KR20060135751A - 입체 이미지화 시스템용 컨버젼스 광학기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일의 조립체로 장착된 복수의 프리즘을 갖는 프리즘 구조체와 하우징을 구비하는 컨버젼스 프리즘 조립체에 관한 것이다.

Description

입체 이미지화 시스템용 컨버젼스 광학기기{CONVERGENCE OPTICS FOR STEREOSCOPIC IMAGING SYSTEMS}

본 발명은 일반적으로 입체적인 이미지화 및 관찰시스템에 사용되는 컨버젼스(convergence) 광학기기에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 3차원 또는 입체적인 관찰을 용이하게 하는 내시경에 유용한 컨버젼스 광학기기이다.

내시경은 다수의 처치와 관련하여 의료계 내에서 크게 수용된 이미지화 시스템의 예이다. 이러한 수용은 내시경이 의사로 하여금 환자의 내부 구조를 직접 관찰할 수 있도록 하면서 환자에게는 최소의 외상을 주고 처치를 수행하는 방법을 제공하기 때문이다. 수년 동안 다수의 내시경이 개발되었으며 구체적인 응용에 따라 분류되었다. 다수가 관절경, 방광경, 직장경, 복강경 및 후두경을 포함하여 구체적인 명칭을 갖는다. 산업 내시경은 종종 보어스코프(borescope)라고 불린다.

구체적인 형태가 어떻든 간에, 내시경과 다른 유사한 이미지화 시스템은 일반적으로 물체의 이미지를 형성하는 대물렌즈 시스템을 종단부에 구비한다. 의료용 내시경에서 상기 대물렌즈는 일반적으로 환자의 내부에 공기, 물, 식염용액 등과 같은 어떤 환경 매체 내에 있게 된다. 산업용 내시경은 멀리 떨어진 둘러싸인 체적 내에 위치한 물체를 이미지화한다. 가까운 종단의 접안장치는 환자 또는 둘 러싸인 체적을 시각적으로, 전자적으로, 또는 아니면 외부적으로 볼 수 있도록 하는 이미지를 제공한다. 접안경은 직접적인 시각적 관찰을 제공하는 접안장치의 한 예이다. 상기 대물렌즈와 접안장치의 중간에 있는 이미지 전달 시스템이 상기 대물렌즈 시스템에 의해 생성된 이미지를 접안장치에 전달한다.

개별적 구성요소인 광학 시스템을 지향하는 다양한 배율에 주의하여 이들 내시경의 광학적 설계를 개선하기 위한 의미있는 노력이 있었다. 예를 들면, 미국 특허 제6,139,490(2000)호는 가상 현실 관찰을 가능케 하는 입체 내시경을 개시한다. 구체적으로는, 이 특허는 3차원으로 감지될 수 있는 이미지를 생성하는 입체 내시경 시스템을 개시한다. 상기 내시경 시스템은 광원과 2개의 독립적인 내시경을 수반하는 상자를 포함한다. 각 내시경의 가까운 종단으로부터 시준된 광은 굴곡된 광 경로를 따라 독립된 비디오 카메라로 유도된다. 상기 비디오 카메라에 의해 생성된 이미지는 관찰자의 눈에 근접하게 위치될 수 있는 가상 현실 표시장치의 모니터를 활성화시킨다. 조절 가능한 미러와 다른 장치들은 최대 효과를 위해 상기 이미지들의 분리를 촉진하는 컨버젼스 광학기기를 구성한다.

입체 내시경과 이미지화 시스템들은 일반적으로 독립적이다. 즉, 각 내시경은 스테레오 비디오 카메라와 같은 2채널 관찰 장치에 2개의 이미지를 투사하는데 필요한 광학기기의 모든 것을 포함한다. 이들 내시경 각각은 시야를 형성하는 작동거리와 관찰된 이미지의 확대를 포함하는 상이한 파라미터들에 의해 규정될 수 있다. 상기 작동거리는 내시경의 원거리 종단과 관찰될 물체 사이의 예상되는 거리이다. 입체 이미지화 시스템에 대한 다른 파라미터는 컨버젼스 거 리(convergence distance)이다. 상기 컨버젼스 거리는 물체 위의 기준점과 이 기준점의 2개 입체 이미지들이 일치하는 것으로 보이는 때의 입사 눈동자(entrance pupil) 사이의 거리이다. 이들 입체경 시스템의 사용이 증가함에 따라, 의사들은 입체경에 비친 이미지의 열화없이 상이한 배율로 물체를 볼 수 있도록 상이한 작동거리에 대해 최적화된 시스템을 요구했다.

