(57)【要約】  本発明は、ステレオビデオ内視鏡の光学系及び該光学系を備えるステレオビデオ内視鏡に関する。光学系は、ステレオビデオ内視鏡の外の領域を立体表示するための第１のレンズ系チャネルと第２のレンズ系チャネルとを備え、レンズ系チャネルは互いに平行に配置され、レンズ系チャネルはそれぞれ一つ以上の光学素子をそれぞれの同一の光学構成中に備え、一つ以上の光学素子は、第１のレンズ系チャネルの第１の光軸又は第２のレンズ系チャネルの第２の光軸に沿って同じ位置に互いに隣り合って配置され、第１のレンズ系チャネルは少なくとも一つの第１の光学素子を備え、第２のレンズ系チャネルは、第１の光学素子と隣り合う少なくとも一つの第２の光学素子を備え、第１の光学素子の第１の光軸は第１のレンズ系チャネルの第１の光軸と一致し、第２の光学素子の第２の光軸は第２のレンズ系チャネルの第２の光軸と一致する。本発明によれば、第１の光学素子の断面領域は第１の円周に内接し、第２の光学素子の断面領域は第２の円周に内接し、第１の円周及び第２の円周の中心はそれぞれ、第１の光学素子の第１の光軸又は第２の光学素子の第２の光軸と一致し、第１の円周及び第２の円周は、第１の光学素子又は第２の光学素子の最大半径を決定し、第１の円周及び第２の円周は互いに重なり、第１の光学素子及び第２の光学素子の周形状は、第１の光学素子及び第２の光学素子に外接する第１の円周及び第２の円周とは異なることにより、第１の光学素子と第２の光学素子とは接触しない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオビデオ内視鏡（１）の光学系（３）であって、
前記ステレオビデオ内視鏡（１）の外にある領域を立体表示するための第１のレンズ系チャネル（７）と第２のレンズ系チャネル（８）とを備え、
前記レンズ系チャネル（７、８）は互いに平行に配置され、
前記レンズ系チャネル（７、８）はそれぞれ一つ以上の光学素子（１１、１２）をそれぞれの同一の光学構成中に備え、
一つ以上の前記光学素子（１１、１２）は、前記第１のレンズ系チャネルの第１の光軸（５）又は前記第２のレンズ系チャネルの第２の光軸（６）に沿って同じ位置に互いに隣り合って配置され、
前記第１のレンズ系チャネル（７）は、少なくとも一つの第１の光学素子（１１）を備え、
前記第２のレンズ系チャネル（８）は、前記第１の光学素子（１１）と隣り合う少なくとも一つの第２の光学素子（１２）を備え、
前記第１の光学素子（１１）の第１の光軸（５）は前記第１のレンズ系チャネル（７）の前記第１の光軸（５）と一致し、前記第２の光学素子（１２）の第２の光軸（６）は前記第２のレンズ系チャネル（８）の前記第２の光軸（６）と一致し、
前記第１の光学素子（１１）の断面領域は第１の円周（１１ｂ）に内接し、
前記第２の光学素子（１２）の断面領域は第２の円周（１２ｂ）に内接し、
前記第１の円周（１１ｂ）及び前記第２の円周（１２ｂ）の中心はそれぞれ、前記第１の光学素子（１１）の前記第１の光軸（５）又は前記第２の光学素子（１２）の前記第２の光軸（６）と一致し、
前記第１の円周（１１ｂ）及び前記第２の円周（１２ｂ）は、前記第１の光学素子（１１）又は前記第２の光学素子（１２）の最大半径を決定し、
前記第１の円周（１１ｂ）及び前記第２の円周（１２ｂ）は互いに重なり、
前記第１の光学素子（１１）及び前記第２の光学素子（１２）の周形状は、前記第１の光学素子（１１）及び前記第２の光学素子（１２）に外接する前記第１の円周及び前記第２の円周（１１ｂ、１２ｂ）とは異なることにより、前記第１の光学素子（１１）と前記第２の光学素子（１２）とは接触しないことを特徴とする、光学系（３）。
【請求項２】
請求項１に記載の光学系（３）であって、
前記第１の光学素子（１１）の前記断面領域及び前記第２の光学素子（１２）の前記断面領域はそれぞれ欠円の形状を有し、
前記第１の光学素子（１１）の前記断面領域は、前記第１の円周（１１ｂ）の中心を含み、前記第２の光学素子（１２）の前記断面領域は、前記第２の円周（１２ｂ）の中心を含み、
前記第１の光学素子（１１）の前記断面領域を区画する第１の弦（１１ａ）及び前記第２の光学素子（１２）の前記断面領域を区画する第２の弦（１２ａ）はそれぞれ、前記円周（１１ｂ、１２ｂ）の中心間の連結線（１３）と垂直に配置されることを特徴とする、光学系（３）。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学系（３）であって、
