JPS58168009A - イメ−ジフアイバ伝送路における結像方式 - 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】 この発明は、伝送された画像を縮小または拡大して合成
が像を結像する事のできるようにしたイメージファイバ
伝送路における結像方式に係る。 イメージファイバは、多数の光ファイバ素線を平行に束
ね、この外周を被覆してなる。 個々の光ファイバ素線の中を伝わる光線は、素線の外周
面で全反射されるので、外部へ洩れ出ることなく、伝送
される。従って、光フアイバ素線の間で干渉がない。撮
像（入射）側の光線束は、多少の減衰を伴いつつも、そ
のまま受像（透過）側に伝わる。 つまり、被写体の像を、二次元的関係を失うことなく、
イメージファイバによって、伝送する事ができる。 多くの場合、イメージファイバの両端に結像のための素
レンズを設ける。この素レンズは、焦点距離、素レンズ
とイメージファイバ端面との距離などを変える事により
、任意の寸法の被写体を伝送できるし、任意の寸法の像
を得るようにできる作用がある。 伝送すべき画像が単純なものであれば、１本のイメージ
ファイバを用いるだけで十分である。 しかし、伝送されるべき画像が複雑で、高い解像力が要
求される場合もある。イメージファイバの素線の数を増
やすと高解像力が得られるはずであるが、素線の数を増
やすと、イメージファイバの可撓性が損われる、という
難点がある。光フアイバ素線の数は、１本のイメージフ
ァイバについて、１５０００本程度に押させられる事が
多い。 比較的大きい複雑な被写体の画像を、正確に伝送するに
は、複数本のイメージファイバを束ねて使用すれば良い
はずである。 本発明者は、既に、複数本のイメージファイバを束にし
て、複合的なイメージファイバ伝送路を構成する事に成
功している、これは、各イメージファイバの両端にそれ
ぞれ素レンズを設け、イメージファイバの端面に、被写
体の分割領域を結像させ、また透過側の端面の像を、拡
大し、同一平面上に分割像を集めて、合成画像を復元す
るようにした。このようにすると、イメージファイバの
被覆など、光を透過させない部分の影が、合成画像の中
に現われない、という長所がある。 しかし、複数本のイメージファイバを束ねて使用すると
、撮像側（入射側）と受像側（透過側）に於ける、各イ
メージファイバ間の距離が同一であるので、被写体と合
成画像の寸法は同一になってしまう。両者は合同である
。寸法比を変える事ができない。しかし、画像を縮少或
は拡大できなとする。本発明のイメージファイバ伝送路
は、受像側の素レンズの後方に像コントロールレンズを
配置し、縮少或は拡大された合成画像を得ることとした
結像方式にかかる。 以下、実施例を示す図面によって、本発明の構成、作用
及び効果を詳細に説明する。 第１図は本発明の実施例にかかるイメージファイバ伝送
路における結像方式の長手方向断面図を示す。第２図は
第１図中の■−■断面図である。 イメージファイバ１は、複数本束にされて用いられ、撮
像側Ａから受像側Ｂへと連続して設けられる。 各々のイメージファイバ１の両端には、光軸を合わせた
位置に、素レンズ２、素レンズ３が配置される。撮像側
Ａには被写体４が存在する。ここで被写体とは広義に使
われる。現実の物体の時もあるし、スクリーンに映し出
された画像でも良い。 イメージプレート上に現われた像でも差支えない。 イメージファイバ１の撮像側Ａに設けられた入射側素レ
ンズ２は、被写体４の一部分をイメージファイバ１の端
面に結像する。このように、被写体４は、適当に分割さ
れて、部分ごとにイメージファイバの中を伝送される。 透過側素レンズ３は、各イメージファイバの中を伝送さ
れた分割像を拡大し、その後方に実像の分割像を結ぶ。 各イメージファイバの分割像は光軸に垂直なある一つの
平面上に結像する。従って、この平面上に合成画像５’
が表われる。 このような構成は、既に述べたように、本発明者がかつ
て発明した結像方法である。本発明に於ては、さらに、
透過側素レンズ３の後方に１枚の像コントロールレンズ
６を設け、前期画像５’とは異なる寸法の（実像）合成
画像５を結像させるようにした。 この例では凸レンズを像コントロールレンズ６に使って
いるので、元の（破線であらゎす）合成画像５′よりも
小さい新たな合成画像５が、生ずる。 これとは逆に、凹レンズを像コントロールレンズ６とし
て使う事もできる。そうすれば元画像５′より大きい新
画像５を結像させる事ができる。 像コントロールレンズを多数準備しておき、適当なもの
を選べば、任意の大きさの合成画像を得る事ができる。 元画像５′は被写体４と同一寸法であるが、像コントロ
