(57)【要約】      （修正有）【課題】硬性内視鏡のためのリレー光学システムを明示する事であり、リレー光学システムは、シンプル且つコンパクトな設計を有すると共に出来る限り大きい範囲の像誤差（特に、像面湾曲）を修正する。【解決手段】硬性内視鏡のためのリレー光学システムは、光軸Ｏと垂直な対称面Ａに関し相互に対称に配置された２つの同一形状のレンズシステム２を含む。各レンズシステム２は、第１の両凸面レンズ４と、両凹面レンズ５と、対称面Ａと向かい合う凸レンズ面Ｆ５及び対称面Ａから見て外方に向く凹レンズ面Ｆ６を有するロッドレンズ６と、第２の両凸面レンズ７と、を含み、この順序に於いて対称面Ａから観察される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸（Ｏ）と垂直な対称面（Ａ）に関し相互に対称に配置された２つの同一形状のレンズシステム（２）を含み、
前記レンズシステム（２）は、第１の両凸面レンズ（４）と、両凹面レンズ（５）と、前記対称面（Ａ）と向かい合う凸レンズ面（Ｆ５）及び前記対称面（Ａ）から見て外方に向く凹レンズ面（Ｆ６）を有するロッドレンズ（６）と、第２の両凸面レンズ（７）と、を夫々含み、この順序に於いて前記対称面（Ａ）から観察される
事を特徴とする、硬性内視鏡（１２及び１３）のためのリレー光学システム（１）。
【請求項２】
前記レンズシステム（２）の夫々の前記第１の両凸面レンズ（４）、前記両凹面レンズ（５）、前記ロッドレンズ（６）、及び／又は前記第２の両凸面レンズ（７）は、相互に固定される
請求項１に記載のリレー光学システム（１）。
【請求項３】
前記レンズシステム（２）の夫々の前記ロッドレンズ（６）は、クラウンガラスによって形成される
請求項１又は２に記載のリレー光学システム（１）。
【請求項４】
前記レンズシステム（２）の夫々の前記第１の両凸面レンズ（４）、前記両凹面レンズ（５）、及び／又は前記第２の両凸面レンズ（７）は、フリントガラスによって形成される
請求項１乃至３の何れか一項に記載のリレー光学システム（１）。
【請求項５】
前記レンズシステム（２）の夫々の前記第１の両凸面レンズ（４）及び／又は第２の両凸面レンズ（７）は、反射防止膜を有する
請求項１乃至４の何れか一項に記載のリレー光学システム（１）。
【請求項６】
前記対称面（Ａ）に配置されたストッパ（３）によって特徴付けられる
請求項１乃至５の何れか一項に記載のリレー光学システム（１）。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載のリレー光学システム（１）を少なくとも１つ有するリレーシステム（１１）を含む
事を特徴とする内視鏡（１２及び１３）。
【請求項８】
前記リレーシステム（１１）が配置された硬性内視鏡シャフトを含む
請求項７に記載の内視鏡（１２及び１３）。
【請求項９】
前記リレーシステム（１１）は、請求項１乃至６の何れか一項に記載のリレー光学システム（１）が幾つか光軸（Ｏ）沿いに連続的に配置された少なくとも１つのリレーモジュール（１０）を含む
請求項７又は８に記載の内視鏡（１２及び１３）。
【請求項１０】
前記リレー光学システム（１１）は、立体配置を形成する２つのリレーモジュール（１０）を含む
請求項９に記載の内視鏡（１２及び１３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光軸と垂直な対称面に関し相互に対称に配置された２つの同一形状のレンズシステムを含む、硬性内視鏡のためのリレー光学システムに関する。更に、本発明は、少なくとも１つのその様なリレー光学システムを有するリレーシステムを含む内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡は、特に、手術野が位置された身体領域に対する手術医洞察を許容するために、低侵襲手術に於いて使用される。単眼内視鏡及び立体内視鏡の両方が使用され、後者は、２つの光学チャンネルを通じ単眼内視鏡によって不可能な深さの３次元印象を提供する。
【０００３】
内視鏡シャフトの遠位端に、典型的に、接物レンズが配置され、接物レンズは、観察されるべき対象から生じる光を収集し、対象の実中間像を生成する。この中間像は、接物レンズの下流に配置された光学リレーシステムによって内視鏡シャフトの近位端に伝達される。内視鏡シャフトの近位端に、接眼レンズが配置され、接眼レンズは、人間の目に、又はカメラ接物レンズによってセンサ面上に実中間像を映す。
【０００４】
内視鏡に於いて使用される光学リレーシステムは、小径を有する高い光学品質を有するべきである。柔軟内視鏡に於いては、この目的のために、光ガイド（例えば、グラスファイバのバンドル）が頻繁に使用されるが、ロッドレンズを有するリレーシステムは、硬性内視鏡に於いて使用するために普及されている。特に、特別な光学ガラスから成るロッドレンズは、柔軟な光ガイドよりも高い光学品質を有する。
