JPH08262341A - 光学式画像伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は光学系全体の構成を簡略化し、細径化
するとともに、鮮明な見やすい画像を得ることを最も主
要な特徴とする。 【構成】第２の光ファイバ７と撮像素子１９との間に撮
像素子１９に検出される被写体Ｈの画像の倍率を変換す
る変倍レンズ２１を配設したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば内視鏡の観察光
学系に組み込まれる光学式画像伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、細径のファイバを束ねたファイバ
束で光学像を伝送する機能を備えたファイバスコープが
医療用、工業用の各種用途に広く用いられている。この
ファイバスコープをマイクロマシンの眼、或いは血管内
観察等のように細管内の観察に用いる場合には、管腔内
に挿入されるファイバスコープの挿入部全体の外径が小
さいことが要求される。

【０００３】従来から、内視鏡に組み込まれた画像伝送
光学系にはリレーレンズによって構成されたものや、光
ファイバ束によって形成されるイメージファイバが一般
に用いられている。

【０００４】また、例えば特開平６−１７５０４１号公
報には被写体像を伝送する手段として位相共役光学素子
を用いた画像伝送方法を利用する構成にしたものが示さ
れている。これは、２本の光学的に同一な、光ファイバ
に類する光透過性要素と、それらの中間に配置された位
相共役光学素子からなる画像伝送系を内視鏡の挿入部に
組み込む構成にしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】内視鏡に組み込まれた
画像伝送光学系として、リレーレンズを用いて画像を伝
送する場合には、収差補正のために、対物レンズ、リレ
ーレンズに多数のレンズを必要とし、光学系全体の構成
が複雑になる問題がある。

【０００６】さらに、リレーレンズを用いた画像伝送光
学系で細径化する場合には、明るさを確保するために光
学系のＮＡ（開口数）をある一定値以上確保する必要が
ある。そのため、１回あたりのリレー長が短くなるの
で、リレー回数、すなわちリレーレンズの数が増え、収
差補正がますます困難になる問題がある。

【０００７】また、画像伝送光学系に光ファイバ束によ
って形成されるイメージファイバを用いる場合には伝送
される画像の解像力（画質）がイメージファイバの画素
数でほぼ決まっている。そのため、この画像伝送光学系
を細径化した場合にはイメージファイバの画素数が減
り、解像力（画質）が劣化すると共に、各ファイバ間の
網目が目立ち、画像が見にくくなる問題がある。

【０００８】また、特開平６−１７５０４１号公報に示
される位相共役光学素子を用いた光学系では、位相共役
光学素子による再生像の大きさは被写体との間の距離に
よらず、被写体の大きさに比例するため、内視鏡のよう
な広角の観察系、つまり被写体が遠くにある場合にはそ
の画像が小さく見え、近くにある場合にはその画像が大
きく見える観察系に不向きである。

【０００９】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的は、光学系全体の構成を簡略化し、細径化
するとともに、鮮明な見やすい画像を得ることができる
光学式画像伝送装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、被写体を照明
する照明手段と、組成、形状が同等で光学的に等価な２
つの透光性部材と、入射光の位相共役光を発生する位相
共役光発生体と、上記被写体の画像を上記一方の第１の
透光性部材を通して上記位相共役光発生体に入射させ、
このとき上記位相共役光発生体から出力される位相共役
光を上記他方の第２の透光性部材側に導く導光手段と、
上記第２の透光性部材を通して導かれた画像を検出する
画像検出手段と、上記第２の透光性部材と上記画像検出
手段との間に配設され、上記画像検出手段に検出される
上記被写体の画像の倍率を変換する画像倍率変換手段と
を具備したものである。

【００１１】

【作用】照明手段によって照明光が照明された被写体の
画像を第１の透光性部材を通して位相共役光発生体に送
り、このとき位相共役光発生体から出力される各波長の
光の位相共役光を第２の透光性部材を通して画像検出手
段側に導き、この画像検出手段で画像を検出する。さら
に、第２の透光性部材と画像検出手段との間の画像倍率
変換手段によって画像検出手段に検出される被写体の画
像の倍率を変換するようにしたものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１を参照し
て説明する。図１は内視鏡１に組み込まれた光学式画像
伝送装置２全体の概略構成を示すものである。ここで、
内視鏡１には体内に挿入される挿入部３と、この挿入部
３の基端部に連結された手元側の操作部４とが設けられ
ている。

【００１３】また、挿入部３内にはコヒーレント光の照
明光によって被写体Ｈを照明する照明手段５が設けられ
ている。ここで、照明手段５にはレーザ光の光源となる
半導体レーザ６と、この半導体レーザ６の前面に配設さ
れた照明レンズ７とが設けられている。この照明レンズ
７は挿入部３の先端面に配設されている。

【００１４】さらに、光学式画像伝送装置２には組成、
形状が同等で光学的に等価な単一ファイバからなる画像
伝送用の２つの（第１，第２の）マルチモード光ファイ
バ（第１，第２の透光性部材）８，９と、マルチモード
光ファイバからなる第３の光ファイバ１０と、入射光の
位相共役光を発生する位相共役鏡（ＰＣＭ：位相共役光
発生体）１１と、導光光学系（導光手段）１２とが設け
られている。