前記円周（１１ｂ、１２ｂ）の中心間の中間点に配置される中心線（１４）であって、前記円周（１１ｂ、１２ｂ）の中心間の連結線（１３）と垂直な中心線（１４）に関して、前記第１の光学素子（１１）は、前記第２の光学素子（１２）とミラー対称であることを特徴とする、光学系（３）。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学系（３）であって、
前記断面領域に外接する前記光学素子（１１、１２）の前記円周（１１ｂ、１２ｂ）は直径が少なくとも３．４ｍｍであり、前記円周（１１ｂ、１２ｂ）の中心間の距離が２．５ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする、光学系（３）。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学系（３）であって、
前記第１のレンズ系チャネル（７）は、第１のイメージセンサ（２１）と、第１の偏向素子（２５）とを備え、前記第２のレンズ系チャネル（８）は、第２のイメージセンサ（２２）と、第２の偏向素子（２６）とを備え、
前記第１のイメージセンサ（２１）は、断面（２７）の上方に配置され、
前記第２のイメージセンサ（２２）は、前記断面（２７）の下方に配置され、
前記断面（２７）上には前記第１の光学素子（１１）の前記第１の光軸（５）及び前記第２の光学素子（１２）の前記第２の光軸（６）が延在し、
両方のイメージセンサ（２１、２２）は、前記断面（２７）に対して面的に平行に配列され、
前記第１の偏向素子（２５）は、前記第１のレンズ系チャネル（７）に入射した光線を前記第１のイメージセンサ（２１）の方向へ偏向し、
前記第２の偏向素子（２６）は、前記第２のレンズ系チャネル（８）に入射した光線を前記第２のイメージセンサ（２２）の方向へ偏向することを特徴とする、光学系（３）。
【請求項６】
請求項５に記載の光学系（３）であって、
前記イメージセンサ（２１、２２）はそれぞれ、感光性の表面（２８）と非感光性の縁部（２９）とを備え、
前記イメージセンサ（２１、２２）、特に、前記イメージセンサ（２１、２２）の前記非感光性の縁部（２９）は、前記断面（２７）への投影において重なることを特徴とする、光学系（３）。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の光学系（３）であって、
前記イメージセンサ（２１、２２）のそれぞれは支持体（２３、２４）に配置され、
前記支持体（２３、２４）は、前記光学系（３）のケーシングチューブ（２）に対する遠方領域（４１）と比べて、前記ケーシングチューブ（２）に対する近辺領域（４２）においてより薄いことを特徴とする、光学系（３）。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学系（３）であって、
光は入射窓（３０）を通過して前記光学系（３）へ入射し、
前記入射窓（３０）は、入射面（３０ａ）と、出射面（３０ｂ）と、を備え、
前記入射面（３０ａ）及び前記出射面（３０ｂ）は互いに同一の有限の曲率半径を有することを特徴とする、光学系（３）。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学系（３）を備える、
ステレオビデオ内視鏡（１）。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ステレオビデオ内視鏡の光学系及びステレオビデオ内視鏡に関する。
【０００２】
ステレオビデオ内視鏡は、医療の場において、対応する医師に対して患者の体内の立体映像を提供するために配備される。この目的のために、内視鏡の光学系に入射する光線は、平行に走る構成の２つのレンズ系チャネル内に案内され、この２つのレンズ系チャネルは、２つの別々のイメージセンサ上で光線を撮像する。このように、観察される領域の画像が僅かに異なる視野角で撮像される。例えばシャッターメガネを用いて、それぞれの眼で各レンズ系チャネルの画像を見ると、観察される領域の空間的印象が生み出される。これを立体視と呼ぶ。このようなステレオビデオ内視鏡は、例えば、独国特許出願公開第１０２０１３２１５４２２Ａ１号に開示されている。
