(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空室を取り囲むハウジングと、
ハウジングの基端部に配置され、カメラを受け入れるマウントと、
焦点ノブと、その焦点ノブを空室内に配置された焦点レンズに連結し焦点ノブの回転に対応して焦点レンズを光学カプラーの長さ方向に沿って移動させ、それにより内視鏡で観察される対象物に焦点が合わされた画像を得る第１の機械的連結体とを有する焦点メカニズムと、
回転可能なズームノブと、そのズームノブを空室内のズームレンズ組立体に連結しズームノブの回転に対応してズームレンズ組立体を光学カプラーの長さ方向に沿って移動させ、それにより観察される対象物の画像を拡大する第２の機械的連結体とを有するズームメカニズムと、
前記焦点レンズとズームレンズ組立体とを、マウントに対して前記光学カプラーの長さ方向に沿って共に移動させるために作動される調整メカニズムとを備えた内視鏡にカメラを連結するための光学カプラーであって、
前記調整メカニズムが、回転可能な調整ノブと、その調整ノブを第１の機械的連結体と第２の機械的連結体とに連結する第３の機械的連結体とを備え、前記調整ノブの回転に対応して第１と第２の機械的連結体が光学カプラーの長さ方向に沿って移動されることを特徴とする光学カプラー。
【請求項２】
光学カプラーの末端部に焦点レンズが配置され、焦点レンズとマウントとの間にズームレンズ組立体が配置された請求項１記載の光学カプラー。
【請求項３】
ズームレンズ組立体が、相互に移動するように作動される第１と第２のズームレンズを有する請求項１記載の光学カプラー。
【請求項４】
マウントがハウジングの一体ネジ込み延伸体である請求項１記載の光学カプラー。
【請求項５】
第３の機械的連結体が、調整ノブと第１の機械的連結体との間に連結された調整カラーと、第１と第２の機械的連結体の間に連結された調整リングを有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の光学カプラー。
【請求項６】
前記調整メカニズムがさらに、前記調整カラー、第１の機械的連結体、調整リング、及び第２の機械的連結体を押圧して一方の方向に押し付けるバイアスメカニズムを備えてなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の光学カプラー。
【請求項７】
前記バイアスメカニズムが、前記マウントと第２の機械的連結体との間に配置されたスプリングワッシャーからなる請求項６記載の光学カプラー。
【請求項８】
前記調整メカニズムがさらに、調整メカニズムの位置を固定する固定装置を備えてなる請求項１〜７のいずれか１つに記載の光学カプラー。
【請求項９】
焦点メカニズムがさらに第１の従動節を有するとともに、第１の機械的連結体が第１の面を有し、第１の従動節が焦点ノブの回転に対応してその第１の面に沿って移動するように形成され、
ズームメカニズムがさらに、前記第１のズームレンズに連結された第２の従動節と、前記第２のズームレンズに連結された第３の従動節とを備え、
前記第２の機械的連結体が第２と第３の面を有し、第２と第３の従動節がズームノブの回転に対応してその第２の面と第３の面にそれぞれ沿って移動するように形成されてなる請求項１〜８のいずれか１つに記載の光学カプラー。
【請求項１０】
前記第１、第２、第３の面が、それぞれ第１、第２、第３の溝からなり、前記第１、第２、第３の従属節が、それぞれ第１、第２、第３の溝に入り、
前記ハウジングが、ハウジングの長さ方向に沿って設けられた第１、第２、第３のスロットを備え、
前記焦点ノブとズームノブが回転された時には、前記第１、第２、第３の従属節が、それぞれ第１、第２、第３のスロットに入って、前記第１、第２の機械的連結体の回転を防止する請求項９記載の光学カプラー。
【請求項１１】
さらに、ズームレンズ組立体とハウジングの基端部との間に配置されたバック焦点レンズを備えてなる請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光学カプラー。
【請求項１２】
第２の機械的連結体が、ズームノブをバック焦点レンズに連結する請求項１１記載の光学カプラー。
【請求項１３】
対象物の画像を光学カプラーに運ぶ内視鏡と、
対象物の画像を内視鏡からカメラに運ぶ請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光学カプラーと、
画像を観察するカメラとを備えてなる対象物の内部を観察するための内視鏡システム。
【請求項１４】
空室を取り囲むハウジングと、
ハウジングの基端部に配置され、カメラを受け入れるマウントと、
空室内に配置され、光学カプラーの長さ方向に沿って移動するために作動可能で、内視鏡で観察される対象物に焦点が合わされた画像を得る焦点レンズと、
空室内に配置され、光学カプラーの長さ方向に沿って移動するために作動可能で、その観察される対象物の画像を拡大するズームレンズ組立体と、
ハウジングの基端部に配置されたバック焦点レンズと、
前記バック焦点レンズを、マウントに対して前記光学カプラーの長さ方向に沿って移動させるために作動される調整メカニズムとを備え、
さらに、回転可能な焦点ノブと、その焦点ノブを焦点レンズに連結し焦点ノブの回転に対応して焦点レンズを光学カプラーの長さ方向に沿って移動させる第１の機械的連結体とを有する焦点メカニズムと、
