(57)【要約】【課題】視野方向が可変とされた視界器具のための、大きな走査範囲および大きな視野を提供し得る光学システムを提供すること。【解決手段】視界方向が可変とされた視界器具であって、シャフトと；入射光の光学経路を屈折させ得るようシャフトの先端部に配置された第１および第２反射器であるとともに、第１反射器（１０）が、シャフトの長手方向軸線から角度的にオフセットされた回転軸線を有し、この回転軸線回りに第１反射器が回転するものとされているような、第１および第２反射器と；開口絞り（２８）と；を具備し、第１反射器が、第１反射面（１１）を有し、第２反射器（１２）が、第２反射面（１３）を有し、開口絞りが、光学経路内において、第２反射面に先行した位置に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
視界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、を有したシャフトと；
入射光の光学経路を屈折させ得るよう前記シャフトの前記先端部に配置された第１および第２反射器であるとともに、前記第１反射器が、前記シャフトの前記長手方向軸線から角度的にオフセットされた回転軸線を有し、この回転軸線回りに前記第１反射器が回転するものとされているような、第１および第２反射器と；
開口絞りと；
を具備し、
前記第１反射器が、入射光を受領してこの入射光を前記第２反射器に向けて案内する第１反射面を有し、
前記第２反射器が、前記第１反射器からの光を、前記シャフトに沿って案内する第２反射面を有し、
前記開口絞りが、光学経路内において、前記第２反射面に先行した位置に配置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、
前記第１反射器の前記回転軸線が、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であ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、
前記第１反射器が、前記第１反射面によって反射させた光を前記第１反射器から出射させるための出射面を有し、
前記第２反射器が、前記第１反射面からの光を前記第２反射器内へと入射させるための入射面を有し、
前記開口絞りが、前記第１反射器の前記出射面と、前記第２反射器の前記入射面と、の間に配置され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、
前記開口絞りが、前記第２反射器の前記入射面上に配置され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、
前記開口絞りが、前記第１反射器の前記出射面上に配置されていることを特徴とする視界器具。
【請求項６】
請求項１記載の視界器具において、
前記開口絞りが、前記第１反射面上に配置されていることを特徴とする視界器具。
【請求項７】
請求項１記載の視界器具において、
前記第１および第２反射器が、第１および第２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８】
請求項１記載の視界器具において、
さらに、
前記第１反射器に隣接して配置され、入射光を前記第１反射器に対して伝達するための発散レンズと；
前記第１反射面によって反射された光を前記第２反射器に対して伝達するための凸面と；
を具備していることを特徴とする視界器具。
【請求項９】
請求項８記載の視界器具において、
前記凸面が、前記第１反射器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１０】
請求項８記載の視界器具において、
さらに、第１反射器に隣接して配置された収束レンズを具備し、
この収束レンズが、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１１】
請求項１０記載の視界器具において、
前記収束レンズが、平凸レンズとされていることを特徴とする視界器具。
【請求項１２】
請求項８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１３】
請求項１記載の視界器具において、
さらに、前記シャフト内に配置された光学的トレインを具備し、
この光学的トレインが、前記第２反射面によって反射された光を受領して伝達するためのものとされていることを特徴とする視界器具。
【請求項１４】
請求項１３記載の視界器具において、
前記光学的トレインが、複数の収束レンズ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、前記第１反射器を被覆する視界ウィンドウ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、
