JP3268895B2 - Endoscope device - Google Patents

Endoscope device

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JP3268895B2
JP3268895B2 JP17178693A JP17178693A JP3268895B2 JP 3268895 B2 JP3268895 B2 JP 3268895B2 JP 17178693 A JP17178693 A JP 17178693A JP 17178693 A JP17178693 A JP 17178693A JP 3268895 B2 JP3268895 B2 JP 3268895B2
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laser
gap
laser line
endoscope
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勝則 崎山
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Olympus Optic Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光切断法を用いて間隙を
測長する内視鏡装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an endoscope apparatus for measuring a gap by using a light section method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、体腔内に細長の挿入部を挿入する
ことにより体腔内臓器等を観察したり、必要に応じて処
置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処
置のできる内視鏡が広く用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, by inserting an elongated insertion portion into a body cavity, it is possible to observe internal organs in the body cavity or to perform various treatments using a treatment tool inserted into a treatment tool channel as necessary. Endoscopes are widely used.

【0003】また、工業分野においても、ボイラ、ター
ビン、エンジン、化学プラント等の内部のキズ,腐食等
の観察、検査に工業用内視鏡が広く用いられている。特
開平3−13805に、内視鏡先端部の照明光源からラ
イン状のコントラスト光を放射した光切断法による物体
形状の測定手段が示されている。また、特開昭62−7
3223には一本のレーザー光線により測距手段が示さ
れている。
[0003] In the industrial field, industrial endoscopes are widely used for observing and inspecting scratches and corrosion inside boilers, turbines, engines, chemical plants and the like. Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 3-13805 discloses a means for measuring an object shape by a light cutting method in which linear contrast light is emitted from an illumination light source at the end of an endoscope. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-7 / 1987
Reference numeral 3223 denotes a distance measuring unit using one laser beam.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】特開平3−13805
に示される光切断法では、ライン上で長さの測定、ライ
ンが途切れない滑らかに変化する物体形状の測定、途切
れたラインの対応が明確な段差の測定が可能である。し
かし2つの平面が直交し合う形で交わった物体の前記直
交部に生じた間隙を計測する場合は途切れたラインの対
応が明確でなく、間隙の計測もできない。
Problems to be Solved by the Invention
The light sectioning method described in (1) enables measurement of the length on a line, measurement of an object shape that smoothly changes without a break in the line, and measurement of a step that clearly corresponds to the broken line. However, when measuring the gap generated at the orthogonal portion of an object where two planes intersect at right angles, the correspondence of the broken line is not clear, and the gap cannot be measured.

【0005】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、内視鏡を用いた光切断法で、物体面に投影したラ
インが不連続になる間隙の測長が可能な内視鏡装置を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is an endoscope apparatus capable of measuring the length of a gap where lines projected onto an object surface are discontinuous by a light cutting method using an endoscope. The purpose is to provide.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段および作用】内視鏡を用い
た光切断法においてレーザラインが不連続になる間隙を
計測する場合に、不連続なラインの少なくとも一方を近
似式で表し、そのラインを外挿して2つのラインの交点
を求めることにより間隙の長さ又は距離を求めることが
できる。
When measuring a gap where a laser line becomes discontinuous in a light cutting method using an endoscope, at least one of the discontinuous lines is represented by an approximate expression, and the line is represented by an approximate expression. Is extrapolated to determine the intersection of the two lines to determine the length or distance of the gap.

【0007】[0007]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を具体
的に説明する。図1ないし図13は本発明の1実施例に
係り、図1は内視鏡装置の全体構成の説明図、図2は内
視鏡先端部の断面図、図3は内視鏡先端部に設けたレー
ザライン投影部の断面図、図4はレーザライン光源を説
明する図、図5は内視鏡装置のブロック図、図6は先端
面に平行な物体面にレーザラインを投影した様子を示す
説明図、図7は図6のA−A断面位置での計測点と光学
系の関係の説明図、図8は先端面に斜めの物体面にレー
ザラインを投影した様子を示す説明図、図9は図8の側
面図、図10は図8における撮像画像を示す説明図、図
11は図8における計測点と光学系との関係を示す説明
図、図12は隙間のある2つの物体にレーザラインを投
影した様子を示す説明図、図13は図12における撮像
画像を示す説明図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. 1 to 13 relate to one embodiment of the present invention, FIG. 1 is an explanatory view of the entire configuration of an endoscope device, FIG. 2 is a cross-sectional view of an endoscope distal end, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a laser line projection unit provided, FIG. 4 is a diagram illustrating a laser line light source, FIG. 5 is a block diagram of an endoscope apparatus, and FIG. 6 shows a state where a laser line is projected on an object plane parallel to the distal end surface. 7, FIG. 7 is an explanatory diagram of the relationship between the measurement points and the optical system at the AA cross-sectional position in FIG. 6, FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state in which a laser line is projected on an oblique object surface at the tip end surface, 9 is a side view of FIG. 8, FIG. 10 is an explanatory view showing a captured image in FIG. 8, FIG. 11 is an explanatory view showing a relationship between a measurement point and an optical system in FIG. 8, and FIG. FIG. 13 is an explanatory diagram showing a state in which a laser line is projected onto the image, and FIG.

