JP5829280B2

JP5829280B2 - 内面形状測定装置、検出ヘッド及び内視鏡装置

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Inventors: 横田　政義; 政義横田
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Description

本発明は、内面形状測定装置、検出ヘッド及び内視鏡装置に関する。

従来、超音波や光を用いて管の内面の形状を測定する装置が知られている。例えば特許文献１には、測定対象となる管の内面に対して当該管の周方向の全周にわたって測定用の光（測定光）を投射し、測定光が投射された状態の管の内面を撮像する装置が開示されている。特許文献１に記載の上記装置では、管の内面には、管の周方向に延びる線状の明部が測定光によって生じ、撮像された画像に基づいて明部の形状を検出することにより、管の内面の形状を測定することができる。

特許文献１において、管の内面を撮像するための装置と、測定光が投射された面との間に、測定光を発する光源を駆動させるための電力を供給する配線が配置されている構成では、撮像された画像において線状の明部の一部が途切れた状態となってしまう。この問題を解決する目的で、特許文献１には、測定光が出射される側の端が管の径方向外側へ向けられた複数の光ファイバーと、複数の光ファイバーの隙間に配された配線と、測定光が投射された管の内面の像を受光部へと反射するミラーとが配された装置が開示されている。特許文献１に記載の当該装置では、測定光による明部が配線によって分断されることがない。

特開昭６３−５５４４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたように光ファイバーが設けられていると、光ファイバーが折れない程度の湾曲状態で各光ファイバーを配置する必要があり、装置の径方向の寸法を小さくすることが困難であった。さらに、測定光が投射された管内面の像をミラーを介して撮像しようとすると、ミラーによる損失があるために画像が暗くなってしまい測定精度が悪化するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高い測定精度を有する小型の内面形状測定装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、内視鏡に取り付け可能であって高い測定精度を有する小型の検出ヘッド、及び内面形状の測定精度が高い小型の内視鏡装置を提供することである。

本発明の内面形状測定装置は、被検査対象物の内面の形状を測定する内面形状測定装置であって、光源と、前記光源が発する光を円盤状の光ビームにして前記内面へ向けて前記光ビームを出射させる光学系と、前記内面に前記光ビームが投射された状態の画像を撮影する撮影部と、前記光源を駆動させるための電力を供給する配線と、を備え、前記光学系、前記光源、及び前記撮影部は同一の軸線に沿ってこの順に配置され、前記配線は、前記光源から前記撮影部へ向かって延びていることを特徴とする内面形状測定装置である。

また、前記撮影部は、前記光源と前記撮影部との間の距離よりも焦点距離が長い対物光学系を有していることが好ましい。

また、前記配線は、前記光源から前記軸線に沿って前記撮影部へ向かって延び、前記撮影部から所定距離だけ離れた位置で前記軸線に交差する方向へと曲げられていることが好ましい。

また、本発明の内面形状測定装置は、前記撮影部から所定距離だけ離れた位置に配された撮影部側開口、および前記光源に向けられた光源側開口を有し、前記光源と前記撮影部との間に前記軸線に沿って中心軸線が延びる筒状部材をさらに備え、前記配線は、前記筒状部材内に挿通されていることが好ましい。

また、前記配線は、少なくとも前記撮影部の視野範囲内において光透過性を有することが好ましい。

また、本発明の内面形状測定装置は、被検査対象物の内部に挿入される挿入部を備え、前記挿入部は、筒状に形成された本体と、前記本体の端部に着脱可能に設けられ内部に前記軸線が位置する容器状の検出ヘッドとを備え、前記検出ヘッドの内部には、前記光学系と前記光源とが配されていることが好ましい。

また、前記撮影部は対物光学系を有し、前記検出ヘッドの内部には、前記対物光学系を構成する光学素子の少なくとも一部が配されていることが好ましい。

前記対物光学系の焦点距離は、前記光源と前記撮影部との間の距離よりも長いことが好ましい。

また、前記光源は、前記光学系へ向けて測定光を発する測定光源と、前記内面の明視野画像を前記撮影部に撮像させるための照明光を発する照明光源と、を有することが好ましい。

また、前記照明光源は、前記軸線が延びる方向へ光軸が向けられていることが好ましい。

また、前記照明光源は、前記光学系へ向けて前記照明光を発し、前記光学系は、前記軸線が延びる方向と交差する方向へ前記照明光を反射させることが好ましい。

また、前記照明光源は、前記軸線が延びる方向と交差する方向へ向けて前記照明光を発することが好ましい。

また、前記配線は、前記光源から前記軸線に沿って前記撮影部へと延び、前記撮影部から所定距離だけ離れた位置で前記軸線に交差する方向へと曲げられていることが好ましい。

また、前記対物光学系の焦点距離は、前記光源と前記撮影部との間の距離よりも長いことが好ましい。

本発明の検出ヘッドは、被検査対象物の内面の形状を測定するために内視鏡に取り付け可能な検出ヘッドであって、光源と、前記光源が発する光を円盤状の光ビームにして前記内面へ向けて前記光ビームを出射させる光学系と、前記内面に前記光ビームが投射された状態の画像を撮影する撮影部と、前記光源を駆動させるための電力を供給する配線と、を備え、前記光学系、前記光源、及び前記撮影部は同一の軸線に沿ってこの順に配置され、前記配線は、前記光源から前記撮影部へ向かって延びていることを特徴とする検出ヘッドである。

