(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の焦点距離を示す光学系を提供する。【解決手段】ビデオプローブアセンブリ内の光学系は、別個の線形偏光光線を異なる屈折率で屈折させて、複数の異なる焦点距離を形成するよう構成される複数のレンズを含む。光学系は、制御信号に応じて線形偏光光線の偏光状態を変調する少なくとも１つの光変調要素であって、線形偏光光線が通過する、少なくとも１つの光変調要素を含む。光学系は、変調した線形偏光光線のうちのいくつかを除去する偏光子要素であって、線形偏光光線が通過する、偏光子要素を含む。【選択図】図３
2015007777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオプローブアセンブリ内の光学系であって、
別個の線形偏光光線を異なる屈折率で屈折させて、複数の異なる焦点距離を形成するよう構成される、複数のレンズと、
制御信号に応じて前記線形偏光光線の偏光状態を変調するよう各々構成され、前記線形偏光光線がそれぞれに通過する、複数の光変調要素と、
前記線形偏光光線のうちのいくつかを除去するよう構成され、前記線形偏光光線が通過する、偏光子要素とを含む、光学系。
【請求項２】
前記レンズは各々複屈折要素を含む、請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記複数の光変調要素は、第１の光変調要素と、第２の光変調要素とを含む、請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記複数のレンズは、第１のレンズと、第２のレンズとを含む、請求項３に記載の光学系。
【請求項５】
前記第１の光変調要素が、前記第１のレンズと前記第２のレンズの間に配置される、請求項４に記載の光学系。
【請求項６】
前記第２の光変調要素が、前記第２のレンズと前記偏光子要素の間に配置される、請求項５に記載の光学系。
【請求項７】
前記複数のレンズを通過する前記線形偏光光線は、少なくとも４つの異なる焦点距離を作り出すよう構成される、請求項１に記載の光学系。
【請求項８】
前記偏光子要素は回転可能である、請求項１に記載の光学系。
【請求項９】
前記偏光子要素の回転は、前記線形偏光光線のうちの少なくともいくつかを除去するよう構成される、請求項８に記載の光学系。
【請求項１０】
前記線形偏光光線は、常光線と異常光線を含む、請求項１に記載の光学系。
【請求項１１】
ビデオプローブアセンブリ内の光学系であって、
別個の線形偏光光線を異なる屈折率で屈折させて、複数の異なる焦点距離を形成するよう構成される、複数のレンズと、
制御信号に応じて前記線形偏光光線の偏光状態を変調するよう構成され、前記線形偏光光線が通過する、少なくとも１つの光変調要素と、
前記線形偏光光線のうちのいくつかを除去するよう構成され、前記線形偏光光線が通過する、回転可能な偏光子要素とを含む、光学系。
【請求項１２】
前記レンズは各々複屈折要素を含む、請求項１１に記載の光学系。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの光変調要素は、第１の光変調要素と、第２の光変調要素とを含む、請求項１２に記載の光学系。
【請求項１４】
前記複数のレンズは、第１のレンズと、第２のレンズとを含む、請求項１３に記載の光学系。
【請求項１５】
前記第１の光変調要素が、前記第１のレンズと前記第２のレンズの間に配置される、請求項１４に記載の光学系。
【請求項１６】
前記第２の光変調要素が、前記第２のレンズと前記偏光子要素の間に配置される、請求項１５に記載の光学系。
【請求項１７】
前記複数のレンズを通過する前記線形偏光光線は、少なくとも４つの異なる焦点距離を作り出すよう構成される、請求項１６に記載の光学系。
【請求項１８】
前記偏光子要素の回転は、前記線形偏光光線のうちの少なくともいくつかを除去するよう構成される、請求項１１に記載の光学系。
【請求項１９】
ビデオプローブアセンブリの光学系を用いた、対象物検査方法であって、
別個の線形偏光光線を異なる屈折率で屈折させて、複数の異なる焦点距離を形成するための複数のレンズを設けるステップと、
少なくとも１つの光変調要素を通過するよう、前記線形偏光光線を配向するステップと、
前記線形偏光光線の焦点を撮像装置上に合わせるステップとを含む、方法。
【請求項２０】
前記線形偏光光線の１つを第１の屈折率で屈折させるステップと、
前記線形偏光光線の別の１つを第２の屈折率で屈折させるステップと、
前記線形偏光光線の偏光状態を変調するステップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、光学プローブアセンブリに関し、特に複数の焦点距離を示す光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオプローブアセンブリには、ボアスコープ、ビデオスコープ、ファイバスコープ、内視鏡などが含まれる。ビデオプローブアセンブリは、欠陥、摩耗および引裂、内包物、変形、亀裂、開口などの対象物について、近接することができないおよび／または近接するのが困難な環境を検査することを可能とする非破壊評価ツールの一種である。対象物が環境内で照らされると、対象物の画像を、ビデオプローブアセンブリ内に収納された光学系によって形成することができる。
【発明の概要】
【０００３】
従来の例において、既存のプローブの光学系は、焦点距離を比較的わずかに変化させることしかできなかった。対象物（たとえば、欠陥、摩耗および引裂、内包物、変形、亀裂、開口など）は焦点外にあることが多いので、この比較的わずかな焦点距離の変化では、ビデオプローブアセンブリが広範な視野範囲を検査することは困難である。さらに、環境内の大きさの制約により、焦点を向上させるためプローブアセンブリを移動させることには限りがある。したがって、焦点およびズーム機能を向上させるために焦点距離をより広範に変化させる光学系を提供することが有益となる。
【０００４】
以下に、発明のいくつかの例示的な態様を基本的に理解できるように、本発明の簡単な概要を示す。本概要は、発明の広範な概説ではない。さらに、本概要は、発明の重要な要素を特定することも、発明の範囲を詳細に説明することも目的としていない。本概要の目的はただ、下に示すより詳細な説明の端緒として、簡略化した形式で発明のいくつかの概念を示すことである。
【０００５】
１つの態様によれば、ビデオプローブアセンブリ内の光学系は、別個の線形偏光光線を異なる屈折率で屈折させて、複数の異なる焦点距離を形成するよう構成される、複数のレンズを含む。光学系は、制御信号に応じて線形偏光光線の偏光状態を変調するよう各々構成され、線形偏光光線がそれぞれに通過する、複数の光変調要素を含む。偏光子要素は、偏光子要素を通過する線形偏光光線のうちのいくつかを除去する。
【０００６】
別の態様によれば、ビデオプローブアセンブリ内の光学系は、別個の線形偏光光線を異なる屈折率で屈折させて、複数の異なる焦点距離を形成するよう構成される、複数のレンズを含む。光学系は、制御信号に応じて線形偏光光線の偏光状態を変調するよう構成され、線形偏光光線が通過する、少なくとも１つの光変調要素を含む。回転可能な偏光子要素は、少なくとも４つの異なる焦点距離を生成するために、偏光子要素を通過する線形偏光光線のうちのいくつかを除去する。
【０００７】
別の態様によれば、ビデオプローブアセンブリの光学系を用いた、対象物検査方法が提供される。方法は、別個の線形偏光光線を異なる屈折率で屈折させて、複数の異なる焦点距離を形成するための複数のレンズを設けることを含む。方法は、少なくとも１つの光変調要素を通過するよう、線形偏光光線を配向することを含む。方法は、線形偏光光線の焦点を撮像装置上に合わせることを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
添付の図面は、明細書に取り入れられてその一部をなし、本発明の実施形態を図示するものであり、本明細書とともに実施形態を説明するものである。
【図１】本発明の１つの態様にかかる、少なくとも１つの態様を有する例示的なビデオプローブアセンブリの斜視図である。
