內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于醫(yī)療用內(nèi)窺鏡的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 例如，在通過(guò)內(nèi)窺鏡觀察泌尿系統(tǒng)臟器的情況下，觀察空間被尿液充滿，通過(guò)使生 理鹽水等灌流液進(jìn)行灌流來(lái)確保比較透明的視野。無(wú)論是灌流液還是尿液都以水為主體， 鹽分、糖分等的濃度也不那么高，因此能夠認(rèn)為折射率等同于水的折射率。因此，在將這些 臟器作為觀察對(duì)象的內(nèi)窺鏡中，將物體側(cè)介質(zhì)視為水的水中觀察時(shí)的光學(xué)設(shè)計(jì)、性能影響 實(shí)用性。
[0003] 對(duì)于水中觀察用的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)最應(yīng)注意的點(diǎn)是水中視角相對(duì)于空 氣中視角變窄。水的d線折射率在常溫下為1.333,下面示出將內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的外表 面設(shè)為平面的情況下的空氣中視角與水中視角之間的關(guān)系。
[0004]空氣中視角 180° 160° 140° 120°
[0005]水中視角 97.2。 95. 3° 89. 7° 81.0°
[0006]當(dāng)列舉膀胱用內(nèi)窺鏡為例時(shí)，即使是比較廣的空氣中視角120°的情況，實(shí)際的膀 胱內(nèi)觀察時(shí)也為水中視角81°，在水中，視野范圍變得非常窄。為了搜索膀胱內(nèi)表面整個(gè)區(qū) 域的病變，手術(shù)操作者進(jìn)行內(nèi)窺鏡的前端彎曲操作、插入部插拔、插入部扭轉(zhuǎn)的組合操作， 但是如果水中視角窄，則使它們的操作頻率增加，以作業(yè)效率的觀點(diǎn)來(lái)看并非所期望的。通 過(guò)進(jìn)一步擴(kuò)大水中視角能夠減輕手術(shù)操作者的內(nèi)窺鏡操作上的負(fù)擔(dān)，能夠期待診斷、處置 的效率改善。因此，作為與內(nèi)窺鏡的水中觀察或者廣角觀察有關(guān)的物鏡光學(xué)系統(tǒng)，例如在專 利文獻(xiàn)1中公開了空氣中視角最大為138. 3°的物鏡光學(xué)系統(tǒng)，在專利文獻(xiàn)2中公開了空氣 中視角為180°以上的物鏡光學(xué)系統(tǒng)，在專利文獻(xiàn)3中公開了空氣中視角為190°~227° 的物鏡光學(xué)系統(tǒng)。
[0007] 專利文獻(xiàn)1:日本特開平5-288986號(hào)公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn)2:日本特開平10-288742號(hào)公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)3:日本特許第4819203號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0011] 然而，上述的各專利文獻(xiàn)都存在如下那樣的問(wèn)題。
[0012] S卩，專利文獻(xiàn)1的物鏡光學(xué)系統(tǒng)就空氣中視角來(lái)說(shuō)是廣角，但是基于第一面是平 面的情況，當(dāng)根據(jù)斯涅耳定律進(jìn)行水中換算時(shí)，水中視角為89°，在實(shí)際使用時(shí)不能說(shuō)是足 夠的視角。
[0013] 在專利文獻(xiàn)2的物鏡光學(xué)系統(tǒng)中，物鏡光學(xué)系統(tǒng)的第一透鏡是在物體側(cè)具有較強(qiáng) 的凸面的凹彎月透鏡，這樣的形狀由于未預(yù)期的物體碰撞而容易在透鏡上產(chǎn)生劃痕、裂紋 等損壞。還公開了為了防止第一透鏡損壞而使框突出的設(shè)計(jì)，但是在該結(jié)構(gòu)中，照明光被框 突出部遮蔽，由此配光變差。并且，在框與透鏡間具有臺(tái)階的結(jié)構(gòu)中，難以去除臺(tái)階部的臟 污，在醫(yī)療用的情況下，產(chǎn)生清洗、消毒、滅菌性的問(wèn)題。另一方面，為了提高抗劃性、抗裂性 而需要在第一透鏡的材料中使用藍(lán)寶石等高硬度光學(xué)材料，但是高硬度光學(xué)材料一般加工 性差，凸面大幅突出的凹彎月形狀使得加工難度高。
