(57)【要約】【課題】コンパクトであるような、視野方向が可変とされた視界器具を提供すること。【解決手段】視野方向が可変とされた視界器具であって、先端部（４４）と、長手方向軸線（２２）と、を有しているシャフトと；このシャフトの先端部に取り付けられたセンサ（４６）であるとともに、シャフトの長手方向軸線に対して実質的に平行な画像平面’４５）を有しているセンサと；シャフトの先端部のところに配置された反射部材（３２）であるとともに、入射光を受領し、その受領した入射光を、センサの画像平面上へと案内する反射部材と；を具備し、反射部材が、シャフトの長手方向軸線に対して実質的に垂直な回転軸線回りに回転するものとされている。【選択図】図４
2006201796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視野方向が可変とされた視界器具であって、
先端部と、長手方向軸線と、を有しているシャフトと；
このシャフトの前記先端部に取り付けられたセンサであるとともに、前記シャフトの前記長手方向軸線に対して実質的に平行な画像平面を有しているセンサと；
前記シャフトの前記先端部のところに配置された反射部材であるとともに、入射光を受領し、その受領した入射光を、前記センサの前記画像平面上へと案内する反射部材と；
を具備し、
前記反射部材が、前記シャフトの前記長手方向軸線に対して実質的に垂直な回転軸線回りに回転するものとされていることを特徴とする視界器具。
【請求項２】
請求項１記載の視界器具において、
前記反射部材が、直角プリズムを備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項３】
請求項１記載の視界器具において、
さらに、
前記反射部材に隣接して配置された発散レンズであるとともに、この発散レンズを通して前記入射光が前記反射部材に対して伝達されるような、発散レンズと；
前記反射部材からの光を通過させる凸面であるとともに、前記反射部材からの光がこの凸面を通って前記センサの前記画像平面上に伝達されるものとされるような、凸面と；
を具備していることを特徴とする視界器具。
【請求項４】
請求項３記載の視界器具において、
前記発散レンズが、前記回転軸線に対して実質的に垂直な光学軸を有していることを特徴とする視界器具。
【請求項５】
請求項３記載の視界器具において、
前記凸面が、前記反射部材の外表面とされていることを特徴とする視界器具。
【請求項６】
請求項３記載の視界器具において、
さらに、前記反射部材に対して隣接して配置された平凸レンズを具備し、
この平凸レンズが、前記凸面を備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項７】
請求項３記載の視界器具において、
前記凸面が、第１凸面とされ、
さらに、前記センサの前記画像平面に対して隣接して配置された第２レンズを具備し、
この第２レンズが、前記第１凸面からの光を通過させる第２凸面を有し、これにより、前記第１凸面からの光が、前記第２凸面を通って前記センサの前記画像平面上に伝達されるものとされていることを特徴とする視界器具。
【請求項８】
請求項７記載の視界器具において、
前記第２レンズが、前記発散レンズの光学軸に対して実質的に垂直な光学軸を有していることを特徴とする視界器具。
【請求項９】
請求項７記載の視界器具において、
前記第２レンズが、平凸レンズを備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項１０】
請求項７記載の視界器具において、
前記第２レンズが、両凸レンズを備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項１１】
請求項７記載の視界器具において、
さらに、前記第１凸面と前記第２レンズとの間に配置された光学部材を具備し、
前記第１凸面を通過した光が、この光学部材を通過し、前記第２レンズへと案内されるようになっていることを特徴とする視界器具。
【請求項１２】
請求項１１記載の視界器具において、
前記光学部材は、色の補正のために、色消しを行う部材を備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項１３】
請求項７記載の視界器具において、
さらに、前記第１凸面と前記第２レンズとの間に配置された開口絞りを具備していることを特徴とする視界器具。
【請求項１４】
請求項１記載の視界器具において、
前記反射部材が、開口絞りを備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項１５】
