JPH02247606A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ファイバースコープのイメージガイドファイ
バー東端面に現われる像を撮像するための撮像装置に関
する。

〔従来の技術〕

最近、ファイバースコープ等の接眼部にＴＶ左カメラ取
付けて体腔内等をＴＶモニタで観察することが流行って
いる。

ところが、ファイバースコープに用いられているイメー
ジガイドファイバー束の端面は、ファイバーのコアの配
列によって定まる規則的な明暗パターン（網目構造）を
有している。一方、ＴＶ左カメラ、撮像管を用いたもの
ではその受光面の前にカラーストライプフィルタを有す
る場合、また固体撮像素子を用いたものではその前にカ
ラーモザイクフィルタを有する場合には、それらのフィ
ルタの各色要素の配列が規則的な配列を有し、またモザ
イクフィルタがない場合でも固体撮像素子の絵素が規則
的な配列を有しでいる。このため、両方の規則的構造が
干渉してＴＶ画像中にモアレが発生するという問題を有
している。

そして、近年固体撮像素子の水平走査方向の画素数が増
え、モアレの発生は少なくなる傾向にある。即ち、物体
の空間周波数スペクトルは一般に高周波になるにつれて
値が小さくなるので、画素数が増えてサンプリング周波
数が高くなるとモアレが減るからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、垂直走査方向の画素数はＮＴＳＣ方式、
ＰＡＬ方式等の各方式のテレビジョンシステムで使われ
る水平走査線の数（５００〜６００本程度）との関係を
考慮して決められるため、水平走査方向のように自由に
増やすことはできず、その結果モアレは依然として残る
のである。又、３管式カラーカメラ、３板式カラーカメ
ラのように色符号代用のストライプフィルタ、モザイク
フィルタを用いないカラーカメラで撮像管を用いている
場合でも、水平走査方向にはモアレは生じないが垂直走
査方向には走査線が並んでいるため、モアレが生じる。

即ち、垂直走査方向におけるサンプリング周波数が低い
ことが、この方向で顕著なモアレが発生する原因となっ
ている。

本発明は、上記問題点に鑑み、垂直走査方向の画素数の
不足によって生ずるモアレを除去し得る撮像装置を提供
することを目的としている。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明による撮
像装置は、イメージガイドファイバー束と、前記イメー
ジガイドファイバー束の射出端面の像を形成する結像レ
ンズと、前記射出端面の像を受け該像をインターレース
走査することにより該像を表わす電気信号を生成する撮
像素子とを備えた撮像装置において、前記撮像素子の水
平走査線の数によって定まる垂直走査方向のサンプリン
グ周波数をＮｙとし、前記撮像素子における前記射出端
面の像中の各ファイバーの配列を表わす基本空間周波数
の垂直走査方向の成分をＵ。

とし、Ｎｙ／４＜Ｕｙの時はＵｙを、Ｕｙ＜Ｎ。

／４の時はＮｙ／４をｆ′と表わす時、前記射出端面と
前記撮像素子との間に前記結像光学系の空間周波数レス
ポンスを周波数ｆ′においてほぼ０とする光学素子を配
置したことを特徴としている。

即ち、モアレを除去するにはナイキスト周波数より高い
空間周波数スペクトル成分を光学的ローパスフィルター
（或いは筒形フィルタ）等で除いてしまえば良いが、ナ
イキスト周波数は撮像素子の画素の数だけでなく、スト
ライプフィルタ、モザイクフィルタの各色の配置やイン
クレース読出し等の信号読出しの方式にも依存している
ので、実際にはモアレを除去するためには種々の工夫が
必要である。

撮像素子の絵素の配列によって定まるサンプリング周波
数をＮｙとすると、インタレース読出し方式の撮像素子
ではサンプリング周波数が半分になるので、現実にモア
レ発生の限界となるナイキスト周波数はＮｙ／４である
。従って、物体の空間周波数スペクトルの上限をこれ以
下に抑えないとモアレが発生する。そこで、本発明では
、この周波数或いはこれより若干低目の周波数に、減衰
極を持つ光学的ローパスフィルター、位相フィルタ。

