JPH0735990A

JPH0735990A - 像形成光学系

Info

Publication number: JPH0735990A
Application number: JP5273771A
Authority: JP
Inventors: Kimihiko Nishioka; 公彦西岡
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1995-02-07
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: JP2541479B2

Abstract

(57)【要約】【目的】解像力を向上させ、且つモアレを除去し得る
と共に、構造が簡単で且つコンパクトに構成し得る像形
成光学系を提供する。【構成】対像物の像を形成する結像光学系と、像伝達
用イメージガイドファイバ束２とを備えた像形成光学系
において、前記イメージガイドファイバ束２を偏波面保
存ファイバ２ａの束ねによって構成すると共に、該イメ
ージガイドファイバ束２の入射側と射出側とに、複屈折
量が同じで且つイメージガイドファイバ束２に対する位
置関係も同じな夫々の複屈折板７を配置して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イメージガイドファイ
バ束の端面，ＣＣＤ（固体撮像素子），撮像管など複数
の画素を幾何学的パターン状に配列して成る像形成部を
含む像形成光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の像形成光学系として、例
えば、イメージガイドを用いた内視鏡においては、イメ
ージガイドの端面即ち像形成部がファイバーのコア部分
とクラッド部分の存在により複数の画素を幾何学的パタ
ーン状に配列した形になっているために、レンズだけか
ら構成された光学系に比べて解像力が劣るという問題が
あった。又、イメージガイドとＣＣＤとを組み合わせた
場合、二つのイメージガイドを組み合わせた場合、幾何
学的パターン状の模様を有する物体をイメージガイドを
用いて観察した場合などにあっては、モアレが発生して
しまうという問題があった。そこで、これらの問題を解
決するために、例えば特開昭５７−４６２１１号公報に
記載の影像強化装置のように、イメージガイドの前後に
おいて対物レンズを光軸と直交する方向に振動させて走
査する機構が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
影像強化装置の場合には、対物レンズという光学素子そ
のものを振動させるために、構造が複雑化し且つ装置が
大型化するという問題があった。

【０００４】本発明は、前記問題点に鑑み、解像力を向
上させ、且つモアレを除去し得ると共に、構造が簡単で
且つコンパクトに構成し得る像形成光学系を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明による像
形成光学系は、複数の画素から成る像形成部を含んだ像
形成光学系において、前記像形成部と液晶光偏向器とを
同一光軸上に配置することにより、光学素子のそのもの
は振動させずに走査し得るようにしたものである。

【０００６】

【実施例】以下、図示した各実施例に基づき本発明を詳
細に説明する。図１は、本発明の第１実施例の光学系を
示しており、１は対物レンズ（撮影レンズ）、２はイメ
ージガイドファイバ束、３は接眼レンズであって、前記
対物レンズ１によりイメージガイドファイバ束２の入射
端面に結像せしめられた像は、該イメージガイドファイ
バ束２の出射端面まで伝送され、該出射端面上の像は、
接眼レンズ３を介して観察者の目により観察されるよう
になっている。４，４は前記対物レンズ１とイメージガ
イドファイバ束２の入射端面との間，及び該イメージガ
イドファイバ束２の出射端面と接眼レンズ３との間にお
いて、該各端面と同一の光軸上に夫々対称的に配置され
た１対の液晶光偏向器であり、この液晶光偏向器４は、
図示の如き偏光方向（紙面と平行な方向）を有する偏光
板５と、ツイストネマチック型の液晶セル６と、図示の
如き結晶軸方向（紙面と平行な方向）を有する水晶板等
の複屈折板７とを夫々順次に配置して成るものである。

【０００７】そして、前記液晶セル６の透明電極６ａ，
６ａに印加される電圧がＯＦＦのときには、図２（Ａ）
に示した如く、前記偏光板５を透過した直線偏光（偏光
方向が紙面と平行）が液晶セル６を透過するときに、そ
の偏光方向が９０゜回転されて紙面と垂直な方向になる
ために、続いて、前記複屈折板７を透過しても屈折され
ずに最初と同じ光路上に出射され、又、前記液晶セル６
の透明電極６ａ，６ａに印加される電圧がＯＮのときに
は、図２（Ｂ）に示した如く、偏光板５を透過した直線
偏光が液晶セル６を透過しても、その偏光方向が変化せ
ずに紙面と平行なままなので、続いて、複屈折板７を透
過するときに屈折されて、最初の光路から、例えば、Δ
だけずれた光路上に出射されるようになっている。尚、
ここで、前記Δは、図３に示した如く、前記イメージガ
イドファイバ束２の各ファイバ２ａ相互の間隔Ｐのおよ
そ１／２倍となるように設定されるか、或いは、同間隔
Ｐのおよそ３／２倍，５／２倍，‥‥であってもよい。
又、前記イメージガイドファイバ束２の前後に配置され
る各液晶光偏向器４，４の各液晶セル６，６への電圧の
印加を制御するスイッチＳ，Ｓは、同時に開閉せしめら
れるものとする。更に、６ｂは前記透明電極６ａ，６ａ
間に封入されたツイストネマチック配向の液晶分子であ
る。

