JP7451679B2 - 内視鏡システム、内視鏡及び距離算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡システム、内視鏡及び距離算出方法等に関する。

内視鏡において病変部等の大きさを測定したい場合があるが、正確に大きさを測定するためにはスコープから病変部までの距離を測定する必要がある。従来より、物体の３次元計測等において測距が行われており、その測距方式として、視差方式、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式、及びストラクチャードライト方式が知られている。これらの測距方式が内視鏡に適するかを評価する観点として、リアルタイム測定、リアルタイム処理、及び細径化を考える。リアルタイム測定は、生体等の動きのある対象を高精度に測距するために、短時間に測定が完了するかを示す観点である。リアルタイム処理は、被写体を観察中にリアルタイムに情報を提示するために、短時間に測距演算を処理できるかを示す観点である。細径化は、内視鏡のスコープ先端に測距機構を搭載するに当たり、スコープ先端の径が太くなりすぎないかを示す観点である。

視差方式はステレオビジョンとも呼ばれ、２つの撮像系により視差画像を取得する。視差方式は、１フレームで視差画像を取得できるので、リアルタイム測定可能である。しかし、視差の演算負荷が大きくリアルタイム処理が難しく、２つの撮像系が必要であるため細径化が難しい。

ＴＯＦ方式は、光の反射波がイメージセンサに到達する時間を測定する。ＴＯＦ方式は、１フレームで測距できるのでリアルタイム測定可能であり、時間から距離に換算する処理負荷が小さいためリアルタイム処理可能である。しかし、観察画像を撮像するイメージセンサとは別にＴＯＦ専用のイメージセンサを設けるため、細径化が難しい。ストラクチャードライト方式は、互いに位相が異なる複数のパターン光を被写体に投影し、その画像を撮像する。

ストラクチャードライト方式は、各パターン光の写り方から距離に換算する処理負荷が小さいためリアルタイム処理可能であり、パターン光の投影機構はイメージセンサより小型であるため、他の測距方式に比べると細径化可能である。しかし、従来のストラクチャードライト方式は、１つのパターン投影に対して１フレームの撮像を行うため、全てのパターン投影を撮影するために複数フレームの撮像が必要である。例えば特許文献１には、３つの光源とグレーティングを含み、光源を１つずつ順次に点灯させることで、互いに位相が異なる３のパターン光を順次に投影し、各パターン光が投影された被写体を撮像することで３つの画像を取得し、その３つの画像から距離を演算する測距手法が開示されている。

米国特許出願公開第２００９／０２２５３２１号明細書

上記のように、内視鏡において重要な細径化の観点からストラクチャードライト方式の採用が望ましいが、従来のストラクチャードライト方式は複数フレームの撮像を行うためリアルタイム測定が難しく、生体等の動きのある対象を高精度に測距することに不向きであるという課題があった。

本開示の一態様は、縞状又は格子状のパターンを有し且つ前記パターンの位相及び光の波長が互いに異なる第１～第ｎパターン光（ｎは２以上の整数）を、被写体に投影するパターン光投影部と、前記第１～第ｎパターン光が投影された前記被写体の像を１フレームの画像として撮像する撮像部と、前記１フレームの画像に基づいて、前記被写体までの距離又は前記被写体の形状を算出する処理部と、を含む内視鏡システムに関係する。

本開示の他の態様は、縞状又は格子状のパターンを有し且つ前記パターンの位相が互いに異なる第１～第ｎパターン光（ｎは２以上の整数）を、被写体に投影するパターン光投影部と、前記第１～第ｎパターン光が投影された前記被写体の像を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された画像に基づいて、前記被写体までの距離又は前記被写体の形状を算出する処理部と、を含み、前記パターン光投影部は、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element）と、互いに波長が異なる第１～第ｎ波長の成分を含む平行光を前記ＤＯＥに入射させる入射部と、前記ＤＯＥの出射光が入射され、前記第１～第ｎ波長の前記第１～第ｎパターン光を前記被写体に投影するスリット部と、を含む内視鏡システムに関係する。

内視鏡システムの構成例。 内視鏡システムの第１動作例を説明する図。 内視鏡システムの第２動作例を説明する図。 パターン光の波長を説明する図。 撮像部が有するイメージセンサの分光特性の一例。 内視鏡システムの第１詳細構成例。 内視鏡システムの第２詳細構成例。 パターン光投影部の第１詳細構成例。 パターン光投影部の第２詳細構成例。

以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、請求の範囲に記載された内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本開示の必須構成要件であるとは限らない。

１．構成例
図１は、内視鏡システム１０の構成例である。内視鏡システム１０は、パターン光投影部２５０と撮像部２７０と処理部１１０と観察用照明光出射部２６０とを含む。図１には内視鏡システム１０が制御装置１００を含み、測距処理を行う処理部１１０が制御装置１００に含まれる場合を示すが、これに限定されず、制御装置１００の外部に設けられた情報処理装置等に、測距処理を行う処理部１１０が設けられる構成としてもよい。内視鏡システム１０は例えば医療用の内視鏡システムであり、上部消化管又は下部消化管に用いられるビデオスコープ、或いは外科手術に用いられる硬性鏡等を想定できる。

パターン光投影部２５０は、第１～第ｎパターン光を被写体５に投影する。ｎは２以上の整数であり、ここではｎ＝３とする。パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が第１～第３パターン光である。パターン光ＰＴ１～ＰＴ３は、縞状又は格子状のパターンを有し、そのパターンの位相及び光の波長が互いに異なる。撮像部２７０は、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が投影された被写体５の像を１フレームの画像として撮像する。処理部１１０は、その１フレームの画像に基づいて、被写体５までの距離又は被写体５の形状を算出する。

ここで、フレームとは、１枚の画像を撮像するための露出期間である。例えば動画像を撮像する際には周期的にフレームが繰り返されるが、そのうちの１つのフレームにおいて、上記１フレームの画像が撮像される。例えば図２、図３で後述するように、観察画像が撮像されるフレームの間のフレームにおいて、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が投影された被写体５の像が撮像される。

本実施形態によれば、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が投影された被写体５の像を１フレームで撮像するので、ストラクチャードライト方式の測距に必要な画像を、短時間に撮像できる。これにより、ストラクチャードライト方式においてリアルタイム測定が可能となり、生体等の動きのある対象を高精度に測距できる。パターン光ＰＴ１～ＰＴ３は互いに異なる波長を有することから、その波長の違いを利用して、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の各々が投影されたときの被写体像を、１フレームの画像から分離し、その情報から距離を演算できる。

