(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイクロイックプリズムアセンブリの入口面を通って物体像から光を受けるように構成されたダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）であって、前記アセンブリは、  第１のプリズム（Ｐ１）、
第２のプリズム（Ｐ３）、
前記第１のプリズム（Ｐ１）と前記第２のプリズム（Ｐ３）との間に位置する第１の補償器プリズム（Ｐ２）、
光を３つの光成分に分割するためのさらなるダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７）、および、
前記第２のプリズム（Ｐ３）と前記さらなるダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７）の間に位置する第２の補償器プリズム（Ｐ４）、ここにおいて、前記第１のプリズム（Ｐ１）および前記第２のプリズム（Ｐ３）は各々少なくとも５つの角をもつ断面を有し、各角が、少なくとも９０度の内角を有する、
を備え、
ここにおいて、前記第１のプリズム（Ｐ１）および前記第２のプリズム（Ｐ３）の各々は各入口面（Ｓ１，Ｓ３）と各出口面を有し、前記第１のプリズム（Ｐ１）および前記第２のプリズム（Ｐ３）の前記角の各々は、前記入口面の法線と平行な方向に各プリズムの前記入口面に入る入射ビームが、前記各プリズムの内部で２回反射され、出口面の法線と平行に前記出口面を通って前記各プリズムを出るように、設計される、
ここにおいて、各プリズムの前記入口面の前記法線と前記出口面の前記法線が互いに垂直である、
ここにおいて、光が前記入口面を通って前記第１のプリズム（Ｐ１）に入るとき、前記光が、前記第１のプリズム（Ｐ１）の前記出口面に向かって部分的に反射され、それによって、前記第１のプリズム（Ｐ１）の前記入口面から前記第１のプリズム（Ｐ１）の前記出口面まで第１の経路長を進行し、前記光が前記第１の補償器プリズム（Ｐ２）を経由して前記第２のプリズム（Ｐ３）に部分的に入り、前記第２のプリズム（Ｐ３）の前記出口面に向かって部分的に反射され、それによって、前記第１のプリズム（Ｐ１）の前記入口面から前記第２のプリズム（Ｐ３）の前記出口面まで第２の経路長を進行する、ここにおいて、前記第１のプリズム（Ｐ１）が、前記第１の経路長と前記第２の経路長が同じであるように前記第２のプリズム（Ｐ３）よりも大きい、
ダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
【請求項２】
前記第１のプリズムおよび前記第２のプリズムが五角プリズムである、請求項１に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
【請求項３】
前記五角プリズムがそれぞれ、１つの直角と、２つの角度αと、２つの角度２２５−αとを有する、ここにおいて、９０＜α＜１３５である、請求項２に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
【請求項４】
前記第１のプリズム（Ｐ１）および前記第１の補償器プリズム（Ｐ２）は、前記第１のプリズムで部分的に反射されなかった前記光が前記第１のプリズム（Ｐ１）を出る前記第１のプリズム（Ｐ１）の面（Ｓ２）と、前記第１のプリズム（Ｐ１）を出た前記光が前記第１の補償器プリズム（Ｐ２）に入る前記第１の補償器プリズム（Ｐ２）の面が互いに接触するように構成され、
前記第２のプリズム（Ｐ３）および前記第２の補償器プリズム（Ｐ４）は、前記第２のプリズムで部分的に反射されなかった前記光が前記第２のプリズム（Ｐ３）を出る前記第２のプリズム（Ｐ３）の面（Ｓ４）と、前記第２のプリズム（Ｐ３）を出た前記光が前記第２の補償器プリズム（Ｐ４）に入る前記第２の補償器プリズム（Ｐ４）の面が互いに接触するように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
【請求項５】
前記第１のプリズム（Ｐ１）の前記出口面が第１のセンサ（Ｄ１）を備え、前記第２のプリズム（Ｐ３）の前記出口面が第２のセンサ（Ｄ２）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
【請求項６】
前記第１のセンサ（Ｄ１）および前記第２のセンサ（Ｄ２）が赤外光センサである、請求項５に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
【請求項７】
前記さらなるダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７）内の各プリズムがセンサ（Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５）を備える、請求項５または６に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の少なくとも１つのダイクロイックプリズムアセンブリ（１５）を備える内視鏡または腹腔鏡（１０）。
【請求項９】
光を前記ダイクロイックプリズムアセンブリに集中させるためのレンズ（１２）をさらに備える、請求項８に記載の内視鏡または腹腔鏡（１０）。
【請求項１０】
請求項６を引用する請求項７に記載の少なくとも１つのダイクロイックプリズムアセンブリ（１５）を備え、ここにおいて、赤外光センサ（Ｄ１、Ｄ２）として２つの赤外イメージング波長センサが使用され、センサ（Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５）として３つの可視光波長センサが使用される、ここにおいて、前記センサの各々が、ピクセルの３分の１よりも良い精度をもって光学的にピクセルごとにアライメントされる、医療イメージングシステム。
【請求項１１】