本発明の内視鏡装置は、被検査対象物の内面の形状を測定する内視鏡装置であって、前記被検査対象物の内部に挿入される挿入部と、前記挿入部の一端に配された検出ヘッドと、前記挿入部の他端に配された操作部と、を備え、前記検出ヘッドは、光源と、前記光源が発する光を円盤状の光ビームにして前記内面へ向けて前記光ビームを出射させる光学系と、前記内面に前記光ビームが投射された状態の画像を撮影する撮影部と、前記光源を駆動させるための電力を供給する配線と、を備え、前記光学系、前記光源、及び前記撮影部は同一の軸線に沿ってこの順に配置され、前記配線は、前記光源から前記撮影部へ向かって延びていることを特徴とする内視鏡装置である。

本発明によれば、高い測定精度を有し且つ小型な内面形状測定装置、検出ヘッド及び内視鏡装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の内面形状測定装置を示す全体図である。同実施形態の内面形状測定装置の変形例を示す部分断面図である。同実施形態の内面形状測定装置の他の変形例を示す部分断面図である。本発明の第２実施形態の内面形状測定装置の一部の構成を示す部分断面図である。同実施形態の内面形状測定装置の変形例を示す側面図である。同実施形態の内面形状測定装置の他の変形例を示す側面図である。本発明の第３実施形態の内面形状測定装置の一部の構成を示す部分断面図である。図７のＡ−Ａ線における断面図である。同実施形態の内面形状測定装置の変形例を示す断面図である。同変形例の他の構成例を示す断面図である。同実施形態の内面形状測定装置の他の変形例を示す模式図である。同変形例の他の構成例を示す模式図である。同変形例のさらに他の構成例を示す模式図である。同変形例のさらに他の構成例を示す模式図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の内面形状測定装置及び検出ヘッドについて説明する。図１は、本実施形態の内面形状測定装置及び検出ヘッドを示す全体図である。

本実施形態の内面形状測定装置１は、被検査対象物Ｔの内面の形状を測定する装置である。被検査対象物Ｔの形状は特に限定されないが、本実施形態の内面形状測定装置１は、断面円形の管の内面の形状を特に好適に測定することができる。また、内面形状測定装置１は、被検査対象物Ｔの内部の明視野画像を撮影することができるようになっており、所謂内視鏡装置としての機能を備えている。

図１に示すように、内面形状測定装置１は、挿入部２と、検出ヘッド３と、操作部２０とを備えている。なお、本実施形態では、検出ヘッド３が設けられている側が内面形状測定装置１の先端、操作部２０が設けられている側が内面形状測定装置１の基端であるとして説明を行う。

挿入部２は、被検査対象物Ｔの内部に挿入される筒状の長尺部材である。挿入部２の内部には、検出ヘッド３と操作部２０とを接続する配線１２類が配置されている。また、挿入部２の形状は被検査対象物Ｔの形状に対応して設定されていてもよく、挿入部２は軟性であってもよい。本実施形態では、挿入部２は、軟性の樹脂筒と、当該樹脂筒を補強する編み線とを有する可撓管である。

検出ヘッド３は、挿入部２の一端（挿入部２の先端）に配されており、挿入部２に固定された容器状部材である。検出ヘッド３は、略筒状のヘッド枠体４内に、光源５、光学系８、撮影部９、及び配線１２が配置された構成となっている。検出ヘッド３の中心軸線は、ヘッド枠体４の中心軸線Ｏ１および挿入部２の中心軸線Ｏ２と同軸となっている。

ヘッド枠体４は、光透過性を有する硬質な筒部材である。なお、ヘッド枠体４において、後述する光源５からの光が投射される部分と後述する撮影部９の撮影視野に該当する部分とを除いた領域は、光透過性を有していなくてもよい。また、図示していないが、ヘッド枠体４には、ヘッド枠体４を被検査対象物Ｔ内で支持する支持脚が設けられていてもよい。一例を挙げると、支持脚は、ヘッド枠体４の中心軸線回りに１２０°置きに配置された伸縮若しくは回動可能な３つの脚部材を有し、断面円形の管の中心軸線とヘッド枠体４の中心軸線とを位置決めするようになっている。