また、内視鏡システム１０はＡＩによる診断支援を行ってもよい。この場合、観察画像と共に、被写体５の距離又は形状の情報をＡＩに入力することで、診断支援の精度を向上できる。

また、測距により得られた形状は、注目部位が病変であるか否かを診断する際のエビデンスとして重要である。例えば、ポリープが発見された場合、そのポリープがガンであるか否かの診断において、ポリープのサイズ測定は重要なエビデンスを提供する。

以下、図１の構成例の詳細を説明する。パターン光投影部２５０は、第１～第３波長λ１～λ３の光を出射する第１～第３の光源Ｓ１～Ｓ３と、複数のスリットが設けられたスリット部２５２と、を含む。パターン光投影部２５０をパターン光投影装置とも呼ぶ。上述したように、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３は縞状又は格子状である。

縞状とは、平行なラインが周期的又は略周期的に繰り返された模様である。パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が縞状である場合、スリット部２５２には複数の線状スリットが設けられる。その線状スリットは互いに平行であり、線状スリットに直交する方向に並ぶ。

格子状とは、第１ライン群と第２ライン群とが直交し、各ライン群において平行なラインが周期的又は略周期的に繰り返された模様である。パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が格子状である場合、スリット部２５２には格子状のスリットが設けられる。即ち、スリット部２５２には、第１の複数の線状スリットと、それに直交する第２の複数の線状スリットとが設けられる。スリット部２５２はグレーティングとも呼ばれる。またスリット部２５２は板状部材にスリットが設けられたものであり、スリット部２５２をスリット板とも呼ぶ。

光源Ｓ１～Ｓ３は、波長λ１～λ３をスペクトルのピーク波長とする光を出射する。光源Ｓ１～Ｓ３は、スペクトルが互いに十分分離される線幅の光を出射し、例えば数ｎｍ～数１０ｎｍの線幅を有する光を出射する。光源Ｓ１～Ｓ３は、第２実施形態で後述するように、レーザダイオードとＤＯＥ（Diffractive Optical Element）等を用いて生成される仮想的な光源である。或いは、光源Ｓ１～Ｓ３は、発光ダイオード等の発光素子とバンドパスフィルターで構成されてもよい。パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が縞状である場合、光源Ｓ１～Ｓ３の各々は、線状スリットに平行な線状光源である。光源Ｓ１～Ｓ３は、スリット部２５２の平面に平行な面内に並んでおり、線状スリットが並ぶ方向と同じ方向に並ぶ。パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が格子状である場合、光源Ｓ１～Ｓ３は点状光源であり、スリット部２５２の平面に平行な面内において異なる位置に配置される。

光源Ｓ１～Ｓ３からの光がスリット部２５２のスリットを通過することで、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が生成される。スリット部２５２の平面に平行な平坦な被写体にパターン光ＰＴ１～ＰＴ３が投影されたとき、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３は縞状又は格子状であり、その縞又は格子の位相が互いに異なっている。例えば縞状のパターン光を例にとると、縞の１周期を位相３６０度として、ある基準となる０度の位置に対してパターン光ＰＴ１～ＰＴ３の縞がｐｈ１度～ｐｈ３度にあり、ｐｈ１度～ｐｈ３度が互いに異なる値となっている。光源Ｓ１～Ｓ３の位置が異なるので、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の位相関係は、被写体の距離に応じて変動する。但し、光源Ｓ１～Ｓ３が十分近い位置に配置されている場合、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の位相関係は、被写体の距離に関わらず一定とみなすことができる。

観察用照明光出射部２６０は、観察画像を撮影するための観察用照明光を被写体５に出射する。観察画像は、ユーザが被写体５を観察するための画像である。測距用の光及び画像と対比する意味で、観察用照明光を通常光とも呼び、観察画像を通常画像とも呼ぶ。観察用照明光は、観察目的に応じた分光特性の照明光であればよく、例えば白色光又は特殊光である。特殊光の一例は、緑色の狭帯域光及び青色の狭帯域光によって構成されたＮＢＩ用の照明光である。なお、観察用照明光出射部２６０を観察用照明光出射装置とも呼ぶ。

撮像部２７０は、被写体５を結像する対物レンズと、対物レンズが結像した被写体５を撮像するイメージセンサと、を含む。パターン光投影部２５０と観察用照明光出射部２６０は、いずれか一方が発光する。撮像部２７０は、パターン光投影部２５０が発光したとき、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が投影された被写体５の像を撮像し、観察用照明光出射部２６０が発光したとき、観察画像を撮像する。撮像部２７０は１つのイメージセンサを含み、その共通のイメージセンサが観察用照明光とパターン光を撮像する。

制御装置１００は、内視鏡システム１０の制御及び画像処理等を行う装置である。制御装置１００にはスコープが接続され、そのスコープにパターン光投影部２５０、観察用照明光出射部２６０及び撮像部２７０が設けられる。制御装置１００は処理部１１０を含む。

処理部１１０は、複数の回路部品が基板に実装された回路装置により実現される。或いは、処理部１１０は、プロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路装置であってもよい。プロセッサは、ＣＰＵ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ等である。処理部１１０がプロセッサである場合、処理部１１０の動作を記述したプログラムをプロセッサが実行することで、処理部１１０の動作が実現される。プログラムは、例えば、不図示のメモリに記憶されている。なお、処理部１１０を処理回路又は処理装置とも呼ぶ。

処理部１１０は、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が投影されたときに撮像部２７０が撮像した画像に基づいて、画像の各位置における位相を算出し、その位相に基づいて、画像の各位置における被写体５までの距離を算出する。この距離の情報は、各画素に対して距離が算出されたＺマップのような情報であり、被写体５の３次元形状を示す。処理部１１０は、算出した距離から被写体５の形状を算出する。算出される形状の情報は種々想定されるが、例えば注目部位の長さ、幅、長径、短径、高さ、又は深さであり、或いは注目部位の輪郭であり、或いは、これらのうち幾つかを組み合わせたものである。

注目部位の長さを例に、画像上の長さから実空間上での長さを求める手法を説明する。処理部１１０は、画像上の注目部位の長さと、注目部位の距離とに基づいて、実空間における注目部位の長さを求める。即ち、撮像部２７０の画角と、画像上の注目部位の長さから、撮像部２７０から見た注目部位の見込み角が分かる。処理部１１０は、この見込み角と注目部位の距離から実空間における注目部位の長さを求める。近似的には、見込み角と注目部位の距離を乗算したものが、実空間における注目部位の長さとなる。

