(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーバンドルを有する光学系の対物レンズのピント検査を行なう装置であって、
対物レンズと相対していない光ファイバーバンドルの観察系側端面から逆投影光を照射する光源と、
上記ファイバーバンドルの対物レンズ側端面から射出され、上記対物レンズを透過した逆投影光を分割する光路分割手段と、
上記光路分割手段により分割された逆投影光をそれぞれ受光する、上記ファイバーバンドルの端面から異なる光学距離に配置された複数の逆投影光受光手段と、
を備えたことを特徴とする逆投影ピント検査装置。
【請求項２】
光ファイバーバンドルを有する光学系の対物レンズのピント調整を行なう装置であって、
対物レンズと相対していない光ファイバーバンドルの観察系側端面から逆投影光を照射する光源と、
上記ファイバーバンドルの対物レンズ側端面から射出され、上記対物レンズを透過した逆投影光を分割する光路分割手段と、
上記光路分割手段により分割された逆投影光をそれぞれ受光する、上記ファイバーバンドルの端面から異なる光学距離に配置された複数の逆投影光受光手段と、
上記複数の逆投影光受光手段が受光した像に基づいて上記対物レンズのピント調整を行なうピント調整手段と、
を備えたことを特徴とする逆投影ピント調整装置。
【請求項３】
請求項１または２において、上記逆投影光受光手段は、各々で異なる倍率の投影光学系を含むことを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の上記逆投影光受光手段は、受光した逆投影像を電気的な画像データに変換する光電変換手段を含むことを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光電変換手段は、二次元画像データを取り込むこと、を特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項６】
請求項４に記載の光電変換手段は、二次元センサーであること、を特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項７】
請求項５に記載に装置はさらに、上記二次元画像データの中から、任意の方向、任意の幅の画像データをサンプリングするサンプリング手段を有することを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項８】
請求項６または７において、上記二次元画像データを平均化して一次元データ化する解析手段を含むことを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項９】
請求項４から８のいずれか一項において、上記画像データに基づくコントラストデータをピント情報として利用することを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項において、上記ファイバーバンドルの物体側端面において等デフォーカスとなることが望まれる２つの物距離に配置された逆投影像受光手段を含むことを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一項において、上記ファイバーバンドルの物体側端面において異なるデフォーカスとなることが望まれる複数の物距離に配置された逆投影像受光手段を含むことを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか一項において、上記ファイバーバンドルの物体側端面において最良像面が望まれる物距離に配置された逆投影像受光手段を含むことを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項１３】
請求項１０から１２のいずれか一項において、上記各逆投影受光手段が受光し変換した画像データに基づいてピント評価を行なう評価手段を備えたことを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項１４】
請求項１０において、上記評価手段による両逆投影像受光手段に基づく評価が等しくなるように上記ピント調整手段によりピント調整を行なうことを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項１５】
請求項１０において、上記両逆投影受光手段におけるデフォーカスが等しくなるようにピント調整手段によりピント調整を行なうことを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項１６】
請求項１０から１２のいずれか一項において、上記評価手段による評価が、近距離側の評価よりも遠距離側の評価の方が良くなるようにピント調整手段によりピント調整を行なうことを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項１７】
請求項１０から１２のいずれか一項において、上記評価手段による評価が、遠距離側の評価よりも近距離側の評価の方が良くなるようにピント調整手段によりピント調整を行なうことを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【請求項１８】
