WO1999039232A1 - Device for optically scanning an object - Google Patents

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WO1999039232A1
WO1999039232A1 PCT/EP1998/007433 EP9807433W WO9939232A1 WO 1999039232 A1 WO1999039232 A1 WO 1999039232A1 EP 9807433 W EP9807433 W EP 9807433W WO 9939232 A1 WO9939232 A1 WO 9939232A1
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WO
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light
light guides
lens
light guide
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP1998/007433
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Günter Vosseler
Original Assignee
Vosseler Zweite Patentverwertungsgesellschaft Mbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vosseler Zweite Patentverwertungsgesellschaft Mbh filed Critical Vosseler Zweite Patentverwertungsgesellschaft Mbh
Publication of WO1999039232A1 publication Critical patent/WO1999039232A1/en

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407Optical details
    • G02B23/2461Illumination
    • G02B23/2469Illumination using optical fibres

Definitions

  • the invention relates to a device for optically scanning an object with a plurality of light guides, which are arranged concentrically to form at least one light guide ring, and with an illumination device which is assigned to the proximal end of the light guide.
  • optical test methods are used, in which cameras control the manufacturing process, i.e. optically capture the products.
  • image processing programs the data of the captured products can be compared with stored reference data in order to identify deviations from the norm.
  • the disadvantage of these test methods is, in particular, that the calculated image data cannot provide information, for example, about the surface course of the detected product, since the measurements are carried out in two dimensions. This two-dimensional quality inspection therefore very often does not meet the required requirements, so that additional personnel are required to carry out visual inspections.
  • the degree of automation and thus the cost structure deteriorate due to the necessary deployment of personnel.
  • the use of mirrors, optical fiber-based endoscopes or similar optical instruments allows an indirect visual inspection of inaccessible places, but the optical quality of such a test object is limited, so that small damage, cracks etc. are not recognized.
  • there is a lack of spatial information from the investigated bodies as is the case with a direct visual inspection.
  • the object of the present invention is therefore to create a device which enables three-dimensional detection of objects or object spaces even at inaccessible locations.
  • This object is achieved in a device of the type mentioned in the introduction in that a selection device is provided which enables selective light irradiation into certain light guides and thus the projection of a pattern.
  • the device according to the invention enables three-dimensional data of the object to be determined with the aid of certain known optical methods, for example the triangulation method or the phase shift method.
  • the selection device can be used to project a selectable pattern, for example in the form of rings, lines or individual points, onto the object to be measured.
  • the projected pattern can then preferably be optically recorded using a recording device and, for example, converted into three-dimensional data using an evaluation unit.
  • a housing with a very small cross-sectional area can be realized, which also enables testing of difficult to access places, for example bores in housings.
  • the three-dimensional detection of the surface of the object enables inspection with high quality.
  • the surface of the object can be reproduced three-dimensionally in order to enable a visual assessment.
  • distance measurements and dimension measurements can be carried out.
  • the three-dimensional data can be compared with the reference data, so that a subjectively failed test by one person can be dispensed with.
  • the selection device comprises an optical diaphragm.
  • an optical grating is also to be understood as an optical grating.
  • the lighting device comprises a multiplicity of power light-emitting diodes (LEDs) which can be selectively controlled by means of the selection device, one power LED being assigned to one or more light guides.
  • LEDs power light-emitting diodes
  • the receiving device has a CCD sensor which is arranged at the distal end of the light guide.
  • the receiving device comprises a CCD sensor at the proximal end of the light guide and at least one light channel, preferably comprising at least one light guide, which runs coaxially with the plurality of light guides.
  • the CCD sensor is housed in an area of the device that is very well protected from damage.
  • an objective device assigned to the distal end of the light guide and a housing which at least partially accommodates the light guides are preferably provided, the housing preferably being tubular and flexible, the light channel preferably comprising at least one light guide.
  • the housing is tubular and rigid, a rod lens system preferably being arranged in the light channel.
  • the light reflected from the object can be transmitted to the CCD sensor with only slight losses.
  • the lighting device is arranged in such a way that irradiation of the light that is axially parallel with respect to the light guide is made possible.
  • the objective device has an objective assigned to the plurality of light guides and an objective assigned to the receiving device.
  • the objective device has an objective assigned to a light guide.
  • the image quality of the pattern can be significantly increased again.
  • the device is designed as an endoscope. 6
  • FIG. 1 a shows a first exemplary embodiment of the invention in a schematic sectional illustration
  • FIG. 1b shows a schematic sectional illustration of a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 1 c shows a schematic sectional illustration of a third exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2a shows a perspective view of an endoscope according to the invention with a flexible housing, the distal end not being shown, and
  • Figure 2b is a perspective view of an endoscope according to the invention with a rigid housing, the distal end is not shown. 7
  • An endoscope 10 is shown in a schematic sectional illustration in FIG.
  • the endoscope 10 is used for the optical three-dimensional detection of objects 12 or their surfaces.
  • the endoscope 10 comprises an elongated housing 14 which has a distal end 16 and a proximal end 18.
  • the housing 14 is divided into three longitudinal sections, namely a receiving section 20a at the proximal end 18, an adjoining coupling section 20b and a transmission section 20c which ends at the distal end 16.
  • the three longitudinal sections 20a, 20b and 20c are preferably detachably connected to one another, which is indicated schematically by means of lines 22a and 22b.
  • the housing 14 is tubular, with a preferably square or circular cross section.
  • the transmission section 20c is rigid or flexible, while the other two longitudinal sections 20a, 20b are rigid. All three longitudinal sections 20a to 20c of the housing 14 are preferably made of metal.
  • the transmission section 20c of the housing 14 - viewed in cross section - is divided into an inner circular receiving channel 24 and an annular projection channel 26 arranged coaxially to the receiving channel 24. While the projection channel 26 ends within the coupling section, the receiving channel 24 completely penetrates the coupling section 20b and ends in the Receiving section 20a.
  • a receiving device 28 is optically coupled to the proximal end of the receiving channel 24, which includes in particular an optical system 30, for example in the form of a lens, and a CCD sensor 32.
  • the CCD sensor 32 and the optics 30 are aligned with one another in such a way that the light reflected from the object 12 can be sharply imaged on the CCD sensor 32.
  • Optics 30 are preferably arranged so as to be displaceable in the longitudinal direction for focusing.
  • the light rays reflected by the object 12 are transmitted from the distal end 16 of the housing 14 to the receiving device 28 by means of an ordered bundle of light guides which extend within the receiving channel 24 over its entire length. These light guides are indicated by means of lines 34 in FIG.
  • the pattern to be projected onto the object 12 is generated by a projection device 36 and is coupled into an ordered bundle of light guides, which are only indicated in FIG. 1 a and are identified by the reference number 40.
  • the bundle 38 is separated into a ring and extends in the projection channel 26 to the distal end 16 of the housing 14.
  • the individual light guides 40 are arranged in a ring within the projection channel 26, so that a multiplicity of rings 42 train.
  • a total of three rings 42 can be seen in the present exemplary embodiment, this being merely an example.
  • the number of rings 42 can be significantly higher, with which the resolution can be increased.
