JP4718238B2 - 内視鏡装置用ズーム対物レンズ - Google Patents

Description

本発明は、たとえば請求項１のプレアンブルに記載の内視鏡あるいは内視鏡装置において使用するためのズーム対物レンズに関する。

導管状の中空空間を視察するために、内視鏡は技術上および医学上において重要な補助手段となっており、そうでなければ著しく嵌合することによってしか進入することができない。内視鏡は、中空空間の前方にある領域を視覚的に把握するために照明装置およびレンズを内視鏡の前端部に装備している。内視鏡の前端部において把握した光学情報については通常光ファイバーによって内視鏡を通って作動終端部の後方に伝達し、前端部にある光学センサチップによって把握し、電気伝導によって内視鏡を通って後方に伝導し、画面上で見ることができる。さらに内視鏡の前端部において把握した光学情報の伝達については、作動終端部への無線通信が考えられる。

本件の第１国出願（独国出願）の段階で未公開の特許文献１において、本件出願人は、たとえばレンズ、加速エレメント、洗浄ノズル等といったいくつかの機能ユニットを備えた内視鏡ヘッドについて示している。内視鏡ヘッドのレンズは、立方形のセンサチップチャンバ、その上に位置しているセンサチップチャンバまたはカメラチップチャンバを間仕切りによって区切っている円筒形のレンズチャンバによって構成されており、このレンズチャンバは光学レンズあるいはレンズ系を支持し、直接レンズチャンバに固定されているか組み立て構造のカートリッジという形でチャンバに嵌め込むことが可能である。レンズ系が拡大表示可能な構造であることについて前記特許文献１において示しているが、これ以上の詳細事項については示していない。さらに、前記の拡大表示可能なレンズ系をどのようにして実現することができるのかについても示していない。

デジタル写真およびこれに関連した視覚的情報の画像処理の進歩によって可能となるのは、得られた画像または部分画像を画像処理プログラムによって拡大することである。上述の特許文献１によって拡大表示が可能な内視鏡を実現することができるものの、これらの技術には以下に掲げた短所が含まれている。

固定されたレンズによって画像を拡大し、その後の（デジタルによる拡大表示の）処理を行なう場合、画像の部分画像のみが拡大され、すなわち画像を構成している画素数は同じままである。言い換えれば、画像の解像度は低下し、拡大された部分画像の鮮明度ならびに画質はより悪化する。ここでもすぐれた画像処理プログラムにより、補間によって最初の解像度を維持するための機能について示しているものの、計算することによって得られる画像情報の場合には実際の光学情報ではなく、統計上算出された画素について問題となる。詳細事項は鮮明度を装っているが、実際にはそうではない。

画像の一部を拡大する場合において、鮮明で詳細な画像を得るためには光学的な拡大表示によってのみ可能となる。内視鏡では小型構造により、幅を変更するためにたとえばピエゾ電気によるレンズの調整といった従来写真において利用された技術を利用することができないといった問題が生じるのは、内視鏡の中にはない多くのスペースを必要とするためである。

独国特許出願公開第１０２ ５４ ６０９号明細書

本発明の目的（課題）は、内視鏡において使用するためのズーム対物レンズを実現し、小さなスペースにおいて充分な解像度を可能にすることである。

本課題は、請求項１に記載の特徴を有するズーム対物レンズによって解決される。本発明の中心部分となるのは、中央線に対して垂直に配置されているレンズシリンダにおいてレンズユニット群の数を少なくとも一つのレンズユニット群により液圧式／空圧式で調整することが可能となることである。このレンズシリンダを好ましくは一つずつ内視鏡ヘッドとともに形成するか内視鏡ヘッドに挿入する。

隣接するレンズユニット群間には流体チャンバが形成され、場合によっては流体チャンバに流体管群が接続している。ズーム対物レンズの焦点距離を変更するためにレンズシリンダの軸方向にある少なくとも一つのレンズユニット群を液圧式により調整することにより、非圧縮性の流体を前記流体チャンバに給送するか前記流体チャンバから排出する。

個々のレンズには中空空間を形成することができる。レンズの個々の中空空間とレンズ周囲とのあいだの圧力差を変更することによって個々のレンズの焦点距離およびズーム対物レンズの総焦点距離を調整することができる。

レンズユニット群を液圧式／空圧式で調整する場合の主な長所は、内視鏡ヘッドにあるズーム対物レンズ周囲のスペースが僅かであることである。従来のズーム対物レンズでは、対物レンズ駆動部を配置するためにレンズ周囲に大きなスペースが必要であった。液圧式／空圧式で調整する場合の長所は、調整モータをレンズ周囲に配置しなければならないのではなく、あまり重要とならないスペースとなる一つの箇所に配置することができることである。前記調整に必要となる流体管群は内視鏡ヘッドに埋め込まれ、内視鏡ヘッドに比べてより多くのスペースを自由に使用することができる。

