JPS6041006A - 光フアイバテレスコ−プ装置 - 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】 本発明は光フアイバテレスコープ装置に関するものであ
る。

尚，本明細書において，光フアイバテレスコープ装置と
は，光フアイバを用いた工業用内視鏡，医療用内視鏡，
表示装置，撮像装置，イメージガイド装置などイメージ
伝送用の装置をいう。また，光フアイバには石英系グラ
スフアイバ，セラミツクスフアイバ，プラスチツクス系
フアイバ，また　コアとクラツドで材質の異なる材料を
用いた複合型，例えばコアが石英，クラツドがプラスチ
ツクなどのフアイバなどを含み，さらに直径が数μｍの
極細のものから直径が数ｃｍの極太のものまで含むとと
もに断面形状は円形に限らず，だ円形，四角形六角形な
ど多角形のものをも含む。

従来の光フアイバテレスコープ装置は，光フアイバデイ
スプレイ，工業用・医療用内視鏡として既に多く実用化
されている。

しかしながら，これらは，光フアイバ素線を多数本，例
えば５万本を束ねた光フアイババンドルを用いるもので
ある。

したがて，１本１本の光フアイバ素線は単に光の強弱，
とか色調を伝送するにすぎず，各々の素線が映像におけ
る画素の役割を果たし，バンドル全体として一つの映像
の情報を並列的に伝送するものであつた。

そのため，解像度を上げるためには光フアイバ素線の数
を増さなければならない，例えば，テレビ画像程度の解
像度を得るには，画素数約２５万個であるから素線を縦
横各５００本づつ束ねなければならない。通常の光フア
イバ素線は径が約０．１ｍｍであるから入出力端面の大
きさは５ｃｍ×５ｃｍとなり大きさもさることながら所
要のフアイバ材料の量も多く重量的にも実用的でない。

そのため，１本１本の素線の太さを約１／１０程度にし
て入出力端面の大きさを１ｃｍ四方程度にしている。

しかしながら，このように極細の素線を規則的に配列す
ることは極めて困難であり，高価でかつ長尺ものを得に
くいという欠点があつた。

本発明は，このような欠点を除去するものであり，容易
かつ安価に長尺ものの光フアイバテレスコープ装置を提
供するものである。

以下本発明の一実施例を第１図，第２ 図を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例である光フアイバテレスコー
プ装置（以下　テレスコープともいう）に用いる光フア
イバ素線の構成を示すものであり，同図（Ａ）は同素線
の光伝搬特性を示す軸方向の断面図，同図（Ｂ）は同軸
方向に対し直角方向の断面図，同図（Ｃ）は同素線の屈
折率分布特性図である。

図中１は，直径６０μｍのガラス繊維よりなる光伝搬用
のコア２および同コア２より屈折率が約１％小さい材料
からなりかつコア２と同心円状に形成された外径１５０
μｍのクラツド３により構成された光フアイバ素線（以
下，素線ともいう）である。

なお，本明細書では説明を簡明にするため，クラツド３
の外周に形成されるウレタン，シリコン，ナイロンなど
による補強用被覆は省略している。

また，コア２部分の屈折率を中心軸４から離れるにした
がつて２乗分布で連続的に小さくしているため，中心軸
４をそれた光線は第１図（Ａ）に示すように連続的に方
向を変え曲線的に中心軸４に再び集束されながら伝搬し
て行く。中心軸４からそれた光線ほど伝搬路長は長くな
るが低屈折率の領域を通るときは伝搬速度が速いため，
いずれの光線についても群速度はほぼ等しくなる。

すなわち，この屈折率の変化をほぼ放物線状（２≒２）
とした２乗分布タイプのグレーデツド形光フアイバを本
実施例の素線として用いた。したがつて，素線１中のコ
ア２の屈折率分布を２乗分布としているので，光線（第
１図では細線，第２図ないし第５図では点線，一点鎖線
，二点鎖線，三点鎖線などで示している）がコア２内で
レンズがあるかのように軸４上の一点に集束する状態を
繰り返しながら進む。

