(57)【要約】      （修正有）【課題】視野方向の範囲の拡張に伴い観察領域に必要とされる空間を増大させることなく、調整可能な視野角の範囲を拡張する。【解決手段】本発明の内視鏡は長手形状を有し剛体のシャフト１２と、シャフト１２の終端部に配置されて観察領域からの光を受光する光学撮像系１８とを備えており、光学撮像系１８は、シャフト１２の縦軸１３をほぼ横切る方向に延びる第１の回動軸３８を中心として、シャフト１２に対し回動可能である。また光学撮像系１８は、第１の回動軸３８から間隔を置いて配置された回動軸４０であって、シャフト１２の縦軸１３をほぼ横切る方向に延びる少なくとも１本の第２の回動軸４０を中心として、シャフト１２に対し回動可能であり、かつ、光学撮像系１８の第１の回動軸および少なくとも１本の第２の回動軸３８，４０を中心とする全回動範囲はシャフト１２の縦軸１３から少なくとも１５０°である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手形状を有するシャフト（１２）と、前記シャフト（１２）の実質的に剛体の終端部に配置されて観察領域からの光を受光する光学撮像系（１８）とを備えた内視鏡であって、
前記光学撮像系（１８）は、前記シャフト（１２）の縦軸（１３）をほぼ横切る方向に延びる第１の回動軸（３８）を中心として、前記シャフト（１２）に対し回動可能であり、
前記第１の回動軸（３８）から間隔を置いて配置され、前記シャフト(１２）の前記縦軸（１３）をほぼ横切る方向に延びる少なくとも１本の第２の回動軸（４０）を中心として、前記光学撮像系（１８）が、前記シャフト（１２）に対し回動可能であり、
前記第１の回動軸および前記少なくとも１本の第２の回動軸（３８、４０）を中心とする前記光学撮像系（１８）の全回動範囲が、前記シャフト（１２）の前記縦軸（１３）から少なくとも１５０°であることを特徴とする内視鏡。
【請求項２】
前記全回動範囲が前記シャフト（１２）の前記縦軸（１３）から少なくとも約１８０°であることを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
前記光学撮像系（１８）が、前記第１のおよび／または前記少なくとも１本の第２の回動軸（３８，４０）の周りを、前記縦軸（１３）から互いに反対の方向に回動可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の内視鏡。
【請求項４】
前記光学撮像系（１８）が前記第１の回動軸（３８）の周りを、少なくとも約７０°ないし約１１０°の範囲で回動可能であり、また前記少なくとも１本の第２の回動軸（４０）の周りを、少なくとも約４０°ないし約１１０°の範囲で回動可能であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項５】
前記第１の回動軸（３８）と前記少なくとも１本の第２の回動軸（４０）とが、互いに略平行であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項６】
前記光学撮像系（１８）は少なくともその一部が、第１のシャフト部（３２）に回動可能に取り付けられて前記第１の回動軸（３８）の周りを回動可能である終端側ヘッド（１６）内に配置されており、前記第１のシャフト部（３２）は第２のシャフト部（３４）に回動可能に取り付けられて、前記少なくとも１本の第２の回動軸（４０）の周りを回動可能であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項７】
前記終端側ヘッド（４６）が実質的に球形のハウジング（２０）を有することを特徴とする、請求項６に記載の内視鏡。
【請求項８】
前記光学撮像系（１８）が、電子撮像素子（２４）と、前記撮像素子（２４）に検知させるべき物体を撮像するための撮像光学部品（２２）とを備え、前記撮像素子（２４）と前記撮像光学部品（２２）とは前記終端側ヘッド（１６）に配置されていることを特徴とする、請求項６または７に記載の内視鏡。
【請求項９】
前記光学撮像系（１８）が、前記シャフト（１２）の前記縦軸（１３）の周りを回転可能であることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項１０】
前記回転の範囲が約３６０°であることを特徴とする、請求項９に記載の内視鏡。
【請求項１１】
前記第２のシャフト部（３２）が前記シャフト（１２）の固定部（１４）に対し回転可能であることを特徴とする、請求項６ないし８のいずれかおよび請求項９または１０に記載の内視鏡。
【請求項１２】
前記光学撮像系（１８）の、前記第１および／または前記少なくとも１本の第２の回動軸（３８、４０）を中心とする回動を制御するために、制御機構（４４）が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項１３】
前記制御機構（４４）が、前記光学撮像系（１８）の前記第１の回動軸（３８）を中心とする回動と、前記少なくとも１本の第２の回転軸（４０）を中心とする回動とを、それぞれ独立して制御できるように構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載の内視鏡。
