speckles are controlled so that the second state in which the pattern is reduced from the first state is sequentially switched. The imaging unit 21 performs imaging in each of the first state and the second state.

例えば、第1の状態では、スペックルパターン制御部は、LD32によって生成された光の波長を一定に保つ、またはLD32によって生成された光の波長の変化の周期を撮像部21による撮像の露光時間よりも長くする。また、第2の状態では、スペックルパターン制御部は、LD32によって生成された光の波長の変化の周期を露光時間と同じ、または露光時間よりも短くする。   For example, in the first state, the speckle pattern control unit keeps the wavelength of the light generated by the LD 32 constant, or sets the period of change in the wavelength of the light generated by the LD 32 to the exposure time for imaging by the imaging unit 21. Longer than. In the second state, the speckle pattern control unit makes the change period of the wavelength of the light generated by the LD 32 the same as the exposure time or shorter than the exposure time.

映像処理回路31は、第2の状態で生成された画像データを表示部5に出力する。これによって、計測モード中にユーザが被写体を観察するための画像は、スペックルパターンが低減された状態で撮影された画像となる。このため、被写体自身の模様等がスペックルパターンによって邪魔されることなく、被写体を観察することができる。   The video processing circuit 31 outputs the image data generated in the second state to the display unit 5. As a result, the image for the user to observe the subject during the measurement mode is an image taken with the speckle pattern reduced. Therefore, the subject can be observed without disturbing the subject's own pattern or the like by the speckle pattern.

一方、CPU36は、第1の状態で生成された画像データを映像処理回路31から取り込み、その画像データに基づいて被写体の3次元形状を算出する。スペックルパターンが投射されている状態で撮影された画像に基づいて3次元計測が行われるので、マッチング精度が向上する。   On the other hand, the CPU 36 takes in the image data generated in the first state from the video processing circuit 31, and calculates the three-dimensional shape of the subject based on the image data. Since the three-dimensional measurement is performed based on the image photographed with the speckle pattern being projected, the matching accuracy is improved.

ユーザは、第2の状態で撮影された画像を確認した後、計測したい部分の位置を、操作部4を介して指定する。CPU36は、第1の状態で生成された画像データを用いて、ユーザによって指定された位置の画像座標に対応する3次元座標を算出する。   After confirming the image captured in the second state, the user designates the position of the part to be measured via the operation unit 4. The CPU 36 calculates three-dimensional coordinates corresponding to the image coordinates at the position specified by the user, using the image data generated in the first state.

スペックルパターン制御部は、1フレーム毎に第1の状態と第2の状態とを切り替えてもよい。これによって、スペックルパターンが投射されている状態の画像と、スペックルパターンが低減された状態の画像との撮影の時間差を極力抑えることができる。また、ユーザが操作部4を介して指示を入力するまではスペックルパターン制御部が第2の状態に係る制御を行い、ユーザが操作部4を介して指示を入力した場合にスペックルパターン制御部が第1の状態に係る制御を行ってもよい。   The speckle pattern control unit may switch between the first state and the second state for each frame. Thereby, it is possible to suppress as much as possible the photographing time difference between the image in which the speckle pattern is projected and the image in which the speckle pattern is reduced. Further, the speckle pattern control unit performs control according to the second state until the user inputs an instruction via the operation unit 4, and the speckle pattern control is performed when the user inputs an instruction via the operation unit 4. The unit may perform control according to the first state.

本変形例では、計測モード中にスペックルパターンが低減された画像が表示されるので、ユーザが、計測したい部分を、より観察しやすい状態で観察することができる。また、スペックルパターンが投射された画像を用いて3次元計測を行うので、被写体の3次元形状をより正確に復元することができる。   In this modification, an image in which the speckle pattern is reduced is displayed during the measurement mode, so that the user can observe the portion to be measured in a state where it is easier to observe. Further, since the three-dimensional measurement is performed using the image on which the speckle pattern is projected, the three-dimensional shape of the subject can be restored more accurately.