照射するために手術野の上に光エンジンからの光を提供するための光ファイバコア（５４）を備える統合されたケーブルを使用する、ここにおいて、前記光ファイバコアはセンサデータを運ぶための複数の同軸ケーブル（５１）によって囲まれている、請求項８または９に記載の内視鏡または腹腔鏡。
【請求項１２】
照射するために手術野の上に光エンジンからの光を提供するための光ファイバコア（５４）を備える統合されたケーブルを使用する、ここにおいて、前記光ファイバコアはセンサデータを運ぶための複数の同軸ケーブル（５１）によって囲まれている、請求項１０に記載の医療イメージングシステム。
【請求項１３】
前記赤外光センサがそれぞれ、７００〜８００ｎｍ範囲内および８００〜９００ｎｍ範囲内で動作する、請求項６を引用する請求項８または９に記載の内視鏡または腹腔鏡。
【請求項１４】
前記赤外光センサがそれぞれ、７００〜８００ｎｍ範囲内および８００〜９００ｎｍ範囲内で動作する、請求項１０に記載の医療イメージングシステム。
【請求項１５】
フレーム獲得頻度が毎秒少なくとも６０フレームであり、サンプリングレートが少なくともピクセルあたり８ビットである、請求項８、９、１１または１３に記載の内視鏡または腹腔鏡。
【請求項１６】
フレーム獲得頻度が毎秒少なくとも６０フレームであり、サンプリングレートが少なくともピクセルあたり８ビットである、請求項１０、１２または１４に記載の医療イメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイクロイックプリズムアセンブリに関し、より詳細には、４つまたは５つのチャンネルをもつダイクロイックプリズムアセンブリに関する。ダイクロイックプリズムアセンブリは、内視鏡先端において使用されることがある。
【背景技術】
【０００２】
図１は、それぞれのセンサＤ３、Ｄ４、およびＤ５に向かって光を赤色成分、緑色成分、および青色成分に分割するためのプリズムＰ５とＰ６とＰ７とを備えるプリズムアセンブリを示す。光は、図１において示される矢印を通ってプリズムアセンブリに入る。Ｐ５とＰ６との間に、光学コーティングＣ１が設置され、プリズムＰ６とＰ７との間に、光学コーティングＣ２が設置され、各光学コーティングＣ１およびＣ２は、異なる反射率と波長感度とを有する。Ｃ１では、入射ビームＩは、プリズムの、光が入った（ビームＪ）のと同じ面に部分的に反射される。その同じ面において、今度はＫとラベルされたビームは、もう一度、センサＤ３に向かって反射される。ＪからＫへの反射は、内面反射である。したがって、センサＤ３は、コーティングＣ１によって反射された光を受け、類似の様式で、センサＤ４は、コーティングＳ２（ビームＭおよびＮ）によって反射されたビームＬから光を受け、センサＤ５は、妨害されていないプリズムを横断したビームＯから光を受ける。
【０００３】
図１のシステムは、３つの光成分（たとえば、赤色、青色、緑色、すなわちＲＧＢレイヤー、ＮＩＲ、ＮＩＲ）を同時に測定することしかできない。より多くの成分（たとえば、近赤外線）が同時に測定されるべきである場合、現在の最新技術は、対象となるチャンネルを側面に分離し、残りを通過させるために、ビームスプリッタを使用することである。しかしながら、プリズムおよびビームスプリッタのこの増加する「積み重ね」は、その焦点平面内にすべてのセンサを有するために、第１のプリズムが物理的に最大であり、全焦点距離を補償し、すべてのセンサを補償するために、進行するにつれて減少するという課題を有する。そのうえ、機械的な制約により、これらのプリズムは、通常、プリズムがＰ６およびＰ７の真下にないが、９０度回転されるように、入射光軸に沿って９０度回転され、その場合、プリズムは、やや小さく設計可能である。
【０００４】
プリズムの積み重ねの別の欠点は、これらの積み重ねられたプリズム要素の各々は、全内面反射に依拠し、正しく機能するために、組み立てられたプリズム要素の各々の間の空隙を必要とすることである。基礎物理から、これは、たとえば空隙のないミラーコーティングによって解決できないという結果になる。これらの空隙は、重要である光学系の構造的完全性を提供するために、外部構造を必要とする。これらの構造的構成要素の温度および構成要素材料膨張係数の差は、光路アライメント問題を回避するために、合致することが必要である。
【０００５】
これらのセットアップに関する別の主な問題は、すべてのケースにおいて、センサは、互いに対向することであり、長いケーブルおよび信号完全性による構造的な電子的複雑さを増す。４つ以上のチャンネルをもつシステムが、これらの制約による大きなサイズとシステム複雑さとを有することが課題である。
【０００６】
ＵＳ９１７３５５４は、図１において概説されるダイクロイックプリズムアセンブリを使用する。赤外線蛍光放射のための第４の成分を測定することを可能にするために、センサＤ３に至る光路は、時間交互（ｔｉｍｅ  ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）様式で、赤色（Ｒ）光と赤外（ＩＲ）光の両方を検出するために使用される。この手法は、いくつかの欠点を有する。まず第一に、時間領域において、分解能は、必要とされる切り換えにより半減される。これは、リアルタイム適用例を、あまり魅力的でないものにし、半減されたビデオレートにおけるモーションアーチファクト（ａｒｔｅｆａｃｔ）がもたらされる。それは、異なる波長からの同時複数の信号を必要とする計算することも可能にしない。第２に、赤色画像と赤外画像は両方とも、正確に焦点を合わせることはできない。赤色と赤外との間の大きな波長差により、良くても、ＩＲ画像が鮮明で焦点が合っている、または、Ｒ画像が鮮明で焦点が合っている、のどちらかである。
【０００７】
