JPH01242033A - 計測内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的１ （産業上の利用分野） 本発明は、臓器表面の病変等による凹凸を認識、計測す
る計測内視鏡装置に関する。

（従来の技術） 内？［による臓器表面の病変等による凹凸を認識する計
測内視鏡装置として、第７図に示す透過型ファイバ回折
格子を用いるものが知られている。

同図に示されるのは、直径が数１０μｍのグラスファイ
バーを多数配列した１次元回折格子７と、シリンドリカ
ルロッドレンズ５とを重ね合せたものである。

第７図の透過型ファイバ回折格子１ｄにレーザ光を入射
させると、入射レーザ光は該透過型ファイバ回折格子１
ｄによって回折を受け、明暗部の縦縞模様の回折パター
ンを生じる。該回折パターンは臓器表面等の被写体上に
投影される。被写体上に投影された回折パターンは、被
写体表面に存在する凹凸により、第４図に示すような該
凹凸形状に対応した変形を受ける。この被写体に投影さ
れ変形を受けた回折パターンを、固体撮像素子（ＣＯＤ
）等の撮像素子を用いて撮像、ざらに該撮像情報から計
算器を用いて回折パターンの被った変形、したがって被
写体表面の凹凸を求めることができるのである。

上述のところから明らかなように、この方法にあっては
、レーザ光を透過型回折格子に入射させることによって
得られる回折パターンのコントラストもしくは鮮明さが
本質的に重要であり、したがって透過型回折格子として
は可能な限り精度の高いものが要求される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来技術にあっては次のよう
な問題がある。

すなわち、従来技術により多数のファイバーを配列して
１次元回折格子を作製した場合、ファイバー太さのばら
つき、配列間隔の非−様性等のため、十分高い周期性を
有する回折格子が得られず、し“たがって＾い明暗のコ
ントラスト比、鮮明さをもった回折パターンが得られず
、正確に被写体表面の凹凸を認識ないし測定することが
困難であった。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり
、コントラストおよび鮮明度の高い回折パターンを被写
体に投影し、被写体表面の凹凸を正確に測定可能な計測
内？１２鏡装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するだめの手段） 上記目的を達成するために、本発明の計測内視鏡装置に
おいては、入射レーザ光を回折し、平面上に線状明部が
一定の角度周期をもって表われる回折パターンを生じる
マイクロシリンドリカルレンズアレイを有する透過型回
折格子を用いる。

（作用） レーザ光細線が、透過型回折格子を構成しているマイク
ロシリンドリカルレンズアレイに入射すれば、該アレイ
により回折され、回折光を平面上に投影したとき、レー
ザ光の波長と該アレイにおけるマイクロシリンドリカル
レンズ間距離とに対応する一定の間隔をもって明るい点
が同一線上に並ぶ回折パターンを生じ、さらに該回折パ
ターンが前記アレイに隣接して設けられたロンドレンズ
体等により該パターンの生じている平面に垂直な方向に
伸張拡大、もしくは一定の周期で反復されて、一定の間
隔をもつ明暗部からなるコントラストの強く鮮明な縦縞
回折パターン、もしくは明るい点が２次元的に一定の周
期で並ぶ回折パターンを得る。

該縦縞回折パターン、もしくは明るい点が２次元的に一
定の周期で並ぶ回折パターンは被写体に投影され、その
凹凸に応じた変形を受ける。

（実施例〉 以下、図を参照しながら本発明の実施例について説明す
る。

第１図に本発明の第１の実施例の計測内？！２鏡に用い
る透過型回折格子１ａの構成を示す。

第２図に本実施例の計測内視鏡装置のブロック構成を示
す。

第２図のレーザ光源装置２１においてレーザ光が発生さ
せられる。光源としてはｌ−１ｅ−Ｎｅレーザが用いら
れる。

該レーザ光源装置において発生したレーザ光はライトガ
イドを通じて、電子スコープの先端部に設置された透過
型回折格子１ａ１．：導かれ、垂直に入射する。

入射レーザ光束の直径は、はぼ０．７ｎ＋ｉである。

該透過型回折格子１ａは、第１図に示されるようにマイ
クロシリンドリカルレンズアレイ３と、ロッドレンズ５
とを有する。

マイクロシリンドリカルレンズアレイ３は、円柱状の屈
折率分布領域を、多数、ｎいに平行にガラス製平面基板
内に作製したものである。

該マイクロシリンドリカルレンズアレイ３の形状は一辺
はぼ２１１１１の正方形である。

隣り合う前記円柱状屈折率分布領域中心軸間距離は、は
ぼ２５μ履である。一般にこの値は投影パターンにおけ
る隣接明部間距離が、適当な値となるように数十μｍで
あることが好ましいが、２００μｍ程度以下であれば問
題はない。また隣り合う円柱状屈折率分布領域は互いに
接する必要はなく、離れていてもさしつかえない。