前記視界ウィンドウが、半透明でありかつ前記回転軸線回りにおいて全体的に対称な回転体面を備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項１７】
請求項１記載の視界器具において、
前記シャフトが、内視鏡シャフトであることを特徴とする視界器具。
【請求項１８】
視界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、を有したシャフトと；
前記シャフトの前記先端部に配置された第１および第２反射器であるとともに、前記第１反射器が、前記シャフトの前記長手方向軸線から角度的にオフセットされた回転軸線を有し、この回転軸線回りに前記第１反射器が回転するものとされ、前記第２反射器が、反射面を有しているような、第１および第２反射器と；
前記第１反射器に向けて入射光を案内するとともに、光を前記第１反射器から前記第２反射器に向けて案内し、さらに、前記第２反射器の前記反射面によって反射された光を、前記シャフトに沿って案内するものとされた、光学経路と；
を具備し、
前記光学経路が、前記第２反射器の前記反射面に先行した位置に入射口径を備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項１９】
請求項１８記載の視界器具において、
前記第１反射器の前記回転軸線が、前記シャフトの長手方向軸線に対して実質的に垂直であることを特徴とする視界器具。
【請求項２０】
請求項１８記載の視界器具において、
さらに、前記光学経路内に配置された開口絞りを具備し、
前記入射口径が、前記開口絞りによって規定されていることを特徴とする視界器具。
【請求項２１】
請求項１８記載の視界器具において、
前記第１反射器が、この第１反射器から光を出射させるための出射面を有し、
前記第２反射器が、前記第１反射面からの光を前記第２反射器内へと入射させるための入射面を有し、
前記光学経路の前記入射口径が、前記第１反射器の前記出射面と、前記第２反射器の前記入射面と、の間に配置され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、
前記入射口径が、前記第２反射器の前記入射面のところに配置されていることを特徴とする視界器具。
【請求項２３】
請求項２１記載の視界器具において、
前記入射口径が、前記第１反射器の前記出射面のところに配置されていることを特徴とする視界器具。
【請求項２４】
請求項１８記載の視界器具において、
前記第１反射器が、反射面を有し、
前記光学経路の前記入射口径が、前記第１反射器の前記反射面のところに配置されていることを特徴とする視界器具。
【請求項２５】
請求項１８記載の視界器具において、
前記第１および第２反射器が、第１および第２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２６】
請求項１８記載の視界器具において、
さらに、
前記第１反射器に隣接して配置され、入射光を前記第１反射器に対して伝達するための発散レンズと；
前記第１反射面によって反射された光を前記第２反射器に対して伝達するための凸面と；
を具備していることを特徴とする視界器具。
【請求項２７】
請求項２６記載の視界器具において、
前記凸面が、前記第１反射器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２８】
請求項２６記載の視界器具において、
さらに、第１反射器に隣接して配置された収束レンズを具備し、
この収束レンズが、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２９】
請求項２８記載の視界器具において、
前記収束レンズが、平凸レンズとされていることを特徴とする視界器具。
【請求項３０】
請求項２６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３１】
請求項１８記載の視界器具において、
さらに、前記シャフト内に配置された光学的トレインを具備し、
この光学的トレインが、前記第２反射面によって反射された光を受領して伝達するためのものとされていることを特徴とする視界器具。
【請求項３２】
請求項３１記載の視界器具において、
前記光学的トレインが、複数の収束レンズを備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項３３】
請求項１８記載の視界器具において、
さらに、前記第１反射器を被覆する視界ウィンドウを具備していることを特徴とする視界器具。
【請求項３４】
請求項３３記載の視界器具において、
前記視界ウィンドウが、半透明でありかつ前記回転軸線回りにおいて全体的に対称な回転体面を備えていることを特徴とする視界器具。
【請求項３５】
請求項１８記載の視界器具において、
前記シャフトが、内視鏡シャフトであることを特徴とする視界器具。
【請求項３６】
視界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、を有したシャフトと；
