JP2003510119A - 見通し方向可変の内視鏡 - Google Patents
見通し方向可変の内視鏡Info
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- JP2003510119A JP2003510119A JP2001526085A JP2001526085A JP2003510119A JP 2003510119 A JP2003510119 A JP 2003510119A JP 2001526085 A JP2001526085 A JP 2001526085A JP 2001526085 A JP2001526085 A JP 2001526085A JP 2003510119 A JP2003510119 A JP 2003510119A
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/00163—Optical arrangements
- A61B1/00174—Optical arrangements characterised by the viewing angles
- A61B1/00183—Optical arrangements characterised by the viewing angles for variable viewing angles
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
- G02B23/2407—Optical details
- G02B23/2423—Optical details of the distal end
- G02B23/243—Objectives for endoscopes
Abstract
Description
形スイング・プリズム装置に関する。
どの離れた場所または近付くことができない場所における特徴を見るための周知
の装置である。多くのそのような装置は、観察する方向を連続的に変えられるよ
うにするために装置の遠位端に回転可能なプリズム(いわゆる、「スイング・プ
リズム」)が設けられている。通常、得ることができる見通し方向の変化の最大
範囲は70°の領域内であり、前方向および横方向を見るためには普通は異なる
スコープを設ける必要がある。
該装置は近位端および遠位端を有するチューブと、その遠位端にある観察ポート
と、チューブ内で観察機器に送信するため観察ポートを通して視野の画像を受信
するための、長手方向の軸を画定する画像受信手段と、その長手方向の軸に対し
て45°の角度で該軸から横方向にずらして装着した反射面を備え、長手方向の
軸に対して直角に交差し、反射面の中心を横切る回転軸の回りに回転するように
装着される第1の反射器と、長手方向の軸に対して45°の角度で装着され、長
手方向の軸が横切る第2の反射器であって、観察ポートに入って来る光が第1の
反射器によって第2の反射器へ反射され、第2の反射器によって画像受信手段の
中へ反射するようになっている第2の反射器とを有し、さらに、視野を照明する
ための手段を有し、その照明手段はチューブの遠位端にある第3の反射器に光を
送るための、そして第1の反射器に対して長手方向の軸の回りに対称状に装着さ
れる反射面を備え、回転軸に関して第1の反射器と同期して回転することができ
る手段を有する。
するための複数のレンズを備えることができる。この場合、観察機器はチューブ
の近位端においてアイピース・アセンブリを有することができる。
備えることができる。この場合、観察機器はビデオ画像を表示するための画面を
備えることができる。
ガイドおよび/または少なくとも1つの直角プリズムを備えるのが便利である。
備える。
される直角プリズムを備えることができる。
上が、通常は直角プリズムを備える。
するのを防ぐための手段をさらに備えることができる。
画像の回転を防ぐために第1の反射器と同期して回転するように装着することが
できる。
)プリズム、二重ダブ・プリズムまたはペチャン(Pechan)プリズムを備
えることができる。
段も備えることが好ましい。
たはペチャン・プリズムを備えることができる。
。該装置は、近位端および遠位端を有するチューブと、その遠位端にある観察ポ
ートと、観察機器に送信するために観察ポートを通して視野の画像を収集するた
めの手段と、視野を照明するための手段とを有し、その照明手段は光を遠位端へ