請求項１記載の視界器具において、
さらに、前記回転軸線回りに前記反射部材を回転させ得るよう、前記シャフト内に取り付けられたアクチュエータを具備していることを特徴とする視界器具。
【請求項１６】
請求項１５記載の視界器具において、
前記アクチュエータが、前記長手方向軸線回りに回転する伝達シャフトを備え、
さらに、この伝達シャフトによって駆動されるとともに前記反射部材に対して連結されたギヤを具備していることを特徴とする視界器具。
【請求項１７】
請求項１５記載の視界器具において、
前記アクチュエータが、前記シャフト内に配置されたモータと、このモータによって前記長手方向軸線回りに回転駆動される駆動ギヤと、を備え、
さらに、この駆動ギヤによって駆動されるとともに前記反射部材に対して連結された第２ギヤを具備していることを特徴とする視界器具。
【請求項１８】
請求項１５記載の視界器具において、
前記アクチュエータが、中空シャフトモータを備え、
この中空シャフトモータが、前記回転軸線回りの回転を引き起こすとともに、前記反射部材に対して連結されていることを特徴とする視界器具。
【請求項１９】
請求項１記載の視界器具において、
前記反射部材が、第１反射部材と、第２反射部材と、第３反射部材と、を備え、
これら第１〜第３反射部材が、前記第１反射部材が入射光を受領するとともにその受領した入射光を前記第２反射部材に向けて前記シャフトの前記長手方向軸線に対して全体的に垂直な方向へと案内し、かつ、このようにして前記第１反射部材から受領した光を前記第２反射部材が前記第３反射部材に向けて前記シャフトの前記長手方向軸線に対して全体的に平行な方向へと案内し、かつ、このようにして前記第２反射部材から受領した光を前記第３反射部材が前記センサの前記画像平面上へと案内するようにして、互いに位置合わせされていることを特徴とする視界器具。
【請求項２０】
請求項１記載の視界器具において、
さらに、前記反射部材によってその光学軸が屈折させられる光学トレインを具備していることを特徴とする視界器具。
【請求項２１】
請求項２０記載の視界器具において、
前記光学トレインが、前記入射光を逆焦点合わせする光学部材を備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項２２】
請求項２１記載の視界器具において、
前記光学トレインが、前記センサの前記画像平面上へと光をテレセントリック的に伝達する光学部材を備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項２３】
請求項２０記載の視界器具において、
前記光学トレインが、前記入射光を受領するとともにその受領した入射光を前記反射部材に向けて伝達する発散レンズと、この発散レンズから伝達されてきた光を受領するとともにこの受領した光を前記センサの前記画像平面上へと伝達する収束レンズと、を備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項２４】
請求項１記載の視界器具において、
前記シャフトが、内視鏡シャフトを備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項２５】
視野方向が可変とされた視界器具であって、
先端部と、長手方向軸線と、を有しているシャフトと；
このシャフトの前記先端部に取り付けられたセンサであるとともに、前記シャフトの前記長手方向軸線に対して実質的に平行な画像平面を有しているセンサと；
前記シャフトの前記先端部のところに配置された反射アセンブリであるとともに、入射光を受領し、その受領した入射光を、前記センサの前記画像平面上へと案内する反射アセンブリと；
を具備し、
前記反射アセンブリが、反射部材を備え、
この反射部材が、前記シャフトの前記長手方向軸線に対して実質的に垂直な回転軸線回りに回転するものとされていることを特徴とする視界器具。
【請求項２６】
請求項２５記載の視界器具において、
前記反射部材が、第１反射部材を備え、
前記反射アセンブリが、第２反射部材と、第３反射部材と、を備え、
これら第１〜第３反射部材が、前記第１反射部材が入射光を受領するとともにその受領した入射光を前記第２反射部材に向けて前記シャフトの前記長手方向軸線に対して全体的に垂直な方向へと案内し、かつ、このようにして前記第１反射部材から受領した光を前記第２反射部材が前記第３反射部材に向けて前記シャフトの前記長手方向軸線に対して全体的に平行な方向へと案内し、かつ、このようにして前記第２反射部材から受領した光を前記第３反射部材が前記センサの前記画像平面上へと案内するようにして、互いに位置合わせされていることを特徴とする視界器具。
