KR20070065347A

KR20070065347A - 내시경용 광학 헤드

Info

Publication number: KR20070065347A
Application number: KR1020077007122A
Authority: KR
Inventors: 암람 아이젠필드; 빅터 레빈; 오머 쉐지피; 단 오즈; 유리 저쇼브; 레오니드 크리보피스크; 야코브 바-오르
Original assignee: 스트라이커 지아이 엘티디.
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-06-22
Also published as: US8449457B2; RU2007110632A; CA2582292A1; EP1791460A1; WO2006025058A1; AU2005278773A1; US20060063976A1

Abstract

내시경용 광학 헤드에는 고체 상태 이미징 센서를 포함하는 영상 시스템 및 예컨대 LED의 조명 수단을 포함하는 조명 시스템이 제공된다. 하나 이상의 조명 수단은 나머지 매개변수의 동일한 값과 다른 값을 갖는, 매개변수에 의해 정의된다. 매개 변수들로는 광도, 광도 분포각, 및 상기 조명 수단의 길이방향 축의 방향이 있다.

Description

내시경용 광학 헤드{OPTICAL HEAD FOR ENDOSCOPE}

본 발명은 내시경 분야에 관련된 것으로 특히 비정상적인 결장 내부를 검사하기 위해 가요성 튜브가 직장 및 결장내로 삽입되는 콜로노스코픽 과정에 사용되는 내시경 장치용 광학 헤드에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 콜로노스코픽 과정에 사용되는 광학 헤드로 엄격하게 제한되지 않음을 이해하기 바란다. 본 발명은 검사, 수술, 진단 등과 연관된 임의의 다른 내시경 과정 중에 필요할 수 있는 신체 통로, 속공간 또는 공간의 내부의 가시화를 의도하고 있다.

신체 공간 또는 속공간의 내부의 가시화를 위해 광학 헤드를 사용하는 여러 가지의 내시경 장치들이 알려져 있다. 상기 광학 헤드의 필수적인 부품들은 영상 시스템 및 조명 시스템이다. 상기 영상 시스템은 내시경의 말단부에 대물 렌즈 그리고 눈으로 속공간의 내부를 관찰하기 위한 내시경의 기부측 단부의 접안 렌즈를 포함할 수 있다.

현대의 내시경 장치에서, 영상 시스템은 물체로부터 반사된 광 신호를 전기적 신호로 변환하여, 전기적 라인을 통해 기부측 단부로 통과시키며 내시경 외측의 영상 재생 유닛 상에서, 실상으로 가시적으로 나타내는, CCD 칩 또는 CMOS의 형태로, 이미징 옵틱 및 고체 상태 이미징 센서를 포함한다.

상기 조명 시스템은 관찰될 위치를 조명하도록 내시경의 말단부로 광을 전달하는 작용을 행한다. 이러한 조명 시스템은 광원에서 내시경 말단부로 광 에너지를 제공하는 섬유 광학 번들을 가진 제논 또는 할로겐 광원 등의 외부 광원 또는 내시경 내에 배치된 발광 다이오드(LED) 등의 내부 광원을 포함할 수 있다.

내시경의 광학 헤드의 CCD 센서 또는 CMOS 및 LED 의 사용은, 이러한 광학 장치에 제공되는 내시경들을 설명하는 많은 특허들이 언급될 수 있음에도 불구하고, 비교적 새로운 이슈이다.

LED 조명을 가진 내시경의 일례는 나카시마의 (미국 특허 제6,533,722호)에서 발견될 수 있다. 이 내시경에서, LED는 내시경 축내의 말단부에 배치된다. 상기 LED는 그들의 일부가 이미징 시스템의 광학 축 방향으로 볼 때 CCD와 중첩되도록 배열된다. 이러한 구성에 의해 내시경의 말단부의 직경을 감소시킬 수 있다.

CCD 칩 및 LED가 제공된 내시경의 다른 예가 이리온의 (미국 특허 제6,730,019호)에 의해 개시되어 있다. 이 내시경에서도, 이미징 시스템(섬유 번들 또는 CCD 센서)은 축 내에 배치되는 한편, LED는 축 외측의 내시경의 기부측 단부에 배열된다. 상기 LED는 광의 부가적인 혼합을 생성하도록 다른 스펙트럼 범위의 광을 방출하는 방식으로 선택된다.

이러한 구성에 의해 상기 내시경에 의해 얻어진 영상은 가능한한 정확하게 컬러화된다.

CCD 센서 및 LED 조명을 사용하는 내사경의 또 다른 예들이 파세이의(미국 특허 공보 제2001/0023312호), 쉽의(미국 특허 제6,449,006호), 헨즐러의(미국 특 허 공보 제2002/0143239호), 파세이의(미국 특허 제6,655,377호), 헨즐러(미국 특허 제6,551,240호), 던키-자콥스(미국 특허 공보 제2004/0064018호) 및 사사키의(미국 특허 공보 제2004/0102680호)에 의해 개시된다.

본 발명은 CCD 또는 카메라 또는 CMOS가 이미징 시스템에 사용되고 조명 시스템의 일부로서 여러 개의 LED가 사용되는, 광학 헤드에 관한 것이다.