【０００５】
米国特許出願公開第５５５７４５４号明細書に於いては、硬性内視鏡が開示され、硬性内視鏡は、内視鏡シャフトの遠位に搭載された接物レンズから近位に配置された接眼レンズへの光学像トランスポートをロッドレンズによって実現する。
【０００６】
米国特許第６４９００８５号明細書によって、光軸と垂直な対称面に関し対称に配置された２つのレンズシステムを含む、硬性内視鏡のための光学リレーシステムが知られている。
【０００７】
独国特許出願公開第１０２０１３２０９９５６号明細書に於いては、硬性立体内視鏡が開示され、硬性立体内視鏡に於いては、近位に搭載された接物レンズから遠位に搭載されたセンサ面への像トランスポートがロッドレンズを使用し再び実現される。
【０００８】
国際公開第２０１５／１３１２７８号に於いては、広帯域結像のための像トランスポートのために提供されたシステムが説明され、システムは、鏡対称に配置されたロッドレンズ及び球面レンズによって構成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
先行技術によって知られた光学リレーシステムは、結像誤差を全く修正しないか、又は結像誤差を如何なる場合も不十分に修正する。特に、既知の光学リレーシステムは、高い像面湾曲を有し、高い像面湾曲を下流の光学システムによって困難さだけで修正する事が出来る。既知の光学リレーシステムは、更に、特定の内視鏡全長だけのために設計される。
【００１０】
本発明の目的は、硬性内視鏡のためのリレー光学システムを明示する事であり、リレー光学システムは、シンプル且つコンパクトな設計を有すると共に出来る限り大きい範囲の像誤差（特に、像面湾曲）を修正する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、請求項１の特徴を有するリレー光学システム及び請求項７の特徴を有する内視鏡によって解決される。有利な発展は、従属項に於いて明示される。
【００１２】
創造性の有るリレー光学システムは、光軸と垂直な対称面に関し相互に対称に配置された２つの同一形状のレンズシステムを含む。レンズシステムは、第１の両凸面レンズ、両凹面レンズ、対称面と向かい合う凸レンズ面と対称面から見て外方に向く凹レンズ面とを有するロッドレンズ、及び第２の両凸面レンズを夫々含み、この順序に於いて対称面から観察される。結果的に、リレー光学システムのシンプル且つコンパクトな構造が達成される。
【００１３】
同一形状のレンズシステムの対称（鏡像）配置によって、レンズシステムに於いて生じる色収差を他のレンズシステムによって出来る限り大きい範囲に於いて修正する事が出来る。色収差の修正は、特に、リレーシステムの全色収差が大きく成り過ぎる事を伴わずに、１つのリレーシステム内の幾つかのリレー光学システムを連続的に配置する事を可能とする。
【００１４】
創造性の有るリレー光学システム、更に、少数の異なる構成部品だけが使用されるという点に於いて比較する事が出来る程度に低い製造コスト及び組立コストという利点を有する。
【００１５】
リレー光学システムの特別な設計は、例えば、リレー光学システムの上流に配置された接物レンズによってもたらされた像面湾曲がリレー光学システム自体によって修正される事も可能とする。特に、リレーシステムは、連続的に配置された任意の数のリレー光学システムを含み、従って、像面湾曲を殆ど完全に修正する事が出来る。更に、創造性の有るリレー光学システムに於ける像面湾曲の修正によって、本件に於いては、像面湾曲がリレー光学システム自体に於いて修正され、通常の様に、接眼レンズに於いて存在しないので、リレー光学システムの像側に配置された接眼レンズを今迄に知られた内視鏡よりもコンパクトに設計する事が出来る。
【００１６】
有利な発展に於いては、各レンズシステムの第１の両凸面レンズ、両凹面レンズ、ロッドレンズ、及び／又は第２の両凸面レンズが相互に固定される。全ての前述されたレンズを１つの単一構成部品に固定する事は特に有利である。以下に於いては、この構成部品は、固定されたロッドレンズシステムとも指称される。固定されたロッドレンズシステムの使用によって、製造コスト及び組立コストを著しく削減する事が出来る。
【００１７】
更に有利な発展に於いては、各レンズシステムのロッドレンズは、クラウンガラスによって構成される。その優れた光伝送特性によって、バリウムクラウンガラスの使用は、リレー光学システムのために特に有利である。
【００１８】