ールレンズを通って結像した新画像５の寸法は、被写体
と同一でない。 像コントロールレンズは、光軸と垂直な方向には、１枚
のレンズでなければならない。複数個の素レンズの全て
を、単一の像コントロールレンズによって光軸方向に包
含するものであることが必要である しかし、光軸方向には２枚以上のレンズを組合わせた複
合レンズであっても差支えない。 要するに像コントロールレンズは、単一の光軸を持たね
ばならない、ということである。 もちろん、レンズを用いれば、像を拡大、縮少すること
ができる、というのは周知の事である。 しかしながら、それは、光軸が共通の場合に用いられる
慣用技術である。同一の光軸上に、凸、凹レンズ等を適
当に配置した場合、必ず、実像又は虚像を統一的に構成
できる。 しかしながら、本発明の対象となるイメージフアイバ伝
送路８は、一本の共通の光軸があるというのではない。 被写体は、まず分割され、分割領域からの光線が、ひと
つのイメージファイバの中に入り、伝送される。従って
、イメージファイバの数だけ光軸Ｑが存在する。 各イメージファイバの光軸をＱｌ、　Ｑ２　、・・・　
。 ＱＳ　　とし、像コントロールレンズの光軸Ｑｏ　とす
る。全ての光軸は、受像側（透過側）Ｂに於て平行であ
る。しかし、同一直線上にない。 このような場合、個々の分割像を伝送するイメージファ
イバに対し、従来のような共通光軸を前提にした光学が
成立つかどうか疑問であった。 第１図の元の画像５’位置に、（コントロールレンズが
無いとき）合成画像を結像できる、という条件だけが与
えられているが、光軸Ｑ１．　　・・・・は分離してし
まっている。 もちろん、元画像５’の位置に、スクリーン、又はイメ
ージプレートを置いて、ここに実際の像を形成させ、ス
クリーン等のさらに後方へ、レンズを置いた場合、拡大
、縮少が可能である、というのは明白である。 しかしながら、元画像５’より前に１枚のレンズを置い
て、このレンズにより、統一縮尺、拡大画像を得る事が
できるか否かは、甚だ疑問であった。 従来、複数本のイメージファイバを束にして使用する、
という技術がなかったし、本発明者がこの技術を発明し
てから、未だ数年を経ていないので、かかる疑問につい
て考察する必要はなかった。 本発明者はそこで、第１図に示すように、素レンズ３の
後方に、１枚の凸レンズを保持し、合成画像が再統一さ
れるかどうか実験して見た。すると、統一画像が実像と
して出現することが分った。 凹レンズの場合にもやはり、統一画像ができることが分
った。 平行多光軸系の光線が、レンズのない時、実像５′を作
るとき、１枚のレンズを使って、やはり統一実像５を再
構成する事ができる。その理由を本発明者は考察した。 像コントロールレンズ６の光軸Ｑｏ（主光線軸と呼ぶ）
から離れた位置に光軸Ｑｉを有する素レンズから出た光
線は、像コントロールレンズ６によって、縮少、拡大等
の変化をうけるだけでなく、全体に、主光軸ＱＯの方へ
（凸レンズの場合）屈折させられる。これは主光軸Ｑｏ
から離隔した平行光である（ほぼ平行ということ）が、
レンズ中心を通ることができない光線である。 第３図は、像コントロールレンズによって主光軸から離
れた光線束がどのように屈折するがを考察するための路
線図である。 原点０に中心が一致するよう像コントロールレンズ６を
置き、Ｘ軸を主軸Ｑｏに合致させる。任意の透過側素レ
ンズ３を出た光線束は、像コントロールレンズのない時
点Ｐ（ａ　、ｂ）に集束するとする。つまり点Ｐは元画
像５′の中の一点を表わす。 元画像点と仮に呼ぶ。 第４図は、頂角αの三角プリズム（屈折率をｎとする）
によって、光線がどれだけ屈折するかを示す図である。 入射光と透過光とが線対称の時、最も屈折角が小さく、
屈折角δは δ−（ｎ　−１）　Ｑ　　　　　　　　　　（１）で与
えられる。 第５図は曲率半径にの凸レンズの、中心０からｙだけず
れた位置において、表裏面から接線を引く、この交角α
を求めるための線図である。曲率中心Ｃと、ｙにおける
接点Ｋを結ぶ直線ＫＣと、接線ＭＫは直角である。∠Ｌ
ＭＫの２等分角α／２は、当然∠ＫＣＯに等しい。レン
ズ面と主軸ＯＣの交点をＴとすると、円弧ＫＴがほぼｙ
に等しい。 したがって で与えられる。 さて、素レンズ３を出た、はぼＸ軸に平行な光線が点Ｐ
（ａ、ｂ）に集束していたところへ、像コントロールレ
ンズ６を後で挿入したとするわけである。 レンズは、主軸ｘ（Ｑｏ）にほぼ平行な光に対しては、
プリズムの集まりと考えられる。したがって、ｙ軸上で
、点ｙを通っていた光線は、ここで、（１），（２）式
より だけ屈折する事になる。 第３図に於て、元画像点Ｐ（ａ、ｂ）を通る光線束は、
