KR101076757B1

KR101076757B1 - 동축조명 내시경 광학계

Info

Publication number: KR101076757B1
Application number: KR1020090125925A
Authority: KR
Inventors: 진 호 정
Original assignee: (주)프로옵틱스
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-10-26
Also published as: KR20110069263A

Abstract

본 발명은 내시경 광학계에 관한 것으로, 특히 조명광을 릴레이렌즈의 내측에서 광축과 동축으로 진행하도록 구성함으로써, 고해상의 영상을 획득함과 동시에 제조작업이 간단하고 비용 절감을 이룰 수 있도록 하는 동축조명 내시경 광학계에 관한 것이다. 구성은 대물렌즈와, 릴레이렌즈부를 포함하여 이루어지는 내시경 광학계에 있어서, 상기 릴레이렌즈부의 내측에는 릴레이렌즈부의 렌즈와 렌즈 사이에 형성되거나, 마지막 렌즈의 일측에 형성되어 조명광을 반사 및 투과하는 빔 스플리터를 형성하고, 조명광을 조명위치까지 전달하는 광학부품을 글라스로드로 형성하여 조명광이 광학계 내부에서 광축과 동축으로 진행하도록 하는 것을 특징으로 한다.

내시경, 광학계, 동축조명

Description

동축조명 내시경 광학계{Coaxial illumination endoscope optical system}

본 발명은 내시경 광학계에 관한 것으로, 특히 조명광을 릴레이렌즈의 내측에서 광축과 동축으로 진행하도록 구성함으로써, 고해상의 영상을 획득함과 동시에 제조작업이 간단하고 비용 절감을 이룰 수 있도록 하는 동축조명 내시경 광학계에 관한 것이다.

일반적으로 병원에서는 환자의 건강 검진 또는 수술 등을 위해 내시경을 많이 사용하고 있다. 이러한 내시경에는 물체의 촬영을 위한 광학계가 반드시 적용되고 있다.

종래의 내시경 광학계는, 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(110)으로부터 출사되는 광을 수용하여 조명하는 조명용 광파이버(120)와, 상기 광파이버(120)에 의해 외경부 전체가 둘러싸여진 촬영대상물체(300)에 대한 영상을 1차 결상하는 대물렌즈(130)와, 1차 결상된 상을 전송하는 릴레이렌즈부(140)와, 상기 릴레이렌즈부(140)를 통해 전송되어 2차 결상위치(150)에 결상된 영상을 관측하기 위한 접안렌즈(160)와, 상기 접안렌즈(160)를 통해 관찰자의 눈(170)으로 관측하도록 구성된다.

그러나, 이와 같은 종래의 내시경 광학계(100)는 렌즈의 크기가 큰 것을 적용하고 싶어도 조명용 광파이버(120)가 렌즈를 감싸도록 형성되기 때문에 내시경 전체의 굵기나 두께가 두꺼워지게 되므로 소형을 추구하는 내시경으로 적합하지 않게 되어 렌즈의 직경이 큰 것을 적용하기가 어려운 문제점이 있다.

또, 렌즈의 크기가 작을 경우, 광량을 많이 받아들일 수 없어 고해상의 영상을 획득할 수 없는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 광파이버로 조명할 경우, 광학계와 조명파이버를 이중으로 작업하여야 하므로 작업이 복잡하고 비용이 증가하는 문제점 등이 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 조명용 광파이버를 없애 렌즈부의 크기를 크게 하여 광량을 많이 받아 들일 수 있게 함과 동시에 조명광을 광학계의 광축과 동축으로 조명이 가능하도록 함으로써, 제조가 간단하고 비용 절감을 이루며, 고해상의 영상을 얻을 수 있는 동축조명 내시경 광학계를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 대물렌즈와, 릴레이렌즈부를 포함하여 이루어지는 내시경 광학계에 있어서, 상기 릴레이렌즈부의 내측에는 릴레이렌즈부의 렌즈와 렌즈 사이에 형성되거나, 마지막 렌즈의 일측에 형성되어 조명광을 반사 및 투과하는 빔 스플리터를 형성하고, 조명광을 조명위치까지 전달하는 광학부품을 글라스로드로 형성하여 조명광이 광학계 내부에서 광축과 동축으로 진행하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 릴레이렌즈부의 마지막 렌즈의 일측단부와 측부로는 결상위치와, 조명위치가 형성되고, 상기 조명위치는 조명영역을 촬영하고자 하는 촬영대상물체의 영역보다 크게 하기 위하여 상기 결상위치의 크기보다 크기를 크게 형성하고, 위치를 가깝거나 멀게 형성한 것을 특징으로 한다.