【００１５】ここで、第１の光ファイバ８は挿入部３の
先端部側に配設され、第２の光ファイバ９は第３の光フ
ァイバ１０とともに挿入部３の基端部側に配設されてい
る。さらに、内視鏡１の挿入部３の内部において第１〜
３の各光ファイバ８，９，１０は互いに平行になるよう
に配置されている。特に、第１の光ファイバ８の光軸と
第３の光ファイバ１０の光軸とが一致するように第１の
光ファイバ８の画像出射端面８ｂと第３の光ファイバ１
０の一端部側の第１端面１０ａとの間が離間対向配置さ
れている。

【００１６】また、第１の光ファイバ８の先端側の入射
端面８ａには屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮ（０．２５
ピッチ））によって形成される第１のレンズ１３が配設
されている。この場合、第１のレンズ１３の片面は平面
に形成されている。そして、この第１のレンズ１３の平
面に第１の光ファイバ８の入射端面８ａを接合させるこ
とにより、一体的な第１の導光手段８Ａが形成されてい
る。さらに、第２の光ファイバ９の後端側の出射端面９
ｂには第１のレンズ１３と同じ構成の第２のレンズ１４
が同様に接合され、一体的な第２の導光手段９Ａが形成
されている。

【００１７】また、位相共役鏡１１は内視鏡１の操作部
４内に配設されている。この位相共役鏡１１としては例
えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃ ）結晶等が知られ
ている。さらに、この位相共役鏡１１には第３の光ファ
イバ１０の他端部側の第２端面１０ｂが離間対向配置さ
れている。

【００１８】また、導光光学系１２には挿入部３内の軸
心方向略中央位置に配置され、第１の光ファイバ８の画
像出射端面８ｂと第３の光ファイバ１０の第１端面１０
ａとの間に配置された半透鏡等のビームスプリッタ１５
が設けられているとともに、第２の光ファイバ９の画像
入射端面９ａの前面に対向配置されたミラー１６が設け
られている。

【００１９】ここで、ビームスプリッタ１５は第１の光
ファイバ８および第３の光ファイバ１０の光軸上に配置
されている。さらに、ミラー１６は第２の光ファイバ９
の光軸上で、かつビームスプリッタ１５からの反射光が
入射する位置に配置されている。なお、ビームスプリッ
タ１５と第３の光ファイバ１０との間には第１の集光レ
ンズ１７、第３の光ファイバ１０と位相共役鏡１１との
間には第２の集光レンズ１８がそれぞれ介設されてい
る。

【００２０】そして、第１の光ファイバ８の画像出射端
面８ｂから出射された光をビームスプリッタ１５および
第１の集光レンズ１７を通して第３の光ファイバ１０の
第１端面１０ａに入射させ、この第３の光ファイバ１０
内を通して伝送し、この第３の光ファイバ１０の第２端
面１０ｂから出射された光を第２の集光レンズ１８を介
して位相共役鏡１１に導いて入射させるとともに、この
とき位相共役鏡１１から出力される位相共役光を入射光
と逆の経路、すなわち集光レンズ１８を介して第３の光
ファイバ１０の第２端面１０ｂに入射させ、この第３の
光ファイバ１０内を通して第３の光ファイバ１０の第１
端面１０ａ側に戻したのち、第３の光ファイバ１０の第
１端面１０ａから出射される光を第１の集光レンズ１７
を経てビームスプリッタ１５およびミラー１６によって
それぞれ反射させ、第２の光ファイバ９側に導くように
なっている。

【００２１】また、内視鏡１の手元側の操作部４には第
２の光ファイバ９を通して導かれた画像を検出するＣＣ
Ｄ等の撮像素子（画像検出手段）１９が設けられてい
る。ここで、第２の光ファイバ９と撮像素子１９との間
の光路上にはミラー２０および変倍レンズ（画像倍率変
換手段）２１が配設されている。このミラー２０は第２
の光ファイバ９の後端側の第２のレンズ１４に対向配置
されている。そして、この第２の光ファイバ９から第２
のレンズ１４を経て出射される光がミラー２０によって
反射される方向に変倍レンズ２１および撮像素子１９が
配置されており、撮像素子１９に検出される被写体Ｈの
画像の倍率が変倍レンズ２１によって変換されるように
なっている。

【００２２】次に、上記構成の作用について説明する。
まず、半導体レーザ６から照射されたコヒーレント光の
照明光（レーザ光）が被写体Ｈを照明する。その照明光
によって照明された被写体Ｈからの反射光（画像）は第
１のレンズ１３で集光され、この第１のレンズ１３と接
合された第１の光ファイバ８内を伝搬した後、ビームス
プリッタ１５を通過し、さらに第１の集光レンズ１７、
第３の光ファイバ１０、第２の集光レンズ１８を経て位
相共役鏡１１に入射される。

【００２３】このとき、位相共役鏡１１で発生した位相
共役波は入射光と逆の経路、すなわち集光レンズ１８、
第３の光ファイバ１０、第１の集光レンズ１７を経て戻
された後、ビームスプリッタ１５およびミラー１６によ
ってそれぞれ反射され、第２の光ファイバ９側に導かれ
る。