多面レンズ、多面体プリズム、液晶ポリマー板等の光学
素子を光路中に配置して、撮像光学系中の空間周波数レ
スポンスがＮｙ７４以上の周波数において著しく小さく
なるようにしている。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づき本発明の詳細な説明する
。

第１図は第１実施例を示しており、これはファイバース
コープｌに３板式カラーカメラ２を取り付けたものであ
る。ファイバースコープｌにおいて、４は対物レンズ、
５はイメージガイドファイバー束、６は接眼レンズであ
る。３板式カラーカメラ２において、７はゴースト防止
のために曲率をつけたカバーガラス、８は撮像レンズ、
９は光学的ローパスフィルター　ｌＯは三色分解プリズ
ム、１１は固体撮像素子である。１２は３個の固体撮像
素子１１に接続されたカメラコントロールユニット、１
３はＴＶモニターである。

そして、イメージガイドファイバー束５の射出端面の固
体撮像素子１１上の像５ａは第２図に示した如くであり
、その水平走査方向及び垂直走査方向の空間周波数を夫
々Ｕ８及びＵｙとすると、ｌ となる。但し、イメージガイドファイバー束５のファイ
バーはきちんと並んでおり、φはイメージガイドファイ
バー束５の射出端面像のファイバーの直径である。又、
第２図において、Ｄは該射出端面像の直径である。

ここで、固体撮像素子１１の水平走査方向及び垂直走査
方向のサンプリング周波数を夫々ＮＸ＋Ｎｙとし、サン
プリング方式をインターレース式とすると、 である即ちＵｙが垂直走査方向の総画素数から導かれる
ナイキスト限界より小さいとしても、であれば、インタ
ーレースの奇数フィールドと偶数フィールドの交替に伴
ってチラチラするモアレ縞が発生してしまう。これは、
一つのフィールドについてはサンプリングに用いられる
画素数即ちサンプリング周波数がＮｙ／２Ｌかないので
、■フィールドの垂直走査方向のナイキスト限界がＮ。

／４になってしまうからである。そこで、このような場
合は、光学的ローパスフィルター９は、結像光学系の空
間周波数レスポンスを周波数Ｕｙにおいてほぼ０にする
ものとする。

一方、 Ｕｙ＜Ｎｙ／４・・・・（４） の場合は、本来対策は不要であるが、ファイバーによる
像が元々サンプリング像であって高調波が存在する可能
性があるので、光学的ローパスフィルター９は空間周波
数レスポンスを周波数Ｎｙ／４においてほぼ０にするも
のとする。

又、カメラ２が取付く種々のファイバースコープｌのう
ち、イメージガイドファイバー束５の射出端面像の垂直
走査方向の空間周波数Ｕｙのうち最も低いものをｆ　Ｌ
　、最も高いものをｆ、とする時、空間周波数ｆのレス
ポンス（ＭＴＦ）をｆＬ≦ｆ≦ｆＨ・・・・（５） の領域でＯにする光学的ローパスフィルター９を配置す
る。

第３図にこの光学的ローパスフィルター９の空間周波数
レスポンスを示した。第３図に示す特性を有する光学的
ローパスフィルター９は第４図（Ａ）及び（Ｂ）に示し
た如き構成を有している。

第４図（Ａ）において、１４．１５．１６は水晶板であ
って、夫々の厚さはｄｌ＋　　ｄ２＋　　ｃｔ３となっ
ている。又、それらの複屈折方向は第４図（Ｂ）に示し
た如くである。

