JP2007020866A - 硬性内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】大きい視野角を得ることができる硬性内視鏡を、提供する。
【解決手段】硬性内視鏡１０は、挿入部１０ａ内の対物光学系１２により形成される広角像を一つの第１のカメラ２５で撮像して第１の表示装置Ｍ１に表示させるとともに、その広角像の一部を第２の再結像光学系で拡大して第２のカメラ２８で撮像して第２の表示装置Ｍ２に表示させる。また、この硬性内視鏡１０は、挿入部１０ａがその軸周りに回転されると、挿入部１０ａの回転により生ずる像の回転を打ち消すように、第２のリレー光学系１５と半透明鏡２２との間にあるペシャンプリズム２１を回転させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、体内の観察に使用される硬性内視鏡に、関する。

周知のように、被検者の体内を観察するための器具の一つとして、硬性内視鏡がある。硬性内視鏡は、被検者の体内に挿入される棒状の挿入部を有し、その挿入部は、先端側から順に、対物光学系とリレー光学系を内蔵している。対物光学系が形成した像は、リレー光学系によりリレーされ、リレーされた像は、接眼光学系を介して観察者に直接観察されたり、撮像装置によって撮像されて表示装置に映し出されたりする。

特開２００２−２２８９４４号公報 特開平１１−１５５７９８号公報

ところで、一般的な硬性内視鏡の用途の一つとして、脳外科手術がある。脳外科手術では、硬性内視鏡は、通常、顕微鏡とともに用いられる。顕微鏡は、開頭部を通して頭蓋内の施術箇所を拡大観察するために用いられ、硬性内視鏡は、施術部分の周辺全体を観察するために用いられる。なお、硬性内視鏡は、顕微鏡の死角を観察するために用いられるものであるので、硬性内視鏡の観察領域と顕微鏡の観察領域とができるだけ重ならないことが望ましいが、硬性内視鏡が、対物光学系の光軸が挿入部の軸と平行である直視鏡であると、開頭部から差し込まれた挿入部が前方に望む領域が、顕微鏡の観察領域（施術箇所）と重なってしまう。このため、脳外科手術においては、施術部分の周辺を観察できるようにするため、対物光学系の光軸が挿入部の軸に対して傾く斜視鏡が採用されることが多い。

ところが、脳外科出術においては、施術箇所の周辺全体が見渡せること、すなわち、１８０°程度の視野角が要求されているにも拘わらず、従来の硬性内視鏡には、最大でも１２０°程度の視野角を持つ対物光学系しか採用できないため、このままでは、硬性内視鏡の有用性を脳外科手術に十分発揮させることができないという問題があった。

なお、前述した問題を解消するため、仮に、１８０°程度の視野角を有する対物光学系を硬性内視鏡に適用したとすると、観察像の視野周縁部が歪み、良好な観察像が得られなくなることが容易に考えられ得る。それと同時に、光学系全体の倍率が低くなることも考えられるため、観察像を拡大するための拡大光学系を追加せねばならない。さらに、倍率を高める結果として、像が全体的に暗くなることが考えられるため、脳外科手術という精緻な技能が要求される施術の利用に耐え得る観察像が得られなくなる虞がある。

本発明は、前述したような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、大きい視野角を得ることができる硬性内視鏡を提供することにある。

上記の課題を解決するために発明された硬性内視鏡は、被検者の体内に挿入される挿入部，前記挿入部をその軸周りに回転させるための挿入部回転機構，前記挿入部の軸に対して光軸が傾いた状態でその挿入部の先端部に内蔵される対物光学系，前記対物光学系の後側において、前記対物光学系が形成する像を一方向のみ反転させるように作用する像回転光学系，及び、前記挿入部の回転に伴う前記像の回転を打ち消すように、前記像回転光学系を、その互いに平行な入射端面及び射出端面に対して垂直な軸周りに回転させる光学系回転機構を備えることを、特徴としている。

このように、挿入部がその軸周りに回転されるように構成すると、挿入部の先端部の全ての径方向を実質的に対物光学系の視野とすることができる。このとき、対物光学系自体の視野角は９０°程度に抑えることができる。その結果として、観察像の視野周縁部に生ずる歪みを抑制することができ、また、光学系全体の倍率を低下させなくて済む。また、観察像を大きく拡大する必要が無いため、観察像が全体的に暗くなることもない。なお、挿入部を回転させることにより生ずる像の回転は、像回転光学系を回転させることにより打ち消されることとなるので、像内の被写体の上下方向を一方向に固定してその像を観察することができるようになる。

