DE102017111188A1

DE102017111188A1 - Endoskop mit Entfernungs-Bestimmungsfunktion und darin verwendetes Entfernungs-Bestimmunsverfahren

Info

Publication number: DE102017111188A1
Application number: DE102017111188.3A
Authority: DE
Inventors: Chih-Chun Chan
Original assignee: Medical Intubation Technology Corp
Current assignee: Medical Intubation Technology Corp
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2017-05-23
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2037-05-24
Also published as: JP2018004624A; TWI597042B; US10151913B2; TW201800049A; CN107544135B; DE102017111188B4; US20180003943A1; CN107544135A; JP6373452B2

Abstract

Ein endoskopisches Entfernungs-Bestimmungsverfahren, bei dem eine Einwellenlängen-Lichtquelle (34) (34') in einer Beobachtungseinheit (31) an einem vorderen Ende einer flexiblen Röhre (21) eines Endoskops (10) (10') Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge auf ein Objekt emittiert, welches über ein Beugungsgitter (36) (36') gemessen werden soll, um einen hellen Punkt nullter Ordnung (L0), einen positiven hellen Punkt der ersten Ordnung (L1) und einen negativen hellen Punkt der ersten Ordnung (L – 1) auf der Oberfläche des Objekts durch optische Streuung zu bilden, und dann ein Bild des Objekts aufzunehmen und dann eine Entfernungsvergrößerung unter Verwendung einer ersten arithmetischen Logik (121) (121') zu berechnen, und dann die tatsächliche Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten des Licht der vorbestimmten Wellenlänge, das auf das Objekt projiziert wurde, unter Verwendung einer zweiten arithmetischen Logik (122) (122') zu berechnen, und dann die Entfernung zwischen dem Beugungsgitter (36) (36') und dem Punkt der nullten Ordnung (L0) unter Verwendung einer dritten arithmetische Logik (123) (123') zu berechnen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Endoskopie-Technologie und insbesondere ein Endoskop mit Entfernungs-Bestimmungsfunktion, bei dem zur Entfernungs-Bestimmung die optische Interferenz-Technologie eingesetzt wird. Die Erfindung betrifft weiter ein Entfernungs-Bestimmungsverfahren, welches in dem Endoskop eingesetzt wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Viele Verfahren zur Verwendung eines Endoskops mit Entfernungs-Bestimmung sind bekannt. So offenbart die WO 2015/098353 A1 ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung durch ein Endoskop. Bei dem Verfahren wird ein bewegbares Gelenk eingesetzt und eine visuelle Achse, um die Bestimmung der Entfernung zu erreichen. Obwohl dieses Verfahren eine Entfernungs-Bestimmung erreichen kann, muss ein körperliches bewegbares Gelenk eingesetzt werden. Da dieses körperliche Gelenk bewegbar ist, ist dessen Steuerung bei der Bestimmung kompliziert.
Die US 2010/0324366 A1 offenbart ein anderes endoskopisches Entfernungs-Bestimmungsverfahren, bei dem ein Bestimmungs-Licht zur Projektion auf die Oberfläche eines Objekts eingesetzt wird, ein Bildsensor zum Erfassen einer projizierten Form des bestimmten Lichts, und ein Bildverarbeitungs-Schaltkreis zur Extraktion der projizierten Form eines von einem Bildsensor empfangenen Bild, und bei dem die Größe der extrahierten projizierten Form berechnet wird, um die Entfernung und den Winkel zwischen dem Endoskop und dem Objekt zu berechnen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde unter diesen Umständen gemacht. Es ist eine Hautaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Endoskop mit einer Entfernungs-Bestimmungsfunktion bereit zu stellen, bei dem optische Interferenz/Streuungs-Technologie zur Entfernungs-Bestimmung verwendet wird.
Um diese und andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen umfasst ein Endoskop eine Haupteinheit, eine Beobachtungseinheit, und ein flexible Röhre, die zwischen der Haupteinheit und der Beobachtungseinheit gekoppelt ist. Die Beobachtungseinheit umfasst ein Basis-Röhre, eine Einwellenlängen-Lichtquelle, ein Beugungsgitter, ein Bildaufnahme-Einheit und einen Bildabschattungs-Reflektor. Die Einwellenlangen-Lichtquelle, das Beugungsgitter, die Bildaufnahme-Einheit und der Bildabschattungs-Reflektor sind jeweils in der Basis-Röhre befestigt. Die Basis-Röhre definiert eine Öffnung in einer Vorderseite davon. Die Einwellenlängen-Lichtquelle ist in der Basis-Röhre befestigt und angepasst Licht mit einer einzigen Wellenlänge einer bestimmten Wellenlänge vorne durch die Öffnung zu emittieren. Das Beugungsgitter umfasst mehrere Schlitze. Weiter ist das Beugungsgitter in der Basis-Röhre zwischen der Einwellenlängen-Lichtquelle und der Öffnung befestigt und angepasst, das Einzelwellenlangen-Licht zu streuen und zu bewirken, dass das gestreute Einzelwellenlangen-Licht durch die Öffnung auf ein Objekt projiziert wird, um einen hellen Punkt der nullten Ordnung zu zeigen, einen positiven Punkt der ersten Ordnung an einer Seite relativ zu dem hellen Punkt der nullten Ordnung und einen negativen hellen Punkt der ersten Ordnung an einer abgewandten Seite relativ zu dem hellen Punkt der nullten Ordnung. Der Vektorwinkel zwischen