請求項１２において、上記最良像面が得られる物距離に配置された逆投影像受光手段に基づく評価が最良になるように上記ピント調整手段によりピント調整を行なうことを特徴とする逆投影ピント検査装置および調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ファイバースコープ等の光学系のピント調整を、像側から物体側に逆投影して結像させた像に基づいて行なう逆投影ピント検査装置および調整装置に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
内視鏡などに利用されるファイバースコープは、通常、対物レンズでファイバーバンドルの物体側端面に結像した像を、ファイバーバンドルの反対側端面で、接眼レンズ光学系、またはモニター系を介して観察するが、この対物レンズはファイバーバンドルに対して固定される。したがって、製造過程において、対物レンズのピント調整が不可欠である。
このピント調節方法として、ファイバーバンドルに観察系側から光を入射し、対物レンズにより物体側に結像されたファイバーバンドルの端面構造の像に基づいてピント調整する逆投影法が特開平4-149509号公報に開示されている。
【０００３】
しかし、この従来例では、１個の光電変換素子を１か所に置いているだけなので、その位置におけるピント調整は可能であるが、その前後の物体に対するピントバランス調整、深度バランスの調整は行なえない。
【０００４】
図８および図９には、ファイバーバンドルの端面の走査位置とその光強度との関係を示してある。通常、ファイバーバンドル１０３は、多数のオプティカルファイバー１０１の六方細密充填構造であるから、図８（Ａ）、図９（Ａ）に示すように非等方光学系である。しかも、通常、センサの幅はファイバ１本の幅（直径）よりも非常に小さい。その比は、例えば、図８、９において、オプティカルファイバー１０１に対して数分の１以下である。したがって、一列のセンサで走査すると、走査位置がずれたり、あるいはファイバーバンドル１０３の端面の光軸周りの回転角が変わると、サンプリングした光強度、あるいは強度分布が変化してしまう（図８（Ｂ）、図９（Ｂ）参照）。そのため、測定誤差が大きく、正確なピント調整が困難である、という問題があった。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記従来のピント調整手段の問題に鑑みてなされたもので、誤差が少なく、また、深度バランスの調整が簡単にできる逆投影ピント検査装置および調整装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
この目的を達成する本発明は、光ファイバーバンドルを有する光学系の対物レンズのピント検査を行なう装置であって、対物レンズと相対していない光ファイバーバンドルの観察系側端面から逆投影光を照射する光源と、上記ファイバーバンドルの対物レンズ側端面から射出され、上記対物レンズを透過した逆投影光を分割する光路分割手段と、上記光路分割手段により分割された逆投影光をそれぞれ受光する、上記ファイバーバンドルの端面から異なる光学距離に配置された複数の逆投影光受光手段と、を備えたことに特徴を有する。
請求項２に記載の本発明は、光ファイバーバンドルを有する光学系の対物レンズのピント調整を行なう装置であって、対物レンズと相対していない光ファイバーバンドルの観察系側端面から逆投影光を照射する光源と、上記ファイバーバンドルの対物レンズ側端面から射出され、上記対物レンズを透過した逆投影光を分割する光路分割手段と、上記光路分割手段により分割された逆投影光をそれぞれ受光する、上記ファイバーバンドルの端面から異なる光学距離に配置された複数の逆投影光受光手段と、上記複数の逆投影光受光手段が受光した像に基づいて上記対物レンズのピント調整を行なうピント調整手段と、を備えたことに特徴を有する逆投影ピント調整装置である。
【０００７】
【実施例】
以下図示実施例に基づいて本発明を説明する。図１は、本発明を適用した、ファイバースコープ用の逆投影ピント調整装置の一実施例を示すブロック図である。このファイバースコープ１０は、光ファイバーバンドル１１およびその物側端部（物体空間側の端部）１２に装着される対物レンズ１５を備えている。対物レンズ１５は、物側端部１２に嵌装された対物レンズ固定筒１７内に固定されている。なお、ファイバースコープ１０の通常の使用状態では、対物レンズ１５を介して光ファイバーバンドル１１の物側端部１２の物側端面１２ａに結像され、光ファイバーバンドル１１の観測系側端面１３ａに伝送された物体像は、図示しない接眼レンズ系を通して観察され、あるいはＣＣＤ撮像装置等により撮像してモニタＴＶに映し出される。
【０００８】
光ファイバーバンドル１１は、観測系側端部１３が投影装置２０に固定され、物側端部１２が、焦点調整装置を構成する移動ステージ３３の固定具３４に固定され、さらに対物レンズ１５（対物レンズ固定筒１７）が固定台３５に固定される。
【０００９】
移動ステージ３３および固定台３５は共通のベンチ３１上に装着されている。移動ステージ３３は、固定台３５に対して直線的に、図示しないマイクロアジャスト機構により精密移動可能に構成されている。対物レンズ１５および物側端部１２は、その光軸Ｏが移動ステージ３３の移動方向と平行になるように、移動ステージ３３の固定具３４および固定台３５にそれぞれ固定される。
