(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024071952
(43)【公開日】2024-05-27
(54)【発明の名称】画像システム
(51)【国際特許分類】
G02B 23/24 20060101AFI20240520BHJP
A61B 1/00 20060101ALI20240520BHJP
A61B 1/07 20060101ALI20240520BHJP
G02B 23/26 20060101ALI20240520BHJP
【ＦＩ】
G02B23/24 B
A61B1/00 732
A61B1/07 731
A61B1/00 731
A61B1/00 500
G02B23/26
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022182492
(22)【出願日】2022-11-15
(71)【出願人】
【識別番号】591236172
【氏名又は名称】株式会社ハタ研削
(74)【代理人】
【識別番号】100142619
【弁理士】
【氏名又は名称】河合 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100153316
【弁理士】
【氏名又は名称】河口 伸子
(74)【代理人】
【識別番号】100196140
【弁理士】
【氏名又は名称】岩垂 裕司
(74)【代理人】
【識別番号】100090170
【弁理士】
【氏名又は名称】横沢 志郎
(72)【発明者】
【氏名】佐野 安一
(72)【発明者】
【氏名】熊谷 俊樹
【テーマコード（参考）】
2H040
4C161
【Ｆターム（参考）】
2H040AA00
2H040CA11
2H040CA23
2H040CA26
2H040GA01
2H040GA11
4C161CC04
4C161CC06
4C161CC07
4C161FF40
4C161PP11
(57)【要約】
【課題】被写体画像の解像度を向上させるとともに、人工鉱物からなる位相共役鏡を用いずに、位相歪に起因する被写体画像の乱れを除去する画像システムを提供すること。
【解決手段】画像システム１Ａは、第１レーザ光源１０と、光ファイバ１１と、第１レーザ光源１０の第１射出光Ｂ１を光ファイバ１１に導く第１光路１２を備える。また、画像システム１Ａは、第１撮像素子１５と、撮像光Ｃを光ファイバ１１から第１撮像素子１５に導く第２光路１７と、第１撮像素子１５が取得した画像データに基づいて各画素の位相を算出する位相データ生成部１８と、各画素の位相データを表示する光変調素子１９と、第２レーザ光源２１と、第２撮像素子２２と、第２レーザ光源２１の第２射出光Ｂ２を、光変調素子１９を経由して、第２撮像素子２２に導く第３光路２３と、を有する。光ファイバ１１は、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバである。
【選択図】図１
【解決手段】画像システム１Ａは、第１レーザ光源１０と、光ファイバ１１と、第１レーザ光源１０の第１射出光Ｂ１を光ファイバ１１に導く第１光路１２を備える。また、画像システム１Ａは、第１撮像素子１５と、撮像光Ｃを光ファイバ１１から第１撮像素子１５に導く第２光路１７と、第１撮像素子１５が取得した画像データに基づいて各画素の位相を算出する位相データ生成部１８と、各画素の位相データを表示する光変調素子１９と、第２レーザ光源２１と、第２撮像素子２２と、第２レーザ光源２１の第２射出光Ｂ２を、光変調素子１９を経由して、第２撮像素子２２に導く第３光路２３と、を有する。光ファイバ１１は、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバである。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１レーザ光源と、
光ファイバと、
前記第１レーザ光源の第１射出光を前記光ファイバに導く第１光路と、
第１撮像素子と、
被写体で反射された前記射出光の反射光であって、前記被写体の側から前記光ファイバに入射した撮像光を当該光ファイバから前記第１撮像素子に導く第２光路と、
前記第１撮像素子が取得した画像データに基づいて当該画像データの各画素の位相を算出する位相データ生成部と、
各画素の前記位相データを表示する光変調素子と、
第２レーザ光源と、
第２撮像素子と、
前記第２レーザ光源の第２射出光を、前記光変調素子を経由して、前記第２撮像素子に導く第３光路と、
を有し、
前記光ファイバは、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバであることを特徴とする画像システム。
光ファイバと、
前記第１レーザ光源の第１射出光を前記光ファイバに導く第１光路と、
第１撮像素子と、
被写体で反射された前記射出光の反射光であって、前記被写体の側から前記光ファイバに入射した撮像光を当該光ファイバから前記第１撮像素子に導く第２光路と、
前記第１撮像素子が取得した画像データに基づいて当該画像データの各画素の位相を算出する位相データ生成部と、
各画素の前記位相データを表示する光変調素子と、
第２レーザ光源と、
第２撮像素子と、
前記第２レーザ光源の第２射出光を、前記光変調素子を経由して、前記第２撮像素子に導く第３光路と、
を有し、