このときの各集束点間の距離がｆｏである。

尚，本実施例の素線に２乗分布のものを用いているが，
これに限るものではなく群速度を同じくし，集束をくり
返えすように屈折率分布している素線，例えば４乗分布
その他の関数分布の素線であつてもよい。

第２図は本発明の一実施例である光フアイバテレスコー
プ装置の光学系を示す構成図である。

図中１ａは，素線１の映像入力端面（以下入力端面とい
う），１ｂは素線１の映像出力端面（以下，出力端面と
いう）である，５は，入力端面１ａの前方に設けられた
レンズであり，レンズ５は　大きな物体６からの光線を
小さな面積の入力端面１ａ上に結像させるための収束レ
ンズである。レンズ５は，１枚又は複数枚のレンズ又は
反射鏡の組合せにより構成されている。７は，出力端面
１ｂの後部に設けられたレンズであり，出力端面１ｂに
伝送されてくる映像を拡大するためのレンズである。レ
ンズ７は，１枚又は複数枚のレンズ又は反射鏡の組合せ
により構成された映像処理のための光学系である。しは
，素線１の長さであり，集束点間の距離ｆｏの整数倍（
本実施例では４倍の例を示したが，これは説明を簡明に
するためであり長さしの長短に拘らず実施可能である。

）に調整してある。

６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆは，いずれも物体
６の実像であり，特に６ａ，６ｅは夫々素線１の入出力
端面１ａ，１ｂに結像した実像である。

また，実像６ｂ，６ｃ，６ｄはいずれも素線１のコア２
内に結像する実像である。実像６ｆはレンズ７により拡
大された実像であり，この位置にスリガラス板などを置
くと実像６ｆを目視でき，又スリガラス板の代りにテレ
ビカメラを設置すればモニタテレビのＣＲＴ上に再生像
を映出することができる。

なお，第２図ないし第５図においてコア２内の光線を直
線で示したがこれは容易かつ明瞭に図示するためであり
，本来は第１図のような曲線になることを補足し注釈し
ておく。

次に，この装置のイメージ伝送動作を説明する。

まず，物体６をレンズ５の前方に置く，次にレンズ５を
前後に移動させて物体６からの光線がレンズ５を介して
収束され，入力端面１ａ上で結像し実像６ａ得るように
調整する。このようにしてコア２内に入力された光線は
距離ｆｏごとに実像６ｂ，６ｃ，６ｄを形成しながら出
力端面１ｂ上に実像６ｅを結像する。出力端面１ｂの後
方に配設されたレンズ７により拡大された実像６ｆを得
ることができる。よつて，この位置にスリガラスを置け
ば物体６から遠く離れた場所で物体６の映像を見ること
ができる。また，コア２の径を十分大きくできる場合（
出力端面１ｂだけを大きくしてもよい），出力端面１ｂ
をスリガラス状にしておけば実像６ｅを目視することが
できる。

このように本実施例から明らかなように，本発明は，例
えば１本の光フアイバに映像全体又は映像の一部をその
まま映像として伝送させるものであり，１本の光フアイ
バで明暗又は色調の異なる映像を画素に分解することな
く，映像のまま伝送させるものである。

尚，本実施例では，レンズ５，７を可動式のものを用い
た例を示したが，固定式のものでもよい，また，本実施
例ではレンズ５により素線１の入出力端面１ａ，１ｂ上
に物体６の実像６ａ，６ｅを結像させたので空気とガラ
スの屈折率の異いによる像の歪も少なく高解像度，高精
度の実像６ｆが得られる。

さらに，コア２内の屈折率の均一性が十分でない場合，
実像６ａと６ｅとが相似形とならず歪むことがある。こ
れを有効に解決するためには，レンズ７の各部における
コア２の屈折率の不均一の程度に応じて曲率を変えて補
正することにより正しい映像を再現することができる。

また，レンズ７の後方にテレビカメラを設け，標準パタ
ーン映像をレンズ５，素線１，レンズ７を介してテレビ
カメラに印加し，前記パターン像とテレビカメラからの
再生像とを比較，修正することにより，２つの像が一致
するように予めｃｐｕなどを用いて映像の各部分の倍率
，位置などを調整した後，試料を映出するようにすれば
容易に高精度テレスコープを得ることができる。