【図２】本発明の１つの態様にかかる、例示的な光学系を含むビデオプローブアセンブリの概略ブロック図である。
【図３】第１の動作モードにおける、図２のビデオプローブアセンブリの例示的な光学系の概略図である。
【図４】第２の動作モードにおける、ビデオプローブアセンブリの光学系の概略図である。
【図５】第３の動作モードにおける、ビデオプローブアセンブリの光学系の概略図である。
【図６】第４の動作モードにおける、ビデオプローブアセンブリの光学系の概略図である。
【図７】本発明の１つの態様にかかる、ビデオプローブアセンブリの第２の実施形態の光学系の概略図である。
【図８】本発明の１つの態様にかかる、第１の動作モードにおける、ビデオプローブアセンブリの第３の実施形態の光学系の概略図である。
【図９】本発明の１つの態様にかかる、第２の動作モードにおける、ビデオプローブアセンブリの第３の実施形態の光学系の概略図である。
【図１０】本発明の１つの態様にかかる、第３の動作モードにおける、ビデオプローブアセンブリの第３の実施形態の光学系の概略図である。
【図１１】本発明の１つの態様にかかる、第４の動作モードにおける、ビデオプローブアセンブリの第３の実施形態の光学系の概略図である。
【図１２】本発明の１つの態様にかかる、第１の動作モードにおける、ビデオプローブアセンブリの第４の実施形態の光学系の概略図である。
【図１３】本発明の１つの態様にかかる、第２の動作モードにおける、ビデオプローブアセンブリの第４の実施形態の光学系の概略図である。
【図１４】光学系のうちの１つを用いた、対象物検査方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の１つ以上の態様を組み込んだ例示的な実施形態を説明し、図面に示す。このように示された例は、本発明を制限するためのものではない。たとえば、本発明の１つ以上の態様を別の実施形態や別の種類の装置において利用することができる。さらに、いくつかの用語は便宜上本明細書で用いてだけであり、本発明を限定するものとみなされるものではない。またさらに、図面において、同一の要素を示すために同一の参照番号を用いる。
【００１０】
図１は、本発明の１つの態様にかかる、ビデオプローブアセンブリ２０の一例としての実施形態を示している。図１はビデオプローブアセンブリ２０の可能な構造／構成の一例を示しているにすぎず、本発明の範囲内にあるその他の例も包含されることを理解されたい。一般的に、ビデオプローブアセンブリ２０は、物理的／視覚的近接性に関してある程度の制限が加えられる領域で使用するものでよい。一例として、ビデオプローブアセンブリ２０は、以下で説明するように、カメラまたはその他の類似する画像あるいは映像取り込み／記録デバイスを含む。このようなカメラまたはその他の類似する画像あるいは映像取り込み／記録デバイスは、その領域の画像取り込み動作を行うために、ある領域（たとえば構造、デバイスなどの限定近接領域）内に挿入することができる。
【００１１】
ビデオプローブアセンブリ２０は、ハンドセットアセンブリ２２を含む。図１のハンドセットアセンブリ２２は、ハンドセットアセンブリ２２の多くの可能な構造／構成の１つのみ示していることを理解されたい。実際、本例におけるハンドセットアセンブリ２２は単一の表示構造を含むものであるが、他の例では、ハンドセットアセンブリ２２は複数の構造／ハウジングを含むものでよい。１つの例では、ハンドセットアセンブリ２２は、容易に手で操作できるようなある程度の経済的設計をしている場合がある。
【００１２】
ハンドセットアセンブリ２２は、ハンドル部２４を含む。ハンドル部２４は、人の手で簡単につかむことができるような大きさと形状になっている。図示の例では、ハンドル部２４は、細長で、角が丸形／アーチ形で、実質的に線形に延出している。ハンドル部２４は図示の形状に限られず、他の例では、任意の様々な形状をとることができる。
【００１３】
ハンドセットアセンブリ２２はさらに、キーパッド２６を含む。キーパッド２６は、ユーザがハンドセットアセンブリ２２への情報を制御および／または入力できるような１つ以上の制御／機能ボタンを含む。ハンドセットアセンブリ２２はさらに、ディスプレイ２８を含むことができる。他の位置も想定されるものの、示している例の中では、ディスプレイ２８は、キーパッド２６とハンドル部２４の上方に隣接して位置する。ディスプレイ２８は、スクリーン、モニタ、あるいはその他類似した画像表示装置を含むことができる。ディスプレイ２８は、ディスプレイ２８上に画像を提供するための関連ビデオコントローラ、ドライバ等を含むことができる。  ビデオプローブアセンブリ２０はさらに、ハンドセットアセンブリ２２に動作可能に接続されるプローブデバイス３０を含む。プローブデバイス３０は、細長な可撓性構造で、プローブデバイス３０の一部を移動および／または関節接続することができる（図１では仮想線の位置で示される）。他の例では、プローブデバイス３０は、より長いまたはより短い、断面の大きさがより太いまたは細いなどのものであってもよい。プローブデバイス３０は、実質的に中空の中央部を有する細長の管を含むことができる。プローブデバイス３０の中空の中央部は、ワイヤ、ケーブル、関節ケーブル、光ファイバ束、および／またはプローブデバイス３０を通過してハンドセットアセンブリ２２まで延出するようなその他の機械的、電気的または光学的構造を受け入れるだけの大きさにすることができる。一般に、プローブデバイス３０は、近接性に関してある程度の制限がある領域に挿入できるよう細長い。仮想線で示すように、プローブデバイス３０を、屈曲、回転などによって移動させることができる。
【００１４】
プローブデバイス３０は、カメラまたはその他類似した画像または映像取り込み／記録デバイスを収納することができる。プローブヘッド３２は、ハンドセットアセンブリ２２の反対側にあたる、プローブデバイス３０の遠位端に配置される。プローブヘッド３２は、プローブデバイス３０を関節接続／移動させることによって動かすことができる。要するに、プローブヘッド３２は、カメラを使って所望の領域内の映像または画像をキャプチャ／記録することができる。プローブデバイス３０内を延出するワイヤまたはその他の類似した構造を介して、画像／映像をプローブヘッド３２から遠隔地、たとえばハンドセットアセンブリ２２まで送信することができる。したがって、今度は、その領域の画像／映像をハンドセットアセンブリ２２のディスプレイ２８に表示することができ、ハンドセットアセンブリ２２内で／ハンドセットアセンブリ２２によって記憶／キャプチャ／記録してもよい。
【００１５】
次に図２を参照すると、ビデオプローブアセンブリ２０は、例証として非常に概略的／一般的な図で示されている。通常は目に見えないような構造／構成要素を示し易くするため、ビデオプローブアセンブリ２０を一般的／概略的に示していることを理解されたい。実際、図２に示す構造／部品は、目に見えないように、ハンドセットアセンブリ２２および／またはプローブデバイス３０内に位置付けてもよい。また、図２では目に見えない構造／部品のいくつかを示しているだけであるが、ビデオプローブアセンブリ２０は、図２に示していない部品（たとえば、ワイヤ、電子部品、コネクタなど）をさらに含むことを理解されたい。
【００１６】
ハンドセットアセンブリ２２はコントローラ３４を含むことができる。コントローラ３４は、情報（たとえば、データ、制御命令、画像など）をビデオプローブアセンブリ２０内の他の部品に送信／受信することができる。コントローラ３４は、ビデオプローブアセンブリに関連付けられた任意の数の構造を含むことができる。たとえば、コントローラ３４は、マイクロコントローラ、ＣＰＵ、プロセッサ、印刷回路基板、論理ユニット、制御ユニット、メモリなどを含むことができる。一例として、コントローラ３４は、画像キャプチャ、画像処理、図形重ねあわせ／統合、歪み補正、フレーム平均化、スケーリング、デジタルズーム、重ねあわせ、統合、フリッピング、動き検出、および／または映像形式変換／圧縮を含む、ただしこれに限定されない、機能を実行することができる。別の例として、コントローラ３４は情報を記憶および／または読み出すことができる。
【００１７】