結晶軸と光入射面のなす角が４５°の場合°、ｄｉ　、
ｄＩ　（ｄｓ　＞ｄ＋　）は、２　Ｘ　Ｏ，００５８８
働　ｄｓ＝□　　　　　　　・・・・（６）Ｌ ２　Ｘ　０．００５８８　　・　ｄ、＝□　　　　　　
　・・・・（７）Ｈ で与えられる。尚、ｄ、、ｄ２．ｄｉの単位はｆｆ１ｍ
である。又、ｄ２はｄ、、ｄ、に比べて充分小さければ
良い。そして、この場合これらの水晶板１４．１５．１
６による点像の分離状態は第５図に示した如くになる。

尚、ｄ、の値は式（６）で決まる値よりも若干大きい方
が良い。それは、製造誤差等でＭＴＦのバラツキが出た
時、周波数ｆＬのＭＴＦが高くならないようにするため
である。又、同じ理由により、ｄｌの値も式（７）で決
まる値よりも若干大きい方が良い。

又、第３図に示す特性を有する光学的ローパスフィルタ
ー９は、第６図に示した如きＭＴＦを持つフィルタでも
良い。第６図は空間周波数レスポンスを２次元周波数千
面で表わす図であって、線Ａ＋　、Ａ２　、Ｂ１．Ｂ２
はＭＴＦが０となる位置を示す線であり、トラップ線と
呼ぶ。このフィルタは第７図に示した水晶板Ａ、Ｂをそ
の複屈折方向の角度α、βを４５°ずつずらして重ねる
ことで実現でき、トラップ線Ａ　Ｉ、　Ａ　ｔは水晶板
Ａからトラップ線Ｂ、、Ｂ２は水晶板Ｂから夫々得られ
る。

水晶板Ａ、Ｂの厚さｄＡ、ｄＢは、 ｆＨ ８１ｎ　α で与えられる。又、α＝５５’　　β＝１００”であり
、 ４０°　≦α≦９５゜ であれば、水平走査方向のＭＴＦの変化も少ないので、
解像度を低下させずにモアレを除去することができる。

尚、光学ローパスフィルター９としては、水晶板の他に
、多面レンズ、レンチフラールレンズ。

多面体プリズム、位置フィルター　ソフトフォーカスレ
ンズでも良く、これらを併用したものでも良い。又、第
１図において撮像レンズ８をソフトフォーカスレンズと
しても良い。又、光学的ローパスフィルター６は、三色
分解プリズムＩＯと各固体撮像素子１１との間に配置し
ても良く、その場合これらを固着しても良い。

第８図は第２実施例を示しており、これは石英ランダム
イメージガイドファイバー束５′を用いた血曽用ファイ
バースコープ１′に、モザイクフィルター７を用いたカ
ラーカメラ２′を取り付けたものである。モザイクフィ
ルター７の１周期は第９図に示した如くやはり垂直走査
方向の方が長いため、インターレース走査に伴ってチラ
つくモアレが発生し易い。

そこで、第９図に示したモザイクフィルター７の一単位
の目で水平走査方向及び垂直走査方向のピッチを夫々Ｐ
１及びＰ、とする時、 とすれば、第１実施例で述べたことがすべて当てはまる
。具体的には、上記式（２１，（３）、　（４）におい
てＮｙ＝ｔ／ｐ、とすれば良い。

尚、横２行同時読出方式のモザイクフィルタ付の固体撮
像素子では垂直走査方向のサンプリングがＰ、／２で行
なわれるものもあり、その場合式％式％ 尚、石英ランダムイメージガイドファイバー束５′の場
合、空間周波数Ｕｙとしては、この射出端面像のランダ
ムなファイバー間隔のうち最も大きいものをφ、とする
時、 とすれば安全である。しかし、上記ファイバー間隔の平
均値をφとする時、 この光学的ローパスフィルターを実現するには第１１図
に示した如く水晶板を組合せれば良い。