【請求項２７】
請求項２６記載の視界器具において、
前記反射アセンブリが、３つの直角プリズムを備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項２８】
視野方向が可変とされた視界器具であって、
長手方向軸線と、少なくとも２つの機械的自由度を有しつつ視野方向が可変とされた視野ベクトルと、を備えている内視鏡と；
前記内視鏡の先端部に取り付けられたセンサであるとともに、前記長手方向軸線に対して実質的に平行な画像平面を有しているセンサと；
を具備していることを特徴とする視界器具。
【請求項２９】
請求項２８記載の視界器具において、
前記内視鏡が、先端部を備え、
さらに、前記内視鏡の前記先端部のところに配置された光学部材を具備し、
この光学部材が、入射光を受領し、その受領した入射光を、前記センサの前記画像平面上へと案内することを特徴とする視界器具。
【請求項３０】
請求項２９記載の視界器具において、
さらに、前記入射光を逆焦点合わせする光学部材を具備していることを特徴とする視界器具。
【請求項３１】
請求項３０記載の視界器具において、
さらに、前記センサの前記画像平面上へと光をテレセントリック的に伝達する光学部材を具備していることを特徴とする視界器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９（ｅ）条に基づき、２００５年１月２１日付けで出願された特許文献１の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、例えば患者の体内の外科サイトといったような小さな領域内において、広い視野角度を得るために装置に関するものである。より詳細には、本発明は、視野方向が可変とされているとともに先端部にセンサを有しているような、例えば内視鏡といったような、視界器具に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
例えば内視鏡といったような視界器具は、当該技術分野においては周知である。一般に、内視鏡は、体内通路あるいは体内キャビティ内へと挿入することによって、患者の体内のサイトのところにおいて、操作者が見ることを可能としたり、また、操作者がある種の外科的処置を行うことを可能としたり、するような医療デバイスである。公知なように、内視鏡は、剛直なものともまたフレキシブルなものともすることができ、また、一般に、長いチューブ状部材を備えている。この長いチューブ状部材は、例えば、使用者に対して画像を伝達し得るようなあるタイプのシステムを備えている。長いチューブ状部材は、また、場合によっては、外科手術器具のための動作チャネルを備えている。内視鏡は、患者の外部に配置された基端部を備えている。この基端部から、操作者は、サイトを見ることができ、また、外科手術器具を操作することができる。内視鏡は、さらに、先端部を備えている。先端部には、患者の体内キャビティの中へと挿入するための内視鏡先端が形成されている。
【０００４】
従来より、このような視界器具においては、例えばロッドレンズや光ファイバー束やリレーレンズといったようなリレー光学系を、使用してきた。これにより、患者の体内キャビティの内部からの画像を、内視鏡の基端部のところに位置した使用者の目に対して、あるいは、その後にモニター上に表示したりおよび／または画像取得デバイス上に貯蔵したりし得るよう、内視鏡に対して同様に連結されたカメラに対して、伝達していた。
【０００５】
これら従来構成においては、様々な欠点を避けることができない。まず最初に、リレーシステムを構成したり構築したり組み立てたりするためのシステムは、ある程度の実績を有しているけれども、このようなシステムは、高価なままであり、時間を要するものであり、専門知識を要するものである。さらに、リレーシステムにおいては、典型的には、非常に多数の光学部材を使用する。そして、それら光学部材は、非常に精度良く製造されなければならず、また、非常に精度良く位置決めされなければならない。そうでないと、満足のいく画像品質を得ることができない。最後に、そのようなアセンブリを使用した場合には、対象物からの反射光が一連をなす様々な光学表面を通過してしまい、後方反射や漂遊光やレンズ表面粗さやレンズ曲率の不正確さやわずかのレンズ位置ズレといったようなもののすべてが画像品質を低減させてしまうことにより、画像が劣化する。
【０００６】
