具有测距功能的内视镜及测距方法技术

一种内视镜的测距技术，主要以一内视镜的管体前端的观察单元内所设置的单波长光源发射一预定波长的光，经由一绕射光栅向一待测物体投射，而藉由绕射现象于该待测物体表面投射出一个零阶亮点、一正一阶亮点以及一负一阶亮点；再以该内视镜的取像单元对该待测物体取得一影像；接着以该内视镜的主机所具有的一计算单元依一第一运算逻辑计算出一距离放大率；再依一第二运算逻辑计算，而得到投射于该待测物体上的两相邻亮点之间的实际距离；最后再依一第三运算逻辑来计算，而得到该绕射光栅与该零阶亮点之间的距离。

An endoscope and distance measuring method with the function of distance measurement

An endoscopic ranging technology, long light emission a predetermined wavelength single wave observation unit mainly in front of the tube body of an endoscope in the set light, through a diffraction grating to an object to be measured by projection on the diffraction object projected onto the surface of a zero order, a bright spot in order to highlight and a negative first order window; then the endoscopic image taking unit of the object to be measured to obtain an image; then a computing unit to the host with the endoscope according to a first logic to calculate the distance magnification; a second count according to a logic calculation, and get the projection on the the actual distance between the object of the two adjacent spots; finally according to a third logic calculation, and between the diffraction grating and the zero order spot distance.