本発明によれば、内視鏡において使用するためのズーム対物レンズを実現し、小さなスペースにおいて充分な解像度を可能にすることができる。

本発明の好ましい実施例に基づいて添付図面により以下に詳細に説明する。

本質的に内視鏡（図示していない）は可撓性の内視鏡シャフトにより構成され、内視鏡シャフトの前端部には内視鏡ヘッド（図示していない）を接合しており、内視鏡シャフトのもう一方の終端部（作動終端部）では作動装置および情報評価装置（図示していない）と接続している。たとえば本発明において説明したズーム対物レンズといったさまざまな装置および器具にこの内視鏡ヘッドを装備することができる。本説明に使用する用語「前方」および「後方」は内視鏡の使用方向に関係しており、これにより内視鏡の前端部は中空空間に挿入して使用する場合の終端部である。

（実施例１）
実施例１に記載の内視鏡ヘッド（図示していない）において使用するためのズーム対物レンズについては、図１ないし図３で詳細に示している。ズーム対物レンズは、本質的に管状のレンズシリンダ１３によって構成される。このレンズシリンダを一つずつ内視鏡ヘッド（図示していない）に接続するまたは取り外しできるように内視鏡ヘッドに取り付ける。

レンズシリンダ１３は、本実施例における４つのレンズユニット群１〜４を収容する。レンズユニット１は、レンズシリンダ１３の前端部においてレンズシリンダ１３の中央線に対して垂直に配置されているレンズ２８によって構成される。レンズ２８の外径はレンズシリンダ１３の内径に合わせているため、レンズシリンダ１３は流体を漏洩しないように前方に封印されている。レンズシリンダ１３は前端部にレンズシリンダ１３の内面から内側に伸びた突出部３６を有する。レンズシリンダ１３の内径は突出部３６の箇所においてレンズ２８の外径に比べて大きく、これによりレンズシリンダ１３においてレンズを支持する。これ以外には、レンズシリンダ１３の前側の開口部からのレンズ２８の距離を遮断するためのたとえば圧力嵌めといった別の方法が考えられる。

レンズユニット２およびレンズユニット３は本質的に円形であり、それぞれレンズシリンダ１３の中央線に対して垂直に配置されている。これらのレンズユニットはそれぞれレンズ２９およびレンズ３０、レンズホルダ５および６ならびにシールリング３４および３５によって構成されている。レンズホルダ５および６は環状の構造であり、中央の円形の開口部にはレンズ２９およびレンズ３０がそれぞれ配置されている。レンズホルダ５および６の円形開口部においてレンズシリンダ１３の長手方向についてはウェブが取り付けられているため、レンズホルダ５および６の個々の内径は前側（図３上）では本質的に個々のレンズ２９およびレンズ３０の外径と同じであり、後ろ側では個々のレンズ２９およびレンズ３０の外径に比べて僅かに小さい。レンズ２９およびレンズ３０は前方から前記レンズホルダ５および６に挿入され、レンズホルダ５および６に対して正確に位置合わせされているのは、これらのレンズホルダがウェブに密着しているためである。たとえば圧力嵌めまたは接着によってレンズ２９およびレンズ３０をレンズホルダに支持する。レンズホルダ５および６の外径はレンズシリンダ１３の内径に比べて僅かに小さいため、レンズホルダ５および６をレンズシリンダ１３の軸方向に移動することが可能である。レンズホルダ５および６の周囲の外面では、シールリング３４および３５をそれぞれ収容する環状の溝を形成する。これらのシールリング３４および３５は前記レンズホルダ５および６の周囲の外面とレンズシリンダ１３の内面とのあいだを封印するため、後で詳細に説明する流体を漏洩しない流体チャンバ群７〜９が生じる。

別のレンズユニット４によってレンズシリンダの後ろ側にある開口部を封印する。このレンズユニットは前側の半分がシリンダ形状であり、このレンズユニットの縦軸はレンズシリンダ１３の縦軸と一致する。この時このシリンダ形状の外径はレンズシリンダ１３の内径に一致する。レンズユニット４の円筒形の前側をレンズシリンダ１３の後ろ側の開口部に挿入し、流体を漏洩しないように封印する。さらにレンズユニット４は、前側に中央が凹形の窪みを有し、この窪みによって対物レンズの前端部に入射する光を屈折し、光学センサチップ１４に転送する。レンズユニット４の後ろ側の半分は立方形であり、レンズシリンダ１３の縦軸に対して垂直である平面におけるレンズユニットの側長は光学センサチップ１４の大きさに合わせられている。