切り換えにより、センサは、同じ露出時間にのみ設定可能であり、その理由として、露出時間を切り換えることは、読み出しタイミングおよび露出時間に影響するセンサ設置を必要とし、これは、もはや重複せず、最終的に、システムのフレームレートおよび／または感度のどちらかに影響し、ならびに多大なシステム処理複雑さを追加することができることがある。最後に、利得は、低信号強度ＩＲ信号と比較的高い信号強度Ｒ信号で異なるために、激しく切り換えられることが必要である。これは、ＩＲチャンネルおよび／または赤色チャンネルのどちらかの感度に悪い影響を与え、ならびに露出を開始する前にセンサ設定を適用するのにかかる時間により、フレーム時間にも、悪い影響を与える。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、受信信号の時間切り換えを必要としない実用的な解決策を提供することである。
【０００９】
本発明は、少なくとも５つの角をもつ断面を有する第１の五角プリズムを備える、ダイクロイックプリズムアセンブリの入口面を通って物体像から光を受けるように構成されたダイクロイックプリズムアセンブリを提供し、各角は、少なくとも９０度の内角をもつ。
【００１０】
本発明の一実施形態では、最新技術と比較して、異なる手法が使用される。入射ビームを外側に、すなわち、入射ビームから離れて、分割する代わりに、入射ビームが内側に分割される、すなわち、光路がそれ自体の入射ビームと交差する。分離されたビームを入射ビームと交差させることによって、経路長さは、たとえば図１において使用されるような外側分割と比較して、実質的に増加される。この内側分割を使用することによって、全体的なプリズムサイズは、すべての光路間で経路長が一致することを依然として可能にしながら、減少可能である。図１の最新技術とは異なり、内面反射がビームＪからビームＫまで使用される場合、プリズムＰ１内で、非内面反射（non-internal reflection）Ｂ−Ｃが使用される。
【００１１】
本発明の一実施形態では、第２のＩＲプリズムが、上下に移動することが経路長を増加および／または減少させるように、上下に移動し、少なくとも１つの傾斜した側面を有することができる２つのウェッジ形プリズムで取り囲まれる。チャンネル５と一致するようにチャンネル４を補償するために第４のプリズムの前の経路長を増加させるとき、チャンネル４の後ろの他のウェッジプリズムは、第４のチャンネルの後ろの段を減少および／または増加させるために使用可能である。
【００１２】
そのうえ、本発明は、物体のＩＲチャンネルの両方のセンサを同時に設置することを可能にし、通常はプリズムの対向する側面にセンサを有する、または遠く離隔され、大きなシステムを作成する、標準的な積み重ね要素とは反対に、小さな機械的構造を可能にする。これらの最初の２つの段において内面反射を使用しないことによって、大きな外部構造が、内面反射に必要とされる空隙を作成するのを容易にするために必要とされない。これは、外部構成要素なしの構造簡単で安定した（両方とも、光学的にとして機械的に）を可能にし、これは、複雑さ、空間、重量を節減し、したがって、全体的な構造安定性を増す。
【００１３】
本発明は、上記で説明されたダイクロイックプリズムアセンブリを備える内視鏡をさらに提供する。
【００１４】
本発明は、上記で説明された少なくとも１つのダイクロイックプリズムアセンブリを備え、少なくとも２つの赤外イメージング波長（たとえば、６４０から１０００ｎｍの間）センサおよび３つの可視波長（たとえば、赤色、緑色、および青色）センサが使用され、センサの各々が、ピクセルの３分の１よりもよい精度で光学的にピクセルごとにアライメントされる、医療イメージングシステムをさらに提供する。イメージングシステムは、手術中のリアルタイム適用例に使用されることがある。一実施形態では、フレームレートは、少なくとも毎秒６０フレーム（ｆｐｓ）であり、ピクセルは、少なくとも８ビットでサンプリングされる。
【００１５】
一実施形態では、２つの赤外波長はそれぞれ、メチレンブルーの場合は７００〜８００ｎｍ範囲内であり、ＩＣＧの場合は８００〜９００ｎｍ範囲内である。
【００１６】
本発明は、添付の図面を参照しながら、以下でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ダイクロイックプリズムアセンブリを概略的に示す図。
【図２】本発明の一実施形態によるダイクロイックプリズムアセンブリを概略的に示す図。
【図３】本発明の一実施形態によるさらなるダイクロイックプリズムアセンブリを概略的に示す図。
【図４ａ】本発明の一実施形態による内視鏡とケーブル布線とを概略的に示す図。
【図４ｂ】本発明の一実施形態による内視鏡とケーブル布線とを概略的に示す図。
【図４ｃ】本発明の一実施形態による内視鏡とケーブル布線とを概略的に示す図。
【図５ａ】本発明の一実施形態による、移動可能な補償器プリズムをもつダイクロイックプリズムアセンブリを概略的に示す図。
【図５ｂ】本発明の一実施形態による、移動可能な補償器プリズムをもつダイクロイックプリズムアセンブリを概略的に示す図。
【図５ｃ】本発明の一実施形態による、移動可能な補償器プリズムをもつダイクロイックプリズムアセンブリを概略的に示す図。
【図５ｄ】本発明の一実施形態による、移動可能な補償器プリズムをもつダイクロイックプリズムアセンブリを概略的に示す図。
【図６ａ】本発明の一実施形態によるダイクロイックプリズムアセンブリにおいて使用するための例示的な五角プリズムを示す図。
【図６ｂ】本発明の一実施形態によるダイクロイックプリズムアセンブリにおいて使用するための例示的な五角プリズムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図２は、本発明の一実施形態によるダイクロイックプリズムアセンブリを概略的に示す。
【００１９】
本発明の一実施形態では、五角プリズムＰ１が使用される。一実施形態では、入射光ビームＡは、入口面Ｓ１に隣接しない２つの面のうちの１つである面Ｓ２の上で、部分的に反射される。次いで、反射されたビームＢが、入口面に隣接する面のうちの第１の面に対して反射される。反射の角度は、反射が内面でないように、臨界角度未満とすることができる（一実施形態では、隣接する面は、光の漏洩を回避し、対象となる必要とされる波長を反射するためにコーティングされる）。次いで、反射されたビームＣは、それ自体（ビームＡ）と交差し、センサＤ１に向かって、入口面に隣接する面のうちの第２の面を通って、プリズムを出る。ビームＡの一部は、面Ｓ２を通り、補償プリズムＰ２に入る。