(第7の変形例)
図13は、本変形例の内視鏡装置1cの構成を示している。以下では、図2に示す内視鏡装置1と、図13に示す内視鏡装置1cとの構成の違いを説明する。図13に示すように、内視鏡装置1cは、挿入部2cと、コントロールユニット3cと、操作部4と、表示部5とを有する。コントロールユニット3cは、撮像制御部30と、映像処理回路31と、LD32と、光源制御回路33と、温度制御素子34と、温度制御回路35と、CPU36と、振動制御回路39とを有する。
(Seventh Modification)
FIG. 13 shows a configuration of an endoscope apparatus 1c according to this modification. Hereinafter, the difference in configuration between the endoscope apparatus 1 illustrated in FIG. 2 and the endoscope apparatus 1c illustrated in FIG. 13 will be described. As shown in FIG. 13, the endoscope apparatus 1 c includes an insertion unit 2 c, a control unit 3 c, an operation unit 4, and a display unit 5. The control unit 3 c includes an imaging control unit 30, a video processing circuit 31, an LD 32, a light source control circuit 33, a temperature control element 34, a temperature control circuit 35, a CPU 36, and a vibration control circuit 39.

蛍光体22は、LD32によって生成された光を、複数の色成分に対応する光に変換する波長変換部であると共に、LD32によって生成された光に対して、空間的にランダムな回折界スペックルを発生させるスペックルパターン発生部である。したがって、圧電素子等を用いて蛍光体22を振動させることで、スペックルパターンが振動する。   The phosphor 22 is a wavelength conversion unit that converts the light generated by the LD 32 into light corresponding to a plurality of color components, and spatially random diffraction field speckles with respect to the light generated by the LD 32. This is a speckle pattern generation unit that generates Accordingly, the speckle pattern vibrates by vibrating the phosphor 22 using a piezoelectric element or the like.

振動発生部23が挿入部2cの先端20cに配置されている。振動発生部23は、挿入部2cおよびコントロールユニット3c内に配置された信号線83によって振動制御回路39と接続されている。   The vibration generating part 23 is disposed at the distal end 20c of the insertion part 2c. The vibration generating unit 23 is connected to the vibration control circuit 39 by a signal line 83 arranged in the insertion unit 2c and the control unit 3c.

振動発生部23は振動を発生し、蛍光体22に振動を与える。振動制御回路39は振動発生部23を制御する。振動制御回路39は、蛍光体22を振動させ、振動の周期を制御することにより回折界スペックルを制御するスペックルパターン制御部である。   The vibration generating unit 23 generates vibration and applies vibration to the phosphor 22. The vibration control circuit 39 controls the vibration generator 23. The vibration control circuit 39 is a speckle pattern control unit that controls the diffraction field speckle by vibrating the phosphor 22 and controlling the period of vibration.

振動制御回路39は、観察モード中は、撮像部21による撮像の露光時間と同じ、または露光時間よりも短い周期で蛍光体22を振動させる。これによって、露光時間内にスペックルパターンの明暗が平均化されるので、スペックルパターンを低減することができる。また、振動制御回路39は、計測モード中は、振動を停止する、または露光時間よりも長い周期で蛍光体22を振動させる。これによって、露光時間内にスペックルパターンの位相が一定であるか、あまり変化しないので、スペックルパターンを目立たせることができる。   During the observation mode, the vibration control circuit 39 vibrates the phosphor 22 at a cycle that is the same as or shorter than the exposure time of imaging by the imaging unit 21. Thereby, since the brightness of the speckle pattern is averaged within the exposure time, the speckle pattern can be reduced. Further, during the measurement mode, the vibration control circuit 39 stops the vibration or vibrates the phosphor 22 at a cycle longer than the exposure time. This makes the speckle pattern stand out because the phase of the speckle pattern is constant or does not change much within the exposure time.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above-described embodiments, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. .

