KR101867380B1 - 깊이 확인을 특징으로 하는 내시경 - Google Patents

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Abstract

캐비티의 서브구역(50)의 깊이를 확인하기 위한 내시경(1)이 개시되며, 내시경(1)은, 제 1 광학 축(101)을 갖는 적어도 하나의 제 1 이미징 채널(21)을 포함하고, 제 1 이미징 채널(21) 내에는, 적어도 하나의 제 1 광학 편향 디바이스(31)가 배열되고, 상기 광학 편향 디바이스(31)는 제 1 광학 축(101)을, 제 1 광학 축(101)과 평행하게 가로방향으로 오프셋하도록 설계된다.

Description

깊이 확인을 특징으로 하는 내시경{ENDOSCOPE FEATURING DEPTH ASCERTAINMENT}
본 발명은 캐비티(cavity)의 부분 구역의 깊이를 결정하기 위한 내시경(endoscope)에 관한 것이다.
최근에, 최소 침습성 수술(minimally invasive surgery)들의 수가 꾸준히 증가해 왔다. 최소 침습성 수술에서, 환자의 검사될 캐비티의 깊이 결정을 가능하게 하는 동시에 이미징 방법(imaging method)을 가능하게 하는 내시경들(3D 내시경들)이 이용된다. 종래기술에 따르면, 캐비티, 예컨대 환자의 복강(abdominal cavity)의 깊이를 결정하기 위해 복수의 포트(port)들이 위치된다.
액세스 채널(access channel)들로서 구성되는, 캐비티(관측 공간)로 인도되는 포트들은 통상적으로 매우 좁다. 이는, 최소 침습성 수술의 목표가 환자에 대해 가능한 한 조심스러운(gentle) 방식으로 수술을 하는 것이기 때문에 그렇다. 좁은 채널들로 인해, 3D 내시경들의 설계는 매우 제한된다. 여기서, 종래기술로부터 알려진 3D 내시경들은 원통형의 길이방향 튜브(tube)로서 구성된다.
3D 내시경에 의해 캐비티의 깊이를 결정하기 위해, 캐비티의 액티브(active) 또는 패시브(passive) 삼각측량을 가능하게 하고 그에 따라 깊이 결정을 허용하는 추가의 광학 컴포넌트(component)들이 종래기술에 따라 제공된다. 액티브 또는 패시브 삼각측량에서의 깊이 결정의 분해능(resolution)을 위해 중요한 것은 삼각측량 베이스(triangulation base)의 크기이다. 여기서, 삼각측량 베이스는 내시경의 투사기와 광학 이미징 시스템(optical imaging system) 사이의 거리를 지정한다. 삼각측량 베이스가 더 클수록, 깊이 결정의 분해능이 더 양호하다.
본원 발명에 대한 배경기술로는 US 2005/159641 Al (2005.07.21. 공개) 및 WO 2013/088709 A1 (2013.06.20. 공개)가 있다.
종래기술에 따르면, 최소 침습성 수술을 위해 충분한 이미징 성능을 달성하기 위해, 비교적 큰 단면을 갖는 광학 이미징 시스템들이 통상적으로 이용된다. 최소 침습성 수술에서 충분히 큰 이미징 성능이 필수적이기 때문에, 삼각측량 베이스가 그러므로 상응하게 감소되어야 하는데, 이는 그에 따라 깊이 결정의 분해능을 감소시킨다.
그러므로, 본 발명은 내시경의 광학적 깊이 결정을 개선하는 목적에 기초한다.
그 목적은 독립 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 장치를 통해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들 및 추가의 발전들은 종속 청구항들에서 명시된다.
본 발명은 캐비티의 부분 구역의 깊이를 결정하기 위한 내시경을 제안하며, 내시경은 제 1 광학 축을 갖는 제 1 이미징 채널을 적어도 포함하고, 제 1 광학 축에 대해 가로방향 평행(transverse parallel) 방식으로 제 1 광학 축의 시프트(shift)를 야기하도록 구성된 적어도 제 1 광학 편향 장치(optical deflection apparatus)가 제 1 이미징 채널 내에 배열된다.
본 발명에 따르면, 내시경은 제 1 이미징 채널의 제 1 광학 축을 가로방향 평행 방식으로 시프트(shift)하는 제 1 광학 편향 장치를 포함한다.
