JPH02277016A - Image pickup device - Google Patents

Image pickup device

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JPH02277016A
JPH02277016A JP1099100A JP9910089A JPH02277016A JP H02277016 A JPH02277016 A JP H02277016A JP 1099100 A JP1099100 A JP 1099100A JP 9910089 A JP9910089 A JP 9910089A JP H02277016 A JPH02277016 A JP H02277016A
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fiber bundle
image pickup
optical
lens
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Kimihiko Nishioka
公彦 西岡
Masaru Shiraiwa
白岩 勝
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To disappear a fiber arranging pattern at the time of observation by a fiberscope connected with a TV camera by arranging an optical element which limits the spatial frequency response of an image pickup optical system in an optical path from the emitting end surface of an image guiding fiber bundle to an image pickup element to about 0.5 or below. CONSTITUTION:A fiberscope guides an image from an objective lens 3 to the solid-state image pickup element 10 of a color camera 2 via the image guide fiber bundle 4 to observe the image on the TV monitor 12. Where the sampling frequency in the vertical direction of the image pickup element 10, Ny; the sampling frequency in its horizontal direction Nx; the basic spatial frequencies in the vertical and horizontal directions of a fiber arranging pattern on the emitting end surface of the fiber bundle, Ux and Uy respectively, this fiberscope satisfies Uy<Ny/2 and/or Ux<Nx/2. An optical low-pass filter 8 which limits the spatial frequency response of an image forming optical system to about 0.5 or below when Uy and/or Ux are given is arranged in the optical path from the emitting end surface of the fiber bundle to the image pickup element 10.

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an imaging device for imaging an image appearing on an end face of an image guide fiber bundle of a fiberscope.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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。
Recently, it has become popular to attach a TV left camera to the eyepiece of a fiberscope or the like to observe the inside of a body cavity on a TV monitor.

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。
However, the end face of an image guide fiber bundle used in a fiberscope has a regular bright and dark pattern (network structure) determined by the arrangement of the fiber cores. On the other hand, if a TV left camera or camera using an image pickup tube has a color stripe filter in front of its light-receiving surface, or if a solid-state image sensor has a color mosaic filter in front of it, The color elements of the filter have a regular arrangement, and even in the absence of a mosaic filter, the picture elements of the solid-state image sensor have a regular arrangement. Therefore, there is a problem in that both regular structures interfere with each other, causing moiré in the TV image.

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。
In recent years, the number of pixels in the horizontal scanning direction of solid-state image sensors has increased, and the occurrence of moiré has tended to decrease. That is, the value of the spatial frequency spectrum of an object generally decreases as the frequency increases, so as the number of pixels increases and the sampling frequency increases, moire decreases.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

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。
However, a fiberscope inserted into a blood vessel or the like is very thin, and therefore its image guide fiber bundle is also thin. The magnification of the optical system that forms the image on the image sensor increases, and as a result, each fiber in the image on the image sensor becomes very thick (the spatial frequency spectrum becomes low frequency).
Although moire is less likely to appear, a problem has arisen in that each fiber image can be seen clearly, which obstructs observation.

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。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide an imaging device in which an obstructive fiber arrangement pattern becomes invisible when a TV camera is connected to a thin fiberscope to observe an image.

〔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。
[Means and effects for solving the problems] An imaging device according to the present invention includes an image guide fiber bundle, an imaging optical system that forms an image of an exit end face of the image guide fiber bundle, and an image forming system that receives an image of the exit end face of the image guide fiber bundle. Equipped with an image sensor,
The vertical sampling frequency of the image sensor is Ny, and when the image sensor also performs sampling in the horizontal direction, the sampling frequency is Ny, and the horizontal and vertical directions of the fiber arrangement pattern in the image of the exit end surface are The fundamental spatial frequency of each is 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。
When Uy, Uy<Ny/2 and/or Uy<N8/
In an imaging device that satisfies condition 2, the spatial frequency response of the imaging optical system is expressed as Uy and/or in the optical path from the exit end surface of the image guide fiber bundle to the imaging element.
Alternatively, by arranging an optical element with a value of about 0.5 or less in U8, the fiber arrangement pattern in the image of the exit end face of the image guide fiber bundle can be seen even when moire does not occur.

[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
[Example] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated example.

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。
FIG. 1 shows a first embodiment, in which a color camera 2 using a mosaic filter is attached to a fiberscope 1 for blood vessels. In the fiberscope 1, 3 is an objective lens, and 4 is an image guide fiber bundle. In the color camera 2, 5 is an imaging lens, 6 is an optical low-pass filter, 7 is an infrared light cut filter or a YAG laser cut filter, 8 is an optical low-pass filter, and 9 is a mosaic filter 10, which is a solid-state image sensor. 11 is a camera control unit connected to the solid-state image pickup device IO, and 12 is a TV monitor.