dem hellen Punkt der nullten Ordnung und jedem positiven hellen Punkt der ersten Ordnung und negativem hellen Punkt der ersten Ordnung des von der Einwellenlängen-Lichtquelle emittierten Einzelwellenlängen-Licht wird durch Berechnen der bestimmten Wellenlänge und der Schlitz-Weite des Beugungsgitters bestimmt. Die Bildaufnahme-Einheit ist in der Basis-Röhre befestigt, welche einen Bildsensor und einen Linsensatz umfasst. Der Linsensatz umfasst eine Linsenvergrößerung. Die Bildaufnahme-Einheit ist angepasst ein Bild des Objekts über die Öffnung aufzunehmen. Der wirksame Bild-Bereich der Bildaufnahme-Einheit deckt den hellen Punkt der nullten Ordnung, den positiven hellen Punkt erster Ordnung und den negativen hellen Punkt erster Ordnung ab. Der Bildabschattungs-Reflektor ist in der Basis-Röhre befestigt, um die Bildaufnahme-Einheit von der Einwellenlängen-Lichtquelle und dem Beugungsgitter zu isolieren, um zu verhindern, dass das von der Einwellenlängen-Lichtquelle emittierte Einzelwellenlängen-Licht reflektiert oder in die Basis-Röhre auf die Bildaufnahme-Einheit abgelenkt wird. Die Haupteinheit umfasst eine Berechnungseinheit. Die Berechnungseinheit weist darin eine Bezugszahl an hellen Standardpunk-Pixeln auf. Weiter umfasst die Berechnungs-Einheit eine erste arithmetische Logik, eine zweite arithmetische Logik und eine dritte arithmetische Logik. Die erste arithmetische Logik ist angepasst, eine Entfernungsvergrößerung zu erhalten, indem die Linsenvergrößerung und die Pixelanzahl eines jeden hellen Punkten auf dem Bild und die Referenz-Pixelanzahl des hellen Standard-Punkts berechnet wird. Die zweite arithmetische Logik ist angepasst, die Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Bild unter Verwendung der Entfernungs-Vergrößerung zu berechnen, um die die tatsächliche Entfernung zwischen zwei benachbarten, auf das Objekt projizierten, hellen Punkten zu erhalten. Die dritte arithmetische Logik ist angepasst, die die Entfernung zwischen dem Beugungsgitter und dem hellen Punkt der nullten Ordnung zu berechnen, indem der Vektorwinkel mit der tatsächlichen Entfernung zwischen den zwei benachbarten hellen Punkten abgeglichen wird.
Das Endoskop der vorliegenden Erfindung basiert daher auf der optischen Interferenz-/Streuungs-Technologie, wobei die Entfernung des Objekts durch Bewerten der Streuung der hellen Punkte bestimmt wird. Diese Technik ist verschieden von dem Stand der Technik.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein endoskopisches Entfernungs-Bestimmungsverfahren bereitzustellen, bei dem die optische Interferenz-/Streuungs-Technologie zur Entfernungs-Bestimmung eingesetzt wird.
Um diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, umfasst ein endoskopisches Entfernungs-Bestimmungsverfahren die Schritte: A) Bewirken, dass eine Einwellenlängen-Lichtquelle in einer Beobachtungseinheit an einem vorderen Ende einer flexiblen Röhre eines Endoskop ein Einzelwellenlängen-Licht einer bestimmten Wellenlänge auf ein Objekt über ein Beugungsgitter emittiert, um auf einer Oberfläche des Objekts einen hellen Punkt nullter Ordnung, einen positiven hellen Punkt erster Ordnung an einer Seite relativ zu dem hellen Punkt der nullten Ordnung und einen negativen hellen Punkt erster Ordnung an einer abgewandten Seite relativ zu dem hellen Punkt der nullten Ordnung auszubilden, worin der Vektorwinkel zwischen dem hellen Punkt der nullten Ordnung und jedem des positiven hellen Punkts der ersten Ordnung und des negativen hellen Punkts der ersten Ordnung des von der Einwellenlängen-Lichtquelle emittieren Einzelwellenlängen-Licht erhalten wird, indem die bestimmte Wellenlänge und die Schlitz-Weite der Schlitze in dem Beugungsgitter berechnet wird; B) Bewirken, dass eine Bildaufnahme-Einheit des Endoskops das Bild des Objekts aufnimmt, das den hellen Punkt der nullten Ordnung, den positiven hellen Punkt der ersten Ordnung und den negativen hellen Punkt der ersten Ordnung enthält; und C) Bewirken, dass eine Berechnungs-Einheit in einer Haupteinheit des Endoskops die Pixelanzahl des hellen Punkten nullter Ordnung, des positiven hellen Punkten der ersten Ordnung und des negativen hellen Punkten der ersten Ordnung auf dem Bild berechnet, und dann die Berechnungsergebnisse mit einer Referenz-Pixelanzahl eines hellen Standard-Punkts, der in der Berechnungs-Einheit vorgegeben ist, in Bezug setzt, und dann eine Entfernungsvergrößerung gemäß der Linsenvergrößerung einer ersten arithmetischen Logik und der Bildaufnahme-Einheit berechnet, und dann die Entfernungsvergrößerung und die Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Bild unter Verwendung einer zweiten arithmetischen Logik berechnet, um die tatsächliche Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Objekt zu erhalten, und schließlich die tatsächliche Entfernung zwischen den zwei benachbarten hellen Punkten und dem Vektorwinkel unter Verwendung einer dritten arithmetischen Logik berechnet, umso weiter die Entfernung zwischen dem Beugungsgitter und dem hellen Punkt der nullten Ordnung zu erhalten.