回転可能なズームノブと、そのズームノブを第１と第２のズームレンズに連結しズームノブの回転に対応して第１と第２のズームレンズを光学カプラーの長さ方向に沿って移動させる第２の機械的連結体とを有するズームメカニズムとを備えた内視鏡にカメラを連結する光学カプラーであって、
調整メカニズムが、回転可能な調整ノブと、その調整ノブをバック焦点レンズに連結し調整ノブの回転に対応してバック焦点レンズを光学カプラーの長さ方向に沿って移動させる第３の機械的連結体とを備えたことを特徴とする光学カプラー。
【発明の詳細な説明】
この発明は、光学カプラーに関し、さらに詳しくは、内視鏡をカメラに光学的に連結するために用いられる光学カプラーに関する。
一般に、内視鏡は、人体のような対象物の内部（例えば内臓又は解剖学的な体内通路）を視覚化するための器具である。通常、内視鏡は、基端部にレンズ系が配置された、延伸された柔軟な又は固い外チューブを備えている。観察された対象物の画像は、チューブの末端部から基端部にレンズ系を介して伝達され、ユーザーによって観察されるか、またはカメラ（ビデオカメラ）もしくは電子光学的なイメージセンサー（電荷結合素子又はＣＣＤのような）によって受信される。カメラは対象物の光学的画像を表示するためのビデオ信号を発生する。適切な信号処理を受けた後、ビデオ信号はＣＲＴモニターのような表示装置に表示される。
光学カプラーは、内視鏡をカメラに接続するために用いられ、しばしば焦点の調整、倍率の変化（ズームミング）、あるいはそれらの両方の機能を有している。
米国特許第４，７８１，４４８号には、内視鏡をカメラヘッドに連結するためのアダプターが開示されている。このカプラーは、ズーム及び焦点レンズ組立体から構成されている。各組立体は回転可能なリングに連結され、このリングの回転に応じて各組立体のレンズが軸方向に移動される。
米国特許第５，２４５，４７５号には、内視鏡用の画像光学システムが開示されている。この画像光学システムは、正の屈折率を有する第１レンズユニットと、負の屈折率を有し、システムの光学軸に沿って移動可能な第２レンズユニットと、正の屈折率を有し、光学軸に沿って移動可能で、それにより焦点距離の変動にかかわらず画像点を一定に保つ第３レンズユニットから構成されている。
米国特許第５，４１８，６４５号には、外部チューブに固定された対物レンズと、２つの独立した移動可能なレンズからなるズームレンズ組立体を備えた内視鏡が開示されている。この内視鏡は、それらの移動可能なレンズを移動させて倍率を変えるとともに、同時に観察手段を対物レンズに対して移動させて、焦点面の移動を補償する手段を備えている。
この発明によれば、空室を取り囲むハウジングと、
ハウジングの基端部に配置され、カメラを受け入れるマウントと、
焦点ノブと、その焦点ノブを空室内に配置された焦点レンズに連結し焦点ノブの回転に対応して焦点レンズを光学カプラーの長さ方向に沿って移動させ、それにより内視鏡で観察される対象物に焦点が合わされた画像を得る第１の機械的連結体とを有する焦点メカニズムと、
回転可能なズームノブと、そのズームノブを空室内のズームレンズ組立体に連結しズームノブの回転に対応してズームレンズ組立体を光学カプラーの長さ方向に沿って移動させ、それにより観察される対象物の画像を拡大する第２の機械的連結体とを有するズームメカニズムと、
前記焦点レンズとズームレンズ組立体とを、マウントに対して前記光学カプラーの長さ方向に沿って共に移動させるために作動される調整メカニズムとを備えた内視鏡カメラを連結するための光学カプラーであって、
前記調整メカニズムが、回転可能な調整ノブと、その調整ノブを第１の機械的連結体と第２の機械的連結体とに連結し調整ノブの回転に対応して第１と第２の機械的連結体を光学カプラーの長さ方向に沿って移動させる第３の機械的連結体とを備えたことを特徴とする光学カプラーが提供される。
次の観点においては、我々は、マウントを有する光学カプラーと、内視鏡で観察される対象物に焦点が合わされた画像を得るために光学カプラーの長さ方向に沿って移動する作動可能な焦点レンズと、観察される対象物の画像を拡大するために光学カプラーの長さ方向に沿って移動する作動可能なズームレンズ組立体とを設け、
対象物の画像を光学カプラーに運ぶために光学カプラーの末端部に内視鏡を連結し、
光学カプラーのマウントにイメージセンサを有するカメラを連結し、
イメージセンサに対し、焦点レンズとズームレンズ組立体とを１つのユニットとして、前記光学カプラーの長さ方向に沿って共に移動させるステップからなる対象物の内視鏡観察方法であって、
焦点レンズを無限大の焦点に合わせ、光学カプラーを内視鏡とカメラと共に末端の対象物に向け、その後、末端の対象物に焦点が合うまで、焦点レンズとズームレンズ組立体とを光学カプラーの長さ方向に沿って移動させ、焦点レンズとズームレンズとの１つのユニットとしての移動を防止する一方で、それらが相互に独立して移動可能となるように、焦点レンズとズームレンズ組立体とを固定するステップを備えたことを特徴とする対象物の内視鏡観察方法を提供する。
この発明は、光学カプラーに対して異なる位置に画像形成面を有する様々なカメラに対して内視鏡を連結することが可能で、かつ光学カプラーの“真のズーム”機能を保持する、可変焦点、可変倍率の光学カプラーの特徴を有するものである。“真のズーム”とは、光学カプラーのレンズ系の焦点距離を、画像の焦点をぼかすことなく変更することが可能である、ということを意味する。換言すれば、いったん光学カプラーで画像の焦点を合わせれば、たとえ光学カプラーの“ズーム”機能で画像の倍率を調整したとしても、画像に焦点が合ったままとなる。
