3D-Raum erfolgen. Dies setzt ebenso voraus, dass die Einzel ^¬ aufnahmen an sich bereits möglichst viele Messpunkte mit fes ^¬ tem Bezug zueinander aufweisen. In den deutschen Patentanmeldungen 10 2009 043 523.9 und 10

2009 043 538.7 werden Endoskope für den menschlichen Ohrkanal bzw. für den industriellen Bereich vorgeschlagen, die auf der Grundlage der farbcodierten Triangulation (color coded trian- gulation CCT) arbeiten. Die CCT hat leider den Nachteil, dass dreidimensionale Messwerte nur an den Übergängen der Farb ^¬ streifen oder Farbringe gemessen werden können. In der Regel werden daher bei der Visualisierung des projizierten Farbmus- ters mindestens fünf Kamerapixel benötigt, um die Farbstrei ^¬ fen eindeutig für die Berechnung der 3D-Koordinaten rekonstruieren zu können. Die Messauflösung ist folglich etwa 5- mal schlechter als für die bekannte Phasentriangulation. Bei- der Phasentriangulation wird ein Streifenmuster projiziert, welches senkrecht zu den Streifen bezüglich der Intensität sinusförmig moduliert ist. Wird dieses Muster dann auf die zumessende Oberfläche projiziert und unter einem Triangulati ^¬ onswinkel betrachtet, so verzerrt sich das Muster in Abhän- gigkeit von der dreidimensionalen Topographie der Oberfläche. Die Verschiebung der Phasenlage der Sinusmodulation liefert zusammen mit dem Triangulationswinkel über eine vergleichs ^¬ weise einfache mathematische Beziehung entsprechende Höhen- und Abstandwerte. Um die Phasenlage wiederum messen zu kön- nen, muss die Phasenlage des sinusförmigen Modulationsmusters proj ektionsseitig definiert verschoben werden (mindestens drei Phasenlagen sind erforderlich) . Es ist also ein Satz von phasenstrukturierten, aber jeweils gegeneinander phasenverschobenen Bilder zu generieren, die jeweils aufzunehmen und zu analysieren sind. Da die Intensitätswerte der aufgenomme ^¬ nen Bilder für jedes Kamerapixel einem Sinusverlauf gehorchen sollten, kann so für jedes Pixel ein Höhenwert bestimmt wer ^¬ den. Auf diese Weise wird eine fünffach höhere Auflösung er ^¬ zielt als bei der CCT . Um dieses Prinzip jedoch für endosko- pische Anwendungen zu realisieren, müsste jedoch permanent ein Diawechsel vorgenommen werden, um den Satz von phasenverschobenen Bildern und damit die verschiedenen Phasenlagen für die Projektion realisieren zu können. Ein derartiger Wechsel ist angesichts der beengten Raumverhältnisse in einem Endo- skop-Kopf der eingangs genannten Endoskope nicht oder nur mit unverhältnismässig hohem Aufwand realisierbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop zur Messung von Oberflächentopographien bereitzustellen, das ge- genüber dem Stand der Technik einen kleineren Bauraum beansprucht und in der Lage ist, beispielsweise bei der Verwen- dung der aktiven Triangulation phasenlagenverschobene Bildse ^¬ quenzen erfassen zu können.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Endoskop mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie in ei ^¬ nem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.

Das erfindungsgemässe Endoskop zur Messung der Topographie einer Oberfläche umfasst eine Projektionseinheit und eine Ab- bildungseinheit , wobei zumindest die Projektionseinheit in einem der zu vermessenden Oberfläche annäherbaren Messkopf angeordnet ist. Weiter umfasst das Endoskop eine ausserhalb des Messkopfes angeordnete Bilderzeugungseinheit, deren Bil ^¬ der durch die Projektionseinheit auf die zu vermessende Ober- fläche richtbar sind, wobei die Bilder der Bilderzeugungseinheit über einen Bildleiter phasenstrukturiert an die Projektionseinheit übertragbar sind.