Das endoskopische Entfernungs-Bestimmungsverfahren der vorliegenden Erfindung basiert daher auf der optischen Interferenz/Streuungs-Technologie, und die Entfernung des Objekts wird durch Bewerten der Streuung des hellen Punkts bestimmt. Diese Technik ist verschieden vom Stand der Technik.
Andere Vorteile und Merkmale der der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf die folgende Beschreibung zusammen mit den anliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen gleiche Bezugszeichen vergleichbare Strukturkomponenten bezeichnen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische strukturelle Ansicht eines Endoskops gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht eines Teils der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche die innere Anordnung der Beobachtungseinheit zeigt.
3 ist eine schematische Schnittansicht eines Teils des Beugungsgitters des Endoskops gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Schaltkreis-Blockdiagramm der Berechnungs-Einheit der Haupteinheit des Endoskops gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Ansicht des Endoskops gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine andere schematische Ansicht des Endoskops gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Schnittansicht, welche die innere Anordnung einer Beobachtungseinheit eines Endoskops gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Schaltkreis-Blockdiagramm, welche die Berechnungs-Einheit der Haupteinheit des Endoskops gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine schematische Ansicht des Endoskops gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß den 1–6 liefert die Erfindung ein Endoskop mit Entfernungs-Bestimmungsfunktion. Das Endoskop 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst im Allgemeinen eine Haupteinheit 11, eine flexible Röhre 21 und eine Beobachtungseinheit 31.
Die Haupteinheit 11 ist mit der Beobachtungseinheit 31 über die flexible Röhre 21 gekoppelt. Die Beobachtungseinheit 31 umfasst eine Basis-Röhre 32, und eine Einwellenlangen-Lichtquelle 34, ein Beugungsgitter 36, eine Bildaufnahme-Einheit 38 und ein Bildabschattungs-Reflektor 39, der in der die Basis-Röhre 32 befestigt ist.
Die Basis-Röhre 32 definiert eine Öffnung 33 in einer Vorderseite davon.
Die Einwellenlängen-Lichtquelle 34 ist in der Basis-Röhre 32 befestigt, und angepasst, Licht einer bestimmten Wellenlänge λ durch die Öffnung 33 zu emittieren. Bei tatsächlichem Einsatz kann die Einwellenlangen-Lichtquelle 34 ein Laserlicht sein, eine Infrarotlichtquelle, eine Ultraviolett-Lichtquelle oder eine Quelle sichtbaren Lichts für eine bestimmte Wellenlänge. Weiter kann die Einwellenlangen-Lichtquelle 34 ausgewählt sein unter einer Licht-emittierenden Diode (LED). In diesem Fall kann die LED direkt in der Basis-Röhre 31 befestigt sein. Alternativ kann die Einwellenlangen-Lichtquelle 34 eine Kombination einer optischen Faser und einer Licht-emittierenden Quelle sein. In diesem Fall ist die Licht-emittierende Diode in der Haupteinheit 11 befestigt und die optische Faser ist in der Haupteinheit 11 befestigt und durch die flexible Röhre 21 inseriert, wobei das distale Ende davon in der Basis-Röhre 31 positioniert ist. Die Verwendung einer Faseroptik zur Leitung von Licht von einer Licht-emittierenden Diode ist eine bekannte Technik, so dass diese weder ausführlich erläutert noch in den Zeichnungen gezeigt wird.
Das Beugungsgitter 36 definiert darin mehrere Schlitze 361. Darüber hinaus ist das das Beugungsgitter 36 in der Basis-Röhre 32 zwischen der Einwellenlängen-Lichtquelle 34 und den Öffnungen 33 angeordnet, um das Einzelwellenlangen-Licht zu streuen, welches durch die Schlitze 361 gelangt und ermöglicht, dass das gebrochene Licht durch die Öffnung 33 auf das Objekt 99 geworfen wird, um ein hellen Punkt L0 der Null-Ordnung zu zeigen, einen positiven hellen Punkt der ersten Ordnung L1 an einem einer Seite relativ zu dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0, und einen negativen hellen Punkt der ersten Ordnung L – 1 an einer abgewandten Seite relativ zu dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0. Der Vektorwinkel O zwischen dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0 und dem benachbarten positiven oder negativen hellen Punkt der ersten Ordnung L1, L – 1 des von der Einwellenlängen-Lichtquelle 34 emittierten Licht wird durch Berechnen der bestimmten Wellenlänge λ und der Schlitz-Weite s des Beugungsgitter 36 erhalten. Der Vektorwinkel O wird durch die Weite s der Schlitze 361 und der Wellenlänge λ des Einzelwellenlängen-Lichts erhalten und durch die Formel s sin θ = λ berechnet. Tatsächlich sind die Schlitze 361 zahlreich und dicht angeordnet, und es ist schwierig, diese klar auf einem Schema darzustellen. In den Zeichnungen sind die Schlitze 361 des Beugungsgitters 36 lediglich der Einfachheit halber gezeigt, jedoch nicht maßstabsgetreu. Der Vektorwinkel θ wird durch die Weite s des Schlitzes 361 und der Wellenlänge λ des Einzelwellenlängen-Lichts erhalten.