CCD 칩 또는 CMOS 및 LED의 사용을 통해 많은 장점을 가져오지만, 이러한 광학 시스템에서 얻어지는 영상의 품질은 여전히 개선을 필요로 한다. 그러한 이유는 몸통 속공간의 여러 위치들의 과잉 또는 불충분한 조명으로 인한 조명 불균일 때문이다. 조명 불균일은 양호한 화상이 얻어질 수 있는 거리를 크게 제한한다. LED 조명이 제공된 광학 헤드에서 발생되는 다른 문제는 몸통 속공간 또는 공간의 길이방향 축과 광학 헤드의 길이방향 축이 평행하지 않을 때의 상황과 연관되어 있다. 이 문제는 종종 의사가 몸통 속공간 내의 내시경을 변위시킬 때 발생한다. 이 변위의 결과 관찰 가능한 영역의 여러 위치들이 다른 강도로 조명되며 전체 관찰된 영역의 양호한 화상을 얻기가 어렵다.

아브니의 (미국 특허 공보 제2003/0032860호)에 컬러 CCD 어레이 및 여러 개의 화이트 LED를 가진 비디오 카메라 헤드가 장비된 비디오 직장경이 개시되어 있다. 상기 직장경은 일회용 비디오 리지드 직장경 렉토사이트　로서 사이트라인 테크놀러지 리미팃드에서 상업적으로 제조되고 있다. 이 광학 헤드에서, 각각의 LED는 약 40도의 광도 분포각으로 정의된다. 이 값의 광도 분포각은 50-70mm의 최대 거리를 따라 양호한 화상을 얻기에 충분하다. 이러한 거리가 직장경 적용의 경우 타당하지만 콜로노스코픽 과정에 있어서는 너무 짧을 수 있다.

코시카와의 (미국 특허 제6,569,088호)는, 조명 불균일로 인한 과잉 헐레이션(halation)의 문제를 다른 광 강도를 가진 두 개 이상의 타입의 조명 광학 시스템을 가진 광학 헤드를 제공함에 의해 해결하는, 내시경 장치를 개시하고 있다.

상기 광 강도의 차이는 포지티브 또는 네거티브 파워 및 물체 측에 배열된 확산 소자를 가진 여러 개의 조명 렌즈 시스템에 의해 성취된다. 이러한 해결은, LED 대신에 섬유 번들을 사용하는, 광학 헤드에서 행해진다.

따라서, 조명을 위해 LED를 사용하는, 내시경 광학 헤드를 고안하기 위해 알려진 많은 시도들이 있었지만, 여전히 CCD 또는 CMOS 센서에 의해 감지되는 조명 균일을 개선할 수 있고 따라서 광학 헤드의 길이방향 축이 몸통 속공간의 길이방향 축과 평행 또는 비평행 인가에 관계없이 양호한 화상이 얻어질 수 있는 거리를 증가시킬 수 있는 새롭고 개선된 광학 헤드의 필요성이 존재한다.

본 발명의 이해 또한 그의 이익 및 장점들에 대해 더 잘 이해하도록, 이제 첨부 도면들과 조합되어 취해지는 그의 실시예들의 이하의 설명을 참조하기 바란다.

도1은 본 발명의 광학 헤드의 일 실시예의 등척도,

도2는 도1에 도시된 광학 헤드의 펼쳐져 확대된, 등척도,

도3은 도1에 도시된 광학 헤드의 확대된, 길이방향 단면도,

도4는 도1에 도시된 광학 헤드의 확대된, 정면도,

도5는 본 발명의 조명 모듈을 나타낸 사시도,

도6은 CCD 카메라의 시계를 허상 영역들로 분할한 상태를 나타낸 도면,

도7은 조명 모듈의 제어 시스템의 블록도,

도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 모듈을 나타낸 도면,

도9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 조명 분균일이 개선되는 방법을 나타낸 도면,

도10은 일회용 캡이 제공된 광학 헤드의 등척도,

도11은 도10에 도시된 광학 헤드의 일회용 캡의 등척도,

도12a는 일회용 캡이 없는 상태의 도10에 도시된 광학 헤드의 길이방향 단면도,

도12b는 일회용 캡이 없는 상태의 도10에 도시된 광학 헤드의 좌측면도, 및

도13은 일회용 캡이 없는 광학 헤드의 등척도이다.

도1을 참조하면, 내시경 장치, 바람직하게는 콜로노스코픽 장치,의 광학 헤드(10)의 제1 실시예가 도시되어 있다. 콜로노스코픽 장치의 다른 부품들, 예컨대 작업 채널 및 네비게이션 메커니즘을 가진 삽입관, 작동 핸들, 제어 유닛, 모니터를 가진 비디오 콘솔 등,은 도시되지 않았지만, 광학 헤드는 삽입관 내에서 그의 말단부에 배치됨을 이해하기 바란다. 상기 광학 헤드는 내시경의 안내 채널(14)에 연결된 주 몸체 부분(12)을 포함한다. 상기 주 몸체 부분은 케이블(16)에 의해 스 크린에 전기적으로 접속되고, 이어서 비디오 콘솔과 소통하여 전압을 인가하고 상기 헤드 기능들을 제어하여 포착된 몸통 속공간의 영상을 디스플레이한다.