【００２４】さらに、第２の光ファイバ９から第２のレ
ンズ１４を経て出射される光がミラー２０によって反射
された後、変倍レンズ２１により被写体Ｈの画像の倍率
が変倍された状態で撮像素子１９上に結像される。

【００２５】そこで、上記構成のものにあっては次の効
果を奏する。すなわち、第２の光ファイバ９と撮像素子
１９との間の光路上にミラー２０および変倍レンズ２１
を配設し、撮像素子１９に検出される被写体Ｈの画像の
倍率を変倍レンズ２１によって変換させるようにしたの
で、撮像素子１９に検出される被写体Ｈの画像の大きさ
を観察に適した大きさに変倍することができる。

【００２６】さらに、位相共役鏡１１や、撮像素子１９
を内視鏡１の操作部４内に配置し、第１の光ファイバ８
から出射された光をビームスプリッタ１５を透過させた
後、第１の集光レンズ１７、第３の光ファイバ１０、第
２の集光レンズ１８を経て位相共役鏡１１に導くととも
に、位相共役鏡１１からの位相共役光を集光レンズ１
８、第３の光ファイバ１０、第１の集光レンズ１７を経
て戻した後、ビームスプリッタ１５およびミラー１６に
よってそれぞれ反射させ、第２の光ファイバ９側に導く
ようにしているので、内視鏡１の挿入部３内に位相共役
鏡１１を直接配設する場合に比べて内視鏡１の挿入部３
の中間部を小型化することができる。そのため、内視鏡
１の挿入部３を細径化することができる。

【００２７】また、位相共役鏡１１からの位相共役光の
光路中に奇数、本実施例では３つの反射面（ビームスプ
リッタ１５、ミラー１６、ミラー２０）を配置したの
で、撮像素子１９に結像される像を正立正像に変換さ
せ、見易い鮮明な画像を得ることができる。

【００２８】なお、本実施例の光学系のように位相共役
鏡１１と上記３つの反射面による反射の回数の合計を偶
数回になるように設定することにより、例えば位相共役
鏡１１を複数用いても常に正立像が得られる。

【００２９】また、図２は本発明の第２の実施例を示す
ものである。本実施例では、組成、形状が同等で光学的
に等価な単一ファイバからなる画像伝送用の第１，第２
のマルチモード光ファイバ（第１，第２の透光性部材）
３１，３２が略Ｌ字状に配置されている。

【００３０】ここで、第１の光ファイバ３１の光軸上に
は第１の光ファイバ３１の前面の入射端面３１ａ側に第
１のレンズ３３が対向配置され、第１の光ファイバ３１
の後面の出射端面３１ｂ側にビームスプリッタ３４を介
して位相共役鏡３５が対向配置されている。そして、第
１の光ファイバ３１および第１のレンズ３３によって第
１の導光手段３１Ａが形成されている。

【００３１】また、第２の光ファイバ３２の入射端面３
２ａはビームスプリッタ３４からの反射光が入射する位
置に配置されている。さらに、第２の光ファイバ３２の
光軸上には後面の出射端面３２ｂ側に第１のレンズ３３
と同じ構成の第２のレンズ３６が同様に対向配置されて
いるとともに、第２の光ファイバ３２を通して導かれた
画像を検出する撮像素子３７が変倍レンズ３８を介して
設けられている。そして、第２の光ファイバ３２および
第２のレンズ３６によって第２の導光手段３２Ａが形成
されている。

【００３２】次に、上記構成の作用について説明する。
まず、図示しない照明手段、例えばレーザ光源等からコ
ヒーレント光の照明光を被写体Ｈに照射し、この被写体
Ｈからの反射光もしくは透過光を第１のレンズ３３と、
第１の光ファイバ３１を通して導光し、ビームスプリッ
タ３４を透過後、位相共役鏡３５に入射させる。この
時、第１のレンズ３３は被写体Ｈからの入射光を集光す
るのみでよく、収差が補正されている必要はない。ま
た、第１の光ファイバ３１も光を導光できれば良く、例
えばマルチモードの単ファイバでも良い。

【００３３】また、位相共役鏡３５からは位相共役鏡３
５に入射した光の位相共役波が発生する。この位相共役
波は、ビームスプリッタ３４で反射された後、位相共役
鏡３５の入射光路側に配置された第１の導光手段３１Ａ
である第１のレンズ３３および第１の光ファイバ３１と
光学的特性が実質的に等しく、且つ逆向きに配置された
第２の導光手段３２Ａである第２の光ファイバ３２およ
び第２のレンズ３６に順次入射される。さらに、第２の
光ファイバ３２内を伝搬された後、第２の光ファイバ３
２から出射された光は第２のレンズ３６を通して結像さ
れる。

【００３４】ここで、位相共役鏡３５からの位相共役波
は、第１の導光手段３１Ａを逆向きに透過した事と実質
的に等価となり、変倍レンズ３８が介設されていない場
合には図３中に点線で示すように第２の導光手段３２Ａ
から、被写体Ｈと第１の導光手段３１Ａとの間の距離と
等しい距離だけ離れた位置に被写体Ｈの像Ｈ₀ ができ
る。

