(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠位配置されたレンズと；
前記レンズの像を近位端部に伝送する光伝送系であって、少なくとも１つの反転系を備え、各々の反転系が相互に鏡反転した配置になった２つの素子からなる光伝送系と；
を含んで構成される内視鏡であって、
その各素子は、
１）複数の平面を備え、
２）屈折率が光軸から外側方向に向け、半径に対する少なくともほぼ放物線の関数として減少するものであり、
３）前記光軸に対して夫々実質的に垂直な１つの平面と１つの弯曲面とを備える、屈折率が均一の材料からなる少なくとも１つの光学的に薄いレンズを備える、
上記１〜３の特徴を持つロッドレンズからなり、
前記ロッドレンズは、過剰補正された縦方向色収差を示し、
前記薄いレンズは、前記弯曲面が球面状の、その曲率半径ｒについてつぎの関係式（１）及び（２）を満たす軸方向厚さｄの平凸レンズであって、前記ロッドレンズの縦方向色収差を補正することを特徴とする内視鏡。
【数１】
0004688243.tif 000010
・・・（１）
を前提とし、
【数２】
0004688243.tif 000011
・・・（２）
［式（１）及び（２）中、
ｎgは光軸上の不均一材料の屈折率、
ｖgは光軸上の不均一材料のアッベ係数、
ｎlは前記薄いレンズの材料の屈折率、
ｖlは前記薄いレンズの材料のアッベ係数、
△Ｌcfは不均一材料の軸方向色収差である。］
【請求項２】
前記薄いレンズの平面が同一素子のロッドレンズに面していることを特徴とする請求項１記載の内視鏡。
【請求項３】
前記ロッドレンズと、各素子の前記薄いレンズが接合されることを特徴とする請求項２記載の内視鏡。
【請求項４】
前記光軸上の屈折率が波長λ＝５８７．６ｎｍに対し１．５３５９の値をもち、前記光軸からの間隔｜ｒ｜＝１．３５ｍｍで２．８×１０-3だけ減ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の内視鏡。
【請求項５】
前記ロッドレンズの光軸上の屈折率ｎが波長λに対して次の関係：
ｎ（λ＝４８６．１ｎｍ）＝１．５４３０
ｎ（λ＝５８７．６ｎｍ）＝１．５３５９
ｎ（λ＝６５６．３ｎｍ）＝１．５３２９
を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の内視鏡。
【請求項６】
前記平凸レンズが複数の平面を備えるロッドレンズの両側に配設されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の内視鏡。
【請求項７】
前記２つの平凸レンズの少なくとも１つが前記ロッドレンズに接合されていることを特徴とする請求項６記載の内視鏡。
【請求項８】
前記両平凸レンズが前記ロッドレンズに接合されることを特徴とする請求項７記載の内視鏡。
【請求項９】
各素子の前記ロッドレンズに中間像が存在することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項記載の内視鏡。
【請求項１０】
前記遠位配置レンズが事実上それぞれ像面弯曲もしくは反りをもたないように構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求の範囲における請求項１の上位概念部分に記載の内視鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明にかかる一般形式の内視鏡は、米国特許第４，７８３，１５４号で公知である。その公知の内視鏡は遠位配置のレンズと遠位端部に配置された前記レンズの像を近位端部、すなわちキャビティの外側に位置する内視鏡の端部に伝送する光の伝送系とからなる。この伝送系は各々がロッドレンズ（ｒｏｄ  ｌｅｎｓ）と光学的に薄い平凹レンズにより形成される２つの対称素子からなる少なくとも１つの反転系を備える。とりわけ平面を備える前記ロッドレンズは屈折率が各種のあるいは不均一の材料からなる。
