內窺鏡物鏡光學系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應用于醫(yī)療用內窺鏡的內窺鏡物鏡光學系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 例如，在通過內窺鏡觀察泌尿系統(tǒng)臟器的情況下，觀察空間被尿液充滿，通過使生 理鹽水等灌流液進行灌流來確保比較透明的視野。無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 臟器作為觀察對象的內窺鏡中，將物體側介質視為水的水中觀察時的光學設計、性能影響 實用性。
[0003] 對于水中觀察用的內窺鏡物鏡光學系統(tǒng)來說最應注意的點是水中視角相對于空 氣中視角變窄。水的d線折射率在常溫下為1.333,下面示出將內窺鏡物鏡光學系統(tǒng)的外表 面設為平面的情況下的空氣中視角與水中視角之間的關系。
[0004]空氣中視角 180° 160° 140° 120°
[0005]水中視角 97.2。 95. 3° 89. 7° 81.0°
[0006]當列舉膀胱用內窺鏡為例時，即使是比較廣的空氣中視角120°的情況，實際的膀 胱內觀察時也為水中視角81°，在水中，視野范圍變得非常窄。為了搜索膀胱內表面整個區(qū) 域的病變，手術操作者進行內窺鏡的前端彎曲操作、插入部插拔、插入部扭轉的組合操作， 但是如果水中視角窄，則使它們的操作頻率增加，以作業(yè)效率的觀點來看并非所期望的。通 過進一步擴大水中視角能夠減輕手術操作者的內窺鏡操作上的負擔，能夠期待診斷、處置 的效率改善。因此，作為與內窺鏡的水中觀察或者廣角觀察有關的物鏡光學系統(tǒng)，例如在專 利文獻1中公開了空氣中視角最大為138. 3°的物鏡光學系統(tǒng)，在專利文獻2中公開了空氣 中視角為180°以上的物鏡光學系統(tǒng)，在專利文獻3中公開了空氣中視角為190°~227° 的物鏡光學系統(tǒng)。
[0007] 專利文獻1:日本特開平5-288986號公報
[0008] 專利文獻2:日本特開平10-288742號公報
[0009] 專利文獻3:日本特許第4819203號公報

【發(fā)明內容】

[0010] 發(fā)明要解決的問題
[0011] 然而，上述的各專利文獻都存在如下那樣的問題。
[0012] S卩，專利文獻1的物鏡光學系統(tǒng)就空氣中視角來說是廣角，但是基于第一面是平 面的情況，當根據(jù)斯涅耳定律進行水中換算時，水中視角為89°，在實際使用時不能說是足 夠的視角。
[0013] 在專利文獻2的物鏡光學系統(tǒng)中，物鏡光學系統(tǒng)的第一透鏡是在物體側具有較強 的凸面的凹彎月透鏡，這樣的形狀由于未預期的物體碰撞而容易在透鏡上產生劃痕、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計，但是在該結構中，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階的結構中，難以去除臺階部的臟 污，在醫(yī)療用的情況下，產生清洗、消毒、滅菌性的問題。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寶石等高硬度光學材料，但是高硬度光學材料一般加工 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2的物鏡光學系統(tǒng)的框構造中，從物體側落入凹彎月第一透鏡， 該透鏡固定構造的課題在于確保作為醫(yī)療用的可靠性。也就是說，當在第一透鏡的固定中 使用粘結劑時，在醫(yī)療用時由于每次使用時的消毒、滅菌的反復進行而由化學或者溫度、濕 度導致的粘結劑劣化積累了不少，因此由于劣化的積累而透鏡有可能在物體側脫落。另 一方面，作為與粘結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，由于焊料固化時的收縮應力而透鏡有可能毀壞，從而難以采用焊接構造。
[0015] 并且，在專利文獻2中，由于將照明光學系統(tǒng)的光軸向外側傾斜，因此難以實現(xiàn)前 端外徑的細徑化。在優(yōu)先細徑化而使照明光學系統(tǒng)的光軸與物鏡光學系統(tǒng)平行的情況下， 預計產生由于照明光直射向物鏡光學系統(tǒng)的大幅突出的凸面而引起的光斑。
[0016] 專利文獻3的物鏡光學系統(tǒng)由于物鏡光學系統(tǒng)前端面是較強的凸面，因此具有與 上述的專利文獻2的物鏡光學系統(tǒng)同樣的問題。
[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也具有 廣的視角且確保作為醫(yī)療用內窺鏡的可靠性并能夠容易地進行安裝設計的物鏡光學系統(tǒng)。
[0018] 用于解決問題的方案
[0019] 為了達成上述目的，本發(fā)明提供以下方案。
[0020] 本發(fā)明的一個方式提供一種內窺鏡物鏡光學系統(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是水中觀察時的最大像高，ft是空氣中觀察時的物鏡光學系統(tǒng)整個系統(tǒng) 的焦距，la是在空氣中觀察時主光線能夠透過的最大像高。
