JP2875832B2

JP2875832B2 - 測距システム

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Publication number: JP2875832B2
Application number: JP1342229A
Authority: JP
Inventors: 眞一郎服部; 優此村; 和夫園部; 潤長谷川
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1999-03-31
Anticipated expiration: 2014-03-31
Also published as: JPH03197806A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、対象物に測定光を投影する測距システムに
関する。

［従来の技術］従来、視差のある複数の光学系によって得られる複数
の画像において、被写体上の同一点に対応する点が、互
いにどの位ずれているかを検知することにより、三角測
量の原理で被写体までの距離を算出できることが知られ
ている。

従来、被写体上の同一点に対応する点を特定する場
合、観察者が画像を見て判断し、ライトペン等のポイン
ティングディバイスを用いて指示していた。一方、特開
昭59−187310号公報では、走査スポット光を被写体に投
影し、被写体上の同一点に対応する各画像上の点を、観
察者が指示をせずに検知する方法が提案されている。

また特公平１−43282号公報や特開平１−113717号公
報に示されるように、ファイバレンズによってレーザ光
を多数のスポット光に変換したり、ライトガイドファイ
バ端面のパターンを利用して多数のスポット光を得てこ
れを対象物に投影し、各スポット間の距離の変化から対
象物の凹凸を計測する試みもある。

［発明が解決しようとする課題］前記特開昭59−187310号公報に示される装置では、ス
ポット光を走査するのに内部観察装置先端部に設けられ
た走査機構に行っており、内部観察装置先端部の形状が
大きくなってしまうという欠点がある。その結果、例え
ば、この装置を医療用内視鏡に応用した場合、内視鏡先
端部の径が大きくなり、患者に苦痛を与える虞があっ
た。

また、特公平１−43282号公報に示される方法では、
スポットとスポットの間の計測ができず、空間分解能に
難点があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、先
端部の形状を大きくすることなく、且つ空間分解能の高
い測定を可能にする測距システムを提供することを目的
としている。

［課題を解決するための手段］本発明による測距システムは、一方の端面に投影され
た像を他方の端面に伝達する像伝達手段と、この像伝達
手段の前記一方の端面に測定光を投影する第１の測定光
投影手段と、前記像伝達手段の前記他方の端面に伝達さ
れた前記測定光を対象物に投影する第２の測定光投影手
段と、前記像伝達手段の前記一方の端面と該端面に投影
される前記測定光との相対位置を変化させ且つこの相対
位置を表す信号を発生する走査手段と、前記対象物の像
を撮像する撮像手段と、この撮像手段の撮像する対象物
の像上での前記測定光の位置を検出する検出手段と、前
記走査手段が発生する相対位相を表す信号と前記検出手
段が検出する前記対象物の像上での前記測定光の位置を
表す信号とが入力され前記対象物上の前記測定光の座標
を算出する算出手段とを備えたことを特徴とする。

［作用］本発明では、第１の測定光投影手段によって、像伝達
手段の一方の端面に測定光が投影される。この測定光
は、像伝達手段の他方の端面に伝達され、第２の測定光
投影手段によって、対象物に投影される。走査手段によ
って像伝達手段の一方の端面とこの端面に投影される測
定光との相対位置を変化させることによって、対象物上
での測定光の位置が変化する。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例に係り、第
１図は測距システムの構成を示す説明図、第２図はイメ
ージガイドの入射端面を示す説明図、第３図はCCD上の
測定光を示す説明図である。

本実施例は、本発明を、ステレオ電子内視鏡を用いた
測距システムに応用した例である。

第１図に示すように、測距システムは、ステレオ電子
内視鏡（以下、内視鏡と記す。）１と、この内視鏡１が
接続される測定光発生装置20とを備えている。

前記内視鏡１は、細長で可撓性を有する挿入部２と、
この挿入部２の後端に連設された操作部３と、この操作
部３の側部から延設されたユニバーサルコード４とを備
えている。前記ユニバーサルコード４の端部は、前記測
定光発生装置20に接続されるようになっている。前記挿
入部２の先端部には、視差を有する２つの位置に撮像レ
ンズ6R,6Lが設けられている。この撮像レンズ6R,6Lの各
結像位置には、それぞれ、CCD7R,7Lが配設されている。
前記CCD7R,7Lに接続された信号線8R,8Lは、挿入部2,操
作部３及びユニバーサルコード４内を挿通されて前記測
定光発生装置20内の計測手段21に接続されるようになっ
ている。

また、挿入部２の先端部には、通常照明用レンズ10
と、測定光投影レンズ11とが設けられている。前記通常
照明用レンズ10の後端にはラインガイド12が連設され、
前記測定光投影レンズ11の後端にはグラスファイバの束
からなるイメージガイド13が連設されている。このライ
トガイド12及びイメージガイド13は、挿入部2,操作部３
及びユニバーサルコード４内を挿通されて、入射端部は
前記測定光発生装置20内に導かれている。

一方、前記測定光発生装置20内には、前記計測手段21
と、通常照明光を出射するランプ22と、測定光を出射す
るレーザ23とが設けられている。前述のように、前記計
測手段21には、CCD7R,7Lに接続された信号線8R,8Lが接
続されるようになっている。また、前記ランプ22から出
射された照明光は、コンデンサレンズ24によって集光さ
れ、前記ライトガイド12の入射端面に入射するようにな
っている。また、前記レーザ23から出射された測定光
は、集光レンズ25で集光されて、前記イメージガイド13
の入射端面13aに入射するようになっている。また、前
記イメージガイド13の入射端部は、連結部材26を介し
て、圧電素子やスピーカ（ボイスコイル）等で構成され
た走査手段27に連結され、この走査手段27を動作させる
ことによって、測定光の光軸に垂直な方向に往復運動す
るようになっている。

