JP2008233540A - Imaging fiber and imaging fiber assembly - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバが束ねられたファイバ束からなるイメージングファイバおよびイメージングファイバを備えたイメージングファイバアセンブリに関する。 The present invention relates to an imaging fiber including a fiber bundle in which optical fibers are bundled and an imaging fiber assembly including the imaging fiber.
従来、光を用いて体内の深部を観察する技術が知られている。ところが、組織の散乱特性があるため、深さが1mmよりも深くなる部分に対しては、通常の幾何光学的結像理論を応用することができない。深さが1mmよりも深くなる部分を観察するにはまったく別の手段ないし手法が必要となる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for observing a deep portion in a body using light is known. However, because of the scattering characteristics of the tissue, normal geometric optical imaging theory cannot be applied to a portion where the depth is deeper than 1 mm. To observe a portion where the depth is deeper than 1 mm, completely different means or methods are required.
そこで、従来、注射針のような細い形状の光学部材を組織内に刺入し、この光学部材によって体内深部を観察する装置があった。この種の装置に関して、例えば特許文献1には、先端部にロッドレンズが取り付けられたイメージングファイバを備えたファイバスコープが開示されている。
上述の光学部材は細いイメージングファイバを使用しており、そのイメージングファイバを構成している極めて細いユニットファイバの太さが分解能を左右している。イメージングファイバの先端にはレンズが装着されているが、総合的な分解能は十分には高くない現状である(2.5ミクロン程度)。 The above optical member uses a thin imaging fiber, and the thickness of the extremely thin unit fiber constituting the imaging fiber determines the resolution. A lens is attached to the tip of the imaging fiber, but the total resolution is not high enough (about 2.5 microns).
この分解能を向上させるには、先端に装着されているレンズの倍率を高めてイメージングファイバに送られる画像の倍率も上げる必要がある。 In order to improve this resolution, it is necessary to increase the magnification of the lens attached to the tip and increase the magnification of the image sent to the imaging fiber.
しかし、レンズの倍率を2倍以上にしようとすると、レンズの直径が限られている関係でレンズの収差(球面収差)が大きくなってしまい、結像がぼやけて実用性が失われるおそれがある。 However, if the magnification of the lens is increased to 2 times or more, the aberration (spherical aberration) of the lens increases due to the limited diameter of the lens, and there is a possibility that the imaging is blurred and the practicality is lost. .
このような収差が起こらないようにするには、収差を補正するためのレンズ(補正用レンズ)を組み合わせて用いるという手法がある。 In order to prevent such aberration from occurring, there is a method of using a lens for correcting aberration (correction lens) in combination.
しかし、補正用レンズを置くと、イメージングファイバの光透過率が低下してしまうこととなる。一般に収差のないレンズやアセンブリの製作はレンズの大きさとは関係なく困難であるが、レンズ自体の大きさが極めて小さい場合、蛍光の起きない接着剤を使って極めて小さいレンズ同士を張り合わせること自体が極めて困難なことである。レンズの張り合わせを行わないとすると、2つのレンズの位置を正確に調整する必要があり、これも極めて小さいレンズに対しては困難なことである。 However, when the correction lens is placed, the light transmittance of the imaging fiber is lowered. In general, it is difficult to manufacture lenses and assemblies that do not have aberrations, regardless of the size of the lens, but if the size of the lens itself is extremely small, bonding the extremely small lenses together using an adhesive that does not generate fluorescence itself Is extremely difficult. If the lenses are not bonded together, the positions of the two lenses must be adjusted accurately, which is also difficult for extremely small lenses.
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、レンズの倍率拡大に伴う収差の影響を解消でき、実用性を損なうことなく分解能を向上させることが可能なイメージングファイバおよびイメージングファイバを備えたイメージングファイバアセンブリを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an imaging fiber and an imaging fiber that can eliminate the influence of aberration associated with magnification expansion of a lens and can improve resolution without impairing practicality. It is an object of the present invention to provide an imaging fiber assembly.
上記課題を解決するため、本発明は、複数のファイバが束ねられたファイバ束におけるレンズからの光を受ける受光端面が曲面になっているイメージングファイバを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention is characterized by an imaging fiber in which a light receiving end face that receives light from a lens in a fiber bundle in which a plurality of fibers are bundled is curved.
