(57)【要約】【課題】管状披検体内壁の全周観察・計測時に側方視野を持つ光切断計測装置の視野方向を容易に選択操作可能とすることで、管状被検体内壁の傷部分の観察や計測の操作性を著しく改善した光切断法を用いた計測装置を提供する。【解決手段】    挿入部の挿入方向軸に対して前方視野を有するように装着された直視撮像手段と、挿入方向軸に対して挿入方向軸の周りを回転可能とした側方の視野をもつ光切断法計測ヘッド部を有し、回転する光切断法計測ヘッド部の視野方向を検出し視野方向を画像として、直視撮像モジュールによる画像内に重畳して表示し、回転方向を制御することで光切断法計測ヘッド部の視野方向を選択可能とした光切断法を用いた計測装置。【選択図】  図４
2010101625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入部の先端に、挿入方向軸に対して前方視野を有するように装着された撮像レンズと固体撮像素子を含んだ直視撮像手段と、挿入方向軸に対して挿入方向軸の周りを回転可能とする回転部材に側方視野を有するように装着された光学パターン投影手段と、光学パターン投影手段の光軸に対して離れた位置から所定の角度の光軸を持って装着された撮像レンズと固体撮像素子を含んだ撮像手段より構成される光切断法計測ヘッド部と、前記回転部材の回転位置を検出する回転位置検出手段と、回転位置検出手段の信号を回転位置画像として表示する回転位置画像信号発生手段を有し、前記直視撮手段による画像内に前記回転位置画像を重畳して表示することで、光切断法を用いた計測手段の視野方向を直視撮像手段による画像内に表示することを特徴とした光切断法を用いた計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器内部やパイプ等の管状被検体の内壁等の計測に適した、挿入方向軸に対して側方の計測視野を持つ光切断法を用いた計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触で立体形状を計測する技術としては光切断法を用いた計測装置が広く用いられている。
光切断法による計測装置は、図１に示すように光学パターン１１１を投影する光学パターン投影手段１０２と、光学パターン投影手段１０２の光軸１０８に対して所定の角度θずれた光軸１０９を持って装着された撮像手段１０３より構成される光切断法計測ヘッド部１０４を有し、計測対象部１０１に光学パターンを投影し、計測対象部１０１と投影された光学パターン１０５を前記撮像手段１０３で撮像し映像信号処理部１１６で映像信号処理を行うと共に、計測信号処理部１１７で画像形状の計測信号処理を行い対象物の画像と計測処理結果をモニター１１８に表示するのが一般的である。
【０００３】
光学パターン投影手段１０２は、光学パターン１１１を投影する投影レンズ１１０と光学パターンを照明する発光ダイオード１１２より構成されており、撮像手段１０３は撮像レンズ１１３とＣＣＤのような固体撮像素子１１４を含んで構成されている。
【０００４】
計測対象部１０１が基準面１０６より凸状の部分１０７を有している場合は、光学パターン投影手段１０２に装着されている直線状の光学パターンは対象物の凸状の形状に沿った線状パターン１０５(鎖線で示す)のように投影される。光学パターン投影手段１０２の光軸１０８から角度θ傾いた光軸１０９を持つ撮像手段１０３によって撮像された線状パターン画像は、計測対象部が基準面と同一面の場合は図２（Ａ）のように直線状になるが、凸部の部分は図２（Ｂ）のように上方にｄずれた形の画像としての計測信号になる。このずれ量ｄを検出して計測信号処理部１１７で計測信号の演算処理することで、凸部の高さがわかる。また対象物が凹状の形状をしている場合には、下方にｄずれた形の画像となる。
【０００５】
このような光切断法計測ヘッド部を内視鏡のような細長い筒状挿入部の先端部に装着して、パイプ等の管内壁を観察、計測するには図３に示すような挿入軸方向に対して側方の計測視野を持った構造が提示されている。（特開昭６２−７３２２３、特開平３−７３１３３）
概略構成を説明すると、パイプ等の管状被検体３０１内壁の検査対象部（傷部分）３０２を計測する場合には、筒状挿入部の挿入軸方向３０５に対して側方視野を持つように配置された、光学パターン投影手段１０２と撮像手段１０３で構成される光切断法計測ヘッド部１０４が筒状挿入部の先端部３０３に装着されている。光学パターン投影手段１０２と撮像手段１０３の構成は図１の場合と同じなので細部は省略するが、撮像手段１０３の周辺には検査対象部を照明するＬＥＤ(発光ダイオード)３０４が装着されている。この場合計測ヘッド部は検査対象部３０２をほぼ正面から捉えるので、画像歪も少なく計測に適した構造となっている。なお以下の説明でも光学パターン投影手段１０２と撮像手段１０３等同一の機能部品の符号は極力同じ符号を用いることにする。