次に、第２図及び第３図を参照して、本実施例の作用
について説明する。

測定光発生装置20内のランプ22から出射された光は、
コンデンサレンズ24で集光されてライトガイド12の入射
端面に入射し、このライトガイド12を通り、通常照明用
レンズ10によって照明光18として対象物19に照射され
る。

また、測定光発生装置20内のレーザ23から出射された
平行光は、集光レンズ25によって集光され、イメージガ
イド13の入射端面13aにスポット像として投影される。
このスポット光の直径は１ミクロン程度にすることが可
能であり、イメージガイド13を構成するグラスファイバ
１本（直径数ミクロン）のみにレーザ光が投影される。
このレーザ光は、グラスファイバ内を伝送され、イメー
ジガイド13の出射端面13bに到達し、出射され、測定光
投影レンズ11によって測定光17として対象物19に投影さ
れる。この測定光17は、広がりを持った光ではあるが、
その光束は非常に細く、対象物上にはスポット光が投影
される。前記イメージガイド13の入射端部は、連結部材
26によって走査手段27に連結されており、走査手段27に
よって連結部材26が図中矢印方向へ往復運動させられる
と、それに伴ってイメージガイド13の入射端面13aも往
復運動をする。前記イメージガイド13は、第２図に示す
ように、グラスファイバ14が規則正しく整然と並べられ
て構成されており、往復運動の結果、レーザ光が入射す
るグラスファイバ14は、第２図中×印で示すように、直
線的に変化する。その結果、イメージガイド13の出射端
面13bにおいてもレーザ光が出射するグラスファイバ14
は直線的に変化する。測定光投影レンズ11は、レーザ出
射端面をそのまま対象物19に投影するので、対象物19上
の測定光17も直線的に移動することになる。

以上の動作により、内視鏡１の先端部に走査機構を設
けずに、対象物19上に投影された測定光17の走査が可能
になる。

対象物19に投影された測定光17は、撮像レンズ6R,6L
によってCCD7R,7L上に結像される。走査手段27が駆動さ
れると、CCD7L、7R上に結像されたＬ画像,R画像中にお
ける測定光17は、それぞれ、第３図（ａ），（ｂ）に示
すように破線の範囲を移動する。前記CCD7R,7Lの出力信
号は、測定光発生装置20内の計測手段21に入力され、こ
の計測手段21によって、内視鏡先端と対象物19上の測定
光17との距離、及び相対的な位置関係が計算される。こ
の計算方法としては、例えば、本出願人が先に提出した
特願平１−302486号に記載された方法を用いることがで
きる。

尚、前記CCD7R,7Lの出力信号は図示しない信号処理回
路にて映像信号処理され、この信号処理回路からの映像
信号が図示しないモニタに入力され、このモニタに対象
物の左右各像が表示されるようになっている。

このように本実施例によれば、内視鏡１の先端部の形
状を大きくすることなく対象物19上に投影された測定光
17の走査が可能となり、これにより空間分解能の高い測
定が可能となる。

第４図は本発明の第２実施例の測距システムの構成を
示す説明図である。

本実施例の測距システムは、内視鏡１と、この内視鏡
１が接続される計測装置30及び光源ユニット50と、前記
計測装置30に接続されるカラーモニタ55とを備えてい
る。内視鏡１のイメージガイド13の入射端部と信号線8
R,8Lは、前記測定装置30に接続され、ライトガイド12の
入射端部は光源ユニット50に接続されるようになってい
る。

前記測定装置30は、半導体レーザ31と、この半導体レ
ーザ31の出射光を集光してイメージガイド13の入射端面
に投影する集光レンズ32を備え、この半導体レーザ31と
集光レンズ32は一体化され、連結部材34を介して連結さ
れたスピーカ33によって光軸に垂直な方向に往復運動さ
れるようになっている。これによって、第１実施例と同
様に、レーザ光の入射するグラスファイバが変化し、対
象物19に投影される測定光17が走査される。前記半導体
レーザ31は、レーザ駆動回路35によって駆動されるよう
になっている。また、測定装置30には、クロック発生器
36が設けられ、このクロック発生器36の発生するクロッ
クは、カウンタ37に入力されるようになっている。この
カウンタ37の出力は、D/A変換器38とコンパレータ39と
に入力されるようになっている。前記D/A変換器38の出
力は、アンプ40を介して前記スピーカ33に入力されるよ
うになっている。前記コンパレータ39には、プリセット
値発生回路41からの上限及び下限のプリセット値が入力
されるようになっている。そして、このコンパレータ39
は、カウンタ37の出力が上限または下限のプリセット値
に達すると反転する出力を、前記カウンタ37に送るよう
になっている。カウンタ37は、コンパレータ39からの信
号が反転するとカウントアップとカウントダウンとを切
換えるようになっている。

