(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い挿入部と、
前記挿入部先端内に配置した対物光学系と、
前記挿入部内に配置され、前記対物光学系により形成された物体像を撮像する撮像手段とを有している立体視内視鏡において、
前記対物光学系が物体側から順に、互いに並列配置された左右別体の１対の負レンズからなる第１レンズ対と、該第１レンズ対の各レンズに対応するように互いに並列配置された左右別体の１対の正のレンズからなる第２レンズ対と、左右別体ではない正のレンズ群とから構成されており、
前記対物光学系は、前記第１レンズ対の一方のレンズおよび前記第２レンズ対の一方のレンズを通った第１の光束と、前記第１レンズ対の他方のレンズおよび前記第２レンズ対の他方のレンズを通った第２の光束との双方を、途中で結像させることなく前記正のレンズ群を介して固体撮像素子上に導き、該固体撮像素子上にそれぞれ結像させるものであることを特徴とする立体視内視鏡。
【請求項２】
細長い挿入部と、
前記挿入部先端内に配置した対物光学系と、
前記挿入部内に配置され、前記対物光学系により形成された物体像を撮像する撮像手段とを有している立体視内視鏡において、
前記対物光学系が物体側から順に、互いに並列配置された左右別体の１対の負レンズからなる第１レンズ対と、該第１レンズ対の各レンズと同軸な互いに並列配置された左右別体の１対の正レンズからなる第２レンズ対と、左右別体ではない正のレンズ群とから構成されており、
前記対物光学系は、前記第１レンズ対の一方のレンズおよび前記第２レンズ対の一方のレンズを通った第１の光束と、前記第１レンズ対の他方のレンズおよび前記第２レンズ対の他方のレンズを通った第２の光束との双方を、途中で結像させることなく前記正のレンズ群を介して固体撮像素子上に導き、該固体撮像素子上にそれぞれ結像させるものであることを特徴とする立体視内視鏡。
【請求項３】
前記第２レンズ対と前記正のレンズ群との間に絞りもしくは遮光板を配置し、その絞りもしくは遮光板、前記第１レンズ対を構成する１つのレンズ、および該第２レンズ対を構成する１つのレンズを一体的に形成してなるものを一対として並列配置してなることを特徴とする請求項１または２記載の立体視内視鏡。
【請求項４】
前記第２レンズ対を構成する１対の正レンズが前記正レンズ群の光軸に対し垂直方向へ互いに対称的に移動可能とされていることを特徴とする請求項１または２記載の立体視内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体腔内等の被検部を立体視観察できる立体視内視鏡に関するものであり、詳しくは挿入部の先端部分に配された対物光学系の構成の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内視鏡を用いて体腔内の被検部を観察したり体腔内患部の手術を行う外科手法が普及しており、より正確な診断および患者の苦痛の軽減を図るために内視鏡の技術改良がなされている。特に、体腔内においてより正確な診断を下すためには体腔内の奥行き情報を得ることが有用であり、立体視内視鏡はそのような要望に応えたものとして知られている。
このような立体視内視鏡としては、たとえば特開平８−１２２６６５号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
ところで、この公報記載の立体視内視鏡のスコープ先端に配された内視鏡対物光学系は、物体側から順に互いに並列配置した１対の負レンズ対と、同軸な１つの正レンズ群とから構成されたもので、左右別体となる部分のレンズ枚数を減らすことで左右像の誤差を小さくし、左右像の融像を容易にして観察者の疲労を減少させるようにしたものである。また、並列した負レンズ対をスコープ最先端に配置することで位置調整が容易になり、内視鏡を組み立てる際に、立体感と左右像の偏心誤差調整について最適となるレンズ位置を容易に設定することを可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公報記載の技術では、スコープ最先端のレンズ系が１対の負レンズで構成され、その後段に配された正レンズ群により、この１対の負レンズからの両光束を共通に収差補正をする構成とされているため、非点収差や像面湾曲の補正の点で必ずしも満足できるものではなかった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、簡易な構成で、収差を補正した精度の高い立体画像を得ることが可能な立体視内視鏡を提供することを目的とするものである。
【０００６】