【００１０】
観測系側端部１３の観測系側端面１３ａには、集光レンズ２３を介して光源２１の光が入射される。本実施例では、ほぼ均一な光束を観測系側端面１３ａに入射している。観測系側端面１３ａに入射された光束は、光ファイバーバンドル１１により伝達されて、物側端面１２ａから射出（逆投影）される。ここで、光ファイバーバンドル１１は、コア部とクラッド部を有する光ファイバーの六方細密充填構造であるという性質上、物側端部１２ａは、二次元的な規則性のある二次光源になる。
【００１１】
対物レンズ１５の物界側には、光軸Ｏ上に順に、第１のハーフミラー４１、第２のハーフミラー４２および第３の撮像装置（逆投影像受光手段）５３が配置されている。第１のハーフミラー４１の反射方向には第１の撮像装置（逆投影像受光手段）５１が配置され、第２のハーフミラー４２の反射方向には第２の撮像装置（逆投影像受光手段）５２が配置されている。これらのハーフミラー４１、４２および撮像装置５１、５２、５３は、図示しないが、ベンチ３１と共通の固定構造に固定されている。
ここで、第１の撮像装置５１は、このファイバースコープ１０により観察する最至近観察距離（近点）に相当する光学距離に配置され、第３の撮像装置５３は、同最遠観察距離（遠点）に配置され、第２の撮像装置５２は、このファイバースコープ１０の予定合焦物距離に配置されている。
【００１２】
各撮像装置５１〜５３の受光面には、逆投影された物側端面１２ａの像が対物レンズ１５により結像される。撮像装置５１〜５３は、多数の光電変換素子を有する一次元あるいは二次元センサ、例えばＣＣＤイメージセンサで構成される。ＣＣＤイメージセンサの場合には周知の通り、一水平ライン単位での水平走査（Ｘ方向）および垂直方向（Ｙ方向）の垂直走査がなされる。なお、一次元センサの場合には、主走査および副走査可能な構成に形成する。
撮像装置５１〜５３は、受光した像を光電変換し、電気的な画像信号として画像入出力装置６１に出力する。
【００１３】
画像入出力装置６１は、撮像装置５１〜５３から入力した画像信号を所定の規格のディジタル画像データに変換してパーソナルコンピュータ、ワークステーションなどのコンピュータ６３に出力し、またビデオ信号に変換して端面像をＴＶモニタ６７に表示する。このＴＶモニタ６７は、各撮像装置５１〜５３が受光した像を切り替えながら再生する構成でもよく、あるいは画面を分割して同時に表示する構成でもよい。さらに、モニタを３個設けて、各撮像装置５１〜５３が受光した像をそれぞれに同時に表示する構成でもよい。
【００１４】
一方、コンピュータ６３は、画像入出力装置６１から入力した画像データに基づいて、光軸Ｏ付近のコントラスト分布を横軸方向（撮像装置５１〜５３の横方向）に演算し、演算結果をグラフとしてＣＲＴ６５に表示する。本実施例では、コンピュータ６３は、光軸付近の水平方向画像データを垂直方向に複数ライン分サンプリングし、平均化処理を施して水平方向の光強度分布曲線を算出し、ＣＲＴ６５に表示する。観測系側端面１２ａにおけるサンプリング部分を図３の（Ａ）、図４の（Ａ）に示し、その演算結果を図３の（Ｂ）、図４の（Ｂ）に示した。
【００１５】
ここで、図３は、物側端面１２ａの像が撮像装置５１〜５３のいずれかに鮮明に結像された場合、つまりデフォーカス量がほぼ０の合焦状態を表わし、図４は、同物側端面１２ａの像が撮像装置５１〜５３のいずれかに不鮮明に結像された場合、つまりデフォーカス量が大きい非合焦状態を表わしている。これらの図から明らかなように、合焦状態のときには平均強度に対する光強度のピークと底との差（振幅）、つまりコントラストが大きく、非合焦状態のときには平均強度に対する光強度のピークと底との差（振幅）、つまりコントラストが小さいことが分かる。
【００１６】
図５ないし図７には、移動ステージ３３を駆動して物側端面１２ａと対物レンズ１５との間隔を変化させたときのコントラストの変化状態を示したグラフである。各グラフにおいて、縦軸はコントラストを、横軸は対物レンズ１５と物側端面１２ａとの距離（以下「レンズ距離Ｚ」という）を示している。各グラフにおいて、ピーク位置が合焦レンズ距離（位置）であり、コントラストが低くなる程デフォーカスが大きくなることを示している。
【００１７】
図５は、第２の撮像装置５２により得たコントラスト曲線５２ｃを示してある。このグラフから、レンズ距離ＺがＺ0 のときに、第２の撮像装置５２に対して合焦することが分かる。図６には、第１、第２の撮像装置５１、５３により得たコントラスト曲線５１ｃ、５３ｃを、図７には、第１、第２、第３の撮像装置５１、５２、５３により得たコントラスト曲線５１ｃ、５２ｃ、５３ｃを示している。
【００１８】
図６より、コントラスト曲線５１ｃ、５３ｃが交わるレンズ距離Ｚ0 にピント調整、つまり移動ステージ３３を移動して対物レンズ１５と物側端面１２ａの距離を調整すれば、近点と遠点との間では、このレンズ距離Ｚ0 で合焦する合焦物体の前後で合焦物体からの距離に応じてほぼ均等なボケ具合となる。つまり、遠点および近点においてほぼ均等なボケ具合となる。
【００１９】