前記測定装置30は、ビデオ回路（Ｒ）43R,ビデオ回路
（Ｌ）43Lを備え、内視鏡１のCCD7R,7Lの出力は、それ
ぞれ、前記ビデオ回路43R,43Lに入力されるようになっ
ている。前記ビデオ回路43R,43Lの出力は、それぞれ、
測定光位置検知回路（Ｒ）44R,測定光位置検知回路
（Ｌ）44Lに入力されるようになっている。この測定光
位置検知回路44R,44Lの出力は、距離算出手段45に入力
され、この距離算出回路45の出力は、距離情報表示手段
46に入力され、この距離情報表示手段46の出力がカラー
モニタ55に入力されるようになっている。

また、光源ユニット50は、通常照明光を出射するキセ
ノンランプ等からなるランプ51と、このランプ51を駆動
するランプ駆動回路52と、前記ランプ51から出射された
光を集光してライトガイド12の入射端面に入射させるコ
ンデンサレンズ53とを備えている。

次に、本実施例の作用について説明する。

クロック発生器36からのクロックがカウンタ37に入力
され、このカウンタ37はまずカウントアップを行う。こ
のカウンタ37の出力は、D/A変換器37にてアナログ信号
に変換され、従って、D/A変換器37の出力はカウンタ37
のカウントアップに従って増加する。D/A変換器38の出
力は、アンプ40を介してスピーカ33に送られ、スピーカ
33は徐々に前方へ駆動される。カウンタ37の出力は、コ
ンパレータ39にも入力され、カウンタ37の出力が上限プ
リセット値に達するとコンパレータ39の出力が反転し、
カウンタ37はダウンカウント動作を始める。その結果、
D/A変換器38の出力は徐々に減少し、スピーカ33は徐々
に後退する。カウンタ37が下限プリセット値に達する
と、コンパレータ39の出力が再度反転し、カウンタ37は
カウントアップを始める。このようにしてスピーカ33は
往復運動を続け、これに伴って、半導体レーザ31と集光
レンズ32が一体的に往復運動する。

一方、CCD7R,7Lの出力信号は、ビデオ回路43R,43Lに
よってビデオ信号化され、測定光位置検知回路44R,44L
に入力される。この測定光位置検知回路44R,44Lでは、
測定光の像がビデオ画像上のどの位置にあるかを検知
し、ビデオ画像の左端を基準とした水平方向座標を出力
する。距離算出手段45は、各測定光位置検知回路44R,44
Lから出力される座標を使って内視鏡先端から対象物上
の測定光までの距離を算出し、距離情報表示手段46に入
力する。この動作を走査範囲全域にわたって行うことに
より、走査範囲の表面の凹凸情報を得ることができる。
前記距離情報表示手段46は、得られた距離情報を種々の
形態でカラーモニタ55上に表示する。第４図には、測定
光の走査範囲56R,56Lとその走査範囲の表面の断面形状5
7R,57Lを、右画像58R,左画像58Lと共に表示した例を示
している。尚、内視鏡先端から対象物上の測定光までの
距離の算出方法は、第１実施例と同様に、例えば、本出
願人が先に提出した特願平１−302486号に記載された方
法を用いることができる。

また、測定光とは別に、通常照明光が、ランプ51,コ
ンデンサレンズ53,ライトガイド12によって、内視鏡先
端から出射され、一般の観察もできるようになってい
る。

尚、マウス等のポインティングディバイスで走査範囲
の任意の一点を指定し、そこまでの距離を数値で表示す
るようにしても良い。

なた、走査と同期して半導体レーザ31を高速にオン／
オフすれば、イメージガイド13中の任意のグラスファイ
バのみにレーザ光を入射させることができる。従って、
どのファイバにレーザ光を入射するかを選択できるよう
にすれば、内視鏡先端と対象物19上の走査範囲内の任意
の点までの距離を知ることができる。

その他の構成，作用及び効果は第１実施例と同様であ
る。

第５図は本発明の第３実施例の測距システムの構成を
示す説明図である。

本実施例の測距システムは、内視鏡１と、この内視鏡
１が接続される計測装置60及び光源ユニット50と、前記
内視鏡１の鉗子チャンネル64内に挿通されるイメージガ
イドプローブ66と、このイメージガイドプローブ66が接
続される測定光発生装置70とを備えている。内視鏡１の
信号線8R,8Lは前記測定装置60に接続され、ライトガイ
ド12の入射端部は光源ユニット50に接続されるようにな
っている。前記光源ユニット50の構成は、第２実施例に
おける光源ユニット50と同様である。

本実施例における内視鏡１は、測定光を導くイメージ
ガイドを内蔵せず、操作部３の鉗子孔65から挿入部２の
先端部の開口まで鉗子チャンネル64が設けられている。
そして、この鉗子チャンネル64内に、測定光を導く前記
イメージガイドプローブ66が挿通されるようになってい
る。前記イメージガイドプローブ66は、グラスファイバ
の束からなるイメージガイド67とこのイメージガイド67
の先端面に対向配置された測定光投影レンズ68とで構成
されている。このイメージガイドプローブ66の入射端部
は前記測定光発生装置70に接続されるようになってい
る。

前記測定光発生装置70は、HeNeレーザ71と、このHeNe
レーザ71からの光を平行光にするコリメータレンズ72
と、このコリメータレンズ72を経た光を反射するプレズ
ム73と、このプリズム73で反射された光を集光して前記
イメージガイドプローブ66の入射端面に入射される集光
レンズ74とを備えている。前記プリズム73と集光レンズ
74は一体化され、連結部材を介して連結されたスピーカ
33によって光軸に垂直な方向に往復運動されるようにな
っている。これによって、レーザ光の入射するグラスフ
ァイバが変化するようになっている。前記HeNeレーザ71
はレーザ駆動回路75によって駆動され、スピーカ33にス
ピーカ駆動回路76によって駆動されるようになってい
る。

