JPH08234117A

JPH08234117A - 立体視硬性内視鏡

Info

Publication number: JPH08234117A
Application number: JP15110595A
Authority: JP
Inventors: Haruko Magata; 治子真形
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、適度な立体感が得られ視野周辺
まで必要十分な明るさを有する細径の立体視硬性内視鏡
を提供することを目的としている。【構成】本発明の立体視硬性内視鏡は、挿入部内に
配置され一つの光軸を有しリレーレンズを含む光学系
と、光学系により形成される像からの光束を瞳近傍にて
複数に分離する光分割手段と、分離された光束中に配置
され視差を有する少なくとも二つの物体像を形成する結
像光学系と、各物体像を撮像する撮像手段とよりなり、
リレーレンズ等により定まる開口数ＮＡ_Rと分離された
光束の分割位置で光束の中心を通る光線により定まるリ
レーレンズ内の開口数ＮＡ_rが下記条件を満足するよう
にした。０．３５＜ＮＡ_ｒ／ＮＡ_Ｒ＜０．８５

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被写体を立体視観察す
るための特に細径の立体視硬性内視鏡に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、外科手術の分野において、開腹手
術を行なう代りに腹部に小さい穴をあけて硬性内視鏡を
挿入し、これにより腹腔内を観察したり、必要に応じて
硬性鏡にテレビカメラを組合わせてモニター上で観察し
ながら、処置具を挿入して手術を行なう。

【０００３】この硬性内視鏡は、体腔内を遠近感のない
平面として観察するのがほとんどであり、体腔内壁表面
の微細な凹凸を観察するのが困難であり、奥行き情報が
ないため手術に時間がかかる等の問題があった。このよ
うな問題を解決するため、最近、奥行き情報を併せ持っ
た立体視硬性内視鏡が開発された。

【０００４】立体視硬性内視鏡には二つのタイプがあ
り、その一つは、二つの光学系を平行に配置し、それぞ
れの光学系にて得られる像を撮像素子等に結像させるも
ので、２本リレータイプと呼ばれている。もう一つは、
先端が一つの光学系からなり、後ろの瞳位置で光束を分
割し、視差を有するそれぞれの像を撮像素子等に結像さ
せる瞳分割タイプと呼ばれるものである。

【０００５】これらのうち、２本リレータイプの光学系
は、レンズ枚数が多く、又左右の光学系の差を抑えるこ
とが困難である。そのため、立体視硬性内視鏡には、２
本リレータイプよりも瞳分割タイプの方が有利である。

【０００６】ところで、近年、立体視硬性内視鏡の普及
に伴い、腹腔内だけでなく、脳や目の内部等の細かい部
分の観察にも立体視硬性内視鏡を用いたいというニーズ
が高まって来ている。このような脳や目の内部等の細か
い部分の観察を行なうには、立体視硬性内視鏡の挿入部
を細くすることが不可欠である。

【０００７】立体視可能な内視鏡であって、瞳分割タイ
プの光学系の従来例として、独特許９３０２８９８、９
号に記載されたものがある。これは、図１７に示すよう
に、共通の光軸を有する対物レンズ２１と、像伝達光学
系２２と、結像光学系２３と、主対物レンズ２４とから
なっている。この従来例は、主対物レンズ２４が中間画
像Ｉ₁ を無限遠に結像させるレンズ系で、その後方（瞳
位置）に二つの開口部を有する絞り２５を置き、この絞
り２５により制限された光束がそれぞれの撮像光学系２
６ａ，２６ｂを通り撮像素子２７ａ，２７ｂ上に結像さ
せることによって立体像が得られる。又像伝達光学系２
２を屈折率分布型レンズにすれば細径化が可能であるこ
とが記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来例は、細径
化する際に立体視に必要な適度な立体感と、明るさを考
慮するような構成のものは記載されていない。

【０００９】本発明は、適度な立体感が得られ視野周辺
まで必要十分な明るさを有する細径の立体視内視鏡を提
供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の立体視硬性内視
鏡は、生体内や他の物体の空洞内に挿入される挿入部
と、前記挿入部内に配置されている一つの光軸を有しか
つ少なくとも一つのリレーレンズを含んでいる光学系
で、前記光学系により形成される物体像からの光束をほ
ぼ瞳位置にて瞳分割手段により複数に分離して視差を有
する少なくとも二つの物体像を結像する結像光学系と、
前記結像光学系により形成された物体像を撮像する撮像
手段とを有していて立体観察を可能にしたもので、前記
リレーレンズの有効径等により定まる開口数（ＮＡ）を
ＮＡ_R 、瞳分割手段により分離された各光束のうち瞳分
割手段の分割位置において光束の中心を通る光線により
定まるリレーレンズ内の開口数をＮＡ_r とした時、次の
条件（１）を満足するようにしたもので、これにより適
度な立体感が得られ又視野周辺まで必要十分な明るさを
確保し得るようにしたものである。

【００１１】（１）０．３５＜ＮＡ_r ／ＮＡ_R ＜
０．８５又、本発明の立体視硬性内視鏡において、前記リレーレ
ンズを屈折率分布型レンズにして構成すればより好まし
い。

