(57)【要約】【課題】高温および高圧下に曝しても光学特性を公差内に維持する。【解決手段】硬性鏡用のリレー光学系２０はレンズ固定枠２１と複数のレンズ２２とを有する。レンズ固定枠２１は複数の筒体２６を有する。複数の筒体２６を互いに同軸となるように接合する。複数のレンズ２２をレンズ固定枠２１の軸方向において筒体２６の接合位置ｊｐ以外の位置に設ける。複数のレンズ２２をレンズ固定枠２１内に光軸が一致するように設ける。複数のレンズ２２は接合レンズを含まない。【選択図】図３
2020034658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同軸となるように接合されている複数の筒体を有するレンズ固定枠と、
前記レンズ固定枠の軸方向において前記筒体の接合位置以外の位置で前記レンズ固定枠内に光軸が一致するように設けられる、接合レンズを含まない複数のレンズと、を備える
硬性鏡用のリレー光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の硬性鏡用のリレー光学系であって、
前記複数の筒体の少なくとも１つは、互いに近接する正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとを含む前段レンズ群、互いに近接する負の屈折力を有するレンズと正の屈折力を有するレンズとを含む後段レンズ群、ならびに前記前段レンズ群および前記後段レンズ群の間に配置され且つ正の屈折力を有する中段レンズを、前記複数のレンズの一部として有する
硬性鏡用のリレー光学系。
【請求項３】
請求項２に記載の硬性鏡用のリレー光学系であって、
前記前段レンズ群および前記後段レンズ群の少なくともいずれかにおいて、前記正の屈折力を有するレンズと、前記負の屈折力を有するレンズとは、有効径の外部において、互いに突当てられている
硬性鏡用のリレー光学系。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の硬性鏡用のリレー光学系であって、
前記筒体の接合位置近傍に設けられる、前記複数のレンズの開口絞りを、さらに備える
硬性鏡用のリレー光学系。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の硬性鏡用のリレー光学系であって、
前記レンズ固定枠の周方向に沿った少なくとも３か所に形成される貫通孔から前記複数のレンズの少なくとも一部の外縁まで延在し、該一部を前記レンズ固定枠に固定する接着体を、さらに備える
硬性鏡用のリレー光学系。
【請求項６】
請求項５に記載の硬性鏡用のリレー光学系であって、
前記接着体のガラス転移温度が滅菌処理温度以上である
硬性鏡用のリレー光学系。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の硬性鏡用のリレー光学系であって、
前記レンズ固定枠、前記複数のレンズ、および前記複数のレンズの少なくとも一部の光軸方向の位置を調整する隙間環それぞれの熱膨張係数Ｅc、Ｅl、およびＥsが、Ｅc≧（Ｅl＋Ｅs）を満たす
硬性鏡用のリレー光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬性鏡用のリレー光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療および工業などの分野で硬性鏡が用いられている。硬性鏡は、多数のレンズを用いて、挿入部先端の被写体像を基端側に伝達する。被写体像の良好な視認性のために、多数のレンズを光軸方向において高精度で合わせた状態で固定することが求められている。従来は、高精度で位置合わせした固定のために、接合レンズ（特許文献１参照）およびレンズ押さえ筒（特許文献２参照）などが適用されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１１８１３６号公報
【特許文献１】特開２０１０−１５８４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
