JP6876870B2 - 立体内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、シャフトと、シャフトの遠位端に配置される対物レンズとを備える立体内視鏡に関する。対物レンズは、遠位対物レンズ部と、近位対物レンズ部と、移行（伝送）部分とを備える。
遠位対物レンズ部では、右部画像（右側部分画像）のビームパス（光路）と左部画像（左側部分画像）のビームパスとは共通の光学部品を通り、
近位対物レンズ部では、右部画像のビームパスと左部画像のビームパスとは別々の光学部品を通り、
移行部分では、遠位対物レンズ部から出射される右部画像のビームパスと左部画像のビームパスとが、平行となるよう整列配置される。
移行部分は、右部画像のビームパスと左部画像のビームパスとの間の距離を増大させるために、スプレッド（拡張）装置を備える。

内視鏡は、例えば人間又は動物患者の体腔や、技術設備の内部といった、アクセスするのが難しい領域を見るために用いられる。この目的のために内視鏡は、元々存在するか又は検査のために作られた開口部を介して対象の腔（内部空間）に導入される細いシャフトを有する。腔にある物体の像を受ける対物レンズは、遠位シャフト先端に位置する。

ここ最近、立体内視鏡の使用がますます増えてきた。すなわち、わずかに異なる角度からの、２つの部分画像を記録する内視鏡である。適切な技術的手段を用いることによりこの部分画像は、使用者が観察対象物の三次元画像を知覚するように示される。

立体内視鏡の対物レンズは通常、遠位対物レンズ部を備える。右部画像のビームと左部画像のビームとは、共通の光学部品を介して伝搬される。この設計では、特に広い開口角の場合に、遠位対物レンズ部の光学部品を大口径（高解像度とするために必要）に製造することができる。

右部画像のビームと左部画像のビームとは、遠位対物レンズ部から出射される。技術的な観点から、平行した伝播の方がビームを伝送するには容易であるので、遠位対物レンズ部の後には移行部分が続き、この移行部分でビームは互いに平行となるように整列配置される。このため移行部分は通常、収束レンズを備える。

平行に伝搬される右部画像のビームと左部画像のビームとは、それぞれの部分画像を形成し、近位の対物レンズ部に結像される。近位の対物レンズ部では、右部画像のビームと左部画像のビームとは、別々の光学部品を介して伝搬される。

対応する対物レンズについては、独国特許出願公開第１０２０１３２１５４２２号に記載がある。

独国特許出願公開第１０２０１３２１５４２２号

近位対物レンズ部において、２本のビームの光軸間の実現可能な間隔は比較的小さいので、この対物レンズ部に用いることができるのは小口径の光学部品のみである。このことは、達成可能な画質を制限する。ここで改善措置を取るために、２本のビームを横方向に広げるという提案が時折あった。ここでビームは第１の反射において反対方向に９０度曲げられ、それから２回目の反射で最初の方向へ９０度戻される。

２回の反射におけるビームのトリミングを回避するために、各ビームは、少なくともビームの直径とほぼ一致する距離分、一方側へオフセット（シフト）されなければならない。しかし、結果として生じる最小限の横方向への広がりは、近位対物レンズ部の光学部品の配置に必要とされる大きさより、大きくなる場合が多い。しかし、このために必要な一定寸法を越えた横方向への広がりは、対物レンズを設置するのに必要な空間を増大させるので不利である。

従って本発明の目的は、対物レンズが上記の課題に関して改良された立体内視鏡を提供することである。

本発明によればこの目的は、シャフトと前記シャフトの遠位端に配置される対物レンズとを備える立体内視鏡によって達成される。前記対物レンズは、遠位対物レンズ部と、近位対物レンズ部と、移行部分とを備える。
前記遠位対物レンズ部では、右部画像のビームパスと左部画像のビームパスとが共通の光学部品を通り、
前記近位対物レンズ部では、右部画像のビームパスと左部画像のビームパスとは別々の光学部品を通り、
前記移行部分では、遠位対物レンズ部から出射された右部画像のビームパスと左部画像のビームパスは、互いに平行となるよう整列配置される。
更に前記移行部分は、右部画像のビームパスと左部画像のビームパスとの間の距離を増大させるためのスプレッド装置を備えており、このスプレッド装置が、遠位対物レンズ部の光軸に対して、左部画像のビームパスと右部画像のビームパスを横に（側方に）非対称に広げるという点で発展している。

本発明の意味の範囲内において非対称の横方向への広がり（スプレッド）とは、２本のビームの内１本が第１の距離だけ一方側に（側方に）オフセット（シフト）され、もう１本のビームは、側方にオフセット（シフト）されないか、又は、第１の距離より短い第２の距離だけその側にオフセット（シフト）されると理解される。