【0008】図1に示すように本実施例の内視鏡装置1
は、撮像手段を内蔵した電子内視鏡2と、この電子内視
鏡2が接続され、電子内視鏡2に照明光を供給する照明
用光源3と、電子内視鏡2の撮像手段に対する信号処理
を行うと共に、長さ計測を行う機能を有する計測ユニッ
ト4と、電子内視鏡2と照明用光源3との接続部に設け
られ、レーザ光を発生するレーザ光源5とから構成され
ている。
As shown in FIG. 1, an endoscope apparatus 1 according to the present embodiment
Is an electronic endoscope 2 having a built-in image pickup means, an illumination light source 3 to which the electronic endoscope 2 is connected and which supplies illumination light to the electronic endoscope 2, and an image pickup means of the electronic endoscope 2. It comprises a measuring unit 4 having a function of performing signal processing and measuring the length, and a laser light source 5 which is provided at a connection between the electronic endoscope 2 and the illumination light source 3 and generates laser light. I have.

【0009】電子内視鏡2は可撓性を有する細長の挿入
部6と、この挿入部6の後端に設けられた操作部7と、
この操作部7から延出されたユニバーサルコード8とを
有し、このユニバーサルコード8の先端はレーザ光源5
に接続される。また、このレーザ光源5から電気ケーブ
ル9が延出され、計測ユニット4に接続される。
The electronic endoscope 2 includes an elongated insertion section 6 having flexibility, an operation section 7 provided at a rear end of the insertion section 6,
And a universal cord 8 extending from the operation unit 7.
Connected to. An electric cable 9 extends from the laser light source 5 and is connected to the measuring unit 4.

【0010】挿入部6は硬質の先端部11と、この先端
部11に隣接する湾曲自在の湾曲部12とを有し、操作
部7に設けた湾曲操作摘み13を回動することによっ
て、湾曲部12を湾曲することができる。
The insertion portion 6 has a hard distal end portion 11 and a bendable bending portion 12 adjacent to the distal end portion 11, and is turned by turning a bending operation knob 13 provided on the operation portion 7. The part 12 can be curved.

【0011】挿入部6内及びユニバーサルコード8内に
は照明光を伝送する図示しないライトガイドが挿通さ
れ、照明用光源3から供給された照明光を伝送し、先端
部12の2つの照明窓14、14に取り付けた照明レン
ズを経て、伝送した照明光を前方に出射い、前方の物体
面15を照明する。
A light guide (not shown) for transmitting illumination light is inserted into the insertion portion 6 and the universal cord 8 to transmit the illumination light supplied from the illumination light source 3 and to the two illumination windows 14 of the distal end portion 12. , 14, the transmitted illumination light is emitted forward through the illumination lens attached to the illumination lens, and illuminates the object surface 15 in front.

【0012】照明窓14、14に隣接して観察窓が設け
られ、この観察窓には図2に示すように対物レンズ系1
7が取り付けてある。この対物レンズ系17の焦点面に
はCCD18が配置され、対物レンズ系17とCCD1
8とで撮像画像を得る撮像部19が形成されている。
An observation window is provided adjacent to the illumination windows 14, 14, and this observation window has an objective lens system 1 as shown in FIG.
7 is attached. At the focal plane of the objective lens system 17, a CCD 18 is arranged.
An image pickup unit 19 for obtaining a picked-up image is formed by the control unit 8 and the image pickup unit 8.

【0013】対物レンズ系17により結像した光学像を
電気信号へ変換するCCD19の裏面から突出されたリ
ードはフレキシブル基板に接続され、このフレキシブル
基板は屈曲されて後方に延びる後端側に信号ケーブル2
0が接続され、この信号ケーブル20は操作部7からユ
ニバーサルコード8内を挿通され、さらに電気ケーブル
9を経て計測ユニット4と接続される。
A lead projecting from the back surface of the CCD 19 for converting an optical image formed by the objective lens system 17 into an electric signal is connected to a flexible substrate, which is bent and extends rearward. 2
The signal cable 20 is inserted from the operation unit 7 through the universal cord 8, and further connected to the measuring unit 4 via the electric cable 9.

【0014】また、図2に示すように観察窓に隣接して
形成された窓部にはレーザライン投影部21が取り付け
てあり、光ファイバ22で伝送したレーザ光をレーザラ
イン投影レンズ系23を経て前方の物体面15側にライ
ン状のレーザ光、つまりレーザラインを投影する。
As shown in FIG. 2, a laser line projection unit 21 is attached to a window formed adjacent to the observation window, and a laser beam transmitted through an optical fiber 22 is transmitted to a laser line projection lens system 23. Then, a linear laser beam, that is, a laser line is projected on the object surface 15 side ahead.

