(57)【要約】  作動距離の範囲でオブジェクトを見るための光学装置。本装置は、先端部分および基端部分を有する細長管４と、先端部分に配設され広い視野角を有する結像系８と、基端部分に組み込まれた狭い視野角を有する望遠鏡系１０とを有する。細長管内の結像系と望遠鏡系の間の空間、および／または、望遠鏡系と細長管の基端部分の間の空間は、１を超える屈折率を有する透明光学媒体３１、３２で満たされる。本装置は、特に、医療用途における内視鏡に適し、また、使い捨て可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動距離の範囲でオブジェクトを見るための光学装置において、
光軸を有し、先端部分および基端部分を有する一定の長さの細長管と、前記先端部分に配設された広い視野角を有する結像系と、前記基端部分に組み込まれた狭い視野角を有する望遠鏡系とを含み、
前記結像系が、オブジェクトの像を、前記光軸上にあって前記基端部分よりも前記先端部分に近い前記細長管内に位置する像平面に形成するように構成され、
前記望遠鏡系が、オブジェクトの前記像を見ることができるように構成され、
また、前記細長管内の前記結像系と前記望遠鏡系との間の空間、および／または、前記望遠鏡系と前記細長管の前記基端部分との間の空間が、１を超える屈折率を有する透明光学媒体で満たされた光学装置。
【請求項２】
前記望遠鏡系が、前記像平面から前記長さの半分以上離れている請求項１に記載された光学装置。
【請求項３】
前記透明光学媒体が、少なくとも１本の透明ロッドの形態で構成されている請求項１または請求項２に記載された光学装置。
【請求項４】
前記透明ロッドが、前記結像系の一部分として機能するように構成されている請求項３に記載された光学装置。
【請求項５】
前記透明ロッドが、前記望遠鏡系の前レンズの機能を有するように構成されている請求項４に記載された光学装置。
【請求項６】
前記狭い視野角が、前記像平面の位置における前記管の幅、および前記像平面と前記望遠鏡系の間の距離によって画定される請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項７】
前記結像系の前記視野角が非常に広く、したがって、その焦点距離が非常に短いので、前記像平面の位置が、作動距離の範囲全体にわたり前記望遠鏡系の被写界深度内に存在する請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項８】
前記結像系が、前記広い視野角を有する少なくとも１つの結像部品と、前記結像部品から得られる前記像の歪みを低減するように適合された少なくとも１つの補正用光学部品とを含む請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項９】
前記結像部品球レンズを含む請求項８に記載された光学装置。
【請求項１０】
前記補正用光学部品が平凸レンズである請求項８に記載された光学装置。
【請求項１１】
前記球レンズが直径ｄを有し、また前記結像系が、前記直径ｄの約２〜３倍の単一の連続した長さにわたり前記管内に延びており、前記管の長さが前記直径ｄの約１０〜１００倍にわたる請求項９に記載された光学装置。
【請求項１２】
前記装置が完全に使い捨て可能であるように構成されている請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項１３】
前記結像系の少なくとも１つの光学部品、または前記望遠鏡系がプラスチック製である請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項１４】
前記望遠鏡系を含む再使用可能セクションと、前記再使用可能セクションに着脱可能に配設することができる前記管の形の使い捨て可能セクションとを含む請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項１５】
前記装置が内視鏡である請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項１６】
前記装置がボアスコープである請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項１７】
前記細長管と同軸かつ接触隣接するように構成された照明光ガイドをさらに含む請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項１８】
前記光ガイドが、光ファイバ撚合線からなる請求項１７に記載された光学装置。
【請求項１９】
前記光ガイドが、環状のシリンダである請求項１７に記載された光学装置。
【請求項２０】
前記環状のシリンダが、前記結像系の前記視野角に適した所望の輝度分布で投射する光を送るように適合された構造を有するように処理された先端部を有する請求項１９に記載された光学装置。
【請求項２１】
光源から前記シリンダに光を伝えるように適合された光ガイド部材であって、光損失を低減するために、一方の端部でシリンダと適合し、他方の端部で前記光源に適合するように構成された光ガイド部材をさらに含む請求項１９に記載された光学装置。
【請求項２２】