이제 도2를 참조하면, 상기 주 몸체 부분은 후방 부분(20)과 분리 가능하게 연결할 수 있는 전방 부분(18)을 포함한다. 후방 부분 내에 안내 채널(14)의 전방 단부(24)로의 삽입을 위한 통과 보어(22)가 제공된다. 후방 몸통 부분에는 케이블(16)의 통과 보어(26)가 형성된다. 인쇄 회로 기판(30)에 부착된 CCD 센서(28)가 케이블에 전기적으로 접속된다. CCD 센서 대신에, CMOS 센서 등의, 다른 적절한 센서가 사용될 수 있다. CCD 센서는 광 에너지를 모아서, 비디오 콘솔 유닛의 비디오 프로세서로 통과하는 아날로그 신호들로 전달하며, 이 아날로그 신호들은 상기 유닛에서 PAL/NTSC/RGB 등의 비디오 신호로 변환되어 디스플레이된다. 연장된 삽입부(27)가 안내 채널의 전방 단부(24) 상에 고정될 수 있게 제공된다. 이 삽입부는, 안내 채널이 후방 부분 내에 삽입된 후에, 안내 채널 및 헤드 사이의 통로를 밀봉하도록 작용한다.

전방 부분(18)은 그의 말단부에 구멍(32)이 제공된다. 이 구멍은, 그 구멍의 앞 부분에 있는, 몸통 속공간의 위치들을 상기 구멍을 통해 관찰하는, 대물 렌즈(34)를 내장하고 있다. 상기 전방 부분내에는, 전방 부분의 말단부에 배치된 U자형 함몰부(38)에서 종결하는, 통로(36)가 형성된다. 일단 상기 전방 부분 및 후방 부분이 조립되면 상기 통로는 연장된 삽입부(27)를 수용하게 되고 상기 U자형함몰부는 작업 채널, 또는 안내 채널을 따라 연장하는 소위 멀티루멘 관의, 출구로서 작용한다.

전방 부분의 기부측 단부에 렌즈에 대향하게 배치된 광학 필터(40)가 제공된다. U자형함몰부(38)에 의해 상기 전방 부분의 말단부는, 횡단면이 두 개의 대칭으로 배치된 아치형 영역들에 의해 정의되는, 형상을 가진다. 상기 전방 부분의 말단부내에 두 개의 그룹들의 조명 수단, 바람직하게는 화이트 LED,을 가진 조명 모듈이 제공된다. 화이트 LED 대신 또는 그에 부가하여 다른 LED도 사용될 수 있음을 이해하기 바란다.

상기 모듈의 구성은 도5, 8, 9를 참조하여 후술된다. 실제로, 각 그룹의 LED는 3개의 LED(42,44)(대응하는 공통의 참조 부호들로 나타내고 있음)로 구성된다. 상기 그룹들은 각 그룹이 윈도우의 좌측 또는 우측에 제공된 각각의 아치형 영역 내에 위치하는 방식으로 상기 모듈 내에 배열된다. 상기 LED는 중간 LED가 윈도우에 더 가깝고, 나머지 두 개의 LED가 헤드 몸체 부분의 원주 벽에 더 가깝게 배치되는 방식으로 상기 모듈 내에 배열된다. 상세하게 도시되지 않았지만, 장착 판 상에 위치하는 LED는 종래 기술에서와 같이 인쇄 회로 기판(30)에 전기적으로 접속됨을 이해하기 바란다.

이제 도3 및 4를 참조하면, 그의 전방 및 후방 부분들이 길이방향으로 배향된 나사들(46,48)에 의해 연결된 본 발명의 광학 헤드를 나타내고 있다. 또한, 그 이외에 통상 삽입관의 굽힘부에 배치되는 네비게이션 메커니즘의 척추뼈와 상기 헤드의 후방 부분을 연결하는, 횡방향으로 배향된 나사들(50)도 제공된다. 이 메커니즘은 잘 알려져 있으며 도시되지 않았다.

도3에는 CCD 센서의 여러 가지 전자 부품들에 관련된 다수의 접촉 레그 들(52)이 도시되어 있다. 상기 레그들은 회로 기판에서 돌출되어 납땜 등에 의해 케이블(16)에 전기적으로 접속된다. 도시되지 않았지만, LED에는 또한 인쇄 회로 기판을 통해 케이블에 전기적으로 접속된, 레그들도 제공되어 있음을 이해하기 바란다.

도4에 도시된 바와 같이, LED 및 주 몸체 부분의 원주 벽 사이에 자유 공간(54)이 제공된다. 실제로 이 공간은 에폭시 수지 등의 적절한 충전재로 채워진다. 상기 구성에 의해, 상기 헤드 내의 각각의 LED의 위치가 고정되어 유지된다. 또한, 상기 충전재는 회로 기판 및 케이블 사이의 자유 공간도 충전하고 있다.