したがって、これら欠点を克服することを目指して、様々な構成が、提案されてきた。例えば、Sheldon 氏による特許文献２に開示されているように、先端に配置された小型テレビジョンチューブを備えた内視鏡を使用することが提案された。同様に、先端部に画像撮影デバイスを備えたさらなる構成は、Kakinuma 氏他による特許文献３、および、Moore氏他による特許文献４、に開示されている。しかしながら、そのような先端部に撮影デバイスを備えた構成は、フレキシブルでありかつ角度が固定された剛直な内視鏡に関しては効果的ではあるものの、現在までのところ、視野方向が可変とされている内視鏡に関しては、うまく動作していない。
【０００７】
視界範囲の方向が可変とされているような様々な例は、Chikama 氏他による特許文献５、Forkner 氏による特許文献６、Hoeg 氏他による特許文献７、Krattiger氏他による特許文献８、および、Ramsbottom氏による特許文献９、に開示されている。そのような内視鏡の動作原理が、図１において概略的に図示されている。可変方向性を有した内視鏡は、基端部１２を有したシャフト１０を備えている。そのような内視鏡は、視野ベクトル１４を備えており、視界ベクトル１４は、少なくとも２つの自由度１８，２０を有した付随的視界１６を備えている。第１の自由度１８により、視野ベクトル１４は、シャフト１０の長手方向軸線２２回りに回転することができる。これにより、視野ベクトル１４は、緯度方向２４内において走査することができる。第２の自由度２０により、視野ベクトル１４は、長手方向軸線２２に垂直な軸線２６回りに回転することができる。これにより、視野ベクトル１４は、経度方向２８において走査することができる。さらに、第３の自由度３０を、利用することができる。というのは、通常、内視鏡画像の回転に関する向きが調節可能とされるからである。
【０００８】
図２Ａおよび図２Ｂには、２つの反射器を使用して方向を可変とした内視鏡の動作原理が図示されている。第１プリズム３２は、入射光を、経路３４に沿った方向と、第２プリズム３６に向かう方向と、に屈折させる。第２プリズム３６は、中空伝達シャフト４０内に収容された光学的リレーシステム３８に向けて、光を伝達する。第１プリズム３２は、軸線２６回りに回転可能とされているとともに、ギヤ４２を介して伝達シャフト４０によって駆動され得る。これにより、紙面に対して直交する平面内において、走査を行うことができる。この光学アセンブリは、ガラスドーム４３によってカバーされているとともに、機械的構造４４によって支持されている。機械的構造４４は、内視鏡の先端部を形成している。
【０００９】
このような内視鏡は、それほど効果的には、従来の光学リレーシステムを使用することができなかった。その理由は、図示されているように、このような内視鏡が、視野方向を変更するに際して、移動可能な反射／屈折部材を使用しているからであり、そのため、先端内に光学経路と小型化伝達機構とを収容したものとするためには内視鏡の先端部として複雑な構成が必要とされるからである。その結果、光学リレーシステムとして利用可能な空間がより少なくなり、光学リレーシステムの性能は、断面積の小型化につれて、低下していく。したがって、方向が可変とされた内視鏡における画像品質は、リレーレンズシステムを使用した場合には、同じ直径を有した角度固定タイプの内視鏡と比較して、常に劣るものとなる。
【００１０】
しかしながら、上述したように、現在までのところ、良好な画像品質を維持し得るようにして内視鏡先端部において（リレーシステムを使用せずに）画像撮影手段を使用することは、それほど効果的なものとしては、未だ達成されていない。内視鏡の直径を小さなものとしつつ、そうすることは、非常に実施困難であることが判明している。そのようなシステムの様々な例は、Hoeg氏によって開示されており、また、Thompson氏による特許文献１０、および、Schara氏他による特許文献１１、に開示されている。これらは、回転可能な画像センサをを使用して方向を可変とした内視鏡を開示している。しかしながら、そのようなパン−チルトスキームは、コンパクトなものとしては、実施困難である。
【００１１】
先端部に回転可能な画像撮影手段を備えつつ方向が可変とされた内視鏡が、図３Ａに示されている。電子的画像センサ４６が、内視鏡シャフト１０の先端に配置されているとともに、軸線２６回りに回転可能とされている。この構成は、あまりにも多くの空間を必要とし、そのため、大部分の標準的な内視鏡の標準的な直径内には適合することができない。それは、センサ４６が、一体型の対物レンズ４８と、フレキシブルなケーブル５０と、を必要とするからである。固体物理的な画像撮影デバイスが、見ようとする対象物と、センサの画像平面と、の間に、一連をなす複数のレンズを必要とすることにより、このアセンブリは、旋回時には、大きな旋回半径を必要とする。このような旋回半径は、大部分の内視鏡応用において、大き過ぎるものである。加えて、ケーブル５０が、利用可能な走査範囲を制限する。さらに、そのような回転可能なセンサを支持して駆動させるのに必要な機構は、ある程度の複雑さを要求する。図３Ｂに図示されているような他の同様の構成は、また、同じ様々な欠点を有している。