次に，本発明の他の実施例を第３図ないし第５図を用い
て説明する。

第３図は本発明の他の実施例である光フアイバテレスコ
ープ装置の構成図である。

図中１，１ａ，１ｂ，５，６，７および４は，前記実施
例のものと同じであるが，素線１の長さは集束点間の距
離ｆｏの整数倍ではない。

１ａ，１ｂは夫々入出力端面。５，７はレンズ，６は物
体，６ｇ，６ｈ，６ｉ，６ｊは物体６の実像である。物
体６の最初の実像６ｇがコア２内に結像している点と，
実像６ｊのもとになる実像６ｉがコア２の外で結像して
いる点が前記実施例と異なる主たる所である。コア２内
にくり返し結像する実像数は，本発明の動作原理の説明
に際し，さ程重要ではなく，コア２内の実像数が，例え
ば需であつても又数個であつてもよいが，あまり少ない
と素線の長さを長くすることができず，長尺のテレスコ
ープを得ることが難しい。

次に，この装置の動作を説明する。

まず，物体６からの光線はレンズ５を介してコア２内で
最初に結像し，以後コア２内で結像を繰り返しながら出
力端面１ｂより送出され，出力端面１ｂとレンズ７との
間において結像し，再びレンズ７を介して結像して実像
６ｊを得る。

また，第４図は，本発明の他の実施例である光フアイバ
テレスコープ装置の構成図であり，図中１，１ａ，１ｂ
，４，５，６，７は前記実施例のものと同じであり，６
ｋ，６ｌ，６ｍ，６ｎは物体６の実像である。

本実施例では素線１の入力端面１ａをレンズ５の焦点に
配設したので物体６からの光線を小径のコア２の入力端
面１ａ内に容易に収束させることができ，明るい再生映
像を得ることができる。

さらに，第５図は本発明の他の実施例である光フアイバ
テレスコープ装置の構成図である。

図中１，１ａ，１ｂ，４，５，６および７は前記実施例
のものと同一であり，６ｐ，６ｑ，６ｒ，６ｓは物体６
の実像，１０は虚像である。

次にこの装置の動作を説明する。

まず，物体６からの光線は，レンズ５を介して入力端面
１ａ上に結像し，実像６ｐを形成すると共にコア２内に
順次，実像６ｑ，６ｒ，６ｓを結像する。

この実像６ｓを出力端面１ｂの後方に設けられたレンズ
７を介して目視すると拡大された虚像１０を見ることが
できる。

尚，実像６ｓがレンズ７の焦点距離内に入るようにレン
ズ７の位置を調整する。

また，実像６ｐをレンズ５と入力端面ｌａとの間に結像
させてもよい。

このように上記４つの実施例では説明を容易にするため
コア２内で結像され形成される実像の数が数個のものの
例を示したがこれに限るものでないことは既に説明した
通りであり，素線１の長さ，太さおよび集束点間距離の
長短によつては実像の数が零個又は数個から数万個以上
，場合によつては無数に近いこともある。

なお，上記４つの実施例では物体６を各図面上で素線１
より小さく記しているが素線１より物体６が大きくても
動作原理は同じである。要はレンズ５の選択の問題だけ
である。また，解像度の高低は従来装置のように素線の
数で決まるのではなくコア内の屈折率分布の均一さによ
つて決まり，レンズ又は反射鏡などが十分に高精度のも
のであれば，素線のコア径（必ずしも断面形状が円であ
る必要はなく，本発明者が既に特願昭５８−６６６９３
号により提案しているように多角形でもよい）を十分に
細く例えば数μｍにすることもでき，又映像入出力端部
のみ又はいずれか一方 だけを大口径とし，途中の部分を小口径とした光フアイ
バを用いてもよい，このように光フアイバ素線としては
，レンズ５，７の精度，要求される解像度，輝度などに
より数μｍφから数ｃｍφのものまで適宜選択使用すれ
ばよい。

