JP6548431B2 - ステレオ計測用柄投影光学系及びそれを備えたステレオ計測内視鏡装置 - Google Patents
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本発明は、内視鏡装置に備わるステレオ計測光学系を介して物体の３次元計測を行う際に、特徴点のない物体面を特徴付けるためのステレオ計測用柄投影光学系及びそれを備えたステレオ計測内視鏡装置に関する。
一般に、物体を３次元計測するステレオ計測光学系には、例えば、一対の観察光学系を介して視差のある左右の物体面の像を撮像し、撮像した画像における物体面の特徴点に着目し、左右の画像における特徴点のズレ量から、物体空間での３次元座標を計算して、測定を行う、受動型ステレオ計測方法を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。
しかし、特許文献１記載のような受動型ステレオ計測方法を用いたステレオ計測光学系には、物体面に特徴点がないと計測ができないという問題点がある。例えば、無地の湾曲した曲面の形状等は、曲面が無地であって特徴点がないため、計測が難しい。
しかし、特許文献１記載のような受動型ステレオ計測方法を用いたステレオ計測光学系には、物体面に特徴点がないと計測ができないという問題点がある。例えば、無地の湾曲した曲面の形状等は、曲面が無地であって特徴点がないため、計測が難しい。
しかるに、従来、特徴点のない物体を３次元計測するための手法として、カメラと光を発するプロジェクタを用いて三角測量する、能動型ステレオ計測方法がある。能動型三角測量方法としては、物体面にスポットを投影し、そのスポットを順次操作させ、その撮像面での移動軌跡から計測を行う方法（例えば、特許文献２参照）や、物体面全面に縞を投影し、その縞の変形度合いから物体面の形状を測定する方法（例えば、特許文献３参照）がある。
しかしながら、特許文献２に記載の方法は、画像の撮像回数が多く、操作に時間が掛かるため、移動する物体を３次元計測することができない。
また、特許文献３に記載の方法は、縞の明暗位相の反転が必要で、１ショット画像を用いて物体を３次元計測することができない。
また、特許文献３に記載の方法は、縞の明暗位相の反転が必要で、１ショット画像を用いて物体を３次元計測することができない。
このように、従来の３次元計測では、物体面に特徴点がない場合、１ショット画像を用いて３次元計測することができなかった。
また、ステレオ計測光学系を備えた内視鏡装置では、ステレオ計測光学系の一部を構成する一対の観察光学系が内視鏡先端部に備えられているが、内視鏡先端部は、生体への負担を鑑みて極力、小型化することが必要であり、一対の観察光学系や照明光学系の他には配置スペースをとることが難しい。
また、工業用途では、さらなる細径化が望まれているので、医療用途等と同様、配置スペースをとるのが難しい。
また、工業用途では、さらなる細径化が望まれているので、医療用途等と同様、配置スペースをとるのが難しい。
本発明の幾つかの態様によれば、上記従来の課題を解決するために提案されたものであり、ステレオ計測光学系を備えた内視鏡装置において、物体面に特徴点が無くても、１ショット画像を用いて３次元計測でき、且つ、内視鏡先端部を小型・省スペース化可能なステレオ計測用柄投影光学系及びそれを備えたステレオ計測内視鏡装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明の一態様によるステレオ計測用柄投影光学系は、左右視差での観察画像の位置ズレ量を用いて物体の３次元計測を行う内視鏡装置に備わるステレオ計測光学系が計測対象とする観察視野範囲に、柄を投影するステレオ計測用柄投影光学系であって、前記柄投影光学系は、高コントラスト、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有し、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影でき、物体を照明する通常照明光学系と多重化され、柄の投影と通常照明とを切り替え可能に構成された柄投影手段を備えてなり、前記柄投影手段は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を導光するレーザ光導光用ファイバ束と、前記レーザ光導光用ファイバ束の周囲に配置され通常照明を行うための白色光源からの白色光を導光する白色光導光用ファイバ束とを束ねてなるライトガイドと、前記ライトガイドの出射端側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、該ライトガイドから出射した光を導光する光学部材と、前記ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の出射端側に、前記レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光を複数の点状のレーザ光に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなり、前記マイクロプリズムの横方向の配列が、二次元座標上の横軸に対して傾く向きに配置されたマイクロプリズムアレイとからなる。
また、本発明の他の態様によるステレオ計測用柄投影光学系は、左右視差での観察画像の位置ズレ量を用いて物体の３次元計測を行う内視鏡装置に備わるステレオ計測光学系が計測対象とする観察視野範囲に、柄を投影するステレオ計測用柄投影光学系であって、前記柄投影光学系は、高コントラスト、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有し、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影でき、物体を照明する通常照明光学系と多重化され、柄の投影と通常照明とを切り替え可能に構成された柄投影手段を備えてなり、前記柄投影手段は、特定波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光の光路と通常照明を行うための白色光源からの白色光の光路を共通の光路に統合するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタからの光を導光するライトガイドと、前記ライトガイドの出射端側に配置され、前記特定波長を反射しその他の波長の光を透過する特性を備えた反射面に複数のピンホールが配列されてなるピンホール付き特定波長反射部材と、前記ピンホール付き特定波長反射部材の光通過側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、該ピンホール付き特定波長反射部材を通過した光を導光する光学部材と、前記ピンホール付き特定波長反射部材を通過した光を導光する光学部材の出射端側に、前記ライトガイドから出射し前記ピンホール付き特定波長反射部材のピンホールを通過した複数の点状の光の夫々を複数の光に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなり、前記ピンホールの横方向の配列に対する前記マイクロプリズムの横方向の配列が傾くように配置されたマイクロプリズムアレイとからなる。
また、本発明のさらに他の態様によるステレオ計測用柄投影光学系は、左右視差での観察画像の位置ズレ量を用いて物体の３次元計測を行う内視鏡装置に備わるステレオ計測光学系が計測対象とする観察視野範囲に、柄を投影するステレオ計測用柄投影光学系であって、前記柄投影光学系は、高コントラスト、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有し、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影でき、物体を照明する通常照明光学系と多重化され、柄の投影と通常照明とを切り替え可能に構成された柄投影手段を備えてなり、前記柄投影手段は、通常照明を行うための白色光源から出射された白色光線を平行にする第１のレンズと、前記第１のレンズによって平行となっている白色光線の光路上に挿脱可能に配置され、入射する前記白色光の一部を遮光して模様を形成する遮光部材と、前記遮光部材の通過側に配置され、該遮光部材により形成された模様を結像する第２のレンズと、前記第２のレンズの結像位置に配置され、前記の遮光部材を通過した光を導光するライトガイドと、前記ライトガイドの出射端側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、該ライトガイドから出射した光を導光する光学部材と、前記ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の出射端側に、前記ライトガイドから出射した模様の像を複数の模様の像に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなり、前記マイクロプリズムの横方向の配列が二次元座標上の横軸に対して傾く向きに配置されたマイクロプリズムアレイとからなる。
また、本発明の他の態様によるステレオ計測用柄投影光学系は、左右視差での観察画像の位置ズレ量を用いて物体の３次元計測を行う内視鏡装置に備わるステレオ計測光学系が計測対象とする観察視野範囲に、柄を投影するステレオ計測用柄投影光学系であって、前記柄投影光学系は、高コントラスト、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有し、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影でき、物体を照明する通常照明光学系と多重化され、柄の投影と通常照明とを切り替え可能に構成された柄投影手段を備えてなり、前記柄投影手段は、特定波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光の光路と通常照明を行うための白色光源からの白色光の光路を共通の光路に統合するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタからの光を導光するライトガイドと、前記ライトガイドの出射端側に配置され、前記特定波長を反射しその他の波長の光を透過する特性を備えた反射面に複数のピンホールが配列されてなるピンホール付き特定波長反射部材と、前記ピンホール付き特定波長反射部材の光通過側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、該ピンホール付き特定波長反射部材を通過した光を導光する光学部材と、前記ピンホール付き特定波長反射部材を通過した光を導光する光学部材の出射端側に、前記ライトガイドから出射し前記ピンホール付き特定波長反射部材のピンホールを通過した複数の点状の光の夫々を複数の光に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなり、前記ピンホールの横方向の配列に対する前記マイクロプリズムの横方向の配列が傾くように配置されたマイクロプリズムアレイとからなる。
また、本発明のさらに他の態様によるステレオ計測用柄投影光学系は、左右視差での観察画像の位置ズレ量を用いて物体の３次元計測を行う内視鏡装置に備わるステレオ計測光学系が計測対象とする観察視野範囲に、柄を投影するステレオ計測用柄投影光学系であって、前記柄投影光学系は、高コントラスト、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有し、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影でき、物体を照明する通常照明光学系と多重化され、柄の投影と通常照明とを切り替え可能に構成された柄投影手段を備えてなり、前記柄投影手段は、通常照明を行うための白色光源から出射された白色光線を平行にする第１のレンズと、前記第１のレンズによって平行となっている白色光線の光路上に挿脱可能に配置され、入射する前記白色光の一部を遮光して模様を形成する遮光部材と、前記遮光部材の通過側に配置され、該遮光部材により形成された模様を結像する第２のレンズと、前記第２のレンズの結像位置に配置され、前記の遮光部材を通過した光を導光するライトガイドと、前記ライトガイドの出射端側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、該ライトガイドから出射した光を導光する光学部材と、前記ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の出射端側に、前記ライトガイドから出射した模様の像を複数の模様の像に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなり、前記マイクロプリズムの横方向の配列が二次元座標上の横軸に対して傾く向きに配置されたマイクロプリズムアレイとからなる。