【０００３】
空間的印象の強さに対して、レンズ系チャネルの光軸間の距離が決定的な影響を与える。この距離が短すぎると、弱い空間的印象しか得られない。このため、ステレオビデオ内視鏡を構築する際は、レンズ系チャネル間の適正な距離を確保することに注意を払う必要がある。
【０００４】
これと同時に、内視鏡検査に伴う患者へのストレスを最小限にするためには、内視鏡を構築する際に、内視鏡の外径をできるだけ小さくすることにも注意が必要である。ただし、高画質を実現するためには、レンズ系チャネルに配置された光学素子（例えばレンズ）は、可能な限り広い断面積を有するべきである点で問題が生じる。光学素子が大きすぎると、内視鏡のケーシングチューブ内で隣り合うように配置することができない。また、光学素子が大きい場合は、光軸間の適正距離が確保できているかについても注意が必要である。このため、これらの要件間の妥協策を、ステレオビデオ内視鏡により見出さなければならない。
【０００５】
本発明の目的は、内視鏡シャフトの外径を広げることなく、画質、立体感及び／又は視野の広さの向上を達成できる、ステレオビデオ内視鏡の光学系及びステレオビデオ内視鏡を提供することである。
【０００６】
本目的は、次のステレオビデオ内視鏡の光学系により達成される。すなわち、当該ステレオビデオ内視鏡の光学系は、ステレオビデオ内視鏡の外にある領域を立体表示するための第１のレンズ系チャネルと第２のレンズ系チャネルとを備え、レンズ系チャネルは互いに平行に配置され、レンズ系チャネルはそれぞれ一つ以上の光学素子をそれぞれの同一の光学構成中に備え、一つ以上の光学素子は、第１のレンズ系チャネルの第１の光軸又は第２のレンズ系チャネルの第２の光軸に沿って同じ位置に互いに隣り合って配置され、第１のレンズ系チャネルは、少なくとも一つの第１の光学素子を備え、第２のレンズ系チャネルは、第１の光学素子と隣り合う少なくとも一つの第２の光学素子を備え、第１の光学素子の第１の光軸は第１のレンズ系チャネルの第１の光軸と一致し、第２の光学素子の第２の光軸は第２のレンズ系チャネルの第２の光軸と一致し、第１の光学素子の断面領域は第１の円周に内接し、第２の光学素子の断面領域は第２の円周に内接し、第１の円周及び第２の円周の中心はそれぞれ、第１の光学素子の第１の光軸又は第２の光学素子の第２の光軸と一致し、第１の円周及び第２の円周は、第１の光学素子又は第２の光学素子の最大半径を決定し、第１の円周及び第２の円周は互いに重なり、第１の光学素子及び第２の光学素子の周形状は、第１の光学素子及び第２の光学素子に外接する第１の円周及び第２の円周とは異なることにより、第１の光学素子と第２の光学素子とは接触しない。
【０００７】
本発明の文脈において、光学素子の凹みのある面が円周に内接するという特徴は、円周を超えて突出することがなく、円周と少なくとも部分的に又は複数の個所で接することを意味する。
【０００８】
従来技術のステレオビデオ内視鏡の場合、外接する円周は、円形の光学素子の周長、すなわち、例えばレンズの周長と一致する。しかし本発明によれば、光学素子の断面領域は、円周とは少なくとも部分的に異なる。円周と比較して、光学素子の周長は、光学素子同士が互いに対向する少なくとも一部分において短い。結果的に、円形の光学素子と比較して、本発明の光学素子は、少なくとも一つの凹みを有する。これにより第１の光学素子及び第２の光学素子を、円周が重なり合うように、互いに近づけて配置できる。そのため、２つのレンズ系チャネルの光軸間の距離によって光学素子のサイズが制限されない。
【０００９】
結果的に、レンズ系チャネルの光軸間の距離、及び、それにより、空間的印象の強さを有利に調節することができる。特に、２つの別々の画像として認識されないよう、光軸間の距離を短くすることができる。
【００１０】
さらに、予め決まった外径やレンズ系チャネルの光軸間距離を有する内視鏡において、より径の大きな光学素子を有利に用いることができる。光学素子の凹みのために、光学素子同士を互いに接近させることができる。これにより光学素子と内視鏡のケーシングチューブとの間にスペースが生まれるため、そのスペースを利用して、光学素子の径を大きくすることができる。これにより、全体として、従来技術による光学素子を用いる場合よりも高画質とすることができる。凹みによる領域の損失を補填する以上に、光学素子の径をより大きくできるからである。
