(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボアスコープまたは内視鏡として使用するための装置であって、近位端および遠位端を有するチューブと、前記遠位端における観察ポートと、観察機器に転送するために観察ポートを通した視野の画像を受信する手段にして、長手方向の軸を画定しているチューブ内の画像受信手段と、前記長手方向の軸に対して４５°の角度で装着され、該軸から横方向にずらされた反射面を備え、前記長手方向の軸に対して垂直で、該軸と交差し、前記反射面の中心と交差する回転軸の回りに回転するように装着される第１の反射器と、前記長手方向の軸に対して４５°に装着され、該長手方向の軸と交差する反射面を備えた第２の反射器とを有し、前記観察ポートに入って来る光が前記第１の反射器により前記第２の反射器に向かって反射されて該第２の反射器により前記画像受信手段の中に入るようにし、装置は、さらに、視野を照明するための手段を有し、該照明するための手段は、前記チューブの遠位端において第３の反射器に光を伝送するための手段を有し、前記第１の反射器に対して前記長手方向の軸の回りに対称状に装着され、前記回転軸の回りに前記第１の反射器と同期して回転することができる反射面を備える装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記画像を受信するための手段が、画像を前記チューブの遠位端から近位端へ転送するための複数のレンズを含む装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、前記観察機器が前記チューブの近位端においてアイピース・アセンブリを有する装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、前記画像を受信するための手段が画像からビデオへの変換装置を有する装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、前記観察機器がビデオ画像を表示するための画面を有する装置。
【請求項６】
前記請求項の何れかに記載の装置において、前記光を伝送するための手段が、光ファイバの束および少なくとも１つのライト・ガイドおよび／または少なくとも１つの直角のプリズムを有する装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、前記光を伝送するための手段が３つの直角プリズムを含む装置。
【請求項８】
前記請求項の何れかに記載の装置において、前記光を伝送するための手段が直角プリズムを含み、その斜面が前記第１の反射面の背後に隣接する装置。
【請求項９】
前記請求項の何れかに記載の装置において、前記の第１、第２および第３の反射器の１つまたはそれ以上が直角プリズムを有する装置。
【請求項１０】
前記請求項の何れかに記載の装置において、前記第１の反射器が前記回転軸の回りに回転する際に観察される画像の回転を防止するための手段をさらに含む装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、前記画像を受信する手段が、前記観察される画像の回転を防止するために、前記第１の反射器と同期して回転するように装着される画像からビデオへの変換機器を有する装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の装置において、前記観察される画像の回転を防止するための手段が、ダブ・プリズムおよび二重ダブ・プリズムまたはペチャン・プリズムを有する装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、前記回転防止プリズムによって作り出される画像の反転を補正するための手段をさらに有する装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の装置において、前記画像の反転を補正するための手段が、ダブ・プリズムおよび二重ダブ・プリズムまたはペチャン・プリズムを有する装置。
【請求項１５】
前記請求項の何れかに記載の装置において、装置は約１２０°の範囲にわたって可変の見通し方向を提供するように動作することができる装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ボアスコープまたは内視鏡において見通し方向を変えるための改良形スイング・プリズム装置に関する。
【０００２】
ボアスコープおよび内視鏡は、例えば、複雑な機械の内部または人体の内部などの離れた場所または近付くことができない場所における特徴を見るための周知の装置である。多くのそのような装置は、観察する方向を連続的に変えられるようにするために装置の遠位端に回転可能なプリズム（いわゆる、「スイング・プリズム」）が設けられている。通常、得ることができる見通し方向の変化の最大範囲は７０°の領域内であり、前方向および横方向を見るためには普通は異なるスコープを設ける必要がある。