また、本発明の一態様によるステレオ計測内視鏡装置は、本発明の一態様又は他の態様によるステレオ計測用柄投影光学系を内視鏡先端部に備えている。
本発明によれば、ステレオ計測光学系を備えた内視鏡装置において、物体面に特徴点が無くても、１ショット画像を用いて３次元計測でき、且つ、内視鏡先端部を小型・省スペース化可能なステレオ計測用柄投影光学系及びそれを備えたステレオ計測内視鏡装置が得られる。
以下、本発明の実施形態について、説明する。なお、以下に説明する実施の形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下の実施形態で説明する構成の全てが、本発明における必須の構成要件であるとは限らない。
本発明の実施形態のステレオ計測用柄投影光学系は、左右視差での観察画像の位置ズレ量を用いて物体の３次元計測を行う内視鏡装置に備わるステレオ計測光学系が計測対象とする観察視野範囲に、柄を投影するステレオ計測用柄投影光学系であって、前記柄投影光学系は、高コントラスト、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有し、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影でき、物体を照明する通常照明光学系と多重化され、柄の投影と通常照明とを切り替え可能に構成された柄投影手段を備えてなる。
本発明の実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、高コントラスト、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有し、ステレオ視差方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影可能な柄投影手段を備えれば、物体面に特徴点がなくても、物体面に投影される柄を特徴点とすることができる。その結果、３次元計測光学系を介して視差のある左右の観察画像における所定の柄を特徴点として用い、特徴点からの位置ずれ量を取得することによって、物体面に特徴点のない物体であっても、左右それぞれの１ショット画像を用いた３次元計測をすることができる。
また、本発明の実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、物体を照明する通常照明光学系と多重化され、柄の投影と通常照明とを切り替え可能に構成された柄投影手段を備えれば、スペースを共有化でき、内視鏡先端部を小型・省スペース化できる。そして、例えば、特徴点のある物体を３次元計測する場合や通常観察を行う場合には通常照明の照明光を物体に照射し、特徴点の無い物体を３次元計測する場合には物体に対し柄の投影を行う等、必要に応じて、通常照明と柄投影とを切り替えることができる。
そして、本発明の実施形態のステレオ計測用柄投影光学系では、柄投影手段の具体的な構成に応じて、次のような具体的な作用効果を奏する。
本発明の一態様による実施形態のステレオ計測用柄投影光学系においては、前記柄投影手段は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を導光するレーザ光導光用ファイバ束と、前記レーザ光導光用ファイバ束の周囲に配置され通常照明を行うための白色光源からの白色光を導光する白色光導光用ファイバ束とを束ねてなるライトガイドと、前記ライトガイドの出射端側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、該ライトガイドから出射した光を導光する光学部材と、前記光学部材の出射端側に、前記レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光を複数の点状のレーザ光に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなり、前記マイクロプリズムの横方向の配列が、二次元座標上の横軸に対して傾く向きに配置されたマイクロプリズムアレイとから構成されている。
本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が、レーザ光導光用ファイバ束の周囲に白色光導光用ファイバ束を束ねてなるライトガイドを備えれば、柄投影光学系を通常照明光学系と多重化してスペースを共有化でき、内視鏡先端部を小型・省スペース化できる。また、レーザ光源と白色光源のＯＮ・ＯＦＦにより柄の投影と通常照明とを切り替えることができる。
また、本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材を備えれば、光量のロスなく十分な明るさの柄投影、通常照明を行うことが可能となる。なお、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材としては、ロッド棒や、単ファイバが挙げられる。
また、本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の出射端側に、レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光を複数の点状のレーザ光に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなるマイクロプリズムアレイを備えれば、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有する柄の配列を投影することが可能となる。
また、本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が、マイクロプリズムの横方向の配列が、二次元座標上の横軸に対して傾く向きに配置されたマイクロプリズムアレイを備えれば、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影することが可能となる。但し、柄の配列は縦横の格子状配列にはこだわらず、３方向の柄の配列でも良いし、その他の並びの配列でも良い。
また、本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が柄投影に用いる光としてレーザ光を用いるようにすれば、マイクロプリズムアレイを介して分離・拡散させることで高コントラストの柄を投影することができる。
また、本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材を備えれば、光量のロスなく十分な明るさの柄投影、通常照明を行うことが可能となる。なお、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材としては、ロッド棒や、単ファイバが挙げられる。
また、本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の出射端側に、レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光を複数の点状のレーザ光に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなるマイクロプリズムアレイを備えれば、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有する柄の配列を投影することが可能となる。
また、本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が、マイクロプリズムの横方向の配列が、二次元座標上の横軸に対して傾く向きに配置されたマイクロプリズムアレイを備えれば、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影することが可能となる。但し、柄の配列は縦横の格子状配列にはこだわらず、３方向の柄の配列でも良いし、その他の並びの配列でも良い。
また、本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が柄投影に用いる光としてレーザ光を用いるようにすれば、マイクロプリズムアレイを介して分離・拡散させることで高コントラストの柄を投影することができる。
また、本発明の実施形態のステレオ計測用柄投影光学系においては、好ましくは、前記レーザ光導光用ファイバ束又は該レーザ光導光用ファイバ束における各光ファイバの大きさと前記マイクロプリズムアレイにおける各マイクロプリズムの大きさとが略等しくなるように構成されている。
このようにすれば、レーザ光導光用ファイバ束又はレーザ光導光用ファイバ束における各光ファイバからのレーザ光を、マイクロプリズムアレイで、高コントラストで、且つ、柄を最大限に細かく投影できるという意味で、効率よく、分散・拡大できる。
なお、本発明におけるレーザ光導光用ファイバ束又はレーザ光導光用ファイバ束における各光ファイバの大きさとマイクロプリズムアレイにおける各マイクロプリズムの大きさとが「大きさが略等しい」とは、互いの大きさの比が１／１０〜１〜１０倍程度の範囲におさまっていることを意味している。実際には、互いの大きさが数十ミクロン〜数ミクロンの範囲にあることを意味している。
このようにすれば、レーザ光導光用ファイバ束又はレーザ光導光用ファイバ束における各光ファイバからのレーザ光を、マイクロプリズムアレイで、高コントラストで、且つ、柄を最大限に細かく投影できるという意味で、効率よく、分散・拡大できる。
なお、本発明におけるレーザ光導光用ファイバ束又はレーザ光導光用ファイバ束における各光ファイバの大きさとマイクロプリズムアレイにおける各マイクロプリズムの大きさとが「大きさが略等しい」とは、互いの大きさの比が１／１０〜１〜１０倍程度の範囲におさまっていることを意味している。実際には、互いの大きさが数十ミクロン〜数ミクロンの範囲にあることを意味している。
また、本発明の実施形態のステレオ計測用柄投影光学系においては、好ましくは、前記ライトガイドから出射した光を導光する光学部材が、対称面を２つ以上有し且つ光軸を含む断面が対称な柱体形状に形成されている。
このようにすれば、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材から出射する光の方向の偏りを防ぐことができ、物体面に対しムラなく均一に模様の配列を投影することができる。
なお、本願における対称面を２つ以上有し且つ光軸を含む断面が対称な柱体形状としては、多角柱形状や円柱形状が挙げられる。
このようにすれば、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材から出射する光の方向の偏りを防ぐことができ、物体面に対しムラなく均一に模様の配列を投影することができる。
なお、本願における対称面を２つ以上有し且つ光軸を含む断面が対称な柱体形状としては、多角柱形状や円柱形状が挙げられる。
また、本発明の実施形態のステレオ計測用柄投影光学系においては、好ましくは、前記レーザ光導光用ファイバ束が、単一のファイバからなる。
このようにすれば、レーザ光の伝送損失を抑えて、より十分な明るさの柄の投影光を投影できる。
このようにすれば、レーザ光の伝送損失を抑えて、より十分な明るさの柄の投影光を投影できる。
また、本発明の実施形態のステレオ計測用柄投影光学系においては、好ましくは、前記レーザ光導光用ファイバ束が、低開口数のシングルモードファイバであるとともに、前記ライトガイドから出射した光を導光する光学部材と、前記マイクロプリズムアレイとの間に、前記レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光束の角度を広角化する回折光学素子を備えている。