【００１１】
第１の光学素子の断面領域及び第２の光学素子の断面領域はそれぞれ欠円の形状を有していることが好ましく、第１の光学素子の断面領域は、第１の円周の中心を含み、第２の光学素子の断面領域は、第２の円周の中心を含み、第１の光学素子の断面領域を区画する第１の弦及び第２の光学素子の断面領域を区画する第２の弦はそれぞれ、円周の中心間の連結線と垂直に配置される。
【００１２】
本開示の文脈において欠円とは、一つの円弧と一つの弦により区画される円の部分を指すものと理解される。一つの円弧と２つの半径により区画された円の部分、すなわちカットケーキの形状の円の部分は、欠円ではない。
【００１３】
欠円形状は本発明の光学素子の実施形態を表すものであり、製造の点において実現が容易である。第１の光学素子及び第２の光学素子の場合、円形の光学素子から開始し、弦に沿って断面領域の一部を分離する。残った部分は分離された部分よりも大きく、円周の中心、すなわち光軸を含む。残った部分はおおよそ「Ｄ」字に相当する形状となり、このため、この場合「Ｄカット」と呼ばれる。２つの光学素子は、弦により区画された縁同士が向かい合うように各レンズ系チャネル内に整列される。
【００１４】
第１の光学素子は、好ましくは、中心線に関して、第２の光学素子とミラー対称である。中心線は、円周の中心間の中間点に配置され、円周の中心間の連結線と垂直である。
【００１５】
第１のレンズ系チャネルの第１の光学素子、及び第２のレンズ系チャネルの第２の光学素子は互いに隣り合って配置されるだけではなく、本実施形態によれば、中心線に関して対称である。光学素子の断面領域は結果的に、同形で、中心線に関して鏡像配置されている。
【００１６】
好ましくは、複数の光学素子が第１のレンズ系チャネルに含まれ、それらに対して鏡像配置された複数の光学素子が第２のレンズ系チャネルに含まれる。レンズ系チャネル内の鏡像の対である全ての光学素子の配置により、レンズ系チャネルの光学特性は鏡像において同一である。対で配置された光学素子のみ、好ましくは凹みを有し、円周が重なる。
【００１７】
立体画像の高画質化のためには、入射光線をイメージセンサ上に相応に高い解像度で表す、高光度の光学系が必要である。高光度の光学系は、相応に大きな径を有する光学素子を必要とする。外径１０ｍｍのステレオビデオ内視鏡の場合、光学素子の最小径は、最新の高解像度イメージセンサを用いる場合、約３．４ｍｍである。同時に、立体感を実現するためには、レンズ系チャネルの光軸間の距離が２．５ｍｍ〜３ｍｍであることが必要である。この場合、断面領域が完全な円形である光学素子では、断面領域が重なるため実現不可能である。このように、光学素子の断面領域に外接する円周の径は、好ましくは少なくとも３．４ｍｍ、及び円周の中心間の距離は２．５ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。
【００１８】
本発明の、例えばＤカットの光学素子を用いることにより、両方の条件を満たし得る。光学素子の凹みによる光の損失は、画質に何らの顕著な影響も与えない程に小さい。結果的に、外径１０ｍｍのステレオビデオ内視鏡においても高光度の光学系及び高解像度のイメージセンサを有利に用いることができ、結果として、高画質及び立体画像を達成することができる。
【００１９】
第１のレンズ系チャネルは、好ましくは、第１のイメージセンサと、第１の偏向プリズムとを備え、第２のレンズ系チャネルは、第２のイメージセンサと、第２の偏向プリズムとを備え、第１のイメージセンサは、断面の上方に配置され、第２のイメージセンサは、断面の下方に配置される。当該断面上には、第１の光学素子の第１の光軸及び第２の光学素子の第２の光軸が延在する。両方のイメージセンサは、断面に対して面的に平行に配列され、第１の偏向素子は、第１のレンズ系チャネルに入射した光線を第１のイメージセンサの方向へ偏向し、第２の偏向素子は、第２のレンズ系チャネルに入射した光線を第２のイメージセンサの方向へ偏向する。
【００２０】
これにより、光学系の省スペースな設計が可能となる。そのためには、イメージセンサを省スペースで配置できると有利である。通常、イメージセンサは、イメージセンサの表面の法線がレンズ系チャネルの光軸の方向を指すように配置される。例えばプリズム又はミラーといった偏向素子を用いることにより、イメージセンサを断面に対して上方、又は下方に、かつ、断面と平行に配置することができる。このように、イメージセンサが占めるスペースを削減することができる。