光源５は、光学系８へ向けて測定光を発する測定光源６と、被検査対象物Ｔの内面の明視野画像を撮影部９に撮像させるための照明光を発する照明光源７とを有する。

測定光源６は、検出ヘッド３の中心軸線に沿って先端側へと測定光を発する光源であり、例えばレーザー光を発する光源を採用することができる。また、測定光源６は、単色若しくは白色の可視光を発するようになっていてもよい。

照明光源７は、検出ヘッド３の軸線が延びる方向と交差する方向へ向けて光源５の外面から可視光を照射するようになっている。本実施形態では、照明光源７は、検出ヘッド３の周方向に互いに離間して複数配された発光ダイオードを有している。照明光源７が発する可視光は、単色若しくは白色であって測定光源６が発する光と色が異なっていてもよい。各発光ダイオードは、検出ヘッド３の周方向に等間隔に配置されている。

測定光源６及び照明光源７は、操作部２０に設けられた光源駆動回路２２（後述）によって発光状態が制御されるようになっている。

光学系８は、検出ヘッド３の中心軸線回りの回転体となるように位置決めされた円錐ミラーとなっている。円錐形に形成された光学系８の底面は内面形状測定装置１の先端側に配され、光学系８の頂点は内面形状測定装置１の基端側に配されている。円錐ミラーの頂点には、測定光源６が発した光が照射され、円錐ミラーの表面において光が反射される。このように、光学系８は、光源５が発する光を円盤状の光ビームにし、被検査対象物Ｔの内面へ向けて光ビームを出射させる。

光学系８を構成する円錐ミラーの側面（円錐面）の傾斜角度は、本実施形態では底面に対して４５°となっている。また、円錐ミラーの底面に対する側面の傾斜角度が４５°よりも小さいと、円盤状の光ビームは、底面に対する側面の傾斜角度が４５°の場合と比較して検出ヘッド３の基端側へ向かって広がる円盤状となる。逆に、底面に対する側面の傾斜角度が４５°よりも大きいと、円盤状の光ビームは、底面に対する側面の傾斜角度が４５°の場合と比較して検出ヘッド３の先端側へ向かって広がる円盤状となる。このように、円錐ミラーにおける底面に対する側面の傾斜角度に対応して、光ビームの投射方向を異ならせることができる。なお、光学系８は、円錐ミラーにおける底面に対する側面の傾斜角度が可変であってもよい。

撮影部９は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサ１０と、イメージセンサ１０へ外光を入射させる対物光学系１１とを備える。イメージセンサ１０は、被検査対象物Ｔの内面に光ビームが投射された状態の画像を撮影し、後述する撮像回路２３へ出力する。

対物光学系１１は、検出ヘッド３の中心軸線Ｏ１に沿って光軸が設定された光学素子群であり、光源５と撮影部９との間の距離よりも焦点距離が長く設定されている。このため、対物光学系１１を用いて被検査対象物Ｔの内面を撮影する場合、光源５から撮影部９への距離を越える領域が好適に撮影され、光源５と撮影部９との間に位置する物体はボケた状態で撮影される。

光学系８、光源５、及び撮影部９は、同一の軸線に沿って先端からこの順に配されている。具体的には、本実施形態では、光学系８、光源５、及び撮影部９は、筒状に形成された検出ヘッド３の中心軸線Ｏ１（ヘッド枠体４の中心軸線と同軸）に沿っている。

配線１２は、光源５を駆動させるための電力を供給するために設けられており、一端が光源５に接続され、他端が操作部２０の光源駆動回路２２（後述）に接続されている。検出ヘッド３の内部において、配線１２は、光源５から中心軸線Ｏ１に沿って撮影部９へ向かって延び、撮影部９から所定距離だけ離れた位置で中心軸線Ｏ１に交差する方向へと曲げられている（以下、この部分を「配線折り曲げ部Ｐ１」と称する。）。配線折り曲げ部Ｐ１と撮影部９との距離は、対物光学系１１の焦点距離よりも短い距離に設定されている。本実施形態では、配線１２は、照明光源７用の配線１２と、測定光源６用の配線１２とをそれぞれ１本備え、検出ヘッド３及び挿入部２の図示しない金属部分をグランドとして利用している。これにより、撮影部９の撮影視野を横切る配線１２の本数は最小限の本数となっている。なお、２本の配線１２の極性を切り替えることにより照明光源７と測定光源６との発光状態が切り替えられるようになっていてもよい。

操作部２０は、挿入部２の他端（挿入部２の基端）に配されており、検出ヘッド３における光源５及び撮影部９の動作を制御するための制御部２１と、制御部２１に接続された表示部２６とを備える。