本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、レーザ光導光用ファイバ束が低開口数であれば、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の内部を通る光を側面に入射させずに済む。このため、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材として、光軸を中心として非回転対称な柱体形状のものを用いても、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材から出射する光の方向の偏りを防ぐことができ、物体面に対しムラなく均一に模様の配列を投影することができる。
また、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の内部を通る側面が全反射面となっている場合において、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の内部を通る光を側面にライトガイドから出射する光が入射しても、光の入射角度を大きくなるため側面で確実に全反射させることができ、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の内部を通る光が側面を透過することによる光量ロスを生じさせずに済む。
ところで、レーザ光導光用ファイバ束が低開口数の特性を有する場合、出射するレーザ光束の角度は狭くなり、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材を経てマイクロプリズムアレイに入射する範囲が、光軸を中心とする一部の範囲に狭められる。その結果、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄の配列を投影することが難しくなる。
しかるに、本発明の実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材と、マイクロプリズムアレイとの間に、レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光束の角度を広角化する回折光学素子を備えれば、マイクロプリズムアレイに入射する範囲を拡げることができる。その結果、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄の配列を投影することが可能となる。なお、マイクロプリズムアレイと回折光学素子の並び順は前後反転しても、回折光学素子の特性を最適化することで、ほぼ同じ効果を得ることができる。
また、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の内部を通る側面が全反射面となっている場合において、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の内部を通る光を側面にライトガイドから出射する光が入射しても、光の入射角度を大きくなるため側面で確実に全反射させることができ、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の内部を通る光が側面を透過することによる光量ロスを生じさせずに済む。
ところで、レーザ光導光用ファイバ束が低開口数の特性を有する場合、出射するレーザ光束の角度は狭くなり、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材を経てマイクロプリズムアレイに入射する範囲が、光軸を中心とする一部の範囲に狭められる。その結果、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄の配列を投影することが難しくなる。
しかるに、本発明の実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、ライトガイドから出射した光を導光する光学部材と、マイクロプリズムアレイとの間に、レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光束の角度を広角化する回折光学素子を備えれば、マイクロプリズムアレイに入射する範囲を拡げることができる。その結果、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄の配列を投影することが可能となる。なお、マイクロプリズムアレイと回折光学素子の並び順は前後反転しても、回折光学素子の特性を最適化することで、ほぼ同じ効果を得ることができる。
また、本発明の実施形態のステレオ計測用柄投影光学系においては、好ましくは、前記回折光学素子は、前記レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光を多点化しながら前記レーザ光導光用ファイバ束から出射した前記レーザ光束の角度を広角化する。
レーザ光導光用ファイバ束は、複数のレーザ光用の光ファイバで構成されており、各光ファイバを出射するレーザ光は点状に分かれている。しかしながら、レーザ光導光用ファイバ束が低開口数である場合、夫々の光ファイバから出射した夫々のレーザ光の広がりが狭いために互いに重なりあって一つの光束となり個々の点状のレーザ光を認識し難い。その結果、マイクロプリズムアレイを介して光束を分離、拡散しても、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄の配列を投影できないおそれがある。
しかるに、本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、レーザ光束の角度を広角化する回折光学素子を、レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光を多点化する機能を備えた構成とすれば、レーザ光導光用ファイバ束が低開口数で、夫々の光ファイバから出射した夫々のレーザ光が重なりあって一つの光束となり易い場合であっても、回折光学素子が、レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光を多点化することで、マイクロプリズムアレイを介して光束を分離、拡散したときに、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄の配列を投影できる。
しかるに、本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、レーザ光束の角度を広角化する回折光学素子を、レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光を多点化する機能を備えた構成とすれば、レーザ光導光用ファイバ束が低開口数で、夫々の光ファイバから出射した夫々のレーザ光が重なりあって一つの光束となり易い場合であっても、回折光学素子が、レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光を多点化することで、マイクロプリズムアレイを介して光束を分離、拡散したときに、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄の配列を投影できる。
また、本発明の他の態様による実施形態のステレオ計測用柄投影光学系においては、前記柄投影手段は、特定波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光の光路と通常照明を行うための白色光源からの白色光の光路を共通の光路に統合するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタからの光を導光するライトガイドと、前記ライトガイドの出射端側に配置され、前記特定波長を反射しその他の波長の光を透過する特性を備えた反射面に複数のピンホールが配列されてなるピンホール付き特定波長反射部材と、前記ピンホール付き特定波長反射部材の光通過側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、該ピンホール付き特定波長反射部材を通過した光を導光する光学部材と、前記光学部材の出射端側に、前記ライトガイドから出射し前記ピンホール付き特定波長反射部材のピンホールを通過した複数の点状の光の夫々を複数の光に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなり、前記ピンホールの横方向の配列に対する前記マイクロプリズムの横方向の配列が傾くように配置されたマイクロプリズムアレイとからなる。
本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が、レーザ光源からのレーザ光の光路と通常照明を行うための白色光源からの白色光の光路を共通の光路に統合するビームスプリッタを備えれば、柄投影光学系を通常照明光学系と多重化でき、内視鏡先端部を小型・省スペース化できる。また、レーザ光源と白色光源のＯＮ・ＯＦＦにより柄の投影と通常照明とを切り替えることができる。
また。本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が、特定波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、ライトガイドの出射端側に配置され、前記特定波長を反射しその他の波長の光を透過する特性を備えた反射面に複数のピンホールが配列されてなるピンホール付き特定波長反射部材を備えれば、複数の点状のレーザ光を形成して柄の配列を形成できる。なお、ピンホール付き特定波長反射部材は、反射面がレーザ光源から出射された特定波長のレーザ光以外の波長を透過させる特性を有しているので、白色光を用いた通常観察における明るさに悪影響を与えずに済む。
また。本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が、特定波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、ライトガイドの出射端側に配置され、前記特定波長を反射しその他の波長の光を透過する特性を備えた反射面に複数のピンホールが配列されてなるピンホール付き特定波長反射部材を備えれば、複数の点状のレーザ光を形成して柄の配列を形成できる。なお、ピンホール付き特定波長反射部材は、反射面がレーザ光源から出射された特定波長のレーザ光以外の波長を透過させる特性を有しているので、白色光を用いた通常観察における明るさに悪影響を与えずに済む。
また。本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系においては、好ましくは、前記ピンホール付き特定波長反射部材を通過した光を導光する光学部材が、対称面を２つ以上有し且つ光軸を含む断面が対称な柱体形状に形成されている。
このようにすれば、ピンホール付き特定波長反射部材を通過した光を導光する光学部材から出射する光の方向の偏りを防ぐことができ、物体面に対しムラなく均一に模様の配列を投影することができる。
このようにすれば、ピンホール付き特定波長反射部材を通過した光を導光する光学部材から出射する光の方向の偏りを防ぐことができ、物体面に対しムラなく均一に模様の配列を投影することができる。
また、本発明のさらに他の態様による実施形態のステレオ計測用柄投影光学系においては、前記柄投影手段は、通常照明を行うための白色光源から出射された白色光線を平行にする第１のレンズと、前記第１のレンズによって平行となっている白色光線の光路上に挿脱可能に配置され、入射する前記白色光の一部を遮光して模様を形成する遮光部材と、前記遮光部材の通過側に配置され、該遮光部材により形成された模様を結像する第２のレンズと、前記第２のレンズの結像位置に配置され、前記の遮光部材を通過した光を導光するライトガイドと、前記ライトガイドの出射端側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、該ライトガイドから出射した光を導光する光学部材と、前記光学部材の出射端側に、前記ライトガイドから出射した模様の像を複数の模様の像に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなり、前記マイクロプリズムの横方向の配列が二次元座標上の横軸に対して傾く向きに配置されたマイクロプリズムアレイとからなる。