一方、測定装置60は、信号線8R,8Lを介して内視鏡１
のCCD7R,7Lに接続されるビデオ回路（Ｒ）43R,ビデオ回
路（Ｌ）43Lを備え、このビデオ回路43R,43Lの出力は、
座標計測回路61に入力されるようになっている。この座
標計測回路61の出力は、座標表示手段62に入力されるよ
うになっている。

次に本実施例の作用について説明する。

イメージガイドプローブ66は、鉗子孔65から内視鏡１
のの鉗子チャンネル64内に挿入され、内視鏡先端から突
出される。このイメージガイドプローブ66の入射端面に
は、HeNeレーザ71の出射光がコンメータレンズ72,プリ
ズム73,集光レンズ74を介して微小スポット光として投
影される。前記プリズム73と集光レンズ74は、スピーカ
33によって往復運動をさせられ、レーザ光が入射するグ
ラスファイバが走査される。これに伴い、測定光投影レ
ンズ68によって対象物19に投影される測定光も走査され
る。

この測定光は、CCD7R,7Lで撮像され、ビデオ回路43R,
43Lによってビデオ信号化され、座標計測回路61に入力
される。この座標計測回路61は、コンピュータ等で構成
され、測定光像が左右の画像でどの位置にあるかを基
に、内視鏡先端に対する対象物19上の測定光17の座標を
計算する。この座標は、TVモニタ等で構成される座標表
示手段62に入力され、この座標表示手段62によって前記
座標が数値あるいはグラフィックスで表示される。尚、
内視鏡先端に対する対象物上の測定光の座標の算出方法
は、第１実施例と同様に、例えば、本出願人が先に提出
した特願平１−302486号に記載された方法を用いること
ができる。

尚、イメージガイドプローブ66の直径は、イメージガ
イド67のファイバ本数が数万本であっても数ミリに過ぎ
ず、鉗子チャンネル64から挿入することは極めて容易で
ある。

その他の構成，作用及び効果は第１実施例と同様であ
る。

第６図は本発明の第４実施例の測距システムの構成を
示す説明図である。

本実施例の測距システムは、色順次（面順次）式電子
内視鏡81と、この内視鏡81が接続されるコントロールユ
ニット90とを備えている。

前記内視鏡81では、CCD7R,7Lは色順次（面順次）式の
ものである。また、測定光伝達用のイメージガイド13の
入射端部は、操作部３内に配置されている。この操作部
３内には、半導体レーザ31と、この半導体レーザ31から
の光を平行光にするコリメータレンズ72と、このコリメ
ータレンズ72を経た光を反射するプリズム73と、このプ
リズム73で反射された光を集光して前記イメージガイド
13の入射端面に入射される集光レンズ74と、スピーカ33
とが設けられている。前記プリズム73と集光レンズ74は
一体化される、連結部材を介して連結されたスピーカ33
によって光軸に垂直な方向に往復運動されるようになっ
ている。これによって、レーザ光の入射するグラスファ
イバが変化するようになっている。前記半導体レーザ31
は信号線83を介して、コントロールユニット90内のレー
ザ駆動回路75に接続され、スピーカ33は信号線84を介し
てコントロールユニット90内のスピーカ駆動回路76に接
続されるようになっている。また、操作部３には、計測
命令信号を発生する測定スイッチ82が設けられている。
電子内視鏡81のその他の構成は、第１実施例における内
視鏡１と同様である。

一方、前記コントロールユニット90内には、通常照明
光を出射するランプ91が設けられ、このランプ91とライ
トガイド12の入射端との間の光路上に、ランプ91側から
順に、コンデンサレンズ92,回転カラー円板93が配設さ
れている。前記回転カラー円板93は、周方向に沿って配
列された赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各波長領域の
光を透過するフィルタを有し、モータ94によって回転さ
れて、前記各フィルタが順次照明光路中に介装されるよ
うになっている。また、前記ランプ91とコンデンサレン
ズ92との間の照明光路上に挿脱自在なシャッタ95が設け
られ、このシャッタ95は、ソレノイド等で構成されたシ
ャッタ駆動手段96によって駆動されるようになってい
る。前記シャッタ駆動手段96は、シャッタ制御回路97に
よって制御されている。

また、コントロールユニット90内には、前記電子内視
鏡81のCCD7R,7Lに接続されるビデオ回路43R,43Lと、半
導体レーザ31に接続されるレーザ駆動回路75と、スピー
カ33に接続されるスピーカ駆動回路76が設けられてい
る。前記ビデオ回路43R,43Lの出力は、座標計測回路61
に入力されるようになっている。この座標計測回路61の
出力は、座標表示手段62に入力されるようになってい
る。また、コントロールユニット90内には、前記レーザ
駆動回路75,スピーカ駆動回路76及びシャッタ制御回路9
7を制御するタイミングコントローラ98が設けられ、こ
のタイミングコントローラ98には前記電子内視鏡81の測
定スイッチ82からの計測命令信号が入力されるようにな
っている。