【００２１】
各イメージセンサは感光性の表面と非感光性の縁部とを備え、イメージセンサ、特に、イメージセンサの非感光性の縁部は、断面への投影において重なる。
【００２２】
ステレオビデオ内視鏡に用いられるイメージセンサ、例えばＣＣＤセンサは、製造工程のため非感光性の縁部を有する。そのため、２つのイメージセンサを同一平面上に配置する場合、この非感光性の縁部により、イメージセンサ同士が近接し感光性の表面が互いに接触して配置されるのを防止するものの、利用できるスペースを無駄にしてしまう。一方、本発明のイメージセンサは同一平面上に配置されず、非感光性の縁部は、断面への投影において重なるように配置され得る。イメージセンサ同士はさらに、感光性の表面が投影において部分的に又は完全に重なるように近づけて配置することもでき、結果的に光学系がより省スペースな設計となる。これにより、より広い感光性の表面を有するイメージセンサを用いることが可能となり、画質の向上につながる。また、イメージセンサのサイズが予め特定された光軸間最短距離を有する場合、レンズ系チャネルの光軸間の距離を短くすることができる。大きいイメージセンサを同一平面内に配置すると、光軸間の距離が広くなりすぎるが、本発明のイメージセンサの配置によると、第一に、大きいイメージセンサを用いて立体感を得ることができる。
【００２３】
各イメージセンサは、好ましくは支持体に配置され、支持体は、光学系のケーシングチューブに対する遠方領域と比べて、ケーシングチューブに対する近辺領域においてより薄くなっている。支持体は、イメージセンサの感光性の側とは反対の側に配置される。ケーシングチューブに最も近接する支持体の領域により、ケーシングチューブの最小径が画定される。この領域を薄くすることにより、より小径のケーシングチューブ、又はより大きい支持体を備えたイメージセンサを用いることができる。イメージセンサの支持体が大きければ、感光性の表面も大きく、そのため光学系の画質が向上する。
【００２４】
光は、有利には入射窓を通過して光学系へ入射し、入射窓は、入射面と、出射面と、を備え、入射面及び出射面は互いに同一の有限の曲率半径を有する。入射窓の面積により光学系に入射し得る光の量が決まる。このため、入射窓の面積をできるだけ広くすることが、光学系において高画質を得るための必要条件である。しかし、入射窓の径は内視鏡の径により画定される。入射窓の径を変えずに入射窓の面積を広げるために、入射面は湾曲していることが有利である。入射面の湾曲により入射窓の望ましくないレンズ効果が発生することを防止するために、出射面も同一の曲率半径で湾曲している。このように、入射窓の望ましくないレンズ効果の発生により画質を劣化させることなく、より高光度の光学系が実現でき、視野を広げることができる。
【００２５】
光学系の更なる実施形態において、第１のレンズ系チャネルの光学素子と、第２のレンズ系チャネルの類似の光学素子とは、互いにオフセットして配置される。側方視のステレオビデオ内視鏡では光路長の違いが生じるが、このようにして、レンズ系チャネルに入るときに補正される。
【００２６】
本目的は、上記実施形態のいずれか一つの光学系を備えるステレオビデオ内視鏡によっても達成される。ステレオビデオ内視鏡は、上記光学系と同一又は類似の利点、特性、又は特徴を有する。
【００２７】
本発明の更なる特徴は、請求の範囲、及び添付の図面とともに、本発明の実施形態の詳細な説明から明らかになる。本発明の実施形態は、個々の特徴又は複数の特徴の組み合わせを実現させることができる。
【００２８】
本発明は図面を参照して以下に説明されるが、本発明の一般概念は実施形態により制限されない。文章により詳細に説明されない本発明に係る詳細の全てに関しては、図面が明示的に参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ステレオビデオ内視鏡の光学系の概略的な長手方向断面図である。
【図２ａ】従来技術によるステレオビデオ内視鏡の光学系の概略的な断面図である。
【図２ｂ】ケーシングチューブの径を拡大したステレオビデオ内視鏡の光学系の概略的な断面図である。
【図２ｃ】光学素子が重なっているステレオビデオ内視鏡の光学系の概略的な断面図である。