【０００３】
本発明は、ボアスコープまたは内視鏡として使用するための装置を提供する。該装置は近位端および遠位端を有するチューブと、その遠位端にある観察ポートと、チューブ内で観察機器に送信するため観察ポートを通して視野の画像を受信するための、長手方向の軸を画定する画像受信手段と、その長手方向の軸に対して４５°の角度で該軸から横方向にずらして装着した反射面を備え、長手方向の軸に対して直角に交差し、反射面の中心を横切る回転軸の回りに回転するように装着される第１の反射器と、長手方向の軸に対して４５°の角度で装着され、長手方向の軸が横切る第２の反射器であって、観察ポートに入って来る光が第１の反射器によって第２の反射器へ反射され、第２の反射器によって画像受信手段の中へ反射するようになっている第２の反射器とを有し、さらに、視野を照明するための手段を有し、その照明手段はチューブの遠位端にある第３の反射器に光を送るための、そして第１の反射器に対して長手方向の軸の回りに対称状に装着される反射面を備え、回転軸に関して第１の反射器と同期して回転することができる手段を有する。
【０００４】
画像を受信するための手段は、その画像をチューブの遠位端から近位端へ転送するための複数のレンズを備えることができる。この場合、観察機器はチューブの近位端においてアイピース・アセンブリを有することができる。
【０００５】
これに代えて、画像を受信するための手段は、画像からビデオへの変換機器を備えることができる。この場合、観察機器はビデオ画像を表示するための画面を備えることができる。
【０００６】
光を伝送するための手段は、光ファイバの束および少なくとも１つのライト・ガイドおよび／または少なくとも１つの直角プリズムを備えるのが便利である。
【０００７】
１つの実施形態においては、光を伝送するための手段は３つの直角プリズムを備える。
【０００８】
光を伝送するための手段は、斜面が第１の反射面の背後に隣接するように装着される直角プリズムを備えることができる。
【０００９】
本装置においては、第１、第２および第３の反射器のうちの１つまたはそれ以上が、通常は直角プリズムを備える。
【００１０】
本装置は、第１の反射器が回転軸の回りに回転する際に観察された画像が回転するのを防ぐための手段をさらに備えることができる。
【００１１】
画像受信手段が画像からビデオへの変換機器を備えるとき、それは観察された画像の回転を防ぐために第１の反射器と同期して回転するように装着することができる。
【００１２】
これに代えて、観察された画像の回転を防止するための手段はダブ（ｄｏｖｅ）プリズム、二重ダブ・プリズムまたはペチャン（Ｐｅｃｈａｎ）プリズムを備えることができる。
【００１３】
この場合、回転防止プリズムによって作られる画像の反転を補正するための手段も備えることが好ましい。
【００１４】
画像の反転を補正するための手段も、ダブ・プリズム、二重ダブ・プリズムまたはペチャン・プリズムを備えることができる。
【００１５】
また、本発明は、ボアスコープまたは内視鏡を使用するための装置を提供する。該装置は、近位端および遠位端を有するチューブと、その遠位端にある観察ポートと、観察機器に送信するために観察ポートを通して視野の画像を収集するための手段と、視野を照明するための手段とを有し、その照明手段は光を遠位端へチューブを通して伝送するための複数の光ファイバと、ファイバからの光をチューブから反射させて出すように動作可能な反射器とを有し、ファイバからの光を反射器に伝送するための手段は少なくとも１つのライト・ガイドおよび／または少なくとも１つの直角プリズムを備える。
【００１６】
好適には、反射器は回転可能に装着され、直角プリズムを備えることができる。
【００１７】
好適には、光を伝送するための手段の中の各ライト・ガイドおよび／または直角プリズムは、隣接する各ライト・ガイドまたはプリズムから、約１波長より大きい間隔だけ隔てられている。
【００１８】
添付の図面を参照しながら、本発明を詳細に説明するが、この説明は単に例示としてのものに過ぎない
【００１９】
図１ａは、ボアスコープまたは内視鏡１０の遠位端における従来のスイング・プリズム装置の概略図である。直角プリズム１２が、観察ウィンドウ１４を通して受信した光を、スコープ１０の近位端に（あるいは、ビデオ画面へ伝送するためのＣＣＤチップなどの、画像からビデオへの変換機器に画像用レンズを通して直接）伝送するために光学的トレイン１６の中に反射する。見通し方向（ＤＯＶ）は、スコープ１０の中の画像受信構成部品（図示のような光学的トレイン１６を形成するレンズのリレー、あるいはＣＣＤチップなどの画像からビデオへの変換機器）によって形成される長手方向の軸Ｌと、視野（ＦＯＶ）の中心を画定する見通し軸Ｖとの間の角度である。図１ａにおいて、見通し方向は９０°である。しかし、プリズム１２は紙面に直角な軸ｒの回りに回転するように装着されるので、見通し方向を変えるために図１ｂおよび図１ｃに示されているようにそれを傾けることができる。