処理部１１０は、注目部位の形状を算出する際に、傾き補正を行ってもよい。即ち、処理部１１０は、注目部位の周辺の距離から注目部位の傾きを算出し、画像上で算出された長さ等を傾き補正することで、注目部位が撮像部２７０に正対したときの長さ等に換算し、その補正された長さ等の情報を、被写体５の形状情報として出力する。

処理部１１０は、注目部位の形状だけでなく、２つの部位の間の距離を求めてもよい。例えば、大腸内視鏡において、ポリープと肛門の距離を測定することが想定される。２つの部位が離れていて１つの画像内に写らない場合には、その経路を分割して距離を測定する。即ち、処理部１１０は、２つの部位の間の経路において複数のパターン画像を取得し、各パターン画像から算出した距離を接続して２つの部位の間の距離を算出する。病変と肛門の距離は、機能温存手術の適用対象であるか否かを判断する材料となる。

本実施形態では、内視鏡システム１０はパターン光ＰＴ１～ＰＴ３と観察用照明光を切り替えて被写体５に照射し、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３による画像と、観察画像とを、１フレーム単位で取得する。この動作の一例として、以下に２つの例を示す。以下、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が投影されたときに撮像された画像をパターン画像と呼ぶ。

図２は、内視鏡システム１０の第１動作例を説明する図である。観察用照明光出射部２６０は、連続するフレームＦ１～Ｆ７のうちＦ１、Ｆ３、Ｆ５、Ｆ７において観察用照明光を出射する。図２では、波形のハイレベルが点灯を意味し、ローレベルが消灯を意味する。撮像部２７０は、観察用照明光が出射されるフレームＦ１、Ｆ３、Ｆ５、Ｆ７において撮像を行う。この画像が観察画像となる。

パターン光投影部２５０は、観察用照明光が出射されないフレームにおいてパターン光ＰＴ１～ＰＴ３を投影する。図２では、例えばトリガ信号が入力された後のフレームＦ４においてパターン光投影部２５０がパターン光ＰＴ１～ＰＴ３を投影し、撮像部２７０がパターン画像を撮像する。図２では、波形のハイレベルがパターン光ＰＴ１～ＰＴ３の投影を意味し、ローレベルがパターン光ＰＴ１～ＰＴ３の消灯を意味する。パターン光ＰＴ１～ＰＴ３を投影する時間は任意であるが、測距精度の点からは短い方がよい。その時間は、例えばパターン光ＰＴ１～ＰＴ３の輝度と必要な測距精度等に基づいて設定されればよい。処理部１１０は、フレームＦ４において撮像されたパターン画像に基づいて測距処理を行う。図２では、波形のハイレベルが測距処理の実行を意味する。なお、内視鏡においては、観察用光源の光量不足の問題で、観察画像を取得するための蓄積時間をできるだけ長くしたい場合がある。この場合は図２の２フレーム分を１フレームとして観察画像を取得して、トリガ信号入力時のみ観察画像の取得を中止してパターン光を照射し、パターン画像を取得することが考えられる。この場合、観察画像を表示する際に、前のフレームの観察画像を表示する等の工夫が必要になる。

トリガ信号は、例えばユーザ操作により処理部１１０に入力される。例えば、スコープ操作部に測距指示用のボタンが設けられ、そのボタンが押されたときにスコープ操作部から処理部１１０にトリガ信号が入力される。或いは、トリガ信号は処理部１１０の内部で生成されてもよい。例えば処理部１１０が観察画像内に注目部位が存在するか否かの判定を行い、観察画像内に注目部位を検出したときにトリガ信号を発生させる。注目部位は、例えばガン又はポリープ等の病変部である。処理部１１０は、ＡＩ処理等によって注目部位を検出し、トリガ信号を発生させる。また処理部１１０は、ＡＩ処理により検出した注目部位の測距結果を用いて更にＡＩ処理を行うことで、注目部位の判定精度を高めてもよい。例えば、ＡＩ処理は、測距により得られた注目部位のサイズ又は形状等を用いる。

図３は、内視鏡システム１０の第２動作例を説明する図である。観察画像は、図２と同様に、フレームＦ１、Ｆ３、Ｆ５、Ｆ７において撮像される。図３では、トリガ信号に関係なく、観察用照明光が出射されない全てのフレームＦ２、Ｆ４、Ｆ６において、パターン光投影部２５０がパターン光ＰＴ１～ＰＴ３を投影し、撮像部２７０がパターン画像を撮像する。そして処理部１１０は、トリガ信号が入力されたときに測距処理を行う。即ち、処理部１１０は、トリガ信号が入力された後のフレームＦ４において撮像されたパターン画像に基づいて、測距処理を行う。この動作例では、各フレームのパターン画像を記録しておくことで、観察中に測距しなかったフレームについても、事後的に測距処理を行うことが可能となる。

図２、図３で説明したように、本実施形態では、パターン光投影部２５０はパターン光ＰＴ１～ＰＴ３を同時に被写体５に投影する。「同時に」とは、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の全てが投影されているタイミングが少なくとも存在することである。パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の投影期間は一致しなくてもよいが、投影期間が一致することが、より望ましい。

本実施形態によれば、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が同時に投影されるので、各パターン光に対して１フレームずつ撮像する手法に比べて、時間差なくパターン光ＰＴ１～ＰＴ３が投影される。これにより、生体等の動きのある被写体に対して同時に３つのパターン光によるパターン画像が得られ、高精度な測距が可能となる。

また本実施形態では、第１フレームにおいて、観察用照明光出射部２６０は観察用照明光を被写体５に出射し、撮像部２７０は観察画像を撮像する。第１フレームとは異なる第２フレームにおいて、パターン光投影部２５０はパターン光ＰＴ１～ＰＴ３を被写体５に投影し、撮像部２７０はパターン画像を撮像する。第１フレームは、図２と図３のＦ１、Ｆ３、Ｆ５、Ｆ７のいずれかに対応する。第２フレームは、図２のＦ４、又は図３のＦ２、Ｆ４、Ｆ６のいずれかに対応する。

本実施形態によれば、観察画像を撮像してユーザに提示すると共に、そのバックグランドで測距を行い、その測距により得られた距離又は形状の情報を観察画像と共にユーザに提示することが可能となる。