【請求項１４】
前記制御機構（４４）が、第１のホイール（４８）を有する少なくとも一個のギア（４６）を有し、前記第１のホイール（４８）が、前記終端側ヘッド（１６）に固定された第２のホイール（５０）と噛合していることを特徴とする、請求項１２または１３および請求項６ないし１０のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項１５】
前記終端側ヘッド（１６）を前記第１のシャフト部（３２）に対して回動させるために、前記制御機構（４４）が、ベルト駆動部（５４；７２）を備えていることを特徴とする、請求項１２ないし１４のいずれかおよび請求項６ないし１０のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項１６】
前記ギア（４６、５２）または前記ベルト駆動部（５４；７２）を駆動するために、前記制御機構（４４）が、少なくとも１つの電気モータ（５６）を備えていることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の内視鏡。
【請求項１７】
前記第２のシャフト部（３４）に対する前記第１のシャフト部（３２）の回動を制御するために、前記制御機構（４４）が、ギア（５８）またはベルト駆動部を備えていることを特徴とする、請求項１２ないし１６のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項１８】
前記制御機構（４４）が、前記第１のシャフト部（３２）を前記第２のシャフト部（３４）に対して回動させるための前記ギア（５８）または前記ベルト駆動部を駆動するための少なくとも１つの電気モータ（６２）を備えていることを特徴とする、請求項１７に記載の内視鏡。
【請求項１９】
前記制御機構（４４）が、前記シャフト（１２）の固定部（１４）に対する前記第２のシャフト部（３４）の回転運動を制御するためのギア（６４）を備えていることを特徴とする、請求項１１および請求項２ないし１８のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項２０】
前記制御機構（４４）が、前記第２のシャフト部（３４）を回転させるための前記ギア（６４）を駆動するための少なくとも１つの電気モータ（７０）を備えていることを特徴とする、請求項１９に記載の内視鏡。
【請求項２１】
前記電気モータ（５６、６２、７０）はステップモータであることを特徴とする、請求項１６、１８、または２０に記載の内視鏡。
【請求項２２】
光を前記観察領域に伝送するための照明系（２８）をさらに備え、前記照明系（２８）は前記光学撮像系（１８）と共に前記第１の回動軸および前記少なくとも１本の第２の回動軸の周りを回動可能であることを特徴とする、請求項１ないし２１のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項２３】
前記照明系（２８）が、前記光学撮像系（１８）に隣接して配置されている少なくとも一個の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光源を備えていることを特徴とする、請求項２２に記載の内視鏡。
【請求項２４】
前記照明系（２８）が、環状（３０）、または前記光学撮像系（１８）の光入射窓（２９）の全周囲もしくは少なくとも一部を取り囲む、少なくとも部分的環状に構成された光源を備えていることを特徴とする、請求項２２または２３に記載の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長手形状を有するシャフトと、シャフトの実質的に剛体の（不撓性である）終端部に配置されて観察領域からの光を受光する光学撮像系とを備えた内視鏡であって、光学撮像系が、シャフトの縦軸をほぼ横切る方向に延びる第１の回動軸を中心として、シャフトに対し回動可能であることを特徴とする内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような内視鏡は下記特許文献１により公知である。
内視鏡は医学的、特に外科的用途や工業的用途に用いられる。
医学的処置において内視鏡は、例えば腹腔鏡手術、子宮鏡手術、または関節鏡手術等の最小侵襲手術に使用されている。最小侵襲手術は、往々にして患者に与える苦痛が少なくてすむことから、広範囲に普及してきている。内視鏡は外科手術的処置のみならず、内科医が医療機器を身体腔に挿入する際、正確な位置決めの一助となる純観察用の器具としても用いられている。
【０００３】
工業的用途の例として、内視鏡は、機械もしくは機械部品中の空隙部の検査用、または内燃機関における動的過程の観察用に使用されている。
本発明は、医学的用途の内視鏡にも、また工業的用途の内視鏡にも適用可能である。
内視鏡は、観察者が遠くから観察領域を観察することを可能にする。このため内視鏡は、シャフトの終端部に配置されて観察領域からの光を受光する光学撮像系を備えている。
【０００４】