【００１２】尚リレーレンズとして屈折率分布型レンズ
を用いた場合のＮＡ_R ，ＮＡ_r は、図１４に示す角β，
γを用いて下記のように表わすものである。

【００１３】ＮＡ_R ＝sin β ＮＡ_r ＝sin γ 本発明の立体視硬性内視鏡は、前記のような構成にする
ことにより、細径であってしかも明るい硬性内視鏡にな
し得たもので、特に条件（１）を満足するような瞳分割
手段を用いることにより、十分な立体感を有する像での
観察が可能でしかも明るく良好な画像での観察を可能に
したものである。

【００１４】本発明において、上記条件（１）の下限
は、十分な立体感での画像の観察を可能にするために定
めたもので、下限の０．３５を越えると十分な立体感が
得られないことがある。又、上限は瞳分割手段が加工上
等の点からこの瞳分割手段よりも前の光学系の光軸に対
しずれを生じた時でも視差を有する各像における周辺で
のけられにより光量不足やバラツキを防止するためのも
ので、この条件（１）の上限の０．８５を越えると上記
の光量不足やバラツキが生ずることがある。

【００１５】本発明の立体視硬性内視鏡は、前記のよう
にリレーレンズとして屈折率分布型レンズを用いること
が考えられる。そしてリレーレンズとして屈折率分布型
レンズを用いることによって、一層良好な立体視硬性内
視鏡を実現し得る。

【００１６】次にリレーレンズとして屈折率分布型レン
ズを用いた立体視硬性内視鏡をもとに、本発明の内容を
更に詳細に説明する。

【００１７】本発明において、複数の均質レンズからな
るリレーレンズの代りに屈折率分布型レンズよりなるリ
レーレンズを用いれば、開口数（ＮＡ）をより大きくす
ることが出来る。

【００１８】複数の均質レンズからなるリレーレンズに
より像を伝送する場合、各レンズ間の間隔を保つために
間隔管が必要になり、間隔管の内径の大きさにより伝送
可能な光束のＮＡの大きさが制限される。これに比べ、
屈折率分布型レンズは、間隔管を用いる必要がないた
め、同じ外径の均質レンズよりなるリレーレンズを用い
た場合に比べてＮＡを大きくとることが出来る。又、複
数の均質レンズよりなるリレーレンズは、硬性鏡を組立
てる際に多くの小さいレンズと間隔管を挿入部内に並び
配置されなければならない。これに対し、屈折率分布型
レンズは、長い一本のレンズを挿入するのみでよい。こ
のように、リレーレンズを屈折率分布型レンズにて構成
する場合、複数の均質レンズにて構成する場合に比べて
組立性が良い。

【００１９】次に屈折率分布型レンズによる光伝送特性
について述べる。

【００２０】一般に、光伝送のために用いられる屈折率
分布型レンズは、屈折率が中心部から外周側へ行くにつ
れて低くなっており、その屈折率分布の働きによって光
が図８に示すようにほぼ正弦波状の光路を描いて伝搬す
る。このように屈折率分布型レンズ中に伝搬する光線が
正弦波を描く場合、屈折率分布型レンズ内での像高Ｉに
対する開口比の関係を示すと、下記の表１のようにな
り、これをグラフに示したのが図９である。

【００２１】表１屈折率分布型レンズ内での像高Ｉ開口比０１０．２ｒ₀ ０．９８０．４ｒ₀ ０．９２０．６ｒ₀ ０．８０．７ｒ₀ ０．７１０．７５ｒ₀ ０．６６０．８ｒ₀ ０．６０．８５ｒ₀ ０．５３０．９ｒ₀ ０．４４ｒ₀ ０上記表および図９においてｒ₀ は屈折率分布型レンズの
半径である。

【００２２】図９より明らかなように、リレーレンズと
して屈折率分布型レンズを用いた時の開口比は、像の中
心で最大であり、周辺に行くにしたがって減少し外周上
で０になる。

【００２３】図１０は、最大像高を０．８ｒ₀ とした時
の開口の様子を示す図で、（Ａ）は屈折率分布型レンズ
の瞳位置近傍での光束の断面図を示し、（Ｂ）は屈折率
分布型レンズの中における軸上および最大像高の光線の
進路を示している。（Ａ）においてＰ_A は像の中心の瞳
形状、Ｐ_M は最大像高の瞳形状を表わし、又（Ｂ）にお
いてＬ_A は軸上光線、Ｌ_M は最大像高の光線である。こ
れら図により最大像高の高いところで開口比が小さいこ
とがわかる。

【００２４】一方、本発明において、屈折率分布型レン
ズ（リレーレンズ）の瞳と共役な位置には、瞳分割手段
例えば図１１に示すような瞳分割絞りが配置されてお
り、これによって物体像からの光束は、視差を有する二
つ以上の像に分割される。この瞳分割絞りは、瞳分割絞
りの前方に配置されている光学系の光軸に対しほぼ対称
な位置に開口部ａ，ｂが設けられている。更に図１０
（Ａ）に示す瞳形状と図１１の瞳分割絞りとを組合わせ
ると、瞳分割絞りの開口ａ，ｂ間の間隔により図１２
（Ａ），（Ｂ）に示すように、像の周辺がけられたり像
高によって光量に差が生じたりすることがわかる。図１
２（Ａ）は、開口部ａとｂの間隔を大きくしすぎた場合
の例で、視野中心の光束は開口部ａおよびｂを通過でき
るが、最大像高の光束は、開口部ａおよびｂを通過でき
なくなり、最大像高付近では像を形成することが出来ず
視野中心でけられが生ずる。図１２（Ｂ）は、開口部
ａ，ｂの間隔を小さくした場合で、最大像高の光束も開
口部ａ，ｂを通過できるので視野周辺のけられは生じな
い。しかし、図１２（Ｂ）に示す開口部の瞳分割絞りを
用いた場合、立体感が小さくなる。

