KR20180045059A - 최소 침습 수술 시스템 내의 듀얼 광경로 프리즘 및 카메라 - Google Patents

최소 침습 수술 시스템 내의 듀얼 광경로 프리즘 및 카메라 Download PDF

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Abstract

최소 침습 수술 시스템에서, 카메라는 프리즘 엘리먼트내에 렌즈를 갖는 프리즘 엘리먼트를 포함한다. 이러한 렌즈는 비가시광에 대한 최종 이미지 초점을 보정하여 가시광에 대한 초점과 실질상 동일하도록 한다. 대안으로, 렌즈는 가시광에 대한 최종 이미지 초점을 보정하여 비가시광에 대한 초점과 실질상 동일하도록 한다.

Description

최소 침습 수술 시스템 내의 듀얼 광경로 프리즘 및 카메라{DUAL OPTICAL PATH PRISM AND CAMERA IN A MINIMALLY INVASIVE SURGICAL SYSTEM}
본 발명의 특징은 내시경 이미징에 관한 것이고 보다 상세하게는 가시광선 이미지 및 근적외선 또는 자외선 이미지를 동시에 포커싱하는 것에 관한 것이다.
캘리포니아 서니베일의 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드에 의해 상업화된 다빈치® 수술 시스템은 신체에 대한 감소된 트라우마, 보다 빠른 회복 및 보다 짧은 입원기간과 같은 많은 장점을 환자에게 제공하는 최소 침습 원격조정되는 수술 시스템이다. 다빈치® 수술 시스템의 하나의 핵심 컴포넌트는 외과의가 입체적으로 볼 수 있도록 2-채널의 (즉, 좌우) 비디오 캡쳐 및 가시적 이미지의 표시를 제공할 수 있다.
이러한 전자 입체 영상 시스템은 외과의에게 고해상도의 비디오 이미지를 출력할 수 있고, 증가된 정밀도로 작업하는 것은 물론, 특정 조직 타입 및 특성을 외과의가 식별할 수 있도록 하는 "확대된" 뷰를 줌과 같은 특징(feature)이 제공할 수 있도록 한다.
그러나, 전형적인 수술 분야에서, 특정 조직 타입은 식별하기 어렵거나, 관심의 조직이 적어도 부분적으로 다른 조직에 의해 희미할 수 있다. 이것은 수술 공정을 복잡하게 한다.
일부 적용에서, 근적외선 스펙트럼에서의 형광 이미지 및 반사된 백색광 이미지가 최소 침습 수술에 사용된다. 그러나, 근적외선 형광 이미지에 대한 백 초점 거리는 반사된 백색광 이미지에 대한 백 초점 거리와 상이하다. 따라서, 동작의 하나의 모드로부터 다른 모드로 전환할 때, 초점 조정이 필요하다. 근적외선 형광 이미지 및 반사된 백색광 이미지를 동시에 보고 있을 때, 전형적인 내시경 및 카메라의 광학기기는 양측 이미지의 동시 초점을 제공하지 않는다. 또한 유사한 상황이 자외선 스펙트럼에서 일어날 수 있다.
상이한 파장 이미지에 대한 초점 평면에서의 차이에 대한 하나의 솔루션이 2010년 4월 15일에 공개된 국제공개번호 WO 2010/042522A1에 나타나있다. 이러한 방법은 상이한 굴절률을 갖는 상이한 재료로 제조된 섹션을 포함하는 프리즘을 사용한다. 이색성 코팅이 이러한 섹션 사이의 진단면에 배치되어 진단면중 절반은 가시광을 전달하고 근적외선광을 반사하는 단파장 통과 코팅으로 코팅된다. 진단면의 나머지 절반은 근적외선광을 전달하고 가시광을 반사하는 장파장 통과 코팅으로 코팅된다.
이러한 방법은 작은 차이의 초점에 대해 적용된다. 하지만, 이러한 방법은 필요한 프리즘의 크기가 너무 크기 때문에 보다 큰 초점 차이에 대해서는 실용적이지 않다. 이러한 방법은 또한 이미징 경로가 일정 양 만큼 측방향으로 오프셋됨에 따라 물리적으로 보다 큰 카메라를 필요로 하여 카메라 어셈블리가 보다 더 커진다. 이러한 방법은 또한 이러한 설계를 충족시키기 위해 정확하게 "정확한" 인덱스 및 아베수를 갖는 2개의 재료를 찾을 필요가 있다. 제한된 수의 적합한 재료가 존재하여서 솔루션은 가능하지 않을 수 있다. 이러한 방법은 또한 보다 일반적인 광수차를 보정할 수 없다.
하나의 특징에서, 내시경 카메라는 가시 이미지 및 비가시 이미지중 하나를 포커싱하도록 구성된 후에 이러한 가시 이미지 및 비가시 이미지 모두를 적합하게 포커싱한다. 하나의 특징에서, 이러한 카메라는 프리즘 엘리먼트내에 렌즈를 갖는 프리즘 엘리먼트를 포함한다. 이러한 렌즈는 근적외선에서의 관심의 파장 범위에서 내시경 광학기기에 의해 생성된 길이방향 (장축) 컬러를 보정하여 가시 이미지 및 근적외선 이미지 모두가 카메라내의 이미징 센서에서 초점이 맞게 된다. 카메라내의 이미지 포착 디바이스 및 포커싱 광학기기는 변경되지 않은 상태로 유지될 수 있다.
여기에 사용된 용어 형광은 근적외선 스펙트럼에서 방사된 광이지만, 이것은 단지 예일 뿐이고 제한을 위한 것은 아니다. 본원에서, 근적외선 스펙트럼 또는 자외선 스펙트럼에서 방출된 광인 형광이 처리될 수 있다.
근적외선에서 양호한 성능을 갖도록 의도적으로 설계되지 않은 광학기기를 통한 근적외선 이미징은 축방향 색수차 및 다른 광수차 모두를 나타낼 가능성이 높다. 프리즘 엘리먼트내의 렌즈는 또한 다른 수차의 일부를 완화시킬 수 있다.
하나의 특징에서, 프리즘 엘리먼트내의 렌즈는 교환가능하여서 카메라는 상이한 광 특성을 갖는 내시경에 사용될 수 있다. 다른 특징에서, 렌즈는 프리즘 엘리먼트의 2개의 프리즘의 페이스에 형성된다. 대안으로, 커브면이 대안의 경로의 프리즘의 빗면에 있을 수 있다. 또 다른 특징에서, 회절 소자가 렌즈 대신에 사용될 수 있다.
또 다른 특징에서, 비가시광은 형광이고 가시광은 하나의 예에서 백색의 가시 성분을 포함하고 있다. 또 다른 특징에서, 형광은 근적외선 형광이다.
방법은 최소 침습 수술 기구로부터 가시광 및 비가시광을 포함하는 광을 수신하는 단계를 포함한다. 이러한 가시광은 비가시광으로부터 분리된다.
이러한 방법에서, 가시광 및 비가시광중 하나는 렌즈를 통과한다. 이러한 렌즈는 가시광 및 비가시광중 하나로부터 형성된 이미지의 초점을 보정하여 가시 이미지 및 비가시 이미지를 생성하는 광학기기의 (이미징되는 파장에서 측정된) 전체 시스템 초점 길이는 대략 동일하고, 그 결과, 가시광 및 비가시광으로부터 형성된 이미지의 적당한 초점을 얻는다.
또한, 이 방법에서 렌즈로부터의 가시광 및 비가시광중 하나는 가시광 및 비가시광의 다른 하나와 재결합된다. 이러한 재결합된 가시광 및 비가시광은 포커싱된다.
방법의 다른 특징에서, 가시광 및 비가시광중 하나는 렌즈를 통과한다. 이러한 렌즈는 가시광 및 비가시광중 하나로부터 형성된 이미지의 초점을 보정하여 이미지의 초점은 가시광 및 비가시광중 다른 하나로부터 형성된 이미지의 초점과 대략 동일하다. 이러한 렌즈로부터의 가시광 및 비가시광중 하나는 가시광 및 비가시광의 다른 하나와 재결합된다.