【０００８】本発明による像形成光学系は、上述の如く
構成されているから、両液晶光偏向器４，４の各液晶セ
ル６，６への印加電圧がＯＦＦのときは、図４（Ａ）に
示した如く、対物レンズ１を経てイメージガイドファイ
バ束２の各ファイバ２ａのコア部分に入射しようとする
光が、一方の液晶光偏向器４を通過するときに、紙面と
垂直な偏光方向を有する直線偏光になるため、光路がず
れずにそのままでイメージガイドファイバ束２の各ファ
イバ２ａのコア部分に入射され、且つ該イメージガイド
ファイバ束２を通過するうちに円偏光となって、他方の
液晶光偏向器４の複屈折板７に入射され、更に、該複屈
折板７を透過するときに複屈折されて、コア部分と一致
する光路上の光（偏光方向が紙面と垂直）と、コア部分
からΔ相当分だけずれた光路上の光（偏光方向が紙面と
平行）とに分けられた後、そのいずれもが液晶セル６に
入射されると共に、該液晶セル６を透過するときに、そ
のいずれも偏光方向が９０゜回転されて、該偏光方向が
紙面と平行な一致光路光と紙面と垂直なズレ光路光とに
なるので、前記一致光路光は、そのまま偏光板５を透過
して観察者により観察されるが、前記ズレ光路光は、偏
光板５により遮られて観察されない。

【０００９】一方、前記両液晶光偏向器４，４の各液晶
セル６，６への印加電圧がＯＮのときは、図４（Ｂ）に
示した如く、対物レンズ１を経てイメージガイドファイ
バ束２の各ファイバ２ａのグラッド部分に入射しようと
する光が、一方の液晶光偏向器４を透過するときに、紙
面と平行な偏光方向を有する直線偏光になるため、光路
がΔ相当分だけずれてイメージガイドファイバ束２の各
ファイバ２ａのコア部分に入射され、且つ該イメージガ
イドファイバ束２を通過するうちに円偏光となって、他
方の液晶光偏向器４の複屈折板７に入射され、更に、該
複屈折板７を透過する複屈折せしめられてコア部分と一
致する光路上の光（偏光方向が紙面と垂直）とコア部分
からΔ相当分だけずれた光路上の光（偏光方向が紙面と
平行）とに分けられた後、そのいずれもが液晶セル６に
入射されると共に、該液晶セル６を透過しても、いずれ
も偏光方向が変化しないので、前記一致光路光は、偏光
板５により遮られて観察されず、前記ズレ光路光（グラ
ッド部分と一致する光路上の光）は、そのまま偏光板５
を透過して観察者により観察される。即ち、前記イメー
ジガイドファイバ束２の各ファイバ２ａのグラッド部分
へ入射しようとする光も遮られずに、そのままグラッド
部分の位置から出射した光として観察されることにな
る。従って、前記各液晶セル６，６への印加電圧のＯＮ
−ＯＦＦ動作を肉眼の残像時間よりも短い間隔で繰り返
せば、あたかもイメージガイドファイバ束２の断面全体
を通過したかのような光による像を観察することにな
り、解像力が大幅に向上する。

【００１０】又、前記液晶光偏向器４を接眼部側にのみ
配置して、液晶セル６への印加電圧のＯＮ−ＯＦＦを繰
り返せば、上記説明から明らかなように、イメージガイ
ドファイバ束２を出射した光の位置がΔの振幅で振動す
るのと同様になるので、該イメージガイドファイバ束２
の出射端面における編目模様が消去され、その結果、モ
アレの発生が防止されることになる。そして、この場
合、Δの大きさについては、Ｐのおよそ１／２以上であ
ればよい。

【００１１】以上、解像力の向上，及びモアレ除去の原
理について述べたが、本発明に係る像形成光学系におい
ては、そのために光学素子のそのものは動かさずに走査
し得るところの液晶光偏向器４を用いているので、全体
構造が簡単で、且つコンパクトに構成し得るのである。

【００１２】図５（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第２実
施例による液晶光偏向器８の作動原理を示しており、こ
の液晶光偏向器８は、複屈折板７と、ツイストネマチッ
ク型の液晶セル６と、複屈折性を有し且つ印加電圧のＯ
Ｎ−ＯＦＦ作動によって、その結晶軸方向が反転する液
晶セル９とを夫々順次に配置させると共に、両液晶セル
６及び９への印加電圧のＯＮ−ＯＦＦを同期して行ない
得るようにして成るものである。