【００２５】ここで、立体感を左右する内向角αと、瞳
分割絞りの開口部ａとｂの間隔との関係は図１３に示す
通りである。図１３（Ａ）は前記の開口部ａとｂの間隔
が大きい場合、又図１３（Ｂ）は、開口部ａとｂの間隔
が小さい場合の光線の進路を示している。この図１３か
ら明らかなように、立体感を左右する内向角αは開口部
ａ，ｂの間隔が大きい程大になる。又内向角αが大きい
程立体感が増し奥行情報を捉え易くなる。

【００２６】以上述べたように、瞳分割絞りの開口部ａ
と開口部ｂの間隔があまり離れていると視野周辺のけら
れが生じ、逆に間隔が近すぎると立体感が小さくなる。
したがって、視野周辺のけられが殆どなくしかも出来る
限り立体感が得られるように瞳分割絞りの開口部ａと開
口部ｂの間隔を設定することが望ましい。ここで瞳分割
絞りの開口部ａ，ｂの夫々の中心が、この瞳分割手段が
置かれる位置での最大像高に結像する光束の内側に位置
するようにすれば、実際上問題となるような視野周辺で
のけられは生じない。

【００２７】即ち、本発明の立体視硬性内視鏡におい
て、リレーレンズの瞳と共役な位置におかれる瞳分割手
段の開口部の中心が、リレーレンズにより最大像高に結
像される光束の瞳分割手段の位置におけるこの光束の内
側になるように両開口部ａ，ｂ間の間隔を設定すること
が望ましい。

【００２８】そして両開口部の間隔は、上記の範囲内で
あって、十分な立体感が得られる等の要件を満足するこ
とが望ましい。

【００２９】上記説明は、リレーレンズに屈折率分布型
レンズを用いた場合を例として行なったが、リレーレン
ズに均質レンズを用いた場合においても同様である。

【００３０】また瞳分割絞りは、瞳分割絞りの前に配置
されている光学系の光軸に対してほぼ対称な位置に開口
部ａ，ｂを設けてある。このような形状の瞳分割絞り
は、加工上その開口部のそれぞれの位置が瞳分割絞りの
前方に配置された光学系の光軸に対してずれることがあ
り、その場合像の周辺部がけられる可能性がある。

【００３１】条件（１）は、以上述べた理由にもとづき
設けたもので、ＮＡ_r／ＮＡ_R の値が条件（１）の下限
を越えると立体感が得られない。又上限を越えると、開
口部ａ，ｂのそれぞれの位置が瞳分割絞りの前方に配置
された光学系の光軸に対してずれると、視差を有する像
のうち、像の周辺でけられたり、光量のバラツキを生ず
る。

【００３２】以上の説明は、本発明の立体視硬性内視鏡
を構成するリレーレンズ系として屈折率分布型レンズを
用いた場合について行なったが、後に示す第４の実施例
のように均質レンズにて構成されたリレーレンズにて像
を伝送する光学系を用いたものでも、条件（１）を満足
することにより、リレーレンズにて形成される像高Ｉに
対する開口比の関係が図９に示すようになる。

【００３３】本発明において、リレーレンズに屈折率分
布型レンズを用いたものであって、像高が低いところで
使用する場合又は像高の高いところでの開口比が大きく
なる均質レンズを用いる場合には、以上述べた条件
（１）を満足すれば、明るく又適度な立体感を持っての
観察にとって有利である。

【００３４】又、リレーレンズが屈折率分布型レンズを
用いるもので、像高の高いところで使用する場合、又は
像高が高いところの開口比が小さくなる均質レンズを用
いる場合には、下記の条件を満足することが明るく適度
な立体感での観察を行なうためには望ましい。０．３５＜ＮＡ_r／ＮＡ_R＜０．７５

【００３５】

【実施例】次に、本発明の立体視硬性内視鏡の各実施例
を述べる。

【００３６】図１乃至図３は、本発明の立体視硬性内視
鏡の第１の実施例の構成を示す。これら図において、図
１は光学系の構成、図２は前記光学系における瞳位置で
の光束の断面図、図３は立体視硬性内視鏡のシステムを
示す。

【００３７】図３に示す立体視硬性内視鏡のシステム
は、立体視硬性内視鏡１と、光源２と、撮像素子等によ
り得た電気信号の処理を行い映像信号に変換する信号処
理装置３と、映像信号を表示するためのモニター４から
なっている。又モニター４は、瞳分割絞りで左右の像を
交互に表示するようになっており、観察者は、シャッタ
ー機能を有する眼鏡を介し立体的に観察し得るものであ
る。