コントローラ３４は、キーパッド２６とディスプレイ２８に動作可能に接続することができる。こうして、コントローラ３４は、ディスプレイ２８上で画像化するために情報（すなわち、視覚に入った環境の光学情報／画像）をディスプレイ２８に送信することができる。同様に、コントローラ３４は、キーパッド２６から情報（すなわち、動き情報）を受信することができる。１つの例において、キーパッド２６はプローブデバイス３０および／またはプローブヘッド３２の動きを制御することができる。
【００１８】
ビデオプローブアセンブリ２０はさらに、光源３６を含むことができる。光源３６は、コントローラ３４に動作可能に接続される。図示の例では、光源３６はハンドセットアセンブリ２２内に収納されるように示されているが、他の例では、たとえば、プローブヘッド３２の一部としてプローブデバイス３０内に配置するか、ハンドセットアセンブリ２２とプローブデバイス３０の両方に配置することも可能である。光源３６は対象物上に案内する／焦点を合わせることができる光を生成することができる。１つの例では、光源３６からの光を、光ファイバ束、ただしその他の光伝達構造であってもよい、によってプローブデバイス３０を通って伝達することができる。１つの例では、光源３６は白光を生成することができ、任意の数の光源デバイス、水銀またはメタルハライドアークランプ、ハロゲンランプ、レーザ／蛍光系、ＬＥＤベースの光源などを含んでもよい。
【００１９】
ビデオプローブアセンブリ２０は、本発明の１つの態様にかかる光学系４０を含む。光学系４０は、プローブデバイス３０内に配置することができる。図示の例では、光学系４０は、プローブデバイス３０のプローブヘッド３２側端部近くに配置される。しかし、別の例では、光学系４０をプローブデバイス３０の端部にさらに近づけるか遠ざけるように配置される場合がある。図２で光学系４０は、例証のために多少一般的／概略的に示されている。実際、光学系は図示した寸法に限定されない。また、プローブデバイス３０と光学系４０は一般的には、図２の右側に指向／配向する。しかし、上で示唆した通り指向／配向は変更可能であることを理解されたい。光学系４０を、１つ以上のワイヤ、光ファイバ束などによってコントローラ３４に動作可能に接続することができる。動作可能に接続するのは、光学系４０を指向／配向のために移動させる、情報伝達する、後で述べるように制御するなどのためである。
【００２０】
次に図３を参照すると、本発明の少なくとも１つの態様にかかる光学系４０の１つの実施形態が示されている。図３において、光学系４０は一般的に、図２では左側、対象物４１に指向／配向している。なお、対象物４１は観察対象物領域を表す。一般的な指向／配向は、指向／配向が変化しうることを示している。図３には示していないが、光源３６が光を与えて対象物４１を照らすことができる。対象物４１（たとえば観察対象物領域）は、任意の数の構造を含むので、多少一般的／概略的に示していることを理解されたい。たとえば、対象物４１は、空隙、亀裂、内包物、変形部、開口などを含むことができる。対象物４１が照らされると、対象物の画像を光学系４０が形成することができる。その後、この画像はプローブデバイス３０を通ってハンドセットアセンブリ２２に伝達されればよく、これによって、画像をディスプレイ２８に表示することができ、および／またはメモリに記録、キャプチャ、記憶してもよい。
【００２１】
例示の光学系４０に注目すると、光学系４０は、撮像装置４２を含むことができる。撮像装置４２は、複数の行列状に形成される１つ以上のピクセルを含むものでよい。撮像装置４２は、撮像装置４２のピクセルに入射する光を表す電圧（たとえばアナログ電圧）の形態の画像信号を生成することができる。１つの例では、これらの画像信号を撮像装置４２からハンドセットアセンブリ２２に送信して、ディスプレイ２８に表示することができる。
【００２２】
光学系４０は、２つ以上のレンズを含むことができる。図示の例では、光学系４０は、第１のレンズ４６と第２のレンズ４８（たとえば複数のレンズ）を含む。しかし別の例では、光学系４０は第１のレンズ４６と第２のレンズ４８に限定されず、図示より多くのレンズを含むことも可能である。第１のレンズ４６と第２のレンズ４８は、大きさ、形状、構造および材質がほぼ同一であるが、別の例では、第１のレンズ４６と第２のレンズ４８は、大きさ、形状、材質などが異なる場合もありうる。また、第１のレンズ４６と第２のレンズ４８はそれぞれ単一のレンズ部品として概略的に示されているが、各レンズを、３つ以上の屈折面を有する複数レンズ部品構成とし、および／または屈折面が様々な表面輪郭、間隔などを持つようにすることも可能である。本明細書において、「レンズ」は、こうした変形を含むものとして解釈されるものとする。
【００２３】
第１のレンズ４６と第２のレンズ４８は、複屈折要素を含むことができる。たとえば、第１のレンズ４６と第２のレンズ４８は、様々な偏光状態の光を、対応する様々な屈折率で屈折させることが可能な複屈折レンズを含むことができる。１つの例では、光（たとえば非偏光など）を対象物４１から反射させてもよい。１つの例では、第１のレンズ４６および／または第２のレンズ４８に入射する光を、複屈折要素によって別個の線形偏光光線に分解することができる。別個の線形偏光光線としては、たとえば、異常光線（ｅビーム光線）と常光線（ｏビーム光線）光を含むことができる。異常光線（ｅビーム光線）光は、第１のレンズ４６および／または第２のレンズ４８によって、第１の屈折率で屈折させることができる。常光線（ｏビーム光線）光は、第１のレンズ４６および／または第２のレンズ４８によって、第１の屈折率と同じか異なるような第２の屈折率で屈折させることができる。
【００２４】
第１のレンズ４６と第２のレンズ４８は任意の数の材料を含むことができる。たとえば、第１のレンズ４６および／または第２のレンズは、光を屈折させるためにオルトバナジウム酸イットリウム（ＹＶＯ4）を含むことができる。ＹＶＯ4は、光軸に対して様々な入射角度と偏光状態をとる入射光に対して様々な屈折率を示すことが可能な種類の複屈折材料である。別の例では、第１のレンズ４６および／または第２のレンズ４８は、α？ＢＢＯ結晶（ＢａＢ2Ｏ4）、方解石、ニオブ酸リチウム、石英またはこれらの材料の組み合わせなどのその他の材料を含むものであってよい。別の例では、第１のレンズ４６および／または第２のレンズ４８は、様々な偏光状態の光に対して様々な光路長を作成するための１つ以上の偏光スプリッティングプリズム要素など、様々な偏光状態の光を対応する様々な屈折率で分解することができるその他の材料を含むことができる。
【００２５】
光学系４０は、２つ以上の光変調要素を含むことができる。図示の例では、光学系４０は、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２（たとえば、複数の光変調要素）を含む。しかし別の例では、光学系４０は、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２を含むことに限定されず、図示より多くの光変調要素を含むことも可能である。図示の例では、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２は、大きさ、形状、構造、材料がほぼ同一であるが、別の例では、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２は異なるものであってよい。
【００２６】
光変調要素（たとえば、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２）は、制御信号に応じて線形偏光光線の偏光状態を変調および／または変化させることができる。１つの例では、制御信号は、第１の光変調要素５０および／または第２の光変調要素５２に印加される電圧を含むことができる。特に、線形偏光光線が第１の光変調要素５０または第２の光変調要素５２のいずれかを通過するよう配向されると、光変調要素５０と５２を異なる電圧で駆動することで、線形偏光光線の偏光状態を変調／変化させることができる。たとえば、第１の光変調要素５０または第２の光変調要素５２への入射光線は、垂直線形偏光状態であってよい。光変調要素５０と５２のいずれか一方または両方が０ボルトの電圧で駆動されると、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２のいずれかから発生する光線が垂直線形偏光状態のままである場合がある。光変調要素５０と５２のいずれか一方または両方が閾値電圧よりも高電圧、１つの例では５ボルトなどで駆動されると、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２のいずれかから発生する光線が水平線形偏光状態に変調／変化する場合もある。