第１１図において、１８，１９，２０．２１は夫々厚さ
ｄＬ＋　　ｄＭｌ＊　　ｄｕｔ、ｄｏの水晶板、２２は
これらの水晶板の間に介在せしめられた薄い水晶板又は
ｌ／４波長板、旋光板、偏光解消板である。

そして、各水晶板の厚さｄＬ、ｄＭ＋＋　　ｄｙ２＋　
　ｄ□は次の各式で与えられる。

２　　Ｘ　　０．００５８８　　　拳　ｄ、＝　□　　
　　　　　　　　・・・・（１４）ｆし ぐらいて実用上さしつかえない。

又、第１実施例及び第２実施例において、イメージガイ
ドファイバー束に数種類あり、その射出端面像の空間周
波数がｆ　Ｌ　ｒ　　ｆＭｌ＋　　ｆＭ！＋　　ｆＨで
ある時は、第１θ図に示した如き特性の光学的ローパス
フィルターを用いると良い。

Ｍ２ 第１２図は第３実施例を示しており、これは撮像レンズ
８の中に多面レンズ２３を組み込んだものである。多面
レンズは、第１３図（Ａ）、（Ｂ）に示した如く、上下
二つの曲面をそれらの近似球心Ｐ１．Ｐ２を垂直走査方
向にδだけ離して一つの面として接続し、１個のレンズ
として構成したものである。尚、二つの曲面の形状は非
球面でも球面でも良い。

このレンズ２３のＭＴＦがＯになる空間周波数ｆｃは、 で与えられ、ｆ。をｆＬ＋　　ｆＭｌ＋　　ｆ、４ｔ＋
　・・・・、　　ｆ１４の何れかの近くに選べばモアレ
を除去することができる。但し、βは多面レンズ２３よ
りも像側にあるレンズ２４の横倍率である。

第１４図（Ａ）、（Ｂ）は多面レンズの他の例を示して
おり、この多面レンズ２５は、二つの面の近似球心Ｐ１
．Ｐ！が垂直走査方向にδだけ離れているが、面の分割
は左右分割となっている。

第１５図は多面レンズ２５の面の微分係数の不連続部分
を黒色物質２６で覆ってフレアを防止するようにしたも
のである。

尚、一つの多面レンズ中の面の数は二つに限らず、例え
ば第１６図に示したように四つでも、更にもっと多くて
も少なくても良い。

モアレを除去する上で、ファイバースコープのイメージ
ガイドファイバー束のファイバーの並び方は、第１７図
に示した如く垂直走査方向に沿って並んでいる方が第１
９図に示した如（水平走査方向に沿って並んでいるより
も有利である。何故なら、第１７図及び第１９図のもの
のフーリエスペクトルを夫々示す第１８図及び第２０図
から明らかなように、第１７図に示したものの垂直走査
方向の空間周波数Ｕｙが第１９図に示したものに比べて
低くなるからである。ここで、第１８図及び第２０図に
おけるＵｙとＵｙの関係を夫々示すと次の通りである。

Ｕ　、＝−０。

・・・・（１９） Ｕｙ　〈□ ・・・・（２１） 又は、 である撮像装置の場合、特に効果がある。何故なら、固
体撮像素子の水平走査方向の画素不足で生じるモアレは
出ないからである。

又、本発明は、 の場合でも、光学的ローパスフィルター９を光路中に置
けば、ＴＶモニター１３上のイメージガイドファイバー
束の射出端面像の黒いクラッド部がつぶれるので見やす
くなる。この時の光学的ローパスフィルター９のＭＴＦ
は周波数Ｕｙでほぼ０になるようにすると良く、イメー
ジガイドファイバー束の情報が失われない限界という意
味では、Ｕｙ７２以上の周波数でＭＴＦが０になるよう
にすると良い。