スプレッド装置を備えたこの実施例の結果として、対物レンズを設置するのに必要な空間を不必要に増大させることなく、ビームパスを充分に横方向へ広げることが可能となる。

本発明における可能な一実施例において、このスプレッド装置は第１のプリズム装置を備えることができ、右部画像又は左部画像のビームパスの内１つを多重反射により平行にオフセットさせる。一例として、プリズム装置は、２つのハーフキューブプリズム（直角プリズム）又は１つのロンボイドプリズムを備えることができる。

好適には、スプレッド装置は更に平面ガラス素子を備える。そして第１のプリズム装置を通らないビームパスがこの平面ガラス素子を通る。これにより、両方のビームがほぼ同じ光路長を横断するように、プリズム装置を介した長いビームパスが補償され得る。ここで好適には、平面ガラス素子を介した光路長と、第１のプリズム装置を介した光路長とは、ほぼ一致し得る。

本発明の可能な実施例において、遠位対物レンズ部は、立体内視鏡の観察方向を調整する（曲げる）ための第２のプリズム装置を備える。

立体内視鏡には異なる観察方向が提供される。ここで一般的には、立体内視鏡の観察方向と立体内視鏡の縦軸との角度は、観察方向を特定するために特定される。
０度の観察方向でまっすぐ前を見る立体内視鏡はより単純な構造を有するが、０度から逸れる（外れた）観察方向を有する立体内視鏡は、さらに多くの応用に適している。なぜならこの場合、縦のシャフト軸に対する立体内視鏡の回転により、より広い領域を調べることができるからである。

本発明の立体内視鏡の開発において、遠位対物レンズ部及び近位対物レンズ部は、遠位対物レンズ部の光軸を中心とし互いに回動可能に設計され得る。
その結果、第２のプリズム装置を有する遠位対物レンズ部は回動（回転）可能であるので、立体内視鏡の観察方向は、記録された像（近位対物レンズ部の位置により定められる）の水平配置（水平アライメント）を変えることなく変更することができる。

本発明の特別な実施例において、立体内視鏡はビデオ立体内視鏡であり、そして、右部画像及び左部画像はそれぞれ別の画像レコーダに結像（画像化）される。ここで、２台の画像レコーダのうちの少なくとも１台は、立体内視鏡の縦軸（長手方向軸）と平行するよう整列配置してもよい。

画像レコーダに必要な設置空間は、一方又は両方の画像レコーダを適切に配置することによって更に低減可能である。ここで立体内視鏡の縦軸と平行する配置とは、画像レコーダ又はレコーダの画面（イメージプレーン）がビデオ内視鏡の縦軸と平行に延在する、画像レコーダ又はレコーダの配置を意味すると理解される。こういった配置は、水平アライメントとも称す。

この目的のために、立体内視鏡の近位対物レンズ部は少なくとも１つの第３のプリズム装置を備えることができ、これにより、左部画像のビームパス又は右部画像のビームパスは９０度屈折する。

本発明については例をいくつか提示し、それに基づいて以下で更に詳細に説明する。

立体内視鏡を示す。 従来技術による立体内視鏡の対物レンズを示す。 他の立体内視鏡の対物レンズを示す。 本発明による立体内視鏡の対物レンズを示す。 本発明による、他の立体内視鏡の対物レンズを示す。

図１は、本体２と細長いシャフト３とを有する立体内視鏡１を示す。シャフト３の遠位部分には対物レンズ４が配置されており、シャフト３の遠位端はウインドウ（窓部）５で塞がれている。

供給及び信号ケーブル６は、立体内視鏡１を光源（図示なし）及び画像処理装置（図示なし）に接続する役割を果たす。

フィンガースイッチ７、８が立体内視鏡１の本体２に設けられており、フィンガースイッチにより、立体内視鏡１と、任意で光源及び／又は画像処理装置とを制御することができる。

図２は、立体内視鏡の対物レンズ１００を図示する。対物レンズ１００は、遠位対物レンズ部Ａと、移行部分Ｂと、近位の対物レンズ部Ｃとを備える。

図示された例では、遠位対物レンズ部Ａは１枚の発散レンズ１０１のみを備える。移行部分Ｂは、収束レンズ１０２と、右部画像のビームと左部画像のビームのための開口部（アパーチャー）１０４、１０５を有する絞り（遮蔽部）１０３とを備える。

