DE10037771B4 - Endoscope with a device for measuring the distance of an object - Google Patents

Endoscope with a device for measuring the distance of an object Download PDF

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Abstract

Endoskop mit einer Vorrichtung zur Messung der Entfernung eines Objektes, mit
– einem Bilderfassungssystem, insbesondere einer Kamera (7), zur Bilderfassung eines zu vermessenden Raumbereiches, in dem das Objekt (2) angeordnet ist;
– zumindest zwei in festem Abstand zueinander angeordneten Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b), die zur Ausführung einer Scanbewegung ausgebildet sind, so dass sie zwei Lichtbündel (4a, 4b) in einem Messpunkt (6) in dem zu vermessenden Raumbereich zur Überlagerung bringen können;
– einer Einrichtung zur Erfassung der Stellung der Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b); und
– einer Steuereinrichtung, die die beiden Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) durch Auswertung der vom Bilderfassungssystem erfassten Daten zur Überlagerung der Lichtbündel (4a, 4b) im Messpunkt (6) ansteuert;
wobei das Bilderfassungssystem und die Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) an einem Kopf (9) des Endoskops angeordnet sind.Endoscope with a device for measuring the distance of an object, with
- an image acquisition system, in particular a camera (7), for image acquisition of a spatial area to be measured, in which the object (2) is arranged;
- At least two beam guidance devices (3a, 3b) arranged at a fixed distance from one another, which are designed to carry out a scanning movement, so that they can overlap two light beams (4a, 4b) in one measuring point (6) in the area to be measured;
- A device for detecting the position of the beam guiding devices (3a, 3b); and
- A control device which controls the two beam guiding devices (3a, 3b) by evaluating the data recorded by the image acquisition system for superimposing the light beams (4a, 4b) in the measuring point (6);
the image acquisition system and the beam guiding devices (3a, 3b) being arranged on a head (9) of the endoscope.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Endoskop mit einer Vorrichtung zur Messung der Entfernung eines Objektes.The present invention relates to an endoscope with a device for measuring the distance of a Object.

Die Messung der Entfernung zu einem Objekt sowie die dreidimensionale Vermessung von Räumen oder Objekten ist in vielen Bereichen der Technik erforderlich. Die vorliegende Erfindung betrifft dabei insbesondere die Gebiete der technischen oder medizinischen Endoskopie, in denen eine räumliche oder punktuelle Entfernungsmessung über kleine bis mittlere Abstände für die Bestimmung der räumlichen Umgebung in Vorschubrichtung des Endoskops mit hoher Präzision erfolgen muss.Measuring distance to one Object as well as the three-dimensional measurement of rooms or Objects are required in many areas of technology. The present The invention relates in particular to the fields of technical or medical endoscopy, in which a spatial or selective distance measurement over small to medium distances for the Determination of the spatial Environment in the feed direction of the endoscope with high precision got to.

Eine wesentliche Erweiterung der therapeutischen und diagnostischen Möglichkeiten in der Chirurgie wurde durch die technische Realisierung der Methoden der minimalinvasiven Chirurgie (MMI) unter Einsatz eines Endoskops erreicht. Der zusätzliche Einsatz von Robotern oder Manipulatoren als Trägersystem ermöglicht eine präzise und kontrollierte Führung des Endoskops. Bei derartigen robotergestützten, minimalinvasiven Eingriffen müssen die Dimensionen der räumlichen Umgebung vor dem Endoskop allerdings exakt bekannt sein, um eine sichere Führung des Instruments zu ermöglichen.An essential extension of the therapeutic and diagnostic options in surgery through the technical implementation of the methods of minimally invasive Surgery (MMI) achieved using an endoscope. The additional The use of robots or manipulators as a carrier system enables one precise and controlled leadership of the endoscope. With such robotic, minimally invasive interventions have to the dimensions of the spatial Environment in front of the endoscope, however, to be known exactly to one safe guidance of the instrument.

Gegenwärtig werden für die Vermessung des Situs in der minimalinvasiven Chirurgie neben dem Videobild, das durch das Endoskop geliefert wird, in der Regel Magnetresonanz(MR)-, Computertomographie(CT)- oder Ultraschallverfahren(US) angewendet. Mit Magnetresonanz- und Computertomographie erzeugte 3D-Datensätze werden dabei in der Regel präoperativ erstellt, so dass sie nach der ersten invasiven Maßnahme ihre Aktualität verlieren. Die genannten Verfahren ermöglichen außerdem nur eine sehr ungenaue Vermessung des Situs. Im Vergleich zu diesen Systemen bietet das Videobild des Endoskops einen vergleichsweise hohen Informationsgehalt und kann ständig aktualisiert werden. Mit Stereoendoskopen kann das Volumen vor dem Messkopf auch dreidimensional erfasst werden. In diesem Fall nimmt jedoch die Baugröße des Endoskops zu und eine explizite Beschreibung des Raums vor dem Endoskopkopf ist wegen fehlender Landmarken nicht immer möglich. Weiterhin verzerren die konventionellen Endoskopoptiken wegen der erforderlichen großen Öffnungswinkel von ca. 70° sehr stark, so dass eine genaue geometrische Vermessung des Volumens vor dem Endoskop erschwert wird.Currently being used for surveying of the site in minimally invasive surgery next to the video image, that is delivered through the endoscope, usually magnetic resonance (MR) -, Computed tomography (CT) or ultrasound (US) method applied. 3D data sets generated with magnetic resonance and computed tomography usually preoperatively created so that after the first invasive measure they can topicality to lose. The methods mentioned also only allow very inaccurate measurements of the situs. Compared to these systems, the video image offers of the endoscope has a comparatively high information content and can constantly be updated. With stereo endoscopes, the volume in front of the Measuring head can also be recorded three-dimensionally. In this case it takes however, the size of the endoscope to and an explicit description of the space in front of the endoscope head is not always possible due to missing landmarks. Keep distorting the conventional endoscope optics because of the required large opening angle of about 70 ° very strong, so that an accurate geometric measurement of the volume in front of the endoscope.

Gerade für die Anwendung in der medizinischen Endoskopie ist daher ein kompaktes Entfernungsmesssystem erforderlich, das eine berührungslose und präzise Messung der Umgebung vor dem Endoskop während des gesamten Operationsvorgangs ermöglicht.Especially for use in medical Endoscopy therefore requires a compact distance measuring system the one non-contact and precise Measurement of the environment in front of the endoscope during the entire operation allows.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Techniken zur Entfernungsmessung bekannt. So werden häufig Laserscanner unterschiedlicher Bauarten für präzise, schnelle und berührungslose Messungen eingesetzt.There are different ones from the prior art Distance measurement techniques known. This is how laser scanners are often used different designs for precise, fast and non-contact Measurements used.

Eines der beiden bekannten Prinzipien basiert auf der Laufzeitmessung eines Laserpulses zwischen einem Bezugspunkt und dem Objekt zur Bestimmung der Entfernung. Derartige Systeme bestehen aus einer gepulsten Laserlichtquelle und einem synchronisierten Empfänger. Der ausgesandte Laserimpuls wird am Objekt reflektiert und durch den Empfänger anschließend detektiert. Aus der Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden des Impulses und dem Eintreffen im Empfänger lässt sich der Abstand des Objektes zum Bezugspunkt ermitteln. Dieses Prinzip ist jedoch lediglich bei größeren Entfernungen anwendbar, da bei kurzen Distanzen die Laufzeit des Laserpulses nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit erfasst werden kann.One of the two known principles is based on the transit time measurement of a laser pulse between one Reference point and the object to determine the distance. such Systems consist of a pulsed laser light source and a synchronized receiver. The emitted laser pulse is reflected on the object and by the recipient subsequently detected. From the time difference between the transmission of the pulse and the arrival at the recipient let yourself determine the distance of the object to the reference point. This principle is only for larger distances Can be used because the runtime of the laser pulse for short distances can no longer be recorded with sufficient accuracy.

