JP5815531B2 - 内視鏡および表面のトポグラフィの測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、投影ユニットと撮像ユニットとを備え、表面のトポグラフィを測定するための内視鏡に関し、ならびに、この内視鏡によって表面のトポグラフィを測定する方法に関する。

三次元のジオメトリーを測定するためによく研究されている古典的な技術は、しばしば能動的な三角測量の基礎に基づいている。しかしながら、たとえば人間の耳道や穿孔穴のように狭隘な環境では、三角測量自体を具体化することが常に難しくなる。特に測定を行う内視鏡検査法の分野では、送信ユニットと受信ユニットないし投影ユニットと撮像ユニットの空間的配置を、相応の角度で位置決めすることは容易ではない。そのうえ、比較的長い、または比較的大きい空洞を１つの画像内に撮影することも通常は不可能である。すなわち、空間的に重なり合う領域を三次元で時間的に相前後して測定し、次いで、これをデータ処理により組み合わせて３Ｄ画像にすることが必要である（３Ｄデータスティッキング）。このとき重なり合い領域が広ければ広いほど、３Ｄ空間での個別撮影の組み合わせを正確に行うことができる。そのためには、個別撮影自体が、固定的に相互に関連づけられた測定点をできる限り多く有していることも、同様に前提条件となる。

本発明の課題は、従来技術に比べて小さい構造スペースしか必要とせず、たとえば能動的な三角測量を適用したときに、１回の測定シーケンスですでに広い測定範囲を検出することができる、表面トポグラフィを測定するための内視鏡を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、投影ユニットと撮像ユニットとを備え、表面のトポグラフィを測定するための内視鏡において、前記投影ユニットと前記撮像ユニットとは内視鏡軸に関して相前後して配置され、前記撮像ユニットは前記内視鏡軸上に前記内視鏡の視線方向において前記投影ユニットの前方に配置され、投影ユニットの投影光線は撮像ユニットの半径方向側方を通って進むことによって解決される（請求項１）。
また、この課題は、本発明によれば、本発明による内視鏡によって表面のトポグラフィを測定する方法において、投影光線が投影ユニットから放射され、前記投影光線は内視鏡壁部から半径方向側方に出射し、前記投影光線は測定されるべき表面により反射され、内視鏡軸に関して前記投影ユニットの前方に配置された前記内視鏡の撮像ユニットにより撮像媒体で平面状に撮像されることによっても解決される（請求項１９）。
内視鏡に関する実施形態は次の通りである。
・前記トポグラフィの測定は能動的な三角測量によって行われる(請求項２）。
・前記投影光線は内視鏡壁部から側方に出射する（請求項３）。
・前記投影ユニットへの光供給は光導波路を介して行われる。すなわち、前記投影ユニットの光供給部は光導波路である（請求項４）。
・光供給部と前記投影ユニットの投影光学系との間にはカラーコーディングを備える投影構造が設けられている（請求項５）。
・前記投影構造は半径方向対称の構造を有している（請求項６）。
・前記投影構造は複数の同心的なカラーリングからなるスライドとして構成されている（請求項７）。
・前記スライドは複数の同心的なカラーリングを含むカラーコーディングを備えている（請求項８）。
・前記投影構造は前記光導波路のすぐ前方に配置され、前記投影光線は前記投影構造と前記投影光学系との間をテレセントリックに進む（請求項９）。
・前記投影光学系は瞳孔部を含み、該瞳孔部の領域に前記カラーリングを通過した光線束が集まる（請求項１０）。
・前記撮像ユニットはデジタルカメラのセンサチップからなる撮像媒体を有している（請求項１１）。
・前記撮像ユニットの撮像光学系は投影領域の大きさに合わせられた視野を捕捉する（請求項１２）。
・前記撮像光学系は湾曲ミラーと平坦ミラーとを含み、前記湾曲ミラーは前記平坦ミラーの方向に凸面状に湾曲し、前記平坦ミラーに向けて撮像光線を方向転換させ、さらに前記平坦ミラーは前記湾曲ミラーの中央の開口部に撮像光線を方向転換させる（請求項１３）。
・前記撮像媒体は前記内視鏡の視線方向に関して前記湾曲ミラーの後方に配置されている（請求項１４）。
・前記視線方向に関して前記湾曲ミラーの後方に、前記撮像媒体に向けて撮像光線をさらに方向転換させるプリズムが設けられ、前記撮像媒体の面法線は内視鏡軸に平行ではなく延びている（請求項１５）。
・前記平坦ミラーは前記内視鏡の視線方向とは反対向きに進む光線を通過させる開口部を有している（請求項１６）。
・前記光線は前記湾曲ミラーの開口部を同じく通過して、前記撮像媒体の中心付近の領域に当たる（請求項１７）。
・前記内視鏡の視線方向に関して前記撮像媒体は前記撮像光学系の前方に配置されている（請求項１８）。

