JP2016534782A - 視野方向を調整可能な内視鏡 - Google Patents

Abstract

本発明は、視野方向を視野角で調整可能な内視鏡（１）、詳細にはビデオ内視鏡（１）に関し、該内視鏡は、長手方向軸を有する内視鏡シャフト（３）を備え、内視鏡シャフト（３）は遠位側観察窓（５）を有し、物体を撮像するための可動光学素子（１０）が内視鏡シャフト（３）に設けられる。内視鏡（１）は、集光光学ユニット（２２）が、遠位側観察窓（５）と可動光学素子（１０）との間に配置され、集光光学ユニット（２２）の焦点距離（２２）を、視野角に依存して変化させる、又は変化させることができることを特徴とする。

Description

発明の詳細な説明

［説明］
本発明は、視野角で視野方向を調整可能な内視鏡、詳細にはビデオ内視鏡、に関し、該内視鏡は、長手方向軸を有する内視鏡シャフトを備え、内視鏡シャフトは、遠位側観察窓を有し、物体を撮像するための可動光学素子が内視鏡シャフトに、好ましくはその近位端に、設けられている。

内視鏡の内視鏡シャフトの遠位端において入射する術野の光が、光学システムを介して１つ以上の画像センサに導かれる内視鏡、詳細にはビデオ内視鏡は、様々な実施形態で知られている。したがって、前方視野方向を有する、いわゆる視野方向が０°である内視鏡が入手可能であり、あるいは、視野方向が０°から逸脱する、例えば３０°、４５°、７０oなどの側方視野方向の内視鏡が入手可能である。この場合、前述の度数は、中央観察軸と内視鏡シャフトの長手方向軸との間の角度として理解される。また、側方視野方向の調節が可能な内視鏡又はビデオ内視鏡が入手可能であり、視野角、すなわち直進視野からの逸脱度、が調節可能である。

したがって、視野角の調整時には、特に内視鏡シャフトの長手方向軸に対する、直進視野からの逸脱度を変更する。
また、ビデオ内視鏡用の光学システムは、欧州特許出願公開第２３６９３９５号明細書に開示されており、その視野角は、内視鏡シャフトの長手方向軸に対して垂直又は該長手軸を横切る方向に配置された回動軸を中心に回動する、３つのプリズムを備えたプリズムユニットのプリズムによって変更される。第１プリズムとともに光ビーム経路を定義する他の２つのプリズムは、第１プリズムと一緒に回動しないため、回動する第１プリズムの反射面は、第２プリズムの対応する反射面に対して相対的に回動する。

視野方向が変更可能なさらなる内視鏡は、独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０２８ １４７号明細書に開示されている。
この従来技術から出発し、本発明の目的は、視野角の調整時に、様々な視野角の設定について、所望の物体の撮像及び撮影した物体の像の合焦の向上が簡単な方法で行える、視野方向が調整可能な内視鏡を提供することにある。

この目的は、視野角で視野方向を調整可能な内視鏡、詳細にはビデオ内視鏡、によって達成され、該内視鏡は、長手方向軸を有する内視鏡シャフトを備え、内視鏡シャフトは、遠位側観察窓を有し、物体を撮像するための可動光学素子が、内視鏡シャフトに設けられており、上記内視鏡は、集光光学ユニットが遠位側観察窓と可動光学素子との間に配置され、集光光学ユニットの焦点距離を視野角に依存して変更することができる、又は変更する点で、従来のものより発展している。

本発明は、以下の技術思想に基づいている。すなわち、内視鏡内部の内視鏡シャフトの端部に配置された遠位側観察窓と、光ビームを捕捉し、かつ／又は、物体を撮像するために内視鏡シャフト内において移動可能な光学素子との間において、例えば１つの屈折率分布型レンズもしくは必要に応じて複数の屈折率分布型レンズ、又は回折及び／もしくは屈折光学ユニットなどの、焦点距離を複数有する集光光学ユニットを用いることにより、集光光学ユニットが物体を撮像するための装置の視野角に依存する複数の焦点距離を有するため、撮像された物体の合焦が改善される。この場合、集光光学ユニット、例えば屈折率分布型レンズは、視野角を変更する際、例えば、旋回可能なプリズムを有するプリズムユニットを使用する場合に、集光光学ユニットの焦点距離が変化するように構成され、それによって、物体の合焦が、視野方向が調節可能な内視鏡の視野角に応じて、異なる視野角における可変の焦点距離に起因して、簡単な方法で促進される。例えば、集光光学ユニットのために少なくとも１つの屈折率分布型レンズを使用する場合、物体の合焦は、屈折率分布型レンズの可変の屈折率に起因して、簡単な方法で達成される。