この発明の１つの全体的な観点においては、光学カプラーは、焦点レンズとズームレンズ組立体とを、カメラマウントに対して光学カプラーの長さ方向に沿って共に移動させるように作動される調整メカニズムを備えている。この調整メカニズムは、最初にカメラを光学カプラーに接続するたびに用いられ、光学カプラーの静止基準面を与えるカメラマウントに対する、焦点レンズとズームレンズ組立体との“一回”の位置決めステップを可能にする。焦点レンズとズームレンズ組立体とを１つのユニットとして共に移動させることにより、光学カプラーの最終的な画像形成面を、カメラのイメージセンサの画像形成面と一致するように調整することができる。したがって、たとえイメージセンサの画像形成面が、光学カプラーの静止基準面となるカメラマウントに対して異なる位置に配置されていたとしても、様々なカメラを光学カプラーに接続して用いることが可能となる。
この発明の他の観点においては、上述した光学カプラーに連結された内視鏡を備えた、対象物の内部を観察する内視鏡システムが提供される。
好ましい実施の形態は、以下に述べる特徴の全てを含むものである。
焦点レンズは光学カプラーの末端部に配置され、ズームレンズ組立体はその焦点レンズとマウントとの間に配置されている。ズームレンズ組立体は互いに移動するように作動される第１と第２のズームレンズを備えている。マウントはハウジングの一体ネジ止め延伸体である。観察される対象物の画像に焦点を合わせる焦点レンズは、焦点メカニズムを用いてズームレンズ組立体に対して移動され、一方、ズームメカニズムは、対象物の拡大画像を得るために、ズームレンズ組立体の第１レンズと第２レンズを相対的に移動させる。
調整メカニズムは、回転可能な調整ノブと、その調整ノブを焦点メカニズムとズームメカニズムに連結する機械的連結体を備えている。焦点メカニズムは、回転可能な焦点ノブと、その焦点ノブを焦点レンズに連結し、焦点ノブの回転に対応して光学カプラーの長さ方向に沿って焦点レンズを移動させる機械的連結体を備えている。ズームメカニズムは、回転可能なズームノブと、そのズームノブを第１及び第２ズームレンズに連結する機械的連結体を備えている。第１及び第２ズームレンズは、ズームノブの回転に対応して、光学カプラーの長さ方向に沿って相対的に移動する。調整ノブの回転は、焦点メカニズムとズームメカニズムの機械的連結体を光学カプラーの長さ方向に沿って移動させる。この構成により、焦点レンズとズームレンズ組立体とを１つのユニットとして共に移動して、光学カプラーの最終的な画像形成面をカメラのイメージセンサの画像形成面に揃えることが可能となる。
調整メカニズムの機械的連結体は、調整ノブと焦点メカニズムの機械的連結体との間に連結された調整リングカラーを備えている。調整メカニズムの機械的連結体は、また、焦点メカニズムとズームメカニズムにそれぞれ設けられた機械的連結体の間に連結された調整リングを備えている。この構成により、焦点メカニズムとズームメカニズムを、焦点ノブとズームノブによってそれぞれ独立して操作することが可能になるとともに、それらを調整メカニズムの制御のもとに、共に移動させることが可能になる。
調整メカニズムは、調整カラーと、焦点メカニズムの機械的連結体と、調整リングと、ズームメカニズムの機械的連結体とを、押圧により偏らせるバイアスメカニズムを備えている。このバイアスメカニズムは、カメラマウントとズームメカニズムの機械的連結体との間に配置されたスプリングワッシャーで構成される。調整メカニズムは、さらに調整メカニズムの位置を固定するための固定装置を備えている。したがって、いったん調整メカニズムが設定されると、再び調整することなく、調整メカニズムは適切な位置に固定される。
１つの実施の形態においては、焦点メカニズムは、焦点ノブの回転によって焦点メカニズムの機械的連結体の表面に沿って移動される従動節を備えている。ズームメカニズムは、第１ズームレンズと第２ズームレンズにそれぞれ連結され、ズームレンズの回転によってズームメカニズムの機械的連結体の表面に沿って移動される２つの従動節を備えている。これらの機械的連結体の表面は、オペレータの少しの物理的な力でスムーズに入る従動節を備えた溝の形をしている。ハウジングは、その長さ方向に沿って形成され、焦点ノブとズームノブの回転時に機械的連結体が回転しないようにするスロットを備えている。
他の実施の形態においては、光学カプラーはさらに、ズームレンズ組立体とハウジングの基端部の間に配置されたバック焦点レンズと、そのバック焦点レンズにズームノブを連結するズームメカニズムの機械的連結体を備えている。
この発明のもう１つの観点においては、上述した光学カプラーを用いた対象物の内視鏡観察方法であって、光学カプラーの末端部に内視鏡を連結して内視鏡で受け取った対象物の画像を光学カプラーに運び、イメージセンサを有するカメラを光学カプラーのマウントに連結し、前記光学カプラーの長さ方向に沿って、イメージセンサに対し、焦点レンズとズームレンズ組立体とを１つのユニットとして共に移動させることからなる対象物の内視鏡観察方法である。焦点レンズとズームレンズ組立体とを一連の動作として調整するには、焦点レンズの焦点を無限大に合わせ、内視鏡とカメラを備えた光学カプラーを末端の対象物に向け、その後、焦点レンズとズームレンズ組立体とを、末端の対象物に焦点が合うまで、光学カプラーの長さ方向に沿って移動させる。その後、焦点レンズとズームレンズ組立体とをロックして、焦点レンズとズームレンズとの１つのユニットとしての動作を防止する一方で、それらを相対的に独立して動かせるようにする。