【００２０】
本発明による一実施形態では、プリズムＰ１は、センサＤ１に向かって入射ビームを反射するために内面反射を使用しない。一実施形態では、２つの非内面反射が、入射ビームＡを、センサＤ１に向かってビームＢおよびＣを介するように向けるために使用される。一実施形態では、プリズムＰ１とＰ２との間に、空隙はない。一実施形態では、プリズムＰ３とＰ４との間に、空隙はない。一実施形態では、プリズムＰ２とＰ３との間に、空隙はない。
【００２１】
プリズムＰ２は、図５ａ〜図５ｄを参照してより詳細に説明される補償器プリズムである。
【００２２】
本発明の一実施形態では、Ｐ２から、ビームＤは、第２の五角プリズムＰ３に入る。プリズムＰ１と同様に、内部反射は、ビームをそれ自体と交差させるために使用される。簡略化のため、ビームの説明は、プリズムＰ３内では、ビーム部分Ｅ、Ｆ、およびＧがそれぞれ、プリズムＰ１内のビーム部分Ａ、Ｂ、およびＣに対応することを述べることを除いて、繰り返されない。
【００２３】
本発明による一実施形態では、プリズムＰ３も、センサＤ２に向かって入射ビームを反射するために内面反射を使用しない。一実施形態では、２つの非内面反射が、入射ビームＥを、センサＤ２に向かってビームＦおよびＧを介するように向けるために使用される。一実施形態では、プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３と、Ｐ４との間に、空隙はない。
【００２４】
プリズムＰ３の後ろに、別の補償プリズムＰ４がある。最後に、ビームＨは、それぞれセンサＤ３、Ｄ４、およびＤ５をもつプリズムＰ５とＰ６とＰ７とを備えるダイクロイックプリズムアセンブリに入る。Ｐ５、Ｐ６、およびＰ７のダイクロイックプリズムアセンブリは、すでに、図１を参照しながら説明されている。一実施形態では、プリズムＰ４とプリズムＰ５との間に、空隙がある。
【００２５】
図２では、以下の全経路長が、各エンドポイントチャンネルに対して規定される（チャンネルの端においてセンサに関して規定される）。
−  センサＤ１（たとえば、第１の近赤外線）経路：Ａ＋Ｂ＋Ｃ
−  センサＤ２（たとえば、第２の近赤外線）経路：Ａ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｆ＋Ｇ
−  センサＤ３（たとえば、赤色）経路：Ａ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｊ＋Ｋ
−  センサＤ４（たとえば、緑色）経路：Ａ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｌ＋Ｍ＋Ｎ
−  センサＤ５（たとえば、青色）経路：Ａ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｌ＋Ｏ
一実施形態では、経路長は、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝Ａ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＝Ａ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｊ＋Ｋ＝Ａ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｌ＋Ｏ＝Ａ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｌ＋Ｍ＋Ｎであるように、一致される。経路長の一致は、センサＤ１〜Ｄ５において検出されることになる波長における焦点平面焦点位置差に対する調整を備えることができる。すなわち、鮮明で焦点のあった画像を作成するための理想的な距離は光の波長にやや依存するので、たとえば、青色（Ｂ）光に対するセンサに向けての経路長は、赤色（Ｒ）光に対するセンサに向けての経路長と正確に同じでないことがある。プリズムは、これらの依存を可能にするように構成可能である。
【００２６】
Ｄ＋Ｈ長さは、図５ａ〜図５ｄを参照しながら説明されるように、調整され、波長シフトにより焦点補償器として機能することができる。
【００２７】
経路Ｉにおけるより大きな空隙は、追加のフィルタに使用可能である、または、焦点シフトおよび補償のためのガラス補償器で満たされることが可能である。空隙が、ビームＪからビームＫまでの経路内の内面反射により、赤色プリズムのその特定の底部表面内に存在する必要がある。空間が、追加のフィルタを提供するために、プリズム出力面とセンサＤ１〜Ｄ５の各々との間に確保可能である、または、したがってガラス補償器で満たされるべきである。
【００２８】
Ｐ１とＰ３が本質的に同じ反射経路を使用するということの利点は、光学的アセンブリが大部分は１つの側面の上にセンサを有することができる（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３はすべて、１つの側面上にある）このやり方が、すべてのセンサが同じ画像を見、ミラー効果が補償される必要がないように、均等な量の方向変更を依然として使用することである。
【００２９】
通例、光学プリズムは、３つのチャンネル青色および赤色チャンネルのケースと同様に設計され、経路長が非常に長いプリズムを必要とするそのやり方は、内視鏡またはハンドヘルドイメージングシステムにおける使用に適していない大きなモジュールという結果になる。そのうえ、２つのチャンネル（センサＤ１およびＤ２）は、互いの反対である必要があり、これはまた、２つのセンサ間の大きな距離として電子機器をより厄介にする。図２の実施形態では、２つのセンサＤ１およびＤ２は、プリズムＰ１およびＰ３と同じ側面の上にあることができる。