【００１２】
必要なスペースを最小化し得るよう、側部に設置された固定カメラを使用した構成が、いくつか提案されている。例えば、Ogiu氏による特許文献１２、Irion 氏による特許文献１３、Adler 氏による特許文献１４，１５、が存在する。しかしながら、これら構成は、スペース的には効率的ではあり得るけれども、いずれのデバイスも、可変的な視野方向を可能とする機構を使用することによって現在では可能であるような視覚的汎用性を提供することができない。
【００１３】
したがって、画像の劣化を最小としつつ視野方向が可変であるような視界器具が要望されている。さらに、小さな直径で使用し得るような、視野方向が可変とされた視界器具が要望されている。また、視界器具の走査範囲を最大化したような、視野方向が可変とされた視界器具が要望されている。
【特許文献１】米国特許予備出願第６０／６４６，２０３号明細書
【特許文献２】米国特許第２，７６４，１４９号明細書
【特許文献３】米国特許第４，０７４，３０６号明細書
【特許文献４】米国特許第４，２５３，４４７号明細書
【特許文献５】米国特許第３，８５６，０００号明細書
【特許文献６】米国特許第４，６９７，５７７号明細書
【特許文献７】米国特許第６，３７１，９０９号明細書
【特許文献８】米国特許第６，５００，１１５号明細書
【特許文献９】米国特許第６，５６０，０１３号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，７６２，６０３号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，６４８，８１７号明細書
【特許文献１２】米国特許第４，８９０，１５９号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，１６６，７８７号明細書
【特許文献１４】米国特許出願第２００１／００３１９１２号明細書
【特許文献１５】米国特許出願第２００２／００６８８５３号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、リレーレンズアセンブリを必要としないような、視野方向が可変とされた視界器具を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、大きな半径でもって旋回する回転アセンブリを必要としないような、視野方向が可変とされた視界器具を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、走査範囲の制限の原因をなすケーブルを必要としないような、視野方向が可変とされた視界器具を提供することである。
【００１７】
本発明のさらに他の目的は、多数の光学部材を必要としないような、視野方向が可変とされた視界器具を提供することである。
【００１８】
従来技術における様々な欠点を克服し得るよう、また、上記目的や利点の少なくともいくつかを達成し得るよう、本発明は、視野方向が可変とされた視界器具を提供するものであって、本発明による視界器具は、先端部と、長手方向軸線と、を有しているシャフトと；このシャフトの先端部に取り付けられたセンサであるとともに、シャフトの長手方向軸線に対して実質的に平行な画像平面を有しているセンサと；シャフトの先端部のところに配置された反射部材であるとともに、入射光を受領し、その受領した入射光を、センサの画像平面上へと案内する反射部材と；を具備し、反射部材が、シャフトの長手方向軸線に対して実質的に垂直な回転軸線回りに回転するものとされている。
【００１９】
いくつかの実施形態においては、視界器具は、さらに、反射部材に隣接して配置された発散レンズであるとともに、この発散レンズを通して入射光が反射部材に対して伝達されるような、発散レンズと；反射部材からの光を通過させる凸面であるとともに、反射部材からの光がこの凸面を通ってセンサの画像平面上に伝達されるものとされるような、凸面と；を具備している。いくつかの実施形態においては、凸面は、第１凸面とされ、視界器具は、さらに、センサの画像平面に対して隣接して配置された第２レンズを具備し、この第２レンズは、第１凸面からの光を通過させる第２凸面を有し、これにより、第１凸面からの光は、第２凸面を通ってセンサの画像平面上に伝達されるものとされる。ある種の実施形態においては、視界器具は、さらに、第１凸面と第２レンズとの間に配置された光学部材を具備し、第１凸面を通過した光は、この光学部材を通過し、第２レンズへと案内されるようになっている。