チューブを通して伝送するための複数の光ファイバと、ファイバからの光をチュ
ーブから反射させて出すように動作可能な反射器とを有し、ファイバからの光を
反射器に伝送するための手段は少なくとも1つのライト・ガイドおよび/または
少なくとも1つの直角プリズムを備える。
。
角プリズムは、隣接する各ライト・ガイドまたはプリズムから、約1波長より大
きい間隔だけ隔てられている。
としてのものに過ぎない
プリズム装置の概略図である。直角プリズム12が、観察ウィンドウ14を通し
て受信した光を、スコープ10の近位端に(あるいは、ビデオ画面へ伝送するた
めのCCDチップなどの、画像からビデオへの変換機器に画像用レンズを通して
直接)伝送するために光学的トレイン16の中に反射する。見通し方向(DOV
)は、スコープ10の中の画像受信構成部品(図示のような光学的トレイン16
を形成するレンズのリレー、あるいはCCDチップなどの画像からビデオへの変
換機器)によって形成される長手方向の軸Lと、視野(FOV)の中心を画定す
る見通し軸Vとの間の角度である。図1aにおいて、見通し方向は90°である
。しかし、プリズム12は紙面に直角な軸rの回りに回転するように装着される
ので、見通し方向を変えるために図1bおよび図1cに示されているようにそれ
を傾けることができる。
る光線のフットプリント(光跡)に関連したプリズム12のサイズによって基本
的に制限される(光線のフットプリントは与えられた面における光線の束によっ
て占められる領域である)。プリズム12が傾けられているので、DOVにおけ
る角度シフト(移動)は、プリズム12の向きにおける実際の角度変化の2倍で
ある。それ故、プリズムが回転する際、プリズムの入力面13上の光線のフット
プリントがシフトし、プリズム12のエッジによって実質的に切り取られること
になる。
は普通はその系の入口のひとみがプリズム12のミラー型の表面15に、あるい
はその近くに落ちるように設計される。光学系の入口のひとみは対物空間にて見
た制限用開口の画像である。ボアスコープまたは内視鏡においては、入口のひと
みは、普通は、光線が最も小さいフットプリントを占める系の部分である。入口
のひとみのサイズは、その系によって収集される光の量を決定し、スコープによ
って提示される画像の最大輝度および/または画像のサイズに関連付けられる。
スコープの基本設計パラメータ、すなわち、入口のひとみのサイズ、プリズムの
サイズ、視野およびDOVにおける変化の範囲(「スイング範囲」と呼ばれるこ
とがある)の間には釣り合いがある。一般的に、与えられたサイズのプリズム1
2に対して、実現可能なスイング範囲は視野または入口のひとみのサイズが増加
するにつれて減少する。
を図2に概略的に示す。この場合、例えば、斜面にミラー・コーティングが施さ
れている2つの直角プリズムなどの2つの反射器18、20が設けられている。
第1のプリズム18は、紙面内にある軸Rの回りに回転するように装着され、プ
リズム18の反射斜面22と45°の角度でその中心点において交差する。第2
のプリズム20は固定されている。このように、第1のプリズム18によって受
信した光が、その斜面22から第2のプリズム20へ反射され、第2のプリズム
20の斜面24によってスコープ10の光学的器材の列16(または画像レンズ
またはCCDチップなど)へ反射される。
。しかし、第1のプリズム18が軸Rの回りに回転させられると、(紙面に直角
の平面内で計った)DOVおよびプリズム18の入力面26を通して受信した光
線の方向も、プリズム18そのものが回転するのと正確に同じ角度だけ紙面から
回転することになる。このように、プリズム18を通る光線のフットプリントは
プリズム18が回転する際には変化しない。
ては基本的には制限されなくなっており、プリズムは必要な入口のひとみのサイ
ズおよび視野を収容するのに十分な大きさであればよい。実現可能なスイングの
範囲はスコープ10先端の機械装置および障害物によってのみ制限される。
い範囲のDOVにおける変化が可能である。例えば、0°〜120°の範囲を簡
単に得ることができ、単独のスコープによる前方向および横方向の観察の両方が
可能となる。
、視野(FOV)を照明する必要がある。通常、光ファイバの束が、そのスコー
プの近位端および遠位端における光源からの光を伝達するためにスコープの中に
設けられており、それが観察ポートに隣接する照明ポートから突き出ている。D
OVが変化するにつれて、視野がその照明の範囲から外れる可能性がある。従来