【００３５】なお、例えば図４に示すようにビームスプ
リッタ３４と位相共役鏡３５との間にレンズ４１を介設
した構成では被写体Ｈから位相共役鏡３５迄の入射光路
側の光学系（第１の導光手段３１Ａ）と、位相共役鏡３
５から像Ｈ₀ までの出射光路側の光学系（第２の導光手
段３２Ａ）とが実質的に等しい特性を持つ。この場合、
位相共役波による像の倍率は、被写体Ｈまでの距離によ
らず等倍、または一定であり、一般のレンズ等の光学系
による結像とは異なる。

【００３６】このため、位相共役鏡３５からの位相共役
波による光学系では第２の導光手段３２Ａの後方位置に
変倍光学系である変倍レンズ３８を配置する事により、
像Ｈ₀ の大きさを観察に適した大きさの像Ｈ₁ に変倍す
ることができる。

【００３７】なお、図３に示すように変倍光学系である
変倍レンズ３８の前側焦点位置を第２の導光手段３２Ａ
の射出瞳位置Ｐの近傍に配置する事により、被写体Ｈの
距離が変わっても像Ｈ₀ の大きさと画角が一定な光学系
が得られる。

【００３８】さらに、変倍光学系の変倍レンズ３８を像
点の位置を変えることなく焦点距離を連続的に変化さ
せ、像Ｈ₀ の大きさ（倍率）を連続的に変化させるズー
ム光学系に変更することにより、被写体Ｈの距離によら
ず任意の倍率で観察することができる。

【００３９】また、第１の実施例では図５（Ａ）に示す
ように屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮ）によって形成さ
れる第１のレンズ１３の片面を平面とし、これを第１の
光ファイバ８の先端側の入射端面８ａと接合して一体的
に形成するとともに、第２の光ファイバ９の後端側の出
射端面９ｂに第１のレンズ１３と同じ構成の第２のレン
ズ１４を同様に接合し、一体的に形成するようにしてい
る。このように第１の導光手段８Ａを構成する複数の光
学部品（第１の光ファイバ８および第１のレンズ１３）
と、第２の導光手段９Ａを構成する複数の光学部品（第
２の光ファイバ９および第２のレンズ１４）とをそれぞ
れ一体的に形成した場合には従来の光学系のように複数
の光学部品を組み合わせて第１の導光手段８Ａおよび第
２の導光手段９Ａをそれぞれ個別に構成する場合に比べ
て位相共役鏡１１の入射側の第１の導光手段８Ａおよび
出射側の第２の導光手段９Ａのふたつの光学系の特性を
等価にするアライメント作業を簡単にすることができ
る。

【００４０】なお、接合するレンズとファイバは、あら
かじめ外径を同径に形成しておくことにより、両者の接
合時の調整作業も外径を合わせるだけでよく、両者の接
合時の調整作業を一層容易に行うことができる。

【００４１】また、第１のレンズ１３や、第２のレンズ
１４として用いるレンズは、屈折率分布の無い光学材料
でも良く、その場合は、図５（Ｂ）に示すように平凸レ
ンズ５１の形状で用い、平面５１ａ側を第１の光ファイ
バ８の入射端面８ａや、第２の光ファイバ９の出射端面
９ｂに接合すれば良い。

【００４２】また、図６（Ａ），（Ｂ）は本発明の第３
の実施例を示すものである。これは、第１の実施例の内
視鏡１の手元側の操作部４に第１の実施例の撮像素子１
９に代えて立体観察用の立体観察ユニット６１を装着し
たものである。さらに、本実施例では挿入部３の第１の
導光手段８Ａとして対物レンズとリレーレンズを兼ねる
第１のＧＲＩＮ６２、第２の導光手段９Ａとして第１の
導光手段８Ａと光学的特性が等価な第２のＧＲＩＮ６３
がそれぞれ配設されている。

【００４３】また、立体観察ユニット６１には図６
（Ａ）に示すように内視鏡１からの画像入射口側に対向
配置される第１のレンズ６４と、左目用撮像ユニット６
５と、右目用撮像ユニット６６とが設けられている。こ
こで、左目用撮像ユニット６５には左目用の瞳分割プリ
ズム６７ａ，第２のレンズ６８ａ，ＣＣＤ６９ａがそれ
ぞれ設けられている。さらに、右目用撮像ユニット６６
には同様に、右目用の瞳分割プリズム６７ｂ，第２のレ
ンズ６８ｂ，ＣＣＤ６９ｂがそれぞれ設けられている。

【００４４】また、図６（Ｂ）は観察者に装着され、立
体観察を行うための表示装置であるＨＭＤ（Head Mount
ed Display）７０を示すものである。このＨＭＤ７０に
は左目用表示ユニット７１と、右目用表示ユニット７２
とが設けられている。ここで、左目用表示ユニット７１
には左目用の液晶モニタ７３ａ，第３のレンズ７４ａ，
反射鏡７５ａ，７６ａがそれぞれ設けられている。さら
に、右目用表示ユニット７２には同様に右目用の液晶モ
ニタ７３ｂ，第３のレンズ７４ｂ，反射鏡７５ｂ，７６
ｂがそれぞれ設けられている。なお、ＨＭＤ７０の左目
用の液晶モニタ７３ａは立体観察ユニット６１の左目用
のＣＣＤ６９ａに、また右目用の液晶モニタ７３ｂは右
目用のＣＣＤ６９ｂにそれぞれ接続されている。