【００１３】この第２実施例の場合、図５（Ａ）に示し
た如く、印加電圧がＯＮのときに、複屈折板７で発生し
た定常光線（偏光方向が紙面と垂直）は、そのままで真
直に前記液晶セル６及び９を透過し、且つ異常光線（偏
光方向が紙面と平行）は、前記一方の液晶セル６を透過
した後、前記他方の液晶セル９により屈折されて定常光
線と同じ位置に戻り、又、図５（Ｂ）に示した如く、印
加電圧がＯＦＦのときに、前記複屈折板７で発生した定
常光線は、前記液晶セル６を透過して偏光方向が紙面と
平行な方向に変化された後、前記液晶セル９により屈折
されて最初の光路からΔ相当分だけずれた光路上に出射
され、且つ異常光線は、前記液晶セル６を透過して偏光
方向が紙面と垂直な方向に変化された後、そのままで真
直に前記液晶セル９を透過して該定常光線と同じ位置で
出射される。従って、光量損失がないという利点を有し
ている。尚、ここで、前記複屈折板７の結晶軸方向と電
圧ＯＦＦ時の液晶セル９の結晶軸方向とは、必ずしも一
致させなくとも、各部材の厚さによって定常光線と異常
光線とを一致させることができる。更に、前記液晶セル
９への印加電圧は、ＯＮ−ＯＦＦ作動でもよいし、該電
圧の大きさ又は電圧の周波数を変えることで、液晶分子
の方向を変えるようにしてもよい。

【００１４】図６（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第３実
施例による液晶光偏向器１０の作動原理を示しており、
この液晶光偏向器１０は、１／２波長板１１の前後に、
複屈折性を有し且つ印加電圧の変化により、その結晶軸
方向が変化する１対の液晶セル１２，１２を配置させ、
両液晶セル１２，１２を同一の電源で駆動するようにし
て成るものである。

【００１５】この第３実施例の場合、図６（Ａ）に示し
た如く、液晶セル１２，１２への印加電圧が高いときに
は、両液晶セル１２，１２の結晶軸方向が光軸と平行に
なるので、入射光が、そのまま真直に液晶セル１２，１
／２波長板１１，液晶セル１２を順次に透過し、又、図
６（Ｂ）に示した如く、液晶セル１２，１２への印加電
圧が低いときには、両液晶セル１２，１２の結晶軸方向
が光軸に対して傾斜するので、入射光が一方の液晶セル
１２により定常光線（偏光方向が紙面と垂直）と異常光
線（偏光方向が紙面と平行）とに分けられ、前記定常光
線は、１／２波長板１１により偏光方向が９０゜回転さ
れ、紙面と平行な方向に変化された後、他方の液晶セル
１２により屈折されて、最初の光路からΔ相当分だけず
れた光路上に出射され、且つ前記異常光線は、１／２波
長板１１により偏光方向が９０゜回転され、紙面と垂直
な方向に変化された後、そのまま真直に他方の液晶セル
１１を透過して該定常光線と同じ位置で出射される。

【００１６】そして、この第３実施例の場合には、前記
液晶セル１２，１２への印加電圧を変化させることによ
り、結晶軸の傾斜角を変えてΔを連続的及び段階的に変
化させ得るので、連続的な走査と、とびとびの走査との
いずれもが可能である。ここで、図７（Ａ），（Ｂ）及
び（Ｃ）は、この場合における結晶軸方向の変化の状態
を表わしており、又、図８は、Δと印加電圧との関係を
示している。尚、この場合、前記１／２波長板１１の代
わりに偏光方向を９０゜回転させる作用をもった旋光板
を用いてもよい。

【００１７】図９は、本発明の第４実施例を示してお
り、これは、前記液晶光偏向器１０を対物レンズ（撮影
レンズ）１とＣＣＤ１３との間に配置し、且つ信号処理
回路３０を液晶光偏向器１０の駆動電源と同期させなが
ら、テレビモニタ３１上に画像を表示するようにしたも
のである。

【００１８】この第４実施例の場合、ＣＣＤ１３の画素
ピッチをＱとすると、Δは該Ｑのおよそ１／２以上とす
ればよい。従って、ＣＣＤ１３の受光エレメント以外の
部分に入射しようとする光についても、Δの走査により
受光エレメントに入射するようになり、このとき、テレ
ビモニタ３１上に表示される像をΔ相当分だけずらすこ
とで、前記光による像もまた、テレビモニター１５上に
表示されるので、解像力が大幅に向上する。尚、この場
合にも、連続的な走査と、とびとびの走査とのいずれも
が可能である。

【００１９】図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第５
実施例による液晶光偏向器１４の作動原理を示してお
り、この液晶光偏向器１４は、前記第２実施例の液晶光
偏向器８において、液晶セル９の代りに、前後に一対の
プリズム１５，１５を有し且つ光軸に対して遮光配置さ
れたＮ型液晶セル１６を用いて成るものであり、その基
本的作動原理は、該液晶光偏向器８と同じなので、その
説明を省略する。又、ここで、前記Ｎ型液晶セル１６内
に含まれる液晶分子は、図１１に示したような屈折率楕
円体を有しており、且つ前記プリズム１５の屈折率ｎ_p
は、ｎ_p≒ｎ_x≒ｎ_yであることがよい。そして、この
場合にも、とびとびの走査が行われる。更に、この場
合、縦横変換の液晶は、ドライブし易いという利点があ
る。