本実施形態のステレオ計測用柄投影光学系のように、柄投影手段が、通常照明を行うための白色光源から出射された白色光線を平行にする第１のレンズと、第１のレンズによって平行となっている白色光線の光路上に挿脱可能に配置され、入射する白色光の一部を遮光して模様を形成する遮光部材と、遮光部材の通過側に配置され、遮光部材により形成された模様を結像する第２のレンズを備えれば、１種類の光源で通常観察と柄の投影を行うことが可能となり、柄投影光学系を通常照明光学系と多重化でき、内視鏡先端部を小型・省スペース化できる。そして、非干渉光源を用いることにより、マイクロプリズムアレイで拡散したときのスペックルの発生を抑え、明瞭な柄の配列を投影することができる。
また、遮光部材の挿脱により柄の投影と通常照明とを切り替えることができる。
また、遮光部材の挿脱により柄の投影と通常照明とを切り替えることができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態にかかるステレオ計測用柄投影光学系の概略構成を示す説明図である。図２は図１のステレオ計測用柄投影光学系に備わるライトガイドの断面図で、(a)はライトガイドの断面図、(b)はライトガイドに備わるレーザ光導光用ファイバ束を構成する個々の光ファイバの構成を示す部分拡大図である。図３は図１のステレオ計測用投影光学系に備わるマイクロプリズムアレイにおけるマイクロプリズムの一構成例の一部を示す説明図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。図４は図１のステレオ計測用柄投影光学系に備わるマイクロプリズムアレイによって、一つの点状のレーザ光が複数の点状のレーザ光に分離・拡散される態様の一例を示す説明図である。
図１は本発明の第１実施形態にかかるステレオ計測用柄投影光学系の概略構成を示す説明図である。図２は図１のステレオ計測用柄投影光学系に備わるライトガイドの断面図で、(a)はライトガイドの断面図、(b)はライトガイドに備わるレーザ光導光用ファイバ束を構成する個々の光ファイバの構成を示す部分拡大図である。図３は図１のステレオ計測用投影光学系に備わるマイクロプリズムアレイにおけるマイクロプリズムの一構成例の一部を示す説明図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。図４は図１のステレオ計測用柄投影光学系に備わるマイクロプリズムアレイによって、一つの点状のレーザ光が複数の点状のレーザ光に分離・拡散される態様の一例を示す説明図である。
第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１は、図１に示すように、柄投影手段１０を備えている。なお、図１中、３０はカバーガラス、３１は通常照明を行うための白色光を出射する白色光源である。
柄投影手段１０は、レーザ光源１１と、ライトガイド１２と、ロッド棒１３と、マイクロプリズムアレイ１４とで構成されている。
レーザ光源１１は、レーザダイオードで構成されている。
柄投影手段１０は、レーザ光源１１と、ライトガイド１２と、ロッド棒１３と、マイクロプリズムアレイ１４とで構成されている。
レーザ光源１１は、レーザダイオードで構成されている。
ライトガイド１２は、レーザ光導光用ファイバ束１２ａと、白色光導光用ファイバ束１２ｂを束ねて構成されている。
レーザ光導光用ファイバ束１２ａは、図２(a)に示すように、ライトガイド１２の中心軸上に配置された複数の光ファイバ１２ａｎで構成されている。そして、レーザ光導光用ファイバ束１２ａは、各光ファイバ１２ａｎを介して、レーザ光源１１から出射したレーザ光を導光し、複数の点状のレーザ光に分離・拡散する。
なお、レーザ光導光用ファイバ束１２ａの径は、ライトガイド１２の径（例えば、１ｍｍ）の５〜１０分の１程度（例えば、０．１〜０．２μｍ）、レーザ光導光用ファイバ束１２ａを構成する個々の光ファイバ１２ａｎの径は、レーザ光導光用ファイバ束１２ａの径の約５〜６分の１程度（例えば、２０〜３０μｍ）の大きさを有している。
白色光導光用ファイバ束１２ｂは、レーザ光導光用ファイバ束１２ａの周囲に配置された複数の光ファイバ１２ｂｎで構成されている。そして、白色光導光用ファイバ束１２ｂは、各光ファイバ１２ｂｎを介して、白色光源３１からの白色光を導光する。
なお、ライトガイド１２が束になっている部位の形状は、円柱形状でも角注形状でもよい。
レーザ光導光用ファイバ束１２ａは、図２(a)に示すように、ライトガイド１２の中心軸上に配置された複数の光ファイバ１２ａｎで構成されている。そして、レーザ光導光用ファイバ束１２ａは、各光ファイバ１２ａｎを介して、レーザ光源１１から出射したレーザ光を導光し、複数の点状のレーザ光に分離・拡散する。
なお、レーザ光導光用ファイバ束１２ａの径は、ライトガイド１２の径（例えば、１ｍｍ）の５〜１０分の１程度（例えば、０．１〜０．２μｍ）、レーザ光導光用ファイバ束１２ａを構成する個々の光ファイバ１２ａｎの径は、レーザ光導光用ファイバ束１２ａの径の約５〜６分の１程度（例えば、２０〜３０μｍ）の大きさを有している。
白色光導光用ファイバ束１２ｂは、レーザ光導光用ファイバ束１２ａの周囲に配置された複数の光ファイバ１２ｂｎで構成されている。そして、白色光導光用ファイバ束１２ｂは、各光ファイバ１２ｂｎを介して、白色光源３１からの白色光を導光する。
なお、ライトガイド１２が束になっている部位の形状は、円柱形状でも角注形状でもよい。
ロッド棒１３は、内部を通る光を全反射する側面を有し、ライトガイド１２から出射した光を導光する多角柱形状（ここでは四角柱形状）に形成されたガラス製又は樹脂製の透明部材で構成され、ライトガイド１２の出射端側に配置されている。なお、ロッド棒１３の形状は、対称面を２つ以上有し且つ光軸を含む断面が対称な柱体形状であれば、多角形状の形状でもよく、例えば、円柱形状に形成されたものであってもよい。また、ロッド棒１３は反射する側面を有する構成でもよい。
マイクロプリズムアレイ１４は、例えば、図３に示すような形状のマイクロプリズム１４ｎを配列して構成されている。マイクロプリズム１４ｎは、２つの第１の傾斜部１４ｎａと、第１の傾斜部１４ｎａとは傾斜の異なる、２つの第２の傾斜部１４ｎｂと、谷部１４ｎｃとで構成されている。隣り合うマイクロプリズム１４ｎにおける第１の傾斜部ｎａ同士、第２の傾斜部１４ｎｂ同士は、夫々傾斜の異なる山形状を形成している。
そして、夫々のマイクロプリズム１４ｎは、レーザ光導光用ファイバ束１２ａから出射したレーザ光（複数の点状のレーザ光の束又は複数の点状のレーザ光の夫々）を例えば、図４に示すように、複数の点状のレーザ光に分離・拡散する。また、マイクロプリズムアレイ１４は、ロッド棒１３の出射端側に、マイクロプリズム１４ｎの横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対してα°傾くように、光軸を中心とする回転方向に所定角度回転させた向きに配置されている。なお、マイクロプリズム１４ｎの横方向の配列の二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対する傾きα°は、好ましくは、５°〜３０°程度が良い。
また、マイクロプリズムアレイ１４におけるマイクロプリズム１４ｎの配列により形成される夫々の山形状のピッチは、ここでは、例えば０．２０ｍｍの大きさとなっており、マイクロプリズムアレイ１４は、各マイクロプリズム１４ｎの大きさが、レーザ光導光用ファイバ束１２ａ又はレーザ光導光用ファイバ束１２ａにおける各光ファイバ１２ａｎの大きさと略等しくなるように、各マイクロプリズム１４ｎを配列して備えている。なお、谷部１４ｎｃは、ここでは、一辺の長さが例えば０．０７０ｍｍの正方形の形状に形成されている。
マイクロプリズムアレイ１４は、例えば、図３に示すような形状のマイクロプリズム１４ｎを配列して構成されている。マイクロプリズム１４ｎは、２つの第１の傾斜部１４ｎａと、第１の傾斜部１４ｎａとは傾斜の異なる、２つの第２の傾斜部１４ｎｂと、谷部１４ｎｃとで構成されている。隣り合うマイクロプリズム１４ｎにおける第１の傾斜部ｎａ同士、第２の傾斜部１４ｎｂ同士は、夫々傾斜の異なる山形状を形成している。
そして、夫々のマイクロプリズム１４ｎは、レーザ光導光用ファイバ束１２ａから出射したレーザ光（複数の点状のレーザ光の束又は複数の点状のレーザ光の夫々）を例えば、図４に示すように、複数の点状のレーザ光に分離・拡散する。また、マイクロプリズムアレイ１４は、ロッド棒１３の出射端側に、マイクロプリズム１４ｎの横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対してα°傾くように、光軸を中心とする回転方向に所定角度回転させた向きに配置されている。なお、マイクロプリズム１４ｎの横方向の配列の二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対する傾きα°は、好ましくは、５°〜３０°程度が良い。
また、マイクロプリズムアレイ１４におけるマイクロプリズム１４ｎの配列により形成される夫々の山形状のピッチは、ここでは、例えば０．２０ｍｍの大きさとなっており、マイクロプリズムアレイ１４は、各マイクロプリズム１４ｎの大きさが、レーザ光導光用ファイバ束１２ａ又はレーザ光導光用ファイバ束１２ａにおける各光ファイバ１２ａｎの大きさと略等しくなるように、各マイクロプリズム１４ｎを配列して備えている。なお、谷部１４ｎｃは、ここでは、一辺の長さが例えば０．０７０ｍｍの正方形の形状に形成されている。
このように構成された第１実施形態の３次元計測用柄投影光学系１では、柄の投影を行う場合、白色光源３１をＯＦＦにして、レーザ光源１１をＯＮにする。
レーザ光源１１から出射したレーザ光は、レーザ光導光用ファイバ束１２ａに入射し、複数の光ファイバ１２ａｎを通り、出射端から複数の点状のレーザ光に分離・拡散して出射する。
レーザ光導光用ファイバ束１２ａの出射端から出射したレーザ光は、カバーガラス３０を経てロッド棒１３に入射し、一部の光がロッド棒１３の側面で全反射し、他の光が直進しながら、ロッド棒１３の内部を導光され、マイクロプリズムアレイ１４に入射する。
マイクロプリズムアレイ１４の夫々のマイクロプリズム１４ｎは、レーザ光導光用ファイバ束１２ａから出射したレーザ光（複数の点状のレーザ光の束又は複数の点状のレーザ光の夫々）を例えば、図４に示すように、複数の点状のレーザ光に分離・拡散する。これにより、点状の柄の配列が物体面に投影される。
このとき、マイクロプリズムアレイ１４は、ロッド棒１３の出射端側に、マイクロプリズム１４ｎの横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対してα°傾くように、光軸を中心とする回転方向に所定角度回転させた向きに配置されているため、物体面に投影される柄の配列は、横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対してα°傾き、観察画面内で左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列となる。
なお、第１実施形態の３次元計測用柄投影光学系１が物体面に投影した柄の配列は、図示していない内視鏡先端部に備わる図示しない左右の対物光学系、撮像光学系を介して視差の異なる２つの画像として取得される。取得した左右の画像における所定の柄を特徴点として３次元計測手段が左右の画像におけるズレ量から、物体空間での３次元座標を計算して、測定を行う。
一方、白色光による通常観察を行う場合、白色光源３１をＯＮにして、レーザ光源１１をＯＦＦにする。白色光源３１を出射した白色光は、白色光導光用ファイバ束１２ｂ、カバーガラス３０、ロッド棒１３、マイクロプリズムアレイ１４を経て、物体面を照射する。
レーザ光源１１から出射したレーザ光は、レーザ光導光用ファイバ束１２ａに入射し、複数の光ファイバ１２ａｎを通り、出射端から複数の点状のレーザ光に分離・拡散して出射する。
レーザ光導光用ファイバ束１２ａの出射端から出射したレーザ光は、カバーガラス３０を経てロッド棒１３に入射し、一部の光がロッド棒１３の側面で全反射し、他の光が直進しながら、ロッド棒１３の内部を導光され、マイクロプリズムアレイ１４に入射する。
マイクロプリズムアレイ１４の夫々のマイクロプリズム１４ｎは、レーザ光導光用ファイバ束１２ａから出射したレーザ光（複数の点状のレーザ光の束又は複数の点状のレーザ光の夫々）を例えば、図４に示すように、複数の点状のレーザ光に分離・拡散する。これにより、点状の柄の配列が物体面に投影される。