Weitere bekannte Systeme zur Entfernungsmessung, wie sie beispielsweise aus der EP 0181553 A1 bekannt sind, nutzen das Prinzip der Triangulation zur Bestimmung der Entfernung. Bei diesen Systemen sind ein Laser sowie ein Empfänger in einem bekannten Abstand zueinander angeordnet. Der Laserstrahl wird an einem Messpunkt am Objekt reflektiert und trifft auf den Empfänger auf. Aus der Lage des ausgesendeten Laserstrahls in einem Bezugssystem und der Position des Auftreffpunktes des reflektierten Laserstrahls auf dem Empfänger lässt sich die Entfernung des Messpunktes ermitteln. Auf diese Weise kann durch eine geeignete Scan- bzw. Abtastbewegung des Laserstrahls auch ein größerer Bereich oder die gesamte Oberfläche des Objektes vermessen werden, um auf diese Weise eine Information über die räumlichen Dimensionen zu erhalten.Other known systems for distance measurement, such as those from the EP 0181553 A1 are known, use the principle of triangulation to determine the distance. In these systems, a laser and a receiver are arranged at a known distance from one another. The laser beam is reflected at a measuring point on the object and strikes the receiver. The distance of the measuring point can be determined from the position of the emitted laser beam in a reference system and the position of the point of impact of the reflected laser beam on the receiver. In this way, a suitable scanning or scanning movement of the laser beam can also be used to measure a larger area or the entire surface of the object in order to obtain information about the spatial dimensions.

Die Genauigkeit eines derartigen Systems ist jedoch von der Ortsauflösung des Empfängers, in der Regel eines CCD-Sensors, abhängig. Da die Ortsauflösung eines CCD-Sensors begrenzt ist, ist es bei diesen Systemen zur Erhöhung der Messgenauigkeit erforderlich, den Abstand zwischen Sender und Empfänger entsprechend zu erhöhen. Bei den bisher technisch realisierbaren Auflösungen von CCD-Sensoren muss in der Regel ein Abstand zwischen Sender und Empfänger gewählt werden, der in etwa dem Mindestabstand des zu vermessenden Objektes entspricht. Dies führt jedoch zu einer Erhöhung des Bauraums für die zugehörige Vorrichtung, so dass diese aufgrund ihrer Abmessungen für viele Anwendungen nicht mehr geeignet ist. Weiterhin treten bei derartigen, auf Reflexion am Objekt beruhenden Verfahren Probleme bei stark variierenden Reflexionseigenschaften der zu vermessenden Objekte auf.The accuracy of such Systems is, however, dependent on the spatial resolution of the recipient the rule of a CCD sensor. Because the spatial resolution of a CCD sensor is limited, it is in these systems to increase the Measurement accuracy required, the distance between transmitter and receiver accordingly to increase. The previously technically feasible resolutions of CCD sensors must usually a distance between the sender and receiver is selected, which corresponds approximately to the minimum distance of the object to be measured. this leads to however to an increase of installation space for the associated Device, so this due to its dimensions for many Applications is no longer suitable. Furthermore, in such methods based on reflection on the object Problems with strong varying reflection properties of the objects to be measured on.

Aus der DE 3116215 A1 sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Überprüfung der Abmessungsgenauigkeit an großen Objekten wie Fahrzeugkarosserien bekannt, bei denen die Entfernung zu Kontrollpunkten am Objekt über eine Triangulationstechnik bestimmt wird. Hierfür werden über zwei auf einem Messbalken angeordnete Umlenkeinheiten zwei Lichtbündel so auf das Objekt gelenkt, dass sie sich auf einem zu vermessenden Kontrollpunkt überdecken. Die Lage des Kontrollpunktes wird dann über die Positionen der beiden Umlenkeinheiten auf dem Messbalken und die Winkel zwischen den umgelenkten Lichtbündeln und der Längsachse des Messbalkens bestimmt.From the DE 3116215 A1 A method and an arrangement for checking the dimensional accuracy of large objects such as vehicle bodies are known, in which the distance to control points on the object is determined using a triangulation technique. For this purpose, two light beams are directed onto the object via two deflection units arranged on a measuring beam in such a way that they overlap at a control point to be measured. The position of the control point is then determined via the positions of the two deflection units on the measuring bar and the angles between the deflected light beams and the longitudinal axis of the measuring bar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Endoskop mit einer Vorrichtung zur Messung der Entfernung eines Objektes anzugeben, die bei kleinen und mittleren Abständen eine hohe Präzision liefert und mit vergleichsweise geringem Raumbedarf realisiert werden kann.The object of the present invention consists of an endoscope with a device for measuring the Specify the distance of an object, the small and medium intervals delivers high precision and can be realized with a comparatively small space requirement.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Endoskop gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Endoskops sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is done with the endoscope according to claim 1 solved. Advantageous embodiments of the endoscope are the subject of the dependent claims.

Das vorgeschlagene Endoskop weist ein Bilderfassungssystem zur Bilderfassung eines zu vermessenden Raumes bzw. Raumbereiches sowie zumindest zwei in festem Abstand zueinander angeordnete Strahlführungseinrichtungen auf, die zur Ausführung einer Scanbewegung ausgestaltet sind. Das Bilderfassungssystem und die Strahlführungseinrichtungen sind am Kopf des Endoskops angeordnet. Die Strahlführungseinrichtungen müssen hierbei derart angeordnet sein, dass sie bei Ausführung der Scanbewegung die Überlagerung zweier über sie geführter Lichtbündel in einem Messpunkt auf dem zu vermessenen Bereich des Objektes herbeiführen können. Vorzugsweise handelt es sich dabei um bekannte Scannereinrichtungen, beispielsweise mit drehbar oder kippbar angeordneten Scanspiegeln. Das Endoskop umfasst weiterhin eine Einrichtung zur Erfassung der Stellung der Strahlführungseinrichtungen sowie eine Steuereinrichtung, die die beiden Strahlführungseinrichtungen durch Auswertung des vom Bilderfassungssystem erfassten Bildes zur Überlagerung der Lichtbündel im jeweiligen Messpunkt ansteuert.The proposed endoscope points an image capturing system for capturing an image to be measured Room or room area and at least two at a fixed distance mutually arranged beam guidance devices on who to execute are configured for a scanning movement. The imaging system and the beam guidance devices are located on the head of the endoscope. The beam guidance devices have to here be arranged such that when the Scan motion the overlay two over she led light beam can bring about in a measuring point on the area of the object to be measured. Preferably these are known scanner devices, for example with rotating or tilting scanning mirrors. The endoscope also includes a device for recording the position of the Beamline facilities and a control device that the two beam guidance devices by evaluating the image captured by the image acquisition system for superimposition the beam of light controlled at the respective measuring point.