【００２０】図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第６
実施例による液晶光偏向器１７の作動原理を示してお
り、この液晶光偏向器１７は、前記第３実施例の液晶光
偏向器１０において、液晶セル１２の代りに、後側にプ
リズム１８を有すると共に、該プリズム１８側の透明電
極１９ａが光軸に対し傾斜しているＮ型液晶セル１９を
用いて成るものであって、液晶セル１９に入射した自然
光は、定常光線と異常光線とで液晶の屈折率が異なるた
めに、プリズム１８の境界面での屈折率が異なることに
なり、出射時には、光線が２つの方向に分離して進む。
それ以外の作動原理は、前記液晶光偏向器１０と同じな
ので、その説明を省略する。但し、この場合、異常光線
は、定常光線から分かれてしまうが平行である。又、プ
リズム１８の屈折率ｎ_p2は、ｎ_p2≒ｎ_x≒ｎ_yであるこ
とがよい。

【００２１】図１３は、本発明の第７実施例を示してお
り、これは、前記第４実施例において、液晶光偏向器１
０の代りに、前記液晶光偏向器１７を用いると共に、液
晶光偏向器１７を対物レンズ（撮像レンズ）１の前側に
配置して成るものであって、その基本的作動原理は、前
記第４実施例と同じなので、その説明を省略する。尚、
前記対物レンズ１での前方の光束がほぼ平行な部分に対
して、前記液晶光偏向器１７が配置されているので、前
述の異常光と定常光との分離は、結像に影響しない。

【００２２】図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第８
実施例による液晶光偏向器２０の作動原理を示してお
り、この液晶光偏向器２０は、前記偏光板５と前記液晶
セル１２とを組み合せて成るものである。

【００２３】この第８実施例の場合、図１４（Ａ）に示
した如く、液晶セル１２への印加電圧が高いときは、前
記液晶セル１２の結晶軸方向が光軸と平行になるので、
偏光板５を透過した直線偏光（偏光方向が紙面と平行）
が、そのままで液晶セル１２を透過し、又、図１４
（Ｂ）に示した如く、液晶セル１２への印加電圧が低い
ときは、前記液晶セル１２の結晶軸方向が光軸に対して
傾斜するので、偏光板５を透過した直線偏光は、液晶セ
ル１２により屈折されて最初の光路上から、Δ相当分だ
けずれた光路上に出射される。そして、この第８実施例
においては、連続的な走査が可能であると共に、構造が
一層簡単であるという利点がある。但し、偏光板５によ
り光量が１／２になってしまう点を考慮する必要があ
る。

【００２４】図１５は、本発明の第９実施例として、前
記第２実施例の液晶光偏向器８をファイバースコープ２
１のレクチャースコープ２２を用いた例を示しており、
イメージガイドファイバ２３の前後に配置された一対の
液晶光偏向器８を同期させて走査するようになってい
る。従って、この場合には、モアレが少なくて解像のよ
いレクチャースコープを作ることができる。尚、図１５
中，２４はハーフプリズムである。

【００２５】図１６は、本発明の第１０実施例による液
晶光偏向器２６を示しており、この液晶光偏向器２６
は、前記第４実施例の液晶光偏向器１０につき、各結晶
軸を含む面が互いに直交又は斜交するように２個配置し
てＸ−Ｙ走査を可能にしたものである。

【００２６】この第１０実施例の場合、その走査として
は、例えば、図１７に示したような順序によって行う。
又、この液晶光偏向器２６を図９に示したようなテレビ
装置に適用し、前記走査に同期してテレビモニタ上の像
を図１８に示したような順序でずらしてやれば、解像力
が一層向上した像が得られる。

【００２７】図１９は、本発明の第１１実施例を示して
おり、これは、偏波面保存ファイバを束ねて成るイメー
ジガイドファイバ束２５の前後端に対して、各１対の複
屈折板７，７及び液晶光偏向器１０，１０を配置したも
のである。