【００３８】ここで立体視硬性内視鏡１は、直視用のス
コープ部５と、このスコープ部５に着脱自在に接続され
ているカメラヘッド部６とにて構成されている。又直視
用のスコープ部の代わりに斜視用のスコープ部を着脱自
在にカメラヘッド部６に接続することも可能である。こ
のようにスコープ部５とカメラヘッド部６を着脱自在に
することにより一つのカメラヘッドに対し複数の異なる
仕様のスコープを交換して使用することが可能になる。
又スコープ部とカメラヘッドとの接続部付近にスコープ
部とカメラヘッド部とが相対的に回転し得る機構を設け
ることによりスコープ部を回転させてもスコープ内は一
つの光学系よりなるので、像の回転がない。

【００３９】本発明の硬性内視鏡の光学系は、図１に示
す通り、物体側から順に、挿入部内に配置される対物光
学系Ｏと、リレーレンズＲ₁，Ｒ₂とよりなるリレー光学
系Ｒと、瞳分割絞りＳと、結像光学系ＬＩと、撮像素子
１５ａ，１５ｂにて構成されている。

【００４０】上記光学系において、図１に示す挿入部７
の先端部に配置されている対物光学系によりその結像位
置に物体像が形成される。この対物レンズのレンズの外
径は約２．１mmである。又リレーレンズＲ₁ を構成する
屈折率分布型レンズ（ｒ₁₂〜ｒ₁₃）の物体側には接合レ
ンズ（ｒ₁₀〜ｒ₁₂）が接合されている。この接合レンズ
は、レンズ（ｒ₁₀，ｒ₁₁）の屈折率がレンズ（ｒ₁₁，ｒ
₁₂）の屈折率よりも低くなっている。このように接合レ
ンズ（ｒ₁₀〜ｒ₁₂）をリレーレンズＲ₁ の物体側の面に
接合することにより、光線高を低く抑えると共に屈折率
分布型レンズ表面にゴミが付着するのを防止しこの面の
ゴミやキズが像に写ることのないようにしている。

【００４１】図１に示す光学系は、対物レンズＯにより
結像された物体像を、リレー光学系Ｒを構成する屈折率
分布型レンズ（ｒ₁₂〜ｒ₁₃）によってその後端面に像Ｉ
₂を形成する。この屈折率分布型レンズ（ｒ₁₂〜ｒ₁₃）
の後端面ｒ₁₂にも屈折率分布型レンズの表面のキズや表
面に付着したゴミが写るのを防止するために、レンズ
（ｒ₁₃，ｒ₁₄）を貼り付けてある。このレンズの後方に
は、光軸を移動させるための平行四辺形型のプリズムＰ
₁ が設けてある。この実施例のように、プリズムＰ₁ に
より光軸を曲げるのは、スコープ部５にはレンズを収納
している枠に接するように手術用処置具の入った枠が配
置されており、患者への侵襲を最小限に抑えるために手
術用処置具もスコープ部５の挿入部７の付近の狭い空間
から出るようにしなければならない。そのために、本発
明の細径の硬性鏡においては、処置具が光学系と平行に
配置され、スコープ部の先端から光学系に平行に出て来
るように構成されている。一方リレーレンズ系（屈折率
分布型レンズ）Ｒ₁ の後方に配置されたリレーレンズ系
Ｒ₂ により、像をその更に後方に配置されている撮像素
子１５ａ，１５ｂに結像させる際に拡大倍率でリレーす
るために、リレーレンズ系Ｒ₂ の径が大になっている。
そのために平行四辺形型のプリズムＰ₁ を図１に示す位
置に配置して光軸を曲げて、処置具を挿入している枠と
レンズを収納している枠とが互いに干渉しないようにし
ている。

【００４２】このように光軸を曲げた後につまりプリズ
ムＰ₁ の後方に配置されているリレーレンズＲ₂ は、屈
折率分布型レンズの像側の面近傍に形成されている像Ｉ
₂を倍率２．１５倍にてリレーレンズＲ₂ によりリレー
された最終像Ｉ_n を形成すると共に、屈折率分布型レン
ズ（ｒ₁₂〜ｒ₁₃）により発生する軸上色収差を補正する
役割を有している。そのためにリレーレンズＲ₂ は、倍
率の色収差を十分良好に補正すると共に軸上色収差は、
屈折率分布型レンズＲ₁ にて発生する軸上色収差とは逆
の収差を発生するように構成されている。更に、軸外光
束も絞りの開口部を通過し得るように、リレーレンズＲ
₂ の射出瞳がその後方に配置してある結像光学系ＬＩの
入射瞳位置になるようにしてある。又最終像Ｉ_n 形成さ
れる位置に視野マスクが配置される。

【００４３】リレーレンズ系Ｒによる最終像Ｉ_n からの
光束は、光軸をずらすプリズムＰ₂ を通過後、カバーガ
ラスＣ、光学フィルター等の光学素子Ｆ₁ 〜Ｆ₄ を通
り、瞳位置近傍に置かれた瞳分割手段である二つの開口
部を有する絞りＳにて複数（この実施例では二つ）に分
離される。分離されたそれぞれの光束は、撮像素子１５
ａ，１５ｂが干渉しないように、平行四辺形型のプリズ
ムＰ₃ により両光軸間隔を広げられた後に結像光学系Ｌ
Ｉ_a ，ＬＩ_b により視差のある二つの像Ｉ_a ，Ｉ_b が撮
像素子１５ａ，１５ｂ上に形成される。光学フィルター
の光学素子Ｆ₁〜Ｆ₄ は、赤外カットフィルター、ＹＡ
Ｇレーザー用カットフィルター、光学的ローパスフィル
ターである。