입체 내시경을 포함하는 일부 종래 내시경들은 독립적 광학기기와 시야의 특징적인 피사계 심도(depth of field)를 갖는 고정-초점 장치이다. 따라서, 정확한 초점을 유지하면서 제한된 범위의 작동 거리에 대해 상기 내시경의 원거리 종단을 이동시키는 것이 가능하다. 다른 내시경들은 넓은 범위의 작동거리에 대해 이동될 수 있도록 초점이 맞추어질 수 있다. 그러나 고정-초점 내시경에서 피사계 심도에 의해 허용된 제한된 동작 범위 내에서조차도 명목상의 또는 설계 작동거리로부터 작동거리를 변경하는 것은 3차원 효과를 저하시킨다.

구체적으로, 관찰 시스템에서 이미지들의 분리는 상기 컨버젼스 거리가 일정하게 유지된다면 상기 작동거리 변경에 따라 변한다. 상기 관찰시스템에서 내시경으로부터의 2개의 이미지의 분리를 결정하는 것은 바로 컨버젼스 거리이다. 이와 같이, 정확한 초점과 합리적인 3차원 이미지 모두를 제공하는 상기 작동거리에 대한 컨버젼스 거리를 매칭시키기 위해 상이한 작동거리에 대해 상이한 내시경을 설계하는 것이 필요하게 되었다. 그 결과, 상이한 작동거리를 갖는 입체 내시경을 요구하는 의사들은 적절한 이미지 분리를 유지하기 위해 다수의 고가 입체 내시경들을 구입하게 되었다.

이들 내시경들에서, 2개의 출력 이미지를 관찰 사이트에 전달하는 광학기기는 불연속적으로 독립적으로 기계적으로 지지된 광학 소자들의 조립체들을 구비한다. 또한, 이들 조립체들은 일반적으로 비-시준된(non-collimated) 이미지 공간에 존재한다. 그것들은 모노 내시경에서 사용된 광학 소자들에 대해 요구되는 것보다 더 정밀하게 그리고 더 안정적으로 서로에 대해 정렬되어야 한다. 더욱 높은 정밀성과 더욱 높은 안정성에 대한 요구는 생성된 입체경에 비친 이미지의 품질을 유지하기 위해 충족되어야만 한다.

수용 가능한 내시경 패키징의 기계적 한계 내에, 그와 같은 광학 요소들의 수는 고압 살균(autoclaving)에 필요한 표준 밀봉 기술을 따르지 않는 지지 구조체와 필요한 기하구조를 위해 가용한 체적을 감소시킬 수 있다. 종종, 이들 광학 요소들은 다른 크기를 갖는다. 이들 내시경은 예를 들면 우연히 떨어뜨릴 때와 같이 거칠게 다루는 중에 손상을 받기 쉽다. 멸균 소독을 위한 고압 살균은 크기가 다른 부품들의 차분적인 열팽창 때문에 기계적인 스트레스를 발생시킨다. 어느 효과라도 상기 컨버젼스 거리를 규정하는 광학 요소들을 잘못 정렬시킬 수 있다. 임의의 이와 같은 정렬 불량은 컨버젼스 거리, 내시경 또는 다른 입체 이미지화 시스템의 전체적인 광학 특성과 특히 관찰되는 3차원 이미지의 품질을 변경시킬 수 있다.