のスイング・プリズムのスコープは、光ファイバの束をいくつかのアームに分割
し、各アームをDOVの範囲の異なる領域上で光を投影するように導くことによ
ってこの問題を克服している。しかし、DOVの範囲が広くなればなるほど、各
領域において提供される照明の強度が低くなり、その観察される画像の中の対応
する輝度が低下する。
致するようにすることによって避けることができる。
と同期して変化する1つの実施形態の概略図である。ここで、第3のプリズム2
8が伝送手段(以下にさらに説明する)からの光を受信し、図に示されているよ
うにスコープ10の外へ反射する。第3のプリズム28は第1のプリズム18に
関して長手方向の軸Lの回りに対称状に置かれており、第1のプリズム18に対
して、それらが同じ軸Rの回りに同期して回転するようにリンクされ、それによ
り、DOVと同じ方向に光を導く。視野FOVおよび照明のフィールドFOIは
図に示されているように互いに横方向にずらされているが、スコープ10から数
ミリメートルの範囲内でこの2つはオーバラップしており、実際的にその視野が
照明されるようになっている。
向の軸Lと一般的に平行の方向に光ファイバの束(図3には示されていない)に
よってスコープ10から伝送される。次に、この光は第3のプリズム28に入る
ために少なくとも90°曲がって方向を変えられなければならない。例えば、5
mmの直径の代表的なボアスコープの狭い領域内で光ファイバの束自身をそのよ
うな角度に曲げることは不可能である。しかし、これは一連のライト・ガイドお
よび直角プリズムによって、図4に示しているように実現することができる。
4の中に直接結合することができる。ライト・ガイド34に入る光は、光ファイ
バの束の中央にあるファイバからか、あるいはその端にあるファイバからのいず
れであっても、その光が比較的大きい角度θでファイバの方向に導かれるときで
あっても、ライト・ガイド34の側壁からの総合の内部反射によって、効率的に
入れられる。ライト・ガイドから脱出する光は、直角プリズム36によって90
°曲げられて第2のライト・ガイド38の中に入ることができる。プリズム36
は2つのライト・ガイド34、38の端にできるだけ近く、触れずに置かれなけ
ればならない。表面における総合の内部反射を維持するために、小さなギャップ
9(約1波長より大きい)が必要である。
は、必然的にプリズム36内にも入る。何故なら、プリズム36の出口の面37
は第1のライト・ガイド34の側壁の継続と考えることができ、総合的に同じよ
うに入射光を反射するからである。プリズム36の入口の面35は斜面39から
の反射によって90°曲げられた光に対して同様に働く。
雑な折れ曲がった径路を通して光を操作することができる。例えば、図5に示し
ているように固定のプリズム20と背中合わせに配置される第4のプリズム40
に入るように光を180°回転させることができる。この第4のプリズムは光を
さらに90°回転させて第3のプリズム28へ入れる。照明光がスコープ10に
沿って同じ軸距離にある点から導かれるので、画像を収集するプリズム18およ
び20のように、短い先端長(すなわち、スコープ10の遠位端と観察ウィンド
ウとの間の長さ)を実現することができる。これは特に制限された空間の中で使
用するのに有利である。
式で示す。図6aは、スコープ先端の上部からの部分断面図である。図6bおよ
び図6cは、スコープ先端の端面および側面をそれぞれ示しており、双方の場合
に、回転可能なプリズム18および28が、図6aに示されているそれぞれの位
置と比較したときに約120°だけ軸Rの回りに回転している。
リズム18、20、40および28の下に、そして光学的器材の列16の下に設
けられている。さらに2つの固定したプリズム42および44が、ファイバ32
からの光を180°回転させて第4のプリズム40に入れるように設けられてい
る。第4のプリズム40は、光を90°回転させて回転しているプリズム28の
中に入れる。回転するプリズム28が再びその光を90°回転させて観察ウィン
ドウ46を通してスコープから脱出させる。観察ウィンドウ46は、回転するプ
リズムを収容するため、そして大きなスイング範囲を許すために部分的に球面で
あることが好ましい。図6cに示すように、この装置は120°のスイング範囲
を賄うことができる。0°および90°のDOVを比較のために点線で示してい
る。
けを通過するので、その画像は左右反転され、それをスコープの中のどこかで補