【００２８】この第１１実施例の場合には、図２０に示
した如く、液晶光偏向器１０の走査によるＡ方向の変位
Ｐa と、複屈折板７の二重像分離による変位Ｐb とのい
ずれもイメージガイドファイバ束２５の各ファイバ２５
ａの間隔ｑのほぼ１／２倍となるようにする。即ち、Ｐ_a≒ｑ／２ ‥‥(1) 及びＰ_b≒ｑ／２ ‥‥(2) とする。或は、式(1) の代わりに、Ｐ_a≒ｑ／２＋ｎｑ（ｎ＝±１，２，３，‥‥） ‥‥(3) であってもよい。従って、この結果、前記液晶光偏向器
１０の走査によりＡ方向の解像力は２倍になり、又、複
クラッド部分に当っていた光がコア部分に入るようにな
るので、Ｂ方向についても解像力が２倍になる。尚、こ
の場合、前記イメージガイドファイバ束２５の入射端側
の複屈折板７と出射端側の複屈折板７とは、図２１に示
した如く、複屈折量が同じであって且つイメージガイド
ファイバ束２５に対する位置関係も同じになるようにし
ておく必要がある。又、前記液晶光偏向器１０，１０に
ついては、これを省略してもよく、その場合、前記イメ
ージガイドファイバ束２５と複屈折板７との組み合わせ
だけになるが、これでもＢ方向について２倍の解像力が
ある。

【００２９】尚、上記いずれの実施例においても、複屈
折板７は、水晶の代りに方解石等複屈折性を有する物質
を材料としてもよく、又、いずれの実施例も、イメージ
ガイドファイバ束を用いた内視鏡，レクチャースコー
プ，電子カメラ，テレビカメラ（撮像管，ＣＣＤのいず
れも可），電子内視鏡等に用いることができると共に、
撮影レンズ内，アダプター内，カメラボディ内のいずれ
にも配置することが可能であり、更に、配列がランダム
なイメージガイドファイバ，ＣＣＤにも使用し得る。一
方、いずれの実施例についても、液晶分子の配向を変化
させるのに、印加電圧の可変，又は印加電圧の周波数の
可変，若しくは、磁場の変化，或は温度の変化等を用い
てもよい。更には、この場合、液晶セルが厚さ８μ程度
のように、水晶板に比べてはるかに薄いことから、装置
全体の小型化に有効である。

【００３０】

【発明の効果】以上、各実施例によって詳述したよう
に、本発明による像形成光学系は、解像力が格段に向上
され、且つモアレを有効に除去できると共に、全体の構
造が比較的簡単で、コンパクトに構成し得るという重要
な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による像形成光学系の概要
を示す構成説明図である。

【図２】（Ａ），（Ｂ）は同第１実施例における光学系
の作動原理を各別に示す説明図である。

【図３】同第１実施例に用いられるイメージガイドファ
イバの端部構成を示す説明図である。

【図４】（Ａ），（Ｂ）は同第１実施例における光学系
の実質的な作動態様を各別に示す説明図である。

【図５】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２実施例による液
晶光偏向器の作動原理を各別に示す説明図である。

【図６】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第３実施例による液
晶光偏向器の作動原理を各別に示す説明図である。

【図７】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は同第３実施例におけ
る液晶光偏向器の結晶軸方向の変化を示す説明図であ
る。

【図８】同第３実施例での液晶光偏向器における走査幅
と印加電圧との関係を示す説明図である。

【図９】本発明の第４実施例による液晶光偏向器を含ん
だ主要構成の概要を示す説明図である。

【図１０】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第５実施例による
液晶光偏向器の作動原理を示す説明図である。

【図１１】同第５実施例における液晶光偏向器の液晶分
子の屈折率楕円体を示す説明図である。

【図１２】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第６実施例による
液晶光偏向器の作動原理を示す説明図である。

【図１３】本発明の第７実施例による液晶光偏向器を含
んだ主要構成の概要を示す説明図である。

【図１４】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第８実施例による
液晶光偏向器の作動原理を示す説明図である。

【図１５】本発明の第９実施例による像形成光学系を含
んだ主要構成の概要を示す説明図である。

【図１６】本発明の第１０実施例による液晶光偏向器の
概要を示す説明図である。

【図１７】同第１０実施例における液晶光偏向器の走査
順序を示す説明図である。

【図１８】同第１０実施例における液晶光偏向器のテレ
ビモニタ上での像の移動順序を示す説明図である。

【図１９】本発明の第１１実施例による像形成光学系を
含んだ主要構成の概要を示す説明図である。

【図２０】同第１１実施例でのイメージガイドファイバ
端部における走査幅範囲を示す説明図である。

【図２１】同第１１実施例でのイメージガイドファイバ
と各複屈折板との位置関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１対物レンズ２，２３，２５イメージガイドファイバ束２ａ，２５ａファイバ３接眼レンズ４，８，１０，１４，１７，２０，２６液晶光偏向器５偏光板６，９，１２，１９液晶セル６ａ，１９ａ透明電極６ｂ液晶分子７複屈折板１１１／２波長板１３ＣＣＤ１５，１８プリズム１６Ｎ型液晶セル２０テレビモニタ２１ファイバースコープ２２レクチャースコープ２４ハーフプリズム３０信号処理回路３１テレビモニタ

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１２月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】像形成光学系