이미징 채널의 제 1 광학 축은 반사 또는 굴절 광학 엘리먼트(element)의 대칭의 축일 수 있다. 이미징 채널이 렌즈 시스템(lens system) 및/또는 이미징 시스템을 포함하는 경우, 제 1 광학 축은 개별 광학 엘리먼트들의 광학 축에 의해 형성되는 광학 축이다.
유리하게, 제 1 광학 편향 장치에 의한, 본 발명에 따른 제 1 광학 축의 가로방향 평행 시프트는 본 발명에 따른 내시경의 삼각측량 베이스의 확대를 허용한다. 여기서, 제 1 광학 축의 가로방향 평행 시프트는 방편으로, 삼각측량 베이스의 확대를 초래하도록 되어야 한다. 내시경의 삼각측량 베이스를 확대시킴으로써, 깊이 결정의 분해능(깊이 분해력)이 유리하게 개선된다. 특히, 삼각측량 베이스가 확대되더라도, 내시경 및/또는 제 1 이미징 채널은, 깊이 분해능을 개선하기 위해 종래기술로부터 알려진 내시경에 대해 크기가 감소될 필요가 없다. 결과적으로, 알려진 내시경들의 이미징 성능은 유리하게, 손상되지 않는다.
제 1 광학 축의 시프트의 가로방향 평행 성질은 근사적일 것이라는 것이 이해될 것이다. 제 1 광학 편향 장치에 의해 실행되는 시프트가, 삼각측량 베이스를 확대하기 위해 이용된다는 것이 중요하다. 다시 말해, 제 1 광학 편향 장치는 삼각측량 베이스를 확대하도록 구성된다.
제 1 광학 편향 장치는 바람직하게, 내시경의 원단부에 배열된다.
빔(beam)을 이루는 광선들의 강한 포커싱(focusing)이 내시경의 제 1 이미징 채널로의 진입시 발생하기 때문에, 내시경의 원단부에서 이미징 채널에 진입하는 빔의 빔 직경은 통상적으로 작다. 결과적으로, 제 1 광학 편향 장치를 위해 요구되는 공간이 유리하게 감소된다.
본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 제 1 이미징 채널은 대물 렌즈(objective lens)를 가지며, 대물 렌즈는 제 1 광학 편향 장치를 포함한다.
여기서, 제 1 이미징 채널에 입사하는 광선에 기초하여 제 1 광학 편향 장치가 대물 렌즈의 제 1 렌즈의 다운스트림(downstream)에 배열되는 경우가 바람직하다. 광각 대물 렌즈로서 구성되는 대물 렌즈가 특히 바람직하다. 여기서, 제 1 이미징 채널에 진입하는 빔은 동공(pupil)에 포커싱된다(focused). 유리하게, 제 1 광학 편향 장치가 동공의 구역에 배열되어서, 결과적으로, 제 1 편향 장치가 제 1 이미징 채널의 기하학적 확장들에 대해 작아지도록 구성될 수 있는데, 그 이유는 제 1 이미징 채널에 입사하는 빔의 동공이 마찬가지로 작기 때문이다.
본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 제 1 이미징 채널은 추가의 렌즈들을 포함한다.
제 1 이미징 채널은 바람직하게, 복수의 렌즈들을 포함하는 렌즈 시스템을 포함한다. 적어도 하나의 렌즈를 이미징 채널에 배열함으로써, 광학 이미징 시스템이 제 1 이미징 채널에 배열된다. 여기서, 제 1 이미징 채널에 의한 캐비티의 부분 구역의 이미징은 렌즈에 의해 또는 광학 이미징 시스템에 의해 실행된다. 예로서, 렌즈는 시준기(collimator), 분산 렌즈(dispersing lens) 또는 포커싱 렌즈로서 구성될 수 있다. 추가의 광학 컴포넌트들, 예컨대 미러(mirror)들, 글래스(glass)들, 크리스탈(crystal)들, 빔 스플리터(beam splitter)들, 패러데이 아이솔레이터(Faraday isolator)들 및/또는 프리즘(prism)들이 제공될 수 있다.
예로서, 제 1 광학 축의 추가의 각도 변화가 상기 광학 컴포넌트들에 의해 제공될 수 있다. 각도 변화는 바람직하게 1° 내지 5°의 범위인데, 3° 미만이거나 또는 3°와 동일한 각도 변화가 특히 바람직하다.