この光学センサチップ１４は光を感知する側とともにレンズユニット４の後ろ側に配置され、視覚的情報を電気信号に変換する。レンズシリンダと反対側にある取付台１５に光学センサチップ１４を取り付ける。

４つのレンズユニット群１〜４の流体を漏洩しないように配置することにより、レンズシリンダ１３の隣接する２つのレンズユニット群１〜４と内面とを区切る３つの流体チャンバ群７〜９がレンズユニット群１〜４間に生じる。

流体チャンバ群７〜９から内視鏡シャフト（図示していない）によって作動終端部の後方に通じている可撓性の流体管１６〜１８は、個々の流体チャンバ群７〜９に接続している。流体管の中にある流体の圧力による影響をできる限り少なくしておくために、この流体管１６〜１８はできる限り内視鏡シャフトの中央に配置される。より厳密にいうのであれば、内視鏡シャフトを何重にも強く折り曲げた中空空間に挿入する場合には、同様に折り曲げた箇所において内視鏡シャフトにある流体管１６〜１８の断面が収縮するように内視鏡シャフトを強く折り曲げる。こうした断面収縮によって流体管にある流体の圧力変動が生じ、この時個々の流体管１６〜１８において前記流体管１６〜１８が内視鏡シャフトにおいて折り曲げた外側または折り曲げた内側に配置されたかどうかによって圧力変動を区別する。これによってレンズユニットの正確な調整を困難にしているが、これについては後に詳細に説明する。断面収縮の効果が弱くなればなるほど、流体管は内視鏡シャフトにおいてより中央に配置される。圧力による影響を少なくするために、本発明における流体管１６〜１８はできる限り内視鏡シャフトの中央に配置される。

ばねの縦軸がレンズシリンダ１３の縦軸と一致するように本実施例では螺旋ばねとして作られたばね１０〜１２を個々の流体チャンバ群７〜９に挿入する。ばね１０〜１２の外径がレンズシリンダ１３の内径に比べて僅かに小さいため、ばねを圧縮または拡張する場合には、ばねの移動は制動または阻止されない。個々のばね１０〜１２の終端はレンズユニット群において支持され、環状の取り付け面を形成する。元の位置または指定された位置にある調整可能なレンズユニット群２および３を位置合わせするために、望ましい方法でこれらのばねにあらかじめ荷重を加えることができる。ばね１０〜１２が隣接する２つのレンズユニットを相互に間隔を置くことにより、対物レンズの組み立ては簡略化されるため、流体チャンバ群７〜９に流体が充填されていない場合には感度のよいレンズに触れることはできない。さらに、レンズシリンダ１３の縦軸に対して垂直な平面においてレンズユニット群２および３に押しつけることによってばね１０〜１２は均等に軸方向へ移動し、レンズシリンダ１３においてレンズユニット群２および３が傾斜するのを防ぐ。ばね１０〜１２の機能における別の観点については、後で詳細に説明する。

個々の流体管１６〜１８の作動終端部にはシリンダ１９〜２１がそれぞれ接続しており、シリンダには摺動できるようにピストン２２〜２４を挿入する。前記流体管１６〜１７を経由して流体チャンバ群７〜９と接続しているアクチュエータチャンバ３１〜３３は、シリンダ１９〜２１の内面の方に向いたピストン２２〜２４の外面とシリンダ１９〜２１の内面とを区切っている。

適切な方法により光線を屈折させるために、流体チャンバ群７〜９、流体管群１６〜１８ならびにアクチュエータチャンバ群３１〜３３は、レンズユニット群１〜４間に存在することによって適切な光学特性がなければならない非圧縮性の流体をできる限り充填する。

シリンダ−ピストン−ユニットに関して好ましいのは、図４で図示したように、ピストン２２〜２４の外径がシリンダ１９〜２１の内径に比べて明らかに小さい場合である。こうした方法により、個々のアクチュエータチャンバ３１〜３３においてあらかじめ定められた一定の圧力変化に対してはシリンダ１９〜２１の内径がピストン２２〜２４の外径と同じである場合のピストン運動に比べて大きなピストン運動が必要となることによって、ピストン２２〜２４を移動するための減速が実現する。

図面では記号化されてレバーとして示したアクチュエータ２５〜２７によってピストン２２〜２４を動かす。アクチュエータ群用には、たとえば電動ステッピングモータまたはマグネットコイルを使用する。

