JPH0618219A - 内視鏡による対象物の計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で、かつ細径な内視鏡を用いて使
用現場で簡単に対象物の計測を行うことのできる内視鏡
による対象物の計測方法を得る。 【構成】 第１の位置及び少量湾曲させた第２の位置位
置で対象物を撮像し、特徴点Ａ，Ｂの座標を得た後、Ｓ
９で湾曲角θの初期値としてθ＝０とおく。Ｓ１０で、
点Ａ，ＢのＺ座標の比ＫAを計算する。Ｓ１１で点Ａの
Ｚ座標ＺAと先端部移動量Ｓを計算する。Ｓ１２で計算
されたＳが前回計算して得られたＳとほとんど同じかど
うか判断する。Ｓ１３ではＳと既知の長さＬより湾曲角
θの新しい値を計算しＳ１０に戻りＳ１０〜Ｓ１２の処
理を繰り返す。Ｓ１４で点Ｃ、ＤのＺ座標Ｚc、Ｚdを求
める。Ｓ１５で点Ｃ、ＤのＸ、Ｙ座標ＸC ，ＹC ，ＸD
，ＹDを求める。Ｓ１６で傷の長さであるＣＤ間の３次
元的距離を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は対象物のあらかじめ相対
位置のわかっている２つ以上の特定点の位置を用いて、
対象物の長さ等を計測する内視鏡により対象物の計測方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】特願平２−１４６８８１号公報に述べて
いるように、ジェットエンジンのブレード上のキズな
ど、内視鏡によって観察するだけではなくその長さ等を
数値として計測する必要がしばしばある。内視鏡は対象
物との距離が不特定である使い方が一般的なため、画像
から単純にキズの長さなどを計算することはできない。

【０００３】長さなどを測定する方法として、特開昭５
９−７０９０３号公報では内視鏡の先端から２本の平行
なレーザ光を出射し、対象物上に生じる一定距離のレー
ザスポットを基準にして、検査部分を計測している。し
かし、この方法ではレーザ光を発振する装置が必要なこ
とと、レーザ光を出射できるような内視鏡の構造を要す
ることにより装置が複雑化し、高価となる。

【０００４】また、特開昭６３−２４４０１１号公報に
は、対物撮像系を２個有するいわゆる２眼式内視鏡の例
が示されており、ステレオ視によって対象部分の３次元
形状を計測しようとするものである。内視鏡の構造が複
雑で効果になるとともに、内視鏡先端部の太径化をまね
き、中がせまい対象物に挿入できないという欠点をも
つ。

【０００５】さらに、特開昭６３−２４６７１６号公報
は、先端部は普通と変わらない構造の内視鏡で、その湾
曲機構に特徴がある。第１の位置から第２の位置へ湾曲
を行ない、両位置における画像中の対象部分の位置と、
別途検知手段により検知した前記湾曲の角度とを用いる
ことにより、対象部分の３次元形状を計測しようとする
ものである。内視鏡先端部が太径化する欠点は生じない
が、湾曲角度を検知する特殊な検知手段を設けなければ
ならず、また検知手段を設けた場合においてもも、この
従来例のようにガイドワイヤ等を介して先端部の湾曲角
を検知する方法では高い精度を得ることは難しい。

【０００６】さらにまた、特願平２−１４６８８１号公
報は、対象物の形状寸法データを用いて図形を構成し、
これを対象物の画像に重ね合わせることにより画像上の
任意の点の座標を得、計測を行なう。この手法はきわめ
てユニークであるが、対象物の形状寸法データをあらか
じめ用意しておかなければならない点が、唯一わずらわ
しい点である。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】ところで、特願平４
−７１２９９号公報には、撮像手段を移動させながら同
一対象物の複数の画像を撮像し、それらの画像中におけ
る対象物上の特定点の位置を相互相関演算によって追跡
し、各画像ごとの上記特定点の位置のちがいをもとに撮
像手段の移動ベクトルを推定し、その移動ベクトルをも
とに対象物の３次元形状を推定し、このプロセスを反復
することにより、対象物の形状の計測精度を高める手法
が提案されている。

【０００８】この手法は前述の各先行例における欠点を
一掃する画期的な手法であるが、撮像手段の移動ベクト
ルの計算等のために膨大な量の数値計算が必要であり、
現在の高性能なコンピューターをもってしても、計算終
了までにある程度の時間を待たなければならない。した
がって簡便に使用できないという欠点を有する。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、レーザ光出射のような特別な構造を内視鏡に設
ける必要がなく、２眼式内視鏡のような太径になること
もなく、湾曲角度を別の手段を設けて検知する必要もな
く、対象物全体の形状寸法データをあらかじめ用意して
おく必要もなく、高価なコンピューターを用いたり、処
理結果が出るまで時間待ちする必要がなく、簡単な構造
で、かつ細径な内視鏡を用いて使用現場で簡単に対象物
の計測を行うことのできる内視鏡による対象物の計測方
法を提供することを目的としている。

