(57)【要約】【課題】レンズの倍率拡大に伴う収差の影響を解消でき、実用性を損なうことなく分解能を向上させることが可能なイメージングファイバおよびイメージングファイバを備えたイメージングファイバアセンブリを提供する。【解決手段】イメージングファイバアセンブリは複数のファイバが束ねられたファイバ束からなるイメージングファイバと、ファイバ束に結像させるレンズとを有する。ファイバ束はレンズからの光を受ける受光端面が曲面になっている。この受光端面は周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面になっており、レンズの光路に応じて加工されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のファイバが束ねられたファイバ束におけるレンズからの光を受ける受光端面が曲面になっていることを特徴とするイメージングファイバ。
【請求項２】
前記受光端面は、周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面になっていることを特徴とする請求項１記載のイメージングファイバ。
【請求項３】
前記受光端面は、前記ファイバ束に結像させるレンズの光路に応じて加工されていることを特徴とする請求項１または２記載のイメージングファイバ。
【請求項４】
複数のファイバが束ねられたファイバ束からなるイメージングファイバと、前記ファイバ束に結像させるレンズとを有するイメージングファイバアセンブリであって、
前記ファイバ束における前記レンズからの光を受ける受光端面が曲面になっていることを特徴とするイメージングファイバアセンブリ。
【請求項５】
前記受光端面は、周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面になっていることを特徴とする請求項４記載のイメージングファイバアセンブリ。
【請求項６】
前記受光端面は、前記レンズの光路に応じて加工されていることを特徴とする請求項４または５記載のイメージングファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバが束ねられたファイバ束からなるイメージングファイバおよびイメージングファイバを備えたイメージングファイバアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を用いて体内の深部を観察する技術が知られている。ところが、組織の散乱特性があるため、深さが１ｍｍよりも深くなる部分に対しては、通常の幾何光学的結像理論を応用することができない。深さが１ｍｍよりも深くなる部分を観察するにはまったく別の手段ないし手法が必要となる。
【０００３】
そこで、従来、注射針のような細い形状の光学部材を組織内に刺入し、この光学部材によって体内深部を観察する装置があった。この種の装置に関して、例えば特許文献１には、先端部にロッドレンズが取り付けられたイメージングファイバを備えたファイバスコープが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２９０１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の光学部材は細いイメージングファイバを使用しており、そのイメージングファイバを構成している極めて細いユニットファイバの太さが分解能を左右している。イメージングファイバの先端にはレンズが装着されているが、総合的な分解能は十分には高くない現状である（２．５ミクロン程度）。
【０００５】
この分解能を向上させるには、先端に装着されているレンズの倍率を高めてイメージングファイバに送られる画像の倍率も上げる必要がある。
【０００６】
しかし、レンズの倍率を２倍以上にしようとすると、レンズの直径が限られている関係でレンズの収差（球面収差）が大きくなってしまい、結像がぼやけて実用性が失われるおそれがある。
【０００７】
このような収差が起こらないようにするには、収差を補正するためのレンズ（補正用レンズ）を組み合わせて用いるという手法がある。
【０００８】
しかし、補正用レンズを置くと、イメージングファイバの光透過率が低下してしまうこととなる。一般に収差のないレンズやアセンブリの製作はレンズの大きさとは関係なく困難であるが、レンズ自体の大きさが極めて小さい場合、蛍光の起きない接着剤を使って極めて小さいレンズ同士を張り合わせること自体が極めて困難なことである。レンズの張り合わせを行わないとすると、２つのレンズの位置を正確に調整する必要があり、これも極めて小さいレンズに対しては困難なことである。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、レンズの倍率拡大に伴う収差の影響を解消でき、実用性を損なうことなく分解能を向上させることが可能なイメージングファイバおよびイメージングファイバを備えたイメージングファイバアセンブリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、複数のファイバが束ねられたファイバ束におけるレンズからの光を受ける受光端面が曲面になっているイメージングファイバを特徴とする。
【００１１】
このイメージングファイバは、受光端面が曲面になっているからレンズを通る光線の光路の交点のずれを吸収することができる。
【００１２】
また、上記イメージングファイバの場合、受光端面は、周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面になっているようにすることができる。
【００１３】