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。
Here, we will discuss under what circumstances moiré will not occur and the fiber arrangement pattern in the exit end face image of the image guide fiber bundle 4 will interfere with observation.

まず、モアレが生じない場合を考えてみる。First, let's consider a case where moiré does not occur.

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。
The horizontal sampling frequency of the solid-state image sensor lO (horizontal repetition frequency of the mosaic filter) is Ny
The vertical sampling frequency (the vertical repetition frequency of the mosaic filter 9 or twice it; which value varies depending on the format of the solid-state image sensor IO and the mosaic filter 9) is set to Ny. If the fundamental spatial frequencies in the horizontal direction and vertical direction of the fiber arrangement pattern in the image on the solid-state image sensor lO of the exit end surface of the image guide fiber bundle 4 are respectively Ux and Uy, then 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。
[J,<□...If (1), moire does not occur because the frequency of the fiber arrangement pattern is within the Nyquist limit.

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。
Next, let us consider a case where the fiber arrangement pattern described above interferes with observation. The repetition of fibers in the image is V (c
pd), the spatial frequency of the image of the finest object that can be resolved is V/2 (cpd). The observer sees both the fiber arrangement pattern and the brightness pattern of the object image at the same time, so the fiber arrangement pattern is good (if visible, it will interfere with object observation.The CPD is as shown in Figure 2). It means how many cycles, that is, how many lines there are per 1' of visual angle.

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。
Here, according to Fig. 4 (the main part is shown in Fig. 3) in the right column of page 690 of the literature "Applied Physics" Vol. 49, No. 7 (1980), the MTF at the time of naked eye observation is It has been shown that the spatial frequency response (spatial frequency response) reaches a maximum around 2.5 cpd and decreases around that point. Furthermore, Fig.
, 4 displays a brightness pattern of a single spatial frequency with an average luminance of 20 nits (=cd/rr?) on the entire screen of a TV monitor, and the horizontal axis is the MTF when a subject with normal vision observes this with the naked eye. The spatial frequency (unit: cpd) is plotted along the vertical axis with the magnitude (unit: dB).

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。
When actually looking at an object, it is necessary to consider the magnitude of each spatial frequency component of the object in addition to the MTF.

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。
For example, when V=5 (cpd), V/2 = 2.5 (
cpd), and according to Figure 3, this seems to be sufficient because the MTF at the resolution limit of the object is larger than the MTF at the frequency of the fiber arrangement pattern. However, in real objects, the spectrum of high frequency components Since the size of the spectrum is smaller than the spectrum of low frequency components, the actual appearance is often weak, and it is lost to the fiber arrangement pattern. Also, according to FIG. 3, although the MTF of V=5 is small, V=O,
Same as the MTF of S (because it is leprosy, the fiber arrangement pattern is as noticeable as the coarse pattern in the object. Therefore, ■
It is necessary to make V=20 (cpd
), it is estimated from Fig. 3 that it will be less than -30 dB, which is quite small. On the other hand, V/2=10(cpd
) is also quite small at about -20 dB, but the MTF becomes largest at frequencies slightly lower than this (often found in objects). Therefore, the fiber arrangement pattern becomes less noticeable with respect to the pattern in the object, making it easier to see.

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。
Here, as shown in FIG. 1 (if the length of the vertical side of the TV monitor 12 is H, then as a standard observation condition, the distance S from the TV monitor 12 to the observer is 5=58... - It is said to be about (3). Note that H is often about 15 to 25 cm.

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
Therefore, as shown in FIG. 4, if the fiber spacing of the exit end face image of the image guide fiber bundle 4 on the screen of the TV monitor 12 is φ, then ≦20 cpd (4) When φ, the fiber The array pattern obstructs observation.

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
In reality, there are cases where the distance to the TV monitor 12 is about 3H, so when ≦20cpd (5)φ tan −' ()H, the fiber arrangement pattern becomes a hindrance to observation.

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。
Note that when the fiber diameters are random, such as in a bundle of image guide fibers made of quartz, the coarsest fiber spacing may be considered as φ.

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。
Therefore, when formula (5) is satisfied, the fundamental spatial frequency U of the fiber image in the optical low-pass filter 8.