Die Bildaufnahme-Einheit 38 ist in der Basis-Röhre 32 befestigt, welche einen Bildsensor 381 und ein Linsensatz 382 umfasst. Der Linsensatz 382 umfasst eine Linsenvergrößerung m. Die Bildaufnahme-Einheit 38 nimmt ein Bild I von einer Vorderseite über die Öffnung 33. Weiter bedeckt der effektive Bildberreich der Bildaufnahme-Einheit 38 den hellen Punkt der nullten Ordnung L0, den positiven hellen Punkt der ersten Ordnung L1 und den negativen hellen Punkt der ersten Ordnung L – 1.
Der Bildabschattungs-Reflektor 39 ist in der Basis-Röhre 32 befestigt, um die die Bildaufnahme-Einheit 38 von der Einwellenlängen-Lichtquelle 34 und dem Beugungsgitter 36 zu isolieren, wobei verhindert wird, dass das emittierte Einzelwellenlängen-Licht der Einwellenlängen-Lichtquelle 34 in der Basis-Röhre 32 auf die Bildaufnahme-Einheit 38 reflektiert oder gestreut wird.
Die Haupteinheit 11 umfasst eine Berechnungs-Einheit 12. Die Berechnungs-Einheit 12 weist darin eine Referenzanzahl an Pixeln eines hellen Standard-Punktes P auf. Weiter umfasst die Berechnungs-Einheit 12 drei arithmetische Logiken, d. h. die erste arithmetische Logik 121, die zweite arithmetische Logik 122 und die dritte arithmetische Logik 123. Die erste arithmetische Logik 121 ist angepasst, eine Entfernungsvergrößerung M durch Berechnen der Linsenvergrößerung m und der Pixelanzahl ΔP (x) eines jeden hellen Punkts auf dem Bild I und der Referenz-Pixelanzahl des hellen Standard-Punkts P zu erhalten; die zweite arithmetische Logik 122 ist angepasst die Entfernung ΔX' zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Bild I unter Verwendung der Entfernungsvergrößerung M zu berechnen, um die tatsächliche Entfernung ΔX zwischen zwei benachbarten hellen Punkten zu erhalten, die auf dem Objekt 99 vorstehen. Die dritte arithmetische Logik 123 ist angepasst, die Entfernung D zwischen dem Beugungsgitter 36 und dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0 durch Abgleichen des Vektorwinkels θ mit der tatsächlichen Entfernung ΔX zwischen den zwei benachbarten hellen Punkten zu erhalten. Da das Endoskop eine kurze Entfernung im Allgemeinen von nicht mehr als 20 cm aufweist, wenn von dem Objekt 99 aus betrachtet, wird die Größe des hellen Punkts, der durch das Einzelwellenlängen-Licht auf das Objekt 99 geworfen wird, im Fall einer Bewegung der Beobachtungseinheit 31 des Endoskops in der Beobachtungs-Entfernung kaum verändert, so dass der Hersteller eine Standard-Bedingung einstellen kann (z. B. eine fixierte Entfernung), in der die Pixelanzahl des Einzel-Wellenlängen hellen Punkts, der unter Standardbedingungen als Referenz-Pixelanzahl des hellen Standard-Punkt P definiert wird.
In dieser ersten Ausführungsform, definiert die erste arithmetische Logik 121 die Linsenvergrößerung als m, die Entfernungsvergrößerung als M, die Pixelanzahl eines jeden hellen Punkts auf dem Bild I als ΔP (x) und Referenz-Pixelanzahl des hellen Standard-Punkts als P, so dass die Entfernungsvergrößerung M durch Berechnen der folgenden Gleichung (1) erhalten wird: M = P / m × ΔP(x) Gleichung (1)
Wenn daher die Linsenvergrößerung m und die Referenz-Pixelanzahl des hellen Standard-Punkts P feste Werte sind, dann verändert eine Änderung der Pixelanzahl ΔP (x) eines jeden hellen Punkts auf dem Bild I den Wert Entfernungsvergrößerung M.
In der zweiten arithmetischen Logik 122 ist die Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Bild I als ΔX' definiert und die tatsächliche Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten ist als ΔX definiert, so dass die tatsächliche Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten ΔX durch Berechnen der folgenden Gleichung (2) erhalten wird: ΔX = ΔX' × M Gleichung (2)
D. h. durch Berechnen der Entfernung ΔX' zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Bild I und der Entfernungsvergrößerung M, kann die tatsächliche Entfernung ΔX zwischen den zwei benachbarten hellen Punkten erhalten werden.
Weiter ist in der dritten arithmetischen Logik 123 der Vektorwinkel als θ definiert und die Entfernung zwischen dem Beugungsgitter 36 und dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0 ist als D definiert. Die Entfernung D zwischen dem Beugungsgitter 36 und dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0 wird durch Berechnen der folgenden Gleichung (3) erhalten: D = ΔX / tanθ Gleichung (3).
Im Fall, wenn das Beugungsgitter 36 als die Beobachtungseinheit 31 angesehen wird, wird die Entfernung D als die Entfernung zwischen der Beobachtungseinheit 31 und dem Objekt 99 angesehen.
Die vorstehende Beschreibung erläutert den Aufbau der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das in dem Endoskop verwendete Entfernungs-Bestimmungsverfahren wird nachstehend unter Bezug auf den Aufbau der vorstehend aufgeführten ersten Ausführungsform beschrieben.