なお、本発明の硬性内視鏡においては、挿入部は、接眼光学系或いは撮像装置の光軸の延長線と同軸に配置されることにより、接眼光学系或るいは撮像装置が収納される筐体から垂直に突出したものとなっていても良いし、そのような筐体に垂直に突出するように取り付けられた腕部に対し、連結部を介して連結されることによって、その腕部とともに、略Ｌ字状に屈曲した全体形状を構成するものであっても良い。また、挿入部回転機構は、前者の場合には、前述した筐体内に設置され、後者の場合には、前述した筐体又は連結部内に設置される。

また、本発明の硬性内視鏡においては、像回転光学系は、内部に入る光軸と外部に出す光軸とを同軸にすることができて尚且つ一方向のみ像を反転させる光学系であれば何でも良く、例えば、ペシャンプリズム，アッベプリズム，その他のプリズムとすることができる。また、プリズムに限定されず、プリズムの反射面と等価な位置に鏡を配置してなる光学系であっても良い。

従って、本発明によれば、硬性内視鏡を、大きい視野角を得られるものとすることができるようになる。

以下、添付図面に基づいて、本発明を実施するための形態について、説明する。

まず、本実施形態の硬性内視鏡の構成について、説明する。

図１は、本実施形態の硬性内視鏡１０の外観の構成を示す図である。

図１に示されるように、硬性内視鏡１０は、挿入部１０ａ，腕部１０ｂ，連結部１０ｃ，及び、把持部１０ｄとに区分される。

挿入部１０ａは、被検者の体内に挿入される部分であり、断面円形の棒状に形成されている。この挿入部１０ａの先端部分は、切り欠かれており、挿入部１０ａの軸に対して４５°傾く斜面１０ｓが、挿入部１０ａの先端面から側面に向かって斜めに形成されている。

腕部１０ｂは、挿入部１０ａを支持する部分であり、断面円形の棒状に形成されている。この腕部１０ｂの基端は、把持部１０ｄの筐体に取り付けられており、腕部１０ｂ自体は、把持部１０ｄの筐体から垂直に突出した状態となっている。

連結部１０ｃは、挿入部１０ａの基端と腕部１０ｂの先端とを連結する部分である。挿入部１０ａと腕部１０ｂは、連結部１０ｃにて連結されることにより、全体として、Ｌ字状の形状を、呈している。

把持部１０ｄは、操作者が硬性内視鏡１０を操作する際に持つための部分であり、例えば円柱形状に形成されている。この把持部１０ｄは、所定のケーブルを介して二台の表示装置Ｍ１，Ｍ２に接続されている。また、この把持部１０ｄには、光源装置Ｓから延びるケーブルの先端が、着脱自在に装着されている。この光源装置Ｓは、挿入部１０ａの斜面１０ｓの前方を照明するための光を供給する装置である。

図２は、挿入部１０ａと腕部１０ｂと連結部１０ｃの内部の構成を概略的に示す図である。

図２に示されるように、挿入部１０ａは、その先端部に、観察窓１１及び対物光学系１２を内蔵している。観察窓１１は、前述した斜面１０ｓに開口が開くように先端部内部に穿たれた図示せぬ孔に対して嵌め込まれることにより、挿入部１０ａ内を密封するガラス板である。対物光学系１２は、少なくとも、負レンズ１２ａ，楔プリズム１２ｂ，及び、正レンズ１２ｃからなる。負レンズ１２ａ及び正レンズ１２ｃは、レトロフォーカス型の光学系を構成し、斜面１０ｓの前方を視野として像を形成する。なお、この光学系の画角は、９０°程度である。楔プリズム１２ｂは、斜面１０ｓに直交する凹レンズ１２ａの光軸をその内面で二回折り曲げて、凸レンズ１２ｃの光軸と同軸にする光学素子である。

また、挿入部１０ａは、その先端部以外の残りの部分に、第１のリレー光学系１３を内蔵している。この第１のリレー光学系１３は、複数のリレーレンズ１３ａからなり、その光軸は、対物光学系１２の光軸（凸レンズ１２ｃの光軸）と、同軸になっている。

また、連結部１０ｃは、その内部に、第１のリレー光学系１３の光軸を所定の角度（例えば９０°）だけ折り曲げる反射素子１４を、内蔵している。この反射素子１４は、反射鏡又は三角プリズムとすることができる。

また、腕部１０ｂは、その内部に、第２のリレー光学系１５を内蔵している。この第２のリレー光学系１５は、第１のリレー光学系１３のリレーレンズ１３ａと同じ光学特性のリレーレンズ１５ａからなり、その光軸は、反射素子１４によって折り曲げられた第１のリレー光学系１３の光軸と、同軸になっている。