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상기 조명위치는 광원으로부터 출사되는 조명광이 결상되는 위치인 것을 특징으로 한다.

상기 조명위치로 조명광을 전달하는데 사용되는 광학부품은 광파이버 또는 글라스로드인 것을 특징으로 하는 동축조명 내시경 광학계.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 릴레이렌즈부 내에 조명광을 반사 및 투과하는 빔 스플리터를 형성하여 조명광이 광학계 내부에서 동축으로 진행하도록 함으로써, 렌즈부의 크기를 크게할 수 있어 F수를 적게하여 광량을 많이 받아들여 고해상의 영상을 획득할 수 있는 효과가 있다.

또, 조명광을 부여하기 위한 작업이 간단하고 비용이 절감되는 효과를 도모할 수 있다.

또한, 광파이버로 렌즈부 주변을 감싸지 않아도 되므로, 인체 내부로 삽입되는 내시경의 크기를 작고 간단하게 할 수 있는 효과 등이 있다.

이하, 본 발명에 따른 동축조명 내시경 광학계의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 동축조명 내시경 광학계의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3a는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 동축조명 내시경 광학계의 조명위치를 통상적인 거리에 위치시켜 촬영대상물체를 조명하는 상태를 나타낸 도면이며, 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 동축조명 내시경 광학계의 조명위치를 통상보다 가까운 거리에 위치시켜 촬영대상물체를 조명하는 상태를 나타낸 도면 및, 도 3c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 동축조명 내시경 광학계의 조명위치를 통상보다 먼 거리에 위치시켜 촬영대상물체를 조명하는 상태를 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 동축조명 내시경 광학계(200)는, 빔스플리터(230)와, 대물렌즈(240)와, 릴레이 렌즈부(250)로 대별되어 이루어진다.

상기 빔 스플리터(beam splitter)(230)는 상기 릴레이렌즈부(250)의 내측에 형성되고, 광원(210)으로부터 출사되어 조명이 적합한 조명위치(220)에 결상되어 진행하는 조명광의 광량을 50%는 반사하고 50%는 투과시켜 두 개 이상의 이미지로 분리하여 내시경 광학계와 동축으로 진행시키는 역할을 한다.

여기서, 상기 빔 스플리터(230)는 릴레이렌즈부(250)의 마지막에 위치하는 제2릴레이렌즈(252)의 마지막 렌즈 내부 일측에 형성된다.

이에 따라, 조명광을 내시경 광학계(200)의 광축과 동축으로 전송할 수 있게 된다.

상기 대물렌즈(240)는, 내시경 광학계(200)의 일측 전방에 배치되어 단부면이 촬영대상 물체(300)에서 나온 반사 영상(映像)을 감지하여 평행하게 결정 또는 보정이 용이하도록 볼록렌즈로 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 촬영대상 물체(300)에서 나온 영상(광선)은 상호 다른 각도로 진행하게 되나, 상기 대물렌즈(240)에 의해 다른 각도로 진행하는 영상을 평행하게 진행하도록 보정 또는 결상되도록 하는 역할을 하게 된다.

상기 릴레이렌즈부(250)는, 상기 대물렌즈(240)의 후방 일측에 소정의 간격을 두고 배치되어 평행하게 진행하는 촬영대상 물체(300)의 영상을 1배로 용이하게 평행으로 전달(전송)하도록 복수의 렌즈로 형성된다.

여기서, 상기 릴레이렌즈부(250)는 릴레이렌즈의 수를 증감시켜서 전체 광학계의 길이를 조정할 수 있다.

예컨대, 상기 릴레이렌즈부(250)는, 복수의 렌즈로 구성되는 제1릴레이렌즈(251)와 제2릴레이렌즈(252)로 이루어지거나, 제3릴레이렌즈(미도시), 제4릴레이렌즈(미도시)... 등으로 릴레이렌즈의 수를 더하거나 감하여 전체 광학계의 길이를 조정할 수 있는 것이다.

