KR20230169258A - 광학, 광전자, 및 광전자기계 시스템들 및 이를 이용하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

그러한 카메라(110)의 쉘 렌즈 요소(120)에 캡슐화된 테더링된 이미징 카메라(100)는 내부로부터의 뷰잉 및 다양한 방향에서의/방향으로부터의 생물학적 기관의 이미징을 가능하게 한다. 쉘 내부의 하우징 구조체에 의해 상호 협력하는 광 소스(들) 및 광학 검출기와 함께 카메라의 광학 시스템의 부분은 이미징 프로세스의 중단 없이 객체 공간의 원하는 뷰를 변화시키기 위해 쉘 내에서 이동가능/재배향가능하다. 테더는 카메라를 이동시키기 위해 카메라 및 제어가능한 견인 코드들로 그리고 그로부터 전기 신호는 운반하지만 광학 신호는 운반하지 않으며, 핸드-제어 유닛 및/또는 전자 회로는 카메라를 동작시키고 카메라의 움직임에 전력을 공급하도록 구성된다. 카메라의 광학, 광전자, 및 광전자기계 서브시스템들을 이용하는 방법(들)이다.

Description

광학, 광전자, 및 광전자기계 시스템들 및 이를 이용하기 위한 방법

본 발명은 생물학적 기관들(biological organs)의 내부의 이미징에 관한 것으로서, 특히, 그 하나의 부분이 다른 부분에 의해 신중하게(judiciously) 캡슐화되고 캡슐화 부분에 의해 정의된 애퍼처(aperture)를 통과한 기계적 부재들(mechanical members)을 이용하여 그러한 다른 캡슐화 부분 내에서 회전가능하도록 구성되는 이미징 시스템(imaging system)에 관한 것이다.

식도(esophagus), 위장(stomach) 또는 소장(small intestine)(위장관(gastrointestinal tract))과 같은 특정 신체 기관들을 검사하기 위해, 관련 기술은 현재 내시경들(endoscopes) - 내부 신체 기관들을 이미징하도록 구성된 가늘고 긴(elongated), 가요성(flexible) 또는 강성(rigid) 기구들 - 을 이용한다. 그러한 기구들의 구조체(및 특히 크기 및 형상)(직경 약 10mm × 길이 약 1,100mm)는 검사 절차가 매우 특정한 방식으로 포맷팅될 것을 요구하는데, 즉, 환자가 절차 동안에 최소한 동요되지 않고, 바람직하게는 진정되어야 한다. 그러한 큰 크기의 기구는 디바이스가 이동되고 있는 경로를 보면서 디바이스를 앞으로 미는 것에 의해 입으로부터 인두(pharynx)를 통해 식도, 위장 및 그 너머로 전진되어야 한다. 그러한 디바이스의 적어도 일부분은 그 중공(hollow)에서 다양한 와이어들(wires), 광학 채널들(optical channels), 다른 하드웨어 컴포넌트들을 운반하고 환경으로부터 이 내용물들을 보호하는 (전형적으로, 직경이 약 10mm인) 강성 또는 가요성의 긴 삽입 외장(long insertion sheath)을 포함한다.

또한, 의사는 소화관(digestive tract)을 따라 내시경을 다소 강제로 전진시킬 필요가 있고; 디바이스는 이러한 힘을 가하지 않고 간단히 삼켜지고 전진될 수 없다. 그러면, 그렇게 통상적으로 구조화된 범위의 동작은 불가피하게도, 예를 들어, 외장(sheath)의 원위 단부(distal end)의 그의 원래 위치로부터의 또는 그에 대한 물리적 회전 또는 편차 또는 벤딩(bending)과 연관된다. 이것은, 차례로, 프로브와 물리적 조직 사이의 물리적 충격을 초래함으로써, 신체 공동(bodily cavity)에 대한 외상(trauma)을 초래한다. 그러한 절차를 용인하기 위해서도 - 검사가 원활하게 그리고 혼란 없이 진행되게 하는 것은 물론, 필요한 데이터를 수집하기 위해서도 - 환자는 전형적으로 진정되어야 하며, 이는 보호적인 생리적 반사들(protective physiological reflexes)을 둔화시킴으로써 절차의 위험을 증가시킨다. 전통적인 내시경들은 이미징 카메라들을 지향시키기 위해 내시경들의 팁들(tips)을 이동/벤딩함으로써 복수의 방향들에서의 뷰잉(viewing)을 달성하며, 이는 팁이 상호작용하는 기관의 내막(lining)에 대한 외상을 초래할 수 있다. 더욱이, 그러한 전통적인 내시경들을 통한 역굴곡된 뷰들(retroflexed views)은 디바이스의 바로 그 외장에 의해 적어도 부분적으로 가려진다.

밀봉된 캡슐형 하우징(sealed capsule-like housing)에 캡슐화된 무선, 독립형 삼킬 수 있는 이미징 프로브들이 위장관과 같은 신체 내로부터 이미지들을 제공하는 대안들로서 고려될 수 있지만, 이미징 프로세스는 이용된 작은 광학계 및 작은 이미지 센서로 인해 열악한 이미지 해상도에 의해 방해받는 것으로 인식되며, 이미지들은 일반적으로 한 번 다운로드된 절차 후에만 먼저 저장되고 뷰잉되어야 한다. 통상의 기술자는 무선 캡슐화된 카메라가 라이브 비디오를 송신하도록 포맷팅될 수 있더라도, 무선 캡슐의 방향, 위치, 및 움직임이 중력, 신체 위치의 변화들, 위장 기관 또는 주변 기관들의 근육 움직임들 - 그 파라미터들 중 대부분은 시간에 따라 그리고 환자마다 변화됨 - 에 의해 결정되기 때문에 사용자의 재량으로 카메라의 제어를 구현하는 것은 실용적이지 않을 것이라는 점은 용이하게 인식한다. 이미징 방향의 제어의 결여는, 예를 들어, (예를 들어, 위장과 같은) 기관 공동(organ cavity)의 불완전한 뷰잉을 초래하기 때문에, 이미징 절차에 악영향을 미치고, 이에 의해 놓친 병변들(missed lesions) 및 궁극적인 오진단으로 이어진다. 병변 또는 타겟이 간단하게 관찰되더라도, 자유 낙하 캡슐(free-falling capsule)은, 수집된 정보를 재확인하거나 상세한 클로즈업 뷰(close-up view)를 제공할 필요가 있는 경우, 그러한 영역이 재차 또는 반복적으로 이미징되는 것을 방지한다. 실제로, 의사는 상승된 마진들과 같은 종양성 성장(neoplastic growth)의 징후들을 평가하기 위해 그의 마진을 관찰하기 위해 위장에서의 궤양(ulcer)의 측면 뷰를 요구할 수 있거나; 또는 이미징의 콘트라스트를 증가시키기 위해, 백색 광보다는 부가의 단색 파장들을 이용하기를 원할 수 있거나; 또는 다양한 조직들에 관한 구조적 또는 대사(metabolic) 정보를 얻기 위해 형광, 자가 형광(auto fluorescence), 또는 제2 또는 제3 고조파 생성 기법들을 포함한 이미징 방법들을 이용하기를 원할 수 있다. 동일하거나 상이한 이미징 양식들을 갖는 그리고 상이한 각도들로부터의 반복된 뷰들에 대한 필요성은 귀중한 진단 정보를 제공할 수 있다.

위장과 같은 기관을 검사할 때, 어떠한 병변도 놓치지 않도록 전체 기관을 반복적으로 뷰잉하는 것이 중요하다. 회전 움직임뿐만 아니라 고도(altitude)에 따른 움직임을 제어하는 조작자의 능력뿐만 아니라, 신체 위치들을 변경하는 의식 있는 환자(conscious patient)의 능력은 완전 구형의 뷰가 획득되게 할 것이다. (대응하는 이미징 절차를 실행하는데 수반되는 복잡성들은 말할 것도 없고) 전통적으로 구성된 외장형 스코프형 프로브 튜브(traditionally-configured sheathed scope-like probe tube)로는 완전 구형의 뷰가 보통은 가능하지 않지만, 광각 및 반복가능한 이미징 프로세스 양자 모두가 독립형 캡슐화된 카메라로는 달성될 수 없다. 따라서, 현재 이용가능한 이미징 방법들은 적어도 이미징의 융통성 및 이용의 간소화에 관한 한은 식도, 위장 또는 소장(위장관)과 같은 특정 신체 기관들의 이미징의 특정 요구들을 충족시키지 못한다.

본 발명의 아이디어의 구현들은 (예를 들어, 식도, 위장 또는 장들(intestine)과 같은) 생물학적 기관들 내부로부터 또는 무생물 객체들 또는 공간 내부로부터 다양한 방향들로 타겟 객체 공간을 - 필요하다면, 반복가능한 방식으로 - 뷰잉 및 이미징하도록 구조화된 테더링되고 캡슐화된 광전자 이미징 시스템(tethered and encapsulated optoelectronic imaging system)을 위한 방법들 및 장치를 다룬다. 캡슐화 하우징 또는 쉘(shell) 내부의 광학 시스템의 부분은 신중하게 재배치가능하도록 구조화되고, 쉘이 - 광학 이미징 시스템 자체의 고려된 부분에 대해 - 고정된 채로 유지되는 동안 다양한 방향들로 배향될 수 있고, 그에 의해 사용자가 전체 테더링된 시스템을 이동하거나 재배치하지 않고 원하는 뷰를 획득하는 것을 허용한다. (그렇다 하더라도, 전체 테더링된 시스템의 재배치는 후술하는 바와 같이 테더(tether)를 조작함으로써 수행될 수 있다.) 캡슐화 하우징 쉘 내의 전체 이미징 카메라의 부분은 설명된 바와 같은 렌즈 요소들, 이미지 센서 또는 광학 검출기, 일부 조명 소스들 및 연관된 전자 장치들을 포함하고, 이들 모두는 콤팩트한 하우징 기계적 구조체 내에 유지되며, 따라서 광전자기계 시스템으로서 보여질 수 있다. 이 카메라 하우징 구조체는 사용자가 원하는 대로 그리고 이미징 프로세스의 어떠한 중단도 없이 캡슐화 쉘 내부에서 이동할 수 있는 방식으로 구성된다. 좁고 가요성인 테더(환자에 의한 시스템의 삼키기를 용이하게 하도록 구성됨)는 캡슐형 하우징에 부착되며, 이미징 카메라에 전력을 공급하고 이미지 데이터를 수집 및 전송하는 데 필요한 와이어링은 물론, 캡슐 내부의 카메라의 부분의 원하는 움직임에 영향을 미치도록 구성된 코드들 또는 스트링들도 운반한다. 특히, 통상적으로 구조화된 내시경들(복강경들(laparoscopes) 또는 다른 통상적인 이미징 프로브들)의 외장된 부분들과 유리하게 대조적으로, 본 발명의 실시예의 테더는 테더의 하나의 단부로부터 다른 단부로 광을 송신하도록 구성되는 어떠한 광학 채널도 포함하지 않는다(즉, 전혀 없거나 결여된다). 특정 구현의 상세들에 따라, 쉘의 볼륨 내부에 광학 시스템을 캡슐화하는 쉘은 동작적으로 만족스러운 품질의 타겟 객체 공간의 광학 이미지를 형성하기 위해 존재하도록 요구되는 광학 이미징 트레인(optical imaging train)의 일부로서 구성될 수 있고, 그에 의해 쉘이 렌즈 요소 자체로서 보여지고 동작되게 한다. 그러한 특정 경우에, 숙련된 자라면 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 광학 이미징 트레인의 하나의 부분은 광학 이미징 트레인의 다른 부분의 내부에서 이동하도록 구조화된다.

따라서, 본 발명의 상세한 설명으로부터 분명해지는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 쉘 축(shell axis)을 갖는 실질적으로 구형 쉘(substantially-spherical shell)로서 치수가 정해진 제1 광학 요소, 및 광학 축 및 제1 광학 요소에 대면하는 전방 렌즈 요소를 갖는 광학 렌즈(어셈블리)를 적어도 포함하는 광학 이미징 시스템을 제공하고, 전방 렌즈는 광학 축에서 정점(apex)을 갖는다. (제1 광학 요소는 하나의 특정한 예에서 논-제로 광학 출력(non-zero optical power)을 갖는 제1 렌즈 요소로서 구성될 수 있고, 광학 렌즈와 함께 광학 이미지를 형성하기 위해 광학 축에 대해 측정된 것과 같은 88도까지의 반각(semi-angle)을 갖는 FOV를 정의하며, 광학 이미지는 이 FOV가 마주하는 객체 공간에 광학적으로 공액(optically-conjugate)이다.) 여기서, 광학 렌즈는 쉘 축과 광학 축 사이에 정의되고 쉘 축 및 광학 축 둘 다를 포함하는 선택된 평면에서 적어도 -90° 내지 적어도 +90°의 범위 내의 각각의 그리고 모든 값일 수 있는 회전 각도에서 회전 축을 중심으로 회전가능하도록 제1 광학 요소 내에 장착된다. 즉, 제1 광학 요소 내의 광학 렌즈의 회전 각도에 대응하는 입체각(solid angle)에 의해 커버되거나 마주하게 되는 제1 광학 요소의 부분은 광학적으로 투명하게 되고, 제1 렌즈 요소와 광학 렌즈의 조합이 광학 이미징 속성들 및 광학 이미징 시스템의 시야(field-of view)를 정의하도록 제1 논-제로 광학 출력 렌즈 요소로서 구성된다.

제1 광학 요소 내의 광학 렌즈의 회전 각도에 대응하는 입체각에 의해 마주하게 되는 제1 광학 요소의 부분. 대안적으로 또는 추가적으로, 그리고 광학 이미징 시스템의 임의의 구현에서, 다음의 조건들, 즉, - 쉘 축이 제1 광학 요소의 대칭 축인 것; - 실질적으로 구형 쉘이 쉘 축에 대해 측정된 각도의 함수로서 일정하게 유지되는 두께 값을 갖는 것; 및 - 회전 축이 실질적으로 구형 쉘 내에 있는 것 중 적어도 하나가 충족된다. 실질적으로 임의의 구현에서, 광학 이미징 시스템은 전방 렌즈 요소의 정점이 회전 축을 중심으로 하는 광학 렌즈의 임의의 그리고 모든 회전 각도에 대해 실질적으로 구형 쉘의 내부 표면으로부터 등거리에 유지되도록 치수가 정해진다.

광학 이미징 시스템의 적어도 하나의 특정 경우에, 광학 렌즈는 한 쌍의 네거티브 메니스커스 광학 렌즈 요소들(negative meniscus optical lens elements) 및 한 쌍의 포지티브 렌즈 요소들(positive lens elements)을 포함할 수 있는 한편, 그러한 광학 렌즈는 66°까지의 모든 필드 반-필드 각도(every filed semi-field angle)에 대해 40%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 갖는다. 이 경우, 광학 렌즈는 다음의 조건들, 즉, - 광학 렌즈가 시상 또는 접선 평면들(sagittal or tangential planes) 중 어느 하나에서, 광학 렌즈의 시야 내의 임의의 필드 높이에서 25미크론을 초과하지 않는 비점 수차(astigmatism)를 특징으로 하는 것; - 광학 렌즈가 44°까지의 모든 반-필드 각도에서 5%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 특징으로 하는 것; 및 - 광학 렌즈가 광학 렌즈의 최대 반-필드 각도까지 모든 반-필드 각도에서 15%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 특징으로 하는 것 중 적어도 하나를 충족시키도록 구조화될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 그리고 실제로 임의의 실시예에서, (제1 광학 요소 내의 광학 렌즈의 회전 각도에 대응하는 입체각에 의해 커버되거나 마주하게 되는) 제1 광학 요소의 적어도 일부분은 광학적으로 투명하게 되고, 상기 제1 요소와 광학 렌즈의 조합이 상기 광학 이미징 시스템의 광학 시스템을 정의하도록 제1 렌즈 요소로서 구성될 수 있다. 여기서, 광학 렌즈는 한 쌍의 네거티브 메니스커스 광학 렌즈 요소 및 한 쌍의 포지티브 렌즈 요소들을 포함하고, 광학 이미징 시스템은 광학 시스템의 최대 반-필드 각도까지 모든 반-필드 각도에서 10%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 특징으로 한다. (후자의 경우, 광학 이미징 시스템은 다음의 조건들, 즉, - 광학 이미징 시스템이 시상 또는 접선 평면들 중 어느 하나에서, 광학 시스템의 시야 내의 모든 필드 높이에서 20미크론을 초과하지 않는 비점 수차를 특징으로 하는 것; - 광학 이미징 시스템이 66°까지의 모든 반-필드 각도에서 10%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 특징으로 하는 것; 및 - 광학 이미징 시스템이 88°까지의 모든 반-필드 각도에서 15%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 특징으로 하는 것 중 적어도 하나를 충족시키도록 구성된다.)

적어도 하나의 실시예에서, 광학 이미징 시스템은 다음의 조건들, 즉, - 광학 이미징 시스템의 이미징 평면과 광학 렌즈(어셈블리)의 전방 렌즈 요소의 정점 사이의 거리가 5mm를 초과하지 않는 것; - 전방 렌즈 요소의 직경이 4mm를 초과하지 않는 것; 및 - 광학 이미징 시스템의 공간 해상도가 적어도 50미크론인 것 중 적어도 하나를 충족시킨다.

실질적으로 임의의 실시예에서, 광학 이미징 시스템은 광학 렌즈 뒤에 있고 이미징 평면을 정의하는 광학 검출기; 및/또는 본 발명의 광전자 시스템을 형성하기 위해 광학 축을 따라 광을 방출하기 위해 광학 축을 가로지르는 평면에서 광학 렌즈의 전방 렌즈 요소 주위에 배치된 광 소스들로 보완될 수 있다. (여기서, 광학 검출기 및 광 소스들 양자 모두는 광학 렌즈와의 공간적 적합성(spatial conformity) - 또는 공간적 합의(spatial agreement) - 으로 이동하기 위한 것과 같이 광학 렌즈와 공간적으로 협력한다.) 그렇게 보완되면, 그리고 실질적으로 구형 쉘이 실질적으로 유체 침투가능하지 않게(fluidly-impenetrable) 포맷팅되면, 광전자 시스템은 그 위에 전자 회로를 갖는 인쇄 회로 보드(PCB)를 더 포함할 수 있다(여기서 전자 회로는 적어도 (a) 쉘의 외부에서, 광학 이미징 시스템으로 획득된 광학 이미지들의 전송을 위한 스트림 포맷을 정의하고, (b) 광학 이미징 시스템의 광 소스들에 인가된 전압을 조정하기 위해 전자 회로의 식별된 부분을 통제하도록 구성되는 프로그래밍가능 마이크로프로세서를 포함한다; 그리고 PCB는 광학 검출기와 전기적으로 접속된다). 후자의 경우에, 광전자 시스템은 바람직하게는 - 그러나 선택사양적으로 - 실질적으로 구형의 쉘 내부에 전력 소스가 없다.