그리하여 이와 같은 이미지화 시스템이 거친 취급과 반복적인 고압 살균의 스트레스를 견디게 하고 컨버젼스 거리를 규정하는 광학 요소들의 정밀한 정렬을 용이하게 하며, 상이한 작동 거리에 적응되는 내시경과 같은 단일의 입체 이미지화 시스템을 가능하게 하는 장치가 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 상호 교체 가능한 컨버젼스 광학기기에 의해 상이한 컨버젼스 거리를 제공하는 수단을 갖는 입체 이미지화 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 더욱 용이하게 정렬되고 환경적 부하에 대해 안정성이 증가한 광학 요소들을 가진 스테레오 컨버젼스 광학기기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상이한 컨버젼스 거리에 의해 특정되는 커플러를 갖는 이미지화 시스템으로서 내시경을 사용하는 입체적 관찰 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기계적 충격 및 열적 충격과 같은 다양한 환경적 부하를 견딜 수 있는 입체 내시경 관찰 시스템을 위한 컨버젼스 광학기기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 내시경의 반복적인 고압 살균의 충격을 최소화하는 입체 내시경을 위한 컨버젼스 광학기기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 컨버젼스 커플러는 입체 이미지화 시스템과 입체 관찰 시스템 사이를 연결한다. 하우징이 상기 이미지화 시스템과 관찰 시스템을 중개하고 착탈 가능하게 연결하도록 구성된다. 상기 하우징 내의 컨버젼스 광학기기는 상기 이미지화 시스템으로부터 입력 축을 따라 수광된 광선을 상이한 출력 축을 따라 상기 입체 관찰 시스템으로 전달하고 이에 의해 입체 관찰을 위한 최적의 컨버젼스를 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 광학 입체경 시스템은(optical stereoscopic system)은 광학 이미지화 시스템과 관찰 시스템을 포함한다. 상기 광학 이미지화 시스템은 대상의 제 1 및 제 2의 별개의 이미지를 제공하고 광은 제 1 및 제 2 광학 채널을 통해 전달된다. 상기 관찰 시스템은 상기 이미지를 입체 관찰을 위해 표시한다. 프리즘만을 포함하는 제 1 및 제 2 광학 조립체는 입체 관찰을 최적화하기 위해 제 1 및 제 2 광학 채널로부터의 광의 전달을 제어한다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 광학 입체경 시스템은 광학 이미지화 시스템과 관찰 시스템을 포함한다. 상기 광학 이미지화 시스템은 제 1 및 제 2 광학 채널로부터 전달된 시준된 광으로 대상에 대한 제 1 및 제 2의 별개의 이미지를 제공한다. 광학 컨버젼스 조립체는 단일 대상 지점으로부터 제 1 및 제 2 출력 축을 따라 상기 제 1 및 제 2 광학 채널을 통해 각각 전달된 광선의 방향을 바꾸는 제 1 및 제 2 광학 조립체를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 광학 조립체는 상기 제 1 및 제 2 출력 축이 상기 관찰 시스템에서 이미지들의 분리를 최적화하는 내부의 각을 갖도록 배치된다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 광학 컨버젼스 커플러는 대상의 분리된 이미지를 2개의 채널에 생성하는 입체 내시경과 입체 관찰 시스템 사이를 연결한다. 상기 광학 컨버젼스 커플러는 상기 내시경 및 관찰 시스템을 중개하고 착탈 가능하게 연결하는 공동(cavity)을 갖는 하우징을 포함한다. 상기 하우징 공동 내에 컨버젼스 광학기기는 각 내시경 채널로부터 상기 입체 관찰 시스템으로 광을 전달함으로써 상기 대상에 대한 최적의 입체 이미지를 관찰을 위해 제공하는 상기 관찰 시스템에서 이미지 분리를 형성한다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 대상을 입체적으로 관찰하는 광학 시스템은 입체 내시경과 입체 관찰 시스템을 포함한다. 입체 내시경은 상기 내시경의 원 종단으로부터 작동 거리에 위치되는 대상의 이미지를 2개의 채널 각각에 따라 전송한다. 입체 관찰 시스템은 수신 이미지에 대응하여 입체 이미지를 표시한다. 컨버젼스 광학기기는 주어진 작동 거리에 대해 상기 입체 이미지화 시스템으로부터의 이미지를 위한 최적의 컨버젼스 거리를 형성하기 위해 상기 내시경 시스템과 상기 관찰 시스템을 중개한다. 보다 구체적으로는, 제 1 광학 조립체는 대상 지점으로부터 제 1 입력 축을 따라 제 1 채널을 통해 수신된 제 1 광선을 제 1 출력 축을 따라 상기 관찰 시스템으로 전달한다. 제 2 광학 조립체는 상기 동일 대상 지점으로부터 상기 제 2 입력 축을 따라 제 2 채널을 통해 수신된 제 2 광선을 제 2 출력 축을 따라 상기 관찰 시스템으로 전달한다. 제 1 및 제 2 출력 축은 상보적이 되도록 또한 상기 작동 거리에 대해 상기 관찰 시스템에서 상기 이미지 분리를 최적화하는 내부의 각을 규정하도록 방향이 맞추어진다.

첨부된 특허청구범위는 본 발명의 주제를 특정적으로 지적하고 명백하게 주장한다. 본 발명의 다양한 목적, 이점 및 새로운 특징들은 첨부한 도면과 연계하여 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이며, 도면에서 같은 참조 부호는 같은 부분을 참조한다.

