JP2008206819A - 内視鏡アダプタ光学系及び内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の内視鏡対物光学系の構成をそのまま用いながらも、内視鏡の外径に比べて細い径の管や孔の内部の側壁を精度良く観察することの可能な内視鏡アダプタ光学系及び内視鏡を提供する。
【解決手段】入射瞳を内部に備えた内視鏡対物光学系２の物体側に配置される光学系６であって、光学系６の内部で物体の中間像Ｉａを結像させ、且つ、光学系６が内視鏡対物光学系２の物体側に配置された状態において、内視鏡対物光学系２の入射瞳Ｅ１を内視鏡１における最も物体側の面Ｍ１よりも物体側に突出した所定位置にリレーする（入射瞳Ｅ１と共役な入射瞳Ｅ２を、内視鏡１における最も物体側の面Ｍ１よりも物体側に所定量Ｌ突出した位置に備える）ように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡対物光学系の物体側に配置して使用する内視鏡アダプタ光学系及び内視鏡に関するものである。

従来、医療の分野における患者の体内の治療・診断や、工業の分野における製品に設けられている孔内部の検査等、外部から観察することが難しい部位の観察に内視鏡が用いられている。

一般に、内視鏡は、細径筒状の先端挿入部の内部に、対物光学系と、リレーレンズ（硬性鏡の場合）やイメージガイドファイバー（軟性鏡の場合）等の像伝送光学系を有している。そして、観察対象からこれらの光学系を経た光を、接眼光学系や撮像光学系を介して観察像として観察するように構成されている。また、ビデオ内視鏡においては、先端に対物光学系とＣＣＤ等の撮像素子を内蔵して構成されている。

また、一般に、内視鏡の対物光学系は、径の細径化と観察視野の広角化とを満たすために、いわゆるレトロフォーカスタイプに構成されており、物体側から順に、負の屈折力を持つレンズ（群）と、明るさ絞りと、正の屈折力を持つレンズ（群）を有しており、明るさ絞りを配置する入射瞳を内部に備えている。

このような内視鏡対物光学系は、例えば、次の特許文献１〜３においても記載されている。
特開２００４−２６４８３５号公報 特開２０００−１００２４号公報 特開平９−２４８２７６号公報

ところで、例えば、図４に示すような生体内における膀胱から腎臓に繋がる尿管や胆管など内視鏡の外径に比べて細い径の管や、工業製品における内視鏡の外径に比べて細い径の孔等に対しては、一般的な太さの径の内視鏡を挿し込むことが難しい。また、細い径の孔等に挿し込むために特別に細径化した内視鏡を用いることも考えられるが、そのような特別に細径化した内視鏡は、製造コストが非常に高く、広く普及させることが難しい。また、内視鏡を細径化できたとしても限界がある。そこで、内視鏡の外径よりも細い径の管や孔の側壁に病変や異常を、ある程度的確に観察できるようにすることが望まれる。

しかし、従来の内視鏡のように、内視鏡対物光学系の入射瞳を内視鏡対物光学系の内部に備える構成においは、物体からの光束は入射瞳の中心位置に向かうように内視鏡対物光学系の先端面に入射する。そして、内視鏡の外径に比べて細い径の孔を観察する場合において、孔の内部を極力観察するためには、孔の内部の側壁から内視鏡対物光学系の先端面に入射する光の入射角を極力大きくとる必要があり、そのためには、内視鏡対物光学系の先端面を孔の入り口に極力近付ける必要がある。しかし、そのようにしても、孔の径が内視鏡対物光学系の先端面の径に比べて小さいと、内視鏡対物光学系の先端面には、孔の側壁に加えて孔の入り口の周囲からの光が相当程度の割合で入射することになる。そして、対物レンズの径に比べて小さい孔からの入射光は、その孔の周囲からの入射光に比べて入射角が小さいため、孔の側壁から得られる像の情報量が少なくなってしまう。

その結果、従来の内視鏡では、内視鏡の外径に比べて細い径の管や孔を備えた観察対象を観察する場合、その管や孔の入り口の周囲については得られる像が正面視に近い像となって精度良く観察することができるものの、その管や孔の内部の側壁については得られる像が斜めから視た像となって精度良く観察することができなかった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、従来の内視鏡対物光学系の構成をそのまま用いながらも、内視鏡の外径に比べて細い径の管や孔の内部の側壁を精度良く観察することの可能な内視鏡アダプタ光学系及び内視鏡を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による内視鏡アダプタ光学系は、入射瞳を内部に備えた内視鏡対物光学系の物体側に配置されるアダプタ光学系であって、前記アダプタ光学系の内部で物体の中間像を結像させ、且つ、前記アダプタ光学系が前記内視鏡対物光学系の物体側に配置された状態において、該内視鏡対物光学系の入射瞳を内視鏡における最も物体側の面よりも物体側に突出した所定位置にリレーするように構成されていることを特徴としている。

