JP7023374B2 - ステレオビデオ内視鏡の光学系 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、側方視野方向を有するステレオビデオ内視鏡の光学系に関し、光学系は、側方視野遠位光学アセンブリおよび近位光学アセンブリを備え、遠位光学アセンブリは、入射レンズ、プリズムユニットとして設計される偏向ユニット、および、出射レンズを、光入射方向に次々に共通光軸上に備え、近位光学アセンブリは、左および右レンズ系チャネルを備え、レンズ系チャネルは、同一に設計され、互いに平行に配置され、各レンズ系チャネルは、それ自身の光軸を有する。

本発明は、さらに、側方の、特に固定の視野方向を有するステレオビデオ内視鏡、ならびにステレオビデオ内視鏡の光学系のためのレンズの使用に関する。
内視鏡シャフトの遠位先端に入る光が、光学系によって１つまたは複数の画像センサ上に伝達されるビデオ内視鏡が、種々の実施形態において知られている。前方を見る、いわゆる０°視野方向を有する内視鏡、（固定の）側方視野方向を有する内視鏡、ならびに（ＶＤＯＶ内視鏡とも呼ばれる）調整可能な視野方向を有する内視鏡が存在する。

さらに、ステレオビデオ内視鏡が知られており、ステレオビデオ内視鏡は、一対の立体的画像、および／または２つの立体的ビデオチャネルを取得するように設計されている。そのような機器によって、内視鏡シャフトの端が検査または手術空間内に入る前に、遠位に位置する対象物の３Ｄ画像を作成することが可能である。

側方視野方向を有するステレオビデオ内視鏡は、前方視野からそれる固定視野角を有する側方視野内視鏡である。そのような内視鏡は、複数のプリズムにより作られるプリズム配置をしばしば備え、複数のプリズムは、対象物空間から光学系に入る光ビームを、内視鏡シャフトの長手方向軸に対して或る角度で２回反射し、その光ビームを内視鏡シャフトの方向に非可逆的方法で偏向させる。そのような内視鏡は、例えば、ハンブルグのＯｌｙｍｐｕｓ Ｗｉｎｔｅｒ ＆ Ｉｂｅ ＧｍｂＨによって所有されるドイツ特許 １０ ２０１４ ２０６ ５１３ Ａ１から知られている。

そのようなステレオビデオ内視鏡の偏向プリズム配置は、通常、２つまたは３つのプリズムを備える。プリズムは、しばしば、それらの共通の境界面において互いに接合される。そのような偏向プリズム配置の場合、入射光束は、入射レンズの光軸と内視鏡シャフトの長手方向軸の両方に斜めに位置する第２または第３のプリズムの２つの反射境界面から反射される。偏向プリズム配置の第２または第３のプリズムは、入射レンズの背後に配置される第１または第２のプリズムの背後で光入射の方向に位置する。第２の反射がそこで起こる第２または第３のプリズムの斜めの反射境界面は、入射光ビームが最初にそこを通過する前方プリズムとの共通の境界面を部分的に形成する。

そのようなステレオビデオ内視鏡の光学系の入射レンズは、光学系の光軸を規定する。光学系は、光学部品の、それぞれ、視野または開き角を指定するダイヤフラムまたはメニスカスを備える。その視野内で、光学系に入射する光束は、光学系によって１つまたは複数の画像センサ上に結像される。そのため、視野の外側から、または、複数回の反射の結果として、光学系に入射する光束は、いわゆる「ゴースト画像（ｇｈｏｓｔ ｉｍａｇｅ）」または「フレア（ｆｌａｒｅ）」を生成する。

そのようなゴースト画像がそこで発生する可能性がある、知られている偏向プリズムアセンブリは、互いに接合される第１のプリズムおよび第２のプリズムを備える。第１のプリズムは、入射側面および出射側面を有し、入射側面は出射側面に関して傾斜する。第１のプリズムの出射側面は、第２のプリズムの第２の入射側面のすぐ隣にある。例えば、第１および第２のプリズムは、これらの２つの側面上で互いに接合される。第２のプリズムは、反射側面および第２の出射側面をさらに備える。視野から偏向プリズムアセンブリ内に入射する光は、第１のプリズムの入射側面を通過し、第１のプリズムの出射側面で再び出る。光は、その後、直接、第２の入射側面を通り、第２のプリズム内に移動し、第２のプリズム内の反射側面から反射され、出射側面において第２のプリズムを出る。