광전자 시스템이 실질적으로 유체 침투가능하지 않은 실질적으로 구형의 쉘을 갖는 광학 이미징 시스템을 포함하는 임의의 경우에, 광전자 시스템은 테더로 보완될 수 있고, 테더는 테더의 제1 단부(이 부재는 쉘의 내용물과 전기적으로 접촉함)로부터 그것을 통해 연장되는 전기 전도성 부재(electrically-conducting member)를 갖는 반면, 테더의 제2 단부는 쉘의 외부에 있다. 그러한 테더는 반드시 테더 내부에 광학 요소가 없도록(결여되도록 또는 포함하지 않도록) 구성된다.

광전자 시스템의 임의의 위에서 식별된 실시예는 전방부(front portion) 및 베이스부(base portion)(전방부는 PCB가 베이스부에 부착되는 동안 광 소스들을 운반함)를 갖는 광학 렌즈 홀더(optical lens holder); 광학 렌즈 홀더의 제1 포인트에 접속된 제1 스트링 및 광학 렌즈 홀더의 제2 포인트에 접속된 제2 스트링(제1 및 제2 포인트들은 광학 축에 대해 서로 실질적으로 정반대임)를 구비할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 스트링들은 테더를 통해 테더의 제2 단부에 있는 원격 제어기로 끌어당겨지고, 원격 제어기는 쉘 축에 대해 쉘 내부에서 광학 렌즈를 틸팅하기 위해 제1 및 제2 스트링들로부터 선택된 것을 풀링(pulling)하도록 구조화된다. 본 발명의 광전자기계 시스템의 후자의 버전은 다음의 조건들, 즉, - 광전자기계 시스템이 베이스부의 중심에 접속되고 베이스부의 중심과 원격 제어기 내의 탄성 요소(resilient element) 사이에서 테더를 통해 끌어당겨진 제3 스트링을 포함하는 것 - 원격 제어기는 광학 렌즈의 공칭 배향(nominal orientation)을 안정화하도록 구성됨 -; - 원격 제어기가 제1 및 제2 스트링들 중 선택된 것을 풀링하도록 구성된 원격 제어기의 하우징 내의 랙-앤-피니언 메커니즘(rack-and-pinion mechanism)을 포함하는 것; 및 - 원격 제어기가 상기 랙-앤-피니언 메커니즘을 동작시키기 위해 모터를 통제하도록 구성된 원격 제어기의 하우징 내의 모터 및 마이크로제어기를 포함하는 것 중 적어도 하나를 충족시키도록 추가로 구조화될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 추가적으로 광학 이미지를 형성하기 위한 방법을 제공하고, 방법은 - 위에서 식별된 실시예들 중 어느 하나에 따른 광학 이미징 시스템을 이용하는 단계; - 제1 쉘형 렌즈 요소(shell-like lens element) 내부에 둘러싸인 광 소스들에 의해 생성된 광으로 제1 쉘형 렌즈 요소를 통해 객체 공간의 타겟 부분을 조명하는 단계; 및 - 광학 이미징 시스템을 통해 그러한 광을 투과시킴으로써 광학 검출기에서, 타겟 부분에 의해 반사된 광의 공간 분포의 광학 공액을 형성하는 단계를 적어도 포함하는 것을 특징으로 한다. 방법은 타겟 부분에 대해 쉘을 고정되게 유지하면서 실질적으로 구형 쉘 내부에서 광학 렌즈를 이동하는 단계 및/또는 다음의 단계들, 즉, - 쉘 내에서 광학 렌즈를 이동불가능하게 유지하면서 타겟 부분에 대해 실질적으로 구형 쉘을 재배치하는 단계; 및 쉘 내부에서 광학 렌즈를 이동하면서 타겟 부분에 대해 실질적으로 구형 쉘을 재배치하는 단계 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 또한 광학 이미지를 형성하기 위한 방법을 제공하고, 방법은 - 위에서 식별된 구현들 중 어느 하나에 따른 광전자 시스템을 이용하는 단계; 테더를 따라, 실질적으로 구형 쉘의 내부로부터 쉘의 외부에 위치한 전자 회로로, 획득된 광학 이미지를 나타내는 전기 신호들을 전송하는 단계를 적어도 포함하는 것을 특징으로 한다. 적어도 하나의 경우에, 방법은 다음의 단계들, 즉, - 광학 이미지들의 전송을 위한 스트림 포맷을 정의하는 전기 신호를 테더를 따라 전달하는 단계, 및 - 마이크로제어기를 이용하여, 광 소스들 중 적어도 하나에 의해 생성된 광의 강도를 변경하기 위해 광학 이미징 시스템의 광 소스들에 인가된 전압을 조정하는 단계 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 실시예들은 광학 이미지를 형성하기 위한 방법을 더 제공하고, 방법은 적어도, - 위에서 식별된 실시예들 중 어느 하나에 따른 광전자기계 시스템을 이용하는 단계; 및 - 원격 제어기를 이용하여 제1 스트링 및 제2 스트링 중 적어도 하나를 풀링하여 쉘 축에 대한 광학 렌즈의 각도 배향을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그러한 방법은 또한, - 그러한 풀링하는 것을 중단하는 단계; 및 - 광학 렌즈를 공칭 배향으로 복귀시키기 위해, 제1 스트링 및 제2 스트링에 응력(stress)이 인가되지 않는 동안, 제3 스트링을 조작하는 단계로 보완될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 풀링하는 것의 프로세스는 원격 제어기의 하우징 내에서 랙-앤-피니언 메커니즘을 동작시키는 것 및/또는 스테퍼 모터(stepper motor) 및 드라이버를 이용하여, 피니언에 부착된 베벨 기어(bevel gear)를 회전시키는 것을 포함할 수 있다.

본 발명은 축척에 맞지 않는 도면들과 함께 특정 실시예들의 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 일부의 개략적인 사시도를 제공한다.
도 2는 본 발명의 관련 실시예의 일부의 개략적인 사시도이다.
도 3은 대응하는 시야(FOV)에 의해 커버되는 객체 공간의 일부를 이미징하도록 구성된, 본 발명의 실시예의 이미징 카메라의 광학 시스템의 트레인의 구현의 예시를 제공한다.
도 4는 도 3의 광학 시스템을 통한 FOV에서의 광학 이미징 동안의 횡방향 광선 수차들(transverse ray aberrations)의 설명을 제공한다.
도 5, 도 6 및 도 7은 각각, 대응하는 FOV에서의 객체 공간의 이미징 동안의 도 3의 실시예의 실제 이용과 연관된 필드 곡선들, 왜곡 특성들, 및 스폿 다이어그램들을 도시한다.
도 8은 도 3의 실시예에 대한 변조된 전달 함수(대 이미징 필드)의 곡선들을 제시한다.
도 9a 및 도 9b는 이미징 카메라의 광학 시스템의 부분의 각도 위치에 의존하는 본 발명의 캡슐화된 실시예를 갖는 신체 기관의 개략적으로 뷰를 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 하우징 쉘 내부의 틸트-구동 코드들(tilt-driving cords)/스트링들 및 전기 케이블들/부재들/와이어들의 적어도 부분들을 개략적으로 도시하는 이미징 카메라의 부분의 실시예를 측면도들로 도시한다. 틸트 모션은 두 개의 측방향 코드들에 의해 구동되고 제3 코드에 의해 감쇠된다. 도 10a: '포스트들'을 보여주는 측면도; 도 10b: 중심 코드를 나타내는 정면도.
도 11은 도 10a 및 도 10b에 대응하지만, 코드들, 전기 와이어들 및 베이스 플레이트의 위치들을 보여주기 위해 외부 하우징 쉘이 없는 실시예의 사시도를 제공한다.
도 12는 모터를 구비한 핸드헬드 원격 제어기의 개략도이다. 도 10a 및 도 10b의 실시예의 광전자 컴포넌트들 및/또는 서브시스템들을 통제하고 이들과 동작가능하게 협력하도록 구성된 선택사양적으로 존재하는 전자 회로 및/또는 마이크로제어기는 예시의 간략화를 위해 도시되지 않는다.
도 13은 핸드헬드 원격 제어기의 제어 패널의 예의 개략도를 제공한다.
도 14는 전기 전도성 부재들 및 테더를 통해 끌어당겨지는 견인(traction)을 위한 코드들/스트링들을 갖는 저마찰 튜브들(low-friction tubes)을 갖는 테더의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 15a 및 도 15b는 본 실시예에서 구성된 바와 같은, 하우징 쉘 내부의 틸트-구동 코드들/스트링들 및 전기 케이블들/부재들/와이어들의 적어도 부분들을 개략적으로 도시하는 본 발명의 시스템의 관련 실시예를 측면도들로 도시한다. 틸트 모션은 렌즈의 하우징의 외부 표면에 부착된 2개의 측방향 코드들/스트링들에 의해 구동된다. 제3의 감쇠(dampening) 코드/스트링은 선택사양적이며, 도시되지 않는다. 도 15a: 틸트 코드들의 '포스트들' 및 틸트 코드들 둘 다를 도시하는 측면도; 도 15b: 코드들 중 하나만을 도시하는 정면도.
도 16은 도 15a 및 도 15b에 대응하지만, 코드들, 전기 와이어들 및 베이스 플레이트의 위치들을 더 명확하게 보여주기 위해 외부 하우징 쉘이 없는 실시예의 사시도를 제공한다.
도 17은 도 15a, 도 15b 및 도 16의 실시예에서 이용되도록 구성된, 모터를 구비한 핸드헬드 원격 제어기의 개략도를 포함한다. 도 10a 및 도 10b의 실시예의 광전자 컴포넌트들 및/또는 서브시스템들을 통제하고 이들과 동작가능하게 협력하도록 구성된 선택사양적으로 존재하는 전자 회로 및/또는 마이크로제어기는 예시의 간략화를 위해 도시되지 않는다.
도 18은 도 15a 내지 도 17의 실시예들을 이용하여 구성된, 전기 전도성 부재들 및 테더를 통해 끌어당겨지는 견인을 위한 코드들/스트링들을 포함하는 나선형 코일들을 갖는 테더의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 전기 부재들/와이어들(카메라의 광전자 시스템을 외부, 외부 포인트와 접속하고 테더를 통해 끌어당겨짐) 중 적어도 하나가 베이스 플레이트 상의 대응하는 홀(들)을 통과하여 테더에 들어가기 전에 카메라의 회전 차축(axle of rotation)을 중심으로 나선형 루프를 형성하도록 측방향으로 지향되는 또 다른 관련 실시예를 개략적으로 도시한다. 나선형 루프(들)의 존재는 전기 와이어들을 파손시키지 않고 카메라의 틸트를 반복적으로 용이하게 한다. 루프들은 실시예에 존재하는 양쪽 축들 중 하나에 형성될 수 있다.
도 20a 및 도 20b는 2개의 위치들에서의 본 발명의 이미징 카메라의 실시예의 단순화된 단면 뷰들을 도시한다. 도 20a: 외부 렌즈 요소에 의해 둘러싸인 카메라의 부분과 외부 렌즈 요소 사이의 공칭 상호 배향(nominal mutual orientation). 도 20b: 외부 렌즈 요소에 의해 둘러싸인 카메라의 부분은 외부 렌즈 요소에 대해 미리 결정된 각도 B로 회전된다.
일반적으로, 도면들 내의 요소들의 크기들 및 상대적 스케일들은 도면들의 단순성, 명료성, 및 이해를 적절히 용이하게 하기 위해 실제 것들과 상이하게 설정될 수 있다. 동일한 이유로, 하나의 도면에 존재하는 모든 요소들이 반드시 다른 도면에 도시되는 것은 아닐 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예들에 따르면, 테더링된 캡슐로서 구조화되고 중공 생물학적 기관들의 내부(들)를 이미징하도록 구성된 카메라를 위한 방법들 및 장치가 개시된다.

테더링된 캡슐(약 3mm의 단면 크기의 얇은 가요성 테더를 갖는 약 10mm 직경의 구형 본체)의 훨씬 더 작은 치수들은 진정(sedation) 없이 검사가 용인될 수 있게 할 뿐만 아니라, 캡슐을 입으로부터 위장 또는 소장으로 전진시키는 것을 돕기 위해 캡슐을 삼킴으로써 환자가 깨어나 협력할 것을 요구한다. 실제로, 이용된 테더의 크기 및 가요성은 캡슐을 힘에 의해 신체 기관 내로 전진시키는 것을 사실상 불가능하게 한다.

그러나, 일단 삼켜지면, 테더링된 캡슐이 볼 수 있는 다양한 방향들이 제한된다. 캡슐 내부의 카메라(들)의 조작자-지향 로봇 움직임을 갖는 캡슐의 이점은 캡슐 자체가 재지향될 것을 요구하지 않고 복수의 뷰들을 가능하게 하는 것이다. 그러나, 테더링된 캡슐은 고정 카메라들을 갖는 무선 캡슐의 능력들을 넘어서는 기관 또는 무생물 공간의 뷰잉을 가능하게 한다. 그러한 실시예의 뷰잉 능력은 전통적인 내시경의 뷰잉 능력을 실제로 능가하는데; 그것의 작은 볼륨 및 가요성은 기관이 진정 없이 더 큰 안전성으로 뷰잉되게 할 뿐만 아니라, 실시예의 형상 및/또는 위치를 벤딩 또는 변경하지 않고, 가변적인 뷰 방향들이 획득되게 한다.

전체 카메라의 외부 쉘 또는 캡슐 내에 광학 이미징 시스템의 부분의 움직임들을 제한함으로써, 뷰잉 프로세스 동안 기관의 내막에 대한 외상(전통적인 내시경검사(endoscopy) 동안 내시경의 팁이 뷰의 각도를 변경하기 위해 재재향될 때 종종 발생하는 무언가)이 회피된다. 더욱이, 전통적인 내시경검사 동안의 역굴곡된 뷰들은 (직경이 약 10mm인) 내시경들의 삽입 튜브들에 의해 부분적으로 방해되는 반면, 슬림 테더에 의해 방해되는 뷰는 무시가능하고, 기관, 공간 또는 기관의 움직임들에 의해 쉽게 보상되어, 완전히 구면인 뷰가 얻어지는 것을 가능하게 할 것이다. 무생물 공간에서, 로봇-눈 카메라(들)를 갖는 그러한 테더링된 캡슐은 좁은 오리피스들(orifices)을 통해 다수의 방향으로 그리고 전통적인 보어스코프(borescope)가 그의 원위 단부를 구부릴 공간을 갖지 않는 작은 영역들에서 뷰잉이 획득될 수 있게 한다.

캡슐 내부에서 이동가능한 본 발명의 광학 시스템의 부분을 갖는 테더링된 캡슐은 캡슐 자체가 상이한 방향들로 배향될 것을 요구하지 않고 상이한 방향들에서 객체 공간을 관찰하는 융통성을 제공한다. 제안된 실시예의 구현은, 객체 공간에서의 캡슐의 배향을 재배향시키지는 않지만 캡슐 내부에서의 광학 렌즈의 움직임에 의해, 내시경에 의해 제공되는 것과 비슷한 뷰잉 방향들의 변경을 달성한다. 따라서, 본 발명의 아이디어의 테더링된 캡슐화된 구현은 내시경 크기의 일부로 유지되면서 내시경의 그것에 비슷하고/하거나 그것을 초과하는 뷰잉 커버리지를 제공하여, 진정 없이 더 큰 안전성으로 뷰잉 절차들이 수행될 수 있게 한다.

캡슐화된 시스템의 개요

본 발명의 아이디어에 따르면, 일 실시예의 일반적인 개략도를 제공하는 도 1을 참조하면, 시스템(100)은 (이미징 카메라의 적어도 일부로서 구성되고 광학 렌즈 홀더 구조체(118)에 적어도 광학 렌즈(114)를 포함하는) 테더링된(104) 광전자 시스템(110)으로서 구조화된다. 이미징 카메라(110)는 예컨대 적어도 회전 축(스탠드들(122) 및/또는 스탠드들(122)을 홀더(118)와 접속할 수 있는 회전 차축(들)에 대해 정의되고, "고도"로서 표시되는 각도 좌표에 의해 표현될 수 있고, 도 1에서 좌표들의 로컬 시스템의 Y-축에 대응함)에 대해 쉘 내에서 이동가능하게 유지되도록 광학적으로 투명한 하우징 쉘 또는 캡슐(120) 내부의 지지 베이스 플레이트(122A)에 병합되는 카메라 스탠드들(122)에 의해 유지된다. 광학 렌즈(114)의 홀더(118)는 적어도 지지 스탠드들(122) 및 지지 베이스 플레이트(122A)와 함께 카메라 하우징 구조체로서 간주되고 교환가능하게 지칭될 수 있다. 실시예의 이미징 카메라의 광전자 및 기계적 컴포넌트들은 본 개시내용의 다른 곳에서 논의되는 바와 같이 적어도 전기 전도성 부재(들)(124) 및 테더를 통과하는 기계적 코드들 또는 스트링들(128)과 테더(104)의 원위 포인트에서 그리고 쉘(120) 외부의 포인트와 동작적으로 그리고 물리적으로 접속된다. 특히, 카메라 하우징 구조체는 쉘(120) 내에 구성된다.

캡슐/쉘(120)은, 사람이 캡슐(120)을 쉽게 삼키고 테더(104)를 이용하여 그의 내용물을 갖는 쉘을 신체로부터 제거할 수 있게 하기 위해, 적어도 그의 근위 단부(120A) 및 원위 단부(120B)에서 매끄럽게 표면화되어 둥글게 되어 있다. 명목상, 캡슐(120)은 형상이 구형이다. 쉘(120)의 크기 및 치수들(약 10mm 직경)은 삼키는 근육의 이용을 용이하게 하여, 식도의 내강을 따라 삼켜진 캡슐(120)을 전진시키고 (삼켜진 음식물이 위장에 도달하는 방법과 유사하게) 위장에 들어가기 위해 연동(peristalsis)이 이용된다. 실시예(100)의 실제 이용에서, 연동은 실시예를 위장을 넘어 또는 자연 오리피스 또는 스토마(stoma)를 통해 들어간 신체의 다른 부분에서 전진시키기 위해 이용될 수 있다. 통상의 기술자는 훨씬 더 작은 캡슐(예를 들어, 3mm 미만의 직경 치수를 갖는 캡슐)이 그렇게 쉽게 삼켜지고 식도를 통해 전진될 수 없다는 것을 쉽게 이해할 것이며; 더욱이, 그러한 작은 크기에서는, 카메라(110)의 일부로서 더 큰 이미징 센서(광학 검출기)를 포함하는 크기의 시스템(100)과 달리, 하우징 쉘 광학계의 내부는 실제로 구현될 때 고해상도 이미지들을 제공할 수 없을 정도로 작아야 한다.