前記光ファイバは、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバであることを特徴とする画像システム。
【請求項2】
前記光ファイバの前記第１光路とは反対側に取り付けられた撮影レンズを有し、
前記撮像光は、前記撮影レンズを介して前記光ファイバに入射することを特徴とする請求項１に記載の画像システム。
前記撮像光は、前記撮影レンズを介して前記光ファイバに入射することを特徴とする請求項１に記載の画像システム。
【請求項3】
前記撮影レンズは、保護カバーにより覆われていることを特徴とする請求項２に記載の画像システム。
【請求項4】
前記第２光路における前記光ファイバと前記第１撮像素子との間に、前記第１射出光を前記撮像光に重畳させる合成部を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像システム。
【請求項5】
前記第１光路は、１／２波長板、偏光ビームスプリッタ、および１／４波長板を備え、
前記第１射出光は、前記１／２波長板、前記偏光ビームスプリッタ、および前記１／４波長板を、この順に経由して、前記光ファイバに入射することを特徴とする請求項４に記載の画像システム。
前記第１射出光は、前記１／２波長板、前記偏光ビームスプリッタ、および前記１／４波長板を、この順に経由して、前記光ファイバに入射することを特徴とする請求項４に記載の画像システム。
【請求項6】
前記第２光路は、前記１／４波長板、および前記偏光ビームスプリッタを備え、
前記撮像光は、前記１／４波長板、および前記偏光ビームスプリッタをこの順に経由して、前記第１撮像素子に入射することを特徴とする請求項５に記載の画像システム。
前記撮像光は、前記１／４波長板、および前記偏光ビームスプリッタをこの順に経由して、前記第１撮像素子に入射することを特徴とする請求項５に記載の画像システム。
【請求項7】
前記第１射出光を前記合成部に導く第４光路を有し、
前記第４光路は、前記偏光ビームスプリッタ、第２の１／４波長板、およびミラーを備え、
前記ミラーは、当該ミラーを前後に移動させる移動機構に支持され、
前記第４光路において、前記第１射出光は、前記偏光ビームスプリッタ、第２の１／４波長板、ミラー、前記第２の１／４波長板、および前記偏光ビームスプリッタを、この順に経由して、前記第１撮像素子に向かい、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１撮像素子との間において、前記第１射出光が前記撮像光に重畳することを特徴とする請求項６に記載の画像システム。
前記第４光路は、前記偏光ビームスプリッタ、第２の１／４波長板、およびミラーを備え、
前記ミラーは、当該ミラーを前後に移動させる移動機構に支持され、
前記第４光路において、前記第１射出光は、前記偏光ビームスプリッタ、第２の１／４波長板、ミラー、前記第２の１／４波長板、および前記偏光ビームスプリッタを、この順に経由して、前記第１撮像素子に向かい、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１撮像素子との間において、前記第１射出光が前記撮像光に重畳することを特徴とする請求項６に記載の画像システム。
【請求項8】
前記第３光路は、第３の１／４波長板を備え、
前記第２射出光は、前記第３の１／４波長板を経由して、前記光変調素子に照射されることを特徴とする請求項７に記載の画像システム。
前記第２射出光は、前記第３の１／４波長板を経由して、前記光変調素子に照射されることを特徴とする請求項７に記載の画像システム。
【請求項9】
前記第１レーザ光源は、前記第２レーザ光源を兼ねており、
前記第３光路は、第２の偏光ビームスプリッタ、および第３の１／４波長板を備え、
前記第２の偏光ビームスプリッタは、前記第１光路における前記１／２波長板と前記偏光ビームスプリッタとの間に位置し、
前記第１光路において、前記第１射出光は、前記第２の偏光ビームスプリッタを通過して、前記偏光ビームスプリッタに至り、
前記第３光路において、前記第１射出光は、前記第２の偏光ビームスプリッタにより反射された後に、前記第３の１／４波長板を経由して、前記光変調素子に照射されることを特徴とする請求項７に記載の画像システム。
前記第３光路は、第２の偏光ビームスプリッタ、および第３の１／４波長板を備え、
前記第２の偏光ビームスプリッタは、前記第１光路における前記１／２波長板と前記偏光ビームスプリッタとの間に位置し、
前記第１光路において、前記第１射出光は、前記第２の偏光ビームスプリッタを通過して、前記偏光ビームスプリッタに至り、
前記第３光路において、前記第１射出光は、前記第２の偏光ビームスプリッタにより反射された後に、前記第３の１／４波長板を経由して、前記光変調素子に照射されることを特徴とする請求項７に記載の画像システム。
【請求項10】
前記光変調素子は、液晶パネルであることを特徴とする請求項７に記載の画像システム。
【請求項11】
デジタル位相共役データ変換デバイスを有し、
前記第３光路には、第２の光ファイバが配置され、
前記第１撮像素子が取得した画像データは、デジタル位相共役データ変換デバイスに入力され、
前記デジタル位相共役データ変換デバイスは、前記位相データ生成部と、前記光変調素子と、を備え、
前記第３光路において、前記第２射出光は、前記光変調素子を経由した後に、前記第２の光ファイバに入射し、
前記第２撮像素子は、前記第２の光ファイバから射出される出力光を撮影し、