このような光学構成により、対物光学系１２が形成した像は、第１及び第２のリレー光学系１３，１５の各リレーレンズ１３ａ，１５ａが各々の結像面（図２中の破線）上に順次結像することによってリレーされ、最終のリレーレンズ１５ａの結像面（図２中の最も右側の破線）上に形成される。

さらに、連結部１０ｃは、挿入部１０ａを、ボールベアリング等の回転機構を介して、その軸周りに回転自在に保持しており、挿入部１０ａが回転したときにその回転量を検出する検出器１６を、内蔵している。この検出器１６は、腕部１０ｂ内に引き通された電線１７に接続されており、挿入部１０ａが回転したときには、その回転量を示す信号を、この電線１７を通じて把持部１０ｄへ出力する。

ところで、図示していないが、挿入部１０ａは、上記の光源装置Ｓから供給される光を先端に導くための光ファイバ群を、内蔵しており、その光ファイバ群は、第１のリレー光学系１３の周囲において、円筒状に配列されている。そして、その光ファイバ群の基端は、連結部１０ｃ内においても円筒状に配置されており、それら基端面は、揃えられることによって全体として円帯状を呈している。一方、その光ファイバ群の先端は、その先端面が斜面１０ｓに揃う状態で、斜面１０ｓにおける上記のガラス板１１の周囲に取り付けられている。これにより、この光ファイバ群に導かれた光は、斜面１０ｓの前方を照明することとなる。

また、図示していないが、把持部１０ｄ，腕部１０ｂ及び連結部１０ｃには、挿入部１０ａの光ファイバ群とは別の光ファイバ群が引き通されている。この光ファイバ群は、腕部１０ｂ内においては、第２のリレー光学系１５の周囲において、円筒状に配列されている。また、その光ファイバ群の基端は、把持部１０ｄ内に引き通されて、その把持部１０ｄに設けられているソケットに取り付けられている。なお、このソケットは、光源装置Ｓから延びるケーブルの先端を着脱自在に装着するためのものである。また、その光ファイバ群の先端は、連結部１０ｃ内に引き通されて、連結部１０ｃ内にある第１のリレー光学系１３の周囲に円筒状に配列されており、それら先端面は、揃えられることによって全体として円帯状を呈している。

そして、この挿入部１０ａ以外の部分１０ｂ〜１０ｄ内に引き通された光ファイバ群の円帯状の先端面は、挿入部１０ａに内蔵される光ファイバ群の円帯状の基端面と同じ大きさとなっているとともに、互いに、同軸な状態で、近接している。このため、連結部１０ｃ側の光ファイバ群の基端面から出た光は、殆ど挿入部１０ａ側の光ファイバ群の先端面に入射するようになる。従って、光源装置Ｓから供給される光は、挿入部１０ａ以外の部分１０ｂ〜１０ｄ内の光ファイバ群に中継されて、挿入部１０ａ内の光ファイバ群へ導かれることとなる。

このように構成されていると、挿入部１０ａが回転しても、光ファイバ群がよじれることなく、光源装置Ｓからの光を挿入部１０ａの先端に導くことができる。

図３は、把持部１０ｄの内部の構成を概略的に示す図である。

図３に示されるように、把持部１０ｄは、ペシャンプリズム２１，半透明鏡２２，反射素子２３，第１の再結像光学系２４，第１のカメラ２５，シュミット＝ペシャンプリズム２６，第２の再結像光学系２７，及び、第２のカメラ２８を、内蔵している。

ペシャンプリズム２１については、図４を参照しながら後述するが、簡単に説明すると、ペシャンプリズム２１は、図３の紙面に垂直な方向を上下方向とし、その紙面内の上下方向を左右方向とした場合において、第２のリレー光学系１５の最終結像面（図２中の最も右側の破線，及び、図３中の破線）上の像を一方向のみ反転させるように作用する像回転光学系である。このペシャンプリズム２１の把持部１０ｄ内での取り付け位置は、その入射端面が第２のリレー光学系１５の光軸Ａｘ０に対して垂直となり、尚且つ、射出端面を通過するＡｘ０が入射側の光軸Ａｘ０の延長線上に一致するよう、調整されている。

半透明鏡２２は、入射してくる光束の一部を反射するとともに残りを透過させる光路分岐素子であり、ペシャンプリズム２１を通過した上記光軸Ａｘ０に対して反射面が４５°傾いた状態で、この光軸Ａｘ０上に配置されている。なお、以下では、光軸Ａｘ０が、この半透明鏡２２において光軸Ａｘ１と光軸Ａｘ２とに分岐されているとして、説明する。