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、解像力を向上させた像
形成光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】イメージガイドを有する像形成光学系に
おいて、解像力を向上させるための構成としては、特開
昭５８−１６８０３１号公報が知られている。これは、
イメージガイドの入射側及び射出側に電気光学結晶を夫
々に配置させ、入射側の電気光学結晶により、イメージ
ガイドの入射端面上において像を微小に移動させる（走
査する）ものである。

【０００３】従って、該入射端面上での像の移動に伴
い、イメージガイドのクラッド部に入射されていた光
が、隣接するコアの部分に入射されることになって、ク
ラッド部に遮られていた像情報もイメージガイドを通っ
て伝達されるようになり、イメージガイドの射出側で得
られる像情報が増加し、結果的に解像度の向上を図るこ
とができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の構
成では、電気光学結晶を駆動するための電気系装置の付
設が必要とされて構成自体が複雑化し、且つ配線等によ
って電気光学結晶の周辺部が大型化され易いという問題
がある。

【０００５】本発明は、前記従来の問題点に鑑み、小型
で且つ解像度の高いイメージガイドを含む像形成光学系
を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、対物レンズ等
の結像光学系が形成した像を像伝達用イメージガイドを
用いて所定の位置まで伝達するようにした像形成光学系
において、前記イメージガイドを偏波面保存ファイバに
よって構成させると共に、該イメージガイドの入射側及
び射出側に対して、複屈折量が同じでイメージガイドに
対する位置関係も同じ複屈折板を配置させたことを特徴
とするものである。

【０００７】

【作用】従って、本発明の場合、像伝達用イメージガイ
ドの入射側に配置した複屈折板は、その複屈折作用によ
って入射光を常光線と異常光線とに分離させるために、
該イメージガイドの入射端面上には、物体の２重像が形
成される。

【０００８】今、相互に隣接する第１と第２との２つの
各コア，及びこれらの両者間での第１のクラッド部分，
並びに第２のコアでの外側の第２のクラッド部分におけ
る作用を検討すると、次のようになる。

【０００９】従来の場合、第１のコアに入射されていた
光は、２重に分離されて、常光線が第１のコアに入射さ
れ、且つ異常光線が第１のクラッド部分に入射されるこ
とになり、又、第１のクラッド部分に入射されていた光
の内、常光線が第１のクラッド部分に入射され、且つ異
常光線が第２のコアに入射されることになり、更に、第
２のコアに入射されていた光の内、常光線が第２のコア
に入射され、且つ異常光線が第２のクラッド部分に入射
されることになる。つまり、第２のコアに対しては、従
来，第１のクラッド部分に入射されていた光の一部（異
常光線）と第２のコアに入射されていた光の一部（常光
線）とが共に入射されるもので、この結果、第２のコア
によって、従来はクラッド部分に遮られていた像情報
が、その射出側へ伝達されることになり、このように、
２つの光が混じり合ってしまうと有効な像情報にはなら
ない。

【００１０】そこで、本発明においては、像伝達用イメ
ージガイドとして、偏波面保存ファイバを用いた。この
場合、該偏波面保存ファイバは、その名称自体から明ら
かなように、入射される光の偏光状態を維持したままで
射出するものであって、このために、ファイバからの射
出光を偏光的に分離し得るのである。即ち、本発明で
は、像伝達用イメージガイドの射出側にあって、入射側
と同じ複屈折板を該イメージガイドに対し同じ位置関係
となるように配置させて構成する。この結果、ファイバ
から射出される光の内、常光線はそのままで進み、且つ
異常光線は屈折されることになる。

【００１１】従って、前記従来の場合には、第２のコア
に入射されていた光の成分が常光線であるからそのまま
で進み、又、第１のクラッド部分に入射されていた光の
成分は異常光線であるから屈折されることになり、この
ために、第２のコアを通って伝達される光の内で、元々
入射位置の異なっていた成分が分離される。つまり、こ
のようにして、本発明の場合、像伝達用イメージガイド
の射出側では、従来，クラッド部で遮られていた部分の
光による像が、コア部の像の間に挟まって現われること
になり、結果的に、その解像度が大幅に向上する。

【００１２】

【実施例】以下、図示した各別の実施例に基づき、本発
明に係る像形成光学系について詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の第１実施例を適用した像
形成光学系におけるイメージガイドと各複屈折板との位
置関係の概要を示す構成説明図である。同図１の装置構
成において、５は偏波面保存ファイバからなるイメージ
ガイドであり、７は該イメージガイド５の入射側と射出
側とに配置した夫々に水晶等からなる複屈折板を示し、
この場合，説明の便宜上、入射側の複屈折板を７ａ，射
出側の複屈折板を７ｂとしてある。ここで、これらの入
射側の複屈折板７ａと射出側の複屈折板７ｂとは、その
複屈折量が同じものであり、且つイメージガイド５に対
する位置関係もまた同じである。