集光光学ユニットが、内視鏡シャフトの遠位側観察窓と可動光学素子との間に配置されていることにより、内視鏡シャフトは小型であるという特徴を有する。
詳細には、集光光学ユニット、例えば屈折率分布型レンズ又は回折光学素子（ＤＯＥ）は、半透明の要素であり、屈折率を、好ましくは不連続に又は連続的に変化させることによって、レンズ効果を生じさせる。この場合、光ビームは、所定の視野角にて、集光光学ユニットにおける焦点で偏向され収束される。視野角が変更されると、光ビームは異なる焦点で収束される。これは、合焦が視野角に依存するために、集光光学ユニットが様々な視野角において異なる焦点距離を有するためである。

この場合、少なくとも１つの画像センサが内視鏡に、例えばプリズムユニットの下流側にある近位端に配置され、遠位側に配置される又は視野角を変更するプリズムユニットのプリズムが、内視鏡シャフトの長手方向軸を横切る方向に延びる回動軸を中心に回動可能である。また、プリズムユニットと少なくとも１つの画像センサとは、被覆管内部の密閉空間内に配置される。また、回動可能なプリズムの視野角を調整するための作動要素が、例えば内視鏡のハンドル上に設けられる。

詳細には、内視鏡は、集光光学ユニットが、視野方向を変更する際に、視野角の拡大を受けて集光光学ユニットの焦点距離が短くなるように、又は視野角の縮小を受けて集光光学ユニットの焦点距離が増加するように、構成されることを特徴とする。

また、好適には、集光光学ユニットは、観察窓上に配置されるように、かつ／又は、観察窓に接着接合されるように、さらに構成される。
内視鏡の好ましい実施形態は、集光光学ユニットが、屈折率分布型レンズ及び／又は回折作用を有する光学体、詳細にはフィルム、及び／又は屈折作用を有する光学体、詳細にはフィルム、を有することを特徴とする。

この目的のために、一実施形態では、屈折率分布型レンズが、内視鏡シャフトの遠位側観察窓上に配置される。
一実施形態では、屈折率分布型レンズ又は回折もしくは屈折作用を有するフィルムが、観察窓上に、詳細にはサファイアからなる観察窓に、接着される。

詳細には、集光光学ユニットとして設けられる屈折率分布型レンズの屈折率が、レンズの光軸を横切って変化することが好ましく、それにより、屈折率分布型レンズは、小型の構造となり、非常に小さな直径を有するように製造される。

また、屈折率分布型レンズは、集光光学ユニットとして特徴付けられ、レンズの長さが可変に調節可能であり、焦点距離及び作動距離を屈折率分布型レンズの端部に非常に近づけることができる。また、屈折率分布型レンズでは、屈折率がレンズの光軸を横切る方向において異なるように又は可変であるように設計される。光軸を横切る方向において屈折率が変化することにより、レンズ効果が生じ、光ビームは、屈折率分布型レンズを通過する際に、屈折率分布型レンズの近傍に位置する焦点において収束され又は集光される。

要約すると、集光光学ユニットの配置によって、遠位側観察窓と内視鏡シャフト内の可動光学素子との間で、内視鏡の視野角に応じて集光光学ユニットの焦点距離が変化し、物体からの入射光ビームの合焦、したがって、所望の物体の光学的捕捉が改善される。