【００４４】この実施例の光学系のうち、プリズムＰ₂
の後方のカバーガラスＣまででスコープ部５を構成す
る。

【００４５】一方、この第１の実施例の立体視硬性内視
鏡は、挿入部７の外径を細くしたまま、周辺まで必要十
分な明るさを確保した上で適度な立体感が得られる。こ
のことを説明するために、瞳位置での光束の断面図を図
２に示す。図２において、外側の円は、軸上ＮＡで決ま
る瞳の形状であり、楕円状のものが最大像高のＮＡで決
まる瞳の形状である。絞り分割手段である絞りＳは、円
の中心点から１．４mmの位置の対称点を中心に半径０．
９mmの開口部ａ，ｂを有する。この絞りＳの開口部ａ，
ｂのＮＡは屈折率分布型レンズの中心ＮＡの3/10であ
り、更に開口部ａ，ｂにおいて最大像高の光束の占める
割合は2/3 程度である。またこの時の内向角αは物体距
離７ｍｍに対して１．３°程度である。このように、挿
入部７のレンズの外径は２．１mmと細いが、瞳分割絞り
Ｓの開口部ａ，ｂの夫々の位置がその前方に配置された
光学系の光軸に対してずれたとしても視野周辺まで明る
さを確保でき、又十分な立体感が得られる。

【００４６】以上述べた本発明の第１の実施例の光学系
のデーターは下記の通りである。実施例１物体距離＝-7，リレー最終像高＝1.72，対物最終像高＝0.8 画角＝50.1°，物体距離−７における内向角＝1.3 ° ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.3000 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝0.2500 ｎ₂ ＝1.69680 ν₂ ＝55.53 ｒ₃ ＝1.2400 ｄ₃ ＝0.2700 ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝6.0000 ｎ₃ ＝1.80610 ν₃ ＝40.95 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝1.2000 ｎ₄ ＝1.83400 ν₄ ＝37.17 ｒ₆ ＝-3.2790 ｄ₆ ＝0.5000 ｒ₇ ＝2.9180 ｄ₇ ＝1.6000 ｎ₅ ＝1.58913 ν₅ ＝61.18 ｒ₈ ＝-2.2780 ｄ₈ ＝1.0000 ｎ₆ ＝1.78472 ν₆ ＝25.68 ｒ₉ ＝4.1030 ｄ₉ ＝1.6400 ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝1.5000 ｎ₇ ＝1.48749 ν₇ ＝70.21 ｒ₁₁＝2.4160 ｄ₁₁＝3.5800 ｎ₈ ＝1.88300 ν₈ ＝40.78 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝201.0000 ｎ₉ （屈折率分布型レンズ）ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝4.0000 ｎ₁₀＝1.51633 ν₁₀＝64.15 ｒ₁₄＝-6.2000 ｄ₁₄＝5.0000 ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝6.5000 ｎ₁₁＝1.80610 ν₁₁＝40.95 ｒ₁₆＝∞ ｄ₁₆＝2.7200 ｒ₁₇＝∞ ｄ₁₇＝1.5000 ｎ₁₂＝1.69895 ν₁₂＝30.12 ｒ₁₈＝5.2880 ｄ₁₈＝2.5000 ｎ₁₃＝1.69680 ν₁₃＝55.53 ｒ₁₉＝∞ ｄ₁₉＝3.7200 ｒ₂₀＝58.5770 ｄ₂₀＝2.5000 ｎ₁₄＝1.69680 ν₁₄＝55.53 ｒ₂₁＝-5.1250 ｄ₂₁＝1.5000 ｎ₁₅＝1.80518 ν₁₅＝25.43 ｒ₂₂＝-11.4220 ｄ₂₂＝42.7800 ｒ₂₃＝12.5580 ｄ₂₃＝3.0000 ｎ₁₆＝1.59270 ν₁₆＝35.29 ｒ₂₄＝33.5740 ｄ₂₄＝8.0000 ｒ₂₅＝∞ ｄ₂₅＝7.0000 ｒ₂₆＝∞ ｄ₂₆＝35.0000 ｎ₁₇＝1.80610 ν₁₇＝40.95 ｒ₂₇＝∞ ｄ₂₇＝9.3000 ｒ₂₈＝∞ ｄ₂₈＝1.0000 ｎ₁₈＝1.51633 ν₁₈＝64.15 ｒ₂₉＝∞ ｄ₂₉＝1.9500 ｒ₃₀＝∞ ｄ₃₀＝1.0000 ｎ₁₉＝1.51633 ν₁₉＝64.15 ｒ₃₁＝∞ ｄ₃₁＝3.0000 ｒ₃₂＝∞ ｄ₃₂＝1.6700 ｎ₂₀＝1.54814 ν₂₀＝45.78 ｒ₃₃＝∞ ｄ₃₃＝0.1000 ｒ₃₄＝∞ ｄ₃₄＝1.0000 ｎ₂₁＝1.52287 ν₂₁＝59.89 ｒ₃₅＝∞ ｄ₃₅＝0.1000 ｒ₃₆＝∞ ｄ₃₆＝1.6000 ｎ₂₂＝1.51400 ν₂₂＝74.00 ｒ₃₇＝∞ ｄ₃₇＝3.0000 ｒ₃₈＝∞（明るさ絞り）ｄ₃₈＝0.5000 ｒ₃₉＝∞ ｄ₃₉＝8.5400 ｎ₂₃＝1.80610 ν₂₃＝40.95 ｒ₄₀＝∞ ｄ₄₀＝2.7200 ｒ₄₁＝-25.1610 ｄ₄₁＝1.0000 ｎ₂₄＝1.69895 ν₂₄＝30.12 ｒ₄₂＝9.4380 ｄ₄₂＝2.5000 ｎ₂₅＝1.69680 ν₂₅＝55.53 ｒ₄₃＝-17.7560 ｄ₄₃＝5.0000 ｒ₄₄＝121.7100 ｄ₄₄＝2.5000 ｎ₂₆＝1.76182 ν₂₆＝26.55 ｒ₄₅＝-25.9750 ｄ₄₅＝17.9200 ｒ₄₆＝-16.7230 ｄ₄₆＝1.0000 ｎ₂₇＝1.69680 ν₂₇＝55.53 ｒ₄₇＝35.3840 ｄ₄₇＝24.2500 ｒ₄₈＝∞ ｄ₄₈＝0.4000 ｎ₂₈＝1.51633 ν₂₈＝64.15 ｒ₄₉＝∞ ｄ₄₉＝0.7500 ｒ₅₀＝∞ ＮＡ_r／ＮＡ_R＝０．６１ただしｒ_１，ｒ_２，・・・はレンズ各面の曲率半径、
ｄ_１，ｄ_２，・・・は各レンズの肉厚およびレンズ間
隔、ｎ_１，ｎ_２，・・・は各レンズの屈折率、ν_１，ν
_２，・・・は各レンズのアッベ数である。