【図２ｄ】光学素子がＤカット型であるステレオビデオ内視鏡の光学系の概略的な断面図である。
【図３ａ】イメージセンサのレベルでのステレオビデオ内視鏡の光学系の概略的な断面図である。
【図３ｂ】イメージセンサの概略図である。
【図４】イメージセンサレベルでのステレオビデオ内視鏡の光学系の概略的な平面図である。
【図５】ケーシングチューブの近傍の領域においてより薄い支持体を備えたイメージセンサを有するステレオビデオ内視鏡の光学系の概略的な断面図である。
【図６ａ】従来技術によるステレオビデオ内視鏡の光学系の概略図である。
【図６ｂ】湾曲した入射窓を備えたステレオビデオ内視鏡の光学系の概略図である。
【図６ｃ】互いに位置をずらした光学素子を備えたステレオビデオ内視鏡の光学系の概略図である。
【００３０】
図面において、同一又は類似の要素及び／又は部品には同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、側視型ステレオビデオ内視鏡１の光学系３の概略的な長手方向断面図である。光学系３は、第１の光軸５を有する第１のレンズ系チャネル７と、第２の光軸６を有する第２のレンズ系チャネル８と、を備える。光軸５、６は互いに平行に配置されている。少なくとも一つの第１の光学素子１１は、第１のレンズ系チャネル７内に配置され、少なくとも一つの第２の光学素子１２は、第１の光学素子１１と隣接して第２のレンズ系チャネル８内に配置されている。２つのレンズ系チャネル７、８は、複数の光学素子を備えるが、図１においては明瞭化のため、光学素子の全てには符号を付していない。また、光学系は、レンズ系チャネル７、８のそれぞれに、偏向素子２５、２６とイメージセンサ２１、２２とを備える。
【００３２】
図中、３本線で示す光線は、入射窓３０と入射レンズ４を通過して光学系３へ入射し、続けて第１のレンズ系チャネル７及び第２のレンズ系チャネル８により偏向要素２５、２６の方向へ導かれる。第１の偏向素子２５は、第１のレンズ系チャネル７内の光線を、図の紙面から離れる方向へ偏向し、第２の偏向素子２６は、第２のレンズ系チャネル８内の光線を、図の紙面へ向けて偏向する。このように光線は、図面の平面と平行に配置されたイメージセンサ２１、２２で撮像される。イメージセンサ２１、２２は入射光の光線を画像情報に変換する。
【００３３】
図２ａ〜図２ｄはそれぞれ、光学素子１１、１２のレベルでのステレオビデオ内視鏡の概略的な断面を示す。図１の線Ａ−Ａに沿ったステレオビデオ内視鏡の概略的な断面を図２ｄに示す。
【００３４】
図２ａは、従来技術によるステレオビデオ内視鏡１の光学系３の断面を示す。光学素子１１、１２は、円形断面を有するレンズである。レンズの中心、すなわち光学素子１１、１２の光軸５、６は、レンズ系チャネル７、８の光軸５、６と一致する。第１の光軸５と第２の光軸６との間の距離、すなわち連結線１３の長さは、ステレオビデオ内視鏡１の立体感の強さに対し決定的な影響を与える。この距離が短すぎると、観察者が認識する立体感は弱くなる。一方、この距離が長すぎると、観察者は立体画像ではなく２つの別々の画像を認識する。このため、良好な立体画像を得るためには、光軸５、６間の適切な距離を選択しなければならない。そのような距離は例えば、外径１０ｍｍのステレオビデオ内視鏡であれば約２．５〜３ｍｍである。また、光学素子１１、１２がステレオビデオ内視鏡１に確実に収容されるように、光学素子１１、１２の径をケーシングチューブ２内に適合するように選択しなければならない。
【００３５】
これらの２つの条件を満たすため、従来技術による光学系３では、通常、比較的小径の光学素子１１、１２が用いられている。しかし、より高い画質を得るためには、図２ｂに示されるように、より大きな径を有する光学素子１１、１２を用いる必要がある。光学素子１１、１２をケーシングチューブ２内に収容するためには、ケーシングチューブ２の径を大きくする必要がある。その結果、ステレオビデオ内視鏡１の径が大きくなり、望ましくない。また図２ｂでは、光学素子１１、１２を互いに隣り合わせに配置できるよう光軸５、６間の距離を長くした。しかし極端な場合、光軸間の距離がより長いことで、観察者には立体画像が認識されず、２つの別々の画像が認識されることとなる。一方で、光軸５、６間の距離を維持しながら光学素子１１、１２を大きくした場合、図２ｃに示すように、光学素子１１、１２が重なってしまう。
