JPH02277016A - 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
バー束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
則的な配列を有している。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、血管等に挿入されるファイバースコープ
は非常に細く、従ってそのイメージガイドファイバー束
も細いので、これによる像をＴＶ画面いっばいの大きさ
で見るためにイメージガイドファイバー束の射出端面の
像を撮像素子上に結像させる光学系の倍率が大きくなり
、その結果撮像素子上での像中の各ファイバーが非常に
太くなって（空間周波数スペクトルが低周波になって）
モアレが出にくくなる反面、各ファイバー像−つ一つが
はっきりと見えてしまい観察の妨げとなるという問題が
出てきた。

本発明は、上記問題点に鑑み、細いファイバースコープ
にＴＶカメラを接続して像を観察するような場合に邪魔
なファイバー配列模様が見えなくなるようにした撮像装
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光
学系と、前記射出端面の像を受ける撮像素子とを備え、
前記撮像素子の垂直方向のサンプリング周波数をＮｙと
し、前記撮像素子が水平方向にもサンプリングを行なう
場合にはそのサンプリング周波数をＮｙとし、前記射出
端面の像中のファイバー配列模様の水平方向及び垂直方
向の基本空間周波数を夫々Ｕｏ。

Ｕｙとする時、Ｕｙ＜Ｎｙ／２及び／又はＵｙ〈Ｎ８／
２を満足する撮像装置において、前記イメージガイドフ
ァイバー束の射出端面から前記撮像素子に到る光路中に
、前記結像光学系の空間周波数レスポンスをＵｙ及び／
又はＵ８において約０，５以下とする光学素子を配置し
たことにより、 モアレが出ない場合においてイメージガイドファイバー
束の射出端面像中のファイバー配列模様がはけるように
したものである。

［実施例］ 以下、図示した実施例に基つ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、これは血管用ファイ
バースコープｌに、モザイクフィルタを用いたカラーカ
メラ２を取付けたものである。ファイバースコープ１に
おいて、３は対物レンズ、４はイメージガイドファイバ
ー束である。カラーカメラ２において、５は撮像レンズ
、６は光学的ローパスフィルター　７は赤外光カットフ
ィルター又はＹＡＧレーザ−カットフィルター　８は光
学的ローパスフィルター　９はモザイクフィルタ１０は
固体撮像素子である。１１は固体撮像素子ｌＯに接続さ
れたカメラコントロールユニット、１２はＴＶモニター
である。

ここで、いかなる場合にモアレが生じず且つイメージガ
イドファイバー束４の射出端面像中のファイバー配列模
様が観察の妨げになるかについて述へる。

まず、モアレが生じない場合を考えてみる。

固体撮像素子ｌＯの水平方向のサンプリング周波数（モ
ザイクフィルターの水平方向の繰り返し周波数）をＮｙ
とじ、垂直方向のサンプリング周波数（モザイクフィル
ター９の垂直方向の繰り返し周波数又はその２倍。いず
れになるかは、固体撮像素子ＩＯとモザイクフィルター
９の形式によって変わる。）をＮｙとする。そして、イ
メージガイドファイバー束４の射出端面の固体撮像素子
ｌＯ上の像中のファイバー配列模様の水平方向及び垂直
方向の基本空間周波数を夫々Ｕｘ、Ｕｙとすると、 Ｎ。

［Ｊ、＜□　　　　　　　　　　・・・・（１）であれ
ば、ファイバー配列模様の周波数がナイキスト限界内で
あるからモアレは生じない。

次に、上記ファイバー配列模様が観察の妨げになる場合
を考えてみる。像中のファイバーの繰り返しがＶ　（ｃ
ｐｄ　）の時、解像できる最も細かい物体の像の空間周
波数はＶ／　２　（ｃｐｄ　）となる。観察者はファイ
バー自体の配列模様と物体像の明暗パターンの両方を同
時に見ることになるので、ファイバー配列模様が良（見
えると物体観察の邪魔になる。尚、ｃｐｄは第２図に示
した如く視角１’当り何すイクル即ち何本あるかという
ことである。

ここで、文献「応用物理」第４９巻第７号（１９８０年
）の第６９０頁右欄のＦｉｇ、４（第３図にその要部を
示している。）によると、肉眼観察時のＭＴＦ　（空間
周波数レスポンス）が２．５　ｃｐｄ当りで最大となり
、その前後で低下することが示されている。尚、Ｆｉｇ
、４は、平均輝度２０ｎｉｔ（＝ｃｄ／ｒｒ？）の単一
空間周波数の明暗パターンをＴＶモニターの画面全体に
表示し、正常視力の被験者が肉眼でこれを観察した際の
ＭＴＦを横軸に空間周波数（単位ｃｐｄ　）を縦軸に大
きさ（単位ｄＢ）をとって示したものである。