【００２７】
別の例では、線形偏光光線の偏光状態を、光変調要素５０、５２をそれぞれの電圧で駆動することなく変調させることができる。このような例では、光変調要素５０、５２のいずれか一方または両方が０ボルトの電圧で駆動されると、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２のいずれかから発生する光線を水平線形偏光状態に変化させることができる。光変調要素５０と５２のいずれか一方または両方が閾値電圧よりも高電圧、１つの例では５ボルトなどで駆動されるとき、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２のいずれかから発生する光線が垂直線形偏光状態のままである場合がある。
【００２８】
第１の光変調要素５０および第２の光変調要素５２は、任意の数の材料を含んでいてもよい。１つの例では、第１の光変調要素５０および第２の光変調要素５２は、液晶を含む。別の例では、第１の光変調要素５０および第２の光変調要素５２は、液晶に限定されず、入射光の偏光状態を変調させることができるファラデー回転子、光電子結晶、波長板などを含むことができる。同様に、第１の光変調要素５０および第２の光変調要素５２は、同様／同一の材料を含むことができ、あるいは別の例では、異なる材料を含むことができる。
【００２９】
光学系４０は、１つ以上の偏光子要素５６を含むことができる。図示の例では、光学系４０は、１つの偏光子要素５６を含む。別の例では、単一の偏光子要素に限定されず、複数の偏光子要素を含むことができる。
【００３０】
偏光子要素５６は、１つの固定した偏光状態、たとえば水平または垂直線形偏光状態などの線形偏光光線を除去することができる。たとえば、図示の例では、偏光子要素５６は垂直線形偏光光線（たとえばこの例ではｅビーム光線）を除去することができる。こうして、ｅビーム光線が偏光子要素５６によって除去される一方、ｏビーム光線は偏光子要素５６を通過することができる。別の例では、偏光子要素５６は水平線形偏光光線（たとえばこの例ではｏビーム光線）を除去することができる。このような例では、ｏビーム光線が偏光子要素５６によって除去される一方、ｅビーム光線は偏光子要素５６を通過することができる。
【００３１】
偏光子要素５６は、光反射メカニズムに基づき線形偏光光線を除去してもよい。偏光子要素５６は、たとえば、ポリマー偏光フィルム、格子偏光子、グランテーラー偏光子、グラントンプソン偏光子、または単一積層偏光子などを含むことができる。別の例では、偏光子要素５６は、光屈折メカニズムに基づき線形偏光光線を除去してもよい。このような例では、偏光子要素５６は、たとえばロション偏光子またはウォラストン偏光子などを含めばよい。さらに別の例では、偏光子要素５６は、光吸収メカニズムに基づき線形偏光光線を除去してもよい。このような例では、偏光子要素５６は、ポリマー偏光フィルムを含めばよい。
【００３２】
図３に図示された例では、光学系４０は、第１のレンズ４６が対象物４１に最も近く、第１の光変調要素５０、第２のレンズ４８、第２の光変調要素５２、偏光子要素５６、撮像装置５２が続くよう配置されている。しかし、別の例では、光学系４０はこの配置に限定されない。要素（第１と第２のレンズ、第１と第２の光変調要素、偏光子要素など）を別の順番で配置することも可能である。さらに、各要素の離間距離は、図示の例に限定されない。図３の光学系４０は原寸に比例しないので、図示の例より近いまたは離れている場合もある。よって、図示の距離は一般的なものにすぎず、基準としてみなすものではないことを理解されたい。またさらに、図示されていないアパーチャ、ストッパー要素、追加の偏光子要素などを含む要素を設けてもよい。
【００３３】
図３を参照すると、第１のレンズ４６または第２のレンズ４８から発生するｏビーム光線６４は、水平線形偏光光線を含む可能性がある。この水平線形偏光光線は、斜め二重矢印線で示されている。第１のレンズ４６または第２のレンズ４８から発生するｅビーム光線６６は、垂直線形偏光光線を含む可能性がある。この垂直線形偏光光線は、直立二重矢印線で示されている。図示の例では、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２を５ボルトなどの電圧で駆動すると、光変調要素５０、５２は、光変調要素５０、５２を通過する線形偏光光線の偏光状態を変調／変化させることができる。こうして、光変調要素５０、５２のいずれか一方または両方がオンになる（たとえば、電圧駆動される）と、光変調要素５０、５２を通過する光が、ｏビーム光線６４からｅビーム光線６６、またはｅビーム光線６６からｏビーム光線６４に変化することになる。
【００３４】
第１のレンズ４６と第２のレンズ４８は各々、２つの別個の焦点距離ｆoとｆｅを有することができる。特に、第１のレンズ４６は２つの焦点距離、すなわち、第１のレンズ４６を通過するｏビーム光線６４についてはｆ１o、第１のレンズ４６を通過するｅビーム光線６６についてはｆ１eを有する。同様に、第２のレンズ４８は２つの焦点距離、すなわち、第２のレンズ４８を通過するｏビーム光線６４についてはｆ２o、第２のレンズ４８を通過するｅビーム光線６６についてはｆ２eを有する。こうして、第１のレンズ４６を通過する光（たとえば、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６）が２つの焦点面画像を形成することができる一方で、第２のレンズ４８を通過する光も同様に２つの焦点面画像を形成することができる。
【００３５】
１つの例で、光学系４０は、２つの別個の焦点距離（たとえば、第１のレンズ４６の場合はｆ１、第２のレンズ４８の場合はｆ２）を持つ２つのレンズ（たとえば第１のレンズ４６と第２のレンズ４８）を含めばよい。２つのレンズは距離「ｄ」だけ離間していればよい。こうして、光学系４０の全焦点距離を「ｆ」とすることができる。数式（１）は、光学系の全焦点距離を表すものである。
【００３６】
【数１】
2015007777.tif 000003
【００３７】
次に、図３に示した光学系４０の動作を説明する。この例では、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２を各々、オンにすることができ（図３では「ＯＮ」と示す）、ある電圧で駆動できる。ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ１oとｆ１eの第１のレンズ４６を通過することができる。次に、第１の光変調要素５０、この例ではオン、を通過するｏビーム光線６４とｅビーム光線６６を変調／変化させることができる。特に、第１の光変調要素５０を通過後、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６の偏光状態が変化し、ｏビーム光線６４はｅビーム光線６６に、ｅビーム光線６６はｏビーム光線６４に変化することになる。
【００３８】
次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ２oとｆ２eの第２のレンズ４８を通過することができる。その後、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は第２の光変調要素５２、この例ではオン、を通過することができる。第２の光変調要素５２を通過後に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は変調／変化され、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６の偏光状態が変化することになる。こうして、第２の光変調要素５２を通過したｏビーム光線６４はｅビーム光線６６に変化する一方、第２の光変調要素５２を通過したｅビーム光線６６はｏビーム光線６４に変化することになる。