前記シャフトの前記先端部に配置された第１および第２反射器であるとともに、前記第１反射器が、前記シャフトの前記長手方向軸線から角度的にオフセットされた回転軸線を有し、この回転軸線回りに前記第１反射器が回転するものとされているような、第１および第２反射器と；
前記シャフト内に配置された光学的トレインと；
前記第１反射器に向けて入射光を案内するとともに、光を前記第１反射器から前記第２反射器に向けて案内し、さらに、前記第２反射器の前記反射面によって反射された光を、前記シャフトに沿って案内するものとされた、光学経路と；
を具備し、
前記光学経路が、前記第２反射器の前記反射面に先行した位置に入射口径を備え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２８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た例えば内視鏡といったような視界器具のための対物レンズ光学システム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】
一般に、これら器具においては、いくつかの形態の対物レンズシステムを使用している。対物レンズシステムは、例えば光ファイバ束やリレーレンズといったようないくつかの形態の画像ガイド上に、画像を焦点合わせする。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。一般に、これら対物レンズ光学システムは、視野を最大化することと、画像品質を最大化することと、画像ガイドに対してテレセントリック的に画像伝達を行うことと、システムのサイズおよびコストを最小化することと、を同時に達成することを試みる。
【０００５】
例えば、Nakahashi 氏による特許文献２には、コンパクトで安価なアセンブリにおいて広い視野を提供するのに非常に効果的なものとされたテレセントリック的構成を備えた対物レンズ光学システムが開示されている。多数の逆焦点合わせする光学システムが提案されており、例えば、Yamashita 氏他による特許文献３や、Yamashita 氏他による特許文献４や、Yamashita 氏による特許文献５や、Nisioka 氏による特許文献６や、Nagaoka 氏による特許文献７、に開示されている。しかしながら、これらすべての開示は、視野方向が固定された内視鏡のための対物レンズシステムに関するものであって、視野方向が可変とされた内視鏡に関しては、適切なものではない。
【０００６】
視野方向が可変とすることの動作原理は、Hoeg氏他による特許文献８に開示されている。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。一般に、そのような視野は、少なくとも２つの自由度を有している付随的視界を備えた視界ベクトルを備えている。第１の自由度により、内視鏡シャフトの長手方向軸線回りにおける視界ベクトルの回転が可能とされる。これにより、視界ベクトルを、緯度方向内において走査することができる。また、第２の自由度により、視野ベクトルは、長手方向軸線に垂直な軸線回りに回転することができる。これにより、視野ベクトルを、経度方向において走査することができる。場合によっては、第３の自由度を、利用することができる。
【０００７】
互いに隣接配置された固定プリズムと可動プリズムとを使用することによって視野方向を可変とした多くの内視鏡が、提案されている。例えば、Kanehira氏他による特許文献９や、Forkner 氏による特許文献１０や、Schara氏他による特許文献１１や、Hoeg氏による特許文献１２，１３や、Ramsbottom氏による特許文献１４、に開示されている。
【０００８】
基本的な２重反射器システムの典型的な例が、図１Ａにおいて概略的に示されている。通常はプリズムとされる回転可能な反射器１０が、同様にプリズムとされる固定反射器１２に対して、受領光を反射する。固定反射器１２は、さらに、光を、光学的トレイン１４へと反射させ、観測者へと伝達する。このようにして、反射器１０，１２は、３つのセグメント１６，１８，２０を含む光学経路を規定する。視界ベクトル２２は、第１光学経路セグメント１６に一致して、存在している。第２光学経路セグメント１８に一致した回転軸線２４回りに回転可能プリズム１０を回転させることによって、視界ベクトル２２を、回転軸線２４に対して垂直な平面（つまり、紙面に対して垂直な平面）内において、掃引することができる。この構成は、光学的にコンパクトなものであるにしても、回転プリズム１０と可動プリズム１２とだけを使用していることにより、視界が許容し得ないくらいに狭いものであり、テレセントリックでもない。
【０００９】