【0015】図3は前記レーザライン投影部21の断面
図を示す。口金24に保持された光ファイバ22の先端
面からの出射光はコリメートレンズ25a、25bによ
り平行光線にされた後、シリンドリカルレンズ26に入
射する。このシリンドリカルレンズ26からの出射光線
は扇状に広がりをもつ光となり、カバーガラス27を経
て前方に出射される。なお、図2は図3と直交する方向
の断面図であり、図2の断面内ではレーザ光は広がらな
いで前方に出射される。
FIG. 3 is a sectional view of the laser line projection unit 21. Outgoing light from the distal end surface of the optical fiber 22 held by the base 24 is converted into parallel rays by the collimating lenses 25a and 25b, and then enters the cylindrical lens 26. The light emitted from the cylindrical lens 26 becomes light having a fan-like spread, and is emitted forward through the cover glass 27. FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to FIG. 3, and in the cross section of FIG. 2, the laser light is emitted forward without spreading.

【0016】上記レーザ光源5内には図4に示すレーザ
光源ユニット28が内蔵されている。レーザ光源ユニッ
ト28はレーザダイオード30と、コリメートレンズ3
1と、集光レンズ32と、光ファイバ22により構成さ
れる。レーザダイオード30からの光はコリメートレン
ズ31により略平行光線にされる。
A laser light source unit 28 shown in FIG. The laser light source unit 28 includes a laser diode 30 and the collimating lens 3.
1, a condenser lens 32, and an optical fiber 22. Light from the laser diode 30 is converted into substantially parallel light by a collimating lens 31.

【0017】この略平行光線は集光レンズ32により口
金29で固定された光ファイバ22の端面に集光され
る。レーザダイオード30はレンズ枠33に固着され
る。レンズ枠33はレーザダイオード30からの熱を放
射するための放熱フィン34を有する。
The substantially parallel light rays are condensed by the condenser lens 32 on the end face of the optical fiber 22 fixed by the base 29. The laser diode 30 is fixed to the lens frame 33. The lens frame 33 has radiation fins 34 for radiating heat from the laser diode 30.

【0018】このようにレンズ枠33にレーザダイオー
ド30を取り付け、さらにレンズ枠33に放熱フィン3
4を設けたことによりレーザ光源5を小型にすることが
できる。
Thus, the laser diode 30 is mounted on the lens frame 33, and the radiation fins 3 are further mounted on the lens frame 33.
By providing the laser light source 4, the laser light source 5 can be reduced in size.

【0019】図5は内視鏡装置1の信号処理系のブロッ
ク図を示す。電子内視鏡2に内蔵されたCCD18はC
CU35によって駆動され、画像信号となる。画像はフ
レームメモリ36に書き込まれた後、CRT37に表示
される。フレームメモリ36はCPU38によりアクセ
スされ、後述する計測が行われる。
FIG. 5 is a block diagram of a signal processing system of the endoscope apparatus 1. The CCD 18 built in the electronic endoscope 2 is C
It is driven by the CU 35 and becomes an image signal. After the image is written into the frame memory 36, it is displayed on the CRT 37. The frame memory 36 is accessed by the CPU 38, and measurement described later is performed.

【0020】レーザラインの光源であるレーザダイオー
ド30はレーザダイオードドライブ回路39により駆動
される。CPU38はフレームメモリ36よりレーザラ
インの強度を読みとり、レーザダイオードドライブ回路
39に適切な明るさになるように指示を出す。CPU3
8はキーボード40と接続され、キーボード40から計
測を行う場合に計測点の位置の指定等の入力を行う。
A laser diode 30, which is a light source of the laser line, is driven by a laser diode drive circuit 39. The CPU 38 reads the intensity of the laser line from the frame memory 36 and issues an instruction to the laser diode drive circuit 39 to obtain appropriate brightness. CPU3
Reference numeral 8 is connected to the keyboard 40, and when measuring from the keyboard 40, inputs such as designation of the position of a measurement point.

【0021】CPU38はキーボード40からの計測指
示により、後述する複数の計測点を通る近似式の計算、
2つの近似式の交点を求める計算、ギャップの長さの算
出等の計測処理を行う。
In response to a measurement instruction from the keyboard 40, the CPU 38 calculates an approximate expression passing through a plurality of measurement points, which will be described later,
Measurement processing such as calculation for finding the intersection of the two approximate expressions and calculation of the gap length is performed.

【0022】図6、図7は計測の原理を示すものであ
る。図6に示すように、上記レーザライン投影部21よ
り出射した扇状の光は物体面15にレーザライン41を
描く。図7は図6のA−A断面を示す。図7における点
線は視野範囲を示す。
FIGS. 6 and 7 show the principle of measurement. As shown in FIG. 6, the fan-shaped light emitted from the laser line projection unit 21 draws a laser line 41 on the object surface 15. FIG. 7 shows an AA cross section of FIG. The dotted line in FIG. 7 indicates the visual field range.