도 1은 본 발명을 포함하는 내시경 조립체의 평면도이고,

도 2는 도 1에 도시된 내시경 조립체의 분해도,

도 3은 도 1의 평면도에서 프리즘 기반 컨버젼스 조립체를 통과하는 단면도이고,

도 4는 도 3의 단면도를 횡단하는 도 1에 도시된 프리즘 기반 컨버젼스 조립체를 통과하는 다른 단면도이고,

도 5A 및 5B는 도 3 및 4의 컨버젼스 조립체에 포함된 프리즘 조립체의 평면도 및 측면도이고,

도 6은 도 5에 도시된 프리즘 조립체의 일부에 대한 확대도이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명을 포함하는 광학 입체경 시스템의 예로서 내시경 조립체(10)는 이미지화 시스템으로서 내시경(11), 관찰 시스템을 대표하는 카메라 조립체(12), 어댑터(13) 및 컨버젼스 커플러(14)를 포함한다. 내시경(11)은 원 종단부(15)에 있는 대물렌즈, 근 종단부(16)에 있는 릴레이 렌즈와 접안렌즈를 구비한다. 광 파이프 연결구(17)는 대상을 조명하기 위해 원 종단부(15)에 조명을 제공하는 광원에 연결하는 수단을 제공한다. 또한 근 종단부(16)는 외부에 나사산이 형성된 커플링(18)을 포함한다.

관찰시스템에 포함된 카메라 조립체(12)는 다수의 형태를 가질 수 있다. 이 특정 실시예에서는, 카메라 조립체(12)는 전단부 커플링(20)과 좌우 카메라(21L, 21R)를 포함한다. 내부의 카메라 광학 요소들은 시준된 광을 접안장치(13)로부터 수광하고 이미지를 감광 검출기에 플립 포커싱 하여 관찰 시스템이 관찰 가능한 입 체 이미지로 변환하는 전자 신호를 생성하며, 이 모두는 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다.

어댑터(13)는 도 1과 도 2에서 좌측으로 향하는 외부에 나사산이 형성된 접관(22)을 포함한다. 이 접관(22)은 커플링(18)에 장착되어 상기 어댑터(13)를 탈착 가능한 연결로 내시경에 부착한다. 전형적으로 어댑터(13)는 무균의 휘장을 부착하여 내시경을 위해 무균 필드를 한정하고 카메라 조립체(12)를 위해 비-무균 필드를 한정하는 표면을 포함한다.

이 실시예에서 컨버젼스 커플러(14)는 도 2에서 우측을 향하고, 어댑터(13)에서 내부적으로 나사산이 형성된 공동(27)에 장착되는 외부적으로 나산산이 형성된 부분(26)를 가지는 하우징(25)을 구비한다. 하우징(25)의 외부적으로 나사산이 형성된 부분(26)은 또한 커플링(2)을 회전시킴으로써 카메라(12)의 커플링에 끼워져 또 다른 탈착 가능한 연결구를 형성한다. 이와 같이, 내시경(11), 어댑터(13), 컨버젼스 커플러(14) 및 카메라(12)가 조립될 때, 이것들은 단단한 구조체이고 대상의 입체적 표시를 생성하는 내시경 기반 광학 시스템 조립체(10)를 형성한다.

명백한 바와 같이, 상이한 작동 거리를 매칭시키기 위해 상이한 특성을 갖는 본 발명을 구현하는 컨버젼스 커플러(14)를 구성하는 것은 간단한 문제이다. 그 다음 의사가 컨버젼스 커플러를 교환하는 것도 간단한 절차이다. 이와 같이, 본 발명은 의사가 단일의 입체 내시경과 한 세트의 컨버젼스 커플러(14)를 구입하여 의사가 진료 과정 중에 마주칠 것으로 예상되는 작동 거리를 매칭시키는 컨버젼스 커플러를 설치하는 것을 가능하게 한다.

또한, 본 발명에 의하면, 광학 요소들을 컨버젼스 커플러(14) 내에 그리고 내시경(14)의 외부에 배치하는 것은 내시경(11)의 구성을 단순하게 한다. 구체적으로, 내시경(11)으로부터 컨버젼스 광학기기를 제거하는 것은 내시경의 구성을 단순하게 하여 내시경이 반복적인 고압 살균에 더욱 잘 견딘다. 또한, 상기 컨버젼스 커플러는 무균 필드(sterile field)의 외부에 배치될 수 있기 때문에, 컨버젼스 커플러는 일반적으로 고압 멸균될 필요가 없다. 그러나, 커플러(14)는 필요하다면 자동으로 고압 멸균되도록 구성될 수 있다.

이제 광학적 특성을 참조하여, 내시경(11)은 2개의 분리된 이미지화 시스템 또는 채널을 갖는 입체 내시경으로서 형성된다. 이것은 내시경(11)이 개개의 채널의 중심 사이에 횡단 이격 "b"를 갖는 개개의 이격된 입사 눈동자들을 가진다. 상기 2개의 채널에 의해 생성된 이미지들은 상기 입사 눈동자 위치로부터 떨어져 컨버젼스 거리 "h"에 있는 축에 배치된 대상 필드를 이미지화할 때 등록된다. 알려진 바와 같이, 상기 입사 눈동자들은 말단(15)에 대략 배치될 것이다.