도3에는 일회용 캡(도시 안됨)을 가진 광학 헤드의 밀봉 결합을 허용하는, O-링(56)이 도시되어 있다. 이 캡은, 참조로 본 출원에 포함된, 본 출원인의 종전의 미국 특허 출원, 예컨대 PCT/IL03/00661호 또는 USSN 60/570,607호에 개시된 바와 같은 일회용의 팽창 가능한 프로펠링 슬리브가 제공된, 내시경들에 대해 필요하게 된다.

본 발명에 따르면, 광학 헤드에 사용된 LED는 다른 광도 및/또는 다른 광도 분포각에 의해 형성되도록 신중하게 선택된다. 여기에서, (광 강도로서도 알려져 있는) 광도는 일 스태래디안(steradian)의 입체각 내의 점광원으로부터 방사되는 광 파워의 량을 의미한다. 광도 분포각은, 특정 LED의 광도가 축에서 양 방향으로 50퍼센트로 떨어지는 지점이 축상 원근법에서 몇도나 멀리 떨어져 있는가를 특징으로 하는, 도로 나타내지는, 절반(half)-강도의 빔 각을 의미한다. 때로 지향성이라 하는, 이 특징은 광도가 상대적으로 얼마나 시야각에 의존하는 지를 극(polar)에서 의 그래픽으로 또는 데카르트 좌표(Cartesian coordinates)로 나타낸다. 이 특징은 LED의 축 배향에 따라 변화될 수 있다.

도5에는, 본 발명의 광학 헤드에 사용되는 조명 모듈의 일례가 도시되어 있다. 상기 모듈은 참조 부호 58로 표기되며 새들형(saddle-like) 장착 판(587)에 납땜된, 6개의 화이트 LED(581,582,583,584,585,586)를 포함하고 있는 것으로 도시되어 있다. 도2에 도시된 실시예에서 기술된 모듈과 유사하게, 상기 LED는, 상기 장착판 상에 배치되는, 두 개의 그룹들로 분할된다. 그러나, 종전의 배열과 대조적으로, 중간의 LED(583,584)가 상기 모듈의 외주에 더 근접하게 배치되어 있다. 이 배열은, LED에 더 많은 공간을 제공하며 따라서 더 큰 직경의 LED가 사용될수 있기 때문에, 일부의 장점을 가진다.

상기 장착 판의 외주 상에는, 금속 콘택트들이 상기 판을 통과할 수 있도록 허용하는 몇 개의 컷아웃들이 형성된다. 상기 콘택트들이 각각의 LED 및 접지로 인도한다. 참조 후보 590 및 598로 표기된 상기 컷아웃들은 접지용으로 유지되는 한편, 컷아웃들(592,594,596)은 각각 LED(585,584,586)에 대해 형성되어 있다. 또한, LED의 대향하는 그룹에 관련된 컷아웃들도 있지만, 이 도면에는 도시되어 있지 않다. 실제로 상기 장착 판은 필요한 전자 부품들 및 LED의 콘택트들에 의해 차지되는 표면 및 그의 용적을 가진 CCD-칩을 포함하는 하이브리드 모듈로서 세라믹으로 제조된다. 이러한 세라믹 하이브리드 모듈의 장점들 중 하나는 양호한 열 전도성을 갖게 됨으로써, LED 동작 중에 축적되는 열을 효율적으로 소산시켜서 광학 헤드의 사용 기간을 연장시키는 점이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 유사한 광도 분포각을 가진 LED는 광학 헤드의 길이방향 축에 대해 서로 평행하게 배향되도록 상기 장착 판 상에 고정된다. 동시에 유사하지 않은 광도 분포각에 의해 정의되는 LED는, 두 개의 중간 LED(583,584)가, 외측의 LED(581,582,585,586)의 광도 분포각 보다 큰, 광도 분포각으로 형성되는 방식으로 선택된다. 실제로 중간 LED는 약 60-100도의 광도 분포각을 가지는 한편, 외측의 LED는 약 15-25도의 광도 분포각을 가진다. 이러한 구성에 의해, 직경 약 20-30mm 사이의, 몸통 속공간 또는 다른 몸통 공간의 매우 동질의 조명을 얻을 수 있게 된다. 상기 동질의 조명은 100-140mm의 긴 거리 또는 20-30mm의 중간 거리 또는 5-10mm의 짧은 거리로 광학 헤드에서 떨어져 있는, 그들의 위치들로부터 양호한 품질의 화상들을 얻을 수 있도록 허용한다. 이 실시예에서 유익하게 사용될 수 있는 적절한 LED로는, 일본, 니치아 코포레이션에 의해 제조된 LED를 들 수 있다.

상기 실시예들은, 광학 헤드의 길이방향 축이 몸통 속공간의 축과 동축인, 상황에 대해 양호한 해결책을 제공한다.