【００４５】次に、上記構成の作用について説明する。
まず、第１の実施例と同様に内視鏡１の先端部に設けら
れた半導体レーザ６から照射された照明光が被写体Ｈを
照明する。その反射光（画像）は第１のＧＲＩＮ６２を
伝搬した後、ビームスプリッタ１５を通過し、さらに第
１の集光レンズ１７、第３の光ファイバ１０、第２の集
光レンズ１８を経て位相共役鏡１１に入射される。

【００４６】このとき、位相共役鏡１１で発生した位相
共役波は第２の集光レンズ１８、第３の光ファイバ１
０、第１の集光レンズ１７を経て戻された後、ビームス
プリッタ１５およびミラー１６によってそれぞれ反射さ
れ、第２のＧＲＩＮ６３側に導かれる。さらに、第２の
ＧＲＩＮ６３から出射される光がミラー２０によって反
射された後、変倍レンズ２１により倍率が変倍された状
態で、奥行き情報の反転した被写体Ｈの中間像Ｈ_T が形
成される。

【００４７】この中間像Ｈ_T が立体観察ユニット６１内
の第１のレンズ６４と、左目用撮像ユニット６５および
右目用撮像ユニット６６とによって再結像される。この
とき、立体観察ユニット６１内の入射光路の途中の瞳位
置近傍で左右の瞳分割プリズム６７ａ，６７ｂで２つの
光路に分割されるため、２つのＣＣＤ６９ａ，６９ｂに
は視差のある像が結像される。

【００４８】さらに、２つのＣＣＤ６９ａ，６９ｂによ
って検出される左右の視差のある像Ｈ_T がＨＭＤ７０の
左目用の液晶モニタ７３ａおよび右目用の液晶モニタ７
３ｂにそれぞれ別々に表示される。そして、左目用の液
晶モニタ７３ａに表示された左目用の像Ｈ_T は第３のレ
ンズ７４ａ，反射鏡７５ａ，７６ａを経て観察者の左目
に、また右目用の液晶モニタ７３ｂに表示された右目用
の像Ｈ_T は第３のレンズ７４ｂ，反射鏡７５ｂ，７６ｂ
を経て観察者の右目にそれぞれ別々に表示されて立体観
察が行われる。

【００４９】このとき、中間像Ｈ_T を立体観察ユニット
６１の右側から観察した左目用撮像ユニット６５のＣＣ
Ｄ６９ａから送られる画像成分が観察者の左側に配置さ
れる左目用の液晶モニタ７３ａに表示され、同じ中間像
Ｈ_T を立体観察ユニット６１の左側から観察した右目用
撮像ユニット６６のＣＣＤ６９ｂから送られる画像成分
が観察者の右側に配置される右目用の液晶モニタ７３ｂ
に表示されるようにしたので、中間像Ｈ_T とは奥行き情
報の反転した正しい被写体Ｈの奥行き感のある立体観察
を行うことができる。

【００５０】また、本実施例では第１の導光手段８Ａと
第２の導光手段９ＡとがそれぞれＧＲＩＮ６２，６３の
単体で形成されているので、第１の導光手段８Ａと第２
の導光手段９Ａとの間のアライメントが極めて簡単であ
る。

【００５１】次に、図７に示す位相共役鏡８１を利用し
た被写体Ｈからの立体像の再生の原理について説明す
る。なお、図７中で、参照符号８２は位相共役鏡８１の
入射光路側に配設された第１のレンズ、８３は位相共役
鏡８１の出射光路側に配設された第２のレンズ、８４は
第１のレンズ８２の光軸上に配置されたビームスプリッ
タである。ここで、第１のレンズ８２と第２のレンズ８
３は光学的特性が等価なものが使用されている。また、
ビームスプリッタ８４は第１のレンズ８２と位相共役鏡
８１との間に介設されている。さらに、第２のレンズ８
３はビームスプリッタ８４からの反射光が入射する位置
に配置されている。

【００５２】そして、被写体Ｈから位相共役鏡８１まで
の導光手段である第１のレンズ８２と同一の光学特性の
導光手段である第２のレンズ８３に、入射光と逆側から
位相共役鏡８１からの位相共役波を伝送することによ
り、第２のレンズ８３からの出射光によって被写体Ｈか
ら反射または透過される波面と同位相で進行方向が逆の
波面が再生され、被写体Ｈと共役な位置に像Ｈ´が形成
される。

【００５３】この時、被写体Ｈから反射または透過され
る波面と、像Ｈ´を形成する波面の進行方向が逆（時間
反転波）のため、立体観察をする場合にあたかも被写体
Ｈの後方から観察しているような立体感が逆転した像Ｈ
´が観察される。例えば、被写体Ｈの手前位置の被写体
部分Ｈ_A ，Ｈ_C が像Ｈ´の奥位置（Ｈ´_A ，Ｈ´_C ）
に、奥の位置の被写体部分Ｈ_B が像Ｈ´の手前位置（Ｈ
´_B ）に見えてしまう問題がある。