방법의 또 다른 특징에서, 가시광 및 비가시광중 하나는 렌즈를 통과한다. 렌즈는 가시광 및 비가시광중 하나로부터 형성된 이미지의 수차를 수정하여 이미지의 인식된 초점은 가시광 및 비가시광중 다른 하나로부터 형성된 이미지의 초점과 대략 동일하다. 렌즈로부터의 가시광 및 비가시광중 하나는 가시광 및 비가시광중 다른 하나와 재결합된다.
최소 침습 수술 시스템은 프리즘 엘리먼트내에 렌즈를 갖고 있는 프리즘 엘리먼트를 포함하는 카메라를 포함한다. 하나의 특징에서, 회절 소자가 렌즈 대신에 사용된다. 이러한 렌즈는 가시광 및 비가시광중 하나로부터 형성된 이미지의 초점을 보정하여 이미지의 초점은 프리즘 엘리먼트를 통과하는 가시광 및 비가시광중 다른 하나로부터 형성된 다른 이미지의 초점과 대략 동일하다.
프리즘 엘리먼트는 통과, 반사 코팅을 갖는 제1 표면을 포함한다. 이러한 코팅은 가시광 및 비가시광중 다른 하나를 코팅에 통과시키고 가시광 및 비가시광중 하나를 반사시킨다.
프리즘 엘리먼트는 또한 반사 코팅을 갖는, 제1 표면로부터 떨어지고 대향하는 제2 표면을 포함한다.
이러한 프리즘 엘리먼트는 복수의 프리즘을 포함한다. 하나의 특징에서, 렌즈는 복수의 프리즘의 2개의 인접한 프리즘의 페이스에 형성된다.
또 다른 특징에서, 최소 침습 수술 시스템은 이미징 평면을 갖는 카메라 및 초점 보정 어셈블리를 포함한다. 이러한 초점 보정 어셈블리는 제1 광경로, 렌즈를 포함하는 제2 광경로, 공통 시작 지점 및 공통 종료 지점을 포함한다. 제2 광경로의 길이는 제1 광경로의 길이보다 길다.
이러한 초점 보정 어셈블리는 카메라에 관련되어 구성되고 위치지정되어서, 시작 지점으로부터 제1 광경로를 통해 종료 지점으로 통과하는 제1 스펙트럼에서의 광 및 시작 지점으로부터 제2 광경로를 통해 종료 지점으로 통과하는 제2 스펙트럼에서의 광 모두가 이미징 평면에 포커싱되어 이미징 평면에 실질상 초점이 맞는 가시 이미지 및 비가시 이미지를 형성한다.
도 1은 가시 및 비가시 이미지에 대한 공통 초점을 가진 내시경 카메라를 포함하는 최소 침습 원격조정 수술 시스템의 도면이다.
도 2는 종래 내시경 카메라의 블록도이다.
도 3은 렌즈, 포커스 렌즈 그룹, CCD 프리즘 블록 및 CCD를 갖는 프리즘 엘리먼트를 포함하는 새로운 카메라의 블록도이다.
도 4a는 제1 내시경으로부터의 가시 및 비가시 이미지의 초점 특성의 그래프이다.
도 4b는 제2 내시경으로부터의 가시 및 비가시 이미지의 초점 특성의 그래프이다.
도 5는 프리즘 엘리먼트의 하나의 예의 보다 상세한 도면이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5의 프리즘 엘리먼트의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7a 내지 도 7e는 프리즘 엘리먼트의 대안의 구현예를 도시하는 도면이다.
도면에서, 부재번호의 첫번째 숫자는 이러한 부재번호의 엘리먼트가 처음으로 도시된 도면을 나타낸다.
여기에 사용된 바와 같이 전자 입체 이미징은 2개의 이미징 채널(즉, 좌우 이미지에 대한 채널)의 사용을 포함한다.
여기에서 사용된 바와 같이, 입체 광경로는 조직으로부터 광을 전송하기 위한 내시경내의 2개의 채널(예를 들어, 좌우 이미지에 대한 채널)을 포함한다. 각 채널에서 전송된 광은 조직의 상이한 뷰를 나타낸다. 이러한 광은 하나 이상의 이미지를 형성할 수 있다. 일반성 또는 적용성의 손실 없이, 아래에 보다 온전하게 설명된 특징 역시 필드 시퀀셜 스테레오 획득 시스템 및/또는 필드 시퀀셜 디스플레이 시스템에서 사용될 수도 있다.
여기에 사용된 바와 같이, 조명 경로는 조직을 조명하는 내시경내의 경로를 포함한다.
여기에 사용된 바와 같이, 가시 전자기파 스펙트럼에서 포착된 이미지는 획득된 가시 이미지로 불린다.
여기에서 사용된 바와 같이, 백색광은 3개(또는 보다 많은) 가시 컬러 성분, 예를 들어, 적색 가시 컬러 성분, 녹색 가시 컬러 성분 및 청색 가시 컬러 성분으로 구성된 가시 백색광이다. 가시 컬러 성분이 조명기에 의해 제공되면, 가시 컬러 성분은 가시 컬러 조명 성분으로 불린다. 또한, 백색광은 예를 들어, 가열된 텅스텐 필라멘트로부터 볼 수도 있으므로 가시 스펙트럼내의 보다 연속적인 스펙트럼을 가리킬 수 있다.
여기에서 사용된 바와 같이, 가시 이미지는 가시 컬러 성분을 포함한다.
여기에서 사용된 바와 같이, 비가시 이미지는 3개의 가시 컬러 성분중 어느 하나를 포함하지 않는 이미지이다. 따라서, 비가시 이미지는 보통 가시로 여겨지는 범위 밖의 광에 의해 형성된 이미지이다.
여기에서 사용된 바와 같이, 가시 전자기파 스펙트럼에서 포착된 이미지는 획득된 가시 이미지로 불린다.
여기에서 사용된 바와 같이, 형광의 결과로서 포착된 이미지는 획득된 형광 이미지로 불린다. 다양한 형광 이미징 모달리티가 존재한다. 형광은 예를 들어, 주입가능한 다이, 형광 단백질, 또는 형광 태깅된 항체를 사용함으로써 얻을 수 있다. 형광은 예를 들어, 레이저 또는 다른 에너지원에 의한 여기를 통해 얻을 수 있다. 형광 이미지는 병리 정보(예를 들어, 형광 종양) 또는 해부 정보(예를 들어, 형광 태깅된 힘줄)와 같은, 수술에 핵심적인 생체내 환자 정보를 제공할 수 있다. 다음의 설명에서, 근적외선 스펙트럼내의 형광이 예로서 사용되어 있다.
여기에서 사용된 바와 같이, 통과, 반사 코팅은 트랜지션 파장에 대한 제1 사전정의된 관계를 가진 파장을 통과시키고 트랜지션 파장에 대한 제2 사전정의된 관계를 갖는 파장을 반사시키는 코팅이다. 예를 들어, 여기에 사용된 바와 같이, 단파장 통과, 장파장 반사 코팅은 트랜지션 파장보다 짧은 파장을 주로 통과하고 트랜지션 파장보다 긴 파장을 주로 반사하는 코팅이다. 따라서, 이러한 예에서, 제1 사전정의된 관계는 보다 짧은, 제2 사전정의된 관계는 보다 긴 것을 의미한다.