（機能−実施例１）
以下では、ズーム機構における本発明の実施例１に基づくズーム対物レンズの機能について説明する。

たとえば図３においてレンズユニット３が前方に移動する場合、ピストン２２はアクチュエータ２５によって固定され、アクチュエータ２６は空転するため、ピストン２３を自由に動かすことができ、アクチュエータ２７によってピストン２４はシリンダ２４に移動する。これにより、アクチュエータチャンバ３３にある流体は流体管１８を通って流体チャンバ９に押し込まれ、レンズユニット３はばね１１の張力と反対側に支持され、ばね１２の張力によって前方へ移動する。流体を流体チャンバ９に給送することにより、同じ量の流体が流体チャンバ７および／または８に押し込まれる。ピストン２２が固定されているため、流体チャンバ７から流体管１６を経由してアクチュエータチャンバ３１に流体を押し込むことはできない。流体は流体チャンバ９に給送されるのと同様に、流体は同様に流体チャンバ８から流体管１７を経由してアクチュエータチャンバ３２に押し込まれる。これにより、シリンダ２０にあるピストン２３は外側の方向に動く。さらにばね１１は圧縮し、ばね１２は拡張する。

ピストン２２は固定され、ピストン２３は自由に動き、ピストン２４はシリンダに移動することにより、レンズユニット３を調整することについてはすでに説明した。ピストン２２は固定され、ピストン２４は自由に動き、シリンダ２０にあるピストン２３は外側方向に動くことにより、同様の調整が行なわれる。さらにピストン２２〜２４のうちの２つは自由に動き、ピストン２２〜２４の残りの１つは前記シリンダにおいて上下運動するのは、２つのレンズユニット２および３を同時に動かすためである。

こうした方法によって明らかとなるのは、ピストン２２〜２４を作動する多くの組み合わせによってレンズユニット２および３の望ましい調整を実現することである。同じ図面における別の組み合わせについては、上述したようなすべての組み合わせについての詳細な説明をここでは省略している。

こうした方法によってアクチュエータ２５〜２７に応じて一定の焦点距離を実現するために、本発明ではレンズユニット２および３を移動する。この時レンズユニット２および３の迅速で正確な位置合わせを実現するために、制御装置（図示していない）によってアクチュエータ２５〜２７を作動する。

アクチュエータ２５〜２７を作動する際に注意しなければならないのは、流体チャンバ群７〜９に給送される流体が流体チャンバ群７〜９から排出されなければならないことである。すなわち、たとえば別の２つのピストン２２〜２４を固定したままであるのと同時にピストン２２〜２４のうちの１つをシリンダに移動するように、制御装置はピストン２２〜２４を作動しない。

流体管群１６〜１８を強く折り曲げることにより、個々の流体管群１６〜１８および個々の流体チャンバ群７〜９において圧力変動が生じる。内視鏡シャフト（図示していない）における流体管群１６〜１８の適切な配置とともにばね１０〜１２の張力を適切に調整することによってレンズユニット−位置合わせによる影響を軽減することができる。その際、ばねの張力が大きくなるようにばね１０〜１２を合わせ、内視鏡シャフトを折り曲げる際に生じる圧力差に比べて大きい隣接する２つの流体チャンバ群７〜９間の圧力差でレンズユニット２または３を動かす。こうした方法により、レンズユニット群２９および３０の正確な調整を実現することができ、内視鏡シャフトを折り曲げることによって影響を受けない。

（実施例２）
実施例２に記載の内視鏡ヘッド（図示していない）において使用するためのズーム対物レンズについては、図４ないし図６で詳細に示している。図１ないし図３の部品と同一である図４ないし図６における部品は同じ関連番号であり、以下での詳細な説明については、ここでは省略する。

特に、実施例１とは異なる部品についてここでは説明する。

実施例１におけるシリンダ１９〜２１ではなく、流体管群１６〜１８の作動側においてベローズ１１９〜１２１が流体管群１６〜１８に接続している。ベローズ１１９〜１２１の内部空間は、前記流体管群１６〜１８を経由して前記流体チャンバ群７〜９とそれぞれ接続しているアクチュエータチャンバ群１３１〜１３３を形成する。流体管群１６〜１８と反対側にあるベローズ１１９〜１２１側では、シャフト１２２〜１２４がベローズ１１９〜１２１の外側にそれぞれ接続している。これらのシャフト１２２〜１２４は、実施例１のピストン２２〜２４と同様にアクチュエータ２５〜２７と接続している。

図６のシャフト１２２〜１２４が上方に動く時、付属しているベローズ１１９〜１２１は圧縮し、前記アクチュエータチャンバ１３１〜１３３の体積は小さくなる。したがって流体は、前記アクチュエータチャンバ１３１〜１３３から付属している流体管群１６〜１８を経由して前記流体チャンバ群７〜９に押し込まれる。図６のシャフト１２２〜１２４が反対に下方に動く時、付属しているベローズ１１９〜１２１は拡張し、付属している流体チャンバ群７〜９から給送される。こうした方法により、実施例１におけるピストン−シリンダ−ユニットと同じ作用を実現する。ピストン−シリンダ−ユニットをベローズユニットと交換する以外は実施例１の機能と同じであるという理由により、実施例２におけるより正確な機能についてはここでは説明しない。