【００２０】
そのような機構によって実現できるＤＯＶの変化の範囲は、プリズム１２を通る光線のフットプリント（光跡）に関連したプリズム１２のサイズによって基本的に制限される（光線のフットプリントは与えられた面における光線の束によって占められる領域である）。プリズム１２が傾けられているので、ＤＯＶにおける角度シフト（移動）は、プリズム１２の向きにおける実際の角度変化の２倍である。それ故、プリズムが回転する際、プリズムの入力面１３上の光線のフットプリントがシフトし、プリズム１２のエッジによって実質的に切り取られることになる。
【００２１】
プリズム１２における光線のフットプリントを最小にするために、その光学系は普通はその系の入口のひとみがプリズム１２のミラー型の表面１５に、あるいはその近くに落ちるように設計される。光学系の入口のひとみは対物空間にて見た制限用開口の画像である。ボアスコープまたは内視鏡においては、入口のひとみは、普通は、光線が最も小さいフットプリントを占める系の部分である。入口のひとみのサイズは、その系によって収集される光の量を決定し、スコープによって提示される画像の最大輝度および／または画像のサイズに関連付けられる。スコープの基本設計パラメータ、すなわち、入口のひとみのサイズ、プリズムのサイズ、視野およびＤＯＶにおける変化の範囲（「スイング範囲」と呼ばれることがある）の間には釣り合いがある。一般的に、与えられたサイズのプリズム１２に対して、実現可能なスイング範囲は視野または入口のひとみのサイズが増加するにつれて減少する。
【００２２】
ＤＯＶにおける変化の範囲を大きくすることができる本発明の第１の実施形態を図２に概略的に示す。この場合、例えば、斜面にミラー・コーティングが施されている２つの直角プリズムなどの２つの反射器１８、２０が設けられている。第１のプリズム１８は、紙面内にある軸Ｒの回りに回転するように装着され、プリズム１８の反射斜面２２と４５°の角度でその中心点において交差する。第２のプリズム２０は固定されている。このように、第１のプリズム１８によって受信した光が、その斜面２２から第２のプリズム２０へ反射され、第２のプリズム２０の斜面２４によってスコープ１０の光学的器材の列１６（または画像レンズまたはＣＣＤチップなど）へ反射される。
【００２３】
図示されている装置は、前方向の見通し、すなわち、０°のＤＯＶを提供する。しかし、第１のプリズム１８が軸Ｒの回りに回転させられると、（紙面に直角の平面内で計った）ＤＯＶおよびプリズム１８の入力面２６を通して受信した光線の方向も、プリズム１８そのものが回転するのと正確に同じ角度だけ紙面から回転することになる。このように、プリズム１８を通る光線のフットプリントはプリズム１８が回転する際には変化しない。
【００２４】
それ故、この装置においては、スイングの範囲はプリズム１８のサイズによっては基本的には制限されなくなっており、プリズムは必要な入口のひとみのサイズおよび視野を収容するのに十分な大きさであればよい。実現可能なスイングの範囲はスコープ１０先端の機械装置および障害物によってのみ制限される。
【００２５】
本発明によるスイング・プリズム装置によって、従来のスコープよりずっと広い範囲のＤＯＶにおける変化が可能である。例えば、０°〜１２０°の範囲を簡単に得ることができ、単独のスコープによる前方向および横方向の観察の両方が可能となる。
【００２６】
しかし、ほとんどの環境においてボアスコープまたは内視鏡を使用するために、視野（ＦＯＶ）を照明する必要がある。通常、光ファイバの束が、そのスコープの近位端および遠位端における光源からの光を伝達するためにスコープの中に設けられており、それが観察ポートに隣接する照明ポートから突き出ている。ＤＯＶが変化するにつれて、視野がその照明の範囲から外れる可能性がある。従来のスイング・プリズムのスコープは、光ファイバの束をいくつかのアームに分割し、各アームをＤＯＶの範囲の異なる領域上で光を投影するように導くことによってこの問題を克服している。しかし、ＤＯＶの範囲が広くなればなるほど、各領域において提供される照明の強度が低くなり、その観察される画像の中の対応する輝度が低下する。
【００２７】
本発明によれば、この制限は、照明の方向を変え、それが常に観察の方向と一致するようにすることによって避けることができる。
【００２８】
図３は、スコープから投影される照明の中心を画定する照明軸Ｉが見通し方向と同期して変化する１つの実施形態の概略図である。ここで、第３のプリズム２８が伝送手段（以下にさらに説明する）からの光を受信し、図に示されているようにスコープ１０の外へ反射する。第３のプリズム２８は第１のプリズム１８に関して長手方向の軸Ｌの回りに対称状に置かれており、第１のプリズム１８に対して、それらが同じ軸Ｒの回りに同期して回転するようにリンクされ、それにより、ＤＯＶと同じ方向に光を導く。視野ＦＯＶおよび照明のフィールドＦＯＩは図に示されているように互いに横方向にずらされているが、スコープ１０から数ミリメートルの範囲内でこの２つはオーバラップしており、実際的にその視野が照明されるようになっている。