Die ein oder mehreren erforderlichen Lichtquellen für die Erzeugung der Lichtbündel, vorzugsweise Laser, können hierbei getrennt von der Messvorrichtung des Endoskops vorgesehen sein, wobei deren Strahlen auf die Strahlführungseinrichtungen eingekoppelt werden.The one or more required Light sources for the generation of the light beams, preferably lasers provided separately from the measuring device of the endoscope be, the beams of which are coupled onto the beam guiding devices become.

Die Messvorrichtung des Endoskops arbeitet nach einem Verfahren, bei dem zumindest zwei getrennte Lichtbündel von zwei Ausgangspunkten, die in einem Bezugssystem einen vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen, auf das Objekt gerichtet werden. Unter Objekt ist hierbei selbstverständlich auch eine Begrenzungsfläche eines Raums zu verstehen. Die beiden Lichtbündel werden anschließend auf dem Objekt in einem Messpunkt zur Überdeckung gebracht. Bei Überdeckung der beiden durch die Lichtbündel erzeugten Lichtflecke auf dem Objekt wird die Lage der beiden Lichtbündel im Bezugssystem erfasst. Dies kann auf einfache Weise über die Stellung entsprechender die Lichtbündel führender Strahlumlenkelemente oder durch die Stellung der Antriebe für derartige Strahlumlenkelemente erfolgen. Aus der erfassten Lage der Lichtbündel und dem Abstand der beiden Ausgangspunkte zum Zeitpunkt der Überdeckung, der vorzugsweise während der gesamten Messung konstant ist, wird die Entfernung des Messpunktes auf dem Objekt zu einem Bezugspunkt des Bezugssystems ermittelt. Dies kann durch Berechnung entsprechend der bekannten Triangulationstechnik oder auch durch Vergleich mit bereits für die eingesetzte Vorrichtung vorberechneten Tabellenwerten erfolgen.The measuring device of the endoscope works according to a procedure in which at least two separate light beam of two starting points that have a given reference system Have a distance from each other, be directed at the object. Under Object is a matter of course also a boundary surface to understand a room. The two light beams are then turned on the object is covered in a measuring point. If there is coverage of the two through the light beams generated light spots on the object, the position of the two light beams in the Reference system captured. This can be done easily via the Position of corresponding beam deflecting elements guiding the light beams or by the position of the drives for such beam deflecting elements respectively. From the detected position of the light bundle and the distance between the two Starting points at the time of coverage, which is preferred while the entire measurement is constant, the distance of the measurement point determined on the object to a reference point of the reference system. This can be done by calculation according to the known triangulation technique or also by comparison with the device already in use precalculated table values.

Durch dieses Verfahren wird die Genauigkeit der Entfernungsmessung unabhängig von der Ortsauflösung von optischen Detektoren und ist nur durch die Verstellgenauigkeit der mechanischen Komponenten für die Führung der Lichtbündel beschränkt. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Präzision der Messung erreichen. Unterschiedliche Oberflächen mit schlechten Reflexionseigenschaften beeinflussen die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messung nicht.This procedure ensures accuracy independent of the distance measurement of the spatial resolution of optical detectors and is only due to the adjustment accuracy of the mechanical components for the leadership the beam of light limited. That way high precision the measurement. Different surfaces with poor reflective properties do not affect the accuracy and reliability of the measurement.

Als Bilderfassungssystem wird vorzugsweise eine Videokamera zur Steuerung des Messvorganges eingesetzt. Die Kamera liefert ein Bild des zu erfassenden Raumbereiches mit dem Objekt einschließlich der durch die beiden Lichtbündel auf dem Objekt erzeugten Lichtflecke. Durch eine geeignete Bildverarbeitung lässt sich die Information über die momentane Position dieser Lichtflecke zur Ansteuerung der Strahlführungseinrichtungen für die Lichtbündel einsetzen, um diese im gewünschten Messpunkt zur Überlagerung zu bringen. Die Strahlführungseinrichtungen besitzen eine definierte Lage zueinander, insbesondere einen vorzugsweise festen bekannten Abstand. Die durch die Lichtbündel in dem Sichtfeld der Kamera erzeugten Lichtflecke werden mit Hilfe des Bildverarbeitungsprogramms segmentiert. Für die Vermessung eines Messpunktes auf dem Objekt werden die Lichtpunkte mit Hilfe der Strahlführung unter Kontrolle der Bildverarbeitung in Überdeckung gebracht. Mit einer bekannten Ausrichtung der Strahlführung und den konstruktiven Abmessungen des Aufbaus kann, da die Grundseite und zwei angrenzende Winkel des durch die Lichtbündel aufgespannten Dreiecks bekannt sind, die Lage des Messpunktes relativ zur Strahlführung eindeutig bestimmt werden.A video camera for controlling the measurement process is preferably used as the image acquisition system. The camera provides an image of the area to be recorded with the object, including the light spots generated by the two light beams on the object. By means of suitable image processing, the information about the current position of these light spots can be used to control the beam guiding devices for the light bundles in order to superimpose them at the desired measuring point. The beam guiding devices have a defined position with respect to one another, in particular a preferably fixed known distance. The light spots generated by the light bundles in the field of view of the camera are segmented using the image processing program. For the measurement of a measuring point on the object, the light points are made to coincide with the help of the beam guidance under the control of the image processing. With a known alignment of the beam guidance and the structural dimensions of the structure, since the base side and two adjacent angles of the spanned by the light beam Triangle are known, the position of the measuring point relative to the beam guide can be clearly determined.

Die Messgenauigkeit hängt dabei hauptsächlich von der Verstellgenauigkeit der Strahlführung ab und ist weitgehend unabhängig von den optischen Eigenschaften der Lichtbündel sowie der räumlichen Auflösung des eingesetzten Bilderfassungssystems.The measurement accuracy depends on it mainly depends on the adjustment accuracy of the beam guidance and is largely independently on the optical properties of the light beams as well as the spatial Dissolution of the used image acquisition system.

Für das Erreichen einer hohen Messgenauigkeit ist daher lediglich der Einsatz präziser Verstelleinrichtungen für die Strahlführung erforderlich, ohne dabei den Abstand der beiden Strahlführungseinrichtungen erhöhen zu müssen.For achieving a high level of measurement accuracy is therefore only that Use more precisely Adjustment devices for the beam guidance required without the distance between the two beam guidance devices increase to have to.

Grundsätzlich sind die Lichtbündel und die Kamera zu einem Bezugssystem, auf das die Entfernungsmessung und die Lage des vermessenen Punktes bezogen wird, positioniert. Die jeweiligen Matrizen für die mathematische Beschreibung der Lage der Lichtbündel und der Kamera zum Bezugssystem können variabel sein, solange diese Veränderungen bekannt sind. Das Schwenken der Lichtbündel muss daher nicht notwendigerweise um feste Achsen erfolgen, sondern ist unter der genannten Voraussetzung beliebig.Basically, the light beams and the camera to a reference system on which the distance measurement and the position of the measured point is referenced. The respective matrices for the mathematical description of the position of the light beams and the camera to the reference system be variable as long as these changes are known. The pivoting of the light beams does not therefore necessarily have to around fixed axes, but is under the condition mentioned any.