また，１本の素線で物体６の映像全体を伝送する例を上
記したが，１つの映像を分割し，各部分の映像を複数本
の素線に分けて伝送するようにしてもよい，この場合各
素線間に生じるデエツドスペースを低減するため，本発
明者が特願昭５８−４４７７５号，特願昭５８−６６６
９３号により既に提案している光フアイバ等を用いれば
より精度の高い映像伝 送を行なうことができる。

また，上記４つの実施例では，素線１とレンズ５，７と
を別個のものを用いたが，素線１の両端面又はいずれか
一方をレンズ状に加工することによりレンズ５，７を省
くことができる。素線１は，各実施例ともフレキシブル
タイプ（可とう性）の光フアイバ素線を用いているので
内視鏡に好適である。

すなわち，従来のフレキシブルタイプの内視鏡は外径が
１ｃｍφ〜１．５ｃｍφあつたが，上記実施例を用いれ
ば　外径１ｍｍφ以下の内視鏡を容易に得ることができ
るので，今まで不可能であつた細い血管内壁，各組織の
細管内を他の組織に影響を与えることなく目視すること
ができる。

以上のように本発明によれば，光フアイバ素線を画素と
してではなく映像伝送路としているため，従来のように
数万本の素線を規則正しく配列し束ねることなく映像伝
送を行なうことができる。しかも，１本若しくは数本の
素線を用いるだけであるので長尺のテレスコープ装置を
容易に得ることができる。また，素線数が極めて少なく
しかも細線で十分な解像度が得られるため極細でか つ長尺の工業用および医療用内視鏡を容易に実現できる
。

なお，フレキシブルタイプのテレスコープ装置には素線
内での実像数は零よりも複数個存在する，すなわち集束
点数が２点以上の光フアイバが好ましく，素線の曲げ曲
率が小さい状態で使用する装置には集束点数が多い程，
高精度映像を伝送できる。

また，伝送する光線は，可視光のみならず■赤外光であ
つても，上記同様に実施可能である。光フアイバ素線に
は，２乗分布グレーデツド形フアイバ（石英系）が好適
であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である光フアイバテレスコー
プ装置の光フアイバ素線の光伝搬特性図，第２図は同装
置の構成 図，第３図ないし第５図は本発明の他の実施例である光
フアイバテレスコープ装置の構成図である。 １−−−−−−　光フアイバ素線（素線），２−−−−
−−　コア， ３−−−−−−　クラツド， ４−−−−−−　中心軸（光軸）， ５，７−−−−　レンズ， ６−−−−　物体， １ａ−−−−　映像入力端面（入力端面），１ｂ−−−
−　映像出力端面（出力端面），６ａ，６ｂ，６ｃ，６
ｄ，６ｅ，６ｆ，６ｇ，６ｈ，６ｉ，６ｊ，６ｋ，６ｌ
，６ｍ，６ｎ，６ｐ，６ｑ，６ｒ，６ｓ，−−−−−−
　実像， １０−−−−−　虚像。 特許出願人の氏名　池上喜美子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）透光性部材よりなるコアと，前記コアの外周を囲
   い，かつ前記コアより屈折率の小さい部材よりなるクラ
   ツドとを有し，前記コアの屈折率を前記クラツドに近づ
   く程小さくなるように例えば略２乗分布させた光フアイ
   バの一方の端面を映像入力端面とし，かつ前記光フアイ
   バの他方の端面を映像出力端面とすることを特徴とする
   光フアイバテレスコープ装置。
2. （２）透光性部材よりなるコアと，前記コアの外周を囲
   い，前記コアより屈折率の小さい部材よりなるクラツド
   とを有し，前記コアの屈折率を前記クラツドに近づく程
   小さくなるように例えば略２乗分布させ，かつ前記コア
   の一方の端面を映像入力端面とし，前記コアの他方の端
   面を映像出力端面とするとともに前記映像 入力端面に印加された映像を前記映像出力端面に伝送す
   るためのイメージ伝送用光フアイバと，前記光フアイバ
   の映像入力端面の前部に配設され，物体等からの光線を
   前記映像入力端面に導くための光学部材と，前記映像出
   力端面の後部に配設さ れ，前記映像出力端面から送出される 映像を拡大するための光学部材とを備えてなる光フアイ
   バテレスコープ装置。