反射素子２３は、半透明鏡２２により反射される光束の光路上に配置され、半透明鏡２２によって折り曲げられた軸Ａｘ１を、さらに折り曲げる光学素子である。これにより、光軸Ａｘ１は、クランク状となっている。この反射素子２３は、反射鏡又は三角プリズムとすることができる。

第１の再結像光学系２４は、第２のリレー光学系１５の最終結像面（図２の最も右側の破線，及び、図３中の破線）上の像を再結像する光学系であり、その光軸は、反射素子２３によって折り曲げられた上記光軸Ａｘ１と同軸となっている。

第１のカメラ２５は、第１の再結像光学系２４が再結像した像を撮像する撮像装置である。この第１のカメラ２５は、ビデオケーブルやＲＧＢケーブル等のケーブルを介して第１の表示装置Ｍ１に接続されており、撮像により得た画像データを第１の表示装置Ｍ１へ出力する。

シュミット＝ペシャンプリズム２６については、図７を参照しながら後述するが、簡単に説明すると、シュミット＝ペシャンプリズム２６は、図３の紙面に垂直な方向を上下方向とし、その紙面内の上下方向を左右方向とした場合において、像を上下左右反転させるように作用する像反転光学系である。このシュミット＝ペシャンプリズム２６の把持部１０ｄ内での取り付け位置は、互いに平行な入射端面及び射出端面を光軸Ａｘ２が垂直に通過するよう、調整されている。

第２の再結像光学系２７は、ペシャンプリズム２１及びシュミット＝ペシャンプリズム２６を介して見える最終結像面（図２の最も右側の破線，及び、図３中の破線）上の像の一部を再結像する光学系であり、その光軸は、半透明鏡２２を透過した光軸Ａｘ２の延長線と、同軸になっている。この第２の再結像光学系２７は、第１乃至第４のレンズ２７ａ〜２７ｄからなる。

このうち、第１のレンズ２７ａは、鏡筒内のカム環に係合する鏡枠に対して固定されることによって、その光軸に沿って平行移動自在に保持されており、第１のレンズ２７ａ自体は、ピント合わせ用の合焦光学系として機能する。

また、第２及び第３のレンズ２７ｂ，２７ｃは、鏡筒内のカム環に係合する鏡枠に固定されることによって、その光軸に沿って平行移動自在に保持されており、第２及び第３のレンズ２７ｂ，２７ｃ自体は、観察倍率変更用の変倍光学系として機能する。なお、第４のレンズ２７ｄは、第１乃至第３のレンズ２７ａ〜２７ｃの光軸と同軸となる状態で、把持部１０ｄ内に固定されている。

第２のカメラ２８は、第２の再結像光学系２７が再結像した像を撮像する撮像装置である。この第２のカメラ２８は、ビデオケーブルやＲＧＢケーブル等のケーブルを介して第２の表示装置Ｍ２に接続されており、撮像により得た画像データを第２の表示装置Ｍ２へ出力する。

なお、第２のカメラ２８が撮像する像は、第１のカメラ２５が撮像対象としている像の一部となっている。そこで、以下では、第１のカメラ２５が撮像した像を広角像と表記し、第２のカメラ２８が撮像した像を拡大像と表記する。

図４は、ペシャンプリズム２１の斜視図である。

図３及び図４に示されるように、ペシャンプリズム２１は、第１のプリズム２１１及び第２のプリズム２１２から、構成されている。

第１のプリズム２１１は、四角柱状のプリズムである。その一側面２１１ａは、第２のリレー光学系１５の光軸Ａｘ０に対し、垂直に配置されており、このペシャンプリズム２１の入射端面として機能する。この第１のプリズム２１１は、その側面２１１ａから内部に入る光軸Ａｘ０を、この側面２１１ａに隣接する２つの側面２１１ｂ，２１１ｃの内面によって二回折り曲げた後、側面２１１ｂを垂直に通過させる。

第２のプリズム２１２は、三角柱状のプリズムであり、その一側面２１２ｄが、第１プリズムの側面２１１ｂに対して平行に且つ近接するように、配置されている。従って、第２のプリズム２１２の側面２１２ｄは、第１プリズム２１１の側面２１１ｂを垂直に通過した上記光軸Ａｘ０に対し、垂直に配置されている。