【０００６】
しかし、管状被検体内壁の傷部分はどこにあるかを予め判断できないので、挿入された筒状挿入部を管状被検体内部で回転しながら前後させ傷部分を発見する操作が必要となるので、操作上の自由度が制約され傷部分を発見し計測するには時間がかかるという欠点を有していた。
【０００７】
本出願人は先に内視鏡自体を回転せず、内視鏡先端部に装着された側方視野を持つ撮像手段のみを回転し、管状披検体の内壁の任意方向を観察可能な構造の内視鏡を提案している（特願２００８−１０３４１１）。このような構造を光切断法を用いた計測装置に適用することで、著しく操作性を改善することが可能であり、また計測時間を短縮することが可能になる。
【特許文献１】特開昭６２−７３２２３号公報
【特許文献２】特開平３−７３１３３号公報
【特許文献３】特願２００８−１０３４１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、管状披検体内壁の全周観察・計測時に側方視野を持つ光切断計測装置の視野方向を容易に選択操作可能とすることで、管状被検体内壁の傷部分の観察や計測の操作性を著しく改善した光切断法を用いた計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、挿入部の先端に、挿入方向軸に対して前方視野を有するように装着された撮像レンズと固体撮像素子を含んだ直視撮像手段と、挿入方向軸に対して挿入方向軸の周りを回転可能とする回転部材に側方視野を有するように装着された光学パターン投影手段と、光学パターン投影手段の光軸に対して離れた位置から所定の角度の光軸を持って装着された撮像レンズと固体撮像素子を含んだ撮像手段より構成される光切断法計測ヘッド部と、前記回転部材の回転位置を検出する回転位置検出手段と、回転位置検出手段の信号を回転位置画像として表示する回転位置画像信号発生手段を有し、前記直視撮手段による画像内に前記回転位置画像を重畳して表示することで、光切断法を用いた計測手段の視野方向を直視撮像手段による画像内に表示することを特徴とした光切断法を用いた計測装置を提案する。
【００１０】
さらに詳細に説明すると、本発明による光切断法を用いた計測装置は挿入軸に対して前方方向を撮像する直視撮像手段と側方視野を持った光切断法を用いた計測手段を持ち、直視撮像手段の後方に光切断法計測ヘッド部が挿入軸に対して回転できるよう配置されるが、直視撮像モジュールによる画像は光切断法を用いた計測装置の挿入時の被検体前方の状況を判断するのに有用であるだけでなく、前方視野内に傷等の観察物を見つけた時に、側方視野を持つ光切断法計測ヘッド部の視野方向が同一画面内に表示されるように構成されており、容易に光切断法を用いた計測装置の視野方向を計測対象部に合致させる操作が可能となるので光切断法を用いた計測装置の操作性を向上させ計測時間を短縮することが出来る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による光切断法を用いた計測装置は、装置の挿入部自体を回転することなく３６０度の円周方向に広がる管状披検体の内壁の任意方向の計測視野を簡単な操作で選択可能なので、その利用価値は非常に大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお実施例の説明で使用する図面は本発明を容易に把握、理解できるよう本発明と直接関係ない機構等の具体的な詳細は省略して示し、同一の機能部品の符号は極力同じものを使用する。
【実施例１】
【００１３】
図４は本発明の光切断法を用いた計測装置の挿入部の先端部構成を示す一実施例の断面図である。
光切断法を用いた計測装置の先端部４０１は筒状の挿入部本体４０２と、挿入軸の周りを回転可能な回転部材４０３、回転部材支持軸４０４、前面パネル４０５より構成されており、回転部材支持軸４０４は回転部材４０３の中心部に設けられた回転軸穴に回転部材が回転可能な状態で挿入され、挿入部本体にねじ部４０６で固定されており、前面パネル４０５は図示していないネジ部材で回転支持軸４０４に固定されている。
【００１４】
直視撮像手段４０７は前面パネル４０５に装着されており、少なくとも撮像レンズ４０８とＣＭＯＳやＣＣＤのような固体撮像素子４０９を含めて構成され、信号処理手段は挿入部の外に設けられるのが一般的である。なお前面の撮像範囲を照明するＬＥＤ（発光ダイオード）４１０が直視撮像手段４０９の外周に装着されている。
【００１５】