1,1a,1b,1c 内視鏡装置
2,2a,2b,2c 挿入部
3,3a,3b,3c コントロールユニット
4 操作部
5 表示部
6,6a,6b 光学アダプタ
20,20a,20b,20c 先端
21 撮像部
22 蛍光体
23,38 振動発生部
30 撮像制御部
31 映像処理回路
32 LD
33 光源制御回路
34 温度制御素子
35 温度制御回路
36 CPU
37 信号検出回路
39 振動制御回路
60,60a,60b 対物レンズ
61 配光調節光学系
66 電気的素子
67a,67b,68a,68b 接続部
200 光学部材
201,202,204 レンズ
203 光路長分散部
1, 1a, 1b, 1c Endoscopic device 2, 2a, 2b, 2c Insertion unit 3, 3a, 3b, 3c Control unit 4 Operation unit 5 Display unit 6, 6a, 6b Optical adapter 20, 20a, 20b, 20c 21 Imaging Unit 22 Phosphor 23, 38 Vibration Generation Unit 30 Imaging Control Unit 31 Video Processing Circuit 32 LD
33 Light source control circuit 34 Temperature control element 35 Temperature control circuit 36 CPU
37 signal detection circuit 39 vibration control circuit 60, 60a, 60b objective lens 61 light distribution adjusting optical system 66 electrical element 67a, 67b, 68a, 68b connection part 200 optical member 201, 202, 204 lens 203 optical path length dispersion part

Claims (14)