この第２プリズム２１２は、その側面２１２ｄから内部に入る上記光軸Ａｘ０を、側面２１２ｄに隣接する残りの二つの側面２１２ｅ，２１２ｆの各々の内面によって順に折り曲げ、更に、側面２１２ｄの内面によって折り曲げることにより、側面２１２ｅを垂直に通過させ、外部へ出す。このとき、第２のプリズム２１２から出る光軸Ａｘ０は、第１プリズム２１１に入る前の光軸Ａｘ０と同軸になっている。側面２１２ｅは、このペシャンプリズム２１の射出端面として機能する。

このペシャンプリズム２１は、図３に示されるように、把持部１０ｄ内において回転自在に取り付けられている鏡筒３１の内部に、固定されており、この鏡筒３１の回転に伴って、入射側及び射出側の光軸Ａｘ０と同じ線上の軸周りに回転されるようになっている。

そして、第２のリレー光学系１５の最終結像面（図３中の破線）上の像を、このペシャンプリズム２１を通して半透明鏡２２側から見た場合において、このペシャンプリズム２１がその軸周りに回転されたときには、その像は、回転する。

より具体的に説明すると、図４に示されるように、入射側において上向きの矢印像があったと仮定して、この矢印像を図４の左へ倒れるよう回転させた場合、射出側からペシャンプリズム２１を通さずにこの矢印像を見たときには、この矢印像は、右へ倒れるように見え、射出側からペシャンプリズム２１を通して見ると、この矢印像は、左へ倒れるように見える。これを矢印像自体の回転ではなく、矢印像を固定したままペシャンプリズム２１を回転させた場合について見てみると、ペシャンプリズム２１を９０°回転させたときには、この上向きの矢印像は、射出側では、上向きから下向きへ回転するように見える。そして、さらにペシャンプリズム２１を９０°回転させると、射出側では、矢印像は、下向きから上向きへ回転するように見える。つまり、ペシャンプリズム２１は、半周回転するごとに像を一回転させるように作用する。

このペシャンプリズム２１を内部に固定している鏡筒３１は、図３に示されるように、図示せぬギア機構を介してモータ等の駆動用アクチュエータ３２に接続されている。この駆動用アクチュエータ３２は、回転制御回路３３に接続されており、回転制御回路３３から指示された回転量だけ鏡筒３１を回転させる。つまり、鏡筒３１，駆動用アクチュエータ３２，及び、回転制御回路３３からなる機構は、ペシャンプリズム２１とともに、イメージローテータとして機能することとなる。

なお、この回転制御回路３３は、腕部１０ｂ内に引き通された電線１７に接続されており、挿入部１０ａが回転したときに連結部１０ｃ内の検出器１６から出力される信号を受信するようになっている。回転制御回路３３は、この信号を受信することによって挿入部１０ａの回転を検知したときには、挿入部１０ａの一回転に対してペシャンプリズム２１を半回転させる割合で、ペシャンプリズム２１を回転させるように、鏡筒３１の回転を制御する。

このように、挿入部１０ａの回転に伴ってペシャンプリズム２１を回転させるようにしたのは、以下の理由に因る。

すなわち、挿入部１０ａが、図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態にまで半回転すると、上記最終結像面（図２の最も右側の破線，及び、図３中の破線）上の像内の被写体の上下方向が、図６（ａ）の状態から図６（ｂ）の状態までその像面内で半回転する。もちろん、挿入部１０ａをさらに半回転させれば、上記最終結像面上の像内の被写体の上下方向は、回転前の向きに戻る。

前述した回転制御回路３３は、このような挿入部１０ａの回転に伴う像の回転を防止するため、鏡筒３１が回転されたときに、像の回転が打ち消されるようにペシャンプリズム２１を回転させ、半透明鏡２２側からペシャンプリズム２１を通して見たときの上記最終結像面（図３中の破線）上の像を、その内部の被写体の上下方向を常に像面内の同じ方向に向いた状態で、見えるようにしている。

図７は、シュミット＝ペシャンプリズム２６の斜視図である。

図３及び図７に示されるように、シュミット＝ペシャンプリズム２６は、補助プリズム２６１及びシュミットプリズム２６２から、構成されている。

補助プリズム２６１は、四角柱状のプリズムである。その一側面２６１ａは、半透明鏡２２を通過した上記光軸Ａｘ２に対し、垂直に配置されており、このシュミット＝ペシャンプリズム２６の入射端面として機能する。この補助プリズム２６１は、その側面２６１ａから内部に入る上記光軸Ａｘ２を、この側面２６１ａに隣接する２つの側面２６１ｂ，２６１ｃの内面によって二回折り曲げた後、側面２６１ｂを垂直に通過させる。