타겟 객체 공간의 이미징이 수행되는 실시예(100)의 외부 케이싱(120)의 적어도 일부는 실질적으로 구형이고, 광학적으로 투명하고, 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이 광학 품질을 가지며, 바람직하게는 균일한 두께이고, 방수(watertight)(유체 밀봉(fluidly sealed))되어, 쉘(120) 외부의 객체 공간의 광학 이미지들이 그러한 외부 쉘(120)의 기능적 광학 이미징 방식 참여(functional, optical-imaging-wise participation)를 통해 그리고 그것을 이용하여 분명하게 그리고 왜곡 없이 캡처될 수 있게 한다. 따라서, 선택사양적이지만 바람직한 구현에서, 본 발명의 이미징 카메라의 광학 시스템은 논-제로 광학 출력을 갖는 렌즈 요소로서 치수가 정해지는 쉘(120)의 존재를 포함하고 필요로 한다는 것이 이해된다. 이 경우, 이해할 수 있듯이, 카메라 하우징 구조체는 그러한 하우징 구조체가 지지하는 바로 그 카메라의 광학 시스템의 일부를 형성하는 논-제로 광학 출력 렌즈 요소 내에 구성되며, 이미징 카메라의 일부는 바로 그 이미징 카메라의 광학 시스템의 일부를 형성하는 그러한 렌즈 요소 내에 캡슐화되고, 이 경우에서의 전기적 및 기계적 부재들(124, 128)은 그러한 렌즈 요소 내에 정의되는 애퍼처를 통해 테더(104) 내로 전달된다.

이 시점에서, 적어도 몇 개의 용어의 의미를 정의하는 것이 유익할 것이다. 이를 위해, 본 개시내용 및 첨부된 청구항들의 목적을 위해 - 그리고 구체적으로 달리 정의되지 않는 한, "구형 쉘"은 상이한 반경들의 2개의 동심 구체들 사이의 볼(ball)의 영역으로서 정의되고, 그러한 영역인 것으로 간주된다. (그러한 의미에서, 통상의 기술자는 구형 쉘이 환형의 3차원으로의 일반화임을 이해할 것이다.) "실질적으로 구형 쉘"은, 실질적으로 구형 쉘을 제한하는 본체들이 실질적으로 구형 또는 실질적으로 구체들이라는 점에서 구형 쉘에 대한 근사치로서 정의된다 - 즉, 이상적인 구형 표면 형상들(구체 또는 구형 표면의 제조 형성 중에 전형적이고/이거나 공칭 반경 값들의 +/- 20% 범위 내에서, 바람직하게는 공칭 반경 값들의 +/- 10% 범위 내에서, 더욱 더 바람직하게는 공칭 반경 값들의 +/-5% 범위 내에서, 가장 바람직하게는 공칭 반경 값들의 +/-2% 범위 내에서 그러한 구체들의 반경의 변화에 의해 정의됨)으로부터의 특정 치수 편차들이 허용되고 청구항들의 범주 내에 유지된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 및 선택사양적으로, 실질적으로 구형 쉘을 제한하는 그러한 실질적으로 구체들의 동심성(concentricity)은 완벽하지 않을 수 있지만, 실질적으로 구형 쉘을 제한하는 두 개의 실질적으로 구형 본체들의 공칭 중심들을 분리하는 거리가 이들 두 개의 본체들의 반경의 가장 큰 값의 0과 20% 사이일 수 있고, 바람직하게는 그러한 가장 큰 값의 10%를 초과하지 않을 수 있고, 더 바람직하게는 그러한 가장 큰 값의 5%를 초과하지 않을 수 있고, 가장 바람직하게는 그러한 가장 큰 값의 2%를 초과하지 않을 수 있다는 점에서 방해받을 수 있다. 이상적인 경우에, 실질적으로 구형 쉘은, 그러한 실질적으로 구형 쉘을 제한 및 정의하는 상이한 반경의 2개의 동심 구체들의 공간적으로 일치하는 중심들을 통과하는 선택된 축에 관하여 측정된 각도의 함수로서 그 값이 일정하게 유지되는 두께를 갖는다.

유사하게, 본 출원에서 이용되는 바와 같이 그리고 명확히 달리 정의되지 않는 한, "렌즈릿(lenslet)" 및 "렌즈 요소(lens element)"라는 용어들은 - 그러한 컴포넌트의 축의 방향으로 - 그러한 컴포넌트를 통과하거나 횡단하는 광의 수렴(또는 발산, 또는 시준)의 정도를 변화시키는 2개의 광학 표면들에 의해 경계지어지는 단일의 간단하고 구조적으로 분할가능하지 않은(structurally-indivisible) 그리고 이용된 단일의 광학 컴포넌트를 지칭하는 것으로 정의된다. 이에 비해, 용어들 "렌즈", "렌즈들의 그룹", "렌즈 시스템" 및 유사한 용어들은 렌즈릿들 또는 렌즈 요소들의 조합 또는 그룹화를 지칭하도록 정의된다. 여기서, 예를 들어, 함께 쌍을 이루는 2개의 간단한 렌즈릿들 또는 렌즈 요소들로 구성되는 광학 더블릿(optical doublet)은 렌즈 요소로서가 아니라 렌즈로서 지칭된다.

"이미지"라는 용어는 일반적으로 공간 위치들에 대응하는 검출기 출력의 순서화된 표현으로서 정의되며 그것을 지칭한다. 예를 들어, 시각적 이미지는 광학 검출기에 의해 검출된 광의 패턴에 응답하여, 비디오 스크린 또는 프린터와 같은 디스플레이 디바이스 X 상에 형성될 수 있다. 시스템의 "실시간" 성능은 주어진 이벤트로부터 그 이벤트에 대한 시스템의 응답까지의 동작 데드라인들을 겪는 성능으로서 이해된다. 예를 들어, 이미징 카메라 디바이스의 광학 검출기로부터의 이미징 정보(예를 들어, 광학 방사조도(optical irradiance)의 공간적 분포와 같은 것)의 실시간 추출은, 그렇게 하도록 프로그래밍되고 그러한 공간적 분포가 검출되는 광학 이미지 획득의 프로세스의 중단과 동시에 및 그러한 중단 없이 실행되는 사용자 또는 마이크로프로세서에 의해 트리거되는 것일 수 있다.

"객체 공간"이라는 용어는 통상적으로 해당 광학 이미징 시스템의 외부에 위치된 공간으로서 정의되고 이해되며, 그것의 일부 - 객체라고 지칭됨 - 는 광학 이미징 시스템을 통해 이미지 표면(이는 광학 검출기의 표면과 실질적으로 일치할 수 있음) 상에 이미징된다. 광학 이미징 시스템의 이용으로 형성된 객체 포인트 및 그의 이미지는 서로 광학적으로 공액인 것으로 간주된다.

용어 "광학적으로 공액" 및 관련된 용어들은 (광의 전파의 방향이 반전될 경우에 어느 광선들이 발생 경로를 따라 이동할 것인지에 따라) 광학적 가역성의 원리에 의해 정의되는 것으로서 이해된다. 따라서, 이러한 용어들은 2개의 표면을 지칭하는 것으로서, 2개의 표면에 의해 정의되며, 그의 포인트들은 주어진 광학 시스템을 이용하여 하나 위에 다른 하나가 이미징된다. 객체가 그의 이미지에 의해 점유된 포인트로 이동되는 경우, 이동된 객체의 새로운 이미지는 객체가 발생한 포인트에 나타날 것이다. 광학적으로 공액인 표면들에 걸치는 포인트들은 광학적으로 공액인 포인트들로서 지칭되고 정의된다.

이제, 도 1을 다시 참조하면, 쉘 축(124)(또는 실질적으로 구형 쉘의 중심을 통과하는 쉘의 축)과 광학 렌즈(114)의 광학 축(128)이 실질적으로 일치할 때(즉, 이들 2개의 축들 사이의 각도가 실질적으로 0일 때), 실질적으로 구형 쉘 또는 돔(dome)(120)과 그러한 쉘 또는 돔 내에 하우징된 광학 렌즈(114) 사이의 공칭 상호 배향(또는, 간단히 공칭 배향)이 정의된다. 도 1의 예에서 도시된 배향에서, 축들(124, 128)은 서로에 대해 경사진 것으로 도시된다.

특정 구현에 따라, 돔들 또는 쉘(120)의 실질적으로 구형인 표면(들)(외부 직경이 약 10mm)은 다이아몬드-선삭(diamond-turned) 또는 사출-성형(injection-molded)될 수 있고, 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate)(PMMA)와 같은 투명 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 그것은 또한 유리 또는 다른 적절한 생물학적 불활성 광학적 투명 재료들(biologically-inert optically-transparent materials)로 만들어질 수 있다. 하나의 경우에, 그것은 약 0.5mm의 두께를 갖는다.

(테더(104)에 가까운 것과 같은) 타겟 객체 공간의 뷰잉을 위해 이용되지 않는 케이싱(120)의 부분(들)은 반드시 광학적으로 투명하지는 않은 다른 재료들로 만들어질 수 있고/있거나, 실질적으로 구형일 필요는 없으며, 케이싱 내의 컴포넌트들의 움직임 또는 포지셔닝을 허용하기 위해서만 구성된다. 카메라(120)의 다양한 컴포넌트들 및 서브시스템이 하우징 쉘(120) 내부에 조립될 수 있게 하기 위해, 쉘은 함께 결합된 2개 이상의 부품들로 만들어질 수 있고, 이 부품들은 조립 후에 에지들이 꼭 맞고(fit snugly) 방수 투명 밀봉제(sealant)들에 의해 밀봉되어 적절한 접합부들(junctions)에서 매끄러운 표면을 고정하고, 그에 의해 조립된 실시예들이 유체 밀봉(fluidly-seal)될 수 있게 하고 전체 표면이 승인된 세정 및 소독 절차들을 이용하여 자체적으로 세정 및 소독되게 한다. 테더(104)와 쉘(120) 사이에 변형 완화 요소(strain-relief element)(130)가 통합될 수 있다.

도 2는, 스탠드들(222) 및 베이스 플레이트(222A)가 약간 상이하게 구조화되는 것으로 도시되는 한편, 기계적 스트링(들) 또는 코드(들)(228)의 근위 단부(들)가 렌즈 홀더(118)의 외부 표면에 부착되는(그리고, 도 1에서 암시되는 바와 같이, 홀더(118) 내부의 구조적 특징부가 아닌), 본 발명의 일부의 관련된(그러나 실시예(100)에 대해 상호 배타적이지 않은) 실시예(200)의 개략도이다.

이미징 카메라의 실시예의 광학 시스템의 예

도 3 내지 도 8, 그리고 표 1(코드(Code) V 광학 설계 소프트웨어로부터의 출력을 요약함)은 본 발명의 일 실시예에서 이용되는 광학 이미징 시스템(300)의 비제한적인 특정 예에 대한 예시들을 제공한다. 본 기술분야의 통상의 기술자는, 손에 있는 카메라의 광학 이미징 시스템이, 특정 상황들 하에서, 광학 렌즈(114)만이 객체 공간의 타겟 부분의 광학 이미지(들)를 형성하기 위해 이용되고 쉘(120)의 광학 특성들이 그러한 이미지(들)의 형성에서 고려되지 않도록 구성될 수 있지만, 실제로 바람직한 구성에서, 항상 존재하는 광학적으로 투명한 쉘 형상 캡슐의 광학(이미징) 특성들이 기능성 광학 이미징 시스템의 부분의 특성들로서 고려되어야 한다는 것을 이해할 것이다. 이러한 바람직한 예가 이하에서 고려된다.

표 1.

표 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 광학 요소들 및 광학 표면들의 넘버링은 이러한 설계의 예에 특정된다. 따라서, 객체(OBJ)는 제0 표면에 대응하고; 도 1 및 도 2의 쉘형 캡슐화 요소(120)의 일부를 나타내는 광학 요소(310)는 축(124)을 따라 표면들(1 및 2)에 의해 한정되고; 광학 요소들(314, 318, 322, 및 326)의 다음의 시퀀스(340)는 도 1 및 도 2에서 114로 표시된 광학 렌즈의 실시예를 정의하며, 요소(314)는 표면들(3 및 4)에 의해 축 방향으로, 요소(318)는 표면들(5 및 6)로 축 방향으로 제한되고(예시의 단순화를 위해 라벨링되지 않음), 요소(322)는 표면들(7 및 8)로 축 방향으로 제한되고, 요소(326)는 표면들(10 및 11)로 축 방향으로 제한된다(라벨링되지 않음). 애퍼처 정지 AS는 표면(9)에 대응하는 반면, 이미지 표면은 표면(12)이다. 광학 렌트(340)와 쉘(310)은 공칭 상호 배향으로 도시되어 있다.

시스템(300)의 FOV의 각도들의 범위 내의 광은 객체 OBJ로부터 쉘(310)의 외부 표면(1)으로 도달하고, (애퍼처 정지 AS를 통과하는 동안) 쉘(310) 및 광학 렌즈(240)를 통해 표면(12) 내로 광학적으로 이미징되어, 객체에서의 광의 분포에 광학적으로 공액인 광의 공간 분포, 즉, 객체의 광학 이미지를 형성한다. 광학 렌즈(240)의 렌즈릿들의 전방 그룹은 요소들(214, 218)에 의해 형성되고, 요소들(214, 218) 각각은 이 예에서 메니스커스 렌즈 요소인 반면, 광학 렌즈(240)의 렌즈릿들의 후방 그룹으로부터의 렌즈릿들 각각의 광학 출력은 전방 그룹으로부터의 렌즈 요소들 중 임의의 것의 광학 출력의 부호와 반대인 부호를 갖는다(후방 그룹은 애퍼처 정지 AA에 의해 렌즈릿들의 전방 그룹으로부터 분리된다). 렌즈 어셈블리(300)의 총 FOV(이 예에서 3개의 메니스커스 렌즈 요소 및 2개의 이중-볼록 렌즈 요소에 의해 형성됨)는 88도의 반-각(semi-angle) 및 렌즈(240)의 로컬 축을 가로지르는 방향에서 약 50μm의 이미징 해상도를 갖는다(본 기술분야의 통상의 기술자는 상이한 FOV를 제공하기 위해 이 예의 재설계의 옵션들을 이해할 것이며, 그 반-각은 일반적으로 80도를 초과하지만, 이 값이 요구되는 것보다 더 작을 수 있다).

렌즈 시스템(240)의 최대 직경 범위는 4mm를 초과하지 않는다. (약 450nm 내지 약 650nm의 스펙트럼 대역폭 내에서 잘 보정된 이미징을 제공하는) 렌즈 요소들을 위한 재료가 표 2에 요약된다. 광학 검출기는 적어도 1.54mm의 이미지 높이를 갖는 이미지를 획득하도록 구성된다. 이 설계의 목적상, 시스템(300)의 FOV에서 보이는 객체 공간은 약 10mm의 객체 거리에 위치된 축(128)에 중심을 둔 구형 표면인 것으로 간주되었다.

도 4는 실시예(300)의 광학 성능을 나타내는 (접선 및 시상 평면들 둘 다에서의) 횡방향 광선 수차들을 도시한다: 통상의 기술자는 이러한 수차들이 적어도 88도까지의 임의의 필드에 대해 실질적으로 12미크론 미만이라는 것을 쉽게 이해할 것이다. 도 5, 도 6 및 도 7은 대응하는 스폿 다이어그램들 및 비점 수차 필드 곡률 및 왜곡을 필드 각도의 함수로서 도시한다. 광학 시스템은 시상 평면 또는 접선 평면 중 어느 하나에서, 광학 시스템의 시야 내의 모든 필드 높이에서 20미크론을 초과하지 않는 비점 수차; 66°까지의 모든 필드 각도에서 10%를 초과하지 않는 광학 왜곡; 및 88°까지의 모든 필드 각도에서 15%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 특징으로 한다. 스폿 다이어그램들은 전체 필드 높이(88도의 필드)에서 약 4.5미크론 미만 그리고 18도까지의 전체 파일 높이에서 2.5미크론 미만, 그리고 특정된 FOV에서 객체의 축방향 부분을 이미징하기 위해 약 2.5미크론 미만의 rms 스폿 크기를 증대시킨다.

다른 타입들의 수차들을 평가하기 위해, 실제로 수용가능한 것의 식별은 변조된 전달 함수(modulated transfer function)(MTF) 곡선들에 이른다. 제안된 설계에 기초하여 그리고 (총 FOV에서 스펙트럼의 가시 부분에서 실시예(300)의 동작을 특징짓는 MTF의 파라미터들을 예시하는) 도 8을 참조하여, 이상적인 솔루션은 회절-제한되는 것에 실질적으로 가깝다(MTF 곡선들 중 최상부 곡선). 특히, 축상의 설계의 성능은 필드의 에지에서의 일부 저하를 갖는 이상적인 솔루션에 가깝고, 시각 및/또는 사진 광학 시스템들에서 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 실제로 수용가능한 것으로 간주될 것이다. 구체적으로, 스펙트럼의 가시 부분에서의 동작의 컷오프 주파수는 적어도 88도까지의 임의의 필드에서 어느 하나의 평면에서의 이미징을 위해 (접선 및 시상 평면들 둘 다에서의 이미징을 위해) 실질적으로 200 cycles/mm 초과이다. 관련 기술에서 수락된 그러한 고려사항은, 적어도 부분적으로, 관심 객체가 필드의 중심에 있도록 사용자가 일반적으로 광학 시스템을 위치시키는 시스템의 실제 이용의 상세에 의해 설명된다. 도 8의 MTF 곡선들에 의해 입증되는 만족스러운 성능에 기초하여, 제안된 설계는 적어도 광학 스펙트럼의 가시 부분에서 동작상 건전하다.