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、最初の２つのプリズムＰ１、Ｐ３は、少なくとも５つの角が使用され、すべての角が内角≧９０度を有する、五角形の形状を有する。
【００３１】
これらのリズムの各々は、光のための平坦な出口表面ペインを作成し、同時に、すべてのセンサの経路長に一致することを可能にする経路長補償機能を有するために、追加の補償器プリズムＰ２、Ｐ４を有する。
【００３２】
本発明による一実施形態では、寸法は、以下のように与えられる。モジュールの全高は、≦３０ｍｍである、または、センサを含む５チャンネル構成の場合は、より小さい。最大幅≦１５ｍｍ。最大長≦４５ｍｍ。
【００３３】
本発明による一実施形態では、ダイクロイックプリズムアセンブリを使用するシステムは、赤外フレーム挿入を使用せずに６０Ｆｐｓでカラーあたり３８４０×２１６０＠１２ビットにおいてアーチファクトのないフルカラーで画像分解能を作成する能力を有する。赤外フレームも、これらの同じ分解能＠１２ビットにおいて利用可能である。
【００３４】
現在の発明の別の利点は、経路をＤ１およびＤ２に接続するすべての表面が平坦であるからである。したがって、モジュール（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）は容易にアライメント可能であり、これは、自動組み立てを簡単にする。これらのモジュールは、個別に準備され、その後、簡単なロボットツールまたは手動ツールとともに接合可能である。
【００３５】
経路長Ａはすでに補償されているので、第２のプリズムＰ３（Ｄ２経路の場合）は、プリズムＰ１（Ｄ１経路の場合）よりも小さくすることができる。わずかに長い長さ（Ａ）をもつＤ１への経路に対して第１のプリズムを成形するために、完全一致が、Ｄ１への全内部経路間で作成され、Ｄ２への経路の全長に対してできる限り多く補償することができる。
【００３６】
五角プリズムは、通常、規則的でない。たとえば、Ｐ１断面の長さａ（ビームＢおよびＣの長さに影響する）は、長さｂ（ビームＡおよびＢの長さに影響する）よりも小さいことがある。
【００３７】
図３は、本発明の一実施形態によるダイクロイックプリズムアセンブリを概略的に示す。図２と比較すると、第１の五角プリズムＰ１および第１の補償器プリズムＰ２がない。結果として生じる図３のダイクロイックプリズムアセンブリは４つのチャンネルを有し、各それぞれのチャンネルは、センサＤ２〜Ｄ５のうちの１つへの経路によって形成される。以下の経路長が、各チャンネルに対して規定される。
−  センサＤ２（たとえば、近赤外線）経路：Ｅ＋Ｆ＋Ｇ
−  センサＤ３（たとえば、赤色）経路：Ｅ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｊ＋Ｋ
−  センサＤ４（たとえば、緑色）経路：Ｅ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｌ＋Ｍ＋Ｎ
−  センサＤ５（たとえば、青色）経路：Ｅ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｌ＋Ｏ
経路長は、Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＝Ｅ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｊ＋Ｋ＝Ｅ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｌ＋Ｏ＝Ｅ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｌ＋Ｍ＋Ｎであるように、一致される。
【００３８】
図４ａは、本発明の一実施形態による、内視鏡１０または腹腔鏡１０を概略的に示す。本発明の目的として、腹腔鏡と内視鏡との間の違いは比較的小さく、そのため、説明が内視鏡について言及する場合、腹腔鏡構成も、通常、可能である。内視鏡／腹腔鏡１０は、図２または図３に示されるなどのダイクロイックプリズムアセンブリ１５を含むカメラモジュール１１を備える。カメラモジュール１１は、入射する光をダイクロイックプリズムアセンブリ１５の入口面に集中させるための追加のレンズ１２も含むことがある。この最後のレンズ１２は、プリズム背面焦点距離に一致するために、内視鏡部分の最後の部分内で統合されてもよい。光源１３に接続された光ファイバ１４は、光を内視鏡１０へと結合する。内視鏡の内部で、光ファイバ１４は、いくつかのファイバ１４’へと分離する。
【００３９】
腹腔鏡の内部で、レンズ素子および／もしくはリレーロッドレンズ（標準的な腹腔鏡と同様に）からなるレンズシステムが作成され、または、内視鏡構成では、ファイババンドルが、標準的な柔軟な内視鏡内のように使用可能である。そのうえ、処理ユニット（図示せず）は、データが送信されなくてよいように高速画像処理および画像掃除が任意選択でデータを減少させるために、カメラモジュール１１内に設置されることがある。
【００４０】
本発明の別の実施形態では、処理ユニットが、イメージングシステムおよび光学素子からさらに離れて設置される。具体的には内視鏡検査システムに関するがオープン構成にも関する重要な問題は、処理ユニットとプリズム要素上に設置された画像センサとの間で運ばれることになるシステムの電子信号を提供するケーブル布線と、イメージングされる物体に照明を提供するケーブルである。ほとんどの構成は、低電圧差動信号（ＬＶＤＳ）に基づいた２つのケーブル布線システムを有する。しかしながら、これらのケーブルのデータ転送速度は、大部分はケーブルの長さに制限される。本発明において提案される光学的構成は、より多くのデータが、内視鏡医療イメージングシステムにおいて、通常よりも高いビットレートで転送されることが必要であることを意味する。有用性およびサイズは、主に、２つのケーブルが必要とされる（１つは光のために、１つの電気ケーブルは画像および制御信号のために）ことによって妨げられる。より多くのケーブルペアを単純に追加することは、標準的な解決策であるが、これの不利な面は、必要とされるケーブルの最小厚が、カメラヘッドの柔軟性と敏捷さを制限していることである。そのうえ、ケーブルは、直径がより厚くなり、より重く、より多くの電子機器がカメラヘッドの内部で必要とされ、このことは、カメラヘッドを、より大きく、より重くする。