（実施例１および実施例２）
アクチュエータチャンバ群３１〜３３および１３１〜１３３の大きさを測定したり、流体管群１６〜１７を取り付けたりする場合には、流体チャンバ群７〜９のうちの１つが流体チャンバ群７〜９のうちの別のもう１つを作動するように設けられた流体管群１６〜１７と接続するようにレンズユニット２または３を動かすことを避けなければならない。すなわち、たとえばレンズユニット３が前方に動く場合に流体チャンバ９が流体管１７および１８と接続することなくレンズユニット２および／または３がレンズシリンダ１３において前後運動できるように、レンズシリンダ１３の長手方向に関して流体管群１６〜１７はこのレンズシリンダと接続しなければならない。アクチュエータチャンバ群３１〜３３および１３１〜１３３の測定は、たとえばレンズユニット３が前方に動く場合に流体チャンバ９が流体管１７および１８と接続しないほどの大きさの体積を選択することを意味している。これ以外には、アクチュエータ２５〜２７を作動する制御装置の適切に定められた限界値によって避けることもできる。

（実施例３）
実施例３の実施例では、実施例１および実施例２と同じ部品があり、同じ関連番号についての詳細な説明についてはここでは省略する。

実施例３に記載の内視鏡ヘッド（図示していない）において使用するためのズーム対物レンズについては、図８で詳細に示している。

レンズシリンダ１３は、本実施例における４つのレンズユニット群２０１〜２０４を収容する。この時レンズ２２８〜２３０が可撓性のレンズであるかどうかにより、実施例１と実施例２のレンズユニット群２０１〜２０３とレンズユニット群１〜３とを区別する。この可撓性のレンズ２２８〜２３０は、内部に中空空間２３７〜２３９を形成するように作られている。レンズ２２８〜２３０は、たとえば周囲に空気を漏洩しないように２つの円いシェル型の膜を取り付ける（たとえば、接着）構造であり、膜は反対方向に外側に湾曲し、取り付けた膜の内側に中空空間２３７〜２３９を形成する。こうした方法によって取り付けた膜は実施例３においてレンズ２２８〜２３０を形成し、レンズの中空空間２３７〜２３９に媒体を充填する。中空空間の充填剤として主にガスが使用されるが、どのような光学特性を実現するかによっては非圧縮性の流体または圧縮しやすい流体を使用することも考えられる。さらに中空空間は、図８で図示した中空空間給送管２４０〜２４２に接続している。この中空空間給送管２４０〜２４２を経由して媒体を中空空間に給送することまたは媒体を中空空間から排出することによってレンズ２２８〜２３０の曲率半径を決定する。たとえば図８で斜線で示したレンズ２２９のように、前記レンズ２２８〜２３０の膜の曲率半径を短くするためあるいはレンズの膜をさらに外側へ湾曲するために、中空空間給送管２４０〜２４２を経由して媒体を給送する。同様に中空空間２３７〜２３９から媒体を排出することにより、前記レンズ２２８〜２３０の曲率半径は大きくなるか、あるいはレンズの膜の向きは内側に変化する。中空空間２３７〜２３９および中空空間給送管２４０〜２４２によって曲率半径を変化あるいは調整するこうした方法により、他のレンズ２２８〜２３０とは関係なく個々のレンズ２２８〜２３０について実施することが可能となる個々のレンズ２２８〜２３０の焦点距離を変更する方法について説明した。個々のレンズ２２８〜２３０の焦点距離を変更することにより、ズーム対物レンズの総焦点距離を変更することが可能となるのは、個々のレンズの焦点距離と関係があるためである。

実施例３におけるレンズユニット２０４は、実施例１および実施例２におけるレンズユニット４と同じである。

すでに説明した中空空間２３７〜２３９とレンズ２２８〜２３０の周囲とのあいだの圧力差の変化、すなわち流体チャンバ群７〜９の圧力差の変化は、中空空間２３７〜２３９における圧力変化によってだけではなく、流体チャンバ群７〜９における圧力変化によっても実現することができる。

実施例３におけるレンズユニット２０２、２０３は、レンズシリンダ１３の軸方向に移動できないように間隔を置いて作られる。こうした固定は、たとえばレンズシリンダ１３におけるレンズユニット２０２、２０３のプレス嵌めによって実現する。本実施例では、レンズユニット群２０１〜２０４間にスリーブ２１０〜２１２がレンズシリンダ１３に対して同軸にそれぞれ配置されている。スリーブ２１０〜２１２の外径はレンズシリンダ１３の内径に比べて僅かに小さい。レンズユニット２０２、２０３を軸方向にあらかじめ定められた間隔で相互に配置したり、レンズユニット２０１、２０４に配置したりするために、スリーブ２１０〜２１２を使用する。流体管群１６〜１７と流体チャンバ群７〜９とを接続するために、スリーブ２１０〜２１２は流体管群１６〜１７が流体チャンバ群７〜９に流れ込む箇所に穴をそれぞれ設けており、穴の直径は流体チャンバ群７〜９に流体が給送および排出されないほどの大きさである。