【００３９】
第２の光変調要素５２から出ると、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は、偏光子要素５６に到達することができる。この例では、偏光子要素５６は、垂直線形偏光光線（たとえばｅビーム光線６６）を除去することになる。こうして、ｏビーム光線６４が偏光子要素５６を通過できる一方、ｅビーム光線６６は除去されて偏光子要素５６を通過できない。この例では、偏光子要素５６を通過して偏光子要素５６から出るｏビーム光線６４が、撮像装置４２上に焦点を合わせることができる。この例では、ｏビーム光線６４は数式（２）に示した焦点距離を有する。
【００４０】
【数２】
2015007777.tif 000004
【００４１】
次に図４を参照すると、距離は可変なので、示されている距離、特に対象物４１までの距離は、一般的なものにすぎず、基準としてみなすものではなく、図３の比較対象物とみなすべきでもないことを理解されたい。図４において、光学系４０は第２の動作モードにあることが示されている。この例では、第１の光変調要素５０をオンにすることができ（図４では「ＯＮ」と示す）、ある電圧で駆動することができる。一方、第２の光変調要素５２をオフにすることができる（図４では「ＯＦＦ」と示す）。ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ１oとｆ１eの第１のレンズ４６を通過することができる。次に、第１の光変調要素５０、この例ではオン、を通過するｏビーム光線６４とｅビーム光線６６を変調／変化させることができる。特に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６の偏光状態が変化し、ｏビーム光線６４はｅビーム光線６６に、ｅビーム光線６６はｏビーム光線６４に変化することになる。
【００４２】
次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ２oとｆ２eの第２のレンズ４８を通過することができる。その後、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は第２の光変調要素５２、この例ではオフ、を通過することができる。第２の光変調要素５２を通過後に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は変調／変化されず、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６の偏光状態は、第２の光変調要素５２を出た後と同じままとなる。
【００４３】
第２の光変調要素５２から出ると、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は、偏光子要素５６に到達することができる。この例では、偏光子要素５６は、垂直線形偏光光線（たとえばｅビーム光線６６）を再度除去して、ｏビーム光線６４は偏光子要素５６を通過して偏光子要素５６から出ることになる。したがって、これらのｏビーム光線６４は数式（３）に示した焦点距離を有することになる。
【００４４】
【数３】
2015007777.tif 000005
【００４５】
次に図５を参照すると、距離は可変なので、示されている距離、特に対象物４１までの距離は、一般的なものにすぎず、基準としてみなすものではなく、図３または４の比較対象物とみなすべきでもないことを理解されたい。図５において、光学系４０は第３の動作モードにあることが示されている。この例では、第１の光変調要素５０をオフにすることができる（図５では「ＯＦＦ」と示す）。一方、第２の光変調要素５２をオンにすることができ（図５では「ＯＮ」と示す）、ある電圧で駆動することができる。ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ１oとｆ１eの第１のレンズ４６を通過することができる。次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は、第１の光変調要素５０、この例ではオフ、を通過する。第１の光変調要素５０を通過後、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は変調／変化されず、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６の偏光状態は、第１の光変調要素５０を出た後と同じままとなる。
【００４６】
次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ２oとｆ２eの第２のレンズ４８を通過することができる。その後、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は第２の光変調要素５２、この例ではオン、を通過することができる。こうして、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６の偏光状態は変化し、ｏビーム光線６４はｅビーム光線６６に、ｅビーム光線６６はｏビーム光線６４に変化することになる。
【００４７】
第２の光変調要素５２から出ると、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は、偏光子要素５６に到達することができる。この例では、偏光子要素５６は、垂直線形偏光光線（たとえばｅビーム光線６６）を再度除去して、ｏビーム光線６４は偏光子要素５６を通過して偏光子要素５６から出ることになる。これらのｏビーム光線６４は数式（４）に示した焦点距離を有することになる。
【００４８】
【数４】
2015007777.tif 000006
【００４９】
次に図６を参照すると、距離は可変なので、示されている距離、特に対象物４１までの距離は、一般的なものにすぎず、基準としてみなすものではなく、図３から図５の比較対象物とみなすべきでもないことを理解されたい。図６において、光学系４０は第４の動作モードにあることが示されている。この例では、第１の光変調要素５０および第２の光変調要素５２を各々オフにすることができる（図６では「ＯＦＦ」と示す）。ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ１oとｆ１eの第１のレンズ４６を通過することができる。次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は第１の光変調要素５０、この例ではオフ、を通過することができる。第１の光変調要素５０を通過後に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は変調／変化されず、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６の偏光状態は、第１の光変調要素５０を出た後と同じままとなる。
【００５０】
次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ２oとｆ２eの第２のレンズ４８を通過することができる。その後、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は第２の光変調要素５２、この例ではオフ、を通過することができる。こうして、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は変調／変化されず、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６の偏光状態は、第２の光変調要素５２を出た後と同じままとなる。
【００５１】