【００１４】又、図２は、同第１実施例でのイメージガ
イドの端面におけるファイバの配列状態を拡大して示す
説明図であり、この図２から明らかなように、イメージ
ガイド５での各ファイバのコア５ａの間隔をｑ，複屈折
板７ａでの２重像分離による変位量をＰａとしたとき、
該変位量Ｐａは、コア間隔ｑのほぼ１／２となってい
る。即ち、これらは、Ｐａ≒ｑ／２ ‥‥(1) の関係にある。

【００１５】仍って、この関係を満足させるときは、相
互に隣接する各コア５ａ間のクラッド部分５ｂに入射さ
れていた光の内、異常光線の成分が屈折されて、該当す
る隣接のコアに入射される。ここで、この入射光は、イ
メージガイド５から射出された後、該射出側の複屈折板
７ｂによって再度屈折されるが、本第１実施例の場合、
これらの各複屈折板７ａ，７ｂの複屈折量が同じで、且
つ該イメージガイド５に対する位置関係も同じであるた
めに、該再屈折後に元の位置に戻され、これが恰かもク
ラッド部分５ｂから射出された光線であるかのようにな
って、各コア５ａから射出されて複屈折板７ｂでは屈折
されない常光線の間に挟まれることになり、この結果、
各複屈折板７ａ，７ｂにおける複屈折方向（像が分離す
る方向）につき、相互に隣接する各コア５ａ間での像情
報が容易に得られるもので、該方向の解像度が格段に向
上されるのである。そして、この図２の場合には、前記
複屈折板７ａによる複屈折方向がＡ方向であるから、該
Ａ方向に対しての解像度が約２倍に向上される。

【００１６】次に、図３は、本発明の第２実施例による
イメージガイド及び各複屈折板と各液晶光偏向器との各
位置関係の概要を示す斜視説明図であり、本第２実施例
においては、前記第１実施例構成に加え、更に、イメー
ジガイド５における入射側及び射出側での各複屈折板７
ａ，７ｂの夫々外側に対して各液晶光偏向器１０，即
ち、この場合，入射側液晶光偏向器１０ａ，射出側液晶
光偏向器１０ｂを夫々対称的に配置させたものである。
なお、同図３中、１は対物レンズ、３は接眼レンズであ
る。

【００１７】又、図４（Ａ）及び（Ｂ）は、本第２実施
例による液晶光偏向器の作動原理を各別に示す動作説明
図であり、この液晶光偏向器１０は、１／２波長板１１
の前後に複屈折性を有すると共に、印加電圧の変化によ
って、その結晶軸方向が変化する１対の液晶セル１２
ａ，１２ｂを配置させ、両液晶セル１２ａ，１２ｂを同
一の電源で駆動し得るようにしたものである。

【００１８】而して、この第２実施例の場合、図４
（Ａ）に示した如く、液晶セル１２ａ，１２ｂへの印加
電圧が高いときには、両液晶セル１２ａ，１２ｂの結晶
軸方向が光軸と平行になるので、入射光が、そのままで
真直に液晶セル１２ａ，１／２波長板１１，液晶セル１
２ｂを順次に透過して出射されることになる。又、図４
（Ｂ）に示した如く、液晶セル１２ａ，１２ｂへの印加
電圧が低いときには、両液晶セル１２ａ，１２ｂの結晶
軸方向が光軸に対して傾斜するので、入射光が一方の液
晶セル１２ａによって、この場合、偏光方向が紙面に垂
直な常光線と、偏光方向が紙面に平行な異常光線とに分
けられ、且つ引続き、前者の常光線は、１／２波長板１
１を経て偏光方向が９０゜回転され、紙面に平行な方向
に変化された後に、他方の液晶セル１２ｂにより屈折さ
れて、最初の光路からΔ相当分だけずれた光路上に出射
され、後者の異常光線は、１／２波長板１１を経て偏光
方向が９０゜回転され、紙面に垂直な方向に変化された
後に、そのままで真直に該他方の液晶セル１２ｂを透過
して常光線と同じ位置で出射されることになる。

【００１９】そして、この第２実施例の場合には、前記
液晶セル１２ａ，１２ｂへの印加電圧を変化させること
により、結晶軸の傾斜角を変えて、前記Δの値を連続的
及び段階的に任意変化させ得るので、ここでは、連続的
な走査と、とびとびの走査のいずれもが可能である。こ
こで、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、この場合におけ
る液晶光偏向器での結晶軸方向の変化の状態を各別に示
し、又、図６は、同Δの値と印加電圧との関係を示して
いる。なお、この場合、前記１／２波長板１１の代わり
に、偏光方向を９０゜回転させる作用をもった旋光板を
用いるようにしてもよい。又、前記Δの値は、イメージ
ガイド５におけるファイバ間隔のおおよそ１／２となる
ように設定されるか、あるいは、おおよそ３／２倍，５
／２倍，‥‥，のようにしてもよく、更に、前記夫々の
各液晶光偏向器１０ａ，１０ｂへの印加電圧の制御は、
同時に行われるものとする。