【0023】対物レンズ系17の入射瞳位置をO、レー
ザライン投影部21の出射位置をR、物体面15上に投
影されるレーザライン41上の点で、かつA−A断面内
の点をPとする。光軸とO−Pのなす角をθとする。レ
ーザライン出射位置Rから物体面までの距離R−PをL
とすると、このLは L=H*tan(90−θ) (1) で求められる。ここで、HはO−Rの距離を示す。図7
において、点PはCCD18の撮像面18aの点pに結
像される。
The entrance pupil position of the objective lens system 17 is O, the emission position of the laser line projection unit 21 is R, the point on the laser line 41 projected on the object plane 15, and the point in the AA cross section is P. The angle between the optical axis and OP is defined as θ. The distance RP from the laser line emission position R to the object plane is L
Then, this L is obtained by L = H * tan (90-θ) (1). Here, H indicates the OR distance. FIG.
, The point P is imaged at the point p on the imaging surface 18a of the CCD 18.

【0024】図8は斜めの平面Πにレーザライン41を
投影した状態を示す。図9はその側面図を示す。図10
は例えば図8又は図9におけるレーザライン41上の計
測点P0 ,P1 を撮像した画像を示す。また、図11
(a)及び(b)は各計測点P0 ,P1 を光学系を用い
て撮像した場合における長さ計測の関係式を求めるため
の説明図を示す。
FIG. 8 shows a state in which the laser line 41 is projected on an oblique plane Π. FIG. 9 shows a side view thereof. FIG.
Represents an image of the measurement points P0 and P1 on the laser line 41 in FIG. 8 or FIG. FIG.
(A) and (b) are explanatory diagrams for obtaining a relational expression of length measurement when each measurement point P0, P1 is imaged using an optical system.

【0025】光学中心を3次元座標の原点Oとする座標
系を設定する。分かり易くするために3次元座標のZ軸
を光軸方向に設定し、この光軸上で2次元座標面を移動
して計測点側に配置した2次元座標を(X,Y)で、撮
像側に配置した2次元座標を(x ,y )で示す。
A coordinate system having the optical center as the origin O of three-dimensional coordinates is set. For easy understanding, the Z axis of the three-dimensional coordinates is set in the direction of the optical axis, and the two-dimensional coordinate plane is moved on the two-dimensional coordinate plane on the optical axis, and the two-dimensional coordinates arranged on the measurement point side are imaged with (X, Y) The two-dimensional coordinates arranged on the side are indicated by (x, y).

【0026】この場合、計測点側の原点Op は3次元座
標の原点Oから光軸上でZ0 (点P0 の場合)又はZ1
(点P1 の場合)移動した位置に、撮像側の原点om は
3次元座標の原点Oから対物レンズ系17の焦点距離f
移動した位置に存在し、またx とX軸,y とY軸は共に
平行である。また、この実施例では、x 又はX座標はR
とOを結ぶ方向に設定している。
In this case, the origin Op on the measurement point side is Z0 (in the case of point P0) or Z1 on the optical axis from the origin O of the three-dimensional coordinates.
(In the case of point P1) At the moved position, the origin om on the imaging side is shifted from the origin O of the three-dimensional coordinates to the focal length f
It exists at the moved position, and the x and X axes and the y and Y axes are both parallel. In this embodiment, x or the X coordinate is R
And O are connected.

【0027】CCD18の撮像面18aの像はフレーム
メモリ36にそのまま記憶されるものとする。従ってレ
ーザライン41上の計測点P0 ,P1 を撮像した場合、
フレームメモリ36上の対応する点をp0 、p1 とな
る。
It is assumed that the image on the image pickup surface 18a of the CCD 18 is stored in the frame memory 36 as it is. Therefore, when the measurement points P0 and P1 on the laser line 41 are imaged,
The corresponding points on the frame memory 36 are p0 and p1.

【0028】また、図11に示すように計測点P0 ,P
1 の座標をそれぞれ(X0,Y0 )、(X1,Y1 )とする
と、図10に示すようにフレームメモリ36上の対応す
る点p0 、p1 の座標はそれぞれ(x0,y0 )、(x1,y1
)となる。又、x 又はX軸をRとOを結ぶ方向に設定
しているので、図11において、Op −X0 ,Op −X
1 の長さはHとなる。
As shown in FIG. 11, measurement points P0, P
Assuming that the coordinates of 1 are (X0, Y0) and (X1, Y1), the coordinates of the corresponding points p0 and p1 on the frame memory 36 are (x0, y0) and (x1, y1), respectively, as shown in FIG.
). Also, since the x or X axis is set in the direction connecting R and O, in FIG. 11, Op-X0, Op-X
The length of 1 is H.