２．光源の波長、及び測距処理
図４は、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の波長λ１～λ３を説明する図である。図４には、ヘモグロビンＨｂと酸化ヘモグロビンＨｂＯ_２の分光特性を示す。なお以下では、ヘモグロビンＨｂと酸化ヘモグロビンＨｂＯ_２を合わせて単にヘモグロビンと呼ぶ。

医療用内視鏡において観察対象は生体内であるが、生体の分光特性は主にヘモグロビンの分光特性により決まる。このため、本実施形態ではパターン光ＰＴ１～ＰＴ３の波長λ１～λ３をヘモグロビンの分光特性に基づいて設定する。

従来のストラクチャードライト方式では単色光を用いられているが、これは、被写体の分光特性に左右されずに各パターンの反射率を等しくするためである。本実施形態のように互いに異なる波長λ１～λ３を用いる場合には、各波長における被写体の反射率が同じであることが望ましいため、ヘモグロビンの分光特性において吸収係数ができるだけ平坦な波長領域を用いる。即ち、４５０ｎｍ以下の領域に存在する大きな吸収ピーク、及びその周辺の吸収係数変化が大きい領域を避けて、波長λ１～λ３を設定する。

具体的には、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の波長λ１～λ３は、４６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲に属する。４６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲において、ヘモグロビンの分光特性は変化が小さいため、各パターンの反射率がほぼ同じになる。更に、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の波長λ１～λ３は、４６０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の範囲に属することが望ましい。４６０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の範囲では、４６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲に比べて、ヘモグロビンの分光特性の変化が更に小さい。

医療用内視鏡が対象とする粘膜は表面付近に多くの毛細血管を有する。図４に示すように、４６０ｎｍ以下の波長領域においてヘモグロビンの吸収が大きいため、毛細血管のある位置において４６０ｎｍ以下の波長の戻り光は非常に弱くなる。ストラクチャードライト方式では、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の各点での光量比から距離を測定するので、パターンが持つ光の強弱以外の要因、即ち毛細血管等の反射率の違いによる戻り光の強弱があると、正確な測距ができなくなる。例えばパターン光ＰＴ１～ＰＴ３のうち１つが４６０ｎｍ以下の波長であった場合、そのパターン光は他のパターン光に比べて毛細血管からの戻り光が非常に弱くなるため、光量比が不正確になり、毛細血管の位置における距離が正確に測定できない。本実施形態では、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の波長を４６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲、又は４６０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の範囲に設定することで、戻り光の光量比が正確になり、正確な測距が可能となる。

次に、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３を同時に照射して撮像された画像から距離を求める測距処理について説明する。以下、λ１＝５２０ｎｍ、λ２＝５００ｎｍ、λ３＝４８０ｎｍである場合を例に説明する。

図５は、撮像部２７０が有するイメージセンサの分光特性の一例である。イメージセンサは、第１～第ｎ色の光を受光する第１～第ｎ色画素を有する。ここでは、ｎ＝３とし、イメージセンサはＲＧＢ原色ベイヤ型であるとし、Ｒを第１色とし、Ｇを第２色とし、Ｂを第３色とする。図５において、ＫＲはＲ画素の相対感度であり、ＫＧはＧ画素の相対感度であり、ＫＢはＢ画素の相対感度である。

図５に示すように、第ｉ色画素の第ｊ波長λｊにおける感度をａ_ｉｊとする。ｉ、ｊは１以上ｎ以下の整数である。処理部１１０は、感度ａ_ｉｊと、パターン画像におけるＲ、Ｇ、Ｂの強度値ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３とに基づいて、各パターン光が投影されたときの被写体５の像を抽出する。そして処理部１１０は、各パターン光が投影されたときの被写体５の像に基づく位相から、被写体５までの距離又は被写体５の形状を算出する。以下、この処理の詳細について説明する。

まず、パターン画像から取得可能なＲ、Ｇ、Ｂの強度値ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３と、求める対象である各パターン光が投影されたときの被写体５の像との間には、下式（１）の関係がある。ｑ_１は、波長λ１のパターン光ＰＴ１が投影されたときの被写体５の像における強度値である。同様に、ｑ_２、ｑ_３は、波長λ２、λ３のパターン光ＰＴ２、ＰＴ３が投影されたときの被写体５の像における強度値である。パターン画像における位置を（ｘ，ｙ）とする。位置（ｘ，ｙ）は例えば画素座標である。下式（１）において、左辺のｑ_１、ｑ_２、ｑ_３と右辺のｐ_１、ｐ_２、ｐ_３は、同じ位置（ｘ，ｙ）に関する強度値である。

ａ_ｉｊを要素とする行列をＡとする。行列Ａの各行ベクトルが１次独立となるように、即ち（ａ_１１，ａ_１２，ａ_１３）と（ａ_２１，ａ_２２，ａ_２３）と（ａ_３１，ａ_３２，ａ_３３）が１次独立となるように、波長λ１～λ３を選択しておく。そうすると、行列Ａは逆行列を有するので、上式（１）を下式（２）に変形できる。処理部１１０は、下式（２）を用いて各（ｘ，ｙ）における強度値ｑ_１、ｑ_２、ｑ_３を算出する。

なお、下式（３）（４）は、上式（１）（２）の記載形式を別の形式に書き替えたものであるが、意味は同じである。Ａ_ｉｊは、行列Ａのｉｊ成分を意味する。

処理部１１０は、下式（５）に示すように、ＬＵＴ（Look Up Tabel）を用いて強度値ｑ_１、ｑ_２、ｑ_３を位相ＷＰｈに変換する。ＬＵＴは、強度値ｑ_１、ｑ_２、ｑ_３の組み合わせと位相ＷＰｈとが対応付けられたテーブルであり、制御装置１００内のメモリ等に予め格納しておく。位相ＷＰｈはラップされた位相であり、処理部１１０は、位相ＷＰｈをアンラップ処理し、そのアンラップ処理後の位相から距離を求める。アンラップ処理は、縞の周期の境界で不連続となっている位相を接続することで、連続した位相に変換する処理である。即ち、ラップされた位相において、１つの縞の位相が０～３６０度であり、その隣りの縞が再び０～３６０度であるが、アンラップ処理は、これらの位相を０～７２０度に接続する処理である。

ある基準の距離に基準面を設定したとすると、その基準面におけるパターン光の位相が決まる。この基準となる位相と、上記処理によって求めた位相との差が、基準面と被写体５の相対的な距離を示す。即ち、処理部１１０は、所定の基準となる位相と、上記処理によって求めた位相との差から、被写体５までの距離を算出する。