내시경의 제 1 이미징 채널은 바람직하게, 릴레이 렌즈(relay lens)로서 구성된 추가의 렌즈를 포함한다.
릴레이 렌즈들은 통상적으로, 내시경의 원단부로부터, 원단부에 대향하여 놓인 내시경의 추가의 단부로 이미지(image)를 보내기 위해 이용된다.
본 발명의 하나의 유리한 실시예에 따르면, 제 1 광학 편향 장치는 평행육면체로서 구성된다.
여기서, 빔의 가로방향 평행 시프트가, 평행육면체에 입사하는 빔의 평행육면체 내에서의 반사들의 결과이도록, 평행육면체 또는 제 1 광학 편향 장치가 배열된다. 다시 말해, 제 1 광학 편향 장치는 프리즘 블록(prism block)의 유형으로서 구성되며, 내시경의 원단부에서 제 1 이미징 채널에 입사하는 빔은 제 1 광학 편향 장치의 내부 표면들에서의 2번의 반사들을 통해, 특히 입사 빔의 2번의 내부 전반사들에 의해 가로방향 평행 방식으로 시프트된다(shifted). 광 빔의 가로방향 평행 시프트 때문에, 내시경의 삼각측량 베이스는 유리하게 크기가 증가되고, 그 결과로, 깊이 결정의 분해능이 개선된다. 여기서, 광 빔의 가로방향 평행 시프트는 제 1 광학 축의 가로방향 평행 시프트에 대응한다.
적어도 2개의 미러링된 내부 표면(mirrored internal surface)들을 갖는 제 1 광학 편향 장치, 특히 평행육면체가 바람직하다.
제 1 광학 편향 장치의 미러링된 내부 표면들에 의해, 제 1 이미징 채널에 진입하는 광선들이 제 1 광학 편향 장치 내에서, 특히 내부 전반사를 통해 적어도 2회 반사된다. 결과적으로, 제 1 광학 축의 가로방향 평행 시프트는 제 1 광학 편향 장치에 의해 가능해진다. 여기서, 제 1 이미징 채널에 진입하는 광선들에 대해 제 1 광학 편향 엘리먼트의 업스트림(upstream)에 배열될 추가의 광학 컴포넌트들, 예컨대 렌즈들 및/또는 대물 렌즈들에 대한 프로비전(provision)이 이루어진다. 특히 효율적인 실시예에서, 제 1 광학 편향 장치는, 가상적인 평행육면체의 2개의 면들을 형성하는 단지 2개의 개별 미러들만을 포함한다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 내시경은 투사 채널(projection channel)을 포함하고, 투사 채널은 패턴(pattern)을 캐비티의 부분 구역의 표면 상에 투사하도록 구성된 투사 장치를 포함한다.
캐비티의 부분 구역의 액티브 삼각측량은 유리하게, 내시경의 적어도 하나의 투사 채널의 어레인지먼트(arrangement)에 의해 가능해진다. 여기서, 구조화된 광, 다시 말해 패턴은, 투사 채널에 배열된 투사 장치에 의해 캐비티의 부분 구역의 표면 상에 투사된다. 액티브 삼각측량에서의 대응하는 문제는 유리하게, 투사된 패턴에 의해, 특히 코드화 패턴(coded pattern)에 의해 완화되거나 또는 심지어 완전히 해결된다.
패턴을 생성하기 위한 회절 광학 엘리먼트(diffractive optical element)를 포함하는 투사 장치가 특히 바람직하다.
DOE 투사기는 유리하게, 회절 광학 엘리먼트를 포함하는 투사 장치에 의해 구현된다. 여기서, DOE 투사기는 회절 광학 엘리먼트(diffractive optical element)(축약하여 DOE)를 포함하는 투사 장치일 것으로 고려된다. DOE 투사기들이, 패턴을 생성하기 위한 슬라이드(slide)를 통상적으로 갖는 투사기들보다 더 작은 공간을 요구하기 때문에, 비교적 작은 직경을 갖는 또는 비교적 작은 단면적을 갖는 투사 채널이 구성될 수 있다. 투사 장치 또는 투사 채널의 단면적은 특히, 2 mm²미만이거나 또는 2 mm²와 동일하다. 캐비티의 부분 구역의 공간-절약 액티브 삼각측량은 전체적으로, 투사 채널, 제 1 이미징 채널, 및 투사 채널에 배열되고 회절 엘리먼트를 포함하는 투사 장치에 의해 가능해진다.