このイメージングファイバは、受光端面が曲面になっているからレンズを通る光線の光路の交点のずれを吸収することができる。 Since this imaging fiber has a curved light receiving end face, it can absorb the deviation of the intersection of the optical paths of the light rays passing through the lens.
また、上記イメージングファイバの場合、受光端面は、周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面になっているようにすることができる。 Further, in the case of the imaging fiber, the light receiving end face can be a concave curved surface with the central part recessed relative to the peripheral part.
こうすると、レンズが凸レンズの場合における光路の交点のずれを吸収できるようになる。 This makes it possible to absorb the deviation of the intersection of the optical paths when the lens is a convex lens.
さらに、上記イメージングファイバの場合、受光端面は、ファイバ束に結像させるレンズの光路に応じて加工されていることが好ましい。 Further, in the case of the imaging fiber, it is preferable that the light receiving end face is processed according to the optical path of the lens to be imaged on the fiber bundle.
こうすると、受光端面が光路の交点に応じた曲面になるから、交点のずれを正確に吸収できるようになる。 By doing so, the light receiving end face becomes a curved surface corresponding to the intersection of the optical paths, so that the deviation of the intersection can be accurately absorbed.
そして、本発明は、複数のファイバが束ねられたファイバ束からなるイメージングファイバと、ファイバ束に結像させるレンズとを有するイメージングファイバアセンブリであって、ファイバ束におけるレンズからの光を受ける受光端面が曲面になっているイメージングファイバアセンブリを提供する。 The present invention provides an imaging fiber assembly having an imaging fiber composed of a fiber bundle in which a plurality of fibers are bundled and a lens that forms an image on the fiber bundle, and a light receiving end face that receives light from the lens in the fiber bundle. A curved imaging fiber assembly is provided.
このイメージングファイバアセンブリは、受光端面が曲面になっているからレンズを通る光線の光路の交点のずれを吸収することができる。 Since this imaging fiber assembly has a curved light receiving end face, it can absorb the deviation of the intersection of the optical paths of the light rays passing through the lens.
また、このイメージングファイバアセンブリの場合、受光端面は、周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面になっているようにすることができる。 Further, in the case of this imaging fiber assembly, the light receiving end surface can be a concave curved surface having a central portion recessed relative to the peripheral portion.
こうすると、レンズが凸レンズの場合における光路の交点のずれを吸収できるようになる。 This makes it possible to absorb the deviation of the intersection of the optical paths when the lens is a convex lens.
さらに、上記イメージングファイバアセンブリの場合、受光端面は、レンズの光路に応じて加工されていることが好ましい。 Furthermore, in the case of the imaging fiber assembly, it is preferable that the light receiving end face is processed according to the optical path of the lens.
こうすると、受光端面が光路の交点に応じた曲面になるから、交点のずれを正確に吸収できるようになる。 By doing so, the light receiving end face becomes a curved surface corresponding to the intersection of the optical paths, so that the deviation of the intersection can be accurately absorbed.
以上詳述したように本発明によれば、レンズの倍率拡大に伴う収差の影響を解消でき、実用性を損なうことなく分解能を向上させることが可能なイメージングファイバおよびイメージングファイバを備えたイメージングファイバアセンブリが得られる。これらは小型から大型までカップルするレンズの大小に関係なく有効である。 As described in detail above, according to the present invention, an imaging fiber and an imaging fiber assembly including the imaging fiber that can eliminate the influence of aberration associated with magnification expansion of the lens and can improve the resolution without impairing practicality. Is obtained. These are effective regardless of the size of the lens that couples from small to large.