그러나, 광학 헤드의 길이방향 축이 몸통 속공간 축에 대해 경사져 있는 상황에서는, 본 발명의 다른 실시예가 적절한 해결책을 제공할 수 있다. 도6, 7 및 8에 도시된, 이 실시예에 따르면, 광학 헤드에 도5에 도시된 실시예와 유사한,패턴의 새들형 장착 판(810) 상에 배열된 6개의 LED를 사용하는, 조명 모듈(80)(도8 참조)이 제공된다. 종전 실시예와 유사하게 LED는 비유사한 광도 분포각에 의해 정의된다. 그러나, 종전 실시예와 대조적으로, 중간 LED(803,804)의 광도 분포각은 외측 LED(801,802,805,806)의 광도 분포각보다 좁다. 또한, 종전 실시예와 또 다르게, LED는 중간 LED에 대해 높고 외측 LED에 대해 낮은, 비유사한 광강도에 의해 정의된다. 종전 실시예와 또 다르게, LED는 중간 LED가 상기 헤드의 길이방향 축에 대해 평행하게 배향되는 한편, 외측 LED는 그에 대해 각을 이루어 경사지게 되는 방식으로 상기 장착 판 상에서 배향된다. 실제로 외측 LED는 그들의 길이방향 축이 상기 장착 판 뒤에 그의 이미지의 정점을 갖는 피라미드의 4개의 에지들을 형성하는 방식으로 배향된다. 실제로 외측 LED의 경사각은 그들의 광도 분포각의 약 0.2-0.5이다. 또한, 본 발명의 조명 모듈에는 각각의 LED를 통해 흐르는 전류를 제어하며 따라서 그의 광도를 변화시키는 전용의 전기적 수단이 제공된다. 이 수단은 도7에 블록도로서 도시되며, 도8에 도시된 모듈의 실시예와 관련하여 후술된다.

이 실시예에서, 경사진 LED(801,802,805,806)는, 그들이, 광학 헤드에 가깝게 있고 따라서 과잉 조명을 필요로 하지 않는, 몸통 속공간의 영역들의 조명을 위한 것이기 때문에, 비교적 낮은 광도를 가지도록 설정된다. 상기 LED는 1.5-2mm의 직경을 가진다.

중간의 LED는 몸통 속공간의 먼 영역들을 조명하기 위한 것이고 따라서 적어도 상기 경사진 LED보다 높은 정도의 광도를 가져야 한다. 실제로 이 LED들은 3-5mm의 직경을 가진다.

본 발명에 따르면, 광학 헤드의 전방의 전체 시계는, 각각 LED에 연관되며 선택적으로 조명이 제어될 수 있는, 5개의 분리된 허상 영역 또는 윈도우들로 분할된다. 상기 전체 시계 및 허상 영역들은 각각 도6에 실선 및 점선으로 표시되어 있다. CCD 센서의 사각형 시계(600) 및 4개의 외측 LED(801,802,805,806)에 대응하는 4개의 코너 영역들(601,602,605,606)이 도시되어 있다. 상기 코너 영역들과 부분적으로 겹치는, 중간 LED(803,804)에 대응하는 일치하는 중간 영역들(603,604)도 도시되어 있다.

도8에 도시된 실시예에 따른 조명 모듈에서, 각 LED의 광도의 변화, 따라서 각각의 허상 영역에 노출되는 조명 레벨을 제어할 수 있다. 이는 각 허상 영역과 연계된 조명 레벨이 각 허상 영역에 할당된 미리 설정된 평균값을 표현하는 계수로 되도록 각 LED를 통해 흐르는 전류를 제어함에 의해 실행된다. 이 구성에 의해, 광학 센서에 의해 감지된 불균일한 조명을 크게 개선시킬 수 있게 된다.

이제 도7을 참조하여 각 LED로 공급되는 전류를 제어하는 블록도를 설명한다.

상기 도면에 의하면 각 LED로 공급되는 전류는, 광학 헤드에 의해 관찰되는, 몸통 속공간의 위치들에 의해 반사되는 광량에 따라 개별적으로 제어된다. 도7에 평행한 화살표로 개략적으로 도시된, 이러한 반사된 광은 대물 렌즈(34)를 통과하며, 광에 노출되어 광량에 비례하는 아날로그 신호를 발생하는, 예컨대 CCD 센서(28) 또는 임의의 다른 적절한 센서에 의해 검출된다. 비디오 스플리터(Splitter)(700)에 전기적으로 접속된 비디오 카메라 제어 기판(710)이 제공된다. 상기 센서에 의해 발생된 신호는 증폭되어 상기 스플리터에 의해 두 개의 신호들로 분할된다. 그들 중 하나는 비디오 카메라 제어 기판으로 진행되어 표준 PAL, NTSC, RGB 등의 비디오 신호로 출력되도록 처리된다. 다른 신호는 영상 처리 블록(720)으로 진행되어, 각 LED에 의해 제공되는 균일한 조명을 보장하고 따라서 상 기 CCD 센서의 각각의 허상 영역이 정보를 잃지 않고 몸통 속공간의 관찰된 위치를 인지하게 되는, 알고리즘에 따라 처리된다.