流体チャンバ群７〜９に流体を給送および排出することにより、レンズ２２８〜２３０の膜の曲率半径を変更することもできる。この時、たとえば流体管１７を経由して流体を流体チャンバ８に給送することによって特にレンズ２２９および２３０の曲率半径は変化する。流体チャンバ群７〜９における流体の圧力変化／体積変化によるレンズの曲率半径の調整については、中空空間２３７〜２３９における媒体の圧力変化／体積変化による曲率半径の調整と組み合わせることまたは別々に使用することができる。さらに流体チャンバ群７〜９における流体の圧力変化／体積変化による曲率半径を調整する場合には、中空空間給送管２４０〜２４２において行なわない。この場合、一定量の圧縮性の媒体を中空空間２３７〜２３９に充填する。これにより、たとえば流体チャンバ群７〜９における流体と反作用するように中空空間２３７〜２３９に圧力を加えるため、レンズ２２８〜２３０の形状が形状維持のためのある一定の張力を有する。

本実施例において説明した可撓性のレンズ２２８〜２３０を必ずしも固定されたレンズユニット２０２、２０３と組み合わせる必要はなく、実施例１および実施例２で説明した液圧式で調整可能なレンズユニット２および３によって作ることも可能である。

実施例１および実施例２で説明したように、レンズユニット２および３をレンズシリンダの軸方向に液圧式で移動するのに流体チャンバ群７〜９を使用するか、レンズ２２８〜２３０の膜の曲率半径を調整するために使用する。

実施例３におけるレンズユニット２０１〜２０４を軸方向に移動できないように間隔を置くことにより、レンズシリンダ１３にある流体管群１６〜１８、スリーブ２１０〜２１２および穴では流体管群１６〜１８の挿入を行なわないことによって実現する。本実施例の場合には、流体チャンバ群７〜９に非圧縮性の媒体または圧縮して圧力を加えた媒体を充填するため、レンズユニット２０２および２０３はあらかじめ定められた位置において軸方向に間隔が空いている。

（その他の利用可能性）
例示された性質の説明および添付された図面であることと、いかなる場合にもここで示した実施例に限定して使用してはいけないことについて示している。本発明によって発明の中心部分および発明の枠を逸脱することなく、多数の利用可能性および改良が可能となる。

いくつかの改良点について以下に示す：
実施例１および実施例２では、流体を流体チャンバ群７〜９に給送あるいは流体チャンバ群から排出するによってレンズユニット（２、３）の液圧式での調整が行なわれた。ピストン／シリンダ−ユニットにより形成される流体チャンバ群にあるいは流体チャンバ群から流体を給送あるいは排出することによってレンズユニット２、３の液圧式でのこうした調整が行なわれる。より厳密にいうのであれば、シリンダの内壁およびシリンダの内部空間の方に向いたシリンダに挿入されたピストンのピストン面によって流体チャンバについて定義している。ピストン／シリンダ−ユニットはこの時レンズシリンダ１３の肉厚またはレンズシリンダ１３の肉厚の周囲に配置される。ピストン／シリンダ−ユニットの一方の作用終端は調整可能なシリンダユニット２、３に機能的に接続しており、ピストン／シリンダ−ユニットのもう一方の作用終端は他のシリンダユニット２、３またはレンズシリンダ１３に接続している。ピストン／シリンダ−ユニットの終端の機能的な接続は、この終端を調整可能なシリンダユニット２、３に接続することによってまたはピストン／シリンダ−ユニットがレンズシリンダ１３の外側に配置されている場合には磁力またはレンズシリンダ１３の肉厚を通って到達する接続ピンによって行なわれ、後の方法の場合には接続ピンを囲むパッキンによって接続ピンに必要となる開口部を密閉しなければならない。実施例１および実施例２の場合と同じ原理に基づいて調整可能なレンズユニット２、３の調整を実施し、流体チャンバ群は流体管群１６〜１８を経由してアクチュエータチャンバ３１〜３３と接続している。

３つの実施例においてレンズシリンダ１３は管状であるが、たとえば楕円形といった他の形状を有することも可能である。このようにして変形した形状にレンズシリンダの中にあるレンズユニットを合わせなければならない。