好ましくは、各レンズシステムの第１の両凸面レンズ、両凹面レンズ、及び／又は第２の両凸面レンズは、フリントガラスによって形成される。フリントガラスの高分散は、特に、ライターと異なるアッベ数及び屈折率を有する重いフリントガラスとの組み合わせによって、所望の無色の特性を有する固定されたロッドレンズシステムの構造を許容する。
【００１９】
有利に、各レンズシステムの第１の両凸面レンズ及び／又は第２の両凸面レンズは、特に、それらの非固定面上に反射防止膜を有する。これは、特に、光伝送を増加させると共に散乱光を最小化する役割を果たし、従って、リレー光学システムの光学品質を改善する。光伝送の増加は、幾つかのリレー光学システムを著しい光損失を伴わない系に接続する事を可能とする。
【００２０】
更に有利な実施の形態に於いては、リレー光学システムのアパチャを制限するために、ストッパが対称面に配置される。
【００２１】
本発明の更なる態様は、以上に説明されたタイプの少なくとも１つのリレー光学システムを有するリレーシステムを含む内視鏡に関連する。
【００２２】
有利な実施の形態に於いては、内視鏡は、リレー光学システムが配置された硬性内視鏡シャフトを含む。
【００２３】
特に有利な実施の形態に於いては、リレーシステムは、光軸沿いに連続的に配置された前述のタイプの幾つかのリレー光学システムを含む少なくとも１つのリレーモジュールを含む。
【００２４】
更に有利な実施の形態に於いては、リレーシステムは、立体配置を形成する２つのリレーモジュールを含む。従って、立体観察は、内視鏡を通じ為し得る。
【００２５】
創造性の有る光学設計は、特に、レンズエレメントと固定されたグループ（ロッドレンズシステム）内のロッドレンズとの組み合わせ及び１つのリレー光学システムへの２つのロッドレンズシステムの組み合わせを含む。俗に言うザイデル収差が特に十分に修正される様に、各レンズの半径及び材料は、好ましくは相互に調和される。その際、特に、像面湾曲のための指標としてのペッツバル和が最小化される。２つの同一のロッドレンズシステムを逆順に使用する事によって、更に、第１のロッドレンズシステムの色収差を第２のロッドレンズシステムによって補正する事が出来る。更に、リレー光学システムを光学的に制限する中間像を特に十分に修正する事が出来るのみならず、あるリレー光学システムから次のリレー光学システムに転送される瞳孔像を修正する事が出来る。
【００２６】
更なる特徴及び利点は、添付された図面に関連する実施の形態に基づき本発明をより詳細に説明する以下の説明によってもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施の形態に従った硬性内視鏡のためのリレー光学システムを示す。
【図２】図１に従ったリレー光学システムの一部たるレンズシステムの実施の形態を示す。
【図３】図１に従った幾つかのリレー光学システムを含む単眼内視鏡の実施の形態を示す。
【図４】図１に従った幾つかのリレー光学システムを含む立体内視鏡の実施の形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、硬性内視鏡に於いて使用されるリレー光学システム１の実施の形態を示す。リレー光学システム１は、２つの同一形状のレンズシステム２、及び内視鏡の光軸Ｏと垂直な平面Ａに於いて２つの同一形状のレンズシステム２の間の配置された１つのストッパ３を含む。リレー光学システム１の両方のレンズシステム２は、平面Ａに関し相互に鏡対称に形成される。
【００２９】
図２に於いては、図１に従った２つの同一形状のレンズシステム２の１つが概略的に示される。平面Ａから観察される様に、レンズシステム２は、第１の両凸面レンズ４、両凹面レンズ５、ロッドレンズ６、及び第２の両凸面レンズ７を含む。第１の両凸面レンズ４は、２つの凸状曲面Ｆ１、Ｆ２を有する。両凹面レンズ５は、２つの凹面Ｆ３、Ｆ４を有する。ロッドレンズ６は、平面Ａと向かい合う凸状曲面Ｆ５、及び平面Ａから見て外方に向く凹状曲面Ｆ６を有する。第２の両凸面レンズ７は、２つの凸状曲面Ｆ７、Ｆ８を有する。
【００３０】
平面Ａから見て外方に向く第１の両凸面レンズ４の面Ｆ２は、１つの単一光学有効面を形成するために、平面Ａと向かい合う両凹面レンズ５の面Ｆ３に固定される。平面Ａから見て外方に向く両凹面レンズ５の面Ｆ４は、平面Ａと向かい合うロッドレンズ６の面Ｆ５に固定される。平面Ａから見て外方に向くロッドレンズ６の面Ｆ６は、平面Ａと向かい合う第２の両凸面レンズ７の面Ｆ７に固定される。従って、レンズシステム２は、１つの単一構成部品を形成する。
【００３１】
第１の両凸面レンズ４の固定されていないレンズ面Ｆ１、Ｆ８、及び第２の両凸面レンズ７は、更に、反射防止膜１６を夫々有する。これらは、散乱光を減少させる役割を果たす。