【００５４】そこで、次の２つの方法により、この問題
が解決される。その１つの方法は図８に示すように位相
共役鏡８１を２つ用いる方法である。ここでは、図８に
示すように１つめの第１の位相共役鏡８１Ａで生じる位
相共役波を更に２つめの第２の位相共役鏡８１Ｂに入射
させ、再度位相共役波を発生させる。

【００５５】この様な構成にすると、第１の位相共役鏡
８１Ａで生じる位相共役波によって図７に示す立体感が
逆転した像Ｈ´である中間画像Ｈ_T が得られ、さらにこ
の中間画像Ｈ_T から第２の位相共役鏡８１Ｂで生じる位
相共役波によって中間画像Ｈ_T に対してさらに立体感が
逆転した最終像Ｈ_S が得られる。このとき、最終像Ｈ_S
としては被写体Ｈの波面を２度にわたり時間反転した位
相共役波が得られるため、被写体Ｈから反射または透過
した波面と全く等価な（相似な）波面が得られ、正しい
奥行き情報の立体像が得られるのである。

【００５６】次に、第２の方法を示す。これは、図７に
示すように１つの位相共役鏡８１によって立体情報の反
転した像Ｈ´を観察する場合、図９に示すように左右に
配置されるＴＶカメラ９１ａ，９１ｂによって撮影され
る画像を観察者の左右の目に左右を入れ替えた状態で入
射させることにより、立体感が逆転、つまりもとの被写
体Ｈの立体感が得られるようにしたものである。

【００５７】ここで、観察者には第３の実施例に示され
ているＨＭＤ７０は装着されている。そして、像Ｈ´の
左側に配置されるＴＶカメラ９１ａは観察者の右目側の
液晶モニタ７３ｂに接続され、この像Ｈ´の右側に配置
されるＴＶカメラ９１ｂは観察者の左目側の液晶モニタ
７３ａに接続されている。

【００５８】このとき、左右に配置されるＴＶカメラ９
１ａ，９１ｂの視差により、左側のＴＶカメラ９１ａの
映像では図１０に示すように像Ｈ´の中央部分Ｈ´_B が
右側部分Ｈ´_C に寄った状態、右側のＴＶカメラ９１ｂ
の映像では像Ｈ´の中央部分Ｈ´_B が左側部分Ｈ´_A に
寄った状態で撮影される。そして、観察者の右目側の液
晶モニタ７３ｂには左側のＴＶカメラ９１ａの映像が表
示され、観察者の左目側の液晶モニタ７３ａには右側の
ＴＶカメラ９１ｂの映像が表示される。

【００５９】なお、通常、観察者が被写体Ｈの立体観察
を行う場合、図１１（Ａ）に示すように観察者の左右の
目に視差のある画像をそれぞれ入射させる際に、それが
融像可能な程度の視差の場合は、立体感を伴う像となっ
て観察される。これは、同図中に符号Ａ、Ｂ、Ｃという
距離の異なる物点を観察する際に、右目からみた場合の
Ａ点とＢ点の成す角度（α_R ）と、左目からみた場合の
角度（α_L ）の違い（視差）によりＡ点とＢ点の距離の
違いが幾何学的に求めることができることにより説明で
き、Ｂ点とＣ点の関係も同様である。

【００６０】この視差のある画像を、左右それぞれ逆の
目に入射させると図１１（Ｂ）に示すようにＡ点とＢ´
点およびＢ´点とＣ点の位置関係があたかも反転したよ
うに見え、立体感が反転する。

【００６１】したがって、立体情報の反転した像を観察
する場合、この原理を利用して左側のＴＶカメラ９１ａ
の映像を観察者の右目側に、右側のＴＶカメラ９１ｂの
映像を観察者の左目側にそれぞれ入射させることによ
り、立体感が逆転、つまりもとの被写体Ｈの立体感が得
られるのである。

【００６２】また、図１２（Ａ），（Ｂ）は本発明の第
４の実施例を示すものである。本実施例では内視鏡１の
挿入部３に第１の光ファイバ８、操作部４に第２の光フ
ァイバ９が配設され、第１の光ファイバ８からの出射光
がビームスプリッタ１５を経て位相共役鏡１１に直接入
射されるようになっている。

【００６３】さらに、第１の光ファイバ８の前面には対
物レンズ１０１が対向配置され、第２の光ファイバ９の
後面には接眼レンズ１０２が対向配置されている。ま
た、対物レンズ１０１および接眼レンズ１０２としては
通常の内視鏡よりも広い画角を有する光学的に等価な広
角レンズが用いられている。

【００６４】ここで、例えば対物レンズ１０１に入射す
る入射光の角度をθ₁ 、この対物レンズ１０１を経て第
１の光ファイバ８の入射端面８ａに入射されるレンズ通
過光の角度をθ₂ とし、さらに第２の光ファイバ９の出
射端面９ｂから出射される出射光の角度をθ₂ ′、この
出射光が接眼レンズ１０２を経て出射されるレンズ通過
光の角度をθ₁ ′とする。

【００６５】そして、上記構成のものにあってはθ₁ ＞
θ₂ であり、θ₁ ＝θ₁ ′、θ₂ ＝θ₂ ′となる。な
お、θ₁ は具体的には、１２０度〜１６０度程度が可能
である。