【００１０】

【問題点を解決する手段および作用】本発明の内視鏡に
よる対象物の計測方法は、内視鏡で検査対象物の第１の
画像を撮像する第１のプロセスと、前記内視鏡の少くと
も先端部を不特定量だけ変位させて前記検査対象物の第
２の画像を撮像する第２のプロセスと、前記第１の画像
および前記第２の画像中における、前記検査対象物上の
あらかじめ相対位置のわかっている２つ以上の特定点の
位置を用いて、前記内視鏡の少くとも先端部の変位量を
検出する第３のプロセスと、前記変位量より、少くとも
前記第１の画像または前記第２の画像の一方に含まれる
複数の検査対象点の相対的位置を算出する第４のプロセ
スとにより前記第４のプロセスで算出された複数の検査
対象点の相対位置を用いて、前記複数の検査対象点によ
って規定される被測定量を計測する。

【００１１】

【実施例】以下、図面を用いて実施例を説明する。

【００１２】図１ないし図１１は第１実施例に係わり、
図１は内視鏡による対象物の計測方法の前段の流れを示
すフローチャート、図２は内視鏡による対象物の計測方
法の後段の流れを示すフローチャート、図３は対象物と
内視鏡先端の位置関係を説明する説明図、図４は内視鏡
による対象物の計測方法を実現する内視鏡装置の構成を
示す構成図、図５はモニタ上の対象物を説明する説明
図、図６は対象物の特徴点の位置関係を説明する説明
図、図７は対象物の特徴点のＸ，Ｚ平面での位置関係を
説明する説明図、図８は図７の一部を取り出した説明
図、図９は対象物の計測点のＸ，Ｚ平面での位置関係を
説明する説明図、図１０は対象物の計測点の位置関係を
説明する説明図、図１１は内視鏡の変形例の要部の構成
を示す構成図である。

【００１３】図４に示すように１実施例に係る内視鏡装
置１は電子内視鏡２と、この電子内視鏡２に照明光を供
給する光源装置３と、電子内視鏡２の撮像手段に対する
信号処理を行う映像信号処理装置４と、この映像信号処
理装置４で生成された標準的な映像信号をモニタ５に表
示したり、ブレード６等の対象物の模擬図形等を表示し
たり等してブレード６等の対象物のキズ８等の検査対象
部分の長さか面積等の被測定量の測定を行う測定装置９
とから構成される。

【００１４】上記電子内視鏡２は、細長の挿入部１１を
有し、この挿入部１１の後端側に太幅の操作部１２が形
成されている。

【００１５】上記挿入部１１内にはライトガイド１３が
挿通され、このライトガイド１３の末端を光源装置３に
接続することにより、ランプ１４の照明光を電装し、先
端部１５側の端面から照明レンズ１６を介して被写体に
向けて出射する。尚、先端部１５は、図示しない湾曲機
構により上下左右に湾曲駆動できるようになっている。

【００１６】照明された被写体は、先端部１５に配設し
た対象レンズ１８によって、その焦点面に配設したＣＣ
Ｄ１９に結像する。このＣＣＤ１９の撮像面にはモザイ
クカラーフィルタが取付けてあり、各画素毎に色分離す
る。

【００１７】上記ＣＣＤ１９で光電変換された信号は、
信号線２０を介して、映像信号処理装置４に入力され、
映像信号処理された後、測定装置９の画像メモリ２１に
入力され、一時記憶される。この画像メモリ２１から読
出された映像信号は、合成装置２２を介してモニタ５に
出力でき、対象物（この場合ブレード６）の画像６Ａを
モニタ画像に表示することができる。

【００１８】この測定装置９は、対象物におけるキズ８
の大きさ（長さ）等を測定するための測定プログラムを
実行するＣＰＵ２４と、対象物の形状寸法を規定するデ
ータが記録されたフロッピィディスクから、これらのデ
ータを読込み、ＣＰＵ２４に出力するフロッピィディス
ク装置２５と、このデータをコピーして使用したり、測
定装置９の実行用プログラム等を記録する等に用いられ
る磁気ディスク装置２６と、データの入力用等に用いら
れるキーボード２７と、ＣＰＵ２４の制御のもとで対象
物６の模擬図形とかカーソルを発生する図形発生装置２
８とから構成される。

【００１９】上記合成装置２２は、画像メモリ２１から
出力される映像信号（被写体画像又は画像信号とも記
す。）と、ＣＰＵ２４の制御のもとで図形発生装置２８
から出力される対象物模擬図形（信号）との一方をモニ
タ５に出力したり、画像及び図形を重畳してモニタ５に
出力したりすることもできる。

【００２０】尚、キーボード２７を操作して、モニタ画
面上でカーソルを移動した場合における各カーソルの位
置は、ＣＰＵ２４で把握されるようになっている。

【００２１】この内視鏡装置１を用いての対象物６の測
定方法について説明する。

【００２２】電子内視鏡２の先端部１５は、図３におい
て、まず実線で示す第１の位置にある。電子内視鏡２の
対物レンズ１８の光軸に一致するようにＺ軸を設け、対
物レンズ１８の中心を座標系の原点０とする。

【００２３】対象物６上に特徴点、この場合はコーナー
Ａ，Ｂであり、Ａ，Ｂ間の距離ｌが既知である。

【００２４】線分ＡＢとＸＺ平面が平行になるように、
すでに定めた原点０とＺ軸を含めて、ＸＹＺ直交座標系
を設けることができる。そうすると、線分ＡＢのＸＺ平
面へ投映像である線分Ａx Ｂx は、線分ＡＢと平行であ
り、したがってその長さも同じくｌである。

