JP2007522506A - 硬性内視鏡用リレーセット - Google Patents

Abstract

【課題】 長さの異なる内視鏡の設計を、より容易に且つ低コストで実現することが可能な硬性内視鏡用リレーセットを提供する。
【解決手段】 硬性内視鏡の光学系用リレーセット（１，11，23）において、前記光学系は、遠位端における対物レンズ（20）と、近位端における接眼レンズ（22）と、それらの間の数個のリレーセット（１，11，21，23）からなるリレーレンズ系とを有し、前記リレーセット（１，11，23）は、該セットの中心（５）に関して対称に連続して配列された同一のレンズユニット（３a1，３a2，３a3，３a4；３b1，３b2，３b3，３b4）を有する２個のハーフセット（２ａ，２ｂ）からなり、各ハーフセット（２ａ，２ｂ）は、中心（５）から距離が増加する順に、正、負、正、正（Ｐ，Ｎ，Ｐ，Ｐ）の屈折力を有するように連なる４個のレンズユニット（３a1，３a2，３a3，３a4；３b1，３b2，３b3，３b4）からなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、請求項１の包括部分において記載されている種類のリレーセットに関する。

通常、硬性内視鏡は、対物レンズと、接眼レンズと、それらの間の数個のリレーセットからなるリレーレンズ系とを有する光学系を備えている。対物レンズ及び各リレーセットは、それぞれ上下方向に倒置された像を生成させるものであり、また一般の内視鏡は正立像を生じさせる必要があるから、リレーセットは通常は奇数個を用いて、光学系によって生じる像が正立するようにしている。

米国特許第4,676,606 号明細書及び米国特許第4,693,568 号明細書に示されているような一般的なリレーセットにおいては、レンズユニットを対称に配置し、２個の互いに対称なハーフセットでリレーセットが構成されている。

従来のリレーセットにおいては、望ましい光学的特性、すなわちレンズ収差を補正してリレーセットを設計するために、極めて複雑な計算を必要とするという問題点がある。リレーセットが正しく設計されると、その構成が固定され、その構成で大量生産され、光学系において複数回使用される。
米国特許第4,676,606 号明細書 米国特許第4,693,568 号明細書

従来の技術によるリレーセットの問題点は、その構成が固定されることによって、その全長もまた固定されることである。このことは、手ごろな価格の光学系は、このリレーセットの長さの複数倍（通常は奇数倍）の長さでしか製造できないことを意味する。標準的な切除用内視鏡が３個のリレーセットを備えている場合に、より長い切除用内視鏡が必要だとすると、５個のリレーセットを使用しなければならず、接眼部全体の長さがほとんど２倍になる。少しだけ延長された内視鏡が必要な場合、標準の長さ以外の長さのリレーセットが必要となり、リレーセットを全体的に再設計しなければならない。リレーセットのこのような全体的な再設計は、極めて複雑且つ高コストである。

本発明の目的は、長さの異なる内視鏡の設計を、より容易且つ低コストで実現することにある。

上記目的は、請求項１の特徴によって達成される。

本発明によれば、リレーセットのそれぞれのハーフセットにおける各レンズユニットは、中心から順にＰ，Ｎ，Ｐ，Ｐ（以下において正と負をＰとＮという）の屈折力を有している。リレーセット全体では、Ｐ，Ｐ，Ｎ，Ｐ，（中心），Ｐ，Ｎ，Ｐ，Ｐの順になる。従来の技術に従ったリレーセットを新たな長さにするためには、これらレンズユニット全ての距離並びにレンズユニット自体の完全な再計算を必要とする。

これに対して、本発明によれば、リレーセットの全体の長さの再計算には、各レンズユニットについて新たな距離を求めるだけでよい。レンズユニット自体の変更は必要ない。レンズ収差の補正は全体の長さの変更には影響されない。レンズユニットの同じ組み合せで、距離だけを異ならせて、リレーセットの全長を新たにすることができる。リレーセットの全長を新たにするための、レンズユニットの正しい配置は極めて簡単に求められる。レンズユニットの所定の組み合せについて、所望の全体長に対する全てのレンズユニットの配置を求めることができる簡単な式又は曲線を与えることができる。

したがって、本発明に係るリレーセットでは、設計によってそのセットの全体長を変えることは容易である。本発明は、特定の全体長の内視鏡が必要な場合、好適な長さのリレーセットを簡単に設計することを可能にしている。本発明に係るリレーセットを、従来のリレーセットを備えた光学系において混合して用いることができる。それぞれが６０ｍｍの長さの３個の従来のリレーセットを備えた内視鏡を、１０ｃｍだけ延長しなければならない場合、更にもう１個の従来のリレーセットと長さ４０ｍｍの本発明に従ったリレーセット１個とを追加することができる。

請求項２によれば、中心から対称な距離に２個のハーフセットの対応するレンズユニットを備えることが効果的である。この構成によって、レンズユニットの倍率が一般に必要とされる１となる。