표 2: 표 1의 광학 요소들의 재료들에 대한 굴절률들

본 발명의 실시예에서 이용되는 광학 시스템의 설계의 예를 아는 이점을 갖는 통상의 기술자는 이제 광학 시스템이 광학 축을 갖는 광학 렌즈 및 캡슐화 광학적으로 투명한 쉘을 향하는 전방 렌즈 요소(논-제로 광학 출력을 가짐)를 포함한다는 것을 쉽게 알 것이다. 전방 렌즈는 광학 축에 정점을 갖는다. 광학 렌즈는 쉘 축과 광학 축 사이에 정의되고 쉘 축 및 광학 축 둘 다를 포함하는 선택된 평면에서 적어도 -90°와 +90°의 범위 내의 각각의 및 모든 값을 가정할 수 있는 회전 각도에서 회전 축을 중심으로 회전가능하도록 쉘 내에 장착된다. 바람직하게, 캡슐화 쉘은 쉘 축을 갖는 실질적으로 구형 쉘로서 치수가 정해진, 카메라 자체의 제1 광학 이미징 요소로서 구성된다. 이 예에서, 실질적으로 구형인 제1 광학 이미징 요소와 그러한 제1 광학 이미징 요소에 의해 둘러싸인 광학 렌즈의 조합은 광학 이미징 시스템을 형성하고, 정의하고, 광학 이미징 시스템으로서 식별되도록 요구된다. 위에서 논의된 특정 예에서, 광학 렌즈는 광학 렌즈의 광학 축에 대해 측정될 때 88°까지의 반-각을 갖는 시야(FOV)를 갖지만, 통상의 기술자는 이제 이러한 시야(FOV)의 값을 어떻게 변경할지를 인식할 것이므로, 광학 시스템의 대안적인 관련 예를 제시하는 어떠한 실용적인 이유도 단순히 없다.

광전자 및/또는 광전자기계 서브시스템들의 예(들)

이제, 본 발명의 실시예의 광전자 시스템을 발생시키는, 광학 시스템 및 추가의 광전자 컴포넌트들과 렌즈 하우징 구조체 사이의 동작 가능한 협력의 여러 관련 및/또는 대안이지만, 그럼에도 불구하고 상호 배제되지 않는 예들이 논의된다.

예 A

실시예(100)의 예(1000)는 도 10a 및 도 10b의 2개의 측면도에 개략적으로 도시되며, 여기서 광학 렌즈(114) 및 쉘(120)은 그들의 공칭 상호 배향들로 도시된다. 도 11은 하우징 쉘(120)이 없는 예(1000)를 사시도로 도시한다. 렌즈(114)의 개별 요소들/렌즈릿들은 미광(stray light)을 차단하기 위해 적절한 애퍼처들 및/또는 스페이서들 및/또는 공간 확장을 포함하도록 구조화되는 (도 1의 118에 대응하고, 예를 들어, 알루미늄 합금으로 만들어진) 대응하는 렌즈 홀더(들) 또는 하우징(1004) 내에 하우징된다. 렌즈 홀더(1004)의 컴포넌트들은 또한 플라스틱 또는 다른 재료들로 만들어질 수 있다. 일 구현에서, 렌즈(114) 및 그것의 하우징(1004)은 약 4mm의 외부 직경과 함께, 약 5mm 내지 6mm의 전체 길이를 갖는다. 이미지 센서(들)(도시되지 않은 광학 검출기(들))는 렌즈 홀더(1004)의 베이스에 부착될 수 있는 인쇄 회로 기판(PCB)(1008) 상에 장착된다. 도 10a 및 도 10b에서, 번호 1008으로부터의 리드 라인은 PCB로 이어지는 전기 부재들(1012)(예로서, 와이어들)에 대한 적절한 치수의 슬롯들 및 이미지 센서 PCB 인클로저 양자를 지시한다. 조명을 위해, 발광 다이오드(LED)들(1016)은 렌즈(114) 주위에 그리고 바람직하게는 렌즈 하우징(1004)의 전방에 장착된다. LED 소스들(1016)의 세트는 바람직하게는 백색 광 및/또는 단색 광 및/또는 비가시 파장들에서의 전자기 방사로 쉘(120)을 통한 타겟 객체 공간의 공간적으로 균일한 조명/조사를 제공하도록 선택되고 적절히 구성된다.

이미지 센서 또는 광학 검출기는, 이해가능하게도, 쉘(120) 및 광학 렌즈(114)를 통해 이미지를 캡처하기 위해 이미지 평면에서 렌즈(114) 뒤에 배치된다. 실시예(100, 1000)가 쉘(120) 내부의 배터리에 대한 필요 없이 외부에서 전력을 공급받고 테더(104)를 통해 이미지가 전송되기 때문에, 전통적으로 구성된 내시경들에서 이용되는 것과 비슷하거나 그보다 크고 무선 캡슐화된 이미징 카메라들에서 가능한 것보다 훨씬 더 큰 수의 픽셀을 포함하는 픽셀들의 어레이로 이미지들을 캡처하기에 충분히 큰 이미지 센서를 수용하기 위해 쉘(120) 내부에 충분한 공간이 남아 있다. 이미지 센서(광학 검출기)는 다른 전자 컴포넌트들을 갖는 PCB(1008) 상에 장착되어, 이미지 센서 PCB 모듈을 형성한다. 검출기는 고해상도 이미징을 용이하게 하고 쉘(120) 내에 쉽게 수용되게 하기 위해 최대 치수가 약 5mm인 것이 바람직하다.

하나의 특정 예에서, 이미지 센서 PCB 모듈 내에는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 대 USB(Universal Serial Bus) 컨버터, 스트림 인코더 전자 회로, 클럭 생성기 전자 회로, 마이크로제어기 및 가변 저항기가 포함될 수 있다. MIPI 대 USB 컨버터 회로 및 마이크로제어기는 카메라 직렬 인터페이스(CSI) MIPI 신호들을 USB 송신 데이터로 변환하도록 구성될 수 있다. 이 구성은, 예를 들어, Windows 또는 Linux와 같은 운영 체제들에 의해 카메라를 USB 카메라로서 검출하는 것을 동작시키는 것을 용이하게 하고, HID(Human Interface Devices) 드라이버를 로딩하여 카메라를 제어하고 카메라와 통신할 수 있다. 마이크로제어기는 사용자의 선택에 기초하여 상이한 스트림 포맷들(예를 들어, MJPEG(Motion-Joint Photographic Expert Group))을 적용하기 위해 스트림 인코더 및/또는 클럭 생성기 전자 회로들과 협력하여 동작하도록 추가적으로 구성 또는 프로그래밍될 수 있다. LED 소스들에 인가되는 전압을 조정하여 LED들의 휘도를 원활하게(seamlessly) 조정하기 위해 가변 저항기가 이용될 수 있다. 본 전자 장치의 일부로서, 프로그램 코드가 저장된 유형의 비일시적 메모리 스토리지가 있을 수 있으며, 이것은, 이용될 때, 사용자가 비디오 스트림에 대한 상이한 해상도를 선택하고 또한 특정의 비디오 프레임을 포착(grab)하여 이를, 예를 들어, JPEG 파일로서 저장할 수 있게 한다는 것을 잘 알 것이다.

카메라 하우징(1004)은 베이스 플레이트(또는 카메라 스탠드의 베이스)(1026)에 부착되는 2개의 스탠드들 또는 암들(arms)(1022)(도 1의 122에 대응함) 사이에 유지된다. 스탠드들은 적어도 스탠드들(1022)을 통과하고 광학 축(128)에 실질적으로 수직인 평면(1030)에 놓이는 적어도 회전 축(1028)에 대한 렌즈 하우징의 자유로운 움직임을 허용하도록 배치되고 성형된다. 카메라는 회전 축(1028)(예시된 바와 같이, 좌표들의 로컬 시스템의 Y-축)을 중심으로 한 또는 이에 대한 카메라의 회전 또는 틸트를 용이하게 하는 적절한 차축(도 11에서 1102로서 도시됨)으로 스탠드들(1022)에 이동가능하게 부착된다. 하나의 특정 예에서, 렌즈 홀더/카메라 하우징(1004)과 스탠드들(1022) 사이의 구조적 협력은 카메라가 도 10a, 도 10b, 도 11에 도시된 공칭 배향에 대한 +/- 90°의 틸트 또는 회전 각도들의 범위 내에서, 또는 심지어 그러한 공칭 배향에 대한 +/- 180°의 범위 내에서 축(1028) 상에서 자유롭게 회전하는 것을 허용하도록 신중하게 구성된다.

적어도 일 실시예에서, 베이스 플레이트(1026)는, 예를 들어, 에폭시(1038)와 같은 접착제로 가요성 테더(104)의 외부 커버 또는 튜빙(tubing)에 추가로 고정될 수 있는 변형 완화(1040)(도 1의 130에 대응함) 위 및 아래의 캡슐 쉘의 베이스 또는 하부에 부착되고 고정될 수 있다. 베이스 플레이트(1026)는 전기 전도성 부재들(이러한 비-제한적인 예에서, 전기 와이어들로서 도시됨)(1012) 및/또는 견인 코드들(또는 스트링들)(1034)이 통과하는 애퍼처들 또는 개구들(openings)(1110)(도 11)을 구비할 수 있다. 이하, 도 12 및 도 13을 참조하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 실시예(100, 1000)는 내부적으로 렌즈 홀더(1004)에 부착된 견인 코드(1034)뿐만 아니라, 실시예의 축(124)에 대한 렌즈(114)의 공간적 배향을 변경하기 위한 모터 제어 유닛을 이용하도록 구성된다. (일 실시예에서, 3개의 견인 코드, 예를 들어, 1034A, 1034B 및 1034C가 이용될 수 있지만, 도 10a 및 도 10b에서 이들 코드는 예시의 간략화를 위해 모두 1034로 표시된다.)

예를 들어, LED와 같은 카메라의 다양한 컴포넌트들 및/또는 서브시스템들에 전력을 공급하고 이미지 신호들을 송신하는 전기 와이어들은 캡슐 하우징의 베이스(1026)로부터 나온다. 전기 와이어들은 그 베이스에서 하우징을 빠져나가고, 와이어를 견인 코드들(1034)로부터 이격되게 유지하고 하우징의 움직임을 용이하게 하기 위해 하우징 아래의 측방향 슬롯들을 통해 측방향으로 측면들로 지향되는 2개 이상의 번들(bundle)(각각 직경에 있어서, < 1.5mm)로 분할될 수 있다. 이를 위해, 외부 전기 전도성 부재들/와이어들(1012)은 대응하는 애퍼처들 또는 홀들을 통과할 수 있고, 그 축은 - 적어도 하나의 경우에 - 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 부재들(1012)을 캡슐 하우징의 대향 측들로 공간적으로 전환시키기 위해 축(124)에 대해 각을 이루거나 틸팅될 수 있다. (와이어들이 베이스 플레이트를 빠져나가는 홀들은 일반적으로 와이어들의 움직임을 허용하고, 와이어들이 벤딩될 필요성을 감소시키며, 다른 곳에서 논의된 회전 움직임을 용이하게 하기에 충분한 공간을 갖는다. 이러한 홀들/슬롯들은 전기 와이어들을 중심으로부터 멀어지게 전환시키도록 구조화되며, 따라서 홀더(1004) 내의 렌즈(114)가 틸팅/회전됨에 따라 와이어들은 이러한 슬롯들/홀들 내에서 주로 미끄러지는 반면, 와이어들이 회전 축에 수직으로 배치되는 경우에는 와이어들의 벤딩이 감소되고, 그렇지 않은 경우에는 벤딩이 강성 및 움직임에 대한 저항을 생성할 것이다. 베이스 플레이트에서 와이어들의 개구 주위에 일부 공간이 또한 존재하여, 일부 측방향 움직임을 허용하고, 다시 전기 와이어들의 벤딩 및 이들의 파손을 방지한다.) 관련된 경우에, 와이어들(1012)은 또한 캡슐화된 실시예의 한 측을 통과하는 단일 와이어 번들 또는 열(column)을 형성하기 위해 서로 분할되지 않고/나누어지지 않은 채로 남겨질 수 있다. 캡슐내 와이어들은 와이어들(1012) 및 와이어 관련 전기 접속들에 대한 과도한 응력 없이 카메라 하우징(1004)이 그의 회전 축(1028) 상에서 부드럽게(gently) 틸팅되는 것을 가능하게 할 만큼 충분히 길도록 치수가 정해진다.

또 다른 관련 실시예(도시되지 않음)에서, 하우징의 베이스(1026)를 빠져나가는 와이어들(1012)은 하우징이 (축(1028)에 대해) 차축(1102) 상에서 회전할 때, 차축 주위의 와이어가 회전 움직임의 방향에 따라 풀리거나 감기도록 일측 또는 양측에서 하우징 구조체(1026)의 차축(1102) 주위에 감겨질 수 있어, 차축과 하우징 구조체 사이의 와이어(들)의 세그먼트(들)가 와이어들을 손상, 파괴 또는 분리할 수 있는 장력 또는 응력을 받게 하지 않는다. 또 다른 관련 실시예에서, PCB와 테더 사이의 와이어들은 파손 없이 반복적으로 벤딩될 수 있는 플렉스 회로에 의해 대체될 수 있다.

예 A의 시스템(들)과 함께 이용하기 위한 다양한 제어기들의 비제한적인 실시예들

도 12는 쉘(120)을 테더(104)에 대해 실질적으로 고정되게 유지하면서 실질적으로 구형 광학 쉘(120)의 경계들 내의 회전 축(1028)을 중심으로 실시예의 카메라(및 그와 함께, 이미징 렌즈(114))의 회전을 달성하기 위한, 도 10a, 도 10b, 도 11의 것과 같은 광전자기계 시스템의 실시예와 함께 이용될 수 있는 모터를 구비한 핸드헬드 유닛의 제어기(1200)(또는 원격 제어기)의 비제한적인 예의 개략도를 제공한다. 특히, 예시의 간략화를 위해 원격 제어기의 기계적 드라이버 부분만이 도시되며, 따라서 예를 들어 부재들(1012)은 물론, 실시예(100, 1000) 외부에 배열될 수 있는 마이크로제어기들 및/또는 프로그래밍가능 전자 회로와 같은 다양한 전기 와이어링의 도시는 배제된다. 도 12에 도시된 원격 제어기(1200)는 적절한 치수의 하우징(1210) 내에 봉입된 랙-앤-피니언 메커니즘(1220)을 포함하는데, 이 랙-앤-피니언 메커니즘은 코드들에 적용된 풀링 이동을 회전 축(1028)에 대한 렌즈(114)의 회전 움직임으로 전달하기 위해 DC/스테퍼 모터(1238)를 이용하여 카메라 틸팅/구동 가요성 견인 코드들(1234(A, B, C))(도 10a 및 도 10b의 코드들(1034)에 대응함)를 구동/풀링하도록 구성된다. 모터(1238)에 의해 생성된 힘 및 토크(torque)는 적절하게 구성된 베벨-기어 메커니즘(1232)을 이용하여 랙-앤-피니언 메커니즘(1220)으로 전달된다.

도 12의 예에서, 3개의 견인 코드(1234A, 1234B, 1234C)가 도시되어 있다. 도 10a, 도 10b 및 도 11을 더 참조하면, 가장 일반적인 구현에서, 3개의 코드(1234A, 1234B, 1234C) 모두는 베이스 플레이트(1026)에서의 개별 포트들을 통해 도 10a 및 도 10b의 쉘(120)의 경계들을 빠져나가도록 배치될 수 있다. 이 경우, 최외부(측방향) 코드들(234A, 1234B)를 위한 애퍼처들 또는 개구들(1110)은 코드들이 차축(들)(1102)을 지지하는 와이어들(1012) 및 스탠드들(1022)에 실질적으로 수직으로 이미징 카메라의 외부 케이싱(120)을 향해 지향되도록 각을 이룬다. 이어서, 중심 코드(1234)는 애퍼처들(1110) 중 그 자신의 각각 할당된 중심의 애퍼처를 통해 쉘(120)을 빠져나가도록 배치된다.

3개의 코드 중 2개의 원위 단부들 - 코드들(1234A, 1234B) - 은 회전 축(1028)에 수직으로 하우징(1004)의 대향 측들에 부착되고, 하우징(1004)의 베이스 플레이트(1026)에서 각각의 대응하는 애퍼처들(1110)을 통해 풀링된다. 코드들(1234A, 1234B)의 근위 단부들은, 일 구현에서, 세트 스크류들(set screws)을 이용하는 피싱 라인(fishing-line) 타입의 고정 요소(들)(1242)(상이하게 구성된 고정들이 또한 이용될 수 있다는 것이 이해됨)를 이용하여 랙-앤-피니언 메커니즘(1220)의 랙 요소와 협력한다. 메커니즘(1220) 및 메커니즘(1232)을 통해, 이러한 코드들(1234A, 1234B)은 모터(1238)(또는 관련 실시예에서는 모터(1238) 대신에 배치된 핸드-다이얼 타입의 재배치기; 도시되지 않음)에 더 부착되며, 이는 동작시에 테더(104) 내의 코드들을 이동시키고, 따라서 도 1에서 "고도"로 표시된 각도 공간에서 실시예(100, 1000)의 이미징 카메라를 틸팅 또는 회전시키는 데 필요한 견인을 제공한다. 특히, 메커니즘들(1232, 1220)을 이용하여 측방향 코드들(1234A, 1234B) 중 선택된 하나에 적용되는 견인은 모터(1238)에 의해 생성되는 토크를 하우징(1004)의 회전 이동에 전달하여 하우징(1004)(및 렌즈(114))을 그러한 선택된 코드를 향해 그리고 그러한 선택된 코드의 방향으로 틸팅한다. 측방향 코드들(1234A, 1234B)(또는 도 10a, 10b에서 1034로서 도시된 각각의 대응하는 코드들)과 접촉하는 카메라 하우징(1004)의 에지는 코드들이 겪는 마찰 및 코드들이 반복된 풀링/틸팅 동안 마모될 수 있는 희박한 가능성을 줄이기 위해 공간적으로 만곡될 수 있다. 코드들(1234A, 1234B)(및 이용된다면 1234C)이 핸드-리모트 유닛의 하우징을 빠져나갈 때, 또는 이들이 방향을 변경하는 포인트들에서, 이들은 견인이 적용될 때 마찰을 감소시키기 위해 풀리들(pulleys)(도시되지 않음)과 같은 둥근 표면들 주위를 통과할 것이다.

1234C로 도시된 제3 견인 코드가 측방향 코드들(1234A, 1234B) 사이에 끌어당겨질 수 있고, 0°틸트 또는 실시예(100, 1000)의 종방향 축(124)에서의 카메라의 포지셔닝을 촉진하기 위해 카메라 하우징의 베이스(1026)의 중심에 그 원위 단부에서 부착될 수 있다. 2개의 측방향 코드들이 원격 제어기(1200)에서 모터(1238)에 접속되는 동안, 중심 코드(1234C)는 제어기(1200)의 하우징(1210) 내의 탄성 요소(1250)(스프링으로서 도시됨)에 근접하게 부착됨으로써 실질적으로 일정한 불변 레벨로 장력을 유지한다. 적어도 하나의 경우에, 가요성 코드들(1234(A, B, C))은 나일론(nylon), 플루오로카본(fluorocarbon), 또는 폴리에틸렌(polyethylene)과 같은 재료들로 이루어질 수 있고, 적어도 250g(관련 실시예에서 500g까지; 또 다른 구현에서 1kg까지)의 힘/중량을 견디기 위해 직경이 약 0.15mm이도록 치수가 정해질 수 있다.