シュミットプリズム２６２は、三角柱の一側面にこの側面から突出するダハ面が（その稜線が底面と平行となる状態で）形成されたのと等価な形状を有するプリズムであり、そのダハ面２６２ｆ，２６２ｇ以外の一側面２６２ｄが補助プリズム２６１の側面２６１ｂに対して平行に且つ近接するように、配置されている。従って、シュミットプリズム２６２の側面２６２ｄは、補助プリズム２６１の側面２６１ｂを垂直に通過した上記光軸Ａｘ２に対し、垂直に配置されている。

このシュミットプリズム２６２は、その側面２６２ｄから内部に入る上記光軸Ａｘ２を、側面２６２ｄに隣接する残りの側面２６２ｅの内面とダハ面２６２ｆ，２６２ｇの内面とによって順に折り曲げ、更に、その側面２６２ｄの内面によって折り曲げることにより、側面２６２ｅを垂直に通過させ、外部へ出す。このとき、光軸Ａｘ２がシュミットプリズム２６２から出る方向は、補助プリズム２６１に入る前の光軸Ａｘ２と平行な方向となる。側面２６２ｅは、このペシャンプリズム２１の射出端面として機能する。

このシュミット＝ペシャンプリズム２６は、図３に示されるように、把持部１０ｄ内において上記光軸Ａｘ２に直交する面内で平行移動自在に取り付けられているＸＹステージ３４上に、固定されており、このＸＹステージ３４の移動に伴って、光軸Ａｘ２に直交する面内で平行移動されるようになっている。

そして、第２のリレー光学系１５の最終結像面（図３中の破線）上の像を、前述のペシャンプリズム２１及びシュミット＝ペシャンプリズム２６を通して第２の再結像光学系２７側から見た場合において、このシュミット＝ペシャンプリズム２６がその面内で平行移動されたときには、その像は、シフトする。

より具体的に説明すると、図７に示されるように、シュミット＝ペシャンプリズム２６の内部に入る光軸Ａｘ２を、このシュミット＝ペシャンプリズム２６を通過する前後の光軸Ａｘ２が互いに同軸となる初期位置から、Ｘ方向における正の方（図５では左方）へ距離ｗだけ移動させると、シュミット＝ペシャンプリズム２６から出る光軸Ａｘ２は、Ｘ方向における負の方に距離ｗだけ移動する（図７中のＡｘ’２を参照）。これを入射側の光軸Ａｘ２の移動ではなく、その光軸Ａｘ２を固定したままシュミット＝ペシャンプリズム２６を平行移動させた場合について見ると、シュミット＝ペシャンプリズム２６をＸ方向における負の方（図７では右方）へ平行移動させたときには、射出側の光軸Ａｘ２は、Ｘ方向における負のへ距離２ｗだけ平行移動する。つまり、シュミット＝ペシャンプリズム２６は、自己が平行移動した方向へ、自己の平行移動量の二倍の距離だけ、光軸Ａｘ２を平行移動させるように作用する。

また、このシュミット＝ペシャンプリズム２６をＹ方向（図７では上下方向）へ移動させる場合においても、Ｘ方向への移動のときと同様に、シュミット＝ペシャンプリズム２６は、自己が平行移動した方向へ、自己の平行移動量の二倍の距離だけ、光軸Ａｘ２を平行移動させるように作用する（図７中のＡｘ”２を参照）。

なお、シュミット＝ペシャンプリズム２６が初期位置にある場合には、このシュミット＝ペシャンプリズム２６から出た後の光軸Ａｘ２は、第２の再結像光学系２７の光軸と同軸になり、その第２の再結像光学系２７は、前述のペシャンプリズム２１及びシュミット＝ペシャンプリズム２６を通して見える上記最終結像面（図３中の破線）上の像の中心部分を拡大して、第２のカメラ２８の撮像面に再結像する。

一方、シュミット＝ペシャンプリズム２６が初期位置から所定距離平行移動されている場合には、このシュミット＝ペシャンプリズム２６から出た後の光軸Ａｘ２は、もはや、第２の再結像光学系２７の光軸と同じ線上にはなく、その第２の再結像光学系２７は、前述のペシャンプリズム２１及びシュミット＝ペシャンプリズム２６を通して見える上記最終結像面（図３中の破線）上の像の中心から離れた部分を拡大して、第２のカメラ２８の撮像面に再結像する。このとき、その像のうちの拡大される部分についての中心部分から離れる距離及び方向は、シュミット＝ペシャンプリズム２６の初期位置からの移動量及び移動方向に依存する。