【００４７】尚、屈折率分布型レンズの屈折率分布は次
式で近似される。

【００４８】Ｎ（ｒ）＝ｎ₀｛１−（１／２）Ａｒ²｝ここでＮ（ｒ）は光軸からの距離ｒの位置の屈折率、ｎ
₀は光軸上の屈折率でｎ₀＝１．６１０（λ＝５５５ｎ
ｍ）、Ａは屈折率分布係数で次に、上述の本発明の第１の実施例の変形例である斜視
用の立体視硬性内視鏡について述べる。図１に示す直視
用硬性内視鏡の光学系の対物レンズＯの先端部の長いレ
ンズ（ｒ₄ ，ｒ₅ ）を図４に示すような３０°斜視用プ
リズムＰ₄ ，Ｐ₅ におきかえることにより、斜視用の立
体視硬性内視鏡になし得る。

【００４９】このように、先端部を構成した硬性内視鏡
は、光がプリズムＰ₄ の入射面ＰＲ₁ から入射し、透過
面ＰＲ₂ を透過し、プリズムＰ₅ の面ＰＲ₃ を透過して
面ＰＲ₄ にて全反射した後に面ＰＲ₃ で全反射して面Ｐ
Ｒ₅ より射出する。プリズムＰ₄ の透過面ＰＲ₂ および
接着剤を透過してプリズムＰ₅ の面ＰＲ₅ に入射する光
線は、各面で入射角が全反射角より小さいために、面Ｐ
Ｒ₂ ，ＰＲ₃ を透過する。又プリズムＰ₅ の面ＰＲ₄ に
は、プリズムＰ₅ よりも低い屈折率の低い膜がコーティ
ングされており、プリズムＰ₅ における面ＰＲ₃ から面
ＰＲ₄ に入射する光線は、入射角がガラスと膜の屈折率
差による全反射角より大きい結像に関与する光線は、プ
リズム面ＰＲ₄ と膜との境界で全反射し、結像に関与し
ない全反射角より小さい入射角の光線は、膜を通過した
後に膜の上に塗布されている吸収層により吸収されるよ
うになっている。又面ＰＲ₄で全反射された光線は、面
ＰＲ₃に入射しプリズムＰ₅のガラスと接着剤との屈折率
差により全反射角より大であるので、全反射される。

【００５０】更に、対物光学系Ｏの先端のカバーガラス
Ｃと凹レンズＬ_n は、その光軸が３０°斜視プリズムＰ
₄ の光軸に一致するように、スコープ部５の長手方向に
対して斜めに配置されており、各レンズは互いに接着さ
れている。カバーガラスＣは、挿入部７に収まるように
側面が表面に対して斜めにカットされ、面は楕円になっ
ている。尚、レンズＬより像側の光学系は、第１の実施
例である図１に示す直線用の立体視硬性内視鏡のレンズ
Ｌより像側の光学系と同じ構成である。

【００５１】本発明の立体視硬性内視鏡の第１の実施例
は、スコープ部５とカメラヘッド部６とを分離して構成
しているので、組立時のピント調整は、スコープ部５と
カメラヘッド部６とで夫々単独に行なうことが出来る。
スコープ部５のピント調整は、屈折率分布型レンズを光
軸方向に移動する機構を設けて前後させて行なう。カメ
ラヘッド部６のピント調整は、結像光学系ＬＩ_a ，ＬＩ
_b 中のレンズＬ_a ，Ｌ_b やＬ’_a ，Ｌ’_b を夫々光軸方
向に移動する機構を設けて前後させて行なう。又カメラ
ヘッド部６のピント調整は、他に撮像素子１５ａ，１５
ｂの光軸に垂直な平面内での位置移動による偏芯調整、
撮像素子１５ａ，１５ｂの光軸に垂直な平面内での回転
方向の調整を行なえる機構を持たせることが望ましい。
このような機構を持たせることにより、スコープ部５と
カメラヘッド部６を接続した時に良好な立体視が可能に
なる。