本発明は、３つの実施例において３つのレンズユニットをそれぞれ装備しているものの、このことによって本発明は制限されることはなく、多数のレンズユニットを実現することができる。

説明した実施例では、レンズユニットはレンズを有する。これは好ましいことであり、レンズユニットは多数の凸形または凹形のレンズを有する。

ばね１０〜１２の取り付けは必ずしも必要であるわけではない。ばねのない本発明の実施例についても考えられる。さらに本発明は実施例１および実施例２のように螺旋ばねの使用に限定されるのではなく、他のばねを使用することも可能である。

説明した実施例では、できる限り非圧縮性の流体を流体チャンバに充填し、ガスをレンズの中空空間に充填する。しかしながら本発明はこれに限定されるのではなく、ズーム対物レンズのレンズ系を有するという光学特性に応じてガスと同様に流体も流体チャンバに使用することができる。

内視鏡ヘッドから作動終端部にかけての視覚的な情報の伝達は、実施例１および実施例２で説明したのとは異なり、光学センサチップの使用に限定されるのではなく、たとえば光ファイバーを使用して実施することも可能である。

ズーム対物レンズの寸法は長手方向に最大２０ｍｍであり、ズーム対物レンズの直径は最大１０ｍｍである。

内視鏡装置、多数のレンズユニット、レンズシリンダにおいて使用するためのズーム対物レンズは、ズーム対物レンズの中央線に対して垂直に配置されている。ズーム対物レンズの焦点距離を変更するために、多数のレンズユニットから少なくとも一つのレンズユニットをレンズシリンダの軸方向において液圧式で調整できるように構成する。さらにズーム対物レンズの総焦点距離を変更するために、レンズを空圧式で変形することによってレンズユニットの個々のレンズの焦点距離を変更することが可能となる。

本発明のズーム対物レンズにおける実施例１の立体図について示している。 図１のズーム対物レンズの側面図である。 図２の断面Ａ−Ａにおいて切断した正面図である。 実施例１に基づくピストン−シリンダ−ユニットの構造について示している。 本発明のズーム対物レンズにおける実施例２の立体図について示している。 図５のズーム対物レンズの側面図である。 図６の断面Ａ−Ａにおいて切断した正面図である。 ズーム対物レンズの中央軸で切断した本発明における実施例３の正面図である。 従来の技術による内視鏡装置の内視鏡ヘッドである。

符号の説明

１、２、３、４ レンズユニット
７、８、９ 流体チャンバ
１０、１１、１２ ばね要素
１３ レンズ収容
１６、１７、１８ 流体管
１９、２０、２１ シリンダ
２２、２３、２４ ピストン
２８、２９、３０ レンズ
３１、３２、３３ アクチュエータチャンバ
１１９、１２０、１２１ ベローズ
１２２、１２３、１２４ シャフト
２０１、２０２、２０３、２０４ レンズユニット
２１０、２１１、２１２ スリーブ
２２８、２２９、２３０ レンズ
２３７、２３８、２３９ 中空空間
２４０、２４１、２４２ 中空空間送管

Claims (22)