外部の電力供給源または内部バッテリに接続されたまたは接続可能な、１つまたは複数のＬＥＤをさらに含む請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項２３】
前記ＬＥＤが前記内視鏡の前記先端部分に配置される請求項２２に記載された光学装置。
【請求項２４】
前記ＬＥＤが前記内視鏡の前記基端部分、特に、その視認部分の端部に配置されている請求項２２に記載された光学装置。
【請求項２５】
請求項１で定義される前記光学装置と共に使用するための細長管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空洞性の、および／または、接近し難い空間の視認に適する光学機器に係わり、該光学機器は、身体内器官、および、その空洞部等のオブジェクト（対象）、さらには、斯かる身体内器官内に存在する特別なオブジェクト（例えば、腫瘍または嚢胞）を見るために使用できる。これらの光学機器は、内視鏡、オートスコープ、腹腔鏡、関節鏡、気管支鏡、喉頭鏡、膀胱鏡、および、その他の同様な硬質内視鏡医療検査装置を含む。しかしながら、斯かる光学機器は、医療用途に限定されず、前記検査が可能な各種分野（例えば、内視鏡形態等の機械的な用途）で見出すことができる。具体的には、本発明は、使い捨て可能に構成された光学機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
容易に接近できないか、または、検査を直接行うことができない領域を見ることができるように構成された各種光学機器が当該技術分野で知られている。医療用途では、例えば、内視鏡、関節鏡、気管支鏡など複数の光学機器が、外耳道から関節および肺にわたる体腔の内部を検査するために使用される。それらの機器による斯かる体腔への接近は、通常、その体腔を構成するか、または、体腔に至る自然の体管を通じて行なわれる。しかしながら、或る場合には、小さな外科手術的切開を行なって、機器が体腔に接近できるようにすることが知られている。
【０００３】
当該技術分野では、硬質および可撓性内視鏡が知られている。可撓性内視鏡は、硬質内視鏡と異なり、腸管等、身体の、かなり空洞性の離れた領域に接近することができる。しかしながら、硬質内視鏡と比較した場合、可撓性内視鏡は、画像品質が悪く比較的高価であり、また、多くの用途に適しない。それらはまた、通常、オートクレーブによる殺菌に耐えるようになっていない。
【０００４】
硬質内視鏡は、前記の点で（特に、画像品質に関して）利点を有する。一般に、硬質内視鏡は、体腔に挿入するための先端部分と、接眼レンズを有する基端部分と、体腔、および／または、その内部にあるオブジェクトの像を形成するための、また、例えば、医者が見ることのできる視認構成品にその像を送るための、管の内側で、かつ、その長さに沿って配置された複数のレンズとを有する細長管を含む。通常、細長管の内部表面は、その内部での望ましくない残光反射を阻止するために黒色被覆が施されている。
【０００５】
米国特許第５８９１０１５号は、先端部分を有する剛性のある管と、像感知（ｉｍａｇｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）表面を含む視認構成品を有する基端部分と、その間に、管の内部を完全に占有し、また単一の非球面の平凹前レンズ、単一の非球面の内側レンズ、および２本のガラス・ロッドを含む結像系とを備える内視鏡を開示する。結像系は、オブジェクトの像を形成するように働き、次に、像感知表面に像を送り、像を読み取り表示して見ることを可能にする。
【０００６】
米国特許第６３９８７２４号は、先端部分および基端部分を有するシールされた挿入管を含む内視鏡を開示しており、該内視鏡が、光学部品を有するとともに、着脱可能に挿入管を取付けできる内視鏡ハウジング内に配設配設された焦点調整アセンブリを伴う。挿入管は、その長さに沿ってその中に配置された、また焦点調整アセンブリの内側にオブジェクトの像を形成するように適合された光学部品を備え、そこから像は、光学部品により、ＣＣＤセンサの像感知表面と一致する像平面に送られる。オブジェクトの像は、像感知表面と静的な像の間の距離を調整するようにＣＣＤセンサを移動させることによって焦点を合わせることができる。着脱可能な挿入管は、加圧滅菌可能であり、したがって、単独で殺菌することができ、それにより、内視鏡全体、特に、適切な殺菌がかなり複雑でコストのかかる焦点調整アセンブリおよびＣＣＤセンサなどの内視鏡の構成部品を殺菌する必要性をなくすことができる。
【０００７】
再使用可能な医療機器をその再使用前に殺菌することは極めて重要なことであり、このような殺菌は、加圧滅菌によるなど、様々の方法により実施される。しかしながら、再使用可能な内視鏡の精巧で複雑な構成は、その完全な殺菌の実施を困難にしている。
【０００８】
したがって、一方では高品質結像を提供するが、他方では比較的費用のかからない構成部品から作られ、また１人の患者への使用後に処分することに関して費用効果があるように十分安く製作できる使い捨ての内視鏡が当該技術分野で求められている。
【０００９】