컬러-코드화 패턴(color-coded pattern)에 의해 실행되는 액티브 삼각측량이 특히 바람직하다.
다시 말해, 내시경은 캐비티의 부분 구역의 액티브 컬러-코드화 삼각측량을 허용한다.
본 발명의 하나의 추가의 바람직한 실시예에서, 투사 채널은 광원에 광학적으로 커플링된다(coupled).
레이저(laser) 또는 발광 다이오드(LED; light-emitting diode)가 광원으로서 특히 바람직하다. 여기서, 투사 채널을 광원, 특히 레이저에 광학적으로 커플링(coupling)하기 위해 단일-모드 섬유(single-mode fiber)가 제공될 수 있다. 유리하게, 투사된 패턴의 교란을 초래할 수 있는 복수의 광 모드들 사이의 간섭이 회피되도록, 정확히 하나의 광 모드, 베이스 모드가 단일-모드 섬유에서 안내된다.
따라서, 광원, 특히 레이저로부터의 광은 단일-모드 섬유에 의해 투사 채널로 유입된다. 여기서, 예컨대 청색 스펙트럼 범위(spectral range)의 최적의 도트 콘트라스트(dot contrast) 생성을 위한 레이저의 파장은 최소 침습성 수술에서의 사용에 적응될 수 있다. 광원으로서의 레이저의 사용으로 인한 인공광(artificial light) 및/또는 주광(daylight)의 교란적 영향이, 예컨대 간섭 필터(interference filter)를 이용하여 감소되는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 내시경은 계장 채널(instrumentation channel)을 포함한다.
최소 침습성 수술을 위해 요구되는 수술 도구들은 유리하게, 계장 채널에 의해 캐비티 내로 유입될 수 있다. 투사 채널의 회절 광학 엘리먼트의 어레인지먼트로 인해 설치 공간이 절약되어, 결국 계장 채널을 위해 이용될 수 있다. 특히, 복수의 계장 채널들이 제공될 수 있다.
본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 내시경은, 제 1 이미징 채널에 대해 평행하게 연장되고 그리고 제 2 광학 축을 갖는 제 2 이미징 채널을 포함하고, 제 2 광학 축에 대해 가로방향 평행 방식으로 제 2 광학 축의 시프트를 야기하도록 구성된 제 2 광학 편향 장치가 제 2 이미징 채널 내에 배열된다.
유리하게, 제 2 광학 편향 장치를 갖는 제 2 이미징 채널에 의해, 캐비티의 부분 구역의 입체영상(stereoscopy)이 가능해진다. 제 1 및 제 2 광학 편향 장치로 인해, 입체영상을 위한 종래기술의 내시경과 비교하여, 삼각측량 베이스가 확대되는 것이 특히 유리하다. 결과적으로, 캐비티의 부분 구역의 깊이 결정의 분해능은 유리하게, 여기서 제안되는 내시경을 통해 개선된다. 여기서, 제 1 이미징 채널에 대응하여 구성된 제 2 이미징 채널이 제공된다.
제 2 광학 편향 장치가, 제 1 광학 축의 가로방향 평행 시프트의 방향과 대향하는, 가로방향 평행 시프트의 방향을 갖는 제 2 이미징 채널이 특히 바람직하다.
결과적으로, 삼각측량 베이스가 유리하게 추가로 확대되고, 그 결과로 깊이 결정의 분해능이 추가로 개선된다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 제 2 이미징 채널은 투사 채널의 형태로 구성된다.
일반적으로, 각각의 이미징 채널은 투사 채널로서 이용될 수 있다. 캐비티의 부분 구역의 액티브 삼각측량은 유리하게, 투사 채널에 의해 가능해진다. 내시경이 2개의 이미징 채널들 및 하나의 투사 채널을 갖는 경우, 캐비티의 부분 구역의 액티브 입체영상이 내시경을 이용하여 초래될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 내시경은 30°의 관측각을 갖는다.
여기서, 30°의 관측각을 갖는 내시경(30° 내시경) 내의 제 1 광학 편향 장치의 어레인지먼트에 대한 프로비전이 이루어진다.