【０００３】
この明細書で述べられていない実施態様全部を説明するため、因みに米国特許第４，７８３，１５４号と、該特許公報の表紙に記載されている先行技術の文献についてさらに詳細に言及する。
【０００４】
現在の用途の目的のために、リレーレンズ系ともいわれる用語「反転系」は（少なくとも）１つの１対１の像をつくる光学系を示すものと理解されるべきである。内視鏡にあっては、規定通りに幾つかの反転系は（なるべくなら奇数にすることが好ましい）組合わされて像の反転数に応ずる多数の像反転を備える１つの伝送系を形成する。
【０００５】
均一材料から専らなるレンズを備える公知の内視鏡にあっては、各反転系の２つの素子は２つ以上の素子からなることがしばしばである。
【０００６】
一般形式の内視鏡にあっては、前記米国特許第４，７８３，１５４号で公知の通り、主焦点は従来の内視鏡の幾つかのレンズ素子の屈折率が不均一の少なくとも１つのレンズ素子による専ら代替であって、公知の内視鏡と比較しての「結像性能」の改良どころではない。
【０００７】
アプライドオプティックス（ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ）第２２巻第３号の第３８３頁以降に出ているデニス．Ｃ．レイナー（Ｄｅｎｎｉｓ  Ｃ．Ｒｅｉｎｅｒ）とロシェール．プレスコット（Ｒｏｃｈｅｌｌｅ  Ｐｒｅｓｃｏｔｔ）による論文「コレクション．オブ．クロマティック．アベレーションズ．イン．グリン．エンドスコープス（Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ＧＲＩＮ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｅｓ）」から、色像収差を屈折率が不均一、すなわち変動する材料からなるレンズの適用により減らすことでさらに公知である。
【０００８】
医学に、あるいは本体キャビティ、エンジンの燃焼室、ジェットエンジンなどのようなキャビティを観察する機械工学に用いられる種類の内視鏡では、それは主焦点である色収差の修正ではなく、むしろ下記する問題である：
【０００９】
特定の用途に左右されるが、異なる長さの内視鏡が用いられる必要がある。内視鏡の構造を「標準化」を可能にするためには、異なる長さの内視鏡に異なる数（１、３、５…）の反転系を内視鏡の長さとは関係なく常に同一に構成して備えて配設することが一般に共通である。
【００１０】
今まで実際に用いられてきた反転系は、形成された像面弯曲もしくは反りを示す。伝送系の累積像面弯曲はこの故に用いられた反転系の数に左右される。現在市場で入手できる公知の内視鏡にあっては、伝送系の像面弯曲、すなわち反転系の「付加もしくは累積像面弯曲は、それぞれのレンズの反対像面弯曲により」補償される。このことは内視鏡製造業者が「異なる長さ」の内視鏡のための様々なレンズの素材を、注文されるそれぞれの用途に対応する適当な長さと、したがって異なる数の反転系を備える内視鏡を短日時の予告で生産できるように用い、かつ備えておく必要がある。
【００１１】
決して無視できないもう１つ別のコスト要因は、実際には等しい、例えば画角および／または像角について等しい複数のレンズで、その像面弯曲だけを考慮すれば互いに特徴となっており、異なる数の反転系とともに用いることができるそのレンズの数の予測にかかっている。
【００１２】
これらの素材備蓄ならびに予測の問題は、各反転系と、したがって伝送系もまた無視できる像面弯曲が全くないか、さもなければ極めて小さい弯曲がある場合、その発生を防ぐことができるであろう。その後同一レンズが内視鏡の長さには関係なく、常に使用されることができる。
【００１３】