次に、本実施例の作用について説明する。

コントロールユニット90内のランプ91,コンデンサレ
ンズ92,回転カラー円板93によって、赤，緑，青の色順
次光が発生され、これがライトガイド12によって電子内
視鏡81の先端に導かれ対象物19を照明する。この各色順
次光で照明された対象物19の像は、CCD7R,7Lで撮像さ
れ、ビデオ回路43R,43Lでビデオ信号化され、図示しな
いカラーモニタ等で観察される。

対象物19の凹凸を測定する場合、操作者は電子内視鏡
81の操作部３に設けられた測定スイッチ82を押す。する
と、図示しない信号線を介して計測命令信号がコントロ
ールユニット90内のタイミングコントローラ98に入力さ
れる。このタイミングコントローラ98は、シャッタ制御
回路97を介してシャッタ駆動手段96を駆動し、シャッタ
95を色順次光発生ランプ91の光路に挿入する。その結
果、色順次光による照明は停止する。

次に、タイミングコントローラ98は、レーザ駆動回路
75とスピーカ駆動回路76とを作動し、内視鏡81内の半導
体レーザ31を発光させると同時にスピーカ33に連結され
たプリズム73及び集光レンズ74を往復運動させる。スピ
ーカ33の駆動は回転カラー円板93の回転に同期して行わ
れ、所定のフレーム周期でスピーカ33は往復運動を繰り
返す。

電荷蓄積と電荷転送とを同一の領域で行うフレームト
ランスファーCCDを用いた色順次式電子内視鏡の場合、C
CD電荷転送中にはCCDに光が当らないようにする必要が
ある。そこでタイミングコントローラ98は、半導体レー
ザ31を回転カラー円板93の回転と同期させてオン／オフ
し、本来の色順次光と同じ期間だけレーザ光を発光させ
る。その結果、ビデオ回路43R,43Lからは、正常なビデ
オ信号として通常照明画像と測定光による画像信号が得
られる。

ビデオ回路43R,43Lの出力は、第３実施例と同様に、
コンピュータ等で構成される座標計測回路61に入力さ
れ、この座標計測回路61によって内視鏡先端を基準とし
た対象物19上の測定光17の座標が計算され、この座標が
座標表示手段62によって表示される。

その他の構成，作用及び効果は第３実施例と同様であ
る。

第７図は本発明の第５実施例の測定光投影装置の構成
を示す説明図である。

本実施例の測定光投影装置は、測定光を出射するレー
ザとして、波長が可変の色素レーザ101を備えている。
この色素レーザ101から出射されたレーザ光は、集光レ
ンズ102によって集光されて、単数または複数のグラス
ファイバで構成されたライトガイド103に入射し、ライ
トガイド103の他端に導かれて出射されるようになって
いる。前記ライトガイド103の出射端部は、連結部材104
を介して圧電素子等で構成されたアクチュエータ105に
連結されており、このアクチュエータ105の動きに応じ
て光軸に垂直な方向に往復運動するようになっている。
このライトガイド103の出射端から出射される光は、縮
小レンズ106によって、グラスファイバの束からなるイ
メージガイド107の入射端107aに縮小投影されるように
なっている。このイメージガイド107の直径と縮小レン
ズ106の縮小倍率を適当に選べば、イメージガイド107の
入射端107aに投影されるライトガイド103出射端の画像
は数ミクロン以下にできる。その結果、イメージガイド
107を構成するグラスファイバ１本にライトガイド103か
らの光を入射させることができる。前記イメージガイド
107の出射端107bに伝達された光は、測定光投影レンズ1
08によって、測定光17として対象物109に投影される。

本実施例の測定光投影装置は、第１ないし第４実施例
のいずれにも適用することができる。すなわち、第１ま
たは第２実施例のようにイメージガイド107を内視鏡に
内蔵しても良いし、第３実施例のようにイメージガイド
107を内視鏡の鉗子チャンネルに挿通しても良い。ま
た、第４実施例のように色順次式電子内視鏡に適用して
も良い。

色素レーザ101は、その発生する光の波長を変化させ
ることができるので、本実施例を応用すれば、種々の波
長における対象物の凹凸あるいは大きさを測定すること
ができる。特に、体表を透過して体内に到達する赤外光
を用いれば、生体内部における血管の大きさやその深さ
を測定することができ、医学的な価値は高い。

その他の作用及び効果は第１実施例と同様である。

第８図及び第９図は本発明の第６実施例に係り、第８
図は測定光投影装置の要部の構成を示す斜視図、第９図
はイメージガイド上のピンホール像の移動を示す説明図
である。

本実施例の測定光投影装置は、ランプ111を備え、こ
のランプ111の出射光の光路上に、多数のピンホールが
開けられたピンホール板112が配設されている。このピ
ンホール板112は、連結部材113を介してアクチュエータ
114に連結され、このアクチュエータ114によって光軸方
向に垂直なＹ方向に往復運動されるようになっている。
前記ピンホール板112の像は、縮小レンズ115によってイ
メージガイド116の入射端面に縮小投影されるようにな
っている。このイメージガイド116の入射端部は、連結
部材117を介してアクチュエータ118に連結され、このア
クチュエータ118によって光軸方向及びＹ方向に垂直な
Ｘ方向に往復運動されるようになっている。前記イメー
ジガイド116の入射端面に投影されたピンホール板112の
像は、内視鏡先端へ導かれ、図示しない測定光投影レン
ズによって対象物に投影されるようになっている。