본 발명의 특징은 최소 침습 수술 시스템(100), 예를 들어, 캘리포니아 서니베일의 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드에 의해 상업화된 다빈치® 최소 침습 원격조정 수술 시스템 내의 카메라(120L, 120R)에 의해 수술 필드로부터 인포커스 가시 및 비가시 이미지를 획득하도록 촉진한다. 하나의 특징에서, 카메라(120L, 120R)는 2개의 뷰잉 모드, 즉 정상 모드 및 하나 이상의 증강된 모드를 포함하는 최소 침습 수술 시스템에서 사용된다. 뷰잉 모드 사이의 전환은 보통 외과의의 콘솔(150) 위에 있는 디스플레이 모드 스위치(152)를 사용하여 이루어진다.
정상 뷰잉 모드에서, 수술 필드의 가시 이미지는 카메라(120L, 120R)에 의해 획득되고 입체 디스플레이(151)에 표시된다. 증강된 모드에서, 비가시 이미지는 카메라(120L, 120R)에 의해 획득된다. 이러한 획득된 비가시 이미지는 처리되는데, 예를 들어, 가시 컬러 성분을 사용하여 허위 컬러링되고(false colored) 입체 디스플레이(151)에 표시된다. 일부 특징에서, 증강된 모드는 또한 가시 이미지를 획득할 수 있다.
카메라(120L, 120R)는 상이한 이미지가 획득될 때, 카메라에 대한 임의의 초점 조정 없이 포착 컴포넌트(121L, 121R)에 가시 이미지 및 비가시 이미지 모두를 적합하게 포커싱한다. 하나의 특징에서, 카메라(120L, 120R)는 포착 컴포넌트(121L, 121R)에 의해 가시 이미지를 획득하도록 포커싱되고, 비가시 이미지는 카메라(120L, 120R)에 대한 임의의 추가 조정 없이 동일한 포착 컴포넌트(121L, 121R)에 의해 정초점으로 획득된다.
아래에 보다 온전하게 설명되는 바와 같이, 카메라(120L, 120R)의 각각은 프리즘 엘리먼트내의 렌즈(또는 다양한 굴절율을 갖는 이진(binary) 표면 또는 재료와 같은 광 파워를 갖는 다른 디바이스)가 있는 프리즘 엘리먼트를 포함한다. 예를 들어, 하나의 특징에서, 회절 소자가 렌즈 대신에 사용된다. 이러한 회절 소자는 파면을 수정하는 능력을 허용하는 작은 구조를 포함하는 회절 광표면을 갖고 있다. 이러한 회절면은 홀로그래피를 포함하는 다수의 기술에 의해 또는 키노폼 또는 이진 표면을 생성함으로써 생성될 수도 있다. 회절면을 갖는 프리즘 엘리먼트에서, 회절 소자를 통과하는 광경로는 이러한 표면의 구현을 촉진하는 비교적 제한된 파장 범위를 가질 수 있다.
하나의 특징에서, 비가시 이미지를 형성할 수 있는 비가시광이 렌즈를 통과한다. 이러한 렌즈는 비가시 이미지의 초점을 보정하여 비가시 이미지의 초점은 대략 가시 이미지의 초점과 동일하다.
프리즘 엘리먼트는 가시 이미지에 아무런 주목할 만한 효과를 주지 못한다. 카메라(120L, 120R)는 가시 및 비가시 이미지에 대해 광학기기에 의해 형성된, 때로 평면으로 불리는, 상이한 이미지 포지션에 솔루션을 제공하지만 내시경(101)내의 광 방안에 아무런 변화를 필요로 하지 않는다.
보다 상세하게 카메라(120L, 120R)를 고려하기 전에, 최소 침습 수술 시스템(100)이 설명된다. 시스템(100)은 단지 예일 뿐 이러한 특정 시스템에 대한 카메라(120L, 120R)의 적용을 제한하고자 하는 것은 아니다.
최소 침습 수술 시스템(100), 예를 들어, 다빈치® 수술 시스템은 카메라(120L, 120R)를 포함하고 있다. 이러한 예에서, 외과의의 콘솔(150)에서 외과의는 로봇 조작기 암(도시되지 않음)에 장착된 내시경(101)을 원격 조작한다. 다빈치® 수술 시스템과 연관된 다른 부품, 케이블등이 존재하지만, 혼돈을 피하기 위해 도 1에 도시되지 않았다. 최소 침습 수술 시스템에 관한 추가 정보는 예를 들어, 미국 특허 출원 번호 11/762,165(2007년 6월 13일 출원되고, 최소 침습 수술 시스템을 개시하고 있다) 및 미국 특허 번호 6,331,181(2001년 12월 18일 출원되었고 수술 로봇 툴, 데이터 아키텍쳐 및 사용을 개시하고 있다)에서 발견될 수 있는데, 이 둘은 모두 여기에 언급되어 통합되어 있다.
조명 시스템, 예를 들어, 듀얼 모드 조명기(110)가 내시경(101)에 결합되어 있다. 듀얼 모드 조명기(110)는 백색광원(111) 및 형광 여기 소스(112)를 포함하고 있다. 특정 소스(111, 112)의 구현이 중요한 것은 아니다. 듀얼 모드 조명기(110)는 조직(103)을 조명하기 위해 입체 내시경(101)내의 적어도 하나의 조명 경로와 함께 사용된다.
하나의 예에서, 듀얼 모드 조명기(110)는 정상 디스플레이 모드 및 증강된 디스플레이 모드의 2개의 동작 모드를 갖고 있다. 정상 디스플레이 모드에서, 백색광원(111)은 백색광으로 조직(103)을 조명하는 조명을 제공한다. 형광 여기 소스(112)는 정상 디스플레이 모드에 사용되지 않는다.
증강된 디스플레이 모드에서, 백색광원(111)은 하나의 특징에서, 하나 이상의 가시 컬러 성분을 제공하여 조직(103)을 조명한다. 또 다른 특징에서, 형광 여기 소스(112)가 온일 때, 백색광의 가시 컬러 성분은 전혀 사용되지 않는다. 보통, 3개(이상) 가시 컬러 성분이 백색광을 구성하는데, 즉, 백색광은 제1 가시 컬러 성분, 제2 가시 컬러 성분 및 제3 가시 컬러 성분을 포함하고 있다. 3개의 가시 컬러 성분의 각각은 상이한 가시 컬러 성분, 예를 들어, 적색 성분, 녹색 성분, 및 청색 성분이다. 청록색과 같은 보다 많은 컬러 성분이 또한 사용될 수 있다.
증강된 디스플레이 모드에서, 형광 여기 소스(112)는 조직(103)의 형광 이미지를 여기시키는 형광 여기 조명 성분을 제공한다. 예를 들어, 형광 여기 소스(112)로부터의 협대역 광은 조직 특정 근적외선 발광 형광체를 여기하도록 사용되어 조직(103)내의 특정 조직의 형광 이미지가 카메라(120L, 120R)에 의해 획득된다.
하나의 특징에서, 백색광(111)은 상이한 가시 컬러 조명 성분의 각각에 대한 소스를 포함하고 있다. 적-녹-청 구현에 대해, 하나의 예에서, 소스는 레이저, 즉, 적색 레이저, 녹색 레이저 및 청색 레이저이다. 표 1은 이러한 예에서 사용된 레이저의 각각에 대한 출력 파장의 범위를 제공한다.
가시 컬러 조명 성분 파장
적색 670 나노미터(nm)
녹색 550 nm
청색 450 nm
백색광원(111)에서의 레이저 사용은 단지 예일 뿐 이에 제한되는 것은 아니다. 백색광원(111)은 또한 예를 들어, 다수의 레이저 다이오드 소스, 또는 레이저 대신에 발광 다이오드에 의해 구현될 수도 있고, 가시 스펙트럼에서 3개 보다 많은 주요 파장 피크를 채용할 수도 있다. 대안으로, 백색광원(111)은 가시 이미지를 위한 광대역 백색 조명광을 생성하기 위해 타원형 백 반사기 및 대역 통과 필터 필터 코팅을 가진 크세논 램프를 사용할 수도 있다. 크세논 램프의 사용 역시 단지 예일 뿐이고 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 고압 수은 아크 램프, 다른 아크 램프 또는 다른 광대역 광원이 사용될 수 있다.