Vorzugsweise wird die Messvorrichtung nicht zur Bestimmung des Abstandes eines einzelnen Messpunktes des Objektes eingesetzt, sondern zur Erfassung der Dimensionen eines Raumes, in dem sich das Objekt befindet bzw. der durch das Objekt begrenzt ist. Hierbei wird eine Vielzahl von Messpunkten in der beschriebenen Weise vermessen. Dies erfolgt durch Abtasten bzw. Scannen des Raumes bzw. Raumbereiches mit dem ersten Lichtbündel und entsprechende Nachführung des zweiten Lichtbündels zur Erfassung einer Vielzahl von Überlagerungspunkten bzw. Messpunkten auf der Objektoberfläche. Durch Erfassung der jeweiligen Lage der beiden Lichtbündel im Bezugssystem ist die für die Erstellung eines dreidimensionalen Entfernungsprofils erforderliche Raumrichtung jedes Messpunktes bekannt.Preferably the measuring device not to determine the distance of a single measuring point of the Used object, but to record the dimensions of a Space in which the object is located or which is through the object is limited. Here, a variety of measuring points in the described manner measured. This is done by scanning or Scanning the room or room area with the first light beam and corresponding tracking of the second light beam for recording a large number of overlay points or measuring points on the object surface. By detecting the respective position of the two light beams in the Reference system is for the creation of a three-dimensional distance profile is required The spatial direction of each measuring point is known.

Das Verfahren ermöglicht sehr kleine Bauformen, ohne auf die Eigenschaften eines Scanners, d.h. das punktweise Abtasten eines Volumens, verzichten zu müssen. Es können alle Punkte im Raum vor dem Scanner präzise vermessen werden, die durch die im Scanner eingesetzten Strahlführungseinrichtungen erreicht werden können. Das Verfahren ermöglicht die Reduzierung der Auswirkungen von optischen Störungen bei der Ausbreitung des Lichtes, beispielsweise durch stark absorbierende Oberflächen, auf das Messergebnis und stellt somit ein sehr robustes Messverfahren dar.The process enables very small designs, without affecting the properties of a scanner, i.e. the point-by-point scanning of a volume of having to do without. It can all points in the space in front of the scanner are precisely measured achieved by the beam guidance devices used in the scanner can be. The process enables reducing the effects of optical interference the propagation of light, for example by strongly absorbing Surfaces, on the measurement result and thus represents a very robust measurement method represents.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung sind die beiden Strahlführungseinrichtungen auf einem gemeinsamen Träger angeordnet und lassen sich zur Durchführung der Scanbewegung nur um eine einzige Achse drehen, schwenken oder kippen. Die Anordnung ist hierbei derart ausgebildet, dass die beiden Lichtbündel durch die Scanbewegungen der beiden Strahlführungseinrichtungen in einer gemeinsamen Scanebene geführt werden, so dass sie bei konstanter Position des Trägers die identische Scanlinie abtasten. Die Abtastung eines flächenhaften Bereiches erfolgt jeweils durch Drehung oder Verschiebung des gemeinsamen Trägers um eine bzw. entlang einer Achse. Bei Drehung des gemeinsamen Trägers liegen die einzelnen Scanlinien zur flächenhaften Abtastung des Objektes daher jeweils unter einem spitzen Winkel zueinander.In a preferred embodiment In the present device, the two beam guiding devices are on a common carrier arranged and can only be used to perform the scanning movement rotate, swivel or tilt around a single axis. The order is designed in such a way that the two light beams pass through the scanning movements of the two beam guidance devices in one shared scan level so that when the wearer is in a constant position, the scan identical scan line. Scanning an areal Area is done by rotating or moving the common carrier around or along an axis. When the common carrier rotates, the individual scan lines for areal Scanning the object at an acute angle to each other.

Diese Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass die einzelnen Komponenten der Vorrichtung jeweils nur um eine Achse beweglich sein müssen, so dass sich die gesamte Konstruktion vereinfacht und die Robustheit des Systems erhöht wird. Insbesondere kann der erforderliche Bauraum für die Komponenten auf diese Weise minimiert werden.This configuration has the special Advantage that the individual components of the device each only have to be movable about one axis so that the entire Construction is simplified and the robustness of the system is increased. In particular, the space required for the components can be based on these Way to be minimized.

Selbstverständlich können die Strahlführungseinrichtungen bei größeren Bauformen der Vorrichtung jedoch auch um mehrere Achsen schwenkbar ausgebildet sein.Of course, the beam guidance devices for larger designs However, the device is also designed to be pivotable about several axes his.

Die Zuführung der Lichtbündel zu den Strahlführungseinrichtungen kann beispielsweise über Lichtleitfasern am Endoskop erfolgen. Die Verstellung der Strahlführungseinrichtungen erfolgt über entsprechende Kupplungen, die bis an den Fuß des Endoskops geführt werden, so dass die entsprechenden Verstelleinrichtungen nicht am Messkopf vorgesehen werden müssen. Ein Beispiel für eine derartige Realisierung ist den nachfolgenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.The feeding of the light bundles the beam guidance devices can for example about Optical fibers are made on the endoscope. The adjustment of the beam guidance devices takes place via Corresponding couplings that are guided to the end of the endoscope so the corresponding adjustment devices are not on the measuring head must be provided. An example for such an implementation is the following exemplary embodiments refer to.

Das vorliegende Endoskop sowie das Verfahren, nach dem die Messvorrichtung arbeitet, werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals beispielhaft erläutert.The present endoscope as well as the Methods by which the measuring device works are as follows based on exemplary embodiments in conjunction with the drawings without restricting the general inventive concept explained again by way of example.

Hierbei zeigen:Here show:

1 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung des Messverfahrens gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Endoskops; 1 a schematic diagram to illustrate the measurement method according to an embodiment of the present endoscope;

2 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung der Scanbewegungen der Lichtbündel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic diagram to illustrate the scanning movements of the light beams according to an embodiment of the present invention;

3 eine Prinzipskizze eines Endoskops, an dem die Messvorrichtung eingesetzt wird; 3 a schematic diagram of an endoscope on which the measuring device is used;

4 die Kopfseite des Endoskops der 3 ohne Abdeckhülse; und 4 the head side of the endoscope 3 without cover sleeve; and

5 eine Prinzipskizze der konstruktiven Lösung zur Realisierung der Messvorrichtung in dem Endoskop. 5 a schematic diagram of the constructive solution for realizing the measuring device in the En doskop.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to Execute the invention