  • the radial distance between adjacent rings and / or adjacent light guides should preferably be selected so that the projection lines or projection points on the object can be distinguished from one another.
  • the bundle running in the receiving channel 34 is not shown in the sectional illustration A-A. Rather, the CCD sensor 32 can be seen.
  • the projection device 36 can be designed as an external structural unit, the bundle 38 being led out of the housing 14, as shown in FIG. However, the projection device can also be integrated into the housing 14.
  • a lens device 42 is arranged at the distal end 16 of the housing 14.
  • the lens device 42 comprises a lens 44 assigned to the light guides 40 and a lens 46 assigned to the light guides 34 of the receiving channel 24.
  • the two lenses 44, 46 can be moved in the longitudinal direction for focusing.
  • the entire lens device 42 is preferably displaceable in the longitudinal direction and can be removed if necessary, so that it can be easily replaced.
  • a particularly good projection result can be achieved if each light guide 40 in the projection channel 26 is assigned its own objective, for example in the form of a lens.
  • the projection device 36 comprises an illumination unit 48 and a selection device 50.
  • the illumination device 48 has at least one lamp 52, which should be a large-area light source.
  • the selection device 50 is designed as an optical diaphragm 52, which enables the light 52 to selectively irradiate individual light guides 40 of the bundle 38.
  • certain patterns can be projected onto the object 12. If, for example, it is a ring diaphragm, individual rings 42 of the bundle 38 can be selected so that the projected pattern encircles one or more rings. 10
  • the ring diaphragm can be set manually or automatically, for example.
  • ring-shaped patterns is advantageous because of their symmetry. With certain surface courses to be recorded, however, better results can be achieved with other patterns, such as lines, etc.
  • the aperture within the selection device 50 is held releasably, in such a way that it can be replaced at any time and in a simple manner by another aperture, for example a line aperture.
  • another aperture for example a line aperture.
  • optical gratings are also to be understood as screens.
  • Such an optical grating is required, for example, to carry out the phase shift method, this grating being mounted so as to be displaceable transversely to the beam direction.
  • the pattern generated by the projection device 36 and reflected by the object 12 is detected by the CCD sensor 32 and transmitted as an electrical signal to an evaluation device 54.
  • the evaluation device 54 evaluates the electrical signals on the basis of known optical measurement methods, for example the triangulation method or the phase shift method, and calculates distance values, for example.
  • the projection device 36 is brought into a defined distance from a known object onto which a known pattern is projected.
  • the projection surface of the object has a large number of elevations, the dimensions of which are known.
  • the data evaluated by the evaluation device 54 are then set in relation to the known dimension data of the projection surface, the result in the evaluation device 54 is stored. These values are then included in the calculation for subsequent measurements of other objects.
  • the distance of the surface area irradiated with a mark (for example a light point) to a reference plane is determined with the aid of certain angular functions. If this measurement is carried out for the entire surface of the object, with the distance between the endoscope and the object not changing during the measurement, a “distance value field” is created which then contains the information about the surface course of the object with respect to a reference plane.
  • phase shift method In the phase shift method, several images of the object are taken, the optical grating being shifted by a small amount (depending on the grating constant). A distance value field can then be calculated from these various recordings with the aid of known algorithms.
  • the evaluation device 54 then creates a pseudo-three-dimensional image of the object 12 or the recorded object surface on the basis of the calculated distance value field, which is displayed on a screen 56.
  • the evaluation device 54 controls the projection device 36 in order to select the correspondingly necessary pattern in the selection device 50.
  • the evaluation device 54 ensures, for example, that the aperture 52 in the selection device 50 is shifted by a defined distance.
  • An increase in the flexibility of the system can be achieved with an illumination device 48 which comprises a multiplicity of power LEDs 56.
  • the number of power LEDs preferably corresponds to the number of light guides 40 contained in bundle 38, in which case a power LED 56 is assigned to each light guide 40.
  • the selection device 50 is then designed as an electronic control which controls the corresponding power LEDs 56 depending on the desired pattern.
  • the advantage of this variant is in particular that the pattern can be adapted to the surface of the object, which significantly improves the measurement quality.
  • FIG. 1b shows a second exemplary embodiment of an endoscope 10, parts which correspond to the first exemplary embodiment being identified by the same reference numerals. Therefore, they will not be described again.
  • the difference compared to the first exemplary embodiment lies in the design of the receiving channel 24.
  • a rod lens unit 58 is preferably arranged in the receiving channel 24 in the region of the distal end of the housing 14. Dispensing with light guides, however, presupposes that the transmission section 20c is rigid and straight.
  • FIG. 1c A further exemplary embodiment of an endoscope 10 "is shown in FIG. 1c. Here too, parts that correspond to the first exemplary embodiment are included 13
  • the receiving device 28 ′ is not arranged in the area of the proximal end 18 but in the area of the distal end 16. It is therefore no longer necessary to guide the light reflected by the object 12 through the receiving channel 24. The result is an improvement in the recording quality, since transmission losses caused by reflection, for example, are avoided.
  • FIGS. 2a and 2b two endoscopes 10, 10 'are again shown in perspective, the two endoscopes differing only in the design of the transmission section 20c.
  • the transmission section 20c is flexible in the form of a tube, while the transmission section 20c of the endoscope 10 'according to FIG. 2b is a rigid tube.
  • the lens device 42 is omitted at the distal end 16, so that the ring-shaped optical waveguides 42 in the projection channel 26 and the receiving channel 24 can be seen.
  • the described endoscopes 10, 10 ', 10 can be used in many technical fields, whereby they are primarily used to test surfaces that are difficult or impossible for the user to see. In particular, 10 cavities can be examined with the described endoscopes. 14
  • the selection device 50 it is advantageously possible to generate optical patterns which are necessary for the optical measurement of the object 12 using known optical measurement methods.
  • distance measurements can be carried out, whereby the individual distance values can be calculated using the triangulation method.
  • the phase shift method can also be used.
  • other optical measuring methods can also be used. For example, it is conceivable to record the object from different positions by moving the endoscope and to calculate a three-dimensional image from these recordings.

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Abstract

The invention relates to a device for optically scanning an object, preferably in the form of an endoscope, comprising an elongated housing (14), a plurality of light guides (40) which are arranged concentrically inside said housing (14) to form several light guide rings (42), an illumination device (36) which is allocated to the proximal end of the light guides, an objective device (42) which is allocated to the distal end of the light guides (40) and a detecting device (28) for optically detecting an object (12). The invention is characterised in that a selection device (50) which enables light to be radiated into specific light guides (40) is provided, and in that the detection device (28) is configured to detect the light which is reflected by the object (12). An evaluation unit (54) for determining three dimensional data relating to the object (12) based on the light which is detected can be connected.

Description

Vorrichtung zur optischen Abtastung eines Objekts Device for optically scanning an object
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Abtastung eines Objekts mit einer Vielzahl von Lichtleitern, die zur Ausbildung von zumindest einem Lichtleiterring konzentrisch angeordnet sind, und mit einer Beleuchtungseinrichtung, die dem proximalen Ende der Lichtleiter zugeordnet ist.The invention relates to a device for optically scanning an object with a plurality of light guides, which are arranged concentrically to form at least one light guide ring, and with an illumination device which is assigned to the proximal end of the light guide.