したがって、視野を改良し得るよう、追加的な光学的機構を使用した基本的な２重反射器構成の改良バージョンが、提案された。そのようなシステムの一例が、図１Ｂに示されている。図示されているように、この構成は、単純な逆焦点合わせ構成を備えている。この逆焦点合わせ構成は、発散レンズ２６と、固定プリズム１２の反射面上に配置された開口絞り２８と、収束レンズグループ３０と、から構成されている。この構成は、改良された視野を提供するものの、なおもテレセントリックでなく、色および幾何形状に関しての十分な修正をもたらすものではなく、回転プリズム１０の増大したサイズによって証拠づけられるように、最適にコンパクトなものではない。加えて、回転プリズム１０がレンズグループ３０によって妨害されることとなることのために、増大したプリズムサイズは、走査範囲を制限する。最後に、固定プリズム１２の反射面（つまり、傾斜面）は、開口絞り２８のための最適の場所ではない。
【００１０】
したがって、これらシステムによって示された継続的な課題は、この種の２重反射器構成に対して適切に適合する適切な対物レンズ光学システムを製造することである。同時に、特別の対物レンズシステムの性能に加えて、回転プリズムと固定プリズムとその他の使用部材とから構成された光学系が占有するスペースを最小化したいという恒常的な要望が、存在する。それは、一般に、挿入および引き抜きを容易なものとし得るよう、スコープの直径をできる限り小さなものとしたいという要望があるからである。例えば上述したものといったような２重プリズム構成においては、スコープの長手方向軸線に対して直交して並置された２つのプリズムを使用していることにより、スコープの直径は、通常、多少大きなものとなる。
【００１１】
したがって、テレセントリックという利点や、大きな走査範囲という利点や、大きな視野という利点や、コスト的に有利な方法で良好な画像品質を有しているという利点、を提供しつつ、光学系のサイズを最小化し得るようにして、システムを構成することが望ましい。現在まで、それら興味が多くの場合矛盾することにより、実施が困難であった。例えば、光学部材のサイズを低減させると、典型的には、システム内に導入される光の量が減少し、このことは、画像の輝度に悪影響を与える。他の例として、視野を増大させた場合には、典型的には、光学的収差を悪化させ、画像品質を低下させてしまう。
【００１２】
そのような器具の光学システムにおける多くの重要な構成パラメータのうちの１つは、入射口径である。そこでは、光ビームの直径が最小である。入射口径のところにおいては、また、開口絞りを最適に配置することができ、これにより、画像の状況を最適化し得るとともに、画像の輝度を最良に制御することができ、さらに、他の画像品質パラメータを最良に制御することができる。上記において提案された構成の大部分は、光学システム内における入射口径や開口絞りの位置には一切言及していない。例えば Ramsbottom 氏による構成は、明らかに、固定反射器の反射面のところに、入射口径と、付随する開口絞りと、を有している。これは理想的ではない。なぜなら、このような開口絞りの位置は、システムのサイズと性能との双方に悪影響を及ぼすからである。システムは、システムの両サイドにおいて、より大きな直径の光フローを受領し得るように構成すべきである。
【００１３】
したがって、視野方向が可変とされた視界器具のための、視野を最大化し得る光学システムが要望されている。さらに、視野方向が可変とされた視界器具のための、画像品質を最大化し得るとともに画像ガイドに対してテレセントリックな画像伝達を供給し得るような光学システムが要望されている。また、視野方向が可変とされた視界器具のための、器具のサイズおよびコストの双方を最小化し得るような光学システムが要望されている。
【特許文献１】米国特許予備出願第６０／６４８，３３２号明細書
【特許文献２】米国特許第４，３５４，７３４号明細書
【特許文献３】米国特許第４，０３７，９３８号明細書
【特許文献４】米国特許第４，０４２，２９５号明細書
【特許文献５】米国特許第４，０５９，３４４号明細書
【特許文献６】米国特許第４，６６２，７２５号明細書
【特許文献７】米国特許第６，２５６，１５５号明細書
【特許文献８】米国特許出願第２００５／００５４８９５号明細書
【特許文献９】米国特許第３，８８０，１４８号明細書
【特許文献１０】米国特許第４，６９７，５７７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】独国特許出願公開第２９９ ０７ ４３０号明細書
【特許文献１３】国際公開第９９／４２０２８号パンフレット
【特許文献１４】国際公開第０１／２２８６５号パンフレット
【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、視野方向が可変とされた視界器具のための、大きな走査範囲および大きな視野を提供し得る光学システムを提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、視野方向が可変とされた視界器具のための、器具直径を無用に増大させてしまうような大きな反射器を使用していない光学システムを提供することである。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、器具直径を無用に増大させてしまうような多数の光学部材を必要としない光学システムを提供することである。