また、立体視内視鏡の課題である左右像の相対的なズレについてはこれをより少なくし、左右像の融像を容易にして使用者の疲労を軽減させたいという要望が強い。その方策としてレンズ系中に配置される各部材の位置設定の精度を高める必要があるが、実際にそれらのアラインメントを行う作業は煩雑で誤差を生じやすいものとなっている。そのため、調整が必要な部材を少しでも減らしその調整を容易にすることが課題となっている。
【０００７】
さらに、立体視内視鏡として立体感の強い映像を得ることは重要なことではあるが、実際の外科手術の場合には長時間連続してこの立体視内視鏡を使用することになり、使用者の疲労も見過ごせない問題となっている。実際の手術現場では立体感の強い情報は必ずしも終始連続して必要とされるものではなく、むしろ状況を的確に把握した後は、立体感の弱い映像でも処置を行うことが可能な場合が多い。
【０００８】
本発明は、左右像の誤差を小さくし、あるいは使用者に立体感調節を可能にさせることによって、融像に起因する使用者の疲労を軽減する内視鏡対物光学系を提供することをも目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る立体視内視鏡は、細長い挿入部と、前記挿入部先端内に配置した対物光学系と、前記挿入部内に配置され、前記対物光学系により形成された物体像を撮像する撮像手段とを有している立体視内視鏡において、
前記対物光学系が物体側から順に、互いに並列配置された左右別体の１対の負レンズからなる第１レンズ対と、該第１レンズ対の各レンズに対応するように互いに並列配置された左右別体の１対の正のレンズからなる第２レンズ対と、左右別体ではない正のレンズ群とから構成されており、
前記対物光学系は、前記第１レンズ対の一方のレンズおよび前記第２レンズ対の一方のレンズを通った第１の光束と、前記第１レンズ対の他方のレンズおよび前記第２レンズ対の他方のレンズを通った第２の光束との双方を、途中で結像させることなく前記正のレンズ群を介して固体撮像素子上に導き、該固体撮像素子上にそれぞれ結像させるものであることを特徴とするものである。
また、前記対物光学系の第２レンズ対の各レンズは、該第１レンズ対の各レンズと同軸に構成されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記第２レンズ対と前記正のレンズ群との間に絞りもしくは遮光板を配置し、その絞りもしくは遮光板、前記第１レンズ対を構成する１つのレンズ、および該第２レンズ対を構成する１つのレンズを一体的に形成してなるものを一対として並列配置してなることが可能である。
さらに、前記第２レンズ対を構成する１対の正レンズが前記正レンズ群の光軸に対し垂直方向へ互いに対称的に移動可能とされていることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
本発明の実施形態の立体視内視鏡では、内視鏡挿入部の先端部分に固体撮像素子（ＣＣＤ）を有するいわゆる電子内視鏡装置に適用している。
【００１２】
すなわち、この電子内視鏡装置は、体腔内等に挿入可能な細長の挿入部の先端側から対物光学系に入射した被検体情報を担持した光束をＣＣＤ上に結像させ、このＣＣＤで撮像された映像信号データを操作部に接続したコントロールユニットに送出させ、コントロールユニットで信号処理させた後、モニタ上に上記被検体画像を表示させるものである。なお、モニタ上には互いに視差のある左目用画像と右目用画像が交互に表示され、観察者はシャッタメガネによりカラー表示の画像を観察することによって上記被検体画像を立体的に視認することができる。なお、挿入部には、光源装置から照明光を供給する照明光伝送手段およびこの伝送した照明光を照明窓から射出して被検体を照明する照明光学系が備えられている。
【００１３】
以下、具体的なデータを用いて実施例１〜３について説明する。
〈実施例１〉
図１は実施例１に係る立体視内視鏡の対物光学系の構成を示す図である。この対物光学系は図示のように、物体側から順に左右各眼用の１対の負レンズＬ1を互いに並列配置してなる第１レンズ対１と、第１レンズ対１の各レンズと同軸な左右各眼用の１対の正レンズＬ2を互いに並列配置してなる第２レンズ対２と、同軸な３枚のレンズＬ3，Ｌ4，Ｌ5からなる正レンズ群３とから構成されており、物体側から入射した光束がＣＣＤの撮像面６上に結像するように構成されている。
【００１４】
