JP2003501704A - 光学システム - Google Patents

光学システム

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Abstract

(57)【要約】 ターゲット１５を照明および観測するための光学システムであって、照明エレメント１６と受信エレメント１３が単一の光ウィンドウ１４の後ろに配置され、本質的に後方散乱光と迷光のないデータを獲得する光学システム。光ウィンドウ１４は、少なくとも１つの焦点曲線、すなわち楕円面の形状をしたドームを有する形状を有する形状を画定するように構成されている。照明エレメント１６と受信エレメント１３は、幾何学的に、焦点曲線面上または焦点曲線面の近傍に配置されており、したがって、照明しているとき、光ウィンドウ１４から内部に反射された照明エレメントからの光線は、受信エレメント１３には入射しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、ターゲットを照明および観測するための光学システムに関する。
【０００２】 （発明の背景） ターゲットを照明および観測するための光学システムは、ターゲット、ターゲ
ットの照明源、およびターゲットから送達された光を受信するための手段を備え
、ターゲットに収束する照明軸と光軸によって画定することができる。
【０００３】 そのような光学システムは、ターゲットから送達された光を受信するための手
段を具現化する、ターゲットを観測する照明源のオペレータと同程度に簡単にす
ることが可能である。そのような光学システムの例は、乗り物の内部にあり、道
路またはトンネルの壁など、照明されたターゲットを監視している、乗り物のオ
ペレータである。
【０００４】 より複雑な光学システムは、観測されたターゲットから送達された光を受信す
るための手段として、自動式プロセッサを含む。そのような光学システムの例は
、内視鏡装置など、診断用の装置に見ることができる。当技術分野で記述されて
いる内視鏡は、画像ピックアップエレメント、および検査しているターゲットを
照明するための照明エレメントを備える。
【０００５】 これらの光学システムのために、単一の区画の内部、すなわち単一の光ウィン
ドウの後ろに含まれている照明エレメントと受信手段を有することが有利である
。
【０００６】 オペレータを搬送している乗り物では、照明エレメントは、通常、乗り物の外
部に位置しており、それにより、オペレータは、修理などのために乗り物をその
場に放置することが要求される。潜水艦や列車など暗いトンネルを走行している
乗り物では、これは、危険なタスクとなる可能性がある。
【０００７】 特に身体のオリフィス内に挿入されることを意図している診断用の装置では、
単一の光ウィンドウを有することは、衛生面と実用面の見地から望ましいことで
ある。
【０００８】 単一の光ウィンドウの後ろに含まれている照明手段と送達された光を受信する
ための手段を有することで頻繁に直面する問題は、受信手段によって受信される
、光ウィンドウ自体から送達された光によって生成された「雑音」（後方散乱光
および迷光）である。
【０００９】 雑音を低減するために現在使用されている技術は、光誘導手段を使用すること
、または、照明エレメントを受信手段から分離することを含む。
【００１０】 例えば、ＵＳ５，８４０，０１４（Ｍｉｙａｎｏ他）は、照明光量の損失を減
らすために、着脱式保護カバーと、前端と着脱式カバーの間の空間から空気を除
去するための透明な材料とを有する、照明ウィンドウと観測ウィンドウを有する
内視鏡について記述している。
【００１１】 （発明の概要) 本発明は、照明エレメントと受信手段が単一の光ウィンドウの後ろに配置され
、本質的に後方散乱光と迷光のないデータを獲得する、ターゲットを照明および
観測するための光学システムを提供する。
【００１２】 本発明による光学システムは、両方とも複数の反射表面を有する単一の光ウィ
ンドウの後ろに配置された少なくとも１つの照明エレメントと少なくとも１つの
受信手段を備える。
【００１３】 光ウィンドウは、少なくとも１つの焦点曲線を有する形状を画定するように構
成されている。
【００１４】 少なくとも１つの照明エレメントと少なくとも１つの受信手段は、幾何学的に
焦点曲線面上または焦点曲線面の近傍に配置されており、したがって、照明して
いるとき、光ウィンドウ表面から内部に反射された照明エレメントからの光線は
、受信手段には入射しない。