また、本発明による内視鏡は、入射瞳を内部に備えた内視鏡対物光学系と、前記内視鏡対物光学系の物体側に配置され、内部で物体の中間像を結像させ、且つ、前記内視鏡対物光学系の入射瞳を内視鏡における最も物体側の面よりも物体側に突出した所定位置にリレーするように構成された先端部光学系を有することを特徴としている。

また、本発明の内視鏡アダプタ光学系においては、前記内視鏡対物光学系に対して着脱可能であるのが好ましい。

また、本発明の内視鏡アダプタ光学系においては、更に、前記内視鏡対物光学系の周囲に備えられている照明光学系からの出射光を観察対象に導光する導光手段を備えるのが好ましい。

また、本発明の内視鏡においては、前記先端部光学系が、前記内視鏡対物光学系に対して着脱可能であるのが好ましい。

また、本発明の内視鏡においては更に、前記内視鏡対物光学系の周囲に備えられている照明光学系からの出射光を観察対象に導光する導光手段を備えるのが好ましい。

本発明の内視鏡アダプタ光学系及び内視鏡によれば、従来の内視鏡対物光学系の構成をそのまま用いながらも、内視鏡の外径よりも細い径の管や孔の内部の側壁を精度良く観察することの可能な内視鏡アダプタ光学系及び内視鏡が得られる。

図１は本発明の一実施形態にかかる内視鏡アダプタ光学系及び内視鏡の説明図であって、(a)は内視鏡の概略構成を示す説明図、(b)は(a)の要部の説明図である。図２は本発明の内視鏡アダプタ光学系を備えた内視鏡を用いて内視鏡の外径に比べて細い径の孔を観察する場合の説明図であって、(a)は物体からの入射光を概念的に示す原理説明図、(b)は(a)に示すような状態で、内視鏡の外径に比べて細い径の孔を観察したときに得られる像の一例を示す説明図である。図３は図２の比較例にかかる従来の内視鏡を用いて内視鏡の外径に比べて細い径を持つ孔を観察する場合の説明図であって、(a)は物体からの入射光を概念的に示す原理説明図、(b)は(a)に示すような状態で、内視鏡の外径に比べて細い径の孔を観察したときに得られる像の一例を示す説明図である。

本実施形態の内視鏡１は、内視鏡対物光学系２と、リレーレンズ（硬性鏡の場合）やイメージガイドファイバー（軟性鏡の場合）等の像伝送光学系３と、接眼光学系またはＣＣＤ等を備えた撮像光学系などの結像光学系４（図１の例では接眼光学系を備えた例を示してある）を有してなる内視鏡、あるいは先端に対物光学系とＣＣＤ等の撮像素子を備えたビデオ内視鏡など、従来一般の内視鏡５の構成に加えて、更に、内視鏡対物光学系２の物体側に先端部光学系６を有している。
内視鏡対物光学系２は、正の屈折力を持つ第１レンズ群２１と明るさ絞りＳと正の屈折力を持つ第２レンズ群２２を有し、明るさ絞りＳを配置する入射瞳Ｅ１を第１レンズ群２１の内部に備えている。
先端部光学系６は、レンズ６１，６２，６３，６４，６５を有してなるリレーレンズ光学系として構成されており、図示省略した観察対象となる物体の中間像Ｉａをレンズ６２とレンズ６４との間のレンズ６３の内部で結像させ、且つ、内視鏡対物光学系２の入射瞳Ｅ１と共役な入射瞳Ｅ２を、内視鏡１における最も物体側の面Ｍ１よりも物体側に所定量Ｌ突出した位置に備えている。図１中、Ｓ’は入射瞳Ｅ２に結像される明るさ絞りＳの像である。

このように先端部光学系６を内視鏡対物光学系２の物体側に備えた本実施形態の内視鏡１と、先端部光学系６を備えていない従来の内視鏡５とを用いて、内視鏡の外径に比べて細い径の孔を観察する場合において、得られる像の違いについて説明する。