【技术实现步骤摘要】
具有测距功能的内视镜及测距方法
本专利技术与内视镜的距离量测技术有关，特别是指使用光干涉技术的一种具有测距功能的内视镜及测距方法。
技术介绍
现有的使用于内视镜的测距方法，例如WO2015/098353A1号专利，其公开了一种利用可移动的连接关节(movablejoint)以及可视轴(visualaxis)来进行测距的技术。此种技术虽可进行距离量测，但在结构上需要使用实体的连接关节，且又是可动的，因此在控制及量测上都较为复杂。美国US2010/0324366A1号专利，公开了另一种内视镜的测距技术，其主要利用一量测用光源(measurementlight)在一被测物体的表面投射出一个预定形状，再对该形状取像后，计算该形状的大小，最后再计算出内视镜与该被测物体之间的距离以及角度。本专利技术将提出一种在内视镜上以光干涉/绕射的方式来量测距离的技术，而与先前技术有所不同。
技术实现思路
本专利技术的主要目的乃在于提供一种具有测距功能的内视镜，其提供以光干涉/绕射的方式来量测距离的技术，而与先前技术有所不同。为了达成上述目的，本专利技术提出一种具有测距功能的内视镜，包含有：一主机，藉由一管体连接于一观察单元，该观察单元主要具有一座管以及设于该座管内的一单波长光源、一绕射光栅(diffractiongrating)、一取像单元以及一遮光隔板；该座管，前端具有一开口；该单波长光源，设于该座管内，用以经由该开口向前发出一预定波长的光；该绕射光栅，具有多个缝隙，该绕射光栅设于该座管内且位于该单波长光源与该开口之间，使通过该等缝隙的单波长光产生绕射现象，并经由该开口投射在一待测物体上而显示出一个零阶亮点，以及分别位于该零阶亮点两侧的一正一阶亮点以及一负一阶亮点，其中由该单波长光源发射至该零阶亮点与其两侧相邻亮点之间的向量夹角依该预定波长以及该绕射光栅的缝隙宽度计算而得；该取像单元，设于该座管内，具有一影像传感器与一透镜组，其中该透镜组具有一镜头放大率，该取像单元经由该开口向前方取像而取得一影像，且该取像单元的取像范围涵盖该零阶亮点及该正一阶亮点以及该负一阶亮点；该遮光隔板，设于该座管内，将该取像单元隔开于该单波长光源与该绕射光栅的组合，使该单波长光源所发出的单波长光不会在该座管内部反射或折射至该取像单元；该主机具有一计算单元，该计算单元内建有一标准亮点像素数量，且该计算单元具有三种运算逻辑，其第一运算逻辑为藉由该镜头放大率与该影像上的任一亮点的像素数量与该标准亮点像素数量进行计算，而取得一距离放大率；其第二运算逻辑为藉由该距离放大率来计算该影像上的两相邻亮点之间的距离，进而取得投射于该待测物体上的两相邻亮点之间的实际距离；其第三运算逻辑为藉由该两相邻亮点之间的实际距离配合该向量夹角来计算出该绕射光栅与该零阶亮点之间的距离。藉此，本专利技术以光干涉/绕射的技术为基础，藉由判断绕射亮点来量测出待测物体的距离，而与先前技术有所不同。本专利技术的再一目的则在于提供一种内视镜的测距方法，其提供以光干涉/绕射的方式来量测距离的技术，而与先前技术有所不同。为了达成上述目的，本专利技术提出一种内视镜的测距方法，包含有下列步骤：A)以一内视镜的管体前端的观察单元内所设置的单波长光源发射一预定波长的光，经由一绕射光栅向一待测物体投射，而于该待测物体表面投射出一个零阶亮点以及分别位于该零阶亮点两侧的一正一阶亮点以及一负一阶亮点，其中由该单波长光源发射至该零阶亮点与其两侧相邻亮点之间的向量夹角依该预定波长以及该绕射光栅的缝隙宽度计算而得；B)以该内视镜的取像单元对该待测物体取像，而取得包含该零阶亮点、该正一阶亮点以及该负一阶亮点的一影像；以及C)以该内视镜的主机所具有的一计算单元来计算该影像中的该零阶亮点、该正一阶亮点以及该负一阶亮点的像素数量，参考该计算单元所预设的一标准亮点像素数量，依一第一运算逻辑以及该取像单元本身所具有的镜头放大率来计算出一距离放大率；再依一第二运算逻辑来对该距离放大率及该影像上的两相邻亮点之间的距离进行计算，进而得到投射于该待测物体上的两相邻亮点之间的实际距离；最后再依一第三运算逻辑来对该两相邻亮点之间的实际距离及该向量夹角进行计算，进而得到该绕射光栅与该零阶亮点之间的距离。藉此，本专利技术之前述测距方法以光干涉/绕射的技术为基础，藉由判断绕射亮点来量测出待测物体的距离，而与先前技术有所不同。附图说明图1为本专利技术第一较佳实施例的结构示意图。图2为本专利技术第一较佳实施例的部分元件的局部剖视示意图，显示观察单元的内部状态。图3为本专利技术第一较佳实施例的元件示意图，显示绕射光栅。图4为本专利技术第一较佳实施例的电路方块图。图5为本专利技术第一较佳实施例的动作示意图。图6为本专利技术第一较佳实施例的另一动作示意图。图7为本专利技术第二较佳实施例的部分元件的局部剖视示意图。图8为本专利技术第二较佳实施例的电路方块图。图9为本专利技术第二较佳实施例的动作示意图。其中附图标记为：10具有测距功能的内视镜11主机12计算单元121第一运算逻辑122第二运算逻辑123第三运算逻辑21管体31观察单元32座管33开口34单波长光源36绕射光栅361缝隙38取像单元381影像传感器382透镜组39遮光隔板99待测物体D绕射光栅与零阶亮点之间的距离I影像L0零阶亮点L1正一阶亮点L-1负一阶亮点s缝隙宽度θ向量夹角ΔX待测物体上的两相邻亮点之间的实际距离ΔX’影像上两相邻亮点之间的距离10’具有测距功能的内视镜12’计算单元121’第一运算逻辑122’第二运算逻辑123’第三运算逻辑124’第四运算逻辑34’单波长光源36’绕射光栅42’准直镜d1零阶亮点与正一阶亮点之间的距离d2零阶亮点与负一阶亮点之间的距离具体实施方式为了详细说明本专利技术的技术特点所在，兹举以下的较佳实施例并配合图式说明如后，其中：如图1至图6所示，本专利技术第一较佳实施例所提供的一种具有测距功能的内视镜10，主要由一主机11、一管体21以及一观察单元31所组成，其中：该主机11，藉由该管体21连接于该观察单元31，该观察单元31主要具有一座管32以及设于该座管32内的一单波长光源34、一绕射光栅36、一取像单元38以及一遮光隔板39。该座管32，前端具有一开口33。该单波长光源34，设于该座管32内，用以经由该开口33向前发出一预定波长λ的光。在实际实施时，该单波长光源34可以选用激光光源、红外线光源或紫外线光源，亦可选用特定波长的可见光光源；此外，该单波长光源34在元件的选择上可以选自一发光二极管(LED)，此时该发光二极管可以直接设置在该座管31内；该单波长光源34也可以选自一光纤与一发光光源的组合，而使该发光光源设置于该主机11，并使该光纤设置于该主机11并穿过该管体21而使末端位于该座管31内。由于设置光纤来导引光源所发出的光已是甚为现有的技术，因此其详细设置方式容不再予赘述，亦请容不以图式表示之。该绕射光栅36，具有多个缝隙361，该绕射光栅36设于该座管32内且位于该单波长光源34与该开口33之间，使通过该等缝隙361的单波长光产生绕射现象，并经由该开口33投射在一待测物体99上而显示出一个零阶亮点L0，以及分别位于该零阶亮点L0两侧的一正一阶亮点L1以及一负一阶亮点L-1，其中由该单波长光源34发射至该零阶亮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有测距功能的内视镜，其特征在于，包含有：一主机，由一管体连接于一观察单元，该观察单元主要具有一座管以及设于该座管内的一单波长光源、一绕射光栅、一取像单元以及一遮光隔板；该座管，前端具有一开口；该单波长光源，设于该座管内，用以经由该开口向前发出一预定波长的光；该绕射光栅，具有多个缝隙，该绕射光栅设于该座管内且位于该单波长光源与该开口之间，使通过该等缝隙的单波长光产生绕射现象，并经由该开口投射在一待测物体上而显示出一个零阶亮点，以及分别位于该零阶亮点两侧的一正一阶亮点以及一负一阶亮点，其中由该单波长光源发射至该零阶亮点与其两侧相邻亮点之间的向量夹角为依该预定波长以及该绕射光栅的缝隙宽度计算而得；该取像单元，设于该座管内，具有一影像传感器与一透镜组，其中该透镜组具有一镜头放大率，该取像单元为经由该开口向前方取像而取得一影像，且该取像单元的取像范围涵盖该零阶亮点及该正一阶亮点以及该负一阶亮点；该遮光隔板，设于该座管内，将该取像单元隔开于该单波长光源与该绕射光栅的组合，使该单波长光源所发出的单波长光不会在该座管内部反射或折射至该取像单元；该主机具有一计算单元，该计算单元内建有一标准亮点像素数量，且该计算单元具有三种运算逻辑，其第一运算逻辑为藉由该镜头放大率与该影像上的任一亮点的像素数量与该标准亮点像素数量进行计算，而取得一距离放大率；其第二运算逻辑为藉由该距离放大率来计算该影像上的两相邻亮点之间的距离，进而取得投射于该待测物体上的两相邻亮点之间的实际距离；其第三运算逻辑为藉由该两相邻亮点之间的实际距离配合该向量夹角来计算出该绕射光栅与该零阶亮点之间的距离。...