表面のトポグラフィを測定するための本発明の内視鏡は、投影ユニットと撮像ユニットとを有している。この内視鏡は、投影ユニットと撮像ユニットとが内視鏡軸に関して相前後して配置されていることを特徴とする。

軸方向に相前後して軸（内視鏡軸）上に配置されるこのような投影ユニットと撮像ユニット（受信ユニットとも呼ぶ）との配置は、投影対物レンズないし受信対物レンズが適切に設計されていれば、狭い空洞で、投影空間と撮像空間との理想的な重なり合いを提供することを可能にする。投影ユニットと撮像ユニットとの本発明に基づくこのような配置により、内視鏡で利用できる構造スペースの活用が明らかに改善され、このことは内視鏡を明らかに小型に構成することを可能にする。

投影ユニットと撮像ユニットとを軸方向に配置するとき、撮像ユニットは、原則として、内視鏡軸に関して投影ユニットと同じ視線方向に向いていてよい。撮像光学系が適切であれば、撮像ユニットが投影ユニットの視線方向とは反対向きに配置されていてもよい。投影ユニットと撮像ユニットとのこのようなフェース・トゥー・フェース構造は、撮像光学系の構成に関して相違しているにすぎないが、基本的に、狭い空間で３Ｄ表面を測定するのに同一の利点を構造にもたらす。用語「視線方向」は、内視鏡が案内される内視鏡軸に沿った方向を意味している。

このような配置は、特に、能動的な三角測量を使用するのに適している。投影ユニットと撮像ユニットとの省スペースな配置により、以下でまた詳しく説明する測定ユニットを構成する可能性がもたらされるという利点がある。さらに、いわゆるカラーコード化三角測量のために、表面のトポグラフィのいっそう正確な測定を可能にする、明らかに多い数のカラーコーディングされたパターンを利用することができる。

本発明の好ましい実施形態では、投影ユニットの投影光線は撮像ユニットの半径方向側方を進み、内視鏡壁部から側方に出射する。それゆえ、内視鏡の外側材料は光学的に透明に構成されており、材料としてはガラスないし透明なプラスチック、たとえばプレキシガラスなどが通常用いられる。投影光線が半径方向側方に出射することは、投影光線が撮像ユニットにより妨げられることなく、内視鏡から外に出て表面に当たれるようにすることを可能にする実施形態である。

本発明の別の好ましい実施形態では、投影ユニットへの光供給は光導波路または光導波路光線束を介して行われる。たとえばＬＥＤによって光を光導波路へ供給することができる。光導波路の使用は同じく構造スペースを節約し、さらには、内視鏡測定の領域で照明手段によって熱が放射されることがなく、そのような熱は医療用の用途の場合には欠点となる場合がある。

三角測量を用いてトポグラフィを測定するために、光供給部と投影ユニットの投影光学系との間に、カラーコーディングを備える投影構造が設けられていると好都合である。投影構造は、特に照明ユニットが円形断面をもつ光導波路の形態で構成されている場合、半径方向対称の構造として構成されていてよい。投影構造はスライドとして構成されているのが好都合である。