【００２５】対象物６上にキズがあり、その長さを計測
したい。キズの両端の点を点Ｃ，Ｄとする。

【００２６】電子内視鏡２の湾曲機能を用いることによ
り先端部１５を移動させることができる。一般に電子内
視鏡２は、上下左右すなわち４方向に湾曲できるものが
多く、それらを組み合わせることにより任意の方向に湾
曲させることができる。また上下の２方向のみ湾曲可能
な内視鏡であっても、光軸の回りに内視鏡を回転させる
ことにより、やはり任意の方向に湾曲させることができ
る。

【００２７】そこで、図３に示すように、電子内視鏡２
の先端部１５をＸＺ平面内で湾曲させる。湾曲の機構に
ついては多数の先行例中に記述されている通りである
が、内視鏡中のある１点Ｒを中心に湾曲が行なわれると
考えてもよい。点Ｒの位置は内視鏡の機種によって異な
るが、点Ｒと対物レンズの中心との距離Ｌは、機種ごと
に既知である。

【００２８】図３において、まず実線で示す電子内視鏡
２の第１の位置において、対象物６の第１の画像を撮像
する。次に同図に示すようにＸＺ平面内で角度θだけ湾
曲させて、電子内視鏡２の先端部１５を破線で示す第２
の位置に移動させ、その状態で対象物６の第２の画像を
撮像する。

【００２９】図５は、モニタ５に対象物の画像が表示さ
れている様子を示している。図３中に示すカーソルは、
図２における図形発生装置２８で発生された十字形のマ
ークで、合成装置２２によって画像メモリー２１から読
み出される対象物の画像と重ね合わせられて、モニタ５
に図５のように表示される。図５にはまた、画面内座標
系であるＸＹ座標系も図示してある。

【００３０】カーソルの位置は、オペレーターによるキ
ーボード２７の操作にもとづいてＣＰＵ２４が制御し、
画面上の任意の位置に移動することができる。またＣＰ
Ｕ２４はカーソルの画面内の位置を常に把握しており、
ＸＹ座標系上におけるその位置データを用いて、以下に
述べるような計算を行ない、目的の計測値を算出する。

【００３１】いま、図５のようにカーソルを対象物６の
画像上の点Ａの位置に合わせたとする。そのときＸＹ座
標系におけるカーソル位置の座標（Ｘ，Ｙ）が定まる。
図６は実際の空間内に前述のようにして定めたＸＹＺ座
標系である。図５においてカーソルを点Ａ上に置くとい
うことは、図６に示すような、原点０と点Ａとを結ぶ直
線ｇが定まるということである。点ＡのＸＺ平面への投
影点Ａx に加えて、点ＡのＹＺ平面への投影点Ａy を考
える。

【００３２】点Ａx とＺ軸とのなす角をａ1 ，点Ａy と
Ｚ軸とのなす角をａy とする。入射角をａ，像の大きさ
をｈ，レンズの焦点距離をｆとすると、一般に ｈ＝ｆ・tanａ と表わせる。このｈは内視鏡に設けた撮像素子などに投
影される像の大きさであるが、図５におけるＸＹ座標系
上の像の大きさはこのｈと一定の比例関係にある。その
比例定数まで含めた変換係数をｆt とすれば、ＸＹ座標
系上の画像の大きさＨは Ｈ＝ｆt ・tanａ と表わせる。ｆt は前記のようにレンズの焦点距離，撮
像素子の種類、ＸＹ座標系の単位など、システムを構成
する要素の組み合わせにより定まる既知の係数である。

【００３３】以上より、図５におけるカーソルの座標
（Ｘ，Ｙ）と図４における角度ａ1 ，ａy との関係は、 Ｘ＝ｆt ・tan（ａ1） Ｙ＝ｆt ・tan（ａy） となる。したがって、カーソルの座標（Ｘ，Ｙ）がモニ
ターの画像上で特定されれば、入射角ａ1 ，ａy が ａ1 ＝ａｒｃtan（Ｘ／ｆt） ａy ＝ａｒｃtan（Ｙ／ｆt） として求められる。

【００３４】同様にして点Ｂについても、カーソルを合
わせることにより、入射角ｂ1 ，ｂy が求められる。

【００３５】点Ａと点Ｂについて、ＸＺ平面への投影点
からの入射角ａ1 ，ｂ1 が求められた。

【００３６】次に、図３に示すように電子内視鏡２の湾
曲を行ない、先端部がＸＺ平面内で角度θだけ動いた第
２の位置へ移動する。そして得た第２の画像を用いて、
上記と同様にして点Ａ，ＢのＸＺ平面への投影点からの
入射角ａ2 ，ｂ2 を得ることができる。

【００３７】なお、内視鏡先端部の移動の角度θが小さ
ければ、原点０に一致していた対物レンズ中心はＸ軸上
で移動すると見なしてよい。したがって、入射角ａ1 ，
ｂ1，ａ2 ，ｂ2 の関係は図５に示すような関係にな
る。