Im Bereich der industriellen Fertigung kommt mittlerweile der Qualität des Produkts und damit der Qualitätsprüfung während der Fertigung zunehmend größere Bedeutung zu. Die Sicherung, Optimierung und Dokumentation der Qualität der erzeugten Produkte setzt eine fortlaufende und vollständige Kontrolle des Fertigungsprozesses voraus. Hierzu bedient man sich optischer Prüfmethoden, bei denen Kameras den Fertigungsprozeß, d.h. die Produkte optisch erfassen. Mit Hilfe von Bildverarbeitungsprogrammen lassen sich die Daten der erfaßten Produkte mit abgespeicherten Referenzdaten vergleichen, um Abweichungen von der Norm zu erkennen.In the area of industrial production, the quality of the product and thus the quality check during production is becoming increasingly important. Securing, optimizing and documenting the quality of the products produced requires continuous and complete control of the manufacturing process. For this purpose, optical test methods are used, in which cameras control the manufacturing process, i.e. optically capture the products. With the help of image processing programs, the data of the captured products can be compared with stored reference data in order to identify deviations from the norm.
Der Nachteil dieser Prüfmethoden liegt insbesondere darin, daß die berechneten Bilddaten keinen Aufschluß beispielsweise über den Oberflächenverlauf des erfaßten Produkts liefern können, da die Messungen zweidimensional erfolgen. Diese zweidimensionale Qualitätsprüfung genügt somit sehr häufig nicht den geforderten Ansprüchen, so daß zusätzlich Personal zur Durchführung von Sichtprüfungen notwendig wird. Aufgrund des notwendigen Personaleinsatzes verschlechtert sich der Automatisierungsgrad und damit gleichermaßen die Kostenstruktur. Darüber hinaus müssen häufig Stellen an den Produkten geprüft werden, die nicht ohne weiteres von außen für das Personal zugänglich sind. Die Verwendung von Spiegeln, lichtfaserbasierten Endoskopen oder ähnlichen optischen Instrumenten läßt zwar eine indirekte Sichtprüfung unzugänglicher Stellen zu, allerdings ist die optische Qualität einer solchen Prüfling eingeschränkt, so daß kleine Beschädigungen, Risse etc. nicht erkannt werden. Insbesondere fehlen räumliche Informationen der untersuchten Stellen, wie sie bei einer direkten Sichtprüfung vorliegen.The disadvantage of these test methods is, in particular, that the calculated image data cannot provide information, for example, about the surface course of the detected product, since the measurements are carried out in two dimensions. This two-dimensional quality inspection therefore very often does not meet the required requirements, so that additional personnel are required to carry out visual inspections. The degree of automation and thus the cost structure deteriorate due to the necessary deployment of personnel. In addition, it is often necessary to check places on the products that are not readily accessible to personnel from outside. The use of mirrors, optical fiber-based endoscopes or similar optical instruments allows an indirect visual inspection of inaccessible places, but the optical quality of such a test object is limited, so that small damage, cracks etc. are not recognized. In particular, there is a lack of spatial information from the investigated bodies, as is the case with a direct visual inspection.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine dreidimensionale Erfassung von Objekten bzw. Objekträumen auch an unzugänglichen Stellen ermöglicht.The object of the present invention is therefore to create a device which enables three-dimensional detection of objects or object spaces even at inaccessible locations.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Selektionseinrichtung vorgesehen ist, die eine selektive Lichteinstrahlung in bestimmte Lichtleiter und damit die Projektion eines Musters ermöglicht.This object is achieved in a device of the type mentioned in the introduction in that a selection device is provided which enables selective light irradiation into certain light guides and thus the projection of a pattern.
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object of the invention is completely achieved in this way.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht mit Hilfe bestimmter bekannter optischer Verfahren, beispielsweise dem Triangulations- oder dem Phasenshift- Verfahren, dreidimensionale Daten des Objekts zu bestimmen. Zur Durchführung dieser Verfahren läßt sich mittels der Selektionseinrichtung ein auswählbares Muster, beispielsweise in Form von Ringen, Linien oder einzelnen Punkten, auf das zu vermessende Objekt projizieren. Das aufprojizierte Muster läßt sich dann vorzugsweise über eine Aufnahmeeinrichtung optisch erfassen und bspw. über eine Auswerte-Einheit in dreidimensionale Daten umsetzen. 3The device according to the invention enables three-dimensional data of the object to be determined with the aid of certain known optical methods, for example the triangulation method or the phase shift method. To carry out these methods, the selection device can be used to project a selectable pattern, for example in the form of rings, lines or individual points, onto the object to be measured. The projected pattern can then preferably be optically recorded using a recording device and, for example, converted into three-dimensional data using an evaluation unit. 3
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Gehäuse mit einer sehr geringen Querschnittsfläche realisierbar, das auch eine Prüfung von schwer zugänglichen Stellen, beispielsweise Bohrungen in Gehäusen, ermöglicht. Durch die dreidimensionale Erfassung der Oberfläche des Objekts wird eine Prüfung mit hoher Qualität ermöglicht. Hierbei kann einerseits die Oberfläche des Objekts dreidimensional nachgebildet werden, um eine visuelle Beurteilung zu ermöglichen. Darüber hinaus können Abstandsmessungen und Dimensionsmessungen ausgeführt werden. Des weiteren lassen sich die dreidimensionalen Daten mit den Referenzdaten vergleichen, so daß auf eine subjektiv ausfallende Prüfung durch eine Person verzichtet werden kann.With the aid of the device according to the invention, a housing with a very small cross-sectional area can be realized, which also enables testing of difficult to access places, for example bores in housings. The three-dimensional detection of the surface of the object enables inspection with high quality. On the one hand, the surface of the object can be reproduced three-dimensionally in order to enable a visual assessment. In addition, distance measurements and dimension measurements can be carried out. Furthermore, the three-dimensional data can be compared with the reference data, so that a subjectively failed test by one person can be dispensed with.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Selektionseinrichtung eine optische Blende.In an advantageous development of the invention, the selection device comprises an optical diaphragm.
Diese mechanisch arbeitende Blende erlaubt mit einfachen Mitteln eine selektive Bestrahlung einzelner Lichtleiter. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist als optische Blende auch ein optisches Gitter zu verstehen.This mechanically working diaphragm allows selective irradiation of individual light guides with simple means. In connection with the present invention, an optical grating is also to be understood as an optical grating.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Beleuchtungseinrichtung eine Vielzahl von mittels der Selektionseinrichtung selektiv ansteuerbaren Power-Leuchtdioden (LEDs), wobei jeweils eine Power-LED einem oder mehreren Lichtleitern zugeordnet ist.In an advantageous development of the invention, the lighting device comprises a multiplicity of power light-emitting diodes (LEDs) which can be selectively controlled by means of the selection device, one power LED being assigned to one or more light guides.