このときスライドは少なくとも外側領域に、複数の同心的なカラーリングを含んでいる。このようなカラーリングはカラーコーディングとしての役目を果たし、スライドないし投影構造に多数のカラーリングを取り付けることができればできるほど、個別測定の測定範囲がいっそう広くなり、このことは、いわゆるフィーチャートラッキングを省略できるという帰結につながる。

投影構造は、特別なケースにおいてはスライドが好ましい実施形態では光導波路のすぐ前方に配置され、投影光線は垂直方向で投影構造を通って進む。

スライドに関してテレセントリックな投影ユニットでは、スライドから放出される光線束が投影光学系によって案内される。光線束のそれぞれの主光線はスライドに対して垂直方向に進み、投影光学系の瞳孔部で互いに交わる。そこから（投影光線の一部である）主光線は発散し、内視鏡壁部から出射して、その後に測定されるべき表面に当たる。このようなテレセントリックな投影ユニットは同じく構造スペースを節約する。いわゆるコリメーション光学系を省略することができるからである。

内視鏡の撮像ユニットは、デジタルカメラのセンサチップの形態で構成されるのが好ましい撮像媒体を含んでいる。

さらに撮像ユニットは、投影領域の大きさに合わせられ視野を捕捉することができる撮像光学系を含んでいる。このとき視野と投影領域との交差領域が測定領域を定める。

本発明の好ましい実施形態では、撮像光学系は湾曲ミラーと平坦ミラーとを有しており、湾曲ミラーは平坦ミラーの方向に凸面状に湾曲している。湾曲ミラーは、特に、撮像光線を平坦ミラーに向けて方向転換させる（撮像光線とは、表面に当たって反射した投影光線である）。さらに平坦ミラーが、この撮像光線を再度方向転換させ、それにより撮像光線は湾曲ミラーの中央の開口部を通って進む。このとき撮像媒体は、内視鏡の視線方向に関して、湾曲ミラーの後方に配置されている。撮像光線は、湾曲ミラーの中央の開口部を通って、撮像媒体に直接的または間接的に方向転換される。このような方策により、撮像ユニットの視野を非常に大きく構成することができる。１８０°を超える視野の角度が可能である。上述したこの実施形態では、撮像媒体は内視鏡軸の視線方向に関して撮像光学系の後方に配置される。すなわち撮像ユニットは内視鏡の視線方向に一致する視線方向を有している。

しかしながら、撮像ユニットの視線方向を回転させ、それによって内視鏡の視線方向とは反対向きに配置されるようにすることも可能である。この場合、撮像媒体は内視鏡の視線方向に関して撮像ユニットの撮像光学系の後方にある。

本発明の別の実施形態では、平坦ミラーは、光線を通過させる、好ましくは中央の開口部を同じく有しているのが好都合である。これは、内視鏡の視線方向とは反対向きに進む光線である。それにより、対象物ないし表面を内視鏡の視線方向で撮影し、平坦ミラーの開口部ならびに湾曲ミラーの開口部を通過させて、撮像媒体の中央付近の領域に当て、そこで検出可能にすることが可能となる。撮像品質を改善し、倍率を適合化するために、追加のレンズ構造を開口部の領域で利用することができる。このような方策により、内視鏡をカメラ内視鏡としても測定内視鏡としても使用することができる。

さらに、表面のトポグラフィの測定方法も本発明の構成要素である。本発明の方法は本発明による内視鏡を用いて、表面のトポロジーを測定するために適用される

この方法は、投影光線が投影ユニットから放射され、投影光線は内視鏡壁部から半径方向側方に出射し、投影光線は測定されるべき表面により反射されて、内視鏡の撮像ユニットにより撮像媒体で平面状に撮像され、撮像ユニットは内視鏡軸に関して投影ユニットの前方に配置されていることを特徴とする。

本発明のその他の好ましい実施形態については、次の図面を参照しながら詳しく説明する。同一の名称を有しているが実施形態の相違する構成要件には、同一の符号が付されている。