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。
If the MTF of Uy is lowered, an image that is easy to use for practical use can be obtained. Specifically, it is shown on page 691 of the above-mentioned document "Applied Physics" Vol. 49, No. 7 (1980) that if the MTF is set to 0.5 or less, a considerable improvement can be achieved. The above-mentioned literature examines the ease with which the pattern is seen with the naked eye when a light-dark pattern with a high spatial frequency is superimposed on a light-dark pattern with a low spatial frequency. Page 691, right column 11~
According to line 20, the masking pattern (high frequency side)
It is said that when the contrast of 0.5 or less, the influence of the low frequency pattern on the contrast discrimination threshold value decreases rapidly. The fiberscope image consists of the object's light and dark pattern (including color) overlapping the mesh pattern (which has a higher frequency than the object image) due to the fiber arrangement.
Considering this mesh pattern as a masking pattern, if its contrast, or MTF, becomes 0.5 or less, it is thought that the low frequency pattern, that is, the degree of interference when viewing an object image, will be rapidly reduced.

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。
Therefore, it is desirable that the optical low-pass filter 8 has an MTF of 0.5 or less at the spatial frequencies Uy and Uy.

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。
5 and 6 show the structure and cross section of an example of the optical low-pass filter 8, respectively, and the crystal plates 13 and 14
A wavelength plate 15 is sandwiched between them. In FIG. 5, arrows indicate the direction of image separation. Further, FIG. 7 shows the MTF of the optical low-pass filter 8 on a two-dimensional frequency plane, and the dotted line in the figure is the line where the MTF becomes 0, that is, the trap line.

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。
By the way, according to Fig. 4, U8 = - φ (6) □φ However, since the MTF in the UyIUF direction decreases with a cosine function, the MTF at Uy and Uy is set to 0.5. To do the following, the spatial frequency of the tiger-tube line in Figure 7 is Uy. +U
If it is IO, it must be .

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。
The trap line may be selected as shown in FIG. 8 instead of inverted as shown in FIG. This is obtained by rotating the optical low-pass filter 8 shown in FIGS. 5 and 6 at an angle θ around the optical axis, and equations (8) and (9) can be applied in almost the same way.

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。
The optical low-pass filter 8 may be constructed using a liquid crystal polymer plate 9, a phase grating 9, a diffraction grating 9, a lentifural lens, a polygonal lens, a soft focus lens, etc. instead of the quartz plate. Further, the A wavelength plate may also be constructed from a liquid crystal polymer plate. Liquid crystal polymer plates are convenient because they are lightweight and can be shaped freely.

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。
FIG. 9 shows a second embodiment, in which a three-plate color camera 2 is attached to a fiberscope 1, and a multifaceted lens is used as an optical low-pass filter. In the color camera 2, 16 is the aperture, 17
is a polygonal lens, and 18 is a trichromatic separation prism.

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。
1O and 11 respectively show a cross section and a front view of the polygonal lens 17, and the polygonal lens 17 is made by combining two curved surfaces (aspherical surfaces may be used) having approximate spherical centers separated by Δ. It is something. Here, when each surface of the polygonal curved surface of the polygonal lens 17 is considered as one lens, the paraxial magnification is β1, and the composite paraxial magnification of the lens system 19 (see FIG. 9) after the polygonal curved surface is β2. When, (1) MTF should be set to 0 at a frequency of 21 (-Δ+Δβl)·β2.

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。
In this way, the light beam will be at the imaging surface of the solid-state image sensor IO (-Δ
Separate into two points separated by +Δβ1)·β21.

尚、多面レンズ17は瞳近傍に置(のが良い。Note that it is preferable to place the multifaceted lens 17 near the pupil.

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。
This is because the same low-pass characteristic can be maintained over the entire screen.

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。
FIG. 12 shows a third embodiment, in which a part of the imaging lens 5 of the color camera 2 is made into a lens system 20 consisting of an eccentric lens to obtain low-pass characteristics. . Here, in order to make the low-pass characteristic variable, the eccentricity of some lenses in the lens system 20 may be made variable.

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。
Incidentally, the above-mentioned optical low-pass filter 8. Multifaceted lens 17
.. Any decentered lens system 20 can also be used to remove moiré. Here, the reason why the eccentric lens system 20 has a moiré removal effect will be described.

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。
In a lens system, all lenses are normally arranged coaxially (intermittently), and if one or more of the lenses is decentered, aberrations occur accordingly. There are various aberrations caused by eccentricity, including eccentric distortion, eccentric field curvature, and eccentric coma.

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。
Eccentric spherical aberration is the main one. Of these, decentered spherical aberration is also called uniform coma, and causes approximately -like coma-like blur across the entire screen. Therefore, if the eccentricity of the lens occurs so that only eccentric spherical aberration occurs without other eccentric aberrations, a moire removal effect similar to that of a soft focus lens can be expected.

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。
According to the study results of the inventor of the present application, eccentric spherical aberration occurs when a lens surface having a substantially concentric shape is slightly decentered with respect to an aperture diaphragm located near the aperture diaphragm.
It has become clear that other eccentric aberrations can be suppressed to a small extent compared to this. Therefore, by adjusting the amount of eccentricity according to the characteristics of the optical system, the nature of moire, etc., the effect of removing moire can be obtained.