본 발명의 추가의 이점들, 특징들 및 상세들은 아래에서 설명되는 예시적 실시예들로부터 그리고 도면들을 참조하여 이해될 수 있으며, 도면들에서:
도 1은 제 1 광학 편향 장치를 포함하는 제 1 이미징 채널의 개략적 단면도를 도시하고;
도 2는 릴레이 렌즈를 포함하는 제 1 이미징 채널의 추가의 개략적 단면도를 도시하고;
도 3은 제 1 및 제 2 이미징 채널을 갖는 내시경의 개략적 단면도를 도시하고;
도 4는 도 3에서 도시된 내시경의 확대도를 도시하고; 그리고
도 5는 제 1 이미징 채널 및 투사 채널을 포함하는 내시경의 개략적 단면도를 도시한다.
동일한 엘리먼트들은 도면들에서 동일한 참조 부호들로 지정될 수 있다.
도 1은 내시경(1)(도시되지 않음)의 제 1 이미징 채널(21)을 개략적으로 예시한다. 여기서, 대물 렌즈(2)가 제 1 이미징 채널(21)에 배열되고, 대물 렌즈(2)는 제 1 광학 축(101)을 갖는다. 대물 렌즈(2)의 제 1 광학 축(101)의 가로방향 평행 시프트(42)를 위해, 본 발명에 따른 제 1 광학 편향 장치(31)가 제공된다. 여기서, 제 1 광학 편향 장치(31)는 제 1 이미징 채널(21)에 입사하는 광선들(10)에 대해 대물 렌즈(2)의 제 1 렌즈(14)의 다운스트림에 배열된다. 다시 말해, 제 1 광학 편향 장치(31)는 대물 렌즈(2)에 통합된다. 대물 렌즈(2)에서의 제 1 광학 편향 장치(31)의 통합의 경우, 그 때문에 변경되는 입사 광선들(10)의 프로파일(profile)들이 또한 고려되어야 한다. 대물 렌즈(2) 및 결과적으로 또한 제 1 광학 편향 장치(31)는 내시경(1)(도시되지 않음)의 원단부(4)에 배열된다.
광선들(10)의 가로방향 평행 시프트(42)가 바람직하게 생성되도록, 제 1 이미징 채널(21)에 입사하는 광선들(10)(빔들)을 편향시키거나 또는 시프트하기 위해, 편향 장치(31)가 이용된다. 도 1에 도시된 예시적 실시예에서, 제 1 광학 편향 장치(31)는 평행육면체로서 구성되며, 입사 광선들(10)을 편향시키기 위한 적어도 2개의 내부 표면들(12)을 갖는다. 여기서, 입사 광선들(10)은 제 1 광학 편향 장치(31)의 내부 표면들(12)에서, 특히 내부 전반사를 통해 반사된다.
제 1 광학 편향 장치(31)의 하나의 상당한 이점은, 제 1 광학 편향 장치(31)가, 예컨대 (도 2에 도시된 2개의) 릴레이 렌즈들(8)과 비교하여, 단지 작은 설치 공간만을 요구한다는 것이다. 제 1 광학 편향 장치(31)의 기하학적 확장들은 특히 통상의 이미징 채널들의 기하학적 확장들보다 더 작다. 결과적으로, 제 1 광학 편향 장치(31)는, 바람직하지 않게 이미징 채널들 또는 내시경들의 기하학적 확장들을 확대함이 없이, 알려진 내시경들의 기존의 이미징 채널들에 유리하게 배열될 수 있다. 30°의 관측각을 갖는 내시경(30° 내시경들) 내의 제 1 광학 편향 장치(31)의 어레인지먼트가 또한 고려가능하다.
도 1에 도시된 내시경(1)의 예시적 실시예에서, 제 1 광학 편향 장치(31)는 입사 광선들(10)에 대해 대물 렌즈(2)의 제 1 렌즈(14)의 다운스트림에 배열된다. 그러나, 대물 렌즈(2)의 부분이 아니고 결과적으로 대물 렌즈(2)의 업스트림 또는 다운스트림에 배열되는 제 1 광학 편향 장치(31)를 제공하는 것이 가능하다. 예로서, 대물 렌즈(2)의 사출 동공(exit pupil)이 먼 쪽의 방향으로 대물 렌즈(2)의 업스트림에 위치되는 경우, 대물 렌즈(2)의 다운스트림의 어레인지먼트가 유리하다.