【0029】フレームメモリ36上で原点om と計測点
(P0 の像)p0 を結ぶ線とx 軸とのなす角度をα0 、
原点om と計測点(P1 の像)p1 を結ぶ線とx 軸との
なす角をα1 とする。画像の最大画角をθg、フレーム
メモリ36上の座標を(xg,yg )とする。
On the frame memory 36, the angle between the line connecting the origin om and the measurement point (image of P0) p0 and the x-axis is α0,
Let α1 be the angle formed by the line connecting the origin om and the measurement point (image of P1) p1 with the x-axis. The maximum angle of view of the image is θg, and the coordinates on the frame memory 36 are (xg, yg).

【0030】光学系がSIN θ型のディストーションをも
つ場合は以下の式により、図11(a)、(b)に示す
角度θ0 ′,θ1 ′、θ0 ,θ1 が求められる。
When the optical system has a SIN θ type distortion, the angles θ 0 ′, θ 1 ′, θ 0, and θ 1 shown in FIGS. 11A and 11B are obtained by the following equations.

【0031】 θ0 ′=sin -1{x0*sin (θg)/sqr (xg2 +yg2 )} (2) θ1 ′=sin -1{x1*sin (θg)/sqr (xg2 +yg2 )} θ0 =sin -1{sqr(x02 +y02 )*sin(θg)/sqr(xg2 +yg2 )} (2′) θ1 =sin -1{sqr(x12 +y12 )*sin (θg)/sqr(xg2 +yg2 )} ここで、例えばsqr(x02 +y02 )は(x02 +y02 )の平
方根を表す。
Θ 0 ′ = sin −1 {x0 * sin (θg) / sqr (xg 2 + yg 2 )} (2) θ 1 ′ = sin −1 {x1 * sin (θg) / sqr (xg 2 + yg 2 )} θ0 = sin -1 {sqr (x0 2 + y0 2) * sin (θg) / sqr (xg 2 + yg 2)} (2 ') θ1 = sin -1 {sqr (x1 2 + y1 2) * sin (θg) / sqr (xg 2 + yg 2) } where, for example, sqr (x0 2 + y0 2) represents the square root of (x0 2 + y0 2).

【0032】計測点P0 ,P1 をそれぞれ含む平面まで
の距離L0 ,L1 は、それぞれ L0 =H*tan (90−θ0 ′) (3) L1 =H*tan (90−θ1 ′) となる。
The distances L0 and L1 to the planes including the measurement points P0 and P1, respectively, are as follows: L0 = H * tan (90-.theta.0 ') (3) L1 = H * tan (90-.theta.1')

【0033】また、Op −P0 間の距離s0 、Op −P
1 間の距離s1 は、それぞれ s0 =L0 *tan (θ0 ) (4) s1 =L1 *tan (θ1 ) となる。
The distance s0 between Op-P0 and Op-P
The distance s1 between 1 is s0 = L0 * tan (.theta.0) (4) s1 = L1 * tan (.theta.1).

【0034】また、α0 ,α1 は次式で求められる。Further, α0 and α1 are obtained by the following equations.

【0035】 α0 =tan -1(y0/x0) (5) α1 =tan -1(y1/x1) また、計測点P0 の3次元座標は X0 =s0 *cos (α0 ) (6) Y0 =s0 *sin (α0 ) (7) Z0 =L0 (8) となる。Α0 = tan −1 (y0 / x0) (5) α1 = tan −1 (y1 / x1) The three-dimensional coordinates of the measurement point P0 are X0 = s0 * cos (α0) (6) Y0 = s0 * Sin (α0) (7) Z0 = L0 (8)

【0036】また、計測点P1 の3次元座標は X1 =s1 *cos (α1 ) Y1 =s1 *sin (α1 ) Z1 =L1 となる。The three-dimensional coordinates of the measurement point P1 are as follows: X1 = s1 * cos (α1) Y1 = s1 * sin (α1) Z1 = L1

【0037】計測点、P0 、P1 の2点間の距離Dは D={(X0-X1)2 +(Y0-Y1)2 +(Z0-Z1)2 1/2 (9) により求められる。The measurement point, the distance D between two points P0, P1 is determined by D = {(X0-X1) 2 + (Y0-Y1) 2 + (Z0-Z1) 2} 1/2 (9) .

【0038】図12は隙間(ギャップ)Gのある物体4
2、43における隙間の長さ(距離)を計測するために
レーザラインを投影した場合を示す。図13はその内視
鏡画像を示す。
FIG. 12 shows an object 4 having a gap G.
The case where a laser line is projected to measure the length (distance) of the gap in Nos. 2 and 43 is shown. FIG. 13 shows the endoscope image.

【0039】ギャップの部分にレーザラインを投影する
と、ギャップの部分で不連続になる2つのレーザライン
41a,41bになる。画像上で一方のレーザライン4
1a′上に物体42のエッジを含んで3点p0 、p1 、
p2 を取る。
When a laser line is projected onto the gap, two laser lines 41a and 41b become discontinuous at the gap. One laser line 4 on the image
1a ', including the edge of the object 42, three points p0, p1,
Take p2.