따라서, 도 10a, 도 10b 및 도 11을 참조하여 논의된 바와 같은 (본 발명의 실시예의 광학 이미징 시스템의 적어도 일부를 제공하는) 이미징 카메라 및 연관된 전자 컴포넌트들 및 서브시스템을 포함하는 광전자 시스템의 조합은, 도 12를 참조하여 논의된 기계적 배열들과 함께, 본 발명의 아이디어의 일 실시예에 따른 광전자기계 시스템을 형성한다. 그러한 광전자기계 시스템에서, 제1 스트링은 실시예의 광학 렌즈의 홀더의 제1 포인트에 접속되고, 제2 스트링들은 광학 렌즈의 홀더의 제2 포인트에 접속된다(제1 및 제2 포인트들은 광학 렌즈의 광학 축에 대해 서로 실질적으로 정반대임). 제1 및 제2 스트링들은 실시예의 테더를 통해 테더의 제2 단부에 있는 원격 제어기로 끌어당겨지고, 원격 제어기는 실시예의 실질적으로 구형 쉘의 축에 대해 광학 렌즈를 틸팅하도록 풀링된 제1 및 제2 스트링들로부터 선택된 것을 갖도록 구성된다.

본 발명의 광전자기계 시스템의 특정 구현의 상세들에 따라, 다음의 조건들, 즉, (a) 광전자기계 시스템은 광학 렌즈의 홀더의 베이스 부분의 중심에 접속되고 그러한 베이스 부분의 중심과 원격 제어기 내의 탄성 요소 사이에서 테더를 통해 끌어당겨지는 제3 스트링을 포함하는 반면, 원격 제어기는 광학 렌즈의 중립 배향을 안정화하도록 구성되는 것; (b) 원격 제어기가 원격 제어기의 하우징 내에 랙-앤-피니언 메커니즘을 포함하고, 그러한 메커니즘은 제1 및 제2 스트링들 중 선택된 것을 풀링하도록 구성되는 것; 및 (c) 원격 제어기의 하우징 내에, 모터, 및 선택사양적으로는 랙-앤-피니언 메커니즘을 동작시키기 위해 모터를 통제하도록 구성된 마이크로제어기가 존재하는 것 중 적어도 하나가 충족될 수 있다.

예의 설명의 완성을 위해, 원격 제어기(1200)의 패널(1300)의 개략도가 도 13에 도시되며, 하우징(1210)의 전방부 상의 버튼들/키 및 대응하는 표지를 나타낸다. 앞서 이미 언급된 바와 같이, 제어기(1200)는, 테더(140) 내부의 와이어링을 통해 쉘(120)에 포함된 광전자 시스템의 실시예로의 및 그로부터의 전력의 전달과 전기 신호들의 전송을 촉진하고, 이미징 프로세스를 시작 및/또는 정지하며, 백색 또는 단색 LED들(1016)로부터 광학적으로 투명한 쉘(120)을 통해 객체 공간의 타겟 부분(예를 들어, 관심대상의 내부 기관)으로 전달되는 조명 광 소스들(제어들(1308A, 1308B))의 동작을 통제하고, 및/또는 개개의 스냅샷들 및/또는 비디오 기록들을 획득하도록 이미징 프로세스를 포맷팅하며(제어들(1310)을 참조), 예를 들어, 캡슐화된 이미징 카메라의 움직임을 통제(제어들(1304, 1314))하도록 구성된 마이크로제어기(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다.

도 12를 더 참조하면, 해당 도면에 예시된 움직임 제어기의 특정 구현이 동력화되도록 설계되지만, 관련된 실시예에서, 그것은 수동 다이얼로 대체될 수 있다. 그러나, 도시된 바와 같이, 스텝모터(1238)는 카메라 헤드의 위치를 제어하기 위해 이용되는데, 예를 들어, 모터의 시계 방향 회전은 (선택된 기준 축 및/또는 평면에 대해) 시계 방향으로 카메라 헤드의 회전/틸트를 초래하는 반면, 모터(1238)의 반시계 방향 회전은 카메라 헤드가 반시계 방향으로 회전/틸트되게 한다. 스텝모터는 USB 3.0 커넥터를 통해 전력을 공급받을 수 있고; 버튼들/키들(1314)은 카메라를 원하는 방향으로 지향시키도록 눌러질 수 있다. 조정기 "R"은 카메라 헤드가 시계 방향으로 회전하는 것과 연관될 수 있는 반면, 조정기 "L"은 카메라 헤드가 반시계방향으로 회전하도록 와이어링될 수 있다. 조정기 "중심(Center)"는 카메라를 캡슐 쉘(120)의 축(124)을 따르는 그의 원래의 공칭 위치 또는 도 1의 "고도" 각도 공간에서 0°로 복귀시키도록 구조화되고 적절히 와이어링된다.

객체 공간에 광 소스들(1016)로부터의 광을 조사하는 프로세스에 관한 한, 원격 제어기(1200)는 백색 및 단색 LED들(1016) 사이에서 스위칭하기 위해 버튼들/키들/조정기들의 2개의 그룹을 가질 수 있다. 하나의 그룹(1308A로 라벨링됨)은 백색 광 LED들(1016)을 제어하기 위해 이용될 수 있는 한편, 다른 그룹(1308B로 라벨링됨)은 단색 LED들(1016) 또는 카메라의 실시예에 존재하는 전자기 방사의 대안적인 소스를 제어하기 위해 이용될 수 있다. LED들(1016)의 휘도(brightness)는 한 경우에 LED들로의 전류를 0A로부터 0.6A로 변경함으로써 제어될 수 있다. "스냅샷(snapshot)" 버튼(130)은 카메라에 의해 기록된 전체 비디오 스트림으로부터 현재의 즉각적인 이미지 프레임을 포착하고, 그러한 프레임을 실시예의 유형의 저장 매체의 지정된 데이터 폴더 내에 JPEG 파일로서 저장하도록 와이어링된다. "비디오(video)" 버튼(1304) 및 원격 제어기(1200)의 실시예의 전자 회로의 연관된 부분은 이 버튼을 누름으로써 디스플레이의 비디오를 기록하기 위해 이용될 수 있다.

예 A의 시스템(들)과 함께 이용하기 위한 테더의 비제한적인 예

이제 통상의 기술자가 쉽게 알 수 있듯이, 본 발명의 시스템의 이미징 카메라와 원격 제어기(1200) 및/또는 보조 외부 마이크로제어기 및/또는 프로그래밍가능 전자 회로(존재할 때, 도 1에서 화살표로 표시됨) 사이의 협력은 광을 송신하도록 구성된 임의의 채널이 없는 테더(104)의 이용을 제공받는다. 이를 위해 - 그리고 테더(104)의 실시예(1400)의 개략적인 단면을 도시하는 도 14를 참조하면 - 일단 견인 코드들(1234(A, B, C))이, 예를 들어, 변형 완화 요소(130)를 통해 쉘(120)을 빠져나가면, 코드들은 원하는 방향으로 카메라를 성공적으로 틸팅하기 위해 테더(104, 1400)를 따라 그리고 그 내부에서 코드들의 움직임을 용이하게 하는 각각의 저마찰 가요성 튜브들 내부에 개별적으로 하우징된다. 각각 대응하는 튜빙들에서의 견인 코드들(1234(A, B, C))은 테더(104, 1400) 내부의 그 각각의 절연 커버들에 하우징되는 전기 와이어들(1012)과 나란히 패키징된다. 특히, 도 14는 저마찰 튜브들 내부의 틸트-구동 코드들(1410), 및 접지 와이어들을 갖는 3개의 차폐된 차동 전기 부재 쌍들(1420)을 도시한다. 번호 1424는 직렬 데이터 및 클럭(클럭킹 데이터)을 전송하도록 구성되는 전기 부재들을 나타내고; 번호 1428은 LED 제어 신호들을 전송하는 전기 부재들을 식별하고; 번호 1432는 전력 전송 및/또는 접지를 나타내도록 구성된 부재들을 나타내는 반면; 번호 1440은, 존재할 때, PVC 재킷 및 브레이드 쉴드(braid shield)를 식별한다.

하나의 비제한적인 예에서, 테더(104)의 실시예(1400)의 외부 직경은 약 3mm일 수 있고; 테더는 위장관 내부에서 테더를 갖는 캡슐(100, 1000)의 삼키기 및 이용을 용이하게 하기 위해 (예를 들어, 폴리우레탄(polyurethane) 또는 실리콘 또는 또한 유체 저항성인 유사한 재료로) 고도로 유연하게 만들어진다. 테더(104)의 외부 표면은 바람직하게는 길이를 따라 규칙적인 간격들로(예를 들어, 1cm마다 그리고 5cm마다) 마킹들을 운반하여, 사용자/임상의가 앞니들(incisors) 및/또는 실시예의 카메라로 광학적으로 조사되는 순간의 기관의 진입 포인트로부터의 거리들을 평가하여, 그 기관에서 마주치는 병변들 또는 객체들의 치수(들)를 추정하는 것을 가능하게 한다. 테더는 적어도 하나의 경우에 50cm 내지 100cm 길이로 만들어질 수 있거나, 특정 응용에 따라 더 길거나 짧게 만들어질 수 있다.

예 B

(도 2에 디스플레이된 것에 대략적으로 대응하는) 본 발명의 광전자/광전자기계 캡슐화된 시스템의 관련 실시예(1500)가 도 15a, 도 15b 및 도 16에 개략적으로 도시된다. 일반적으로 도 10a, 도 10b 및 도 11을 참조하여 위에서 논의된 실시예의 것과 매우 유사하지만, 실질적으로 구형 쉘(120) 내부의 하우징 구조체(적어도 렌즈 홀더(1504), 스탠드 또는 암들(1022), 회전 축(1028)을 정의하고 렌즈(114)와 렌즈 홀더(1504)(연관된 봉입된 PCB 및 이미지 센서(1508)와 함께)가 틸팅 또는 회전될 수 있고 스탠드(1022)를 렌즈 홀더(1504)와 접속하는 차축(들)(1502)을 포함함)은 그럼에도 불구하고 실시예(1000)의 것들과의 전기 와이어링(1512) 및 틸트/구동 스트링(1534) 협력에서의 차이들을 수용하기 위해 실시예(1000)의 하우징 구조체와는 약간 상이하게 구성될 수 있다.

특히, 이미징 카메라, LED들(1016)에 전력을 공급하고, 획득된 광학 이미지(들)를 나타내는 신호를 테더(104)를 통해 송신하는 전기 와이어링(1512)은 하우징 구조체의 베이스(1526)에서 테더로부터 나오며, 이어서 개별 번들들을 2개의 코드들(1534)로부터 멀어지게(공간적으로 분리되게) 유지하기 위해 하우징 아래의 적절한 치수의 측방향 슬롯들(1530)을 통해 측방향으로 선택사양적으로 지향되는 2개 이상의 와이어링 번들로 분할될 수 있다. 와이어들(1512)은 또한 캡슐화된 광전자 시스템의 일측을 통과하는 단일 열(column) 또는 번들을 형성하도록 구성될 수 있다. 어느 경우이든 간에, 쉘(120) 내의 전기 와이어링의 부분은 와이어들 및 그들의 접속들에 대한 과도한 응력 없이 이미징 카메라가 축(1028)에 대해 부드럽게 틸팅하는 것을 허용할 만큼 충분히 길다. 이 구현예에서, 하우징 구조체의 베이스 플레이트(1526)에서의 각각의 대응하는 개구들(1610)을 통해 끌어당겨지는 2개의 견인 코드(1534)가 존재한다(도 16 참조). 코드들(1534)의 단부들은 도시된 바와 같이 렌즈 홀더(1504)의 대향 측들에 외부적으로 부착된다(실시예(1000)와 비교하여, 제3의 중심에 위치된 코드는 선택사양적이며, 예시된 경우에 존재하지 않지만, 존재한다면, 실시예들(1000, 1200)을 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 핸드-제어 유닛 내에 그 자신의 구동 모터 또는 스프링을 가지고, 전방 또는 0° 위치에 카메라를 위치시키는 것을 돕기 위해 이용될 수 있다). 실시예(100)에서와 같이, 가요성 코드들(1534)은 나일론, 플루오로카본 또는 폴리에틸렌과 같은 재료들로 이루어질 수 있고; 직경이 약 0.15mm이며, 카메라 움직임들을 용이하게 하기 위해 무게들을 견딜 수 있으며; 예로서, 가요성 코드는 차축들(1602)에 의해 정의된 회전 축(1028)을 중심으로 카메라 하우징을 반복적으로 틸팅 또는 회전시키기 위해 이용될 약 250mg 이상(바람직하게는, 약 0.5kg 이상, 및 관련된 경우에는 적어도 250g)의 반복된 견인 중량을 견딜 수 있다. 2개의 코드가, 프레임이 부착되는 베이스 플레이트에서의 회전 축 및 관통 홀들에 실질적으로 수직으로, 하우징의 대향 측들에 부착된다. 테더(104)를 통한 측방향 코드(1534) 상의 장력은 렌즈 홀더(1504)를 그러한 코드의 방향으로 틸팅한다. 다른 견인 코드(1534) 상의 후속 장력은 홀더(1504)를 반대 방향으로 틸팅한다. 측방향 코드들과 접촉하게 되는 카메라 하우징/홀더(1504)의 에지는 바람직하게는 날카로운 에지를 피하고, 따라서 마찰 및 코드들이 반복 틸팅으로부터 파손될 가능성을 줄이기 위해 만곡된다(도 15a, 도 15b, 도 16).

실시예(1500)의 광 소스들(1016) 및 이미징 동작 모드들은 실시예(1000)의 것들과 실질적으로 동일하다.

특히, LED들(1016)의 휘도는 실시예의 마이크로프로세서가 로딩되는 적절한 프로그램 코드의 이용으로 조정될 수 있으며, 이 코드는 획득된 광학 이미지의 강도를 연속적으로 샘플링한다. 프로그램 코드는 추가적으로 또는 대안적으로 이미지 콘트라스트를 변경하고 최적화하도록 구성될 수 있다. 실질적으로 구형 쉘(120)의 광학적으로 투명한 부분들을 통해 LED들(1016)로부터 전달된 조명은 연속적이거나 펄스화될 수 있다. LED들(1016)을 통한 전류가 변화되는 방식은 조명 광의 펄스들을 생성하기 위해 LED들로의 더 높은 레벨의 전류들의 전달을 용이하게 하는 동시에, 객체 공간의 시간적으로 연속적인 조명을 위해 요구되는 연속적인 전류를 이용하는 경우와 비교하여 실시예의 과열의 문제들을 회피하는 이점을 갖는다. 펄스화된 조명은 또한 보다 높은 강도의 광을 생성할 것이고, 그로써 보다 낮은 강도의 연속적인 빔으로 도달되지 않은 객체 공간의 부분들의 조명을 가능하게 한다. LED들(1534)로부터의 광의 하나 초과의 컬러(예를 들어, 둘 다가 교대로 펄스화될 수 있는 백색 및 청색 광 등)에 의해, 예를 들어, 광이 선택될 수 있는 시간에 선택된 단지 하나의 특정 컬러에서의 객체 공간의 조명이 원하는 바에 따라 선택될 수 있을 때, 이미징이 컬러 인터리빙된 방식으로 구성될 수 있다. 백색, 청록색(cyan) 및 적외선과 같은 3개(또는 그 이상)의 타입의 LED 조명을 이용하여, 3개(또는 그 이상) 모두가 순차적으로 펄스화되어 3개(또는 그 이상)의 이미징 양식을 제공할 수 있으며, 이는 본 기술분야의 기술자가 쉽게 알 것이다. 마지막으로, 하나보다 많은 타입의 조명을 조합하여, 예를 들어, 백색 및 청록색 조명을 갖는 혼합된 이미지를 제공할 수 있으며, 적외선이 그 위에 중첩되어, 혈관성(vascularity) 및 신진 대사(metabolism)와 같은 조직 특성들에 관한 정보를 제공할 수 있다.

또한, 실시예(1000)의 경우에서와 같이, 백색 광 LED들(1534)이 쉘(120)을 통한 객체 공간의 생물학적 또는 무생물 구조들의 대부분의 검사들을 위해 이용될 수 있는 반면, 높은 콘트라스트 이미지들을 디스플레이하기 위해 단색 광의 이용과 같은, 추가적인 조명이 선택적 이미징을 위해 이용될 수 있다. 예로서, 청색 또는 청록색 광은 혈관 구조(vasculature)를 디스플레이하기 위한 높은 콘트라스트 이미지들뿐만 아니라, 편평(squamous)과 원주 점막(columnar mucosa) 사이의 차이들과 같은, 생물학적 기관의 세포 내막의 변화들을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 이미지들을 디스플레이하기 위해 Ultra-Violet 또는 Infra-Red와 같은 가시 스펙트럼 밖의 파장들이 이용될 수 있다. 전기-자기 파장들(electro-magnetic wavelengths)은 캡슐을 둘러싸는 조직들 또는 재료들 내의 분자들을 여기시켜, 암 또는 염증(inflammation) 또는 화생(metaplasia)과 같은 질병들 또는 상태들의 추가적인 이미지들 또는 데이터 특성들을 제공하는 형광 이미지들을 생성하기 위해 이용될 수 있다. 백색 광 이미징으로부터 단색 광 이미징 내지 형광, 흡수, 및 다중-광자 이미징까지의 복수의 광학 기술들은, 초음파 또는 광-음향(photo-acoustic) 이미징과 같은, 주변 재료들 및 조직들의 구조를 이미징하는 데 이용되는 방법들 뿐만 아니라, 그러한 테더링된 캡슐에 통합될 수 있다.

실시예(1500)의 핸드헬드 원격 제어 유닛(1700)의 개략도가 도 17에 도시되어 있고; 그것은 도 12의 것과 실질적으로 유사한데, 후자의 경우에 단지 2개의 틸트 코드(1534A, 1534B)의 동작이 통제되어야 한다는 점을 제외하고는 유사하다. (선택사양적인 제3 코드들(1534C)이 또한 이용되는 경우 및 이용될 때, 도 12의 실시예가 이용될 수 있다.) 코드들은 마찰을 최소화하기 위해 만곡된 표면들 또는 풀리들(도시되지 않음) 주위를 통과할 수 있다.