【００３８】対物レンズの移動量をＳとすると、Ｓも角
θも未知の量ではあるが、図７から以下の関係が成り立
っている。

【００３９】 Ｓ＝ＺA ・ｔａｎａ1 −ＺA ・ｔａｎ（ａ2 ＋θ） ＝ＺB ・ｔａｎｂ1 −ＺB ・ｔａｎ（ｂ2 ＋θ） ……（１） ここでＺA ・ＺB は点Ａx ，Ｂx のＺ座標であるが、こ
れは図１から点Ａ，ＢのＺ座標でもある。

【００４０】上式は、 ＺB ＝ｋA ・ＺA ……（２） と表わせる。ここで ｋA＝｛tan（ａ1）−tan（ａ1＋θ）｝／｛tan（ｂ1）−tan（ｂ1＋θ）｝ ……（３） 図７から抜粋した図８において、線分Ａx Ｂx の長さは
既知の値ｌである。図８のように角度βをとると、

【数１】 ここに（２） 式ＺB ＝ｋA ・ＺA を用いると、

【数２】 一方、やはり図８から ｌ・cosβ＝ＺB ・tanｂ1 −ＺA ・tanａ1 ＝（ｋA ・tanｂ1 −tanａ1 ）・ＺA ……（５） （４）と（５）から

【数３】 この方程式をＺA について解くと、

【数４】 これらの関係を用いて、θ，Ｓが未知のままＺA ，ＺB
を求めることができるが、その手順を以下に説明する。

【００４１】まず、内視鏡の移動角であるθはあまり大
きくないので、（３）式において、θ＝０ を代入して
ｋA を求める。ｋA が決まると、（６）式によって一応
ＺA が求まる。このＺA を（１）式に用いることによ
り、先端部のＸ移動量Ｓが求まる。ところで図７におい
て、湾曲の中心点Ｒから対物レンズの中心までの既知の
長さＬを用いると、 Ｓ＝Ｌ・tanθ なる関係がある。これより θ＝ａｒｃtan（Ｓ／Ｌ） であるから、Ｓが与えられるとθが求まる。このθを再
び（３）式に代入してｋA を求め、以下同様にする。こ
れをＳが充分安定した値になるまでくり返して演算す
る。こうすることにより、未知の値であるＳ，θ，ＺA
，ＺB を求めることができる。

【００４２】図３において、キズ８の一端である点Ｃに
ついて、点Ａ，Ｂと同様にＸＺ平面への投影点Ｃx を定
めることができる。そして図９と同様に、第１、第２の
画像から求められる。ＸＺ平面上での入射角を図９のよ
うにＣ1 ，Ｃ2 とすれば、 Ｓ＝ＺC・tan（ｃ1）−ＺC・tan（ｃ2＋θ） ∴ＺC＝Ｓ／｛tan（ｃ1）−tan（ｃ2＋θ）｝ すでに前述のように内視鏡先端部の移動に関する量であ
るＳとθが求められているから、点ＣのＺ座標Ｚc は上
式によって簡単に求められる。同様にしてキズの他端の
点Ｄについても、Ｚ座標Ｚd が求められる。

【００４３】図５におけるカーソルの画面上の座標
（Ｘ，Ｙ）を用いることにより、図６における点Ａに関
するＸＺ平面上の入射角ａ1 と、ＹＺ平面上の入射角ａ
y を求める手順はすでに説明した。全く同様に、モニタ
画面上カーソルによって点Ｃ，Ｄの位置を各々指定する
ことにより、点Ｃ，Ｄの各々のＸＺ平面上での入射角ｃ
1，ｄ1 はもちろん、ＹＺ平面上での各々の入射角度ｃy
，ｄy を求めることができる。

【００４４】これらの角度と、すでに求めたＺC ，ＣD
を用いることにより、点Ｃ，ＤのＸ，Ｙ座標ＸC ，ＸD
，ＹC ，ＹD を次のようにして求めることができる。

【００４５】 ＸC ＝ＺC ・tanｃ1 ＸD ＝ＺD ・tanｄ1 ＹC ＝ＺC ・tanｃy ＹD ＝ＺD ・ｔａｎｄy 図１０は点Ｃについて、座標と角度の関係を図示したも
のである。

【００４６】このようにして、対象物上の任意の点Ｃ，
Ｄの３次元座標 （ＸC ，ＹC ，ＺC ），（ＸD ，ＹD ，ＺD ） が求められる。

【００４７】キズの長さにあたる、線分ＣＤの長さを得
るには、

【数５】 の計算により簡単に求められる。

【００４８】これらの処理の流れを図１および図２に示
す。ここで、前述したように、ｌ、ｆt、Ｌは既知量で
あって、 ｌ：対象物６上の特徴点Ａ，Ｂ間の距離 ｆt：電子内視鏡２の光学系への光線の入射角から画面
上の像の大きさへの変換係数 Ｌ：電子内視鏡２の湾曲の中心から先端部１５までに長
さ である。