内視鏡軸に対して平行に表面を測定するための、投影ユニットと撮像ユニットとを備える測定内視鏡を示す模式図である。 内視鏡軸に対して垂直に表面を測定するための、図１に示す構造をもつ内視鏡を示す図である。 撮像ユニットと投影ユニットとが反対向きの視線方向を有している内視鏡を示す模式図である。 投影ユニットを光路とともに示す模式図である。 撮像ユニットの光路を示す模式図である。 図１または図２の光路をもつ内視鏡を示す模式的な三次元の透視図である。 内視鏡の視線方向からの光線の追加の検出が行われる図６と同様に内視鏡を示す三次元の透視図である。 図７の内視鏡の光路を示す模式図である。 図３の投影ユニットと撮像ユニットの構造をもつ内視鏡を示す三次元の透視図である。

図１と図２には、内視鏡軸１０上に相前後して位置する投影ユニット６と撮像ユニット８とを備え、３Ｄ測定内視鏡の構造が示されている。これらの図面には明示的に示されていない外壁１４（たとえば図６参照）を有する内視鏡２は表面４を測定するために使われる。このとき表面４は、図１に示すように通路、たとえば人間の耳道あるいはドリル穴であってよく、したがって図１では壁部４は模式的に円筒状に図示されている。図２ではこれと異なり、ここでは同じ内視鏡２を、むしろ垂直方向の壁部４をトポグラフィ測定するために利用できることが示されている。測定されるべき壁部４は、実際には当然ながら複雑な形状をしており、図１や図２に符号４を付して示している直線は、模式的に示す図解のためのものにすぎない。

表面４のトポグラフィを測定するために三角測量法が適用される。そのために投影ユニット６から、場合によりさまざまに異なる色スペクトルを含む投影光線１２が発信される。この投影光線１２は表面４に当たり、そこで反射される。さらに撮像ユニット８は、適切な撮像光学系に基づき、図１と図２にはそれぞれ破線で図示された視野３４を有している。ここで付言しておくと、図１および図２に二次元で示す投影光線１２と視野３４は、いずれも実際には三次元で回転対称に延びている。

投影光線１２と視野３４との両方に包含される領域、すなわち、投影光線１２と視野３４とが交わる領域は、図１と図２にハッチングを付して示す測定領域５４と呼ばれる。

三角測量法による測定は、投影光線１２と視野３４とが交わる領域でのみ行うことができる。測定領域５４が広く構成されるほど、測定を実施することができる領域も広くなる。特に狭隘な空洞では、公知の手法によって十分に広い測定領域５４が形成されるように、投影光線の領域および視野を形成することはしばしば困難である。

投影ユニット６と撮像ユニット８とを内視鏡軸１０上に上述したように直列配置することによって、図１と図２で説明した光路を実現可能である。この場合、投影光線１２が適切な投影光学系により、半径方向側方で撮像ユニット８のそばを通過すると好都合である。投影光線は、ここには図示しない壁部（たとえば図６の符号１４参照）から外に出て、測定されるべき表面４に当たる。内視鏡の視線方向１１（図１では右方に向く）と同一である視線方向を有する撮像ユニット８は、非常に広い視野３４（視野）の好ましい構成を有している。撮像ユニット８の視野３４は１８０°を超えることができる。基本的に視野３４は、投影光線によって形成される最大角度よりも広い角度を有しているのが好都合である。このような視野３４を提供する撮像光学系の実施形態については、あとでまた詳しく説明する。

ここではまず最初に、内視鏡軸１０上に投影ユニット６と撮像ユニット８との同じ直列構造を有する、同じく測定内視鏡２を示す図３を取り上げることにする。投影ユニット６は図１および図２の投影ユニット６に相当しており、投影光線１２の光路も同様である。図１および図２との唯一の相違は、撮像ユニット８が事実上１８０°回転しており、そして視野３４が、撮像ユニット８の視線方向が内視鏡２の視線方向１１とは反対向きに配置されるように形成されている点にある。三角測量法の測定は図１および図２に準じて行われる。同じく投影光線１２と視野３４とが交わる領域に測定領域５４が生じる。このような図３の配置は、たとえば内視鏡２の視線方向１１において追加の視覚化が必要である場合に適用することができる。その場合、内視鏡２の端部に、画像センサを備える追加のカメラ対物レンズを収納することができる。