使い捨て可能な内視鏡を設計する試みが知られており、その開示には、例えば、米国特許第４９６４７１０号、米国特許第５１８８０９２号、米国特許第５８９２６３０号、および米国特許第５４２３３１２号が含まれる。米国特許第５４２３３１２号は、硬質管と、切り離し可能な管基端部分におけるハンドルとを含む使い捨て可能なシャフトを有する硬質内視鏡を開示している。硬質管は、焦点合わせ能力がゼロの高屈折率ロッドと、広いオブジェクト・フィールドをカバーし、ビデオカメラに像を送るように像形成するための、ロッドの先端部分および基端部分に組み込まれた比較的単純なレンズとで占められている。ファイバ、クラッド・ロッド、または、アルミニウム被覆された透明光伝導管の形態の照明光伝導手段が提案されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、作動距離の範囲でオブジェクトを見るための以下の光学装置を提案する。
光軸を有し、先端部分および基端部分を有する一定の長さの細長管と、前記先端部分に配設された広い視野角を有する結像系と、前記基端部分に組み込まれた狭い視野角を有する望遠鏡系とを含み、
前記結像系が、オブジェクトの像を、前記光軸に沿って前記基端部分よりも前記先端部分に近い前記細長管内に位置する像平面に形成するように構成され、
前記望遠鏡系が、オブジェクトの前記像を見ることができるように構成されている光学装置。
【００１１】
細長管の基端部分に組み込まれた、本発明光学装置の望遠鏡系は、細長管の長さの大部分の距離だけ結像系と、その像平面から離れており、その長さは、装置を設計する目的の用途に応じて選択される。しかしながら、いかなる選択長であっても、望遠鏡系の視野角は常に狭く、像平面位置における細長管の幅を超えて広がることはない。このように、本望遠鏡系は、装置の基端部分に配置された画像センサ（人間の目、ＣＣＤカメラなど）に像を送るために、複数の中継レンズ等の、複数の像形成中間光学部品を、細長管内に必要とせずに、オブジェクトの像を見ることを可能にする。
【００１２】
本発明による光学装置の結像系の広い視野角は、本発明が適用される種類の従来の光学装置と同じであってもよい。しかしながら、その視野角が非常に広く、その結果、結像系が非常に短い焦点距離を有し、したがって、その像平面の位置が、作動距離の範囲全体にわたり望遠鏡系の被写界深度内に存在することが好ましい。したがって、望遠鏡系を所定配置に固定することができ、光学装置は、望遠鏡系の調整を必要とせずに、作動範囲内に位置する任意のオブジェクト像の明確な画像を提供できる。
【００１３】
本発明による光学装置のために可能な最も簡単で費用のかからない構造を得るために、結像系は、その広い視野角を提供すべく、必要な最小限数の構成部品を有し、それらの構成部品をすべて管の先端部分に集中させる。そのために、結像系は、好ましくは、完全球（すなわち、球体）レンズの形態の単一構成部品を含み、それは、例えば、球の外側円筒部分をカットするなど、球から特定の部分を除去し、ドラム形状にすることができる。球レンズを使用すると、このようなレンズが単一構成部品に可能な最も短い焦点距離を有するという理由だけではなく、色収差の生成が比較的少なく、また非点収差およびコマ収差等の歪み量を無視できるようにする追加の利点を提供するので好ましい。さらに、球レンズによって生成される幾何歪みを容易に計算でき、したがって、イメージ処理技法により、または補正用光学素子を組み込むことなどにより光学的に容易に補正することもできる。このような補正用光学素子は、結像系の歪みを低減するように適合された単一の補正用光学部品から成ることが好ましい。補正用光学部品は、この目的を達成可能な、適切な任意の形態（平凸レンズ形態等）にすればよい。
【００１４】
代替的に、本発明による光学装置の結像系は、球レンズの多くの望ましい機能を有するとともに、好ましくは、補正用光学部品が必要とならない程度にかなり歪みを低減させた非球面で広い視野角の部材を含むことができる。
【００１５】
さらに、結像系は、管の円周を囲む照明光ガイドを含むことができ、それは、当該技術分野で知られた任意の形、例えば、光ファイバ撚合線（ｓｔｒａｎｄ）の形態、または、管に沿って延設される環状シリンダの形態にすることができる。
【００１６】
望遠鏡系の像平面で得られたオブジェクトの像を見ることは、望遠鏡の接眼レンズを用いて人間の目で直接的に行うことが可能であり、或いはビデオ画像センサ、写真フィルムなどの像感知デバイスに像を送り、その後、例えば、ビデオ・スクリーン上に表示する手段を介するなど間接的に行うことも可能である。
【００１７】
本発明の光学装置の最も本質的な用途の１つは、内視鏡としての使用であり、その場合、硬質細長管であることが好ましく、また、前記のように、結像系の構成部品が先端部分に集中し、また望遠鏡系が細長管の基端部分に関連付けられ、またはその近傍に配置されており、細長管の長さの少なくとも半分が像を形成する光学部品に使用されないで細長管の全長がその幅よりもかなり長くなっている限り、その細長管は内視鏡の意図する用途に適合された任意の寸法を有することができる。例えば、前記のように、直径ｄを有する球レンズを含む結像系の場合、結像系の全体は、通常、細長管内で、直径ｄの約２〜３倍の単一の連続した長さに拡がっており、一方、細長管の全体長さは、直径ｄの約１０〜１００倍にわたる。
【００１８】