시스템(1500)의 이미징 카메라와 원격 제어기(1700) 및/또는 보조 외부 마이크로제어기 및/또는 (존재할 때, 도 1에서 화살표로 표시된) 프로그래밍가능 전자 회로 사이의 협력은, 광을 송신하도록 구성된 임의의 채널이 없는 테더(104)의 이용을 제공받는다. 이를 위해, 그리고 도 18을 참조하면, 폴리-비닐 클로라이드 커버링(poly-vinyl chloride covering)(1810)에 추가로 인케이싱된 금속 브레이드된 쉴드의 엔벨로프(envelope) 또는 튜브형 부재(1804)를 포함할 수 있는 테더(104)의 실시예(1800)의 개략적인 단면이 도시되어 있다. 일단 2개의 견인/틸트 코드들 또는 스트링들(1534)(개략도(1800)의 중심 부분에서 검은색 원들로 도시됨)이 변형 완화 요소(130)를 통해 쉘(120)을 빠져나가면, 이들 코드는 원하는 방향으로 카메라를 성공적으로 틸팅하기 위해 테더(1800)를 따라 그리고 테더 내부에서 코드들의 움직임을 용이하게 하는 각각의 나선형 코일들(1814) 내부에 개별적으로 하우징된다(검은색 원들 주위에 원형 경계들로서 도시됨). 각각의 견인 코드는 베이스 플레이트(1526) 상의 개별 홀들을 통해 카메라 캡슐을 빠져나간다. 홀들은 테더(1800)에 들어가기 위해 2개의 코드(1534)를 베이스 플레이트의 중심 근방에 포함하고 안내하도록 서로 측방향으로 각을 이룰 수 있다. 코일형 스프링들(coiled springs)은 스테인리스 스틸과 같은 재료들로 제조될 수 있다. 예로서, 직경이 0.15mm인 나일론 견인 코드는 약 0.3mm 내부 직경 및 약 0.5mm 외부 직경의 스테인리스 스틸 코일 내에 인케이싱되고, 0.1mm 스테인리스 스틸 와이어로 만들어질 수 있다. 코일형 스프링들은 코일형 스프링 루멘(coiled spring lumen)이 붕괴 또는 꼬임(kinking) 없이 테더(1800)가 구부러지는 것을 허용한다. 코일형 스프링들은 또한 견인 코드들(1534)의 길이들의 변화를 허용하고, 견인 코드들(1534)이 최소 저항으로 자유롭게 이동할 수 있게 한다. 코일형 스프링들은 바람직하게는 테더의 중심에 배치되고, 주어진 견인 코드(1534)에 장력이 인가될 때 테더(1800)의 벤딩 또는 경화(stiffening)를 최소화하기 위해 전기 와이어들(1812)(전력, 접지 및 제어 신호들을 위한 와이어들(1822)(이것은 데이터 송신을 위한 차폐된 차동 쌍들 및 접지 와이어들을 나타냄))에 인접한다(및/또는 그에 의해 둘러싸인다). 금속 브레이드된 쉴드(1804)는 접지된다. 이것은 케이블 내부의 와이어들을 통한 데이터 전송과의 전자기 간섭을 피하고, 신체의 지역적 기관들에 미치는 그러한 영향을 최소화한다. 코일형 스프링들(1814)은 핸드헬드 제어 유닛(1700)에서 접지될 수 있다.

예 C

도 19a 및 도 19b는 본 발명의 시스템의 다른 관련 실시예(아마도 도 10a 및 도 10b의 실시예와 도 15a 및 도 15b의 실시예의 구조적 혼합으로서 간주될 수 있음)를 도시하며, 이는 다양한 관련 실시예들의 다양한 요소들 및 컴포넌트들이 상호교환될 수 있음을 입증한다. 여기서, 카메라의 전자 장치에 동작 가능하게 접속된 전기 와이어들(1912)은 베이스 플레이트에서의 홀들을 통해 빠져나가고 직선 릴리프(straight relief)(130)를 통해 테더에 들어가기 전에 (스탠드들(1022) 내의 개구들(1920)에 맞춰지고 놓이는) 차축들 주위에 나선형 루프(들)(1912A)를 형성하도록 측방향으로 지향되는 것으로 도시된다. 나선형 루프(1912A)는 카메라가 와이어들을 파손하지 않고 반복적으로 틸팅되게 한다. 루프들(1912A)은 하나 또는 양쪽 차축 상에 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 실시예(1000)와 유사하게, 3개의 견인 코드(1934)가 도시되어 있는데, 이는 대응하는 개구들(1938)을 통과하고, 예를 들어, 실시예(1400)에 따라 구성된 테더를 통한 제어기(1200)를 이용하여 동작될 수 있다. 번호 1940은 피팅 커넥터(fitting connector) 및 접착제로 테더에 부착되고 변형 완화 요소(130)로 커버되는 베이스 플레이트 부착을 나타내는 한편, 번호 1942는 전기 와이어들을 축으로부터 멀어지게 그리고 실시예(1900)의 측면들로 공간적으로 전환하도록 치수가 정해진 슬롯들을 나타낸다.

도 20a 및 도 20b는 전체 이미징 시스템의 실질적으로 구형의 쉘 형상의 전방 렌즈 요소(120) 내부에 배치되는 렌즈 홀더(1004, 1504) 내에 하우징된 이미징 시스템의 부분/렌즈(114)(A로 표시된 대응하는 FOV의 반-각을 가짐)의 대응하는 각도 배향들이 견인 코드들(1034, 1234, 1534, 1934)의 동작들의 결과로서 서로 상이한 본 발명의 일 실시예의 이미징 시스템의 일부의 2개의 상이한 위치를 개략적으로(그리고 반드시 정밀하지는 않게) 도시한다. 특히, 도 20a는 렌즈(114)의 축(128)과 쉘(120)의 축(124)이 실질적으로 일치할 때의 공칭 각도 배향의 실시예를 도시하는 반면, 도 20b는 렌즈(114)의 축과 쉘(120)의 축(124) 사이의 각도 경사가 각도 B로 표기될 때의 틸팅된 배향의 실시예를 도시한다. 번호 2004는 각도 A를 마주하는 축 및 최외곽 광선들을 나타낸다. 화살표 2010은 테더의 실시예를 가리키고, 이를 통해 원격 제어를 가리킨다. 포인트 P는 고도 각도들의 이용가능한 범위(도 1 참조) 내의 타일 각도 B의 변화에 관계없이 쉘(120)로부터의 최단 분리가 실질적으로 일정하게 유지되는 최상부 애퍼처에서의 렌즈(114)의 축 포인트이다. 통상의 기술자는, 광학 렌즈(114)의 고정된 설계에 대해, 그러한 조건은 렌즈(114), 렌즈(114)의 홀더, 소스들(1016), 및 대응하는 광학 검출기의 회전이 동시에 수행되는 쉘(120)의 내부 표면으로부터 실질적으로 등거리에 유지되도록 렌즈(114)의 정점(최외부 전방 포인트)을 유지하는 것으로 해석된다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

제1 쉘형 렌즈 요소와 이 제1 렌즈 요소 내의 광학 렌즈 사이의 위에 논의된 기계적 협력에 기초하여, 이 2개의 조합은 제1 렌즈 요소가 미리 결정된 방식으로 공간에서 재배치될 때 회전 축을 중심으로 하는 광학 렌즈의 회전이 없을 때 광학 렌즈가 동일한 미리 결정된 방식으로 공간에서 재배치되도록 전체적으로 공간적으로 재배치가능하게 된다.

본 발명의 광학 시스템의 위에서 제공된 설명으로부터 다음과 같이, (위에서 논의된 예에서와 같이) 약 180°의 (전각(full-angle)) FOV를 특징으로 하는 광학 시스템을 갖는 이미징 카메라에 대해, 쉘(120)과 광학 렌즈(114) 사이의 공칭 상호 배향으로부터 +/- 90°만큼 카메라를 틸팅 또는 회전시키는 것은 사용자가 거의 360도 뷰를 완성할 수 있게 하고, 축들(124, 128)을 포함하는 평면에서 객체 공간을 이미징할 수 있게 한다(그리고, 축(124)을 중심으로 한 실시예의 회전이, 예를 들어, 테더를 비트는 것에 의해 추가되는 경우, 객체 공간의 거의 구형인 뷰). 이 설계는, 예로서, 도 9a 및 도 9b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 유문(pylorus)으로부터 위장의 위장-식도 접합부로의 원하는 완전한 뷰잉을 허용한다. 이미징되는 신체 기관 또는 다른 객체 공간이 축(124)에 대해 (예를 들어, 환자의 신체를 구부린 결과로서) 약간 틸팅되거나 벤딩되는 경우, 다르게는 테더에 의해 가려질 수 있는 객체 공간의 일부의 뷰조차도 성공적으로 이미징될 수 있다. +/- 90°범위를 넘는 렌즈 요소(120) 내부의 렌즈(114)의 회전에 의해, 테더를 따라 (도 9a, 도 9b에 도시된 바와 같이) 카메라 위에 존재할 수 있고 캡슐 위의 카메라 갭의 FOV에 의해 다른 방식으로 커버되지 않을 수 있는 가능한 각도 갭은, 가능하게는 테더에 의해 뷰로부터 차단되는 공간 및 변형 완화(그러나 심지어 이 결함은 기관의 약간의 틸팅 또는 벤딩에 의해 보상될 수 있음)를 제외하고는, 거의 완전히 커버될 수 있다(그에 의해 카메라의 "사각 지대(blind spot)"를 제거함).

이미지가 공칭 배향(즉, 축(124)을 따라 객체 공간을 전방으로 보고 있음)으로 카메라로 캡처되고, 이어서 렌즈(114)가 튜브형 신체 기관을 따라 실시예의 종방향 재배치와 함께 그러한 회전을 수반하면서 공칭 배향으로부터 좌측 및 우측으로 반복하여 틸팅/회전되는 경우, 따라서 관련 기술에 의해 이용되는 통상적인 전방-뷰잉 기구에 의해 통상적으로 보이지 않을 기관의 접힘(folds) 또는 장애물(obstacles) 뒤의 뷰들을 포함하는 튜브형 기관의 실질적으로 완전한 공간적으로 중단되지 않는 뷰가 얻어질 수 있다. 필요하다면, 다양한 이미지들의 스티칭(stitching)은 중첩 이미지들을 고려하고, 접힘, 또는 공동(cavity) 또는 공간을 갖는 튜브형 기관 또는 파이프 또는 장의 완전한 연속 이미지를 구성하기 위해 소프트웨어로 수행될 수 있다. 예로서, 테더링된 캡슐이 소장을 따라 후퇴되면, 렌즈 요소(120) 내의 렌즈(114)를 좌측 및 우측으로 틸팅하는 것은 관련 기술에서 이용되는 전방-뷰잉 엔터스코프(forward-viewing enteroscope)에 의해 잘 보이지 않는 소장 내의 수백 개의 접힘(원형 주름(plicae circulares)) 뒤의 점막(mucosa)의 뷰잉을 허용한다.

대안적으로 또는 추가적으로, 광학 시스템이 90°보다 작은 FOV의 전체 반-각을 제공하도록 구성될 때, 테더는 비틀어질 수 있으며, 따라서 이미징 카메라의 전체 총 뷰 내의 필드는 방위각을 따르는 측방향 뷰에서 갭들을 채우고 커버할 수 있는 반면, 테더 자체의 견인 또는 해제는 튜브형 기관 또는 파이프 또는 장, 또는 공동 또는 공간의 완전한 튜브형 공동 방향 뷰들을 달성하는 데 이용될 수 있다.

이미징 카메라를 종방향으로 반복적으로 (전후로) 지향시키는 능력은, 위에서 논의된 대안적 조명 모드로 이미징하는 것을 포함한 (신체 기관의 관심 영역과 같은) 객체 공간의 미리결정된 부분이 반복적으로 이미징되거나, 기관의 근육 수축으로 인해 더 일찍 보이지 않았을 수 있는 영역을 관찰하는 것을 허용한다. 또한, 약간 상이한 각도로 렌즈(114)를 회전시킴으로써, 병변의 지형(topography)은, 예컨대, 궤양의 외부 마진들을 검사할 때, 진단을 돕기 위해 더 잘 평가될 수 있다. 도 9a 및 도 9b를 더 참조하면, 실시예의 캡슐을 수직 축을 따라 상승(재배치)시키고 렌즈(114)를 위쪽으로 회전시키는 것은 기저부(fundus), 심장(cardia) 및 위장의 위장-식도 접합부의 실질적으로 완전한 관찰을 가능하게 한다. 뷰들의 조합은 위장과 같은 기관의 거의 완전히 구형 뷰를 제공한다.

수집된 이미지는 또한, 공동-방향 이미지 없이 및 그 내에서 자동화된 병변 식별 및 위치파악을 제공하는데 이용되는 인공 지능 시스템들로 디스플레이되고 컴퓨터-비전 처리될 수 있다. 그러한 디스플레이 및 이미지들 사이의 관계의 이점은, 카메라(들)가 다양한 방향들로 이동할 때 관찰자의 방향 감각 상실(disorientation)을 방지하고, 선택된 참조 이미지를 참조하여 디스플레이되는 이미지로부터의 피드백에 의해 카메라 움직임이 제어될 수 있게 한다는 점이다. 예로서, 표준 이미지가 위장의 유문의 이미지인 경우, 유문과 관련하여 다른 이미지들이 디스플레이될 수 있으며, 따라서 더 작거나 큰 곡률의 이미지들, 또는 위장의 본체의 후방 벽들의 전방이 의사에게 즉시 알려질 것이고, 이것은 위장 내의 병변의 더 정확하고 올바른 위치파악을 가능하게 할 것이다.

따라서, 본 발명의 아이디어에 따르면, 캡슐화되고 테더링된 이미징 카메라 및 그러한 카메라를 동작하기 위한 방법이 제공된다는 것을 이해한다.

일반적으로, 여기에 논의된 것과 같은 카메라의 버전은 내부(논-제로 광학 출력의 광학적으로 투명한 실질적으로 구형 쉘형 렌즈 요소에 실질적으로 캡슐화된) 렌즈 어셈블리, 이미지 센서 또는 광학 검출기, 이 쉘형 외부 케이싱을 통해 객체 공간의 조명을 위해 구성된 발광 다이오드(들)를 포함하고, 내부 렌즈 어셈블리는 뷰잉을 위한 모든 그것의 위치들에서 쉘로부터 실질적으로 등거리에 유지되도록 배치된다. 일 예에서, 내부 렌즈 어셈블리는 약 50μm의 이미징의 공간 해상도를 유지하면서 실질적으로 180° 마주하는 FOV를 제공하는 4개의 요소를 포함한다. 뷰의 각도가 더 넓을수록, 어느 한 시점에 이미징될 수 있는 공간이 더 넓어지지만, 뷰의 각도는 응용의 요구에 따라 변경될 수 있다. 구성 렌즈 요소들은 플라스틱 폴리머들일 수 있거나 유리로 만들어질 수 있다. 식도 및 위장에서의 이용을 위해, 광학계는 캡슐의 표면으로부터 10cm 이상까지 식도 및 상부쪽 위장에서 예상되는 거리들의 범위에 걸쳐 최적의 이미징 성능을 제공하도록 설계된다. 초점 길이들 및 집속 거리들은 캡슐의 필요들에 따라 변경될 수 있다. 관련 구현에서, 렌즈는 고정된 초점을 가질 수 있거나, 자동 초점 능력을 가질 수 있거나, 재집속을 가능하게 하는 액체 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈 설계는 내부 렌즈 어셈블리가 고도 각도 공간에서 각도 재배향될 때 이미지 왜곡이 없도록 캡슐의 투명 케이싱의 굴절률을 이해가능하게 수용한다.

그러한 이미징 카메라를 이용하기 위한 방법은 일반적으로 제1 광학 요소 내부의 광 소스들에 의해 생성된 광으로 제1 광학 요소를 통해 객체 공간의 타겟 부분을 조명하는 단계, 및 광학 이미징 시스템을 통해 상기 광을 투과시킴으로써 광학 검출기에서, 타겟 부분에 의해 반사된 광의 공간 분포의 광학 공액을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 타겟 부분에 대해 쉘을 고정되게 유지하면서 카메라의 실질적으로 구형 쉘 내부에서 광학 렌즈를 이동하는 단계 및/또는 다음의 단계들, 즉, - 쉘 내에서 광학 렌즈를 이동불가능하게 유지하면서 타겟 부분에 대해 실질적으로 구형 쉘을 재배치하는 단계; 및 - 쉘 내부에서 광학 렌즈를 이동하면서 타겟 부분에 대해 실질적으로 구형 쉘을 재배치하는 단계 중 하나를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 방법의 일 실시예는 상기 광학 이미지를 나타내는 전기 신호들을 실질적으로 구형 쉘 내부로부터 테더를 따라 쉘 외부에 위치된 전자 회로로 전송하는 단계, 및 다음의 단계들, 즉, - 광학 이미지들의 전송을 위한 스트림 포맷을 정의하는 전기 신호를 테더를 따라 전달하는 단계, 및 - 마이크로제어기를 이용하여, 상기 광 소스들 중 적어도 하나에 의해 생성된 광의 강도를 변경하기 위해 광학 이미징 시스템의 광 소스들에 인가된 전압을 조정하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 방법의 실질적으로 임의의 구현에서, 다음의 선택사양적 조건들, 즉, - 전기 신호들의 전송의 프로세스가 광학 렌즈의 홀더의 베이스에 형성된 개구를 통과하는 전기 전도성 부재를 따라 전기 신호들을 전송하는 것을 포함하는 것 - 상기 개구는 전기 부재가 접속되는 광전자 시스템의 부분이 틸팅 또는 회전되고 있을 때 개구 내에서의 부재의 움직임을 제약하지 않도록 치수가 정해짐 -; - 전송하는 단계가, 전기 부재가 접속되는 광전자 시스템의 부분이 틸팅 또는 회전되고 있을 때 상기 부재의 벤딩을 감소시키기 위해 광전자 시스템의 회전 차축 주위에 루프 또는 나선을 형성하도록 위치되는 전기 전도성 부재를 따라 전기 신호를 전송하는 것을 포함하는 것; 및 광학 렌즈의 홀더의 베이스에서의 개구가, 전기 부재가 접속되는 광전자 시스템의 부분이 틸팅 또는 회전되고 있을 때 전기 부재의 벤딩을 실질적으로 방지하기 위해 전기 부재를 홀더의 축으로부터 멀어지게 측방향으로 전환시키도록 치수가 정해지는 것 중 적어도 하나가 충족될 수 있다. 더욱이, 대안적으로 또는 추가적으로, 카메라를 이용하여 광학 이미지를 형성하기 위한 방법은 원격 제어기를 이용하여 제1 스트링 및 제2 스트링 중 적어도 하나를 풀링하여 쉘 축에 대한 광학 렌즈의 각도 배향을 변경하는 단계를 포함할 수 있다. (적어도 하나의 경우에, 그러한 풀링하는 것은 다음의 효과들, 즉, - 상기 풀링하는 것에 의해 강제되는 제1 스트링 및 제2 스트링 중 적어도 하나의 연장을 감소시키는 것; 및 제1 스트링 및 제2 스트링 중 상기 적어도 하나가 부착되는 광전자기계 시스템의 부분이 틸팅 또는 회전되고 있을 때 제1 스트링 및 제2 스트링 중 적어도 하나의 벤딩의 정도를 감소시키기 위해 제1 스트링 및 제2 스트링 중 적어도 하나에 대해 팽창 및 수축하는 것 중 적어도 하나를 달성하기 위해 대응하는 나선형 코일 또는 튜빙 중 어느 하나로 커버되고 테더의 축방향 영역에 위치되는 제1 스트링 및 제2 스트링 중 적어도 하나를 풀링하는 것을 포함한다) 방법의 임의의 구현에서, 다음의 동작들이 수행될 수 있다: 풀링 절차를 중단하는 것; 및 카메라의 광학 렌즈를 공칭 배향으로 복귀시키기 위해, 응력이 제1 스트링 및 제2 스트링에 인가되지 않는 동안, (선택사양적으로 존재하는) 제3 스트링을 조작하는 것.