"h" 에 대한 "b"의 비율은 중요한 특성이며, 이 비율은 내시경이 소정의 작동 거리에 대해 적당한 입체 분리를 제공하는지 여부를 제공하기 때문이다. 촛점이 형성된 이미지를 예컨대 카메라 조립체(12)의 초점 평면으로 정의된 상기 센서에 유지하기 위해, 다수의 입체 내시경이 포커싱 메커니즘을 사용함으로써 작동 거리의 범위를 제공한다. 그러나 이와 같은 재 포커싱이 일어날 때 3차원적인 효과가 상대적으로 안정된 상태에서 유지된다면 작동거리에 전형적으로 대응하는 최적 컨버젼스 거리를 제공하는 것이 필요하다. 즉, 상기 컨버젼스 거리 "h"를 초점 설 정에 의해 형성된 작동 거리에 일치시키기 위한 메커니즘을 사용하는 것이 필요하다.

컨버젼스 커플러(14)는 소정의 컨버젼스 거리를 제공하는 수단을 구성한다. 컨버젼스 커플러(14)는 상기 이미지들을 내시경 채널로부터 관찰 장치로 전달하고 내시경이 적당한 작동 거리와 일치하는 컨버젼스 거리를 설정한다. 그 결과, 컨버젼스 거리에서의 변경을 초래하여 최대 3차원 효과를 위해 입체 이미지를 최적화하기 위해 컨버젼스 조립체를 교체하는 것이 필요할 뿐이다.

보다 구체적으로는, 컨버젼스 커플러(14)는 시준된 광이 카메라 조립체(12)에 입사하기 전에 내시경(11)의 2개의 채널로부터의 시준된 광을 차동적으로 방향을 재설정함으로써 컨버젼스 거리를 설정한다. 컨버젼스 또는 발산하는 위치에 반대로, 광을 형성하는 이미지를 시준된 위치로 재 방향 설정함으로써 컨버젼스 점을 설정하는 것은, 광학 기기들의 설계와 정렬을 단순하게 한다.

도 3 및 도 4는 외부에 나사산이 형성된 부분(26)을 갖는 하우징(25)을 포함하는 컨버젼스 커플러(14)의 일 실시예를 도시한다. 하우징(25)은 직사각형 공동(31)에 컨버젼스 프리즘 조립체(30)를 수용한다. 지지용 커버(32)는 하우징(25) 내에 컨버젼스 프리즘 조립체(30)를 가둔다. 이 구조체의 상세는 컨버젼스 프리즘 조립체(30)의 구체적인 실시에 주로 의존한다. 하우징(25)와 지지용 커버(32)는 어떤 광 경로와도 간섭하지 않도록 개구에 의해 구성되어야 한다.

이제 도 5A 및 도 5B를 참조하면, 구체적으로 개시된 컨버젼스 프리즘 조립체(30)는 2개의 광학 조립체(33A, 33B)를 포함한다. 이것들은 동일한 대향하는 조 립체들이며, 따라서 광학 조립체(33A)만 설명하면 된다. 도 5A와 도 6에 도시된 바와 같이, 광학 조립체(33A)는 프리즘만을 포함하며, 이 실시예에서 2개의 광학 프리즘(34, 35)이다. 더욱 구체적으로는, 이 실시예에서, 제 1 프리즘(34)은 4면체이고, 제 2 프리즘(35)은 5면체이다. 단일 대상 점으로부터 입사하는 광선은 프리즘(34)에서 2번 반사되고 프리즘(35)에서 1번 반사된다.

도 6을 참조하면, 내시경의 한 채널을 통해 전달된 단일 대상 점으로부터의 입사 광선(36)은 축(37)에 평행한 입력 축 상에 있다. 광선(36)은 제 1 프리즘(34)의 거울 프리즘 면(40) 및 거울 프리즘 면(42)과 제 2 프리즘(35)의 거울 프리즘 면(42)으로부터 반사되어 출력 축(44)을 따라 출력 광선(43)으로서 조립체(33A)를 나온다. 광선에 대한 입력 및 출력 축은 서로 평행하다. 또한 명백한 바와 같이, 이미지로부터의 다른 입사 광선들도 임의의 각도로 프리즘에 진입할 수 있으며 총체적으로 상기 광선들은 출력측의 대응하는 축을 따라 전달될 것이다.