1 zeigt eine Prinzipskizze der Funktionsweise des vorliegenden Messverfahrens anhand eines Ausführungsbeispiels, bei dem eine Kamera 7 zur Kontrolle der Überlagerung der Lichtbündel im Messpunkt eingesetzt wird. Die Figur zeigt die Oberflächenkontur 1 eines Objektes 2, dessen Abstand zur Kamera gemessen werden soll. Hierbei sind zwei Strahlführungseinrichtungen 3a und 3b in einem definierten gegenseitigen Abstand neben der Kamera angeordnet. Die beiden Strahlführungseinrichtungen führen jeweils ein Lichtbündel 4a bzw. 4b und richten dieses auf die Kontur 1, auf der die Lichtbündel jeweils einen Lichtpunkt 5a bzw. 5b erzeugen. In der Figur ist weiterhin ein Messpunkt 6 auf der Kontur 1 angedeutet, dessen Abstand zu einem Bezugspunkt auf der Seite der Kamera 7 gemessen werden soll. Durch die zwischen den beiden Strahlführungseinrichtungen 3a und 3b angeordnete Kamera 7 wird der zu vermessende Oberflächenbereich des Objektes 2 erfasst. Ein Beispiel für einen erfassten Bildausschnitt 8, auf dem die Lichtpunkte 5a und 5b sowie der Messpunkt 6 zu erkennen sind, ist in der Figur ebenfalls dargestellt. Die beiden Strahlführungseinrichtungen 3a, 3b sind als Scannersysteme ausgebildet. Im oberen Bereich der 1(A) sind die Lichtpunkte 5a, 5b des hier eingesetzten Laserstrahls auf dem Objekt 2 noch nicht überlagert. Durch Schwenken der beiden Strahlführungen 3a, 3b können die beiden Lichtpunkte 5a, 5b mit dem Messpunkt 6 in Übereinstimmung gebracht werden. Die Steuerung der Strahlführung erfolgt hierbei über eine Bildverarbeitung des von der Kamera erfassten Bildes 8. Die Lichtpunkte werden hierbei solange verschoben, bis sie im Kamerabild in Überdeckung kommen. Auf diese Weise kann beinahe jeder Punkt des Objektes vor dem Scanner im Sichtfeld der Kamera vermessen werden. Die Vermessung erfolgt unabhängig von den Abbildungseigenschaften der Kamera 7 und ist lediglich von der Stellgenauigkeit der Strahlführungseinrichtungen 3a und 3b abhängig. 1 shows a schematic diagram of the functioning of the present measurement method using an exemplary embodiment in which a camera 7 is used to control the superimposition of the light beams at the measuring point. The figure shows the surface contour 1 of an object 2 whose distance to the camera is to be measured. Here are two beam guidance devices 3a and 3b arranged at a defined mutual distance next to the camera. The two beam guidance devices each carry a light beam 4a respectively. 4b and align this on the contour 1 on which the light beams each have a point of light 5a respectively. 5b produce. There is also a measuring point in the figure 6 on the contour 1 indicated its distance to a reference point on the side of the camera 7 to be measured. By the between the two beam delivery devices 3a and 3b arranged camera 7 becomes the surface area of the object to be measured 2 detected. An example of a captured image section 8th on which the points of light 5a and 5b as well as the measuring point 6 can be seen, is also shown in the figure. The two beam delivery devices 3a . 3b are designed as scanner systems. At the top of the 1 (A) are the points of light 5a . 5b of the laser beam used here on the object 2 not yet overlaid. By swiveling the two beam guides 3a . 3b can the two points of light 5a . 5b with the measuring point 6 to be matched. The beam guidance is controlled here via image processing of the image captured by the camera 8th , The light points are shifted until they overlap in the camera image. In this way, almost every point of the object in front of the scanner in the field of view of the camera can be measured. The measurement is carried out independently of the imaging properties of the camera 7 and is only of the positioning accuracy of the beam guidance devices 3a and 3b dependent.

Die durch eine Drehung der beiden Strahlführungseinrichtungen erreichte Überlagerung der beiden Lichtbündel 4a, 4b im Messpunkt 6 sowie das entsprechende von der Kamera 7 erfasste Bild 8 sind im unteren Teil (B) der 1 dargestellt.The superposition of the two light beams achieved by rotating the two beam guiding devices 4a . 4b at the measuring point 6 as well as the corresponding from the camera 7 captured image 8th are in the lower part (B) 1 shown.

Die Art der für die Strahlführungseinrichtungen 3a, 3b eingesetzten Scanmechanismen spielt bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens keine Rolle. Es kann sich hierbei beispielsweise um Kipp- oder Drehspiegelanordnungen handeln. Auch eine direkte Erzeugung der Laserstrahlen am Ort der Strahlführungseinrichtungen durch Laserdioden ist nicht ausgeschlossen.The type of beam guiding equipment 3a . 3b The scan mechanisms used are irrelevant to the implementation of the present method. This can be, for example, tilting or rotating mirror arrangements. A direct generation of the laser beams at the location of the beam guiding devices by laser diodes is also not excluded.

Die eingesetzte Kamera kann beliebig ausgestaltet sein, solange die Position der beiden Lichtflecke im Sichtfeld erkannt werden kann. Beispielsweise könnte es sich hierbei auch um eine Wärmebildkamera handeln, falls im Infraroten emittierende Laser zur Erzeugung der Lichtbündel eingesetzt werden. Vorzugsweise wird ein CCD-Sensor als Bilderfassungssystem in der Kamera eingesetzt. Weiterhin lässt sich selbstverständlich jede Art von Filterung durchführen, um beispielsweise die Erkennung der beiden Lichtflecke zu erhöhen.The camera used can be any be designed as long as the position of the two light spots in the Field of vision can be recognized. For example, this could also be a thermal imager act if in the infrared emitting laser to generate the light beam be used. A CCD sensor is preferably used as the image acquisition system used in the camera. Furthermore, of course, everyone can Perform type of filtering, to increase the detection of the two light spots, for example.

Die folgenden Figuren zeigen ein konkretes Ausführungsbeispiel des vorliegenden Endoskops mit der Messvorrichtung zur Entfernungsmessung.The following figures show one concrete embodiment of the present endoscope with the measuring device for distance measurement.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die für die Endoskopie obligatorische Videobildquelle in das Grundkonzept der Konstruktion mit einbezogen. Auf der zentralen Achse des Endoskops ist der Optikzylinder 16 angeordnet, der aus einem Stablinsensystem bzw. aus einer Faseroptik bestehen kann. Am Ende des Optikzylinders ist die Videokamera 7 angebracht, mit der das Sichtfeld vor dem Endoskop aufgenommen wird. Die Videoaufnahmen dienen zur Steuerung für das Überlagern der Lichtflecke auf dem Objekt bzw. dem dem Endoskop gegenüberliegenden Gewebe.In this embodiment, the video image source, which is mandatory for endoscopy, was included in the basic design concept. The optical cylinder is on the central axis of the endoscope 16 arranged, which can consist of a rod lens system or fiber optics. At the end of the optical cylinder is the video camera 7 attached, with which the field of view is recorded in front of the endoscope. The video recordings are used to control the superimposition of the light spots on the object or the tissue opposite the endoscope.

Die beispielhafte Konstruktion des Endoskops ist in 3 dargestellt. Diese Figur zeigt ein Endoskop mit einem Kopfbereich 9 und einem Fußbereich 10. Der Kopfbereich ist mit der in dieser Figur nicht zu erkennenden Videokamera 7 und den Strahlführungseinrichtungen versehen und mit einer transparenten Abdeckung 11 gekapselt. Innerhalb der Abdeckhülse 12 des Endoskops verlaufen eine Scanhülse 13, die Strahlführungskanäle 14 für die Laserlichtbündel, die Kupplungen 15 für die Erzeugung der Scanbewegungen der Strahlführungseinrichtungen am Kopf 9 sowie der Optikzylinder 16.The exemplary construction of the endoscope is in 3 shown. This figure shows an endoscope with a head area 9 and a foot area 10 , The head area is with the video camera that cannot be seen in this figure 7 and the beam guiding devices and with a transparent cover 11 capsuled. Inside the cover sleeve 12 of the endoscope run a scan sleeve 13 , the beam guide channels 14 for the laser light bundles, the couplings 15 for the generation of the scanning movements of the beam guidance devices on the head 9 as well as the optical cylinder 16 ,

Um eine einfachere Bauform zu erreichen, sind die als Scanspiegel ausgebildeten Strahlführungseinrichtungen 3a, 3b mit der Scanhülse 13 konstruktiv verbunden. Die Scanhülse 13 wird beim Zusammensetzen des Endoskops über den Optikzylinder 16 geschoben, wobei sie um die Hauptachse des Optikzylinders 16 drehbar gelagert ist.In order to achieve a simpler design, the beam guidance devices designed as scanning mirrors are 3a . 3b with the scan sleeve 13 constructively connected. The scan sleeve 13 when assembling the endoscope via the optical cylinder 16 pushed, being about the main axis of the optical cylinder 16 is rotatably mounted.