技術文献ならびにとりわけ特許文献では、無視できる像面弯曲が全くないか、さもなければ極めて小さい弯曲のある内視鏡の反転系に対する様々の提案が開示された。しかしながら、公知の提案は各反転系に比較的多数のレンズを必要とし、そのため製造コストが機械工学もしくは医学で商業用途として用いるには高価になりすぎる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、簡単な設計で像面弯曲が極めて小さくそのため伝送系の像面弯曲もしくは反りの遠位配置のレンズによる補償が、全く様々の数の反転もしくはリレーレンズ系を用いても必要とされないので、同一のレンズが反転もしくはリレーレンズ系の数に関係なく常に利用できるような反転もしくはリレーレンズ系からなる光学的伝送系を備える内視鏡を提供することを目的とするものである。ここで、不均一レンズを備える反転系はレンズによって補償されるべき色収差を示すことから、本発明は、この色収差を補償することをもその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この課題の１つの解決策は請求の範囲における請求項１に規定されている。本発明の改良点は請求項２以下の主題である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、規定の課題は請求項１の上位概念部分による内視鏡から出発して、この内視鏡をロッドレンズが半径方向に不均一な屈折率を有する材料からなり、光学的に薄いレンズを所定の曲率半径の弯曲面を有する平凸レンズとする規定により改良できる。
【００１７】
ここで、平凸レンズの弯曲面の曲率半径ｒの条件を、軸方向厚さをｄとしてつぎのように規定する：
【数３】
0004688243.tif 000002
を前提とする。
【数４】
0004688243.tif 000003
［式中、
ｎgは光軸上の不均一材料の屈折率、
ｖgは光軸上の不均一材料のアッベ係数、
ｎlは前記薄いレンズの材料の屈折率、
ｖlは前記薄いレンズの材料のアッベ係数、
・  Ｌcfは不均一材料の軸方向式収差である。］
【００１８】
半径方向に沿って（すなわち光軸に対して直交に）変化するこの不均一な屈折率は半径方向に対称の半径の関数として、前記光軸からの距離が増加するにしたがって減少する。
【００１９】
尚、不均一ロッドレンズ材料の屈折率は光軸から外側方向に減少する、すなわち光軸からの間隔が減少するに従って減少する。減少の関数は半径に対して少なくともほぼ放物形である。屈折率のこのような変化は、例えば適当な基礎材料のガラスロッドがイオン交換浴に浸漬される時達成できる。このイオン交換により、結果として屈折率の半径方向、すなわち前記ガラスロッドの円周面に対し直交する方向に所望の変化が得られる。ガラスロッドの代わりに合成材料製のロッドを用いることも勿論可能である。
【００２０】
本発明はつぎの基本的考察から出発する：
局所的に屈折率が不変にして、開口部に対して対称であり、各々がロッドレッズを（例えばホップキンス（Ｈｏｐｋｉｎｓ）により提案され、また現在数多くの製造家により生産されている）２つの素子からなる通常の反転系は強い像面弯曲、したがって事実上の非点収差を示す。これらの収差は複合レンズ設計により補償の必要がある。
【００２１】
他方ロッドレンズもしくは屈折率が不均一の複数のグリン．ロッド（ＧＲＩＮ  ｒｏｄｓ）を備える反転系は色収差を示し、それもレンズにより等しく補償される必要がある。
【００２２】
この公知の反転系の利点は本発明により、ロッドが正の分散、したがって補正過剰の縦方向の色収差を表示するグリンロッド（ＧＲＩＮ  ｒｏｄｓ）を従来設計によるロッドレンズの代わりに用いるとする規定により発生を防げる。屈折率の不均一により、所望の光学効果を平面を用いて達成し、しかもまた収差と像面弯曲を実際的、かつ完全に補償できる。補正不足の縦方向の色収差を示す薄い平凸レンズが前記グリンロッドの縦方向の色収差の事実上の補正に役立つ。この薄い平凸レンズは屈折率が均一の材料からなり、これにより、前記薄い平凸レンズは比較的単純な構造をもち得る。
【００２３】