図１において光源Ｓ１～Ｓ３の位置が十分近いと近似できる場合には、下式（６）に示すように関数演算により位相ＷＰｈを求めてもよい。ａｒｃｔａｎ２は、引数をｖ／ｕとしたときｕｖ直交座標における点（ｕ，ｖ）の偏角を求める関数である。ａｒｃｔａｎ２の引数ｕは負であってもよく、値域は－π～＋πである。

本実施形態によれば、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が同時に投影された１フレームの画像から位相を決定することが可能であり、その位相を用いて被写体５までの距離を算出できる。また、全空間テーブル化手法を用いれば、各点のパターン光ＰＴ１～ＰＴ３の比率を位相に換算することなく、距離を計測することが可能である。

３．詳細構成例
図６は、内視鏡システム１０の第１詳細構成例である。内視鏡システム１０は、スコープ２００と制御装置１００と表示部３００とを含む。なお図１等で既に説明した構成要素には同一の符号を付し、その構成要素の説明を適宜に省略する。

スコープ２００は、生体内に挿入される軟性部２１０と、操作部２２０と、スコープ２００を制御装置１００に接続するコネクタ２４０と、操作部２２０と、コネクタ２４０を接続するユニバーサルコード２３０と、を含む。

パターン光投影部２５０と観察用照明光出射部２６０と撮像部２７０は、軟性部２１０の先端に設けられる。軟性部２１０の先端と反対側の端部は操作部２２０に接続される。操作部２２０は、軟性部２１０のアングル操作、処置具の操作、送気及び送水の操作等を行うための装置である。軟性部２１０と操作部２２０とユニバーサルコード２３０の内部には、光ファイバ２５１とライトガイド２６１と信号線２７１とが設けられる。光ファイバ２５１はパターン光投影部２５０とコネクタ２４０を接続する。ライトガイド２６１は観察用照明光出射部２６０とコネクタ２４０を接続する。信号線２７１は撮像部２７０とコネクタ２４０を接続する。光ファイバ２５１、ライトガイド２６１及び信号線２７１は、コネクタ２４０により制御装置１００内の光ファイバ、ライトガイド及び信号線に接続される。

制御装置１００は、処理部１１０と記憶部１２０とパターン光源１５０と観察用光源１６０とを含む。

観察用光源１６０は、観察用照明光を発生する光源である。観察用光源１６０は、白色光源と、白色光源が出射した光をライトガイドに入射させる光学系と、を含む。白色光源は、例えばキセノンランプ又は白色ＬＥＤである。

パターン光源１５０は、波長λ１～λ３のレーザ光を出射する光源である。パターン光源１５０は、波長λ１～λ３のレーザ光を発生する第１～第３レーザダイオードと、第１～第３レーザダイオードが出射したレーザ光を光ファイバに入射させる光学系と、を含む。

記憶部１２０は、メモリ又はハードディスクドライブ等の記憶装置である。メモリは半導体メモリであり、ＲＡＭ等の揮発性メモリ、又はＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリである。記憶部１２０は、処理部１１０の動作に必要なプログラム及びデータ等を記憶する。また記憶部１２０は、上式（５）で説明したＬＵＴをテーブル１２１として記憶する。上式（６）のように関数演算により位相を求める場合には、テーブル１２１が省略されてもよい。

処理部１１０は、光源コントローラ１１１と画像処理部１１２と測距処理部１１３と画像出力部１１４とを含む。これらの各部は個別のハードウェア回路により実現されてもよい。或いは、各部の動作を記述したプログラムをプロセッサが実行することで、各部の機能が実現されてもよい。

光源コントローラ１１１は、パターン光源１５０と観察用光源１６０を制御する。即ち、光源コントローラ１１１は、パターン光源１５０と観察用光源１６０の発光タイミング、発光期間、及び光量を制御する。

画像処理部１１２は、撮像部２７０から信号線２７１を介して入力される画像信号に対して画像処理を行う。画像処理部１１２は、ＲＡＷ画像からＲＧＢカラー画像を生成する処理を行う。また画像処理部１１２は、例えばホワイトバランス処理、階調処理、又は強調処理等を行ってもよい。観察用照明光が出射されるフレームで画像処理部１１２が出力する画像が観察画像であり、パターン光が投影されるフレームで画像処理部１１２が出力する画像がパターン画像である。

測距処理部１１３は、上式（１）～（６）で説明した測距処理を行うことで、被写体の各位置までの距離をパターン画像から求める。また測距処理部１１３は、被写体の各位置までの距離から形状を求める。上述したように、形状は、注目領域の短径、長径、幅、長さ、高さ、又は深さ等である。以下、距離又は形状の情報を、まとめて測距情報と呼ぶ。なお、測距処理部１１３は、パターン画像の全領域において各位置の距離を求めてもよいし、注目部位等の一部の領域のみにおいて各位置の距離を求めてもよい。また、測距処理部１１３は、ユーザにより指定された点の間の長さ又は高さ等を形状情報として求めてもよい。

測距処理部１１３は、形状の算出対象である注目部位の周辺までの距離に基づいて、注目部位の傾きを算出し、その傾きに基づいて注目部位の形状を傾き補正してもよい。例えば、後述するＡＩ処理等によって処理部１１０は注目部位を検出する。測距処理部１１３は、注目部位の周辺における３点以上の距離を求め、その距離に基づいて、注目部位の周辺における被写体表面の傾きを求める。傾きとは、撮像部２７０のカメラ視線と面の成す角度である。測距処理部１１３は、撮像部２７０に対して被写体表面が正対するように射影変換を行うことで、その正対した被写体における注目部位の形状を求める。ここでの形状は、いわゆるサイズであり、例えば長さ、幅、長径又は短径等である。

画像出力部１１４は、観察画像と測距情報に基づいて表示画像を表示部３００に出力する。表示部３００は、液晶表示装置又はＥＬ表示装置等のディスプレイである。画像出力部１１４は、表示部３００の表示領域に、例えば観察画像３０１と測距情報３０２とを並べて表示させる。或いは、画像出力部１１４は、観察画像に測距情報を重畳して表示させてもよい。例えば注目領域に、その注目領域の形状を示す情報を重ねてもよい。