まず、先端部光学系６を備えていない従来の内視鏡対物光学系２を有する内視鏡５を用いて観察対象を観察する場合、観察対象からの光束は、入射瞳Ｅ１を対物光学系の内部（明るさ絞りＳの位置）に備えた内視鏡対物光学系２の先端面２１ａ（内視鏡５における最も物体側の面）に対し、光軸に近づくような向きで入射する。

このように観察対象からの光束が光軸に近づくような向きで先端面２１ａに入射する内視鏡５を用いて、内視鏡５の外径に比べて細い径の孔Ｈ１を観察する場合、孔Ｈ１の内部の側壁Ｈ１ｂから先端面２１ａに入射する光の入射角ω２を極力大きくするためには、図３(a)に示すように、内視鏡対物光学系２の先端面２１ａを孔Ｈ１の入り口Ｈ１ａに極力近付ける必要がある。
しかし、そのようにしても、内視鏡対物光学系２の先端面２１ａには孔Ｈ１の側壁Ｈ１ｂからの光に加えて、孔Ｈ１の入り口Ｈ１ａの周囲Ｈ１ｃからの光が入射することになる。そして、観察対象から内視鏡対物光学系２の先端面２１ａに入射する光のうち、内視鏡対物光学系２の先端面２１ａの径に比べて小さい径の孔Ｈ１の内部の側壁Ｈ１ｂから先端面２１ａに入射する光の入射角ω２は、孔Ｈ１の入り口Ｈ１ａの周囲Ｈ１ｃから先端面２１ａに入射する光の入射角ω１に比べて小さくなり、孔Ｈ１の側壁Ｈ１ｂから得られる像の情報量が少なくなってしまう。

その結果、図３(b)に示すように、孔Ｈ１の入り口の周囲Ｈ１ｃについては正面視に近い画像として精度良く観察できるのに対し、孔Ｈ１の内部の側壁Ｈ１ａについては入射角が大きくついた斜めからの画像となって、精度良く観察することができず、孔Ｈ１の内部の側壁Ｈ１ｂや孔Ｈ１に繋がる孔Ｈ２の内部に異常部位があったとしても見逃し易い。

これに対し、先端部光学系６を内視鏡対物光学系２の物体側に備えた本実施形態の内視鏡１は、内視鏡対物光学系２の物体側に配置された先端部光学系６が、観察対象となる物体の中間像Ｉａをレンズ６２とレンズ６４との間のレンズ６３の内部で結像させ、且つ、内視鏡対物光学系２の入射瞳Ｅ１と共役な入射瞳Ｅ２を、内視鏡１における最も物体側の面Ｍ１よりも物体側に所定量Ｌ突出した位置に備えており、言い換えれば、内視鏡対物光学系２の入射瞳Ｅ１を内視鏡１における最も物体側の面Ｍ１よりも物体側に所定量Ｌ１突出した位置にリレーする構成となっている。

このような構成の内視鏡１を用いて観察対象を観察する場合、観察対象からの光束は、内視鏡１における最も物体側の面Ｍ１よりも物体側に所定量Ｌ１突出した入射瞳Ｅ２の中心に向かい、そこで交差した後に光軸から離れる向きで、内視鏡１における最も物体側の面Ｍ１に入射する。

このため、先端部光学系６を備えた本実施形態の内視鏡対物光学系２を有する内視鏡１を用いて内視鏡１の外径に比べて細い径の孔Ｈ１を観察する場合、図２(a)に示すように、入射瞳Ｅ２の位置を孔Ｈ１の入り口Ｈ１ａに近付けることによって、孔Ｈ１の内部の側壁Ｈ１ｂから最も物体側の面Ｍ１に入射する光の入射角を広角化して、図３(a)に示した従来の内視鏡１では孔Ｈ１の内部の像の情報として取り込むことのできなかった範囲からの入射角ω１以上の入射角ω１’を持つ光を孔Ｈ１の内部の側壁Ｈ１ｂからの入射光として最も物体側の面Ｍ１で取り込むことができ、孔Ｈ１の内部の側壁Ｈ１ｂから得られる像の情報量が増える。
その結果、図２(b)に示すように、孔Ｈ１の内部の側壁Ｈ１ｂを極力正面視に近付けた画像として精度良く観察することができる。