【0040】3点p0 、p1 、p2 の実際の3点P0 、
P1 、P2 の3次元座標は(1)〜(8)式に示した計
算式から P0 (X0 、Y0 、Z0 ) P1 (X1 、Y1 、Z1 ) P2 (X2 、Y2 、Z2 ) で表される。
The actual three points P0, p0, p1, p2,
The three-dimensional coordinates of P1 and P2 are represented by P0 (X0, Y0, Z0) P1 (X1, Y1, Z1) P2 (X2, Y2, Z2) from the calculation formulas shown in equations (1) to (8). .

【0041】前記P0 、P1 、P2 を最小二乗法で、 y=tn n +tn-1 n-1 +…+t1 x+t0 (10) に当てはめて点P0 、P1 、P2 を通る(直線の場合を
含む)曲線の近似式を求め、P0 、P1 、P2 を外挿し
たラインに相当するこの近似式の曲線と、他方のレーザ
ライン41bとの交点をP3 とする。ここで、ti (i
=0 ,1 ,…,n )は係数、xは座標を表す変数。
[0041] through the P0, P1, and P2 in the least squares method, y = t n x n + t n-1 x n-1 + ... + t 1 point by applying to the x + t 0 (10) P0 , P1, P2 ( An approximate expression of a curve (including the case of a straight line) is obtained, and the intersection of the curve of the approximate expression corresponding to a line extrapolating P0, P1, and P2 and the other laser line 41b is defined as P3. Here, t i (i
= 0, 1,..., N) are coefficients and x is a variable representing coordinates.

【0042】計測点P2 、P3 の距離を(9)式で求め
れば2物体間の隙間が求められる。このようにギャップ
の一端が明確で他方の端部が不明確な測定物を光切断法
により計測する場合に、不連続なレーザライン41a,
41bの交点を求めることによりギャップの距離を求め
ることができる。
If the distance between the measurement points P2 and P3 is obtained by the equation (9), the gap between the two objects can be obtained. As described above, when measuring an object whose one end of the gap is clear and the other end is unclear by the light cutting method, the discontinuous laser lines 41a,
By determining the intersection of 41b, the distance of the gap can be determined.

【0043】物体42上のレーザライン41a上にエッ
ジを含む3点P0 、P1 、P2 をとり、他方の物体43
上のレーザライン41bとの交点を求めると説明した
が、場合によっては3点P0 、P1 、P2 の代わりに2
点P0 、P1 或いは4点P0 、P1 、P2 、P3 以上で
も良い。
Taking three points P0, P1, P2 including the edge on the laser line 41a on the object 42, and taking the other object 43
It has been described that the intersection with the upper laser line 41b is obtained. However, in some cases, two points may be used instead of the three points P0, P1, and P2.
Points P0, P1 or four or more points P0, P1, P2, P3 or more may be used.

【0044】また、他方のレーザライン41bを表す近
似式を求める場合、最小二乗法等によりその近似式を求
めるようにしても良い。つまり、ギャップで不連続にな
る2つのレーザラインそれぞれを近似する近似式を求
め、それらの近似式から交点を求め、一方のエッジ及び
交点との距離を(9)式で求めるようにしても良い。
When an approximate expression representing the other laser line 41b is obtained, the approximate expression may be obtained by the least square method or the like. That is, an approximate expression that approximates each of the two laser lines that are discontinuous due to the gap may be determined, the intersection may be determined from the approximate expressions, and the distance to one edge and the intersection may be determined by Expression (9). .

【0045】このように内視鏡的に間隙の計測ができる
システムを提供することにより従来分解しなければ精密
な計測が不可能であった例えば曲面形状であるジェット
エンジンのタービンプレートとハウジングとの間隙をエ
ンジンを分解せずに精密に測定することができる。
As described above, by providing a system capable of measuring the gap endoscope, it is impossible to accurately measure the gap unless it is conventionally disassembled. The gap can be precisely measured without disassembling the engine.

【0046】また、老齢化した建築物のクラック等の計
測ができる。近似式としてスプライン関数等他の式を用
いてもよい。レーザダイオードの代わりに発光ダイオー
ドを用いてもよい。
Further, cracks and the like of an aged building can be measured. Another expression such as a spline function may be used as the approximate expression. A light emitting diode may be used instead of a laser diode.

【0047】また、図8に示すように撮像部とレーザラ
イン投影部を結ぶ線に対して片側に照明部をもってきた
ことにより、傾斜した物体表面の計測時に照明部を物体
から離した位置で内視鏡をアクセスできる。これによ
り、近点部のレーザライン41が照明光によって見えな
くなるということがない。
Further, as shown in FIG. 8, the illumination unit is provided on one side with respect to the line connecting the imaging unit and the laser line projection unit, so that the illumination unit is located at a position separated from the object when measuring an inclined object surface. Can access the endoscope. Thereby, the laser line 41 at the near point does not become invisible due to the illumination light.