具体的には、画像処理部１１２は、第１フレームにおいて撮像部２７０により撮像された画像に基づいて観察画像を生成する。画像出力部１１４は、観察画像３０１を表示部３００に表示させる。第１フレームは図２又は図３のＦ１、Ｆ３、Ｆ５、Ｆ７のいずれかに対応する。測距処理部１１３は、観察画像３０１の表示のバックグランド処理として、第１フレームにおいて撮像部２７０により撮像された画像に基づいて被写体までの距離又は被写体の形状を算出する。第２フレームは、図２のＦ４、又は図３のＦ２、Ｆ４、Ｆ６のいずれかに対応する。画像出力部１１４は、被写体までの距離又は被写体の形状に基づく測距情報３０２を観察画像３０１に付加して表示部３００に表示させる。

なお、図６ではパターン光源１５０は制御装置１００に設けられるが、パターン光源１５０は、スコープ２００の操作部２２０に設けられてもよい。また、図６ではパターン光源１５０と観察用光源１６０を別に設けたが、観察用光源１６０に共通化してもよい。この場合、観察用光源１６０と観察用照明光出射部２６０を接続する光ファイバをスコープ２００内で分岐し、その分岐した光ファイバをパターン光投影部２５０に接続する。これにより、パターン光投影部２５０と制御装置１００の接続を省略できる。

図７は、内視鏡システム１０の第２詳細構成例である。図７では、処理部１１０がＡＩ処理部１１５を更に含む。なお図１と図６等で既に説明した構成要素には同一の符号を付し、その構成要素の説明を適宜に省略する。

画像処理部１１２は、第１フレームにおいて撮像部２７０により撮像された画像に基づいて観察画像を生成する。第１フレームは図２又は図３のＦ１、Ｆ３、Ｆ５、Ｆ７のいずれかに対応する。測距処理部１１３は、第２フレームにおいて撮像部により撮像された画像に基づいて被写体までの距離又は被写体の形状を算出する。第２フレームは、図２のＦ４、又は図３のＦ２、Ｆ４、Ｆ６のいずれかに対応する。ＡＩ処理部１１５は、観察画像と、被写体までの距離又は被写体の形状とに基づくＡＩ処理により、注目部位の存在の検出又は状態の判別に係る判定を行う。注目部位の存在の検出とは、検出対象の注目部位が画像内に存在するか否かを検出することである。注目部位の状態の判別とは、注目部位の状態を示す分類カテゴリを判別することである。分類カテゴリとしては、例えばガン又はポリープ等の病変種類、或いはガンのステージ等の進行度を示す指標等である。

図２を例に、より詳細に説明する。フレームＦ１で撮像された観察画像がＡＩ処理部１１５に入力され、その観察画像に基づいてＡＩ処理部１１５がＡＩ処理により注目部位を検出する。ＡＩ処理部１１５は、注目部位が検出された場合にトリガ信号を測距処理部１１３に出力する。測距処理部１１３は、トリガ信号が入力された後のフレームＦ４で撮像された画像に基づいて、被写体までの距離又は被写体の形状を算出し、その被写体までの距離又は被写体の形状をＡＩ処理部１１５に入力する。またＡＩ処理部１１５には、フレームＦ３又はＦ５等で撮像された観察画像が入力される。ＡＩ処理部１１５は、観察画像と、被写体までの距離又は被写体の形状とに基づいて、注目部位の存在の検出又は状態の判別に係る判定を行う。この２回目の判定結果は、再びトリガ信号を生成するために用いられてもよい。或いは、２回目の判定結果は画像出力部１３０に出力されてもよく、画像出力部１３０が、観察画像に判定結果を付与して表示部３００に表示させてもよい。

図８は、パターン光投影部２５０の第１詳細構成例である。パターン光投影部２５０は、入射部２５６とＤＯＥ２５３とスリット部２５２とを含む。入射部２５６は、波長λ１～λ３の成分を含む平行光をＤＯＥ２５３に入射させる。スリット部２５２は、ＤＯＥ２５３の出射光が入射され、波長λ１～λ３のパターン光ＰＴ１～ＰＴ３を被写体５に投影する。

本実施形態によれば、レーザ光源であるパターン光源１５０が制御装置１００に設けられ、ＤＯＥ２５３等で構成されたシンプルな光学系のみがスコープ２００の先端に設けられる。これにより、スコープ２００を細径化できると共に、レーザ光源により高輝度のパターン光ＰＴ１～ＰＴ３を投影できる。生体等の動きがある被写体を高精度に測距するためには、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の発光時間が出来るだけ短い必要があるが、レーザ光源を用いることで発光時間を短縮できる。レーザ光源は発光ダイオード等と比べて素子が大きいが、ＤＯＥ２５３等を用いた構成としたことで、レーザ光源を制御装置１００に設け、スコープ２００を細径化することが可能となっている。また、発光ダイオード等の発熱源をスコープ２００先端に設ける必要がないため、スコープ２００先端の不要な発熱を防ぐことができる。

以下、図８の構成の詳細を説明する。入射部２５６は、レーザ光を導光する光ファイバ２５１と、光ファイバ２５１の出射光を平行光にするコリメートレンズ２５４と、を含む。波長λ１～λ３のレーザ光は、１本の光ファイバ２５１により導光され、光ファイバ２５１の出射端から拡散する。その拡散するレーザ光をコリメートレンズ２５４が平行光にする。

ＤＯＥ２５３は、平行光に含まれる波長λ１～λ３の成分を、互いに位置が異なる第１～第３ライン状光ＬＬ１～ＬＬ３に収束させる。スリット部２５２は、互いに平行な複数のスリットを有する。そして、ライン状光ＬＬ１～ＬＬ３が複数のスリットを通過することで、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３が被写体に投影される。

ライン状光ＬＬ１～ＬＬ３は、スリット部２５２に対して光を出射する仮想的な光源とし機能し、図１の光源Ｓ１～Ｓ３に対応している。各ライン状光は、スリット部２５２のスリットに平行である。ライン状光ＬＬ１～ＬＬ３は、スリット部２５２の平面に平行な方向で且つスリットに直交する方向において、異なる位置に配置されている。

ＤＯＥ２５３は、回折現象を利用して出射光を特定の形状に制御する光学素子である。特定の形状は、ＤＯＥ２５３の微細構造によって決まっており、その微細構造を設計することで所望の形状の光が得られる。本実施形態では、ＤＯＥ２５３は、入射される平行光のｍ次回折光を所定の焦点距離にライン状に収束させる。ｍ次回折光の収束位置は波長に応じて異なる。入射光は波長λ１～λ３の成分を有するので、各波長のｍ次回折光が、互いに異なる位置のライン状光ＬＬ１～ＬＬ３として収束される。なお、ｍは１以上の整数である。ここでは単にｍ次と記載しているが、ｍ次は＋ｍ次又は－ｍ次のいずれであってもよい。