또, 상기 제2릴레이렌즈(252)의 일측부로는 상기 광원(210)으로부터 출사되는 조명광이 광학부품인 광파이버 또는 글라스로드에 의해 혼합, 집광되어 결상되는 조명위치(220)가 형성되고, 일측단부로는 촬영대상물체(300)의 영상이 결상되는 결상위치(260)가 형성된다.

즉, 상기 결상위치(260)는 촬영대상물체(300)의 영상이 결상되는 위치이고, 상기 조명위치(220)는 광원(210)으로부터 출사되는 조명광이 광파이버 또는 글라스로드에 의해 혼합, 집광되어 조명이 결상되는 위치이다.

그리고, 본 발명에 따른 동축조명 내시경 광학계(200)는, 조명영역을 촬영하고자 하는 촬영대상물체(300)의 영역 보다 크게 하기 위하여, 상기 제2릴레이렌즈(252)의 일측부로 형성된 조명위치(220)의 크기(거리)를 상기 제2릴레이렌즈(252)의 일단부로 형성된 결상위치(260)의 크기(거리) 보다 크게 형성하고, 위치를 가깝거나 멀게 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 조명위치(220)가 제2릴레이렌즈(252)와의 거리가 통상적인 경우에는 광원(210)으로부터 출사되어 조명되는 조명영역이 촬영대상물체(300)의 전체 크기와 비슷하게 형성된다.

그러나, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 조명위치(220)가 제2릴레이렌즈(252)와의 거리가 통상적인 경우에 비해 가깝거나, 먼 경우에는 광원(210)으로부터 출사되어 조명되는 조명영역이 촬영대상물체(300)의 영역 즉, 전체 크기 보다 크게 형성되어 보다 좋은 조명 효과를 나타낼 수 있다.

즉, 광원(210)으로부터 출사된 조명광을 글라스로드가 아닌, 광파이버를 통 하여 조명위치(220)에 조명할 경우에는 파이버 단면의 영상이 물체에 그대로 결상되어 좋은 조명효과를 나타내지 못하게 되나, 조명위치(220)를 전후로 이동시켜 조명위치(220)가 제2릴레이렌즈와의 거리가 통상적인 경우에 비해 가깝거나 먼 경우에는 조명영역(물체위치)에서 파이버의 단면이 나타나지 않게 되어 좋은 조명품질을 얻을 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 내시경 내부에 렌즈 전체를 감싸도록 형성되는 광파이버 대신에 빔 스플리터(230)를 릴레이렌즈부(250)의 내부에 형성하고, 조명광을 조명위치(220)까지 전달하는 광학부품을 광파이버 또는 글라스로드로 형성함으로써, 조명을 위해 광파이버로 렌즈 전체의 외경을 감싸지 않기 때문에 내시경 전체의 굵기나 두께를 얇게 함과 동시에 렌즈의 크기를 크게 할 수 있어 F수를 적게 하여 광량을 많이 받아들임에 따라 고해상의 영상을 획득할 수 있다.

뿐만 아니라, 내시경 광학계 전체로 감싸도록 형성하여 조명광을 전달하는 광파이버를 내시경 광학계와 이중으로 작업하지 않게 되어 작업이 간단하고 제조비용이 절감된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 동축조명 내시경 광학계(200)가 제공된 내시경을 이용하여 촬영대상물체(300)를 촬영하게 되면, 광원(210)에서 출사된 조명광이 광파이버 또는 글라스로드를 통해 혼합, 집광되어 상기 릴레이렌즈부(250)의 제2릴레이렌즈(252)의 일측 즉, 조명위치(220)에서 결상되어 빔 스플리터(230)로 진행한다.

상기 빔 스플리터(230)로 진행된 조명광은 50%는 반사진행하고, 50%는 투과 진행한다.

이때, 상기 빔 스플리터(230)에 의해 반사된 조명광은 제2릴레이렌즈(252)의 전방으로 진행하여 제1릴레이렌즈(251)와 대물렌즈(240)를 통해 촬영대상물체(300)를 조명하게 된다.

이에 따라, 촬영대상물체(300)의 한점에서 출사한 영상(광선)은 대물렌즈(240)에 의해 결상 및 보상되어, 상기 제1릴레이렌즈(251)와 제2릴레이렌즈(252)를 갖는 릴레이렌즈부(250)를 통해 후방으로 평행하게 전달된다.