本発明の光学装置はさらに、結像系と望遠鏡系の間の空間、および／または望遠鏡系の内部を満たす、細長管中の透明光学媒体を含む。光学媒体は、１を超える屈折率を有する、透明光学的特性材料で形成される１つまたは複数のロッド形態であってよい。ロッドのうちの少なくとも１つは、像の焦点を合わせる光学的特性、および／または、機械的な位置決め手段をロッドに提供するような形状をした一端または両端を有することができる。
【００１９】
本発明は、その大部分が２つの位置の一方、すなわち、結像系の一部分として細長管の先端部分の近くに、または望遠鏡系の一部分として基端部分の近くに配置されるいくつかの光学部品だけで動作することができるので、当該技術分野で知られた多くの物と比較して、簡単な設計の内視鏡を提供する。したがって、本発明の内視鏡の簡単な設計により、内視鏡がわずかに曲げられた後でも光学的に動作不能になり、しばしば損傷を受ける傾向を有する多くのレンズおよび／またはその他の光学部品を有する当該技術分野で知られた比較的複雑な内視鏡設計と比較したとき、操作中に加えられ得る曲げ力およびその他の機械的な負荷に対して比較的低い装置感度を含むいくつかのかなりの利点が装置に提供される。さらに、本発明の内視鏡は、特に、その制限された数の像を形成する光学部品が、装置のわずかな特定の位置、具体的には、その先端部近くに配置されているため、或いは前述の（ａ．ｍ．）透明ロッドを用いて行うことができるように、光学部品を所定の順番で次々と細長管中に単に「投入」すればよいため、容易に組み立てることができる。
【００２０】
前述の内容に加えて、本発明の簡単な設計は、比較的安い内視鏡またはその他のかかる装置をこのように作ることができる点でさらにその他の利点を提供し、それにより、さらに、完全に使い捨て可能な内視鏡、または結像系を有する剛性のある細長管など使い捨て可能な部分を有する内視鏡の製作を可能にする。実際に、このような内視鏡管は本発明の別の特徴である。
【００２１】
本発明の内視鏡または内視鏡管を使い捨て可能であるように十分安くすることができることは、人体に導入するための機器が、例えば、しばしば殺菌を受ける必要のある医療用途で特に有益な特徴である。
【００２２】
さらに、本発明による内視鏡の簡単な設計および組立は、例えば、内視鏡の各使用後にその全体を処分して採算が合うようにできるより費用のかからない材料およびその製造方法を特に選択することにより、そのコストを十分に極小化することができる。例えば、内視鏡のコストは、結像系、望遠鏡系、もしあれば、透明ロッド、細長管、並びに、内視鏡本体のその他の部分を、適切なプラスチック材料から製作することによって、極小化できる。さらに、前述のように、結像系中で球レンズを使用することは、例えば、その簡単な幾何形状のため、球レンズは容易に、かつ、費用がかからず製作できるので、その点において特に利点があり得る。さらに、球レンズは、その対称性のため、方向が任意の配置に一致するので組み立てるのが容易である。
【００２３】
提案の本発明の光学部品を製造するためにプラスチックの透明材料を使用する場合、非球面の加圧成形プラスチック構成部品を用いることができ、したがって、さらに、必要な光学部品の数を減らし、その結果、装置コストを低減する。
【００２４】
好ましい製造方法のその他の実施例は、化学反応によるガルバニック被覆、塗料、またはその他の適切な材料により片側を黒色にした金属シートの帯材から細長管を製作することを含む。次いで、その帯材は、冷間または熱間で絞り加工され、溶接によって管を形成し、黒色化された側が、望ましくない光の残反射が管を通って伝播されて像の品質に悪影響を与えることを阻止する、当該技術分野で周知の手段として働くその内部表面を構成する。
【００２５】
本発明を理解し、それがどのように実施されるかを理解するために、以下、添付図面を見ながら、単なる非限定的実施例として、各種実施例の説明を行なう。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明による内視鏡２の概要が、図１Ａを見ながら以下で説明されている。内視鏡２は、観察者の目Ｅ、または、例えばＣＣＤカメラ（図示せず）等の受像視認装置により、作動距離の所定範囲内にある体の臓器の内部または腫瘍などのオブジェクト３を見るようになされている。内視鏡２は、共通の光学軸Ｏに沿って配置された結像部分２ａおよび視認部分２ｂを含む。
【００２７】
結像部分２ａは、結像系８をその中に配設した中空の剛性のある細長管４を含む。細長管４は、幅ｗと、その先端部分５および基端部分６を分離する長さＬとを有し、長さＬが、管の幅ｗよりもかなり大きい。結像系８は、その先端部分５の近くの管４内に配置され、結像系８の近くに位置する像平面９上にオブジェクト３の像を形成するように適合される。結像系８は、広い視野角α、すなわち、短い焦点距離を有しているので、像平面９の位置は、作動距離の変化に応じてわずかに変化するだけである。示された広い視野角を提供するために、結像系８は、例えば、直径ｄの単一の球レンズ１２と、球レンズ１２により生成された歪みを低減するように適合された平凸レンズ１３の形の補正用光学部品とを備える。結像部分２ａはさらに、球レンズ１２の前面で、管４の先端部分５に窓部７を備える。
【００２８】