医療などの分野で用いられる硬性鏡には、使用のたびに滅菌処理が施される必要がある。従来の硬性鏡には、ステラッド滅菌法により滅菌処理が適用されている。しかし、ステラッド滅菌法を行う装置は高価であり、低コストであるオートクレーブ滅菌法の適用が望まれている。オートクレーブ滅菌法では、硬性鏡が高温および高圧下に曝される。高温および高圧下では、収縮などにより硬性鏡内のレンズに位置ズレおよび芯ズレが発生して、初期の光学特性が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、かかる観点に鑑みてなされたもので、高温および高圧下に曝しても、光学特性を公差内に維持し得る硬性鏡用のリレー光学系を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による硬性鏡用のリレー光学系は、
互いに同軸となるように接合されている複数の筒体を有するレンズ固定枠と、
前記レンズ固定枠の軸方向において前記筒体の接合位置以外の位置で前記レンズ固定枠内に光軸が一致するように設けられる、接合レンズを含まない複数のレンズと、を備える
ことを特徴とするものである。
【０００７】
また、第２の観点による硬性鏡用のリレー光学系において、
前記複数の筒体の少なくとも１つは、互いに近接する正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとを含む前段レンズ群、互いに近接する負の屈折力を有するレンズと正の屈折力を有するレンズとを含む後段レンズ群、ならびに前記前段レンズ群および前記後段レンズ群の間に配置され且つ正の屈折力を有する中段レンズを、前記複数のレンズの一部として有する
ことが好ましい。
【０００８】
また、第３の観点による硬性鏡用のリレー光学系において、
前記前段レンズ群および前記後段レンズ群の少なくともいずれかにおいて、前記正の屈折力を有するレンズと、前記負の屈折力を有するレンズとは、有効径の外部において、互いに突当てられている
ことが好ましい。
【０００９】
また、第４の観点による硬性鏡用のリレー光学系において、
前記筒体の接合位置近傍に設けられる、前記複数のレンズの開口絞りを、さらに備える
ことが好ましい。
【００１０】
また、第５の観点による硬性鏡用のリレー光学系において、
前記レンズ固定枠の周方向に沿った少なくとも３か所に形成される貫通孔から前記複数のレンズの少なくとも一部の外縁まで延在し、該一部を前記レンズ固定枠に固定する接着体を、さらに備える
ことが好ましい。
【００１１】
また、第６の観点による硬性鏡用のリレー光学系において、
前記接着体のガラス転移温度が滅菌処理温度以上である
ことが好ましい。
【００１２】
また、第７の観点による硬性鏡用のリレー光学系において、
前記レンズ固定枠、前記複数のレンズ、および前記複数のレンズの少なくとも一部の光軸方向の位置を調整する隙間環それぞれの熱膨張係数Ｅc、Ｅl、およびＥsが、Ｅc≧（Ｅl＋Ｅs）を満たす
ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高温および高圧下に曝しても、光学特性が公差内に維持され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るリレー光学系を含む硬性鏡の構成を概略的に示す外観図である。
【図２】図１の硬性鏡光学系の概略構成を示す構成図である。
【図３】図２のリレー光学系の軸方向に沿った断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線から見たリレー光学系の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る硬性鏡用のリレー光学系２０を適用した硬性鏡１０の模式図である。硬性鏡１０は、挿入部１１および操作部１２を含んで構成されている。
【００１７】