尚、光学的ローパスフィルター９の材料としては、水晶
板の他に他の透明な複屈折材料例えば方解石、液晶ポリ
マー板、液晶セル等でも良い。又、３板式カラーカメラ
の代わりに３管式カラーカメラを用いても良い。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による撮像装置は、垂直走査方向の
画素数の不足によって生ずるモアレを除去し得るという
実用上重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による撮像装置の第１実施例の概略断面
図、第２図は第１実施例のイメージガイドファイバー束
の射出端面像を示す図、第３図は第１実施例の光学的ロ
ーパスフィルターの空間周波数レスポンスを示す図、第
４図（Ａ）及び（Ｂ）は上記光学的ローパスフィルター
の構成を示す図、第５図は上記光学的ローパスフィルタ
ーによる点像の分離状態を示す図、第６図は他の光学的
ローパスフィルターの空間周波数レスポンスを２次元周
波数平面で表わす図、第７図は上記能の光学的ローパス
フィルターの構成を示す図、第８図は第２実施例の概略
断面図、第９図は第２実施例のモザイクフィルターの１
単位を示す図、第１θ図は更に他の光学的ローパスフィ
ルターの空間周波数レスポンスを２次元周波数平面で表
わす図、第１１図は上記更に他の光学的ローパスフィル
ターの構成を示す図、第１２図は第３実施例の概略断面
図、第１３図は第３実施例の多面レンズの構造を示す図
、第１４図乃至第１６図は夫々多面レンズの他の例を示
す図、第１７図及び第１８図はイメージガイドファイバ
ー束のファイバーの一つの並び方及びその場合の垂直走
査方向と水平走査方向の空間周波数の関係を示す図、第
１９図及び第２０図はイメージガイドファイバー束のフ
ァイバーの他の並び方及びその場合の垂直走査方向と水
平走査方向の空間周波数の関係を示す図である。 ｌ・・・・ファイバースコープ、２・・・・３板式カラ
ーカメラ、４・・・・対物レンズ、５・・・・イメージ
ガイドファイバー束、６・・・・接眼レンズ、７・・・
・カバーガラス、８・・・・撮像レンズ、９・・・・光
学的ローパスフィルター　ＩＯ・・・・三色分解プリズ
ム、１１・・・・固体撮像素子、１２・・・・カメラコ
ントロー／Ｌ／ユニット、１３・・・・ＴＶモニター１
４．１５．１６，１８，１９．２０，２１．２２・・・
・水晶板、１７・・・・モザイクフィルター　２３．２
５・・・・多面レンズ、２４・・・・レンズ、２６・・
・・黒色物質。 １Ｐ１図 水平走置？５問 水平走貴方向 ｔ６図 １’７図 １Ｆ９図 水平定量７５向 １’８図 １０図 １Ｆ１４図 ｔ１２図 つ （Ａ） （Ｂ） 固体ｔｉｋ４ｉｉ＋の水平走１方向 １−１３図 （Ａ） （Ｂ） 水乎走１７５向 矛１９図 ○ 固体搗像徹子の 水平！ｔＩＩＬ２＋５向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. イメージガイドファイバー束と、前記イメージガイドフ
   ァイバー束の射出端面の像を形成する結像レンズと、前
   記射出端面の像を受け該像をインターレース走査するこ
   とにより該像を表わす電気信号を生成する撮像素子とを
   備えた撮像装置において、前記撮像素子の水平走査線の
   数によって定まる垂直走査方向のサンプリング周波数を
   Ｎ＿ｙとし、前記撮像素子における前記射出端面の像中
   の各ファイバーの配列を表わす基本空間周波数の垂直走
   査方向の成分をＵ＿ｙとし、Ｎ＿ｙ／４＜Ｕ＿ｙの時は
   Ｕ＿ｙを、Ｕ＿ｙ＜Ｎ＿ｙ／４の時はＮ＿ｙ／４をｆ′
   と表わす時、前記射出端面と前記撮像素子との間に前記
   結像光学系の空間周波数レスポンスを周波数ｆ′におい
   てほぼ０とする光学素子を配置したことを特徴とする撮
   像装置。