特殊な目的のためには、請求項３の特徴を用いると効果的である。外側のレンズを非対称な位置に置くことによって、倍率が１とは異なる。全長の計算が容易であるということについての請求項１の効果は、この構成によってもそのまま得られる。

請求項４によれば、リレーセットの途中にガラス棒を入れることが効果的である。これは、空中距離を削減するためのよく知られた手法である。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の実施例を、概略的に示す図を参照しながら説明する。図１の（Ａ）〜（Ｄ）は、長さの異なる本発明に係るリレーセットを示している。図１の（Ａ）において、２個のハーフセット２ａ及び２ｂを有する本発明に係るリレーセット１ａを、図における中心線５によって示されるリレーセット１ａの中心に関して対称に配列された状態で示す。この中心線５から外側に向けて、ハーフセット２ａはレンズユニット３ａ１，３ａ２，３ａ３及び３ａ４を備えている。ハーフセット２ｂは、レンズユニット３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３及び３ｂ４を備えている。対になったレンズ３ａ１−３ｂ１，３ａ２−３ｂ２，３ａ３−３ｂ３及び３ａ４−３ｂ４は互いに同じものであり、中心線５に関して対称に配置されている。本発明によれば、各レンズユニットの屈折力は、３ａ１及び３ｂ１が正、３ａ２及び３ｂ２が負、３ａ３及び３ｂ３が正、３ａ４及び３ｂ４が正である。このことを、図１の（Ａ）の下部において、Ｐ及びＮの文字で示している。

リレーセット１ａの左側及び右側に、結像面６ａ及び６ｂを示す。その配置が対称性を有するため、リレーセット１ａは、１倍の倍率で６ａから６ｂに又はその逆に像を送っている。

図１の（Ａ）においてリレーセット１ａは、一定の全長を有している。

図１の（Ｂ）及び図１の（Ｃ）において、リレーセット１ｂ及び１ｃは全長が異なっている。図１からわかるように、三つのリレーセット１ａ，１ｂ及び１ｃの全てに、全く同じレンズユニットが用いられている。中心線５からのそれらの相対的な距離のみを変えている。三つの構成の全てにおいて倍率は１である。全長だけが異なっている。またレンズ収差の補正も同じままである。レンズの主要な収差は、その全てが十分に補正されている。

リレーセット１ａが、図１の（Ａ）に示されているように、ある全長をもって正しく設計されている場合、この全長の変更は容易に達成される。図１の（Ａ）〜（Ｃ）からわかるように、レンズの位置の変更は以下の簡単な関係にある。

レンズユニット３ａ１〜３ｂ４は、再設計を全く必要としない。本発明によれば、適正な屈折力、すなわち３ａ１及び３ｂ１が正、３ａ２及び３ｂ２が負、３ａ３及び３ｂ３が正、３ａ４及び３ｂ４が正の屈折力となるように、レンズユニットを選択することだけが必要である。

上記の法則を注視しながら、レンズユニットの形状を図１の（Ａ）〜（Ｃ）に示した実施例から変化させることが可能である。図面に示した単純なレンズの代わりに、数種類の異なるガラスからなる接合型のレンズユニットを用いることもできる。

図１の（Ｄ）に、変形例のリレーセット１ｄを示す。レンズユニット３ａ１〜３ａ４及び３ｂ１〜３ｂ４は、リレーセット１ａにおけるものと同じである。レンズユニット３ａ１と３ｂ１との間の中央の空隙に、平行な端面を有するガラス棒７を配置して、光が空中を通らなければならない距離であるハーフセット２ａと２ｂとの間の大きな空隙を縮減している。

図１の（Ａ）〜（Ｄ）によれば、二つのハーフセット２ａ及び２ｂにおけるレンズの配置は、中心線５に関して対称である。レンズユニットのこの対称性を有する配置により、リレーセット１ａ〜１ｃの倍率は１である。可能な変形例を図２に示す。

図２の（Ａ）は、図１の（Ａ）に示したリレーセット１ａに類似した設計のリレーセット１１ａを示している。本発明に従って、ここでも各ハーフセットにおいて、Ｐ，Ｎ，Ｐ，Ｐの一連の屈折力を有するレンズユニットが対称的に配置されている。

図２の（Ｂ）は、リレーセット１１ａのものと全く同じレンズユニットを用いたリレーセット１１ｂを示している。リレーセット１１ａとリレーセット１１ｂとは、図２に示すように、全長が同じである。しかしながら、リレーセット１１ｂにおいては、最も外側のレンズユニット１４ａと１４ｂとが非対称となるように移動されている。レンズユニットのこのような非対称な配置によって、その倍率は異なっている。このケースでは、0.75である。