本実施例の測定光投影装置は、第５実施例と同様に、
第１ないし第４実施例のいずれにも適用することができ
る。

本実施例では、アクチュエータ114,118を適当なタイ
ミングで駆動すると、イメージガイド116上のピンホー
ル像119は、イメージガイド116入射端面を第９図に示す
ように移動する。その結果、アクチュエータ114,118の
駆動量が少なくても、ピンホール像119によってイメー
ジガイド116入射端面を全て走査することができる。そ
して、例えば、ポインティングディバイスによって、対
象物上に投影された複数のピンホール像119のうちの１
つを指定して、内視鏡先端からそのピンホール像119ま
での距離や、内視鏡先端に対するピンホール像119の座
標を求めたり、２つのピンホール像119を指定して、そ
の間の距離を求めたりすることができる。

対象物上に投影されている複数のピンホール像119が
ピンホール板112上のどのピンホールに対応するかは、
基準になるピンホール（例えば中心）の大きさを変えた
り、ピンホールにカラーフィルタを張り付け基準のピン
ホールから通過してくる光の色を変えることによって判
別することが可能となる。

尚、ピンホールを大きくすると、ピンホールがイメー
ジガイド116の複数のグラスファイバに投影されること
になるが、そのピンホール付近の測定空間分解能が低下
するのみであり、実用上はあまり問題はない。

その他の作用及び効果は第１実施例と同様である。

第10図は本発明の第７実施例の測定光投影装置の要部
の構成を示す斜視図である。

本実施例の測定光投影装置は、ランプ121を備え、こ
のランプ121の出射光は、コンデンサレンズ122によって
集光されて多数のグラスファイバ123の入射端に入射す
るようになっている。この多数のグラスファイバ123の
入射端部は束ねられており、全てのグラスファイバ123
にランプ121からの光が入射するようになっている。こ
の多数のグラスファイバ123の各出射端部は、保持板124
に規則正しく配列されている。この保持板124は、連結
部材125を介してリニアモータ126に連結され、このリニ
アモータ126によって光軸方向に垂直なＹ方向に往復運
動されるようになっている。前記各グラスファイバ123
の出射端の像は、縮小レンズ127によってイメージガイ
ド128の入射端面に縮小投影されるようになっている。
このイメージガイド128の入射端部は、連結部材129を介
して圧電バイモルフ130に連結され、この圧電バイモル
フ130によって光軸方向及びＹ方向に垂直なＸ方向に往
復運動されるようになっている。前記イメージガイド12
8の入射端面に投影された各グラスファイバ123の出射端
の像は、内視鏡先端へ導かれ、図示しない測定光投影レ
ンズによって対象物に投影されるようになっている。

本実施例の測定光投影装置は、第5,6実施例と同様
に、第１ないし第４実施例のいずれにも適用することが
できる。

その他の作用及び効果は、第６実施例と同様である。

第11図及び第12図は本発明の第８実施例に係り、第11
図は測距システムの構成を示す説明図、第12図は座標計
測回路の一例を示すブロック図である。

本実施例は、１個のCCDを備えた内視鏡で、内視鏡先
端を基準とした対象物上の測定光の３次元座標を得るこ
とができるシステムの例である。

本実施例の測距システムは、電子内視鏡131と、この
内視鏡131が接続されるコントロールユニット140とを備
えている。

前記内視鏡131は、第６図に示す電子内視鏡81におい
て、２つの撮像レンズ6R,6L、CCD7R,7L、信号線8R,8L
を、１つの撮像レンズ６、CCD7、信号線８に代えたもの
である。

一方、コントロールユニット140は、第６図に示すコ
ントロールユニット90において、２つのビデオ回路43R,
43Lを１つのビデオ回路43に代え、シャッタ95、シャッ
タ制御手段96及びシャッタ制御回路97を除いたものであ
る。尚、本実施例における座標計測回路61は、タイミン
グコントローラ98によって制御されるようになってい
る。

次に、本実施例の作用について説明する。

半導体レーザ31から出射された光は、非球面レンズで
構成されたコリメータレンズ72によって平行光に変換さ
れ、プリズム73で反射された後、集光レンズ74によって
イメージガイド13の入射端に直径１ミクロン以下の微小
スポット光として投影される。このスポット光は、イメ
ージガイド13の出射端面に伝送され、測定光投影レンズ
11によって対象物19に投影される。前記プリズム73と集
光レンズ74は連結部材によってスピーカ33に連結されて
おり、スピーカ33の往復運動に従ってイメージガイド13
の入射端のレーザスポットが走査される。

これとは別に、観察用の通常照明光として、ランプ9
1,コンデンサレンズ92,回転カラー円板93によって色順
次光が作られ、ライトガイド12を介して内視鏡先端部に
送られ、照明レンズ10によって対象物19に照射される。

前記半導体レーザ31は、色順次光の照射と同期して駆
動され、半導体レーザ31のオフ時には、対象物19は測定
光及び通常観察光によって照明されない。

対象物19に投影された測定光は、通常観察光の対象物
による反射光と共に、撮像レンズ６によてCCD7に結像さ
れる。このCCD7の出力は、ビデオ回路43によってビデオ
信号に変換され、座標計測回路61によって対象物19上の
測定光17の内視鏡先端に対する座標が計算される。計算
された座標は、座標表示手段62によって表示される。