光学撮像系は通常、内視鏡の視野方向を決定する対物レンズ装置または光入射窓を備えている。光学撮像系はさらに、電荷結合素子（ＣＣＤ）チップ等の電子撮像素子を備えることも可能であり、電子撮像素子も内視鏡シャフトの終端部に配置されて、対物レンズ装置と隣接している。
従来の内視鏡はそのほとんどが剛体のシャフトを有し、視野方向が限られ固定されている。よって医学的な内視鏡の場合、その視野方向を身体腔内で変えるために外科医は通常、内視鏡全体を物理的に配置し直すか、あるいはその内視鏡を全部取り去って、所望の視野角を備える内視鏡と交換しなければならなかった。このような内視鏡の操作および交換は外科手術を煩雑にし、また、内視鏡がふとしたはずみで身体組織に接触して、組織に不慮の損傷を与えてしまう危険性を高めることになるので、好ましくない。
【０００５】
このため、内視鏡を大きく動かすことなく、その視野角を変えることができるよう、数種の設計が提案されている。しかしながら、内視鏡は直径約３ｍｍと小型であることから、このような設計は制限を受け、利用可能な選択肢も限られる。
下記特許文献１により公知の内視鏡は、移動式ヘッドに支持された光学撮像系が終端部に設けられた、長手形状を有する剛体のシャフトを有している。移動式ヘッドおよび光学撮像系は、シャフトの縦軸をほぼ横切る方向に延びた回動軸を中心として、シャフトに対し回動可能である。
【０００６】
移動式シャフトが０°の位置にあるとき、光学撮像系の視野方向はシャフトの縦軸上にあり、これによって前方直視が可能となる。視野方向を変更するため、移動式ヘッドはシャフトの縦軸を含む一平面上で回動軸の周りを回動可能とされている。
この公知の内視鏡の欠点は、移動式ヘッドが最大でも約９０°しか回動軸の周りを回動できないことである。このように、この公知の内視鏡は、そのシャフトの終端部より後方側へ視野方向を向けるには不適当である。内視鏡シャフトの終端部より後方に位置する観察領域にある物体を観察するためには、内視鏡を引き戻すか、あるいはこの内視鏡を後方視用の内視鏡に交換する必要がある。既に述べた通り、このような内視鏡の移動または交換は好ましくない。
【０００７】
視野方向が可変の、別の内視鏡が下記特許文献２に開示されている。この公知の内視鏡はガラス製のハウジングがその終端部に載置された剛体のシャフトを備えており、ハウジングはシャフトの縦軸から偏心するよう配置されている。光学撮像系がハウジング中に配置されている。電気式モータおよびギアを有する制御機構により、光学撮像系はシャフトの縦軸方向に垂直な回転軸の周りを回転可能となっている。この設計により、視野方向を縦軸から１８０°（後ろ）方向に向けるよう調整することが可能となるが、０°方向における視線がシャフトの縦軸方向から偏心しているという欠点があった。このような０°方向における視線の縦軸方向からの偏心は、この公知の内視鏡を使いこなすのにある程度の習熟を必要とした。
【０００８】
さらに、下記特許文献３が視野方向可変式内視鏡を開示している。当該特許文献に開示されている一実施形態によると、内視鏡は光学撮像系を内視鏡シャフトの終端部に備え、光学撮像系がシャフトの縦軸方向をほぼ横切る方向に延びた回動軸を中心として回動可能となっていることを特徴とする。しかしながら、光学撮像系の回動は視野角が０°から約±１５０°の範囲に限られている。
【０００９】
剛体のシャフトではなく、可撓性シャフトを有する内視鏡もまた公知である。このような可撓性内視鏡は通常、可撓性シャフトの終端領域を折り曲げるための制御機構を有し、シャフトの可撓性によって一平面における視野角を０°から１８０°の範囲で調整することが可能である。しかしながら、このような可撓性内視鏡の制御機構は、製造上コスト高となるプルワイヤ機構から構成されている。さらに、従来の可撓性内視鏡は、シャフトの終端部を折り曲げる場合、終端領域に空間を要していた。これは、このような可撓性内視鏡の撮像系に用いられるガラスファイバのせいで、曲げ半径を所望するほど小さくすることができないためである。
【特許文献１】国際公開第０３／０８６１７９号パンフレット
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／００９２９６６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３７１，９０９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、冒頭で述べたような内視鏡を改良して、視野方向の範囲の拡張に伴い観察領域に必要とされる空間を増大させることなく、調整可能な視野角の範囲を拡張することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、以下の構成により、上記目的を冒頭で述べた内視鏡に関して達成することができる。すなわち、光学撮像系が、第１の回動軸から間隔を置いて配置された第２の回動軸であって、シャフトの縦軸をほぼ横切る方向に延びた少なくとも１本の第２の回動軸を中心として、シャフトに対し回動可能であり、かつ、光学撮像系の第１の回動軸および少なくとも１本の第２の回動軸を中心とする全回動範囲がシャフトの縦軸から少なくとも１５０°である。