こうすると、レンズが凸レンズの場合における光路の交点のずれを吸収できるようになる。
【００１４】
さらに、上記イメージングファイバの場合、受光端面は、ファイバ束に結像させるレンズの光路に応じて加工されていることが好ましい。
【００１５】
こうすると、受光端面が光路の交点に応じた曲面になるから、交点のずれを正確に吸収できるようになる。
【００１６】
そして、本発明は、複数のファイバが束ねられたファイバ束からなるイメージングファイバと、ファイバ束に結像させるレンズとを有するイメージングファイバアセンブリであって、ファイバ束におけるレンズからの光を受ける受光端面が曲面になっているイメージングファイバアセンブリを提供する。
【００１７】
このイメージングファイバアセンブリは、受光端面が曲面になっているからレンズを通る光線の光路の交点のずれを吸収することができる。
【００１８】
また、このイメージングファイバアセンブリの場合、受光端面は、周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面になっているようにすることができる。
【００１９】
こうすると、レンズが凸レンズの場合における光路の交点のずれを吸収できるようになる。
【００２０】
さらに、上記イメージングファイバアセンブリの場合、受光端面は、レンズの光路に応じて加工されていることが好ましい。
【００２１】
こうすると、受光端面が光路の交点に応じた曲面になるから、交点のずれを正確に吸収できるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上詳述したように本発明によれば、レンズの倍率拡大に伴う収差の影響を解消でき、実用性を損なうことなく分解能を向上させることが可能なイメージングファイバおよびイメージングファイバを備えたイメージングファイバアセンブリが得られる。これらは小型から大型までカップルするレンズの大小に関係なく有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態に係るイメージングファイバアセンブリ１０の要部を示す斜視図である。図１に示すように、イメージングファイバアセンブリ１０はイメージングファイバ１と、レンズ６と、シース（筒状部材）７とを有している。
【００２５】
イメージングファイバ１は、図２に示すように、光ファイバ２ａが複数束ねられたファイバ束２からなっている。ここで、図２はファイバ束２の対物側端面（後述する受光端面５）を示す正面図である。
【００２６】
ファイバ束２は複数の光ファイバ２ａを束ねて漏光防止用の被覆チューブ３に収めたものである。光ファイバ２ａは石英系光ファイバ、プラスチック系光ファイバや多成分系ガラスファイバなどによって構成することができ、材料は特に限定されない。また、各光ファイバ２ａは対物側の先端部分が接着剤４によって被覆チューブ３に接着固定されているが、先端部分以外の部分においては自由状態で被覆チューブ３に収められている。
【００２７】
そして、ファイバ束２は図３から図５に示すように、対物側端面、すなわち複数の光ファイバ２ａによって形成される正面視円形状の端面のうちのレンズ６からの光を受ける受光端面５が曲面になっている。ここで、図３はファイバ束２の受光端面５側部分を示す斜視図、図４は図２のIV-IV線断面図、図５は図２のV-V線断面図である。これらの図に示すように、受光端面５は詳しくは後述するが、周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面となっている。
【００２８】
レンズ６は所定の径および長さを有し、両側端面が研磨され鏡面仕上げが施された両凸レンズである。レンズ６はシース７の一端側に接着して固定されている。レンズ６は外側から光を取込み、ファイバ束２の受光端面５に結像させる。
【００２９】
シース７はレンズ６とファイバ束２が収まる筒状部材であって、一端側にレンズ６が装着され、他端側にファイバ束２が装着され、レンズ６とファイバ束２を一体としている。
【００３０】
ここで、図６はイメージングファイバアセンブリ１０において、受光端面５に結像するようにレンズ６に光を入射させたときの光線追跡の結果を示す図で、（Ａ）はレンズ６を通る光線の光路図、（Ｂ）はスポットダイヤグラムである。また、図７は後述する従来のイメージングファイバ１１を有するイメージングファイバアセンブリにおいて、レンズ６に光を入射させたときの光線追跡の結果を示す図で、（Ａ）はレンズ６を通る光線の光路図、（Ｂ）はスポットダイヤグラムである。
【００３１】
図６（Ａ）、図７（Ａ）に示すように、イメージングファイバアセンブリ１０では、レンズ６に収差（球面収差）がある関係で、レンズ６に光を入射させたときの光路Ｍは１点を通らずに分散する。また、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示すように、レンズ６に入射した光のビームスポットＳはある程度の広がり持っている。ビームスポットＳ（中段に示すＳ）は、図６（Ｂ）の場合よりも図７（Ｂ）の場合の方が大きくなっている。
【００３２】
本実施の形態におけるイメージングファイバアセンブリ１０では、レンズ６のこのような光線追跡の結果に基づいて、ファイバ束２における受光側の端面に表面加工を施して、球面状に湾曲させた受光端面５を形成している。この場合、各光ファイバ２ａの端面の位置が隣接するもの同士で少しずつずれる形になって、全体として湾曲した受光端面５が形成されている。
【００３３】
ところで、レンズ６を通る光線はレンズ６の光軸Ｌに近い位置を通るときは焦点に近い位置を通るが、光軸Ｌから周辺部に向かってずれた位置を通るときは焦点から手前側の位置を通りやすいという性質がある。