【0048】図13で、物体42を物体43に接するよ
うに延長すれば、それぞれの物体上のラインは連続した
線(折れ線)となるので交点P3 は必ず存在するはずで
あるが、交点がみつからない場合は近似曲線とレーザラ
イン41bの最も近い点P3としてもよい。
In FIG. 13, if the object 42 is extended so as to be in contact with the object 43, the line on each object becomes a continuous line (broken line), so that the intersection P3 must exist. If there is no such point, the point P3 may be the closest point between the approximate curve and the laser line 41b.

【0049】上述では光切断法を用いて隙間を測長する
内視鏡装置で説明したが、本発明は例えば以下に示すよ
うなステップS1ないしS5により、光切断法を用いて
隙間を測長する計測方法も包含する。
In the above description, the endoscope apparatus for measuring the gap using the light section method has been described. However, the present invention measures the gap using the light section method in steps S1 to S5 described below, for example. Measurement methods to be performed.

【0050】ステップS1:撮像面上での一方のレーザ
ラインの画像上にエッジを含む複数の点、p0 、p1 、
…pm を設定する。 つまり、ギャップで不連続になる2本のレーザラインに
おいて、一方のレーザライン上の位置に対応して撮像面
上での一方のレーザラインの画像上にエッジを含む複数
の点、p0 、p1 、…pm を設定する。例えば、点pm
をエッジ位置とする。複数の点、p0 、p1 、…pm は
物体面上での複数の計測点、P0 、P1、…Pm に対応
する。
Step S1: A plurality of points including edges, p0, p1,..., On the image of one laser line on the imaging surface
... Set pm. That is, in two laser lines that are discontinuous due to the gap, a plurality of points including edges on the image of one laser line on the imaging surface corresponding to the position on one laser line, p0, p1,. ... Set pm. For example, the point pm
Is the edge position. .. Pm correspond to a plurality of measurement points P0, P1,... Pm on the object plane.

【0051】ステップS2:複数の計測点、P0 、P1
、…Pm を通る近似式を求める。つまり、複数の計測
点、P0 、P1 、…Pm の3次元座標を用い、これらを
通る近似式y1を最小二乗法等で求める。
Step S2: a plurality of measurement points, P0, P1
,... Pm. That is, the three-dimensional coordinates of a plurality of measurement points P0, P1,... Pm are used, and an approximate expression y1 passing therethrough is determined by the least square method or the like.

【0052】ステップS3:撮像面上での他方のレーザ
ラインの画像上に複数の点、p0 、p1 、…pn ′を設
定する。複数の点、p0 ′、p1 ′、…pn ′は物体面
上での複数の計測点、P0 ′、P1 ′、…Pn ′に対応
する。
Step S3: A plurality of points, p0, p1,... Pn ', are set on the image of the other laser line on the imaging plane. A plurality of points, p0 ', p1',... Pn ', correspond to a plurality of measurement points, P0', P1 ',.

【0053】ステップS4:複数の計測点、P0 ′、P
1 ′、…Pn ′を通る近似式を求める。つまり、複数の
計測点、P0 ′、P1 ′、…Pn ′の3次元座標を用
い、これらを通る近似式y2を最小二乗法等で求める。
Step S4: Plurality of measurement points, P0 ', P
An approximate expression passing through 1 ',... Pn' is obtained. That is, the three-dimensional coordinates of a plurality of measurement points, P0 ', P1',... Pn ', are used, and an approximate expression y2 passing therethrough is determined by the least square method or the like.

【0054】ステップS5:2つの近似式y1,y2の
交点Qを求め、(9)式によりPmーQの距離Dを算出
する。2つの近似式を求めるのではなく、一方のみの近
似式を求め、この近似式が他方のラインと交差する点を
求めることにより、ギャップの長さ等を求めるようにし
ても良い。
Step S5: The intersection Q of the two approximate expressions y1 and y2 is obtained, and the distance D between Pm and Q is calculated by the expression (9). Instead of obtaining two approximate expressions, an approximate expression of only one may be obtained, and a point at which this approximate expression intersects the other line may be obtained to obtain the length of the gap or the like.

【0055】なお、一方のレーザライン或いは他方のレ
ーザラインの画像が殆ど直線で近似できるような場合に
は、画像上で直線定規、曲線定規等で外挿し、交点を求
め、ギャップの長さ或いは間隔等を算出するようにして
も良い。なお、外挿するためのラインを求めるのでな
く、エッジ部分から外挿された平面の式等を求め、他方
の物体面と交わり部分となる曲線等を求めることによ
り、ギャップの長さ等を算出するようにしても良い。
When the image of one laser line or the other laser line can be approximated by a straight line, extrapolation is performed on the image by using a straight line ruler, a curve ruler, or the like, and the intersection is obtained. An interval or the like may be calculated. Instead of calculating a line for extrapolation, a formula of a plane extrapolated from an edge portion is calculated, and a length of a gap or the like is calculated by calculating a curve or the like that intersects with the other object surface. You may do it.