형광 여기 파장이 가시 스펙트럼의 외측에서(예를 들어, 근적외선(NIR)에서) 발생하는 경우에, 레이저 모듈 (또는 발광 다이오드 또는 필터링된 백색광과 같은 다른 에너지원)이 형광 여기 소스(112)로서 사용된다.
따라서, 하나의 특징에서, 형광은 형광 여기 소스(112)내의 레이저 모듈로부터 광에 의해 트리거된다. 하나의 예로서, 형광체는 808 nm 레이저를 사용하여 여기되었고, 형광 이미션 최대값은 835 nm에서 였다.
정상 또는 증강된 디스플레이 모드에서, 광원으로부터의 광은 광섬유 번들(116)내로 지향된다. 광섬유 번들(116)은 광을 조직(103)으로 지향시키는 입체 내시경(101)내의 조명 경로에 광을 제공한다.
내시경(101)은 또한 하나의 특징에서, 조직(103)으로부터 광을 통과시키기 위한 2개의 광 채널, 예를 반사된 백색광 및/또는 형광을 포함한다. 이러한 반사된 백색광은 정상 가시 이미지이다.
조직(103)(도 1)로부터의 광은 내시경(101)내의 입체 광경로에 의해 카메라(120L, 120R)로 통과된다. 아래에 보다 온전하게 설명되는 바와 같이, 카메라(120L)는 프리즘 엘리먼트, 포커스 렌즈 그룹 및 이러한 특징에서, 좌측 이미지 전하 결합 소자(CCD)(121L)를 포함하고 있다. 마찬가지로, 카메라(120R)는 프리즘 엘리먼트, 포커스 렌즈 그룹 및 이러한 특징에서, 우측 이미지 CCD(121R)를 포함하고 있다.
다양한 동작 모드에서, 좌측 이미지 CCD(121L)는 좌측 이미지를 획득하고 우측 이미지 CCD(121R)는 우측 이미지를 획득한다. 좌측 이미지 CCD(121R) 및 우측 이미지 CCD(121R)의 각각은, 상이한 가시 컬러 성분을 포착하는 다수의 CCD; 특정 가시 컬러 성분등을 포착하는 CCD의 상이한 영역을 가진 단일 CCD일 수 있다. 3-칩 CCD 센서는 단지 예시일 뿐이다. 컬러 필터 어레이를 가진 단일 CMOS 이미지 센서 또는 3-CMOS 컬러 이미지 센서 어셈블리가 또한 사용될 수 있다.
카메라(120L)는 좌측 카메라 컨트롤 유닛(130L)에 의해 외과의 콘솔(150)내의 입체 디스플레이(151)에 결합되어 있다. 카메라(120R)는 우측 카메라 컨트롤 유닛(130R)에 의해 외과의 콘솔(150)내의 입체 디스플레이(151)에 결합되어 있다. 카메라 컨트롤 유닛(130L, 130R)은 시스템 프로세스(162)로부터 신호를 수신한다. 시스템 프로세스(162)는 시스템(10) 내에 다양한 컨트롤러를 나타낸다.
디스플레이 모드 실렉트 스위치(152)는 시스템 프로세스(162)에 선택된 디스플레이 모드를 통과시키는 유저 인터페이스(161)로 신호를 제공한다. 시스템 프로세스(162)내의 다양한 컨트롤러는 듀얼 모드 조명기(110)내의 파워 및 레벨 컨트롤러(115)를 구성하고, 필요한 이미지를 획득하기 위해 좌우 카메라 컨트롤 유닛(130L, 130R)을 구성하고, 이러한 획득된 이미지를 처리하는데 필요한 임의의 다른 엘리먼트를 구성하여 디스플레이(150)에서 외과의에게 요청된 이미지가 제공된다.
디스플레이를 위한 획득된 가시 이미지 및 형광 이미지를 조합하기 위해 사용된 특정 기술은 가시와 비가시 이미지 사이의 차이를 정초점으로 보정하기 위한 새로운 방법을 이해하는데 필수는 아니다. 뷰잉 모드에 관계없이, 가시만, 형광만, 또는 조합된 가시 및 형광에 관계없이 획득된 이미지 및 표시되는 이미지는 초점이 가시 이미지를 위해 설정된 이후에 시스템으로의 임의의 조정 없이, 즉, 내시경 광학기기의 변화 없이, 카메라의 초점을 변경하지 않고 그리고 획득된 가시 이미지와 형광 이미지사이의 차이를 정초점으로 보상하는, 획득된 이미지에 대한 임의의 처리 없이, 대략 정초점 상태로 남는다.
도 2는 내시경(101)의 각 이미지 채널과 함께 사용되는 종래 카메라(220)의 블록도이다. 내시경 이미지(201)는 내시경(101)으로부터의 조직(103)의 이미지이다. 이미지(201)는 프론트 윈도우(222)를 통해 포커스 유닛의 하나의 예인 포커스 렌즈 그룹(223)으로 통과한다.
포커스 렌즈 그룹(223)은 카메라(220)의 장축을 따라 이동한다. 포커스 렌즈 그룹(223)은 이미지(201)가 CCD 프리즘 블록(224)내의 CCD(221)에 포커싱되도록 위치되어 있다. 불행하게도, 상술된 바와 같이, 이러한 초점은 가시 이미지 및 비가시 이미지에 대해 상이하다.
이미지(210)가 가시 이미지라면, 포커스 렌즈 그룹(223)은 가시 성분을 CCD(221)에 포커싱하도록 제1 위치에 위치된다. 이미지(210)가 예를 들어, 보통 700 nm 내지 1000 nm의 범위의 파장을 포함하는, 근적외선 스펙트럼내의 비가시 이미지라면, 포커스 렌즈 그룹(223)은 비가시 이미지를 CCD(221)에 포커싱하도록 제2 위치에 위치된다. 제1 위치 및 제2 위치는 상이하다. 초점에서의 이러한 차이는 형광 이미지를 포착하는 것으로부터 가시 이미지로 갈 때 또는 그 역일 때 특히 주목할 만하다.
도 3은 내시경(101)의 각 채널과 함께 사용되는 새로운 초점 보정 어셈블리의 블록도이다. 이러한 예에서, 새로운 초점 보정 어셈블리는 카메라(120A) 안에 포함되어 있다. 카메라(120A)는 카메라(120L)로서 그리고 카메라(120R)로서 사용될 수 있다. 또한, 새로운 초점 보정 어셈블리는 모노스코픽 내시경과 함께 사용될 수 있다. 카메라(120A)에서, 종래 프론트 윈도우(222)는 더 이상 사용되지 않고 대신에 때로 프리즘 어셈블리라고 불리는 프리즘 엘리먼트(330)가 사용된다. 포커스 렌즈 그룹(223), CCD 프리즘 블록(224) 및 CCD(221)는 종래 카메라(220)에서와 동일하고, 하나의 특징에서, 카메라(120A)에 직접 사용되는데, 즉, 변경되지 않는다. 포커스 렌즈 그룹(223)은 포커스 유닛이다. CCD 프리즘 블록(224) 및 CCD(221)는 이미지 포착 유닛이다.
아래에 보다 온전하게 설명되는 바와 같이, 하나의 특징에서, 렌즈(331)는 내시경(101)로부터의 비가시광의 초점을 보정하여 비가시광으로부터 형성된 비가시 이미지의 초점은 내시경(101)으로부터의 가시광으로부터 형성된 가시광의 초점과 대략 동일하다. 여기에서, 초점에 대한 "대략 동일한" 초점 및 "실질상"은 비가시 이미지 및 가시 이미지를 볼 때, 이 2개의 이미지의 초점의 차이가 사람에 의해 감지되지 않는다는 것을 의미한다. 즉, 이러한 이미지의 분명한 명확성(sharpness)은 양측 이미지에 대해 유사하다. 실제로, 근적외선 이미지의 회절 제한된 명확성은 파장이 보다 길어짐에 따라 가시 이미지의 회절 제한된 명확성보다 낮다. 실제 광시스템은 역시 파장에 의해 이미지 명확성에 영향을 주는 다른 수차를 가질 수 있다.
