JPH06235886A - Image pickup unit - Google Patents

Image pickup unit

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Publication number
JPH06235886A
JPH06235886A JP5021513A JP2151393A JPH06235886A JP H06235886 A JPH06235886 A JP H06235886A JP 5021513 A JP5021513 A JP 5021513A JP 2151393 A JP2151393 A JP 2151393A JP H06235886 A JPH06235886 A JP H06235886A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
pass filter
image pickup
optical low
fiber bundle
Prior art date
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Pending
Application number
JP5021513A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuya Ono
勝也 小野
Mitsujiro Konno
光次郎 金野
Yoshiharu Takasugi
芳治 高杉
Kimihiko Nishioka
公彦 西岡
Akira Hasegawa
晃 長谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP5021513A priority Critical patent/JPH06235886A/en
Publication of JPH06235886A publication Critical patent/JPH06235886A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Closed-Circuit Television Systems (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a image pickup unit which is less expensive, and in which an image formation optical system is miniaturized. CONSTITUTION:An image obtained from an objective lens on the top end of the inserting part of an endoscope is transferred on an eyepiece part 9 side by an image guiding fiber bundle 8, a luminous flux from the projecting end face of the image guiding fiber bundle 8 is made to be a nearly parallel luminous flux by a focusing lens 10, passes through a cover glass 11, and is made incident on an optical low-pass filter 12 disposed in the vicinity of the pupil of an adapter 3. The image on the projecting end face of the fiber bundle 8 is formed of many fine luminescent points regularly arrayed and includes a periodical pattern; the luminous flux is separated by the optical low-pass filter 12, passes through a first lens group 13 and a second lens group 14, so that variable power is performed; the luminous flux is made incident on a third lens group 15; and the image is formed on the image pickup surface of a CCD 19 through a cover glass 16, and through a crystal filter group 17 and a color mosaic filter 18 inside a TV camera 4. Thus, a multiple image is formed so as to remove the high-frequency component of the periodical pattern.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、周期的パターンを含む
被写体、例えば内視鏡のイメージガイドの端面像を撮像
素子を用いて撮影する撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus for picking up an object including a periodic pattern, for example, an end face image of an image guide of an endoscope by using an image pickup device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、テレビモニタで観察する画像を撮
影する装置には、CCD等固体撮像素子を用いた撮像光
学系が用いられている。これら撮像素子は撮像面上の光
の強度分布を、所定の周波数でサンプリングし光の強度
を電気信号に変換するものであり、それをテレビモニタ
上に再生する。
2. Description of the Related Art In recent years, an image pickup optical system using a solid-state image pickup device such as CCD has been used in a device for taking an image to be observed on a television monitor. These image pickup devices sample the light intensity distribution on the image pickup surface at a predetermined frequency and convert the light intensity into an electric signal, which is reproduced on a television monitor.

【0003】ところで、上述のようにサンプリングをし
て像を再生する場合、サンプリング定理によりナイキス
ト限界までの周波数しか再生できず、さらに、ナイキス
ト限界付近では、モアレと呼ばれる偽解像を生じる。こ
のため、ナイキスト限界付近の周波数の像が、撮像面上
で解像しないよう光学系にローパス効果を持たせる様々
な工夫がなされており、例えば、特開平1−28422
5号公報、特開平3−114431号公報に示されるよ
うに、最も一般的な光学的手段として、水晶フィルタに
よるものが挙げられる。
By the way, when the image is reproduced by sampling as described above, only the frequencies up to the Nyquist limit can be reproduced by the sampling theorem, and further, near the Nyquist limit, a false resolution called moire occurs. For this reason, various measures have been taken to give an optical system a low-pass effect so that an image of a frequency near the Nyquist limit is not resolved on the imaging surface.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5 and Japanese Patent Laid-Open No. 3-114431, a crystal filter is used as the most general optical means.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、周期的
パターンを含む被写体、例えば、内視鏡のイメージガイ
ドの端面像を撮影する場合、擬信号が発生し易く、この
擬信号を除去するためには、複数枚、内視鏡の撮像装置
では4〜7枚程度の水晶フィルタを使う必要がある。
However, when an object including a periodic pattern, for example, an end face image of an image guide of an endoscope is photographed, a pseudo signal is likely to occur, and in order to remove this pseudo signal, It is necessary to use a plurality of crystal filters, that is, about 4 to 7 crystal filters in an endoscope imaging apparatus.

【0005】ところが、上記水晶フィルタは高価なた
め、多くの水晶フィルタを使用すると、撮像装置が高価
になるとともに、撮像装置の結像光学系が大型化してし
まうといった問題がある。
However, since the above-mentioned crystal filter is expensive, when many crystal filters are used, the image pickup apparatus becomes expensive and the image forming optical system of the image pickup apparatus becomes large.

【0006】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、より安価で、結像光学系を小型化することのできる
撮像装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an image pickup apparatus which is cheaper and can downsize an imaging optical system.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明による撮像装置は、周期的パターンを含む被写体
を離散的撮像構造を持つ撮像手段上に結像光学系を用い
て結像させることにより前記被写体を撮影する撮像装置
において、前記結像光学系の瞳近傍に、前記被写体の周
期的パターンの空間周波数又はその整数倍の空間周波数
をカットオフ周波数とする光学的ローパスフィルタを配
設したものである。
In order to achieve the above object, an image pickup apparatus according to the present invention forms an image of a subject including a periodic pattern on an image pickup means having a discrete image pickup structure by using an image forming optical system. In the imaging device for photographing the subject, an optical low-pass filter having a spatial frequency of the periodic pattern of the subject or a spatial frequency that is an integral multiple thereof as a cutoff frequency is arranged near the pupil of the imaging optical system. It is a thing.