円柱状屈折率分布領域形成は、例えばイオン交換法を用
い屈折率を高めるための溶融金属塩を前記ガラス製平面
基板に拡散することによって行なわれる。

このイオン交換法は集積回路作製にめいて用いられ高度
に発達している、フォトリソグラフィ技術を応用したも
のであり、これにより極めて高精度に、高い周期性をも
ったマイクロシリンドリカルレンズアレイを得ることが
できる。

透過型回折格子１ａに導かれたレーザ光は、まずマイク
ロシリンドリカルレンズアレイ３に入射し、回折を受け
る。マイクロシリンドリカルレンズアレイ３からの回折
光を、ロッドレンズ５を通さず平面上に照射したとすれ
ば、第３図に示寸ように直線上に周期的に明点の配列す
る１次元回折パターンを生じる。

すなわち、第３図に示されるようにマイクロシリンドリ
カルレンズアレイ３は、垂直に入射するレーザ光を含み
、各マイクロシリンドリカルレンズに垂直な平面内にお
いて、線状明部が一定の角度周期をもって表われる回折
パターンを生じる１次元回折格子として作用するもので
ある。

マイクロシリンドリカルレンズアレイ３からの１次元回
折パターンは次にロッドレンズ５に入射し、屈折を受け
、第１図の１０の２次元回折パターンとされる。

すなわち、透過型回折格子１ａから十分遠くにある平面
に、該透過型回折格子１ａからの回折光を照射させれば
、それは互いに平行に規則的な間隔をおいて並ぶ、明暗
部の多数のくり返しである２次元縦縞回折パターン１０
を描く。ある１つの明部の直線状領域上の各点はいずれ
も、ロッドレンズ５の働ぎにより、マイクロシリンドリ
カルレンズアレイ３から等しい光学的距離にあり、マイ
クロシリンドリカルレンズ３の隣り合うマイクロシリン
ドリカルレンズからの光学的距離の差が、用いたＨｅ−
Ｎｅレーザ光の波長の整数倍となっているのである。

前記のようにマイクロシリンドリカルレンズアレイ３は
、権めて高い精度で作製されるので該マイクロシリンド
リカルレンズアレイ３により１蒋られる前記縦縞回折パ
ターン１０は高いコントラストおよび鮮明度を有する。

透過型回折格子１ａと照射平面との距離が、通常の使用
状態でのスコープと被写体表面との距離に相当する５ｃ
ｍ程度である場合、該平面上に生じる縦縞回折パターン
の隣り合う明部間距離は数ｍｍである。

該回折パターン１０は、実際の使用において被写体に投
影され、その凹凸に対応した変形を受ける。

そのような変形の例が第４図に示されるものである。

この変形を受けた投影パターンは、スコープ先端に、所
定の視差を生じるように、前記透過型回折格子１ａと間
隔をもって設置された固体踊＠素子（ＣＯＤ）により搬
像され、画像情報に変換される。

ＣＯＤから取り出された画像情報は第２図のビデオプロ
セッサ内カメラコンロールユニットでＮＴＳＣ信号に変
換される。該ＮＴＳＣ信号のうちの輝度成分は第２図の
座標検出部に送られる。該座標検出部は、信号中のノイ
ズ抑制を行なうノイズ処理部、２（ｉｉＩ化処理部、細
線化処理部、該細線化処理部で投影パターンの各明部か
ら得られた細線の形状から、細線上各点、したがって該
点に対応する被写体表面の３次元座標を従来公知の方法
で計眸する座標演棹部とを右する。