Die Verwendung von Power-LEDs hat den Vorteil, daß sich mittels einer einfach aufgebauten als Selektionseinrichtung dienenden Ansteuerungselektronik einzelne Lichtleiter entsprechend dem gewünschten Muster bestrahlen lassen und sich damit die Flexibilität des Systems deutlich erhöht.The use of power LEDs has the advantage that individual light guides can be irradiated according to the desired pattern by means of a simply constructed control electronics serving as a selection device, and the flexibility of the system is thus significantly increased.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Aufnahmeeinrichtung einen CCD-Sensor auf, der am distalen Ende der Lichtleiter angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, daß eine sehr kleine Baueinheit realisierbar ist, die in ein Gehäuse integriert werden kann, wobei durch die distale Anordnung geringe Übertragungsverluste auftreten.In an advantageous development of the invention, the receiving device has a CCD sensor which is arranged at the distal end of the light guide. This has the advantage that a very small structural unit can be realized, which can be integrated into a housing, with the transmission distal resulting in low transmission losses.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung umfaßt die Aufnahmeeinrichtung einen CCD- Sensor am proximalen Ende der Lichtleiter und zumindest einen vorzugsweise zumindest einen Lichtleiter umfassenden Lichtkanal, der koaxial zu der Vielzahl von Lichtleitern verläuft.According to a further embodiment of the invention, the receiving device comprises a CCD sensor at the proximal end of the light guide and at least one light channel, preferably comprising at least one light guide, which runs coaxially with the plurality of light guides.
Dies hat den Vorteil, daß zum Einbau des Sensors mehr Platz zur Verfügung steht, so daß auf kostengünstigere Bauteile zurückgegriffen werden kann. Darüber hinaus ist der CCD-Sensor in einem Bereich der Vorrichtung untergebracht, der vor Beschädigungen sehr gut geschützt ist.This has the advantage that more space is available for installing the sensor, so that cheaper components can be used. In addition, the CCD sensor is housed in an area of the device that is very well protected from damage.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorzugsweise eine dem distalen Ende des Lichtleiters zugeordnete Objektiveinrichtung und ein die Lichtleiter zumindest teilweise aufnehmendes Gehäuse vorgesehen sind, wobei das Gehäuse vorzugsweise rohrförmig und flexibel ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Lichtkanal zumindest einen Lichtleiter umfaßt.In an advantageous development of the invention, an objective device assigned to the distal end of the light guide and a housing which at least partially accommodates the light guides are preferably provided, the housing preferably being tubular and flexible, the light channel preferably comprising at least one light guide.
Dies hat den Vorteil, daß aufgrund der Flexibilität, d.h. Biegsamkeit des Gehäuses auch sehr schwer zugängliche Stellen optisch erfaßbar sind.This has the advantage that due to the flexibility, i.e. Flexibility of the housing is also optically detectable in places that are very difficult to access.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse rohrförmig und starr ausgebildet, wobei im Lichtkanal vorzugsweise ein Stablinsensystem angeordnet ist.In an advantageous development of the invention, the housing is tubular and rigid, a rod lens system preferably being arranged in the light channel.
Dies hat den Vorteil, daß das Gehäuse mechanisch robust und daher auch unter schwierigen äußeren Bedingungen einsetzbar ist. Mittels des im Lichtkanal ange- 5This has the advantage that the housing is mechanically robust and can therefore also be used under difficult external conditions. By means of the 5
ordneten Stablinsensystems läßt sich das vom Objekt reflektierte Licht nur mit geringen Verlusten zum CCD-Sensor übertragen.ordered rod lens system, the light reflected from the object can be transmitted to the CCD sensor with only slight losses.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Beleuchtungseinrichtung derart angeordnet, daß eine bezüglich der Lichtleiter achsparallele Einstrahlung des Lichts ermöglicht ist.In an advantageous development of the invention, the lighting device is arranged in such a way that irradiation of the light that is axially parallel with respect to the light guide is made possible.
Dies hat den Vorteil, daß sich auf der Ausgangsseite des jeweiligen Lichtleiters eine keulenförmige Lichtstromverteilung mit dem Maximum in Achsrichtung ergibt. Dies verbessert die Erfaßbarkeit, insbesondere die Abgrenzung zu nicht bestrahlten Bereichen, da deutliche Hell-Dunkel Konturen entstehen.This has the advantage that there is a lobe-shaped luminous flux distribution with the maximum in the axial direction on the output side of the respective light guide. This improves the detectability, in particular the delimitation to areas that are not irradiated, since clear light-dark contours arise.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Objektiveinrichtung ein der Vielzahl der Lichtleiter zugeordnetes Objektiv und ein der Aufhahmeein- richtung zugeordnetes Objektiv auf.In an advantageous further development of the invention, the objective device has an objective assigned to the plurality of light guides and an objective assigned to the receiving device.
Dies hat den Vorteil, daß die Abbildung des auf das Objekt zu projizierenden Musters einerseits und das auf den CCD-Sensor projizierte reflektierte Muster andererseits verbessert wird.This has the advantage that the imaging of the pattern to be projected onto the object on the one hand and the reflected pattern projected onto the CCD sensor on the other hand are improved.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Objektiveinrichtung jeweils ein einem Lichtleiter zugeordnetes Objektiv auf.In an advantageous development of the invention, the objective device has an objective assigned to a light guide.
Gegenüber der Verwendung eines Objektivs für alle Lichtleiter läßt sich die Abbildungsqualität des Musters nochmals deutlich steigern.Compared to the use of a lens for all light guides, the image quality of the pattern can be significantly increased again.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Vorrichtung als Endoskop ausgebildet. 6In an advantageous development, the device is designed as an endoscope. 6
Dies hat den Vorteil, daß eine sehr kompakte Baueinheit realisierbar ist, mit der auch schwer zugängliche Stellen gut erreichbar sind.This has the advantage that a very compact unit can be realized with which even hard-to-reach places can be easily reached.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawing.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawing. Show:
Figur la in schematischer Schnitt-Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,FIG. 1 a shows a first exemplary embodiment of the invention in a schematic sectional illustration,
Figur lb eine schematische Schnitt-Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,FIG. 1b shows a schematic sectional illustration of a second exemplary embodiment of the invention,
Figur lc eine schematische Schnitt-Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,FIG. 1 c shows a schematic sectional illustration of a third exemplary embodiment of the invention,
Figur 2a eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Endo- skops mit flexiblem Gehäuse, wobei das distale Ende nicht dargestellt ist, und2a shows a perspective view of an endoscope according to the invention with a flexible housing, the distal end not being shown, and
Figur 2b eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Endoskops mit starrem Gehäuse, wobei das distale Ende nicht dargestellt ist. 7Figure 2b is a perspective view of an endoscope according to the invention with a rigid housing, the distal end is not shown. 7
Im folgenden wird rein beispielhaft ein Endoskop als erfindungsgemäße Vorrichtung erläutert. Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf ein derartiges Endoskop, vielmehr sind auch andere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung denkbar.An endoscope as a device according to the invention is explained below purely by way of example. Of course, the invention is not limited to such an endoscope, rather other configurations of the device according to the invention are also conceivable.