【００３６】
この問題を解決するために、図２ｄに示す通り、光学素子１１、１２はいわゆるＤカットを備える。光学素子１１、１２の断面領域は、欠円形状を有する。外接する円周１１ｂ、１２ｂの中心は、レンズ系チャネルの光軸５、６と一致する。欠円は中心、すなわち光軸５、６を含む大きさに選択される。欠円は、弦１１ａ、１２ａにより区画されている。光学素子１１、１２は、弦１１ａ、１２ａにより区画される縁が互いに向き合うよう配置される。光学素子１１、１２は、光軸５、６及び連結線１３と垂直な中心線１４であって、光学素子１１、１２の中間点を通る中心線１４に関してミラー対称である。
【００３７】
光学素子１１、１２を欠円の形状で設計することにより、光学素子１１、１２を同じ径の完全な円形断面とした場合（図２ｂ）よりも、光軸５、６を互いに接近させて配置することができる。このように、大きな光学素子１１、１２であっても立体画像を生成することができる。また、ケーシングチューブ２の径も小さいまま保つことができる。より小さい光学素子１１、１２を用いる場合（図２ａ）に比べて、より多くの光をイメージセンサ２１、２２の方向へ向けることができ、このため画質が向上する。
【００３８】
本発明は、弦の形態でＤカットの形状を有する光学素子１１、１２に限定されない。光学素子１１、１２の円周１１ｂ、１２ｂが重なるように他の方法で形成された光学素子１１、１２の実施形態も、同様に本発明に含まれる。このため、例えば光学素子１１、１２の縁部は、弦１１ａ、１２ａが光学素子１１、１２の縁部の円弧状部分に結合する領域で丸められていることも考えられる。楕円形も本発明に含まれる。
【００３９】
図３ａは、図１の線Ｂ−Ｂに沿った光学系３の断面を示し、例えばＣＣＤセンサ等のイメージセンサ２１、２２を備える。技術的な理由により、イメージセンサ２１、２２は支持体２３、２４上に配置されている。２つのイメージセンサ２１、２２は断面２７と平行に配列されている。ここにおいて第１のイメージセンサ２１は断面２７の上方に、第２のイメージセンサ２２は断面２７の下方に配置されている。図２ａ〜図２ｄに示す通り、光軸５、６及び連結線１３は断面２７上に延在する。点線で示す入射光線は、例えばプリズム又はミラー等の偏向素子２５、２６によってイメージセンサ２１、２２の方向へ偏向される。
【００４０】
イメージセンサ２１、２２をこのように配置することで、イメージセンサ２１、２２の面積として、断面２７でイメージセンサ２１、２２の投影が重なる程の広い面積を選択することができる。このことが重要であるのは、図３ｂに第１のイメージセンサ２１を例示する通り、イメージセンサ２１、２２が技術的な理由から感光性の表面２８と非感光性の縁部２９とを有しているためである。イメージセンサ２１、２２が大きい場合、立体認識のために必要とされる光軸５、６間の距離を実現するように接近させて配置することができない。しかし、図３ａに示す配置であれば、端部２９同士、さらには感光性の表面２８同士でさえも断面２７への投影において重なってもよく、上記の問題を解決できる。光軸５、６間の距離はこのため、イメージセンサ２１、２２のサイズとは無関係に選択することができる。加えて、より大きなイメージセンサ２１、２２を使うこともでき、結果的により高い画質を得ることができる。
【００４１】
図４は、図３ａのイメージセンサ２１、２２及び偏向素子２５、２６の配置の平面図を概略的に示し、図１を上部から見た図に相当する。当該平面図には、偏向素子２５、２６の反射面２５ａ、２６ａが示され、当該反射面２５ａ、２６ａは、入射光を第１のイメージセンサ２１、又は第２のイメージセンサ２２の方向へ反射及び偏向する。
【００４２】
図５は、図３ａの断面図に略相当する光学系３の断面図であり、断面２７周辺に反射が生じている。図３ａと対照的に、図５の支持体２３、２４はそれぞれ、ケーシングチューブ２に対する近辺領域４２と遠方領域４１とを有する。支持体２３、２４の厚さは、近辺領域４２の方が遠方領域４１より薄くなっている。近辺領域４２を薄型に設計することにより、支持体２３、２４はより省スペース設計とされている。このため、例えば、ケーシングチューブ２の径を小さくすることが可能であり、又は、例えば図５に示すように、イメージセンサ２１、２２とその支持体２３、２４を大きくして、さらに高画質とすることができる。