[0024] 上述的⑴式是與水中觀察時的視角有關的條件，⑴式的右側不等式（Iw/ ft〈l. 8)用于避免在水中觀察時過度的廣角化。如果Iw/ft低于（1)式的下限，則水中視角 窄而變得不足，如果超過上限，則水中視角變得過廣而產生圖像周邊部的亮度下降（照明 光學系統(tǒng)側的配光不足、物鏡光學系統(tǒng)的周邊光量下降）。
[0025] (2)式是對水中觀察時與空氣中觀察時的最大像高的關系進行規(guī)定的條件，如果 超過（2)式的上限，則作為空氣中觀察的補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，則空氣中觀察時的有效圖像面積變得過小，在白平衡取 得、制造時的組裝和品質檢查時，導致調光不充分、妨礙周邊圖像缺陷檢測。
[0026] 因而，根據(jù)本方式，在水中觀察時也具有廣的視角，能夠確保作為醫(yī)療用內窺鏡的 可靠性并容易地進行安裝設計。
[0027] 在上述方式中，優(yōu)選的是，具備在物體側具有負的折射力的第一組，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面的凸凹程度而形成比較接近平面的結構 的條件。例如在第一組由平板構成的情況下，能夠透過與空氣接觸的平板的像側面的光線 形成與空氣中觀察狀態(tài)的物體側面相同的角度，因此無法使Iw大于la。在第一組中，由于 非常大的角度的光線束通過，因此透鏡厚度與光線高度密切相關，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，從而需要通過單透鏡實現(xiàn) 薄壁化。
[0032] 如果凸面?zhèn)瘸^上述（3)式的上限，則從透鏡外徑端起的突出變得過大而難以進 行避免透鏡損壞、照明光入射的機械設計。另外，如果凹面?zhèn)瘸^上述（3)式的上限，則從 透鏡外徑端起的凹陷變得過大而清洗性下降、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的條件。為了與（2)式關聯(lián)地使Iw大于Ia，而需 要將第一透鏡的焦度設為負，焦度的絕對量也具有適當?shù)姆秶Ｈ绻陀冢?)式的下限，則 焦度過弱而難以實現(xiàn)水中的廣角化，如果超過（4)式的上限，則負焦度過強而產生像面彎 曲的校正過度傾向。
[0034] 另外，在上述方式中，優(yōu)選的是，上述第一透鏡是物體側面為平面的平凹透鏡。
[0035] 通過這樣，能夠提供一種加工性良好且低成本的物鏡光學系統(tǒng)。此外，為了第一透 鏡整體上為負焦度，而像側面成為凹面，但是物體側面無論是平面、凸面還是凹面均能夠采 用。將第一透鏡設為平凹透鏡從加工性和成本的觀點出發(fā)是最優(yōu)選的，并且，能夠采用加工 性差的藍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窺鏡物鏡光學系統(tǒng)，其用于水中觀察，該內窺 鏡物鏡光學系統(tǒng)從物體側起依次具備具有負的折射力的前組、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的折射力的第一組和具有負的折射力的第二組，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，該內窺鏡物鏡光學系統(tǒng)滿足 以下的條件式。
[0037] 1 <Iw/ft< 1. 8 …（5)
[0038] 其中，Iw是水中觀察時的最大像高，ft是空氣中觀察時的物鏡光學系統(tǒng)整個系統(tǒng) 的焦距。
[0039] 通過這樣來構成隔著亮度光圈地包括負的前組-正的后組的所謂反遠距 (Retrofocus)型，因此能夠實現(xiàn)水中觀察時的廣角化和充分的像面彎曲校正。
[0040] 具體地說，根據(jù)水中視角的不同很難僅通過一個組來提供前組的負的折射力，因 此期望分割為第一組、第二組兩個負的組。另外，第一組期望通過能夠薄壁化的單透鏡來構 成。通過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單透鏡構成， 也可以通過接合透鏡構成。
[0041] 通過這樣構成并滿足上述（5)式的條件，能夠將即使在水中觀察時也具有足夠的 廣角的內窺鏡物鏡光學系統(tǒng)構成為現(xiàn)實的透鏡。
[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面的凸凹程度而形成比較接近平面的結構 的條件。例如在第一組由平板構成的情況下，能夠透過與空氣接觸的平板的像側面的光線 形成與空氣中觀察狀態(tài)的物體側面相同的角度，因此無法使Iw大于la。在第一組中，由于 非常大的角度的光線束通過，因此透鏡厚度與光線高度密切相關，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，從而需要通過單透鏡實現(xiàn) 薄壁化。
[0047] 如果凸面?zhèn)瘸^上述（6)式的上限，則從透鏡外徑端起的突出變得過大而難以進 行避免透鏡損壞、照明光入射的機械設計。另外，如果凹面?zhèn)瘸^上述（6)式的上限，則從 透鏡外徑端起的凹