移行部分Ｂには近位の対物レンズ部Ｃが隣接している。そして対物レンズ部Ｃは、互いに平行に配置される２つのレンズシステム１０６、１０７を備える。画像レコーダ１０８、１０９は対物レンズ１００で結像された画像を更なる処理のために電気信号に変換する。対物レンズ１００の遠位側はウインドウ１１０で塞がれている。

右部画像のビーム及び左部画像のビームのパスは、２本の光線１１１、１１２で示され、このビームパスは、レンズシステム１０６、１０７の光軸に沿って伝搬する。

図３は対物レンズ２００を図示する。対物レンズは多くの点で図２の対物レンズ１００に対応している。よって、対応する構成要素は数値を１００増加させた参照符号で示され、繰り返しての説明はなされない。

対物レンズ１００とは対照的に、対物レンズ２００の移行部分Ｂは、２つのロンボイドプリズム２２０、２２１で作られたスプレッド装置を備える。光線２１１、２１２のパスを見れば明らかであるように、右部画像のビームと左部画像のビームとは２重反射により横に別々に広がる。

ロンボイドプリズム２２０、２２１は、少なくともビームの直径に対応する距離、従ってほぼ開口２０４、２０５の直径に対応する距離だけ、ビームを横にオフセット（シフト）しなければならない。このように有意に横に広がることにより、レンズシステム２０６、２０７が大きく引き離されることは明白である。よって、対物レンズ２００の近位部分では非常に広い設置空間が必要となる。

図４は立体内視鏡の対物レンズ３００を図示しており、これは本発明の一実施例に従って示される。

対物レンズ３００はまた、遠位対物レンズ部Ａと、移行部分Ｂと、近位対物レンズ部Ｃとを備える。遠位対物レンズ部Ａは、発散レンズ３０１と、３つのプリズム３０３、３０４、３０５で作られたプリズム装置３０２とを備える。そして、これにより立体内視鏡の観察方向が変更される。

移行部分Ｂは、収束レンズ３０６と、右左の部分画像のビームのための開口部（アパーチャー）３０８、３０９を有する絞り３０７とを備える。
さらに移行部分Ｂは、ロンボイドプリズム３１０と平面ガラスブロック３１１とを備えた非対称スプレッド装置を備える。多重反射によりロンボイドプリズム３１０で片方の部分画像のビームが横にオフセットされる一方で、もう一方のビームは平面ガラスブロック３１１を介して直線に（直進して）伝搬する。ここで、両方のビームの光路長はほぼ同じままである。この目的のために平面ガラスブロック３１１は、ロンボイドプリズム３１０の材料より高い屈折率を有する１つ以上のガラス材料から製造され得る。

ここでも、近位対物レンズ部Ｃは２つの平行したレンズシステム３１２、３１３を備え、その近位端には画像レコーダ３１４、３１５が配置される。

対物レンズ３００はウインドウ３１６で塞がれ、そしてこのウインドウ３１６は、球状にカーブするウインドウとして本実施例に示されている。

２本の部分画像のビームパスは光線３１７、３１８によって示される。

対物レンズ３００の観察方向を変更する目的で、近位対物レンズ部Ｃに対して遠位対物レンズ部Ａを回転させることができる。結果として観察方向は、立体内視鏡の縦軸の周りを回転する。ここで回転軸は収束レンズ３０６の中心軸に位置する。移行部分Ｂは回転の間、その全体又は絞り３０７のみが近位対物レンズ部Ｃに対して静止したままとなる。

対物レンズ部Ａ、Ｂ、Ｃの分割は、対象部分におけるそれぞれの光学部品の機能に基づくものである。
ある対物レンズを構築する場合においては、光学部品は、上述の対物レンズ部Ａ、Ｂ、Ｃとは異なるグループに結合することも可能である。
例えば遠位対物レンズ・グループＡ´を形成するためには、対物レンズ部Ａの部品３０１、３０３、３０５（図４に図示）を対物レンズ部Ｂの部品３０６と結合させることができ、この場合、移行グループＢ´は部品３０７、３１０、３１１を備えるだけとなる。部品の他の組合せ（グループ）も同様に考えられ、又、可能でもある。

図５ａおよび図５ｂでは２つの図を用い、立体内視鏡の近位対物レンズ部の変形例を図示する。残りの対物レンズ部は図４に示されているので、改良された外観の図示はされない。

図５ａは、対物レンズの水平面に対して垂直な、図５ｂの矢Ｙによって示される方向からの図である。
図５ｂは、対物レンズの水平面と平行な、図５ａの矢Ｘによって示される方向からの図である。