【0056】[0056]

【発明の効果】上述したように内視鏡を用いた光切断法
において投影したラインが不連続になる間隙を計測する
場合に、不連続なラインの少なくとも一方を近似式で表
し、そのラインを外挿して2つのラインの交点を求め、
前記交点と不連続ラインの一端との距離を計算すること
により間隙の長さを求めることができる。
As described above, when measuring the gap where the projected line becomes discontinuous in the light sectioning method using an endoscope, at least one of the discontinuous lines is represented by an approximate expression, and the line is represented by an approximate expression. Extrapolate to find the intersection of the two lines,
The length of the gap can be obtained by calculating the distance between the intersection and one end of the discontinuous line.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の1実施例の内視鏡装置の全体構成図。FIG. 1 is an overall configuration diagram of an endoscope apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】内視鏡先端部の構造を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structure of a distal end portion of the endoscope.

【図3】内視鏡先端部に設けたレーザライン投影部の断
面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a laser line projection unit provided at the end of the endoscope.

【図4】レーザライン光源を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a laser line light source.

【図5】内視鏡装置の電気系のブロック図。FIG. 5 is a block diagram of an electric system of the endoscope apparatus.

【図6】先端面に平行な物体面にレーザラインを投影し
た図。
FIG. 6 is a diagram in which a laser line is projected on an object plane parallel to a front end surface.

【図7】図6のA−A断面位置での計測点と光学系の関
係の説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a relationship between a measurement point and an optical system at the position of the AA cross section in FIG. 6;

【図8】先端面に斜めの物体面にレーザラインを投影し
た様子を示す説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state in which a laser line is projected on an object surface that is oblique to the tip end surface.

【図9】図8の側面図。FIG. 9 is a side view of FIG. 8;

【図10】図8における撮像画像を示す説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a captured image in FIG. 8;

【図11】計測点と光学系との関係を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a relationship between a measurement point and an optical system.

【図12】隙間のある2つの物体にレーザラインを投影
した様子を示す説明図。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a state where a laser line is projected on two objects having a gap.

【図13】図12における撮像画像を示す説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a captured image in FIG. 12;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…内視鏡装置 2…電子内視鏡 3…照明用光源 4…計測ユニット 5…レーザ光源 6…挿入部 7…操作部 8…ユニバーサルコード 9…電気ケーブル 11…先端部 14…照明窓 15…物体面 17…対物レンズ系 18…CCD 19…撮像部 21…レーザライン投影部 22…光ファイバ 23…レーザライン投影用レンズ系 28…レーザ光源ユニット 30…レーザダイオード 35…CCU 36…フレームメモリ 37…CRT 38…CPU 40…キーボード 41a,41b…レーザライン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Endoscope apparatus 2 ... Electronic endoscope 3 ... Illumination light source 4 ... Measuring unit 5 ... Laser light source 6 ... Insertion part 7 ... Operation part 8 ... Universal cord 9 ... Electric cable 11 ... Tip part 14 ... Lighting window 15 ... Object surface 17 ... Object lens system 18 ... CCD 19 ... Imaging unit 21 ... Laser line projection unit 22 ... Optical fiber 23 ... Laser line projection lens system 28 ... Laser light source unit 30 ... Laser diode 35 ... CCU 36 ... Frame memory 37 ... CRT 38 ... CPU 40 ... Keyboard 41a, 41b ... Laser line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 A61B 1/00 - 1/32 G01N 21/84 - 21/958 G02B 23/24 - 23/26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 102 A61B 1/00-1/32 G01N 21/84-21/958 G02B 23 / 24-23/26

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 挿入部の先端に、検査される物体の像を
結像する対物光学系と、物体面にライン状の光を投影す
るライン投影部と、前記ラインを用いて、光切断法を用
いて測長する機能を有する内視鏡装置において、 物体面に投影したラインが不連続になる間隙を測長する
場合に、不連続なラインの少なくとも一方を近似式で表
し、近似式で表したラインを外挿して2つのラインの交
点を求め、前記交点と不連続なラインの一端との距離を
計算で求めることにより間隙の距離を計測する機能を備
えたことを特徴とする内視鏡装置。
1. An objective optical system for forming an image of an object to be inspected at a tip of an insertion portion, a line projection portion for projecting linear light onto an object surface, and a light cutting method using the line. In an endoscope apparatus having a function of measuring the length using, when measuring the gap where the line projected on the object plane is discontinuous, at least one of the discontinuous lines is represented by an approximate expression, and An endoscope that has a function of measuring the distance of the gap by extrapolating the represented line to determine the intersection of the two lines and calculating the distance between the intersection and one end of the discontinuous line. Mirror device.
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