JP4093503B2 - 立体視内視鏡 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、体腔内等の被検部を立体視観察できる立体視内視鏡に関するものであり、詳しくは挿入部の先端部分に配された対物光学系の構成の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、内視鏡を用いて体腔内の被検部を観察したり体腔内患部の手術を行う外科手法が普及しており、より正確な診断および患者の苦痛の軽減を図るために内視鏡の技術改良がなされている。特に、体腔内においてより正確な診断を下すためには体腔内の奥行き情報を得ることが有用であり、立体視内視鏡はそのような要望に応えたものとして知られている。
このような立体視内視鏡としては、たとえば特開平8−122665号公報に記載されたものが知られている。
【0003】
ところで、この公報記載の立体視内視鏡のスコープ先端に配された内視鏡対物光学系は、物体側から順に互いに並列配置した1対の負レンズ対と、同軸な1つの正レンズ群とから構成されたもので、左右別体となる部分のレンズ枚数を減らすことで左右像の誤差を小さくし、左右像の融像を容易にして観察者の疲労を減少させるようにしたものである。また、並列した負レンズ対をスコープ最先端に配置することで位置調整が容易になり、内視鏡を組み立てる際に、立体感と左右像の偏心誤差調整について最適となるレンズ位置を容易に設定することを可能としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公報記載の技術では、スコープ最先端のレンズ系が1対の負レンズで構成され、その後段に配された正レンズ群により、この1対の負レンズからの両光束を共通に収差補正をする構成とされているため、非点収差や像面湾曲の補正の点で必ずしも満足できるものではなかった。
【0005】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、簡易な構成で、収差を補正した精度の高い立体画像を得ることが可能な立体視内視鏡を提供することを目的とするものである。
【0006】
また、立体視内視鏡の課題である左右像の相対的なズレについてはこれをより少なくし、左右像の融像を容易にして使用者の疲労を軽減させたいという要望が強い。その方策としてレンズ系中に配置される各部材の位置設定の精度を高める必要があるが、実際にそれらのアラインメントを行う作業は煩雑で誤差を生じやすいものとなっている。そのため、調整が必要な部材を少しでも減らしその調整を容易にすることが課題となっている。
【0007】
さらに、立体視内視鏡として立体感の強い映像を得ることは重要なことではあるが、実際の外科手術の場合には長時間連続してこの立体視内視鏡を使用することになり、使用者の疲労も見過ごせない問題となっている。実際の手術現場では立体感の強い情報は必ずしも終始連続して必要とされるものではなく、むしろ状況を的確に把握した後は、立体感の弱い映像でも処置を行うことが可能な場合が多い。
【0008】
本発明は、左右像の誤差を小さくし、あるいは使用者に立体感調節を可能にさせることによって、融像に起因する使用者の疲労を軽減する内視鏡対物光学系を提供することをも目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る立体視内視鏡は、細長い挿入部と、前記挿入部先端内に配置した対物光学系と、前記挿入部内に配置され、前記対物光学系により形成された物体像を撮像する撮像手段とを有している立体視内視鏡において、
前記対物光学系が物体側から順に、互いに並列配置された左右別体の1対の負レンズからなる第1レンズ対と、該第1レンズ対の各レンズに対応するように互いに並列配置された左右別体の1対の正のレンズからなる第2レンズ対と、左右別体ではない正のレンズ群とから構成されており、
前記対物光学系は、前記第1レンズ対の一方のレンズおよび前記第2レンズ対の一方のレンズを通った第1の光束と、前記第1レンズ対の他方のレンズおよび前記第2レンズ対の他方のレンズを通った第2の光束との双方を、途中で結像させることなく前記正のレンズ群を介して固体撮像素子上に導き、該固体撮像素子上にそれぞれ結像させるものであることを特徴とするものである。
また、前記対物光学系の第2レンズ対の各レンズは、該第1レンズ対の各レンズと同軸に構成されていることが好ましい。
【0010】