上記第１レンズ対１を構成する負レンズＬ1は像面側に凹面を向けた平凹レンズであり、上記第２レンズ対２を構成する正レンズＬ2は物体側に凸面を向けた平凸レンズであり、上記正レンズ群３を構成するレンズのうち、レンズＬ3は像面側に凸面を向けた平凸レンズであり、レンズＬ4は像面側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズであり、レンズＬ5は像面側に凸面を向けた負のメニスカスレンズであり、正レンズ群３のレンズＬ4とレンズＬ5は接合レンズとして構成されている。そして、上記第２レンズ対２のレンズＬ2の像面側平面には各々絞り５が貼着または蒸着により形成されており、第１レンズ対１を構成する１つのレンズＬ1と第２レンズ対２を構成する１つのレンズＬ2はこの絞り５を含んで同軸な状態で一体化され、並列配置されている。なお、正レンズ群３の像面側には、ローパスフィルタおよび赤外線カットフィルタを含むフィルタ部４が配されている。なお、正レンズ群３に対する、第１レンズ対１の各レンズＬ1および第２レンズ対２の各レンズＬ2の偏心量は０．６５４ｆ（ｆは焦点距離）である。
【００１５】
ここで、本実施例の各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率ｎd、およびアッベ数νdを、表１に示す。なお、表１および以下の他の表において、各記号に対応させた数字は物体側から順次増加するようになっており、また、ＲおよびＤの各数値は、焦点距離が１ｍｍの場合に規格化してある。なお、表１および以下の他の表においてＤ1〜Ｄ4は第１レンズ対１と第２レンズ対２の共通光軸Ｘ1、Ｘ2上での間隔であり、上記Ｄ5〜Ｄ10は正レンズ群３の光軸Ｘ上での間隔である（以下の各実施例についても同様である）。
【００１６】
【表１】
0004093503.tif 000002
【００１７】
被検部からの光のうち第１レンズ対１を形成する１つのレンズＬ1を通った光は、第２レンズ対２を形成する１つのレンズＬ2を通ることによって第１レンズＬ1によって生じた収差を補正され、絞り５の開口部から正レンズ群３に入射し、収束されてフィルタ部４を介してＣＣＤ撮像面６上に結像する。
第１レンズＬ1によって生じた収差は、１つの第１レンズＬ1に１つの第２レンズＬ2を対応させることによって、第１レンズ対１を形成する２つのレンズの収差補正を１つの共通な第２レンズで行うよりも、効果的に補正することが可能になる。
【００１８】
また、対応する第１レンズＬ1と第２レンズＬ2を同軸に配置することによって内視鏡の製造を容易にすることが可能になる。これは例えば、製造工程において球面対称のレンズを研磨すればよいからである。
【００１９】
また、上述したように第１レンズ対１のレンズＬ1、第２レンズ対２のレンズＬ2および絞り５を一体的に形成することにより組立工程におけるアラインメント調整が容易となる。このアラインメント精度の向上は左右像の誤差減少に貢献し、使用者の疲労を軽減させるものである。
さらに、第２レンズ対２のレンズＬ2の像面側平面に絞り５を貼着または蒸着により形成することで、絞り５の保持部材が不要となる。
【００２０】
〈実施例２〉
図２は実施例２に係る立体視内視鏡の対物光学系の構成を示す図である。
図示のように、この対物光学系は、実施例１とほぼ同様のレンズ構成となっているが、本実施例では、第１レンズ対１を構成する１つのレンズＬ1、このレンズＬ1に対応して第２レンズ対２を構成する１つのレンズＬ2および第２レンズ対２に貼着または蒸着した絞り５を一体的に形成した前段レンズ系が、正レンズ群３の光軸に対し垂直方向（図２矢印Ａ方向）へ互いに対称的に移動可能とされている点が実施例１と異なっている。なお、正レンズ群３に対する、第１レンズ対１の各レンズＬ1および第２レンズ対２の各レンズＬ2の偏心量は０．８６４ｆ（ｆは焦点距離）である。
【００２１】
本実施例の対物光学系の各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率ｎd、およびアッベ数νdを、表２に示す。
【００２２】
【表２】
0004093503.tif 000003
【００２３】
本実施例では、上記実施例１と同様に収差補正とアラインメント精度を向上させることが可能となるほか、前記前段レンズ系が、正レンズ群３の光軸に対し垂直方向へ互いに対称的に移動可能とされていることによって、内視鏡使用者は内向角の調節が可能になり、必要に応じて立体感の調節ができるので、その結果として、長時間内視鏡を使用する場合の融像に起因する疲労を軽減することが可能となる。
【００２４】
〈実施例３〉
図３は実施例３に係る立体視内視鏡の対物光学系の構成を示す図である。