【００１２】
本発明の内視鏡は、シャフトの縦軸方向において互いに間隔を隔てて配置された、少なくとも２本の別々の回動軸を有し、それら第１および第２の回動軸をそれぞれを中心とする光学撮像系の個々の回動範囲よりも、それらを合わせて得られる全回動範囲が大きくなるよう光学撮像系を回動軸の周りに回動させることが可能である。少なくとも１本の第２の回動軸を、第３の回動軸から距離をおいて設けることで、視野方向を０°から約１８０°以上もの範囲で調整可能とし、さらに、０°の視野方向を確実にシャフトの縦軸と一列に並ぶように、すなわち縦軸からの偏心を防ぐ。このように、本発明によると、視野角の範囲を拡張することが可能となる。本発明は剛体のシャフトを有する内視鏡にも、また半可撓性または可撓性のシャフトを有する内視鏡にも適用可能であり、視野方向を折り曲げ動作ではなく、２本の別々の固定回動軸を中心とする回動に基づいて変更できるという利点がある。
【００１３】
好ましい実施形態において、全回動範囲はシャフトの縦軸から少なくとも１８０°である。
これによって、シャフトの縦軸と実質的に平行な後ろ向きの視野方向が得られ、有利である。このため、観察領域の凹所にある構造体の背後を観察することが可能となる。
他の好ましい実施形態において、光学撮像系は、第１のおよび／または少なくとも１本の第２の回動軸の周りを、縦軸から互いに反対の方向に回動可能である。
【００１４】
これによって、光学撮像系の第１の回動軸および少なくとも１本の第２の回動軸を中心とする全回動範囲が一層拡張され、有利である。例えば、前述した改良形態と組み合わせれば、±１８０°の全回動範囲を得ることが可能となる。
さらに他の好ましい実施形態において、光学撮像系は第１の回動軸の周りを、少なくとも約７０°ないし約１１０°の範囲で回動可能であり、また少なくとも１本の第２の回動軸の周りを、少なくとも約４０°ないし約１１０°の範囲で回動可能である。
【００１５】
このように、光学撮像系の第１の回動軸および少なくとも１本の第２の回動軸をそれぞれ中心とする個々の回動範囲を合わせると、シャフトの縦軸から少なくとも１５０°の全回動範囲が得られる。好ましい実施形態において、第１の回動軸または少なくとも１本の第２の回動軸を中心とする回動範囲は、いずれもの場合も、少なくとも約９０°である。
さらに他の好ましい実施形態において、第１の回動軸と少なくとも１本の第２の回動軸とは、互いに略平行である。
【００１６】
これによって、光学撮像系が第１の回動軸さらに第２の回動軸の周りを回動するとき、視野方向の全範囲が同一平面上にあるという利点が得られる。このように光学撮像系が第１の回動軸、次いで第２の回動軸の周りを回動するとき、視線は同一平面上を掃くように移動する。
さらに他の好ましい実施形態において、光学撮像系は少なくともその一部が、第１のシャフト部に回動可能に取り付けられて第１の回動軸の周りを回動可能である終端側ヘッド内に配置されており、第１のシャフト部は第２のシャフト部に回動可能に取り付けられて、少なくとも１本の第２の回動軸の周りを回動可能である。
【００１７】
この構成において、本発明の内視鏡の終端領域は、互いに関節状に連結された少なくとも三個の構成部品を備えている。終端側ヘッド、第１のシャフト部、および第２のシャフト部間のそれぞれ接合部は、脆弱で頻繁な折り曲げ動作に対する耐久性のない可撓性の要素を要することなく、第１の回動軸および少なくとも１本の第２の回動軸を別個に得るため、ピン等によって構成することができ、有利である。
【００１８】
これと関連して、終端側ヘッドが略球形のハウジングを有していることが好ましい。
このため、内視鏡の最外終端部を構成する終端側ヘッドは縁部（エッジ）を有しておらず、本発明の内視鏡を身体腔を観察するための医学的内視鏡として使用し、光学撮像系を第１の回動軸および／または少なくとも１本の第２の回動軸を中心として回動させた場合にも、組織を損傷する危険性がなく、有利である。
【００１９】
さらに他の好ましい実施形態において、光学撮像系が電子撮像素子と、撮像素子に検知させるべき物体を撮像（イメージ）するための撮像光学部品とを備え、撮像素子と撮像光学部品とは終端側ヘッドに配置されている。
これによって、全光学撮像系が、終端部に配置され、全体として第１の回動軸および少なくとも１本の第２の回動の周りを回動するため有利である。このように、複雑な光学装置の使用を避けて、光学撮像系が第１の回動軸および／または少なくとも１本の第２の回動軸を中心として異なる回動角で回動される場合にも、内視鏡の回動可能領域に光を透過させる。これに対し、撮像素子が発生する信号を内視鏡の基端部にまで導くには、配線を終端側ヘッド、第１のシャフト部、および第２のシャフト部の間の関節部を通るよう配設しさえすればよく、また、撮像素子から内視鏡の基端領域までの信号伝送は、好ましくはすべり接触を用いることによって実現され、より好ましくは撮像素子が発生する無線信号を用いることによって実現され得る。後者の場合、撮像素子信号を内視鏡の基端領域まで伝送するために、トランスポンダ技術を用いることができる。誘導結合エネルギーおよび制御信号を受け取るための１個以上の受信コイル、ならびに映像信号を撮像素子から外部に送信してさらなる処理に付すための送信系を終端側ヘッドに配置することも可能である。