【００２０】
他の実施形態においては、本発明は、視野方向が可変とされた視界器具を提供するものであって、この視界器具は、先端部と、長手方向軸線と、を有しているシャフトと；このシャフトの先端部に取り付けられたセンサであるとともに、シャフトの長手方向軸線に対して実質的に平行な画像平面を有しているセンサと；シャフトの先端部のところに配置された反射アセンブリであるとともに、入射光を受領し、その受領した入射光を、センサの画像平面上へと案内する反射アセンブリと；を具備し、反射アセンブリは、反射部材を備え、この反射部材は、シャフトの長手方向軸線に対して実質的に垂直な回転軸線回りに回転するものとされている。
【００２１】
さらに他の実施形態においては、本発明は、視野方向が可変とされた視界器具を提供するものであって、この視界器具は、先端部と、長手方向軸線と、を有しているシャフトと；このシャフトの先端部に取り付けられたセンサであるとともに、シャフトの長手方向軸線に対して実質的に平行な画像平面を有しているセンサと；シャフトの先端部のところに配置された反射アセンブリであるとともに、入射光を受領し、その受領した入射光を、センサの画像平面上へと案内する反射アセンブリと；を具備し、反射アセンブリは、反射部材を備え、この反射部材は、シャフトの長手方向軸線に対して実質的に垂直な回転軸線回りに回転するものとされている。
【００２２】
いくつかの実施形態においては、内視鏡が、先端部を備え、視界器具が、さらに、内視鏡の先端部のところに配置された光学部材を具備し、この光学部材が、入射光を受領し、その受領した入射光を、センサの画像平面上へと案内する。いくつかの実施形態においては、視界器具が、さらに、入射光を逆焦点合わせする光学部材を具備している。ある種の実施形態においては、視界器具が、さらに、センサの画像平面上へと光をテレセントリック的に伝達する光学部材を具備している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、視野方向が可変とされた内視鏡の動作原理を概略的に示す図である。
【００２４】
図２Ａは、リレーレンズシステムを使用しているような、視野方向が可変とされた内視鏡に関して、光学経路を概略的に示す図である。
【００２５】
図２Ｂは、リレーレンズシステムを使用しているような、視野方向が可変とされた内視鏡を示す側断面図である。
【００２６】
図３Ａは、先端部に回転可能な撮影手段を使用しているような、視野方向が可変とされた内視鏡を示す平面図である。
【００２７】
図３Ｂは、先端部に回転可能な撮影手段を使用しているような、視野方向が可変とされた内視鏡を示す側断面図である。
【００２８】
図４は、画像センサを使用している本発明に基づく視野方向が可変とされた内視鏡を示す側断面図である。
【００２９】
図５Ａ〜図５Ｈは、図４の内視鏡における画像センサのさらなる詳細を示す側面図である。
【００３０】
図６は、図４の内視鏡における先端部の内部を概略的に示す端面図である。
【００３１】
図７Ａ〜図７Ｃは、図４の内視鏡に関し、反射部材を回転させるためのアクチュエータのさらなる詳細を示す側面図である。
【００３２】
図８は、図４の内視鏡を概略的に示す図であって、光学経路を延長するための反射アセンブリが使用されている。
【００３３】
本発明に基づく視野方向が可変とされた視界器具の一実施形態におけるの主要構成部材が、図４に示されている。本明細書においては、『頂』、『底』、『上』、『下』、『上方』、『下方』、『直上』、『直下』、『上に』、『下に』、『上向き』、『下向き』、『上側』、『下側』、『前』、『後』、『前方』、『後方』、『前向き』、『後ろ向き』といった用語は、参照した目的に関して、図面上において図示された向きを表している。本発明の目的を得るに際しては、そのような向きに制限されることはない。
【００３４】
視界器具は、シャフトを備えている。シャフトは、先端部４４と、長手方向軸線２２と、を有している。視界器具（内視鏡）は、使用者によって、長手方向軸線２２回りに回転させることができる。これにより、第１自由度１８に沿って走査することができる。光学アセンブリが、シャフトの先端部４４のところに配置されている。光学アセンブリは、アセンブリの光学経路３４を屈折させるための反射部材３２と、後述するような他の光学部材と、を備えている。