また、一実施形態では、ビデオ内視鏡は、光学素子が内視鏡シャフトの長手方向軸の方向及び／又は内視鏡シャフトの長手方向軸を横切る方向において、移動可能に配置されることを特徴とする。例えば、光学素子がプリズムユニットとして構成される場合、プリズムユニットは、内視鏡シャフトの長手方向軸を中心に回動させてもよい。また、例えば、旋回可能なプリズムをプリズムユニットに設け、旋回可能なプリズムを、好ましくは内視鏡シャフトの長手方向軸を横切る又は該長手方向軸に対して垂直な向きの軸の周りを旋回可能にすることも、本発明の範囲内で可能である。

プリズムの旋回により、視野方向を内視鏡シャフトの長手方向軸に対して変更することが可能である。
詳細には、ビデオ内視鏡の開発において、光学素子がプリズムユニットとして構成され、可動部としてのプリズムユニットが、旋回軸の周りを旋回可能な少なくとも１つのプリズムを有していることが好ましい。

また、本発明に係るビデオ内視鏡の更なる実施形態では、光学素子は、光学画像センサユニットとして構成され、観察窓を通って物体から入射する光ビームが光学画像センサによって撮像される。詳細には、画像センサユニットはＣＣＤカメラである。

また、集光光学ユニットは、所定の自由形状の表面を有するように構成されることが好ましい。その結果、本発明の範囲内で、回折もしくは屈折フィルム、又は回折光学素子（ＤＯＥ）を集光光学ユニットとして製造することが可能であり、フィルム又は回折光学素子（ＤＯＥ）を、内部に、例えばサファイアドームとして構成された遠位側観察窓に、配置又は接着する。

また、集光光学ユニットは、好ましくは、プラスチック材料から製造される。結果として、例えば、回折光学素子（ＤＯＥ）又は屈折率分布型レンズを、有利に、小型の構造を有するように、かつ、簡単な方法で製造することができる。

また、本目的は、好ましくは外科的調査のための、内視鏡、詳細にはビデオ内視鏡において集光光学ユニットを使用することによって達成され、内視鏡又はビデオ内視鏡は上述のように構成される。

本発明のさらなる特徴は、特許請求の範囲及び添付の図面と共に本発明に係る実施形態の説明から明らかにされる。本発明の実施形態は、個々の特徴により、又は複数の特徴の組み合わせにより、実現され得る。

本発明は、図面を参照する例示的な実施形態を用いて本発明の全体的な技術思想を限定することなく以下に説明される。文章中にはさらに詳細に記載されない本発明のすべての詳細については、明示的に図面を参照するものとする。

ビデオ内視鏡の概略斜視図を示す。 内視鏡シャフトの遠位端のプリズムユニットの概略側面図を示す。 図２のプリズムユニットの概略平面図を示す。 さらなる例示的な実施形態に係る内視鏡シャフトの遠位端の断面図を示す。

各図面において、同一又は類似の構成要素及び／又は部分は、同じ参照番号が付され、さらなる図示は省かれている。
図１は、近位側ハンドル２及び剛体である内視鏡シャフト３を有するビデオ内視鏡１の概略斜視図を示している。観察窓５は、内視鏡シャフト３の遠位端４に配置されており、内視鏡シャフト３の遠位部６は、観察窓の後方に配置され、遠位部は、図示しないプリズムユニット及び図示しない画像センサユニットを有する。

遠位端４の観察窓５は、湾曲するとともに非対称設計である。したがって観察窓５は、可変の横方向視野角を補助するように構成されている。視野方向の変更、すなわち、内視鏡シャフト３の長手方向軸の周りの方位角の変更は、回動中心軸又は内視鏡シャフト３の長手方向軸を中心とするハンドル２の回動によって行われる。内視鏡シャフト３の被覆管は、ハンドル２に接続される。図示しないプリズムユニットもまた、ハンドル２の回動により、遠位端４において回動させられる。一実施形態では、観察窓は、サファイアドームとして構成される。

ハンドル２は、回転ホイール７として構成された第１作動要素と、スライドスイッチ８として構成された第２作動要素とを有する。示される画像の水平方向の位置を維持するために、回転ホイール７は、ハンドル２の回転時に固定される。その結果、内視鏡シャフト３の内部の画像センサは、ハンドル２とともに移動しない。