この従来技術を起点として、本発明の目的は、ステレオビデオ内視鏡においてゴースト画像の生成を単純な方法で防止することからなる。
この目的は、側方視野方向を有するステレオビデオ内視鏡の光学系によって達成され、光学系は、側方視野遠位光学アセンブリおよび近位光学アセンブリを備え、遠位光学アセンブリは、入射レンズ、プリズムユニットとして設計される偏向ユニット、および、出射レンズを、光入射方向に次々に共通光軸上に備え、近位光学アセンブリは左および右レンズ系チャネルを備え、レンズ系チャネルは、同一に設計され、互いに平行に配置され、各レンズ系チャネルはそれ自身の光軸を有し、光学系は、出射レンズが、光入射側面上の光不透過性コーティングが偏向ユニットに向く状態で、および／または、光出射側面上の光不透過性コーティングが出射レンズの中央領域において偏向ユニットから外方に向く状態で、形成されるという点でさらに開発される。

本発明は、遠位光学アセンブリのプリズムユニット上に好ましくは配置される遠位光学アセンブリの出射レンズがコーティングを備え、コーティングの結果として、中央領域を貫通して出射レンズを通過する光が存在せず、また、レンズ系チャネルにおけるゴースト画像の生成が最小になるまたは防止されるという考えに基づく。

出射レンズは、好ましくはプリズムレンズとして形成され、左および右の光学チャネルについての光ビームは、出射レンズ上の光透過性コーティングの領域と出射レンズの外縁との間で通過することを許容される。１つまたは複数のコーティングが出射レンズに塗布される出射レンズの中央領域において、光ビームは通過することを全く許容されない。１つまたは複数のコーティングによって、出射レンズは、リングの形態でまたはリングの方式で光通過領域を有する。

光学系のさらなる開発において、出射レンズ上のコーティングが、円の形態でまたは円の方式で形成されることが規定される。
近位光学アセンブリの左レンズ系チャネルおよび右レンズ系チャネルについての出射レンズは、好ましくは光透過性があり、出射レンズの光通過領域は、コーティング（複数可）の外側でリングの形態でまたはリングの方式で特に形成される。

偏向ユニットから外方に向く出射レンズの側面が凸状であることがさらに好ましい。
出射レンズは、好ましくは凹凸レンズとして形成される。
さらに、出射レンズ上のコーティングが、反射防止コーティングとして形成されることが、光学系の場合に好ましい。コーティングは、フレアまたはゴースト画像の生成を低減または回避するために反射防止コーティングとして設けられる。

光不透過性コーティングまたは反射防止コーティングがクロムコーティングとして形成されることがさらに好ましい。
さらに、目的は、上述した光学系を有する、固定の、好ましくは側方の視野方向を有するステレオビデオ内視鏡によって達成される。光学系は、上記で示した実施形態の１つまたは複数を含む。

さらに、目的は、固定視野方向を有するステレオビデオ内視鏡の光学系のためのレンズの使用によって達成され、光学系は、上記で示した実施形態にしたがって形成され、レンズは、遠位光学アセンブリの出射レンズとして形成され、かつ、光入射側面上の光不透過性コーティングが、遠位光学アセンブリの偏向ユニットに向く状態で、および／または、光出射側面上の光不透過性コーティングが、出射レンズの中央領域において遠位光学アセンブリの偏向ユニットから外方に向く状態で、形成される。

本発明のさらなる特徴は、特許請求の範囲および添付図面と共に、本発明による実施形態の説明から明らかになる。本発明による実施形態は、個々の特徴または複数の特徴の組み合わせを達成することができる。

本発明は、本発明の全体的な概念を限定することなく、図面を参照して例示的な実施形態によって以下に述べられ、文中においてより詳細には説明されていない、本発明による詳細の全てに関する図面に対して、参照が明示的に行われる。

ステレオビデオ内視鏡を簡略化された斜視表示で概略的に示す図である。 従来技術によるステレオビデオ内視鏡の光学系の簡略化された概略断面図である。 本発明によるステレオビデオ内視鏡の遠位光学アセンブリの出射レンズを通る概略断面図である。 遠位光学アセンブリの出射レンズの概略図である。

図面において、同じまたは同様の要素および／または部品は、それぞれの場合に、それらがそれぞれの場合に再び導入されないように、同じ参照符号を備える。
図１は、近位ハンドル４および硬質内視鏡シャフト６を有する、知られている内視鏡２の簡略化された斜視表示を示す。インスペクション窓１０は、内視鏡シャフト６の遠位先端８に位置する。内視鏡シャフト６の遠位部分１２は、遠位先端８に接合される。図１に表されていない光学系は、遠位部分１２内に配置され、その光学系によって、内視鏡２の遠位先端８の前に位置する検査野または手術野は、同様に示されない画像センサ上に結像される。内視鏡シャフト６の内部に位置する光学系がそれによって方位角的に転回することができる回転ホイール１４は、ハンドル４に遠位方向に接合される。