2 zeigt eine Prinzipskizze eines Abtastvorgangs, wie er mit der beispielhaften Vorrichtung realisiert wird. In der Figur sind die Mittellinien 17 des mit der Kamera 7 erfassten Videobilds angedeutet. Im Sichtfeld 18 der Kamera sind die beiden Lichtflecke 5a, 5b sowie eine Scanlinie 19 zu erkennen, auf der die beiden Lichtflecke 5a, 5b durch Verstellung der Scanspiegel geführt werden können. Mit einer geeigneten Anordnung der beiden Scanspiegel lässt sich erreichen, dass durch eine einfache Drehung der Scanspiegel um die Winkel α1 bzw. α2 eine Verschiebung der jeweiligen Lichtflecke 5a, 5b auf einer gemeinsamen Scanlinie 19 erfolgt. Die Verschiebung der Lichtflecke auf der Scanlinie 19 ist daher eine Funktion f(α1), f(α2) der Drehung der jeweiligen Scanspiegel. Durch die besondere Anordnung der Scanspiegel auf einer drehbaren Scanhülse 13 kann die Scanlinie durch Rotation der Scanhülse 13 um den Optikzylinder 16 (Drehwinkel β) gedreht werden, um dadurch einen sternförmigen Linienscan zu realisieren. Die Drehung der Scanlinie 19 um das Drehzentrum 21 ist in der Figur mit einem Pfeil angedeutet. Durch sukzessive Drehung der Scanhülse 13 und Vermessen der jeweiligen Scanlinien kann somit die gesamte durch die Kamera 7 erfasste Fläche vermessen werden. 2 shows a schematic diagram of a scanning process, as it is realized with the exemplary device. In the figure are the center lines 17 the one with the camera 7 captured video image indicated. In the field of vision 18 the camera are the two spots of light 5a . 5b as well as a scan line 19 recognizable on the two spots of light 5a . 5b can be guided by adjusting the scanning mirror. With a suitable arrangement of the two scanning mirrors it is possible to shift the respective light spots by simply rotating the scanning mirror by the angles α 1 and α 2 5a . 5b on a common scan line 19 he follows. The shift of the light spots on the scan line 19 is therefore a function f (α 1 ), f (α 2 ) of the rotation of the respective Scanning mirror. Due to the special arrangement of the scanning mirrors on a rotatable scanning sleeve 13 the scan line can be rotated by rotating the scan sleeve 13 around the optical cylinder 16 (Angle of rotation β) can be rotated in order to realize a star-shaped line scan. The rotation of the scan line 19 around the turning center 21 is indicated in the figure with an arrow. By successive rotation of the scanning sleeve 13 and measuring the respective scan lines can thus cover the whole through the camera 7 measured area to be measured.

Mit der vorliegenden Konstruktion, bei der durch eine einfache Drehung der Scanspiegel um Drehwinkel α1 bzw. α2 beide Laserflecke 5a, 5b jeweils auf einer gemeinsamen Scanlinie bewegt werden, wird ein einfacher Aufbau der Vorrichtung ermöglicht. Die Scanspiegel werden dabei durch eine fest mit der Führungs- bzw. Scanhülse 13 verbundenen Strahlumlenkung 20 so angeleuchtet, dass sie das gesamte Sichtfeld des Videobildes ausleuchten können. Die Einstellung der Scanlinie erfolgt durch Rotation der Scanhülse 13 um den Optikzylinder 16. Dadurch vereinfacht sich die Konstruktion der Komponenten an der Endoskopspitze. Außerdem kann bei der Auswertung des Videobilds hinsichtlich der Überdeckung von zwei weiteren geometrischen Randbedingungen, nämlich der Linearität und der Ausrichtung auf ein Zentrum, ausgegangen werden. Dies erhöht die Zuverlässigkeit und ermöglicht eine höhere Abtastgeschwindigkeit.With the present construction, in which, by simply rotating the scanning mirror by rotation angle α 1 or α 2, both laser spots 5a . 5b are moved on a common scan line, a simple structure of the device is made possible. The scanning mirror is fixed by a guide sleeve or scanning sleeve 13 associated beam deflection 20 illuminated so that they can illuminate the entire field of view of the video image. The scan line is set by rotating the scan sleeve 13 around the optical cylinder 16 , This simplifies the construction of the components on the endoscope tip. In addition, when evaluating the video image with regard to the coverage, two further geometrical boundary conditions, namely linearity and alignment with a center, can be assumed. This increases reliability and enables a higher scanning speed.

Die Drehung der Spiegel 3a, 3b und der Führungshülse 13 erfolgt durch Antriebe an der vom Situs abgewandten Seite des Endoskops (Fußseite 10). Die aktuelle Stellung der Antriebe einschließlich der Kalibrierungswerte für den Gesamtaufbau stehen als Angaben für die Entfernungsmessung zur Verfügung. Die Ablaufkontrolle und Berechnungen erfolgen über ein zusätzliches Rechnermodul, das getrennt von der Vorrichtung vorgesehen werden kann. Über die Führungshülse 13 ist eine weitere Abdeckhülse 12 mit einer Glaskuppel bzw. Glasabdeckung 11 an der Spitze geschoben, mit der das Gesamtsystem steril abgedichtet werden kann.The rotation of the mirror 3a . 3b and the guide sleeve 13 is carried out by drives on the side of the endoscope facing away from the site (foot side 10 ). The current position of the drives, including the calibration values for the overall structure, are available as information for the distance measurement. The process control and calculations are carried out via an additional computer module, which can be provided separately from the device. About the guide sleeve 13 is another cover sleeve 12 with a glass dome or glass cover 11 pushed at the tip, with which the entire system can be sealed sterile.

Die dargestellte Vorrichtung kommt mit wenig beweglichen Bauteilen aus, wobei eine einfache Kinematik eingesetzt wird, um den Fertigungsaufwand zu senken und die Präzision zu steigern. Die Vorrichtung ermöglicht insbesondere die Online-Vermessung des Volumens vor dem Endoskop. Die Messung kann kontinuierlich während des chirurgischen Eingriffs durchgeführt werden, so dass eine aktuelle Datenbasis zur Verfügung steht. Die Vorrichtung ermöglicht eine hohe Präzision der Messung auch unter den besonderen medizinischen Bedingungen, den unterschiedlichen Grenzschichten, Oberflächen und geringen Messabständen. Sie ermöglicht eine genaue Vermessung des Volumens vor dem Endoskop in Echtzeit. Die Vorrichtung kann in Endoskopen mit einem Durchmesser zwischen 4 mm und 10 mm eingebaut werden, wodurch sie den medizinischen Anforderungen entsprechend eingesetzt werden kann. Diese Miniaturisierung wird durch das hier realisierte Messprinzip ermöglicht. Bisher stehen Scanner mit diesen Abmessungen nur in Form einzelner Ultraschallwandler zur Verfügung, die sich jedoch nicht für den Einsatz im Nahbereich eignen.The device shown is coming with few moving parts, with a simple kinematics is used to reduce manufacturing costs and increase precision increase. The device enables especially the online measurement of the volume in front of the endoscope. The measurement can be made continuously during the surgical procedure carried out so that a current database is available. The device enables high precision measurement even under special medical conditions, the different boundary layers, surfaces and short measuring distances. she allows an accurate measurement of the volume in front of the endoscope in real time. The device can be used in endoscopes with a diameter between 4 mm and 10 mm can be installed, making them meet the medical requirements can be used accordingly. This miniaturization will made possible by the measuring principle implemented here. So far there are scanners with these dimensions only in the form of individual ultrasonic transducers to disposal, which however are not for suitable for use at close range.