図示のように、この対物光学系は、実施例２とほぼ同様のレンズ構成となっているが、第１レンズ対１を構成する１つのレンズＬ1と第２レンズ対２を構成する１つのレンズＬ2との関係は互いに対応するように配置されてはいるが、互いに同軸とはされていない。また、正レンズ群３を構成するレンズＬ3は像面側に凸面を向けた平凸レンズ、レンズＬ4は像面側に凸面を向けた正のメニスカスレンズであり、さらに、絞り５が第２レンズ対２の後段に別に配置されている点で実施例２と異なっている。なお、前段レンズ系が同軸で一体化されていた実施例２と異なり、本実施例では第２レンズ対２を構成する１対のレンズＬ2だけが正レンズ群３の光軸Ｘに対し垂直方向（図３矢印Ｂ方向）へ互いに対称的に移動可能とされている。なお、正レンズ群３に対する、第１レンズ対１の各レンズＬ1の偏心量は０．９２４ｆ（ｆは焦点距離）、第２レンズ対２の各レンズＬ2の偏心量は０．４５５ｆ（ｆは焦点距離）である。
【００２５】
本実施例の対物光学系の各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率ｎd、およびアッベ数νdを、表３に示す。
【００２６】
【表３】
0004093503.tif 000004
【００２７】
本実施例は、１つのレンズＬ1に１つのレンズＬ2を対応させることによって収差補正を行うことが可能であることを示している。このような構成とすることにより、第１レンズ対１のレンズＬ1と第２レンズ対２のレンズＬ2のアラインメント作業が不要となる。
また、第２レンズ対２を構成する１対のレンズＬ2を正レンズ群３の光軸に対し垂直方向へ互いに対称的に移動可能とすることによっても、内視鏡使用者が内向角の調節を行うことは可能であり、必要に応じて立体感の調節を行って疲労を軽減することが可能となる。この場合、移動させるレンズが第２レンズ対２の１対のレンズＬ2のみであることから、移動に要するパワーは小さくて済む。
【００２８】
なお、図４（Ａ）、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）に各々、実施例１、実施例２および実施例３の各レンズ系の非点収差図を示す。これらの収差図によれば各実施例のレンズの収差が良好であることが明らかである。
なお、本実施例では絞り５を第２レンズ対２の後段に別置しているが、アラインメント精度の点からは正レンズ群３のレンズＬ3に貼着または蒸着により形成することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の立体視内視鏡によれば、第１レンズ対の各レンズに第２レンズ対の各レンズを対応させることにより、第１レンズ対によって生じた収差、特に非点収差や像面湾曲を補正し、簡易な構成で精度の高い立体画像を得ることができる。
また、この対応する第１レンズ対の各レンズと第２レンズ対の各レンズを同軸に配置するならば、例えば、製造工程においてレンズの研磨を容易なものとすることができるので、内視鏡の製造が容易となる。
【００３０】
さらに、第１レンズ対の各レンズ、第２レンズ対の各レンズおよび絞りを一体化すれば、内視鏡の組立ての際にアラインメント精度を向上させることができる。それによって左右像の誤差が減少し、立体画像の融像が容易になるので、使用者の疲労を軽減させることができる。
しかも、第２レンズ対を構成する１対のレンズ、または第２レンズ対を含む前段レンズ系を、正レンズ群の光軸に対し垂直方向へ互いに対称的に移動可能とすることによって、内視鏡使用者は必要に応じて内向角の調節を行うことが可能となり、長時間内視鏡を使用する場合の疲労を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る立体視内視鏡の対物光学系を示すレンズ構成図
【図２】本発明の実施例２に係る立体視内視鏡の対物光学系を示すレンズ構成図
【図３】本発明の実施例３に係る立体視内視鏡の対物光学系を示すレンズ構成図
【図４】（Ａ）本発明の実施例１に係る立体視内視鏡の対物光学系の非点収差図
（Ｂ）本発明の実施例２に係る立体視内視鏡の対物光学系の非点収差図
（Ｃ）本発明の実施例３に係る立体視内視鏡の対物光学系の非点収差図
【符号の説明】
１  第１レンズ対
２  第２レンズ対
３  正レンズ群
４  フィルタ部
５  絞り
６  固体撮像素子（ＣＣＤ）
Ｌ1〜Ｌ5  レンズ
Ｒ  曲率半径
Ｄ  軸上面間隔
Ｘ，Ｘ1，Ｘ2，Ｘ1’，Ｘ2’  光軸
【図１】
0004093503.tif 000005
【図２】
0004093503.tif 000006
【図３】
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【図４】
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