또한, 사람이 비가시 이미지를 본다고 말할 때, 그것은 획득된 비가시 이미지가 시스템(100)에서 처리된 것, 예를 들어, 허위 컬러링되어, 비가시 이미지가 디스플레이(151)에 가시 이미지로서 나타남을 의미한다. 이러한 처리는 카메라(120A)에 의해 획득된 이미지에 실행되어, 여기에 설명된 바와 같이, 카메라(120A)의 동작에 영향을 준다. 허위 컬러링의 하나의 예가 여기에 전체가 언급되어 통합된, (2009년 10월 7일에 출원되고, 의료 이미지에 대한 강화된 이미징 데이터를 표시하기 위한 방법 및 장치를 개시하는) 계류중이고 공통 출원된 미국 특허 출원 번호 12/575,093에 설명되어 있다.
위와 다음의 예에서, 비가시광은 렌즈를 통과하고 가시광은 프리즘 엘리먼트를 직접 통과한다. 이것은 단지 예일 뿐 이에 제한되는 것은 아니다. 본원에서, 당업자는 유리하다면, 가시광을 초점 보정하고 비가시광을 프리즘 엘리먼트를 직접 통과하도록 렌즈를 사용할 수 있다. 따라서, 보다 일반적으로, 가시광 및 비가시광중 하나는 렌즈를 통과한다. 가시광과 비가시광중 다른 하나는 프리즘 엘리먼트를 직접 통과한다.
도 3의 예에서, 내시경으로부터의 광(301)은 가시광(301V) 및 비가시광(301NV)을 포함한다. 달리 말하면, 광(301)은 가시 파장(301V) 및 비가시 파장(301NV)을 포함한다. 가시광(301V)은 프리즘 엘리먼트(330)에 직접 통과된다. 그러나, 제1 표면의 예인, 프리즘 엘리먼트(330)의 표면(302)은 비가시광(301NV)을 반사하고 가시광(301V)을 통과시키는 코팅을 포함한다. 따라서, 이러한 코팅은 광(301)으로부터 비가시광(301NV)을 추출한다. 즉, 이것은 가시광 이미지를 형성할 수 있는 가시광(301V)을 비가시 이미지를 형성할 수 있는 비가시광(301NV)으로부터 분리하도록 한다.
추출된 비가시광(301NV)은 초점 보정된 비가시광(301NV_correct)을 산출하도록 광(301NV)에 의해 형성된 이미지의 초점을 보정하는 렌즈(331)를 통과한다. 초점 보정된 비가시광(301NV_correct)은 프리즘 엘리먼트(330)에 의해 가시광(301V)과 재결합되고 이러한 재결합된 광은 포커스 렌즈 그룹(223)을 통과한다. 이제, 초점 보정된 비가시광(301NV_correct) 및 가시광(301V)은 동일한 수직 위치를 가져셔 포커스 렌즈 그룹(223)은 CCD(221)에 양측 이미지를 적합하게 포커싱한다.
프리즘 엘리먼트 및 렌즈(331)는 아래에 보다 온전하게 설명되는 바와 같이 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 하나의 특징에서, 렌즈(331)는 변경가능하다. 따라서, 렌즈는 특정 내시경을 위해 특정화될 수 있고 프리즘 엘리먼트(330)에 삽입될 수 있다. 또 다른 내시경이 상이한 렌즈를 필요로 한다면, 렌즈는 상호교환가능하다. 따라서, 카메라(120A)는 적합한 렌즈, 예를 들어, 내시경으로부터의 비가시 이미지의 초점을 보정하는 렌즈가 사용되기만 한다면 임의의 내시경과 함께 사용될 수 있다.
또 다른 특징에서, 렌즈(331)는 프리즘의 페이스에 또는 프리즘 엘리먼트(330) 내의 프리즘의 페이스에 형성된다. 이러한 특징에서, 프리즘 엘리먼트는 내시경 타입과 연관되어 있다. 특정 내시경을 위해, 이러한 내시경으로부터의 비가시 이미지의 초점을 보정하는 프리즘 엘리먼트가 카메라(120A)에 삽입된다.
따라서, 하나의 특징에서, 최소 침습 수술 시스템은 이미징 평면, 예를 들어, CCD(221) 및 초점 보정 어셈블리(350)를 포함한다. 초점 보정 어셈블리(350)는 제1 광경로 및 제2 광경로를 포함한다. 이러한 제1 및 제2 광경로 모두 공통 시작 지점(351)과 공통 종료 지점(352) 사이에 뻗어 있다. 제2 광경로의 길이는 제1 광경로의 길이보다 길다. 제2 광경로는 렌즈(331)를 포함한다. 이미지 초점 보정 어셈블리(350)는 시작 지점(351)으로부터 제1 광경로를 통과하여 종료 지점(352)으로 통과하는 제1 스펙트럼내의 광 및 시작 지점(351)으로부터 제2 광경로를 통과하여 종료 지점(352)으로 통과하는 제2 스펙트럼내의 광이 모두 이미징 면(221)에 포커싱되어 이미징 면(221)에 실질상 초점이 맞는 이미지를 형성하도록 구성되고 위치되어 있다.
하나의 특징에서, 제1 광경로는 실질상 직선형이고 제2 광경로는 폴딩형이다. 제2 광경로는 제1 스펙트럼을 통과하고 제2 스펙트럼을 반사하는 면(302)을 포함한다. 하나의 특징에서, 아래에 보다 온전하게 설명되는 바와 같이, 제1 스펙트럼은 가시 스펙트럼의 적어도 일부를 포함하고 제2 스펙트럼은 적외선 스펙트럼의 적어도 일부를 포함한다. 또 다른 특징에서, 제2 스펙트럼은 의료 형광체의 형광 스펙트럼이다.
하나의 종래 솔루션이 초점 길이의 차이에 기초한 상이한 크기의 구조가 요청되도록 가시 이미지와 비가시 이미지 사이의 초점을 보정하기 위해 상이한 굴절율을 가진 재료를 사용하였음을 기억하자. 이와 대조적으로, 카메라(120A)에서, 프리즘 엘리먼트(330)의 크기는 변하지 않은 상태로 남아 있고, 오직 엘리먼트(330)내의 렌즈의 파워만이 하나의 특징에서 변경되었다.
도 4a 및 도 4b는 특정 내시경에 적합한 렌즈를 결정하는 방법의 예이다. 도 4a는 12 mm 내시경에 대한 것이다. (12 mm는 내시경의 외경을 나타낸다.) 내시경의 설계 파장은 486 nm, 587 nm, 및 656 nm이다. 내시경은 근적외선, 예를 들어, 850 nm에서 잘 포커싱되지 않는다. 커브(401)는 가시 이미지에 대한 대물 거리를 가진 초점 위치에서의 변화이다. 커브(402)는 850 nm에서의 근적외선에서의 비가시 이미지에 대한 대물 거리를 가진 초점 위치에서의 변화이다. 커브(403)는 커브(401, 402) 사이의 차이이다.
커브(403)에서 볼 수 있는 바와 같이, 초점 위치에서의 차이는 대물 거리의 범위에 대해 실질적으로 상수이다. 따라서, 이러한 내시경에 대한 렌즈(331)는 내시경으로부터의 근적외선 광이 렌즈(331)를 통과할 때, 초점이 보정되고 커브(401,402)가 관심의 작동 거리에 대해 일치하도록 커브(403)에 의해 표시된 초점의 델타를 보상하도록 선택된다.