【００２０】続いて、前記液晶光偏向器１０による像の
移動（走査）について述べる。

【００２１】前記夫々の各液晶光偏向器１０ａ，１０ｂ
に対する印加電圧が高いときには、図３（Ａ）に示した
如く、対物レンズ１を経てイメージガイド５の各ファイ
バコア５ａ部分に入射しようとする光が、一方の液晶光
偏向器１０ａを通過するときに、光路がずれずにそのま
までイメージガイド５の各ファイバコア５ａ部分に入射
された後に、引続き、該イメージガイド５を通過して他
方の液晶光偏向器１０ｂに入射され、その光路がなんら
ずれたりせずに、そのままで接眼レンズ３を介して観察
されることになる。

【００２２】又、前記夫々の各液晶光偏向器１０ａ，１
０ｂに対する印加電圧が低いときには、図３（Ｂ）に示
した如く、対物レンズ１を経てイメージガイド５の各フ
ァイバコア５ａ間のクラッド部分５ｂに入射しようとす
る光が、一方の液晶光偏向器１０ａを通過するときに、
その光路がΔ相当分だけずれて、隣接する該各ファイバ
コア５ａ部分に入射された後に、引続き、該イメージガ
イド５を通過して他方の液晶光偏向器１０ｂに入射さ
れ、且つ該液晶光偏向器１０ｂにより元の光路上に戻さ
れて接眼レンズ３に入射される。即ち、この場合には、
恰かもイメージガイド５のクラッド部分５ｂから射出さ
れたかのような状態で接眼レンズ３に入射されるのであ
り、この結果、観察側においては、各液晶光偏向器１０
ａ，１０ｂによって、前記図２でのＢ方向にコア５ａ部
の像と、クラッド部分５ｂに遮蔽されていた像とが交互
に現われることになる。ここで、該Ｂ方向の像の変位を
Ｐｂとして、Ｐｂ≒ｑ／２ ‥‥(2) となるようにすれば、該クラッド部分５ｂの中心部に入
射されていた光がメージガイド５の射出側へ伝達される
ことになるために、このＢ方向の解像度もまた約２倍に
向上される。なお、前記 (2)式の代わりに、Ｐｂ≒ｑ／２＋ｎｑ（ｎ＝±１，２，３，‥‥，） ‥‥(3) であってもよい。

【００２３】以上の結果、前記複屈折板７によるＡ方向
の解像度の向上と、前記液晶光偏向器１０によるＢ方向
の解像度の向上との夫々が重畳されることになり、全体
としての該解像度が約２倍になるのである。

【００２４】なお、上記各実施例は、イメージガイドを
用いた内視鏡，レクチャースコープ等に用いるのに好適
であり、且つ配列がランダムなイメージガイドにも適用
し得る。又、夫々の各例についても、液晶分子の配向を
変化させるのに、電圧，又は温度の各変化等を適用して
差し支えない。

【００２５】

【発明の効果】以上、各実施例によって詳述したよう
に、本発明によるときは、小型で且つ解像度の高いイメ
ージガイドを含む像形成光学系が得られるという優れた
特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を適用した像形成光学系に
おけるイメージガイドと各複屈折板との位置関係の概要
を示す構成説明図である。

【図２】同第１実施例でのイメージガイドの端面におけ
るファイバの配列状態を示す説明図である。

【図３】本発明の第２実施例によるイメージガイド及び
各複屈折板と各液晶光偏向器との各位置関係の概要を示
す斜視説明図である。

【図４】（Ａ），（Ｂ）は同第２実施例における液晶光
偏向器の作動原理を各別に示す動作説明図である。

【図５】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は同第２実施例におけ
る液晶光偏向器での結晶軸方向の変化の状態を各別に示
す説明図である。

【図６】同第２実施例におけるΔの値と印加電圧との関
係を示す説明図である。

【符号の説明】１対物レンズ３接眼レンズ５イメージガイド５ａファイバのコア５ｂクラッド部分７，７ａ，７ｂ複屈折板１０，１０ａ，１０ｂ液晶光偏向器１１１／２波長板１２液晶セル ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１２月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｇ０２Ｆ 1/29 7625−2Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対像物の像を形成する結像光学系と、像
伝達用イメージガイドファイバ束とを備えた像形成光学
系において、前記イメージガイドファイバ束を偏波面保存ファイバの
束ねによって構成すると共に、該イメージガイドファイ
バ束の入射側と射出側とに、複屈折量が同じで且つイメ
ージガイドファイバ束に対する位置関係も同じな夫々の
複屈折板を配置したことを特徴とする像形成光学系。
【請求項２】前記イメージガイドファイバ束の入射側
と射出側とに、前記複屈折板の複屈折とは異なる方向に
光を偏向する液晶光偏向器を更に設けたことを特徴とす
る請求項１に記載の像形成光学系。