このシュミット＝ペシャンプリズム２６を固定しているＸＹステージ３４は、図３に示されるように、図示せぬギア機構を介してモータ等の駆動用アクチュエータ３５に接続されている。この駆動用アクチュエータ３５は、操作制御回路３６に接続されており、操作制御回路３６から指示された移動量だけＸＹステージ３４を移動させる。つまり、ＸＹステージ３４，駆動用アクチュエータ３５，及び、操作制御回路３６からなる機構は、シュミット＝ペシャンプリズム２６とともに、上記最終結像面上の像のうちの第２の再結像光学系２７の視野を平行移動させるためのものとして機能する。

なお、この操作制御回路３６は、操作盤３７に接続されており、その操作盤３７上の図示せぬ十字キーボタンからの信号を受信するようになっている。操作制御回路３６は、この信号を受信することにより、図示せぬ十字キーボタンが押下されたことを検知したときには、その押下されたボタンに対応する方向へシュミット＝ペシャンプリズム２６を平行移動させるように、ＸＹステージ３４の移動を制御する。

また、この操作制御回路３６は、操作盤３７上の図示せぬシーソーボタンからの信号を受信するようになっている。操作制御回路３６は、この信号を受信することにより、第２の再結像光学系２７を構成する第２及び第３のレンズ２７ｂ，２７ｃを固定する鏡枠を、アクチュエータ３８を通じて、鏡筒内で前後させる。

なお、操作盤３７上の図示せぬシーソーボタンが操作されることによって第２及び第３のレンズ２７ｂ，２７ｃが光軸方向へ移動すると、第２の再結像光学系２７による再結像面が第２のカメラ２８の撮像面から多少ずれて、拡大像がピンぼけ像となることがある。このため、操作制御回路３６は、図示せぬシーソーボタンが操作されたときには、ピンぼけを補正するよう、第２及び第３のレンズ２７ｂ，２７ｃの移動と同期して、第１のレンズ２７ａを固定している鏡枠を、アクチュエータ３９を通じて、鏡筒内で前後させるようになっている。

次に、本実施形態の硬性内視鏡１０の作用及び効果について、説明する。

施術者は、被検者に対して脳外科手術を行う際、開頭して、その開頭部を通して頭蓋内の施術箇所を顕微鏡にて拡大観察する。また、施術者は、硬性内視鏡１０の挿入部１０ａを開頭部より頭蓋内へ差し込み、その施術箇所の周辺を硬性内視鏡１０により観察する。

この観察においては、施術者は、硬性内視鏡１０の挿入部１０ａを回転させる。すると、対物光学系の光軸が挿入部１０ａの軸に対して４５°傾いているとともに、その視野角が９０°程度となっているため、挿入部１０ａの先端における視野角が約１８０°の範囲の像が、実質的に、第１の表示装置Ｍ１に表示されることとなる。

このとき、対物光学系１２自体の視野角は、９０°程度に抑えられているため、広角像の視野周縁部に生ずる歪みを抑制することができ、また、光学系全体の倍率を低下させずに済む。また、第２の再結像光学系２７の拡大倍率を上げる必要が無いため、第２の表示装置Ｍ２に表示される拡大像が全体的に暗くなることもない。

また、挿入部１０ａを回転させることにより生ずる像の回転は、前述したように、ペシャンプリズム２１を回転させることにより打ち消されるようになっているので、第１及び第２の表示装置Ｍ１，Ｍ２に表示される像は、その内部の被写体の上下方向を常に画面内の一定の方向に向けた状態で、表示されることとなる。そのため、施術者は、施術中において、違和感なく観察することができるようになる。

なお、本実施形態の硬性内視鏡１０は、像をシフトさせるための光学素子として、シュミット＝ペシャンプリズム２６を備えていたが、これに限定されるものではなく、内部に入る光軸と外部に出す光軸とを互いに平行にするように作用する像反転光学系であれば何でも良い。例えば、ポロプリズム，アッベ＝ケーニッヒプリズム，ヘンゾルトプリズム，メーラープリズム，スプレンゲルプリズム，その他のプリズムとすることができる。また、プリズムに限定されず、プリズムの反射面と等価な位置に鏡を配置してなる光学系であっても良い。

本実施形態の硬性内視鏡の外観の構成を示す図 挿入部と腕部と連結部の内部の構成を概略的に示す図 把持部の内部の構成を概略的に示す図 ペシャンプリズムの斜視図 （ａ）挿入部の斜面を上に向けた状態，及び、（ｂ）挿入部の斜面を下に向けた状態をそれぞれ示す図 （ａ）挿入部の斜面が上を向いているとき，及び、（ｂ）挿入部の斜面が下を向いているときの画面内での被写体の上下方向の向きをそれぞれ示す図 シュミット＝ペシャンプリズムの斜視図