内視鏡２の視認部分２ｂは、管４がその基端部分６で接続されるハウジング１１、およびハウジング１１内に収納された望遠鏡系１０を含む。望遠鏡系１０は、第１収束レンズ２０および第２収束レンズ２２を備え、それにより、ニュートン式望遠鏡構成を画定することができる。望遠鏡系１０は、管４の幅ｗ、および像平面９と第１収束レンズ２０の間の距離により画定される狭い視野角βを有する。このような狭い視野角のため、また結像系８の光学部品（すなわち、レンズ１２および１３）が管４の先端部分５に集中しており、また望遠鏡系１０のそれらが（すなわち、レンズ２０および２２）管４の基端部分６の近くにあることを考えると、その長さＬの大部分は、特に像平面９と望遠鏡系１０の間で光学部品が使用されないことになる。したがって、例えば、管４の長さＬが球レンズ１２の直径ｄの約１０〜１００倍であり、結像系８が直径ｄの約２〜３倍の長さにわたる場合、管長の約７０〜９８％は、光学部品が使用されない状態になる。
【００２９】
望遠鏡系１０は所定の被写界深度を有し、また結像系８から離間されており、したがって、結像系が広い視野角であるために作動距離の変化に対して位置がわずかに変化するだけである像平面９を、作動距離の範囲全体にわたり被写界深度内に確実に存在させることができる。したがって、望遠鏡系１０は、その像平面がレンズ２０と２２の間にある状態で所定の配置に固定することができ、それにより、内視鏡２に作動距離の範囲内に位置する任意のオブジェクトの像の明確な視野を提供することが可能になり、したがって、望遠鏡系１０を調整する必要をなくすことができる。
【００３０】
望遠鏡系１０は、像平面９で形成された、また望遠鏡系を介して観察されたオブジェクト３の像が、観察者の目Ｅの網膜の活性部分、または、その他の受像視認装置、例えば、ＣＣＤセンサなどの像感知表面を完全に占めることなどを可能にする倍率パラメータを有するように設計される。このように、望遠鏡系１０は、像を基端部分６に送るために、管内に複数のレンズなど、中間に介在する構成部品を何も必要とせず、オブジェクトの像を見ることを可能にする。
【００３１】
動作では、オブジェクト３から反射された、また光軸Ｏに沿って窓部７を通り内視鏡２に入射する光線は、球レンズ１２および平凸レンズ１３によって収束され、オブジェクト３の像（図示せず）が像平面９で形成される。望遠鏡系１０は、像を、像平面９から像平面２１を介して観察者の目Ｅに送る。オブジェクト３と内視鏡２の間の作動距離が変わると、それに従って、像平面９の位置も変わる。しかしながら、結像アセンブリ８の非常に短い焦点距離のために、像平面９の位置はわずかに変化するだけであり、作動距離にかなり変化がある場合であっても、望遠鏡系１０がなおオブジェクトの像の明確に見ることを可能にする。したがって、望遠鏡系１０は、作動距離の変化にかかわらず調整を必要としない。
【００３２】
本発明による内視鏡の前記の動作はモデル化され、市販のレイトレーシング・プログラムを用いたコンピュータ化シミュレーションによって、またそれに基づく理論計算によってテストされている。さらに、内視鏡のテスト・モデルも構築されており、その２つの実施例を例として以下に提示する、
【００３３】
【表１】
2007515211.tif 000003
【００３４】
図１Ｂは、図１Ａに示す物と同様の内視鏡を示しており、望遠鏡系１０が、図１Ａのレンズ２０と同様の第１収束レンズ２０’を細長管４の内側に配置することによって変更され、また１を超える屈折率を有する透明ロッド３１および３２が、細長管４内でレンズ２０’の両側に導入されている。
【００３５】
図１Ｃは、図１Ｂに示す物と同様の内視鏡を示しており、その先端部分をレンズとして形成した透明ロッド３１’および３２’が形成されている。ロッド３１’では、その先端部分が、球面または非球面レンズとして形成され、レンズ１３に加えて、またはその代わりに歪み補正機能を行う。ロッド３２では、その先端部分が、図１Ａのレンズ２０または図１Ｂのレンズ２０’に代わるレンズとして形成されている。内視鏡の製造および組立を簡単化するために、好ましくは、ロッドは同一の物でよい。明らかに、ロッドの一方だけが、その端部の一方にレンズを有して形成されることもあり得る。さらに、ロッドの各端部を、残りのロッド材料とは異なる屈折率を有する材料から作られたレンズ構成部品で形成することもでき、したがって、必要な場合、色補正を行うこともできる。ロッドの端部の外側部分を所与の長さのリングとして形成することができ、したがって、ロッドの適切なスペーシングを提供し、組立工程を簡単化することができる。
【００３６】
図２〜図７は、前記、および、図１に示す光学的構成および概念にすべて基づいた本発明の内視鏡の３つの異なる実施例を示す。具体的には、各内視鏡は、その先端部分に結像系８を有する内視鏡管と、その管の基端部分を受け入れ、かつ図１に示す望遠鏡系をその中に収納する内視鏡ハウジングとを含む。図２から７に示す内視鏡はすべて、結像されるオブジェクトを照明するために、管に沿ってその基端部分に近い位置からその先端部分まで延設された照明光ガイド手段を有する。内視鏡中の照明光ガイド手段は、内視鏡ハウジングに配設されたコネクタを含み、それは、光源（図示せず）の光ガイドと接続可能である。
【００３７】
図２は、内視鏡管１０４およびそれと恒久的に結合されたハウジング１１１を含む再使用可能な内視鏡１０２を示す。管１０４は、離間された内部スリーブ１４２および外部スリーブ１４４を含み、また内視鏡は、管１０４の内部および外部スリーブ１４２、１４４の間をハウジング１１１を通って延設された光ファイバ撚合線１４０の形の照明光ガイド手段を備え、当該技術分野で周知のように、コネクタ１５０を介して光源と通じることができる。