【００３２】
表１は、ストッパ３に関し対称に配置された図２に従った２つの同一のレンズシステム２を有する図１に従ったリレー光学システム１のレンズデータを示す。リレー光学システム１の光学有効面は、対象側から１乃至１０によって表１に於いて番号付けされる。図２に従った関連付けられた引用符号は、括弧で示される。長さに関する全ての寸法及び全ての情報は、単位［ｍｍ］で表現される。ガラスの名称は、ショットの命名に従う。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
単眼内視鏡１２の可能性の有る１つの実施の形態は、図３に於いて概略的に示される。それは、遠位に配置された接物レンズ１４、リレーモジュール１０を有する光学リレーシステム１１、及び近位に配置された接眼レンズ１５を含む。内視鏡１２は、更に、前述された構成部品又は光学エレメント１０、１４、１５が配置されたシャフト１７を含む。リレーモジュール１０は、光軸Ｏ沿いに連続的に配置された図１に従った幾つかのリレー光学システム１を含む。
【００３５】
図３に於いて示された内視鏡１２は、特に、内視鏡１２の遠位端に配置された接物レンズ１４が観察されるべき対象の第１の中間像２１ａを生成する様に機能する。リレーモジュール１０は、遠位の第１の中間像２１ａを近位の第２の中間像２１ｂに映す。その際、リレーシステム１１又はリレーモジュール１０は、第１の中間像２１ａを内視鏡１２の遠位端から近位端に疑似転送する。内視鏡１２の近位端に配置された接眼レンズ１５は、最終的に、第２の中間像２１ｂを図３に於いて示されないカメラセンサに映す。
【００３６】
図２に従った２つの同一のレンズシステム２を夫々含む、リレーモジュール１０のリレー光学システム１は、特に、色収差に関し自動修正する。それは、各リレー光学システム１が、個々に見た時に、色収差に関し略完全に修正される事を意味する。これは、リレーシステム１１の全色収差が大きく成り過ぎる事を伴わずに、リレーモジュール１０内に複数のリレー光学システム１を連続的に配置する事を可能とする。結果的に、内視鏡１２を実質的に同一の光学品質を有する異なる全長で実現する事が出来る。
【００３７】
更に、像誤差の修正は、リレーモジュール１０の下流に配置された接眼レンズ１５によって達成される必要が無い。従って、接眼レンズ１５は、特に、コンパクト構造を有する事が出来る。
【００３８】
リレーシステム１１の各リレー光学システム１又はリレーモジュール１０は、−１の像スケールを有する光学反転システムを夫々形成する。リレー光学システム１が奇数（例えば、５）でリレーモジュール１０に於いて配置されるので、リレーシステム１１は、＋１の像スケールを有する光学システムを形成する。
【００３９】
立体内視鏡１３の実施の形態は、図４に於いて概略的に示される。図３に於いて示された単眼内視鏡１２と対照的に、立体内視鏡１３は、２つの光学チャンネルを有する。立体内視鏡１３は、遠位端から観察した時に、接物レンズ１８、２つのリレーモジュール１０を有する立体リレーシステム１１、及び近位に配置された接眼レンズ１９が配置されたシャフト２０を有する。
【００４０】
立体リレーシステム１１に於いては、２つのリレーモジュール１０の１つは、２つの光学チャンネルの１つに都度割り当てられる。２つのリレーモジュール１０は、接物レンズ１８によって夫々生成された遠位の中間像２１ｃ、２１ｄを第２の近位の中間像２１ｅ、２１ｆに夫々写す。この様に夫々生成された近位の中間像２１ｅ、１２ｆは、次に、図４に於いて示されないカメラセンサに接眼レンズ１９によって映される。
【００４１】
図３、４に従った前述された実施の形態は、一例に過ぎない。従って、特に、リレー光学システム１の数は、奇数又はとりわけ５に限定されない。
【００４２】
図４に従った立体内視鏡１３は、２つの光学チャンネルのための共有された接物レンズ１８を提供する。他の実施の形態に於いては、別の接物レンズが各個別チャンネルに割り当てられるかもしれない。
【符号の説明】
【００４３】
１  リレー光学システム
２  レンズシステム
３  ストッパ
４  第１の両凸面レンズ
５  両凹面レンズ
６  ロッドレンズ
７  第２の両凸面レンズ
１０  リレーモジュール
１１  リレーシステム
１２  単眼内視鏡
１３  立体内視鏡
１４及び１８  接物レンズ
１５及び１９  接眼レンズ
１６  反射防止膜
１７及び２０  内視鏡シャフト
２１ａ乃至２１ｅ  中間像
Ａ  対称面
Ｏ  光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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