反転もしくはリレーレンズ系の創意のある構成を用いると、内視鏡内の伝送系の色収差の補正のみならず、各反転系の像面弯曲もしくは反りを極めて小さく維持でき、ひどく異なる数の反転系をもってしても、したがって広範に変化する内視鏡の長さをもってしても、なお異なるレンズを必要としない。すなわち実際の操作では、同一のレンズを１乃至１４の反転もしくはリレーレンズ系とともに用いることが、内視鏡の反転系の創意ある構造のため、許容できない収差、特に像面弯曲を少しでも起こさないでできる。
【００２４】
あらゆる像収差が反転系で補正されるので、モジュール反転系が達成でき、それを実際にどのような数にも組合わせて１つの伝送系を形成することができる。
【００２５】
つぎの実施態様に明白な言及を行う必要がある。すなわち実際の操作においては、接眼レンズを通る反転と組合わされると、奇数の反転は直立像を供給するので、通常奇数の反転が適用される。しかしながら実は、奇数の反転の代わりに偶数の反転で操作し、そして倒立した像を光学的に（例えばプリズムにより）、あるいは電子的に（電子ピックアップ手段が用いられる時）、直立させることが可能である。
【００２６】
発明の改良は請求項２以下の主題である。
請求項２によれば、それぞれの薄いレンズの平面は同じ素子のロッドレンズに面している。このことは個々の反転系の設計を、特に各素子のロッドレンズと薄い少なくとも１つのレンズが互いに接合されている時かなり単純化することを意味する。しかしレンズが接合されていない時でさえ、組立体は対向面が平面であるため、比較的単純な設計を有するスペーサーの挿入により単純化される。
【００２９】
請求項４は市場で入手できる屈折率が不均一の材料で本発明の実現に対する特に好都合な材料のデータを規定する。
【００３０】
請求項４によれば、屈折率は光軸上で波長λ＝５８７．６ｎｍに対し１．５３５９の値をもち、それが光軸から｜ｒ｜＝１．３５ｍｍだけの間隔で２．８×１０-3だけ減少した。屈折率のこのような変化は変動する屈折率の達成のための共通の芳法で実現でき、また直径がざっと１．５ｍｍ以上で８ｍｍ未満の範囲、好ましくは４ｍｍの内視鏡に特によく適している。示されたデータは勿論例証的な方法でのみ理解されるべきである。
【００３１】
請求項５は屈折率の波長に対する本質的放物形依存性の好ましい可能性を規定し、それにより、ロッドレンズの光軸上の屈折率ｎの波長λに対する関係は次のようになる：
ｎ（λ＝４８６．１ｎｍ）＝１．５４３０
ｎ（λ＝５８７．６ｎｍ）＝１．５３５９
ｎ（λ＝６５６．３ｎｍ）＝１．５３２９
【００３２】
請求項６で特徴となっている実施例では平凸レンズを、屈折率が不均一の材料からなることができる平面を備えるロッドレンズの両側に配設する。
【００３３】
単一像反転だけを備える反転系にあっては、これが収差、詳述すればそれぞれ、像面弯曲もしくは反りをさらに一層減らすことができるであろう。
【００３４】
しかしながら特に、２つの対称素子からなり、少なくとも３つの像反転を提供し、そのため中間像が各素子のロッドレンズに現れる（請求項９）反転系を規定することが可能である。
【００３５】
本発明の他の好ましい実施例では、各素子が屈折率が不均一である材料製のロッドレンズと、屈折率が均一で３つの像反転が各反転系で行われる状態にした２つの平凸レンズとからなる。
【００３６】
本発明の系はこのようにして、わずか６つの素子が３つの像反転をさせるに充分であるとする利点を示す。
【００３７】
請求項７に規定された実施例は、さらに改良した光学的特性をもって、本発明の内視鏡の構造、したがって組立体が２つの平凸レンズの少なくとも１つを、（そして請求項８により、好ましくは２つのレンズを）ロッドレンズに接合する配置によりさらに単純化されるというさらなる利点を示す。
【００３８】
したがって遠位配置のレンズを実際に、それぞれ像面弯曲もしくは反りが事実上ないように設計することがどのような場合でも可能で、そのため１つのしかも同一のレンズをそれぞれ必要とされる反転の数に関係なく用いることができる。
【００３９】