コヒーレントな光を生成する半導体光源と、
前記半導体光源を制御する光源制御部と、
物体の内部の被写体を複数の視点から撮像し、前記被写体の複数の像の画像データを生成する撮像部と、
計測モード中に生成された前記画像データに基づいて前記被写体の3次元形状を算出する演算部と、
観察モード中に生成された前記画像データに基づく画像を前記観察モード中に表示する表示部と、
前記物体の内部に挿入される挿入部であって、前記撮像部が配置され、前記半導体光源によって生成された光を前記挿入部の先端から前記被写体に投射する、または前記半導体光源によって生成された光を、前記先端に装着された光学アダプタを介して前記被写体に投射する前記挿入部と、
前記半導体光源によって生成された光に対して、空間的にランダムな回折界スペックルを発生させるスペックルパターン発生部と、
前記計測モード中に、前記回折界スペックルによるスペックルパターンが前記被写体に投射され、前記観察モード中に、前記被写体に投射される前記スペックルパターンが前記計測モード中よりも低減するように前記回折界スペックルを制御するスペックルパターン制御部と、
を有する内視鏡装置。
A semiconductor light source that generates coherent light;
A light source control unit for controlling the semiconductor light source;
An imaging unit that images a subject inside an object from a plurality of viewpoints and generates image data of a plurality of images of the subject;
A calculation unit that calculates a three-dimensional shape of the subject based on the image data generated during the measurement mode;
A display unit for displaying an image based on the image data generated during the observation mode during the observation mode;
An insertion unit that is inserted into the object, wherein the imaging unit is disposed, and the light generated by the semiconductor light source is projected onto the subject from the tip of the insertion unit, or generated by the semiconductor light source The insertion unit that projects light onto the subject via an optical adapter attached to the tip; and
A speckle pattern generator that generates spatially random diffraction field speckles for the light generated by the semiconductor light source;
The speckle pattern by the diffraction field speckle is projected onto the subject during the measurement mode, and the speckle pattern projected onto the subject is reduced during the observation mode as compared to during the measurement mode. A speckle pattern control unit for controlling diffraction field speckles;
An endoscope apparatus having
前記スペックルパターン制御部は、前記観察モード中に、前記撮像部による撮像の露光時間と同じ、または前記露光時間よりも短い周期で空間内の前記回折界スペックルの分布が変化するように前記回折界スペックルを制御する請求項1に記載の内視鏡装置。   The speckle pattern control unit is configured so that, during the observation mode, the diffraction field speckle distribution in the space changes in a cycle that is the same as or shorter than the exposure time of imaging by the imaging unit. The endoscope apparatus according to claim 1, which controls diffraction field speckles. 前記挿入部の前記先端に配置され、前記半導体光源によって生成された光を前記被写体に投射する範囲を調節する配光調節光学系をさらに有する請求項1に記載の内視鏡装置。   The endoscope apparatus according to claim 1, further comprising a light distribution adjustment optical system that is disposed at the distal end of the insertion portion and adjusts a range in which light generated by the semiconductor light source is projected onto the subject. 前記半導体光源によって生成された光を、複数の色成分に対応する光に変換する波長変換部と、
前記画像データから、前記半導体光源によって生成された光に含まれる色成分の波長に最も近い波長の色成分のデータを抽出する抽出部と、
をさらに有し、
前記演算部は、前記抽出部によって抽出されたデータに基づいて前記被写体の3次元形状を算出する請求項1に記載の内視鏡装置。
A wavelength converter that converts light generated by the semiconductor light source into light corresponding to a plurality of color components;
An extraction unit that extracts, from the image data, color component data having a wavelength closest to the wavelength of the color component included in the light generated by the semiconductor light source;
Further comprising
The endoscope apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit calculates a three-dimensional shape of the subject based on the data extracted by the extraction unit.
前記スペックルパターン制御部は、前記計測モード中に、前記回折界スペックルによるスペックルパターンが前記被写体に投射される第1の状態と、前記被写体に投射される前記スペックルパターンが前記第1の状態よりも低減された第2の状態とが順次切り替わるように前記回折界スペックルを制御し、
前記撮像部は、前記第1の状態と前記第2の状態とのそれぞれで撮像を行う請求項1に記載の内視鏡装置。
The speckle pattern control unit includes a first state in which a speckle pattern by the diffraction field speckle is projected onto the subject during the measurement mode, and the speckle pattern projected onto the subject is the first state. Controlling the diffracted field speckles so as to sequentially switch to the second state reduced from the state of
The endoscope apparatus according to claim 1, wherein the imaging unit performs imaging in each of the first state and the second state.
前記被写体を複数の視点から見た複数の像を形成する対物レンズと、前記半導体光源によって生成された光を前記被写体に投射する範囲を調節する配光調節光学系とを有する前記光学アダプタを前記挿入部の前記先端に装着すること、および前記先端に装着された前記光学アダプタを前記先端から取り外すことが可能である請求項1に記載の内視鏡装置。   The optical adapter comprising: an objective lens that forms a plurality of images when the subject is viewed from a plurality of viewpoints; and a light distribution adjustment optical system that adjusts a range in which light generated by the semiconductor light source is projected onto the subject. The endoscope apparatus according to claim 1, wherein the endoscope apparatus can be attached to the distal end of the insertion portion, and the optical adapter attached to the distal end can be detached from the distal end. 前記光学アダプタは、前記光学アダプタの種類に応じた電気特性を有する電気的素子と、前記挿入部の前記先端と電気的に接続する第1の接続部と、をさらに有し、