In Figur la ist ein Endoskop 10 in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt. Das Endoskop 10 dient zur optischen dreidimensionalen Erfassung von Objekten 12 bzw. deren Oberflächen.An endoscope 10 is shown in a schematic sectional illustration in FIG. The endoscope 10 is used for the optical three-dimensional detection of objects 12 or their surfaces.
Das Endoskop 10 umfaßt ein längliches Gehäuse 14, das ein distales Ende 16 und ein proximales Ende 18 aufweist. Das Gehäuse 14 gliedert sich in drei Längsabschnitte, nämlich einen Aufhahmeabschnitt 20a am proximalen Ende 18, einen sich daran anschließenden Einkopplungsabschnitt 20b und einen Übertragungsabschnitt 20c, der am distalen Ende 16 endet. Vorzugsweise sind die drei Längsabschnitte 20a, 20b und 20c lösbar miteinander verbunden, was schematisch mittels Linien 22a und 22b angedeutet wird.The endoscope 10 comprises an elongated housing 14 which has a distal end 16 and a proximal end 18. The housing 14 is divided into three longitudinal sections, namely a receiving section 20a at the proximal end 18, an adjoining coupling section 20b and a transmission section 20c which ends at the distal end 16. The three longitudinal sections 20a, 20b and 20c are preferably detachably connected to one another, which is indicated schematically by means of lines 22a and 22b.
Das Gehäuse 14 ist rohrförmig ausgebildet, mit einem vorzugsweise viereckigen oder kreisrunden Querschnitt. Der Übertragungsabschnitt 20c ist je nach Ausführungsvariante und Anwendungsgebiet starr oder flexibel ausgeführt, während die beiden anderen Längsabschnitte 20a, 20b starr ausgebildet sind. Alle drei Längsabschnitte 20a bis 20c des Gehäuses 14 sind vorzugsweise aus Metall gefertigt.The housing 14 is tubular, with a preferably square or circular cross section. Depending on the design variant and field of application, the transmission section 20c is rigid or flexible, while the other two longitudinal sections 20a, 20b are rigid. All three longitudinal sections 20a to 20c of the housing 14 are preferably made of metal.
Der Übertragungsabschnitt 20c des Gehäuses 14 gliedert sich - im Querschnitt betrachtet - in einen inneren kreisrunden Aufhahmekanal 24 und einen ringförmigen koaxial zum Aufnahmekanal 24 angeordneten Projektionskanal 26. Während der Projektionskanal 26 innerhalb des Einkopplungsabschnitts endet, durchsetzt der Aufhahmekanal 24 den Einkopplungsabschnitt 20b vollständig und endet im Aufhahmeabschnitt 20a. Mit dem proximalen Ende des Aufhahmekanals 24 ist eine Aufnahmeeinrichtung 28 optisch gekoppelt, die insbesondere eine Optik 30, beispielsweise in Form einer Linse, und einen CCD-Sensor 32 umfaßt. CCD-Sensor 32 und Optik 30 sind so zueinander ausgerichtet, daß eine scharfe Abbildung des vom Objekt 12 reflektierten Lichts auf den CCD-Sensor 32 möglich ist. Vorzugsweise ist die Optik 30 zur Fokussierung in Längsrichtung verschieblich angeordnet.The transmission section 20c of the housing 14 - viewed in cross section - is divided into an inner circular receiving channel 24 and an annular projection channel 26 arranged coaxially to the receiving channel 24. While the projection channel 26 ends within the coupling section, the receiving channel 24 completely penetrates the coupling section 20b and ends in the Receiving section 20a. A receiving device 28 is optically coupled to the proximal end of the receiving channel 24, which includes in particular an optical system 30, for example in the form of a lens, and a CCD sensor 32. The CCD sensor 32 and the optics 30 are aligned with one another in such a way that the light reflected from the object 12 can be sharply imaged on the CCD sensor 32. Optics 30 are preferably arranged so as to be displaceable in the longitudinal direction for focusing.
Die Übertragung der vom Objekt 12 reflektierten Lichtstrahlen vom distalen Ende 16 des Gehäuses 14 zur Aufnahmeeinrichtung 28 erfolgt mittels eines geordneten Bündels von Lichtleitern, die innerhalb des Aufhahmekanals 24 sich über dessen gesamte Länge erstrecken. In Figur la sind diese Lichtleiter mittels Linien 34 angedeutet.The light rays reflected by the object 12 are transmitted from the distal end 16 of the housing 14 to the receiving device 28 by means of an ordered bundle of light guides which extend within the receiving channel 24 over its entire length. These light guides are indicated by means of lines 34 in FIG.
Das auf das Objekt 12 aufzuprojizierende Muster wird von einer Projektionseinrichtung 36 generiert und in ein geordnetes Bündel von Lichtleitern, die in Figur la nur angedeutet und mit der Bezugsziffer 40 gekennzeichnet sind, eingekoppelt. Das Bündel 38 wird ringförmig aufgetrennt und erstreckt sich im Projektionskanal 26 bis zum distalen Ende 16 des Gehäuses 14. Wie aus der Schnittdarstellung A-A deutlich zu erkennen ist, sind die einzelnen Lichtleiter 40 innerhalb des Projektionskanals 26 ringförmig angeordnet, so daß sich eine Vielzahl von Ringen 42 ausbilden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Ringe 42 zu erkennen, wobei es sich hierbei lediglich um ein Beispiel handelt. Selbstverständlich kann die Zahl der Ringe 42 deutlich darüberliegen, wobei sich hiermit die Auflösung steigern läßt. Der radiale Abstand benachbarter Ringe und/oder benachbarter Lichtleiter ist vorzugsweise so zu wählen, daß die Projektionslinien bzw. Projektionspunkte auf dem Objekt voneinander unterscheidbar sind. 9The pattern to be projected onto the object 12 is generated by a projection device 36 and is coupled into an ordered bundle of light guides, which are only indicated in FIG. 1 a and are identified by the reference number 40. The bundle 38 is separated into a ring and extends in the projection channel 26 to the distal end 16 of the housing 14. As can be clearly seen from the sectional view AA, the individual light guides 40 are arranged in a ring within the projection channel 26, so that a multiplicity of rings 42 train. A total of three rings 42 can be seen in the present exemplary embodiment, this being merely an example. Of course, the number of rings 42 can be significantly higher, with which the resolution can be increased. The radial distance between adjacent rings and / or adjacent light guides should preferably be selected so that the projection lines or projection points on the object can be distinguished from one another. 9
Der Übersichtlichkeit wegen ist in der Schnittdarstellung A-A das im Aufhahmekanal 34 verlaufende Bündel nicht dargestellt. Vielmehr ist der CCD-Sensor 32 zu erkennen.For the sake of clarity, the bundle running in the receiving channel 34 is not shown in the sectional illustration A-A. Rather, the CCD sensor 32 can be seen.
Die Projektionseinrichtung 36 kann als externe Baueinheit ausgeführt sein, wobei - wie in Figur la gezeigt - das Bündel 38 aus dem Gehäuse 14 herausgeführt wird. Die Projektionseinrichtung läßt sich jedoch auch in das Gehäuse 14 integrieren.The projection device 36 can be designed as an external structural unit, the bundle 38 being led out of the housing 14, as shown in FIG. However, the projection device can also be integrated into the housing 14.