【００１５】 「受信エレメント」という用語は、ターゲットから送達された照明光線または
これらの光線から得られたデータを受信、処理、またはさらに送信するのに適切
な任意の手段に関することを理解されたい。
【００１６】 本発明の実施形態では、光ウィンドウは、楕円面の形状をしたドームである。
複数の照明エレメントは、楕円面の焦点曲線上に配置されており、受信エレメン
トは、照明エレメントから等距離の位置において、楕円面の対称軸上に配置され
ている。
【００１７】 このように配置されているシステムの構成要素では、照明しているとき、光ウ
ィンドウ表面から内部に反射されたすべての光は、焦点曲線上の点において受信
され、受信手段上には入射しないことになる。
【００１８】 本発明は、さらに、本発明による光学システムを備える診断用器具を提供する
。
【００１９】 本発明は、図に関連して行う以下の詳細な説明から、より完全に理解および認
識されるであろう。
【００２０】 （本発明の詳細な説明) 本発明は、照明エレメントと光を受信するための手段の両方を、光ウィンドウ
から内部に反射された光が受信手段には入射しないように、単一の光ウィンドウ
の後ろに幾何学的に配置することに基づく光学システムに関する。
【００２１】 光ウィンドウは、任意の適切なガラスまたはプラスチックで作成されており、
極小のレベル表面からアセンブルされているとみなすことができる。各レベル表
面は、入射角に対して等しい反射角で各レベルに入射する照明光を内部に反射す
る。レベル表面は、互いに、反射された入射光が、常に単一の知られている点に
収束するような角度にある。
【００２２】 このアセンブリより、焦点を有する形状（例えば楕円）を得ることができ、こ
のようにアセンブルされた光ウィンドウは、１つの焦点から送達された光線が内
部に反射され、第２焦点に伝搬するという光特性を有する。３次元の形状では（
楕円面など）、焦点曲線上の点から送達された光線は、内部に反射され、焦点曲
線上の他の点に伝搬する。
【００２３】 例えば、アーク灯のシステムの分野では、この特性を使用して、効率的にエネ
ルギーを収集する。例えば、Ｐｈｏｔｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ ｏｆ Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ、ＵＳＡによって提供されてい
るモデルＡ−１０１０およびＡ−１０１０Ｂのランプハウジングでは、アークソ
ースは、楕円面反射器の焦点に位置し、放射は、他の焦点に反射される。エネル
ギーは、効率的に収集されるが、その理由は、吸収またはレンズ表面の後方反射
による損失がないように、屈折（レンズを通る）ではなく反射によって光が焦点
に来るためである。
【００２４】 本発明の光学システムでは、照明エレメントは、焦点上に配置されており、受
信手段の位置は、焦点とは一致せず、したがって、内部に反射された光は焦点に
伝搬し、受信手段によって受信されないことになる。
【００２５】 ここで、本発明による光学システムの概略的な２次元表示である、図１Ａを参
照する。
【００２６】 図１Ａは、全体を１０と参照する光学システムの２次元表示である。光学シス
テム１０は、ターゲット１５を観測するために、両方とも光ウィンドウ１４の後
ろに配置された照明エレメント１１と受信手段１３を備える。光ウィンドウ１４
は、それと破線Ａによって画定される形状が、対称軸Ｂと２つの焦点１９および
１２を有するように構成されている表面を有する。照明エレメント１１は、焦点
１９上に配置されており、受信手段１３は、焦点１９と１２のどちらとも一致し
ない対称軸Ｂの上に配置されている。
【００２７】 照明エレメント１１から送達された光線のコースは、本発明の光学システムに
おける照明光の振舞いの例として、以下のようになる。光１６は、ターゲット１
５を照明するために、照明エレメント１１（このエレメントの位置は、焦点１９
と一致する）から送達される。光のある割合（光線１７によって表す）は、光ウ
ィンドウ１４の表面１４’と１４”から内部に反射され、第２焦点１２に伝搬す
る。光１６のある割合（光線１８によって表す）は、ターゲット１５に入射し、
ターゲット１５から反射され、受信手段１３によって受信される。
【００２８】 したがって、内部に反射された光線（光線１７など）は、受信手段１３の領域
外の領域に伝搬する。
【００２９】 また、受信手段１３は、照明エレメント１１からの直接照明に暴露されない。