이러한 실시예들에 대해 선택된 특정 값들이 열거될 수 있지만, 본 발명의 범위 내에서, 모든 파라미터들의 값들은 상이한 응용들에 적합하도록 넓은 범위들에 걸쳐 변할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

카메라의 동작의 프로세스의 적어도 일부는 메모리에 저장된 명령어들에 의해 제어되는 프로세서(마이크로프로세서, 전자 회로)를 포함하는 것으로서 설명되었다. 메모리는 제어 소프트웨어 또는 다른 명령어들 및 데이터를 저장하기에 적합한 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리 또는 임의의 다른 메모리, 또는 이들의 조합일 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은 또한, 본 발명의 기능들을 정의하는 명령어들 또는 프로그램들이 기록불가능 저장 매체들(예를 들어, ROM과 같은 컴퓨터 내의 판독 전용 메모리 디바이스들, 또는 CD-ROM 또는 DVD 디스크들과 같은 컴퓨터 I/O 부착물에 의해 판독가능한 디바이스들) 상에 영구적으로 저장된 정보, 기록가능 저장 매체들(예를 들어, 플로피 디스크들, 이동식 플래시 메모리 및 하드 드라이브들) 상에 변경가능하게 저장된 정보 또는 유선 또는 무선 컴퓨터 네트워크들을 포함하는 통신 매체들을 통해 컴퓨터로 전달되는 정보를 포함하지만 이에 제한되지 않는 많은 형태로 프로세서에 전달될 수 있다는 것을 쉽게 알아야 한다. 또한, 본 발명은 소프트웨어로 구현될 수 있지만, 본 발명을 구현하는 데 필요한 기능들은 선택사양적으로 또는 대안적으로 조합 논리, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 하드웨어 또는 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어 컴포넌트들의 일부 조합과 같은, 펌웨어 및/또는 하드웨어 컴포넌트들을 이용하여 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있다.

논의된 광전자 이미징 시스템(이미징 프로브)은 일반적으로 - 특정한 구성이 첨부된 도면들에서 표현되든 아니든 간에 - 본 발명의 광학 시스템의 실시예를 갖는 광전자 회로가 배치되는 원위 부분, 바람직하게는 적어도 프로그래밍가능 프로세서 및/또는 적절한 디스플레이 디바이스에 제거가능하게 접속된 근위 부분뿐만 아니라, (광학 및/또는 전기 부재들이 프로그래밍가능 프로세서를 광전자 회로와 동작가능하게 접속하는) 하우징 또는 외장을 포함한다는 것을 알 것이다.

본 개시내용 및 첨부된 청구항들의 목적들을 위해, 당면한 값, 요소, 속성 또는 특성의 서술어와 관련하여 "실질적으로", "대략적으로", "약"이라는 용어들 및 유사한 용어들을 이용하는 것은, 참조되는 값, 요소, 속성 또는 특성이, 반드시 정확히 언급될 필요는 없지만, 그럼에도 불구하고, 실제 목적들을 위해, 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 언급되는 바와 같이, 고려된다는 점을 강조하도록 의도된다. 특정된 특성 또는 품질 서술어에 적용되는 바와 같은, 이러한 용어들은, "대부분(mostly)", "주로(mainly)", "상당히(considerably)", "대단히(by and large)", "본질적으로(essentially)", "큰 또는 상당한 정도로(to great or significant extent)", "반드시 완전히 동일한 것은 아니지만 대체로(largely but not necessarily wholly the same)"를 의미하여, 예컨대, 근사화의 언어를 합리적으로 나타내고 특정된 특성 또는 서술어를 설명하여, 그 범위가 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다. 하나의 특정 경우에, "대략적으로", "실질적으로", 및 "약"이라는 용어들은, 수치 값과 관련하여 이용될 때, 특정된 값에 대해 플러스 또는 마이너스 20%, 특정된 값에 대해 더 바람직하게는 플러스 또는 마이너스 10%, 훨씬 더 바람직하게는 플러스 또는 마이너스 5%, 가장 바람직하게는 플러스 또는 마이너스 2%의 범위를 나타낸다.

선택된 특성 또는 개념을 설명하는 데 이들 용어들을 이용하는 것은 부정확성에 대한 그리고 특정된 특성 또는 서술어에 수치적 제한을 부가하기 위한 어떠한 기초도 암시하지도 않고 제공하지도 않는다. 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 언급된 값, 요소, 또는 속성의 정확한 값 또는 특성의 실제 편차는 속하는 것이고 그러한 목적들을 위해 본 기술분야에서 수락된 측정 방법을 이용할 때 전형적인 실험 측정 오차에 의해 정의된 수치 범위 내에서 변할 수 있다. 상이한 실제 상황들에 적용되는 바와 같은 "실질적으로", "약", 및/또는 "대략적으로"라는 용어들의 의미의 다른 특정 예들이 본 개시내용의 다른 곳에서 제공되었을 수 있다.

본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시예", "실시예", "관련 실시예", 또는 유사한 언어에 대한 언급은 언급된 "실시예"와 관련하여 설명된 특정의 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되어 있다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예에서", "실시예에서", 및 유사한 언어의 문구들의 출현들은 모두 동일한 실시예를 지칭할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 본 개시내용의 어떤 부분도, 그 자체로 그리고 도면과 가능하게 관련하여, 본 발명의 모든 특징들에 대한 완전한 설명을 제공하기 위한 것이 아니라는 것을 이해할 것이다.

본 발명은 전술한 실시예들을 통해 설명되지만, 도시된 실시예들에 대한 변경들 및 그 변형들이 본 명세서에서 개시되는 본 발명의 개념들로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것을 본 기술분야의 통상의 기술자들은 이해할 것이다. 개시된 양태들은 위에 열거되지 않은 방식들로 조합될 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 실시예(들)로 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다.

Claims (49)