この発明のさらにもう１つの観点においては、ズームレンズ組立体とハウジングの基端部との間に位置するバック焦点レンズを、光学カプラーの長さ方向に沿って、カメラマウントに対して移動できるように調整メカニズムを構成する。この構成は、画像形成面が光学カプラーに取り付けられたカメラのイメージセンサの画像形成面と一致するように、光学カプラーの最終的な画像形成面を調整するもう１つの方法を提供する。
１つの実施の形態においては、調整メカニズムは、調整ノブと、その調整ノブをバック焦点レンズに連結し、調整ノブの回転に対応してバック焦点レンズを光学カプラーの長さ方向に沿って移動させる機械的連結体とを備えている。
この発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な記述及び請求の範囲から明瞭になるであろう。
図１は内視鏡とカメラに接続された光学カプラーを示す図である。
図２は図１の光学カプラーの平面図である。
図３は図２の光学カプラーのレンズ系を示す図である。
図４は図２の光学カプラーの光学要素の概要を示す図である。
図５は図２の光学カプラーのメインハウジングの横断面側面図である。
図６Ａは図２の光学カプラーの横断面側面図である。
図６Ｂは図６Ａを９０度回転させた状態の図２の光学カプラーの横断面側面図である。
図７は図２の光学カプラーの焦点スリーブの側面図である。
図８は図２の光学カプラーのズームスリーブの側面図である。
図９は図２の光学カプラーのズームスリーブの平面展開図である。
図１０は他の光学カプラーのレンズ系を示す図である。
図１に光学カプラー１０を示す。光学カプラー１０は内視鏡１２とカメラヘッド１４との間に位置している。内視鏡１２は腔又は狭い体内通路の中へ挿入するための延伸された挿入部１６を有しており、これにより対象物を観察する。延伸された挿入部１６は、内視鏡１２の末端部１８から基端部２２のハンドル２０まで延びている。ハンドル２０は、ユーザーが内視鏡１２の延伸された挿入部１６を適切に位置づけることができるようになっている。照明は基端部２２の近傍で内視鏡１２に連結された光ガイド２４から内視鏡１２に入り、光源２６から対象物の領域に光を与える。カメラヘッド１４は電子光学的なイメージセンサ６６（例えばＣＣＤ）を備えており、この光学イメージセンサ６６は、内視鏡１２と光学カプラー１０を介して、レンズ組立体（図示しない）によって運ばれる光イメージを受け取り、その光イメージを表示するためのビデオ信号を発生させる。カメラヘッド１４から延びるケーブル２８は、カメラ制御ユニット１５にビデオ信号を運ぶ。カメラ制御ユニット１５は、カラーＣＲＴディスプレイ２９のような表示ユニットに表示するためのビデオ信号を処理するビデオプロセッサを有している。
図２に示すように、光学カプラー１０は、内視鏡の連結ハウジング３０とカメラマウント３２との間に縦列に配置された連続する３つの調整用のノブから構成される。これらの調整用のノブは、酸化アルミで形成されており、調整ノブ３４、焦点ノブ３６、及びズームノブ３８からなり、それらの各ノブは個々に回転可能で、光学カプラー１０内のレンズを移動させることができる。内視鏡の連結ハウジング３０は、内視鏡ハンドル２０の接眼レンズに光学カプラー１０を固定するように構成されている。カメラマウント３２はカメラヘッド１４を受け入れるネジ山４０を有している。
図３に光学カプラー１０のレンズ系の概要を示す。光学カプラー１０のレンズ系は、焦点レンズグループ４４、ズームレンズ組立体４６、及びバック焦点レンズグループ４８からなり、それらの全ては、連結ハウジング３０（図示していない）とカメラマウント３２との間に、光学軸４３に沿って配置されている。内視鏡１２によって運ばれてきた光は、内視鏡の連結ハウジング３０内の前方窓４９に入り、焦点レンズグループ４４、ズームレンズ組立体４６、及びバック焦点レンズグループ４８を通過し、その後、カメラマウント３２の後方窓５０に至る。
焦点レンズグループ４４は、焦点ノブ３６が回転されると、焦点レンズ調整メカニズム５２により、光学カプラー１０の他のレンズに対して相対的に移動する。ズームレンズ調整メカニズム５８は、ズームノブ３８の回転に対応しており、ズームレンズ組立体４６のズームレンズグループ５４，５６を、互いに近づく方向又は離れる方向に移動させるとともに、光学カプラー１０の他のレンズに対して相対的に移動させる。全体調整メカニズム６０は、焦点レンズグループ４４、ズームレンズ組立体４６、及びバック焦点グループ４８にそれぞれ連結されており、調整ノブ３４の回転に対応して、これらの全てのレンズを同時に移動させる。
この全体調整メカニズム６０により、マウント３２からイメージセンサまでの距離が様々に異なる各種のカメラヘッド１４に対して光学カプラー１０が使用できるようになっている。特に、全体調整メカニズム６０は、光学カプラー１０のレンズの位置をマウント３２と共に調節して、焦点レンズ４４によりカメラのイメージセンサ上に画像の焦点が合うと、その焦点が常にズームレンズ組立体４６の倍率になるようになっている。すなわち、全体調整メカニズム６０は、光学カプラー１０に“真のズーム”の能力を与える。
