JPS6280605A - イメ−ジガイド画像伝送方法 - 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】 力技術分野 この発明は、イメージガイド画像伝送方法に関する。

画像情報をそのまま伝送するイメージ伝送用光ファイバ
（イメージガイド）が近年実用化されている。

イメージガイドは、第３図に端面図を示すように、約１
０μｍ直径の極細径光ファイバを多数本マトリクス状に
整列させた可撓性に富む光ファイバ束である。両端に於
ける画素配列は一致している。

このため入射端つまり撮像面の画素と、出射端つ画素が
対応し、入射端に結像した物体の像がそのまま出射端に
現われる。

第３図に於て、光ファイバのそれぞれは、円形断面をも
っている。この直径をＤとする。最も高い密度で配列し
ているので、光ファイバの中心は正三角形の頂点に当る
位置にある。二次元的な光ファイバの面と面の距離は六
−Ｄ／２である。

円形断面の光ファイバであるから、切断面の全体を覆う
ことはできず、僅かであるが隙間がある。

この隙間が全体に占める比のことを空隙率と呼ぶ。

これは９．３％である。

第４図はイメージファイバ伝送系の原理図を示している
。

撮（像部Ｘには、観察・物体１がある。観察部体１の像
をレンズ２によって、イメージガイド３の入射面９に結
像する。

像は、入射面９に拡がる実像である。像は光ファイバコ
アの大きさの画素に分解されてイメージガイド３の中を
受像部Ｙの方へ伝送される。

受像部Ｙのイメージガイド３の５＠面を出射面１０と呼
ぶ。ここには、入射面９の像と同一の像が現われる。両
端面の光ファイバの位置が対応するようにしてあるから
である。

この像を、接眼レンズ４を用いて、観察主体５が観察す
る。観察主体５というのは人間の肉眼、３５朋カメラ、
工業カメラ（ＩＴＶカメラ）などである。

イメージガイド３は細く長く、曲げることができ、狭隘
な部位、複稚な場所の、微少な物体を観察するのに最適
である。

個々の光ファイバは直径１０μｍの細いファイバである
。隣接ファイバ間で光が漏れたりしないという事が望ま
れるので、ファイバはコアとクラッドの二層構造にする
事もある。コア内を伝搬する光線はクラッドとの境界面
で全反射するからクラッドより外へ出ることはできない
。このため、光フアイバ間で干渉は起らない。

もちろんクラッドのない光ファイバをまとめて、イメー
ジガイドとすることもある。本発明に於ては、個々の光
ファイバのことを光ファイバコア６と呼ぶ。これはコア
とクラッドよりなる素ファイバの全体をあられしている
。

イ）従来技術とその間原点 画像伝送なのであるから、伝送された画像が明るく、鮮
明であることが望ましい。

像を明るくするには、撮像部Ｘに於て、強い照明光を用
いる事、コアを太くする事などが有効である。

像が鮮明であるため（では、分解能が高くなければなら
ない。

光ファイバコアは、光を伝える最小の単位である。光フ
ァイバコアの断面ニは、単一の光が伝えられるだけであ
る。つまり、ひとつの光ファイバコアの而て於て、色は
一様であり強度も一様である。光ファイバコアより小さ
い画像の変化を伝える事ができない。

ツマリ、分解能は、光ファイバコアのコア径（或は密度
）によって決まってしまう。光ファイバコア径がＤであ
るから、分解能はこの逆数に比例する。

分解能を高めるには、光ファイバコアを細くスる池はな
いようにみえる。

コア径を細くすると良いのであるが、あまシ細くすると
、機械的に弱くなり、破断しゃすくなる。

このためイメージガイドの製造がより困遣になる。

このため、ファイバコア径はあまり細くする事ができな
い。現在、コア径は１０μｍのものを用いているが、こ
れ以上細いものを作るのは、困雁である。

（り）　　目　　　　的 尤ファイバコア径を細くすることなしに、イメージガイ
ド伝送系の分解Ｅｋ高める事のできるイメージガイド画
像伝送方法を与える事が本発明の目的である。

に）構　成 観察物体１は、静止又は静止に近い物体である事が多い
。イメージガイドは、医療機械、産業機械の一部として
用いられるが、対象物は人間の臓器や組織、あるいは管
内の状況などである。流体を観察する事もあるが、この
流体も遅い流れである。

結局、イメージガイド画像伝送に於て、観察物体は殆ど
静止画像を作るものと考えてよい。

一方、観察主体の方も、肉眼である場合は、速い微少変
化については感応しない。ＩＴＶカメラはやはり、応答
速度に限界がある。

このように、受像部のセンサ系の応答速度も遅いので、
ある画素について、交代する２つの値が与えられるとし
ても、この平均値がセンサ系によって検出されるだけで
ある。