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。
FIG. 13 shows a fourth embodiment, in which the roof angle α is set to 90° as an optical low-pass filter for a color camera.
This uses a roof prism that is made smaller by θ. In the fiberscope I, 21 is an eyepiece l. In the color camera 2, 22 is a roof prism placed near the aperture 16. According to this, the light beam is divided into two points separated by the following distance a on the image plane, and the effect is equivalent to that of a quartz filter that separates the same points.

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。
a=4nl θ l cos ψ−S−β
----(10) Here, n is the refractive index of the roof prism 22, ψ is the angle between the ridgeline of the roof prism 22 and a plane perpendicular to the optical axis, and S is the image obtained by the lens in the front group of the roof prism 22. The distance β from the exit surface of the guide fiber bundle 4 to the image as an object is the lateral magnification of the optical system after the roof prism 22.

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。
FIG. 14 shows a fifth embodiment, in which an imaging lens 23 having strong positive distortion is used as the imaging lens of the color camera 2.

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。
The imaging lens 23 uses an aspherical surface 25 whose refracting effect on the chief ray 24 becomes weaker toward the periphery.

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。
That is, in fiberscopes, rigid endoscopes, etc., strong negative distortion generally occurs in the objective lens, so in order to reduce this in the imaging lens 23, the imaging lens 23 is provided with positive distortion.

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。
In this case, it is not appropriate to place a crystal filter as an optical low-pass filter just in front of the solid-state image sensor IO.

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。
This is because the image of the fibers in the image guide fiber bundle 4 is greatly enlarged around the periphery by the imaging lens 23, so even if a crystal filter is placed just in front of the solid-state image sensor 1O, only a portion of the moiré image can be removed. It is from. Therefore, in this embodiment, the phase filter 26 or the polygonal lens 17 is placed in front of the aspherical surface 25, or the crystal filter 27 is placed in front of the aspherical surface where the light beams from one object point are not parallel. good.

〔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。
[Effects of the Invention] As described above, the imaging device according to the present invention has the practically important advantage that the obstructive fiber arrangement pattern is not visible when the left TV camera is connected to a thin fiberscope to observe the image. are doing.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

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
FIG. 1 is a schematic diagram of a first embodiment of an imaging device according to the present invention;
Figure 2 is an explanatory diagram of 1 cpd, Figure 3 is M when observed with the naked eye.
A diagram showing changes in TF, FIG. 4 is an enlarged view of a main part of an exit end face image of an image guide fiber bundle, and FIGS. 5 and 6 respectively show the configuration and cross section of an example of the optical low-pass filter of the first embodiment. Figure 7 is a diagram showing the MTF of the optical low-pass filter on a two-dimensional frequency plane, and Figure 8 is a diagram showing the MTF when the optical low-pass filter is rotated around the optical axis on a two-dimensional frequency plane. 9 shows the second embodiment, FIGS. 1O and 11 show the cross section and front view of the polygonal lens of the second embodiment, and FIGS. 12 to 14 show the second embodiment, respectively. It is a figure which shows 3rd thru|or 5th Example. 1...Fiber scope, 2...Color camera, 3...Objective lens, 4...Image guide fiber bundle, 5, 23...Imaging lens, 6, 8...
・・Optical low-pass filter 7・・Infrared light cut filter 9・・・・Mosaic filter IO・
...Solid-state image sensor, 11...Camera control unit, 12...TV monitor 13.14...
... Crystal plate, 15 ... Wave plate, 16 ... Diaphragm, 17 ... Multifaceted lens, 18 ... Three-color separation prism, 19.20 ... Lens system, 21 ...eyepiece, 22 ... roof prism, 24 ... principal ray, 25 ... aspherical surface, 26 ... phase filter 27 ... crystal filter spatial frequency 1 1- Figure 5'j! P6 figure 1 P71! i Spear 8m P9wi U 1P10 Spear 41m

Claims (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
[Scope of Claims] An image guide fiber bundle, an imaging optical system that forms an image of an exit end face of the image guide fiber bundle, and an imaging element that receives an image of the exit end face, the imaging element being arranged in a direction perpendicular to the imaging element. The sampling frequency is N_y, and if the image sensor also performs sampling in the horizontal direction, the sampling frequency is N_x, and the basic spatial frequencies in the horizontal and vertical directions of the fiber arrangement pattern in the image of the exit end face are respectively When U_x and U_y, U_y<
In an imaging device that satisfies N_y/2 and/or U_x<N_x/2, the spatial frequency response of the imaging optical system is expressed as U_y and/or in the optical path from the exit end face of the image guide fiber bundle to the imaging element. Or, an imaging device characterized by disposing an optical element that makes U_x about 0.5 or less.
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