【００３４】
したがって、例えば、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、レンズ６を通る光線の光路１１ａ〜１１ｆを考えたとき、光路１１ａおよび１１ｂ、光路１１ｃおよび１１ｄ、光路１１ｅおよび１１ｆのそれぞれが交わる交点は、レンズ６が凸レンズであることから、それぞれＦ１、Ｆ２、Ｆ３のように分散して配置される。この場合、光路１１ｃおよび１１ｄがレンズ６の焦点Ｆ（交点Ｆ２）を通るとしても、光路１１ａおよび１１ｂと、光路１１ｅおよび１１ｆは焦点Ｆよりも手前側の交点Ｆ１、Ｆ３を通るようになる。
【００３５】
すると、受光端面５をこのようなレンズ６の光路に応じて加工した曲面にしておくと、図８（Ａ）に示すように、光路１１ａ〜１１ｅの交点Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３をいずれも受光端面５上に確保でき、湾曲した受光端面５によって上述した交点のずれを吸収できるようになる。そのため、受光端面５上にボケのない画像を結像させることができる。
【００３６】
これに対し、例えば図８（Ｂ）に示すように、対物側端面が平坦面になっている従来のファイバ束１２からなるイメージングファイバ１１では、交点Ｆ１、Ｆ３が焦点Ｆよりも手前側の位置に形成されるため、結像の変形歪が生じたり、画像の周辺視野にボケが生じてしまう。
【００３７】
このようなことから、イメージングファイバ１はファイバ束２における受光側の端面にレンズ６の光路に応じた研磨処理やエッチングなどの表面加工を施して、球面状に湾曲した受光端面５を形成している。
【００３８】
この場合、レンズ６を通る光線は図８（Ａ），（Ｂ）に示したようになることからみて、受光端面５を周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面にするだけでも交点のずれを吸収できるから、レンズ６の球面収差の影響を抑制したぼけのない画像が得られるようになる。
【００３９】
もちろん、上述のようなレンズ６の光線追跡の結果に基づく表面加工を正確に施した上で受光端面５を凹状曲面にすれば、交点のずれが正確に解消され、より好ましいイメージングファイバ１が得られる。
【００４０】
しかしながら、このような表面加工を研磨等により行うことは技術的に困難な面もある。この場合、受光端面５を周辺部よりも中央部が凹んだ凹状曲面にしただけのイメージングファイバ１でも、受光側の端面が平坦なものに比べれば交点のずれを吸収できるから、十分な作用効果を得ることができる。
【００４１】
以上のように、イメージングファイバ１およびイメージングファイバアセンブリ１０では、レンズ６の結像を受け取る受光端面５をレンズ６の光路に応じて加工した光学的に有利な凹状曲面とすることによって、拡大倍率の高いレンズ６の発生する球面収差の影響を抑制できるようになっている。
【００４２】
こうして、イメージングファイバ１およびイメージングファイバアセンブリ１０では、レンズ６の発生する球面収差による結像のボケを受光端面５の全体にわたって解消できるようになっている。
【００４３】
したがって、イメージングファイバ１およびイメージングファイバアセンブリ１０では、レンズ６の拡大倍率を高くしたことに伴い球面収差が強くなり、周辺視野の焦点ずれが生じても、これを解消することが可能であり、よって、分解能を向上させて実用性を高めることができる。
【００４４】
また、イメージングファイバ１およびイメージングファイバアセンブリ１０では、分解能を向上させるのに収差を補正するための補正用レンズを組み合わせていないので、イメージングファイバの光透過率が低下することもなく、レンズの正確な位置調整なども要しないものとなっている。
【００４５】
以上の説明は、本発明の実施の形態についての説明であって、この発明を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。又、各実施形態における構成要素、機能、特徴あるいは方法ステップを適宜組み合わせて構成される装置又は方法も本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態に係るイメージングファイバアセンブリの要部を示す斜視図である。
【図２】ファイバ束の対物側端面を示す正面図である。
【図３】ファイバ束の受光端面側部分を示す斜視図である。
【図４】図２のIV-IV線断面図である。
【図５】図２のV-V線断面図である。
【図６】イメージングファイバアセンブリにおいて、受光端面に結像するようにレンズから光を入射したときの光線追跡の結果を示す図で、（Ａ）はレンズの光路図、（Ｂ）はスポットダイヤグラムである。
【図７】従来のイメージングファイバアセンブリにおいて、受光端面に結像するようにレンズから光を入射したときの光線追跡の結果を示す図で、（Ａ）はレンズの光路図、（Ｂ）はスポットダイヤグラムである。
【図８】レンズ６を通る光線の光路を模式的に示した図で、（Ａ）は本発明の実施の形態に係るイメージングファイバの場合、（Ｂ）は従来のイメージングファイバの場合である。
【符号の説明】
【００４７】
１…イメージングファイバ、２…ファイバ束、２ａ…光ファイバ
５…受光端面、６…レンズ、１０…イメージングファイバアセンブリ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ…光路
【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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