近位対物レンズ部は２つの平行したレンズシステム４０１、４０２から成り、図５ｂでは、この中のレンズシステム４０１だけが確認できる。図４に図示されているものとは異なりレンズシステム４０１、４０２は、ハーフキューブプリズム４０３、４０４にそれぞれ隣接している。そして、反射によってそれぞれのレンズシステム４０１、４０２を介して伝搬するビームを９０度屈折させる。画像レコーダ４０５、４０６は、ハーフキューブプリズム４０３、４０４の出口側に配置される。

図５ａではハーフキューブプリズム４０３は、画像レコーダ４０５により覆われている。画像レコーダ４０６はハーフキューブプリズム４０４により覆われている。

画像レコーダ４０５、４０６は図５ａ、５ｂにあるように、特に配置の際にスペースをとらないように取り付けることができる。
特に、画像レコーダ４０６の光検知（感光）素子のない制御部４０６´は、ほとんど空間を必要としないように整列配置される。同様に画像レコーダ４０５の制御部（図５ａ、５ｂでは図示なし）も整列配置される。

図示される実施例は、実施例としての役割を果たすのみであって、修正及び／又は結合も可能である。例えばプリズム装置３０２を省略する場合、図４に図示される実施例は立体内視鏡の縦軸と平行して延在する観察方向で実施することができる。変形例又はその追加としては、ウインドウ３１６を平面ウインドウとすることができる。同様に、図示されるレンズシステムは、異なる数、種類、及び／又は組合せの光学素子によって実現されてもよい。

Claims (9)

1. シャフト（３）と、前記シャフト（３）の遠位端に配置される対物レンズ（４、３００）とを備える立体内視鏡であって、
   前記対物レンズ（４、３００）は、遠位対物レンズ部（Ａ）と、近位対物レンズ部（Ｃ）と、移行部分（Ｂ）とを備え、
   前記遠位対物レンズ部（Ａ）では、右部画像のビームパスと左部画像のビームパスとが、共通の光学部品（３０１、３０３、３０４、３０５）を通り、
   前記近位対物レンズ部（Ｃ）では、前記右部画像のビームパスと前記左部画像のビームパスとは、別々の光学部品を通り、
   前記移行部分（Ｂ）では、前記遠位対物レンズ部（Ａ）から出射された前記右部画像のビームパスと前記左部画像のビームパスとが、互いに平行となり、
   前記移行部分は、前記右部画像のビームパスと前記左部画像のビームパスとの間の距離を広げるスプレッド装置（３１０、３１１）を備えており、
   前記スプレッド装置（３１０、３１１）は、前記右部画像のビームパスと前記左部画像のビームパスとを、前記遠位対物レンズ部（Ａ）の光軸に対して横に非対称に広げるように構成されることを特徴とする立体内視鏡。
2. 前記スプレッド装置（３１０、３１１）は、第１のプリズム装置（３１０）を備え、前記右部画像のビームパス又は前記左部画像のビームパスの内１つは、多重反射により平行にオフセットされることを特徴とする、請求項１記載の立体内視鏡。
3. 前記スプレッド装置（３１０、３１１）は、平面ガラス素子（３１１）を備え、前記第１のプリズム装置（３１０）を通らないビームパスが、前記平面ガラス素子（３１１）を通ることを特徴とする、請求項２記載の立体内視鏡。
4. 前記平面ガラス素子（３１１）を介する光路長と、前記第１のプリズム装置（３１０）を介する光路長とは、ほぼ一致することを特徴とする、請求項３記載の立体内視鏡。
5. 前記遠位対物レンズ部（Ａ）は、前記立体内視鏡の観察方向を調整するための第２のプリズム装置（３０２）を備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の立体内視鏡。
6. 前記遠位対物レンズ部（Ａ）及び前記近位対物レンズ部（Ｃ）は、前記遠位対物レンズ部（Ａ）の光軸に対して回転可能に構成されていることを特徴とする、請求項５記載の立体内視鏡。
7. 前記立体内視鏡は、ビデオ立体内視鏡であり、
   前記右部画像と前記左部画像はそれぞれ、別々の画像レコーダ（３１４、３１５、４０５、４０６）に結像されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の立体内視鏡。
8. 少なくとも１つの画像レコーダ（４０５、４０６）が、前記立体内視鏡の前記近位対物レンズ部(Ｃ）の光軸と平行して整列配置されることを特徴とする、請求項７記載の立体内視鏡。
9. 前記近位対物レンズ部（Ｃ）は、少なくとも１つの第３のプリズム装置（４０３、４０４）を備え、前記左部画像のビームパス及び／又は前記右部画像のビームパスを９０度屈折させることを特徴とする、請求項７記載の立体内視鏡。

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