Zur Verbesserung der Abbildungsqualität ist am distalen Ende 16 des Gehäuses 14 eine Objektiveinrichtung 42 angeordnet. Die Objektiveinrichtung 42 umfaßt ein den Lichtleitern 40 zugeordnetes Objektiv 44 und ein den Lichtleitern 34 des Aufnahmekanals 24 zugeordnetes Objektiv 46. Zur Fokussierung sind die beiden Objektive 44, 46 in Längsrichtung verschiebbar. Vorzugsweise ist die gesamte Objektiveinrichtung 42 in Längsrichtung verschiebbar und bei Bedarf abnehmbar, so daß sie leicht ausgewechselt werden kann. Ein besonders gutes Projektionsergebnis läßt sich dann erzielen, wenn jedem Lichtleiter 40 im Projektionskanal 26 ein eigenes Objektiv, beispielsweise in Form einer Linse zugeordnet ist. Selbstverständlich ist es auch denkbar, Gruppen von Lichtleitern 40 des Bündels 38 einzelne Objektive zuzuordnen.To improve the imaging quality, a lens device 42 is arranged at the distal end 16 of the housing 14. The lens device 42 comprises a lens 44 assigned to the light guides 40 and a lens 46 assigned to the light guides 34 of the receiving channel 24. The two lenses 44, 46 can be moved in the longitudinal direction for focusing. The entire lens device 42 is preferably displaceable in the longitudinal direction and can be removed if necessary, so that it can be easily replaced. A particularly good projection result can be achieved if each light guide 40 in the projection channel 26 is assigned its own objective, for example in the form of a lens. Of course, it is also conceivable to assign individual lenses to groups of light guides 40 of the bundle 38.
Die Projektionseinrichtung 36 umfaßt eine Beleuchtungseinheit 48 sowie eine Selektionseinrichtung 50. Die Beleuchtungseinrichtung 48 weist zumindest eine Lampe 52 auf, wobei es sich hierbei um eine großflächige Lichtquelle handeln sollte. Die Selektionseinrichtung 50 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als optische Blende 52 ausgeführt, die eine selektive Bestrahlung einzelner Lichtleiter 40 des Bündels 38 durch die Lampe 52 ermöglicht. Je nach Ausgestaltung der Blende lassen sich bestimmte Muster auf das Objekt 12 projizieren. Handelt es sich beispielsweise um eine Ringblende, sind damit einzelne Ringe 42 des Bündels 38 selektierbar, so daß das projizierte Muster eine oder mehrere Ringe um- 10The projection device 36 comprises an illumination unit 48 and a selection device 50. The illumination device 48 has at least one lamp 52, which should be a large-area light source. In the present exemplary embodiment, the selection device 50 is designed as an optical diaphragm 52, which enables the light 52 to selectively irradiate individual light guides 40 of the bundle 38. Depending on the design of the diaphragm, certain patterns can be projected onto the object 12. If, for example, it is a ring diaphragm, individual rings 42 of the bundle 38 can be selected so that the projected pattern encircles one or more rings. 10
faßt. Die Ringblende läßt sich beispielsweise manuell oder automatisch einstellen.summarizes. The ring diaphragm can be set manually or automatically, for example.
Die Verwendung von ringförmigen Mustern ist aufgrund ihrer Symmetrie vorteilhaft. Bei bestimmten zu erfassenden Oberflächenverläufen können allerdings mit anderen Mustern, wie Linien etc., bessere Ergebnisse erzielt werden.The use of ring-shaped patterns is advantageous because of their symmetry. With certain surface courses to be recorded, however, better results can be achieved with other patterns, such as lines, etc.
Zur Erhöhung der Flexibilität des Endoskops ist die Blende innerhalb der Selektionseinrichtung 50 lösbar gehalten, derart, daß sie jederzeit und in einfacher Art und Weise durch eine andere Blende, beispielsweise eine Strichblende ausgetauscht werden kann. Selbstverständlich sind in diesem Zusammenhang optische Gitter ebenfalls als Blenden zu verstehen.To increase the flexibility of the endoscope, the aperture within the selection device 50 is held releasably, in such a way that it can be replaced at any time and in a simple manner by another aperture, for example a line aperture. In this context, of course, optical gratings are also to be understood as screens.
Zur Ausführung des Phasenshift- Verfahrens ist beispielsweise ein solches optisches Gitter erforderlich, wobei dieses Gitter quer zur Strahlrichtung verschiebbar gelagert ist.Such an optical grating is required, for example, to carry out the phase shift method, this grating being mounted so as to be displaceable transversely to the beam direction.
Das mittels der Projektionseinrichtung 36 erzeugte und vom Objekt 12 reflektierte Muster wird vom CCD-Sensor 32 erfaßt und als elektrisches Signal an eine Auswerteeinrichtung 54 übertragen. Die Auswerteeinrichtung 54 wertet die elektrischen Signale auf der Grundlage bekannter optischer Vermessungsverfahren, beispielsweise dem Triangulationsverfahren oder dem Phasenshift- Verfahren aus und berechnet beispielsweise Abstands werte.The pattern generated by the projection device 36 and reflected by the object 12 is detected by the CCD sensor 32 and transmitted as an electrical signal to an evaluation device 54. The evaluation device 54 evaluates the electrical signals on the basis of known optical measurement methods, for example the triangulation method or the phase shift method, and calculates distance values, for example.
Zur Kalibrierung der Projektionseinrichtung 36 wird die Projektionseinrichtung 36 in einen definierten Abstand zu einem bekannten Objekt gebracht, auf das ein bekanntes Muster aufprojiziert wird. Die Projektionsfläche des Objekts weist eine Vielzahl von Erhebungen auf, deren Abmessungen bekannt sind. Die von der Auswerteeinrichtung 54 ausgewerteten Daten werden dann in Relation zu den bekannten Abmessungsdaten der Projektionsfläche gesetzt, wobei das Ergebnis in der Auswerteeinrichtung 54 abgespeichert wird. Diese Werte fließen dann bei nachfolgenden Messungen anderer Objekte in die Berechnung ein.To calibrate the projection device 36, the projection device 36 is brought into a defined distance from a known object onto which a known pattern is projected. The projection surface of the object has a large number of elevations, the dimensions of which are known. The data evaluated by the evaluation device 54 are then set in relation to the known dimension data of the projection surface, the result in the evaluation device 54 is stored. These values are then included in the calculation for subsequent measurements of other objects.
Beim Triangulationsverfahren wird unter zur Hilfenahme bestimmter Winkelfunktionen der Abstand des mit einer Marke (beispielsweise einem Lichtpunkt) bestrahlten Oberflächenbereichs zu einer Referenzebene ermittelt. Wird diese Messung für die gesamte Oberfläche des Objekts durchgeführt, wobei sich der Abstand Endoskop-Objekt während der Messung nicht ändern darf, entsteht ein "Abstandwerte-Feld", das dann die Information über den Oberflächenverlauf des Objekts bzgl. einer Referenzebene enthält.In the triangulation method, the distance of the surface area irradiated with a mark (for example a light point) to a reference plane is determined with the aid of certain angular functions. If this measurement is carried out for the entire surface of the object, with the distance between the endoscope and the object not changing during the measurement, a “distance value field” is created which then contains the information about the surface course of the object with respect to a reference plane.