また、図６、図７のグラフに基づいて、遠点側あるいは近点側を重視したピント調整も簡単にできる。しかも、例えば、予定遠点が第３の撮像装置５３よりも遠くにある場合は、レンズ距離Ｚ0 よりも近いレンズ距離Ｚ1 をベスト位置とすることにより、第３の撮像装置５３を移動することなくピント調整ができる。
本実施例のピント調整は移動ステージ３３を移動して行なうが、その移動は操作者自身が手動操作で行っても、あるいはコンピュータ制御によって行う構成としてもよい。また、本実施例をピント検査装置として使用するときには、ピント調整機構は使用しないので、これはなくてもよい。
【００２０】
図２には、第２、第３の撮像装置５２、５３の前方（対物レンズ１５側）に、像倍率を小さくする変倍レンズ７２、７３を配置した実施例を示してある。
内視鏡等のファイバースコープの場合、対物レンズ１５の画角は通常超広角なので、物側端面１２ａの像を対物レンズ１５から逆投影すると、遠方では像が非常に大きく投影されてしまい、第１の撮像装置５１と同サイズの第２、第３の撮像装置５２、５３では周期構造を捕えられない場合を生じる。また、デフォーカス状態をモニタに映し出した像により肉眼で観察する場合には、各位置における像の大きさが等しい方が観察が容易である。
【００２１】
そこで、第２、第３の撮像装置５２、５３の前に倍率の異なる変倍レンズ７２、７３を配置して、第１、第２、第３の撮像装置５１、５２、５３にほぼ等倍の物側端面１２ａの像が形成されるようにした。また、遠点、近点が非常に近い場合には撮像装置５１〜５３を配置するスペースが無くなるので、光路延長光学系を設けて配置スペースを確保する。
【００２２】
図示実施例では、撮像装置を３か所に設けたが、本発明は２か所でも、４か所以上に設けてもよい。撮像装置の相対位置は固定したものでもよいが、移動可能に構成すれば、より広範囲な条件でのピント調整が容易になる。また、撮像装置を回転可能にするか、あるいは撮像装置が出力する画像データのサンプリング方向、サンプリング幅を変更可能にすることにより、被検光学系の周期、非周期構造にかかわらず同一条件でのピント調整が可能になる。光路分割手段はハーフミラーに限定されず、ビームスプリッタなどの光学素子を利用できる。光源２１の光を観測系側端面１３ａに集光させているが、コントラストが得られるパターン像を投影してもよい。要するに、コントラスト法により焦点検出を行なう場合には、コントラストのある像が得られる光源であればよいのである。また、焦点検出も、コントラスト法に限定されることはない。
【００２３】
【発明の効果】
以上の通り請求項１に記載の本発明は、ファイバースコープの物側の光路を二以上に分割して分割光路の異なる光学距離に複数の受光手段を配置し、ファイバースコープの観察系側から光を入射して上記各受光手段に逆投影するので、その上記各受光手段が受光した逆投影像に基づいてピントの検査が容易にできる。
さらに請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の各受光手段が受光した逆投影像に基づいてピントを調整する調整装置を備えているので、受光手段を移動することなく異なる物体距離に対してのピント調整や、被写界深度を考慮したピント調整が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したファイバースコープのピント検査装置および調整装置の一実施例を示すブロック図である。
【図２】同実施例の受光部の変形例を示すブロック図である。
【図３】同実施例の光ファイバーバンドルの物側端面の像およびサンプリング（走査）態様と光強度分布の関係を示す図である。
【図４】同実施例の光ファイバーバンドルの物側端面の像およびサンプリング（走査）態様と光強度分布の関係を示す図である。
【図５】対物レンズ、光ファイバーバンドルの物側端面間の距離とコントラストとの関係を示すグラフ図である。
【図６】対物レンズ、光ファイバーバンドルの物側端面間の距離とコントラストとの関係を示すグラフ図である。
【図７】対物レンズ、光ファイバーバンドルの物側端面間の距離とコントラストとの関係を示すグラフ図である。
【図８】従来の光ファイバーバンドルの物側端面の像、走査態様と光強度分布の関係を示す図である。
【図９】従来の光ファイバーバンドルの物側端面の像、走査態様と光強度分布の関係を示す図である。
【符号の説明】
１０  ファイバースコープ
１１  光ファイバーバンドル
１２ａ  物側端面
１３ａ  観測系側端面
１５  対物レンズ
３１  ベンチ
３３  移動ステージ
３５  固定台
５１  第１の撮像装置
５２  第２の撮像装置
５３  第３の撮像装置
６１  画像入出力装置
６３  コンピュータ
６５  ディスプレイ
７２  変倍レンズ
７３  変倍レンズ
【図１】
0003670686.tif 000002
【図２】
0003670686.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003670686.tif 000005
【図５】
0003670686.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003670686.tif 000008
【図８】
0003670686.tif 000009
【図９】
0003670686.tif 000010