도 4b는 8.5 mm 내시경에 대한 것이다. 커브(411)는 가시 이미지에 대한 대물 거리를 갖는 초점 거리이다. 커브(412)는 850 nm의 근적외선에서의 비가시 이미지에 대한 대물 거리를 갖는 초점 위치에서의 변화이다. 커브(413)는 커브(411,412) 사이의 차이이다.
이러한 예에서, 도 4a 및 도 4b의 초점차는 공통 렌즈를 사용하여 보정하기에는 너무 크다. 따라서, 2개의 상이한 렌즈는 하나는 커브(403)에 의해 표시되는 바와 같이 필요한 보정을 위해 그리고 다른 하나는 커브(413)에 의해 표시되는 바와 같이 필요한 보정을 위해 사용된다.
커브(413)에 의해 볼 수 있는 바와 같이, 초점 위치차는 관심의 대물 거리의 범위에서 비교적 일정하다. 이러한 예에서, 도 4a 및 도 4b에서의 초점 위치차는 공통 렌즈를 사용하여 보정하기에는 너무 크다. 따라서, 2개의 상이한 렌즈는 하나는 커브(403)에 의해 표시되는 바와 같이 필요한 보정을 위해 그리고 다른 하나는 커브(413)에 의해 표시되는 바와 같이 필요한 보정을 위해 사용된다. 따라서, 도 4b내의 데이터를 생성하는데 사용된 이러한 내시경에 대한 렌즈(331)는 근적외선 이미지가 렌즈(331)를 통과할 때, 초점이 보정되고 커브(411, 412)가 관심의 작동 거리에 대해 일치하도록, 커브(413)에 의해 표시된 초점에서의 델타를 보상하도록 선택된다.
도 5는 프리즘 엘리먼트(330)의 하나의 예의 보다 상세한 도면이다. 프리즘 엘리먼트(330A)는 도 5에 도시된 바와 같은 톱 컷오프를 가진 큰 우측 앵글 프리즘(501)을 포함한다. 톱 컷 치수는 중요하지 않다. 프리즘 엘리먼트(330)는 또한 2개의 장사방형 프리즘(502,503) 및 렌즈(531)를 포함한다.
이러한 예에서, 렌즈(531)는 프리즘 어셈블리를 제조하기 위한 편리한 두께를 갖고, 요구되는 초점 보정을 제공하는 더블렛을 생성하는, 또 다른 타입의 유리의 볼록 렌즈(532)와 결합된 하나의 타입의 유리의 오목 렌즈(533)이다.
당업자에게 공지된 바와 같이, 장사방형 프리즘은 이미지의 각도 편차 또는 방위 변화 없이 입사빔을 변위시킨다. 장사방형 프리즘(502)은 제1 페이스(502_Top)에 제1 코팅을 갖고, 옵션으로 제1 페이스(502_Top)로부터 떨어져 있고 반대인 제2 페이스(502_Bottom)에 제2 코팅을 갖고 있다. 장사방형 프리즘(503)은 또한 제1 페이스(503_Top)에 제1 코팅을 갖고, 옵션으로 제2 페이스(503_Bottom)에 제2 코팅을 갖고 있다.
하나의 특징에서, 비가시 이미지가 전자기파 스펙트럼의 근적외선 부분에 있을 때, 제1 코팅은 808 nm에서 트랜지션을 갖는 단파장 통과, 장파장 반사 코팅이다. 이것은 제1 코팅은 약 808 nm 보다 짧은 파장을 통과시키고 약 808 nm 보다 긴 파장은 반사시킨다는 것을 의미한다. 이러한 코팅은 하나의 특징에서, 프리즘 유리(502_Top, 503_Top) 위에 있고 광접착제와 함께 프리즘(501)에 샌드위치된다. 따라서, 이러한 코팅은 매립된다. 이러한 코팅은 또한 장사방형 프리즘 대신에 프리즘(501)의 레그에 배치될 수도 있다. 제2 코팅은 단지 비가시 이미지를 반사시킬 필요가 있고, 임의의 특별한 대역통과 특성을 가질 필요는 없다. 제2 코팅은 금속 미러 코팅으로 구현될 수 있다. 또 다른 특징에서, 이러한 표면에서 전체 내부 반사를 사용하는 것이 가능하지만, 제조성 및 조작의 용이성을 위해, 금속 미러 코팅이 양호하게 기능한다.
여기에서, 제1 및 제2는 코팅 사이를 구별하기 위한 형용구로서 사용되었고 특정 표면상의 코팅의 수를 나타내는 것은 아니다. 또한, 상(top), 바닥(bottom), 및 측(side)는 도면에서 볼 때 엘리먼트 사이를 구별하기 위해 그리고 엘리먼트 사이의 상대적 관계를 가시화하기 위한 보조적인 형용구로서 사용되었다. 예를 들어, 상면 및 바닥면은 서로 반대이고 서로로부터 떨어진 제1 면 및 제2 면이다. 측면은 제1 면과 제2 면 사이에서 뻗은 제3 면이다.
상, 바닥 및 측은 절대적인 물리적 위치를 정의하는데 사용되지는 않았다. 실제 실시예에서, 내시경 이미지(601)(도 6a)는 프리즘 엘리먼트(330)가 카메라의 물리적인 바닥부에 위치되도록 카메라의 물리적 바닥부로 들어간다. 따라서, 내시경(601)이 들어가는 장사방형 프리즘(502)의 파트는, 프리즘 엘리먼트가 카메라내에 있고 카메라가 내시경에 연결되어 있을 때, 프리즘의 바닥이다.
도 6a 내지 도 6e는 카메라(120A)내의 프리즘 엘리먼트(330)(도 3 및 도 5)의 동작을 설명하기 위해 사용된다. 내시경으로부터의 광은 이미지를 형성하기 위해 사용되고, 우리는 이러한 광을 "내시경 이미지"(601)(도 6a)로 부른다. 내시경 이미지(601)는 가시광으로부터 형성된 가시 이미지 및 비가시광으로부터 형성된 비가시 이미지를 포함한다. 내시경 이미지(601)는 먼저 윈도우(602)를 통과한다. 윈도우(602)에 인접한 장사방형 프리즘(502)의 사이드는 하나의 특징에서 정방형이지만 카메라 벽의 개구는 원형이다. 따라서, 이러한 특징에서, 윈도우(602)는 라운드 윈도우이다. 하나의 특징에서, 프리즘 엘리먼트(330)는 16 밀리미터의 두께를 갖고 1 밀리미터 두께의 라운드 윈도우는 장사방형 프리즘(502)의 사이드에서 작은 공극(도시되지 않음)과 함께 위치되어 있다. 하나의 특징에서, 윈도우(602)는 Schott BK7 유리 윈도우이다.
윈도우(602)를 통과한 후에, 내시경 이미지(601)는 장사방형 프리즘(502)의 측벽을 통과하여 장사방형 프리즘(502)의 페이스(502_Top) 상의 제1 코팅으로 통과한다. (도 6a) 제1 표면의 하나의 예인 페이스(502_Top)상의 제1 코팅은 비가시광(601NV)(도 6b)을 가시광(601V)으로부터 분리한다. 특별히, 가시광(601V)은 제1 코팅을 통과한다. 비가시광(601NV)은 장사방형 프리즘(502)의 페이스(502_Top) 상의 제1 표면에 의해 반사된다.
반사된 비가시광(601NV)은 제2 표면의 예인, 페이스(503_Bottom) 상의 제2 코팅에 의해 다시 반사된다. 제2 코팅으로부터의 이러한 반사된 비가시광은 렌즈(531)를 통과한다(도 6c). 렌즈(531)는 비가시광(601NV)의 초점을 보정한다. 초점 보정된 비가시광(601NV)은 제3 표면의 예인, 장사방형 프리즘(503)(도 6d)의 페이스(503_Bottom) 상의 제2 코팅에 의해 반사된다.