Die Antriebe der einzelnen Komponenten für das Endoskop müssen außerhalb des Kopfes 9 liegen, um den Einsatz von Präzisionsantrieben bzw. Präzisionsgetrieben zu ermöglichen, und sind über geeignete Kupplungen 15 mit den Komponenten verbunden. Als Lichtquelle wird vorzugsweise ein Laser mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich eingesetzt.The drives of the individual components for the endoscope must be outside the head 9 lie to enable the use of precision drives or precision gears, and are via suitable couplings 15 connected to the components. A laser with a wavelength in the visible range is preferably used as the light source.

4 zeigt die Kopfseite 9 des in 3 dargestellten Endoskops ohne die Abdeckhülse 12. In der Figur ist der Optikzylinder 16 zu erkennen, der innerhalb der Scanhülse 13 angeordnet ist. Die Scanhülse 13 ist um diesen Optikzylinder 16 drehbar gelagert. Aus dem vorderen Bereich der Scanhülse 13 ragen zwei Umlenkköpfe 20 heraus, über die die beiden aus den Strahlführungskanälen 14 austretenden Laserlichtbündel 4a, 4b auf die als Scanspiegel ausgestalteten Strahlführungseinrichtungen 3a, 3b gerichtet werden. Die Anordnungen für die Strahlführungseinrichtungen 3a, 3b sind jeweils identisch. Der Umlenkkopf 20 sitzt dabei fixiert auf dem Strahlführungskanal 14. Er lenkt den Laserstrahl auf den gegenüberliegenden Scanspiegel 3a bzw. 3b, der mechanisch über eine Kupplung 15 vom Fuß des Endoskops aus um die Winkel α1 bzw. α2 drehbar ist. Durch diese Drehung wird das Abtasten der Scanlinie bei einer bekannten Strahlgeometrie möglich. Beide Scanspiegel 3a, 3b sind so ausgerichtet, dass sie den Strahl bei einer Drehung auf einer gemeinsamen Scanlinie verschieben, ohne dabei durch die Umlenkköpfe 20 oder den Optikzylinder 16 behindert zu werden. In diesem Beispiel liegt das Drehzentrum der Scanlinie auf der optischen Achse der Kamera, d.h. im Zentrum des Videobilds. Die Drehung der Scanhülse 13 entspricht daher dem Winkel β in der 2. 4 shows the head side 9 of in 3 shown endoscope without the cover sleeve 12 , In the figure is the optics cylinder 16 to recognize the inside of the scan sleeve 13 is arranged. The scan sleeve 13 is around this optical cylinder 16 rotatably mounted. From the front area of the scanning sleeve 13 protrude two deflection heads 20 through which the two emerge from the beam guide channels 14 emerging laser light bundle 4a . 4b to the beam guidance devices designed as a scanning mirror 3a . 3b be judged. The arrangements for the beam guidance devices 3a . 3b are each identical. The deflection head 20 sits fixed on the beam guide channel 14 , It directs the laser beam onto the opposite scanning mirror 3a respectively. 3b , which is mechanical via a clutch 15 is rotatable from the base of the endoscope by the angles α 1 or α 2 . This rotation makes it possible to scan the scan line with a known beam geometry. Both scan mirrors 3a . 3b are aligned in such a way that they move the beam when rotating on a common scan line without passing through the deflection heads 20 or the optical cylinder 16 to be hindered. In this example, the center of rotation of the scan line lies on the optical axis of the camera, ie in the center of the video image. The rotation of the scan sleeve 13 therefore corresponds to the angle β in the 2 ,

Selbstverständlich ist auch eine exzentrische Anordnung möglich, bei der beide Strahlführungseinrichtungen 3a, 3b auf einer Seite des Optikzylinders 16 liegen. Hierdurch wird kann beispielsweise eine fächerförmige Anordnung der Scanlinien ermöglicht werden.Of course, an eccentric arrangement is also possible in which both beam guidance devices 3a . 3b on one side of the optical cylinder 16 lie. This enables, for example, a fan-shaped arrangement of the scan lines.

Die an der Fußseite 10 des Endoskops angreifenden Verstellantriebe für die Scanhülse 13 und die Scanspiegel 3a, 3b sowie der Anschluss an die Videokamera (Videoadapter) sind in dieser Figur nicht gesondert dargestellt. Die Kupplungen 15 können hydraulisch oder mechanisch, beispielsweise über Zahnrad- oder Riemenantriebe realisiert werden. Als Videoadapter kann ein standardisierter Anschluss eingesetzt werden. Der Laserstrahl wird vorzugsweise über eine Faser bis zum Umlenkkopf 20 geleitet. Eventuell kann der Strahlführungskanal 14 zur Außenwand des Endoskoprohrs hin offen gestaltet werden, so dass sich die Faser bei der Montage einfacher einlegen lässt. Eine weitere Alternative zur Strahlführung bis zu den Strahlführungseinrichtungen 3a, 3b besteht darin, eingeschmolzene Glaskörper als Übertragungsmedium einzusetzen, für die dann zusätzliche Einkopplungselemente für die Laserstrahlung am Fuß des Endoskops installiert werden müssen.The one on the foot side 10 adjustment drives for the scanning sleeve that attack the endoscope 13 and the scan mirror 3a . 3b and the connection to the video camera (video adapter) are not shown separately in this figure. The clutches 15 can be realized hydraulically or mechanically, for example via gear or belt drives. A standardized connection can be used as a video adapter. The laser beam is preferably passed over a fiber to the deflection head 20 directed. Possibly the beam guiding channel 14 open to the outer wall of the endoscope tube so that the fiber can be inserted more easily during assembly. Another alternative to beam guidance up to the beam guidance devices 3a . 3b is to use melted glassware as a transmission medium for which then additional coupling elements for the laser radiation must be installed at the base of the endoscope.

5 zeigt schließlich eine Prinzipskizze der konstruktiven Lösung am Fuß 10 des Endoskops, in der die Scanhülse 13 mit dem angedeuteten Drehwinkel β, die Kupplungen 15 mit den angedeuteten Drehwinkeln α1 bzw. α2 sowie die Strahlführungskanäle 14 zu erkennen sind. Im Zentrum ist der Optikzylinder 16 angeordnet. 5 finally shows a basic sketch of the constructive solution on the foot 10 of the endoscope in which the scan sleeve 13 with the indicated angle of rotation β, the couplings 15 with the indicated angles of rotation α 1 and α 2 as well as the beam guiding channels 14 are recognizable. The optical cylinder is in the center 16 arranged.