【0008】[0008]

【作 用】上記構成において、周期的パターンを含む被
写体は、結像光学系を通過し離散的撮像構造を持つ撮像
手段上に結像させられる。ここで、上記結像光学系の瞳
近傍に配設されている光学的ローパスフィルタにより、
上記被写体の光束が分離され多重像が形成されて、上記
被写体の周期的パターンの空間周波数又はその整数倍の
空間周波数がカットオフされ、擬信号が除去される。
[Operation] In the above structure, the subject including the periodic pattern passes through the imaging optical system and is imaged on the imaging means having the discrete imaging structure. Here, by the optical low-pass filter arranged near the pupil of the imaging optical system,
The light flux of the subject is separated to form a multiple image, the spatial frequency of the periodic pattern of the subject or the spatial frequency of an integral multiple thereof is cut off, and the pseudo signal is removed.

【0009】上記結像光学系の光学的ローパスフィルタ
は、従来の水晶フィルタでなく実現できるので、撮像装
置を安価に、また小型にすることができる。
Since the optical low-pass filter of the above-mentioned image forming optical system can be realized without using the conventional crystal filter, the image pickup apparatus can be made inexpensive and small.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1〜図6は本発明の一実施例を示し、図1は撮
像装置の結像光学系の構成の説明図、図2は内視鏡装置
の説明図、図3は光学的ローパスフィルタの外観斜視
図、図4はカメラヘッドとアダプタとの接続部分の説明
図、図5は撮像面上の点像の説明図、図6は光学的ロー
パスフィルタの周波数特性を2次元空間周波数平面上で
示した図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 6 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of an imaging optical system of an image pickup device, FIG. 2 is an explanatory diagram of an endoscope device, and FIG. 3 is an optical low-pass filter. FIG. 4 is an external perspective view, FIG. 4 is an explanatory view of a connecting portion between a camera head and an adapter, FIG. 5 is an explanatory view of a point image on an imaging surface, and FIG. 6 is a frequency characteristic of an optical low-pass filter on a two-dimensional spatial frequency plane. It is the figure shown.

【0011】これらの図において、符号1は撮像装置の
一例としての内視鏡装置を示し、この内視鏡装置1は、
内視鏡2と、この内視鏡2とアダプタ3を介して接続さ
れるTVカメラ4と、光源装置および信号処理部等(い
ずれも図示せず)からなる本体装置5と、この本体装置
5に接続されるモニタ(図示せず)とから主に構成され
ている。
In these drawings, reference numeral 1 denotes an endoscope apparatus as an example of an image pickup apparatus, and the endoscope apparatus 1 is
An endoscope 2, a TV camera 4 connected to the endoscope 2 via an adapter 3, a main body device 5 including a light source device, a signal processing unit and the like (none of which are shown), and the main body device 5 It is mainly composed of a monitor (not shown) connected to.

【0012】上記内視鏡2は、可撓性の挿入部6と本体
部7とを有しており、この内視鏡挿入部6先端には、図
示しない対物レンズが設けられている。また、上記内視
鏡2には、上記対物レンズの射出面から上記内視鏡本体
部7の接眼部9に至るイメージガイドファイバ束8が内
蔵されている。上記内視鏡本体部7のイメージガイドフ
ァイバ束8の後方(アダプタ3側)には、このイメージ
ガイドファイバ束8の射出端面からの光束を略平行な光
束にするフォーカシングレンズ10が配設されている。
The endoscope 2 has a flexible insertion portion 6 and a main body portion 7, and an objective lens (not shown) is provided at the tip of the endoscope insertion portion 6. Further, the endoscope 2 has a built-in image guide fiber bundle 8 extending from the exit surface of the objective lens to the eyepiece 9 of the endoscope body 7. A focusing lens 10 is provided behind the image guide fiber bundle 8 of the endoscope main body 7 (on the side of the adapter 3) to convert the light flux from the exit end face of the image guide fiber bundle 8 into a substantially parallel light flux. There is.

【0013】また、上記イメージガイドファイバ束8は
光学ファイバを俵積み状に多数束ねて構成したもので、
各ファイバのコアが光を発するため、このイメージガイ
ドファイバ束8の射出端面の像は、規則的に配列された
多数の微少な輝点から形成されている。
The image guide fiber bundle 8 is formed by bundling a plurality of optical fibers in a bale stack.
Since the core of each fiber emits light, the image of the exit end face of the image guide fiber bundle 8 is formed by a large number of minute bright spots which are regularly arranged.

【0014】尚、図中、符号11は、上記内視鏡2の接
眼部9に設けられたカバーガラスである。
In the drawing, reference numeral 11 is a cover glass provided on the eyepiece 9 of the endoscope 2.

【0015】また、上記内視鏡2の接眼部9と上記アダ
プタ3とを連結した状態において、上記アダプタ3内に
は、上記接眼部9側から順に、瞳位置近傍の光学的ロー
パスフィルタ12と、第1のレンズ群13と、第2のレ
ンズ群14と、第3のレンズ群15およびカバーガラス
16とが配設されている。
Further, in a state where the eyepiece 9 of the endoscope 2 and the adapter 3 are connected to each other, the optical lowpass filter near the pupil position is sequentially provided in the adapter 3 from the eyepiece 9 side. 12, a first lens group 13, a second lens group 14, a third lens group 15 and a cover glass 16 are arranged.