【００６６】したがって、上記構成のものにあっては第
１の光ファイバ８の前面に広角レンズからなる対物レン
ズ１０１、第２の光ファイバ９の後面に対物レンズ１０
１と光学的に等価な広角レンズからなる接眼レンズ１０
２をそれぞれ対向配置したので、第１，第２の光ファイ
バ８，９の最大許容入射角よりも大きな入射角の範囲の
光学情報を伝送可能となる。さらに、通常の光学系では
生じてしまう像の歪みも起こる事がない。

【００６７】また、図１２（Ｂ）に示すように接眼レン
ズ１０２を経て出射されるレンズ通過光の出射角θ₁ ′
の範囲内に観察者の両目を置く事で左右の目の視差が得
られるので、立体視も可能となるとともに、この出射角
θ₁ ′の範囲内で観察者の左右の目の位置を動かす事に
より、見る角度を変えた立体像情報を得られる。

【００６８】なお、対物レンズ１０１および接眼レンズ
１０２は図１３（Ａ）に示すように半球状のレンズ本体
１１１の平面１１２の中央部に円弧状の凹陥部１１３を
形成させた形状でもよく、また、図１３（Ｂ）に示すよ
うに半球状のレンズ本体１１４でもよい。

【００６９】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形
実施できることは勿論である。次に、本出願の他の特徴
的な技術事項を下記の通り付記する。

【００７０】記 （付記項１） 少なくとも物体をレーザー光で照明する
照明手段と、前記物体からの透過もしくは反射光を導く
第１の導光手段と、前記導光手段により導かれた光の位
相共役波を発生する位相共役波発生手段と、前記位相共
役波を導光し光学的特性が第１の導光手段と実質的に等
しい第２の導光手段とからなる光学系において、前記第
２の導光手段の後方に倍率変換光学系を配置したことを
特徴とする光学系。

【００７１】（付記項２） 前記倍率変換光学系の前側
焦点位置を第２の導光手段の射出瞳位置近傍に配置した
ことを特徴とする付記項１に記載の光学系。 （付記項３） 前記倍率変換光学系がズーム光学系であ
ることを特徴とする付記項１または２に記載の光学系。

【００７２】（付記項４） 前記第１の導光手段は少な
くとも光ファイバを含むことを特徴とする付記項１に記
載の光学系。 （付記項５） 前記第１の導光手段は少なくともレンズ
と光ファイバを含み、前記レンズと光ファイバは接合さ
れていることを特徴とする付記項１に記載の光学系。

【００７３】（付記項６） 前記レンズは屈折率分布型
レンズであることを特徴とする付記項５に記載の光学
系。 （付記項５、６が解決しようとする課題） 特開平６−
１７５０４１号公報に示される位相共役光学素子を用い
た光学系では、被写体と位相共役光学素子との間の第１
の光透過性要素の特性と、像と位相共役光学素子との間
の第２の光透過性要素の特性を等しくするためのアライ
メントが難しい問題がある。

【００７４】（付記項５、６の目的） 位相共役光発生
体の前後の光学系のアライメントを容易にすることにあ
る。 （付記項５、６の効果） 位相共役光発生体の前後の光
学系のアライメントを容易にすることができる。

【００７５】（付記項７） 位相共役波発生手段により
物体からの光の位相共役波を発生させ像を観察する光学
系において、前記位相共役波発生手段を少なくとも２つ
以上の偶数個含むことを特徴とする光学系。

【００７６】（付記項８） 位相共役波発生手段により
物体からの光の位相共役波を発生させ結像し、前記位相
共役波による像を互いに光軸がずれた２つの方向から視
差のある第１の像と第２の像を観察または撮像する光学
装置において、前記第１の像と第２の像を入れ換える手
段を有することを特徴とする光学装置。

【００７７】（付記項９） 光路中に配置されたミラー
による反射回数と、位相共役波発生手段の数の合計が偶
数個であることを特徴とする付記項１、７、または８に
記載の光学系及び光学装置。

【００７８】（付記項７〜９が解決しようとする課題）
位相共役光学素子による再生像は被写体からの波面を
再生するための被写体の立体情報も忠実に再生できる
が、時間反転波である、つまり光の進行方向が逆向きで
あるため、光の進行方向に対する物体の奥行き情報と像
の奥行き情報が反転してしまい、立体観察すると凹凸が
反転した像になってしまうという問題がある。

【００７９】（付記項７〜９の目的） 物体の奥行き情
報を補正し、正しい立体感を得られる光学系を提供する
ことにある。 （付記項７〜９の効果） 物体の奥行き情報を補正し、
正しい立体感を得られる光学系を得ることができる。

【００８０】（付記項１０） 位相共役光学素子を用い
た内視鏡において対物レンズを広角レンズとしたことを
特徴とする内視鏡。 （付記項１１） 付記項１０において得られる視野角
は、この内視鏡に用いられている画像伝送光学素子単体
の開口角度よりも広いものであることを特徴とする内視
鏡。