本発明はつぎに図面に関する実施例による一般的な発明の着想になんら制約を受けることなくさらに詳細に述べられよう。ついては明細書の本文中に詳細に説明されていない発明の詳細の開示に関する限り他のあらゆる点で言及されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１〜４ｂに指示された実施例に対し、図面参照番号１は全体的にレンズを示し、ここでは詳細に図示されていないが、内視鏡の遠位端部に配置され、同様ここでは示されていないが場面の像を像平面２に形成する。
【００４１】
レンズ１はそれ自体公知の方法で、（像角度と混同してはならない）目視の方向を曲型的例として０°、３０°、７０°およびそれ以上になることができる角度で備えることができる。
【００４２】
前記レンズ１の像平面２が以下さらに詳しく述べられる複数のその各々が少くとも１つの１対１の結像操作を行うリレーレンズもしくは反転系により内視鏡の近位端部に達して投影される。
【００４３】
図に示された実施例では、単に１つの反転系だけが示されている。上記ですでに詳述したように、本発明によれば、殆ど数に関係なく反転系を極めて僅かな像面弯曲のため「連続的結合」が可能である。
【００４４】
図１に示された実施例では、反転系はレンズ素子３、４、６ならびに７からなる。この反転系が平面２を（さらなる）平面８に投影する。図面参照番号５は（図示された）反転系の開口部を示す。
【００４５】
図１に示された実施例では、各反転系が前記開口部５に対し対称である３つの素子からなる。各素子は、平面を備えるそれぞれ屈折率が不均一の材料製のロッド３もしくは７を含む。すなわち特に、前記屈折率Ｎは光軸から半径ｒ方向配向に沿う、すなわち光軸に対し直交方向に次式に従って減少し、その変化関数は放物形であり、光軸に対して回転的対称である。
Ｎ（ｒ）＝１．５３５９−１．５３６４×１０-3×ｒ2
【００４６】
平凸レンズ４もしくは６はそれぞれロッド３もしくは７の前記開口部５に面する面にそれぞれ接合される。因みに前記レンズ４もしくは６は「光学的に薄い」ものである。
【００４７】
上記に詳述したように、前記２つのロッド３もしくは７の各々は屈折率が不均一の材料からなる一方、レンズ４もしくは６は屈折率が均一の材料からなる。
つぎの表１乃至３は第１の実施例の数値変形の数値データを示す。尚、表１乃至３のそれぞれにおいて、＊は屈折率が不均一の材料の、光軸上の屈折率ｎを波長λ＝５８７．６ｎｍについて示す。本実施例において、ロッド３および７は、光軸上の屈折率ｎが波長λに対して次の関係を満たす波長依存性を有する。
ｎ（λ＝４８６．１ｎｍ）＝１．５４３０
ｎ（λ＝５８７．６ｎｍ）＝１．５３５９
ｎ（λ＝６５６．３ｎｍ）＝１．５３２９
【００４８】
【表１】
0004688243.tif 000004
【００４９】
【表２】
0004688243.tif 000005
【００５０】
【表３】
0004688243.tif 000006
【００５１】
領域Ｎｏ．ｉは平面２（Ｎｏ．１）に面するロッド３の面から平面８（Ｎｏ．６）に面するロッド７の面まで連続して数えられる。接合域は通常通りただ１回として示される。領域Ｎｏ．ｉの線に示された間隔は、レンズの厚さもしくは領域ｉの光端部と、光軸上に配置された（ｉ＋１）の間のいわゆる空隙である。屈折率ｎとアッベ係数ｖは対応して前記領域ｉと（ｉ＋１）の間にある材料の材料データである。これらの概略値は類推としてつぎの実施例に当て嵌まる。
【００５２】
前記領域の半径と間隔もしくは厚さはｍｍで示される。屈折率ｎとアッベ係数ｖはそれぞれ波長λ＝５８７．６ｎｍに対し規定される。
【００５３】
下記する表４は光学的特性、すなわち横方向球面収差δy、色収差ならびに前述の第１の実施例に数値的に示された３つの変形のサジタル像面弯曲（Ｓ）および接線像面弯曲（Ｔ）を、市場で入手できる系に用いられるような均一材料の通常の反転系と比較する。さらに対応するデータは不均一材料のそれぞれロッド３もしくは７に対し規定されている：
【００５４】
【表４】
0004688243.tif 000007
【００５５】