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below. In addition, the same code | symbol is used for the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の実施の形態に係るイメージングファイバアセンブリ10の要部を示す斜視図である。図1に示すように、イメージングファイバアセンブリ10はイメージングファイバ1と、レンズ6と、シース(筒状部材)7とを有している。
FIG. 1 is a perspective view showing a main part of an
イメージングファイバ1は、図2に示すように、光ファイバ2aが複数束ねられたファイバ束2からなっている。ここで、図2はファイバ束2の対物側端面(後述する受光端面5)を示す正面図である。
As shown in FIG. 2, the
ファイバ束2は複数の光ファイバ2aを束ねて漏光防止用の被覆チューブ3に収めたものである。光ファイバ2aは石英系光ファイバ、プラスチック系光ファイバや多成分系ガラスファイバなどによって構成することができ、材料は特に限定されない。また、各光ファイバ2aは対物側の先端部分が接着剤4によって被覆チューブ3に接着固定されているが、先端部分以外の部分においては自由状態で被覆チューブ3に収められている。
The
そして、ファイバ束2は図3から図5に示すように、対物側端面、すなわち複数の光ファイバ2aによって形成される正面視円形状の端面のうちのレンズ6からの光を受ける受光端面5が曲面になっている。ここで、図3はファイバ束2の受光端面5側部分を示す斜視図、図4は図2のIV-IV線断面図、図5は図2のV-V線断面図である。これらの図に示すように、受光端面5は詳しくは後述するが、周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面となっている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
レンズ6は所定の径および長さを有し、両側端面が研磨され鏡面仕上げが施された両凸レンズである。レンズ6はシース7の一端側に接着して固定されている。レンズ6は外側から光を取込み、ファイバ束2の受光端面5に結像させる。
The
シース7はレンズ6とファイバ束2が収まる筒状部材であって、一端側にレンズ6が装着され、他端側にファイバ束2が装着され、レンズ6とファイバ束2を一体としている。
The
ここで、図6はイメージングファイバアセンブリ10において、受光端面5に結像するようにレンズ6に光を入射させたときの光線追跡の結果を示す図で、(A)はレンズ6を通る光線の光路図、(B)はスポットダイヤグラムである。また、図7は後述する従来のイメージングファイバ11を有するイメージングファイバアセンブリにおいて、レンズ6に光を入射させたときの光線追跡の結果を示す図で、(A)はレンズ6を通る光線の光路図、(B)はスポットダイヤグラムである。
Here, FIG. 6 is a diagram showing a result of ray tracing when light is incident on the
図6(A)、図7(A)に示すように、イメージングファイバアセンブリ10では、レンズ6に収差(球面収差)がある関係で、レンズ6に光を入射させたときの光路Mは1点を通らずに分散する。また、図6(B)、図7(B)に示すように、レンズ6に入射した光のビームスポットSはある程度の広がり持っている。ビームスポットS(中段に示すS)は、図6(B)の場合よりも図7(B)の場合の方が大きくなっている。
As shown in FIGS. 6A and 7A, in the
本実施の形態におけるイメージングファイバアセンブリ10では、レンズ6のこのような光線追跡の結果に基づいて、ファイバ束2における受光側の端面に表面加工を施して、球面状に湾曲させた受光端面5を形成している。この場合、各光ファイバ2aの端面の位置が隣接するもの同士で少しずつずれる形になって、全体として湾曲した受光端面5が形成されている。
In the
ところで、レンズ6を通る光線はレンズ6の光軸Lに近い位置を通るときは焦点に近い位置を通るが、光軸Lから周辺部に向かってずれた位置を通るときは焦点から手前側の位置を通りやすいという性質がある。
By the way, the light beam passing through the
したがって、例えば、図8(A)、(B)に示すように、レンズ6を通る光線の光路11a〜11fを考えたとき、光路11aおよび11b、光路11cおよび11d、光路11eおよび11fのそれぞれが交わる交点は、レンズ6が凸レンズであることから、それぞれF1、F2、F3のように分散して配置される。この場合、光路11cおよび11dがレンズ6の焦点F(交点F2)を通るとしても、光路11aおよび11bと、光路11eおよび11fは焦点Fよりも手前側の交点F1、F3を通るようになる。
Therefore, for example, as shown in FIGS. 8A and 8B, when considering the
すると、受光端面5をこのようなレンズ6の光路に応じて加工した曲面にしておくと、図8(A)に示すように、光路11a〜11eの交点F1、F2、F3をいずれも受光端面5上に確保でき、湾曲した受光端面5によって上述した交点のずれを吸収できるようになる。そのため、受光端面5上にボケのない画像を結像させることができる。
Then, if the light receiving
これに対し、例えば図8(B)に示すように、対物側端面が平坦面になっている従来のファイバ束12からなるイメージングファイバ11では、交点F1、F3が焦点Fよりも手前側の位置に形成されるため、結像の変形歪が生じたり、画像の周辺視野にボケが生じてしまう。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 8B, in the
このようなことから、イメージングファイバ1はファイバ束2における受光側の端面にレンズ6の光路に応じた研磨処理やエッチングなどの表面加工を施して、球面状に湾曲した受光端面5を形成している。
For this reason, the
この場合、レンズ6を通る光線は図8(A),(B)に示したようになることからみて、受光端面5を周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面にするだけでも交点のずれを吸収できるから、レンズ6の球面収差の影響を抑制したぼけのない画像が得られるようになる。