正する必要がある。本発明のスイング・プリズム装置においては、観察される物
体から受信した光は2つの直角プリズム18、20を通過し、したがって、プリ
ズム20から光学的器材の列16へ入って来る画像は左右反転されない。しかし
、画像は回転可能なプリズム18が動かされるにつれて回転する。この画像の回
転は各種の方法で除去することができる。
メージング・レンズ(図示せず)を含み、画像が固定のプリズム20からイメー
ジング・レンズを通してチップに直接提供されるようになっている場合、チップ
自身を、回転してプリズム18の回転を補償するように配置することができる。
光学的リレー器材列16を使用するボアスコープにおいては、回転するプリズム
18の回転を適切な画像回転プリズムの補正回転に対して機械的にリンクするこ
とができる。その画像回転プリズムは、リレー・レンズ区画の内部、あるいはス
コープ10の近位端にある接眼アセンブリ(図示せず)の内部のいずれかに含め
ることができる。適切なプリズム装置は、図7aから図7cの中にそれぞれ示さ
れているように、ダブ・プリズム50、二重ダブ・プリズム52およびペチャン
・プリズム54を含む。ダブ・プリズムおよび二重ダブ・プリズムは、平行光に
おいてのみ動作することができ、したがって、平行なリレー区画の中、あるいは
接眼レンズの背後のいずれかに置かれなければならない。ペチャン・プリズム4
6は、発散ビームまたは収束ビームにおいて動作することができる。それ故、シ
ステム内での配置に、より大きな柔軟性を提供する。
装置を使用して画像の回転を除去することができることを理解することができる
だろう。
の反転が生じるので、これはその光学系内のどこかに第2の回転しないダブ・プ
リズム、二重ダブ・プリズムまたはペチャン・プリズムを設けることによって除
去しなければならない。
ズ要素が使用できることである。負のレンズ要素を使用することは、大きな視野
を必要とする固定のDOVシステムにおいて普通に行われることである。負のレ
ンズ要素は大きく傾斜した、軸を外れた主光線をプリズム面上の実効的な開口絞
りに向かって導き、プリズムによって捉えられる光の量およびその光学系に入る
光の量を最大にするように働く。これは図1aから図1cに示すタイプの従来の
スイング・プリズム・スコープでは不可能である。何故なら、プリズム12が回
転する際、発散レンズ要素上の光軸がシフトし、許容できない光の収差を生じる
からである。しかし、本発明によるスイング・プリズム装置が利用されると、図
8に示すように、負のレンズ要素56を第1の回転プリズム18の入力面の前に
置くことができる。負のレンズ要素56が軸Rの回りにプリズム18と一緒に回
転するように配置される場合、負のレンズ要素56上の光軸はシフトしない。そ
れ故、光学系に入って来る光の量およびその結果としての画像の得られる輝度が
増加する。
を大幅に増加させた改良形スイング・プリズム・スコープを提供し、それにより
、前方向および横方向の観察のための別々のスコープが不要となることが明らか
である。また、照明の方向を変えるための手段も、その変化する視野内の任意の
場所にある物体を効果的に観察するために適切に照明することができることを確
保する。また、特許請求の範囲から逸脱することなしに、ここに記述された正確
な詳細および構成に対して多数の修正および変更を行うことができることは当業
者であれば理解することができるだろう。
プリズム装置の概略図である。
装置の概略図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 ボアスコープまたは内視鏡として使用するための装置であっ
て、近位端および遠位端を有するチューブと、前記遠位端における観察ポートと
、観察機器に転送するために観察ポートを通した視野の画像を受信する手段にし
て、長手方向の軸を画定しているチューブ内の画像受信手段と、前記長手方向の
軸に対して45°の角度で装着され、該軸から横方向にずらされた反射面を備え
、前記長手方向の軸に対して垂直で、該軸と交差し、前記反射面の中心と交差す
る回転軸の回りに回転するように装着される第1の反射器と、前記長手方向の軸
に対して45°に装着され、該長手方向の軸と交差する反射面を備えた第2の反
射器とを有し、前記観察ポートに入って来る光が前記第1の反射器により前記第
2の反射器に向かって反射されて該第2の反射器により前記画像受信手段の中に