게다가, 카메라(camera), 특히 3-칩 카메라(3-chip camera)가 제 1 이미징 채널(21)에 제공될 수 있다. 여기서, 카메라, 대물 렌즈(2) 및 제 1 광학 편향 장치(31)를 하나의 칩(chip)에 통합하는 것이 가능하며, 그 결과로, 최대 가능 설치 공간을 절약하는 어레인지먼트가 생성된다.
도 2는 원통형 내시경(1)(도시되지 않음)의 대칭의 축(내시경 축)을 따르는 제 1 이미징 채널(21)의 추가의 개략적 단면도를 도시한다.
제 1 광학 편향 장치(31)는 제 1 이미징 채널(21) 또는 내시경(1)의 원단부(4)의 대물 렌즈(2) 내에 배열되고, 제 1 광학 편향 장치(31)는 제 1 이미징 채널(21)에 진입하는 광선들(10)에 대해 대물 렌즈(2)의 제 1 렌즈(14)의 다운스트림에 배열된다.
이미 도 1에 도시된 바와 같이, 광학 축(101)의 가로방향 평행 시프트(42)는, 평행육면체로서 구성되는 제 1 광학 편향 장치(31)에 의해 가능해진다. 도 2에 도시된 예시적 실시예에서, 제 1 광학 축(101)은 진입하는 광선들(10)에 대해 제 1 광학 편향 장치(31)의 다운스트림에 배열되는 대물 렌즈(2)의 추가의 렌즈들의 광학 축과 관련되고 그리고/또는 이미징 채널(21)에 배열된 릴레이 렌즈들(8)의 광학 축과 관련된다. 여기서, 제 1 이미징 채널(21)에 배열된 릴레이 렌즈들(8)은 제 1 이미징 채널(21)의 제 1 릴레이 스테이지(relay stage)(6)로서 알려진 것을 형성한다.
릴레이 렌즈들(8) 및 결과적으로 제 1 릴레이 스테이지(6)는 통상적으로, 제 1 광학 편향 엘리먼트(31)보다 더 큰 기하학적 확장을 갖는다. 다시 말해, 기하학적 확장, 특히 이미징 채널(21)의 직경은 제 1 광학 편향 장치(31)에 의해서가 아니라 제 1 이미징 채널(21)에 배열되는 릴레이 렌즈들(8)에 의해 제한된다. 결과적으로, 제 1 이미징 채널(21)의 최소 기하학적 확장은 제 1 이미징 채널(21)에 배열되는 릴레이 렌즈들(8)에 의해 정의된다. 그러므로, 유리하게, 제 1 이미징 채널(21)에 제 1 광학 편향 장치(31)를 배열하기 위해, 제 1 이미징 채널(21)의 어떠한 확대도 필요하지 않다.
도 3은 내시경(1)의 개략적 단면도를 예시하며, 내시경(1)은 제 1 이미징 채널(21) 및 제 2 이미징 채널(22)을 포함한다.
대물 렌즈(2)는 제 1 이미징 채널(21) 및 제 2 이미징 채널(22) 양쪽 모두에 배열된다. 여기서, 상기 이미징 채널들(21, 22) 내에 배열될 그리고/또는 상기 대물 렌즈들(2)에 직접적으로 통합될 제 1 및 제 2 이미징 채널(21, 22)의 이미지들을 기록하기 위한 카메라에 대한 프로비전이 이루어질 수 있다. 게다가, 제 1 및 제 2 이미징 채널들(21, 22) 또는 대물 렌즈들(2)은 제 1 및 제 2 광학 편향 장치(31, 32)를 포함한다.
각각의 대물 렌즈(2)의 제 1 렌즈(14)는 각각의 경우에서, 내시경(1)의 원단부(4)에서 이미징 채널들(21, 22)에 진입하는 광선들(10)에 대해 제 1 및 제 2 광학 편향 장치(31, 32)의 업스트림에 제공된다. 여기서, 제 1 및 제 2 이미징 채널들(21, 22)은 상이한 뷰잉 방향(viewing direction)들로부터 캐비티의 부분 구역(50)의 이미지를 형성한다. 결과적으로, 부분 구역(50)의 입체영상이 유리하게 가능해진다. 제 1 및 제 2 이미징 채널들(21, 22)의 제 1 및 제 2 편향 장치들(31, 32)은, 각각의 경우에서 대향 방향으로 광선들(10)의 가로방향 평행 시프트가 초래되도록, 배열된다. 결과적으로, 내시경(1)의 삼각측량 베이스(도시되지 않음)가 유리하게 확대되며, 그 결과로, 캐비티의 부분 구역(50)의 깊이 결정의 분해능이 개선된다.