프리즘 면(41)은 또한 기준을 정한다. 만일 조립체(33A)가 도 6의 평면의 수직인 축 주위로 회전하면, 기준면(41)은 더 이상 축(37)을 따르지 않으며, 광선(43)에 의해 규정된 축(44)은 더 이상 축(37)에 평행하지 않다. 출력의 이들 대응하는 축들은 도 6의 평면에 수직인 축에 대한 조립체(33A)의 회전에 종속할 것이다. 또한 광학 조립체(33B)는 회전에 따라 내시경(11)의 다른 채널로부터 상기 이미지의 상보적인 출력을 생성할 것임에 명백할 것이다. 상기 회전은 보통 크기는 같고 방향은 반대일 것이다.

본 발명의 한 가지 실시예에 의하면, 컨버젼스 프리즘 조립체(30)를 제조하 는 공정은 도 5A의 평면에 수직인 축에 대해 조립체(33A, 33B)가 회전하는 것을 허용하는 지그 또는 픽스처(fixture)에 조립체(33A, 33B) 각각을 장착하는 것을 포함한다. 이것들은 대향하는 기준면 사이의 각도가 상기 관찰 시스템에서 이미지의 분리를 최적화할 때까지 회전된다.

한 가지 제조 방법에서, 일단 적당한 각도가 설정되면, 컨버젼스 프리즘 조립체(30)의 각 측면에 유리판에 접합된다. 도 5B는 가상으로 그와 같은 2개의 유리판(46, 47)을 보여준다. 이 구조와 제조 공정은 컨버젼스 프리즘 조립체(30)와 같은 빔 편향 프리즘의 물리적 구성을 아주 정확하게 가능하게 한다. 또한 반사면(40, 41, 42)과 같은 반사면의 정렬이 이미 알려진 프리즘 제작 기술을 사용하여 달성될 수 있도록 하며, 이는 종래의 입체 내시경에서 사용된 상당하는 거울을 정렬하는 것보다 더 쉽고 정밀하다. 또한, 유리판(46, 47)를 갖는 최종 형태에서, 컨버젼스 프리즘 조립체(30)는 실질적으로 단일 결정이며 따라서 넓은 범위의 환경적 부담하에서 상당히 안정적이다.

그러므로, 컨버젼스 커플러(14)는 내시경 조립체에 용이하게 탈부착된다. 다양한 컨버젼스 커플러(14)들이 각 작동 거리를 위한 상이한 내시경의 필요 없이 상이한 작동 거리에 대해 발명될 수 있다. 이것은 광범위한 응용을 위한 내시경 시스템의 획득 비용을 감소시킬 것이다. 내시경(11) 내부 대신에 별도의 컨버젼스 커플러(14)에 컨버젼스 광학 요소들을 재배치하는 것은 내시경(11)이 고압 살균(autoclaving)에 더욱 강하게 하고 고압 살균 설비를 위핸 전통적인 밀봉 기술의 사용을 허용한다. 컨버젼스 거리를 설정하는데 필요한 빔 편향이 시준된 공간에서 컨버젼스 커플러(14)에 의해 달성될 때 실현되는 이익이 있다. 관측된 이미지들은 상기 광학 요소들에 있을 수 있는 다수의 불완전한 것들에 덜 민감하다. 또한, 프리즘에서 글래스 경로 변화에 의해 초래된 수차에 일반적으로 덜 민감하기 때문에 설계상 유연성이 더 많다.

본 발명은 특정 실시예를 통해 설명되었다. 예를 들어, 본 발명의 특정 실시예는 컨버젼스 커플러(14)를 별도의 장치로 설명한다. 일부 응용에서는 컨버젼스 커플러(14)가 카메라 조립체(12)와 같은 카메라 조립체에 영구적으로 부착될 수 있다. 이것은 의사들에게 상이한 카메라 유닛을 제공함으로써 단일 내시경이 상이한 작동 거리에 대해 사용되는 것을 허용하는 이점을 여전히 가능하게 할 것이다. 또한, 컨버젼스 커플러(14)는 구체적으로 개시된 실시예에서 시준된 공간에 배치된다. 본 발명은 또한 커플러(14)를 비-시준된 공간에 배치하기 위해 용이하게 적응된다. 상기 특정 실시예는 4면과 5면 프리즘을 사용하는 광학 조립체를 개시한다. 다른 등가의 프리즘들이 동일한 기능을 수행하기 위해 대체되거나 변경될 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 전술한 그리고 다수의 다른 변형들이 상기 개시된 장치에 대해 이루어질 수 있음은 명백하다. 그러므로, 본 발명의 진정한 사상과 범위 내에서 이와 같은 모든 변형과 변경을 포함하는 것이 첨부된 청구항들의 의도이다.