【００２９】
矢印３０の方向に第３のプリズム２８の中に光を提供するために、光が長手方向の軸Ｌと一般的に平行の方向に光ファイバの束（図３には示されていない）によってスコープ１０から伝送される。次に、この光は第３のプリズム２８に入るために少なくとも９０°曲がって方向を変えられなければならない。例えば、５ｍｍの直径の代表的なボアスコープの狭い領域内で光ファイバの束自身をそのような角度に曲げることは不可能である。しかし、これは一連のライト・ガイドおよび直角プリズムによって、図４に示しているように実現することができる。
【００３０】
光ファイバの束(図示せず）からの光を直角の断面の従来のライト・ガイド３４の中に直接結合することができる。ライト・ガイド３４に入る光は、光ファイバの束の中央にあるファイバからか、あるいはその端にあるファイバからのいずれであっても、その光が比較的大きい角度θでファイバの方向に導かれるときであっても、ライト・ガイド３４の側壁からの総合の内部反射によって、効率的に入れられる。ライト・ガイドから脱出する光は、直角プリズム３６によって９０°曲げられて第２のライト・ガイド３８の中に入ることができる。プリズム３６は２つのライト・ガイド３４、３８の端にできるだけ近く、触れずに置かれなければならない。表面における総合の内部反射を維持するために、小さなギャップ９（約１波長より大きい）が必要である。
【００３１】
図４で見ることができるように、第１のライト・ガイド３４内に入っている光は、必然的にプリズム３６内にも入る。何故なら、プリズム３６の出口の面３７は第１のライト・ガイド３４の側壁の継続と考えることができ、総合的に同じように入射光を反射するからである。プリズム３６の入口の面３５は斜面３９からの反射によって９０°曲げられた光に対して同様に働く。
【００３２】
このように、一連のライト・ガイドおよびプリズムを使用して必要であれば複雑な折れ曲がった径路を通して光を操作することができる。例えば、図５に示しているように固定のプリズム２０と背中合わせに配置される第４のプリズム４０に入るように光を１８０°回転させることができる。この第４のプリズムは光をさらに９０°回転させて第３のプリズム２８へ入れる。照明光がスコープ１０に沿って同じ軸距離にある点から導かれるので、画像を収集するプリズム１８および２０のように、短い先端長（すなわち、スコープ１０の遠位端と観察ウィンドウとの間の長さ）を実現することができる。これは特に制限された空間の中で使用するのに有利である。
【００３３】
図６ａから図６ｃは、スコープ１０の先端内に本発明を実施する方法を概略形式で示す。図６ａは、スコープ先端の上部からの部分断面図である。図６ｂおよび図６ｃは、スコープ先端の端面および側面をそれぞれ示しており、双方の場合に、回転可能なプリズム１８および２８が、図６ａに示されているそれぞれの位置と比較したときに約１２０°だけ軸Ｒの回りに回転している。
【００３４】
図６ｃから最もよく判るように、光ファイバの束３２がスコープ内で４つのプリズム１８、２０、４０および２８の下に、そして光学的器材の列１６の下に設けられている。さらに２つの固定したプリズム４２および４４が、ファイバ３２からの光を１８０°回転させて第４のプリズム４０に入れるように設けられている。第４のプリズム４０は、光を９０°回転させて回転しているプリズム２８の中に入れる。回転するプリズム２８が再びその光を９０°回転させて観察ウィンドウ４６を通してスコープから脱出させる。観察ウィンドウ４６は、回転するプリズムを収容するため、そして大きなスイング範囲を許すために部分的に球面であることが好ましい。図６ｃに示すように、この装置は１２０°のスイング範囲を賄うことができる。０°および９０°のＤＯＶを比較のために点線で示している。
【００３５】
従来のスイング・プリズム・スコープにおいては、光は１つの直角プリズムだけを通過するので、その画像は左右反転され、それをスコープの中のどこかで補正する必要がある。本発明のスイング・プリズム装置においては、観察される物体から受信した光は２つの直角プリズム１８、２０を通過し、したがって、プリズム２０から光学的器材の列１６へ入って来る画像は左右反転されない。しかし、画像は回転可能なプリズム１８が動かされるにつれて回転する。この画像の回転は各種の方法で除去することができる。
【００３６】
例えば、スコープ１０が光学的器材の列１６ではなく、ＣＣＤチップおよびイメージング・レンズ(図示せず）を含み、画像が固定のプリズム２０からイメージング・レンズを通してチップに直接提供されるようになっている場合、チップ自身を、回転してプリズム１８の回転を補償するように配置することができる。