1. 광학 이미징 시스템으로서,
   쉘 축을 갖는 실질적으로 구형 쉘로서 치수가 정해진 제1 광학 요소;
   광학 축 및 상기 제1 광학 요소에 대면하는 전방 렌즈 요소를 갖는 광학 렌즈 - 상기 전방 렌즈는 정점을 가짐 - 를 포함하고,
   상기 광학 렌즈는 상기 쉘 축과 상기 광학 축 사이에 정의되고 상기 쉘 축 및 상기 광학 축 둘 다를 포함하는 선택된 평면에서 적어도 -90°와 +90°의 범위 내의 각각의 그리고 모든 값일 수 있는 회전 각도에서 회전 축을 중심으로 회전가능하도록 상기 제1 렌즈 요소 내에 장착되고,
   상기 제1 광학 요소 내의 상기 광학 렌즈의 회전 각도에 대응하는 입체각에 의해 마주하게 되는 상기 제1 광학 요소의 부분은 광학적으로 투명하고, 제1 논-제로 광학 출력 렌즈 요소로서 구성되고, 상기 제1 렌즈 요소와 상기 광학 렌즈의 조합이 광학 이미징 속성들 및 상기 광학 이미징 시스템의 시야를 정의하는, 광학 이미징 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광학 렌즈는 상기 광학 축에 대해 측정된 것과 같은 88°까지의 반-각을 갖는 시야(FOV)를 갖는, 광학 이미징 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 광학 요소 내의 상기 광학 렌즈의 회전 각도에 대응하는 입체각에 의해 커버되는 상기 제1 광학 요소의 부분은 광학적으로 투명하고, 제1 렌즈 요소로서 구성되어, 상기 제1 요소와 상기 광학 렌즈의 조합이 상기 광학 이미징 시스템의 광학 시스템을 정의하는, 광학 이미징 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   다음의 조건들, 즉,
   2a) 상기 쉘 축이 상기 제1 광학 요소의 대칭 축인 것;
   2b) 상기 실질적으로 구형 쉘이 상기 쉘 축에 대해 측정된 각도의 함수로서 일정하게 유지되는 두께 값을 갖는 것; 및
   2c) 상기 회전 축이 상기 실질적으로 구형 쉘 내에 있는 것
   중 적어도 하나가 충족되는, 광학 이미징 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전방 렌즈 요소의 정점은 상기 회전 축을 중심으로 하는 상기 광학 렌즈의 임의의 회전 각도에 대해 상기 실질적으로 구형 쉘의 내부 표면으로부터 등거리에 유지되는, 광학 이미징 시스템.
6. 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광학 렌즈는 한 쌍의 네거티브 메니스커스 광학 렌즈 요소들 및 한 쌍의 포지티브 렌즈 요소들을 포함하고, 상기 광학 렌즈는 66°까지의 모든 반-필드 각도에서 40%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 갖는, 광학 이미징 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 광학 렌즈는 다음의 조건들, 즉,
   7a) 상기 광학 렌즈가 시상 또는 접선 평면들 중 어느 하나에서, 상기 광학 렌즈의 시야 내의 임의의 필드 높이에서 25미크론을 초과하지 않는 비점 수차를 특징으로 하는 것;
   7b) 상기 광학 렌즈가 44°까지의 모든 반-필드 각도에서 20%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 특징으로 하는 것; 및
   7c) 상기 광학 렌즈가 상기 광학 렌즈의 최대 반-필드 각도까지 모든 반-필드 각도에서 80%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 특징으로 하는 것
   중 적어도 하나를 충족시키는, 광학 이미징 시스템.
8. 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광학 렌즈는 한 쌍의 네거티브 메니스커스 광학 렌즈 요소 및 상기 포지티브 렌즈 요소들의 일부를 포함하고,
   상기 광학 시스템은 상기 광학 시스템의 최대 반-필드 각도까지 모든 반-필드 각도에서 20%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 특징으로 하는, 광학 이미징 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 광학 시스템은 다음의 조건들, 즉,
   9a) 상기 광학 시스템이 시상 또는 접선 평면들 중 어느 하나에서, 상기 광학 시스템의 시야 내의 모든 필드 높이에서 20미크론을 초과하지 않는 비점 수차를 특징으로 하는 것;
   9b) 상기 광학 시스템이 66°까지의 모든 반-필드 각도에서 10%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 특징으로 하는 것; 및
   9c) 상기 광학 시스템이 44°까지의 모든 반-필드 각도에서 5%를 초과하지 않는 광학 왜곡을 특징으로 하는 것
   중 적어도 하나를 충족시키는, 광학 이미징 시스템.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 광학 요소 및 상기 제1 렌즈 요소 내의 상기 광학 렌즈는, 상기 제1 렌즈 요소가 미리 결정된 방식으로 공간에서 재배치될 때 상기 회전 축을 중심으로 하는 상기 광학 렌즈의 회전이 없을 때 상기 광학 렌즈가 동일한 미리 결정된 방식으로 공간에서 재배치되도록 전체적으로 공간적으로 재배치가능하도록 서로 부착되는, 광학 이미징 시스템.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    다음의 조건들, 즉,
    11a) 상기 광학 이미징 시스템의 이미징 평면과 상기 전방 렌즈 요소의 정점 사이의 거리가 5mm를 초과하지 않는 것;
    11b) 상기 전방 렌즈 요소의 직경이 4mm를 초과하지 않는 것; 및
    11c) 상기 광학 이미징 시스템의 공간 해상도가 적어도 50미크론인 것
    중 적어도 하나가 충족되는, 광학 이미징 시스템.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 렌즈 뒤에 있고 이미징 평면을 정의하는 광학 검출기; 및
    상기 광학 축을 따라 광을 방출하기 위해 상기 광학 축을 가로지르는 평면에서 상기 전방 렌즈 요소 주위에 배치된 광 소스들을 더 포함하고,
    상기 광학 검출기 및 상기 광 소스들 양자 모두는 상기 광학 렌즈와의 공간적 적합성으로 이동하기 위한 것과 같이 상기 광학 렌즈와 공간적으로 협력하는, 광학 이미징 시스템.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 광학 이미징 시스템을 포함하는 광전자 시스템으로서,
    실질적으로 구형 쉘이 실질적으로 유체 침투가능하지 않은 것을 특징으로 하고,
    그 위에 전자 회로를 갖는 인쇄 회로 보드(PCB) - 상기 전자 회로는 적어도 (a) 상기 쉘의 외부에서, 상기 광학 이미징 시스템으로 획득된 광학 이미지들의 전송을 위한 스트림 포맷을 정의하고, (b) 상기 광학 이미징 시스템의 광 소스들에 인가된 전압을 조정하기 위해 상기 전자 회로의 식별된 부분을 통제하도록 구성되는 프로그래밍가능 마이크로프로세서를 포함함 - 를 더 포함하고,
    상기 PCB는 상기 광학 검출기와 전기적으로 접속되는, 광전자 시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 광전자 시스템은 상기 실질적으로 구형 쉘 내부에 전력 소스가 없는, 광전자 시스템.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 광학 이미징 시스템을 포함하는 광전자 시스템으로서,
    상기 실질적으로 구형 쉘은 실질적으로 유체 침투가능하지 않은 것을 특징으로 하고,
    테더 - 상기 테더는 상기 쉘의 내용물과 전기적으로 접촉하는 상기 테더의 제1 단부 및 상기 쉘의 외부에 있는 상기 테더의 제2 단부로부터 그것을 통해 연장되는 전기 전도성 부재를 갖고, 상기 테더는 상기 테더 내부에 광학 요소가 없음 - 를 더 포함하는, 광전자 시스템.
16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    테더 - 상기 테더는 상기 전자 회로의 요소와 전기적으로 접촉하는 상기 테더의 제1 단부 및 상기 쉘의 외부에 있는 상기 테더의 제2 단부로부터 그것을 통해 연장되는 전기 전도성 부재를 갖고, 상기 테더는 상기 테더 내부에 광학 요소가 없음 - 를 더 포함하는, 광전자 시스템.
17. 광전자기계 시스템으로서,
    제15항 또는 제16항에 따른 광전자 시스템;
    전방부 및 베이스부를 갖는 광학 렌즈 홀더 - 상기 전방부는 상기 PCB가 상기 베이스부에 부착되는 동안 상기 광 소스들을 운반함 -;
    상기 광학 렌즈 홀더의 제1 포인트에 접속된 제1 스트링 및 상기 광학 렌즈 홀더의 제2 포인트에 접속된 제2 스트링 - 상기 제1 및 제2 포인트들은 상기 광학 축에 대해 서로 실질적으로 정반대임 - 을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 스트링들은 상기 테더를 통해 상기 테더의 상기 제2 단부에 있는 원격 제어기로 끌어당겨지고, 상기 원격 제어기는 상기 쉘 축에 대해 상기 광학 렌즈를 틸팅하기 위해 상기 제1 및 제2 스트링들로부터 선택된 것을 풀링하도록 구성되는, 광전자기계 시스템.
18. 제17항에 있어서,
    다음의 조건들, 즉,
    18a) 상기 광전자기계 시스템이 상기 베이스부의 중심에 접속되고 상기 베이스부의 상기 중심과 상기 원격 제어기 내의 탄성 요소 사이에서 상기 테더를 통해 끌어당겨진 제3 스트링을 포함하고, 상기 원격 제어기는 상기 광학 렌즈의 공칭 배향을 안정화하도록 구성되는 것;
    18b) 상기 원격 제어기가 상기 제1 및 제2 스트링들 중 선택된 것을 풀링하도록 구성된 상기 원격 제어기의 하우징 내의 랙-앤-피니언 메커니즘을 포함하는 것;
    18c) 상기 원격 제어기가 상기 랙-앤-피니언 메커니즘을 동작시키기 위해 모터를 통제하도록 구성된 상기 원격 제어기의 하우징 내의 모터 및 마이크로제어기를 포함하는 것;
    18d) 상기 제1 및 제2 스트링들이 그것들을 풀링하는 동안 상기 제1 및 제2 스트링들을 신장시키는 힘들을 감소시키기 위해 상기 테더의 축방향 부분에 배치되는 나선형 코일들 또는 튜브들에 개별적으로 하우징되는 것
    중 적어도 하나가 충족되는, 광전자기계 시스템.
19. 광학 이미지를 형성하기 위한 방법으로서,
    - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 광학 이미징 시스템을 이용하는 단계;
    - 상기 제1 광학 요소 내부의 광 소스들에 의해 생성된 광으로 상기 제1 광학 요소를 통해 객체 공간의 타겟 부분을 조명하는 단계; 및
    - 상기 광학 이미징 시스템을 통해 상기 광을 투과시킴으로써 상기 광학 검출기에서, 상기 타겟 부분에 의해 반사된 상기 광의 공간 분포의 광학 공액을 형성하는 단계
    를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 타겟 부분에 대해 상기 쉘을 고정되게 유지하면서 상기 실질적으로 구형 쉘 내부에서 상기 광학 렌즈를 이동하는 단계를 더 포함하는, 방법.
21. 제19항에 있어서,
    (21a) 상기 쉘 내에서 상기 광학 렌즈를 이동불가능하게 유지하면서 상기 타겟 부분에 대해 상기 실질적으로 구형 쉘을 재배치하는 단계; 및
    (21b) 상기 쉘 내부에서 상기 광학 렌즈를 이동하면서 상기 타겟 부분에 대해 상기 실질적으로 구형 쉘을 재배치하는 단계
    중 하나를 더 포함하는, 방법.
22. 광학 이미지를 형성하기 위한 방법으로서,
    - 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 광전자 시스템을 이용하는 단계;
    - 상기 광학 이미지를 나타내는 전기 신호들을 상기 실질적으로 구형 쉘 내부로부터 상기 테더를 따라 상기 쉘 외부에 위치된 전자 회로로 전송하는 단계
    를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
23. 제22항에 있어서,
    (23a) 상기 광학 이미지들의 전송을 위한 스트림 포맷을 정의하는 전기 신호를 상기 테더를 따라 전달하는 단계, 및
    (23b) 마이크로제어기를 이용하여, 상기 광 소스들 중 적어도 하나에 의해 생성된 광의 강도를 변경하기 위해 상기 광학 이미징 시스템의 상기 광 소스들에 인가된 전압을 조정하는 단계
    중 적어도 하나를 더 포함하는, 방법.
24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    다음의 조건들, 즉,
    24a) 상기 전송하는 단계가, 상기 광학 렌즈의 홀더의 베이스에 형성된 개구를 통과하는 전기 전도성 부재를 따라 전기 신호들을 전송하는 것을 포함하고, 상기 개구는 상기 전기 부재가 접속되는 상기 광전자 시스템의 부분이 틸팅 또는 회전되고 있을 때 상기 개구에서의 상기 부재의 움직임을 제약하지 않도록 치수가 정해지는 것;
    24b) 상기 전송하는 단계가, 상기 전기 부재가 접속되는 상기 광전자 시스템의 부분이 틸팅 또는 회전되고 있을 때 상기 부재의 벤딩을 감소시키기 위해 상기 광전자 시스템의 회전 차축 주위에 루프 또는 나선을 형성하도록 위치되는 상기 전기 전도성 부재를 따라 전기 신호를 전송하는 것을 포함하는 것;
    24b) 상기 광학 렌즈의 홀더의 베이스에서의 상기 개구가, 상기 전기 부재가 접속되는 상기 광전자 시스템의 부분이 틸팅 또는 회전되고 있을 때 상기 전기 부재의 벤딩을 실질적으로 방지하기 위해 상기 전기 부재를 상기 홀더의 축으로부터 멀어지게 측방향으로 전환시키도록 치수가 정해지는 것
    중 적어도 하나가 충족되는, 방법.
25. 광학 이미지를 형성하기 위한 방법으로서,
    - 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 광전자기계 시스템을 이용하는 단계;
    - 상기 원격 제어기를 이용하여 상기 제1 스트링 및 상기 제2 스트링 중 적어도 하나를 풀링하여 상기 쉘 축에 대한 상기 광학 렌즈의 각도 배향을 변경하는 단계
    를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
26. 제25항에 있어서,
    상기 풀링하는 것은 다음의 효과들, 즉,
    26a) 상기 풀링하는 것에 의해 강제되는 상기 제1 스트링 및 상기 제2 스트링 중 적어도 하나의 연장을 감소시키는 것; 및
    26b) 상기 제1 스트링 및 상기 제2 스트링 중 적어도 하나가 부착되는 상기 광전자기계 시스템의 부분이 틸팅 또는 회전되고 있을 때 상기 제1 스트링 및 상기 제2 스트링 중 적어도 하나의 벤딩의 정도를 감소시키기 위해 상기 제1 스트링 및 상기 제2 스트링 중 적어도 하나에 대해 팽창 및 수축하는 것
    중 적어도 하나를 달성하기 위해 대응하는 나선형 코일 또는 튜빙 중 어느 하나로 커버되고 상기 테더의 축방향 영역에 위치되는 상기 제1 스트링 및 상기 제2 스트링 중 적어도 하나를 풀링하는 것을 포함하는, 방법.
27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 풀링하는 것을 중단하는 단계; 및
    상기 광학 렌즈를 상기 공칭 배향으로 복귀시키기 위해, 응력이 상기 제1 스트링 및 상기 제2 스트링에 인가되지 않는 동안, 상기 제3 스트링을 조작하는 단계를 더 포함하는, 방법.
28. 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풀링하는 것은 상기 원격 제어기의 하우징 내에서 상기 랙-앤-피니언 메커니즘을 동작시키는 것을 포함하는, 방법.
29. 제28항에 있어서,
    상기 랙-앤-피니언 메커니즘을 동작시키는 것은, 스테퍼 모터 및 드라이버를 이용하여, 피니언에 부착된 베벨 기어를 회전시키는 것을 포함하는, 방법.
30. 제1 축을 갖는 제1 렌즈 요소 및 제2 축을 갖는 광학 렌즈를 포함하는 광학 시스템으로 객체를 이미징하기 위한 방법으로서,
    상기 제1 렌즈 요소에 의해 정의된 볼륨 내의 상기 광학 렌즈를 상기 볼륨 내에 위치된 회전 축을 중심으로 회전시키는 단계;
    상기 회전의 각각의 각도에서, 상기 볼륨 내에 위치된 광학 검출기를 이용하여 상기 광학 시스템을 통해 상기 객체로부터 광을 획득하는 단계; 및
    상기 광의 공간 분포를 나타내는 신호를 볼륨 렌즈 요소 내부로부터 상기 볼륨 외부로 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
31. 제30항에 있어서,
    다음의 조건들, 즉,
    (31a) 상기 제1 렌즈 요소가 상기 광학 렌즈의 적어도 일부를 인케이싱하고, 상기 제1 렌즈 요소만을 통해 광 소스로부터 전달된 조명 광으로 객체를 조사하는 것을 더 포함하는 것, 및
    (32b) 상기 획득하는 단계가, 상기 제1 렌즈 요소 및 상기 광학 렌즈 둘 다를 통해 상기 객체로부터 상기 광을 획득하는 것을 포함하는 것
    중 적어도 하나가 충족되고,
    상기 전송하는 단계는 전기 신호를 전송하는 것을 포함하고, 광학 신호를 전송하는 것은 없는, 방법.
32. 제30항에 있어서,
    다음의 조건들, 즉,
    (32a) 상기 회전시키는 단계가, 거리를 유지하면서 위도 회전각(latitude angle of rotation)에서 상기 광학 렌즈를 회전시키는 것, 제1 축 및 제2 축 둘 다를 포함하는 평면에서 상기 제1 축과 상기 제2 축 사이에서 측정된 바와 같은 적어도 +90° 내지 -90°의 범위 내에서 선택된 모든 위도 회전각에 대해 실질적으로 일정하게, 상기 제1 렌즈 요소로부터 상기 광학 렌즈의 전방 렌즈 요소를 분리하는 것을 포함하는 것;
    (32b) 상기 방법이, 상기 광학 렌즈를 회전시키는 것과 동시에 또는 상기 광학 렌즈를 회전시키는 것과 순차적으로 상기 제1 축을 중심으로 상기 제1 렌즈 요소를 방위각 회전각(azimuthal angle of rotation)만큼 회전시키는 것을 더 포함하는 것
    중 적어도 하나가 충족되는, 방법.
33. 제32항에 있어서,
    다음의 조건들, 즉,
    (33a) 상기 광학 시스템이 적어도 80°의 반-각을 갖는 시야(FOV)를 갖고, 상기 광학 렌즈를 상기 회전 축을 중심으로 회전시키는 것 및 상기 제1 렌즈 요소를 상기 제1 축을 중심으로 360°만큼 회전시키는 것에 의해 상기 객체 공간에서 상기 광학 시스템에 의해 마주하게 되는 총 입체 뷰잉 각도는 적어도 3.8π 스테라디안(steradian)인 것;
    (33b) 상기 제1 렌즈 요소를 상기 제1 축을 중심으로 회전시키는 것은, 상기 볼륨의 내용물들을 상기 제1 렌즈 요소 외부의 포인트와 접속하기 위해 상기 제1 렌즈 요소에서의 개구를 통해 끌어당겨지는 테더를 비트는 것을 포함하고, 상기 테더는 상기 테더의 길이를 따라 제1 및 제2 포인트들을 접속하는 어떠한 광학 채널도 결여되는 것
    중 적어도 하나가 충족되는, 방법.
34. 제30항에 있어서,
    다음의 조건들, 즉,
    (34a) 상기 광학 렌즈를 회전시키는 것은, 논-제로 광학 출력을 갖는 상기 제1 렌즈 요소의 광학 두께가 적어도 3π 스테라디안의 입체각 내에서 상기 제1 렌즈 요소의 표면의 곡률 중심으로부터 볼 때 임의의 방향으로 실질적으로 일정하게 유지되면서 볼륨 내에 둘러싸인 상기 광학 렌즈를 회전시키는 것을 포함하는 것; 및
    (34b) 상기 객체로부터 광을 획득하는 단계가, 논-제로 광학 출력의 상기 제1 렌즈 요소를 통해 상기 객체로부터 광을 획득하는 것을 포함하고, 상기 제1 렌즈 요소는 상기 입체각 내에서 상기 곡률 중심으로부터 볼 때 임의의 방향으로 실질적으로 일정하게 유지되는 광학 속성들을 갖는 것
    중 적어도 하나가 충족되는, 방법.
35. 제30항에 있어서,
    다음의 조건들, 즉,
    (35a) 상기 광학 렌즈를 회전시키는 것은, 상기 제1 축에 실질적으로 평행한 방향으로 상기 광학 렌즈의 에지의 일부를 풀링하는 것을 포함하는 것; 및
    (35b) 상기 광학 렌즈를 회전시키는 것은, 상기 광학 렌즈로부터 렌즈 요소의 에지에 있는 제1 및 제2 포인트들에, 시간 교번 방식으로, 힘을 가하는 것을 포함하고, 상기 제1 및 제2 포인트들은 상기 제2 축을 중심으로 서로 정반대인 것
    중 적어도 하나가 충족되는, 방법.
36. 제35항에 있어서,
    다음의 조건들, 즉,
    36a) 상기 풀링하는 것 및 상기 힘을 가하는 것 중 임의의 것이, 상기 풀링하는 것에 의해 강제되는 기계적 부재의 연장을 감소시키기 위해 테더의 축방향 영역에서 상기 테더에 위치되는 기계적 부재를 이용하여 상기 광학 렌즈를 재배치하는 것을 포함하고,
    상기 테더는 어떠한 광학 요소도 없고, 상기 볼륨 내에 포함된 컴포넌트에 부착된 원위 단부를 갖고, 상기 제1 렌즈 요소에서의 애퍼처를 통해 상기 컴포넌트로 상기 제1 렌즈 요소를 통해 끌어당겨지는 것;
    (36b) 상기 기계적 부재가 상기 풀링하는 것 동안 상기 기계적 부재의 벤딩의 정도를 감소시키기 위해 상기 기계적 부재 주위에서 팽창 및 수축하도록 튜빙 또는 나선형 코일에 의해 커버되는 것
    중 적어도 하나가 충족되는, 방법.
37. 제30항에 있어서,
    상기 볼륨 내부에 배치된 복수의 광 소스들로부터의 광 소스로 상기 제2 축을 따라 상기 객체를 조사하는 단계를 포함하는, 방법.
38. 제30항에 있어서,
    다음의 조건들, 즉,
    (38a) 상기 광의 공간 분포를 나타내는 신호를 전송하는 것은, 어떠한 광학 요소도 없는 테더를 따라 상기 신호를 전송하는 것을 포함하고, 상기 테더의 원위 단부는 상기 볼륨 내에 포함된 컴포넌트에 부착되는 것;
    (38b) 상기 전송하는 것은, 상기 광학 렌즈의 홀더의 베이스에 형성된 개구를 통과하는 전기 전도성 부재를 따라 전기 신호들을 전송하는 것을 포함하고, 상기 개구는 상기 전기 부재가 접속되는 상기 광전자 시스템의 부분이 틸팅 또는 회전되고 있을 때 상기 개구에서의 상기 부재의 움직임을 제약하지 않도록 치수가 정해지는 것;
    (38c) 상기 전송하는 것은, 상기 전기 부재가 접속되는 상기 광전자 시스템의 부분이 틸팅 또는 회전되고 있을 때 상기 부재의 벤딩을 감소시키기 위해 상기 광전자 시스템의 회전 차축 주위에 루프 또는 나선을 형성하도록 위치되는 상기 전기 전도성 부재를 따라 전기 신호를 전송하는 것을 포함하는 것;
    (38d) 상기 광학 렌즈의 홀더의 베이스에서의 상기 개구가, 상기 전기 부재가 접속되는 상기 광전자 시스템의 부분이 틸팅 또는 회전되고 있을 때 상기 전기 부재의 벤딩을 실질적으로 방지하기 위해 상기 전기 부재를 상기 홀더의 축으로부터 멀어지게 측방향으로 전환시키도록 치수가 정해지는 것
    중 적어도 하나가 충족되는, 방법.
39. 제30항에 있어서,
    상기 볼륨 내에 포함된 임의의 컴포넌트의 임의의 움직임은 상기 볼륨 내의 회전 축을 재배치하는 것을 포함하지 않는, 방법.
40. 광학 시야(FOV)를 갖는 이미징 카메라로서,
    논-제로 광학 출력을 갖는 제1 렌즈 요소;
    상기 제1 렌즈 요소에 의해 실질적으로 둘러싸인 볼륨 내부에 배치된 광학 렌즈 - 상기 FOV는 상기 제1 렌즈 요소 및 상기 광학 렌즈 둘 다에 의해 정의됨 -;
    상기 광학 렌즈의 구성 렌즈 요소들을 서로에 대해 부착하는 광학 렌즈 홀더; 및
    상기 제1 렌즈 요소에 의해 형성된 애퍼처를 통해 상기 볼륨 내로 끌어당겨지고, 코드의 근위 단부에서 상기 광학 렌즈 홀더에 부착되는 코드를 포함하는, 이미징 카메라.
41. 제40항에 있어서,
    상기 FOV는 상기 제1 렌즈 요소와 상기 광학 렌즈의 조합에 의해서만 정의되고, 상기 볼륨 내부에 위치되는 광 소스 및 상기 애퍼처를 통해 상기 볼륨 내로 끌어당겨지고 상기 광 소스에 전기적으로 접속되는 전기 부재를 더 포함하는, 이미징 카메라.
42. 제40항에 있어서,
    상기 애퍼처는 상기 제1 렌즈 요소의 곡률의 중심으로부터 볼 때 45도를 초과하지 않는 선형 각도에 마주하는, 이미징 카메라.
43. 제40항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 요소의 표면으로부터 상기 광학 렌즈를 분리하는 거리가 그러한 회전의 모든 각도에 대해 일정하게 유지되도록 상기 광학 렌즈가 회전 축을 중심으로 회전하게 하도록 구성되고, 상기 회전 축은 상기 볼륨 내에 위치되는, 이미징 카메라.
44. 제40항에 있어서,
    상기 FOV는 3개의 메니스커스 렌즈 요소 및 2개의 렌즈 요소의 조합에 의해 정의되고, 이들 각각은 2개의 볼록 표면에 의해 경계가 정해지는, 이미징 카메라.
45. 제40항에 있어서,
    그것을 통해 연장되는 상기 코드를 갖는 테더를 더 포함하고, 상기 테더는 상기 테더 내부에 광학 요소가 없고, 상기 코드는 상기 테더의 축방향 부분에 배치된 튜빙 또는 나선형 코일에 하우징되는, 이미징 카메라.
46. 광학 시야(FOV)를 갖는 이미징 카메라로서,
    제1 렌즈 요소 - 상기 제1 렌즈 요소는 논-제로 광학 출력을 갖고, 상기 제1 렌즈 요소에 의해 실질적으로 둘러싸인 볼륨 및 상기 볼륨에 대한 액세스를 제공하도록 구성된 애퍼처를 정의함 -;
    상기 볼륨 내부에 배치된 광학 렌즈 - 상기 FOV는 상기 제1 렌즈 요소와 상기 광학 렌즈의 조합에 의해서만 정의됨 -;
    상기 제1 렌즈 요소를 통해서만 상기 제1 렌즈 요소 외부의 객체 공간을 조명하도록 상기 볼륨 내부에 구성된 광 소스; 및
    상기 제1 렌즈 요소 및 상기 광학 렌즈 둘 다를 통해 상기 객체 공간으로부터 광을 획득하도록 상기 볼륨 내부에 구성된 광학 검출기를 포함하는, 이미징 카메라.
47. 제46항에 있어서,
    상기 광학 렌즈, 상기 광 소스, 및 상기 광학 검출기는 상기 광학 렌즈, 상기 광 소스, 및 상기 광학 검출기 사이의 상호 공간적 위치들 및 배향들이 변경불가능하게 유지되는 서브-어셈블리를 형성하기 위해 기계적 구조체를 이용하여 서로 기계적으로 협력하고;
    상기 기계적 구조체는 상기 볼륨 내부에 완전히 위치되고;
    상기 기계적 구조체는 상기 제1 렌즈 요소로부터의 상기 광학 렌즈의 정점의 분리를 각도 배향에 관계없이 실질적으로 일정하게 유지하면서 상기 제1 렌즈 요소에 대한 상기 서브-어셈블리의 각도 배향을 변경하도록 구성되는, 이미징 카메라.
48. 제47항에 있어서,
    상기 광 소스 및 상기 광학 검출기 중 적어도 하나에 전기적으로 접속된 전기 전도성 부재를 포함하고, 상기 전기 전도성 부재는 상기 애퍼처를 통해 상기 볼륨 내로 그리고 상기 기계적 구조체의 베이스에 형성된 개구를 통해 끌어당겨지며,
    다음의 조건들, 즉,
    (48a) 상기 개구가, 상기 기계적 구조체가 상기 볼륨에서 틸팅 또는 회전되고 있을 때 상기 개구에서의 상기 전기 전도성 부재의 움직임을 제약하지 않도록 치수가 정해지는 것;
    (48b) 상기 전기 전도성 부재가, 상기 기계적 구조체가 상기 볼륨 내에서 틸팅 또는 회전되고 있을 때 상기 전기 전도성 부재의 벤딩을 감소시키기 위해 상기 기계적 구조체의 회전 차축 주위에 루프 또는 나선을 형성하도록 위치되는 것; 및
    (48c) 상기 광학 렌즈의 홀더의 베이스에서의 상기 개구가, 상기 기계적 구조체가 틸팅 또는 회전되고 있을 때 상기 전기 부재의 벤딩을 실질적으로 방지하기 위해 상기 전기 부재를 상기 기계적 구조체의 축으로부터 멀어지게 측방향으로 전환시키도록 치수가 정해지는 것
    중 적어도 하나가 충족되는, 이미징 카메라.
49. 제46항에 있어서,
    상기 애퍼처는 상기 제1 렌즈 요소의 곡률의 중심으로부터 볼 때 45도를 초과하지 않는 선형 각도에 마주하는, 이미징 카메라.

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