【００４９】図１において、ステップ（以下、Ｓと略記
する）１よりスタートし、Ｓ２で図３における実線で示
す電子内視鏡２の第１の位置において、特徴点Ａ，Ｂ及
びキズ端部Ｃ，Ｄを含む対象物６の第１の画像を撮像す
る。Ｓ３で点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各々の、第１の画像での位
置をカーソルで指定し、それらの画像状の座標を得る。
Ｓ４で既知の変換計数ｆtを用いて、像の座標から点
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各々の入射角（ａ1、ａy）、（ｂ1、ｂ
y）、（ｃ1、ｃy）、（ｄ1、ｄy）を計算する。Ｓ５で
電子内視鏡２に湾曲をかけ、先端部１５を任意の少量だ
け移動させ、その状態においてＳ６で点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
を含む第２の画像を撮像する。Ｓ７で点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
各々の、第２の画像での位置をカーソルで指定し、それ
らの画像状の座標を得る。Ｓ８で既知の変換計数ｆtを
用いて、像の座標から点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各々の入射角
（ａ2、ａy）、（ｂ2、ｂy）、（ｃ2、ｃy）、（ｄ2、
ｄy）を計算する。

【００５０】図２に移り、Ｓ９で湾曲角θの初期値とし
てθ＝０とおく。Ｓ１０でａ1、ａ2、ｂ1、ｂ2、θを用
いて、点Ａ，ＢのＺ座標の比ＫAを計算する。Ｓ１１で
ａ1、ｂ1、ＫAと既知量ｌを用いて、点ＡのＺ座標ＺAと
先端部移動量Ｓを計算する。Ｓ１２で計算された先端部
移動量Ｓが前回計算して得られたＳとほとんど同じかど
うか判断し、ＹＥＳならばＳ１４に進み、ＮＯならばＳ
１３に進む。Ｓ１３では先端部移動量Ｓと既知の長さＬ
より湾曲角θの新しい値を計算しＳ１０に戻りＳ１０〜
Ｓ１２の処理を繰り返す。Ｓ１４では最終的なＳ、θ及
びｃ1、ｃ2、ｄ1、ｄ2を用いて、点Ｃ、ＤのＺ座標Ｚ
c、Ｚdを求める。Ｓ１５ではＺC、ＺD、ｃ1、ｄ1、ｃ
y、ｄyを用いて、点Ｃ、ＤのＸ、Ｙ座標ＸC ，ＹC ，Ｘ
D ，ＹDを求める。Ｓ１６で点Ｃ，ＤのＸ，Ｙ，Ｚ座標
を用いて、傷の長さであるＣＤ間の３次元的距離を求
め、Ｓ１７に進み終了する。

【００５１】この処理の流れの中での一連の計算は、上
述したように、三角関数を用いた小規模の計算であり、
小型のマイクロコンピューター、パーソナルコンピュー
ター等で実行しても瞬時に結果が得られる。

【００５２】従って、簡単な構造で、かつ細径な電子内
視鏡２を用いて、対象物のキズ等を使用現場で簡単に計
測することのできる。

【００５３】尚、最近ではテレビカメラ自体が大変小型
になり、人間の指ほどの大きさのものが市販されてい
る。したがって図１１のように、細長の挿入部材３０
と、図示しない小型モータ等による湾曲機構３１を設
け、先端にこのような小型テレビカメラ３２を取付けれ
ば、電子内視鏡２と同様に第１実施例の計測方法を適用
できる。

【００５４】また、図５においてカーソルを対象物の画
像中の特定点にオペレーターが合わせることにより、そ
の点の画像中における座標（Ｘ，Ｙ）が特定される。こ
れまでの説明では第１の画像および第２の画像の両方に
ついてカーソルを合わせる作業を行うとしたが、これに
限らず、例えば、特願平４−７１２９９号公報に示され
ている相互相関演算を用いて複数の画像の間で対応点を
抽出する方式を用い、オペレーターは第１の画像におい
てのみ特定点をカーソルで指示し、第２画像におけるそ
れら特定点の位置はＣＰＵの演算によって自動的に得る
ようにしても良い。

【００５５】また上記の説明では、キズ等の長さを求め
る計測を例としたが、対象物上の任意の点の座標を求め
ることができるので、多数の点に囲まれた領域の面積や
体積を求めることもできる。

【００５６】次に、第２実施例について説明する。

【００５７】図１２は第２実施例に係る内視鏡装置の構
成を示す構成図である。

【００５８】第１実施例では内視鏡として図２に示すよ
うな電子内視鏡２を用いたが、図１２に示すように、第
２実施例の内視鏡装置５２は、ファイバースコープ６０
にテレビカメラ５４を接続したものである。

【００５９】すなわち、光源装置３からの照明光を伝送
するライトガイド６２と、このライトガイド６２を伝送
した照明光を対象物に照射する照明レンズ６４と、対物
レンズ６６を介して照明光により得られた対象物の像を
伝送するイメージガイド６７とよりなるファイバースコ
ープ６０の基端側に設けられた結合部材６１にテレビカ
メラ５４を結合することにより、イメージガイド６７に
よって伝送された対象物の像を撮像するようになってい
る。このテレビカメラ５４は、イメージガイド６７によ
って伝送された対象物の像を集光レンズ６８よりＣＣＤ
６９の撮像面に結像するようになっている。

【００６０】尚、テレビカメラ５４は、ＣＣＤ６９から
の信号を信号処理する映像信号処理装置４を内蔵してお
り、ケーブル７０により第１実施例で説明した計測装置
９に接続されている。また、光源装置３からの照明光
は、結像部材６１に接続されたユニバーサルケーブル６
３を介してライトガイド６２に供給されるようになって
いる。