挿入部１１は、硬質の円柱状である。挿入部１１は、例えば体内などに先端側から挿入されて使用される。挿入部１１の基端側に操作部１２が連結されている。操作部１２は、挿入部１１の挿入位置調整などを行わせるべく、使用者に把持され得る。
【００１８】
挿入部１１には、先端から基端を超えて延在する、硬性鏡光学系１３およびライトガイド１４が設けられている。硬性鏡光学系１３は、操作部１２内まで延在する。硬性鏡光学系１３は、操作部１２側において、操作部１２に装着されるカメラ１５と光学的に結合し得る。カメラ１５は、操作部１２に着脱自在である。ライトガイド１４は、操作部１２を挿通して硬性鏡１０の外部に延在する。操作部１２側から延在するライトガイド１４の端は、光源装置１６に着脱自在に結合され得る。
【００１９】
硬性鏡１０の使用時には、光源装置１６が放射する照明光が、ライトガイド１４を介して、挿入部１１の先端近傍の観察対象物に照射される。観察対象物の光学像が、硬性鏡光学系１３によりカメラ１５の受光面に形成される。カメラ１５は、例えば、４Ｋ解像度または８Ｋ解像度などの高解像度を有する。カメラ１５が撮像した画像は、画像信号として表示装置１７に送信される。表示装置１７は、カメラ１５が撮像した画像を表示する。
【００２０】
次に、硬性鏡光学系１３について説明する。図２に示すように、硬性鏡光学系１３は、対物光学系１８、撮像光学系１９、およびリレー光学系２０を含んで構成されている。対物光学系１８は、挿入部１１の先端に設けられている。対物光学系１８は、観察対象物の実像を形成する。撮像光学系１９は、観察対象物の実像をカメラ１５の受光面上に形成する。リレー光学系２０は、対物光学系１８および撮像光学系１９の間に配置されている。リレー光学系２０は、対物光学系１８が形成する観察対象物の実像を撮像光学系１９まで伝達する。
【００２１】
リレー光学系２０の構造を、図３を用いて詳細に説明する。リレー光学系２０は、レンズ固定枠２１および複数のレンズ２２を含んで構成されている。さらに、リレー光学系２０は、接着体２３、隙間環２４、および開口絞り２５を含んでよい。
【００２２】
レンズ固定枠２１は、複数の筒体２６を有する。筒体２６は、任意の材料で形成されてよく、例えば、真鍮、アルミ合金、およびステンレスなどの金属によって形成される。複数の筒体２６は、互いに同軸となるように接合されている。複数の筒体２６は、任意の方法で接合されていてよく、例えば、溶接により接合される。
【００２３】
本実施形態において、複数の筒体２６のすべては、同一の大きさで、同一の形状である。筒体２６の軸方向における一方の端には、内方フランジ２７が形成されている。２つの筒体２６は、内方フランジ２７が形成される端の反対の端において接合されている。内方フランジ２７が形成される端の反対の端において接合される２つの筒体２６は、連結筒２８を構成する。レンズ固定枠２１は、少なくとも１つの連結筒２８を有する。レンズ固定枠２１は、挿入部１１の長さに応じた数の連結筒２８を含む。なお、レンズ固定枠２１が複数の連結筒２８を有する構成においては、２つの連結筒２８は、それぞれの軸方向における端において接合されている。
【００２４】
複数のレンズ２２は、それぞれ任意の硝材または任意の透過性樹脂によって形成されてよい。複数のレンズ２２は、レンズ固定枠２１内に、それぞれの光軸が一致するように固定されている。複数のレンズ２２は、レンズ固定枠２１の軸方向において、複数の筒体２６の接合位置ｊｐ以外の位置に配置されている。複数のレンズ２２は、接合レンズを含まない。すなわち、複数のレンズ２２の中のレンズ同士は接着されていない。
【００２５】
単一の連結筒２８に設けられるレンズ２２は、単一の連結筒２８の一方の端面に形成される実像を他端の端面に形成するように、設計され、連結筒２８内に固定されている。したがって、複数の連結筒２８の端面同士を接合することにより、接合された複数の連結筒２８全体においても、実像が伝達され得る。
【００２６】
