JPWO2011013518A1 - 内視鏡用光学系および内視鏡 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1の態様は、入射光軸に沿って入射された光を該入射光軸に直交する第1の軸線に沿う方向に偏向して射出する第1のプリズムと、該第1のプリズムから射出された光を、前記第1の軸線に対して間隔を空けた第2の軸線に沿って折り返す2つの反射面を有する第2のプリズムと、該第2のプリズムにより折り返された光を、前記第1の軸線に直交しかつ前記入射光軸を含む平面に沿う方向に偏向する第3のプリズムとを備え、前記第1のプリズムが、前記第2のプリズムに対して前記第1の軸線回りに揺動可能に設けられ、前記第2のプリズムの前記2つの反射面が、相互に鈍角をなして配置されている内視鏡用光学系である。
また、第1のプリズムおよび第3のプリズムが、後段の他の光学系の光軸に沿う方向に配列され、かつ、第2のプリズムの反射面の成す角度が鈍角であるため、第2のプリズムの寸法が、内視鏡の径方向において比較的小さく抑えられる。これにより、内視鏡の先端部の径寸法を小さく抑えつつ、レンズや撮像素子等の他の光学系の径寸法が制限される不都合が解消され、画質の良好な内視鏡画像を得ることができる。
このようにすることで、第1および第3プリズムの形状を簡易にし、また、内視鏡の径方向において第2のプリズムの寸法をより小さくすることができる。
このようにすることで、第1のプリズムを揺動させたときに生じる、撮像部に対する像の回転を補正することができる。
このようにすることで、特に、内視鏡用光学系と撮像部とが先端部において近接して配置される構成の内視鏡において、像の回転を簡便にかつ精度良く補正することができる。
このようにすることで、光軸の位置ずれ等の不都合を防ぎながら、像の回転を簡便に補正することができる。
このようにすることで、レンズ群および撮像部を回転させたときに、これらが第3のプリズムに対して多少の位置ずれを生じても、像への影響を抑えることができる。
このようにすることで、像の回転を簡便に補正することができる。
このようにすることで、像の回転をより高い精度で補正することができる。
このようにすることで、イメージローテートプリズムから射出される光により正像を結像させることができる。
このようにすることで、像の向きを同一に保持しながら、第3のプリズムから射出された光を接眼光学系へ伝達することができる。
このようにすることで、撮像部の姿勢を視野に対して一定に保持したまま、第1のプリズムの揺動可能な方向を視野に対して変更して視野の変更可能な方向を変えることができる。
本発明の第3の態様によれば、視野の方向を可変にしながら、先端部の径寸法を小さく抑えつつ画質が良好な内視鏡画像を取得することができる。
本実施形態に係る内視鏡100は、図1に示されるように、挿入部に直筒状で硬性の鏡筒2を備える硬性内視鏡である。本実施形態に係る内視鏡用光学系1は、鏡筒2内に配置されている。
凹レンズ9および平凸レンズ10の光軸は、鏡筒2の長手方向に沿って同軸に配置されている。
接眼光学系50は、リレー光学系40の最終の結像面に形成された像を拡大し、かつ、平行光束として光を射出する接眼レンズ14を備えている。
本実施形態に係る内視鏡用光学系1を備える硬性内視鏡100を用いて体内を観察するには、ライトガイド8により前方を照明しながら内視鏡100を先端から体内へ挿入することにより、モニタ6上で体内の内視鏡画像を観察することができる。このときに、第1のプリズム11を揺動させることにより、視野方向を正面方向から斜め方向へ変更しながら体内を観察することができる。
また、第1および第3のプリズム11,13が、後段に配置された他の光学系40,50の光軸上に配置されている。また、第2のプリズム12に、斜面12bが相互になす角が鈍角である台形状のものを用い、第1のプリズム11から第3のプリズム13へ光を3回反射させて光を伝達する構成にすることにより、第2のプリズム12の寸法が鏡筒2の径方向において比較的小さく抑えられる。これにより、内視鏡100の先端部の外径寸法を小さくすることができるという利点がある。