次に図４を参照しながら、投影ユニット６と投影光学系１８とについて詳しく説明する。投影ユニット６は、本例では光導波路または光導波路束１６として構成されるのが好ましい光源を含んでいる。光源の前には、ここではスライド２２として構成された投影構造２０が配置されている。図４のスライド２２は複数の同心的なカラーリング２４を有している。図４には、スライド２２を示す断面図のほか、同心的なカラーリング２４の配置をより良く図解するために用いられるスライド２２の平面図も示されている。投影構造２０は、基本的に、色付きまたはその他の形で構成された線構造の形態で構成されていてもよい。ここに図示する構成はいわゆるカラーコード化三角測量法であり、カラーリング２４（通常は１５個から２５個、好ましくは約２０個）がカラーコード化された環状パターンを形成する。

本例ではここには図示しないＬＥＤにより発せられ光導波路１６から来る投影光線１２は、スライド２２をほぼ垂直に通って進み、適切な投影光学系１８によって方向転換され、それぞれ主光線が瞳孔部２６にほぼ点状に当たるように、互いに重なり合って瞳孔部２６に当たる。これは、スライド側テレセントリックな投影ユニットと呼ばれる。

個々の投影光線１２はさらに進むうちに、それぞれの色に応じて再び分かれ、測定されるべき表面４に色パターンとして当たる。測定されるべき表面４は図４では円形範囲としてのみ図示されている。投影光線１２の扇形の広がりはいわゆる投影空間３６を生じさせる。

表面４の不規則なトポロジー（ここには図示しない）により、以前にスライド２２を通過するときは平行に進んでいた投影光線１２は、投影対物レンズからのそれぞれ異なる距離で表面４に当たる。別の視線方向から見ると、表面４に当たって反射される投影画像は歪んでおり、あとで説明する撮像光学系によって撮像媒体２８上に結像され、適切な評価方式により、色の遷移と色線の歪みを分析することによって、表面４のトポグラフィをコンピュータで決定することができる。

次に、好ましい撮像光学系３２を備えると好ましい撮像ユニット８について説明する。表面４に当たって反射された投影光線１２は以下においては撮像光線４２と呼ばれる。撮像光線４２は、内視鏡の視線方向１１において凸面状に湾曲している湾曲ミラー３８に当たる。湾曲ミラー３８は撮像光線４２を内視鏡２の視線方向１１においてさらに別の平坦ミラー４０に向けて反射し、さらにこの平坦ミラーが撮像光線を再度反射する。撮像光線４２のこの２回目の反射は、反射された光線４２が湾曲ミラー３８の開口部４４を通るように誘導される方向を向いている。

特にミラー３８の中央部に配置されたこの開口部４４にはレンズ５６が設けられており、このレンズ５６を介して光線４２がさらにアクロマート５８を通って進み、最終的に、本例ではたとえばデジタルカメラで使用されるようなセンサチップ３０として構成された撮像媒体２８に当たる。原則として、図７にまた同様に図６にも示すように、アクロマート５８とセンサチップ３０の間にさらに別のプリズム４６を配置することが可能であり、それにより、センサチップ３０の位置を内視鏡軸１０に対して移動させることができる。センサチップ３０を内視鏡軸に平行に配置するのが好都合な場合がある。このことは、センサチップ３０の面法線が内視鏡軸１０に対して垂直方向に延びるか、または、少なくとも平行には延びないことを意味している。