本実施形態において、複数のレンズ２２の一部は、複数の筒体２６の少なくとも1つに、前段レンズ群２９、後段レンズ群３０、および中段レンズ３１として、複数の筒体２６の少なくとも１つに設けられている。さらに本実施形態では、複数の筒体２６のすべてに、同じ前段レンズ群２９、同じ後段レンズ群３０、および同じ中段レンズ３１が設けられている。前段レンズ群２９、中段レンズ３１、および後段レンズ群３０は、筒体２６の前段レンズ群２９側の端面に形成される実像における各点像を、平行光束にして、後段レンズ群３０から出射させる。
【００２７】
前段レンズ群２９は、筒体２６の内方フランジ２７が形成される端に配置されている。前段レンズ群２９は、内方フランジ２７が形成される端側から並ぶ、正の屈折力を有するレンズ２９ｐと負の屈折力を有するレンズ２９ｎとを含む。後段レンズ群３０は、内方フランジ２７が形成される端側から並ぶ、負の屈折力を有するレンズ３０ｎと正の屈折力を有するレンズ３０ｐとを含む。中段レンズ３１は、前段レンズ群２９および後段レンズ群３０の間に配置されている。中段レンズ３１は、正の屈折力を有している。
【００２８】
前段レンズ群２９において、正の屈折力を有するレンズ２９ｐと負の屈折力を有するレンズ２９ｎとは、それぞれの有効径の外部において、接着されずに、互いに突当てられていてよい。有効径とは、レンズの屈折面として機能する範囲、または硬性鏡光学系１３の状態で、レンズの面内で光線が通過する範囲である。また、後段レンズ群３０において、正の屈折力を有するレンズ３０ｐと負の屈折力を有するレンズ３０ｎとは、それぞれの有効径の外部において、接着されずに、互いに突当てられていてよい。
【００２９】
複数のレンズ２２は、任意の機構によって、レンズ固定枠２１に固定されていてよい。本実施形態において、複数のレンズ２２は、接着体２３によってレンズ固定枠２１に固定されている。接着体２３は、レンズ固定枠２１の円筒側壁に形成される貫通孔ｔｈからレンズ２２の外周縁まで延在する。貫通孔ｔｈは、図４に示すように、レンズ固定枠２１の周方向に沿った少なくとも３か所に形成されている。貫通孔ｔｈは、周方向に均等に配置されることが好ましく、３か所に形成される構成においては、１２０°間隔で配置されることが好ましい。本実施形態においては、３か所に形成されている。したがって、本実施形態では、接着体２３は、レンズ２２の周方向に沿った異なる３か所において、当該レンズ２２をレンズ固定枠２１に固定する。
【００３０】
接着体２３のガラス転移温度は、オートクレーブ法による硬性鏡１０の滅菌温度以上であってよい。オートクレーブ法による硬性鏡１０の滅菌温度は、１１５℃以上であることが好ましく、１３０℃以上であることがより好ましく、１４０℃であることがさらに好ましい。
【００３１】
隙間環２４は、任意の材料によって形成されてよいが、（１）式を満たす材料によって形成することが好ましい。
Ｅc≧（Ｅl＋Ｅs）        （１）
（１）式において、Ｅcは、レンズ固定枠２１の熱膨張係数である。Ｅlは、複数のレンズ２２それぞれの熱膨張係数である。Ｅsは、隙間環２４の熱膨張係数である。本実施形態では、隙間環２４は、例えば、真鍮、アルミ合金、およびステンレスなどの金属により形成されている。
【００３２】
隙間環２４は、前段レンズ群２９および中段レンズ３１の間、中段レンズ３１および後段レンズ群３０の間に設けられている。隙間環２４は、有効径の外部においてレンズ２２に当接する。隙間環２４は、リレー光学系２０の製造時に、レンズ固定枠２１の軸方向におけるレンズ２２の位置を調整し、所望の位置に位置合わせさせる。
【００３３】
開口絞り２５は、筒体２６の接合位置ｊｐ近傍に設けられている。開口絞り２５は、リレー光学系２０が伝達する光の光量を調整する。
【００３４】