制御部２１は、光源５の動作を制御する光源駆動回路２２と、撮影部９の動作を制御する撮像回路２３と、撮影部９によって撮影された画像に基づいて内面形状の測定を行なう測定回路２４とを備える。なお、本実施形態では、測定回路２４は、内面形状測定装置１における主制御部２５の一部の回路として設けられている。

撮像回路２３は、撮影部９のイメージセンサ１０から出力された信号に基づいて画像を構成し、画像ファイルとして図示しない記憶域に記憶させる。なお、記憶域としては、磁気記憶装置や半導体記憶装置等を適宜選択して採用することができる。

表示部２６は、撮像回路２３によって構成された画像を表示したり、測定回路２４によって測定された結果を文字、記号、その他画像情報を用いて表示したりする。

次に、本実施形態の内面形状測定装置１の作用について説明する。
内面形状測定装置１の使用時には、まず、被検査対象物Ｔの内部に検出ヘッド３が挿入され、検出ヘッド３が被検査対象物Ｔ内の所望の位置まで操作者によって案内される（図１参照）。このとき、照明光源７を発光させることにより、撮影部９を用いて被検査対象物Ｔの内部の明視野画像を取得することができる。撮影部９によって取得された明視野画像は、表示部２６に表示される。操作者は、表示部２６に表示された明視野画像を見て、測定をするか否かを判定したり、被検査対象物Ｔの内面の色や表面状態等を観察したりすることができる。

操作者が測定を所望する位置まで検出ヘッド３が到達したら、照明光源７を消灯させ、測定光源６を点灯させる。これにより、照明光源７からは、検出ヘッド３の中心軸線に沿って先端側へと測定光が出射される。照明光源７から出射された光は、光学系８である円錐ミラーの表面で反射して円盤状の光ビームとなり、ヘッド枠体４を透過して被検査対象物Ｔの内面に投射される。被検査対象物Ｔの内面に測定光が投射されると、被検査対象物Ｔの内面には、連続した一筋の円形の明部が生じる。

さらに、撮影部９は、被検査対象物Ｔの内面に測定光による明部が生じている状態の映像を取得して撮像回路２３へと出力する。これにより、操作者が測定を所望する位置に測定光が投射された画像が撮像される。撮影部９によって撮影された画像は、測定回路２４によって形状測定が行なわれる。測定回路２４では、例えば画像を２値化して明部のエッジを検出するなどの方法により光跡を検出し、検出された光跡の位置から三角測量の原理を用いて、光跡上における被検査対象物Ｔの内面形状を測定する。

本実施形態では、撮影部９の撮影視野は、配線１２によって遮られている。しかしながら、対物光学系１１の近くに配線１２が設けられているので、撮影部９によって撮影された画像において配線１２にはピントが合い難くなっている。これにより、撮影部９によって撮影された画像において、測定光による明部は連続している。そのため、測定回路２４において、光跡の欠落は、配線１２が撮影視野を遮っていることによっては生じない。その結果、配線１２が撮像視野内にあっても高い測定精度で形状測定をすることができる。

以上説明したように、本実施形態の内面形状測定装置１及び検出ヘッド３は、高い測定精度を有し且つ小型である。

また、撮影部９の対物光学系１１の焦点距離が光源５と撮影部９との間の距離よりも長いので、配線１２にピントが合い難く、且つ被検査対象物Ｔの内面にはピントを合わせやすい。

また、配線１２が光源５から撮影部９へ向かって検出ヘッド３の中心軸線Ｏ１に沿って延びているので、撮影部９の撮像視野のうち光源５によって遮られる部分に配線１２を配置することができる。これにより、形状測定に必要な撮影視野内に位置する配線１２を少なくすることができる。

（変形例１−１）
次に、上述の実施形態で説明した内面形状測定装置の変形例について説明する。図２は、本変形例の内面形状測定装置を示す部分断面図である。
図２に示すように、本変形例では、光学系８に代えて光学系８Ａを備えている点が異なっている。光学系８Ａは、基端側へ向かうに従って縮径された円錐状の穴が先端側の面に開口された円錐プリズムとなっている。円錐プリズムによって構成されている光学系８Ａは、ヘッド枠体４の先端に設けられた固定部に先端の一部が埋め込まれた状態で固定されている。

このような構成であっても、測定光源６から発せられた光を円盤状の光ビームにして被検査対象物Ｔの内面へと出射させることができる。また、プリズムを使用しているので、反射鏡を使用した上記第１実施形態と比較して反射率が高い。

（変形例１−２）
次に、上述の第１実施形態で説明した内面形状測定装置１の他の変形例について説明する。図３は、本変形例の内面形状測定装置１を示す部分断面図である。
図３に示すように、本変形例では、第１実施形態で説明した配線１２に代えて、少なくとも撮影部９の視野範囲内において光透過性を有する配線１２Ａを有する。配線１２Ａは、光透過性を有する樹脂フィルムの一方の面に光透過性導電膜が設けられている。光透過導電膜は、例えばＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、金属等の導電性粒子を含有する膜、あるいは導電性ポリマーなどを適宜選択して採用することができる。