【００８１】（付記項１２） 付記項１１において視野
角は１２０度以上であることを特徴とする内視鏡。 （付記項１０〜１２が解決しようとする課題） 通常の
内視鏡においては視野を広角化すると画像の周辺部にお
いて像が歪んでしまうという問題点があった。また、特
開平６−１７５０４１号公報では対物レンズについて
は、接眼レンズと同一のものを用いることしか開示され
ておらず、通常の内視鏡と同じ視野角しか得ることがで
きなかった。

【００８２】（付記項１０〜１２の目的） 像の歪みが
なく、広い視野を得られる内視鏡を提供することにあ
る。 （付記項１０〜１２の効果） 先端部の構成を複雑にせ
ずに、広い視野を得ることが可能になり、画像伝送用の
光ファイバーの径を細くした場合でも、歪みのない画像
を得ることが可能になった。

【００８３】（付記項１３） コヒーレント光の照明光
によって被写体を照明する照明手段と、組成、形状が同
等で光学的に等価な２つの透光性部材と、入射光の位相
共役光を発生する位相共役光発生体と、上記被写体の画
像を上記一方の第１の透光性部材を通して上記位相共役
光発生体に入射させ、このとき上記位相共役光発生体か
ら出力される位相共役光を上記他方の第２の透光性部材
側に導く導光手段と、上記第２の透光性部材を通して導
かれた画像を検出する画像検出手段と、上記第２の透光
性部材と上記画像検出手段との間に配設され、上記画像
検出手段に検出される上記被写体の画像の倍率を変換す
る画像倍率変換手段とを具備したことを特徴とする光学
式画像伝送装置。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば、第２の透光性部材と画
像検出手段との間に画像検出手段に検出される被写体の
画像の倍率を変換する画像倍率変換手段を配設したの
で、光学系全体の構成を簡略化し、細径化するととも
に、鮮明な見やすい画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 内視鏡に組み込まれた本発明の第１の実施例
の光学式画像伝送装置を示す概略構成図。

【図２】 内視鏡に組み込まれた本発明の第２の実施例
の光学式画像伝送装置を示す概略構成図。

【図３】 変倍レンズの作用を説明するための説明図。

【図４】 ビームスプリッタと位相共役鏡との間にレン
ズを介設した例を示す概略構成図。

【図５】 （Ａ）は屈折率分布型レンズを第１の光ファ
イバの入射端面と接合して一体的に形成した導光手段を
示す平面図、（Ｂ）は平凸レンズを第１の光ファイバの
入射端面と接合して一体的に形成した導光手段を示す平
面図。

【図６】 （Ａ）は内視鏡に組み込まれた本発明の第３
の実施例の光学式画像伝送装置を示す概略構成図、
（Ｂ）は観察者に装着された立体観察用のＨＭＤを示す
概略構成図。

【図７】 位相共役鏡を利用した被写体からの立体像の
再生の原理について説明するための説明図。

【図８】 位相共役鏡を２つ用いた光学系を示す概略構
成図。

【図９】 左右に配置されるＴＶカメラによる立体像の
再生状態を説明するための説明図。

【図１０】 左右の各ＴＶカメラによる撮影画像および
左右の各液晶モニタに表示される像の表示状態を説明す
るための説明図。

【図１１】 （Ａ）は観察者の左右の目に視差のある画
像をそれぞれ入射させた状態を説明するための説明図、
（Ｂ）は視差のある画像を左右それぞれ逆の目に入射さ
せた状態を説明するための説明図。

【図１２】 （Ａ）は本発明の第４の実施例を示す概略
構成図、（Ｂ）は接眼レンズを経て出射されるレンズ通
過光の出射角の範囲を示す概略構成図。

【図１３】 （Ａ）は対物レンズおよび接眼レンズの第
１の変形例を示す側面図、（Ｂ）は対物レンズおよび接
眼レンズの第２の変形例を示す側面図。

【符号の説明】

Ｈ…被写体、５…照明手段、８，３１…第１の光ファイ
バ（第１の透光性部材）、９，３２…第２の光ファイバ
（第２の透光性部材）、１２…導光光学系（導光手
段）、１１，３５，８１…位相共役鏡（位相共役光発生
体）、１９，３７…撮像素子（画像検出手段）、２１，
３８…変倍レンズ（画像倍率変換手段）、６２…第１の
ＧＲＩＮ（第１の透光性部材）、６３…第２のＧＲＩＮ
（第１の透光性部材）、６９ａ，６９ｂ…ＣＣＤ（画像
検出手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日比野 浩樹 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 森 徹明 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 石井 広 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 大野 正弘 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 小笠原 剛 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体を照明する照明手段と、組成、形
   状が同等で光学的に等価な２つの透光性部材と、入射光
   の位相共役光を発生する位相共役光発生体と、上記被写
   体の画像を上記一方の第１の透光性部材を通して上記位
   相共役光発生体に入射させ、このとき上記位相共役光発
   生体から出力される位相共役光を上記他方の第２の透光
   性部材側に導く導光手段と、上記第２の透光性部材を通
   して導かれた画像を検出する画像検出手段と、上記第２
   の透光性部材と上記画像検出手段との間に配設され、上
   記画像検出手段に検出される上記被写体の画像の倍率を
   変換する画像倍率変換手段とを具備したことを特徴とす
   る光学式画像伝送装置。