이어서, 상기와 같이 전달되는 영상은 제2릴레이렌즈(252)의 마지막 렌즈 일측에 형성된 빔 스플리터(230)를 투과 진행하여 결상위치(260)에 결상된다.

상기 결상위치(260)에 결상된 영상을 상기 접안렌즈(270)를 통해 관찰자의 눈(280)으로 관측하게 된다.

여기서, 상기 접안렌즈(270)는 상기 릴레이렌즈(250)의 일측에 형성되며 대물렌즈(240)를 통해 입사된 촬영대상물체(300)의 상(像)을 허상으로 확대하여 보기 위한 것으로서, 보는 사람(관찰자)의 눈에 따라서 앞뒤로 움직여 상이 가장 뚜렷하게 보이는 위치를 정할 수 있는 역할을 한다.

따라서, 이러한 구성의 동축조명 내시경 광학계(200)는 광파이버로 광학계 전체를 감싸도록 형성하지 않아 렌즈의 크기를 크게 할 수 있어 F수를 적게 하여 광량을 많이 받아들여 고해상의 영상을 획득할 수 있고, 제조가 간단하고 비용절감을 이룰 수 있는 것이다.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 다른 실시 예를 나타낸 도면으로서, 이는 상기 빔 스플리터(230)를 릴레이렌즈부(250)의 제2릴레이렌즈(252)를 이루는 렌즈와 렌즈 사이에 형성함으로써, 빔 스플리터(230)가 형성된 T자 모양의 렌즈 즉, 마지막 릴레이렌즈를 제작하기 어려울 경우 또는 결상위치(260)와 조명위치(220)의 거리가 가까워서 조명광 중, 비정상적인 광로의 광이 직접 결상위치(260) 방향으로 진행하여 화질에 영향을 미치는 경우를 방지할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 종래 조명 내시경 광학계의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 동축조명 내시경 광학계의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3a는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 동축조명 내시경 광학계의 조명위치를 통상적인 거리에 위치시켜 촬영대상물체를 조명하는 상태를 나타낸 도면이다.

도 3b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 동축조명 내시경 광학계의 조명위치를 통상보다 가까운 거리에 위치시켜 촬영대상물체를 조명하는 상태를 나타낸 도면이다.

도 3c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 동축조명 내시경 광학계의 조명위치를 통상보다 먼 거리에 위치시켜 촬영대상물체를 조명하는 상태를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 빔 스플리터를 릴레이렌즈부의 렌즈와 렌즈 사이에 형성한 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

200 : 동축조명 내시경 광학계 210 : 광원

220 : 조명위치 230 : 빔 스플리터

240 : 대물렌즈(결상렌즈) 250 : 릴레이렌즈부

251 : 제1릴레이렌즈 252 : 제2릴레이렌즈

260 : 결상위치 270 : 접안렌즈

280 : 관찰자 눈

Claims

대물렌즈와, 릴레이렌즈부를 포함하여 이루어지는 내시경 광학계에 있어서,

상기 릴레이렌즈부의 내측에는 릴레이렌즈부의 렌즈와 렌즈 사이에 형성되거나, 마지막 렌즈의 일측에 형성되어 조명광을 반사 및 투과하는 빔 스플리터를 형성하고, 조명광을 조명위치까지 전달하는 광학부품을 글라스로드로 형성하여 조명광이 광학계 내부에서 광축과 동축으로 진행하도록 하는 것을 특징으로 하는 동축조명 내시경 광학계.
청구항 1에 있어서, 상기 릴레이렌즈부의 마지막 렌즈의 일측단부와 측부로는 결상위치와, 조명위치가 형성되고, 상기 조명위치는 조명영역을 촬영하고자 하는 촬영대상물체의 영역보다 크게 하기 위하여 상기 결상위치의 크기보다 크기를 크게 형성하고, 위치를 가깝거나 멀게 형성한 것을 특징으로 하는 동축조명 내시경 광학계.
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청구항 2에 있어서, 상기 조명위치는 광원으로부터 출사되는 조명광이 결상되는 위치인 것을 특징으로 하는 동축조명 내시경 광학계.
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