図６には、内視鏡２における光路のこれまでの抽象的な図面のより良い図解のために、端部領域における内視鏡２の三次元の透視図が示されている。図６に示すこの構造は図１および図２に示す光路に対応している。撮像光線４２の光路は、この図面では図面を見やすくするために完全には図示されていない（この点に関しては図８を参照）。図６でもやはり光路だけが模式的に示されており、その着眼点は、内視鏡２の中の物体としてのユニットすなわち投影ユニット６および撮像ユニット８を表現することにある。内視鏡は、好ましくは３ｍｍ〜５ｍｍの間である直径を有している。投影ユニットは通常約１０ｍｍの長さである。

投影ユニット６は、内視鏡壁部１４を通して半径方向外側に向かって投影光線１２を放射する。ここに図示した上方を向く光線方向は同じく図面を見やすくするためのものにすぎない。実際には、投影光線は回転対称に内視鏡２から出射する。投影光線１２は表面４で反射され、撮像ユニット８によって受信される。撮像ユニット８は内視鏡軸１０上に、視線方向１１に見て投影ユニット６の前方に配置されている。前置詞「前方に」は、撮像ユニット８が投影ユニット６に対して、内視鏡軸上に矢印１１の矢印方向に配置されていることを表している。「前方に」という前置詞はこれ以後もこの意味で用いている。前置詞は、矢印方向とは反対への当該対象物の配置について用いられる。

撮像光線４２（ここには図示せず。図８を参照）は、すでに図５で説明したように、湾曲ミラー３８と平坦ミラー３４とを介してセンサチップ３０に向けて導かれ、本実施形態ではさらにプリズム４６を介してセンサチップ３０へと方向転換される。

原理的には図６と同一である配置が図７に示されている。しかしながら図７に示す実施形態は、内視鏡についてさらに追加的に、内視鏡の視線方向１１に位置する対象物６０を撮影することを可能にする。

図７に示すこのような内視鏡２の追加の機能がどのように構成されるかは、図８に模式化して示されている。測定内視鏡に関して図８は、図１，２，４，５，６および７に示すものと同一の投影光線１２および撮像光線４２の光路を有している。投影ユニット１８は投影光学系１８を介して、撮像ユニット８のそばを半径方向で通るように、色つきの投影光線１２を表面４に投影する。表面４は投影光線１２を反射して撮像光線４２の形態にし、この撮像光線４２が湾曲ミラー３８で受け取られて方向転換され、平坦ミラー４０を介して、湾曲ミラー３８の開口部４４を通してセンサチップ３０に当たる。

図４に見られるように、スライド２２の環状の構造は中央に同心的な開口部を有している。それゆえ、分析されるべき投影光線１２はスライド２２の外側領域だけを通って進む。スライド２２の中央領域は投影ないし撮像には利用されない。このことはひいては、センサチップ３０での撮像も同じくセンサチップの外側領域でのみ行われることを意味している。センサチップの中央領域は投影光線１２および撮像光線４２の光路によって露光されない。

従って、センサチップ３０の中央領域は別の機能のために利用可能である。この理由により、平坦ミラー４０にも同じく中央の開口部４８を設け、この開口部４８を通って光線５０が出られるようにし、この光線５０が、内視鏡２の視線方向１１に配置された対象物６０により反射されるのが好都合であることが判明している。この光線５０は、平坦ミラー４８の開口部を通り、さらには湾曲ミラー３８の開口部４４を通り、引き続いてセンサチップの中央領域に当たる。このように、センサチップ３０のこの中央領域は、内視鏡の視線方向１１に位置する対象物６０を視覚化する役目をする。

それゆえ、内視鏡２は、周囲のトポグラフィを決定するために、カメラおよび測定内視鏡として二重の機能を有している。このような好ましい図８の構成により、操作者は内視鏡を制御する際に、内視鏡の前方で起こっていることを同時に認識することができるので、内視鏡の確実な案内が可能となる。一般に、内視鏡の前方にある対象物６０を照明するには、投影光線の散乱光があれば足りる。内視鏡の耳鏡機能のために、画像レートを２Ｈｚまで引き下げることができる。対象物６０を観察するのに光が少なすぎるときは、前側の内視鏡領域に、追加の照明ユニットをさらに取り付けることができる。

