(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸（１２）が内視鏡鏡胴（２）の軸線に対して平行又は同軸的に延びるリレー光学系（８，８′，１４）と、プリズム（４ｂ）を有するフロント光学系（４ａ，４ｂ，４ｃ）とを有し、前記フロント光学系の近位の光軸がリレー光学系（８，８′，１４）の光軸に対して同軸的にかつ遠位の光軸（１２ａ）がリレー系（８，８′，１４）の光軸（１２）に対して０°及び１８０°からずれた角度で配向されている立体内視鏡において、互いに間隔を置いた２つの入射瞳（１１）を有する観察部分（１）が設けられおり、その際入射瞳（１１）が縮小されてプリズム（４ｂ）内に結像され、かつプリズム（４ｂ）内の瞳像（１１′″）の距離が瞳像（１１′″）と同じ縮尺度で縮小されることを特徴とする、立体内視鏡。
【請求項２】
フロント光学系（４ａ，４ｂ，４ｃ）が負の屈折力を有する遠位の部分成分（４ａ）及び正の屈折力を有する近位の部分成分（４ｃ）を有し、その際プリズム（４ｂ）が両者の部分成分の間に配置されている、請求項１記載の立体内視鏡。
【請求項３】
プリズム（４ｂ）の遠位の光入射面（１８）が近位の光入射面（１６）よりも小さい、請求項１又は２記載の立体内視鏡。
【請求項４】
プリズム（４ｂ）が２つの反射面（１７，１９）を有する、請求項３記載の立体内視鏡。
【請求項５】
内視鏡鏡胴（２）と観察系（１）が互いに相対的にリレー光学系（８，８′，１４）の光軸（１２）を中心に旋回可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の立体内視鏡。
【請求項６】
フロント光学系の近位の光軸（１２）と遠位の光軸（１２ａ）との間の角度αが少なくとも３０゜であり、フロント光学系（４ａ〜４ｃ）が少なくとも６０゜の遠位の視野角βを有する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の立体内視鏡。
【請求項７】
プリズムの材料が２．００より大きい屈折率を有し、遠位の部分成分（４ａ）と近位の部分成分（４ｃ）からそれぞれ空隙（ｄ５，ｄ９；ｄ７，ｄ１１）により分離されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の立体内視鏡。
【請求項８】
プリズム（４ｂ）の近位の光出射面（１６）との第２の反射面（１７）の間の角度が５６°よりも大である、請求項４記載の立体内視鏡。
【請求項９】
フロント光学系（４ａ〜４ｃ）が唯一のプリズム（４ｂ）を有し、その際該プリズム（４ｂ）の光入射面（１８）が遠位の光軸（１２ａ）に対して垂直であり、かつ該プリズム（４ｂ）の光出射面（１６）がフロント光学系の近位の光軸（１２）に対して垂直に配向されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の立体内視鏡。
【請求項１０】
２つの反射面（１７，１９）が内視鏡鏡胴（２）の軸線に対して傾斜している、請求項７から９までのいずれか１項記載の立体内視鏡。
【請求項１１】
フロント光学系（４ａ〜４ｄ）が第Ｉ表および第ＩＩ表に記載された、面曲率半径ｒｉ、厚さまたは距離ｄｉについての構造データおよび記載された材料を有する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の立体内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光軸１２が内視鏡鏡胴２の軸線に対して平行又は同軸的に延びるリレー光学系８，８′，１４と、プリズム４ｂを有するフロント光学系４ａ，４ｂ，４ｃとを有し、前記フロント光学系の近位の光軸がリレー光学系８，８′，１４の光軸に対して同軸的にかつ遠位の光軸１２ａがリレー系８，８′，１４の光軸１２に対して０°及び１８０°からずれた角度で配向されている立体内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡の多種多様な使用分野において、とりわけ腹腔検査及び関節検査においても、覗き方向の変化しない内視鏡の他に例えば３０°屈曲した覗き方向を有する内視鏡が必要である。