In den 1–6 umfasst das Entfernungs-Bestimmungsverfahren der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte:

A) Bewirken, dass die Einwellenlängen-Lichtquelle 34 in der Beobachtungseinheit 31 am vorderen Ende der flexiblen Röhre 21 des Endoskops das Licht der vorbestimmten Wellenlänge λ auf das Objekt 99 über das Beugungsgitter 36 emittiert um auf der Oberfläche des Objekts 99 einen hellen Punkt der nullten Ordnung L0 und den positiven hellen Punkt der ersten Ordnung L1 bzw. den negativen hellen Punkt der ersten Ordnung L – 1 an den beiden abgewandten Seiten relativ zu dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0 zu bilden, worin der Vektorwinkel θ zwischen dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0 und dem benachbarten positiven oder negativen hellen Punkt der ersten Ordnung L1, L – 1 des durch die Einwellenlängen-Lichtquelle 34 emittierten Lichts durch Berechnen der vorbestimmten Wellenlänge λ und der Schlitz-Weite s des Beugungsgitters 36 erhalten wird.
B) Bewirken, dass die Bildaufnahme-Einheit 38 des Endoskops das Bild I des Objekts 99 nimmt, das den hellen Punkt der nullten Ordnung L0, den positiven hellen Punkt der ersten Ordnung L1 und den negativen hellen Punkt der ersten Ordnung L – 1 enthält.
C) Bewirken, dass die Berechnungs-Einheit 12 in der Haupteinheit 11 des Endoskops die Pixelanzahl des hellen Punkts nullter Ordnung L0, des positiven hellen Punkts der ersten Ordnung L1 und des negativen hellen Punkts der ersten Ordnung L – 1n auf dem Bild I berechnet und dann die Berechnungsergebnisse mit der

Referenz-Pixelanzahl des hellen Standard-Punkts P, die in der Berechnungs-Einheit 12 voreingestellt ist, in Bezug setzt und die Entfernungsvergrößerung M gemäß der Linsenvergrößerung m der ersten arithmetischen Logik 121 und der Bildaufnahme-Einheit 38 berechnet, und dann die Entfernungsvergrößerung M und die Entfernung ΔX' zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Bild I unter Verwendung der zweiten arithmetischen Logik 122 berechnet, um die tatsächliche Entfernung ΔX zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Objekt 99 zu erhalten, und schließlich die tatsächliche Entfernung ΔX zwischen den zwei benachbarten hellen Punkten und den Vektorwinkel θ unter Verwendung der dritten arithmetischen Logik 123 berechnet, um weiter die Entfernung D zwischen dem Beugungsgitter 36 und dem Punkt der nullten Ordnung L0 zu erhalten, worin die Ausdrücke der ersten, zweiten und dritten arithmetischen Logiken 121, 122, 123 auf die vorstehenden aufgeführte Ausführungsform bezogen werden können.
Die Entfernungs-Bestimmungs-Technik der Erfindung kann die Entfernung bekanntermaßen mittels optischer Interferenz zwischen der Beobachtungseinheit 31 des Endoskops und dem Objekt 99 genau messen. Die technischen Merkmale der Erfindung sind offensichtlich verschieden von denen des Standes der Technik.
In den 7–9 ist ein Endoskop 10' gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese zweite Ausführungsform ist im Wesentlichen zu der vorstehend aufgeführten Ausführungsform ähnlich, mit den folgenden Ausnahmen:
Diese zweite Ausführungsform umfasst weiter einen Kollimator 42', und die Berechnungs-Einheit 12' umfasst weiter eine vierte arithmetische Logik 124'.
Der Kollimator 42' ist zwischen der Einwellenlängen-Lichtquelle 34' und dem Beugungsgitter 36' befestigt. Das von der Einwellenlängen-Lichtquelle emittierte Einzelwellenlängen-Licht 34' gelangt durch den Kollimator 42' zu dem Beugungsgitter 36'. Der Kollimator 42' ist angepasst, die Lichtstrahlen des emittierten Einzelwellenlängen-Lichts in parallel verlaufende Lichtstrahlen in eine bestimmte Richtung zu leiten.
Die vierte arithmetische Logik 124' ist angepasst, den Neigungswinkel α der Oberfläche des Objekts 99 relativ der vertikalen Oberfläche in Bezug zu der Richtung des Vorsprungs des Einzelwellenlängen-Licht auf den hellen Punkt der nullten Ordnung L0 unter Verwendung des Unterschieds zwischen der Entfernung d1 zwischen dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0 und dem positiven heller Punkt der ersten Ordnung L1 und der Entfernung d2 zwischen dem Punkt der nullten Ordnung L0 und dem negativen hellen Punkt der ersten Ordnung L – 1 zu berechnen.
In der vierten arithmetischen Logik 124' ist die Entfernung zwischen dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0 und dem positiven heller Punkt der ersten Ordnung L1 als d1 definiert, die Entfernung zwischen dem Punkt der nullten Ordnung L0 und dem negativen hellen Punkt der ersten Ordnung L – 1 ist d2 definiert und der Neigungswinkel der Oberfläche des Objekts 99 relativ zu der vertikalen Oberfläche in Bezug zu der Richtung des Vorsprungs des Einzelwellenlängen-Licht auf den hellen Punkt der nullten Ordnung L0 ist als α definiert. Der Neigungswinkel α wird daher durch Berechnen der folgenden Gleichung (4) erhalten: d1 / d2 = cos(θ – α) / cos(θ + α) Gleichung (4)
Der Neigungswinkel α kann daher erhalten werden. Basierend auf dem Neigungswinkel α, kann der Nutzer bewerten, ob die Oberfläche des Objekts 99 senkrecht zu der Blickrichtung steht oder nicht.