以上のような構成の本実施形態に係る、硬性鏡１０用のリレー光学系２０では、複数の筒体２６が互いに同軸となるように接合させることによりレンズ固定枠２１が形成されている。このような構成により、リレー光学系２０では、高温および高圧下にレンズ固定枠２１に発生する応力が接合部分で緩和され得る。したがって、リレー光学系２０は、高温および高圧下におけるレンズ２２のズレ量を低減し得る。その結果、リレー光学系２０は、高温および高圧下に曝しても、初期の光学特性の低下を低減し得る。また、通常の硬性鏡では、リレー光学系のレンズ固定枠は単一の長尺の円筒である。このような長尺の円筒内に、レンズ間に隙間環を介在させながら多数のレンズが挿入された状態で、多数のレンズは、両端側からフランジ、カシメ、押え環などによって挟み込むことにより固定される。このような構成では、高温に曝すことにより、レンズ固定枠、レンズ、および隙間環の熱膨張率の違いにより、例えば、隙間環がレンズを常温時より強く押厚することによりレンズの表面が歪みうる。また、例えば、隙間環とレンズの間に隙間が生じることによりレンズの位置ズレおよび芯ズレが発生しうる。一方で上述のような構成のリレー光学系２０では、レンズ固定枠２１全体より短い筒体２６毎においてレンズ２２を固定できるので、隙間環を介在させた両端側からの押圧以外の固定方法であっても、レンズ２２を高精度で位置合わせおよび芯合わせを行わせ得る。それゆえ、高温および高圧下に曝しても、初期の光学特性の低下が低減し得る。また、リレー光学系２０は、光軸方向の位置を高い精度で合わせられるので、接合レンズの採用を回避し得る。
【００３５】
また、本実施形態に係る、硬性鏡１０用のリレー光学系２０では、リレー光学系２０が有する複数のレンズ２２には、接合レンズが含まれていない。一般的に、接合レンズは接着剤を用いて接合させているため、高熱環境に繰り返し曝されることにより、白濁が生じ得る。接合レンズの屈折面における白濁は、透過性などの接合レンズの光学性能を低下させる。これに対して、上述の構成のリレー光学系２０は、高温に曝すことによる光学性能の低下を抑止し得る。
【００３６】
また、本実施形態に係る、硬性鏡１０用のリレー光学系２０では、レンズ２２は、筒体２６の接合位置ｊｐ以外の位置に設けられている。筒体２６の接合位置ｊｐでは、レンズの高精度での芯合わせが難しい。レンズの一部として筒体２６の内径と同じ長さの外径であるロッドレンズを採用することにより筒体２６内での高精度での芯合わせを行い得るが、高温下に曝すことにより、熱膨張率の違いにより芯ズレが生じうる。これに対して、上述の構成のリレー光学系２０では、レンズ２２の芯ズレを生じさせることなく、高精度でレンズ２２の芯合わせが行われ得る。
【００３７】
また、本実施形態に係る、硬性鏡１０用のリレー光学系２０では、筒体２６が互いに近接する正の屈折力を有するレンズ２９ｐと負の屈折力を有するレンズ２９ｎとを含む前段レンズ群２９、互いに近接する負の屈折力を有するレンズ３０ｎと正の屈折力を有するレンズ３０ｐとを含む後段レンズ群３０、ならびに前段レンズ群２９および後段レンズ群３０の間に配置される中段レンズ３１を有している。このような構成により、リレー光学系２０では、入射する光線は正の屈折力を有するレンズ２９ｐにより、光軸方向に屈折する。したがって、リレー光学系２０では、比較的大きなＮＡでありながら、比較的小型の有効径であるレンズが採用され得る。また、リレー光学系２０では、正の屈折力を有するレンズ２９ｐに近接した負の屈折力を有するレンズ２９ｎが、正の屈折力を有するレンズ２９ｐにより生じる色収差を低減させ得る。また、リレー光学系２０では、負の屈折力を有するレンズ２９ｎに隣接して正の屈折率を有する中段レンズ３１が、光線束を光軸方向に収束させ得る。また、リレー光学系２０では、中段レンズ３１に隣接する後段レンズ群３０が、前段レンズ群２９および中段レンズ３１で生じた色収差を低減し得る。また、リレー光学系２０では、後段レンズ群３０が負の屈折率を有するレンズ３０ｎおよび正の屈折率を有するレンズ３０ｐを含むので、色収差をさらに低減し得る。
【００３８】
また、本実施形態に係る、硬性鏡１０用のリレー光学系２０では、前段レンズ群２９および後段レンズ群３０の少なくともいずれかにおいて、正の屈折力を有するレンズ２９ｐ、３０ｐと、負の屈折力を有するレンズ２９ｎ、３０ｎとは、有効径の外部において、互いに突当てられている。このような構成により、リレー光学系２０では、レンズ２２の間に介在させる隙間環２４の数を低減しながらレンズを固定し得る。したがって、リレー光学系２０は、熱膨張率の差によるズレの発生要因となりうる隙間環２４の数が少ないので、レンズ２２に発生するズレのズレ量をより低減させ得る。