視野角、すなわち直進方向視野からの視野方向の逸脱度、を変更するために、スライドスイッチ８が移動される。例えば、スライドスイッチ８を遠位端へ移動させると視野角の拡大につながり、この場合にスライドスイッチ８を近位端へ戻すと、直進方向視野へ向かって視野角を縮小する。スライドスイッチ８の作動により、示される画像の水平方向の位置を維持するために、画像センサが回転し、プリズムユニットも相対的に回転する。

図２には、プリズムユニット１０を備えた内視鏡シャフト３の遠位端が、側方から概略的に示されている。図の左側において、一点鎖線として示されている中央ビーム経路２１の光が、内視鏡シャフトの観察窓５に入り、観察窓５上に配置された屈折率分布型レンズ２２を通過してプリズムユニット１０の第１遠位側プリズム１２に入る。屈折率分布型レンズ２２は、例えば観察窓５に接着されることによって、内視鏡シャフト３の内側に配置され、あるいは接着されている。

遠位側観察窓５に接触して配置された屈折率分布型レンズ２２によって、入射光ビームは、光軸からの距離に応じて変化する屈折率分布型レンズ２２の様々な屈折率に起因して、集光される。

プリズム１２上に配置された入射レンズ１１により、入射光ビームは、光ビームが屈折率分布型レンズ２２を通過した後、光軸からの距離に応じて変化する屈折率に起因して、屈折率分布型レンズ２２のすぐ下流で集光される。光は、プリズム１２の反射面１３に入射し、プリズムユニット１０の第２プリズム１４及び第２プリズム１４の反射面１５の方向へと、下方に反射される。

プリズム１４の反射面１５は、第２プリズム１４の下面１７に対して鋭角をなすため、中心光路はまず、これも反射性である下面１７の中央部において反射され、そしてそこから第２プリズム１４の第２反射面１６へ向けられる。この第２反射面１６も下面１７に対して鋭角をなすため、中央光ビーム経路は、今度は上方（軸線Ｂ）に反射される。ここで、光は、反射面１９を備えたプリズムユニット１０の第３プリズム１８に入射し、中央光ビーム経路２１の光は、第３プリズム１８を通って中央へ、内視鏡シャフト３の長手方向軸と平行な方向に反射され、出射レンズ２０を介してプリズムユニット１０から出る。

また、光ファイバ束２５の一部がプリズムユニット１０の上方に示されており、光は、光ファイバ束２５により、他の方法で照らされていない術野を照らすために近位端から遠位端に導かれる。

横方向の視野角を調整するために、プリズムユニット１０の第１プリズム１２が、旋回軸とも呼ばれる垂直軸Ａの周りで回動又は旋回させられる。その結果、プリズムユニット１０の第１プリズム１２の反射面１３と固定プリズム１４の反射面１５とが互いに対して回動するため、近位端へ送られる画像の水平方向の位置は、軸Ａを中心として旋回可能な第１プリズム１２の回動に伴って変更される。これは、１つ又は複数の画像センサの回動によって補償されなければならない。

図３では、図２のプリズムユニット１０を概略平面図で示している。第１プリズム１２は、０°の視野方向に配置されている。第１プリズム１２は、旋回軸Ａの周りを旋回可能に入射レンズ１１とともに搭載されている。この場合、第１プリズム１２及び第２プリズム１４の反射面１３及び１５の間の重なり領域が回動する。第１プリズム１２の回動又は旋回運動とともに、以下に説明するように、水平線が回動する。プリズムユニット１０が、図２の回動軸Ａが上方に、すなわち架空の水平線である水平線に垂直に、配置される場合、この水平線は、プリズム１２の反射面１３と同じ高さの線を表す。回動軸を中心とする第１プリズム１２の回動について、これは、回動角度とは無関係である。