このとき、マイクロプリズムアレイ１４は、ロッド棒１３の出射端側に、マイクロプリズム１４ｎの横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対してα°傾くように、光軸を中心とする回転方向に所定角度回転させた向きに配置されているため、物体面に投影される柄の配列は、横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対してα°傾き、観察画面内で左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列となる。
なお、第１実施形態の３次元計測用柄投影光学系１が物体面に投影した柄の配列は、図示していない内視鏡先端部に備わる図示しない左右の対物光学系、撮像光学系を介して視差の異なる２つの画像として取得される。取得した左右の画像における所定の柄を特徴点として３次元計測手段が左右の画像におけるズレ量から、物体空間での３次元座標を計算して、測定を行う。
一方、白色光による通常観察を行う場合、白色光源３１をＯＮにして、レーザ光源１１をＯＦＦにする。白色光源３１を出射した白色光は、白色光導光用ファイバ束１２ｂ、カバーガラス３０、ロッド棒１３、マイクロプリズムアレイ１４を経て、物体面を照射する。
第１実施形態の３次元計測用柄投影光学系１によれば、柄投影手段１０が、レーザ光導光用ファイバ束１２ａの周囲に白色光導光用ファイバ束１２ｂを束ねてなるライトガイド１２を備えたので、柄投影光学系を通常照明光学系と多重化してスペースを共有化でき、内視鏡先端部を小型・省スペース化できる。また、レーザ光源１１と白色光源３１のＯＮ・ＯＦＦにより柄の投影と通常照明とを切り替えることができる。
また、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１によれば、柄投影手段１０が、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、ライトガイド１２から出射した光を導光する光学部材として機能するロッド棒１３を備えたので、光量のロスなく十分な明るさの柄投影、通常照明を行うことが可能となる。
また、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１によれば、柄投影手段１０が、ロッド棒１３の出射端側に、レーザ光導光用ファイバ束１２ａから出射したレーザ光を複数の点状のレーザ光に分離・拡散するマイクロプリズム１４ｎを配列してなるマイクロプリズムアレイ１４を備えたので、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有する柄の配列を投影することが可能となる。
また、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１によれば、柄投影手段１０が、マイクロプリズム１４ｎの横方向の配列が、二次元座標上の横軸に対してα°傾く向きに配置されたマイクロプリズムアレイ１４を備えたので、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影することが可能となる。
また、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１によれば、柄投影手段１０が柄投影に用いる光をレーザ光にしたので、高コントラストの柄を投影することができる。
また、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１によれば、柄投影手段１０が、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、ライトガイド１２から出射した光を導光する光学部材として機能するロッド棒１３を備えたので、光量のロスなく十分な明るさの柄投影、通常照明を行うことが可能となる。
また、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１によれば、柄投影手段１０が、ロッド棒１３の出射端側に、レーザ光導光用ファイバ束１２ａから出射したレーザ光を複数の点状のレーザ光に分離・拡散するマイクロプリズム１４ｎを配列してなるマイクロプリズムアレイ１４を備えたので、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有する柄の配列を投影することが可能となる。
また、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１によれば、柄投影手段１０が、マイクロプリズム１４ｎの横方向の配列が、二次元座標上の横軸に対してα°傾く向きに配置されたマイクロプリズムアレイ１４を備えたので、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影することが可能となる。
また、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１によれば、柄投影手段１０が柄投影に用いる光をレーザ光にしたので、高コントラストの柄を投影することができる。
また、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１によれば、レーザ光導光用ファイバ束１２ａ又はレーザ光導光用ファイバ束１２ａにおける各光ファイバ１２ａｎの大きさとマイクロプリズムアレイ１４における各マイクロプリズム１４ｎの大きさとが略等しくなるように構成したので、レーザ光導光用ファイバ束１２ａ又はレーザ光導光用ファイバ束１２ａにおける各光ファイバ１２ａｎからのレーザ光を、マイクロプリズムアレイで、高コントラストで、且つ、柄を最大限に細かく投影できるという意味で、効率よく、分散・拡大できる。
また、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１によれば、ロッド棒１３を、対称面を２つ以上有し且つ光軸を含む断面が対称な柱体形状に形成したので、ロッド棒１３の内部の側面で光を均一に反射させて、ロッド棒１３から出射する光の方向の偏りを防ぐことができ、物体面に対しムラなく均一に模様の配列を投影することができる。
第２実施形態
図５は本発明の第２実施形態にかかるステレオ計測用柄投影光学系の概略構成を示す説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、構成部材に同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図５は本発明の第２実施形態にかかるステレオ計測用柄投影光学系の概略構成を示す説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、構成部材に同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
第２実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１’は、第１実施形態の変形例であって、図５に示すように、レーザ光導光用ファイバ束１２ａ’が、高開口数の単一のファイバで構成されている。
その他の構成は、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１と略同じである。
なお、レーザ光導光用ファイバ束は、複数本のシングルモードファイバ束で構成しても良い。
その他の構成は、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１と略同じである。
なお、レーザ光導光用ファイバ束は、複数本のシングルモードファイバ束で構成しても良い。
第２実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１’によれば、レーザ光の伝送損失を抑えて、より十分な明るさの柄の投影光を投影できる。
その他の作用効果は、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１’と略同じである。
その他の作用効果は、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１’と略同じである。
第３実施形態
図６は本発明の第３実施形態にかかるステレオ計測用柄投影光学系の概略構成を示す説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、構成部材に同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図６は本発明の第３実施形態にかかるステレオ計測用柄投影光学系の概略構成を示す説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、構成部材に同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
第３実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１”は、第１実施形態の変形例であって、レーザ光導光用ファイバ束１２ａ”が、低開口数の特性（例えば、ＮＡ＝０．１５程度）を有するシングルモードファイバを使用している。
また、ロッド棒１３と、マイクロプリズムアレイ１４との間に、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Elements）１５を備えている。
回折光学素子１５は、レーザ光導光用ファイバ束１２ａ”から出射したレーザ光を多点化しながらレーザ光導光用ファイバ束１２ａ”から出射したレーザ光束の角度を広角化するように構成されている。
その他の構成は、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１と略同じである。
また、ロッド棒１３と、マイクロプリズムアレイ１４との間に、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Elements）１５を備えている。
回折光学素子１５は、レーザ光導光用ファイバ束１２ａ”から出射したレーザ光を多点化しながらレーザ光導光用ファイバ束１２ａ”から出射したレーザ光束の角度を広角化するように構成されている。
その他の構成は、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１と略同じである。
第３実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１”によれば、レーザ光導光用ファイバ束１２ａ”が低開口数の特性を有しているので、ライトガイド１２から出射した光を導光する光学部材として機能するロッド棒１３の内部を通る光を側面で反射させずに済む。このため、ロッド棒１３に、光軸を中心として非回転対称な柱体形状のものを用いても、ロッド棒１３から出射する光の方向の偏りを防ぐことができ、物体面に対しムラなく均一に模様の配列を投影することができる。
また、ロッド棒１３の内部を通る側面が全反射面である場合において、ロッド棒１３の内部を通る光を側面に対しライトガイド１２から出射する光が入射したとしても、ロッド棒１３の側面で確実に全反射させることができ、ロッド棒１３の内部を通る光が側面を透過することによる光量ロスを生じさせずに済む。
また、第３実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１”によれば、ロッド棒１３と、マイクロプリズムアレイ１４との間に、レーザ光導光用ファイバ束１２ａから出射したレーザ光束の角度を広角化する回折光学素子１５を備えたので、マイクロプリズムアレイ１４に入射する範囲を拡げることができる。その結果、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄の配列を投影することが可能となる。
また、第３実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１”によれば、回折光学素子１５が、レーザ光導光用ファイバ束１２ａから出射したレーザ光を多点化する機能を備えているので、レーザ光導光用ファイバ束１２ａが低開口数で、夫々の光ファイバ１２ａｎから出射した夫々のレーザ光が重なりあって一つの光束となり易い場合であっても、回折光学素子１５が、レーザ光導光用ファイバ束１２ａから出射したレーザ光を多点化することで、マイクロプリズムアレイを介して光束を分離、拡散したときに、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄の配列を投影できる。