[0014] 另外，在專利文獻(xiàn)2的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的框構(gòu)造中，從物體側(cè)落入凹彎月第一透鏡， 該透鏡固定構(gòu)造的課題在于確保作為醫(yī)療用的可靠性。也就是說(shuō)，當(dāng)在第一透鏡的固定中 使用粘結(jié)劑時(shí)，在醫(yī)療用時(shí)由于每次使用時(shí)的消毒、滅菌的反復(fù)進(jìn)行而由化學(xué)或者溫度、濕 度導(dǎo)致的粘結(jié)劑劣化積累了不少，因此由于劣化的積累而透鏡有可能在物體側(cè)脫落。另 一方面，作為與粘結(jié)劑相比可靠性更高的透鏡固定方法，還考慮到焊接，但是在凹彎月透鏡 中，由于焊料固化時(shí)的收縮應(yīng)力而透鏡有可能毀壞，從而難以采用焊接構(gòu)造。
[0015] 并且，在專利文獻(xiàn)2中，由于將照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸向外側(cè)傾斜，因此難以實(shí)現(xiàn)前 端外徑的細(xì)徑化。在優(yōu)先細(xì)徑化而使照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸與物鏡光學(xué)系統(tǒng)平行的情況下， 預(yù)計(jì)產(chǎn)生由于照明光直射向物鏡光學(xué)系統(tǒng)的大幅突出的凸面而引起的光斑。
[0016] 專利文獻(xiàn)3的物鏡光學(xué)系統(tǒng)由于物鏡光學(xué)系統(tǒng)前端面是較強(qiáng)的凸面，因此具有與 上述的專利文獻(xiàn)2的物鏡光學(xué)系統(tǒng)同樣的問(wèn)題。
[0017] 本發(fā)明是鑒于上述情形而完成的，其目的在于提供一種即使在水中觀察時(shí)也具有 廣的視角且確保作為醫(yī)療用內(nèi)窺鏡的可靠性并能夠容易地進(jìn)行安裝設(shè)計(jì)的物鏡光學(xué)系統(tǒng)。
[0018] 用于解決問(wèn)題的方案
[0019] 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供以下方案。
[0020] 本發(fā)明的一個(gè)方式提供一種內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其用于水中觀察，滿足以下條 件式。
[0021] 1 <Iw<ft< 1. 8 …（1)
[0022] 0? 6 <Ia/Iw< 0? 95... (2)
[0023] 其中，Iw是水中觀察時(shí)的最大像高，ft是空氣中觀察時(shí)的物鏡光學(xué)系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng) 的焦距，la是在空氣中觀察時(shí)主光線能夠透過(guò)的最大像高。
[0024] 上述的⑴式是與水中觀察時(shí)的視角有關(guān)的條件，⑴式的右側(cè)不等式（Iw/ ft〈l. 8)用于避免在水中觀察時(shí)過(guò)度的廣角化。如果Iw/ft低于（1)式的下限，則水中視角 窄而變得不足，如果超過(guò)上限，則水中視角變得過(guò)廣而產(chǎn)生圖像周邊部的亮度下降（照明 光學(xué)系統(tǒng)側(cè)的配光不足、物鏡光學(xué)系統(tǒng)的周邊光量下降）。
[0025] (2)式是對(duì)水中觀察時(shí)與空氣中觀察時(shí)的最大像高的關(guān)系進(jìn)行規(guī)定的條件，如果 超過(guò)（2)式的上限，則作為空氣中觀察的補(bǔ)償而獲得的水中視角廣角化不足，不是所期望 的。另外，如果低于（2)式的下限，則空氣中觀察時(shí)的有效圖像面積變得過(guò)小，在白平衡取 得、制造時(shí)的組裝和品質(zhì)檢查時(shí)，導(dǎo)致調(diào)光不充分、妨礙周邊圖像缺陷檢測(cè)。
[0026] 因而，根據(jù)本方式，在水中觀察時(shí)也具有廣的視角，能夠確保作為醫(yī)療用內(nèi)窺鏡的 可靠性并容易地進(jìn)行安裝設(shè)計(jì)。
[0027] 在上述方式中，優(yōu)選的是，具備在物體側(cè)具有負(fù)的折射力的第一組，該第一組是單 透鏡的第一透鏡，滿足以下條件式。
[0028] |DLl/RLla| < 0? 4…（3)
[0029] -3 <fLl/ft< -1... (4)
[0030] 其中，DL1是第一透鏡的外徑，RLla是第一透鏡的物體側(cè)面的曲率半徑，fLl是第 一透鏡的焦距。
[0031] 上述的（3)式是減小第一透鏡物體側(cè)面的凸凹程度而形成比較接近平面的結(jié)構(gòu) 的條件。例如在第一組由平板構(gòu)成的情況下，能夠透過(guò)與空氣接觸的平板的像側(cè)面的光線 形成與空氣中觀察狀態(tài)的物體側(cè)面相同的角度，因此無(wú)法使Iw大于la。在第一組中，由于 非常大的角度的光線束通過(guò)，因此透鏡厚度與光線高度密切相關(guān)，如果使厚度增加，則透鏡 外徑增加。因此，在第一組中避免使用透鏡厚度增加的接合透鏡，從而需要通過(guò)單透鏡實(shí)現(xiàn) 薄壁化。