【００４３】
図６ａは、従来技術によるステレオビデオ内視鏡１の光学系３を概略的に示す。光線は入射窓３０の平面状の入射面３０ａ及び平面状の出射面３０ｂを通って光学系３へ入射する。入射窓３０のサイズにより、光学系３へ入射する光量が決まる。ただし、入射窓３０の径はステレオビデオ内視鏡１の径により制限され、結果的に内視鏡１の視野も制限される。これを図６ａに示す。「×」で記す最外部の光線は光学系３に入射することができない。次の図６ｂとの比較しやすいよう、光学系３における上記光線の仮想の光路を図６ａに示している。
【００４４】
より多くの光を光学系３へ入射し、表現可能な画像領域を広くするため、図６ｂに示す本発明の実施形態によると、入射面３０ａと出射面３０ｂとが同一の有限の曲率半径を有する入射窓３０が用いられている。すなわち、径は同一のまま、入射面３０ａの表面が広くなっていることを意味する。図６ａと図６ｂを比較すれば明らかなように、入射面３０ａの設計を湾曲面とすることにより、より広い視野からの光線が光学系３へ入射可能である。このように、光学系３の光学特性を向上させることができる。出射面３０ｂが入射面３０ａと同一の曲率を有するため、入射窓３０がレンズのような働きをすることが回避される。このため、望ましくないレンズ効果により入射窓３０が光学系３の光学特性に負の影響を与えることが結果的に回避される。
【００４５】
図６ｃは、光学系３の更なる実施形態を示す。より明確にするため、光が光学系へ透過する際に通る遠位光学アセンブリ５０と、レンズ系チャネル７、８を備える近位光学アセンブリ６０とをそれぞれ破線で示す。本実施形態において、第１のレンズ系チャネル７内の光学素子６１と、類似するものであり得る、第２のレンズ系チャネル８内の光学素子６２とは、互いにオフセットして配置される。このように、遠位光学アセンブリ５０において異なる光路を補正して、２つの画像の画質を調和させ、より高画質の立体画像を作成することが可能である。
【００４６】
図面のみから推測できる特徴や、他の特徴と組み合わせて開示された個々の特徴を含む、全ての示された特徴は、単独で、また組み合わせたものの両方が本発明の要点であると考えられる。本発明の実施形態は個々の特徴又は複数の特徴の組み合わせにより実施されても良い。本発明の文脈において「特に」又は「好ましくは」と記された特徴は、選択的な特徴として理解されたい。
【符号の説明】
【００４７】
１          ステレオビデオ内視鏡
２          ケーシングチューブ
３          光学系
４          入射レンズ
５          第１の光軸
６          第２の光軸
７          第１のレンズ系チャネル
８          第２のレンズ系チャネル
１１        第１の光学素子
１１ａ      第１の弦
１１ｂ      第１の円周
１２        第２の光学素子
１２ａ      第２の弦
１２ｂ      第２の円周
１３        連結線
１４        中心線
２１        第１のイメージセンサ
２２        第２のイメージセンサ
２３        第１の支持体
２４        第２の支持体
２５        第１の偏向素子
２５ａ      第１の反射面
２６        第２の偏向素子
２６ａ      第２の反射面
２７        断面
２８        感光性表面
２９        非感光性縁部
３０        入射窓
３０ａ      入射面
３０ｂ      出射面
４１        遠方領域
４２        近辺領域
５０        近位光学アセンブリ
６０        遠位光学アセンブリ
６１        光学素子
６２        光学素子
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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６ｃ】
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【国際調査報告】
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