Wird die erste, zweite und dritte arithmetische Logik 121', 122', 123' ausgeführt, da die Oberfläche des Objekts 99 geneigt ist, dann muss lediglich die Entfernung auf dem Bild zwischen dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0 und dem positiven hellen Punkt der ersten Ordnung L1 und die Entfernung zwischen dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0 und dem negativen hellen Punkt der ersten Ordnung L – 1 als die Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten für die Berechnung gemittelt werden, um die Entfernung D zwischen dem Beugungsgitter 36' und dem hellen Punkt der nullten Ordnung L0 zu erhalten.
Die anderen Strukturmerkmale dieser zweiten Ausführungsform und die Zielsetzung dieser zweiten Ausführungsform können die gleichen sein, wie bei der vorstehend aufgeführten ersten Ausführungsform, und werden daher hier nicht wiederholt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015/098353 A1 [0002]
US 2010/0324366 A1 [0003]

Claims

Endoskop (10) (10'), welches umfasst: eine Haupteinheit (11), eine Beobachtungseinheit (31) und eine flexible Röhre (21), die zwischen der Haupteinheit (11) und der Beobachtungseinheit (31) gekoppelt ist, worin die Beobachtungseinheit (31) eine Basis-Röhre (32) umfasst, eine Einwellenlängen-Lichtquelle (34) (34'), ein Beugungsgitter (36) (36'), eine Bildaufnahme-Einheit (38) und einen Bildabschattungs-Reflektor (39), worin die Einwellenlängen-Lichtquelle (34) (34'), das Beugungsgitter (36) (36'), die Bildaufnahme-Einheit (38) und der Bildabschattungs-Reflektor (39) jeweils in der Basis-Röhre (32) befestigt sind, worin: die Basis-Röhre (32) eine Öffnung (33) in einer Vorderseite davon definiert; die Einwellenlängen-Lichtquelle (34) (34') in der Basis-Röhre (32) befestigt und angepasst ist, ein Einzelwellenlängen-Licht einer bestimmten Wellenlänge nach vorne durch die Öffnung (33) zu emittieren; das Beugungsgitter (36) (36') mehrere Schlitze (361) umfasst, worin das Beugungsgitter (36) (36') in der Basis-Röhre (32) zwischen der Einwellenlängen-Lichtquelle (34) (34') und der Öffnung (33) befestigt und angepasst ist, das Einzelwellenlängen-Licht zu beugen und das gebeugte Einzelwellenlängen-Licht durch die Öffnung (33) auf ein Objekt zu projizieren, um einen hellen Punkt nullter Ordnung (L0), ein positiven hellen Punkt der ersten Ordnung (L1) an einer Seite relativ zu dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) und einen negativen hellen Punkt der ersten Ordnung (L – 1) an einer abgewandten Seite lateral relativ zu dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) zu projizieren, worin der Vektorwinkel (θ) zwischen dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) und jedem des positiven hellen Punkt der ersten Ordnung (L1) und dem negativen hellen Punkt der ersten Ordnung (L – 1) des von der Einwellenlängen-Lichtquelle (34) (34') emittierten Einzelwellenlängen-Licht durch Berechnen der bestimmten Wellenlänge und der Schlitz-Weite des Beugungsgitters (36) (36') erhalten wird; worin die Bildaufnahme-Einheit (38) in der Basis-Röhre (32) befestigt ist, worin die Bildaufnahme-Einheit (38) einen Bildsensor (381) und einen Linsensatz (382) umfasst, worin der Linsensatz (382) eine Linsenvergrößerung umfasst, worin die Bildaufnahme-Einheit (38) angepasst ist, ein Bild des Objekt über die Öffnung (33) zu nehmen, worin der wirksame Bildberreich der Bildaufnahme-Einheit (38) den hellen Punkt nullter Ordnung (L0), den positiven hellen Punkt der ersten Ordnung (L1) und den negativen hellen Punkt der ersten Ordnung (L – 1) bedeckt; worin der Bildabschattungs-Reflektor (39) in der Basis-Röhre (32) befestigt ist, um die Bildaufnahme-Einheit (38) von der Einwellenlängen-Lichtquelle (34) (34') und dem Beugungsgitter (36) (36') zu isolieren, um zu verhindern, dass das von der Einwellenlängen-Lichtquelle (34) (34') emittierte Einzelwellenlängen-Licht in der Basis-Röhre (32) auf die Bildaufnahme-Einheit (38) reflektiert oder gestreut wird; worin die Haupteinheit (11) eine Berechnungs-Einheit (12) (12') umfasst, worin die Berechnungs-Einheit (12) (12') darin eine Bezugsanzahl-Pixel des hellen Standard-Punkts enthält, worin die Berechnungs-Einheit (12) (12') eine erste arithmetische Logik (121) (121'), eine zweite arithmetische Logik (122) (122') und eine dritte arithmetische Logik (123) (123') darin enthält, worin die erste arithmetische Logik (121) (121') angepasst ist, eine Entfernungsvergrößerung durch Berechnen der Linsenvergrößerung und der Pixelanzahl eines jeden hellen Punkts auf dem Bild und der Bezugs-Referenz-Pixelanzahl des hellen Standard-Punkts zu berechnen, worin die zweite arithmetische Logik (122) (122') angepasst ist, die Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Bild unter Verwendung der Entfernungsvergrößerung zu berechnen, um die tatsächliche Entfernung zwischen zwei benachbarten, auf das Objekt projizierten, hellen Punkten zu erhalten, worin die dritte arithmetische Logik (123) (123') angepasst ist, die Entfernung zwischen dem Beugungsgitter (36) (36') und dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) durch Abgleichen des Vektorwinkels (θ) mit der tatsächlichen Entfernung zwischen die den zwei benachbarten hellen Punkten zu berechnen.