このようにして得られた被写体表面の３次元座標をもと
にモニタＴＶ上への表示、あるいは病変部の大きさ、深
さ等の測定が行なわれる。

コントラストが高く、鮮明な回折パターンを用いるので
、極めて正確に被写体表面の凹凸分布を測定ないし表示
することができる。

０ツドレンズ５の製作も、マイクロシリンドリカルレン
ズアレイ３の作成と同様にイオン交換法用いガラス製平
面基板に、円柱状屈折率の分布を形成することによって
行なうこともできる。

また、ロッドレンズ５の代りに円柱凹面レンズを用いて
も同様な効果が得られる。

また、マイクロシリンドリカルレンズの断面は必ずしも
幾何学的に円形である必要はない。例えば、イオン交換
法によって作成する場合、断面を長方形とし、屈折率が
マイクロレンズの中心軸から離れるに従って適当に減少
するように屈折率分布を形成することによって、光学的
には断面が円形であり、屈折率分布が一様なマイクロシ
リンドリカルレンズと等価にすることができる。

要するに、各マイクロシリンドリカルレンズはレンズ作
用、機能をもちさえすればよいのであるから、その断面
形状は屈折率万作を一様に形成するとして、円の一部、
例えば半円であってもよい。

すなわち、本明細書全体を通じて、マイクロシリンドリ
カルレンズアレイというときの、シリンドリカルという
言葉は上述のような意味で用いられている。

アレイの各要素がレンズ作用をもつように構成するのは
、そうすることにより、高次の干渉縞まで鮮明な回折パ
ターンが得られからである。

また、マイクロシリンドリカルレンズアレイは、イオン
交換法以外の種々の方法で作ることもできる。

例えば、各マイクロシリンドリカルレンズに対応する位
置にマイクロシリンドリカルレンズに対応する形状の開
口を有するフォトマスクを用い、該フォトマスクを介し
、ガラス製基板に紫外線を照射し、その後適当な熱処理
を行なうことにより、ガラス製平面基板上に断面が円の
一部となるような線状凸部を形成することによってもよ
い。このようにして形成された各線状凸部は、マイクロ
シリンドリカルレンズとして機能する。

また、この方法で同様な線状凸部をガラス製平面基板の
上面と下面の対応する位置に対称的に形成してもよい。

このとき、ガラス製平面基板の上面と下面にある一対の
線状凸部が一つのマイクロシリンドリカルレンズとして
機能する。

また、第２の実施例として第５図に示すように、透過型
回折格子１ｂの面内側のほぼ半分にマイク０シリンドリ
カルレンズアレイを設け、残りの部分を正方形状の透明
板とするように構成したものを用い、レーザ光をマイク
ロシリンドリカルレンズアレイと透明板とを照射するよ
うに入射させてもよい。

これにより、第５図に示されるように０次の縞１５ａの
明るさの強調された回折パターン１５を得ることができ
る。

このように明るさの強調された縞は、ＣＯＤから各縦縞
までの距離を求める際の基準として働くものである。

なお、該透過型回折格子１ｂは、２次元回折パターン１
５を得るのに、円柱状凹面レンズ６を用いている。

第６図に、本発明の第３の実施例で用いる透過型回折格
子１Ｃの構成を示す。

腰回に示されるように、透過型回折格子１Ｃは、前記回
折格子１ａと同様な第１の１次元回折格子としてのマイ
クロシリンドリカルレンズアレイ３と、第２の１次元回
折格子としてのマイクロシリンドリカルレンズアレイ３
′　とを有する。

このような構成を有する透過型回折格子ＩＣにおいてレ
ーザ光はまずマイクロシリンドリカルレンズアレイ３に
入射し、次にマイクロシリンドリカルレンズアレイ３′
を通過するものである。

マイクロシリンドリカルレンズアレイ３の各マイクロシ
リンドリカルレンズの直径は１０μｍ程度であり、マイ
クロシリンドリカルレンズアレイ３′の各マイクロシリ
ンドリカルレンズアレイの直径は１００μｍ程度である
。

このように各マイクロシリンドリカルレンズの直径を選
ぶことによって、第２の１次元回折格子の回折角を、第
１の１次元回折格子の回折角よりほぼ１／１０に小ざく
することができ、したがって透過型回折格子１Ｃによる
回折パターンをほぼ縦縞模様に近いものとすることがで
きる。

座標測定の基準となる明点の分布が離散的過ぎると、被
写体表面形状の正確な測定が困難となるが、このように
隣接する明点の間隔を小さくし、疑似縦縞模様の回折パ
ターンとすることにより、十分正確な測定および表示が
可能となる。