前記挿入部の前記先端に配置され、前記第1の接続部と電気的に接続する第2の接続部と、
前記電気的素子から出力された信号を検出する信号検出部と、
前記信号検出部によって検出された信号に基づいて前記光学アダプタの種類を識別する識別部と、
をさらに有する請求項1に記載の内視鏡装置。
The optical adapter further includes an electrical element having electrical characteristics corresponding to the type of the optical adapter, and a first connection portion that is electrically connected to the distal end of the insertion portion,
A second connection portion disposed at the tip of the insertion portion and electrically connected to the first connection portion;
A signal detector for detecting a signal output from the electrical element;
An identification unit for identifying the type of the optical adapter based on the signal detected by the signal detection unit;
The endoscope apparatus according to claim 1, further comprising:
前記スペックルパターン制御部は前記光源制御部であり、
前記光源制御部は、前記半導体光源によって生成された光の波長を制御することにより前記回折界スペックルを制御する請求項1に記載の内視鏡装置。
The speckle pattern control unit is the light source control unit,
The endoscope apparatus according to claim 1, wherein the light source control unit controls the diffraction field speckle by controlling a wavelength of light generated by the semiconductor light source.
前記光源制御部は、前記観察モード中に前記半導体光源によって生成された光の波長の変化の周期を、前記撮像部による撮像の露光時間と同じ、または前記露光時間よりも短くし、前記計測モード中に前記半導体光源によって生成された光の波長を一定に保つ、または前記計測モード中に前記半導体光源によって生成された光の波長の変化の周期を前記露光時間よりも長くすることにより前記回折界スペックルを制御する請求項8に記載の内視鏡装置。   The light source control unit sets a period of change in wavelength of light generated by the semiconductor light source during the observation mode to be equal to or shorter than an exposure time of imaging by the imaging unit, and the measurement mode The wavelength of the light generated by the semiconductor light source during the measurement mode is kept constant, or the period of change of the wavelength of the light generated by the semiconductor light source during the measurement mode is made longer than the exposure time. The endoscope apparatus according to claim 8, which controls speckles. 前記撮像部は、電子シャッターにより撮像の露光時間を調整し、
前記半導体光源によって生成された光の波長の変化の周期を、前記電子シャッターのシャッタースピードに応じて決定する周期決定部をさらに有する請求項9に記載の内視鏡装置。
The imaging unit adjusts the exposure time of imaging with an electronic shutter,
The endoscope apparatus according to claim 9, further comprising a period determining unit that determines a period of change in wavelength of light generated by the semiconductor light source according to a shutter speed of the electronic shutter.
前記光源制御部は、前記半導体光源を駆動する電流を制御することにより前記回折界スペックルを制御する請求項8に記載の内視鏡装置。   The endoscope apparatus according to claim 8, wherein the light source control unit controls the diffraction field speckle by controlling a current for driving the semiconductor light source. 前記スペックルパターン制御部は、前記半導体光源の温度を制御することにより前記回折界スペックルを制御する請求項1に記載の内視鏡装置。   The endoscope apparatus according to claim 1, wherein the speckle pattern control unit controls the diffraction field speckle by controlling a temperature of the semiconductor light source. 前記スペックルパターン発生部は、前記半導体光源によって生成された光の光路に配置され、前記半導体光源によって生成された光の進行方向に垂直な方向の位置に応じて光路長が異なり、前記半導体光源によって生成された光に対して、前記光路長に応じた位相分布を与える光路長分散部を有し、
前記スペックルパターン制御部は、前記光路長分散部を振動させ、振動の周期を制御することにより前記回折界スペックルを制御する請求項1に記載の内視鏡装置。
The speckle pattern generation unit is disposed in an optical path of light generated by the semiconductor light source, and an optical path length varies depending on a position in a direction perpendicular to a traveling direction of the light generated by the semiconductor light source. An optical path length dispersion unit that gives a phase distribution corresponding to the optical path length to the light generated by
The endoscope apparatus according to claim 1, wherein the speckle pattern control unit controls the diffraction field speckle by vibrating the optical path length dispersion unit and controlling a period of vibration.
前記スペックルパターン発生部は、前記半導体光源によって生成された光を、複数の色成分に対応する光に変換する波長変換部を有し、
前記スペックルパターン制御部は、前記波長変換部を振動させ、振動の周期を制御することにより前記回折界スペックルを制御する請求項1に記載の内視鏡装置。
The speckle pattern generation unit includes a wavelength conversion unit that converts light generated by the semiconductor light source into light corresponding to a plurality of color components,
The endoscope apparatus according to claim 1, wherein the speckle pattern control unit controls the diffraction field speckle by vibrating the wavelength conversion unit and controlling a period of vibration.
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