本発明は、客体となる観察物体、およびこれを観察する
客体の運動が十分遅いという事に着眼し、撮像部と受像
部に於て、同時に、同じ振幅だけ、位相も合致させて、
画像を光ファイバコアの半径分程度振動させることによ
り、実効的な画像の分解能を上げようとするものである
。

第１図は本発明に於て、撮像部Ｘに於ける入射画像のｌ
ｌ１ｌＥＩＪを示している。ここでは、対物レンズ２を
軸と直角な方向に振動させることにより、入射面９に生
ずる入射画像を変化させている。

変位の振幅は、光ファイバコアの直径のＶ２（Ｄ／２）
の程度でよい。

この例では、レンズを動かしているが、レンズを固定し
て、イメージガイドの方を振動させるようにしてもよい
。

図示していないが、受像部Ｙに於ても、同時に、全く同
じ振幅、位相の振動を行わせる。これも、接眼レンズ４
を振動させるが、イメージガイド３の出射端を振動させ
るかする。

撮像部Ｘに於ける画像の相対的な変位をＸ、　＝　Ａ、
　５ｉｎ（ｎｔ＋φ）（１）Ｘ２＝　Ａ２５ｉｎ（ｎ　
ｔ＋φ）（２）によって表わす。１，２は、入射面にお
いて取った直交座標系である。　　　・ Ａ、　、Ａ２はｌ、２方向の画像の相対変位の振幅であ
る。Ωは角振幼牧φは位相である。

受像部Ｙに於ける、出射面に対する画像の相対的な変位
を Ｙ１＝　Ｂ１５ｉｎ（ωｔ＋ψ）　　　　　　　（３）
Ｙ２＝Ｂ２ｓｌｎ（ωｔ＋ψ）（４） によって表わす。ただし、１．２は出射面において取っ
た直交座標系で、１．２の軸は入射面の直交座標系の１
，２の軸と平行であるとする。

入射面と出射面では、面に立てた法線が逆になるから、
この法線を第３の軸とする三次元座標系を考えれば、入
射、出射面での座標系は、右手系と左手系になる。いず
れもが右手系になるということも、いずれもが左手系に
なる、ということはない。

もし、入射面の三次元座標系が左手系であれば、出射面
の三次元座標系は右手系になる。

しかし、法線方向に運動をするわけではないので、座標
系の対称性の違いはあまり問題てならない。

さて、本発明に於て与える画像のイメージガイド端面に
対する振動は、振幅、振＃Ｊ数、位相ともに同じである
から、 Ａ、＝Ｂ１（５） Ａ２　＝　Ｂ２　　　　　　　（６） Ω　＝ω　　　　　　（７） φ　＝ψ　　　　　　（８） である、という事である。

さらに振幅Ａは、Ｄ／２の程度である。

Ａ＝ｖ’戸＋　Ａ、２　　　　　　　　　　（９）Ａ；
Ｄ／２　　　　　　　　　　　　ＱｏｏＱの条件は絶対
的なものではない。

ＡはＶ２程度あれば十分だということであり、（５）〜
（８）の条件が満足されていれば、ＡがＤの程度、或は
Ｄの数倍の程度であってもよい。

レンズまたはファイバ端面を振動させる機構は、たとえ
ばバイモルフ圧電素子やソレノイドを用いる。

特に、バイモルフ圧電素子は、印加電圧に応じた微少変
形が可能であるので、本発明の方法に適している。

光ファイバは、石英系ガラスファイバでも、赤外光伝送
用ファイバでもよい。

（４）作　用 第２図によって、作用を説明する。

物体の入射面に於ける像が、Ｄ／２の間隔を置いた平行
な直線■、■、■、皿、■であったとする。これを第２
図（ａ）に示す。直線Ｉ、Ｉ［Ｉ、■の間隔はコア径り
に等しい。Ｉ、ＩＩの間隔はＶ２である。

第２図（ｂ）に光ファイバコア群を対応させて示す。

直線Ｉ、　ｎＩ、Ｖは光ファイバコアの中心にある。（
ｄ）は出射端面における光ファイバコアとここに現われ
る像を示す。（ｄ）に於て、直線■、■、■が光ファイ
バコアの中心に現われる。