【００４１】
図４ｂは、ダイクロイックプリズムアセンブリ１５’（たとえば、図２または図３に示されるアセンブリ）およびレンズ１２が内視鏡１０の先端内に配設される一実施形態を示す。この実施形態では、先端からカメラモジュールまで光を運ぶ必要はない。しかしながら、ここで、センサＤ１〜Ｄ５から、処理ユニットを収容するモジュール１８まで信号を運ぶことが必要である。ロッドリレーイングレンズは、通例、腹腔鏡のチューブ内に、または、内視鏡がもはや必要とされないケースではファイバ内に設置され、単純なレンズシステム１２’のみが、プリズムアセンブリの前に設置される必要がある。
【００４２】
これらの実施形態のいずれかでは、４つの小さい直径の同軸ケーブル５１を含み、これらを光ファイバケーブル５４の周りに設置する／これらを光ファイバケーブル５４と統合することが可能である。次いで、ケーブルが、安定性を改善するために、任意選択のフィラーケーブル５６とともに、カメラと制御システムとの間で光エンジンと直接的に結合される統合された部分および単一のケーブルとして、融合される。そのような配置が図４ｃに示されており、中心コアファイバ５４は、光エンジンから内視鏡の先端まで光を搬送することができ、直径同軸ケーブル５１は、先端内に配設された検出器Ｄ１〜Ｄ５からハウジング５３内の処理ユニットまで信号を搬送することができる。運ばれることになるデータの量および必要とされる同軸ケーブル５１の長さに応じて、適切な数、たとえば、１つ、２つ、３つ、４つ、またはそれより多くの、同軸ケーブルが選択可能である。
【００４３】
図５ａ〜図５ｄは、本発明の一実施形態による、移動可能な補償器プリズムをもつダイクロイックプリズムアセンブリを概略的に示す。図５ａは、図２と同じ構成を示し、プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４の光学軸がアライメントされる（この例では、アライメントされているすべてのプリズムの底部と合致する）。
【００４４】
図５ｂは、依然として図５ａと同じ垂直方向位置にあるプリズムＰ１、Ｐ３、およびＰ５〜Ｐ７と比較して下方向にシフトされたプリズムＰ２とＰ４とを示す。プリズムＰ３およびＰ５〜Ｐ７は、プリズムが、下方へシフトされた補償器プリズムＰ２およびＰ４と依然として接続するように、左にシフトされている（Ｐ１を右に移動させることも可能である）。Ｐ１とＰ２との間、またはＰ３とＰ４との間には、依然として空隙はない。その結果、図５ｂにおける経路長ＤおよびＨは、図５ａにおける元の経路長ＤおよびＨよりもわずかに短い。言い換えれば、センサＤ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５への経路の各々は、ここでは、センサＤ１への経路と比較して少し短い。さらに、センサＤ３、Ｄ４、およびＤ５への経路は、ここでは、センサＤ２への経路と比較しても、少し短い。プリズムＰ２およびＰ４が反対方向（図５ｂでは上方へ）移動された場合、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５への経路は、センサＤ１への経路と比較して少し長い。あらゆるケースにおいて、プリズムの光学軸は同じままであるとする。加えて、プリズムＰ１およびＰ３は、最も良く達成される機械的位置に完全に一致するようにイメージングセンサの光学軸（左右）に沿って位置を変更するために、わずかに上下に移動されることがある。そのうえ、これは、センサの各々の全経路長に対する影響を有し、したがって、本発明の一実施形態によれば、２つの補償器プリズムＰ２およびＰ４が、この経路長の変更を補正するように移動可能である。
【００４５】
図５ｃでは、プリズムＰ４が、Ｐ１〜Ｐ３およびＰ５〜Ｐ７に対してシフトされる。センサＤ３、Ｄ４、Ｄ５への経路は、センサＤ１およびＤ２への経路と比較して、わずかに減少される。プリズムＰ５〜Ｐ７は、同じ光学軸上にあるままである。
【００４６】
図５ｄでは、プリズムＰ２は下方向にシフトされ、これは、プリズムＰ１およびＰ２が依然として空隙なしに互いに、ならびにＰ３およびＰ４に接続されるように、Ｐ３〜Ｐ７もわずかに左に移動するという結果になる。センサＤ２〜Ｄ５への経路は、センサＤ１への経路と比較して、わずかに減少される。
【００４７】
図５ａ〜図５ｄは、プリズムＰ１およびＰ３との空隙なし接続を維持しながら補償器プリズムＰ２および／またはＰ４をシフトすることによってなされることが可能な少数の例示的な経路長調整を示す。他の調整も可能である。重要なポイントは、たとえば、センサＤ１〜Ｄ５の各々において使用される波長に応じて、すべての５つのセンサに向けての経路長が一致するように、補償器プリズムを調整することによって、小さな調整がなされることが可能であることである。
【００４８】
本発明による実施形態では、プリズムＰ１、Ｐ３、およびＰ５〜Ｐ７の光学軸は同じままである、言い換えれば、これらのプリズムは垂直方向に移動されない。このことは、Ｐ２とＰ４のみを垂直方向に移動させることによって、経路長ＤおよびＨのみが影響され、他の経路長Ａ〜Ｃ、Ｅ〜Ｇ、Ｉ〜Ｏは同じであるので、実用的である。たとえばＰ１を垂直方向に移動させることは、経路長Ａ、Ｂ、およびＣにも影響し、垂直調整の効果をより理解しにくくする。しかしながら、本発明は、経路長を調整するためにプリズムＰ１、Ｐ３、Ｐ５〜Ｐ７のうちの任意の１つまたは複数が垂直方向に移動される実施形態を除外しない。
【００４９】
図６ａは、本発明の一実施形態によるダイクロイックプリズムアセンブリにおいて使用するための例示的な五角プリズムの断面を示す。
【００５０】