동일한 신호들에 의해 제어되어 상기 비디오 스플리터에서 수신된 신호들이 CCD 센서의 스캐닝과 동시에 그리고 그와 동기되어 영상 처리 블록(720)에서 처리되고 상기 스캐닝과 동기되어 상기 신호 처리가 실행되도록 하는, 싱크로-스플리터(730)가 제공된다. 이 구성에 의해 상기 센서에 의해 생성된 신호 및 CCD 센서의 대응하는 허상 영역 사이를 링크할 수 있다. 즉, 상기 알고리즘은 허상 영역 상의 CCD 센서를 분할하며 어떤 허상 영역이 그의 조명 레벨의 관점에서 처리되어야 하는 지 결정한다. 처리 결과, 영상 처리 블록에 의해 LED의 전력 공급을 위해 필요한 전류를 공급하는 다수의 제어된 전류 공급원 블록(CCS 블록)으로 출력되는, 개별적인 제어 신호들이 발생된다. 각각의 CCS 블록은, 상기 대응하는 제어 신호, 및 각각의 CCD 센서에 의해 생성된 인스턴트 신호 및 허상 영역의 평균 조명 레벨의 미리 설정된 값과 관련되는 계수 사이의 차에 대해 비례하는, 전류를 생성한다.

도7에서 병렬로 접속된 각각의 LED(801,802,805,806)는 각각의 CCS 블록(721,722,725,726)에 의해 개별적으로 전력이 공급되는 한편, 직렬 접속된 LED(803,804)는 공통의 CCS 블록(723)에 의해 전력이 공급된다. 이 배열은 두 개의 유사한, 중앙에 배치된 LED(803,804)가 몸통 속공간의 먼 위치들을 조명하는 조명 모듈에 대해 유익하게 된다.

이제, 도9를 참조하여 비유사한 광도 분포각에 의해 정의된 LED를 가진 조명 모듈의 다른 실시예를 설명하도록 한다. 도9에서는 작은 직경 및 큰 직경을 가진 적어도 두 개의 LED(910,920)를 갖는 이 모듈의 일부를 나타내고 있다. 상기 LED는, 종전의 실시예들에서와 같이 PCB 또는 하이브리드 세라믹 판인, 통상의 장착 판(900) 상에 장착된다. 각각의 LED는 그의 중앙에 배치된 반 도체 크리스털(912,922)을 가진 오목 반사체(911,921)로 구성된다. 작은 LED(901)의 반사체(911)는 받침대(930)상에 놓여 있는 것으로 도시되어 있다. 상기 반사체 및 각 LED의 다이는 대응하는 렌즈(913,923)에 의해 커버된다. 각 렌즈는 각각 길이방향 축 X-X 및 Y-Y를 가진다. 상기 렌즈들은, 성형 가능하고 투명 또는 적어도 반투명한, 폴리머 재료로 제조된다. 이 재료는 상기 반사체들 상에서 그들을 내부에 둘러쌈과 동시에 상기 장착 판과 상기 둘러싸인 LED를 통합하도록 성형될 수 있다. LED가 비유사한 광도 분포각을 가지는 것을 보장하기 위해 LED(910)의 반사체(911)가 상기 받침대 상에 편심으로 배치된다, 즉 렌즈(913)의 길이방향 축 X-X가 LED(901)의 길이방향 축 Z-Z과 동축으로 되지 않게 된다. LED(921)의 길이방향 축을 시프팅함에 의해 유사한 결과가 얻어질수 있음을 이해하기 바란다. 광도 분포각을 변화시키는 또 다른 가능성은 적어도 하나의 LED를 경사지게 하여 그들의 길이방향 축들이 평행으로 되지 않게 하는 것이다. 이러한 대책은 LED의 길이방향 축에 대해 상기 렌즈의 길이방향 축을 동축 방향이 아닌 상태로 배치하는 대신으로 또는 그에 부가적으로 취해질 수 있다.

상기한 설명으로부터 여러 개의 LED를 사용하는 조명 모듈의 조명 불균일은 다음의 매개변수들 중 적어도 하나를 변경함에 의해 제어될 수 있다 : LED의 광도, LED의 광도 분포각, LED의 직경, 및 LED의 길이방향 축의 방향. 본 발명에 따르면, 이러한 모듈에 의해 발생되는 조명 불균일은, 만일 나머지 LED의 동일 매개변수와 다른, 적어도 하나의 매개변수를 갖는 하나 이상의 LED를 가진다면, 크게 개선될 수 있다.

이제 도10, 12a, 12b 및 13을 참조하여 본 발명의 광학 헤드의 또 다른 실시예들에 대해 설명한다. 도10에 도시된 바와 같이, 상기 광학 헤드는 스냅 연결에 의해 분리 가능하게 부착된 일회용 캡(120)을 가진 주 몸체 부분(110)을 포함한다. 상기 캡은 도11에 분리하여 도시된다. 이러한 캡은, 예컨대 본 출원인의 종전의 특허 출원 PCT/IL03/00661호 또는 USSN 60/570,607호에 개시된 바와 같이, 일회용의 팽창 가능한 프로펠링 슬리브가 제공된 내시경 장치에 사용되는 광학 헤드와 함께 사용되기에 유익할 것이다. 상기 캡의 구조는 여기에서 상세하게 설명되지 않으며 적절한 플라스틱 재료로부터의 사출 성형에 의해 제조되며 스냅 연결에 의해 상기 헤드에 편리하게 탈착될 수 있는 방식으로 설계된 점만 언급한다. 이러한 연결은 광학 헤드의 주 몸체 부분 상에 형성된 구멍(126)과 스냅 결합하도록 진입되는 돌출부(124)를 가진 스프링 텅(tongue)(122)을 포함한다. 상기 캡의 말단부 상에는 대물 렌즈용 구멍(128)이 제공되어 있다. 상기 캡의 말단부 상에 제공된 상기 구멍 위에 스프링클러 실드(sprinkler shield)(130)가 배치된다. 상기 스프링클러 실드는 수술용 도구가 관심 위치(도시 안됨)로 멀티루멘 관을 통해 전진할 때 통과하도록 구멍(132)을 가진다. 상세하게 도시되지 않았지만 상기 스프링클러 실드는, 구멍(128)을 폐쇄하는 윈도우 바로 위의 멀티루멘 관의 관주(irrigation) 채널로부터 분출되는 워터 젯을 향해 배향됨을 이해하기 바란다.