図４は光学カプラー１０がどのようにして真のズームの能力を保持するのかを理解するためのものであり、光学カプラー１０は以下のような動作を行う。焦点レンズ４４、ズームレンズ組立体４６、及びバック焦点レンズ４８は、光学軸４３に沿って、カメラマウント３２の接合端面３３に対して移動するようになっている。内視鏡１２（図１参照）によって観察され、光学カプラー１０を介して伝達された外部対象物の光学的画像は、光学カプラー１０の基端部（すなわち、カメラ４内の基端面３３）を通過して平面Ａ−Ａに形成される。光学カプラーの真のズーム能力が保持されるようにするには、カメラヘッド１４が光学カプラー１０に取り付けられた時、そのイメージセンサ６６の感光面を平面Ａ−Ａと一致させなければならない。
焦点レンズグループ４４は平面Ｐ−Ｐに中間の虚像を形成する。この虚像はズームレンズ組立体４６の実際の対象物として役立ち、それは平面Ｐ−Ｐの画像を平面Ｑ−Ｑのもう１つの中間虚像に運ぶ。ズームレンズ組立体４６は、たとえ画像が拡大されるようにレンズグループ５４，５６が移動されても、平面Ｐ−Ｐの実際の対象物の画像が平面Ｑ−Ｑに保持されるように設計されている。この方法のレンズ系の操作においては、平面Ｐ−Ｐと平面Ｑ−Ｑとは光学的に結合するようになっている。最終的に、バック焦点レンズ４８は平面Ｑ−Ｑの実際の対象物の画像を、イメージセンサ６６が位置する場所である平面Ａ−Ａに運ぶ。平面Ａ−Ａは平面Ｐ−Ｐと平面Ｑ−Ｑの両方の平面の光学的な結合である。
異なるカメラヘッド１４が光学カプラー１０に取り付けられた場合、そのイメージセンサ６６′の位置は今まで取り付けられていたカメラヘッド１４の位置とは異なる可能性がある。これは第２のカメラヘッド１４が第１のものと異なる製造業者に製造された場合に特にそのようになる。例えば、新しいイメージセンサ６６′（点線で示す）が、平面Ａ−Ａから距離ｄだけ離れた平面Ａ１−Ａ１に位置することになるかもしれない。また、光学カプラー１０が平面Ａ１−Ａ１に位置する新しいイメージセンサで使用されることになるかもしれない。けれども、平面Ａ１−Ａ１は平面Ｐ−Ｐと平面Ｑ−Ｑの光学的な結合ではないので、光学カプラー１０はもはや真のズーム能力を持たず、オペレータは、画像の倍率がズームレンズ組立体４６で変更されると、その都度画像に焦点を合わせる必要がある。
しかしながら、全体調整メカニズム６０は、焦点レンズ４４、ズームレンズ組立体４６、及びバック焦点レンズ４８を共に移動させて（調整ノブ３４の移動に対応する）、焦点レンズグループ４４とズームレンズ組立体４６の中間虚像面をイメージセンサ６６′の平面にシフトさせる。すなわち、平面Ｐ−Ｐと平面Ｑ−Ｑとの両方の中間虚像面を、平面Ｐ１−Ｐ１と平面Ｑ１−Ｑ１をの新しい中間虚像面に距離ｄだけ移動させ、それによって、新しい位置のイメージセンサ６６′の平面と重なる新しい画像形成面Ａ１−Ａ１に画像が形成されるようにする。レンズグループ４４，４６，４８…それらに連動する虚像面も同様に…を、カメラマウント３２の接合端面３３に対して共に移動させて、真のズーム能力をもとに戻し、新しいイメージセンサの位置に対応させることができる。接合端面３３は、レンズグループ４４，４６，４８が移動する際の光学カプラー１０上の適切な静止基準面となる。
全体調整メカニズム６０は、以下の手順により、光学カプラー１０に異なるカメラヘッド１４が取り付けられる毎にセットされる。
図２に示したように、第１ステップとして、ユーザーは、線６１，６３及び６５が焦点ノブ３６，ズームノブ３８及びカメラマウント３２の外表面で揃うように、焦点ノブ３６とズームノブ３８を回す。これは、焦点を無限大にし、ズームレンズ組立体４６がそのズーム範囲の中間位置となるように、焦点レンズ組立体４６を位置づける。その後、ユーザーは、光学カプラー１０を末端の対象物に向け、調整ノブ３４を回して、対象物に焦点が合うまで全体調整メカニズム６０を操作する。この際、ユーザーは、確実に、画像形成面Ａ−Ａの位置をイメージセンサ６６の位置に一致させることができる（図４参照）。調整ノブ３４の内部には、調整ノブ３４を固定するためのセットネジ１５３（図６Ａ参照）が所定の位置にネジ止めされている。このセットネジ１５３で止めることにより、調整ノブ３４は、異なるカメラヘッド１４が光学カプラー１０に取り付けられるまで、再び移動する必要はない。
図５〜図９に示すように、以下に光学カプラー１０の構造を説明する。光学カプラー１０は、酸化アルミで形成さたメインハウジング７０と、ネジ山４０（１．００−３２のネジ山）を有するフランジ状の延出部７１とを有するカメラマウント３２を備えている。フランジ状の延出部７１は、光学カプラー１０をカメラヘッド１４に対してシールドするＯ−リングシール７９を保持するための円形の溝７８を有している。
図６Ａに示すように、メインハウジング７０は、内視鏡の連結ハウジング３０用のマウントを備えた正面ハウジング７２に連結される場所である末端部まで、長手軸４３に沿って延伸されている。前方窓４９は、正面ハウジング７２内の、Ｏ−リングシール７４とネジ山付き保持部７６との間に保持されている。メインハウジング７０内には、前方窓４９に近接して焦点グループハウジング８０が取り付けられている。焦点レンズグループ４４を支持する焦点環８２が、焦点グループハウジング８０内にネジ止めされ、その中にＯ−リングシール８６で封止されている。ネジ山８１により、焦点グループ８０の内部で、例えば製造時の誤差による比較的重要でない変化が修正されるように、焦点環８２の軸方向の位置を調節することができる。