符号の説明

１０ 硬性内視鏡
１０ａ 挿入部
１０ｂ 腕部
１０ｃ 連結部
１０ｄ 把持部
１０ｓ 斜面
１２ 対物光学系
１３ 第１のリレー光学系
１５ 第２のリレー光学系
１６ 検出器
２１ ペシャンプリズム
２４ 第１の再結像光学系
２５ 第１のカメラ
２６ シュミット＝ペシャンプリズム
２７ 第２の再結像光学系
２８ 第２のカメラ
３１ 鏡筒
３２ 駆動用アクチュエータ
３３ 回転制御回路
Ｍ１ 第１の表示装置
Ｍ２ 第２の表示装置

Claims (15)

1. 被検者の体内に挿入される挿入部，
   前記挿入部をその軸周りに回転させるための挿入部回転機構，
   前記挿入部の軸に対して光軸が傾いた状態でその挿入部の先端部に内蔵される対物光学系，
   前記対物光学系の後側において、前記対物光学系が形成する像を一方向のみ反転させるように作用する像回転光学系，及び、
   前記挿入部の回転に伴う前記像の回転を打ち消すように、前記像回転光学系を、その互いに平行な入射端面及び射出端面に対して垂直な軸周りに回転させる光学系回転機構
   を備えることを特徴とする硬性内視鏡。
2. 前記挿入部は、前記対物光学系が形成した像を前記像回転光学系側へリレーするための第１のリレー光学系を、内蔵している
   ことを特徴とする請求項１記載の硬性内視鏡。
3. 前記挿入部は、その基端側において、連結部を介して略棒状の腕部に連結されることにより、その腕部とともに、略Ｌ字状に屈曲した全体形状を呈している
   ことを特徴とする請求項２記載の硬性内視鏡。
4. 前記連結部は、前記対物光学系からの光を前記像回転光学系側へ反射する反射素子を、内蔵している
   ことを特徴とする請求項３記載の硬性内視鏡。
5. 前記腕部は、前記反射素子の後側において、前記挿入部内の第１のリレー光学系によってリレーされた像を、前記像回転光学系側へリレーするための第２のリレー光学系を、内蔵している
   ことを特徴とする請求項４記載の硬性内視鏡。
6. 前記挿入部回転機構は、前記連結部内に設置されている
   ことを特徴とする請求項３，４又は５記載の硬性内視鏡。
7. 前記像回転光学系は、ペシャンプリズムである
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の硬性内視鏡。
8. 前記光学系回転機構は、前記挿入部が２回回転するごとに前記像回転光学系を１回回転させる
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の硬性内視鏡。
9. 前記像回転光学系からの光を受けて前記対物光学系が形成する像を撮像する第１の撮像装置
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の硬性内視鏡。
10. 前記像回転光学系からの光束の一部を反射させるとともに残りの光束を透過させるように作用することによって光路を二手に分岐するよう作用し、一方の光路が前記第１の撮像装置に向くように配置される光路分岐素子，
    前記光路分岐素子により分岐された光路のうちの残りの光路の光束に対し、前記像を上下左右反転させるように作用する像反転光学系，
    前記像反転光学系を、その互いに平行な入射端面及び射出端面に対して平行な面内で平行移動させるための光学系移動機構，
    前記像反転光学系からの光束を受けて前記像の一部を拡大する再結像光学系，及び、
    前記再結像光学系からの光束を受けて、前記再結像光学系が形成する拡大像を撮像する第２撮像装置
    を更に備えることを特徴とする請求項９記載の硬性内視鏡。
11. 前記再結像光学系は、光軸に沿って平行移動自在に保持されたズームレンズを、含んでいる
    ことを特徴とする請求項１０記載の硬性内視鏡。
12. 前記再結像光学系は、光軸方向に沿って平行移動自在に保持されたフォーカスレンズを、含んでいる
    ことを特徴とする請求項１１記載の硬性内視鏡。
13. 前記像反転光学系は、少なくとも４つの反射面を有する光学系である
    ことを特徴とする請求項１０，１１又は１２記載の硬性内視鏡。
14. 前記像反転光学系は、正立プリズムである
    ことを特徴とする請求項１３記載の硬性内視鏡。
15. 前記像反転光学系は、シュミット＝ペシャンプリズムである
    ことを特徴とする請求項１４記載の硬性内視鏡。