【００３８】
図３は、レンズ１２、１３が、その間にある、レンズを所定の動作可能な配置に固定するように働くスペーサ１６０と一緒に管１０４の内部スリーブ１４２中に配設される簡単な方法を示した、図２に示す内視鏡１０２の先端部分の拡大図を示す。
【００３９】
図４は、その内部スリーブ１４２が前記の内視鏡１０２のように結像系８を含み、かつ外部スリーブを欠いた、使い捨て可能な内視鏡管２０４を有する内視鏡２０２を示す。内視鏡２０２はさらに、再使用可能な内視鏡ハウジング２１１、および、それに着脱可能に接続された管２０４を含む。照明光ガイド手段は、ハウジング２１１に配設されたコネクタ２５０を介して光源からの光を伝えるために、内部スリーブ１４２に同軸で、かつ隣接させた環状の光ガイド・シリンダ２１８の形をしている。
【００４０】
図５は、内部スリーブ１４２に沿って延設された、かつ管２０４の先端部分で隆起した先端部２７０を有する光ガイド・シリンダ２１８を示した、図４に示す内視鏡２０２の先端部分の拡大図である。
【００４１】
光ガイド・シリンダ２１８は、透明材料から形成され、光ガイド材料より低い屈折率の材料で被覆された内部および外部表面を有することができる。シリンダ２１８は、したがって、内部全反射の原理に基づいて光を伝えることができる。代替的には、シリンダ２１８は、反射性の被覆によりその外部および内部表面を被覆することもでき、それにより、シリンダを介して光を効率よく送ることができる。様々のタイプの光ガイド・シリンダが当該技術分野で知られており、（図４に示す）コネクタ２５０に対するその接続手段を、例えば、米国特許第５３９６３６６号、米国特許第５４２３３１２号から知ることができる。
【００４２】
本発明による内視鏡２０２の光ガイド・シリンダ２１８は、製作し組み立てるのにかなり費用がかからないという点で、図２、図３を参照して前述した物など光ファイバ構成に比較して特に利点がある。それにより、管２０４を費用効果のある使い捨て可能にすることができ、特に、シリンダ２１８、並びに結像系８および管２０４それ自体が適切な低コスト材料から作られ、また容易に組み立てられる設計を有する場合はそうである。このように、結像系８および光ガイド・シリンダ２１８を含む管２０４は、分離して製造され、内視鏡２０２に着脱可能に接続することができ、したがって、使用後は結合を解除し、処分され、その他の新しいこのような管で交換することができる。さらに、シリンダ２１８は、図２、図３に示す光ファイバ撚合線１４０の構成よりも多くの光を送ることができる。後者は、円筒形の光ファイバ撚合線間に不可避に存在する空間が、シリンダ２１８の場合はシリンダ２１８の材料で占められていることによるものであり、それがまた、投射される光量に寄与することができる。
【００４３】
さらにその他の利点を提供するために、その製造中に、光ガイド・シリンダ２１８の先端部２７０を、球形の隆起形状を有するように熱的に処理し、比較的広い角度でそこから光を分散できるようにする。同様に、本発明の内視鏡におけるシリンダ２１８の先端部は、そこから放射された光がその結像系の視野角に適する所望の輝度分布で送られるように適合された多種多様なその他の設計を有するように、任意の知られた方法を用いて作ることができる。
【００４４】
図６に示すように、（図４、図５に示す）内視鏡２０２は、管の内部スリーブ１４２上でその基端部分の近くに配置された、Ｌ形状の接続光ガイド部材２８０を有しており、それは、光ガイド・シリンダ２１８の後に続き、コネクタ２５０中に延長されている。部材２８０は、その第１の端部２８０ａの近くの領域で環状であるが、その第２の端部（図示せず）に隣接する領域では中実になっており、光源の光ガイド手段から光をその第２の端部で伝え、第１の端部２８０ａで接触している光ガイド・シリンダ２１８に光を伝えるように適合される。部材２８０は、第１の端部２８０ａでその断面積がシリンダ２１８の面積と一致し（ｍａｔｃｈ）、一方、コネクタ２５０内で先細になり、第２の端部近くで光源の光ガイド手段の面積と一致するように、光透過効率を最大にする特有の設計を有する。このように、部材２８０は、光を光源からシリンダ２１８まで、その間の光損失を最小にして送ることができるように働く。
【００４５】
図７は内視鏡３０２を示しており、それは、その管３０４、その光ガイド・シリンダ２１８、およびその光ガイド部材２８０の設計において図４〜６の内視鏡２０２と同様のものであり、各使用後にその全体を使い捨て可能であるように、すなわち、そのハウジング３１１を、その中に収納したその望遠鏡系（図１に示す）と共に使い捨て可能であるように設計されている点でのみ異なる。管３０４は、ハウジング３１１と一体化することも、或いは着脱可能に接続できるようにすることもできる。
【００４６】