【0016】上記第1のレンズ群13および第2のレン
ズ群14は、光軸に沿って移動自在なレンズ群であり、
両者でズームレンズの変倍光学系を構成している。ま
た、上記第3のレンズ群15は、上記第2のレンズ群1
4からの光束を、前記TVカメラ4内に配設されている
光学的ローパス効果を有する水晶フィルタ群17および
カラーモザイクフィルタ18を介してCCD19の撮像
面上に結像させるレンズ群である。
The first lens group 13 and the second lens group 14 are lens groups which are movable along the optical axis,
Together, they make up the zoom optical system of the zoom lens. Further, the third lens group 15 is the second lens group 1
4 is a lens group for forming an image on the image pickup surface of the CCD 19 through the crystal filter group 17 and the color mosaic filter 18 having an optical low-pass effect arranged in the TV camera 4.

【0017】また、上記瞳位置近傍に配設された光学的
ローパスフィルタ12は、図3に示すように、光軸に垂
直な面が4面に形成されており、本実施例においては以
下のようなデータの光学的ローパスフィルタを用いた。
Further, as shown in FIG. 3, the optical low-pass filter 12 disposed near the pupil position is formed with four surfaces perpendicular to the optical axis. An optical low pass filter of such data was used.

【0018】形状は、図3のx座標,y座標,z座標に
おいて、角度単位を分とすると、 x>0,y≧0の範囲では、z=y×tan 2' x≧0,y<0の範囲では、z=x×tan 2' x<0,y≦0の範囲では、z=−y×tan 2' x≦0,y>0の範囲では、z=−x×tan 2' また材質の屈折率ndは1.51633、アッベ数νd
は64.1である。
As for the shape, in the x-coordinate, y-coordinate, and z-coordinate of FIG. 3, when the angle unit is minute, in the range of x> 0, y ≧ 0, z = y × tan 2 ′ x ≧ 0, y < In the range of 0, z = x × tan 2 ′ x <0, in the range of y ≦ 0, z = −y × tan 2 ′ In the range of x ≦ 0, y> 0, z = −x × tan 2 ′ Further, the refractive index nd of the material is 1.51633, the Abbe number νd
Is 64.1.

【0019】さらに、図2に示すように、上記アダプタ
3には硬性鏡等、他の光学視管20が連結可能に形成さ
れている。
Further, as shown in FIG. 2, another optical viewing tube 20 such as a rigid endoscope is formed to be connectable to the adapter 3.

【0020】また、図4(a),(b)に示すように、
上記アダプタ3の前記TVカメラ4側の外側表面には突
起部21が形成されており、この突起部21を上記TV
カメラ4に形成されている溝部22に挿入し、上記アダ
プタ3に回転可能に掛止されている回転リング23を、
上記TVカメラ4の先端側(アダプタ3側)に螺設され
ているねじ部24に螺入することにより、上記TVカメ
ラ4と連結する際の上記アダプタ3の回転方向の位置決
めができるようになっている。
Further, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b),
A protrusion 21 is formed on the outer surface of the adapter 3 on the TV camera 4 side.
Insert the rotation ring 23 that is inserted into the groove 22 formed in the camera 4 and rotatably hooked to the adapter 3 into
By screwing into the threaded portion 24 screwed on the tip side (adapter 3 side) of the TV camera 4, it becomes possible to position the adapter 3 in the rotational direction when connecting with the TV camera 4. ing.

【0021】上記構成において、内視鏡挿入部6先端に
配設されている対物レンズ(図示せず)からの画像は、
イメージガイドファイバ束8により内視鏡本体部7の接
眼部9側に送られ、この接眼部9において、フォーカシ
ングレンズ10によって上記イメージガイドファイバ束
8の射出端面からの光束が略平行な光束にされ、接眼部
9のカバーガラス11を通過して、アダプタ3の瞳位置
近傍に配設されている光学的ローパスフィルタ12に入
射する。
In the above structure, the image from the objective lens (not shown) provided at the tip of the endoscope insertion portion 6 is
The image guide fiber bundle 8 sends the light beam to the eyepiece 9 side of the endoscope body 7, and in this eyepiece 9, the light flux from the exit end face of the image guide fiber bundle 8 is substantially parallel by the focusing lens 10. The light passes through the cover glass 11 of the eyepiece 9 and enters the optical low-pass filter 12 arranged near the pupil position of the adapter 3.

【0022】ここで、上記イメージガイドファイバ束8
の射出端面の像は、規則的に配列された多数の微少な輝
点から形成されて周期的パターンを含む像となってい
る。そして、この周期的パターンを含む像を形成する光
束は、上記光学的ローパスフィルタ12により分離さ
れ、第1のレンズ群13と第2のレンズ群14とを通過
し、所定に変倍(ズーミング)されて、第3のレンズ群
15に入射する。
Here, the image guide fiber bundle 8
The image of the exit end surface of is an image including a periodic pattern formed from a large number of minute bright spots regularly arranged. Then, the light flux forming an image including this periodic pattern is separated by the optical low-pass filter 12, passes through the first lens group 13 and the second lens group 14, and is magnified (zoomed) in a predetermined manner. Then, the light enters the third lens group 15.

【0023】さらに、上記第3のレンズ群15に入射し
た光束は、カバーガラス16を通過し、TVカメラ4内
に配設されている光学的ローパス効果を有する水晶フィ
ルタ群17およびカラーモザイクフィルタ18を介して
CCD19の撮像面上に結像させられる。
Further, the light flux incident on the third lens group 15 passes through the cover glass 16 and is arranged in the TV camera 4 and has a crystal filter group 17 and a color mosaic filter 18 having an optical low pass effect. An image is formed on the image pickup surface of the CCD 19 via.