様々の収差を示す前記表４は、現在内視鏡に用いられている従来の系と比較して、本発明の系は前記接線とサジタルの両方向に最高２桁のオーダーだけ下がった像面反りを僅かに大きい横方向球面収差で示すが、しかしながらそれは実際問題として無視できる程度小さく、また僅かに大きい色収差で示すが、これも同じように実際問題として無視できる。像面弯曲は特に接線方向で可能な限り大きく減らされる。これは先行技術と比較して像の品質の改良には決め手となる。
【００５６】
本発明の第２の実施例では、それぞれの平凸レンズ４、４’もしくは６、６’がそれぞれロッド３もしくは７の両面で接合されていて、「光学的に薄い」ものである。
【００５７】
図２ａは図２ｂが度数０°のレンズの構造を示すのに対し全体の構造を示す。
ロッド３もしくは７のいずれも屈折率が不均一の材料からなるのに対し、レンズ４、４’または６、６’は屈折率が均一の材料からなる。
【００５８】
図３ａと４ａは図３ｂと４ｂがそれぞれのレンズの構造を示しているのに対し、度数が３０°と７０°のレンズが用いられている全体の構造を示す図である。
【００５９】
次の表５は３つの像反転のために設けられた第２の実施例による反転系の数値データを表わす。本実施例のロッド３および７も、先の実施例におけると同様に、その屈折率Ｎが半径ｒに対して放物形の関数である次式に従って減少する。
Ｎ（ｒ）＝１．５３５９−１．５３６４×１０-3×ｒ2
【００６０】
【表５】
0004688243.tif 000008
【００６１】
先の実施例と同じように、＊は屈折率が不均一の材料の、光軸上の屈折率ｎを波長λ＝５８７．６ｎｍについて示し、本実施例のロッド３および７も、先の実施例における同様に、光軸上の屈折率ｎが波長λに対して次の関係を満たす波長依存性を有する。
ｎ（λ＝４８６．１ｎｍ）＝１．５４３０
ｎ（λ＝５８７．６ｎｍ）＝１．５３５９
ｎ（λ＝６５６．３ｎｍ）＝１．５３２９
【００６２】
先に詳述したようにレンズ１は、特定の数の反転系に対し規定されている接線およびサジタル（横方向）像面弯曲を内視鏡内の公知のレンズと区別して示す必要はない。
【００６３】
下記する表６は図２ｂに示され、また普遍的用途に適したレンズの数値データを表わす。
【００６４】
【表６】
0004688243.tif 000009
【００６５】
レンズは焦点距離ｆが１．６ｍｍで、像面角（像角度）が２ω＝７０°である。像面反りは極めて小さい。他の目視方向の場合、同一の光路長をもつプリズム配列が平行面を備えるプレートの代りに用いられる必要がある。このような配置の実施例は図３ｂと４ｂに示され、このため数値データの仕様は不要にすることができる。
【００６６】
結論として、異なる長さと、それに対応して異なる数の反転系を備える内視鏡のモジュール構造は単一形式の反転系と単一レンズ形式（どのような目視方向に対しても）を用いることがいかなる場合でも可能である。これとは別にして、レンズの計算が単純化される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施例によるレンズの断面図である。
【図２ａ】本発明の第２の度数０ーのレンズの実施例によるレンズの断面図である。
【図２ｂ】図２ａによる実施例に用いられた度数０ーのレンズを示す図である。
【図３ａ】度数３０ーのレンズを備える第２の実施例を示す図である。
【図３ｂ】図３ａによる実施例に用いられた度数３０ーのレンズを示す図である。
【図４ａ】度数７０ーのレンズを備える第２の実施例を示す図である。
【図４ｂ】図４ａによる実施例に用いられた度数７０ーのレンズを示す図である。
【図１】
0004688243.tif 000012
【図２ａ】
0004688243.tif 000013
【図２ｂ】
0004688243.tif 000014
【図３ａ】
0004688243.tif 000015
【図３ｂ】
0004688243.tif 000016
【図４ａ】
0004688243.tif 000017
【図４ｂ】
0004688243.tif 000018