本変形例では、配線１２Ａが光透過性を有しているので、上述の第１実施形態で説明した位置関係にて配線１２Ａが設けられている場合に、撮影部９によって撮影された画像上において、測定光による明部が第１実施形態よりもさらに分断されにくい。

なお、光透過性を有する本変形例の配線１２Ａは、ヘッド枠体４の内面に取り付けられていてもよい。この場合にも、測定光による明部は分断されにくい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の内面形状測定装置について説明する。図４は、本実施形態の内面形状測定装置の一部の構成を示す部分断面図である。
図４に示すように、本実施形態の内面形状測定装置は、光源５と撮影部９との間に配置され検出ヘッド３の中心軸線に沿って延びる筒状部材１３を備えている点、及び、照明光源７の配置が異なっている。

筒状部材１３は、撮影部９から所定距離だけ離れた位置に配された撮影部側開口１３ａ、および光源５に向けられた光源側開口１３ｂを有している。
撮影部側開口１３ａの位置は、第１実施形態で説明した配線折り曲げ部Ｐ１と同じ位置とされている。また、光源側開口１３ｂは、本実施形態では光源５に固定されている。なお、撮影部側開口１３ａは対物光学系１１に接していてもよい。
筒状部材１３の内部には、第１実施形態で説明した配線１２が挿通されている。
筒状部材１３の材質は、光源５と筒状部材１３との固定によって筒状部材１３の中心軸線が検出ヘッド３の中心軸線に保持可能な程度の剛性を有する材質であることが好ましい。

照明光源７は、上述の第１実施形態とは異なり、光源５の先端面に配置されている。これにより、本実施形態では、照明光源７の光軸は、検出ヘッド３の中心軸線が延びる方向へ向けられている。照明光源７から照射された照明光の一部は、光学系８の表面で反射し、検出ヘッド３の側面方向へと照射される。これにより、照明光源７によって、撮影部９の撮影視野の全体に照明光を照射することができる。

本実施形態では、筒状部材１３によって配線１２が支持されているので、配線１２を柔軟な材質としても配線１２が好適な位置に保持される。また、配線１２を細径とすることができるので、内面形状測定装置をさらに小型にすることができる。

（変形例２−１）
次に、上述の第２実施形態で説明した内面形状測定装置の他の変形例について説明する。図５及び図６は、本変形例の内面形状測定装置における光学系８を示す側面図である。
図５及び図６に示すように、本変形例では、光学系８（図１参照）に代えて、形状が異なる光学系８Ｂを備えている点が異なっている。

光学系８Ｂは、基端側においては上記第２実施形態と同様に円錐形状を有し、先端側においては円錐面とは異なる湾曲形状の側面を有している。
光学系８Ｂにおいて円錐形状を有している部分は、測定光源６が発した測定光が入射して第１，２実施形態と同様に測定光が円盤状の光ビームとなる。光学系８Ｂにおいて円錐面とは異なる湾曲形状の側面は、照明光源７が発した照明光を所定の方向へ向けて反射させる配光部８Ｂａとなっている。

配光部８Ｂａの形状は、凹面であっても凸面であってもよい。図５に示すように配光部８Ｂａが凹面である場合には、照明光源７から発せられた照明光の向きを検出ヘッド３の径方向外側向きに変え、さらに照明光を集光させることができる。図６に示すように配光部８Ｂａが凸面である場合には、照明光源７から発せられる照明光の向きを検出ヘッド３の径方向外側向きに変え、さらに照明光を拡散させることができる。

また、上記第１実施形態と同様に、光学系８Ｂの底面に対する配光部８Ｂａの傾斜角度を変えることにより光の反射方向を変えることができる。本変形例では、照明光源７から発せられた光の反射方向を変えることにより、明視野画像を取得する場合に照明光が照射される位置及び範囲を設定することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の内面形状測定装置について説明する。図７は、本実施形態の内面形状測定装置の一部の構成を示す部分断面図である。図８は、図７のＡ−Ａ線における断面図である。
図７に示すように、本実施形態では、検出ヘッド３の主要部分が挿入部２に対して着脱可能である点が異なっている。なお、本実施形態において、検出ヘッド３の主要部分とは、光源５と光学系８とを指す。

本実施形態では、挿入部２の先端には、外周面に沿って螺旋状に形成された２つのねじ山２ａ、２ｂが設けられている。２つのねじ山２ａ、２ｂは、挿入部２の長手軸方向に隙間が空いた状態で互いに離間している。
挿入部２の先端側の内部には、対物光学系１１を構成する光学素子の一部（第一レンズ部１１ａ）と、イメージセンサ１０とが配されている。