第２の光変調要素５２から出ると、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は、偏光子要素５６に到達することができる。この例では、偏光子要素５６は、垂直線形偏光光線（たとえばｅビーム光線６６）を再度除去して、ｏビーム光線６４は偏光子要素５６を通過して偏光子要素５６から出ることになる。これらのｏビーム光線６４は数式（５）に示した焦点距離を有することになる。
【００５２】
【数５】
2015007777.tif 000007
【００５３】
したがって、数式（２）から（５）に示すように、第１の光変調要素５０および第２の光変調要素５２を制御することによって、光学系４０は４つの異なる全焦点距離を与えることができる。また、いくつかの例では、光学系４０はさらに、光学ズーム機能を達成するのに十分大きな焦点距離の変化をもたらすことができる。個々の焦点距離変化が増大したことにより、光学系４０の焦点調節範囲が拡大し、よって対象物４１を見るための視野深度が増大する。
【００５４】
第１のレンズ４６が複屈折材料からなる単一のレンズを含むと仮定すると、第１のレンズ４６は２つの表面曲率、すなわちＣ１とＣ２を含むことができる。曲率半径、Ｒで示す、はＲ＝１／Ｃの式で表すことができる。第１のレンズ４６はまた屈折率ｎを含み、この屈折率ｎは２つの異なる偏光光線（たとえば、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６）について屈折率ｎoとｎeを含む。したがって、第１のレンズ４６の焦点距離（ｆ１）を数式（６）で表すことができる。
【００５５】
【数６】
2015007777.tif 000008
【００５６】
したがって、焦点距離（たとえばｆ１）と距離（たとえばｄ）に応じて、ｄｆはｄｆ１の２倍から１０倍になりうる。たとえば、１つの考え得る例で言えば、ｆ１＝４ｍｍ、Ａ＝２、ｄ＝４ｍｍである。このような例では、ｄｆ＝２．５*ｄｆ１である。こうして、２つのレンズ（たとえば第１のレンズ４６と第２のレンズ４８）を有する光学系４０は、単一のレンズの複屈折原料指数の変化によって生じる焦点距離の変化を２．５倍に拡大することができる。また、２つのレンズ（たとえば第１のレンズ４６と第２のレンズ４８）を有する光学系４０と、２つの光変調要素（たとえば第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２）および偏光子要素５６を用いれば、４つの別個の焦点距離が得られる。よって、対象物４１への距離の範囲を広げることが可能となる／達成できる。
【００５７】
図７を参照すると、第２の実施形態の光学系１４０が示されている。第２の実施形態の光学系１４０は、例証として多少一般的／概略的に示されている（たとえば、示されている距離は一般的なものにすぎない）。図３から図６の光学系４０と同様、第２の実施形態の光学系１４０はビデオプローブアセンブリ２０内で、よって、ハンドセットアセンブリ２２、プローブデバイス３０などに関連づけて使用することができる。
【００５８】
１つの例では、第２の実施形態の光学系１４０は、図３から図６の光学系４０と同様な少なくともいくつかの特徴を含む。たとえば、第２の実施形態の光学系１４０は、撮像装置４２、第１のレンズ４６、第２のレンズ４８、第１の光変調要素５０、第２の光変調要素５２、および偏光子要素５６を含むことができる。これらの特徴は、図３から図７の光学系に関して上記で述べたこととほぼ同一であり、再度詳細に説明する必要はない。
【００５９】
第２の実施形態の光学系１４０は、第３のレンズ１４６を含むことができる。図示の例では、第３のレンズ１４６は、第２のレンズ４８と反対側の、第２の光変調要素５２に隣接して配置することができる。１つの例では、第３のレンズ１４６は、第１のレンズ４６と第２のレンズ４８のいずれかと同様なまたは同一なものとすることができる。特に、第３のレンズ１４６は、様々な偏光状態の光を、対応する様々な屈折率で屈折させる複屈折レンズを含むことができる。１つの例では、第３のレンズ１４６は、光を屈折させるためにオルトバナジウム酸イットリウム（ＹＶＯ4）を含むことができる。別の例では、第３のレンズ１４６は、α？ＢＢＯ結晶（ＢａＢ2Ｏ4）、方解石、ニオブ酸リチウム、石英またはこれらの材料の組み合わせなどの材料を含むものであってよい。第３のレンズ１４６はこれらの材料に限定されるものではないが、様々な偏光状態の光に対して様々な光路長を作成するための１つ以上の偏光スプリッティングプリズム要素など、様々な偏光状態の光を対応する様々な屈折率で分解することができるその他の材料を含むことができる。
【００６０】
第２の実施形態の光学系１４０は、第３の光変調要素１５０を含むことができる。図示の例では、第３の光変調要素１５０は、第２の光変調要素５２と反対側の、第３のレンズ１４６に隣接して配置することができる。１つの例では、第３の光変調要素１５０は、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２のいずれかと同様なまたは同一なものとすることができる。特に、第３の光変調要素１５０は、制御信号に応じて線形偏光光線の偏光状態を変調および／または変化させることができ、「制御信号に応じて」は、ある電圧で駆動されることを含むことができる。たとえば、第３の光変調要素１５０への入射光線は、垂直線形偏光状態であってもよい。第３の光変調要素１５０が０ボルトの電圧で駆動されると、第３の光変調要素１５０から発生する光線が垂直線形偏光状態のままである場合がある。第３の光変調要素１５０が閾値電圧よりも高電圧、１つの例では５ボルトなどで駆動されると、第３の光変調要素１５０から発生する光線が水平線形偏光状態に変調／変化する場合もある。
【００６１】
第２の実施形態の光学系１４０は、第１のレンズ４６、第２のレンズ４８、および第３のレンズ１４６、または第１の光変調要素５０、第２の光変調要素５２、および第３の光変調要素１５０を含むことに限定されない。別の例では、第２の実施形態の光学系１４０は、全部で４つのレンズ、５つのレンズなどを含めることにより、図示より多くのレンズを含む場合もある。同様に、第２の実施形態の光学系１４０は、全部で４つの光変調要素、５つの光変調要素などを含めることにより、図示より多くの光変調要素を含む場合もある。実際、追加の光学要素は、破線（たとえば破線１６０）で図７では多少一般的／概略的に表されている。
【００６２】
第３のレンズ１４６と第３の光変調要素１５０を用いることで、第２の実施形態の光学系１４０は、図３から図６に関して上で説明したものより焦点距離を広範に変化させることができる。実際、１つの例では、第２の実施形態の光学系１４０は、焦点調節とともに光学ズームを達成するのに十分広範に焦点距離を変化させることができる。
【００６３】
図８を参照すると、第３の実施形態の光学系２４０が示されている。第３の実施形態の光学系２４０は、例証として多少一般的／概略的に示されている。図３から図６の光学系４０および図７の光学系１４０と同様、第３の実施形態の光学系２４０は、ハンドセットアセンブリ２２、プローブデバイス３０などを含めてビデオプローブアセンブリ２０に関連づけて使用することができる。
【００６４】
１つの例では、第３の実施形態の光学系２４０は、図３から図６の光学系４０および図７の光学系１４０と同様な少なくともいくつかの特徴を含む。たとえば、第３の実施形態の光学系２４０は、撮像装置４２、第１のレンズ４６、第２のレンズ４８、および第１の光変調要素５０を含むことができる。これらの特徴は、図３から図７の光学系４０に関して上記で述べたこととほぼ同一であり、再度詳細に説明する必要はない。
【００６５】
第３の実施形態の光学系２４０は、偏光子要素５６を含むことができる。この例では、偏光子要素５６を回転させて、１つの固定した偏光状態、たとえば水平または垂直線形偏光状態などの線形偏光光線を除去することができる。たとえば、図示の例では、偏光子要素５６は垂直線形偏光光線（たとえばこの例ではｅビーム光線６６）を除去することができる。こうして、ｅビーム光線６６が偏光子要素５６によって除去される一方、ｏビーム光線６４は偏光子要素５６を通過することができる。しかし、偏光子要素５６を回転させて（すなわち、図８に示すｚ軸を中心に９０°時計回りまたは反時計回り）、水平線形偏光光線（たとえばｏビーム光線６４）を除去することができる。こうして、いったん偏光子要素５６が回転すると、ｏビーム光線６４が除去され、一方でｅビーム光線６６は偏光子要素５６を通過することができる。