Beim Phasenshift- Verfahren werden mehrere Aufnahmen des Objekts gemacht, wobei das optische Gitter jeweils um einen geringen Betrag (abhängig von der Gitterkonstanten) verschoben wird. Aus diesen verschiedenen Aufnahmen läßt sich dann ein Abstandswerte-Feld mit Hilfe bekannter Algorithmen berechnen.In the phase shift method, several images of the object are taken, the optical grating being shifted by a small amount (depending on the grating constant). A distance value field can then be calculated from these various recordings with the aid of known algorithms.
Die Auswerteeinrichtung 54 erstellt dann auf der Grundlage des berechneten Abstandswerte-Feld ein pseudo-dreidimensionales Bild des Objekts 12 bzw. der aufgenommenen Objektoberfläche, das auf einem Bildschirm 56 dargestellt wird.The evaluation device 54 then creates a pseudo-three-dimensional image of the object 12 or the recorded object surface on the basis of the calculated distance value field, which is displayed on a screen 56.
Je nach ausgewähltem Vermessungsverfahren steuert die Auswerteeinrichtung 54 die Projektionseinrichtung 36 an, um das entsprechend notwendige Muster in der Selektionseinrichtung 50 auszuwählen. Im Falle des Phasenshift- Verfahrens sorgt die Auswerteeinrichtung 54 beispielsweise dafür, daß die Blende 52 in der Selektionseinrichtung 50 um eine definierte Strecke verschoben wird.Depending on the selected measurement method, the evaluation device 54 controls the projection device 36 in order to select the correspondingly necessary pattern in the selection device 50. In the case of the phase shift method, the evaluation device 54 ensures, for example, that the aperture 52 in the selection device 50 is shifted by a defined distance.
Eine genaue Beschreibung des optischen Vermessungsverfahrens und der Auswertung der erfaßten Informationen ist im übrigen in der Patentanmeldung 197 42 264.0 enthalten. Der Inhalt dieser früheren Patentanmeldung, insbesonde- 12A precise description of the optical measurement method and the evaluation of the information recorded is contained in the patent application 197 42 264.0. The content of this earlier patent application, in particular 12
re die dort beschriebenen Vermessungs- und Aus werte verfahren, wird als Offenbarungsgehalt mit in die vorliegende Beschreibung einbezogen.re the measurement and evaluation method described there is included as a disclosure content in the present description.
Eine Erhöhung der Flexibilität des Systems läßt sich mit einer Beleuchtungseinrichtung 48 erzielen, die eine Vielzahl von Power-LED's 56 umfaßt. Die Anzahl der Power-LED's entspricht vorzugsweise der Anzahl der im Bündel 38 enthaltenen Lichtleiter 40, wobei in diesem Fall jedem Lichtleiter 40 eine Power-LED 56 zugeordnet ist. Die Selektionseinrichtung 50 ist dann als elektronische Steuerung ausgebildet, die je nach gewünschtem Muster die entsprechenden Power-LED's 56 ansteuert. Mit Hilfe dieser bevorzugten Ausführungsform lassen sich neben den bereits erwähnten ringförmigen Mustern beispielsweise auch linienförmige Muster erzeugen. Der Vorteil dieser Ausführungsvariante liegt insbesondere darin, daß das Muster an den Oberflächen verlauf des Objekts angepaßt werden kann, was die Meßqualität deutlich verbessert.An increase in the flexibility of the system can be achieved with an illumination device 48 which comprises a multiplicity of power LEDs 56. The number of power LEDs preferably corresponds to the number of light guides 40 contained in bundle 38, in which case a power LED 56 is assigned to each light guide 40. The selection device 50 is then designed as an electronic control which controls the corresponding power LEDs 56 depending on the desired pattern. With the aid of this preferred embodiment, in addition to the ring-shaped patterns already mentioned, it is also possible, for example, to produce line-shaped patterns. The advantage of this variant is in particular that the pattern can be adapted to the surface of the object, which significantly improves the measurement quality.
In Figur lb ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Endoskops 10 dargestellt, wobei mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind. Auf deren nochmalige Beschreibung wird deshalb verzichtet.FIG. 1b shows a second exemplary embodiment of an endoscope 10, parts which correspond to the first exemplary embodiment being identified by the same reference numerals. Therefore, they will not be described again.
Der Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel liegt in der Ausgestaltung des Aufhahmekanals 24. Dieser enthält keine Lichtleiter zur Übertragung des reflektierten Lichts. Statt dessen ist innerhalb des Aufnahmekanals 24 eine Stablinseneinheit 58 vorzugsweise im Bereich des distalen Endes des Gehäuses 14 angeordnet. Der Verzicht auf Lichtleiter setzt jedoch voraus, daß der Übertragungsabschnitt 20c starr und gerade ausgebildet ist.The difference compared to the first exemplary embodiment lies in the design of the receiving channel 24. This contains no light guides for transmitting the reflected light. Instead, a rod lens unit 58 is preferably arranged in the receiving channel 24 in the region of the distal end of the housing 14. Dispensing with light guides, however, presupposes that the transmission section 20c is rigid and straight.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Endoskops 10" ist in Figur lc dargestellt. Auch hier sind mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmende Teile mit 13A further exemplary embodiment of an endoscope 10 "is shown in FIG. 1c. Here too, parts that correspond to the first exemplary embodiment are included 13
gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, so daß auf deren nochmalige Beschreibung verzichtet werden kann.same reference numerals, so that their repeated description can be omitted.
Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Aufnahmeeinrichtung 28' nicht im Bereich des proximalen Endes 18 sondern im Bereich des distalen Endes 16 angeordnet. Damit ist es nicht mehr notwendig, das vom Objekt 12 reflektierte Licht durch den Aufnahmekanal 24 zu führen. Im Ergebnis ergibt sich eine Verbesserung der Aufhahmequalität, da beispielsweise durch Reflektion bedingte Übertragungsverluste vermieden werden.In contrast to the first exemplary embodiment, the receiving device 28 ′ is not arranged in the area of the proximal end 18 but in the area of the distal end 16. It is therefore no longer necessary to guide the light reflected by the object 12 through the receiving channel 24. The result is an improvement in the recording quality, since transmission losses caused by reflection, for example, are avoided.
Alle drei zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich mit den gleichen optischen Vermessungsverfahren betreiben.All three previously described exemplary embodiments can be operated using the same optical measurement methods.
In den Figuren 2a und 2b sind nochmals in perspektivischer Darstellung zwei Endoskope 10, 10' gezeigt, wobei sich die beiden Endoskope lediglich in der Ausbildung des Übertragungsabschnitts 20c unterscheiden. So ist in Figur 2a der Übertragungsabschnitt 20c in Form eines Schlauches flexibel ausgebildet, während es sich bei dem Übertragungsabschnitt 20c des Endoskops 10' gemäß Figur 2b um ein starres Rohr handelt.In FIGS. 2a and 2b, two endoscopes 10, 10 'are again shown in perspective, the two endoscopes differing only in the design of the transmission section 20c. In FIG. 2a, the transmission section 20c is flexible in the form of a tube, while the transmission section 20c of the endoscope 10 'according to FIG. 2b is a rigid tube.