도12a를 참조하면, 주 몸체 부분(110)은 단일의 원통형 부분으로 제조되며, 후방 단부(134), 중간 부분(136) 및 전방 단부(138)가 제공된다. 후방 단부 내에, 안내 채널용 공간(140)이 제공된다. 이 공간은, 주 몸체 부분의 중간 부분 및 전방 단부를 통해 연장하는, U-자형의 기다란 함몰부(142)와 소통한다. 상기 공간(140) 및 기다란 함몰부의 목적은 도2에 도시된 실시예와 연관하여 설명된 통로(36) 및 U-자형의 함몰부(38)의 목적과 유사하다. 상기 중간 부분 및 전방 단부 내에, PCB(148)에 부착된 CCD 센서(146)를 수용하는 공간(144)이 제공된다. CCD 센서의 전방에, 필터(150)가 제공되어, 반투명한 커버(152)에 의해 커버된다. 상기 필터 및 커버는 물론이고 상기 CCD 센서도 보유 부싱(154)의 후방 단부에 의해 제 위치에 보유되는 한편, 상기 부싱의 전방 단부는 구멍(158)을 통해 상기 전방 단부(138) 외측으로 약간 돌출된 대물 렌즈(158)를 보유하고 있다. 상기 배열은 캡이 광학 헤드에 부착될 때 윈도우(158)가 캡의 윈도우(128)와 정렬되도록 되어 있다. 대물 렌즈의 최전방 단부에 방현성(antiglare) 링(160)을 포함하는 기생 광 프로텍터가 제공된다. 도12b 및 13을 참조하면, 주 몸체 부분 내에 6개의 LED가 배치되며, 주 몸체 부분의 가상 중간면(파선으로 도시됨)에 대해 대칭으로 배열된 두 개의 그룹들로 분할된다. 상기 LED의 그룹들은 각각 참조 부호 162, 164로 집합적으로 나타낸다. 상세하게 도시되지 않았지만, 상기 LED는 새들형의 통상의 장착 판 상에 장착되어, 상기한 것들과 유사하게, 조명 모듈로서 헤드 내에 편리하게 배치된다. 이러한 모듈의 조명 불균일은 상기한 바와 동일한 4개의 매개변수들에 의해 제어될 수 있다. 상기 매개변수들은 : 광도, 광도 분포각, 크기, 및 길이방향 축 의 방향이다.

본 발명은 상기한 실시예들로 제한되지 않고 당업자라면 첨부된 특허청구의 범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변화시킬 수 있음을 이해하기 바란다. 이하에 본 발명의 일부 양태들의 다른 구현예들을 설명한다.

LED들이 광학 헤드의 중간 면에 대해 대칭으로 배열됨이 필수적인 것은 아니다(도4, 5, 8, 12b 참조). 사용 가능한 공간이 제한된 상황에서, 작업 채널의 말단부는 중간 면의 일측에 3개의 LED 및 그 반대 측에 2개의 LED를 배열할 수 있도록 몇도 정도 비틀어 구부려질 수 있다. 상기 헤드 내의 LED의 배치의 또 다른 가능성은 헤드의 최전방 단부로부터 그들을 다른 거리에 배치하는 것이다. 예컨대, 각 그룹의 2개의 LED가 3개의 LED보다 최전방 단부에 더 가깝게 배치될 수 있다. 이러한 배치에 의해 중간면에 대한 LED의 대칭 배치를 유지할 수 있다.

상기한 스냅 연결 대신에, 상기 광학 헤드에 상기 텅이 제공되고 상기 구멍이 캡에 형성되는, 스냅 연결을 시도할 수 있다.

상기 텅에 돌출부가 제공되는 대신에, 구멍 또는 함몰부 및 그에 매칭되는 돌출부가 상기 광학 헤드에 배열될 수 있다.

또한, 상기 스냅 연결을 이용하는 대신에 공지되어 있는 다른 적절한 기계적 연결을 이용할 수 있다.