【００２０】
さらに他の好ましい実施形態において、光学撮像系はシャフトの縦軸の周りを回転可能である。
これによって特に、シャフトの縦軸の周りに内視鏡を回転させることなく、視野方向の全範囲が一層拡張され、有利である。第１の回動軸および少なくとも１本の第２の回動軸の周りに光学撮像系を回動させると共に、前記好ましい改良形態に関連して述べたように、特に全回動範囲をシャフトの縦軸から少なくとも約１８０°とすれば、光学撮像系および視野方向を約４πの全立体角で掃くように移動させることが可能となり、さらに好ましい改良形態では、光学撮像系のシャフトの縦軸を中心とする回転範囲は約３６０°である。
【００２１】
前記好ましい改良形態のうち、一つ以上のものと関連して、第２のシャフト部はシャフトの固定（不動）部に対し回転可能である。
この構成により、第２のシャフト部をシャフトの固定部に対して回転すると、第２のシャフト部が第１のシャフト部、終端側ヘッド、および光学撮像素子を連動させるため、構成上簡単に回転運動を実現することができ、有利である。
【００２２】
さらに他の好ましい実施形態において、光学撮像系の、第１および／または少なくとも１本の第２の回動軸を中心とする回動を制御するために、制御機構が設けられている。
制御機構によれば、光学撮像系の第１の回動軸および／または少なくとも１本の第２の回動軸のそれぞれを中心とした動き、ならびにシャフトの縦軸の周りを中心とした動きを、内視鏡の使用者が必要に応じて単独に制御することができるという利点が得られる。
【００２３】
これと関連して、制御機構は好ましくは、光学撮像系の第１の回動軸を中心とする回動と、少なくとも１本の第２の回転軸を中心とする回動とを、それぞれ独立して制御できるように構成されている。
これにより、視野方向をわずかな角度範囲、例えば縦軸から９０°以下の角度範囲で変更する必要がある場合、光学撮像系を第１の回動軸の周りに回動させるだけでよく、光学撮像系をさらに少なくとも１本の第２の回動軸の周りに回動させる必要はないという利点が得られる。これは、観察領域が、非常に狭く、光学撮像系が配置された内視鏡シャフトの終端部の外径よりわずかに広い程度である場合、光学撮像系の第２の回動軸を中心とする回動は横方向に余分な空間を必要とするのに対して、第１の回動軸を中心とする回動は横方向に余分な空間を必要としないため、有利である。
【００２４】
さらに他の好ましい実施形態において、制御機構は、第１のホイールを有する少なくとも一個のギアを有し、第１のホイールは、終端側ヘッドに固定された第２のホイールと噛合している。
あるいは代わりの、またはその他の好ましい実施形態として、制御機構は、終端側ヘッドを第１のシャフト部に対して回動させるために、ベルト駆動部を備えている。
【００２５】
前述の改良形態が提供する制御機構はいずれも、非常に小型に構成でき、極小化することさえ可能である。よって内視鏡の終端部のサイズがこのような制御機構によって大きくなることがないため、有利である。
さらに、制御機構が、ギアまたはベルト駆動部を駆動するための電気モータを備えていることが好ましい。
【００２６】
今日、小型の電気モータが使用可能であり、本発明の内視鏡における制御機構の電源として適している。
同様に、制御機構が第２のシャフト部に対する第１のシャフト部の回動を制御するためにギアまたはベルト駆動部を備え、また、その第１のシャフト部を第２のシャフト部に対して回動させるためのギアまたはベルト制御部を駆動するために電気モータを備えていれば有利である。
【００２７】
最後に、光学撮像系のシャフトの縦軸を中心とする回転運動と関連して、制御機構が、第２のシャフト部の、シャフトの固定部に対する回転運動を制御するために、ギアを備え、また、第２のシャフト部をシャフトの残りの部分に対して回転させるためのギアを駆動するための電気モータを少なくとも１個備えていることが好ましい。
ただし、光学撮像系を第１の回動軸および／もしくは少なくとも１本の第２の回動軸の周りに回動させるため、ならびに／またはシャフトの縦軸の周りに回動させるための制御機構として設けることができる他の好ましい制御機構は、磁気駆動式、空気圧駆動式、または油圧駆動式の制御機構であってもよく、あるいはプッシュ・プルロッド等を介する単純機械動作式の制御機構であってもよい。
【００２８】
さらに、光学撮像系を含む終端側ヘッドは磁気式ベアリングまたはエアクッションベアリング等に支持されていてもよい。
制御機構と共に用いられる、前述の１個以上の電気モータは、好ましくはステップ（ステッピング）モータである。
ステップモータは、光学撮像系の微小な動きを細かく正確に制御することができるため、有利である。
【００２９】
さらに好ましい改良形態において、本発明の内視鏡は、光を観察領域に伝送するための照明系をさらに備え、照明系は光学撮像系と共に第１の回動軸および少なくとも１本の第２の回動軸の周りを回動可能である。
これによって、照明系は常に光学撮像系の動きに従い、その結果、観察領域のうち、実際に観察されている箇所には常に充分な照明が確保されるため、有利である。