タイミングコントローラ98からはスピーカ33の位置の
情報が座標計測回路61に送られている。座標計測回路61
では、このスピーカ33の位置の情報と、ビデオ回路43か
ら得られる測定光像の位置から、内視鏡先端を基準とし
た対象物上の測定光の座標を計算する。

尚、第12図に示すように、イメージガイド13の入射端
部を、連結部材132を介して圧電素子等で構成されるア
クチュエータ133に連結し、このアクチュエータ133によ
ってイメージガイド13の入射端部を往復運動させて、レ
ーザスポットを走査しても良い。

次に、前記座標計測回路61における測定の原理につい
て説明する。

第12図に示すように、イメージガイド13の出射端から
出射される測定光L1,L2,L3,L4を平面Ａと交点をP1,P2,P
3,P4とし、平面Ｂとの交点をQ1,Q2,Q3,Q4とする。尚、
平面A,Bは平行であり、測定光投影レンズ11の光軸に垂
直であるとする。

撮像レンズ６とCCD7とで、これらの点P1〜P4、Q1〜Q4
を撮像した場合、測定光L1上の点P1と点Q1の位置は異な
って撮像される。これは、測定光の投影光学系と撮像光
学系の位置が異なっているからである。同様に、P2とQ
2、P3とQ3、P4とQ4も、それぞれ別の点として撮像され
る。また、測定光L1,L2,L3,L4は、アクチュエータ133
（またはスピーカ33）の変位に対応して一義的に決ま
る。

その結果、対象物上の測定光がCCD7上でどの位置に結
像しているか、またそのときのアクチュエータ（または
スピーカ33）の変位がいくらかであるかが分かれば、対
象物上の測定光の絶対位置が決まる。

次に、第12図を参照して座標計測回路61の一例を説明
する。

クロック発生器（１）141の出力は、カウンタ（１）1
42でカウントアップされ、そのカウント値は大容量の半
導体メモリ等で構成されるメモリ143のアドレス入力の
下位ビットに接続されると共に、D/A変換器144とカウン
トUP/DOWN制御回路145とに入力されるようになってい
る。前記D/A変換器144の出力は、ドライバ146を介して
アクチュエータ133に入力され、前記カウンタ（１）142
のカウント値に応じてアクチュエータ133は変位する。
その結果、アクチュエータ133に連結部材132を介して連
結されているイメージガイド13の入射端部の変位し、測
定光がL1,L2,L3,L4の順に照射される。また、前記カウ
ントUP/DOWN制御回路145は、カウンタ（１）142のカウ
ント値が一定値に達するとカウント（１）142をカウン
トダウン動作に切り換え、これによりカウンタ（１）14
2はカウントダウンを始め、アクチュエータ133は往復運
動をする。

一方、CCD7の出力は、ビデオ回路43でビデオ信号化さ
れ、コンパレータ151,水平同期信号検出回路152,画像領
域検知回路153に入力される。水晶発振器等で構成され
るクロック発生器（２）154の出力はゲート回路155に入
力され、このゲート回路155は、画像領域検知回路153の
出力に基づき、ビデオ信号のうち画像部分の信号が出力
されている場合にのみクロック信号をカウンタ（２）15
6に入力するようになっている。一般に、CCDを用いた内
視鏡は出力のビデオ信号のうち、画像が表示されるのは
ビデオ画面全体に対して一部の領域であるため、画像領
域の左端を座標０とするために、このゲートが必要であ
る。

一方、コンパレータ151は、測定光検出レベルと比較
することによって、入力されたビデオ信号から測定光に
対応する信号のみを検出する。このコンパレータ151の
出力は、ラッチ157に、制御入力として入力され、ラッ
チ157には、カウンタ（２）156の値、すなわちビデオ信
号の画像領域の左端を基準とした測定光の座標が記憶さ
れる。また、水平同期信号検出回路152は、ビデオ信号
から水平同期信号を分離し、ブランキング期間中にラッ
チ157とカウンタ（２）156をリセットする。前記ラッチ
157の出力は、メモリ143のアドレス入力の上位ビットに
接続されている。

前述のように、投影している測定光とその測定光像の
位置が分かれば、対象物に投影されている測定光の位置
が一義的に決まる。本例では、前記測定光の位置に対応
するカウンタ（１）142からの照射スポット光番号と、
ラッチ157からの測定光像位置は、それぞれ、メモリ143
のアドレス入力の上位ビット、下位ビットに与えられる
構成になっており、そのアドレスに対応してメモリ143
から、測定光の内視鏡先端からの距離／位置の情報とし
てのドット番号が出力される。例えば、メモリ143に内
視鏡先端に対する対象物上の測定光の座標を記憶させて
おけば、メモリ143の読み出し時間のみで対象物上の測
定光の座標が計算できる。

メモリ143に書き込むデータを作成するのに実際の内
視鏡を用いて測定光を走査し、種々の平面に投影された
測定光の位置をカウンタ（２）156によって測定し、そ
の値を書き込めば、撮像レンズ６や測定光投影レンズ11
の収差や組立誤差等を補正できる。

尚、本実施例では、メモリ143として半導体メモリを
用いたが、これに限らず磁気ディスクや光ディスクを用
いても良い。その場合、アドレス入力とディスクの物理
アドレスの管理は、磁気ディスクあるいは光ディスクコ
ントローラによって容易に現実できる。