上述したように、焦点レンズグループ４４の位置は、以下のように構成された焦点レンズ調整メカニズム５２を使用することによって制御される。この焦点レンズ調整メカニズムは、プラスチックの軸受け筒９２によって囲まれたカムネジ９０をそれぞれ有し、焦点グループハウジング８０に形成された穴の中にねじ込まれた一対のカムベアリング８８（図６Ａに一方のみ示す）を備えている。その穴は、メインハウジング７０の円周上の対向位置に形成されている。各カムベアリング８８は、メインハウジング７０の軸の長さ方向に沿って形成された対応する延伸スロット９４内に受入れられ、焦点グループハウジング８０の前後動作の範囲を規制する。
酸化アルミで形成された焦点スリーブ９６は、メインハウジング７０と焦点グループハウジング８０の末端部を取り囲んでいる。図７に示すように、焦点スリーブ９６の中には、直径方向に対向する一対の螺旋系の溝９８が形成されており、各溝は、メインハウジング７０の延伸スロット９４で揃い、カムベアリング８８の対応する一方に連結されている。焦点ノブ３６はキー１０２を介して焦点スリーブ９６の周りに連結されており、焦点ノブ３６の内面に形成されたスロット１０４内に沿って、焦点スリーブ９６の基端部に形成されたスロット１０６（図７参照）の内部に延びている。したがって、焦点ノブ３６が時計方向又は反時計方向に回されると、その回転がキー１０２を介して焦点スリーブ９６に伝達される。焦点スリーブ９６に伝達された回転は、カムベアリング８８を介して焦点グループハウジング８０に伝達され、焦点グループハウジング８０を軸４３の方向に沿って移動させ、焦点レンズ組立体４４とイメージセンサ６６との間の距離を変化させ（図４参照）、それによって、観察されるべき対象物の画像に焦点を合わせる。溝９８の螺旋状の通路は、通常、焦点グループハウジング８０に取り付けられた焦点レンズグループ４４を軸６４の周りで回転させる。しかしながら、カムベアリング８８がメインハウジング７０の延伸スロット９４の中に取り込まれているので、焦点グループハウジング８０は、軸６４に沿って移動するのみで、回転はしない。
ズームレンズ組立体４６は、メインハウジング７０内に、焦点レンズグループ４４に近接して、第１及び第２ズームハウジング１１０，１１２内にそれぞれネジ切りされたエポキシ樹脂の保持部で保持されたズームレンズグループ５４，５６として同軸に配置されている。第１と第２のズームハウジング１１，０，１１２は、ズームレンズ調整メカニズム５８によって制御される軸上の位置でメインハウジング７０内に取り付けられている（図３参照）。ズームレンズ調整メカニズム５８は、第１と第２のズームハウジング１１０，１１２にそれぞれ形成された穴内にネジ止めされたカムベアリング８９，９１を用いる。第１ズームハウジング１１０と結合したカムベアリング８９（図６Ｂ参照）は、第２ズームハウジング１１２のカムベアリング９１（図６Ａ参照）から９０度オフセットされている。カムベアリングは、焦点レンズ調整メカニズム５２と結合したものと同じであり、プラスチックの軸受け筒によって囲まれたカムネジを備え、それらの対応するハウジングに沿って直径方向に対向して位置づけられている。カムベアリング８９，９１は、メインハウジング７０の軸方向に沿ってそれぞれ形成された長円形のスロット１１６，１１８（図５参照）の中に受入れられ、ズームハウジング１１０，１１２の回転を防止して、それらを光学カプラー１０の長手方向の軸に沿って移動させる。
バック焦点レンズ４８は、ズームレンズグループ４６の後ろに、メインハウジング７０と同軸に配置され、バック焦点レンズハウジング１２０の中に保持されている。バック焦点レンズハウジング１２０は、焦点及びズームレンズ調整メカニズム５２，５８に設けられたものと同じカムベアリング１２１（図６Ｂ参照）を受け入れるネジ切り穴を備えている。バック焦点レンズハウジング１２０に設けられたカムベアリング１２１は、メインハウジング７０の軸方向に沿って形成された、対応する長円形のスロット１２２（図５参照）の中に受入れられ、バック焦点レンズハウジング１２０を、回転させず、光学カプラーの長手方向の軸に沿って移動するように規制する。
酸化アルミで形成されたズームスリーブ１２４は、第１と第２のズームハウジング１１０，１１２と、バック焦点レンズハウジング１２の末端部を取り囲んでいる。図８及び図９に示すように、ズームスリーブ１２４の内部には、直径方向に対向する一対の螺旋形の溝１２６，１２８が形成されている。その各溝１２６，１２８は、メインハウジング７０の長円形スロット１１６，１１８に揃っており、カムベアリング８９，９１の対応する一方によって連結されている。特に、第１の一対の溝１２６は、ズームスリーブ１２４の基端部に形成され、第１ズームハウジング１１０に設けられたカムベアリング８９によって連結されている。同様に、溝１２６に近接して形成された第２の一対の溝１２８は、第２ズームハウジング１１２のカムベアリング９１によって連結されている。ズームスリーブ１２４の基端部に形成された直線状の一対の溝１３０は、バック焦点レンズハウジング１２０に設けられたカムベアリング１２１によって連結されている。