実際に物体を見る時は、ＭＴＦに加えて物体の空間周波
数の各成分の大きさを考える必要がある。

例えばＶ＝５（ｃｐｄ）の時Ｖ／　２　＝　２．５　（
ｃｐｄ　）であって、第３図によれば物体の解像限界の
ＭＴＦの方がファイバー配列模様の周波数のＭＴＦより
大きいからこれで充分であるように思えるが、現実の物
体では高周波成分のスペクトルの大きさは低周波成分の
スペクトルより小さいので現実の見え方が弱いことが多
く、ファイバー配列模様に負けてしまう。又、第３図に
よれば、Ｖ＝５のＭＴＦは小さいとはいってもＶ＝Ｏ，
ＳのＭＴＦと同じ（らいなので、物体中の粗めのパター
ンと同程度にファイバー配列模様が目立つ。従って、■
をもっと大きくする必要があり、Ｖ＝　２０　（ｃｐｄ
　）くらいになると第３図から推定して一３０ｄＢ以下
となり、相当小さくなる。一方、Ｖ／２＝１０（ｃｐｄ
）のＭＴＦも一２０ｄＢ程度でかなり小さいが、これよ
り少し低めの周波数（物体中によくある）でＭＴＦが最
も大きくなる。従って、物体中のパターンに対してファ
イバー配列模様が目立たなくなり、見易くなる。

ここで、第１図に示した如（、ＴＶモニター１２の縦辺
の長さをＨとすると、標準的観察条件として、ＴＶモニ
ター１２から観察者までの距離Ｓは、 ５＝５８　　　　　　　　　　　・・・・（３）程度で
あるとされている。尚、Ｈ＝１５〜２５ｃｍ程度のこと
が多い。

従って、第４図に示した如＜ＴＶモニター１２の画面上
のイメージガイドファイバ束４の射出端面像のファイバ
ー間隔をφとすると、 ≦２０ｃｐｄ　　　　　・・・・（４）φ である場合に、ファイバー配列模様が観察の邪魔になる
。

実際にはＴＶモニター１２までの距離が３Ｈ程度で見る
場合もあるので、 ≦２０ｃｐｄ　　　　　　　　・・・・（５）φ ｔａｎ　　−’　　（） Ｈ である場合に、ファイバー配列模様が観察の邪魔になる
。

尚、石英製のイメージガイドファイバ束のようにファイ
バー径がランダムな場合には、最も粗いファイバー間隔
をφと考えれば良い。

従って、式（５）を満たす場合に光学的ローパスフィル
ター８でファイバー像の基本空間周波数Ｕ。

ＵｙのＭＴＦを低下せしめれば、実用土兄やすい像が得
られる。具体的には、上記文献「応用物理」第４９巻第
７号（１９８０年）の第６９１頁にＭＴＦを０．５以下
とすればかなり改善されることが示されている。上記文
献では空間周波数の低い明暗パターンに空間周波数の高
い明暗パターンを重ねた際の肉眼によるパターンの見や
すさについて検討している。その第６９１頁右欄１１〜
２０行目によると、マスキングパターン（高周波の方）
のコントラストが０．５程度以下になると低周波パター
ンのコントラスト弁別閾値への影響が急激に少なくなる
とのことである。ファイバースコープの像は物体の明暗
パターン（色も含めて）にファイバーの配列による網目
模様（物体像より高周波である）が重なっているから、
この網目模様をマスキングパターンと考えれば、そのコ
ントラストつまりＭＴＦが０．５以下になれば、低周波
のパターンのつまり物体像を見る際の邪魔の程度が急減
すると考えられる。

従って、光学的ローパスフィルター８の特性としては空
間周波数Ｕｙ、ＵｙでＭＴＦが０．５以下になるものが
望ましい。

第５図及び第６図は夫々光学的ローパスフィルター８の
一例の構成及び断面を示しており、水晶板１３及び１４
の間に％波長板１５を挾んで成るものである。第５図中
、矢印は像の分離方向を示している。又、第７図は光学
的ローパスフィルター８のＭＴＦを２次元周波数年面で
表わしており、図中点線はＭＴＦが０になる線即ちトラ
ップ線である。