Claims (28)

1. 입체 이미지화 시스템과 입체 관찰 시스템 사이를 연결하는 컨버젼스 커플러에 있어서,

   A) 상기 이미지화 시스템과 관찰 시스템을 중개하고 착탈 가능하게 연결하는 하우징과,

   B) 상기 이미지화 시스템으로부터 입력 축을 따라 수광된 광선을 상이한 출력 축을 따라 상기 입체 관찰 시스템으로 전달하고 이에 의해 입체 관찰을 위한 최적의 컨버젼스를 제공하는 상기 하우징 내의 컨버젼스 수단을

   포함하는 것을 특징으로 하는 컨버젼스 커플러.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 컨버젼스 커플러는,

   i) 입력 축을 따라 수신된 광선을 각도 변위된 출력 축을 따라 전달하는 제 1 및 제 2 광학 조립체와,

   ii) 상기 광선을 상보적 출력 축을 따라 전달하기 위해 상기 제 1 및 제 2 광학 조립체를 위치시키는 상기 하우징 내에 배치된 수단을

   포함하는 것을 특징으로 하는 컨버젼스 커플러.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각은 상기 전달을 수행하는 프리즘을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버젼스 커플러.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각의 프리즘은 5면체 프리즘인 것을 특징으로 하는 컨버젼스 커플러.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 광학 어셈블리는 4면체 프리즘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버젼스 커플러.
6. 제 1 및 제 2 광학 채널을 통해 전달된 광으로 대상에 대한 제 1 및 제 2의 별개 이미지를 제공하는 광학 이미지화 시스템과 입체 관찰을 위해 상기 이미지들을 표시하는 관찰 시스템을 포함하는 광학 입체경 시스템에 있어서,

   제 1 및 제 2 광학 조립체는 상기 입체 관찰을 최적화하기 위해 상기 제 1 및 제 2 광학 채널로부터의 상기 광의 전달을 제어하는 프리즘만을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 입체경 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각의 프리즘은 5면체 프리즘인 것을 특징 으로 하는 광학 컨버젼스 커플러.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각은 4면체 프리즘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 컨버젼스 커플러.
9. 제 1 및 제 2 광학 채널로부터 전달된 시준된 광으로 대상에 대한 제 1 및 제 2의 별개의 이미지를 제공하는 광학 이미지화 시스템과 상기 이미지를 입체 관찰을 위해 표시하는 관찰 시스템을 포함하는 광학 입체경 시스템에 있어서,

   광학 컨버젼스 조립체는,

   A) 단일 대상 지점으로부터 제 1 및 제 2 출력 축을 따라 상기 제 1 및 제 2 광학 채널을 통해 각각 전달된 광선의 방향을 바꾸는 제 1 및 제 2 광학 조립체와,

   B) 상기 제 1 및 제 2 광학 조립체를 배치함으로써 상기 제 1 및 제 2 출력 축이 상기 관찰 시스템에서 이미지들의 분리를 최적화하는 내부의 각을 갖도록 하는 수단을

   포함하는 것을 특징으로 하는 광학 입체경 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각은 기준면을 구비하고,

    상기 배치 수단은 주어진 동작 조건에서 상기 관찰된 입체경 이미지를 최적 화하기 위해 상기 광학 조립체를 상기 기준면을 대향하는 상보적인 관계로 상기 관찰 시스템에서 이미지 분리를 생성하는 내부의 각(included angle)을 두고 배치하는 것을 특징으로 하는 광학 컨버젼스 조립체.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 광학 조립체는 하나 이상의 프리즘을 포함하는 프리즘 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 컨버젼스 조립체.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 프리즘 수단 각각은 5면체 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 컨버젼스 조립체.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 프리즘 수단 각각은 상기 기준면을 구성하는 한 면을 갖는 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 광학 컨버젼스 조립체.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 기준면을 갖는 상기 프리즘은 상기 5면체 프리즘에 부착된 4면체 프리즘에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 컨버젼스 조립체.
15. 대상의 분리된 이미지를 2개의 채널에 생성하는 입체 내시경과 입체 관찰 시스템 사이를 연결하는 광학 컨버젼스 커플러에 있어서,

    A) 상기 내시경 및 관찰 시스템을 중개하고 착탈 가능하게 연결하는 공동(cavity)을 갖는 하우징과,

    B) 각 내시경 채널로부터 상기 입체 관찰 시스템으로 광을 전달함으로써 상기 대상에 대한 최적의 입체 이미지를 관찰을 위해 제공하는 상기 관찰 시스템에서 이미지 분리를 형성하는 상기 하우징 공동 내에 컨버젼스 수단을

    포함하는 것을 특징으로 하는 광학 컨버젼스 커플러.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 내시경은 상기 내시경 채널들로부터 시준된 광을 제어하고,