【００１７】
本発明のなおも他の目的は、視野方向が可変とされた視界器具のための、光学部材のサイズを減少させることがなくこれにより入射光量を無用に低減させることがなく画像の輝度に悪影響を及ぼさないような光学システムを提供することである。
【００１８】
本発明のまた別の目的は、視野方向が可変とされた視界器具のための、テレセントリックな画像伝達を行い得るような光学システムを提供することである。
【００１９】
従来技術における上記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、視界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、を有したシャフトと；入射光の光学経路を屈折させ得るようシャフトの先端部に配置された第１および第２反射器であるとともに、第１反射器が、シャフトの長手方向軸線から角度的にオフセットされた回転軸線を有し、この回転軸線回りに第１反射器が回転するものとされているような、第１および第２反射器と；開口絞りと；を具備し、第１反射器が、入射光を受領してこの入射光を第２反射器に向けて案内する第１反射面を有し、第２反射器が、第１反射器からの光を、シャフトに沿って案内する第２反射面を有し、開口絞りが、光学経路内において、第２反射面に先行した位置に配置されている視界器具を提供する。
【００２０】
このような実施形態のうちのいくつかにおいては、第１および第２反射器は、第１および第２プリズムを備えている。
【００２１】
ある種の実施形態においては、第１反射器が、第１反射面によって反射させた光を第１反射器から出射させるための出射面を有し、第２反射器が、第１反射面からの光を第２反射器内へと入射させるための入射面を有し、開口絞りが、第１反射器の出射面と、第２反射器の入射面と、の間に配置されている。いくつかの実施形態においては、開口絞りが、第２反射器の入射面上に配置される。また、いくつかの実施形態においては、開口絞りが、第１反射器の出射面上に配置される。ある種の実施形態においては、開口絞りが、第１反射面上に配置される。
【００２２】
これらの実施形態のうちのいくつかにおいては、発散レンズが、第１反射器に隣接して配置され、この発散レンズを通して、入射光が、第１反射器に対して伝達され、凸面を通して  第１反射面によって反射された光が、第２反射器に対して伝達される。
【００２３】
他の実施形態においては、本発明は、視界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、を有したシャフトと；シャフトの先端部に配置された第１および第２反射器であるとともに、第１反射器が、シャフトの長手方向軸線から角度的にオフセットされた回転軸線を有し、この回転軸線回りに第１反射器が回転するものとされ、第２反射器が、反射面を有しているような、第１および第２反射器と；第１反射器に向けて入射光を案内するとともに、光を第１反射器から第２反射器に向けて案内し、さらに、第２反射器の反射面によって反射された光を、シャフトに沿って案内するものとされた、光学経路と；を具備し、光学経路が、第２反射器の反射面に先行した位置に入射口径を備えている視界器具を提供する。
【００２４】
さらに他の実施形態においては、本発明は、視界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、を有したシャフトと；シャフトの先端部に配置された第１および第２反射器であるとともに、第１反射器が、シャフトの長手方向軸線から角度的にオフセットされた回転軸線を有し、この回転軸線回りに第１反射器が回転するものとされているような、第１および第２反射器と；シャフト内に配置された光学的トレインと；
第１反射器に向けて入射光を案内するとともに、光を第１反射器から第２反射器に向けて案内し、さらに、第２反射器の反射面によって反射された光を、シャフトに沿って案内するものとされた、光学経路と；を具備し、光学経路が、第２反射器の反射面に先行した位置に入射口径を備えている視界器具を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１Ａおよび図１Ｂは、従来技術による光学システムを示す側面図である。
【００２６】
図２は、視界器具のための本発明による光学システムを示す一部断面を含む側面図である。
【００２７】
図３Ａは、図２の光学システムにおける視界ウィンドウを示す斜視図である。
【００２８】
図３Ｂは、視界器具のうちの、図２の光学システムを使用している部分を示す斜視図である。
【００２９】
図４Ａは、従来技術による光学システムを示す側面図である。
【００３０】
図４Ｂは、図４Ａの光学システムにおける展開光学経路を概略的に示す図である。
【００３１】
図４Ｃは、図２の光学システムに関する追加的な詳細を示す側面図である。