また、ロッド棒１３の内部を通る側面が全反射面である場合において、ロッド棒１３の内部を通る光を側面に対しライトガイド１２から出射する光が入射したとしても、ロッド棒１３の側面で確実に全反射させることができ、ロッド棒１３の内部を通る光が側面を透過することによる光量ロスを生じさせずに済む。
また、第３実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１”によれば、ロッド棒１３と、マイクロプリズムアレイ１４との間に、レーザ光導光用ファイバ束１２ａから出射したレーザ光束の角度を広角化する回折光学素子１５を備えたので、マイクロプリズムアレイ１４に入射する範囲を拡げることができる。その結果、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄の配列を投影することが可能となる。
また、第３実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１”によれば、回折光学素子１５が、レーザ光導光用ファイバ束１２ａから出射したレーザ光を多点化する機能を備えているので、レーザ光導光用ファイバ束１２ａが低開口数で、夫々の光ファイバ１２ａｎから出射した夫々のレーザ光が重なりあって一つの光束となり易い場合であっても、回折光学素子１５が、レーザ光導光用ファイバ束１２ａから出射したレーザ光を多点化することで、マイクロプリズムアレイを介して光束を分離、拡散したときに、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄の配列を投影できる。
第４実施形態
図７は本発明の第４実施形態にかかるステレオ計測用柄投影光学系の概略構成を示す説明図である。図８は図７のステレオ計測用投影光学系に備わるピンホール付き特定波長反射部材の構成を示す説明図で、(a)はピンホール付き特定波長反射部材の平面図、(b)は特定波長反射部材に備わる反射膜の透過特性の一例を示すグラフ、(c)は特定波長反射部材に備わる反射膜の透過特性の他の例を示すグラフである。図９は図７の変形例にかかるステレオ計測用柄投影光学系の構成を示す説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、構成部材に同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図７は本発明の第４実施形態にかかるステレオ計測用柄投影光学系の概略構成を示す説明図である。図８は図７のステレオ計測用投影光学系に備わるピンホール付き特定波長反射部材の構成を示す説明図で、(a)はピンホール付き特定波長反射部材の平面図、(b)は特定波長反射部材に備わる反射膜の透過特性の一例を示すグラフ、(c)は特定波長反射部材に備わる反射膜の透過特性の他の例を示すグラフである。図９は図７の変形例にかかるステレオ計測用柄投影光学系の構成を示す説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、構成部材に同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
第４実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１”’は、図７に示すように、柄投影手段１０’を備えている。
柄投影手段１０’は、レーザ光源１１’と、ビームスプリッタ１６と、レンズ１９と、ライトガイド１２’と、ピンホール付き特定波長反射部材１７と、ロッド棒１３と、マイクロプリズムアレイ１４’とで構成されている。
レーザ光源１１’は、特定波長のレーザ光を出射する。
ビームスプリッタ１６は、レーザ光源１１’からのレーザ光の光路と通常照明を行うための白色光源３１からの白色光の光路を共通の光路に統合するように構成されている。図７の例では、ビームスプリッタ１６は、レーザ光源１１’からのレーザ光を反射し、白色光源３１からの白色光を透過する特性を有している。
レンズ１９は、ビームスプリッタ１６により統合された光路上に配置され、レーザ光源１１’、白色光源３１からの光（レーザ光又は白色光）を集光する。
ライトガイド１２’は、レンズ１９により集光されたビームスプリッタ１６からの光（レーザ光又は白色光）を導光する複数の光ファイバで構成されている。
柄投影手段１０’は、レーザ光源１１’と、ビームスプリッタ１６と、レンズ１９と、ライトガイド１２’と、ピンホール付き特定波長反射部材１７と、ロッド棒１３と、マイクロプリズムアレイ１４’とで構成されている。
レーザ光源１１’は、特定波長のレーザ光を出射する。
ビームスプリッタ１６は、レーザ光源１１’からのレーザ光の光路と通常照明を行うための白色光源３１からの白色光の光路を共通の光路に統合するように構成されている。図７の例では、ビームスプリッタ１６は、レーザ光源１１’からのレーザ光を反射し、白色光源３１からの白色光を透過する特性を有している。
レンズ１９は、ビームスプリッタ１６により統合された光路上に配置され、レーザ光源１１’、白色光源３１からの光（レーザ光又は白色光）を集光する。
ライトガイド１２’は、レンズ１９により集光されたビームスプリッタ１６からの光（レーザ光又は白色光）を導光する複数の光ファイバで構成されている。
ピンホール付き特定波長反射部材１７は、ライトガイド１２’の出射端側に配置されている。そして、ピンホール付き特定波長反射部材１７は、レーザ光の波長と同じ特定波長を反射しその他の波長の光を透過する特性を備えた反射膜を備えた反射面１７ａに複数のピンホール１７ｂｎが配列されて構成されている。
ロッド棒１３は、第１実施形態のテレオ計測用柄投影光学系１におけるものと略同じである。
ロッド棒１３は、第１実施形態のテレオ計測用柄投影光学系１におけるものと略同じである。
マイクロプリズムアレイ１４’は、図３に示したマイクロプリズム１４ｎと同様の形状のマイクロプリズム１４ｎ’を配列して構成されている。夫々のマイクロプリズム１４ｎ’は、ライトガイド１２’から出射しピンホール付き特定波長反射部材１７のピンホール１７ｂｎを通過した複数の点状のレーザ光の夫々を複数のレーザ光に分離・拡散する。また、マイクロプリズムアレイ１４’は、ロッド棒１３の出射端側に、ピンホール１７ｂｎの横方向の配列に対するマイクロプリズム１４ｎ’の横方向の配列がα°傾いた状態となるように配置されている。
例えば、マイクロプリズムアレイ１４’は、ピンホール１７ｂｎの横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に平行となっているピンホール付き特定波長反射部材１７に対しては、マイクロプリズム１４ｎ’の横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対してα°傾くように配置される。
また、例えば、マイクロプリズムアレイ１４’は、ピンホール１７ｂｎの横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対してα°傾いているピンホール付き特定波長反射部材１７に対しては、マイクロプリズム１４ｎ’の横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に平行となるように配置される。
例えば、マイクロプリズムアレイ１４’は、ピンホール１７ｂｎの横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に平行となっているピンホール付き特定波長反射部材１７に対しては、マイクロプリズム１４ｎ’の横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対してα°傾くように配置される。
また、例えば、マイクロプリズムアレイ１４’は、ピンホール１７ｂｎの横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対してα°傾いているピンホール付き特定波長反射部材１７に対しては、マイクロプリズム１４ｎ’の横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に平行となるように配置される。
このように構成された第４実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１”’では、柄の投影を行う場合、白色光源３１をＯＦＦにして、レーザ光源１１’をＯＮにする。
レーザ光源１１’から出射したレーザ光は、ビームスプリッタ１６を反射し、レンズ１９により集光されてライトガイド１２’に入射し、ライトガイド１２’内の複数の光ファイバ（符号省略）を通り出射端から出射する。
ライトガイド１２’を出射したレーザ光は、カバーガラス３０を経てピンホール付き特定波長反射部材１７に入射し、一部のレーザ光はピンホール１７ｂｎを通過し、残りのレーザ光はピンホール付き特定波長反射部材１７の反射面１７ａで反射し、通過が阻止される。これにより、レーザ光は、ピンホール付き特定波長反射部材１７のピンホール１７ｂｎを通過することで、複数の点状のレーザ光に分離される。
ピンホール付き特定波長反射部材１７のピンホール１７ｂｎを通過して複数の点状に分離したレーザ光は、ロッド棒１３の内部を導光され、マイクロプリズムアレイ１４’に入射する。
マイクロプリズムアレイ１４’の夫々のマイクロプリズム１４ｎ’は、ライトガイド１２’から出射しピンホール付き特定波長反射部材１７のピンホール１７ｂｎを通過した複数の点状のレーザ光の夫々を複数のレーザ光に分離・拡散する。
このとき、マイクロプリズムアレイ１４’は、ロッド棒１３の出射端側に、ピンホール１７ｂｎの横方向の配列に対するマイクロプリズム１４ｎ’の横方向の配列が傾いた状態となるように配置されているため、物体面に投影される柄の配列は、観察画面内で左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列となる。
一方、白色光による通常観察を行う場合、白色光源３１をＯＮにして、レーザ光源１１’をＯＦＦにする。白色光源３１を出射した白色光は、ビームスプリッタ１６を透過し、レンズ１９により集光されてライトガイド１２’に入射し、カバーガラス３０、ピンホール付き特定波長反射部材１７、ロッド棒１３、マイクロプリズムアレイ１４’を経て、物体面を照射する。
レーザ光源１１’から出射したレーザ光は、ビームスプリッタ１６を反射し、レンズ１９により集光されてライトガイド１２’に入射し、ライトガイド１２’内の複数の光ファイバ（符号省略）を通り出射端から出射する。
ライトガイド１２’を出射したレーザ光は、カバーガラス３０を経てピンホール付き特定波長反射部材１７に入射し、一部のレーザ光はピンホール１７ｂｎを通過し、残りのレーザ光はピンホール付き特定波長反射部材１７の反射面１７ａで反射し、通過が阻止される。これにより、レーザ光は、ピンホール付き特定波長反射部材１７のピンホール１７ｂｎを通過することで、複数の点状のレーザ光に分離される。
ピンホール付き特定波長反射部材１７のピンホール１７ｂｎを通過して複数の点状に分離したレーザ光は、ロッド棒１３の内部を導光され、マイクロプリズムアレイ１４’に入射する。
マイクロプリズムアレイ１４’の夫々のマイクロプリズム１４ｎ’は、ライトガイド１２’から出射しピンホール付き特定波長反射部材１７のピンホール１７ｂｎを通過した複数の点状のレーザ光の夫々を複数のレーザ光に分離・拡散する。
このとき、マイクロプリズムアレイ１４’は、ロッド棒１３の出射端側に、ピンホール１７ｂｎの横方向の配列に対するマイクロプリズム１４ｎ’の横方向の配列が傾いた状態となるように配置されているため、物体面に投影される柄の配列は、観察画面内で左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列となる。
一方、白色光による通常観察を行う場合、白色光源３１をＯＮにして、レーザ光源１１’をＯＦＦにする。白色光源３１を出射した白色光は、ビームスプリッタ１６を透過し、レンズ１９により集光されてライトガイド１２’に入射し、カバーガラス３０、ピンホール付き特定波長反射部材１７、ロッド棒１３、マイクロプリズムアレイ１４’を経て、物体面を照射する。