장사방형 프리즘(503)(도 6d)의 페이스(503_Bottom)로부터의 반사된 초점 보정된 비가시광(601NV)은 제3 표면으로부터 떨어져 있고 반대인 제4 표면의 예인, 장사방형 프리즘(503)(도 6e)의 페이스(503_Top) 상의 제1 코팅에 의해 다시 반사된다. 장사방형 프리즘(503)의 페이스(503_Top) 상의 제1 코팅은 또한 가시광(601V)을 코팅에 통과시킨다. 따라서, 장사방형 프리즘(503)의 페이스(503_Top) 상의 제1 코팅은 가시광(601V)과 초점 보정된 비가시광(601NV)을 재결합시킨다. 이러한 재결합된 광은 CCD(221) 상에 가시광과 비가시광을 정확하게 형성한, 포커스 렌즈 그룹(223)에 통과된다.
렌즈(531)를 가진 프리즘 엘리먼트(330)는 미스매칭된 가시 및 비가시 초점을 고정한다. 프리즘 엘리먼트(330)가 카메라 프론트 윈도우를 대신하지만, 카메라 또는 내시경에 대한 아무런 다른 수정도 초점 보정을 구현하는데 필요하지 않다.
상기 예는 근적외선 스펙트럼내의 비가시광에 대한 것이었다. 그러나, 본원에서, 프리즘 엘리먼트는 적합한 코팅을 선택함으로써 전자기파 스펙트럼의 다른 일부내의 비가시광에 대해 구현될 수 있다. 또한, 상기 예에서, 비가시광은 초점 보정되었고 가시광은 프리즘 엘리먼트를 간단하게 통과하였다. 일부 특징에서, 렌즈를 가진 프리즘 엘리먼트를 사용하여 가시광을 초점 보정하고 비가시광을 통과하는 것이 유익할 수 있다. 다른 특징에서, 요구되는 초점을 획득하기 위해 가시광 및 비가시광 모두를 프리즘 엘리먼트내의 렌즈에 통과시킬 수 있다.
프리즘 엘리먼트(330)에 대해 상술된 프리즘은 단지 예일 뿐 이에 제한되는 것은 아니다. 본원에서, 당업자는 가시광 및 비가시광을 분리하고, 이미지중 하나에 상응하는 광을 초점 보정한 후 이러한 광을 재결합시키는 엘리먼트를 구현할 수 있다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7e는 프리즘 엘리먼트(330)의 대안의 구현예를 설명하고 있다.
도 7a 내지 도 7e에서, 실선은 가시광 및 비가시광을 모두 포함하는 내시경으로부터의 광 및 초점 보정된 이미지의 형성을 허용하는 재결합된 광 모두를 나타내도록 사용되었다. 파선은 내시광으로부터 추출되고 보통 초점 보정된 광을 나타낸다. 파선 및 점선은 프리즘 엘리먼트를 통과하는 광을 나타내도록 사용되었다. 특정 구현예에 따라, 초점 보정된 광 성분은 가시광과 비가시광중 어느 하나, 또는 모두일 수 있다. 적합한 코팅이 이러한 2개의 광 성분중 하나를 통과시키고 이러한 2개의 광 성분중 다른 하나는 반사시키도록 선택된다. 여기에서, 광 성분은 비가시광 및 가시광이다.
도 7a에서, 프리즘 엘리먼트(330A)는 6개의 직각 프리즘(701, 701, 703, 704, 705, 706) 및 렌즈(331A)를 포함하고 있다. 스페이서(707)는 프리즘(702, 703) 사이에 위치되어 있다. 렌즈(331A)는 스페이서(707)에 인접하여 그리고 프리즘(705, 706) 사이에 위치되어 있다. 스페이서(707) 및 렌즈(331A)의 위치는 상호교환될 수 있다. 또한, 스페이서(707)는 제2 렌즈로 대체될 수도 있다. 통과, 반사 코팅, 예를 들어, 제1 코팅은 프리즘(701, 704)의 표면 위에 놓여 있다. 반사 코팅, 예를 들어, 제2 코팅은 프리즘(705, 706)의 표면 상에 놓여 있다.
프리즘 엘리먼트(330A)는 제조에 편리한 프리즘의 스타일을 사용한다. 통과, 반사 코팅은 프리즘(701) 또는 프리즘(702)의 어느 하나의 빗변 및 프리즘(704) 또는 프리즘(703)의 어느 하나의 빗변에 적용될 수도 있고 코팅 설계는 프리즘(701)을 프리즘(702)에 그리고 프리즘(703)을 프리즘(704)에 고정시키기 위해 사용된 본딩 방법을 수용할 필요가 있다. 프리즘 엘리먼트(330A)는 도 7b의 장사방형 접근법에 비교하여 프리즘(705, 706)에 대한 유리의 선택에 보다 많은 융통성을 제공한다. 프리즘(701, 702, 703, 704)은 간단한 경우에, (필요하지 않지만) 모두 동일한 유리이다. 그러나, 프리즘(705, 706)은 프리즘(705, 706)이 오직 비가시 경로에만 있고 프리즘(705, 706)을 통과한 광선이 특정 파장 그룹인 경우에 상이한 유리로 제조될 수 있다.
도 7b에서, 프리즘 엘리먼트(330B)는 2개의 직각 프리즘(710, 711), 2개의 장사방형(712, 713), 및 렌즈(331B)를 포함하고 있다. 스페이서(714)는 프리즘(710, 711) 사이에 위치되어 있다. 렌즈(331B)는 스페이서(714)에 인접하여 그리고 프리즘(712, 713) 사이에 위치되어 있다. 스페이서(714) 및 렌즈(331B)의 위치는 상호교환될 수 있다. 또한, 스페이서(714)는 제2 렌즈로 대체될 수도 있다. 장사방형 프리즘(712, 713)은 도 5에서 상술된 것과 등가의 코팅을 갖고 있다. 프리즘 엘리먼트(330B)는 프리즘 엘리먼트(330A)보다 적은 수의 엘리먼트를 갖고 있어서 보다 양호한 정렬을 제공하는 보다 적은 수의 접착된 표면이 존재한다.
도 7c에서, 프리즘 엘리먼트(330C)는 2개의 큐브 빔 스플리터(720, 721), 2개의 직각 프리즘(722, 723), 및 렌즈(331C)를 포함하고 있다. 스페이서(724)는 큐브 빔 스플리터(720, 721) 사이에 위치되어 있다. 렌즈(331C)는 스페이서(724)에 인접하여 그리고 프리즘(722, 723) 사이에 위치되어 있다. 스페이서(724)와 렌즈(331C)의 위치는 상호교환될 수 있다. 또한, 스페이서(724)는 제2 렌즈로 대체될 수도 있다.
도 7d에서, 프리즘 엘리먼트(330D)는 하나의 큰 직각 프리즘(730), 4개의 작은 직각 프리즘(731, 732, 734, 735) 및 렌즈(731D)를 포함하고 있다. 프리즘(730)은 톱 컷오프를 갖고 있어서, 렌즈(731D)는 프리즘(733, 734) 사이에 놓일 수 있다. 프리즘 엘리먼트(330D)는 프리즘(733, 734) 상의 유리 선택을 허용한다. 또한, 이러한 구성으로 인해 렌즈(331D)는 필요하다면 프리즘(733, 734)의 일부로서 제조될 수 있다(아래 참조).
도 7e에서, 프리즘 엘리먼트(330E)는 하나의 큰 직각 프리즘(740), 2개의 작은 직각 프리즘(741, 742) 및, 렌즈(331E)를 형성하도록 구성된 페이스를 각각 갖고 있는 2개의 프리즘(743, 744)을 포함하고 있다. 대안으로, 프리즘(741, 743)은 도 7e에 도시된 바와 같이 구성된 페이스를 갖는 장사방형 프리즘으로서 구현될 수도 있다. 프리즘(743, 744)은 상이한 유리일 수 있다. 프리즘(743, 744)은 또한 이들의 빗변에 반경을 가질 수도 있다.