【００３０】
これに関連して、照明系が、光学撮像系に隣接して配置されている、少なくとも一個の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光源を備え、かつ／または照明系が環状もしくは光学撮像系の光入射窓の全周囲もしくは少なくとも一部を取り囲む、少なくとも部分的に環状に構成された光源を備えていることが好ましい。
環状の照明系は、複数の隣接配置された発光ダイオードまたは単一の環状発光ダイオードで構成できることが理解されよう。
【００３１】
このような発光ダイオード光源は小型で実現可能であり、よって本発明の内視鏡の照明系に極めて適している。
他の利点および特徴は以下の説明および添付図面によって明らかとなるであろう。
なお、上述、および以下に説明される特徴を、それぞれ指示される組み合わせにおいてのみならず、他の組み合わせにおいても、また単独でも本発明の範囲から逸脱することなく用いることが可能である。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態は添付図面に示され、以下、図面を参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１ないし図８は内視鏡１０の終端領域を示している。
内視鏡１０は医学的用途の内視鏡または工業的用途の内視鏡であってもよい。
内視鏡１０は縦軸１３を有し、長手形状を有するシャフト１２を備えている。シャフト１２の少なくとも終端部は剛体（不撓性）となっている。図８および図１に示すように、シャフト１２は内視鏡の基端部（図示せず）まで延びる外側シャフト１４を備えている。後に詳述するように、外側シャフト１４はシャフト１２の固定（不動）部である。図示の簡略化のため、外側シャフト１４は透明部として示されているが、実際には例えば、ステンレス鋼からなる。
【００３４】
内視鏡１０の終端部は、光学撮像系１８を備えているか、または収容している剛体の終端側ヘッド１６を備え、その細部が図３に示されている。
図３を参照すると、光学撮像系１８は撮像光学部品２２を備え、撮像光学部品２２は図示された実施形態において、撮像機能を有する対物レンズとして構成されている。光学撮像素子１８はさらに、本実施形態においてＣＣＤチップとして構成される電子撮像素子２４を備えている。開口絞り２６が撮像光学部品２２と撮像素子２４との間に配置されている。
【００３５】
撮像光学部品２２、撮像素子２４、および開口絞り２６は、内視鏡１０の終端側ヘッド１６と完全一体化された小型ビデオカメラを構成している。
終端側ヘッド１６は、撮像光学部品２２、開口絞り２６、および撮像素子２４を収容するための、略球形のハウジング２０を備えている。
さらに、誘導結合エネルギーおよび制御信号を受け取るための１個以上の受信コイル、および映像信号を撮像素子から外部に伝送してさらなる処理に付すための送信系を終端側ヘッドに配置することも可能である。
【００３６】
さらに、内視鏡１０は終端側ヘッド１６に同様に配置された照明系２８を備えている。照明系２８は、光学撮像系１８の光入射窓２９を取り囲む環状に構成された光源３０を備えている。つまり、光源３０は光学撮像系１８の撮像光学部品２２を構成する対物レンズを取り巻いている。
再度、図１ないし図８を参照すると、内視鏡１０の終端部はさらに、終端側ヘッド１６に隣接配置され、それに接続された第１のシャフト部３２と、第１のシャフト部に隣接配置され、それに接続された第２のシャフト部３４とを備えている。
【００３７】
第３のシャフト部３６は、第２のシャフト部３４に隣接配置されている。
図示の便宜上のため、シャフト部３２、３４、および３６は、図４ないし図７においても透明部として示され、それによって内視鏡１０の内部部品が見えるようになっている。
終端側ヘッド１６はピン接続をもって第１のシャフト部３２に関節状に連結され、それによって終端側ヘッド１６は、双頭矢印３９が示すように第１の回動軸３８の周りを回動可能となっている。
【００３８】
第１のシャフト部３２もまた、別のピン接続をもって第２のシャフト部３４に関節状に連結されているため、第１のシャフト部３２および終端側ヘッド１６は、双頭矢印４１が示すように第２の回動軸４０の周りを回動可能となっている。
終端側ヘッド１６が第１のシャフト部３２に関節状に連結され、また第１のシャフト部３２が第２のシャフト部３４に関節状に連結されていることにより、光学撮像系１８は、双頭矢印３９および４０が示すように第１の回動軸３８および第２の回動軸４０の周りを回動可能となっている。
【００３９】
例えば図１に示されているように、第２の回動軸４０は内視鏡シャフト１２の縦軸１３方向に第１の回動軸３８から間隔を置いて配置されている。第１の回動軸３８と第２の回動軸４０との距離は、内視鏡１０のシャフト１２の外径とほぼ同寸かそれより若干大きいくらいである。
第１の回動軸３８と第２の回動軸４０とは、いずれもシャフト１２の縦軸１３をほぼ横切る方向に、互いに略平行に延びている。
【００４０】
光学撮像系１８は第１の回動軸３８および第２の回動軸４０の周りを、縦軸１３に対して互いに反対の方向に回動可能となっている。