検出ヘッド３の内部には、検出ヘッド３の主要部分である光学系８及び光源５が収容されている。さらに、本実施形態では、検出ヘッド３の内部には、対物光学系１１を構成する光学素子の一部（第二レンズ部１１ｂ）が配されている。
また、ヘッド枠体４の基端には、検出ヘッド３の中心軸線回りにヘッド枠体４に対して相対回転自在は止め環１４が設けられている。
止め環１４には、挿入部２に形成されたねじ山２ａ、２ｂがねじ込まれるねじ溝１４ａが形成されている。

図７及び図８に示すように、本実施形態では、光学系８、光源５、及び撮影部９が一列に配置される軸線Ｏ３は、検出ヘッド３のヘッド枠体４の中心軸線と平行とされており、ヘッド枠体４の中心軸線Ｏ１に対してオフセットされている。

配線１２は、検出ヘッド３と挿入部２との接続部分において対をなす接点端子１５により電気的に接続される。
本実施形態では、止め環１４を挿入部２の先端にねじ込むことにより、検出ヘッド３と挿入部２とが連結される。このとき、第一レンズ部１１ａと第二レンズ部１１ｂとは光軸があわせられた状態で連結され、対物光学系１１として機能するようになる。また、挿入部２の先端に形成されたねじ山２ａ、２ｂのうち基端側のねじ山２ｂから止め環１４が外れても、先端側のねじ山２ａに止め環１４が引っかかるので、挿入部２から検出ヘッド３が脱落するのが防止される。

ところで、第二レンズ部１１ｂが挿入部２側に設けられている場合には、検出ヘッド３側の配線１２と挿入部２側の配線１２とを接続するための接点端子１５が撮影部９の撮影視野内に入ってしまう場合がある。しかしながら、対物光学系１１の一部である第二レンズ部１１ｂが検出ヘッド３内に配置されている本変形例の構成では、第二レンズ部１１ｂと配線１２との位置関係は検出ヘッド３内で固定された関係にあり、配線１２の接点端子１５は撮影部９の撮影視野の外に配置される。

また、第二レンズ部１１ｂは、検出ヘッド３の基端側の開口を塞ぐ蓋としても機能しており、検出ヘッド３内にゴミなどが入り込むのを防止することができる。したがって、ゴミが検出ヘッド３内に入り込むのを防止するためにカバーバラスを設ける等の付加的な構成が不要となり、内面形状測定装置の製造コストを下げることができる。同様に、挿入部２においても、第一レンズ部１１ａが挿入部２の先端の開口を塞ぐ蓋としても機能しており、挿入部２内にゴミなどが入り込むのを防止することができる。

また、本変形例では、検出ヘッド３と挿入部２とが着脱可能であるので、検出ヘッド３が故障した場合や、撮影部９の撮影視野を変更する場合などに、検出ヘッド３を取り替えることによって容易に作業をすることができる。また、光学的特性が互いに異なる複数の検出ヘッド３を備えた内面形状測定装置とすることもでき、多様な環境下において好適な測定および観察をすることができる。たとえば、被検査対象物Ｔが管である場合、管の内径寸法に対応させて検出ヘッド３を付け替えることができる。

また、検出ヘッド３内に対物光学系１１の一部（第二レンズ部１１ｂ）が配されていることにより、一般的な直視型内視鏡の先端に取り付け可能で被検査対象物Ｔの内面の全周を撮影できる検出ヘッド３とすることができる。

（変形例３−１）
次に、上述の第３実施形態の内面形状測定装置の変形例について説明する。図９及び図１０は、本変形例の内面形状測定装置を示す断面図であり、図７のＡ−Ａ線と同様の断面を示す図である。
本変形例では、検出ヘッド３と挿入部２との周方向の位置決めをするための構成が上述の第３実施形態と異なっている。
例えば、図９に示すように、対物光学系１１の光軸がヘッド枠体４の中心軸線上に配され、第二レンズ部１１ｂの周囲を囲む所定形状の凹凸（例えば角丸長方形状の凹凸部１６）が検出ヘッド３に設けられていてもよい。この場合、検出ヘッド３に形成された凹凸に嵌合する凹凸が挿入部２に形成されていれば、検出ヘッド３と挿入部２との周方向の位置決めができる。

また、例えば、図１０に示すように、第二レンズ部１１ｂを保持する鏡筒にピン１７が設けられており、このピン１７が挿入される穴が挿入部２の先端に設けられていてもよい。この場合にも、検出ヘッド３と挿入部２との周方向の位置決めができる。

本変形例では、たとえば被検査対象物Ｔが管である場合において管の中心軸線に対物光学系１１の中心軸線を合わせて測定をする必要がある場合に、容易に中心軸線の位置決めをすることができる。