1. レンズ収容部と、
   レンズ収容部の中に、互いに軸線距離で配置された、固定された第１のレンズユニット、第２のレンズユニット、および、固定された第３のレンズユニットとを含み、前記第２のレンズユニットは、前記第１のレンズユニットと第３のレンズユニットに対して移動可能である、多数のレンズユニット群と、
   第１のレンズユニットと第２のレンズユニットとの間のレンズ収容部に形成された第１の流体チャンバと、
   該第１の流体チャンバに接続された第１の流体管と、
   前記第２のレンズユニットと前記第３のレンズユニットとの間のレンズ収容部に形成された第２の流体チャンバと、
   該第２の流体チャンバに接続された第２の流体管とを備え、
   前記第１の流体管および第２の流体管のうちの１つまたはそれ以上を介して、前記第１の流体チャンバおよび第２の流体チャンバのうちの１つまたはそれ以上の流体チャンバ内の流体の量を変えることで、ズーム対物レンズの焦点距離が液圧式および／または空圧式に変化可能であり、前記第１のレンズユニットと前記第２のレンズユニットとの間の距離と、前記第２のレンズユニットと前記第３のレンズユニットとの間の距離を変更し、
   ばね要素が、複数のレンズユニットの間の第１の流体チャンバと、第２の流体チャンバのそれぞれに配置されていることを特徴とするズーム対物レンズ。
2. レンズ収容部の内壁にまたは前記内壁の周囲に焦点距離の液圧式調整用の圧力空間が形成されることを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
3. 多数のレンズユニット群の各々が少なくとも１つのレンズを有し、レンズユニット群の間および／またはレンズ群の内部空間に焦点距離の液圧式／空圧式調整用の圧力空間が形成されることを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
4. 第２のレンズユニットがレンズ収容ユニットの軸線方向で液圧式に移動可能であり、それによってズーム対物レンズの焦点距離を変化させることを特徴とする請求項１、２または３記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
5. 複数のレンズユニットの少なくとも１つが中空空間を形成し、１種の可撓性材料から成形されており、それによって前記レンズの曲率半径がレンズの中空空間と周囲との間の圧力比の変化によって変化可能であることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
6. 中空空間送管が中空空間に接続されており、前記中空空間送管を介して媒体を給送または排出できることを特徴とする請求項５記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
7. レンズの曲率半径変化のための圧力差の変化が中空空間送管を介して流体または気体の給送または排出によって生ぜしめられる請求項６記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
8. 流体が対応する流体チャンバ群の中に給送され、もしくは対応する流体チャンバ群から排出されることによって、レンズの曲率半径変化のための圧力差の変化が生ぜしめられる請求項１記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
9. 流体チャンバ群がそれぞれシリンダのシリンダ内壁と、前記シリンダの内部空間に対向する、前記シリンダの中に挿入されているピストンのピストン面とによって仕切られ、その際にピストン／シリンダ−ユニットの一端が１つのレンズユニットと機能的に連結されており、ピストン／シリンダ−ユニットの他端が隣接する１つのレンズユニットまたはレンズ収容部に固定されている請求項１記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
10. 流体が対応する第１の流体チャンバと第２の流体チャンバのうち少なくとも１つの中に給送され、もしくは対応する第１の流体チャンバと第２の流体チャンバのうち少なくとも１つから排出されることによって、少なくとも１つのレンズユニットの液圧式運動が生ぜしめられる請求項１記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
11. ズーム対物レンズの寸法が長手方向に最大２０ｍｍであり、その直径が最大１０ｍｍになることを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
12. それぞれレンズユニット群の間に１つのスリーブが配置されている請求項１記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
13. さらに、受信した光学情報を電気信号に変換するための光学センサチップを備える請求項１記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
14. さらに、多数のシリンダ群と、それぞれシリンダ群の中に移動可能に配置された多数のピストン群とを備え、前記シリンダの内面および前記シリンダの中に挿入されるピストンの外面がそれぞれ、多数の流体管群を介して流体チャンバ群に連結されるアクチュエータチャンバ群を形成する請求項１記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
15. ピストン群の外径がシリンダ群の内径よりも本質的に小さい請求項１４記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
16. それぞれ１つのピストンが電動ステッピングモータを利用して移動される請求項１５記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
17. さらに、前記電動ステッピングモータとピストンとの間に出力伝達用に配置されている多数の減速ユニット群を備える請求項１６記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
18. レンズユニットが流体チャンバの中に有する媒体によって所定の位置に固定される、請求項１記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
19. 少なくとも１つのレンズが２つのシェル状の部分から構成されている請求項１記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
20. レンズ収容部と、
    レンズ収容部の中に、第１のレンズユニットと、第２のレンズユニットと、第３のレンズユニットと第４のレンズユニットとが互いに軸方向に配置された多数のレンズユニット群と、
    前記第１のレンズユニットと第２のレンズユニットとの間のレンズ収容部に形成された第１の液体チャンバと、
    該第１の流体チャンバに接続された第１の流体管と、
    前記第２のレンズユニットと前記第３のレンズユニットとの間のレンズ収容部に形成されたに第２の流体チャンバと、
    該第２の流体チャンバに接続された第２の流体管と、
    前記第３のレンズユニットと前記第４のレンズユニットとの間のレンズ収容部に形成されたに第３の流体チャンバと、
    該第３の流体チャンバに接続された第２の流体管とを備え、
    前記第２のレンズユニットと前記第３のレンズユニットは、前記第１のレンズユニットと前記第４のレンズユニットに対して軸方向に移動可能であり、
    前記第１のレンズユニットと前記第４のレンズユニットは軸方向で固定され、
    前記第１の流体管、前記第２の流体管、または前記第３の流体管のうちの１つまたはそれ以上を介して、前記第１の流体チャンバ、前記第２の流体チャンバ、または前記第３の流体チャンバのうちの１つまたはそれ以上の内部の流体の量を変えることにより、ズーム対物レンズの焦点距離が液圧式および／または空圧式に変化可能であり、
    ばね要素が、複数のレンズユニットの間の第１の流体チャンバ、第２の流体チャンバ、および第３の流体チャンバのそれぞれに配置されていることを特徴とするズーム対物レンズ。
21. 少なくとも２つの隣接するレンズユニットが、互いに流体接続されている請求項１記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。
22. 第２のレンズユニットと第３のレンズユニットが流体接続されている請求項２０記載の内視鏡装置用のズーム対物レンズ。

Images