ところで、第４図によれば、 Ｕ８　＝− φ ・・・・（６） □φ であるが、ＵｙＩＵＦ方向のＭＴＦは余弦関数で減少し
ていくので、Ｕｙ、ＵｙでのＭＴＦを０．５以下にする
には、第７図のトラ・ツブ線の空間周波数をＵｙ。＋Ｕ
ＩＯとすると、 でなければならない。

トラップ線の選び方は第７図の倒置外に第８図のように
しても良い。これは第５図及び第６図に示した光学的ロ
ーパスフィルター８を光軸のまわりに角度θまわしたも
のであり、式（８）、　（９）をほぼ同様に適用するこ
とができる。

尚、光学的ローパスフィルター８は、水晶板の代りに液
晶ポリマー板９位相格子９回折格子、レンチフラールレ
ンズ、多面レンズ、ソフトフォーカスレンズ等を用いて
構成しても良い。又、Ａ波長板も液晶ポリマー板から構
成しても良い。液晶ポリマー板は軽く、形も自由に変え
られるので便利である。

第９図は第２実施例を示しており、これはファイバース
コープｌに３板式のカラーカメラ２を取付けたものであ
って、光学的ローパスフィルターとして多面レンズを用
いている。カラーカメラ２において、１６は絞り、１７
は多面レンズ、１８は三色分解プリズムである。

第１Ｏ図及び第１１図は夫々多面レンズ１７の断面及び
正面を示しており、多面レンズ１７はΔだけ離れた近似
球面の球心を持つ二つの曲面（非球面でも良い）を組合
わせて成るものである。ここで、多面レンズ１７の多面
曲面の個々の面を一つのレンズと考えたときの近軸倍率
をβ１、該多面曲面より後のレンズ系１９（第９図参照
）の合成近軸倍率をβ２とするとき、 ■ ２１　（−Δ＋Δβｌ）・β２ の周波数でＭＴＦが０になるようにすれば良い。

そうすれば、光線は固体撮像素子ＩＯの撮像面で（−Δ
＋Δβ１）・β２１だけ離れた２点に分離する。

尚、多面レンズ１７は瞳近傍に置（のが良い。

そうすれば、画面全体に亘り同じローパス特性が寿られ
るからである。

第１２図は第３実施例を示しており、これはカラーカメ
ラ２の撮像レンズ５の一部を、偏芯したレンズから成る
レンズ系２０とすることによってローパス特性を得るよ
うにしたものである。ここで、ローパス特性を可変とす
るためにレンズ系２０の一部のレンズの偏芯量を可変と
しても良い。

尚、上記光学的ローパスフィルター８．多面レンズ１７
．偏芯したレンズ系２０は何れもモアレ除去にも用いる
ことができる。ここで、偏芯したレンズ系２０がモアレ
除去効果を有する理由にっいて述べる。

レンズ系は通常全てのレンズが共軸に（間怠的に）配置
されているものであり、その内の一つ以上のレンズが偏
芯するとそれに伴い収差が発生する。偏芯により発生す
る収差は種々であるが、偏芯歪曲収差、偏芯像面湾曲収
差、偏芯コマ収差。

偏芯球面収差が主なものである。このうち、偏芯球面収
差は別名−様コマ（ｕｎｉｆｏｒｍ　ｃｏｍａ）とも呼
ばれており、画面全体で略−様にコマ収差状のボケが発
生する。従って、他の偏芯収差を生ずることなく偏芯球
面収差のみ発生するようにレンズの偏芯が起こるならば
、ソフトフォーカスレンズと同様のモアレ除去効果が期
待できる。

本願発明者の検討結果によれば、明るさ絞りの近くに配
置された絞りに対して略コンセントリックな形状のレン
ズ面を若干偏芯させると偏芯球面収差が発生する一方、
他の偏芯収差はこれに比べて僅少に抑えられることが明
らかになった。従って、光学系の特性、モアレの性質等
に応じて偏芯量を調整することにより、モアレ除去効果
が得られる。

第１３図は第４実施例を示しており、これはカラーカメ
ラの光学的ローパスフィルターとしてダハ角αを９０°
からθだけ小さくしたダハプリズムを用いたものである
。ファイバースコープｌにおいて、２１は接眼ｌノンズ
である。カラーカメラ２において、２２は絞り１６の近
傍に置かれたダハプリズムである。これによれば、像面
では光線が下記のａだけ離れた２点に分かれ、同じ点の
分離を生ずる水晶フィルターと同等の効果がある。