光切断法計測ヘッド部１０４は、図３で示した場合と同じように被検体に光学パターンを投影する光学パターン投影部１０２と、撮像レンズと固体撮像素子を含んだ撮像手段１０３より構成されており、回転部材４０３に挿入軸に対して側方視野を持つように装着されている。撮像手段１０３は、少なくとも対物レンズとＣＭＯＳやＣＣＤのような固体撮像素子を含めて構成され、信号処理手段は挿入部の外に設けられるのが一般的であるのは直視撮像手段の場合と同じである。なお撮像手段１０３の撮像範囲を照明するＬＥＤ３０４が撮像手段１０３の外周に装着されている。
【００１６】
また、対物レンズと固体撮像素子を含んだ撮像手段は、固体撮像素子駆動回路、信号処理回路、その周辺回路を撮像モジュールが実用化されているので、この様な撮像モジュールを使うことも可能である。
【００１７】
回転部材４０３の後端部には内側にギアー４１１が設けられており、挿入部本体４０２に装着されたモーター４１２の回転軸先端に装着されたギアー４１３と連結され、回転部材４０３はモーター４１２によって駆動される。
【００１８】
また、光切断法計測ヘッド部１０４は回転部材４０３に装着されているので、回転部材４０３の回転位置で光切断法計測ヘッド部１０４の視野方向が変わる。回転部材４０３の回転位置を検出する手段はいろいろあるが、この実施例ではポテンショメーターを装着した例を示している。図中４１４は回転位置検出手段（ポテンショメーター）を示しており、その回転軸の先端にはギアー４１５が装着され、光切断法計測ヘッド部が装着されている回転部材４０３の後端部に設けられたギアー４１１に連結されている。
【００１９】
図５にモーター４１２を駆動する駆動手段を示す。５０１モーメンタリ動作の２極双投スイッチで、図中上方に示された方向にスイッチのレバーを倒したとき、モーター４１２の端子５０２には電源５０４のプラス端子が接続され、モーター４０２の他の端子５０３には電源５０３のマイナス端子が接続される。また、図中下方に示された方向にスイッチのレバーを倒したとき、モーター４０２の端子５０２には電源５０４のマイナス端子が接続され、モーター４０２の他の端子５０３には電源５０４のプラス端子が接続される。なおスイチのレバーをフリーにすると、スイチ５０１はオフの状態に戻る。
【００２０】
このように、モーメンタリ動作の２極双投スイッチ５０１を用いることで、スイッチ５０１のレバー操作でモーター４０２の回転方向を右回り、左回りと変えることができ、また容易に回転を止めることができるが、光切断法計測ヘッド部等からのケーブルの保護のため、回転の範囲は３６０度以内に制限するのが望ましい。なお、この２極双投スイッチは光切断法を用いた計測装置の操作部内に組込まれるのが使用上好ましい。
【００２１】
図６は本発明による光切断法を用いた計測装置の基本構成を示す。光切断法を用いた計測装置の先端部に装着された直視撮像手段４０７は、光切断法を用いた計測装置の筒状挿入部の挿入方向の前方視野にある披検体を撮像し、映像信号処理部６０１で映像信号に処理される。直視撮像手段４０７の後方に配置され、光切断法を用いた計測装置の挿入方向に対して側方視野を持つ光学パターン投影手段１０２と撮像手段１０３より構成される光切断法計測ヘッド部１０４は、光切断法を用いた計測装置の先端部に組み込まれた回転可能な回転部材４０３に装着され、検査対象部と投影された光学パターンを撮像手段１０３で撮像し映像信号処理部１１６で映像信号処理を行うと共に、計測信号処理部１１７で計測信号処理を行い対象物の画像と計測処理結果をモニター１１８に表示する。
【００２２】
図６中、４１４は回転部材４０３の位置を検出する回転位置検出手段で、回転部材４０３はモーター４１２で回転駆動される。回転位置検出手段４１４よりの位置信号は、回転位置画像信号発生手段６０２で画像化するための位置信号に変換している。この画像化された位置表示信号は画像重畳手段６０３によって、直視撮像手段４０８による前方視野画像に重畳して前方視野画像表示用モニター６０４に表示される。なお図中６０６は光学パターン投影手段１０２に組込まれたＬＥＤの駆動電源を示し、５０４は図５で説明したモーター駆動手段を示している。
【００２３】
図７（Ａ）は、本発明による光切断法を用いた計測装置で管状被検体（パイプ）７０１の内部管壁を観察している状態を示したもので、図７（Ｂ）は図７（Ａ）における前方視野の画像を示している。光切断法を用いた計測装置の直視撮像手段４０７による画像は、管壁ａの位置は、図７（Ｂ）の外周円（ａ）で、管壁ｂの位置は図７（Ｂ）の点線の円（ｂ）で、管壁ｃの位置は図７（Ｂ）の小円（ｃ）７０４で表示される。パイプ７０１の内部管壁にある傷状物７０２が管壁ｂの位置の円周上にあるとすれば直視撮像手段による画像として認識できる。
【００２４】