（変形例３−２）
次に、本実施形態の内面形状測定装置の他の変形例について説明する。図１１ないし図１４は、本変形例の内面形状測定装置を示す模式図である。
本変形例では、検出ヘッド３内に配される構成要素と挿入部２内に配される構成要素とが上記第３実施形態と異なっている。

（構成１）
たとえば、図１１に示すように、検出ヘッド３内には光学系８と光源５と配線１２の一部とが配され、挿入部２内には対物光学系１１及びイメージセンサ１０が配されていてもよい。この場合、光源５に接続された配線１２の基端と挿入部２側に配置された配線１２の先端は、対物光学系１１の光軸に沿って延びており、互いに着脱可能とされている。

（構成２）
たとえば、図１２に示すように、検出ヘッド３内には光学系８と光源５と配線１２の一部とが配され、挿入部２内には対物光学系１１及びイメージセンサ１０が配されていてもよい。また、本構成では、配線１２はヘッド枠体４及び挿入部２の内周面に沿って延びており、配線１２は光透過性を有する。

（構成３）
たとえば、図１３に示すように、検出ヘッド３内には光学系８と光源５と対物光学系１１と、配線１２の一部とが配され、挿入部２内にはイメージセンサ１０が配されていてもよい。

（構成４）
たとえば、図１４に示すように、検出ヘッド３内には光学系８と光源５と対物光学系１１とイメージセンサ１０とが配され、挿入部２内には、配線１２の一部とイメージセンサ１０の信号線の一部とが配されていてもよい。

上記各構成によっても、上述した第３実施形態の内面形状測定装置と同様の効果を奏する。

本発明の内面形状測定装置、検出ヘッド、及び内視鏡装置は、被検査対象物の内面の形状を測定する場合に好適に利用することができる。また、被検査対象物の内面に対して連続した円盤状の光ビームを投射することができるので、被検査対象物の内面に当該光ビームが投射されることによる明部が連続しているので、被検査対象物の内面の形状を全周にわたって精度よく測定することができる。
また、本発明の内面形状測定装置は内視鏡装置として利用することができ、本発明の検出ヘッドは内視鏡装置に取り付けて内視鏡装置の一部と利用することができる。

１内面形状測定装置
２挿入部
２ａ，２ｂねじ山
３検出ヘッド
４ヘッド枠体
５光源
６測定光源
７照明光源
８，８Ａ，８Ｂ光学系
８Ｂａ配光部
９撮影部
１０イメージセンサ
１１対物光学系
１１ａ第一レンズ部
１１ｂ第二レンズ部
１２，１２Ａ配線
１３筒状部材
１３ａ撮影部側開口
１３ｂ光源側開口
１４止め環
１４ａねじ溝
１５接点端子
２０操作部
２１制御部
２２光源駆動回路
２３撮像回路
２４測定回路
２５主制御部
２６表示部
Ｏ１中心軸線
Ｏ２中心軸線
Ｐ１配線折り曲げ部
Ｔ被検査対象物