【００３７】
これに代えて、画像の回転に対して光学的手段を設けることができる。従来の光学的リレー器材列１６を使用するボアスコープにおいては、回転するプリズム１８の回転を適切な画像回転プリズムの補正回転に対して機械的にリンクすることができる。その画像回転プリズムは、リレー・レンズ区画の内部、あるいはスコープ１０の近位端にある接眼アセンブリ(図示せず）の内部のいずれかに含めることができる。適切なプリズム装置は、図７ａから図７ｃの中にそれぞれ示されているように、ダブ・プリズム５０、二重ダブ・プリズム５２およびペチャン・プリズム５４を含む。ダブ・プリズムおよび二重ダブ・プリズムは、平行光においてのみ動作することができ、したがって、平行なリレー区画の中、あるいは接眼レンズの背後のいずれかに置かれなければならない。ペチャン・プリズム４６は、発散ビームまたは収束ビームにおいて動作することができる。それ故、システム内での配置に、より大きな柔軟性を提供する。
【００３８】
これら３つの例は限定的なものではなく、当業技術分野では周知の多くの他の装置を使用して画像の回転を除去することができることを理解することができるだろう。
【００３９】
画像の回転をなくすためにプリズムを使用することの結果として必然的に画像の反転が生じるので、これはその光学系内のどこかに第２の回転しないダブ・プリズム、二重ダブ・プリズムまたはペチャン・プリズムを設けることによって除去しなければならない。
【００４０】
本発明のシステムのもう１つの利点は、後焦点タイプの設計において発散レンズ要素が使用できることである。負のレンズ要素を使用することは、大きな視野を必要とする固定のＤＯＶシステムにおいて普通に行われることである。負のレンズ要素は大きく傾斜した、軸を外れた主光線をプリズム面上の実効的な開口絞りに向かって導き、プリズムによって捉えられる光の量およびその光学系に入る光の量を最大にするように働く。これは図１ａから図１ｃに示すタイプの従来のスイング・プリズム・スコープでは不可能である。何故なら、プリズム１２が回転する際、発散レンズ要素上の光軸がシフトし、許容できない光の収差を生じるからである。しかし、本発明によるスイング・プリズム装置が利用されると、図８に示すように、負のレンズ要素５６を第１の回転プリズム１８の入力面の前に置くことができる。負のレンズ要素５６が軸Ｒの回りにプリズム１８と一緒に回転するように配置される場合、負のレンズ要素５６上の光軸はシフトしない。それ故、光学系に入って来る光の量およびその結果としての画像の得られる輝度が増加する。
【００４１】
当業者であれば理解するように、本発明は見通し達成可能な方向における変化を大幅に増加させた改良形スイング・プリズム・スコープを提供し、それにより、前方向および横方向の観察のための別々のスコープが不要となることが明らかである。また、照明の方向を変えるための手段も、その変化する視野内の任意の場所にある物体を効果的に観察するために適切に照明することができることを確保する。また、特許請求の範囲から逸脱することなしに、ここに記述された正確な詳細および構成に対して多数の修正および変更を行うことができることは当業者であれば理解することができるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ａ〜ｃはボアスコープまたは内視鏡の遠位端における従来の技術のスイング・プリズム装置の概略図である。
【図２】  本発明の一実施形態によるスイング・プリズム装置の概略図である。
【図３】  方向性の照明を提供するための手段をさらに含む、図２のスイング・プリズム装置の概略図である。
【図４】  光の進路を９０°変えるためのライト・ガイド装置の概略図である。
【図５】  方向性の照明をさらに詳細に示した図３の装置の概略図である。
【図６】  ａ〜ｃは本発明の実際的な実施形態の概略図である。
【図７】  ａ〜ｃは画像の回転を補正するための装置を示す。
【図８】  後方焦点レンズ・システムも含む図２に示す装置の概略図である。
【図１ａ】
0004458221.tif 000002
【図１ｂ】
0004458221.tif 000003
【図１ｃ】
0004458221.tif 000004
【図２】
0004458221.tif 000005
【図３】
0004458221.tif 000006
【図４】
0004458221.tif 000007
【図５】
0004458221.tif 000008
【図６ａ】
0004458221.tif 000009
【図６ｂ】
0004458221.tif 000010
【図６ｃ】
0004458221.tif 000011
【図７ａ】
0004458221.tif 000012
【図７ｂ】
0004458221.tif 000013
【図７ｃ】
0004458221.tif 000014
【図８】
0004458221.tif 000015