【００３５】
反射部材３２は、長手方向軸線２２に対して実質的に垂直な回転軸線２６回りに回転可能とされている。これにより、第２自由度２０に沿って走査することができる。反射部材３２の移動は、アクチュエータによって引き起こされる。アクチュエータは、例えば、伝達シャフト４０を備えることができる。伝達シャフト４０は、ギヤ４２を駆動することにより、反射部材３２を回転させ、これにより、回転軸線２６に対して垂直な平面内における走査を引き起こす。光学アセンブリは、ガラスドーム４３によってカバーされているとともに、内視鏡シャフト１０の先端部４４によって支持されている。画像センサ４６が、センサ４６の画像平面４５がシャフト１０の長手方向軸線２２と実質的に平行となるようにして、先端部４４内において取り付けられている（つまり、側部取付）。
【００３６】
反射部材３２は、光学トレインの光学軸の変更し得るような任意の部材を備えることができる。これにより、後述するように、入射光を、センサ４６の画像平面４５上へと偏向させることができる。反射部材３２は、例えば、図５Ａに示すように、直角プリズムとすることができる。このようにして光学経路を屈折させ得る構成を使用することにより、図６においてより詳細に示すように、視界器具の視野ベクトル１４が回転時に旋回しなければならない半径を低減することができる。図６は、内視鏡シャフト１０の直径内における対物レンズとセンサとからなるアセンブリの一例を示している。さらに、画像撮影手段４６を静止状態に維持し得ることにより、電気的配線の曲げや回転に関連する問題点の発生を、回避することができる。
【００３７】
良好な画像品質が維持されるようにして、この経路屈折構成を適切に実施し得るよう、光学アセンブリは、様々な光学部材を備えることができる。図５Ｂにおいては、例えば平凹レンズといったような発散レンズ５２が、反射部材３２に隣接して取り付けられている。レンズ５２は、反射部材３２の回転軸線に対して実質的に垂直な光学軸を有しているとともに、入射光を受領して、この受領した入射光を、反射部材３２へと伝達する。これにより、入射光を逆焦点合わせする。光は、凸面５６を通して、再度案内される。凸面５６は、反射部材３２と一体的なものとすることができる、あるいは、例えば、個別の平凸のレンズの一部とすることができる。さらに、光の直径を制限するための開口絞り５４を、設けることができる。この開口絞り５４は、使用されているガラスのタイプに応じて、また、使用されているレンズの特定の曲率に応じて、レンズトレインの前方側にあるいは後方側に配置することができる。
【００３８】
図５Ｃに示すように、第２の収束レンズ５８が、センサ４６に隣接して配置される。この収束レンズ５８は、発散レンズ５２の光学軸に対して実質的に垂直な光学軸を有している。収束レンズ５８は、反射部材３２の凸面から案内される光を受領し、その受領した光を、画像平面４５に対して伝達する。収束レンズ５８は、センサ４６へと到達する前に光が通過することとなる第２凸面が画像平面４５上へとテレセントリック的に光を伝達する限りにおいては、例えば、平凸レンズとすることができる。他の収束レンズを使用することもできる。例えば、図５Ｄに示すように、両凸レンズを使用することができる。そのような構成の結果、光学アセンブリは、広い視野１６をもたらし得るとともに、画像平面４５のところにおいて、限界が規定された主要光線６０のテレセントリック性をもたらすことができる。
【００３９】
図５Ｅに示すように、いくつかの有利な実施形態においては、追加的な光学部材６１が、凸面５６と第２レンズ５８との間に配置される。例えば、図示のように、色の補正のために、色消しを行うことができる。使用可能なレンズの曲率に関する他の例が、図５Ｆに図示されている。さらに、他の構成が可能である。例えば、図５Ｇおよび図５Ｈに示すような対称な対物レンズシステムが可能である。そのような構成においては、入射光がなすコーンと出射光がなすコーンとの類似性が、上述した光学アセンブリの場合と比較して、より大きなものとなる。図５Ｇに示すように、主要光線６０は、センサ平面４６へと到達した時点で、テレセントリックではない。このことは、ある種のタイプのセンサに関しては、許容可能である。このような構成は、非常にコンパクトであることのために、ある種の用途においては、特に有効なものとすることができる。
【００４０】
図７Ａ〜図７Ｃに示すように、反射部材３２の回転を駆動するための他のアクチュエータを、使用することができる。例えば、図７Ａに示すように、いくつかの実施形態においては、駆動ギヤ６３付きの先端モータ６２が、使用される。これに代えて、図７Ｂおよび図７Ｃに示すように、中空シャフトダイレクトドライブモータ６４を使用することができる。このモータ６４は、反射部材３２を直接的に回転駆動する。