【0024】ここで、撮像面上の点像は、図5(a)に
示す黒点のようになっており、点像の間隔は、ズーミン
グにより変動する。また、周波数空間でのトラップライ
ン(空間周波数レスポンスがゼロ(カットオフ)になる
位置を示す線)もズーミングにより変動し、その周波数
は、前記イメージガイドファイバ束8のサンプリング周
波数とほぼ一致している。
Here, the point image on the image pickup surface is like a black dot shown in FIG. 5A, and the interval between the point images changes due to zooming. Further, the trap line in the frequency space (the line indicating the position where the spatial frequency response becomes zero (cutoff)) also fluctuates due to zooming, and its frequency is substantially equal to the sampling frequency of the image guide fiber bundle 8. .

【0025】尚、図5(b)に示す撮像面上の点像は、
上記光学的ローパスフィルタ12を、45度傾けて配設
した場合の点像を示すものである。
The point image on the image pickup surface shown in FIG.
6 shows a point image when the optical low-pass filter 12 is arranged at an angle of 45 degrees.

【0026】次に、図6は、上述の図5(b)に示した
分離パターンを生ずる光学的ローパスフィルタ12の周
波数特性を2次元空間周波数平面上で示したもので、図
において横軸はx方向(水平方向)の周波数、縦軸はy
方向(垂直方向)の周波数を表す。また、Px ,Py は
それぞれCCD19のx方向,y方向のサンプリングピ
ッチを表し、Px =9.9μm,Py =9.6μmであ
る。
Next, FIG. 6 shows the frequency characteristics of the optical low-pass filter 12 that produces the separation pattern shown in FIG. 5B above on a two-dimensional spatial frequency plane. Frequency in x direction (horizontal direction), vertical axis is y
Indicates the frequency in the direction (vertical direction). Further, Px and Py represent sampling pitches of the CCD 19 in the x direction and the y direction, respectively, and Px = 9.9 μm and Py = 9.6 μm.

【0027】また、六角形に並んだ黒点は被写体である
イメージガイドファイバ束8の端面の像中に含まれる周
期的パターンの空間周波数スペクトルを表わす。すなわ
ち、上記イメージガイドファイバ束8は、光学ファイバ
を俵積み状に多数束ねて構成され、各ファイバのコアが
光を発するため、このイメージガイドファイバ束8の射
出端面の像は、規則的に配列された多数の微少な輝点か
らなっている。この輝点の繰り返し周期を表す周波数ス
ペクトルが上記六角形に並んだ黒点で表されている。一
方、図中斜めに描かれた線は上記光学的ローパスフィル
タ12のトラップラインである。
The black dots arranged in a hexagon represent the spatial frequency spectrum of the periodic pattern contained in the image of the end face of the image guide fiber bundle 8 which is the subject. That is, the image guide fiber bundle 8 is formed by bundling a large number of optical fibers in a bale stack, and the core of each fiber emits light. Therefore, the image of the exit end face of the image guide fiber bundle 8 is regularly arranged. It consists of a large number of minute bright spots. The frequency spectrum showing the repeating period of the bright spots is represented by the black dots arranged in the hexagon. On the other hand, the diagonally drawn lines are trap lines of the optical low pass filter 12.

【0028】この図6では、イメージガイドファイバ束
8の周波数スペクトル及びトラップラインが2つずつ描
かれているが、これは、本実施例が変倍光学系を備えて
いるためである。すなわち、変倍を行うと、像面上での
イメージガイドファイバ束8の輝点の大きさ及び間隔が
変化する。このことは、CCD19の撮像面上に投影さ
れる像中の周期的パターンの周波数が変化することを意
味している。ワイド側(最短焦点距離状態)では結像倍
率が小さく輝点は密になっているので、周期パターンの
周波数が高い。一方、テレ側(最長短焦点距離状態)に
なると倍率が大きく輝点が粗くなるため、周期パターン
の周波数は低くなる。従って、イメージガイドファイバ
束8の周波数スペクトルは、2つの点を結ぶ線上で変倍
に応じて位置が変化する。しかし、光学的ローパスフィ
ルタ12は、変倍光学系より前方に設けられているた
め、この光学的ローパスフィルタ12のラップ線も、変
倍とともに実線と破線との間で移動する。この結果、変
倍を行っても擬信号を除去するローパス効果は変わらな
い。尚、図中二重丸はCCD19の前面に設けられたカ
ラーモザイクフィルタ18の規則配列により生ずるサン
プリングポイントである。
In FIG. 6, two frequency spectra and two trap lines of the image guide fiber bundle 8 are drawn, but this is because this embodiment has a variable power optical system. That is, when the magnification is changed, the size and interval of the bright spots of the image guide fiber bundle 8 on the image plane change. This means that the frequency of the periodic pattern in the image projected on the image pickup surface of the CCD 19 changes. On the wide side (shortest focal length state), the imaging magnification is small and the bright spots are dense, so the frequency of the periodic pattern is high. On the other hand, on the tele side (longest short focal length state), the magnification is large and the bright spots are coarse, so the frequency of the periodic pattern is low. Therefore, the position of the frequency spectrum of the image guide fiber bundle 8 changes on the line connecting the two points according to the magnification change. However, since the optical low-pass filter 12 is provided in front of the variable power optical system, the lap line of the optical low-pass filter 12 also moves between the solid line and the broken line as the magnification changes. As a result, the low-pass effect of removing the pseudo signal does not change even if the scaling is performed. Double circles in the figure are sampling points generated by the regular arrangement of the color mosaic filter 18 provided on the front surface of the CCD 19.