ａ＝４ｎｌ　θ　ｌ　ｃｏｓ　　ψ−Ｓ−β　　　　　
　−−−−（１０）ここで、ｎはダハプリズム２２の屈
折率、ψはダハプリズム２２の稜線の光軸と垂直な面と
のなす角、Ｓはダハプリズム２２より前群のレンズで得
られたイメージガイドファイバ束４の射出面を物体とす
る像までの距離、βはダハプリズム２２以後の光学系の
横倍率である。

第１４図は第５実施例を示しており、これはカラーカメ
ラ２の撮像レンズとして強い正の歪曲収差を持った撮像
レンズ２３を用いたものである。

撮像レンズ２３は、周辺に行くにつれて主光線２４の屈
折作用が弱くなる非球面２５が用いである。

即ち、ファイバースコープ、硬性鏡等では一般に対物レ
ンズで強い負の歪曲収差が発生するので、それを撮像レ
ンズ２３で減少させるために撮像レンズ２３に正の歪曲
収差を持たせたのである。

この場合、光学的ローパスフィルターとして水晶フィル
ターを固体撮像素子ｌＯの直前に置くのは適当でない。

何故なら、イメージガイドファイバ束４のファイバーの
像は撮像レンズ２３によって周辺はど大きく拡大される
ので、固体撮像素子ｌＯの直前に水晶フィルターを置い
ても像の一部のモアレしか消すことができないからであ
る。そこで、本実施例では、非球面２５より前方に位相
フィルター２６又は多面レンズ１７を置くか、或いは又
非球面より前方で一つの物点からの光束が平行でないと
ころに水晶フィルター２７を置くのが良い。

〔発明の効果〕 上述の如く、本発明による撮像装置は、細いファイバー
スコープにＴＶ左カメラ接続して像を観察するような場
合に邪魔なファイバー配列模様が見えないという実用上
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実施例の概略図、
第２図は１　ｃｐｄの説明図、第３図は肉眼観察時のＭ
ＴＦの変化を示す図、第４図はイメージガイドファイバ
束の射出端面像の要部拡大図、第５図及び第６図は夫々
第１実施例の光学的ローパスフィルターの一例の構成及
び断面を示す図、第７図は上記光学的ローパスフィルタ
ーのＭＴＦを２次元周波数平面で表わした図、第８図は
上記光学的ローパスフィルターを光軸のまわりに回転さ
せた場合のＭＴＦを２次元周波数平面で表わした図、第
９図は第２実施例を示す図、第１Ｏ図及び第１１図は夫
々第２実施例の多面レンズの断面及び正面を示す図、第
１２図乃至第１４図は夫々第３乃至第５実施例を示す図
である。 １・・・・ファイバースコープ、２・・・・カラーカメ
ラ、３・・・・対物レンズ、４・・・・イメージガイド
ファイバ束、５，２３・・・・撮像レンズ、６，８・・
・・光学的ローパスフィルター　７・・・・赤外光カッ
トフィルター　９・・・・モザイクフィルター　ＩＯ・
・・・固体撮像素子、１１・・・・カメラコントロール
ユニット、１２・・・・ＴＶモニター　１３．１４・・
・・水晶板、１５・・・・ス波長板、１６・・・・絞り
、１７・・・・多面レンズ、１８・・・・三色分解プリ
ズム、１９．２０・・・・レンズ系、２１・・・・接眼
レンズ、２２・・・・ダハプリズム、２４・・・・主光
線、２５・・・・非球面、２６・・・・位相フィルター
　２７・・・・水晶フィルター 空間周波数 才１ １−５図 ′ｊ！Ｐ６図 １Ｐ７１！ｉ 矛８ｍ Ｐ９ｗｉ Ｕ １Ｐ１０図 矛４１ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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光学系と、前
   記射出端面の像を受ける撮像素子とを備え、前記撮像素
   子の垂直方向のサンプリング周波数をＮ＿ｙとし、前記
   撮像素子が水平方向にもサンプリングを行なう場合には
   そのサンプリング周波数をＮ＿ｘとし、前記射出端面の
   像中のファイバー配列模様の水平方向及び垂直方向の基
   本空間周波数を夫々Ｕ＿ｘ、Ｕ＿ｙとする時、Ｕ＿ｙ＜
   Ｎ＿ｙ／２及び／又はＵ＿ｘ＜Ｎ＿ｘ／２を満足する撮
   像装置において、 前記イメージガイドファイバー束の射出端面から前記撮
   像素子に到る光路中に、前記結像光学系の空間周波数レ
   スポンスをＵ＿ｙ及び／又はＵ＿ｘにおいて約０．５以
   下とする光学素子を配置したことを特徴とする撮像装置
   。