Eine erste erfindungsgemässe Alternative zur vorstehenden Lö- sung besteht in einem Endoskop zur Messung der Topographie einer Oberfläche mit einer Projektionseinheit und einer Ab ^¬ bildungseinheit, wobei zumindest die Projektionseinheit in einem der zu vermessenden Oberfläche annäherbaren Messkopf angeordnet ist, wobei die Projektionseinheit eine Bilderzeu- gungseinheit umfasst, die als licht-emittierendes Display ausgestaltet ist, das in der Lage ist, phasenstrukturierte Bildsequenzen abzustrahlen.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäss durch ein Verfahren zur Messung der Topographie einer Oberfläche mittels eines Endoskops gelöst, bei dem Projektions ^¬ strahlen werden von einer Projektionseinheit ausgestrahlt werden, wobei eine der Projektionseinheit zugeordnete Bilder ^¬ zeugungseinheit phasenstrukturierte Bildsequenzen kopfnah mittels lichtemittierendem Display erzeugt oder kopffern mittels Bilderzeugungseinheit und nachgeordnetem Bildleiter er ^¬ zeugt und zur Projektionseinheit überträgt. Auf diese Weise gestatten es beide erfindungsgemässen Alternativen, Sequenzen von phasenstruktierten und gegeneinander phasenverschobenen Bildern mittels der Projektionseinheit auch unter räumlich sehr stark eingeschränkten Bedingungen auf die zu vermessende Oberfläche projizieren und abbilden zu können. Der bisher für ein derartiges Vorgehen erforderliche Diawechsel zur Erzeugung phasenverschobener Bilder ist damit eliminiert und durch die kopfferne Generierung, die nur leicht beherrschbaren räumlichen Restriktionen unterliegt, oder die kopfnahe Generierung mittels des lichtemittierenden Displays (Micro-Display) ersetzt worden. Im besonderen die letztgenannte Alternative gestattet es dabei einen batterie ^¬ versorgten kapseiförmigen 3D-Messkopf ohne irgendwelche Zu- führungen (ausser einer Endoskopführung) in zu vermessende Kavitäten, wie z.B. Luftröhre, Speiseröhre, Darm, Ohrkanal, einführen zu können. Die Batterie speist in diesem Fall so ^¬ wohl das Micro-Display als auch den Bildsensor, wobei die Da ^¬ ten des Bildsensors, die das Abbild des projizierten Bildes repräsentieren, entweder drahtlos an eine Auswerteeinheit, beispielsweise ein Visualisierungsrechner, übertragen werden können oder in dem kapseiförmigen Messkopf selbst zwischengespeichert werden können. In Fall der kopffernen Variante ist es zweckmässig, wenn die Bilderzeugungseinheit ein Projektionsmodul umfasst. So kann die Bilderzeugung beispielsweise im Hand- oder Steuermodul des Endoskops erfolgen. Geeignet hierfür sind beispielsweise Liquid-Crystal-on-Silicon (LCOS) , DLP- oder LCD-Displays.

Kann das Endoskop als starres Element ausgeführt werden, ist es zweckmässig, wenn der Bildleiter als Linsenanordnung ausgestaltet ist. Die Linsen werden dabei typischerweise in Re- lay-Anordnung innerhalb eines starren röhrenförmigen Trägers angeordnet. Entsprechend kann das Endoskop in einer flexiblen Ausführungsform durch eine zweckmässige Fortbildung der vorliegenden Erfindung einen Bildleiter aufweisen, der als geordnetes Faserbündel ausgestaltet ist. Diese auch hinsichtlich des Empfangs des Abbilds vorteilhafte Variante erlaubt es, auch Bilder mit vergleichsweise hohem Datenvolumen (bis 1 MByte) über den Bildleiter in die Projektionseinheit zu übertragen. Bei entsprechender Ausgestaltung kann sogar auch eine Rückführung des Abbildes der auf die zu vermessende Oberfläche projizierten Bilder über das geordnete Faserbündel vorgesehen sein .

Für die zweitgenannte Variante ist es in zweckmässiger Wei ^¬ terbildung der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, wenn das licht-emittierende Display ein OLED ist. OLED-Display zeich ^¬ nen sich durch extrem verkleinerbare Pixelabmessungen aus, wodurch auch ein Pixel-starkes Bild mit einem vergleichsweise sehr kleinen Display-Querschnitt realisiert werden kann.

Grundsätzlich sind aber hier jede Art von LED-Arrays oder an- dere selbstleuchtende Arrays vorstellbar, sofern sie in der Lage sind, den Anforderungen an die Pixel-Dichte zu genügen.

Für radialsymmetrische Messaufgaben ist es vorteilhaft, wenn eine Projektionsstruktur eine radialsymmetrische Struktur aufweist. Dabei kann die Projektionsstruktur ein ringförmiges Sinusgitter umfassen, wobei ein sinusförmiger Verlauf vom Zentrum radial nach aussen vorgesehen ist. Somit eignet sich dieser Aufbau des Endoskops besonders für Beobachtungen der Speise- und Luftröhre und des Darms.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Abbildungseinheit ein Abbildungsmedium in Form eines Sensorchips einer Digitalkamera aufweisen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Merkmale mit derselben Bezeichnung, jedoch in unterschiedlichen Aus- gestaltungsformen, werden dabei mit demselben Bezugszeichen versehen .

Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Messendoskops mit einer Projektionseinheit und einer Abbildungseinheit zur Vermessung einer Oberfläche parallel oder radial ^¬ symmetrisch (zylindrisch) zur Endoskopachse gemäss der DE 10 2009 043 523.9;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Endoskops gemäss der DE 10 2009 043 523.9, wobei Abbildungseinheit und Projektionseinheit entgegengesetzte Blickrichtungen aufweisen;

Figur 3 eine schematische Darstellung der Projektionseinheit mit Strahlengang gemäss der DE 10 2009 043 523.9;

Figur 4 eine schematische Darstellung einer ersten Projektionseinheit mit Strahlengang und phasenstrukturierter Bildprojektion mittels Bildleiter;

Figur 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Projekti ^¬ onseinheit mit Strahlengang und phasenstrukturierter Bildprojektion mittels lichtemittierendem Display; Figur 6 eine schematische Darstellung eines ersten Endoskops mit Projektionseinheit mit Strahlengang und phasen- strukturierter Bildprojektion mittels Bildleiter aus

Stablinsen;

Figur 7 eine schematische Darstellung eines zweiten Endoskops mit Projektionseinheit mit Strahlengang und phasen ^¬ strukturierter Bildprojektion mittels Stablinsen für Bildzuleitung und Bildrückführung; und

Figur 8 einen kapseiförmigen Endoskop-Kopf mit integrierter

Proj ektionseinheit .

In Figur 1 ist der Aufbau eines 3D-Messendoskops 2 mit einer Projektoreinheit 6 und einer Abbildungseinheit 8, die hinter ^¬ einander auf einer Endoskopachse 10 liegen, dargestellt. Das Endoskop 2 dient zur Vermessung einer Oberfläche 4. Dabei kann die Oberfläche 4, wie in Figur 1 dargestellt, ein Kanal sein, beispielsweise ein Hörkanal eines menschlichen Ohrs oder ein Bohrloch, weshalb die Oberfläche 4 schematisch in Figur 1 zylindrisch dargestellt ist. Die zu vermessende Ober- fläche 4 ist in der Realität selbstverständlich komplex ge ^¬ formt, die geraden Linien, die in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 4 versehen sind, dienen lediglich der schematischen zeichnerischen Veranschaulichung . Zur Vermessung der Topographie der Oberfläche 4 wird die Me ^¬ thode der Triangulation angewandt. Hierzu werden von der Projektionseinheit 6 Projektionsstrahlen 12, die unterschiedli ^¬ che Farbspektren umfassen, ausgesandt. Diese Projektions ^¬ strahlen 12 treffen auf die Oberfläche 4 und werden dort re- flektiert. Die Abbildungseinheit 8 wiederum verfügt aufgrund einer geeigneten Abbildungsoptik über ein Gesichtsfeld 34, das in der Figur 1 durch die gestrichelten Linien veranschaulicht ist. Es ist dabei anzumerken, dass sowohl die Projekti ^¬ onsstrahlen 12 als auch das Gesichtsfeld 34, die in der Figur 1 zweidimensional dargestellt sind, in der Realität dreidi ^¬ mensional und meist rotationssymmetrisch verlaufen.

Der Bereich, der sowohl von den Projektionsstrahlen 12 als auch von dem Gesichtsfeld 34 umfasst ist, also der Bereich, in dem sich die Projektionsstrahlen 12 und das Gesichtsfeld 34 schneiden, nennt man den Messbereich 54, der in den Figuren 1 und 2 schraffiert dargestellt ist.

Eine Vermessung durch eine Triangulationsmethode kann nur in dem Bereich erfolgen, in dem sich Projektionsstrahlen 12 und Gesichtsfeld 34 schneiden. Je größer der Messbereich 54 ausgestaltet ist, desto größer ist der Bereich, der mit einer Messung durchgeführt werden kann. Insbesondere in beengten Hohlräumen ist es häufig schwierig, durch bekannte Methoden das Feld der Projektionsstrahlen und das Gesichtsfeld so zu gestalten, dass ein hinreichend großer Messbereich 54 gebildet wird. Durch die beschriebene Reihen-Anordnung der Projektionseinheit 6 und der Abbildungseinheit 8 auf der Endoskopachse 10 ist der in den Figuren 1 und 2 beschriebene Strahlengang er- zielbar. Die Abbildungseinheit 8, deren Blickrichtung mit der Blickrichtung 11 des Endoskops (Figur 1 nach rechts) identisch ist, weist wiederum eine vorteilhafte Ausgestaltung ei ^¬ nes sehr großen Gesichtsfeldes 34 (Gesichtsfeld) auf. Das Ge ^¬ sichtsfeld 34 der Abbildungseinheit 8 kann mehr als 180° betragen. Es ist zweckmäßig, dass das Gesichtsfeld 34 grund ^¬ sätzlich einen größeren Winkel aufweist als der maximale Winkel, der durch die Projektionsstrahlen eingeschlossen wird.