【００３９】
また、本実施形態に係る、硬性鏡１０用のリレー光学系２０では、開口絞り２５が筒体２６の接合位置ｊｐ近傍に設けられている。上述のように、前段レンズ群２９、中段レンズ３１、および後段レンズ群３０が、筒体２６の前段レンズ群２９側の端面に形成される実像における各点像を、平行光束にして、後段レンズ群３０から出射させる構成においては、開口絞り２５の位置ズレによる解像度の劣化は比較的生じにくい。したがって、リレー光学系２０では、位置ズレに対する許容量が大きな開口絞り２５が接合位置ｊｐ近傍に設けられているので、スペースが有効に活用され得る。
【００４０】
また、本実施形態に係る、硬性鏡１０用のリレー光学系２０では、レンズ固定枠２１に形成される貫通孔ｔｈからレンズ２２の外縁まで延在する接着体２３が、レンズ２２をレンズ固定枠２１に固定する。このような構成により、リレー光学系２０では、隙間環２４を固定に用いていないので、高温および高圧下に曝されても、光軸方向におけるレンズ固定枠２１に対する各レンズ２２の位置ズレのズレ量をより低減し得る。また、リレー光学系２０では、周方向に沿った３か所以上の貫通孔ｔｈからの接着剤（硬化前の接着体２３）の注入量を調整することによりレンズ２２毎の芯合わせが容易である。
【００４１】
また、本実施形態に係る、硬性鏡１０用のリレー光学系２０では、接着体２３のガラス転移温度が滅菌処理温度以上である。接着体２３はガラス転移温度以上で異常膨張しうる。一方で上述のような構成により、リレー光学系２０では、オートクレーブによる滅菌処理を施しても、接着体２３の異常膨張の発生が防がれる。したがって、リレー光学系２０では、接着体２３の異常膨張によるレンズ２２の芯ズレおよびレンズ２２への歪の発生が防がれ得る。
【００４２】
また、本実施形態に係る、硬性鏡１０用のリレー光学系２０では、Ｅc≧（Ｅl＋Ｅs）を満たすレンズ固定枠２１、複数のレンズ２２、および隙間環２４が用いられている。レンズ固定枠２１の熱膨張が、レンズ２２および隙間環２４の熱膨張より小さい場合、レンズ２２の表面に隙間環２４からの応力が印加されるため、レンズ２２の位置ズレおよび歪が発生しうる。一方で上述のような構成により、リレー光学系２０では、高温化に曝されて熱膨張しても、隙間環２４がレンズ２２を押圧することが防がれる。したがって、リレー光学系２０では、高温化に曝しても、レンズ２２の位置ズレおよび歪の発生を防ぎ得る。
【００４３】
本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【００４４】
例えば、本実施形態において、硬性鏡１０はカメラ１５および表示装置１７を用いて、観察対象物を視認させる構成であるが、カメラ１５を用いずに、観察者が硬性鏡光学系１３の基端側の端側から観察対象物を視認する構成であってもよい。当該構成においては、撮像光学系１９の代わりに、リレー光学系２０が伝達した実像の虚像を形成する接眼光学系が硬性鏡光学系１３に適用される。
【符号の説明】
【００４５】
１０  硬性鏡
１１  挿入部
１２  操作部
１３  硬性鏡光学系
１４  ライトガイド
１５  カメラ
１６  光源装置
１７  表示装置
１８  対物光学系
１９  撮像光学系
２０  リレー光学系
２１  レンズ固定枠
２２  レンズ
２３  接着体
２４  隙間環
２５  開口絞り
２６  筒体
２７  内方フランジ
２８  連結筒
２９  前段レンズ群
２９ｎ  前段レンズ群の負の屈折力を有するレンズ
２９ｐ  前段レンズ群の正の屈折力を有するレンズ
３０  後段レンズ群
３０ｎ  後段レンズ群の負の屈折力を有するレンズ
３０ｐ  後段レンズ群の正の屈折力を有するレンズ
３１  中段レンズ
ｊｐ  接合位置
ｔｈ  貫通孔
【図１】
2020034658.tif 000003
【図２】
2020034658.tif 000004
【図３】
2020034658.tif 000005
【図４】
2020034658.tif 000006