    상기 컨버젼스 수단은,

    i) 단일 대상 지점으로부터 입력 축을 따라 입사하는 광선을 해당하는 내시경 채널로부터 상이한 각도 변위된 출력 축을 따라 상기 관찰 시스템으로 방향을 변경하는 제 1 및 제 2 광학 조립체와,

    ii) 상기 관찰 시스템에서 이미지의 분리를 최적화하는 각도로 출력 축의 방향을 정하기 위해 상기 제 1 및 제 2 광학 조립체를 배치하는 상기 하우징 내의 수단을

    포함하는 것을 특징으로 하는 광학 컨버젼스 커플러.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각은 상기 방향 변경을 수행하는 하나 이상의 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 컨버젼스 커플러.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각의 프리즘은 5면체 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 컨버젼스 커플러.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각은 4면체 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 컨버젼스 커플러.
20. 제 18 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각의 프리즘은 기준면을 가지고,

    상기 배치 수단은 주어진 동작 조건에서 상기 관찰된 입체 이미지를 최적화하기 위해 상기 관찰 시스템에서 이미지 분리를 생성하는 내부각을 갖고 대면하는 관계로 상기 제 1 및 제 2 광학 수단 각각에 상기 프리즘을 배치하는 것을 특징으로 하는 광학 컨버젼스 커플러.
21. 대상을 입체적으로 관찰하는 광학 시스템에 있어서,

    A) 상기 대상의 이미지를 2개의 채널 각각에 따라 전송하는 입체 내시경,

    B) 수신 이미지에 대응하여 입체 이미지를 표시하는 입체 관찰 시스템, 및

    C) 주어진 작동 거리에 대해 상기 입체 이미지화 시스템으로부터의 이미지를 위한 최적의 컨버젼스 거리를 형성하기 위해 상기 내시경 시스템과 상기 관찰 시스템을 중개하는 컨버젼스 수단을 포함하고,

    상기 대상은 상기 내시경의 원 종단으로부터 작동 거리에 위치되며,

    상기 컨버젼스 수단은,

    i) 대상 지점으로부터 제 1 입력 축을 따라 제 1 채널을 통해 수신된 제 1 광선을 제 1 출력 축을 따라 상기 관찰 시스템으로 전달하는 제 1 광학 조립체,

    ii) 상기 동일 대상 지점으로부터 상기 제 2 입력 축을 따라 제 2 채널을 통해 수신된 제 2 광선을 제 2 출력 축을 따라 상기 관찰 시스템으로 전달하는 제 2 광학 조립체, 및

    iii) 상기 제 1 및 제 2 출력 축이 상보적이고 상기 작동 거리에 대해 상기 관찰 시스템에서 상기 이미지 분리를 최적화하는 내부의 각을 규정하도록 상기 제 1 및 제 2 광학 조립체의 방향을 정하는 수단을

    포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 내시경과 상기 관찰 시스템을 중개하는 상기 컨버젼스 수단을 해제 가능하게 접속함으로써 상기 컨버젼스 수단이 상이한 작동 거리를 보상하기 위해 교 체될 수 있도록 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 내시경은 접안경을 포함하고,

    상기 컨버젼스 수단은 상기 제 1 및 제 2 광학 조립체와 상기 방향을 정하는 수단을 위한 하우징을 포함하고,

    상기 해제 가능한 접속 수단은 상기 접안경에 접속을 위한 제 1 해제 가능한 커플링과 상기 관찰 시스템에 접속을 위한 제 2 해제 가능한 커플링을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
24. 제 22 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각은 각 입력 축을 따라 수신된 광의 방향을, 각 출력 축을 따라 광의 방향을 유도하는 제 2 프리즘으로 유도하는 제 1 프리즘을 포함하고,

    상기 제 1 프리즘은 상기 입력 축을 따라 수신된 광이 반사하는 기준면을 구비하고,

    상기 방향을 정하는 수단은 상기 기준면들 사이에 내부각을 형성하기 위해 상기 프리즘들을 맞물리게 하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
25. 제 24 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각의 상기 제 2 프리즘은 5면체 프리즘인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
26. 제 25 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각의 상기 제 1 프리즘은 4면체 프리즘인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
27. 제 22 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 광학 조립체 각각은 입력 축으로부터 출력 축으로 광의 방향을 변경하는 3개의 반사 면을 구비하는 프리즘 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 프리즘 수단 각각은, 대응하는 입력 축으로부터 광를 수신하는 2개의 반사 면을 갖는 제 1 프리즘과, 상기 제 1 프리즘으로부터 수신한 광의 방향을 상기 출력 축을 따라 유도하는 하나의 반사 면을 갖는 제 2 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.

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