【００４１】
ある種の実施形態においては、光学経路を複数回にわたって屈折させ得るような反射アセンブリを使用する。上述したように、先端部において画像撮影手段を使用するという意義深い試みは、経路長さを低減させる。反射部材３２を回転駆動するアクチュエータを妨害しないよう、センサ４６を、シャフト１０の正に先端に近接させなければならないことにより、センサ４６の視野内へと入射するポイントからの光経路は、短いものである。典型的には、画像センサ上への入射角度は、１５°未満とすべきである。しかしながら、そのような短い経路において、広い視野を、小さな入射角度へと変換することは、困難である。したがって、ある種の有利な実施形態においては、光学経路は、２回以上にわたって光学経路を屈折させるような反射アセンブリを使用することにより、延長される。
【００４２】
図８に示すように、２つの追加的なプリズム６６が使用されており、これにより、光学経路は、追加的な２回にわたって屈折することとなる。これにより、これら光学系およびセンサ４６を伝達シャフト４０の外部に位置させつつ、光学経路を、約３０％延長することができる。このタイプの構成により、主要光線を、より長い距離上において、より緩やかに曲げることができる。
【００４３】
上記説明が例示に過ぎす、本発明を限定するものではないこと、また、本発明の精神を逸脱することなく、当業者に自明の修正を行い得ることは、理解されるであろう。したがって、本発明の範囲を規定するに際しては、上記説明ではなく、特許請求の範囲が使用されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】視野方向が可変とされた内視鏡の動作原理を概略的に示す図である。
【図２Ａ】リレーレンズシステムを使用しているような、視野方向が可変とされた内視鏡に関して、光学経路を概略的に示す図である。
【図２Ｂ】リレーレンズシステムを使用しているような、視野方向が可変とされた内視鏡を示す側断面図である。
【図３Ａ】先端部に回転可能な撮影手段を使用しているような、視野方向が可変とされた内視鏡を示す平面図である。
【図３Ｂ】先端部に回転可能な撮影手段を使用しているような、視野方向が可変とされた内視鏡を示す側断面図である。
【図４】画像センサを使用している本発明に基づく視野方向が可変とされた内視鏡を示す側断面図である。
【図５Ａ】図４の内視鏡における画像センサのさらなる詳細を示す側面図である。
【図５Ｂ】図４の内視鏡における画像センサのさらなる詳細を示す側面図である。
【図５Ｃ】図４の内視鏡における画像センサのさらなる詳細を示す側面図である。
【図５Ｄ】図４の内視鏡における画像センサのさらなる詳細を示す側面図である。
【図５Ｅ】図４の内視鏡における画像センサのさらなる詳細を示す側面図である。
【図５Ｆ】図４の内視鏡における画像センサのさらなる詳細を示す側面図である。
【図５Ｇ】図４の内視鏡における画像センサのさらなる詳細を示す側面図である。
【図５Ｈ】図４の内視鏡における画像センサのさらなる詳細を示す側面図である。
【図６】図４の内視鏡における先端部の内部を概略的に示す端面図である。
【図７Ａ】図４の内視鏡に関し、反射部材を回転させるためのアクチュエータのさらなる詳細を示す側面図である。
【図７Ｂ】図４の内視鏡に関し、反射部材を回転させるためのアクチュエータのさらなる詳細を示す側面図である。
【図７Ｃ】図４の内視鏡に関し、反射部材を回転させるためのアクチュエータのさらなる詳細を示す側面図である。
【図８】図４の内視鏡を概略的に示す図であって、光学経路を拡張するための反射アセンブリが使用されている。
【符号の説明】
【００４５】
１０  シャフト
１４  視野ベクトル
１８  第１自由度
２０  第２自由度
２２  長手方向軸線
２６  回転軸線
３２  反射部材
４０  伝達シャフト
４２  ギヤ
４４  先端部
４５  画像平面
４６  画像センサ、画像撮影手段
５２  発散レンズ
５４  開口絞り
５６  凸面
５８  収束レンズ
６１  光学部材
６２  モータ
６３  駆動ギヤ
６４  中空シャフトダイレクトドライブモータ
６６  プリズム（第２反射部材、第３反射部材）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【外国語明細書】
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