前記の内視鏡における照明手段は、外部の電力供給源若しくは内部のバッテリに、電線で接続された若しくは接続可能なＬＥＤで置き換える、または関連付けることができ、後者の場合、完全にそのユニットを内蔵することができる。ＬＥＤは、内視鏡の先端部分に配置することができ、その場合、電線は、内視鏡の円周に沿って、例えば、その管（例えば、管１０４、２０４、または３０４）の内部スリーブと外部スリーブの間に延設されることになる。ＬＥＤは、代替的に、先端部分から離れて、例えば、内視鏡の基端部分、具体的には、視認部分の端部に配置することもでき、その場合、光をＬＥＤから内視鏡の先端部分に導くために、照明光ガイド手段を設けるべきである。このような手段は、光ファイバ・ガイド、プラスチック光ガイドなどを含むことができる。ＬＥＤの数は、その電力および必要な照明に応じて変化し得る。内視鏡の先端部分におけるＬＥＤの円周方向分布、または内視鏡の基端部分に位置するＬＥＤと接続された光ガイドの先端部分の円周方向分布は、一様にすることも、ランダムにすることもできる。
【００４７】
前記内視鏡は、本発明による光学装置の諸実施例に過ぎず、本発明の範囲は、当業者には自明のものとなり得るその他の諸実施例および用途を完全に包含することを理解すべきである。したがって、本光学装置は、容易にアクセスできない、また検査を直接実施できない任意の領域を見ることを可能にすることを対象とし得る。本装置は、患者の空洞性領域の範囲を検査することが所望される多種多様の医療分野で特に有益であるので、本光学装置は、内視鏡として使用されるだけではなく、必要に応じて変更を加えて、オートスコープ、腹腔鏡、関節鏡、気管支鏡、喉頭鏡、膀胱鏡、またはその他のこのような内視鏡的な医療検査装置を含む任意の同様な機器の一部分とすることができる。さらに、本説明は、本発明の光学装置の実施例を内視鏡などに焦点を絞っているが、本装置は、医療用途に限定されるのではなく、前記の検査が適用可能な任意の様々な分野で、例えば、ボアスコープの形など機械的用途などで、必要に応じて変更を加えて使用することができることに留意すべきである。実際、図２〜７に示す内視鏡はまた、ボアスコープとしても使用可能である。
【００４８】
さらに、前記の光学的装置は、例えば、当該技術分野で周知の様々な光偏向部材（例えば、プリズム）など追加の構成部品を有することもでき、それを、結像系のすべてのその他の構成部品と共に先端部分に配置して、光軸から離れたオブジェクトを見ることを可能にする。そのために、球レンズを部分的にカットして、前記のように、正面が切頭円錐形（ｆｒｕｓｔｏ−ｃｏｎｉｃａｌ）とし、空間を空けてこのような部材を収納することができる。
【００４９】
さらに、本内視鏡は、窓の表面に蒸気が凝縮されるのを阻止するように適合された前面窓加熱機構を備えることもできる。内視鏡の光源へのコネクタ１５０、２５０はまた、その他の位置、例えば、医療検査中等に邪魔になる管の先端部分とは反対側のハウジングの遠端に配置することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】本発明による内視鏡の光学的構成の概略図。
【図１Ｂ】図１Ａに示す光学的構成の変形形態の概略図。
【図１Ｃ】図１Ａに示す光学的構成の変形形態の概略図。
【図２】図１Ａに示す内視鏡の一実施例の概略の部分断面図。
【図３】図２のＩＩＩで指定された、内視鏡の一部分の拡大した横断面図。
【図４】図１Ａに示す内視鏡のその他の実施例の概略の部分断面図。
【図５】図４のＶで指定された、内視鏡の一部分の拡大した横断面図。
【図６】図５および７のＶＩとして指定された、内視鏡の一部分の概略の横断面図。
【図７】図１Ａに示す内視鏡のさらにその他の実施例の概略の部分断面図。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年4月10日(2005.4.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動距離の範囲でオブジェクトを見るための光学装置において、
光軸を有し、先端部分および基端部分を有する一定の長さの細長管と、前記先端部分に配設された広い視野角を有する結像系と、前記基端部分に組み込まれた狭い視野角を有する望遠鏡系とを含み、
前記結像系が、オブジェクトの像を、前記光軸上にあって前記基端部分よりも前記先端部分に近い前記細長管内に位置する像平面に形成するように構成され、
前記望遠鏡系が、オブジェクトの前記像を見ることができるように構成され、
また、前記細長管内の前記結像系と前記望遠鏡系との間の空間、および／または、前記望遠鏡系と前記細長管の前記基端部分との間の空間が、１を超える屈折率を有する透明光学媒体で満たされた光学装置。
【請求項２】
前記望遠鏡系が、前記像平面から前記長さの半分以上離れている請求項１に記載された光学装置。
【請求項３】
前記透明光学媒体が、少なくとも１本の透明ロッドの形態で構成されている請求項１または請求項２に記載された光学装置。
【請求項４】
前記透明ロッドが、前記結像系の一部分として機能するように構成されている請求項３に記載された光学装置。
【請求項５】
前記透明ロッドが、前記望遠鏡系の前レンズの機能を実施するように構成されている請求項４に記載された光学装置。
【請求項６】
前記狭い視野角が、前記像平面の位置における前記管の幅、および前記像平面と前記望遠鏡系の間の距離によって画定される請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項７】