回動軸３８および回動軸４０は、図１に図示された同一の平面上で光学撮像系１８がシャフト１２の縦軸１３から±１８０°の全回動範囲にわたって回動することを可能とする。よって図１に示すように、視野方向または視野角を、鎖線４２で示される視野方向が内視鏡１０のシャフト１２の縦軸１３と一致する０°の位置から、縦軸１３の両側±１８０°の位置にまで変化させることが可能となる。内視鏡１０のシャフト１２の縦軸１３に対しての視野角１８０°は、図４に示すように、後方視が行われているということを意味する。
【００４１】
光学撮像系１８の、第１の回動軸３８または第２の回動軸４０を中心とする回動範囲は、それぞれ少なくとも約±９０°である。例えば図４において、終端側ヘッド１６が第１の回動軸３８の周りを約９０°の角度分だけ回動し、第１のシャフト部３２も第２の回動軸４０の周りを約９０°の角度分だけ回動するとすれば、その結果、全回動範囲は約１８０°となる。
【００４２】
図２からわかるように、他の例では、光学撮像系１８は、第１の回動軸３８および第２の回動軸４０の周りを、内視鏡１０のシャフト１２の縦軸１３に対し全体として約９０°の角度分だけ回動する。この場合、終端側ヘッド１６は第１の回動軸３８の周りを約４５°の角度分だけ回動し、第１のシャフト部３２もまた第２の回動軸４０の周りを約４５°の角度分だけ回動する。ただし、第１のシャフト部３２が０°位置にあるとき、つまり第１のシャフト部３２が第２のシャフト部３４と一列に並んでいるときには、終端側ヘッド１６を第１の回動軸３８を中心として約９０°の角度分だけ回動させることによって、光学撮像系１８の縦軸１３を基点とする回動角を同じ９０°にすることが可能である。
【００４３】
一般に、終端側ヘッド１６は最大角で約９０°分だけ第１の回動軸３８の周りを回動可能であればよく、第１のシャフト部３２もまた、最大角で約９０°分だけ第２の回動軸４０の周りを回動可能であればよい。ただし、第１の回動軸３８および第２の回動軸４０を中心とする最大回動角については、他の組み合わせも考えられる。
光学撮像系１８は視野方向を変えるために一平面上において回動可能のみならず、縦軸１３を中心としてシャフト１２に対し回動可能である。これは第２のシャフト部３４が、縦軸１３を中心として内視鏡１０の外側シャフト１４に対し回動可能であることによって成立する。
【００４４】
第２のシャフト部３４を縦軸１３の周りに回転させることにより、終端ヘッド１６および第１のシャフト部３２は、第２のシャフト部３４と共に縦軸１３の周りを回転する。光学撮像系１８が縦軸１３を中心として回転すると、視野方向は縦軸１３と垂直な平面上で変化するか（９０°の場合）、または、第１の回動軸３８および第２の回動軸４０を中心とする光学撮像系１８の回動角によってその開口角が定められる円錐上を掃くように移動する。
【００４５】
第２のシャフト部３４の縦軸１３を中心とする最大回転角は少なくとも３６０°である。
このように、内視鏡１０を交換したり、定位置から回転または移動することなく、視野方向が約４πの全立体角の範囲内で任意の向きを取れるように、終端側ヘッド１６を第１の回動軸３８および第２の回動軸４０の周りに回動させ、かつ第２のシャフト部３４を縦軸１３の周りに回転させることによって、光学撮像系１８を移動させることができる。
【００４６】
以下、図４ないし図７を参照して、上述のような光学撮像系１８の方向変更を可能とする制御機構について述べる。
図４に示されるように、内視鏡１０は、光学撮像系１８の第１の回動軸３８および少なくとも１本の第２の回動軸４０を中心とする回動を制御するために、制御機構４４を備えている。
【００４７】
図５は制御機構のうち、光学撮像系１８の第１の回動軸３８を中心とする回動を制御するために設けられている構成要素のみを示している。このため制御機構４４は、第１のシャフト部３２に固定された第１のホイール４８を有する第１のギア４６を備えている。より正確には、第１のホイール４８は第２の回動軸４０を構成する心棒またはピンに配置され、第２の回動軸４０を構成するピンを中心に回転可能となっている。
【００４８】
第１のホイール４８は、終端側ヘッド１６に固定された第２のホイール５０と噛合する歯車である。第２のホイール５０は第１の回動軸３８と同軸に配置されている。第２のホイール５０もまた歯車である。第２のホイール５０は部分円周環状に形成され、終端側ヘッド１６のハウジング２０に内蔵されている。
制御機構４４は、ウォームギア状の第２のギア５２を備えている。第２のギア５２は、第１のギア４６の第１のホイール４８を駆動、すなわち回転させるため、ベルト５４によって第１のギア４６に接続されている。
【００４９】
さらに制御機構４４は、第２のギア５２、ひいては第1のギア４６を駆動し、それによって終端側ヘッド１６、ひいては光学撮像系１８を第１の回動軸３８の周りに回動させるために、電気モータを備えている。電気モータ５６はステップモータであり、内視鏡１０のシャフト１２の第３のシャフト部３６に配置されている。
図６を参照すると、制御機構４４は第１のシャフト部３２、終端側ヘッド１６、および光学撮像系１８を第２の回動軸４０の周りに回動させるために、第３のギア５８を備えている。