通常、撮像光線４２を受信するためのセンサチップは１０Ｈｚの周波数で露光される。このときシャッター開放時間は約１０ｍｓである。このことは、１０Ｈｚの露光周波数で、それぞれのシャッター開放の間に９０ｍｓのポーズがあることを意味している。この時間中にセンサチップ記録が計算ソフトウェアによって評価される（シャッター開放時間は、センサチップに当たる撮像光線４２が測定される時間である）。

次に、図３の内視鏡２の三次元の透視図を示す図９について説明する。すでに述べたとおり、図３の内視鏡２の構造が図１および図２のものと相違しているのは、撮像ユニット８の視線方向が、内視鏡の視線方向１１に対して１８０°回転していることだけである。このことは、実際には、撮像光学系３２が実質的に同様に構成されているが、撮像媒体２８、特にセンサチップ３０がこのような構造では内視鏡２の視線方向１１に見て撮像光学系３２の前方にあることを意味している（これと逆に、撮像ユニット８が図１や図２の例のように内視鏡の視線方向１１と同じ視線方向を有しているとき、撮像媒体２８は視線方向１１に関して撮像光学系３２の後方にある）。図９の撮像ユニットは、１８０℃を超える視野を提供する湾曲ミラー３８を同じく有している。ミラー３８から撮像光線４２は撮像光学系３２によってセンサチップ３０に導かれ、そこで検出される。

さらに、図９の測定内視鏡において撮像ユニットの前方に、ここには図示しない別の撮影ユニットを配置するのが好都合であり、これは場合により別個のセンサチップおよび別個の光学系を含んでおり、特に、内視鏡の前方に位置する物体を光学的に検出する役目をする。このように内視鏡は、表面トポグラフィを測定するための測定機能と、利用者が測定されるべき空間の中を良く視認して内視鏡を操作することができる視認機能とを有している。

以上に説明した測定内視鏡２の構造は、基本的に、狭隘な空洞でのあらゆる測定に適用することができる。内視鏡２の特別に好ましい用途は、耳の中に挿入され、たとえば適切な補聴器を製作するために耳道を測定し、ないしは（図２を参照）耳介を測定する役目をする、測定目的に適した耳鏡の形態での用途である。すでに説明したように、いわゆるカラーコード化三角測量はそのために、物体の３Ｄ形状を計算するのに、コーディングされたカラーパターンの投影が、受信ユニット（撮像ユニット８）の画像撮影時だけで足りるという利点を有している。このことは、スライド投影に準ずる単純な投影を適用することができ、たとえばいわゆる位相三角測量の場合に必要であるような、投影構造の追加の変更が必要ないことを意味している。さらにこのことは、医師によるフリーハンドのスキャンが、ほぼブレなしに可能であるという利点を有している。

内視鏡２の別の用途は工学分野に見出すことができる。たとえば品質管理のために穴その他の空洞を正確に測定しなければならないとき、この種の、構造スペースを削減された内視鏡２を利用するのが好都合である。たとえば航空機のコンポーネントをリベット止めするリベット穴では、そのトポロジーに関して非常に高い要求が課される。上述のような本発明の内視鏡により、高精度のトポグラフィ測定を非常に狭い穴のなかで行うことができる。

２ 内視鏡
４ 表面
６ 投影ユニット
８ 撮像ユニット
１０ 内視鏡軸
１２ 投影光線
１４ 内視鏡壁部
１６ 光導波路
１８ 投影光学系
２０ 投影構造

Claims (14)