【００６６】
次に、図８を参照して、第３の実施形態の光学系２４０の動作の１つの例を説明する。この例では、第１の光変調要素５０をオンにすることができ（図８では「ＯＮ」と示す）、ある電圧で駆動できる。ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ１oとｆ１eの第１のレンズ４６を通過することができる。次に、第１の光変調要素５０、この例ではオン、を通過するｏビーム光線６４とｅビーム光線６６を変調／変化させることができる。特に、第１の光変調要素５０を通過後、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６の偏光状態が変化し、ｏビーム光線６４はｅビーム光線６６に、ｅビーム光線６６はｏビーム光線６４に変化することになる。
【００６７】
次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ２oとｆ２eの第２のレンズ４８を通過することができる。その後、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は偏光子要素５６を通過することができる。この例では、偏光子要素５６を回転させないので、偏光子要素５６は、垂直線形偏光光線（たとえばｅビーム光線６６）を除去することができる。こうして、ｏビーム光線６４は偏光子要素５６を通過することができ、撮像装置４２上に焦点が合わせられる。この例では、ｏビーム光線６４の焦点距離は数式（１２）に示す通りである。
【００６８】
【数７】
2015007777.tif 000009
【００６９】
次に図９を参照すると、距離は可変なので、示されている距離、特に対象物４１までの距離は、一般的なものにすぎず、基準としてみなすものではなく、図８の比較対象物とみなすべきでもないことを理解されたい。図９では、第２の動作モードにある第３の実施形態の光学系２４０が示されている。この例では、第１の光変調要素５０をオンにすることができる（図９では「ＯＮ」と示す）。偏光子要素５６は回転させることができる（たとえば、一般的／概略的に示した回転２５０）。この回転２５０は時計回りまたは反時計回り方向に行うことが可能で、１つの例では、回転２５０は９０°の回転を含む。この回転２５０は、機械的／電気化学的構造などの任意の数のやり方などで選択的に達成可能である。
【００７０】
次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ１oとｆ１eの第１のレンズ４６を通過することができる。次に、第１の光変調要素５０、この例ではオン、を通過するｏビーム光線６４とｅビーム光線６６を変調／変化させることができる。特に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６の偏光状態が変化し、ｏビーム光線６４はｅビーム光線６６に、ｅビーム光線６６はｏビーム光線６４に変化することになる。
【００７１】
次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ２oとｆ２eの第２のレンズ４８を通過することができる。ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はその後、偏光子要素５６を通過することができる。この例では、偏光子要素５６は回転されている。回転されることにより、偏光子要素５６は水平線形偏光光線（たとえばｏビーム光線６４）を除去することができる。こうして、ｅビーム光線６６は偏光子要素５６を通過することができ、撮像装置４２上に焦点を合わせられる。この例では、ｅビーム光線６６の焦点距離は数式（１３）に示す通りである。
【００７２】
【数８】
2015007777.tif 000010
【００７３】
次に図１０を参照すると、距離は可変なので、示されている距離、特に対象物４１までの距離は、一般的なものにすぎず、基準としてみなすものではなく、図８または図９の比較対象物とみなすべきでもないことを理解されたい。図１０において、第３の実施形態の光学系２４０は第３の動作モードにあることが示されている。この例では、光変調要素５０をオフにすることができる（図１０では「ＯＦＦ」と示す）。ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ１oとｆ１eの第１のレンズ４６を通過することができる。次に、第１の光変調要素５０、この例ではオフ、を通過するｏビーム光線６４とｅビーム光線６６を、変調／変化することができない。
【００７４】
次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ２oとｆ２eの第２のレンズ４８を通過することができる。その後、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は偏光子要素５６を通過することができる。この例では、偏光子要素５６を回転させないので、偏光子要素５６は、垂直線形偏光光線（たとえばｅビーム光線６６）を除去することができる。こうして、ｏビーム光線６４は偏光子要素５６を通過することができ、撮像装置４２上に焦点が合わせられる。この例では、ｏビーム光線６４の焦点距離は数式（１４）に示す通りである。
【００７５】
【数９】
2015007777.tif 000011
【００７６】
次に図１１を参照すると、距離は可変なので、示されている距離、特に対象物４１までの距離は、一般的なものにすぎず、基準としてみなすものではなく、図８から図１０の比較対象物とみなすべきでもないことを理解されたい。図１１において、第３の実施形態の光学系２４０は第４の動作モードにあることが示されている。この例では、第１の光変調要素５０をオフにすることができる（図１１では「ＯＦＦ」と示す）。次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ１oとｆ１eの第１のレンズ４６を通過することができる。次に、第１の光変調要素５０、この例ではオフ、を通過するｏビーム光線６４とｅビーム光線６６を変調／変化させることができない。
【００７７】
次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ２oとｆ２eの第２のレンズ４８を通過することができる。ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はその後、偏光子要素５６を通過することができる。この例では、偏光子要素５６は回転されている。回転されることにより、偏光子要素５６は水平線形偏光光線（たとえばｏビーム光線６４）を除去することができる。こうして、ｅビーム光線６６は偏光子要素５６を通過することができ、撮像装置４２上に焦点を合わせられる。この例では、ｅビーム光線６６の焦点距離は数式（１５）に示す通りである。
【００７８】
【数１０】
2015007777.tif 000012
【００７９】
したがって、数式（１２）から（１５）に示すように、第１の光変調要素５０および偏光子要素５６を制御することによって、第３の実施形態の光学系２４０は４つの異なる全焦点距離を与えることができる。また、いくつかの例では、第３の実施形態の光学系２４０はさらに、光学ズーム機能を達成するのに十分大きな焦点距離の変化をもたらすことができる。個々の焦点距離変化が増大したことにより、第３の実施形態の光学系２４０の焦点調節範囲が拡大し、よって視野深度が増大する。
【００８０】
第３の実施形態の光学系２４０の構造は、図８から図１１に示された位置に特に限定されるものではない。特に、第１のレンズ４６、第２のレンズ４８、第１の光変調要素５０、偏光子要素５６などの相対位置は調整が可能で、図示の位置に限定されることはない。たとえば、１つの例では、全焦点距離に２つの異なる変化を与えながら、第１の光変調要素５０を第２のレンズ４８と偏光子要素５６との間に配置することができる。
【００８１】