この場合、覗き方向を屈曲させることは、主として２つの課題を満足する。一面では、それにより、内視鏡をその軸線を中心に１８０°旋回させることにより、有効視野角度が屈曲角度のほぼ２倍に高められる。他面では、さもないと極めてアクセス困難なかつ観察困難な、処置部位の領域を視野の中心にもってくることができる。このことは多くの実地の適用例において決定的な簡便性をもたらが、処置のための十分に大きな領域を同時に観察することは確実な作業にとって必要な前提条件である。
【０００３】
米国特許第４０６１１３５号明細書から、遠位のフロント光学系の前方に内視鏡鏡胴の軸線に対して傾斜したミラーが配置された立体内視鏡が公知である。しかしながら、内視鏡は通常５０°以上の大きな視野角度を有するので、このような遠位の偏向ミラーは。該ミラーが像領域のカットを生じるべきでない場合には、鏡胴の直径よりも大きな寸法を有しなければならない。
【０００４】
さらに、遠位のフロント光学系が光軸を転向する１つ以上の反射プリズムを有する覗き方向が屈曲した単眼内視鏡が公知である。このための例としては、ドイツ国特許第９３７１９３号明細書、欧州特許公開第０５７１７２５号明細書、ドイツ国特許第２４３０１４８号明細書、ドイツ国特許第３５３７１５５号明細書、米国特許第４１３８１９２号明細書、米国特許第４８１５８３３号明細書、ドイツ国特許第２４３０６号明細書及び米国特許第４６５５５５７号明細書が挙げられる。技術水準から公知の、単眼内視鏡ための解決手段の一部、例えば米国特許第４６５５５５７号明細書から公知のものは、反射面の１つが鏡胴の光軸に対して平行に配向されている。このような平坦な反射面を内視鏡内に配置できるようにするには、内視鏡は鏡胴よりも著しく大きな直径を有しなければならない。しかしながら、このことはそれぞれの立体通路に関する光誘導値が同じ光学系直径を有する単眼内視鏡の光誘導値の最大１／４を有する立体内視鏡においては不十分である。
【０００５】
別の、単眼内視鏡のための公知の解決手段、例えば米国特許第４１３８１９２号明細書から公知のものにおいては、プリズムに反射面は鏡胴の軸線に対して傾斜している。この手段により、鏡胴はほとんど内視鏡全体を占有することができる。しかしながら、反射プリズム内部の誘導される全光束は、鏡胴の直径に比較して光軸に対して垂直な極めて僅かな広がりを有するに過ぎない。さらに、通常の、１０ｍｍの外径に規格化された単眼内視鏡は０．２未満の光誘導値を有するが、一方良好な立体像のためには少なくとも０．２７の光誘導値が必要になる。従って、従来はこのような解決手段は立体内視鏡のためには不適当であると見なされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、大きな視野角度、例えば６０°を越える場合でも像領域カットが生じない、屈曲した覗き方向を有する立体内視鏡を提供することであった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明により請求項１記載の特徴を有する内視鏡により解決される。有利な実施態様は、請求項２以降の記載から明らかである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明による内視鏡は、光軸が内視鏡鏡胴の軸線に対して平行又は同軸に延びるリレー光学系の他に、プリズムを有するフロント光学系を有し、前記フロント光学系の近位の光軸はリレー光学系の光軸に対して平行に延びかつ遠位の光軸はリレー光学系の光軸に対して０°又は１８０°からずれた角度で延びる。
【０００９】