入るようにし、装置は、さらに、視野を照明するための手段を有し、該照明する
ための手段は、前記チューブの遠位端において第3の反射器に光を伝送するため
の手段を有し、前記第1の反射器に対して前記長手方向の軸の回りに対称状に装
着され、前記回転軸の回りに前記第1の反射器と同期して回転することができる
反射面を備える装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の装置において、前記画像を受信するための手
段が、画像を前記チューブの遠位端から近位端へ転送するための複数のレンズを
含む装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の装置において、前記観察機器が前記チューブ
の近位端においてアイピース・アセンブリを有する装置。 - 【請求項4】 請求項1記載の装置において、前記画像を受信するための手
段が画像からビデオへの変換装置を有する装置。 - 【請求項5】 請求項4記載の装置において、前記観察機器がビデオ画像を
表示するための画面を有する装置。 - 【請求項6】 前記請求項の何れかに記載の装置において、前記光を伝送す
るための手段が、光ファイバの束および少なくとも1つのライト・ガイドおよび
/または少なくとも1つの直角のプリズムを有する装置。 - 【請求項7】 請求項6記載の装置において、前記光を伝送するための手段
が3つの直角プリズムを含む装置。 - 【請求項8】 前記請求項の何れかに記載の装置において、前記光を伝送す
るための手段が直角プリズムを含み、その斜面が前記第1の反射面の背後に隣接
する装置。 - 【請求項9】 前記請求項の何れかに記載の装置において、前記の第1、第
2および第3の反射器の1つまたはそれ以上が直角プリズムを有する装置。 - 【請求項10】 前記請求項の何れかに記載の装置において、前記第1の反
射器が前記回転軸の回りに回転する際に観察される画像の回転を防止するための
手段をさらに含む装置。 - 【請求項11】 請求項10記載の装置において、前記画像を受信する手段
が、前記観察される画像の回転を防止するために、前記第1の反射器と同期して
回転するように装着される画像からビデオへの変換機器を有する装置。 - 【請求項12】 請求項10記載の装置において、前記観察される画像の回
転を防止するための手段が、ダブ・プリズムおよび二重ダブ・プリズムまたはペ
チャン・プリズムを有する装置。 - 【請求項13】 請求項12記載の装置において、前記回転防止プリズムに
よって作り出される画像の反転を補正するための手段をさらに有する装置。 - 【請求項14】 請求項13記載の装置において、前記画像の反転を補正す
るための手段が、ダブ・プリズムおよび二重ダブ・プリズムまたはペチャン・プ
リズムを有する装置。 - 【請求項15】 前記請求項の何れかに記載の装置において、装置は約12
0°の範囲にわたって可変の見通し方向を提供するように動作することができる
装置。 - 【請求項16】 ボアスコープまたは内視鏡として使用するための装置であ
って、近位端および遠位端を有するチューブと、前記遠位端にある観察ポートと
、観察機器に伝送するための前記観察ポートを通した視野の画像を収集するため
の手段と、前記視野を照明するための手段とを有し、前記照明するための手段は
、前記遠位端に前記チューブを通じて光を伝送するための複数の光ファイバと、
前記チューブの外へ前記ファイバからの光を反射するように動作することができ
る反射器と、少なくとも1つのライト・ガイドおよび/または少なくとも1つの
直角プリズムを含む、前記反射器にファイバからの光を伝送するための手段とを
有する装置。 - 【請求項17】 請求項16記載の装置において、前記反射器が回転可能に
装着される装置。 - 【請求項18】 請求項16または請求項17記載の装置において、前記反
射器が直角プリズムを有する装置。 - 【請求項19】 請求項16から請求項18の何れかに記載の装置において
、前記光を伝送するための手段の中の各ライト・ガイドおよび/または直角プリ
ズムが、隣接する各ライト・ガイドまたはプリズムから約1波長より大きい間隔
だけ隔てられている装置。
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JP (1) | JP4458221B2 (ja) |
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