【0029】以上のように、イメージガイドファイバ束
8の端面像を撮影する結像光学系の瞳近傍に光学的ロー
パスフィルタ12を設け、光束を分離して多重像を形成
することにより、周期的パターンの高周波成分を除去、
つまり、レスポンスを下げるのである。ここで、高周波
成分とは、上記イメージガイドファイバ束8のサンプリ
ングピッチに相当する周波数、または、その整数倍の周
波数である。
As described above, the optical low-pass filter 12 is provided in the vicinity of the pupil of the imaging optical system for photographing the end face image of the image guide fiber bundle 8 and the light beams are separated to form a multiple image, thereby periodically Remove high frequency components of the pattern,
In other words, it reduces the response. Here, the high frequency component is a frequency corresponding to the sampling pitch of the image guide fiber bundle 8 or an integral multiple thereof.

【0030】このように、周期的パターンを除去するこ
とにより、撮像素子、すなわちCCD19のサンプリン
グによる擬信号を低減することができる。例えば、結像
光束が瞳に平行に入射するとき、光学的ローパスフィル
タ12における面の傾きと、撮像面上の点像のズレ量の
関係を示すと次式で表現される。
As described above, by removing the periodic pattern, it is possible to reduce the pseudo signal due to the sampling of the image pickup device, that is, the CCD 19. For example, the relationship between the inclination of the surface of the optical low-pass filter 12 and the amount of deviation of the point image on the imaging surface when the image-forming light flux enters the pupil in parallel is expressed by the following equation.

【0031】 P=fθ(n−n') ・・・(1) ここで、Pは撮像面上での点像のズレ量、fはローパス
フィルタ後方の光学系の焦点距離、θは光軸に垂直な面
とローパスフィルタ面のなす角度、nおよびn' はロー
パスフィルタ面前後の媒質の屈折率である。
P = fθ (n−n ′) (1) where P is the amount of deviation of the point image on the imaging surface, f is the focal length of the optical system behind the low-pass filter, and θ is the optical axis. The angles formed by the surface perpendicular to the low-pass filter surface and n and n ′ are the refractive indices of the medium before and after the low-pass filter surface.

【0032】そして、ローパスフィルタ面による2点の
距離を2Pとし、撮像面上でのイメージガイドファイバ
束のサンプリングピッチ(被写体の周期的パターンのピ
ッチ)をSとすれば、次の(2)式を略満足すれば、擬
信号を低減できる。
If the distance between the two points on the low-pass filter surface is 2P and the sampling pitch of the image guide fiber bundle on the imaging surface (the pitch of the periodic pattern of the object) is S, the following equation (2) is obtained. By substantially satisfying, the pseudo signal can be reduced.

【0033】 S=2×2P=4P ・・・(2) 尚、本実施例でのP,S,f,θは、以下の値で設定し
た。 P=6.78μm(ワイド側)〜12.82μm(テレ
側) S=27.12μm(ワイド側)〜51.27μm(テ
レ側) f=22.636μm(ワイド側)〜42.793μm
(テレ側) θ=2' (0.00058rad ) 一般的には、イメージガイドファイバ束の画素数より撮
像素子のほうが高画素であるので、上述のような構成と
すると光学系のレスポンスが撮像素子の解像限界より低
い周波数で低下するため画質が劣化するが、イメージガ
イドファイバ束等によりサンプリングされた像にはイメ
ージガイドファイバ束のサンプリング周波数までの情報
しかないので問題はない。
S = 2 × 2P = 4P (2) Incidentally, P, S, f and θ in the present embodiment are set to the following values. P = 6.78 μm (wide side) to 12.82 μm (tele side) S = 27.12 μm (wide side) to 51.27 μm (tele side) f = 22.636 μm (wide side) to 42.793 μm
(Tele side) θ = 2 ′ (0.00058rad) In general, the number of pixels in the image pickup fiber is higher than the number of pixels in the image guide fiber bundle. However, the image quality is deteriorated because the image quality is deteriorated at a frequency lower than the resolution limit, but there is no problem because the image sampled by the image guide fiber bundle has only information up to the sampling frequency of the image guide fiber bundle.

【0034】また、通常、変倍光学系を用いて画像を拡
大縮小する場合、この変倍光学系の後方に光学的ローパ
スフィルタが配置されていると、撮像面におけるイメー
ジガイドファイバ束のサンプリング周波数は変動するた
め、上記光学的ローパスフィルタのカットオフ周波数と
イメージガイドファイバ束のサンプリング周波数との間
にズレが生じる。
In general, when an image is enlarged or reduced by using a variable power optical system, if an optical low pass filter is arranged behind the variable power optical system, the sampling frequency of the image guide fiber bundle on the image pickup surface is increased. Varies, a deviation occurs between the cutoff frequency of the optical low-pass filter and the sampling frequency of the image guide fiber bundle.

【0035】しかしながら、本実施例では、瞳近傍に光
学的ローパスフィルタ12を設け、この光学的ローパス
フィルタ12の後方に第1のレンズ群13と、第2のレ
ンズ群14により構成される変倍光学系を配設して、こ
の後方の変倍光学系で変倍を行うようにしているため、
前記(1)式のPとfとが比例関係にあることからも判
るように倍率の変化によるイメージガイドファイバ束の
サンプリングピッチの変動にともない、上記光学的ロー
パスフィルタ12からの光束による多重像のピッチも変
動するため、常に、イメージガイドファイバ束のサンプ
リングピッチのレスポンスを低下させることが可能とな
り特に効果的である。
However, in this embodiment, the optical low-pass filter 12 is provided in the vicinity of the pupil, and the variable magnification constituted by the first lens group 13 and the second lens group 14 is provided behind the optical low-pass filter 12. Since the optical system is arranged and the variable power optical system behind this is used to perform variable power,
As can be seen from the proportional relationship between P and f in the equation (1), the multiple image due to the light flux from the optical low-pass filter 12 is changed in accordance with the change in the sampling pitch of the image guide fiber bundle due to the change in magnification. Since the pitch also fluctuates, the response of the sampling pitch of the image guide fiber bundle can always be reduced, which is particularly effective.