第４実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１”’によれば、柄投影手段１０’が、レーザ光源１１’からのレーザ光の光路と通常照明を行うための白色光源３１からの白色光の光路を共通の光路に統合するビームスプリッタ１６を備えたので、柄投影光学系を通常照明光学系と多重化でき、内視鏡先端部を小型・省スペース化できる。また、レーザ光源１１’と白色光源３１のＯＮ・ＯＦＦにより柄の投影と通常照明とを切り替えることができる。
また、第４実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１”’によれば、柄投影手段１０’が、特定波長のレーザ光を出射するレーザ光源１１’と、ライトガイド１２’の出射端側に配置され、特定波長を反射しその他の波長の光を透過する特性を備えた反射面１７ａに複数のピンホール１７ｂｎが配列されてなるピンホール付き特定波長反射部材１７を備えたので、複数の点状のレーザ光を形成して柄の配列を形成できる。なお、ピンホール付き特定波長反射部材１７は、反射面１７ａがレーザ光源１１’から出射された特定波長のレーザ光以外の波長を透過させる特性を有しているので、白色光を用いた通常観察における明るさに悪影響を与えずに済む。
その他の作用効果は、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１と略同じである。
また、第４実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１”’によれば、柄投影手段１０’が、特定波長のレーザ光を出射するレーザ光源１１’と、ライトガイド１２’の出射端側に配置され、特定波長を反射しその他の波長の光を透過する特性を備えた反射面１７ａに複数のピンホール１７ｂｎが配列されてなるピンホール付き特定波長反射部材１７を備えたので、複数の点状のレーザ光を形成して柄の配列を形成できる。なお、ピンホール付き特定波長反射部材１７は、反射面１７ａがレーザ光源１１’から出射された特定波長のレーザ光以外の波長を透過させる特性を有しているので、白色光を用いた通常観察における明るさに悪影響を与えずに済む。
その他の作用効果は、第１実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１と略同じである。
なお、第４実施形態にかかるステレオ計測用柄投影光学系１”’における、白色光とレーザ光の光路を統合してライトガイド１２’の端面に入射させる構成は、例えば、図９に示すような構成であってもよい。
図９の例では、白色光源３１とライトガイド１２’の間における白色光の光路上には、レンズ１９ａと、円筒単ファイバ２２と、円筒型ビームスプリッタ１６’が配置されている。
また、レーザ光源１１’とライトガイド１２’の間におけるレーザ光の光路上には、レンズ１９ｂと、円筒型ビームスプリッタ１６’が配置されている。
レンズ１９ａは、白色光源３１からの光を集光する。
円筒単ファイバ２２は、レンズ１９ａにより集光された白色光源３１からの白色光を導光する。
レンズ１９ｂは、レーザ光源１１’からの光を集光する。
円筒型ビームスプリッタ１６’は、レーザ光源１１’からのレーザ光の光路と通常照明を行うための白色光源３１からの白色光の光路を共通の光路に統合するように構成されている。図９の例では、ビームスプリッタ１６は、レーザ光源１１’からのレーザ光を反射し、白色光源３１からの白色光を透過する特性を有している。
その他の構成及び作用効果は図７の例のステレオ計測用柄投影光学系１”’と略同じである。
図９の例では、白色光源３１とライトガイド１２’の間における白色光の光路上には、レンズ１９ａと、円筒単ファイバ２２と、円筒型ビームスプリッタ１６’が配置されている。
また、レーザ光源１１’とライトガイド１２’の間におけるレーザ光の光路上には、レンズ１９ｂと、円筒型ビームスプリッタ１６’が配置されている。
レンズ１９ａは、白色光源３１からの光を集光する。
円筒単ファイバ２２は、レンズ１９ａにより集光された白色光源３１からの白色光を導光する。
レンズ１９ｂは、レーザ光源１１’からの光を集光する。
円筒型ビームスプリッタ１６’は、レーザ光源１１’からのレーザ光の光路と通常照明を行うための白色光源３１からの白色光の光路を共通の光路に統合するように構成されている。図９の例では、ビームスプリッタ１６は、レーザ光源１１’からのレーザ光を反射し、白色光源３１からの白色光を透過する特性を有している。
その他の構成及び作用効果は図７の例のステレオ計測用柄投影光学系１”’と略同じである。
第５実施形態
図１０は本発明の第５実施形態にかかるステレオ計測用柄投影光学系の概略構成を示す説明図である。図１１は図１０のステレオ計測用柄投影光学系に備わる遮光部材を介して形成される模様の一例を示す説明図である。図１２は図１０のステレオ計測用柄投影光学系に備わるマイクロプリズムアレイによって、一つの模様を形成する光の像が複数の模様を形成する光の像に分離・拡散される態様の一例を示す説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、構成部材に同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図１０は本発明の第５実施形態にかかるステレオ計測用柄投影光学系の概略構成を示す説明図である。図１１は図１０のステレオ計測用柄投影光学系に備わる遮光部材を介して形成される模様の一例を示す説明図である。図１２は図１０のステレオ計測用柄投影光学系に備わるマイクロプリズムアレイによって、一つの模様を形成する光の像が複数の模様を形成する光の像に分離・拡散される態様の一例を示す説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、構成部材に同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
第５実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１””は、図１０に示すように、柄投影手段１０”を備えている。
柄投影手段１０”は、第１のレンズ２０ａと、遮光部材１８と、第２のレンズ２０ｂと、ライトガイド１２”と、ロッド棒１３と、マイクロプリズムアレイ１４”とで構成されている。
第１のレンズ２０ａは、通常照明を行うための白色光源３１から出射された白色光線を平行にする。
遮光部材１８は、通常照明を行うための白色光源３１からの白色光の光路上に第１のレンズ２０ａによって平行となっている白色光線の光路上に挿脱可能に配置され、入射する白色光の一部を遮光して、例えば図１１に示すような模様を形成するように構成されている。図１１の例では、遮光部材１８は、光の透過領域が環状に形成されていて、同心円状の影を形成する絞りで構成されている。なお、遮光部材１８が形成する模様の形状は、図１１に示すものに限定されるものではなく、どのような形状であってもよい。
第２のレンズ２０ｂは、遮光部材１８の通過側に配置され、遮光部材１８により形成された模様を結像する。
ライトガイド１２”は、第２のレンズ２０ｂの結像位置に配置され、遮光部材１８を通過した光を導光する。
ロッド棒１３は、第１実施形態におけるものと略同様に構成されている。
マイクロプリズムアレイ１４”は、図３に示したマイクロプリズム１４ｎと同様の形状のマイクロプリズム１４ｎ”を配列して構成されている。夫々のマイクロプリズム１４ｎ”は、ライトガイド１２”から出射した模様の像を例えば、図１２に示すように、複数の模様の像に分離・拡散する。そして、マイクロプリズムアレイ１４”は、ロッド棒１３の出射端側に、マイクロプリズム１４ｎ”の横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対してα°傾くように、光軸を中心とする回転方向にα°回転させた向きに配置されている。
柄投影手段１０”は、第１のレンズ２０ａと、遮光部材１８と、第２のレンズ２０ｂと、ライトガイド１２”と、ロッド棒１３と、マイクロプリズムアレイ１４”とで構成されている。
第１のレンズ２０ａは、通常照明を行うための白色光源３１から出射された白色光線を平行にする。
遮光部材１８は、通常照明を行うための白色光源３１からの白色光の光路上に第１のレンズ２０ａによって平行となっている白色光線の光路上に挿脱可能に配置され、入射する白色光の一部を遮光して、例えば図１１に示すような模様を形成するように構成されている。図１１の例では、遮光部材１８は、光の透過領域が環状に形成されていて、同心円状の影を形成する絞りで構成されている。なお、遮光部材１８が形成する模様の形状は、図１１に示すものに限定されるものではなく、どのような形状であってもよい。
第２のレンズ２０ｂは、遮光部材１８の通過側に配置され、遮光部材１８により形成された模様を結像する。
ライトガイド１２”は、第２のレンズ２０ｂの結像位置に配置され、遮光部材１８を通過した光を導光する。
ロッド棒１３は、第１実施形態におけるものと略同様に構成されている。
マイクロプリズムアレイ１４”は、図３に示したマイクロプリズム１４ｎと同様の形状のマイクロプリズム１４ｎ”を配列して構成されている。夫々のマイクロプリズム１４ｎ”は、ライトガイド１２”から出射した模様の像を例えば、図１２に示すように、複数の模様の像に分離・拡散する。そして、マイクロプリズムアレイ１４”は、ロッド棒１３の出射端側に、マイクロプリズム１４ｎ”の横方向の配列が二次元座標上の横軸（Ｘ軸）に対してα°傾くように、光軸を中心とする回転方向にα°回転させた向きに配置されている。
このように構成された第５実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１”’では、柄の投影を行う場合、白色光源３１をＯＮにしたままの状態で、遮光部材１８を第１のレンズ２０ａによって平行となっている白色光線の光路上に挿入する。
白色光源３１から出射した白色光は、第１のレンズ２０ａを通り、遮光部材１８により一部の白色光が遮光されて、例えば図１１に示すような模様を形成され、第２のレンズ２０ｂを介してライトガイド１２”の入射端に結像し、ライトガイド１２”内の複数の光ファイバ（符号省略）を通り出射端から出射する。
ライトガイド１２”の出射端から出射したレーザ光は、カバーガラス３０を経てロッド棒１３に入射し、一部の光がロッド棒１３の側面で全反射し、他の光が直進しながら、ロッド棒１３の内部を導光され、マイクロプリズムアレイ１４に入射する。
マイクロプリズムアレイ１４の夫々のマイクロプリズム１４ｎは、ライトガイド１２”から出射した模様の像を例えば、図１２に示すように、複数の模様の像に分離・拡散する。これにより、環状の明部と同心円状の暗部とからなる柄の配列が物体面に投影される。
一方、白色光による通常観察を行う場合、遮光部材１８を第１のレンズ２０ａによって平行となっている白色光線の光路上から抜き出す。白色光源３１を出射した白色光は、第１のレンズ２０ａ、第２のレンズ２０ｂ、ライトガイド１２”、カバーガラス３０、ロッド棒１３、マイクロプリズムアレイ１４を経て、物体面を照射する。
白色光源３１から出射した白色光は、第１のレンズ２０ａを通り、遮光部材１８により一部の白色光が遮光されて、例えば図１１に示すような模様を形成され、第２のレンズ２０ｂを介してライトガイド１２”の入射端に結像し、ライトガイド１２”内の複数の光ファイバ（符号省略）を通り出射端から出射する。
ライトガイド１２”の出射端から出射したレーザ光は、カバーガラス３０を経てロッド棒１３に入射し、一部の光がロッド棒１３の側面で全反射し、他の光が直進しながら、ロッド棒１３の内部を導光され、マイクロプリズムアレイ１４に入射する。
マイクロプリズムアレイ１４の夫々のマイクロプリズム１４ｎは、ライトガイド１２”から出射した模様の像を例えば、図１２に示すように、複数の模様の像に分離・拡散する。これにより、環状の明部と同心円状の暗部とからなる柄の配列が物体面に投影される。
一方、白色光による通常観察を行う場合、遮光部材１８を第１のレンズ２０ａによって平行となっている白色光線の光路上から抜き出す。白色光源３１を出射した白色光は、第１のレンズ２０ａ、第２のレンズ２０ｂ、ライトガイド１２”、カバーガラス３０、ロッド棒１３、マイクロプリズムアレイ１４を経て、物体面を照射する。
第５実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１””によれば、柄投影手段１０”が、通常照明を行うための白色光源３１から出射された白色光線を平行にする第１のレンズ２０ａと、第１のレンズ２０ａによって平行となっている白色光線の光路上に挿脱可能に配置され、入射する白色光の一部を遮光して模様を形成する遮光部材１８と、遮光部材１８の通過側に配置され、遮光部材１８により形成された模様を結像する第２のレンズ２０ｂを備えれば、１種類の光源で通常観察と柄の投影を行うことが可能となり、柄投影光学系を通常照明光学系と多重化でき、内視鏡先端部を小型・省スペース化できる。