ｍを任意のパラメータとして ｙ　−ｂ　＝　ｍ　（ｘ　−ａ　）　　　　　　　　（
４）と表現できる。これは、レンズ６のない時素レンズ
３（ｙ座標はｂである）をでて、元画像点Ｐを通る全て
の光線束を示し、ｍは光線のかたむきである。 （４）の光線は、ｙ軸上を、（ｂ−ｍａ）に於て通過す
る。 ここでｙ軸上に、新しく像コントロールレンズ６を置く
と、これの作用で、かたむきｍは、（３）式のδを使い
（ｍ−δ）にかわる。　 すると、新しく屈折した光線束の式は、Ｙ−（ｂ−ｍａ
）　−（ｍ−主体ニ”Ｙ）Ｘ　　（５）、包括的に与え
られる。ここでｙ＝（ｂ−ｍａ）である。 ｍは任意のパラメータであるから、ｍによって（５）式
を分けると、 となる。これは常に成立つのであるから、でなければな
らない。 レンズの焦点距離ｆは で与えられる。（７），（８）は簡単に解くことができ
、となる。つまり、レンズのないとき元画像点Ｐに集束
していた素レンズ３からの平行光は、（１０），（１１
）式で決まる新画像点Ｓに集束する。両式から、新画像
点Ｓは、直線ＯＰ上にあることが明らかである。 しかも、原点からの距離の比 となって、Ｐ点のｙ座標すに全く依存しない。これは重
大な事実である。（６）式は、元画像点Ｐ（ａ。 ｂ）が同一のＸ座標ａを持つものである限り、寸法比は
、Ｐ点のｙ座標によって全く影響を受けず一定である、
という事を意味する。 すなわち、主光軸ＱＯから離れた光軸Ｑｉを有する素レ
ンズ３からの光線束は、元画像点Ｐと原点Ｏを結ぶ線分
上の一定の内分（又は外分点）にある。 また、Ｘ座標に関しては、００式力）、らとなる。これ
は近軸光線に関する、通常のレンズの結像方程式にすぎ
ない。但し、３は虚光源であるから符号が負になってい
る。 すると、元画像点Ｐが、元画像５’の上に連続的に存在
するのであるから、Ｐ点を同一比で縮少、拡大した新画
像点Ｓの構成する軌跡は元画像５’とまったく相似であ
る。すなわち、Ｓ点の集合として連続的な新画像５を得
るわけである。 以上のようにして、多光軸系に分割して伝送された画像
であっても、ある平面（元画像５′を含む面）に統一画
像を合成できる、という条件があれば、単一のレンズに
より、分割光線を屈折させ、縮少、拡大された統一画像
を新しく構成できる、ということが分った。しかも結像
点の位置や寸法比は、単一光軸系のものと全く同一であ
る。 本発明によれば、イメージファイバの間隔が固定されて
おり、合成画像の拡大縮少の難しかった、イメージファ
イバ複合伝送路に於て、単一の像コントロールレンズを
附加するだけで、自在に合成画像を拡大、縮少できる。 １例を述べる。 素レンズ２，３の焦点距離が４鰭、イメージファイバは
２本使用され、両者の間隔が９ｍとする。 イメージファイバのファイバ素線の存在する部分（透過
領域）の直径を１．５ｓａｍとする。高さ１８ｍの像を
、テレビカメラの光電面（９，５ｗｍ　Ｘ　１２．７ｍ
　）に写し出すには、像コントロールレンズの焦点距離
ｆを２０咽とすれば、受像側Ｂに於て、すれば良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るイメージ７アイバ伝送路
における結像方式の長手方向断面図。 第２図は第１図中の１−１断面図。 第３図は主光軸から離れたほぼ平行な光線束が像コント
ロールレンズによって屈折する状態を示す線図。 第４図は屈折率ｎ１頂角αのプリズムによって光線がδ
だけ屈折する状態を示す線図。 第５図は曲率半径にの両凸レンズに於て、光軸からｙだ
け離れた位置のレンズ面に立てた２接線の交角αを求め
るための線図。 １　・・・・・イメージファイバ ２・・・・・入射側素レンズ ３・・・・・・透過側素レンズ ４・・・・・・被　写　体 ５・・・・・・合成画像（新） ５′・・・・・合成画像（元） Ｐ・・・・像コントロールレンズのない時、（元）合成
画像の一部の点として含まれ、主 光軸Ｑ０と離れた光軸Ｑ５上の素レンズを通って結像し
た一点 Ｓ　・・・・・光合成画像中の一点Ｐが、像コントロー
ルレンズを介装することによって異 なる位置で結像する点 Ａ・・・・・・撮像側 Ｂ・・・・・・受像側

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数本のイメージファイバよりなるイメージファイバ伝
   送路と、各イメージファイバの両端近傍で各イメージフ
   ァイバの端面に同一被写体の一部を結像できる位置に設
   けられた素レンズと、イメージファイバ伝送路の受像側
   に設けた像コントロールレンズとより成る事を特徴とす
   るイメージファイバ伝送路における結像方式。