また、前記第2レンズ対と前記正のレンズ群との間に絞りもしくは遮光板を配置し、その絞りもしくは遮光板、前記第1レンズ対を構成する1つのレンズ、および該第2レンズ対を構成する1つのレンズを一体的に形成してなるものを一対として並列配置してなることが可能である。
さらに、前記第2レンズ対を構成する1対の正レンズが前記正レンズ群の光軸に対し垂直方向へ互いに対称的に移動可能とされていることが望ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
本発明の実施形態の立体視内視鏡では、内視鏡挿入部の先端部分に固体撮像素子(CCD)を有するいわゆる電子内視鏡装置に適用している。
【0012】
すなわち、この電子内視鏡装置は、体腔内等に挿入可能な細長の挿入部の先端側から対物光学系に入射した被検体情報を担持した光束をCCD上に結像させ、このCCDで撮像された映像信号データを操作部に接続したコントロールユニットに送出させ、コントロールユニットで信号処理させた後、モニタ上に上記被検体画像を表示させるものである。なお、モニタ上には互いに視差のある左目用画像と右目用画像が交互に表示され、観察者はシャッタメガネによりカラー表示の画像を観察することによって上記被検体画像を立体的に視認することができる。なお、挿入部には、光源装置から照明光を供給する照明光伝送手段およびこの伝送した照明光を照明窓から射出して被検体を照明する照明光学系が備えられている。
【0013】
以下、具体的なデータを用いて実施例1〜3について説明する。
〈実施例1〉
図1は実施例1に係る立体視内視鏡の対物光学系の構成を示す図である。この対物光学系は図示のように、物体側から順に左右各眼用の1対の負レンズL1を互いに並列配置してなる第1レンズ対1と、第1レンズ対1の各レンズと同軸な左右各眼用の1対の正レンズL2を互いに並列配置してなる第2レンズ対2と、同軸な3枚のレンズL3,L4,L5からなる正レンズ群3とから構成されており、物体側から入射した光束がCCDの撮像面6上に結像するように構成されている。
【0014】
上記第1レンズ対1を構成する負レンズL1は像面側に凹面を向けた平凹レンズであり、上記第2レンズ対2を構成する正レンズL2は物体側に凸面を向けた平凸レンズであり、上記正レンズ群3を構成するレンズのうち、レンズL3は像面側に凸面を向けた平凸レンズであり、レンズL4は像面側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズであり、レンズL5は像面側に凸面を向けた負のメニスカスレンズであり、正レンズ群3のレンズL4とレンズL5は接合レンズとして構成されている。そして、上記第2レンズ対2のレンズL2の像面側平面には各々絞り5が貼着または蒸着により形成されており、第1レンズ対1を構成する1つのレンズL1と第2レンズ対2を構成する1つのレンズL2はこの絞り5を含んで同軸な状態で一体化され、並列配置されている。なお、正レンズ群3の像面側には、ローパスフィルタおよび赤外線カットフィルタを含むフィルタ部4が配されている。なお、正レンズ群3に対する、第1レンズ対1の各レンズL1および第2レンズ対2の各レンズL2の偏心量は0.654f(fは焦点距離)である。
【0015】
ここで、本実施例の各レンズ面の曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線における屈折率nd、およびアッベ数νdを、表1に示す。なお、表1および以下の他の表において、各記号に対応させた数字は物体側から順次増加するようになっており、また、RおよびDの各数値は、焦点距離が1mmの場合に規格化してある。なお、表1および以下の他の表においてD1〜D4は第1レンズ対1と第2レンズ対2の共通光軸X1、X2上での間隔であり、上記D5〜D10は正レンズ群3の光軸X上での間隔である(以下の各実施例についても同様である)。
【0016】
【表1】
【0017】
被検部からの光のうち第1レンズ対1を形成する1つのレンズL1を通った光は、第2レンズ対2を形成する1つのレンズL2を通ることによって第1レンズL1によって生じた収差を補正され、絞り5の開口部から正レンズ群3に入射し、収束されてフィルタ部4を介してCCD撮像面6上に結像する。
第1レンズL1によって生じた収差は、1つの第1レンズL1に1つの第2レンズL2を対応させることによって、第1レンズ対1を形成する2つのレンズの収差補正を1つの共通な第2レンズで行うよりも、効果的に補正することが可能になる。
【0018】