このように、本実施形態の内視鏡１によれば、先端部光学系６を取り付けたときの入射瞳位置Ｅ２を孔Ｈ１の入り口Ｈ１ａ近傍から先端部光学系６の先端面を孔Ｈ１の周囲Ｈ１ｃに当接させたときの所定の深さまでの範囲に位置させることで、孔Ｈ１の内部の側壁Ｈ１ｂを所定の深さに亘って精度良く観察することができる。その結果、孔Ｈ１の内部の側壁やＨ１に繋がる孔Ｈ２の内部に異常部位があるとき発見し易くなる。なお、本実施形態の内視鏡の先端部光学系６を取り付けたときの入射瞳Ｅ２を孔Ｈ１の入り口から離れるようにすれば、孔Ｈ１の周囲Ｈ１ｂを精度良く観察することもできる。

なお、本実施形態の内視鏡１においては、先端部光学系６を内視鏡アダプタ光学系として対物光学系２に対して着脱可能に、あるいは、先端部光学系６と対物光学系２とを一体に備えてもよい。

また、本実施形態の内視鏡１における先端部光学系６を対物光学系２に対し着脱可能に備えた場合に、対物光学系２の周囲に一般的に配置される照明光学系（図示省略）からの照明光を先端部光学系６が妨げないように、対物光学系２の周囲に備えられている照明光学系からの出射光を観察対象に導光する導光手段を備えるのが好ましい。導光手段としては、例えば、先端部光学系６を保持する鏡筒の周囲に筒状の透明体を備えた構成や、鏡筒の一部に照明光学系からの光を通す孔を設ける構成が適用可能である。

本発明の内視鏡の外径に比べて細い径の孔の内部の側壁等を観察をすることが求められる医療や工業の分野に有用である。

本発明の一実施形態にかかる内視鏡アダプタ光学系及び内視鏡の説明図で、(a)は内視鏡の概略構成を示す説明図、(b)は(a)の要部の説明図である。 本発明の内視鏡アダプタ光学系を備えた内視鏡を用いて内視鏡の外径に比べて細い径の孔を観察する場合の説明図で、(a)は物体からの入射光を概念的に示す原理説明図、(b)は(a)に示す状態で内視鏡の外径に比べて細い径の孔を観察したときに得られる像の状態を例示する説明図である。 図２の比較例にかかる従来の内視鏡を用いて内視鏡の外径に比べて細い径の孔を観察する場合の説明図で、(a)は物体からの入射光を概念的に示す原理説明図、(b)は(a)に示す状態で内視鏡の外径に比べて細い径の孔を観察したときに得られる像の状態を例示する説明図である。 内視鏡の外径に比べて細い径の孔等に対して内視鏡観察をする一例として尿管を内視鏡で観察するときの状態を概念的に示す説明図である。

符号の説明

１ 内視鏡
２ 内視鏡対物光学系
３ 像伝送光学系
４ 接眼光学系
５ 従来一般の内視鏡
６ 先端部光学系
２１ 正の屈折力を持つ第１レンズ群
２１ａ 内視鏡対物光学系２の先端面
２２ 正の屈折力を持つ第２レンズ群
６１，６２，６３，６４，６５ レンズ
Ｅ１、Ｅ２ 入射瞳
Ｍ１ 内視鏡１における最も物体側の面
Ｓ 明るさ絞り
Ｓ’ Ｅ２に結像される明るさ絞りＳの像

Claims (6)

1. 入射瞳を内部に備えた内視鏡対物光学系の物体側に配置されるアダプタ光学系であって、
   前記アダプタ光学系の内部で物体の中間像を結像させ、且つ、
   前記アダプタ光学系が前記内視鏡対物光学系の物体側に配置された状態において、該内視鏡対物光学系の入射瞳を内視鏡における最も物体側の面よりも物体側に突出した所定位置にリレーするように構成されていることを特徴とする内視鏡アダプタ光学系。
2. 入射瞳を内部に備えた内視鏡対物光学系と、
   前記内視鏡対物光学系の物体側に配置され、内部で物体の中間像を結像させ、且つ、前記内視鏡対物光学系の入射瞳を内視鏡における最も物体側の面よりも物体側に突出した所定位置にリレーするように構成された先端部光学系を有することを特徴とする内視鏡。
3. 前記内視鏡対物光学系に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡アダプタ光学系。
4. 更に、前記内視鏡対物光学系の周囲に備えられている照明光学系からの出射光を観察対象に導光する導光手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡アダプタ光学系。
5. 前記先端部光学系が、前記内視鏡対物光学系に対して着脱可能であることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡。
6. 更に、前記内視鏡対物光学系の周囲に備えられている照明光学系からの出射光を観察対象に導光する導光手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の内視鏡。

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