Figur 2 zeigt ein Messendoskop 2, das denselben Serienaufbau (oder Reihenaufbau) von Projektionseinheit 6 und Abbildungs ^¬ einheit 8 auf einer Endoskopachse 10 aufweist, die Projekti ^¬ onseinheit 6 entspricht der Projektionseinheit 6 der Figur 1, ebenfalls der Strahlengang der Projektionsstrahlen 12. Der einzige Unterschied zur Figur 1 besteht darin, dass die Ab- bildungseinheit 8 praktisch um 180° gedreht ist und im Ge ^¬ sichtsfeld 34 so ausgestaltet ist, dass die Blickrichtung der Abbildungseinheit 8 entgegengesetzt zur Blickrichtung 11 des Endoskops 2 angeordnet ist. Die Messung der Triangulations ^¬ methode erfolgt analog zur Figur 1. Es entsteht wiederum im Schnittbereich zwischen den Projektionsstrahlen 12 und dem

Gesichtsfeld 34 ein Messbereich 54. Diese Anordnung nach Figur 2 kann beispielsweise dann Anwendung finden, wenn in Blickrichtung 11 des Endoskops 2 eine zusätzliche Visualisie ^¬ rung erforderlich ist. In diesem Fall kann am Ende des Endo- skops 2 ein zusätzliches Kameraobjektiv mit Bildsensor untergebracht werden.

Im Folgenden soll anhand von Figur 3 näher auf die Projekti ^¬ onseinheit 6 und auf eine Projektionsoptik 18 eingegangen werden. Die Projektionseinheit 6 umfasst eine Lichtquelle, die hier in vorteilhafter Weise in Form eines Lichtwellenlei ^¬ ters oder Lichtwellenleiterbündels 16 ausgestaltet ist. Der Lichtquelle vorgeschaltet ist eine Projektionsstruktur 20, die hier als Dia 22 ausgestaltet ist. Das Dia 22 in Figur 3 weist mehrere konzentrische Farbringe 24 auf. In der Figur 3 ist neben dem Querschnitt durch das Dia 22 noch eine Drauf- sieht auf das Dia 22 gegeben, die zur besseren Veranschauli ^¬ chung der Anordnung der konzentrischen Farbringe 24 dient. Die Projektionsstruktur 20 kann grundsätzlich auch in Form einer farbigen oder anderweitig gestalteten Linienstruktur ausgestaltet sein. Bei der hier dargestellten Ausgestaltung handelt es sich um das so genannte Color Coded Triangulation- Verfahren, wobei die Farbringe 24 (üblicherweise zwischen 15 und 25 Stück, bevorzugt etwa 20 Stück) ein farbcodiertes Ringmuster ausbildet. Die Projektionsstrahlen 12, die vom Lichtwellenleiter 16 kommen und die in diesem Beispiel durch eine hier nicht darge ^¬ stellte LED ausgestrahlt werden, verlaufen nahezu senkrecht durch das Dia 22, werden durch eine geeignete Projektionsop ^¬ tik 18 umgelenkt und treffen in einer Pupille 26 so aufeinan- der, dass sich jeweils Hauptstrahlen in der Pupille 26 nahezu punktförmig treffen. Hierbei spricht man von einer diaseitig telezentrisehen Proj ektoreinheit .

Im weiteren Verlauf trennen sich die einzelnen Projektions- strahlen 12 nach ihrer Farbe wieder auf und treffen als Farbmuster auf der zu vermessenden Oberfläche 4 auf. Die zu vermessende Oberfläche 4 ist in Figur 3 nun als kreisförmiges Feld dargestellt. Die Auffächerung der Projektionsstrahlen 12 ergibt einen so genannten Projektionsraum 36.

Durch die unregelmäßige Topographie der Oberfläche 4 (die hier nicht veranschaulicht ist) treffen die einstmals bei Durchstrahlungen des Dias 22 parallel verlaufenden Projektionsstrahlen 12 in unterschiedlichem Abstand vom Projektions- objektiv auf die Oberfläche 4. Aus einer anderen Blickrichtung erscheint das an der Oberfläche 4 reflektierte Projekti ^¬ onsbild verzerrt und wird durch ein hier nicht weiter darge- stelltes Abbildungsmedium 28 abgebildet, wobei durch eine ge ^¬ eignete Auswertungsmethode rechnerisch durch die Bewertung der Farbübergänge und der Verzerrung der Farblinien die Topographie der Oberfläche 4 bestimmt werden kann.