【００５０】
第３のギア５８は第２のギア５２と同様のウォームギアとして構成されている。第３のギア５８は、第２の回動軸４０から終端部方向に間隔を置いて配置された第１のシャフト部３２と係合するプッシュ・プルロッド６０を介して、第１のシャフト部３２に接続されている。
制御機構４４は、第３のギア５８を駆動し、それによって第１のシャフト部３２を第２の回動軸４０の周りに回動させるために、第２の電気モータ６２を備えている。
【００５１】
以上の説明からわかるように、制御機構４４は光学撮像系１８の第１の回動軸３８を中心とする回動と、少なくとも１本の第２の回動軸４０を中心とする回動とをそれぞれ独立して制御できるように構成されている。
図７を参照すると、制御機構４４はシャフト１２の残りの部分、この場合は内視鏡１０の外側シャフト１４に対する第２のシャフト部３４の回転運動を制御するため、さらに第４のギア６４を備えている。第４のギア６４は第３のシャフト部３６に固定された第１のホイール６６を備え、第１のホイール６６はその内側に歯付き部を有していて、外側に歯付き部を有する第２のホイール６８と噛合する。第２のホイール６８は、ステップモータである第３の電気モータ７０によって駆動される。
【００５２】
図７は前述した制御機構４４の全構成要素が内視鏡１０内の定位置にある状態を示している。
図９は終端側ヘッド１６を第１の回動軸３８の周りに回動させるための制御機構４４を若干変形させた例を示す。本変形例の制御機構４４は、第１のホイール４８および第２のホイール５０の代わりに、第２の回動軸４０のピンに巻回されたベルトを備えており、第２のギア５２およびベルト５４によって駆動される。
【００５３】
図８は内視鏡１０の終端領域全域を示している。ここでは、第３のシャフト部３６および制御機構４４の全構成要素が、内視鏡１０の基端部まで延びる（図示せず）外側シャフト１４によって取り囲まれている。
外側シャフト１４はその終端部において、終端側ヘッド１６、第１のシャフト部、および第２のシャフト部３４を取り囲むガラス球と接続されている。ガラス球７４は、終端側ヘッド１６がいずれの向きにあっても、視野方向がガラス球の表面に垂直となって、屈折のために視野方向が変位しないように配置されている。
【００５４】
他の実施形態（図示せず）において、例えば透明な可撓性チューブをガラス球７４の代わり設けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】一部を縦断面図とした内視鏡の終端領域の側面図であって、内視鏡シャフトの縦軸に対して視野角が０°の動作状態を示している。
【図２】図１の内視鏡の斜視図であって、内視鏡シャフトの縦軸に対して視野角が約９０°の動作状態を示している。
【図３】光学撮像系を含む内視鏡の終端側ヘッド、および内視鏡の照明系の斜視断面図である。
【図４】図１および図２の内視鏡の部分縦断面図であり、シャフトの縦軸に対して視野角が約１８０°の動作状態を示し、内視鏡の光学撮像系を第１および第２の回動軸を中心として回動させるための制御機構が図示されている。
【図５】図４と同様の図であって、図中、光学撮像系を第２の回動軸を中心として回動させるための制御機構が図示を省略され、内視鏡は図２と同じ動作状態にある。
【図６】図４と同様の図であって、図中、光学撮像系を第１の回動軸を中心として回動させるための制御機構が図示を省略され、内視鏡は図２と同じ動作状態にある。
【図７】図５および図６と同様の図であって、図中、光学撮像系を内視鏡シャフトの縦軸を中心として回動させるための制御機構が示されている。
【図８】図１ないし図７の内視鏡の部分縦断面図であり、他に外側シャフトと、内側シャフト部を取り囲むガラス球と、内視鏡の終端側ヘッドとを示している。
【図９】光学撮像系を第１の回動軸を中心として回動させるための制御機構の他の実施形態を示している。
【図１】
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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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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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【図１】
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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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【図８】
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【図９】
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