ＤＯＥ２５３は、０次、１次、２次、・・・の回折光のうちｍ次回折光を選択的に収束させる。即ち、ＤＯＥ２５３が出射するｍ次回折光は、ｍ次以外の回折光よりも強度が高い。より具体的には、ＤＯＥ２５３は、０次、１次、２次、・・・の回折光のうち、ほぼｍ次回折光のみを出射する。

レーザ光の波長λ１～λ３は、例えば等間隔である。この場合、ＤＯＥ２５３は、等間隔にライン状光ＬＬ１～ＬＬ３を収束させる。ここでの「間隔」は、スリット部２５２の平面に平行な方向で且つスリットに直交する方向における間隔である。ライン状光ＬＬ１～ＬＬ３が等間隔であることで、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の位相が等間隔となる。これにより、ストラクチャードライト方式に適したパターン光を発生できる。また、上式（６）で説明した関数演算を用いる場合には、パターン光ＰＴ１～ＰＴ３の位相が等間隔となっている必要がある。なお、レーザ光の波長λ１～λ３は非等間隔であってもよいし、ＤＯＥ２５３が収束させるライン状光ＬＬ１～ＬＬ３は非等間隔であってもよい。この場合であっても、上式（５）で説明したように、ＬＵＴを用いることでパターン画像を距離に変換できる。

図９は、パターン光投影部２５０の第２詳細構成例である。図９では、パターン光投影部２５０がマスク部２５５を更に含む。なお図８で説明した構成要素には同一の符号を付し、その構成要素についての説明を適宜に省略する。

マスク部２５５は、ＤＯＥ２５３とスリット部２５２の間に設けられる。マスク部２５５は、ｍ次回折光によるライン状光ＬＬ１～ＬＬ３を通過させ、ｍ次以外の回折光をマスクする。図９には、マスク部２５５が、１次回折光によるライン状光ＬＬ１～ＬＬ３を通過させ、０次、２次等の１次以外の回折光をマスクする例を示す。マスク部２５５は、スリット部２５２に平行な板状部材であり、その板状部材に開口が設けられる。その開口をライン状光ＬＬ１～ＬＬ３が通過するように、マスク部２５５が設置される。

ＤＯＥ２５３はｍ次回折光を選択的に収束させるが、ＤＯＥ２５３の出射光にはｍ次以外の回折光も含まれる。このｍ次以外の回折光がスリット部２５２を通過すると、本来のパターン光ＰＴ１～ＰＴ３以外の不要なパターン光が混入し、測距精度が低下するおそれがある。本実施形態によれば、マスク部２５５を設けたことで、ｍ次以外の回折光がマスクされるので、本来のパターン光ＰＴ１～ＰＴ３のみが投影され、高精度な測距が可能となる。

図６において、処理部１１０はＡＩ処理により診断支援情報を生成してもよい。この場合、記憶部１２０は、診断支援情報を生成するように学習された学習済みモデルを記憶し、処理部１１０は、その学習済みモデルを用いたＡＩ処理を実行することで、診断支援情報を生成する。以下、ＡＩ処理の内容を説明する。

処理部１１０は、観察画像内において注目部位が指定されたとき、被写体の距離情報を取得し、その距離情報に基づいて注目部位の長さ又は高さ等を測定する。注目部位は、例えばユーザ操作により指定される。或いは、処理部１１０が、観察画像に対してＡＩ画像認識を行うことで注目部位を検出し、それによって注目部位が指定されてもよい。処理部１１０は、取得された注目部位の長さ又は高さ等と、観察画像とをＡＩ処理の入力として、診断支援情報を生成する。診断支援情報は、例えば病変か否か、病変の種類、病変の悪性度、又は病変の形状等の推定情報である。処理部１１０の画像出力部１１４は、診断支援情報を観察画像と共に表示部３００に表示させる。

処理部１１０は、事後処理により上記診断支援情報を生成してもよい。即ち、記憶部１２０が観察画像及びパターン画像を記録しておき、処理部１１０が、記憶部１２０に記録された観察画像及びパターン画像を用いて上記ＡＩ処理を実行してもよい。

以上、本実施形態およびその変形例について説明したが、本開示は、各実施形態やその変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階では、要旨を逸脱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、上記した各実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることができる。例えば、各実施形態や変形例に記載した全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態や変形例で説明した構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、本開示の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能である。また、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。

５ 被写体、１０ 内視鏡システム、１００ 制御装置、１１０ 処理部、１１１ 光源コントローラ、１１２ 画像処理部、１１３ 測距処理部、１１４ 画像出力部、１１５ ＡＩ処理部、１２０ 記憶部、１２１ テーブル、１５０ パターン光源、１５１ 光ファイバ、１６０ 観察用光源、２００ スコープ、２１０ 軟性部、２２０ 操作部、２３０ ユニバーサルコード、２４０ コネクタ、２５０ パターン光投影部、２５１ 光ファイバ、２５２ スリット部、２５３ ＤＯＥ、２５４ コリメートレンズ、２５５ マスク部、２５６ 入射部、２６０ 観察用照明光出射部、２６１ ライトガイド、２７０ 撮像部、２７１ 信号線、３００ 表示部、３０１ 観察画像、３０２ 測距情報、ＬＬ１～ＬＬ３ ライン状光、ＰＴ１～ＰＴ３ パターン光、λ１～λ３ 波長

Claims (16)