図２は、例えば、ハンブルグのＯｌｙｍｐｕｓ Ｗｉｎｔｅｒ ＆ Ｉｂｅ ＧｍｂＨによって所有されるドイツ特許 １０ ２０１３ ２１５ ４２２ Ａ１から知られているような、光学系の簡略化された概略断面図を示す。光学系は、入射窓１０の背後に配置される側方視野遠位光学アセンブリ１６を備える。例えば、示された光学系は、図１に示すステレオビデオ内視鏡２の遠位部分１２内に位置する。遠位光学アセンブリ１６に加えて、光学系は近位光学アセンブリ１８を備える。これを、例えば、内視鏡シャフト６内で回転ホイール１４を回転させることによって回転させることができる。

遠位光学アセンブリ１６は、例えば、隆起した負のメニスカスとして形成される入射レンズ２０を備える。入射レンズ２０は、凸状外側表面２２および凹状内側表面２４を備える。インスペクション窓１０を通り左側面から入る光は、入射レンズ２０を通過し、プリズムユニットとして設計された偏向ユニット２６に入る。上記偏向ユニットは、部分的に鏡像化された、または、鏡像化された境界面をそれぞれ有する２つのプリズムを備える。側面から対角に入射する光は、偏向ユニット２６によって内視鏡シャフト６の長手方向軸の方向に偏向される。偏向ユニット２６は、部分的に鏡像化された境界面２６ｂを備える第１の部分的に鏡像化されたプリズム２８を備える。さらに、偏向ユニット２６は、より詳細には示さないさらなる部分的に鏡像化されたプリズム３０、および鏡像化された境界面２６ａを備える。

遠位光学アセンブリ１６は、ダイヤフラム３４の背後に光入射方向に配置される出射レンズ３２をさらに備える。代替的に、出射レンズ３２と偏向ユニット２６との間にダイヤフラムは設けられない。この場合、ダイヤフラムは、それぞれの場合に、左レンズ系チャネル３８Ｌおよび右レンズ系チャネル３８Ｒのために、近位光学アセンブリ１８のロッドレンズ４０Ｌ、４０Ｒの前に光入射方向に配置される。

偏向ユニット２６から発する光は、出射レンズ３２に入る。出射レンズ３２は、例によれば、中空の正のメニスカスレンズとして形成される。出射レンズ３２は、凹状入射表面３６ａおよび凸状出射表面３６ｂを有する。凹状入射表面３６ａの曲率半径は、凸状出射表面３６ｂの曲率半径より大きい。

短い距離の後、出射レンズ３２から出る光は、近位光学アセンブリ１８に達する。近位光学アセンブリ１８は、左レンズ系チャネル３８Ｌおよび右レンズ系チャネル３８Ｒを備える。２つのレンズ系チャネル３８Ｌ、３８Ｒは、同一に設計され、互いに平行に配置される。左光学チャネルは左光軸ＬｏＡを有し、右光学チャネルは右光軸ＲｏＡを有する。光軸ＬｏＡ、ＲｏＡは、互いに少なくともほぼ平行に配向する。２つのレンズ系チャネル３８Ｌ、３８Ｒは、それぞれ、ロッドレンズ４０Ｌ、４０Ｒを備え、遠位光学アセンブリ１６の出射レンズ３２から発する光が、最初にそのロッドレンズ４０Ｌ、４０Ｒに入る。色消しレンズの群４２Ｌ、４２Ｒは、それぞれの場合に、光入射方向に左および右のロッドレンズ４０Ｌ、４０Ｒに接合される。色消しレンズの群４２Ｌ、４２Ｒは、それぞれ、三つ揃いに形成される。光は、これらによって、左または右の画像センサ４４Ｌ、４４Ｒ上にそれぞれ偏向され、それにより、内視鏡シャフト６の遠位先端８の前に位置する検査または手術空間は、立体的に結像される。

図２に示す光学系の設計に関するさらなる詳細は、示すドイツ特許 １０ ２０１３ ２１５ ４２２ Ａ１から推測される。
図３ａおよび図３ｂにおいて、本発明による一実施形態による遠位光学モジュール１６（図２参照）の出射レンズ３２の断面図（図３ａ）および正面図（図３ｂ）が、概略的に示される。その場合、出射レンズ３２は、凹状入射表面３６ａおよび凸状出射表面３６ｂを有する凹凸レンズとして形成される。