照明エレメント１１は、線Ｂに対する正接である環状帯において光１６を照明す
ることが可能である。この場合、受信手段１３が線Ｂの上に配置されている場合
、照明エレメント１１から直接照明光を受信することはない。代替として、受信
手段１３は、照明エレメント１１から直接照明光線を受信することを回避するた
めに、ニッチ１３に隠すことができる。
【００３０】 したがって、システムの構成要素の幾何学的な配置では、光線１７などの後方
散乱および直接光がなく、光線１８などの入射光のみが受信手段１３によって受
信されることになる。
【００３１】 実際には、光ウィンドウ１４の形状は３次元である。図１Ａの光学システム１
０の３次元表示を図１Ｂに示す。
【００３２】 図１Ｂに示した光学システム１０では、図１Ａから線Ｂに沿って形成された平
面Ｂが示されている。軸Ｃは、平面Ｂに垂直である。光ウィンドウ１４によって
画定された平面Ｂ上の形状は、焦点曲線Ｄを含む。
【００３３】 １１および１１’など複数の照明エレメントは、一様な空間照明を可能にする
ように、焦点曲線Ｄの上に配置することが可能であるが、システムの特有な用件
により、任意の数の照明エレメントを使用することができることを理解されたい
。
【００３４】 受信手段１３は、ターゲット１５から送達された入射光を受信するように、照
明エレメント１１と１１’の両方から本質的に等距離にある軸Ｃの上またはその
付近、および平面Ｂの上またはその付近にある点に配置されている。光ウィンド
ウの表面から内部に反射された照明エレメント１１と１１’から放射されたすべ
ての光は、焦点曲線Ｄの上の点において受信され、受信エレメント１３には入射
しない。
【００３５】 したがって、受信手段１３によって獲得されたデータには、本質的に後方散乱
光と迷光はない。
【００３６】 本発明の光学システムに対する２つの可能な応用を、図２Ａと図２Ｂに示した
２つの異なる実施形態として提供する。
【００３７】 図２Ａは、ａ）カメラシステム、ｂ）関心のある領域をカメラシステム上に撮
像するための光学システム、およびｃ）カメラシステムのビデオ出力を送信する
送信器を含む嚥下可能カプセルを示す。そのような嚥下可能カプセルは、ＵＳ５
，６０４，５３１に開示されており、本出願と共通の譲受人に譲渡され、参照に
よって本明細書に組み込まれている。嚥下可能カプセルは、消化管全体を通過す
ることができ、したがって、自律ビデオ内視鏡として動作することができる。
【００３８】 全体を２０と参照するカプセルの形状は楕円面である。カプセル２０は、消化
管上のターゲット点２９の観測をするために、ハウジングユニット２１と観測ユ
ニット２３を有する。観測ユニット２３は、本発明による光学システムを備える
。
【００３９】 光学システムは、好ましくは同種移植片で作成された保護光ウィンドウ２４、
２つの照明エレメント２５と２７、および撮像装置２８を備える。照明エレメン
ト２５と２７は、カプセル２０の本体によって画定された楕円面の対称軸に垂直
な焦点面上に配置されている。カメラなどの撮像装置２８は、カプセル２０の対
称軸上に配置されている。
【００４０】 照明エレメント２５と２７から送達された光線は、消化管壁上のターゲット点
２９に到達して、撮像装置２８に反射され、一方、保護光ウィンドウ２４から内
部に反射された光線は、焦点曲線上の点に伝搬し、撮像装置２８には伝搬しない
。
【００４１】 単一ので完全なユニットである保護光ウィンドウ２４は、容易に使い捨てにで
き、消化管を通る異なる経路間でスムースに取り替えることができることを理解
されたい。これは、当技術分野で記述されている内視鏡によって達成可能なこと
ではなく、本発明の光学システムを備える診断装置を無菌状態で容易に使用する
ことに貢献する。
【００４２】 したがって、本発明は、本質的に後方散乱光および迷光などの雑音のないデー
タを獲得することができる単一のにアセンブルされた診断装置を提供する。
【００４３】 図２Ｂは、全体を３０で参照する、潜水艦などの乗り物を示す。潜水艦３０の
形状は、離心率がゼロに等しいかまたはそれより大きく、１より小さいというも
のである。
【００４４】 潜水艦３０は、ウィンドウ３４によって包含されている、推進ユニット３１と
観測セル３３を備え、オペレータまたは監視装置３８は、潜水艦３０の形状の対
称軸上に配置されている。深海において、関心のあるターゲット３９が観測され
ている。関心のあるターゲット３９は、ウィンドウ３４から内部に反射された光
線によってオペレータが見えなくならないように、および／または監視装置３８