一実施形態では、プリズムＰ１またはＰ３は、入口面の法線と平行な方向に前記入口面に入る入射ビームが、プリズムの内部で２回反射され、出口面の法線と平行に前記出口面を通ってプリズムを出るように設計された角を有し、入口面の法線と出口面の法線は、互いに垂直である。
【００５１】
当業者は、そのようなプリズムを設計することができる。図６ａの例では、５つの角度のうちの１つが直角であり（面Ｆ１とＦ２との間）、２つの角度は、第１の値α≧９０度（面Ｆ２とＦ３の間およびＦ３とＦ４の間）を有し、２つの角度は、第２の値２２５−α度（面Ｆ１とＦ５の間およびＦ５とＦ４の間）を有し、五角プリズムに対する５４０度の全内角を作成する。容易に検証可能であるように、図６ａに示される五角プリズムは、入射する水平ビームが、面Ｆ２の法線と平行に、面Ｆ２を通って垂直方向にプリズムを出るように、面Ｆ３およびＦ５に対する２つの反射を使用して、面Ｆ１の法線面と平行に面Ｆ１を通って入射する、入射する水平ビームを内側に反射する。第１の反射では、面Ｆ３において、ビームは、α−９０度の反射の面の法線とある角度をなす。第２の反射では、面Ｆ５において、反射の面の法線との角度は、１３５−αである。この例では、角度αは、値９０＜α＜１３５を有するべきである。
【００５２】
特定の実施形態では、五角プリズムが、１つの直角と、４つの１１２．５度の角度とを有するように、αの値は１１２．５度である。
【００５３】
図６ｂは、図６ａのプリズムの減少部分を示す。ラインの構造から分かるように、それは、プリズム内の１つの角度が９０度（Ｆ１とＦ２との間）であり、９０度角度に隣接する角度がαであり、９０度角度に隣接する他方の角度（Ｆ１とＦ５の間）が２２５−αである場合に、十分である。Ｆ３とＦ４の間およびＦ４とＦ５の間の角度は、実際には、自由に選択可能である。
【００５４】
当業者はまた、入射するビームと出射するビームが互いに対して直角でないプリズムを設計することが可能であろう。しかしながら、追加の角度の光がレンズシステムから来るので、入射する主光線ビームと出射する主光線ビームが互いに対して直角である、図６ｂの実施形態などの設計には、実用的な利点がある。
【００５５】
五角プリズム形状は、プリズムＰ１およびＰ３にとって、論理的で実用的な選択肢である。しかしながら、図６ｂから明らかであるように、必要とされる反射のための条件を作成するために、実際には、多数の異なるタイプのプリズム形状が役立つ。したがって、本発明は、五角プリズムの使用に限定されない。
【００５６】
前述の図の説明では、本発明は、その特定の実施形態を参照しながら説明されてきた。しかしながら、添付の特許請求の範囲において要約される本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな修正および変更がそれに加えられてよいことが明白であろう。
【００５７】
加えて、その本質的な範囲から逸脱することなく特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために、多数の修正がなされてよい。したがって、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むことが意図されている。
【００５８】
特に、本発明のさまざまな態様の特定の特徴の組み合わせがなされてよい。本発明の一態様は、本発明の別の態様に関して説明された特徴を追加することによって、さらに有利に拡張されることがある。
【００５９】
本発明は、付加された特許請求の範囲およびその技術的等価物のみによって制限されることが理解されるべきである。本文書およびその特許請求の範囲において、「備える（ｔｏ  ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という動詞およびその活用型は、具体的に言及されない項目を除外することなく、その単語に続く項目が含まれることを意味するために、非限定的な意味で使用される。加えて、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による要素への参照は、文脈が、唯一の要素があることを明確に要求しない限り、要素のうちの複数が存在する可能性を除外しない。したがって、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つ」を意味する。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］  光を３つの光成分に分割するために第１のプリズム（Ｐ３）とさらなるダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７）とを備える、ダイクロイックプリズムアセンブリの入口面を通って物体像から光を受けるように構成されたダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）であって、前記第１のプリズムが、少なくとも５つの角をもつ断面を有し、各角が、少なくとも９０度の内角を有する、
ここにおいて、前記第１のプリズムの前記角が、前記入口面の法線と平行な方向に前記入口面に入る入射ビームが、前記プリズムの内部で２回反射され、出口面の法線と平行に前記出口面を通って前記プリズムを出るように、設計される、
ここにおいて、前記入口面の前記法線と前記出口面の前記法線が互いに垂直である、
ここにおいて、前記ダイクロイックプリズムアセンブリが、前記第１のプリズムと前記さらなるダイクロイックプリズムアセンブリとの間に補償器プリズム（Ｐ４）を備える、ダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
［２］  前記プリズムが五角プリズムである、［１］に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
［３］  前記五角プリズムが、１つの直角と、２つの角度αと、２つの角度２２５−αとを有する、ここにおいて、９０＜α＜１３５である、［２］に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