【００６１】このように構成した内視鏡装置５２におい
ても、第１実施例の計測方法を適用でき、同様な効果を
得ることができる。

【００６２】次に、第３実施例について説明する。

【００６３】図１３ないし図１５は第３実施例に係わ
り、図１３は内視鏡先端に取り付けられる先端アダプタ
ーの外観を示す外観図、図１４は先端アダプターの構造
を示す断面図、図１５は先端アダプターの変形例の構造
を示す断面図である。

【００６４】第３実施例は、第１実施例に対して、内視
鏡自体に湾曲機構を設けずに、図１３に示すように、湾
曲機構を内蔵した先端アダプター７５を用意し、先端ア
ダプター７５の基端に設けられた嵌合部材７６により、
内視鏡７７先端に着脱自在に取付けることのできる内視
鏡を用いる例であり、その他の構成は、第１実施例と同
じである。

【００６５】すなわち、図１４に示すように、この先端
アダプター７５は、硬性な先端部７８と、この一体的に
接続された図示しない複数の関節駒よりなる湾曲部７９
と、前記嵌合部材７６とから構成され、内視鏡７７の先
端に嵌合部材７６により取り付けられるようになってい
る。

【００６６】さらに先端アダプター７５の内部構造は、
内視鏡ライトガイド８０内を伝送した照明光を入射し該
先端アダプター７５の先端に伝送するライトガイド８１
と、このライトガイド８１により伝送された照明光を対
象物に照射する照明レンズ系８２と、対物レンズ系８３
を介して対象物の像を該先端アダプター７５の基端に伝
送するイメージガイド８４と、前記湾曲部７９を湾曲駆
動する伸縮２方向性の複数のＳＭＡ（形状記憶合金）８
５とからなる。前記ＳＭＡ８５の一端は前記先端部７８
に固定され、他端は前記湾曲部７９の基端側に固定され
ている。また、前記内視鏡７７の先端面及び前記嵌合部
材７６の基端面にはＳＭＡ通電用の複数の接点８６、８
７が設けられ、この接点を介してＳＭＡ８５を通電駆動
することにより湾曲部７９を所望の向きに湾曲するよう
になっている。

【００６７】尚、ＳＭＡ８５は、伸縮２方向性とした
が、曲げ形状を記憶した板状ＳＭＡでも良い。

【００６８】また、先端アダプター７５の変形例とし
て、図１５に示すように、ＳＭＡの代わりに、ラバチュ
エータ等の空気アクチュエータ８８を内蔵し、エアーチ
ューブ８９により空気アクチュエータ８８に空気を出し
入れすることによって、湾曲部７９を湾曲させるように
したものでも良い。

【００６９】さらに、湾曲駆動の手段として、例えば、
ＰｖＤＦ等の圧電素子を用いたものでも良い。

【００７０】このように構成した第３実施例の内視鏡装
置においても、第１実施例の計測方法を適用でき、同様
な効果を得ることができる。

【００７１】次に、第４実施例について説明する。

【００７２】図１６は第４実施例に係る内視鏡装置の構
成を示す構成図である。

【００７３】第４実施例は、別の種類の内視鏡である、
挿入部が硬性で、湾曲機構のない、ボアスコープに適用
する例である。図１６に示すように、ボアスコープ９０
を用いて検査物９１の空洞９２内を検査する場合、ボア
スコープ９０にテレビカメラ９３と計測装置９を接続す
る。テレビカメラ９３は、回転部９４を有するスタンド
９５を介して検査物９１に固定されている。

【００７４】この実施例では、図３のように湾曲によっ
て内視鏡の先端部のみを移動させるのではなく、スタン
ド９５の回転部９４を利用してボアスコープ９０全体を
回転させる。

【００７５】この場合も第１実施例で説明した計測方法
を全く同様に適用することができ、同様な効果を得るこ
とができる。

【００７６】次に、第５実施例について説明する。

【００７７】図１７は第５実施例に係る内視鏡装置の構
成を示す構成図である。

【００７８】図１７に示すように、第５実施例の内視鏡
装置１００は、図５における計測装置の代わりに、携帯
用パーソナルコンピュータ１０１を用い、接続ケーブル
１０２を介してこの携帯用パーソナルコンピュータ１０
１に接続可能な拡張ボード収納ユニット１０３を設け、
その中に映像信号処理装置４と光源装置３を内蔵させ、
電子内視鏡２を拡張ボード収納ユニット１０３内に設け
られた映像信号処理装置４と光源装置３に接続するよう
になっている。また計測装置の構成要素のうち画像メモ
リ１０４と合成装置１０５についてはやはりこの拡張ボ
ード収納ユニット１０３側に内蔵している。

【００７９】第１実施例では図５に示す内視鏡装置１の
構成のように、計測装置９、光源装置３、映像信号処理
装置４の３つの装置が、電子内視鏡２以外に必要であ
り、このままでは検査の現場への持ち運びに不便な場合
がある。またこれら各々が電源の供給を必要とし、給電
線の接続もわずらわしい。