また、イメージローテートプリズム15を用いることにより、第1のプリズム11を揺動させたときに生じる像の回転を簡易な構成でかつ高い精度で補正することができるという利点がある。
この場合、第1のプリズム11、第2のプリズム12および凹レンズ9は、第2の軸線B回りに揺動させられる。このようにしても、視野方向を可変にしながら、内視鏡100の径寸法を小さく抑えることができる。
例えば、内視鏡100の先端面の正面方向に対して0°、±30°、±45°および±90°に段階的に第1のプリズム11が揺動するようにしても、十分に広い視野を観察することができる。
例えば、図4に示されるように、断面が正三角形の角柱プリズムでもよく、図5に示されるように、異なる形状のプリズムを複数組み合わせたものでもよい。これらのプリズムも、入射光および射出光の光軸を中心に回転させることにより、像の回転を補正することができる。
第1のプリズム11と第3のプリズム13との間の距離を鏡筒2の長手方向に沿って離すことにより、第2のプリズム12内における反射回数は増加し、それとともに、第2のプリズム12の寸法を鏡筒2の径方向においてさらに縮小させることができる。
上記実施形態においては、イメージローテートプリズム15によって像の回転を補正することとしたが、プロセッサによって電気的に補正してもよい。
第1の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る内視鏡100は、図6に示されるように、物体からの光を集光して結像および撮像する光学系が配置された先端部16と、該先端部16の方向を変更する湾曲部17とを有する腹腔鏡が用いられる。本実施形態に係る内視鏡用光学系1は、先端部16内に配置されている。
先端部16の鏡筒は、先端側から順に前筒16aおよび後筒16bを備えている。前筒16aおよび後筒16bは、湾曲部17に対して互いに独立に周方向に回転可能に設けられている。湾曲部17は、操作者がハンドル18を操作することにより湾曲させられる。
本実施形態に係る内視鏡100を用いて腹腔内を観察するには、図示しないライトガイド等により前方を照明しながら、予め腹腔に穿孔した小孔から腹腔内へ先端部16を挿入することにより、モニタ6上に腹腔内の内視鏡画像が映し出される。そして、第1のプリズム11を揺動させることにより、先端面の正面方向に対して斜視方向の視野を観察することができる。また、前筒16aを周方向に回転させることにより、モニタ6上で視野を静止させた状態で、視野の変更可能な方向が変更され、左右方向または上下方向等、所望の方向に視野方向を向けることができる。
このようにしても、第1のプリズム11の揺動による像の回転を補正することができる。
軟性内視鏡の先端硬質部は、物体からの光を集光する対物光学系と撮像素子とを備え、本実施形態に係る内視鏡100の先端部16と同様の光学系の構成を有している。また、軟性内視鏡は、撮像するための光学系の他に処置具を挿通するためのチャネルを備えたものが多く、その径寸法に対して光学系を配置可能な空間が制限される。したがって、軟性内視鏡にも本実施形態に係る内視鏡用光学系1を好適に用いることができる。
2 鏡筒
2a カバーガラス
3 撮像素子(撮像部)
4 カメラヘッド
5 プロセッサ
6 モニタ
7 光源
8 ライトガイド
9 凹レンズ
10 平凸レンズ
11 第1のプリズム
12 第2のプリズム
12a 下底面
12b 斜面(反射面)
13 第3のプリズム
14 接眼レンズ
15 イメージローテートプリズム(回転補正手段)
16 先端部
16a 前筒
16b 後筒(回転補正手段)
17 湾曲部
18 ハンドル
19 レンズ群
20 封止ガラス
30 対物光学系
40 リレー光学系
50 接眼光学系
60 第1のユニット
70 第2のユニット
100 内視鏡
A 第1の軸線
B 第2の軸線