また、第５実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１””によれば、非干渉光源を用いることにより、マイクロプリズムアレイ１４で拡散したときのスペックルの発生を抑え、明瞭な柄の配列を投影することができる。
また、遮光部材１８の挿脱により柄の投影と通常照明とを切り替えることができる。
また、第５実施形態のステレオ計測用柄投影光学系１””によれば、非干渉光源を用いることにより、マイクロプリズムアレイ１４で拡散したときのスペックルの発生を抑え、明瞭な柄の配列を投影することができる。
また、遮光部材１８の挿脱により柄の投影と通常照明とを切り替えることができる。
上記各実施形態で説明したステレオ計測用柄投影光学系は、例えば、特開平１０−２４８８０６号公報に記載されているようなステレオ計測内視鏡装置の内視鏡先端部に備えられる。
ステレオ計測内視鏡装置の内視鏡先端部には、左右一対の対物レンズを有して視差のある２つの観察画像を撮像する観察光学系を備えている。ステレオ計測内視鏡装置は、観察光学系を介して取得した視野のある２つの観察画像における、ステレオ計測用投影光学系により物体面に付与された柄の配列を特徴点とし、特徴点とする柄の輝度変化等に基づく、特徴点のズレ量を求め、左右の画像における特徴点のズレ量から、物体空間での３次元座標を計算して、測定を行う。
ステレオ計測内視鏡装置の内視鏡先端部には、左右一対の対物レンズを有して視差のある２つの観察画像を撮像する観察光学系を備えている。ステレオ計測内視鏡装置は、観察光学系を介して取得した視野のある２つの観察画像における、ステレオ計測用投影光学系により物体面に付与された柄の配列を特徴点とし、特徴点とする柄の輝度変化等に基づく、特徴点のズレ量を求め、左右の画像における特徴点のズレ量から、物体空間での３次元座標を計算して、測定を行う。
以上、本発明の実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は、各実施形態およびその変形例に記載のとおりの構成に限定されるものではなく、実施段階では、発明の要旨を変更しない範囲内で構成要素を変形して具体化することができる。また、各実施形態やその変形例に記載した複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を導出することができる。例えば、各実施形態やその変形例に記載した全ての構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態やその変形例に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、発明の要旨を変更しない範囲で、種々の変形や応用が可能である。
本発明のステレオ計測用柄投影光学系は、物体の３次元計測をすることが求められる分野に有用である。
１、１’、１”、１”’、１”” ステレオ計測用柄投影光学系
１０、１０’、１０” 柄投影手段
１１、１１’ レーザ光源
１２、１２’、１２” ライトガイド
１２ａ、１２ａ’、１２ａ” レーザ光導光用ファイバ束
１２ａｎ、１２ｂｎ 光ファイバ
１２ｂ 白色光導光用ファイバ束
１３ ロッド棒
１４、１４’、１４” マイクロプリズムアレイ
１４ｎ、１４ｎ’、１４ｎ” マイクロプリズム
１４ｎａ 第１の山部
１４ｎｂ 第２の山部
１４ｎｃ 谷部
１５ 回折光学素子（ＤＯＥ）
１６ ビームスプリッタ
１７ ピンホール付き特定波長反射部材
１７ａ 反射面
１７ｂｎ ピンホール
１８ 遮光部材
１９、１９ａ、１９ｂ レンズ
２０ａ 第１のレンズ
２０ｂ 第２のレンズ
３０ カバーガラス
３１ 白色光源
１０、１０’、１０” 柄投影手段
１１、１１’ レーザ光源
１２、１２’、１２” ライトガイド
１２ａ、１２ａ’、１２ａ” レーザ光導光用ファイバ束
１２ａｎ、１２ｂｎ 光ファイバ
１２ｂ 白色光導光用ファイバ束
１３ ロッド棒
１４、１４’、１４” マイクロプリズムアレイ
１４ｎ、１４ｎ’、１４ｎ” マイクロプリズム
１４ｎａ 第１の山部
１４ｎｂ 第２の山部
１４ｎｃ 谷部
１５ 回折光学素子（ＤＯＥ）
１６ ビームスプリッタ
１７ ピンホール付き特定波長反射部材
１７ａ 反射面
１７ｂｎ ピンホール
１８ 遮光部材
１９、１９ａ、１９ｂ レンズ
２０ａ 第１のレンズ
２０ｂ 第２のレンズ
３０ カバーガラス
３１ 白色光源
Claims (11)
- 左右視差での観察画像の位置ズレ量を用いて物体の３次元計測を行う内視鏡装置に備わるステレオ計測光学系が計測対象とする観察視野範囲に、柄を投影するステレオ計測用柄投影光学系であって、
前記柄投影光学系は、
高コントラスト、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有し、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影でき、物体を照明する通常照明光学系と多重化され、
柄の投影と通常照明とを切り替え可能に構成された柄投影手段を備えてなり、
前記柄投影手段は、
レーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光を導光するレーザ光導光用ファイバ束と、前記レーザ光導光用ファイバ束の周囲に配置され通常照明を行うための白色光源からの白色光を導光する白色光導光用ファイバ束とを束ねてなるライトガイドと、
前記ライトガイドの出射端側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、該ライトガイドから出射した光を導光する光学部材と、
前記ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の出射端側に、前記レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光を複数の点状のレーザ光に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなり、前記マイクロプリズムの横方向の配列が、二次元座標上の横軸に対して傾く向きに配置されたマイクロプリズムアレイとからなることを特徴とするステレオ計測用柄投影光学系。 - 前記レーザ光導光用ファイバ束又は該レーザ光導光用ファイバ束における各光ファイバの大きさと前記マイクロプリズムアレイにおける各マイクロプリズムの大きさとが略等しいことを特徴とする請求項１に記載のステレオ計測用柄投影光学系。
- 前記ライトガイドから出射した光を導光する光学部材が、対称面を２つ以上有し且つ光軸を含む断面が対称な柱体形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のステレオ計測用柄投影光学系。
- 前記レーザ光導光用ファイバ束が、単一のファイバからなることを特徴とする請求項１に記載のステレオ計測用柄投影光学系。
- 前記レーザ光導光用ファイバ束が、低開口数のシングルモードファイバであるとともに、
前記ライトガイドから出射した光を導光する光学部材と、前記マイクロプリズムアレイとの間に、前記レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光束の角度を広角化する回折光学素子を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のステレオ計測用柄投影光学系。 - 前記回折光学素子は、前記レーザ光導光用ファイバ束から出射したレーザ光を多点化しながら前記レーザ光導光用ファイバ束から出射した前記レーザ光束の角度を広角化することを特徴とする請求項５に記載のステレオ計測用柄投影光学系。
- 左右視差での観察画像の位置ズレ量を用いて物体の３次元計測を行う内視鏡装置に備わるステレオ計測光学系が計測対象とする観察視野範囲に、柄を投影するステレオ計測用柄投影光学系であって、
前記柄投影光学系は、
高コントラスト、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有し、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影でき、物体を照明する通常照明光学系と多重化され、
柄の投影と通常照明とを切り替え可能に構成された柄投影手段を備えてなり、
前記柄投影手段は、
特定波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光の光路と通常照明を行うための白色光源からの白色光の光路を共通の光路に統合するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタからの光を導光するライトガイドと、
前記ライトガイドの出射端側に配置され、前記特定波長を反射しその他の波長の光を透過する特性を備えた反射面に複数のピンホールが配列されてなるピンホール付き特定波長反射部材と、
前記ピンホール付き特定波長反射部材の光通過側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、該ピンホール付き特定波長反射部材を通過した光を導光する光学部材と、
前記ピンホール付き特定波長反射部材を通過した光を導光する光学部材の出射端側に、前記ライトガイドから出射し前記ピンホール付き特定波長反射部材のピンホールを通過した複数の点状の光の夫々を複数の光に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなり、前記ピンホールの横方向の配列に対する前記マイクロプリズムの横方向の配列が傾くように配置されたマイクロプリズムアレイとからなることを特徴とするステレオ計測用柄投影光学系。 - 前記ピンホール付き特定波長反射部材を通過した光を導光する光学部材が、対称面を２つ以上有し且つ光軸を含む断面が対称な柱体形状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のステレオ計測用柄投影光学系。
- 左右視差での観察画像の位置ズレ量を用いて物体の３次元計測を行う内視鏡装置に備わるステレオ計測光学系が計測対象とする観察視野範囲に、柄を投影するステレオ計測用柄投影光学系であって、
前記柄投影光学系は、
高コントラスト、観察系で観察可能な大きさで、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な数の柄を有し、左右方向に隣り合う柄同士の判別が可能な柄の配列を投影でき、物体を照明する通常照明光学系と多重化され、
柄の投影と通常照明とを切り替え可能に構成された柄投影手段を備えてなり、
前記柄投影手段は、
通常照明を行うための白色光源から出射された白色光線を平行にする第１のレンズと、
前記第１のレンズによって平行となっている白色光線の光路上に挿脱可能に配置され、入射する前記白色光の一部を遮光して模様を形成する遮光部材と、
前記遮光部材の通過側に配置され、該遮光部材により形成された模様を結像する第２のレンズと、
前記第２のレンズの結像位置に配置され、前記の遮光部材を通過した光を導光するライトガイドと、
前記ライトガイドの出射端側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、該ライトガイドから出射した光を導光する光学部材と、
前記ライトガイドから出射した光を導光する光学部材の出射端側に、前記ライトガイドから出射した模様の像を複数の模様の像に分離・拡散するマイクロプリズムを配列してなり、前記マイクロプリズムの横方向の配列が二次元座標上の横軸に対して傾く向きに配置されたマイクロプリズムアレイとからなることを特徴とするステレオ計測用柄投影光学系。 - 前記ライトガイドから出射した光を導光する光学部材が、対称面を２つ以上有し且つ光軸を含む断面が対称な柱体形状に形成されていることを特徴とする請求項９に記載のステレオ計測用柄投影光学系。
- 請求項１〜１０のいずれかに記載のステレオ計測用柄投影光学系を内視鏡先端部に備えたステレオ計測内視鏡装置。
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