【００５２】図５は、本発明の第２の実施例の屈折率分
布型レンズ（リレーレンズ系）の付近の光学系の構成を
示すものである。この実施例は、屈折率分布型レンズの
両端面に瞳が位置するようにした点で第１の実施例と相
違している。このようにすることにより、屈折率分布型
レンズの両端面にゴミが付着したり傷がついたりしても
それらが写ることがない。したがって、第１の実施例の
ように屈折率分布型レンズの両側に更に均質レンズを接
合する必要がない。

【００５３】この図５に示す光学系の後方に図１に示す
第１の実施例のリレーレンズより後方の光学系を接続さ
せることによって、適度の立体感と明るさを有する立体
視硬性内視鏡になし得る。

【００５４】又、屈折率分布型レンズの長さを変えるこ
とによって、物体側の端面の瞳を像側の端面に像を形成
するように又像から瞳へ伝送する等が考えられる。

【００５５】図６は本発明の第３の実施例の光学系の一
部（対物レンズおよびリレーレンズ系）を示すもので、
この実施例では、対物レンズ、リレーレンズ共に屈折率
分布型レンズを用いたものである。つまり、図６におい
て屈折率分布型レンズＧＲＩＮ１が対物レンズでＧＲＩ
Ｎ２がリレーレンズ系である。このように構成すること
により、簡単な構成の立体視硬性内視鏡を実現出来る。

【００５６】この実施例は、中心での開口数ＮＡが対物
レンズ用の屈折率対物型レンズＧＲＩＮ１は０．５、リ
レーレンズ系用の屈折率分布型レンズＧＲＩＮ２は０．
１である。

【００５７】この第３の実施例も図６に示す光学系の後
方に第１の実施例のリレーレンズ系の後の光学系を接続
することによって適度な立体感と明るさとを有する本発
明の目的を達成し得る立体視硬性内視鏡を得ることが出
来る。

【００５８】図７は、本発明の第４の実施例の光学系の
一部（リレーレンズ系）を示す図である。この第４の実
施例は、リレーレンズ系として均質レンズのみからなる
レンズ系を用いたものである。

【００５９】第４の実施例は、第１〜第３の実施例のよ
うにリレーレンズ系に屈折率分布型レンズを用いていな
いので、リレーレンズ系での軸上色収差の補正が可能で
あり、又最終のリレーレンズに軸外光束が絞りの開口部
を通過するようにフィールドレンズを配置するのみでよ
い。

【００６０】この実施例において、リレーレンズ系によ
り形成される像の像高Ｉに対する開口比の関係は、おお
よそ図９に示すようになる。そのため、リレーレンズ系
の前方に例えば第１の実施例の対物レンズ、リレーレン
ズ系の後方にカメラヘッドを接続することにより、適度
な立体感と明るさとを有する立体視硬性内視鏡を得るこ
とが出来る。

【００６１】次に本発明の立体視硬性内視鏡に適用し得
るカメラヘッド部の光学系の他の構成について説明す
る。

【００６２】図１５，図１６は、図１に示す第１の実施
例の光学系におけるリレーレンズ系Ｒによる最終像Ｉ_n
（ｒ₂₅）から撮像素子１５ａ，１５ｂまでの光学系に対
応するカメラヘッド部６の光学系の他の構成の概要を示
す図である。これら図のうち図１５は、リレーレンズ系
の最終像Ｉ_n から後方へ順に、瞳位置近傍に配置された
瞳分割手段Ｓと一つの結像光学系ＬＩと一つの撮像素子
１５とより構成したものである。ここで瞳分割手段Ｓ
は、例えば、図１１に示す構成の瞳分割絞りとは異な
り、図１５（Ｂ）に示すように円板に一つの開口部ａが
設けられ、図示しない回転機構により円板の中心を回転
軸として回転させるものである。又撮像素子１５には、
素子シャッター機能が設けられていて、円板の回転に同
期して映像信号を取出すようになっている。

【００６３】この図１５に示すカメラヘッド部の光学系
を用いれば、瞳分割手段である円板の回転により、開口
部ａの位置が変化し、開口部を通過した光束による像を
同一の撮像素子にて受光しその映像信号を分割して取り
出すことにより、第１の実施例と同様に立体視が可能と
なる。

【００６４】図１５に示すカメラヘッド部の光学系にお
いて、瞳分割手段として液晶シャッターを用いても良
い。この液晶シャッターは図１５（Ｃ）に示すように開
口部ａと開口部ｂとが交互に変化するものである。図１
５（Ｃ）に示す瞳分割手段を用いた場合では、素子シャ
ッター機能を待たせなくとも良い。

【００６５】これらカメラヘッド部の光学系で用いる瞳
分割手段も、円板が回転した時の開口部の左右位置又は
液晶シャッターの開口部に相当する部分の左右位置の間
隔が条件（１）を満足するようになっている。