도 4는 도 3에 도시된 내시경(1)의 확대도를 도시한다. 각각의 경우에서, 대물 렌즈(2), 광학 편향 장치(31, 32) 및 대물 렌즈들(2)의 제 1 렌즈(14)는 또한, 제 1 및 제 2 이미징 채널(21, 22)에서 내시경(1)의 원단부(4)에 배열된다. 제 1 이미징 채널(21)은 제 1 광학 축(101)을 갖고, 제 2 이미징 채널(22)은 제 2 광학 축(102)을 갖는다.
원단부(4)에 배열된 편향 장치들(31, 32)은 알려진 내시경들의 원래의 삼각측량 베이스(44)의 확대를 허용하며, 원래의 삼각측량 베이스(44)는 제 1 광학 축(101)과 제 2 광학 축(102) 사이의 거리에 의해 정의된다. 제 1 광학 편향 장치(31)는, 제 2 광학 축(102)의 가로방향 평행 시프트(43)와 대향하는 방향에 있는, 제 1 광학 축(101)의 가로방향 평행 시프트(42)를 갖고, 제 2 광학 축(102)의 가로방향 평행 시프트(43)는 제 2 광학 편향 장치(32)에 의해 가능해진다. 전체적으로 그 결과는, 원래의 삼각측량 베이스(44)에 대해 확대되는 삼각측량 베이스(46)이다. 이에 의해, 내시경(1)의 깊이 결정의 분해능이 유리하게 더 개선된다.
이미징 채널들(21, 22)이 자신들의 광학 축들(101, 102)에서 추가의 각도 변화를 갖는 경우, 빔들의 주광선(chief ray)들이 대물 렌즈들(2)의 중심(동공)의 내시경 축에 대해 교차하도록, 상기 채널들(21, 22)에 진입하는 빔의 각도 변화에 의해 빔의 스티어링(steering)을 초래하는 것이 가능하다. 결과적으로, 제 1 이미징 채널(21)과 제 2 이미징 채널(22) 사이에서의 이미지들의 시프트가 감소된다.
도 5는 제 1 이미징 채널(21) 및 투사 채널(16)을 포함하는 내시경(1)의 개략적 단면도를 예시한다. 여기서, 투사기(18)는 투사 채널(16) 내에 배열되고, 투사기(18)는 회절 광학 엘리먼트(DOE; diffractive optical element)를 포함한다. 이러한 투사기(18)는 DOE 투사기로 지정된다. 이에 의해, 액티브 삼각측량이 컬러-코드화 및/또는 도트-코드화(dot-coded) 패턴에 의해 가능해진다.
확대된 삼각측량 베이스(46)를 가능하게 하는 제 1 편향 장치(31)가 내시경(1)의 원단부(4)에 배열된다. 이를 위해, 제 1 광학 축(101)이 가로방향으로 시프트된다(42). 따라서, 원래의 삼각측량 베이스(44)가 유리하게 확대된다. 대물 렌즈(2)의 제 1 렌즈(14)는 원단부(4)에서 제 1 이미징 채널(21)에 진입하는 광선들(10)에 대해 제 1 광학 편향 장치(31)의 업스트림에 배열되고, 그 결과, 제 1 광학 편향 장치(31)가 대물 렌즈(2)의 제 1 렌즈(14)와 추가의 렌즈들 사이에 배열된다. 여기서, 제 1 광학 축(101)은 대물 렌즈(2)의 상기 추가의 렌즈들에 의해 정의된다.
투사 채널(16), 제 1 및/또는 제 2 이미징 채널들(21, 22)은 추가의 광학 컴포넌트들, 예컨대 렌즈들, 미러들, 격자(grating)들, 빔 스플리터들 및/또는 프리즘들 및/또는 전체 광학 장치들, 예컨대 추가의 대물 렌즈들을 포함할 수 있다. 제 1 및/또는 제 2 이미징 채널(21, 22)은, 특히 대물 렌즈를 통해 형성될 수 있다. 여기서, 카메라, 예컨대 3-칩 카메라는 대물 렌즈(2)에 배열되고 그리고/또는 대물 렌즈(2)에 통합될 수 있다. 여기서, 이미지들은 바람직하게 광섬유들을 통해, 특히 단일-모드 섬유를 통해 안내된다.