Endoskop (10') nach Anspruch 1, welches weiter einen Kollimator (42') umfasst, der zwischen der Einwellenlängen-Lichtquelle (34') und dem Beugungsgitter (36') befestigt und angepasst ist, das von der Einwellenlängen-Lichtquelle (34') emittierte Einzelwellenlängen-Licht durch das Beugungsgitter (36') parallel auszurichten.
Endoskop (10) (10') nach Anspruch 1, worin in der ersten arithmetischen Logik (121) (121') die Linsenvergrößerung definiert ist als m, die Entfernungsvergrößerung definiert ist als M, die Pixelanzahl eines jeden hellen Punkts auf dem Bild definiert ist als ΔP (x) und die Bezugsanzahl von Pixeln des hellen Standard-Punkts definiert ist als P; worin die Entfernungsvergrößerung M durch Berechnen der folgenden Gleichung (1) erhalten wird: M = P / m × ΔP(x) Gleichung (1) wenn daher die Linsenvergrößerung m und die Referenz-Pixelanzahl des hellen Standard-Punkts P fixierte Werte sind, dann bewirkt eine Änderung der Pixelanzahl ΔP (x) eines jeden hellen Punkts auf dem Bild I eine Änderung des Werts der Entfernungsvergrößerung M.
Endoskop (10) (10') nach Anspruch 3, worin in der zweiten arithmetischen Logik (122) (122'), die Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Bild I definiert ist als ΔX' und die tatsächliche Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten definiert ist als ΔX, wobei die die tatsächliche Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten ΔX durch Berechnen der folgenden Gleichung (2) erhalten wird: ΔX = ΔX' × M Gleichung (2) so dass durch Berechnen der Entfernung ΔX' zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Bild I und der Entfernungsvergrößerung M, die tatsächliche Entfernung ΔX zwischen den zwei benachbarten hellen Punkten erhalten wird.
Endoskop (10) (10') nach Anspruch 4, worin in der dritten arithmetischen Logik (123) (123'), der Vektorwinkel (θ) definiert ist als O und die Entfernung zwischen dem Beugungsgitter (36) (36') und dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) definiert ist als D; wobei die Entfernung D zwischen dem Beugungsgitter (36) (36') und dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) erhalten wird durch Berechnen der folgenden Gleichung (3): D = ΔX / tanθ Gleichung (3).
Endoskop (10') nach Anspruch 1, worin die Berechnungs-Einheit (12') weiter eine vierte arithmetische Logik (124') umfasst, die angepasst ist zum Berechnen des Neigungswinkels der Oberfläche des Objekts relativ zu der vertikalen Oberfläche im Hinblick auf die Richtung der Projektion des Einzelwellenlängen-Lichts auf den hellen Punkt nullter Ordnung (L0) unter Verwendung des Unterschieds zwischen der Entfernung zwischen dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) und dem positiven hellen Punkt der ersten Ordnung (L1) und der Entfernung zwischen dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) und dem negativen heller Punkt der ersten Ordnung (L – 1).
Endoskop (10') nach Anspruch 6, worin in der vierten arithmetischen Logik (124'), die Entfernung zwischen dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) und dem positiven hellen Punkt der ersten Ordnung (L1) definiert ist als d1, die Entfernung zwischen dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) und dem negativen hellen Punkt der ersten Ordnung (L – 1) definiert ist als d2 und der Neigungswinkel der Oberfläche des Objekts relativ zu der vertikalen Oberfläche relativ zu der Projektions-Richtung des Einzelwellenlängen-Licht auf den hellen Punkt nullter Ordnung (L0) definiert ist als α, wobei der Neigungswinkel α erhalten wird durch Berechnen der folgenden Gleichung (4): d1 / d2 = cos(θ – α) / cos(θ + α) Gleichung (4).
Endoskop (10) (10') nach Anspruch 1, worin die Einwellenlängen-Lichtquelle (34) (34') eine Licht-emittierende Diode oder eine Kombination einer Faseroptik und einer Licht-emittierenden Diode ist.