【0036】また、本実施例で説明したような光学的ロ
ーパスフィルタ12には、レスポンスに方向性があるた
めCCD19のような撮像素子と組み合わせる場合に
は、光束の分割方向と、撮像素子の方向の位置決めをす
る必要が有る。この位置決めは、撮像素子と光学的ロー
パスフィルタとが一体に形成されている場合には、製作
時に、一度、位置決めをすれば良いが、別体の場合に
は、本実施例で説明したように、撮像素子側の部材と光
学的ローパスフィルタ側の部材とに、光軸に対する回転
方向の相対位置が一定に定まるような構成とすれば良
い。
Since the optical low-pass filter 12 as described in this embodiment has a directional response, when it is combined with an image pickup device such as the CCD 19, the direction of division of the luminous flux and the direction of the image pickup device. Need to be positioned. For this positioning, when the image sensor and the optical low-pass filter are integrally formed, the positioning may be performed once at the time of manufacturing, but in the case of a separate body, as described in the present embodiment. The relative position in the rotational direction with respect to the optical axis may be fixed to the member on the image sensor side and the member on the optical low-pass filter side.

【0037】さらに、本実施例のように、複数の種類の
内視鏡が取り付け可能で、かつ、内視鏡のイメージガイ
ドファイバ束の撮像面上でのサンプリング周波数が異な
る場合には、瞳近傍の光学的ローパスフィルタを着脱可
能にして、内視鏡ごとに最適な光学的ローパスフィルタ
を選択して取り付けられるようにしても良い。このよう
な構成であれば、光学的ローパスフィルタの着脱による
ゴミの付着などがあっても、光学的ローパスフィルタが
撮像面から離れているため、観察像にゴミが映ることは
ない。
Further, when a plurality of types of endoscopes can be attached and the sampling frequencies of the image guide fiber bundles of the endoscopes on the imaging surface are different as in this embodiment, the vicinity of the pupil is detected. The optical low-pass filter may be made detachable, and the optimum optical low-pass filter may be selected and attached for each endoscope. With such a configuration, even if dust is attached due to attachment / detachment of the optical low-pass filter, since the optical low-pass filter is far from the image pickup surface, dust is not reflected in the observation image.

【0038】次に、光学的ローパスフィルタの他の実施
例を図7、図8、図9に示す。これらの光学的ローパス
フィルタ31,32,33ように、瞳を分割する稜線
が、必ずしも光軸と交わらなくとも、分割された光束の
断面積が実質上均等であれば得られる効果は変わらな
い。
Next, another embodiment of the optical low-pass filter is shown in FIGS. 7, 8 and 9. Like the optical low-pass filters 31, 32, 33, even if the ridgeline that divides the pupil does not necessarily intersect with the optical axis, the effect obtained will not change if the cross-sectional areas of the divided light fluxes are substantially equal.

【0039】また、図10に光軸に対する面の傾き角を
連続的に変化させた光学的ローパスフィルタ34を示
す。このような面にすると、像面上に渦巻き状の強度分
布を示し、ローパス効果を得ることができる。この実施
例では、前記光学的ローパスフィルタ31,32に比べ
て、有効光束中にある段差が少ないので、光線の散乱等
によるフレアが発生しにくい。
Further, FIG. 10 shows an optical low-pass filter 34 in which the inclination angle of the surface with respect to the optical axis is continuously changed. With such a surface, a spiral intensity distribution is displayed on the image surface, and a low-pass effect can be obtained. In this embodiment, as compared with the optical low-pass filters 31 and 32, there are fewer steps in the effective light flux, and therefore flare due to scattering of light rays is less likely to occur.

【0040】次いで、図11は瞳分割面を球面に形成し
てパワーを持たせた光学的ローパスフィルタ35を示す
図である。この光学的ローパスフィルタ35の各曲面の
曲率中心は光軸から偏心しているので、分割された光束
はそれぞれ光軸からずれたところに結像するのである。
Next, FIG. 11 is a diagram showing an optical low-pass filter 35 in which the pupil division surface is formed into a spherical surface to have power. Since the center of curvature of each curved surface of the optical low-pass filter 35 is decentered from the optical axis, the divided light beams form images at positions displaced from the optical axis.

【0041】この時、各分割面により分割された光束の
重心の軸が光軸と交わると、デフォーカス時に高周波成
分のMTFが増加するので、光束の重心の軸は光軸と交
わらないほうが良く、分割面の各面が平面であっても
(例えば、前述の光学的ローパスフィルタ12,31,
32,33等)同様である。
At this time, if the axis of the center of gravity of the light beam divided by each split surface intersects the optical axis, the MTF of the high frequency component increases at the time of defocusing, so the axis of the center of gravity of the light beam should not intersect the optical axis. , Even if each of the divided surfaces is a flat surface (for example, the above-mentioned optical low-pass filters 12, 31,
32, 33, etc.) is the same.

【0042】また、これらの面を非球面にすることによ
り、収差補正能力を高めることも可能である。
Further, by making these surfaces aspherical, it is possible to enhance the aberration correction capability.

【0043】さらに、近年、研究の進んでいる回折レン
ズや不均質媒質レンズを用いても良い。
Further, a diffractive lens or an inhomogeneous medium lens, which has been studied recently, may be used.