In this case, in view of the fact that the light rays passing through the
もちろん、上述のようなレンズ6の光線追跡の結果に基づく表面加工を正確に施した上で受光端面5を凹状曲面にすれば、交点のずれが正確に解消され、より好ましいイメージングファイバ1が得られる。
Of course, if the light receiving
しかしながら、このような表面加工を研磨等により行うことは技術的に困難な面もある。この場合、受光端面5を周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面にしただけのイメージングファイバ1でも、受光側の端面が平坦なものに比べれば交点のずれを吸収できるから、十分な作用効果を得ることができる。
However, it is technically difficult to perform such surface processing by polishing or the like. In this case, even with the
以上のように、イメージングファイバ1およびイメージングファイバアセンブリ10では、レンズ6の結像を受け取る受光端面5をレンズ6の光路に応じて加工した光学的に有利な凹状曲面とすることによって、拡大倍率の高いレンズ6の発生する球面収差の影響を抑制できるようになっている。
As described above, in the
こうして、イメージングファイバ1およびイメージングファイバアセンブリ10では、レンズ6の発生する球面収差による結像のボケを受光端面5の全体にわたって解消できるようになっている。
In this way, in the
したがって、イメージングファイバ1およびイメージングファイバアセンブリ10では、レンズ6の拡大倍率を高くしたことに伴い球面収差が強くなり、周辺視野の焦点ずれが生じても、これを解消することが可能であり、よって、分解能を向上させて実用性を高めることができる。
Therefore, in the
また、イメージングファイバ1およびイメージングファイバアセンブリ10では、分解能を向上させるのに収差を補正するための補正用レンズを組み合わせていないので、イメージングファイバの光透過率が低下することもなく、レンズの正確な位置調整なども要しないものとなっている。
In addition, since the
以上の説明は、本発明の実施の形態についての説明であって、この発明を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。又、各実施形態における構成要素、機能、特徴あるいは方法ステップを適宜組み合わせて構成される装置又は方法も本発明に含まれるものである。 The above description is the description of the embodiment of the present invention, and does not limit the present invention, and various modifications can be easily implemented. In addition, an apparatus or method configured by appropriately combining components, functions, features, or method steps in each embodiment is also included in the present invention.
1…イメージングファイバ、2…ファイバ束、2a…光ファイバ
5…受光端面、6…レンズ、10…イメージングファイバアセンブリ
11a,11b,11c,11d,11e,11f…光路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ファイバ束における前記レンズからの光を受ける受光端面が曲面になっていることを特徴とするイメージングファイバアセンブリ。 An imaging fiber assembly comprising an imaging fiber comprising a fiber bundle in which a plurality of fibers are bundled, and a lens that forms an image on the fiber bundle,
An imaging fiber assembly, wherein a light receiving end face for receiving light from the lens in the fiber bundle is a curved surface.
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JP2007073069A JP2008233540A (en) | 2007-03-20 | 2007-03-20 | Imaging fiber and imaging fiber assembly |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010091835A1 (en) * | 2009-02-13 | 2010-08-19 | Carl Zeiss Ag | Optical imaging system |
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JPS56168608A (en) * | 1980-03-29 | 1981-12-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Aberration correcting method of imaging optical system for image fiber |
JPS63130720U (en) * | 1987-02-17 | 1988-08-26 | ||
JPH0431815A (en) * | 1990-05-28 | 1992-02-04 | Fujikura Ltd | Fiberscope |
-
2007
- 2007-03-20 JP JP2007073069A patent/JP2008233540A/en active Pending
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