Claims (13)
- 入射光軸に沿って入射された光を該入射光軸に直交する第1の軸線に沿う方向に偏向して射出する第1のプリズムと、
該第1のプリズムから射出された光を、前記第1の軸線に対して間隔を空けた第2の軸線に沿って折り返す2つの反射面を有する第2のプリズムと、
該第2のプリズムにより折り返された光を、前記第1の軸線に直交しかつ前記入射光軸を含む平面に沿う方向に偏向する第3のプリズムとを備え、
前記第1のプリズムが、前記第2のプリズムに対して前記第1の軸線回りに揺動可能に設けられ、
前記第2のプリズムの前記2つの反射面が、相互に鈍角をなして配置されている内視鏡用光学系。 - 入射光軸に沿って入射された光を該入射光軸に交差する第1の軸線に沿う方向に偏向して射出する第1のプリズムと、
該第1のプリズムから射出された光を、前記第1の軸線に対して間隔を空け前記入射光軸に直交する第2の軸線に沿って折り返す2つの反射面を有する第2のプリズムと、
該第2のプリズムにより折り返された光を、前記第2の軸線に直交しかつ前記入射光軸を含む平面に沿う方向に偏向する第3のプリズムとを備え、
前記第1のプリズムおよび前記第2のプリズムが、前記第3のプリズムに対して前記第2の軸線回りに揺動可能に設けられ、
前記第2のプリズムの前記2つの反射面が、相互に鈍角をなして配置されている内視鏡用光学系。 - 前記第1および第3のプリズムが、入射された光を1回反射させ、
前記第2のプリズムが、光を3回以上かつ奇数回反射させる請求項1または請求項2に記載の内視鏡用光学系。 - 前記第3のプリズムからの射出光軸上に、該第3のプリズムから射出された光を結像して形成される像を撮像する撮像部を備え、
前記第1のプリズムの揺動に同期して、該第1のプリズムが揺動したときの前記像の前記撮像部に対する回転を補正する方向に、前記像を前記撮像素子に対して相対的に前記射出光軸回りに回転させる回転補正手段を備える請求項1または請求項2に記載の内視鏡用光学系。 - 前記回転補正手段が、前記撮像部を、前記射出光軸を中心に前記第1のプリズムと同一の揺動角度だけ回転させる請求項4に記載の内視鏡用光学系。
- 前記第3のプリズムと前記撮像部との間に配置され、前記第3のプリズムから射出された光を前記撮像部へ伝達するレンズ群を備え、
前記回転補正手段が、前記撮像部および前記レンズ群を一体で、前記射出光軸を中心に、前記第1のプリズムと同一の揺動角度だけ回転させる請求項4に記載の内視鏡用光学系。 - 前記第3のプリズムと前記レンズ群との間の光束が、略アフォーカル系である請求項6に記載の内視鏡用光学系。
- 前記回転補正手段は、所定の光軸に沿って光が入射および射出され、前記第3のプリズムと前記撮像部との間において前記所定の光軸が前記射出光軸上に配置され、前記所定の光軸を中心に回転可能に設けられたイメージローテートプリズムを備える請求項4に記載の内視鏡用光学系。
- 前記イメージローテートプリズムが、前記第1のプリズムの揺動角度の半分の角度だけ回転する請求項8に記載の内視鏡用光学系。
- 前記第1、第2および第3のプリズムが、全体で光を奇数回反射させる請求項8に記載の内視鏡用光学系。
- 前記第3のプリズムから射出された光を伝達するリレー光学系と、
該リレー光学系により伝達された光を結像して形成される像を観察する接眼光学系を備え、
該リレー光学系が、途中位置において光を偶数回結像させる請求項1または請求項2に記載の内視鏡用光学系。 - 前記第3のプリズムの射出光軸上に、前記第3のプリズムから射出された光を結像して形成される像を撮像する撮像部を備え、
前記第1、第2および第3のプリズムが、前記射出光軸を中心に前記撮像部に対して一体となって回転可能に設けられている請求項1または請求項2に記載の内視鏡用光学系。 - 請求項1から請求項12のいずれかに記載の内視鏡用光学系を挿入部の先端に備える内視鏡。
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