図４には、遠位側観察窓５とプリズムユニット１０との間の屈折率分布型レンズ２２の配置のさらなる実施形態を断面図で概略的に示している。図４の例示的な実施形態によれば、屈折率分布型レンズ２２は、プリズムユニット１０と遠位側観察窓５との間において内視鏡シャフト３内に配置されており、この場合の屈折率分布型レンズ２２は、観察窓５又はプリズムユニット１０のプリズム１２の入射レンズ１１と接触していない。観察窓５とプリズムユニット１０との間に屈折率分布型レンズ２２を配置するために、マウント２３が設けられ、その結果、屈折率分布型レンズ２２は、内視鏡シャフト３内に収容される。

代替実施例（図示せず）による本発明の範囲内において、屈折率分布型レンズ、すなわち屈折率分布型レンズ２２の代わりに、観察窓５とプリズムユニット１０との間に、回折及び／又は屈折特性又は作用を有する集光光学ユニット、例えば、回折フィルム及び／又は屈折フィルム、を配置してもよい。また、これに対応する組み合わせが実現されてもよい。

引用されたすべての特徴及び図面のみから導出される特徴、ならびに他の特徴と組み合わせて開示されている個々の特徴は、個別に、また組み合わせて、本発明に必須であるとみなされる。本発明の実施形態は、個々の特徴又は複数の特徴の組み合わせによって実現されてもよい。本発明の範囲内で、「詳細には」又は「好ましくは」によって修飾される特徴は、選択的な特徴として理解されるべきである。

１…ビデオ内視鏡、２…ハンドル、３…内視鏡シャフト、４…遠位端、５…観察窓、６…遠位部、７…回転ホイール、８…スライドスイッチ、９…被覆管、１０…プリズムユニット、１１…入射レンズ、１２…第１プリズム、１３…反射面、１４…第２プリズム、１５、１６…反射面、１７…下面、１８…第３プリズム、１９…反射面、２０…出射レンズ、２１…中央ビーム経路、２２…屈折率分布型レンズ、２３…マウント、２５…光ファイバ束。

Claims (10)

1. 視野方向を視野角で調整可能な、内視鏡（１）、詳細にはビデオ内視鏡（１）であって、該内視鏡（１）は長手方向軸を有する内視鏡シャフト（３）を備え、該内視鏡シャフト（３）が遠位側観察窓（５）を有し、物体を撮像するための可動光学素子（１０）が前記内視鏡シャフト（３）に設けられ、集光光学ユニット（２２）が、前記遠位側観察窓（５）と前記可動光学素子（１０）との間に配置され、前記集光光学ユニット（２２）の焦点距離を、視野角に依存して変化させることができる又は変化させることを特徴とする、内視鏡（１）。
2. 前記集光光学ユニット（２２）は、視野方向を変更するときに、前記集光光学ユニット（２２）の焦点距離が視野角の拡大を受けて短くなるように、又は前記集光光学ユニット（２２）の焦点距離が視野角の縮小を受けて増加するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡（１）。
3. 前記集光光学ユニット（２２）が前記観察窓（５）に配置されていること、及び／又は、前記集光光学ユニット（２２）が前記観察窓（５）に接着されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内視鏡（１）。
4. 前記集光光学ユニット（２２）が、屈折率分布型レンズ（２２）、ならびに／又は、回折作用を有する光学体、詳細にはフィルム、及び／もしくは、屈折作用を有する光学体、詳細にはフィルム、を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内視鏡（１）。
5. 前記光学素子（１０）が、前記内視鏡シャフト（３）の長手方向軸の方向及び／又は前記内視鏡シャフト（３）の長手方向軸を横切る方向において、移動可能に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内視鏡（１）。
6. 前記光学素子（１０）がプリズムユニット（１０）として構成され、可動ユニットとしての前記プリズムユニット（１０）が旋回軸（Ａ）を中心に旋回可能な少なくとも１つのプリズム（１２）を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内視鏡（１）。
7. 前記光学素子（１０）が光学画像センサユニットとして構成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内視鏡（１）。
8. 前記集光光学ユニット（２２）が所定の自由形状の表面を有するように構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の内視鏡（１）。
9. 前記集光光学ユニット（２２）がプラスチック材料から製造されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内視鏡（１）。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の内視鏡（１）における集光光学ユニット（２２）の使用。

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