本実施例においても、マイクロシリンドリカルレンズア
レイ３および３′は例えばイオン交換法により、極めて
高い周期性をもつように作成されるものである。

本実施例においても、ＣＯＤ、ビデオプロセッサ、座標
検出部、レーザ光源装置およびモニタＴＶ等を有するこ
とは第１の実施例の場合と同様であり、各部で第１の実
施例に関し述べたところの所定の処理ないし機能が行な
われる。

また、疑似縦縞模様の回折パターンを（ｑるには、マイ
クロシリンドリカルレンズアレイ３のマイクロシリンド
リカルレンズの直径を、例えば１００μｍとし、例えば
１０μ階とされるマイクロシリンドリカルレンズ３′の
直径よりも大きくすることによってもよい。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように構成されているので、次
のような効果を秦する。

すなわち、透過型回折格子を、高い周期性、すなわち、
周一の屈折率分布および形状をもつマイクロシリンドリ
カルレンズの一定の間隔をおいての規則的な配列性、を
有するマイクロシリンドリカルレンズアレイを用いて構
成し、高いコントラストをもつ回折パターンを得、該回
折パターンにより被写体表面の凹凸の計測ないし表示を
行なうので、高い精度の計測結果が得られる。

また、本発明の計測内視ｍ装置を用いれば、胃潰瘍等の
病変部の大きさや深さを正確に測定することができ、正
確な診断が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例の計測内視鏡装置で用
いられる透過型回折格子の構成、および該回折格子によ
り得られる回折パターンを示す図、第２図は、本発明の
各実施例の計測内視鏡Ｖｔ置のブロック図、 第３図はマイクロシリンドリカルレンズアレイによる回
折パターンを示す図、 第４図は被写体の凹凸によって変形を受けた投影パター
ンの例を示ず図、 第５図は、本発明の第２の実施例の計測内視鏡ｉ！置で
用いられる透過型回折格子に対する構成図、第６図は、
本発明の第３の実施例の計測内視鏡装置で用いられる透
過型回折格子に対する構成図、第７図は従来の計測内視
ｌｔ装置における透過型回折格子に対する構成図である
。 ｌａ、ｌｂ、ｉｃ・・・透過型回折格子３・・・マイク
ロシリンドリカルレンズアレイ５・・・Ｏラドレンズ １０．１５・・・回折パターン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）スコープ先端部に、視差に対応する間隔をおいて
   、レーザ光を回折して検査対象に回折パターンを投影さ
   せる透過型回折格子と、検査対象上に生じる回折パター
   ンの投影像を撮像する撮像手段とを有し、検査対象の凹
   凸等を検知する計測内視鏡装置であつて、 前記透過型回折格子が、入射レーザ光を回折し、平面上
   に線状明部が一定の角度周期をもって表われる１次元回
   折パターンを生じるマイクロシリンドリカルレンズアレ
   イを有することを特徴とする計測内視鏡装置。
2. （２）前記透過型回折格子は、マイクロシリンドリカル
   レンズアレイと、該１次元回折パターンを、該１次元回
   折パターンの生じる前記平面に垂直な方向に拡大するロ
   ッドレンズ体もしくは円柱凹面レンズ体とを重ね合せた
   ものとして構成されることを特徴とする請求項１記載の
   計測内視鏡装置。
3. （３）前記透過型回折格子は、入射レーザ光を回折し、
   平面上に線状明部が一定の角度周期をもつて表われる１
   次元回折パターンを生じる、第１の１次元回折格子とし
   てのマイクロシリンドリカルレンズアレイと、該１次元
   回折パターンを、該１次元回折パターンの生じる前記平
   面に垂直な方向に一定の周期で反復する第２の１次元回
   折格子としてのマイクロシリンドリカルレンズアレイと
   を重ね合せたものとして構成されることを特徴とする請
   求項１記載の計測内視鏡装置。
4. （４）第２の１次元回折格子としてのマイクロシリンド
   リカルレンズアレイにおいて、隣接するマイクロシリン
   ドリカルレンズ間の距離が、第１の１次元回折格子とし
   てのマイクロシリンドリカルレンズアレイにおける隣接
   するマイクロシリンドリカルレンズ間の距離と異なるよ
   うに構成したことを特徴とする請求項３記載の計測内視
   鏡装置。