【0044】上述の各光学的ローパスフィルタで多重像
を形成する場合、これら各光学的ローパスフィルタの配
設された角度により多重像の位置が変わるが、例えば、
前述の図5(a)や図5(b)のように、撮像する物体
の規則的パターンの方向によって任意に選択することが
できる。
When a multiple image is formed by each of the optical low pass filters described above, the position of the multiple image changes depending on the angle at which each of the optical low pass filters is arranged.
As shown in FIG. 5A and FIG. 5B described above, it can be arbitrarily selected depending on the direction of the regular pattern of the object to be imaged.

【0045】また、上述の各光学的ローパスフィルタに
おいては、各分割面の高さは全て同じ高さであるが、面
の高さが異なっていても撮像面上で多重像が形成されさ
えすれば同等の効果が得られる。
Further, in each of the above-mentioned optical low-pass filters, the heights of the respective divided surfaces are all the same, but even if the heights of the divided surfaces are different, a multiple image is even formed on the image pickup surface. The same effect can be obtained.

【0046】次いで、図12(a)は曲率中心は光軸上
にあるが各面のパワーが異なる光学的ローパスフィルタ
36を示し、図12(b)は図12(a)のA方向の矢
視図である。本実施例においては、撮像面上に多重像を
作るのではなく、それぞれの領域を通る光学系の焦点距
離が異なるため、それぞれの光学系を通る光束の結像位
置の間に最小錯乱円の位置がくるので、それによるボケ
により、ローパス効果が得られるものである。
Next, FIG. 12 (a) shows an optical low-pass filter 36 whose center of curvature is on the optical axis, but the power of each surface is different, and FIG. 12 (b) is an arrow in the A direction of FIG. 12 (a). It is a perspective view. In this embodiment, instead of forming a multiple image on the image pickup surface, the focal lengths of the optical systems passing through the respective regions are different, so that the minimum circle of confusion is formed between the image forming positions of the light flux passing through the respective optical systems. Since the position comes, the low pass effect can be obtained due to the blurring.

【0047】上述の各光学的ローパスフィルタは、各分
割部分を個々に作成し、接合しても良いが、近年、その
製作技術が進歩してきたガラスやプラスチックの成形で
作成すれば、より安価に製作することができる。
Each of the above-mentioned optical low-pass filters may be formed by joining each of the divided portions individually and joining them. However, if they are formed by molding glass or plastic, the fabrication technique of which has been advanced in recent years, it is cheaper. Can be manufactured.

【0048】また、上記各光学的ローパスフィルタで
は、光束の分割の稜線が必ず有効光束内にある。この稜
線のダレは、製造上必ず発生するので、その部分に当た
る光束がフレアになる可能性がある。光束の径は光学系
により変わるが、稜線のダレは製造法が同じなら一定な
ので、光束径の細い光学系においてフレアの問題は発生
し易い。
Further, in each of the optical low-pass filters described above, the ridgeline of division of the light beam is always within the effective light beam. Since the sagging of the ridge line is always generated in manufacturing, the light flux impinging on that portion may become flare. Although the diameter of the light flux varies depending on the optical system, the sag of the ridge line is constant if the manufacturing method is the same, so that the problem of flare is likely to occur in an optical system with a small light flux diameter.

【0049】そこで、このようなフレアが問題になる場
合には、稜線上か、あるいは稜線の前にスミ塗りやCr
O2 −Cr −Cr O2 蒸着などによる遮光手段を設けれ
ば良い。
Therefore, when such flare becomes a problem, smearing or Cr is applied on the ridgeline or before the ridgeline.
A light shielding means such as O2-Cr-CrO2 vapor deposition may be provided.

【0050】また、これらの要因等により、レスポンス
の低下が十分でない場合は、水晶フィルタと組み合わせ
ても良い。このように、水晶フィルタと組み合わせて光
学的ローパスフィルタを使用する場合には、先の構成で
説明したように、光学的ローパスフィルタ12によりイ
メージガイドファイバ束8のサンプリング周波数のレス
ポンスを低下させ、変倍光学系(第1のレンズ群13、
第2のレンズ群14)および第3のレンズ群15の後方
に水晶フィルタ群17を配置し、CCD19のナイキス
ト限界の周波数のレスポンスを低下させれば、変倍を行
ってもイメージガイドファイバ束8のサンプリング周波
数とCCD19のナイキスト限界の周波数のレスポンス
のどちらも常に低下させることでき効果的である。
If the response is not sufficiently reduced due to these factors, a crystal filter may be combined. As described above, when the optical low-pass filter is used in combination with the crystal filter, the response of the sampling frequency of the image guide fiber bundle 8 is lowered and changed by the optical low-pass filter 12 as described in the above configuration. Double optical system (first lens group 13,
If the crystal filter group 17 is arranged behind the second lens group 14) and the third lens group 15 and the response of the CCD 19 at the frequency at the Nyquist limit is lowered, the image guide fiber bundle 8 can be changed even if the magnification is changed. It is effective that both the sampling frequency of the signal and the response of the CCD 19 at the Nyquist limit frequency can always be lowered.

【0051】このように、本実施例によれば、瞳近傍に
配置した光学的ローパスフィルタの分割面を増やすこと
により、複数枚の水晶フィルタと同じ効果を得ることが
でき、また、分割した光束の方向を面の角度で自由に決
定できるため、偏光方向を考慮しなければならない水晶
フィルタよりも設計の自由度が高い。さらに、瞳の分割
面や、もう一方の面にパワーを持たせることもできるた
め、レンズ枚数の削減も可能である。
As described above, according to the present embodiment, the same effect as that of the plurality of crystal filters can be obtained by increasing the number of division surfaces of the optical low-pass filter arranged in the vicinity of the pupil, and the divided luminous fluxes can be obtained. Since the direction of the can be freely determined by the angle of the surface, the degree of freedom of design is higher than that of the crystal filter in which the polarization direction must be taken into consideration. Further, since it is possible to give power to the pupil division surface and the other surface, it is possible to reduce the number of lenses.