또한, 본 발명은 내시경에 사용되는 광학 헤드로 엄격하게 제한되지 않는다. 본 발명은 검사, 수술, 진단, 테라피 등의 목적으로 사용되는 임의의 다른 내시경 장치도 커버한다. 이러한 내시경 장치들 중에, 식도, 위 및 십이지장을 검사하기 위한 내시경, 방광을 검사하기 위한 방광경, 앤지오스코프(angioscopes), 기관지경(bronchoscopes), 복강경, 관절경, S상(狀) 결장경(結腸鏡) 등을 언급할 수 있다. 또한, 본 발명은 의학 뿐만 아니라, 산업적 응용도 커버하며 산업용 내시경, 또는 소위 보로스코프(boroscope)에도 적용 가능하다.

전술한 명세서 및/또는 이하의 특허청구의 범위, 및/또는 첨부 도면들에 개시된 특징들은, 분리되어 그리고 조합되어, 그의 여러 가지 형태들로 본 발명을 구현하기 위한 재료로 될 수 있음을 이해하기 바란다.

Claims

CCD 칩 또는 CMOS를 포함하는 영상 시스템 및 여러 개의 조명 수단이 구비된 조명 모듈을 포함하는 조명 시스템이 장비된, 내시경용 광학 헤드로서, 나머지 조명 수단의 동일의 매개변수의 값과 다른 값을 갖는, 매개변수에 의해 하나 이상의 조명 수단이 정의되는 광학 헤드.
제1항에 있어서, 상기 매개변수는 광도, 광도 분포각, 및 상기 조명 수단의 길이방향 축의 방향으로 된 그룹에서 선택되는 광학 헤드.
제1항에 있어서, 상기 조명 수단은 LED이고 상기 조명 모듈은 LED가 배치되는 장착 판을 포함하며, 상기 LED는 상기 광학 헤드의 가상의 길이방향 중간면의 좌측 및 우측에 각각 배치된 두 개의 그룹들로 분할되는 광학 헤드.
제3항에 있어서, 상기 장착 판은 세라믹 하이브리드 모듈을 포함하는 광학 헤드.
제3항에 있어서, 상기 장착 판은 새들(saddle) 형상을 가지며 상기 각각의 LED 그룹은 상기 가상의 길이방향 중간면의 좌측 및 우측에 제공된 각각의 아치형 영역내에 배치되는 광학 헤드.
제5항에 있어서, 상기 각각의 LED 그룹은 두 개의 외측 LED 및 하나의 중간의 LED를 포함하는 3개의 LED로 구성되는 광학 헤드.
제6항에 있어서, 상기 LED는 상기 가상의 길이방향 중간면에 대해 대칭으로 배치되는 광학 헤드.
제7항에 있어서, 상기 LED는 그들의 길이방향 축들이 광학 헤드의 길이방향 축에 평행하게 되는 방식으로 상기 장착 판 상에 고정되는 광학 헤드.
제8항에 있어서, 상기 중간 LED의 광도 분포각은 상기 외측 LED의 광도 분포각과 다른 광학 헤드.
제9항에 있어서, 상기 중간 LED의 광도 분포각은 상기 외측 LED의 광도 분포각 보다 넓은 광학 헤드.
제7항에 있어서, 상기 LED는 상기 외측 LED의 길이방향 축들이 광학 헤드의 길이방향 축에 평행하지 않게 되는 방식으로 상기 장착 판상에 고정되는 광학 헤드.
제11항에 있어서, 상기 중간 LED의 직경은 상기 외측 LED의 직경보다 큰 광학 헤드.
제11항에 있어서, 상기 중간 LED의 광도 분포각은 상기 외측 LED의 광도 분포각 보다 좁은 광학 헤드.
제11항에 있어서, 상기 중간 LED의 광도는 상기 외측 LED의 광도와 동일하지 않은 광학 헤드.
제2항에 있어서, LED의 광도를 제어하는 수단을 포함하는 광학 헤드.
제15항에 있어서, 상기 LED 칩은, 각각의 LED와 연관된 허상 영역들로 분할된 시계를 가지며 상기 광도를 제어하는 수단은 각각의 LED에 전류를 공급하는 하나 이상의 전류 공급원을 포함하고, 상기 전류는 상기 LED와 연관된 허상 영역의 평균 조명 레벨의 미리 설정된 값에 의존하는 광학 헤드.
제1항에 있어서, 상기 광학 헤드에 분리 가능하게 연결할 수 있는 일회용 캡을 더 포함하는 광학 헤드.
제17항에 있어서, 상기 광학 헤드는 스냅 연결에 의해 상기 캡에 분리 가능 하게 연결할 수 있는 광학 헤드.
제18항에 있어서, 상기 스냅 연결은 구멍과 결합하도록 탄성적으로 변형 가능한 텅을 포함하는 광학 헤드.
고체 상태 이미징 센서를 포함하는 영상 시스템 및 여러 개의 조명 수단이 구비된 조명 모듈을 포함하는 조명 시스템이 제공된 내시경용 광학 헤드를 제어하는 방법으로서, 각각의 조명 수단과 연관된 허상 영역들로 이미징 센서의 시계를 분할하는 단계, 및 각각의 조명 수단과 연관된 허상 영역의 평균 조명 레벨에 따라 상기 각각의 조명 수단에 전류를 공급하는 단계를 포함하는, 내시경용 광학 헤드를 제어하는 방법.