1. 第１～第ｎ波長の光を出射する光源と、
   前記第１～第ｎ波長の光を平行光にするレンズと、
   前記平行光に含まれる第１～第ｎ波長の光の成分を、互いに位置が異なる第１～第ｎライン状光に収束させるＤＯＥ(Diffract ive Optical Element)と、
   前記第１～第ｎライン状光に基づいて、第１～第ｎパターン光を被写体に投影するスリットと、
   第１～第ｎパターン光が投影された前記被写体の像を１フレームの画像として撮像するイメージャと、
   前記イメージャにより撮像された前記画像に基づいて、前記被写体までの距離又は前記被写体の形状を算出する様に構成されたプロセッサと、
   を含むことを特徴とする内視鏡システム。
2. 請求項１において、
   前記光源、前記レンズ、前記ＤＯＥ及び前記スリットは、
   前記１フレームの画像が撮像されるフレームにおいて、前記第１～第ｎパターン光を同時に前記被写体に投影することを特徴とする内視鏡システム。
3. 請求項１において、
   観察用照明光を出射する観察用光源を含み、
   第１フレームにおいて、前記観察用光源は前記観察用照明光を出射し、前記イメージャは、前記観察用照明光により照明された前記被写体の像を撮像し、
   前記第１フレームとは異なる第２フレームにおいて、前記光源、前記レンズ、前記ＤＯＥ及び前記スリットは前記第１～第ｎパターン光を前記被写体に投影し、前記イメージャは、前記第１～第ｎパターン光が投影された前記被写体の像を撮像することを特徴とする内視鏡システム。
4. 請求項３において、
   前記プロセッサは、
   前記第１フレームにおいて前記イメージャにより撮像された画像に基づいて観察画像を生成し、
   前記第２フレームにおいて前記イメージャにより撮像された画像に基づいて前記距離又は前記形状を算出し、
   前記観察画像と、前記距離又は前記形状とに基づくＡＩ処理により、注目部位の存在の検出又は状態の判別に係る判定を行うことを特徴とする内視鏡システム。
5. 請求項３において、
   前記プロセッサは、
   前記第１フレームにおいて前記イメージャにより撮像された画像に基づいて観察画像を生成し、前記観察画像をディスプレイに表示させ、
   前記観察画像の表示のバックグランド処理として、前記第２フレームにおいて前記イメージャにより撮像された画像に基づいて前記距離又は前記形状を算出し、
   前記距離又は前記形状に基づく情報を前記観察画像に付加して前記ディスプレイに表示させることを特徴とする内視鏡システム。
6. 請求項１において、
   前記第１～第ｎパターン光の波長は、４６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲に属することを特徴とする内視鏡システム。
7. 請求項６において、
   前記第１～第ｎパターン光の波長は、４６０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の範囲に属することを特徴とする内視鏡システム。
8. 請求項１において、
   前記イメージャは、
   第１～第ｎ色の光を受光する第１～第ｎ色画素を有するイメージセンサを含み、
   前記第１～第ｎパターン光の波長を第１～第ｎ波長とし、前記第ｉ色画素（ｉは１以上ｎ以下の整数）の前記第ｊ波長（ｊは１以上ｎ以下の整数）における感度をａ_ｉｊとしたとき、
   前記プロセッサは、
   前記感度ａ_ｉｊと、前記１フレームの画像における前記第１～第ｎ色の強度値とに基づいて、前記第１～第ｎパターン光の各パターン光が投影されたときの前記被写体の像を抽出し、前記各パターン光が投影されたときの前記被写体の像に基づく位相から、前記被写体までの前記距離又は前記被写体の前記形状を算出することを特徴とする内視鏡システム。
9. 請求項８において、
   ｎ＝３であり、
   前記第１～第ｎ色は、Ｒ、Ｇ及びＢであり、
   前記ａ_ｉｊを要素とする行列Ａの各行ベクトルは１次独立であり、
   前記プロセッサは、
   前記１フレームの画像の各位置において、前記第ｉ色の強度値ｐ_ｉに対して
   ｑ_ｊ＝（Ａ^－１）_ｊｉｐ_ｉ
   の演算を行うことで、前記第ｊパターン光が投影された前記被写体の像の前記各位置における強度値ｑ_ｊを決定し、前記強度値ｑ_ｊに基づく位相から、前記被写体までの前記距離又は前記被写体の前記形状を算出することを特徴とする内視鏡システム。
10. 請求項１において、
    前記プロセッサは、
    前記形状の算出対象である注目部位の周辺までの前記距離に基づいて、前記注目部位の傾きを算出し、前記傾きに基づいて前記注目部位の前記形状を傾き補正することを特徴とする内視鏡システム。
11. 請求項１において、
    前記ＤＯＥは、
    前記平行光に含まれる前記第１～第ｎ波長の成分のｍ次回折光（ｍは１以上の整数）を出射し、
    前記ｍ次回折光は、ｍ次以外の回折光よりも強度が高いことを特徴とする内視鏡システム。
12. 請求項１において、
    前記ＤＯＥと前記スリットの間に設けられるマスクを含み、
    前記ＤＯＥは、
    前記平行光に含まれる前記第１～第ｎ波長の成分のｍ次回折光を出射し、
    前記ｍ次回折光は、ｍ次以外の回折光よりも強度が高く、
    前記マスクは、
    前記ｍ次回折光による前記第１～第ｎライン状光を通過させ、前記ｍ次以外の回折光をマスクすることを特徴とする内視鏡システム。
13. 請求項１において、
    前記第１～第ｎ波長は、等間隔であることを特徴とする内視鏡システム。
14. 請求項１において、
    光ファイバを含み、
    前記光源は、前記第１～第ｎ波長のレーザ光を出射し、
    前記光ファイバは、前記レーザ光を導光し、
    前記レンズは、前記光ファイバの出射光を前記平行光にするコリメートレンズであることを特徴とする内視鏡システム。
15. 第１～第ｎ波長の光を平行光にするレンズと、
    前記平行光に含まれる第１～第ｎ波長の光の成分を、互いに位置が異なる第１～第ｎライン状光に収束させるＤＯＥ(Diffract ive Optical Element)と、
    前記第１～第ｎライン状光に基づいて、第１～第ｎパターン光を被写体に投影するスリットと、
    前記第１～第ｎパターン光が投影された前記被写体の像を１フレームの画像として撮像するイメージャと、
    を含むことを特徴とする内視鏡。
16. 光源が、第１～第ｎ波長の光を出射し、
    レンズが、前記第１～第ｎ波長の光を平行光にし、
    ＤＯＥ(Diffract ive Optical Element)が、前記平行光に含まれる第１～第ｎ波長の光の成分を、互いに位置が異なる第１～第ｎライン状光に収束させ、
    スリットが、前記第１～第ｎライン状光に基づいて、第１～第ｎパターン光を被写体に出射し、
    イメージャが、第１～第ｎパターン光が出射された前記被写体の像を１フレームの画像として撮像し、
    プロセッサが、前記イメージャにより撮像された前記画像に基づいて、前記被写体までの距離又は前記被写体の形状を算出することを特徴とする距離算出方法。

Images