[0032] 如果凸面?zhèn)瘸^(guò)上述（3)式的上限，則從透鏡外徑端起的突出變得過(guò)大而難以進(jìn) 行避免透鏡損壞、照明光入射的機(jī)械設(shè)計(jì)。另外，如果凹面?zhèn)瘸^(guò)上述（3)式的上限，則從 透鏡外徑端起的凹陷變得過(guò)大而清洗性下降、凹面周邊部的菲涅爾反射率增加。
[0033] (4)式是與第一透鏡的焦距有關(guān)的條件。為了與（2)式關(guān)聯(lián)地使Iw大于Ia，而需 要將第一透鏡的焦度設(shè)為負(fù)，焦度的絕對(duì)量也具有適當(dāng)?shù)姆秶?。如果低于?)式的下限，則 焦度過(guò)弱而難以實(shí)現(xiàn)水中的廣角化，如果超過(guò)（4)式的上限，則負(fù)焦度過(guò)強(qiáng)而產(chǎn)生像面彎 曲的校正過(guò)度傾向。
[0034] 另外，在上述方式中，優(yōu)選的是，上述第一透鏡是物體側(cè)面為平面的平凹透鏡。
[0035] 通過(guò)這樣，能夠提供一種加工性良好且低成本的物鏡光學(xué)系統(tǒng)。此外，為了第一透 鏡整體上為負(fù)焦度，而像側(cè)面成為凹面，但是物體側(cè)面無(wú)論是平面、凸面還是凹面均能夠采 用。將第一透鏡設(shè)為平凹透鏡從加工性和成本的觀點(diǎn)出發(fā)是最優(yōu)選的，并且，能夠采用加工 性差的藍(lán)寶石等高硬度難加工材料，能夠改善磨損性。
[0036] 另外，本發(fā)明的另一方式提供一種內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其用于水中觀察，該內(nèi)窺 鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)從物體側(cè)起依次具備具有負(fù)的折射力的前組、亮度光圈以及具有正的折射 力的后組，上述前組包括具有負(fù)的折射力的第一組和具有負(fù)的折射力的第二組，上述第一 組是單透鏡的第一透鏡，上述第二組是單透鏡或者接合透鏡，該內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足 以下的條件式。
[0037] 1 <Iw/ft< 1. 8 …（5)
[0038] 其中，Iw是水中觀察時(shí)的最大像高，ft是空氣中觀察時(shí)的物鏡光學(xué)系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng) 的焦距。
[0039] 通過(guò)這樣來(lái)構(gòu)成隔著亮度光圈地包括負(fù)的前組-正的后組的所謂反遠(yuǎn)距 (Retrofocus)型，因此能夠?qū)崿F(xiàn)水中觀察時(shí)的廣角化和充分的像面彎曲校正。
[0040] 具體地說(shuō)，根據(jù)水中視角的不同很難僅通過(guò)一個(gè)組來(lái)提供前組的負(fù)的折射力，因 此期望分割為第一組、第二組兩個(gè)負(fù)的組。另外，第一組期望通過(guò)能夠薄壁化的單透鏡來(lái)構(gòu) 成。通過(guò)第一組的折射而使角度緩和從而光線高度下降，因此第二組可以通過(guò)單透鏡構(gòu)成， 也可以通過(guò)接合透鏡構(gòu)成。
[0041] 通過(guò)這樣構(gòu)成并滿足上述（5)式的條件，能夠?qū)⒓词乖谒杏^察時(shí)也具有足夠的 廣角的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成為現(xiàn)實(shí)的透鏡。
[0042] 另外，在上述方式中，優(yōu)選的是，滿足以下條件式。
[0043] |DLl/RLla| < 0? 4…（6)
[0044] -3 <fLl/ft< -1... (7)
[0045] 其中，DL1是第一透鏡的外徑，RLla是第一透鏡的物體側(cè)面的曲率半徑，fLl是第 一透鏡的焦距。
[0046] 上述的（6)式是減小第一透鏡物體側(cè)面的凸凹程度而形成比較接近平面的結(jié)構(gòu) 的條件。例如在第一組由平板構(gòu)成的情況下，能夠透過(guò)與空氣接觸的平板的像側(cè)面的光線 形成與空氣中觀察狀態(tài)的物體側(cè)面相同的角度，因此無(wú)法使Iw大于la。在第一組中，由于 非常大的角度的光線束通過(guò)，因此透鏡厚度與光線高度密切相關(guān)，如果使厚度增加，則透鏡 外徑增加。因此，在第一組中避免使用透鏡厚度增加的接合透鏡，從而需要通過(guò)單透鏡實(shí)現(xiàn) 薄壁化。
[0047] 如果凸面?zhèn)瘸^(guò)上述（6)式的上限，則從透鏡外徑端起的突出變得過(guò)大而難以進(jìn) 行避免透鏡損壞、照明光入射的機(jī)械設(shè)計(jì)。另外，如果凹面?zhèn)瘸^(guò)上述（6)式的上限，則從 透鏡外徑端起的凹