図６Ｂに示すように、ズームノブ３８は、ズームノブ３８の内面に沿って形成され、ズームスリーブ１２４の内部に形成されたスロット１２９内に延びる凹部１２７内にはめ込まれている。ズームノブ３８の時計方向又は反時計方向への回転は、キー１２５を介してズームスリーブ１２４に伝達され、カムベアリング８９，９１を介して第１及び第２ズームハウジング１１０，１１２を移動させることになる。したがって、ズームノブ３８の回転は、第１及び第２ズームハウジング１１０，１１２を軸４３に沿って相対的に移動させ、それによってレンズ５４とレンズ５６の間の相対的な間隔が変化し、観察されるべき対象物の画像のサイズの対応する変化となる。
溝１２６及び溝１２８の幾何学的形状は、“真のズーム”システムとしての静止機能の一方で、ズームノブ３８の回転に応じて、ズームレンズ組立体４６のレンズ５４とレンズ５６とが互いに近づいたり離れたりという反対方向に移動するように、特に設計されている、ということに留意することが重要である。特定の形状と光学カプラー１０に使用されるレンズに要求される幾何学的形状を得るためには、あらゆる設計の方法論を使用することができる。例えば、Ｋ．Ｙａｍａｇｉ著、光学の発展、Ｖｏｌ．ＶＩ，（１９６７）の第４章：“ズームレンズの設計”には、レンズ設計プログラムを得るために使用することが可能な一方法とその関連が述べられている。
図９に示すように、溝１２６，１２８は、拡大の度合いとズームノブ３８の回転のと間に直線的な関係が得られるような形状となっている。すなわち、拡大の度合いは回転の距離に対して直線的に変化する。本実施の形態においては、溝１２８は長円形の形状を持つように選定され、そのため、溝１２６は非長円形の形状を要求し、所望の直線性を与える。一般に、溝の１つの選択された形状は、他の溝の形状を規定するであろう。また、溝１２８に関連する溝１２６は、中間の虚像面（例えば、平面Ｑ−Ｑ）を真のズーム能力のための適切な位置に保持する。
バック焦点レンズ４８は、ズームレンズグループ４６の後方のメインハウジング７０内に同軸で位置し、バック焦点レンズハウジング１２０の内部に保持されている。バック焦点レンズハウジング１２０は、また、焦点及びズームレンズ調整メカニズム５２，５８に設けられたものと同じカムベアリング１２１（図６Ｂ参照）を受け入れるネジ止め穴を備えている。上述したように、バック焦点レンズハウジングに設けられたカムベアリング１２１は、メインハウジング７０の軸方向に沿って形成された対応する長円形のスロット１２２（図５参照）内に受け入れられている。カムベアリング１２１は、また、ズームスリーブ１２４内に形成された溝１３０内に受け入れられている。溝１３０は、ズームスリーブ１２４の円周面に沿って直線的に延びており（すなわち、溝１３０は軸成分を持たない）、これによりズームノブ３８が回転された時にバック焦点レンズハウジング１２０が軸方向に静止して残るようになっている。溝１３０内のカムベアリング１２１のかみ合いは、全体調整メカニズム６０が異なる画像形成位置の調整に使用された時、バック焦点レンズハウジング１２０を、第１及び第２ズームレンズハウジング１１０，１１２と焦点レンズハウジング８０と共に移動させる。
全体調整メカニズム６０は、焦点レンズグループ４４、ズームレンズグループ５４，５６、及びバック焦点レンズ４８が機械的に連動し、調整ノブ３４の回転に応じて共に移動するように、機械的に構成されている。さらに、全体調整メカニズム６０は、そのメカニズム６０の調整が設定されてロックされた後は、焦点ノブ３６とズームノブ３８の回転にそれぞれ対応して、焦点レンズグループ４４とズームレンズグループ５４がそれぞれ独立して移動できるように機械的に構成されている。その第１の機能は、焦点レンズハウジング８０、第１及び第２ズームレンズハウジング１１０，１１２、及びバック焦点レンズハウジング１２０を、直列方向に、バネ力で共に保持して機械的に連結することによって達成される。第２の機能は、調整ノブ３４を直列方向に連結する調整カラー１３８を使用するとともに、焦点を合わせるための焦点レンズグループ４４と観察するべき対象物の画像を拡大するズームレンズグループ５４とをそれぞれ独立して移動させる非−回転リング１４６を使用することで達成される。
全体調整メカニズム６０の特定の構成は以下のようになっている。光学カプラー１０の末端部である内視鏡の連結ハウジング３０と焦点ノブ３６との間に調整ノブ３４が配置されている。上述したように、調整ノブ３４は、焦点レンズグループ４４、ズームレンズグループ５４，５６、及びバック焦点レンズ４８を接合端面３３に対して移動させ、イメージセンサ６６の位置を調整する。焦点スリーブ９６と焦点ノブ３６との間には、調整カラー１３８が介在し、その調整カラー１３８には調整ノブ３４と連結されるネジ山１３９が設けられている。調整カラー１３８には、メインハウジング７０に形成された開口１４２に連結するピン１４０が設けられており、調整ノブ３４が回転されると、調整カラー１３８を、回転させず、光学カプラー１０の長さ方向の軸に沿って移動させる。調整カラー１３８には焦点スリーブ９６の末端面１４５に隣接するフランジ１４４が設けられている。
焦点スリーブ９６は、非−回転リング１４６のフランジ肩部１４８に隣接する位置の基端面９９まで延びている。フランジ肩部１４８は基端面９９をズームスリーブ１３２の末端面１０３に連結する。非−回転リング１４６に形成されたスロット１４９とメインハウジング７０に形成されたスロット１５１との間には、キー１４７が位置している。キー１４７は、非−回転リング１４６の軸方向の移動を制限し、そのリングが回転することを防止する。非−回転リング１４６は、焦点スリーブ９６をズームスリーブ１３２から切り離し、これにより、スリーブ９６，１３２の両方が非−回転リングのフランジ肩１４８に隣接しても、焦点ノブ３６又はズームスリーブ１３２の回転によって他が回転しないようにする。