Da jedoch das Vermessungsverfahren nach CCT - wie eingangs schon geschildert - nicht eine so hohe Auflösung bietet wie die Phasentriangulation, zwingt sich dieses Verfahren grundsätzlich auf, würde es aber in dem Endoskop nach den Figuren 1 bis 3 bedingen, dass das Dia 20 mindestens zweimal gegen ein phasenverschobenes Dia ausgetauscht werden müsste oder durch eine mechanische Vorrichtung bezüglich der Phasenlage definiert verschoben werden müsste. Da dieser Vorgang insbesondere bei beengten Platzverhältnissen nicht mit vertretba- rem Aufwand vorgenommen werden kann, weist eine erste erfin- dungsgemässes Projektionseinheit 30 gemäss Figur 4 als Bild ^¬ leiter ein geordnetes Faserbündel 32 auf, in das eingangssei- tig eine Projektionsstruktur 34 eingekoppelt wird. Diese Pro ^¬ jektionsstruktur 34 weist eine sinusförmige Modulation der Intensität in radialer Richtung für die ringförmigen Streifen 36 auf. Die Projektionsstruktur 34 kann somit weit vom eigentlichen Kopf 31 eines Endoskops 33 entfernt mittels eines beliebigen Displays 38 erzeugt und dann in das Faserbündel 32 eingekoppelt werden. Auf diese Weise ist es möglich, kopffern Sequenzen von phasenstrukturierten, gegeneinander phasenverschobenen Bildern zu erzeugen und diese über die Projektionseinheit 30 auf die zu vermessende Oberfläche 4 zu projizie ^¬ ren . Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten

Projektionseinheit 40 mit Strahlengang und phasenstrukturierter Bildprojektion mittels eines lichtemittierenden OLED- Displays 42. Durch eine entsprechende Ansteuerung des OLED- Displays 42 lassen sich sowohl die Projektionsstruktur 34 als auch eine farbringkodierte Projektionsstruktur 34' direkt im Kopf des Endoskops erzeugen. Diese telezentrische Projekti ^¬ onseinheit 40 benötigt daher ausser den Zuleitungen zu dem OLED-Display 42 keinerlei weitere Komponenten im Kopf des En ^¬ doskops. Damit gestattet es diese Variante einen Endoskop- Kopf 60 kapseiförmig und auch hinsichtlich des Betriebs bei entsprechender in einer Kapsel 62 eingepflanzter Batterie 66 autark gestalten zu können, wie dies in Figur 8 gezeigt ist. Die aufgenommenen Daten können mittels einer Steuereinheit CPU auf der Kapsel 62 lokal in einem Speicher 68 gespeichert und später ausgewertet werden. Alternativ oder auch ergänzend es hier auch ermöglicht, diese Daten 69 direkt mittels eines Funkmoduls 70 drahtlos an eine hier nicht weiter dargestellte Auswerteeinheit zu übertragen. Die Kapsel 62 weist dabei im vorderen mit der Projektionseinheit gefüllten Teil eine transparente Hülle 64, z.B. nach Art einer Glasampulle, auf. Der so autark ausgestaltete Endoskop-Kopf 60 weist dann nur noch einen Führungs-Guide 72 auf, mit dem er im zu vermessenden Raum navigiert werden kann.

Figur 6 zeigt nun eine schematische Darstellung eines ersten Endoskops 44 mit einem Projektor 46 mit Strahlengang und pha- senstrukturierter Bildprojektion mittels eines aus Stablinsen 48 aufgebauten Bildleiters 50. Ein mittels eines LCD- Bildschirms 52 erzeugtes phasenstrukturiertes Bild (Phasen ^¬ struktur 34) wird so kopffern erzeugt und über den Bildleiter 50 zu einer Projektionsoptik 54 im Kopf des Endoskops 44 ge- leitet.

Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Endoskops 44' mit dem Projektor 46 mit Strahlengang und phasenstrukturierter Bildprojektion mittels Stablinsen 48 für die Bildzuleitung und einer Bildrückführung mittels Stablinsen

48' zu einer Kamera 56. Damit ergänzt dieses Endoskop 44' das Endoskop 44 gemäss Figur 6 um eine entsprechend gespiegelte Optik zur Rückführung des Abbild des auf die zu vermessende Oberfläche 4 projizierten Bildes.