偏向はフロント光学系内部のプリズムによって行われることにより、像領域カットが回避可能である。この場合、フロント光学系は負の屈折力を有する遠位の部分成分及び正の屈折力を有する近位の部分成分を有し、かつプリズムはこれらの両者の成分の間に配置されているのが特に有利である。負の屈折力を有する遠位の部分成分により、大きな物体領域又は視野の光を反射プリズムの入力結合面で入力結合させることができる。光進行方向で見て反射プリズムの後方に配置された正の屈折力を有する部分成分により、プリズムから出る光束を、両者の立体部分像のそれぞれが殆どリレー光学系又は光学系鏡胴の全自由直径を占有するように広げることができる。
【００１０】
それぞれの像点ないしは物体点に対して両者の光路を反射プリズムによる口径食及びカットを生じることなく導くためには、プリズムの遠位の光入射面をプリズムの近位の光入射面よりも小さく構成するのが、特に有効である。この場合、立体基線に相応して互いに距離を置いた、観察部分の２つの入射瞳は縮小されてプリズム内に結像されるべきである。この場合、立体基線は入射瞳と同じ結像縮尺で結像されるべきである。
【００１１】
簡単な周辺部観察を可能にするために、内視鏡及び観察系は互いに相対的にリレー光学系の光軸を中心に旋回可能であるべきである。その際、観察系の立体基線の、空間的に固定の配向で異なった覗き方向での観察が可能である。像旋回が内視鏡鏡胴の旋回に対して左右正しく行われるように、反射プリズムは２つの反射面を有するべきである。
【００１２】
内視鏡位置を変えずに１２０°の全物体領域角を保証するために、フロント光学系の近位の光軸と遠位の光軸の間の角度は３０°でありかつ遠位の視野角は少なくとも６０°を有するべきである。このような大きな視野角及び偏向角のために、反射プリズムは２．０よりも大きい屈折率を有する材料を有し、かつ遠位の部分成分からもまた近位の部分成分からもそれぞれ空隙により分離されているべきである。更に、反射プリズムの近位の光出射面と第２の反射面の間の角度は５６°よりも大きいべきである。
【００１３】
特に有利な実施例においては、フロント光学系は唯一の反射プリズムを有し、該プリズムの光入射面はフロント光学系の遠位の光軸に対してかつその光出射面は近位の光軸に対して垂直に配向されている。それにより非点収差を回避するために付加的な補正プリズムを必要としない。
【００１４】
【実施例】
次に図示の実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００１５】
図１の立体内視鏡は、主として観察部分１と、該観察部分に取付け可能な細い内視鏡鏡胴２とからなる。内視鏡鏡胴２の内部には、遠位のフロント光学系４ａ−４ｄと、視野光学系７，７′，１３を有するリレー光学系８，８′，１４とが配置されている。フロント光学系４ａ−４ｄは、唯一の反射プリズム４ｂを有し、該反射プリズムの内部で２回反射されるので、入射光軸１２ａは内視鏡鏡胴の内部でリレー光学系の光軸１２に対して３０°の角度αで偏向される。末端視野角度βは７０°である。
【００１６】
フロント光学系は、主として３成分、負の屈折力を有する遠位の部分成分４ａ、反射プリズム４ｂ及び正の屈折力を有する１又は２つの部分成分４ｃ，４ｄからなる。フロント光学系４ａ−４ｄは、物体領域６を中間像６′に結像する。この中間像６′は、内視鏡鏡胴２内のリレー光学系８，８′により２回中間像６″及び６′″に中間結像される。近位の中間実像６′″は対物レンズ１４により無限遠に結像される。観察系１の内部に、立体基線の距離に２つの鏡胴レンズ９ａ，９ｂが配置され、これらはそれぞれ立体部分像をカメラチップ１０ａ，１０ｂの１つに形成する。
【００１７】
内視鏡内部の対物レンズ１４、視野光学系１３及びリレー光学系８′は、同時に逆転した望遠鏡を形成し、該望遠鏡によって立体基線の距離で互いに離れた入射瞳１１は縮小されて内視鏡内に結像される。その他の視野光学系７，７′及びリレー光学系８，８′は、瞳像１１′並びにまた中間像６′もう１度内視鏡の内部に縮尺１：１で結像する。