ズームスリーブ１３２は、光学カプラー１０の基端部のメインハウジング７０を囲むスプリングワッシャー１５０に隣接する位置の基端面１０５まで延びている。スプリングワッシャー１５０は、プラスチックで形成され、金属で形成されているため互いに移動した場合に傷つきやすいズームスリーブ１３２とハウジング７０との間に、スムーズな接合面を与える。スプリングワッシャー１５０は、また、スチール製の波スプリング１５２に接触する。波スプリング１５２は、調整カラー１３８、焦点スリーブ９６、非−回転リング１４６、ズームスリーブ１３２、及びスプリングワッシャー１５０への押圧力の保持に必要な力を提供し、これにより、調整ノブ３４の回転で、レンズシステムが軸４３に沿って共に移動するようになっている。波スプリング１５２は、調整ノブ３４が回転された時、一方でまた焦点ノブ３６とズームノブ３８を自由に回転させ、調整カラー１３８、焦点スリーブ９６、非−回転リング１４６、ズームスリーブ１３２、及びスプリングワッシャー１５０を縦連結で共に保持するに十分な軸方向の力が得られるように選択される。
セットネジ１５３は、調整リング３４にネジ止めされて、正面ハウジング７２の連結のために締めつけられ、調整リング３４の回転を防止するとともに、焦点レンズグループ４４、ズームレンズグループ５４，５６、及びバック焦点グループ４８のユニットとしての移動を防止する。新しいカメラが光学カプラー１０に取り付けられると、セットネジ１５３がゆるめられ、上記した方法を用いて新しい画像形成位置を設定するために調整リング３４が回転され、調整リング３４を適切な位置に固定するためにセットネジ１５３が再び締めつけられる。
プラスチックのシールリング１５４は、ズームノブ３８とメインハウジング７０との間の密閉を保つ一対のＯ−リングを支持している。シールリング１５４は、ズームノブ３８とカメラマウント３２との間に延び、それらの間に非−摩擦回転面を与えるフランジ１５５を有している。また、ズームノブ３８と焦点ノブ３６との間には、プラスチックのスラストワッシャー１５６が配置され、焦点ノブ３６と調整ノブ３４との間には、プラスチックのベアリング１５８が配置されている。プラスチックのスラストワッシャー１５６とプラスチックのベアリング１５８との双方は、両ノブ間の金属どうしの接触を避けるために設けられている。
本発明の請求項の範囲には他の実施の形態も含まれる。
例えば、図１０には、光学カプラー１０の最終的な画像形成面を、新しく取り付けたイメージセンサの配置面に揃えるための他の方法が示されている。この実施の形態においては、焦点レンズグループ４４、ズームレンズ組立体４６、及びバック焦点レンズ４８を１つのユニットとして共に移動させるのではなく、バック焦点レンズ４８だけをカメラマウント３２に対して移動させるメニスカスレンズ調整メカニズム１７０が用いられる。このバック焦点レンズ４８を移動させる調整メカニズム１７０は、メインハウジング７０とバック焦点レンズハウジング１２０の基端部を取り囲むスリーブを備えている。
図１〜図２及び図５〜図９において上述された実施の形態と異なり、バック焦点レンズ４８はズームスリーブ１３２に支持されず、かわりにズームレンズグループ４６に設けられた独立のスリーブによって支持される。そのバック焦点レンズハウジングを支持するスリーブは、直径方向に対向する一対の長円形の溝を有しており、各溝はメインハウジング７０の延伸されたスロットに揃い、一対のカムベアリングの対応する一方によって連結されている。分離ノブは、ノブの内面に形成されたスロットにはまり、スリーブの基端部に形成されたスロット内に延びるキーを経てスリーブの周りに連結されている。したがって、ノブが時計方向又は反時計方向に回転されると、その回転がキーを介して伝達され、焦点レンズグループ４４とズームレンズグループ４６に対してスリーブを移動させる。スリーブの回転は、カムベアリングを介してバック焦点レンズハウジング１２０に伝達され、バック焦点レンズハウジング１２０を軸４３に沿って移動させ、バック焦点レンズ４８とカメラヘッド１４のイメージセンサ６６（図４参照）との間の距離を変化させ、それによって、光学カプラーの最終的な画像形成面を、新しく取り付けたイメージセンサの配置面に揃える。
バック焦点レンズ４８だけの移動は、平面Ｑ１−Ｑ１の中間虚像（ズームレンズ組立体４６によって創られる）を、例えば平面Ａ１−Ａ１である、イメージセンサの所望の画像形成面にシフトさせる（図４参照）。バック焦点レンズ４８だけを比較的小さい距離以上移動させると、レンズ系に光収差が生じる可能性がある。これらの光収差を補償するためには、例えばより大きなレンズナンバーのものが必要となるなど、より複雑なデザインのレンズ系が必要となる。したがって、新しいイメージセンサに適応させるためのこの実施の形態の方法は、カメラ対カメラの、イメージセンサの予想される位置の差が比較的小さい場合の状況において、最も好適に適用できるであろう。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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