直視撮像手段４０７による前方視野内に傷状物７０２が観察された場合、直視撮像デバイスによる画像を表示するモニターの画像上に、光切断法計測ヘッド部１０４の視野方向が位置表示パターン（マーカー）７０３で表示されると、マーカー７０３が傷状物７０２と重なるように光切断法計測ヘッド部１０４の回転方向を制御し、挿入部を前方にＬだけ進めることで容易に傷状物７０２を光切断計測ヘッド部１０４の視野内に捕捉することが出来、画像としてモニター上に表示可能となる。
【００２５】
この様子を図８で更に詳しく説明する。直視撮像手段４０７で撮像したパイプ７０１の内部管壁画像（ハッチングで示す）と、画像化された回転位置表示パターン７０３（マーカー）は合成した画像としてモニター６０５上に図８（Ａ）のように表示される。ここで、７０２は管壁の傷状物、７０３は光切断法計測ヘッド部１０４の回転位置表示のマーカーを表している。ここで中心部の円形７０４はパイプ先端の開口を示している。
【００２６】
ここで管壁の傷状物７０２を球形状の凹面とすると、光切断法計測ヘッド部１０４の視野方向の中心は傷状物７０２より後方にあるので（図７参照）、光切断法計測ヘッド部を前方にＬだけ挿入すると、光切断法計測ヘッド部１０４からの画像は、モニター１１８上に図８（Ｂ）のように管壁の傷状物７０２と傷状物の深さ形状を示す光学パターン投影手段１０２による投影パターン７０８が同時に表示される。    
【００２７】
この傷状物７０２を計測する場合には、計測信号処理部を介して計測用モニター上に示された投影パターン７０８の任意の一点７０９を選択し、基準面に投影された基準パターン線７１０の延長上の架空線７１１（点線で表示）よりからのずれ量ｄを計測信号処理部によって算出することができる。
【００２８】
以上の説明では、光学投影パターンを１本の直線の場合を説明したが、光学投影パターンを複数本で形成すると、傷の形状がより明確に把握できる。
【００２９】
このように、光切断法計測ヘッド部の視野方向を側方視にし、直視撮像手段と組み合わせることで直視撮像手段の画像内に、側方視野を持つ立体撮像モジュールの視野方向を表示することが可能となり、管状被検体の管壁等内部の傷等が容易に発見でき、前記傷等が管壁のどの方向にあっても、光切断法を用いた計測装置の挿入部自体を回転せずに常に正面視した画像を容易に得ることが出来るので、利用しやすい光切断法を用いた計測装置が提供可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明による光切断法を用いた計測装置は、装置挿入部の挿入軸方向に対して側方の視野と直視方向の視野を持つことで、管状被検体の検査対象部を簡単に検出可能なので、これまで使用されなかった計測技術を広く普及させる効果があり、計測ヘッド部を小型にすることで医用内視鏡にも利用可能であり、産業用、医用の広い分野での利用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】光切断法を用いた計測装置の基本構成図。
【図２】光切断法による計測状態の説明図。
【図３】挿入軸に対して側方の計測視野を持つ計測ヘッド部の基本構成図。
【図４】本発明による光切断法を用いた計測装置挿入部の先端部構成を示す説明図。
【図５】計測ヘッド部を回転させるモーターの駆動手段の説明図。
【図６】本発明による光切断法を用いた計測装置の基本構成を示す説明図。
【図７】本発明による光切断法を用いた計測装置でパイプ内部管壁を観察する状態を示す説明図。
【図８】本発明による光切断法を用いた計測装置で得られる計測画面の説明図。
【符号の説明】
【００３２】
１０１  計測対象部
１０２  光学パターン投影手段
１０３  撮像手段
１０４  光切断法計測ヘッド部
１１０  投影レンズ
１１１  光学パターン
１１２、３０４、４１０  ＬＥＤ（発光ダイオード）
１１３、４０８  撮像レンズ
１１４、４０９  固体撮像素子
１１６、６０１  映像信号処理部
１１７  計測信号処理部
１１８、６０４  モニター
３０１  管状被検体
３０２  検査対象部
３０３  挿入部の先端部
４０２  挿入部本体
４０３  回転部材
４０４  回転部材支持軸
４０５  前面パネル
４０７  直視撮像手段
４１２  モーター
４１４  回転位置検出手段（ポテンショメーター）
５０１  ２極双投スイッチ
５０２  電源
６０２  回転位置画像信号発生手段
６０３  画像重畳手段
７０２  傷状物
７０３  位置表示パターン（マーカー）
【図１】
2010101625.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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