光ディテクは、数ギガバイトの容量を持つものも実用
化されており、この場合、アドレス入力はバイト単位の
出力を前提にした場合、30〜32ビットに相当する。ここ
で、測定を画面全体について行う場合に必要なメモリ容
量について考える。測定光を特定するために、水平方向
７ビット（128通り）、垂直方向７ビット（128通り）、
測定光の位置を特定するために、水平方向７ビット（12
8通り）、垂直方向７ビット（128通り）を用いた場合、
全体で28ビット（256×10⁶）であり、メモリの出力とし
てXYZ座標各々について２バイト、計６バイトを想定し
ても光ディスクに必要なアドレス入力は31ビット（２×
10⁹）に過ぎず、光ディスクで十分な容量を確保でき
る。磁気ディスクや光磁気ディスクの場合は若干容量が
少ないが、この場合は複数台のディスク装置を用いれば
良い。

以上のように、複雑な計算回路を用いることなく、磁
気ディスクあるいは光ディスクによって内視鏡先端を基
準とした対象物上の測定光の座標が特定できるのであ
る。

また、以上の手法は、第1,第２実施例のように、２個
のCCDを用いた場合にも適用できる。すなわち、右側CCD
と左側CCD上における測定光の結像位置の座標をメモリ
のアドレス入力に使うのである。右側CCDの測定光の結
像位置と左側CCDの測定光の結像位置の座標が分かれ
ば、内視鏡先端を基準とした対象物上の測定光の座標が
一義的に定まることは、本出願人が先に提出した特願平
１−302486号に記載されている。

本実施例のその他の構成，作用及び効果は第４実施例
と同様である。

尚、本発明は、上記各実施例に限定されず、例えば、
イメージガイド（像伝達手段）としては、多数のグラス
ファイバを束ねたものに限らず、内視鏡が硬性鏡の場合
にはリレーレンズを用いることも可能である。また、屈
折率が連続的に変化する光集束性ファイバ、いわゆるセ
ルフォック（商品名）を用いて良い。要は、入射端にお
いて走査されたスポット状の測定光が、イメージを保っ
て出射端に送られれば何であっても良いのである。

一方、スポット光を走査する方法としては、上記各実
施例に示したものに限定されず、レーザ光をガルバノミ
ラーやポリゴンミラーで走査するようにしても良いし、
フライングスポットスキャナーを利用してスポット光を
走査するようにしても良い。

また、第6,第７実施例のように多数のスポット光を得
る方法としては、発光ダイオードを規則正しく配置し、
同時あるいは時分割的に発光させることも考えられる。

また、本発明は、医療用に限らず、水道管やガス管、
航空機エンジン等の傷や変形の測定にも応用でき、その
効果は大きい。

また、測定光を、イメージガイドを構成するグラスフ
ァイバの１本のみに投影するのではなく、近接した複数
本のグラスファイバに投影するようにしても良い。この
場合は、測定の空間分解能は低下するが、測定光の光量
が多くなり、暗い対象物の場合は有効である。また、内
視鏡先端と対象物とを近接させれば分解能の低下はある
程度解消される。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、像伝達手段の入
射端面とこの端面に投影される測定光との相対位置を変
化させることによって、像伝達手段の出射端面に伝達さ
れ対象物に投影される測定光を走査するようにしたの
で、先端部の形状を大きくすることなく、且つ空間分解
能の高い測定が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は測距システムの構成を示す説明図、第２図はイメー
ジガイドの入射端面を示す説明図、第３図はCCD上の測
定光を示す説明図、第４図は本発明の第２実施例の測距
システムの構成を示す説明図、第５図は本発明の第３実
施例の測距システムの構成を示す説明図、第６図は本発
明の第４実施例の測距システムの構成を示す説明図、第
７図は本発明の第５実施例の測定光投影装置の構成を示
す説明図、第８図及び第９図は本発明の第６実施例に係
り、第８図は測定光投影装置の要部の構成を示す斜視
図、第９図はイメージガイド上のピンホール像の移動を
示す説明図、第10図は本発明の第７実施例の測定光投影
装置の要部の構成を示す斜視図、第11図及び第12図は本
発明の第８実施例に係り、第11図は測距システムの構成
を示す説明図、第12図は座標計測回路の一例を示すブロ
ック図である。１…ステレオ電子内視鏡 11…測定光投影レンズ 13…イメージガイド、17…測定光 20…測定光発生装置、21…計測手段 23…レーザ、25…集光レンズ 27…走査手段

フロントページの続き (72)発明者長谷川潤東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献特開昭59−187310（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−76718（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−133248（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01C 3/00 - 3/32 A61B 1/06 G02B 23/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の端面に投影された像を他方の端面に
伝達する像伝達手段と、前記像伝達手段の前記一方の端面に、測定光を投影する
第１の測定光投影手段と、前記像伝達手段の前記他方の端面に伝達された前記測定
光を、対象物に投影する第２の測定光投影手段と、前記像伝達手段の前記一方の端面と、この端面に投影さ
れる前記測定光との相対位置を変化させ、且つこの相対
位置を表す信号を発生する走査手段と、前記対象物の像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像する対象物の像上での前記測定光の
位置を検出する検出手段と、前記走査手段が発生する相対位置を表す信号と、前記検
出手段が検出する前記対象物の像上での前記測定光の位
置を表す信号とが入力され、前記対象物上の前記測定光
の座標を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする測距システム。