1. 投影光線（１２）を測定されるべき表面（４）に投影する投影ユニット（６）と前記表面（４）で反射された前記投影光線（１２）（以下、「撮像光線（４２）」という。）を撮像する撮像ユニット（８）とを備え、前記表面（４）のトポグラフィを測定するための内視鏡において、前記投影ユニット（６）と前記撮像ユニット（８）とは内視鏡軸（１０）に関して相前後して配置され、前記撮像ユニット（８）は前記内視鏡軸（１０）上に前記内視鏡の視線方向（１１）において前記投影ユニット（６）の前方に配置され、前記投影ユニット（６）の投影光線（１２）は前記撮像ユニット（８）に妨げられることなく前記表面に当たるように進み、
   前記投影ユニット（６）の光供給部は光導波路（１６）であり、
   前記光供給部と前記投影ユニット（６）の投影光学系（１８）との間にはカラーコーディングを備える投影構造（２０）が設けられており、
   前記投影構造（２０）は複数の同心的なカラーリング（２４）からなるスライド（２２）として構成されており、
   前記投影構造（２０）は前記光導波路（１６）のすぐ前方に配置され、前記投影光線（１２）は前記投影構造と前記投影光学系（１８）との間をテレセントリックに進み、
   前記投影光学系（１８）は瞳孔部（２６）を含み、該瞳孔部の領域に前記カラーリング（２４）を通過した光線束のそれぞれの主光線が点状に集まる内視鏡。
2. 前記トポグラフィの測定は能動的な三角測量によって行われる請求項１に記載の内視鏡。
3. 前記投影光線（１２）は内視鏡壁部（１４）から側方に出射する請求項１または２記載の内視鏡。
4. 前記投影構造（２０）は半径方向対称の構造を有している請求項１から３のいずれか１項に記載の内視鏡。
5. 前記スライド（２２）は複数の同心的なカラーリング（２４）を含むカラーコーディングを備えている請求項１から４のいずれか１項に記載の内視鏡。
6. 前記撮像ユニット（８）はデジタルカメラのセンサチップ（３０）からなる撮像媒体（２８）を有している請求項１から５のいずれか１項に記載の内視鏡。
7. 前記撮像ユニット（８）の撮像光学系（３２）は投影領域の大きさに合わせられた視野（３４）を捕捉する請求項１から６のいずれか１項に記載の内視鏡。
8. 前記撮像光学系（３２）は湾曲ミラー（３８）と平坦ミラー（４０）とを含み、前記湾曲ミラー（３８）は前記平坦ミラー（４０）の方向に凸面状に湾曲し、前記平坦ミラーに向けて撮像光線（４２）を方向転換させ、さらに前記平坦ミラー（４０）は前記湾曲ミラー（３８）の中央の開口部（４４）に撮像光線（４２）を方向転換させる請求項７に記載の内視鏡。
9. 前記撮像媒体（２８）は前記内視鏡（２）の視線方向（１１）に関して前記湾曲ミラー（３８）の後方に配置されている請求項８に記載の内視鏡。
10. 前記視線方向（１１）に関して前記湾曲ミラー（３８）の後方に、前記撮像媒体（２８）に向けて撮像光線（４２）をさらに方向転換させるプリズム（４６）が設けられ、前記撮像媒体（２８）の面法線は内視鏡軸（１０）に平行ではなく延びている請求項８または９に記載の内視鏡。
11. 前記平坦ミラー（４０）は前記内視鏡（２）の視線方向（１１）とは反対向きに進む光線（５０）を通過させる開口部（４８）を有している請求項８から１０のいずれか１項に記載の内視鏡。
12. 前記光線（５０）は前記湾曲ミラー（３８）の開口部（４４）を同じく通過して、前記撮像媒体（２８）の中心付近の領域（５２）に当たる請求項１１に記載の内視鏡。
13. 前記内視鏡（２）の視線方向（１１）に関して前記撮像媒体（２８）は前記撮像光学系（３２）の前方に配置されている請求項１から７のいずれか１項に記載の内視鏡。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の内視鏡によって表面のトポグラフィを測定する方法において、投影光線が投影ユニットから放射され、前記投影光線は内視鏡壁部から半径方向側方に出射し、前記投影光線は測定されるべき表面により反射され、内視鏡軸に関して前記投影ユニットの前方に配置された前記内視鏡の撮像ユニットにより撮像媒体で平面状に撮像される、表面のトポグラフィの測定方法。
    

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