【００１８】
フロント光学系４ａ−４ｄの近位の全光学系は、ドイツ国特許（Ｃ１）第４３０１４６６号明細書に記載されているものと同じである。従ってこの場合も、両者の立体通路のために内視鏡鏡胴２の内部に共通の対物レンズが設けられている。立体基線並びにまた観察系の入射瞳は、逆転した望遠鏡１３，１４により同じ縮尺で内視鏡鏡胴に結像される。フロント光学系４ａ−４ｄに近位の光学系の関する精確な構造データは、ドイツ国特許（Ｃ１）第４３０１４６６号明細書の相応するデータを参照されたい。
【００１９】
しかしながら、ドイツ国特許（Ｃ１）第４３０１４６６号明細書に基づく構成とは異なり、この場合には、瞳中間像１１″は視野光学系７及びフロント光学系の近位の部分成分４ｃ，４ｄにより縮小されて反射プリズム４ｂに結像される（瞳像１１′″）。この瞳並びにまた立体基線の反射プリズム４ｂ内への縮小された結像は、全系内における口径食のないビームガイドを可能にし、しかも反射プリズム４ｂによって視野はカットされない。
【００２０】
覗き方向を変えるために、内視鏡鏡胴２は交点３でリレー光学系８，８″１４の光軸１２を中心に旋回可能である。この場合、観察部分１の配向は立体的に不変に維持されるので、立体基線の配置も立体的に維持される。しかしながら、同時に反射プリズム４ｂ内部での瞳像１１′″の配向は変化するので、該反射プリズム４ｂはそれが光軸１２を中心に旋回する際に口径食及び視野のカットが生じないように構成されている。反射プリズム内部の光路は２回反射されるので、上下左右が正しい結像並びにまた瞳結像により立体鏡的正しい深度が保証される。
【００２１】
フロント光学系（４ａ−４ｄ）の内部の立体鏡部分光路のためのビームガイドは、図２及び図３のレンズ断面図で示されている。図２には、簡明化の理由から立体ビーム束は専ら唯一の物点のため及び図３には視野の向かい合った縁部の２つの物点の立体光束が記入されている。特に図３の図面から推察されるように、それぞれの物点のための像６′は、反射プリズム４ｂ内部において同じ物点の立体光束に関しては互いに離れているが、但し同じ立体通路に属する異なった物点の立体部分光束に対しては共通の瞳１１ａ，１１を通過する２つの立体部分光束によって形成される。更に、図２ｂから推察されるように、両者の立体通路のための中間像は互いに完全に重なっている。このことは内視鏡の内部のリレー光学系から生じかつ高い明るさをもたらす。
【００２２】
図２及び図３に基づくフロント光学系の具体的構造データは、以下の表Ｉ：
【００２３】
【表１】
0003980672.tif 000002
【００２４】
か明らかである。該表には、各成分の光軸に沿った面及び厚さ並びに距離は視野（視野距離ｄ1）から始まり番号が付けられている。この場合、距離及び厚さは光軸に沿って、それぞれ隣接した面を有する光軸の交点の間で測定されている。半径とは、面曲率半径を意味する。使用した材料は、Fa．Schott Glaswerke，マインツ在から記載の名称で提供される。
【００２５】
図２及び図３から明らかなように、反射プリズム４ｂは近位の部分成分４ｃ，４ｄの光軸に対して傾斜した２つの反射面及びそれぞれの光軸１２，１２ａに対して垂直に配向された光入射面及び光出射面を有する。更に、光入射面は光出射面よりも小さく、かつプリズム４ｂは空隙ｄ5，ｄ9によって遠位の成分４ａ並びにまた隣接した近位の部分成分４ｃから分離されている。この手段により、７０°の大きな視野に関してさえも、立体部分光束を口径食を伴うことなくプリズム４ｂを通して導くことができる。
【００２６】
図４及び図５に基づくフロント光学系に関する実施例は、図２及び図３に基づく実施例から実質的に、末端の部分成分４ａが負の屈折力をもつ２つの部材を有することにより区別される。この第２実質的の構造データは、以下の表ＩＩ：
【００２７】
【表２】