また、対応する第1レンズL1と第2レンズL2を同軸に配置することによって内視鏡の製造を容易にすることが可能になる。これは例えば、製造工程において球面対称のレンズを研磨すればよいからである。
【0019】
また、上述したように第1レンズ対1のレンズL1、第2レンズ対2のレンズL2および絞り5を一体的に形成することにより組立工程におけるアラインメント調整が容易となる。このアラインメント精度の向上は左右像の誤差減少に貢献し、使用者の疲労を軽減させるものである。
さらに、第2レンズ対2のレンズL2の像面側平面に絞り5を貼着または蒸着により形成することで、絞り5の保持部材が不要となる。
【0020】
〈実施例2〉
図2は実施例2に係る立体視内視鏡の対物光学系の構成を示す図である。
図示のように、この対物光学系は、実施例1とほぼ同様のレンズ構成となっているが、本実施例では、第1レンズ対1を構成する1つのレンズL1、このレンズL1に対応して第2レンズ対2を構成する1つのレンズL2および第2レンズ対2に貼着または蒸着した絞り5を一体的に形成した前段レンズ系が、正レンズ群3の光軸に対し垂直方向(図2矢印A方向)へ互いに対称的に移動可能とされている点が実施例1と異なっている。なお、正レンズ群3に対する、第1レンズ対1の各レンズL1および第2レンズ対2の各レンズL2の偏心量は0.864f(fは焦点距離)である。
【0021】
本実施例の対物光学系の各レンズ面の曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線における屈折率nd、およびアッベ数νdを、表2に示す。
【0022】
【表2】
【0023】
本実施例では、上記実施例1と同様に収差補正とアラインメント精度を向上させることが可能となるほか、前記前段レンズ系が、正レンズ群3の光軸に対し垂直方向へ互いに対称的に移動可能とされていることによって、内視鏡使用者は内向角の調節が可能になり、必要に応じて立体感の調節ができるので、その結果として、長時間内視鏡を使用する場合の融像に起因する疲労を軽減することが可能となる。
【0024】
〈実施例3〉
図3は実施例3に係る立体視内視鏡の対物光学系の構成を示す図である。
図示のように、この対物光学系は、実施例2とほぼ同様のレンズ構成となっているが、第1レンズ対1を構成する1つのレンズL1と第2レンズ対2を構成する1つのレンズL2との関係は互いに対応するように配置されてはいるが、互いに同軸とはされていない。また、正レンズ群3を構成するレンズL3は像面側に凸面を向けた平凸レンズ、レンズL4は像面側に凸面を向けた正のメニスカスレンズであり、さらに、絞り5が第2レンズ対2の後段に別に配置されている点で実施例2と異なっている。なお、前段レンズ系が同軸で一体化されていた実施例2と異なり、本実施例では第2レンズ対2を構成する1対のレンズL2だけが正レンズ群3の光軸Xに対し垂直方向(図3矢印B方向)へ互いに対称的に移動可能とされている。なお、正レンズ群3に対する、第1レンズ対1の各レンズL1の偏心量は0.924f(fは焦点距離)、第2レンズ対2の各レンズL2の偏心量は0.455f(fは焦点距離)である。
【0025】
本実施例の対物光学系の各レンズ面の曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線における屈折率nd、およびアッベ数νdを、表3に示す。
【0026】
【表3】
【0027】
本実施例は、1つのレンズL1に1つのレンズL2を対応させることによって収差補正を行うことが可能であることを示している。このような構成とすることにより、第1レンズ対1のレンズL1と第2レンズ対2のレンズL2のアラインメント作業が不要となる。
また、第2レンズ対2を構成する1対のレンズL2を正レンズ群3の光軸に対し垂直方向へ互いに対称的に移動可能とすることによっても、内視鏡使用者が内向角の調節を行うことは可能であり、必要に応じて立体感の調節を行って疲労を軽減することが可能となる。この場合、移動させるレンズが第2レンズ対2の1対のレンズL2のみであることから、移動に要するパワーは小さくて済む。
【0028】
なお、図4(A)、図4(B)および図4(C)に各々、実施例1、実施例2および実施例3の各レンズ系の非点収差図を示す。これらの収差図によれば各実施例のレンズの収差が良好であることが明らかである。