본 발명이 바람직한 예시적 실시예들에 의해 더 상세하게 예시 및 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예들에 의해 제한되지 않거나 또는 본 발명의 보호 범위로부터 벗어남이 없이 다른 변형들이 당업자에 의해 본원으로부터 유도될 수 있다.

Claims (16)

  1. 캐비티(cavity)의 부분 구역(50)의 깊이를 결정하기 위한 내시경(endoscope)(1)으로서,
    광학 축(101)을 갖는 정확히 하나의 이미징 채널(imaging channel)(21)을 포함하고,
    상기 광학 축(101)에 대해 가로방향 평행(transverse parallel) 방식으로 상기 광학 축(101)의 시프트(shift)(42)를 야기하도록 구성된 적어도 하나의 광학 편향 장치(optical deflection apparatus)(31)가 상기 이미징 채널(21) 내에 배열되고, 상기 이미징 채널(21)은 상기 광학 편향 장치(31)를 포함하는 대물 렌즈(objective lens)(2)를 갖고,
    상기 내시경(1)은 상기 캐비티의 부분 구역의 액티브 삼각측량(active triangulation)을 위한 투사 장치(18)를 갖는 투사 채널(projection channel)(16)을 포함하고, 상기 투사 장치(18)는 액티브 삼각측량을 위해 의도된 패턴(pattern)을 상기 캐비티의 부분 구역의 표면 상에 투사하도록 구성되고,
    상기 이미징 채널(21)은 카메라(camera)를 포함하고,
    상기 카메라, 상기 대물 렌즈(2) 및 상기 광학 편향 장치(31)는 칩(chip)에 통합되고,
    상기 투사 장치(18)와 광학 축(101) 사이의 거리인 삼각측량 베이스(44)는, 상기 광학 편향 장치(31)에 의해 도입되는, 상기 광학 축(101)의 시프트(42)에 의해, 증가하고,
    상기 내시경은, 상기 광학 축의 1° 내지 5°의 범위의 각도 변화를 야기하도록 구성되는 추가의 광학 컴포넌트를 포함하는,
    캐비티의 부분 구역(50)의 깊이를 결정하기 위한 내시경(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 편향 장치(31)는 상기 내시경(1)의 원단부(4)에 배열되는,
    캐비티의 부분 구역(50)의 깊이를 결정하기 위한 내시경(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이미징 채널(21)은 적어도 하나의 렌즈(8)를 포함하는,
    캐비티의 부분 구역(50)의 깊이를 결정하기 위한 내시경(1).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 릴레이 렌즈(relay lens)(8)를 갖는,
    캐비티의 부분 구역(50)의 깊이를 결정하기 위한 내시경(1).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 편향 장치(21)는 평행육면체로서 구성되는,
    캐비티의 부분 구역(50)의 깊이를 결정하기 위한 내시경(1).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 편향 장치(21)는 적어도 2개의 미러링된 내부 표면(mirrored internal surface)들(12)을 갖는,
    캐비티의 부분 구역(50)의 깊이를 결정하기 위한 내시경(1).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 투사 장치(18)는 상기 패턴을 생성하기 위한 회절 광학 엘리먼트(diffractive optical element)를 포함하는,
    캐비티의 부분 구역(50)의 깊이를 결정하기 위한 내시경(1).
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 패턴은 컬러-코드화 컬러 패턴(color-coded color pattern)인,
    캐비티의 부분 구역(50)의 깊이를 결정하기 위한 내시경(1).
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 투사 채널(16)은 광원에 광학적으로 커플링되는(coupled),
    캐비티의 부분 구역(50)의 깊이를 결정하기 위한 내시경(1).
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    계장 채널(instrumentation channel)을 갖는,
    캐비티의 부분 구역(50)의 깊이를 결정하기 위한 내시경(1).
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일본 공표특허공보 특표2013-502939호(2013.01.31.) 1부. *
일본 공표특허공보 특표2014-502174호(2014.01.30.) 1부. *

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