図１２を参照すると、第４の実施形態の光学系３４０が示されている。第４の実施形態の光学系３４０は、例証として多少一般的／概略的に示されている（たとえば、距離は一般的なものにすぎない）。図３から図６の光学系４０、図７の第２の実施形態の光学系１４０、図８から図１１の第３の実施形態の光学系２４０と同様、第４の実施形態の光学系３４０は、ハンドセットアセンブリ２２、プローブデバイス３０などを含めてビデオプローブアセンブリ２０と関連づけて使用することができる。
【００８２】
１つの例では、第４の実施形態の光学系３４０は、図３から図６の光学系４０、図７の第２の実施形態の光学系１４０、図８から図１１の第３の実施形態の光学系２４０と同様な少なくともいくつかの特徴を含む。たとえば、第４の実施形態の光学系３４０は、撮像装置４２、第１のレンズ４６、第２のレンズ４８、および第１の光変調要素５０を含むことができる。これらの特徴は、上記で述べたこととほぼ同一であり、再度詳細に説明する必要はない。
【００８３】
第４の実施形態の光学系３４０は、対象物４１の反対側にあたる、第１のレンズ４６の側方に配置される第２のレンズ４８を含むことができる。第１の光変調要素５０は、第１のレンズ４６の反対側にあたる、第２のレンズ４８の側方に配置することができる。偏光子要素５６は、第２のレンズ４８の反対側にあたる、第１の光変調要素５０の側方に配置することができる。この例では、第１のレンズ４６と第２のレンズ４８を、図３から図１１の例より離間させることができる。さらに離間させることによって、第１のレンズ４６と第２のレンズ４８は、単一のレンズを含む光学系と比較すると、より大きな焦点距離の変化をもたらすことができる。動作中、第４の実施形態の光学系３４０は、焦点距離に２つの異なる変化を与えることができる。
【００８４】
第４の実施形態の光学系３４０の構造は、図１２に示された位置に特に限定されるものではない。特に、第１のレンズ４６、第２のレンズ４８、第１の光変調要素５０、偏光子要素５６などの相対位置は調整が可能で、図示の位置に限定されることはない。たとえば、１つの例では、全焦点距離に２つの異なる変化を与えながら、第１の光変調要素５０を第１のレンズ４６と第２のレンズ４８との間に配置することができる。
【００８５】
次に、図１２を参照すると、第１の動作モードにある第４の実施形態の光学系３４０が示されている。この例では、第１の光変調要素５０をオンにすることができる（図１２では「ＯＮ」と示す）。ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ１oとｆ１eの第１のレンズ４６を通過することができる。次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ２oとｆ２eの第２のレンズ４８を通過することができる。次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は第１の光変調要素５０、この例ではオン、を通過することができ、これにより、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６が変調／変化される。特に、第１の光変調要素５０を通過後、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６の偏光状態が変化し、ｏビーム光線６４はｅビーム光線６６に変化する一方、ｅビーム光線６６はｏビーム光線６４に変化する。
【００８６】
第１の光変調要素５０から出ると、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は、偏光子要素５６に到達することができる。この例では、偏光子要素５６は、垂直線形偏光光線（たとえばｅビーム光線６６）を除去することになる。こうして、ｏビーム光線６４が偏光子要素５６を通過できる一方、ｅビーム光線６６は除去されて偏光子要素５６を通過できない。この例では、偏光子要素５６を通過して偏光子要素５６から出るｏビーム光線６４が、撮像装置４２上に焦点を合わせることができる。
【００８７】
次に図１３を参照すると、距離は可変なので、示されている距離、特に対象物４１までの距離は、一般的なものにすぎず、基準としてみなすものではなく、図１２の比較対象物とみなすべきでもないことを理解されたい。図１３では、第２の動作モードにある第４の実施形態の光学系３４０が示されている。この例では、第１の光変調要素５０をオフにすることができる（図１３では「ＯＦＦ」と示す）。ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ１oとｆ１eの第１のレンズ４６を通過することができる。次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６はそれぞれ、焦点距離がｆ２oとｆ２eの第２のレンズ４８を通過することができる。次に、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は第１の光変調要素５０、この例ではオフ、を通過することができる。こうして、第１の光変調要素５０を通過したｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は変調／変化されず、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６の偏光状態は、第１の光変調要素５０を出た後と同じままとなる。
【００８８】
第１の光変調要素５０から出ると、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６は、偏光子要素５６に到達することができ、偏光子要素５６は、垂直線形偏光光線（たとえばｅビーム光線６６）を除去する。こうして、偏光子要素５６を通過したｏビーム光線６４が、撮像装置４２上に焦点を合わせることができる。
【００８９】
次に図１４を参照すると、ビデオプローブアセンブリ２０の光学系４０、１４０、２４０、３４０を用いて、対象物４１を検査する方法４００が与えられている。１つの例では、方法４００は、別個の線形偏光光線（たとえば、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６）を異なる屈折率で屈折させて、複数の異なる焦点距離を形成するための複数のレンズ（たとえば、第１のレンズ４６と第２のレンズ４８）を設けるステップ４０２を含む。たとえば、上記の通り、光学系４０、１４０、２４０、３４０は、２つの異なる焦点距離、４つの異なる焦点距離など、任意の数の焦点距離変化をもたらすことができる。
【００９０】
１つの例において、方法４００は、少なくとも１つの光変調要素（たとえば、第１の光変調要素５０と第２の光変調要素５２）を通過するよう、線形偏光光線（たとえば、ｏビーム光線６４とｅビーム光線６６）を配向するステップ４０４を含む。１つの例において、方法４００は、線形偏光光線の焦点を撮像装置４２上に合わせるステップ４０６を含む。たとえば、偏光子要素５６を通過するｏビーム光線６４またはｅビーム光線６６の焦点を撮像装置上に合わせることができる。
【００９１】
上記の光学系４０、１４０、２４０、３４０は、複数の焦点距離変化をもたらすことができ、それにより、たとえばプローブヘッド３２などの視野深度をより大きくすることができる。視野深度が大きければ大きいほど、閉鎖領域内の対象物を、ビデオプローブアセンブリ２０を用いてより鮮明に見ることができる。さらに、焦点距離範囲が広くなればなるほど、個々のズーム変化を増やすこともできる。
【００９２】
本発明を、上記例示的な実施形態を参照しながら説明してきた。本明細書を読み、理解すれば、他の人たちも変形および変更に想到することになろう。本発明の１つ以上の態様を組み込んだ例示的な実施形態は、以下の特許請求の範囲内である限りにおいて、そうした変形および変更を包含するものであることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【外国語明細書】
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