なお、本実施例では絞り5を第2レンズ対2の後段に別置しているが、アラインメント精度の点からは正レンズ群3のレンズL3に貼着または蒸着により形成することも可能である。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の立体視内視鏡によれば、第1レンズ対の各レンズに第2レンズ対の各レンズを対応させることにより、第1レンズ対によって生じた収差、特に非点収差や像面湾曲を補正し、簡易な構成で精度の高い立体画像を得ることができる。
また、この対応する第1レンズ対の各レンズと第2レンズ対の各レンズを同軸に配置するならば、例えば、製造工程においてレンズの研磨を容易なものとすることができるので、内視鏡の製造が容易となる。
【0030】
さらに、第1レンズ対の各レンズ、第2レンズ対の各レンズおよび絞りを一体化すれば、内視鏡の組立ての際にアラインメント精度を向上させることができる。それによって左右像の誤差が減少し、立体画像の融像が容易になるので、使用者の疲労を軽減させることができる。
しかも、第2レンズ対を構成する1対のレンズ、または第2レンズ対を含む前段レンズ系を、正レンズ群の光軸に対し垂直方向へ互いに対称的に移動可能とすることによって、内視鏡使用者は必要に応じて内向角の調節を行うことが可能となり、長時間内視鏡を使用する場合の疲労を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係る立体視内視鏡の対物光学系を示すレンズ構成図
【図2】本発明の実施例2に係る立体視内視鏡の対物光学系を示すレンズ構成図
【図3】本発明の実施例3に係る立体視内視鏡の対物光学系を示すレンズ構成図
【図4】(A)本発明の実施例1に係る立体視内視鏡の対物光学系の非点収差図
(B)本発明の実施例2に係る立体視内視鏡の対物光学系の非点収差図
(C)本発明の実施例3に係る立体視内視鏡の対物光学系の非点収差図
【符号の説明】
1 第1レンズ対
2 第2レンズ対
3 正レンズ群
4 フィルタ部
5 絞り
6 固体撮像素子(CCD)
L1〜L5 レンズ
R 曲率半径
D 軸上面間隔
X,X1,X2,X1’,X2’ 光軸
Claims (4)
- 細長い挿入部と、
前記挿入部先端内に配置した対物光学系と、
前記挿入部内に配置され、前記対物光学系により形成された物体像を撮像する撮像手段とを有している立体視内視鏡において、
前記対物光学系が物体側から順に、互いに並列配置された左右別体の1対の負レンズからなる第1レンズ対と、該第1レンズ対の各レンズに対応するように互いに並列配置された左右別体の1対の正のレンズからなる第2レンズ対と、左右別体ではない正のレンズ群とから構成されており、
前記対物光学系は、前記第1レンズ対の一方のレンズおよび前記第2レンズ対の一方のレンズを通った第1の光束と、前記第1レンズ対の他方のレンズおよび前記第2レンズ対の他方のレンズを通った第2の光束との双方を、途中で結像させることなく前記正のレンズ群を介して固体撮像素子上に導き、該固体撮像素子上にそれぞれ結像させるものであることを特徴とする立体視内視鏡。 - 細長い挿入部と、
前記挿入部先端内に配置した対物光学系と、
前記挿入部内に配置され、前記対物光学系により形成された物体像を撮像する撮像手段とを有している立体視内視鏡において、
前記対物光学系が物体側から順に、互いに並列配置された左右別体の1対の負レンズからなる第1レンズ対と、該第1レンズ対の各レンズと同軸な互いに並列配置された左右別体の1対の正レンズからなる第2レンズ対と、左右別体ではない正のレンズ群とから構成されており、
前記対物光学系は、前記第1レンズ対の一方のレンズおよび前記第2レンズ対の一方のレンズを通った第1の光束と、前記第1レンズ対の他方のレンズおよび前記第2レンズ対の他方のレンズを通った第2の光束との双方を、途中で結像させることなく前記正のレンズ群を介して固体撮像素子上に導き、該固体撮像素子上にそれぞれ結像させるものであることを特徴とする立体視内視鏡。 - 前記第2レンズ対と前記正のレンズ群との間に絞りもしくは遮光板を配置し、その絞りもしくは遮光板、前記第1レンズ対を構成する1つのレンズ、および該第2レンズ対を構成する1つのレンズを一体的に形成してなるものを一対として並列配置してなることを特徴とする請求項1または2記載の立体視内視鏡。
- 前記第2レンズ対を構成する1対の正レンズが前記正レンズ群の光軸に対し垂直方向へ互いに対称的に移動可能とされていることを特徴とする請求項1または2記載の立体視内視鏡。
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