によって受信されないように、潜水艦３０の本体によって画定された形状の焦点
面上に配置されている照明エレメント３５と３７によって照明されている。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 本発明による光学システムの２次元の概略図である。
【図１Ｂ】 本発明による光学システムの３次元の概略図である。
【図２Ａ】 診断装置として、本発明の光学システムを備える実施形態の概略図である。
【図２Ｂ】 受信手段を搬送する乗り物として、本発明の光学システムを備える実施形態の
概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 23/24 Ｇ０２Ｂ 23/24 Ｂ Ｃ 23/26 23/26 Ｂ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 メロン，ガブリエル イスラエル国、49556・ペタツチ・チクバ、 クフア・ガニム、バイツマン・ストリー ト・21 (72)発明者 アイダン，ガブリエル イスラエル国、34602・ハイフア、アイン シユタイン・ストリート・44・エイ Ｆターム(参考） 2H040 BA01 BA14 CA03 CA12 DA01 GA03 2H087 KA10 LA21 NA18 RA04 RA13 RA44 RA45 TA03 TA06 4C038 CC03 CC09 4C061 AA01 AA29 BB01 CC06 DD10 FF50 HH60 JJ19 NN01 NN03 QQ06 UU06

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 両方とも複数の反射手段を有する単一の光ウィンドウの後ろ
    に配置された少なくとも１つの照明エレメントと少なくとも１つの受信手段を備
    える光学システムであって、 前記光ウィンドウが、少なくとも１つの焦点曲線を有する形状を画定するよう
    に構成されており、 少なくとも１つの照明エレメントと少なくとも１つの受信手段が、焦点曲線面
    の近傍に配置されており、したがって、照明しているとき、光ウィンドウの表面
    から内部に反射された照明エレメントからの光線が、受信手段上には入射しない
    光学システム。
  2. 【請求項２】 少なくとも１つの照明エレメントが、焦点曲線上に配置され
    ている、請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 受信手段が焦点曲線面上に配置されているが、焦点曲線の付
    近にはない、請求項１に記載の光学システム。
  4. 【請求項４】 照明エレメントが、光ウィンドウの反対側の面上のターゲッ
    トを照明し、ターゲットから送達された照明光線が、受信手段によって受信され
    る、請求項１に記載の光学システム。
  5. 【請求項５】 光ウィンドウによって画定された形状が、楕円面である、請
    求項１に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の光学システムを備える診断装置。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載の光学システムを備える診断装置。
  8. 【請求項８】 装置が内視鏡である請求項６に記載の診断装置。
  9. 【請求項９】 装置が内視鏡である請求項７に記載の診断装置。
  10. 【請求項１０】 光学システムの光ウィンドウの外部のターゲットを観測す
    るための請求項１に記載の光学システムの使用法。
  11. 【請求項１１】 装置は、消化管を撮像するためのシステムと、撮像システ
    ムの出力を送信する送信器とを含む嚥下可能カプセルであり、消化管を撮像する
    ためのシステムが、受信手段を含む請求項６に記載の診断装置。
  12. 【請求項１２】 装置は、消化管を撮像するためのシステムと、撮像システ
    ムの出力を送信する送信器とを含む嚥下可能カプセルであり、消化管を撮像する
    ためのシステムが受信手段を含む請求項７に記載の診断装置。
JP2001502738A 1999-06-15 2000-06-15 光学システム Expired - Lifetime JP3795393B2 (ja)

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