Die Laserquellen sind mit der Scanhülse 13 fest verbunden, so dass sie sich beim Einstellen der Scanlinie mit der Hülse mitdrehen. Auf diese Weise findet keine Dejustierung des Laserstrahls statt. Die Scanhülse dreht sich bei diesem Vorgang relativ zur fixierten, in der vorliegenden Figur nicht dargestellten, Abdeckhülse 12.The laser sources are with the scan sleeve 13 firmly connected so that they rotate with the sleeve when setting the scan line. In this way there is no misalignment of the laser beam. During this process, the scanning sleeve rotates relative to the fixed cover sleeve, not shown in the present figure 12 ,

Mit einem erhöhten Aufwand können die Laserlichtbündel auch ohne zusätzliche Lichtwellenleiter direkt auf die Umlenkköpfe 20 ausgerichtet werden.With increased effort, the laser light bundles can also be directed directly onto the deflection heads without additional optical waveguides 20 be aligned.

Selbst wenn in diesen Ausführungsbeispielen konkret auf die Anwendung in der medizinischen Endoskopie eingegangen wurde, so ist offensichtlich, dass das vorliegende Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung unabhängig von der hier dargestellten konstruktiven Umsetzung für den ausgewählten Einzelfall auch auf vielen anderen Gebieten eingesetzt werden und insbesondere technisch auch auf eine unterschiedliche Art realisiert werden kann. Weiterhin ist das Prinzip nicht auf den Einsatz von zwei Lichtbündeln beschränkt. Es können vielmehr auch mehr als zwei Lichtbündel eingesetzt werden, um beispielsweise zwei Messpunkte gleichzeitig zu erfassen.Even if in these embodiments specifically dealt with the application in medical endoscopy was, it is evident that the present method as well the associated Device independent of the constructive implementation shown here for the selected individual case also be used in many other areas and in particular technically can also be realized in a different way. Furthermore, the principle is not limited to the use of two light beams. Rather, it can also more than two light beams used, for example, two measuring points at the same time capture.

BZUGSZEICHENLISTE

Figure 00210001
BZUGSZEICHENLISTE
Figure 00210001

Claims (11)

Endoskop mit einer Vorrichtung zur Messung der Entfernung eines Objektes, mit – einem Bilderfassungssystem, insbesondere einer Kamera (7), zur Bilderfassung eines zu vermessenden Raumbereiches, in dem das Objekt (2) angeordnet ist; – zumindest zwei in festem Abstand zueinander angeordneten Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b), die zur Ausführung einer Scanbewegung ausgebildet sind, so dass sie zwei Lichtbündel (4a, 4b) in einem Messpunkt (6) in dem zu vermessenden Raumbereich zur Überlagerung bringen können; – einer Einrichtung zur Erfassung der Stellung der Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b); und – einer Steuereinrichtung, die die beiden Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) durch Auswertung der vom Bilderfassungssystem erfassten Daten zur Überlagerung der Lichtbündel (4a, 4b) im Messpunkt (6) ansteuert; wobei das Bilderfassungssystem und die Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) an einem Kopf (9) des Endoskops angeordnet sind.Endoscope with a device for measuring the distance of an object, with an image acquisition system, in particular a camera ( 7 ), for image acquisition of a room area to be measured, in which the object ( 2 ) is arranged; - at least two beam guidance devices arranged at a fixed distance from one another ( 3a . 3b ), which are designed to perform a scanning movement so that they have two light beams ( 4a . 4b ) in one measuring point ( 6 ) can be superimposed in the area to be measured; - a device for detecting the position of the beam guiding devices ( 3a . 3b ); and - a control device which controls the two beam guiding devices ( 3a . 3b ) by evaluating the data recorded by the image acquisition system for superimposing the light beams ( 4a . 4b ) at the measuring point ( 6 ) controls; the image acquisition system and the beam guiding devices ( 3a . 3b ) on one head ( 9 ) of the endoscope are arranged. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) an einer Führungsgehülse (13) befestigt sind die um eine Achse drehbar gelagert ist.Endoscope according to claim 1, characterized in that the two beam guiding devices ( 3a . 3b ) on a guide sleeve ( 13 ) are attached which is rotatably mounted about an axis. Endoskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) zur Durchführung der Scanbewegung jeweils nur um eine Achse drehbar oder kippbar ausgestaltet und derart gegenseitig angeordnet sind, dass sie die Lichtbündel (4a, 4b) bei einer Scanbewegung in der gleichen Scanebene bewegen.Endoscope according to claim 2, characterized in that the two beam guiding devices ( 3a . 3b ) to carry out the scanning movement in each case only designed to be rotatable or tiltable about an axis and arranged mutually in such a way that the light bundles ( 4a . 4b ) move in the same scan plane during a scan movement. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) auf einer Führungshülse (13) befestigt sind, die über einen Optikzylinder (16) des Endoskops geschoben und dort um die Hauptachse des Optikzylinders (16) drehbar gelagert ist.Endoscope according to one of claims 1 to 3, characterized in that the beam guiding devices ( 3a . 3b ) on a guide sleeve ( 13 ) are attached using an optical cylinder ( 16 ) of the endoscope and there around the main axis of the optical cylinder ( 16 ) is rotatably mounted. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Lichtquellen zur Erzeugung der Lichtbündel (4a, 4b) sowie Verstellantriebe für die Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) ausserhalb des Kopfes (9) des Endoskops angeordnet und über entsprechende Strahlführungskanäle (14) und Kupplungen (15) mit den Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) verbunden sind.Endoscope according to one of claims 1 to 4, characterized in that one or more light sources for generating the light beams ( 4a . 4b ) and adjustment drives for the beam guidance devices ( 3a . 3b ) outside the head ( 9 ) of the endoscope and via corresponding beam guiding channels ( 14 ) and couplings ( 15 ) with the beam guidance devices ( 3a . 3b ) are connected. Endoskop nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (13) mit einem Antrieb für eine Drehung um die Hauptachse verbunden ist, wobei die ein oder mehreren Lichtquellen sowie die Verstellantriebe für die Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) bei Drehung der Führungshülse (13) mitgedreht werden.Endoscope according to claim 4 or 5, characterized in that the guide sleeve ( 13 ) is connected to a drive for rotation about the main axis, the one or more light sources and the adjustment drives for the beam guiding devices ( 3a . 3b ) when the guide sleeve rotates ( 13 ) are also rotated. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erfassung der Stellung der Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) die Stellung der Verstellantriebe für die Strahlführungseinrichtungen erfasst.Endoscope according to one of claims 1 to 6, characterized in that the device for detecting the position of the beam guiding devices ( 3a . 3b ) the position of the adjustment drives for the beam guidance devices is recorded. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle zur Erzeugung der Lichtbündel (4a, 4b) ein oder mehrere Laser vorgesehen sind.Endoscope according to one of claims 1 to 7, characterized in that as a light source for generating the light beams ( 4a . 4b ) one or more lasers are provided. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die aus dem festen Abstand der Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) und den bei Überlagerung der Lichtbündel (4a, 4b) erfassten Stellungen der Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) den Abstand des Messpunktes (6) ermittelt.Endoscope according to one of claims 1 to 8, characterized in that an evaluation device is provided which, based on the fixed distance between the beam guiding devices ( 3a . 3b ) and that when the light beams are superimposed ( 4a . 4b ) detected positions of the beam guidance devices ( 3a . 3b ) the distance of the measuring point ( 6 ) determined. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) Scannerspiegel aufweisen.Endoscope according to one of claims 1 to 9, characterized in that the beam guiding devices ( 3a . 3b ) Have a scanner mirror. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilderfassungssystem zwischen den beiden Strahlführungseinrichtungen (3a, 3b) angeordnet ist.Endoscope according to one of claims 1 to 10, characterized in that the image acquisition system between the two beam guiding devices ( 3a . 3b ) is arranged.
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