Endoskopisches Entfernungs-Bestimmungsverfahren, welches die Schritte umfasst: A) Bewirken, dass eine Einwellenlängen-Lichtquelle (34) (34') in einer Beobachtungseinheit (31) an einem vorderen Ende einer flexiblen Röhre (21) eines Endoskop (10) (10') ein Einzelwellenlängen-Licht einer bestimmten Wellenlänge auf ein Objekt über ein Beugungsgitter (36) (36') emittiert, um auf einer Oberfläche des Objekts einen hellen Punkt nullter Ordnung (L0), einen positiven hellen Punkt der ersten Ordnung (L1) an einer Seite relativ zu dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) und einen negativen hellen Punkt der ersten Ordnung (L – 1) an einer abgewandten Seite relativ zu dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) auszubilden, worin der Vektorwinkel (θ) zwischen dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) und dem benachbarten positiven hellen Punkt der ersten Ordnung (L1) und dem negativer hellen Punkt der ersten Ordnung (L – 1) des von der Einwellenlängen-Lichtquelle (34) (34') emittierten Einzelwellenlängen-Licht mittierte erhalten wird durch Berechnen der vorbestimmten Wellenlänge und der Schlitz-Weite der Schlitze (361) in dem Beugungsgitter (36) (36'); B) Bewirken, dass eine Bildaufnahme-Einheit (38) des Endoskops (10) (10') das Bild des Objekts nimmt, das den hellen Punkt nullter Ordnung (L0), den positiven hellen Punkt der ersten Ordnung (L1) und den negativen hellen Punkt der ersten Ordnung (L – 1) enthält; und C) Bewirken, dass eine Berechnungs-Einheit (12) (12') in einer Haupteinheit (11) des Endoskops (10) (10') die Pixelanzahl des hellen Punkts nullter Ordnung (L0), des positiven hellen Punkts der ersten Ordnung (L1) und des negativen hellen Punkts der ersten Ordnung (L – 1) auf dem Bild berechnet, und dann die Berechnungsergebnisse mit einer Referenz-Pixelanzahl des hellen Standard-Punkts in Bezug setzt, der in der Berechnungs-Einheit (12) (12') voreingestellt ist, und dann eine Entfernungsvergrößerung gemäß der Linsenvergrößerung einer ersten arithmetischen Logik (121) (121') und der Bildaufnahme-Einheit (38) berechnet, und dann die Entfernungsvergrößerung und die Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Bild unter Verwendung einer zweiten arithmetischen Logik (122) (122') berechnet, um die tatsächliche Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Objekt zu erhalten, und schließlich um die tatsächliche Entfernung zwischen den zwei benachbarten hellen Punkten und dem Vektorwinkel (θ) unter Verwendung einer dritten arithmetischen Logik (123) (123') zu berechnen, umso weiter die Entfernung zwischen dem Beugungsgitter (36) (36') und dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) zu erhalten.
Endoskopisches Entfernungs-Bestimmungsverfahren nach Anspruch 9, worin in der ersten arithmetische Logik (121) (121') die Linsenvergrößerung definiert ist als m, die Entfernungsvergrößerung definiert ist als M, die Pixelanzahl eines jeden hellen Punkts auf dem Bild definiert ist als ΔP (x) und die Referenzanzahl der Pixel des hellen Standard-Punkts definiert ist als P; worin die Entfernungsvergrößerung M erhalten wird durch Berechnen der folgenden Gleichung (1): M = P / m × ΔP(x) Gleichung (1) wobei die Linsenvergrößerung m und die Referenz-Pixelanzahl des hellen Standard-Punkts P Fest-Werte sind, wobei die Änderung der Pixelanzahl ΔP (x) eines jeden hellen Punkts auf dem Bild I eine Änderung des Werts der Entfernungsvergrößerung M bewirkt.
Endoskopisches Entfernungs-Bestimmungsverfahren nach Anspruch 10, worin in der zweiten arithmetischen Logik (122) (122'), die Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Bild I definiert ist als ΔX' und die tatsächliche Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten definiert ist als ΔX, wobei die tatsächliche Entfernung zwischen zwei benachbarten hellen Punkten ΔX erhalten wird durch Berechnen der folgenden Gleichung (2): ΔX = ΔX' × M Gleichung (2) wobei durch Berechnen der Entfernung ΔX' zwischen zwei benachbarten hellen Punkten auf dem Bild I und der Entfernungsvergrößerung M, die tatsächliche Entfernung ΔX zwischen den zwei benachbarten hellen Punkten erhalten wird.
Endoskopisches Entfernungs-Bestimmungsverfahren nach Anspruch 11, worin in der dritten arithmetischen Logik (123) (123') der Vektorwinkel (θ) definiert ist als θ und die Entfernung zwischen dem Beugungsgitter (36) (36') und dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) definiert ist als D; wobei die Entfernung D zwischen dem Beugungsgitter (36) (36') und dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) erhalten wird durch Berechnen der folgenden Gleichung (3): D = ΔX / tanθ Gleichung (3).
Endoskopisches Entfernungs-Bestimmungsverfahren nach Anspruch 9, worin die Berechnungs-Einheit (12') weiter eine vierte arithmetische Logik (124') umfasst, die angepasst ist, den Neigungswinkel der Oberfläche des Objekts relativ zu der vertikalen Oberfläche in Bezug zu der Projektions-Richtung des Einzelwellenlängen-Licht auf den hellen Punkt nullter Ordnung (L0) unter Verwendung des Unterschieds zwischen der Entfernung zwischen dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) und dem positiven hellen Punkt der ersten Ordnung (L1) und der Entfernung zwischen dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) und dem negativen hellen Punkt der ersten Ordnung (L – 1) zu berechnen.
Endoskopisches Entfernungs-Bestimmungsverfahren nach Anspruch 13, worin in der vierten arithmetischen Logik (124'), die Entfernung zwischen dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) und dem positiven hellen Punkt der ersten Ordnung (L1) definiert ist als d1, die Entfernung zwischen dem hellen Punkt nullter Ordnung (L0) und dem negativen hellen Punkt der ersten Ordnung (L – 1) definiert ist als d2 und der Neigungswinkel der Oberfläche des Objekts relativ zu der vertikalen Oberfläche in Bezug zu der Projektions-Richtung des Einzelwellenlängen-Licht auf den hellen Punkt nullter Ordnung (L0) definiert ist als α, wobei der Neigungswinkel α erhalten wird durch Berechnen der folgenden Gleichung (4): d1 / d2 = cos(θ – α) / cos(θ + α) Gleichung (4).
Endoskopisches Entfernungs-Bestimmungsverfahren nach Anspruch 9, worin die Einwellenlängen-Lichtquelle (34) (34') eine Licht-emittierende Diode oder eine Kombination einer Faseroptik und einer Licht-emittierenden Diode ist.