【００８０】しかしながら、第５実施例では、携帯用パ
ーソナルコンピュータ１０１、拡張ボード収納ユニット
１０３、電子内視鏡２により簡単に構成できるので、検
査の現場への持ち運びが容易になる。

【００８１】この場合も第１実施例で説明した計測方法
を全く同様に適用することができ、同様な効果を得るこ
とができる。

【００８２】

【発明の効果】以上のように説明したように、本発明の
内視鏡による対象物の計測方法は、簡単な構造で、かつ
細径な内視鏡を用いて使用現場で簡単に対象物の計測を
行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例に係る内視鏡による対象物の計測
方法の前段の流れを示すフローチャートである。

【図２】 第１実施例に係る内視鏡による対象物の計測
方法の後段の流れを示すフローチャートである。

【図３】 第１実施例に係る対象物と内視鏡先端の位置
関係を説明する説明図である。

【図４】 第１実施例に係る内視鏡による対象物の計測
方法を実現する内視鏡装置の構成を示す構成図である。

【図５】 第１実施例に係るモニタ上の対象物を説明す
る説明図である。

【図６】 第１実施例に係る対象物の特徴点の位置関係
を説明する説明図である。

【図７】 第１実施例に係る対象物の特徴点のＸ，Ｚ平
面での位置関係を説明する説明図である。

【図８】 第１実施例に係る図７の一部を取り出した説
明図である。

【図９】 第１実施例に係る対象物の計測点のＸ，Ｚ平
面での位置関係を説明する説明図である。

【図１０】第１実施例に係る対象物の計測点の位置関係
を説明する説明図

【図１１】第１実施例に係る内視鏡の変形例の要部の構
成を示す構成図である。

【図１２】第２実施例に係る内視鏡装置の構成を示す構
成図である。

【図１３】第３実施例に係る内視鏡先端に取り付けられ
る先端アダプターの外観を示す外観図である。

【図１４】第３実施例に係る先端アダプターの構造を示
す断面図である。

【図１５】第３実施例に係る先端アダプターの変形例の
構造を示す断面図である。

【図１６】第４実施例に係る内視鏡装置の構成を示す構
成図である。

【図１７】第５実施例に係る内視鏡装置の構成を示す構
成図である。

【符号の説明】

１…内視鏡装置 ２…電子内視鏡 ３…光源装置 ４…映像信号処理装置 ５…モニタ ６…ブレード ８…キズ ９…計測装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は対象物のあらかじめ相対
位置のわかっている２つ以上の特定点の位置を用いて、
対象物の長さ等を計測する内視鏡による対象物の計測方
法に関する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】また、特開昭６３−２４４０１１号公報に
は、対物撮像系を２個有するいわゆる２眼式内視鏡の例
が示されており、ステレオ視によって対象部分の３次元
形状を計測しようとするものである。内視鏡の構造が複
雑で高価になるとともに、内視鏡先端部の太径化をまね
き、中がせまい対象物に挿入できないという欠点をも
つ。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】さらに、特開昭６３−２４６７１６号公報
は、先端部は普通と変わらない構造の内視鏡で、その湾
曲機構に特徴がある。第１の位置から第２の位置へ湾曲
を行ない、両位置における画像中の対象部分の位置と、
別途検知手段により検知した前記湾曲の角度とを用いる
ことにより、対象部分の３次元形状を計測しようとする
ものである。内視鏡先端部が太径化する欠点は生じない
が、湾曲角度を検知する特殊な検知手段を設けなければ
ならず、また検知手段を設けた場合においても、この従
来例のようにガイドワイヤ等を介して先端部の湾曲角を
検知する方法では高い精度を得ることは難しい。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】上記挿入部１１内にはライトガイド１３が
挿通され、このライトガイド１３の末端を光源装置３に
接続することにより、ランプ１４の照明光を伝送し、先
端部１５側の端面から照明レンズ１６を介して被写体に
向けて出射する。尚、先端部１５は、図示しない湾曲機
構により上下左右に湾曲駆動できるようになっている。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】照明された被写体は、先端部１５に配設し
た対物レンズ１８によって、その焦点面に配設したＣＣ
Ｄ１９に結像する。このＣＣＤ１９の撮像面にはモザイ
クカラーフィルタが取付けてあり、各画素毎に色分離す
る。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】この測定装置９は、対象物におけるキズ８
の大きさ（長さ）等を測定するための測定プログラムを
実行するＣＰＵ２４と、測定装置９の実行用プログラム
等を記録する等に用いられる磁気ディスク装置２６と、
データの入力用等に用いられるキーボード２７と、ＣＰ
Ｕ２４の制御のもとでカーソルや数字を発生する図形発
生装置２８とから構成される。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】上記合成装置２２は、画像メモリ２１から
出力される映像信号（被写体画像又は画像信号とも記
す。）と、ＣＰＵ２４の制御のもとで図形発生装置２８
から出力されるカーソルや数字を重畳してモニタ５に出
力したりすることもできる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】対象物６上に特徴点、この場合はコーナー
Ａ，Ｂがあり、Ａ，Ｂ間の距離ｌが既知である。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】そこで、図３に示すように、電子内視鏡２
の先端部１５をＸＺ平面内で湾曲させる。湾曲の機構に
ついては多数の先行例中に記述されている通りである
が、内視鏡中のある１点Ｒを中心に湾曲が行なわれると
考えてよい。点Ｒの位置は内視鏡の機種によって異なる
が、点Ｒと対物レンズの中心との距離Ｌは、機種ごとに
既知である。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】図５は、モニタ５に対象物の画像が表示さ
れている様子を示している。図５中に示すカーソルは、
図４における図形発生装置２８で発生された十字形のマ
ークで、合成装置２２によって画像メモリー２１から読
み出される対象物の画像と重ね合わせられて、モニタ５
に図５のように表示される。図５にはまた、画面内座標
系であるＸＹ座標系も図示してある。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】なお、内視鏡先端部の移動の角度θが小さ
ければ、原点０に一致していた対物レンズ中心はＸ軸上
で移動すると見なしてよい。したがって、入射角ａ1 ，
ｂ1，ａ2 ，ｂ2 の関係は図７に示すような関係にな
る。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】 Ｓ＝ＺA ・ｔａｎａ1 −ＺA ・ｔａｎ（ａ2 ＋θ） ＝ＺB ・ｔａｎｂ1 −ＺB ・ｔａｎ（ｂ2 ＋θ） ……（１） ここでＺA ・ＺB は点Ａx ，Ｂx のＺ座標であるが、こ
れは図３から点Ａ，ＢのＺ座標でもある。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】上式は、 ＺB ＝ｋA ・ＺA ……（２） と表わせる。ここで ｋA ＝｛tan （ａ1 ）−tan （ａ2 ＋θ）｝／｛tan （ｂ1 ）−tan （ｂ2 ＋ θ）｝ ……（３） 図７から抜粋した図８において、線分Ａx Ｂx の長さは
既知の値ｌである。図８のように角度βをとると、