본 발명의 특징 및 실시예를 설명하는 상세한 설명 및 첨부 도면은 제한을 위한 것이 아니다. 예를 들어, 프리즘 어셈블리의 예인 프리즘 엘리먼트(330) 및 포커스 렌즈 그룹(223)은 광경로에서 역방향이 될 수도 있다. 또한, 프리즘 엘리먼트(330)는 카메라와 내시경 사이에 위치된 별개의 컴포넌트에 위치될 수도 있다. 또한, 프리즘 엘리먼트(330)는 카메라로의 출구 윈도우 바로 직전 내시경에 위치될 수도 있다.
본 발명의 특징 및 실시예를 설명하는 상기 설명 및 첨부 도면은 제한을 위한 것이 아니고, 청구범위가 보호되는 발명을 한정된다. 다양한 기계, 조합, 구조, 전기 및 동작 변화가 이러한 설명 및 청구항의 범위 및 정신에서 벗어남 없이 만들어질 수 있다. 일부 예에서, 주지된 회로, 구조 및 기술이 본 발명의 이해를 위해 상세하게 도시되거나 기술되지 않았다.
또한, 본원의 용어는 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 예를 들어, "아래", "보다 아래", "위에", "보다 위에", "근접한", "말단" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에서 설명되는 바와 같이 하나의 엘리먼트 또는 특징부의 또다른 엘리먼트 또는 특징부에 대한 관계를 설명하는데 사용될 수 있다. 이러한 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 위치 및 방위에 더해 사용 또는 동작중인 디바이스의 상이한 위치(즉, 위치) 및 방위(즉, 회전적인 배치)를 포함하도록 의도되었다. 예를 들어, 도면중의 디바이스가 뒤집어질 때, 다른 엘리먼트의 "아래" 또는 "바로 아래"로서 기술된 엘리먼트는 다른 엘리먼트 또는 특징부의 "위" 또는 "바로 위"에 있다. 따라서, 예시된 용어 "아래"는 상하의 위치 및 방위 모두를 포함할 수 있다. 이러한 디바이스는 다른 방위를 가질 수 있고 (90도 또는 다른 방위로 회전될 수 있고) 여기에 사용된 공간적으로 상대적인 용어는 이에 따라 해석도리 수 있다. 마찬가지로, 다양한 축을 따른 그리고 다양한 축 둘레의 이동의 설명은 다양한 특별한 디바이스 위치 및 방위를 포함한다.
단수 형태의 용어는 달리 말하지 않으면 복수의 형태 역시 포함하는 것으로 의도되어 있다. 용어 "포함하다", "포함하는" 등은 기술된 특징, 단계, 동작, 엘리먼트 및/또는 컴포넌트의 존재를 특정하지만 하나 이상의 다른 특징, 단계, 동작, 엘리먼트, 컴포넌트 및/또는 그룹의 존재 또는 추가가 불가능하다는 것은 아니다. 결합된 것으로 기술된 컴포넌트는 전기적으로 또는 기계적으로 직접 결합되어 있거나, 하나 이상의 중간 컴포넌트를 통해 간접적으로 결합될 수 있다.
본원에서, 증강된 디스플레이 시스템에 대해 기술된 동작중 어느 하나 또는 임의의 조합에 사용된 명령어는 사용자에게 관심의 컴퓨터 프로그래밍 언어 및 운영체제를 사용하여 광범위한 컴퓨터 시스템 구성으로 구현될 수 있다.
모든 예시는 제한을 위한 것이 아니고 여기에 기술된 특정 실시예로 청구범위를 제한하고자 사용된 것은 아니다. 제목은 단지 서식을 위한 것일 뿐 임의의 방법으로 본원을 제한하는 것은 아니다. 마지막으로, 본원에서, 하나의 특징 또는 실시예와 관련되어 설명된 특정 특징은 도면에 특별히 도시되지 않고 문자로 기술되지 않았을지라도 본 발명의 다른 개시된 특징 또는 실시예에 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 이미징 평면; 및
    초점 보정 어셈블리를 포함하고,
    상기 초점 보정 어셈블리는,
    렌즈를 포함하는 프리즘 엘리먼트,
    제1 광경로,
    제2 광경로,
    상기 제1 광경로 및 제2 광경로의 공통 시작 지점, 및
    상기 제1 광경로 및 제2 광경로의 공통 종료 지점을 포함하고,
    상기 제1 광경로 및 제2 광경로의 하나의 길이는 상기 제1 광경로 및 제2 광경로의 다른 하나의 길이보다 길고,
    상기 초점 보정 어셈블리는 상기 카메라에 관련하여 구성되고 위치지정되어서, 상기 공통 시작 지점으로부터 상기 제1 광경로를 통해 상기 공통 종료 지점으로 통과하는 제1 스펙트럼에서의 광 및 상기 공통 시작 지점으로부터 상기 제2 광경로를 통해 상기 공통 종료 지점으로 통과하는 제2 스펙트럼에서의 광 모두가 상기 이미징 평면에 포커싱되어 상기 이미징 평면에 실질적으로 초점이 맞는 가시 이미지 및 비가시 이미지를 형성하고,
    상기 제1 광경로 및 제2 광경로 중 어느 하나만이 상기 렌즈를 통과하는 것을 특징으로 하는 카메라.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광경로는 직선형이고 상기 제2 광경로는 폴딩형인 것을 특징으로 하는 카메라.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광경로는 상기 제1 스펙트럼을 통과시키고 상기 제2 스펙트럼을 반사하는 제1 표면에 의해 일부 한정되어 있는 것을 특징으로 하는 카메라.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스펙트럼은 적어도 가시 스펙트럼의 일부를 포함하고, 상기 제2 스펙트럼은 적어도 적외선 스펙트럼의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스펙트럼은 의료 형광체의 형광 방출 스펙트럼에 상응하는 협대역 스펙트럼인 것을 특징으로 하는 카메라.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 폴딩형 광로는 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 프리즘 엘리먼트 내의 프리즘 페이스에 형성되고,
    상기 프리즘 엘리먼트는 복수의 프리즘을 포함하고,
    상기 렌즈는 상기 복수의 프리즘의 2개의 인접한 프리즘의 페이스에 형성되거나, 프리즘 엘리먼트내에 변경가능하게 삽입되는 것을 특징으로 하는 카메라.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 초점 보정 어셈블리는 포커스 렌즈 그룹 및 이미징 센서를 더 포함하고,
    상기 제1 스펙트럼 및 제2 스펙트럼은 상기 공통 종료 지점에서 결합광으로 결합되고,
    상기 이미징 평면은 상기 이미징 센서의 표면에 있는 것을 특징으로 하는 카메라.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 포커스 렌즈 그룹은 상기 결합광을 상기 이미징 센서에 상기 가시 이미지 및 비가시 이미지로 포커싱하는 것을 특징으로 하는 카메라.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 엘리먼트는 통과, 반사 코팅을 갖는 제1 표면을 포함하고, 상기 통과, 반사 코팅은 상기 제1 스펙트럼 및 제2 스펙트럼 중의 하나를 상기 통과, 반사 코팅을 통하여 통과시키고, 상기 제1 스펙트럼 및 제2 스펙트럼 중의 다른 하나를 반사시키는 것을 특징으로 하는 카메라.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프리즘 엘리먼트는 반사 코팅을 갖는 제2 표면을 더 포함하고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면에 대향하고 상기 제1 표면으로부터 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 카메라.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프리즘 엘리먼트는 통과, 반사 코팅을 갖는 제3 표면을 더 포함하고, 상기 제3 표면은 상기 제1 표면과 상이한 것을 특징으로 하는 카메라.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 엘리먼트는 복수의 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스펙트럼은 형광에 포함된 것을 특징으로 하는 카메라.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 프리즘 엘리먼트는 상기 폴딩형 광로를 통해 상기 제2 스펙트럼을 통과시키는 것을 특징으로 하는 카메라.
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