直線■、皿は入射端面に於て、コアの境界面て当たるか
ら、出射端面（ｄ）に於てもコアの境界面に当たる。こ
れらの像は出射端面には現われない。

従来のイメージガイド画像伝送系では受像面の画像は（
ｆ）に示すように直線Ｉ、ＩＩＩ、■だけしか現われな
い。

本発明に異では、入射端面が、第２図（ｂ）と（Ｃ）で
示される２状態の間を振動する。光ファイバコアが（Ｃ
）にあってはＤ／２だけ（ｂ）からずれている。入射端
面の光ファイバコアが（Ｃ）の位置にある時、出射端面
の光ファイバコアは（ｅ）の状態ＶＣある。（ｃ）、（
ｅ）は、（ｂ）、（ｄ）からＤ／２だけずれている。従
って（Ｃ）、（ｅ）の状態では、直線ＩＩ、Ｉが光ファ
イバコアの中心に位置する。

本発明にあっては、受像面の画像は、（ｄｌと（ｅ）の
重ね合わせになる。（ｄ）からＩ、ＩＩ［、Ｖが明らか
になり、（ｅ）から■、皿が明らかになる。結局受像面
には、直線■、■、■、皿、■が全て明確に現われる事
になる。

第２図の説明に於ては、光ファイバコアの列は、距離り
だけ相互に離れている。従って典型的な変位はＶ２にな
る。

しかし、実際には、第３図のような最密詰め構造となる
ことの方が多い。この場合、これまでの説明のＤという
のは、ｖ’ＴＤ／　２のことである。

閃）効　果 イメージガイド画像伝送装置に於て、分解能が向上する
。

以上の説明では、分解能がＤであったものが、Ｄ／２に
なシ、２倍になったという事のようにみえるがそうでは
ない。

イメージガイド面に対する画像のずれが、瞬間的に起こ
り、ｘ＝０とＸ　＝＝　Ｄ／２の２値しかないとすれば
、分解能は２倍に向上するだけである。しかし、実際に
は、画像のずれは正弦波で起こるから、ずれＸは連続的
に変化する。このためＯとＶ２の間の変化も、これによ
って反映することができる。

従って分解能はＶ２以下まで向上する事になる。

ただし、このようになるためには、振動の同時性条件（
５）〜（８）が厳密に成立しなければならない。

もうひとつの効果は、空隙部（９，３％であった）が実
効的になくなるということである。従来のようにイメー
ジガイドが固定されている場合、円と円の境界は光のっ
たわらない空隙部てなる。観察像にも、これは影になっ
て現われる。僅か９．３％の面積しかないが、影である
ので、この部分が見えない。

ところが本発明では、イメージガイドと画像とを相対的
に動かすから、このような影が消失してしまう。画像全
体が均一な明るさになり、より一様性の高い画像が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイメージガイド画像伝送系の撮像部に
於けるレンズの変位分説明する正面図。 第２図は本発明の撮像部、受像部て於ける端面のファイ
バコアと画像のずれを説明するための図。 （ａ）は線画よりなる観察物体、（ｂ）は入射端面の変
位がＯの時の画像、（Ｃ）は入射端面の変位がＤ／２の
時の画像、（ｄ）は出射端面の変位が０の時の画像、（
ｅ）は変位がＤ／２の画像、（ｆ）は従来例の受像面、
（ｇ）は本発明の受像面。 第３図はイメージガイドの断面図。 第４図はイメージガイド画像伝送装置の構成図。 １・・・・・・・・・・・・観察物体 ２・・・・・・・・・・・・対物レンズ３・・・・・・
・・・・イメージガイド４・・・・・・・・・・接眼レ
ンズ ５・・・・・・・・・・・観察主体 ６・・・・・・・・・・・光ファイバコア９・・・・・
・・・・・・入　射　面 １０・・・・・・・・・・・・出　射　面発明者　山口
正義 第　　　２ （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）入射端面
　　　゛ １■■皿ｖ　　　　　　　　ｒｍｖ ｕｌｌ （ｄ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（ｆ）出射端面　　　　　　　　　　　　　　　　受
　像　面１　■　ｖ Ｉ　■　■ １皿

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数の光ファイバコアを束ね入射端と出射端のコアの位
   置を同一にしてあるイメージガイドと、イメージガイド
   の入射面に観察物体の像を結像させる対物レンズと、イ
   メージガイドの出射面の像を観察主体に結像させる接眼
   レンズとより構成されるイメージガイド画像伝送系に於
   て、イメージガイドの入射面に結像される像、および出
   射面から観察主体に投影される像を、同一の振幅、同一
   の方向、同一の周波数、及び同一の位相を持つて、光フ
   ァイバコアの直径の程度の振幅で振動させることを特徴
   とするイメージガイド画像伝送方法。