0003980672.tif 000003
【００２８】
に記載されている。物体直径が８８．６ｍｍである表Ｉの実施例とは異なり、８９ｍｍを有する表ＩＩに基づく実施例における物体領域直径は６．２ｍｍの同じ中間像大きさで僅かに大きい。表ＩＩに記載されかつ図４に記入された半径ｒi及び距離又は厚さｄiは表Ｉの構成に相当する。しかしながら、図４及び５に基づく実施例では、プリズム４ｂの光入射面及び光出射面は、図２及び図３に基づく実施例における空隙ｄ5及びｄ9の代わりに、空隙ｄ7及びｄ11により、それぞれ隣接した成分４ａ，４ｂから分離されている。
【００２９】
図６の断面図には、表Ｉ及び表ＩＩに基づく実施例と同一である反射プリズム４ｂが拡大されて示されている。該プリズムは、１つの光入射面１８、２つの反射面１７，１９及び１つの光出射面１６を有する。光入射面１６と第２の反射面１７の間の角度ｂは５６．５°であり、かつ光入射面１８と第１の反射面１９の間の角度ｃは４１．５°でありかつ第１の反射面１９と光出射面１６の間の角度ｄは１０８．５°である。末端の光軸１２ａに対して垂直である入射面１６は、２．９７５ｍｍの横断面距離を有し、かつ近位の光軸１２に対して垂直な出射面１６は３．５ｍｍの横断面距離を有する。従って、入射面１６は視野面１６よりも小さい。このことは、７０°の大きな物体野角度でもプリズム４ｂ内部でのビームガイドを口径食を生ぜずかつ視野カットを生ぜずに行うことができるために必要である。
【００３０】
光入射面１８及び光出射面１６はそれぞれの光軸１２，１２ａに対して垂直であるので、非点収差は補正プリズムが存在しなくとも回避される。該プリズム４ｂは屈折率ｎ＝２．０３を有する高屈折力の材料からなり、かつ隣接した成分４ａ及び４ｃからそれぞれ空隙により分離されているので、入射しかつプリズムから出射する際にそれぞれ強度の屈折が行われる。
【００３１】
表Ｉ及び表ＩＩに基づく実施例で、最大自由光学系直径が７．３ｍｍである際に、立体基線と立体瞳の和、ひいては単眼内視鏡的使用に相当する直径を有する光束に関連して測定された光伝送値は、０．３１である。この光伝送値は、良好な立体顕微鏡の結像品質のために必要な０．２７の値よりも大きく、従って１０ｍｍの視野光学系から遠位の内視鏡２の最大外径においても良好な結像品質が保証される。
【００３２】
図１については、本発明はビデオ内視鏡の例で説明してきた。しかしながら、本発明は、カメラチップ１０ａ，１０ｂが立体鏡及び２つの接眼レンズからなる望遠鏡と置き換えられた目視接眼鏡を有する内視鏡でも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による立体内視鏡の略示断面図である。
【図２】図１からの略示内視鏡のフロント光学系のレンズ断面図である。
【図３】光軸に沿って延ばした図で示す、図２からのフロント群のレンズ断面図である。
【図４】フロント光学系のための選択的実施例のレンズ断面図である。
【図５】光軸に沿って延ばした図で示す、図４からのフロント群のレンズ断面図である。
【図６】図２，３，４，５からの光学系の反射プリズムの断面図である。
【符号の説明】
１  観察部分、  ２  内視鏡鏡胴、  ４ａ，４ｂ，４ｃ  フロント光学系（４ａ  遠位の部分成分、  ４ｂ  プリズム、４ｃ  近位の部分成分）、  １１  入射瞳、  １１′″  瞳像、  １２  光軸、  １２ａ  遠位の光軸、  ８，８′，１４  リレー光学系、  １６  光出射面、  １７，１９  反射面、  １８  光入射面、  ｄ5，ｄ9；ｄ7，ｄ11  空隙
【図１】
0003980672.tif 000004
【図２】
0003980672.tif 000005
【図３】
0003980672.tif 000006
【図４】
0003980672.tif 000007
【図５】
0003980672.tif 000008
【図６】
0003980672.tif 000009