【００３２】
図４Ｄは、図４Ｃの光学システムにおける展開光学経路を概略的に示す図である。
【００３３】
図４Ｅは、図２の光学システムに関する追加的な詳細を示す側面図である。
【００３４】
図４Ｆは、図４Ｅの光学システムにおける展開光学経路を概略的に示す図である。
【００３５】
図５は、図２の光学システムによって形成された複数の展開光学経路を概略的に示す図である。
【００３６】
本発明に基づく視野方向が可変とされた視界器具のための光学システムの一実施形態における基本的構成部材が、図２および図３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。
【００３７】
図２に示すように、対象物側から説明すれば、この光学システムは、ゼロという光出力（あるいは、現在の製造技術において可能であるような、ゼロに近いもの）を有した球状の視界ウィンドウ３２と、負の屈折力を有した第１レンズ２６と、第１反射器１０と、正の屈折力を有した第２レンズ３４と、取付部材２９（弱い正の光出力を有したものとして構成することができる）の背面上に設置された開口絞り２８と、第２反射器１２と、正の屈折力を有した一組をなす第３レンズ３８および第４レンズ３９と、ダブレット４０と、正の屈折力を有したフィールドレンズ４１と、を備えている。
【００３８】
第１反射器は、回転軸線２４回りに回転するプリズム１０を備えることができる。ある種の有利な実施形態においては、回転軸線２４は、シャフト３３の長手方向軸線３５に対して実質的に垂直なものとされる。プリズム１０は、固定プリズム１２を備え得る第２反射器に対して導入光を案内する第１反射面１１を有している。次に、第２プリズム１２は、第１反射器１０からの光を、シャフト内の光学的トレイン３８，３９，４０，４１へと案内するような、第２反射面１３を有している。加えて、収束レンズ３４は、個別の平凸レンズとして図示されているけれども、他の構成も可能である。例えば、凸面を、第１プリズム１０の出射面とすることができる。同様に、光学的トレイン３８，３９，４０，４１に関する他の構成も可能である。
【００３９】
視界ウィンドウ３２が、図３Ａおよび図３Ｂにおいて、詳細に図示されている。視界ウィンドウ３２は、流体やダストから光学システムをシールするものであって、基本的に、回転軸線２４回りにおける回転面であり、例えばガラスやサファイアといったような剛直な材料層を備えている。ウィンドウ３２は、一般に、視界ベクトル２２の走査平面４４に関して対称である。また、ウィンドウ３２の形状のために、ウィンドウ３２によって、視界ベクトル２２は、走査平面４４内の全体にわたって完全に回転することができる。これにより、３６０°という視野４２にわたって走査することができる。
【００４０】
ウィンドウ３２は、全体的な球形を有している。このことは、歪みや他の画像劣化要因を最小化することを補助する。なぜなら、ウィンドウ３２を介して光学システム内へと導入される主要な光線が、ウィンドウの外表面に対して一般的に垂直なものとなるからであり、これにより、屈折が最小となるからである。ウィンドウ３２が球形であることのために、この状況は、３６０°全体にわたって完全に維持することができる。しかしながら、ある種の他の実施形態においては、例えば円筒形状といったような他のウィンドウ形状を使用することが望ましい場合もあり得ることに、注意されたい。
【００４１】
図４Ａ〜図４Ｆは、与えられた直径に対しての様々な入射口径およびこれに伴う開口絞りに関してのシステムの幾何形状および視野を示している。まず最初に、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、開口絞り２８が、固定プリズム１２の反射面上に配置されている（この構成は、従来技術において提案されている）。上述したように、この入射口径は、本来的な問題点を有しており、利用可能なスペースを最適に使用することができない。このことは、図４Ｂに示すような展開光学経路の概略図によって示されている。図４Ｂは、一組をなす限界光線４６を通過させる正方形としてそれぞれ表されているような、回転プリズム１０および固定プリズム１２を示している。開口絞り２８の位置により、光学経路を収容するためには、回転プリズム１０を大きなものとせざるを得ず、このため、回転可能プリズム１０の揺動範囲を制限することになったり、あるいは、光学的トレイン１４のサイズおよび処理能力を制限することになったり、する。プリズム１０の増大したサイズは、また、大きな容量の走査を引き起こし、これにより、より大きな視界ウィンドウ３２を必要とする。さらに、対物レンズシステムがテレセントリックであるべきであることにより、光学的トレイン１４は、固定プリズム１２の側面と比較して、より大きな直径を有する必要がない。これにより、光学的トレイン１４は、典型的には、器具の全体的直径を制限し得るよう可能であればスペースを最小化し得るよう、その直径に制限されることとなる。それは、たとえ光学部材のサイズのこの減少が、うまくないことに、入射光量を低減させることになって、画像の輝度に悪影響を及ぼしても、行われるであろう。