前記結像系の前記視野角が非常に広く、したがって、その焦点距離が非常に短いので、前記像平面の位置が、作動距離の範囲全体にわたり前記望遠鏡系の被写界深度内に存在する請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項８】
前記結像系が、前記広い視野角を有する少なくとも１つの結像部品と、前記結像部品から得られる前記像の歪みを低減するように適合された少なくとも１つの補正用光学部品とを含む請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項９】
前記結像部品球レンズを含む請求項８に記載された光学装置。
【請求項１０】
前記補正用光学部品が平凸レンズである請求項８に記載された光学装置。
【請求項１１】
前記球レンズが直径ｄを有し、また前記結像系が、前記直径ｄの約２〜３倍の単一の連続した長さにわたり前記管内に延びており、前記管の長さが前記直径ｄの約１０〜１００倍にわたる請求項９に記載された光学装置。
【請求項１２】
前記装置が完全に使い捨て可能であるように構成されている請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項１３】
前記結像系の少なくとも１つの光学部品、または前記望遠鏡系が、プラスチック製である請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項１４】
前記望遠鏡系を含む再使用可能セクションと、前記再使用可能セクションに着脱可能に配設することができる前記管の形の使い捨て可能セクションとを含む請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項１５】
前記装置が内視鏡である請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項１６】
前記装置がボアスコープである請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項１７】
前記細長管と同軸かつ接触隣接するように構成された照明光ガイドをさらに含む請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項１８】
前記光ガイドが、光ファイバ撚合線からなる請求項１７に記載された光学装置。
【請求項１９】
前記光ガイドが、環状のシリンダである請求項１７に記載された光学装置。
【請求項２０】
前記環状のシリンダが、前記結像系の前記視野角に適した所望の輝度分布で投射する光を送るように適合された構造を有するように処理された先端部を有する請求項１９に記載された光学装置。
【請求項２１】
光源から前記シリンダに光を伝えるように適合された光ガイド部材であって、光損失を低減するために、一方の端部でシリンダと適合し、他方の端部で前記光源に適合するように構成された光ガイド部材をさらに含む請求項１９に記載された光学装置。
【請求項２２】
外部の電力供給源または内部バッテリに接続されたまたは接続可能な、１つまたは複数のＬＥＤをさらに含む請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項２３】
前記ＬＥＤが前記内視鏡の前記先端部分に配置される請求項２２に記載された光学装置。
【請求項２４】
前記ＬＥＤが前記内視鏡の前記基端部分、特に、その視認部分の端部に配置されている請求項２２に記載された光学装置。
【請求項２５】
請求項１で定義される前記光学装置と共に使用するための細長管。
【請求項２６】
作動距離の範囲でオブジェクトを見るための光学装置において、
光軸を有し、先端部分および基端部分を有する一定の長さの細長管と、前記先端部分に配設された広い視野角を有する結像系と、前記基端部分に組み込まれた狭い視野角を有する望遠鏡系とを含み、
前記望遠鏡系が、前記オブジェクトの前記像を見ることができるように構成され、
また、前記細長管内の前記結像系と前記望遠鏡系との間の空間、および／または、前記望遠鏡系と前記細長管の前記基端部分との間の空間が１を超える屈折率を有する透明光学媒体で満たされており、前記結像系が、前記オブジェクトの像を、前記光軸上にあって、前記光学媒体に対して末梢的に位置する像平面で形成するように構成された光学装置。
【請求項２７】
作動距離の範囲でオブジェクトを見るための光学装置において、
光軸を有し、先端部分および基端部分を有する一定の長さの細長管と、前記先端部分に配設された広い視野角を有する結像系と、前記基端部分に少なくとも部分的に組み込まれた狭い視野角を有する望遠鏡系とを含み、
前記望遠鏡系が、第１収束レンズおよび第２収束レンズを含み、
前記結像系が、前記オブジェクトの像を、前記軸上で前記基端部分よりも前記先端部分に近い前記管内の像平面で形成するように構成され、
前記望遠鏡系が、前記オブジェクトの前記像を見ることができるように構成され、
前記細長管内の前記結像系と前記望遠鏡系との間の空間、および／または、前記望遠鏡系と前記細長管の前記基端部分との間の空間が、１を超える屈折率を有する２つの透明ロッドで満たされており、前記望遠鏡系の前記第１収束レンズが、前記２つのロッドの間に配設されている光学装置。
【国際調査報告】
2007515211.tif 000013
2007515211.tif 000014
2007515211.tif 000015