Claims

被検査対象物の内面の形状を測定する内面形状測定装置であって、
光源と、
前記光源が発する光を円盤状の光ビームにして前記内面へ向けて前記光ビームを出射させる光学系と、
前記内面に前記光ビームが投射された状態の画像を撮影する撮影部と、
前記光源を駆動させるための電力を供給する配線と、
を備え、
前記光学系、前記光源、及び前記撮影部は同一の軸線に沿ってこの順に配置され、
前記配線は、前記光源から前記撮影部へ向かって延びている
ことを特徴とする内面形状測定装置。
請求項１に記載の内面形状測定装置であって、
前記撮影部は、前記光源と前記撮影部との間の距離よりも焦点距離が長い対物光学系を有していることを特徴とする内面形状測定装置。
請求項１に記載の内面形状測定装置であって、
前記配線は、前記光源から前記軸線に沿って前記撮影部へ向かって延び、前記撮影部から所定距離だけ離れた位置で前記軸線に交差する方向へと曲げられていることを特徴とする内面形状測定装置。
請求項１に記載の内面形状測定装置であって、
前記撮影部から所定距離だけ離れた位置に配された撮影部側開口、および前記光源に向けられた光源側開口を有し、前記光源と前記撮影部との間に前記軸線に沿って中心軸線が延びる筒状部材をさらに備え、
前記配線は、前記筒状部材内に挿通されていることを特徴とする内面形状測定装置。
請求項１に記載の内面形状測定装置であって、
前記配線は、少なくとも前記撮影部の視野範囲内において光透過性を有することを特徴とする内面形状測定装置。
請求項１に記載の内面形状測定装置であって、
被検査対象物の内部に挿入される挿入部を備え、
前記挿入部は、
筒状に形成された本体と、
前記本体の端部に着脱可能に設けられ内部に前記軸線が位置する容器状の検出ヘッドとを備え、
前記検出ヘッドの内部には、前記光学系と前記光源とが配されていることを特徴とする内面形状測定装置。
請求項６に記載の内面形状測定装置であって、
前記撮影部は対物光学系を有し、
前記検出ヘッドの内部には、前記対物光学系を構成する光学素子の少なくとも一部が配されていることを特徴とする内面形状測定装置。
請求項７に記載の内面形状測定装置であって、
前記対物光学系の焦点距離は、前記光源と前記撮影部との間の距離よりも長いことを特徴とする内面形状測定装置。
請求項１に記載の内面形状測定装置であって、
前記光源は、
前記光学系へ向けて測定光を発する測定光源と、
前記内面の明視野画像を前記撮影部に撮像させるための照明光を発する照明光源と、
を有することを特徴とする内面形状測定装置。
請求項９に記載の内面形状測定装置であって、
前記照明光源は、前記軸線が延びる方向へ光軸が向けられていることを特徴とする内面形状測定装置。
請求項１０に記載の内面形状測定装置であって、
前記照明光源は、前記光学系へ向けて前記照明光を発し、
前記光学系は、前記軸線が延びる方向と交差する方向へ前記照明光を反射させる
ことを特徴とする内面形状測定装置。
請求項９に記載の内面形状測定装置であって、
前記照明光源は、前記軸線が延びる方向と交差する方向へ向けて前記照明光を発することを特徴とする内面形状測定装置。
請求項９に記載の内面形状測定装置であって、
前記撮影部は、前記光源と前記撮影部との間の距離よりも焦点距離が長い対物光学系を有していることを特徴とする内面形状測定装置。
請求項９に記載の内面形状測定装置であって、
前記配線は、前記光源から前記軸線に沿って前記撮影部へと延び、前記撮影部から所定距離だけ離れた位置で前記軸線に交差する方向へと曲げられていることを特徴とする内面形状測定装置。
請求項９に記載の内面形状測定装置であって、
前記撮影部から所定距離だけ離れた位置に配された撮影部側開口、および前記光源に向けられた光源側開口を有し、前記光源と前記撮影部との間に前記軸線に沿って中心軸線が延びる筒状部材をさらに備え、
前記配線は、前記筒状部材内に挿通されていることを特徴とする内面形状測定装置。
請求項９に記載の内面形状測定装置であって、
前記配線は、少なくとも前記撮影部の視野範囲内において光透過性を有することを特徴とする内面形状測定装置。
請求項９に記載の内面形状測定装置であって、
被検査対象物の内部に挿入される挿入部を備え、
前記挿入部は、
筒状に形成された本体と、
前記本体の端部に着脱可能に設けられ内部に前記軸線が位置する容器状の検出ヘッドとを備え、
前記検出ヘッドの内部には、前記光学系と前記光源とが配されていることを特徴とする内面形状測定装置。
請求項１７に記載の内面形状測定装置であって、
前記撮影部は対物光学系を有し、
前記検出ヘッドの内部には、前記対物光学系を構成する光学素子の少なくとも一部が配されていることを特徴とする内面形状測定装置。
請求項１８に記載の内面形状測定装置であって、
前記対物光学系の焦点距離は、前記光源と前記撮影部との間の距離よりも長いことを特徴とする内面形状測定装置。
被検査対象物の内面の形状を測定するために内視鏡に取り付け可能な検出ヘッドであって、
光源と、
前記光源が発する光を円盤状の光ビームにして前記内面へ向けて前記光ビームを出射させる光学系と、
前記内面に前記光ビームが投射された状態の画像を撮影する撮影部と、
前記光源を駆動させるための電力を供給する配線と、
を備え、
前記光学系、前記光源、及び前記撮影部は同一の軸線に沿ってこの順に配置され、
前記配線は、前記光源から前記撮影部へ向かって延びていることを特徴とする検出ヘッド。
被検査対象物の内面の形状を測定する内視鏡装置であって、
前記被検査対象物の内部に挿入される挿入部と、
前記挿入部の一端に配された検出ヘッドと、
前記挿入部の他端に配された操作部と、
を備え、
前記検出ヘッドは、
光源と、
前記光源が発する光を円盤状の光ビームにして前記内面へ向けて前記光ビームを出射させる光学系と、
前記内面に前記光ビームが投射された状態の画像を撮影する撮影部と、
前記光源を駆動させるための電力を供給する配線と、
を備え、
前記光学系、前記光源、及び前記撮影部は同一の軸線に沿ってこの順に配置され、
前記配線は、前記光源から前記撮影部へ向かって延びていることを特徴とする内視鏡装置。