Bei beiden Endoskopen 10, 10' ist am distalen Ende 16 jeweils die Objektiveinrichtung 42 weggelassen, so daß die ringförmig angeordneten Lichtwellenleiter 42 im Projektionskanal 26, sowie der Aufnahmekanal 24 zu erkennen sind.In both endoscopes 10, 10 ', the lens device 42 is omitted at the distal end 16, so that the ring-shaped optical waveguides 42 in the projection channel 26 and the receiving channel 24 can be seen.
Die beschriebenen Endoskope 10, 10', 10" sind in vielen technischen Gebieten einsetzbar, wobei sie vornehmlich zur Prüfung von Oberflächen benutzt werden, die für den Benutzer nur schwer oder gar nicht sichtbar sind. Insbesondere können mit den beschriebenen Endoskopen 10 Hohlräume untersucht werden. 14The described endoscopes 10, 10 ', 10 "can be used in many technical fields, whereby they are primarily used to test surfaces that are difficult or impossible for the user to see. In particular, 10 cavities can be examined with the described endoscopes. 14
Mit Hilfe der Selektionseinrichtung 50 ist es in vorteilhafter Weise möglich, optische Muster zu erzeugen, die zur optischen Vermessung des Objekts 12 mit bekannten optischen Vermessungsverfahren notwendig sind.With the aid of the selection device 50, it is advantageously possible to generate optical patterns which are necessary for the optical measurement of the object 12 using known optical measurement methods.
So lassen sich mit Hilfe des Endoskops 10 Abstandsmessungen durchführen, wobei die einzelnen Abstandswerte mittels des Triangulationsverfahrens berechnet werden können. Darüber hinaus ist auch das Phasenshift- Verfahren verwendbar. Selbstverständlich sind auch andere optische Meßverfahren einsetzbar. Es ist beispielsweise denkbar, das Objekt durch Bewegen des Endoskops aus unterschiedlichen Positionen aufzunehmen und aus diesen Aufnahmen ein dreidimensionales Bild zu berechnen. With the help of the endoscope 10, distance measurements can be carried out, whereby the individual distance values can be calculated using the triangulation method. In addition, the phase shift method can also be used. Of course, other optical measuring methods can also be used. For example, it is conceivable to record the object from different positions by moving the endoscope and to calculate a three-dimensional image from these recordings.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur optischen Abtastung eines Objekts, mit einer Vielzahl von Lichtleitern (40), die zur Ausbildung von zumindest einem Lichtleiterring (42) konzentrisch angeordnet sind, und mit einer Beleuchtungseinrichtung (36), die dem proximalen Ende der Lichtleiter (40) zugeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Selektionseinrichtung (50) vorgesehen ist, die eine selektive Lichteinstrahlung in bestimmte Lichtleiter (40) ermöglicht.1. Device for optically scanning an object, with a plurality of light guides (40) which are arranged concentrically to form at least one light guide ring (42), and with an illumination device (36) which is assigned to the proximal end of the light guides (40) is characterized in that a selection device (50) is provided which enables selective light irradiation into certain light guides (40).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Selekti- onseinrichtung (50) eine optische Blende (52) umfaßt.2. Device according to claim 1, characterized in that the selection device (50) comprises an optical diaphragm (52).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (36) eine Vielzahl von über die Selektionseinrichtung (50) selektiv ansteuerbare Power-Leuchtdioden (56) umfaßt, wobei jeweils eine Power- Leuchtdiode einem oder mehreren Lichtleitern (40) zugeordnet ist.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the lighting device (36) comprises a plurality of selectively controllable via the selection device (50) power light-emitting diodes (56), one power light-emitting diode being assigned to one or more light guides (40) .
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Aufhahmeeinrichtung (28) zur optischen Erfassung des Objekts (12), die zur Aufnahme des vom Objekt (12) reflektierten Lichts ausgebildet ist, wobei eine Auswerte-Einheit (54) zur Bestimmung von dreidimensionalen Daten des Objekts (12) aus dem aufgenommenen Licht anschließbar ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized by a receiving device (28) for optically detecting the object (12), which is designed to receive the light reflected by the object (12), an evaluation unit (54) for determining three-dimensional data of the object (12) can be connected from the recorded light.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (28) einen CCD-Sensor (32) umfaßt, der am distalen Ende (16) der Lichtleiter (40) angeordnet ist. 165. The device according to claim 4, characterized in that the receiving device (28) comprises a CCD sensor (32) which is arranged at the distal end (16) of the light guide (40). 16
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (28) einen CCD-Sensor (32) am proximalen Ende (18) der Lichtleiter (40) und zumindest einen Lichtkanal (24) umfaßt, der koaxial zu der Vielzahl von Lichtleitern (40) verläuft.6. The device according to claim 4, characterized in that the receiving device (28) comprises a CCD sensor (32) at the proximal end (18) of the light guide (40) and at least one light channel (24) which is coaxial with the plurality of light guides (40) runs.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtkanal (24) zumindest einen Lichtleiter (34) umfaßt.7. The device according to claim 6, characterized in that the light channel (24) comprises at least one light guide (34).
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein längliches die Lichtleiter (40) zumindest teilweise aufnehmendes Gehäuse (14) und eine Objektiveinrichtung (42), die dem distalen Ende der Lichtleiter (40) zugeordnet ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized by an elongated housing (14) at least partially accommodating the light guides (40) and a lens device (42) which is assigned to the distal end of the light guides (40).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) zumindest in einem Längsabschnitt (20c) rohrförmig und flexibel ausgebildet ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the housing (14) is tubular and flexible in at least one longitudinal section (20c).
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse rohrförmig und starr ausgebildet ist.10. The device according to claim 8, characterized in that the housing is tubular and rigid.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtkanal (24) ein Stablinsensystem (58) umfaßt.11. The device according to claim 10 and 6 or 7, characterized in that the light channel (24) comprises a rod lens system (58).
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (36) eine Lampe (52) umfaßt, die derart angeordnet ist, daß eine bezüglich der Lichtleiter (40) achsparallele Einstrahlung des Lichts ermöglicht ist. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the lighting device (36) comprises a lamp (52) which is arranged such that an axially parallel irradiation of the light is possible with respect to the light guide (40).
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektiveinrichtung (42) ein der Vielzahl der Lichtleiter (40) zugeordnetes Objektiv (44) und ein der Aufnahmeeinrichtung (28) zugeordnetes Objektiv (46) umfaßt.13. The apparatus according to claim 9, characterized in that the lens device (42) comprises one of the plurality of light guides (40) associated lens (44) and one of the recording device (28) associated lens (46).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Lichtleiter (40) ein Objektiv (44) zugeordnet ist.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that each light guide (40) is assigned a lens (44).
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Endoskop ausgebildet ist. 15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed as an endoscope.
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