【００６６】図１６は、カメラヘッド部の光学系の更に
他の例を示すもので、この光学系は、瞳分割絞りの後方
に平行四辺形状のプリズムを用いることなく二つの結像
光学系ＬＩ_a ，ＬＩ_b 等を傾けた構成にしたものであ
る。この場合も瞳分割手段として回転する円板を用いた
ものや液晶シャッターを用いたものを使用してもよい。

【００６７】上記の図１５又は図１６に示す光学系を備
えたカメラヘッド部を第１乃至第４の実施例のスコープ
部に接続することにより適度な立体感と明るさを有する
立体視硬性内視鏡を実現出来る。

【００６８】更に、本発明の立体視硬性内視鏡は、スコ
ープ部とカメラヘッド部とで分離可能にしても、他の位
置で分離可能にしても又スコープ部とカメラヘッド部と
を一体にした構成にしてもよい。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも１つのリレ
ーレンズを含む光学系を備え、リレーレンズの有効径等
により定まる開口数Ｎ_R と瞳分割手段により分割された
光束の中心を通る光線により定まるリレーレンズ内の開
口数ＮＡ_r との比を所定範囲内に定めることによって周
辺まで必要十分な明るさを確保した又適度な立体感の得
られる細径の立体視硬性内視鏡を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の立体視硬性内視鏡の光
学系の構成を示す図

【図２】前記第１の実施例の光学系の瞳分割手段のおか
れる瞳位置での光束の断面図

【図３】本発明の第１の実施例の立体視構成内視鏡のシ
ステムの構成図

【図４】第１の実施例の変形例である斜視用の立体視硬
性内視鏡の光学系の構成の一部を示す図

【図５】本発明の第２の実施例の立体視硬性内視鏡の光
学系の一部を示す図

【図６】本発明の第３の実施例の立体視硬性内視鏡の光
学系の一部を示す図

【図７】本発明の第４の実施例の立体視硬性内視鏡の光
学系の一部を示す図

【図８】屈折率分布型レンズ内での光線の進路を示す図

【図９】屈折率分布型レンズ内での像高と開口比との関
係を示すグラフ

【図１０】屈折率分布型レンズ内の瞳近傍の光束の断面
および軸上、最大像高の光線の近路を示す図

【図１１】瞳分割絞りの形状を示す図

【図１２】瞳位置近傍での光束の断面と瞳分割絞りとの
関係を示す図

【図１３】瞳分割絞りの開口部と内向角との関係を示す
図

【図１４】屈折率分布型レンズのＮＡ_R とＮＡ_r を説明
する図

【図１５】本発明の立体視硬性内視鏡のカメラヘッド部
の光学系の他の例を示す図

【図１６】本発明の立体視硬性内視鏡のカメラヘッド部
の光学系の更に他の例を示す図

【図１７】従来の立体視硬性内視鏡の光学系の構成を示
す図

【符号の説明】

Ｏ対物光学系、Ｒリレーレンズ系、Ｓ瞳分割手段１５ａ，１５ｂ撮像素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体内その他の物体の空洞内に挿入される
挿入部と、前記挿入部内に配置されていて一つの光軸を
有しかつ少なくとも一つのリレーレンズを含む光学系
と、前記光学系により形成された物体像からの光束をほ
ぼ瞳位置にて複数に分離する瞳分割手段と、前記瞳分割
手段により分離された複数の光束中に配置された視差を
有する少なくとも二つの物体像を形成する結像光学系
と、前記結像光学系により結像された物体像を撮像する
撮像手段とを有する立体視硬性内視鏡において、前記リ
レーレンズの有効径等により定まる開口数をＮＡ_R 、前
記瞳分割手段により分離された光束の該瞳分割手段の位
置で該光束の中心を通る光線により定まるリレーレンズ
内の開口数をＮＡ_r とする時、下記条件（１）を満足す
る立体視硬性内視鏡。（１）０．３５＜ＮＡ_r ／ＮＡ_R ＜０．８５
【請求項２】前記リレーレンズが屈折率分布型レンズで
ある請求項１の立体視硬性内視鏡。
【請求項３】前記屈折率分布型レンズにより発生する色
収差を屈折率分布型レンズを含まないレンズ系により補
正するようにした請求項２の立体視硬性内視鏡。
【請求項４】光学系中に斜視用プリズムを設けた請求項
１，２又は３の立体視硬性内視鏡。
【請求項５】リレーレンズ系の後方に光軸をずらす光学
系を含む請求項１，２，３又は４の立体視硬性内視鏡。
【請求項６】生体内その他の物体の空洞内に挿入される
挿入部と、前記挿入部内に配置されていて一つの光軸を
有しかつ少なくとも一つのリレーレンズを含む光学系
と、前記光学系により形成された物体像からの光束をほ
ぼ瞳位置にて複数に分離する瞳分割手段と、前記瞳分割
手段により分離された複数の光束中に配置された視差を
有する少なくとも二つの物体像を形成する結像光学系
と、前記結像光学系により結像された物体像を撮像する
撮像手段とを有する立体視硬性内視鏡において、前記瞳
分割手段の開口部の中心が、前記リレーレンズの最大像
高に結像する該瞳分割手段の位置での光束の内側にある
ことを特徴とする立体視硬性内視鏡。