【0052】また、本実施例では、撮像装置として内視
鏡装置を例に説明したが、周期的パターンを含む被写体
を離散的撮像構造を持つ撮像手段上に結像光学系を用い
て結像させる他の撮像装置であっても適用できる。
In the present embodiment, the endoscopic device is taken as an example of the image pickup device, but an object including a periodic pattern is imaged on an image pickup means having a discrete image pickup structure by using an image forming optical system. The present invention can also be applied to other image pickup devices.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、周
期的パターンを含む被写体を離散的撮像構造を持つ撮像
手段上に結像光学系を用いて結像させることにより前記
被写体を撮影する撮像装置において、前記結像光学系の
瞳近傍に前記被写体の周期的パターンの空間周波数又は
その整数倍の空間周波数をカットオフ周波数とする光学
的ローパスフィルタを配設したので、光学的ローパスフ
ィルタは、従来の水晶フィルタでなく実現でき、撮像装
置を安価、且つ小型にすることが可能となる。
As described above, according to the present invention, an image of a subject including a periodic pattern is formed on the image pickup means having a discrete image pickup structure by using an image forming optical system. In the imaging device, since an optical low-pass filter having a spatial frequency of the periodic pattern of the subject or a spatial frequency that is an integral multiple thereof as a cut-off frequency is arranged in the vicinity of the pupil of the imaging optical system, the optical low-pass filter is This can be realized without using the conventional crystal filter, and the imaging device can be made inexpensive and small.

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

【図1】本発明の一実施例による撮像装置の結像光学系
の構成説明図
FIG. 1 is a structural explanatory view of an image forming optical system of an image pickup apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例による内視鏡装置の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of an endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例による光学的ローパスフィル
タの外観斜視図
FIG. 3 is an external perspective view of an optical low pass filter according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例によるカメラヘッドとアダプ
タとの接続部分の説明図
FIG. 4 is an explanatory view of a connecting portion between a camera head and an adapter according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例による撮像面上の点像の説明
FIG. 5 is an explanatory diagram of a point image on an image pickup surface according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例による光学的ローパスフィル
タの周波数特性を2次元空間周波数平面上で示した図
FIG. 6 is a diagram showing frequency characteristics of an optical low-pass filter according to an embodiment of the present invention on a two-dimensional spatial frequency plane.

【図7】本発明による他の光学的ローパスフィルタの一
例の外観斜視図
FIG. 7 is an external perspective view of an example of another optical low-pass filter according to the present invention.

【図8】本発明による他の光学的ローパスフィルタの一
例の外観斜視図
FIG. 8 is an external perspective view of an example of another optical low-pass filter according to the present invention.

【図9】本発明による他の光学的ローパスフィルタの一
例の外観斜視図
FIG. 9 is an external perspective view of an example of another optical low-pass filter according to the present invention.

【図10】本発明による他の光学的ローパスフィルタの
一例の外観斜視図
FIG. 10 is an external perspective view of an example of another optical low-pass filter according to the present invention.

【図11】本発明による他の光学的ローパスフィルタの
一例の外観斜視図
FIG. 11 is an external perspective view of an example of another optical low-pass filter according to the present invention.

【図12】本発明による他の光学的ローパスフィルタの
一例で、(a)は外観斜視図、(b)は(a)のA方向
の矢視図
FIG. 12 is an example of another optical low-pass filter according to the present invention, in which (a) is an external perspective view and (b) is an arrow view in the direction A of (a).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 内視鏡装置 2 内視鏡 3 アダプタ 4 TVカメラ 8 イメージガイドファイバ束 10 フォーカシングレンズ 12 光学的ローパスフィルタ 13 第1のレンズ群 14 第2のレンズ群 15 第3のレンズ群 17 水晶フィルタ群 18 カラーモザイクフィルタ 19 CCD 1 Endoscope Device 2 Endoscope 3 Adapter 4 TV Camera 8 Image Guide Fiber Bundle 10 Focusing Lens 12 Optical Low Pass Filter 13 First Lens Group 14 Second Lens Group 15 Third Lens Group 17 Crystal Filter Group 18 Color mosaic filter 19 CCD

フロントページの続き (72)発明者 西岡 公彦 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 長谷川 晃 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Front page continuation (72) Inventor Kimihiko Nishioka 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd. (72) Inventor Akira Hasegawa 2-34-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optics Industry Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周期的パターンを含む被写体を離散的撮
像構造を持つ撮像手段上に結像光学系を用いて結像させ
ることにより前記被写体を撮影する撮像装置において、 前記結像光学系の瞳近傍に、前記被写体の周期的パター
ンの空間周波数又はその整数倍の空間周波数をカットオ
フ周波数とする光学的ローパスフィルタを配設したこと
を特徴とする撮像装置。
1. An image pickup apparatus for photographing an object including a periodic pattern on an image pickup means having a discrete image pickup structure by using an image forming optical system, the pupil of the image forming optical system. An image pickup apparatus, wherein an optical low-pass filter having a cutoff frequency of a spatial frequency of the periodic pattern of the subject or a spatial frequency of an integral multiple thereof is disposed in the vicinity.
JP5021513A 1993-02-09 1993-02-09 Image pickup unit Pending JPH06235886A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5936773A (en) * 1997-07-02 1999-08-10 Olympus Optical Co., Ltd. Image-forming optical apparatus having a decentered optical surface

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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