本発明によれば、円の形態のコーティング４６は、中央領域において凸状出射表面３６ｂ上に形成され、それにより、コーティング４６の領域において、光は、中央領域のコーティング４６によって通過することを全く許容されない。特に、コーティングは、凸状出射表面上で円表面として形成される。コーティング４６は、好ましくは、クロムコーティングとして形成される。

図面のみから推測される特徴、ならびに、他の特徴と組み合わせて開示される個々の特徴を含む、示す特徴の全ては、本発明にとって単独でまた組み合わせて必須であると見なされる。本発明による実施形態は、個々の特徴または複数の特徴の組み合わせによって実施することができる。本発明の文脈内で、「特に（ｉｎ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ）」または「好ましくは（ｐｒｅｆｅｒｅｂｌｙ）」でラベル付けされる特徴は、任意の特徴であると理解される。

２ ステレオビデオ内視鏡
４ ハンドル
６ 内視鏡シャフト
８ 遠位先端
１０ インスペクション窓
１２ 遠位部分
１４ 回転ホイール
１６ 遠位光学アセンブリ
１８ 近位光学アセンブリ
２０ 入射レンズ
２２ 外側表面
２４ 内側表面
２６ 偏向ユニット
２６ａ、２６ｂ 境界面
２８ 部分的に鏡像化されたプリズム
３０ さらなる部分的に鏡像化されたプリズム
３２ 出射レンズ
３４ ダイヤフラム
３６ａ 凹状入射表面
３６ｂ 凸状出射表面
３８Ｌ 左レンズ系チャネル
３８Ｒ 右レンズ系チャネル
４０Ｌ、４０Ｒ ロッドレンズ
４２Ｌ、４２Ｒ 色消しレンズ群
４４Ｌ、４４Ｒ 画像センサ
４６ コーティング
ＬｏＡ 左光軸
ＲｏＡ 右光軸

Claims (8)

1. 側方視野方向を有するステレオビデオ内視鏡（２）の光学系において、側方視野遠位光学アセンブリ（１６）および近位光学アセンブリ（１８）を備え、前記側方視野遠位光学アセンブリ（１６）は、入射レンズ（２０）、プリズムユニットとして設計される偏向ユニット（２６）、および、出射レンズ（３２）を、光入射方向に次々に共通光軸上に備え、前記近位光学アセンブリ（１８）は、左および右レンズ系チャネル（３８Ｌ，３８Ｒ）を備え、前記左および右レンズ系チャネル（３８Ｌ，３８Ｒ）は、同一に設計され、互いに平行に配置され、前記左および右レンズ系チャネルの各々は、それ自身の光軸（ＬｏＡ，ＲｏＡ）を有する、光学系であって、前記出射レンズ（３２）は、光出射側面（３６ｂ）上の光不透過性コーティング（４６）が、前記出射レンズ（３２）の中央領域において前記偏向ユニット（２６）から外方に向く状態で形成され、
   前記出射レンズ上の前記光不透過性コーティング（４６）は、円の形態でまたは円の方式で形成され、前記光不透過性コーティング（４６）の中心は、前記出射レンズの中心と一致することを特徴とする光学系。
2. 前記近位光学アセンブリ（１８）の前記左レンズ系チャネル（３８Ｌ）および前記右レンズ系チャネル（３８Ｒ）のための前記出射レンズ（３２）は、光の透過性があることを特徴とする、請求項１に記載の光学系。
3. 前記偏向ユニット（２６）から外方に向く前記出射レンズ（３２）の前記光出射側面は、凸状であることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学系。
4. 前記出射レンズ（３２）は凹凸レンズとして形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学系。
5. 前記出射レンズ（３２）上の前記光不透過性コーティング（４６）は、反射防止コーティング（４６）として形成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学系。
6. 前記反射防止コーティング（４６）は、クロムコーティング（４６）として形成されることを特徴とする、請求項５に記載の光学系。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の光学系（２０）を有する固定視野方向を有するステレオビデオ内視鏡（２）。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載の固定視野方向を有するステレオビデオ内視鏡（２）の光学系（２０）のためのレンズ（３２）の使用であって、前記レンズ（３２）は、側方視野遠位光学アセンブリ（１６）の出射レンズ（３２）として形成され、かつ、前記光出射側面（３６ｂ）上の光不透過性コーティング（４６）が、前記出射レンズ（３２）の中央領域において前記側方視野遠位光学アセンブリ（１６）の偏向ユニット（２６）から外方に向く状態で形成される、使用。

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