【００４２】
したがって、図４Ｃ〜図４Ｄに示すように、本発明のある有利な実施形態においては、開口絞り２８は、回転可能プリズム１０の反射面上に配置される。この位置は、視野を維持するためには、より大きな固定プリズム１２を必要とする。しかしながら、この構成は、回転可能プリズム１０を最小化することを可能とする。したがって、必要とされるスペースの全体は、固定プリズム１２に向けてシフトされ、これにより、光学的トレイン１４の直径を最大とすることを可能とする。
【００４３】
これに代えて、回転可能プリズム１０を小さなものとして形成するのには限界が存在することにより、また、反射面上に入射口径を配置することがないよう、いくつかの有利な実施形態においては、開口絞り２８は、プリズム１０の出射面と、プリズム１２の入射面と、の間に、配置される。したがって、開口絞り２８は、図４Ｅおよび図４Ｆに示すように、プリズム１０，１２の対向面上に配置することができる、あるいは、それら対向面どうしの中間に配置することができる。これにより、双方のプリズム１０，１２を、同じサイズのものとすることができ、全体として最小の直径とすることができる。このように、入射口径を、光学経路内において、第２プリズム１２の反射面に先行するポイントのところに配置することにより、器具の直径を最小化しつつ、画像品質を維持することができる。
【００４４】
図５は、図２に示す対物レンズシステムを通しての、青、緑、黄、赤という主要光線４８，４９，５０，５１に関する展開光学経路を示している。第１レンズ２６は、光学的屈折面１１に関して展開して示すように、回転可能プリズム１０を通過する光学的フィールドを『凝縮する』。この構成は、光学的リレーシステムの直径をより小さなものとすることを可能としつつ、広い視野を形成する。主要な光線４８，４９，５０，５１は、取付部材２９と固定プリズム１２（屈折面１３を有している）との間の境界のところに、交差ポイント３６を有している。一連をなす複数のレンズ３８，３９，４０，４１は、フィールドレンズ４１のうちの、主要な光線４８，４９，５０，５１が互いに平行となるような出射面上において画像が形成される前に、画像特性（解像度、コントラスト、被写界深度、歪み、変調伝達関数）を最大とするように光学的信号を調整する。対物レンズシステムのこのテレセントリックな特性は、光が対物レンズシステムを離れて画像ガイド（図示せず）内へと移動する際に発生する伝達損失を最小化する。このようにして、本発明は、２つのプリズムを使用して視野方向を可変とした内視鏡のための逆焦点合わせ型のテレセントリックな対物レンズ光学システムを提供するものであって、構成をコンパクトなものとし得るとともに、画質を高品質なものとすることができ、さらに、連続的な３６０°の視野を提供することができ、さらに、許容可能な大きな視野を提供することができる。
【００４５】
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】
【００４６】
【図１Ａ】従来技術による光学システムを示す側面図である。
【図１Ｂ】従来技術による光学システムを示す側面図である。
【図２】視界器具のための本発明による光学システムを示す一部断面を備える側面図である。
【図３Ａ】図２の光学システムにおける視界ウィンドウを示す斜視図である。
【図３Ｂ】視界器具のうちの、図２の光学システムを使用している部分を示す斜視図である。
【図４Ａ】従来技術による光学システムを示す側面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの光学システムにおける展開光学経路を概略的に示す図である。
【図４Ｃ】図２の光学システムに関する追加的な詳細を示す側面図である。
【図４Ｄ】図４Ｃの光学システムにおける展開光学経路を概略的に示す図である。
【図４Ｅ】図２の光学システムに関する追加的な詳細を示す側面図である。
【図４Ｆ】図４Ｅの光学システムにおける展開光学経路を概略的に示す図である。
【図５】図２の光学システムによって形成された複数の展開光学経路を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  第１反射器、プリズム、回転可能プリズム
１１  第１反射面
１２  第２反射器、プリズム、固定プリズム
１３  第２反射面
２２  視界ベクトル
２４  回転軸線
２６  第１レンズ
２８  開口絞り
２９  取付部材
３２  視界ウィンドウ
３３  シャフト
３４  第２レンズ
３５  長手方向軸線
３８  第３レンズ
３９  第４レンズ
４０  ダブレット
４１  フィールドレンズ
４４  走査平面
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【外国語明細書】
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