【技术特征摘要】
2016.06.29 TW 1051205131.一种具有测距功能的内视镜，其特征在于，包含有：一主机，由一管体连接于一观察单元，该观察单元主要具有一座管以及设于该座管内的一单波长光源、一绕射光栅、一取像单元以及一遮光隔板；该座管，前端具有一开口；该单波长光源，设于该座管内，用以经由该开口向前发出一预定波长的光；该绕射光栅，具有多个缝隙，该绕射光栅设于该座管内且位于该单波长光源与该开口之间，使通过该等缝隙的单波长光产生绕射现象，并经由该开口投射在一待测物体上而显示出一个零阶亮点，以及分别位于该零阶亮点两侧的一正一阶亮点以及一负一阶亮点，其中由该单波长光源发射至该零阶亮点与其两侧相邻亮点之间的向量夹角为依该预定波长以及该绕射光栅的缝隙宽度计算而得；该取像单元，设于该座管内，具有一影像传感器与一透镜组，其中该透镜组具有一镜头放大率，该取像单元为经由该开口向前方取像而取得一影像，且该取像单元的取像范围涵盖该零阶亮点及该正一阶亮点以及该负一阶亮点；该遮光隔板，设于该座管内，将该取像单元隔开于该单波长光源与该绕射光栅的组合，使该单波长光源所发出的单波长光不会在该座管内部反射或折射至该取像单元；该主机具有一计算单元，该计算单元内建有一标准亮点像素数量，且该计算单元具有三种运算逻辑，其第一运算逻辑为藉由该镜头放大率与该影像上的任一亮点的像素数量与该标准亮点像素数量进行计算，而取得一距离放大率；其第二运算逻辑为藉由该距离放大率来计算该影像上的两相邻亮点之间的距离，进而取得投射于该待测物体上的两相邻亮点之间的实际距离；其第三运算逻辑为藉由该两相邻亮点之间的实际距离配合该向量夹角来计算出该绕射光栅与该零阶亮点之间的距离。2.依据权利要求1所述的具有测距功能的内视镜，其特征在于，更包含有一准直镜，设于该单波长光源与该绕射光栅之间，该单波长光源所发出的单波长光穿透该准直镜再照射至该绕射光栅，并藉由该准直镜的作用而使单波长光准直而呈不扩散状态。3.依据权利要求1所述的具有测距功能的内视镜，其特征在于，该第一运算逻辑中，定义该镜头放大率为m，而该距离放大率为M，该影像上的任一亮点的像素数量为ΔP(x)，该标准亮点像素数量则为P，而藉由下述式(1)进行计算来取得该距离放大率M；藉此，在该镜头放大率及该标准亮点像素数量为固定值时，该影像上的任一亮点的像素数量的改变即会改变该距离放大率的数值。4.依据权利要求3所述的具有测距功能的内视镜，其特征在于，该第二运算逻辑中，定义该影像上的两相邻亮点之间的距离为ΔX’，并定义两相邻亮点之间的实际距离为ΔX，而藉由下述式(2)进行计算来取得两相邻亮点之间的实际距离ΔX；ΔX＝ΔX′×M式(2)藉此，经由取得该影像上的两相邻亮点之间的距离，配合该距离放大率，即可计算得到该两相邻亮点之间的实际距离。5.依据权利要求4所述的具有测距功能的内视镜，其特征在于，该第三运算逻辑中，定义该向量夹角为θ，以及定义该绕射光栅与该零阶亮点之间的距离为D，而藉由下述式(3)进行计算来取得该绕射光栅与该零阶亮点之间的距离；6.依据权利要求1所述的具有测距功能的内视镜，其特征在于，该计算单元更包含有一第四运算逻辑，藉由该零阶亮点与该正一阶亮点之间的距离相对于该零阶亮点与该负一阶亮点之间的距离差，计算出该待测物体表面相对于该单波长光投射该零阶亮点方向的垂直面的倾斜角度。7.依据权利要求6所述的具有测距功能的内视镜，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹志俊，
申请(专利权)人：医电鼎众股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71