図２の（Ｃ）は、やはりリレーセット１１ａと同じレンズユニットを有するリレーセット１１ｃを示している。最も外側のレンズユニット１４ａ及び１４ｂは、図２の（Ｃ）からわかるように、リレーセット１１ｂよりも更に非対称となるように移動している。その全長は、やはりリレーセット１１ａ及び１１ｂのそれと同じである。リレーセット１１ｃの倍率は 0.5である。なお、図２の（Ａ）〜（Ｃ）に示した実施例において、図２の（Ａ）に対して１，図２の（Ｂ）に対して0.75，そして図２の（Ｃ）に対して 0.5で与えた各倍率は、リレーセットを左から右へ通過する光線に対するものである。光が右から左へ通った場合は、倍率は図２の（Ａ）においては１，図２の（Ｂ）においては1.33，そして図２の（Ｃ）においては２である。

図２のリレーセット１１ａ，１１ｂ及び１１ｃ（これらをまとめて１１で表す）は、全長を容易に変更可能であることについて、図１に示したリレーセット１（１ａ，１ｂ，１ｃをまとめて１で表す）と同じ効果がある。

図１及び図２に示したリレーセットは、例えば米国特許第4,693,568 号明細書の図13に実施例として示されている硬性内視鏡において用いられる。硬性内視鏡の標準的設計では、硬性金属チューブ（図示せず）が、図３に示すような光学系を収納している。

図３の光学系は、対物レンズ２０と、３個のリレーセット２１と、接眼レンズ２２とを有する従来の設計のものである。各リレーセット２１は互いに同じものである。これらは、序説で述べたように、従来の技術に従ったどのような従来設計のものであってもよい。像を正立に保つためには、リレーセット２１の数は奇数である。

より長い内視鏡が必要な場合、追加のリレーセットを付加することができる。これを図４の（Ａ）に示す。光学系の右側に２個の追加のリレーセットが付加されている。それらのうちの一方は、もう一つの従来のリレーセット２１である。他方は、例えば図１又は図２に示されるリレーセットのような、本発明に従って設計されたリレーセット２３ａである。図４の（Ａ）から判るように、内視鏡の全長が所望の特定の長さになるように、リレーセット２３ａをリレーセット２１より短くしている。図４の（Ｂ）及び図４の（Ｃ）に示すように、リレーセット２３ａを長さの異なるリレーセット２３ｂ又は２３ｃによって代えることができ、それにより内視鏡の必要に応じた任意の全長が達成可能である（なお、リレーセット２３ａ，２３ｂ，２３ｃをまとめて２３で表す）。

更に、従来のリレーセット２１のうちの任意のものを本発明に従ったリレーセット２３ａによって置き換えることが可能であり、内視鏡の全長を必要に応じた随意の長さに調節できる。特殊な目的のためには、倍率が１より小さいか又は大きい図２に従ったリレーセットを用いることができる。

４通りの異なる全長におけるリレーセットのレンズユニットの配置を示す図である。 同じ長さを有しながら、倍率が３通りに異なるリレーセットのレンズユニットを示す図である。 ３個の従来のリレーセットを備えた従来の光学系を示す図である。 ４個の従来のリレーセットと長さが３通りに異なる本発明に係る１個のリレーセットとを有する光学系を示す図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ リレーセット
２ａ，２ｂ ハーフセット
３ａ１，３ａ２，３ａ３，３ａ４ レンズユニット
３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４ レンズユニット
５ 中心線
６ａ，６ｂ 結像面
７ ガラス棒
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ リレーセット
１４ａ，１４ｂ 最外側レンズユニット
２０ 対物レンズ
２１ 従来のリレーセット
２２ 接眼レンズ
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 本発明によるリレーセット

Claims (4)

1. 硬性内視鏡の光学系用リレーセット（１，１１，２３）において、前記光学系は、遠位端における対物レンズ（２０）と、近位端における接眼レンズ（２２）と、それらの間の数個のリレーセット（１，１１，２１，２３）からなるリレーレンズ系とを有し、前記リレーセット（１，１１，２３）は、該セットの中心（５）に関して対称に連続して配列された同一のレンズユニット（３ａ１，３ａ２，３ａ３，３ａ４；３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４）を有する２個のハーフセット（２ａ，２ｂ）からなり、各ハーフセット（２ａ，２ｂ）は、中心（５）から距離が増加する順に、正、負、正、正（Ｐ，Ｎ，Ｐ，Ｐ）の屈折力を有するように連なる４個のレンズユニット（３ａ１，３ａ２，３ａ３，３ａ４；３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４）からなることを特徴とするリレーセット。
2. 前記ハーフセットの（２ａ，２ｂ）の対応するレンズユニットの各対（３ａ１−３ｂ１，３ａ２−３ｂ２，３ａ３−３ｂ３，３ａ４−３ｂ４）は、その中心（５）から対称的な距離に配列されていることを特徴とする請求項１に係るリレーセット。
3. 前記ハーフセット（２ａ，２ｂ）の最も外側のレンズユニット（１４ａ，１４ｂ）は、その中心（５）から非対称な距離に配列されていることを特徴とする請求項１に係るリレーセット。
4. 前記ハーフセット（２ａ，２ｂ）の間の空隙に、互いに平行な端面を有するガラス棒（７）が配置されることを特徴とする請求項１に係るリレーセット。

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