【数１】 ここに（２） 式ＺB ＝ｋA ・ＺA を用いると、

【数２】 一方、やはり図８から ｌ・cos β＝ＺB ・tan ｂ1 −ＺA ・tan ａ1 ＝（ｋA ・tan ｂ1 −tan ａ1 ）・ＺA ……（５） （４）と（５）から

【数３】 この方程式をＺA について解くと、

【数４】 これらの関係を用いて、θ，Ｓが未知のままＺA ，ＺB
を求めることができるが、その手順を以下に説明する。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】図３において、キズ８の一端である点Ｃに
ついて、点Ａ，Ｂと同様にＸＺ平面への投影点Ｃx を定
めることができる。そして図７と同様に、第１、第２の
画像から求められる、ＸＺ平面上での入射角を図９のよ
うにＣ1 ，Ｃ2 とすれば、 Ｓ＝ＺC ・tan （ｃ1 ）−ＺC ・tan （ｃ2 ＋θ） ∴ＺC ＝Ｓ／｛tan （ｃ1 ）−tan （ｃ2 ＋θ）｝ すでに前述のように内視鏡先端部の移動に関する量であ
るＳとθが求められているから、点ＣのＺ座標Ｚc は上
式によって簡単に求められる。同様にしてキズの他端の
点Ｄについても、Ｚ座標Ｚd が求められる。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】これらの角度と、すでに求めたＺC ，ＺD
を用いることにより、点Ｃ，ＤのＸ，Ｙ座標ＸC ，ＸD
，ＹC ，ＹD を次のようにして求めることができる。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】 ＸC ＝ＺC ・tan ｃ1 ＸD ＝ＺD ・tan ｄ1 ＹC ＝ＺC ・tan ｃy ＹD ＝ＺD ・tan ｄy 図１０は点Ｃについて、座標と角度の関係を図示したも
のである。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５２】従って、簡単な構造で、かつ細径な電子内
視鏡２を用いて、対象物のキズ等を使用現場で簡単に計
測することができる。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５８】第１実施例では内視鏡として図４に示すよ
うな電子内視鏡２を用いたが、図１２に示すように、第
２実施例の内視鏡装置５２は、ファイバースコープ６０
にテレビカメラ５４を接続したものである。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７９】第１実施例では図４に示す内視鏡装置１の
構成のように、計測装置９、光源装置３、映像信号処理
装置４の３つの装置が、電子内視鏡２以外に必要であ
り、このままでは検査の現場への持ち運びに不便な場合
がある。またこれら各々が電源の供給を必要とし、給電
線の接続もわずらわしい。

【手続補正２０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正２１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

【手続補正２２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内視鏡で検査対象物の第１の画像を撮像
   する第１のプロセスと、 前記内視鏡の少くとも先端部を不特定量だけ変位させて
   前記検査対象物の第２の画像を撮像する第２のプロセス
   と、 前記第１の画像および前記第２の画像中における、前記
   検査対象物上のあらかじめ相対位置のわかっている２つ
   以上の特定点の位置を用いて、前記内視鏡の少くとも先
   端部の変位量を検出する第３のプロセスと、 前記変位量より、少くとも前記第１の画像または前記第
   ２の画像の一方に含まれる複数の検査対象点の相対的位
   置を算出する第４のプロセスとにより前記第４のプロセ
   スで算出された複数の検査対象点の相対位置を用いて、
   前記複数の検査対象点によって規定される被測定量を計
   測する内視鏡による対象物の計測方法。