［４］  前記第１のプリズム（Ｐ３）および前記補償器プリズム（Ｐ４）が光学軸をアライメントさせ、補償プリズムが、前記第１のプリズムに接続を維持しながら前記光学軸の法線と平行な方向に前記第１のプリズム（Ｐ３）に対して移動可能である、［１］から［３］のいずれかに記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
［５］  第２のプリズム（Ｐ１）を備える、前記第２のプリズムが、少なくとも９０度の内角をもつ少なくとも５つの角をもつ断面を有する、［１］から［４］のいずれかに記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
［６］  前記第１のプリズム（Ｐ３）の第１の側面が第１のセンサ（Ｄ２）を備え、前記第２のプリズム（Ｐ１）の第２の側面が第２のセンサ（Ｄ１）を備える、［５］に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
［７］  前記第１のセンサ（Ｄ２）および／または前記第２のセンサ（Ｄ１）が赤外光センサである、［６］に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
［８］  光が第１の表面（Ｓ１）を通って前記第２のプリズム（Ｐ１）に入るとき、前記光が、前記第２のセンサ（Ｄ１）に向かって部分的に反射され、それによって第１の経路長を進行し、前記光が前記第１のプリズム（Ｐ３）に部分的に入り、前記第１のセンサ（Ｄ２）に向かって部分的に反射され、それによって、第２の経路長を進行する、ここにおいて、前記第２のプリズムが、前記第１の経路長と前記第２の経路長が同じであるように前記第１のプリズムよりも大きい、［６］または［７］に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
［９］  前記第２のプリズム（Ｐ１）に接続されたさらなる補償器プリズム（Ｐ２）を備える、［６］から［８］のいずれか一項に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
［１０］  前記さらなるダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７）内の各プリズムがセンサ（Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５）を備える、［１］から［９］のいずれか一項に記載のダイクロイックプリズムアセンブリ（Ｐ１〜Ｐ７）。
［１１］  ［１］から［１０］のいずれか一項に記載の少なくとも１つのダイクロイックプリズムアセンブリ（１５）を備える内視鏡または腹腔鏡（１０）。
［１２］  光を前記ダイクロイックプリズムアセンブリに集中させるためのレンズ（１２）をさらに備える、［１１］に記載の内視鏡または腹腔鏡（１０）。
［１３］  ［１０］に記載の少なくとも１つのダイクロイックプリズムアセンブリ（１５）を備え、ここにおいて、少なくとも２つの赤外イメージング波長センサ（Ｄ１、Ｄ２）および３つの可視光波長センサ（Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５）が使用される、ここにおいて、前記センサの各々が、ピクセルの３分の１よりも良い精度をもって光学的にピクセルごとにアライメントされる、医療イメージングシステム。
［１４］  照射するために手術野の上に光エンジンからの光を提供するための光ファイバコア（５４）を備える統合されたケーブルを使用して、センサデータを運ぶための複数の同軸ケーブル（５１）によって囲まれた前記光ファイバコア、［１１］もしくは［１２］に記載の内視鏡もしくは腹腔鏡または［１３］の医療イメージングシステム。
［１５］  前記２つの赤外波長センサがそれぞれ、７００〜８００ｎｍ範囲内および８００〜９００ｎｍ範囲内で動作する、［１０］に従属するときの［１１］もしくは［１２］に記載の内視鏡もしくは腹腔鏡または［１３］に記載の医療イメージングシステム。
［１６］  フレーム獲得頻度が毎秒少なくとも６０フレームであり、サンプリングレートが少なくともピクセルあたり８ビットである、［１１］、［１２］、もしくは［１４］に記載の内視鏡もしくは腹腔鏡、または［１３］もしくは［１４］に記載のイメージングシステム。
【符号の説明】
【００６０】
Ｐ１  第１の五角プリズム
Ｐ２  第１の補償器プリズム
Ｐ３  第２の五角プリズム
Ｐ４  第２の補償器プリズム
Ｄ１  第１のセンサ
Ｄ２  第２のセンサ
Ｐ５  さらなるダイクロイックプリズムアセンブリのダイクロイックプリズム
Ｐ６  さらなるダイクロイックプリズムアセンブリのダイクロイックプリズム
Ｐ７  さらなるダイクロイックプリズムアセンブリのダイクロイックプリズム
Ｄ３  赤色光センサ
Ｄ４  青色光センサ
Ｄ５  緑色光センサ
Ａ〜Ｏ  経路セグメント
１０  内視鏡
１１  カメラモジュール
１２  レンズ
１３  光源
１４  光ファイバ
１５  ダイクロイックプリズムアセンブリ
５１  同軸ケーブル
５２  同軸ケーブルカバー
５３  ハウジング
５４  光ファイバケーブル
５５  光ファイバケーブルカバー
５６  フィラーケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
0006921980.tif 000007
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
0006921980.tif 000009
【図５Ｃ】
0006921980.tif 000010
【図５Ｄ】
0006921980.tif 000011
【図６Ａ】
0006921980.tif 000012
【図６Ｂ】
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