前記第２の光ファイバは、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の画像システム。
前記第３光路には、第２の光ファイバが配置され、
前記第１撮像素子が取得した画像データは、デジタル位相共役データ変換デバイスに入力され、
前記デジタル位相共役データ変換デバイスは、前記位相データ生成部と、前記光変調素子と、を備え、
前記第３光路において、前記第２射出光は、前記光変調素子を経由した後に、前記第２の光ファイバに入射し、
前記第２撮像素子は、前記第２の光ファイバから射出される出力光を撮影し、
前記第２の光ファイバは、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の画像システム。
【請求項12】
コンピュータを有し、
前記コンピュータは、
前記第１撮像素子が取得した画像データの倍率を変化させて、デジタル位相共役データ変換デバイスに入力する画像処理部と、前記第２撮像素子が取得した被写体画像データを表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の画像システム。
前記コンピュータは、
前記第１撮像素子が取得した画像データの倍率を変化させて、デジタル位相共役データ変換デバイスに入力する画像処理部と、前記第２撮像素子が取得した被写体画像データを表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の画像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光ファイバを用いて撮像光を伝送する画像システムに関する。
【背景技術】
【0002】
光線の伝送路として光ファイバを備える内視鏡は特許文献１に記載されている。同文献の内視鏡は、伝送路の一方側に光源および画像取得部が設けられ、伝送路の一方側に被写体と対峙する撮影レンズが位置する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開昭６１－１８８５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来、内視鏡に用いられる光ファイバは、複数本の光ファイバを束ねたバンドルファイバーである。しかし、バンドルファイバーを用いて被写体を撮影した場合には、束ねられた光ファイバと光ファイバとの間の隙間に起因して被写体の像の情報が欠落する。この結果、被写体画像の解像度が低下するという問題がある。
【0005】
また、撮影レンズを介して撮影した被写体の撮像光は、光ファイバを伝搬される間に位相歪が発生する。従って、光ファイバにより伝送される被写体の撮像光をＣＣＤなどの撮像素子により撮影して被写体画像を取得すると、位相歪に起因して、被写体画像が乱れる。ここで、特許文献１では、被写体画像の乱れを取り除くために、チタンサンバリュウム単結晶などの人工鉱物からなる位相共役鏡を使用する。しかし、チタンサンバリュウム単結晶は、所望の形状に加工することが難しい。このため、特許文献１の技術では、内視鏡などの画像システムの製造コストを抑制することが困難である。
【0006】
以上の問題点に鑑みて、被写体画像の解像度を向上させるとともに、人工鉱物からなる位相共役鏡を用いずに、位相歪に起因する被写体画像の乱れを除去する画像システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するために、本発明の画像システムは、第１レーザ光源と、光ファイバと、前記第１レーザ光源の第１射出光を前記光ファイバに導く第１光路と、第１撮像素子と、被写体で反射された前記射出光の反射光であって、前記被写体の側から前記光ファイバに入射した撮像光を当該光ファイバから前記第１撮像素子に導く第２光路と、前記第１撮像素子が取得した画像データに基づいて当該画像データの各画素の位相を算出する位相データ生成部と、各画素の前記位相データを表示する光変調素子と、第２レーザ光源と、第２撮像素子と、前記第２レーザ光源の第２射出光を、前記光変調素子を経由して、前記第２撮像素子に導く第３光路と、を有し、前記光ファイバは、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバであることを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、画像システムは、光ファイバにより伝送された被写体の撮像光を、第１撮像素子により受光して画像データを取得する。また、画像システムは、当該画像データから各画素の位相を算出した位相データを生成する。さらに、画像システムは、位相データを光変調素子に表示する。また、画像システムは、第２レーザ光源の第２射出光を読出光として光変調素子に照射する。第２撮像素子は、光変調素子から射出される位相共役
光を撮影する。これにより、第２撮像素子は、位相歪のない、被写体画像の画像データを取得できる。本発明では、位相共役光の生成に、ディジタル処理を用いる。従って、位相共役光の生成に加工が困難な人工鉱物を用いる場合と比較して、画像システムの製造コストを抑制できる。また、本発明では、光ファイバとして、一本のグレーデッドインデックスマルチモード光ファイバを用いる。従って、バンドルファイバーにより被写体を撮影した撮像光を伝送する場合と比較して、被写体の像の情報が欠落せず、被写体画像の解像度を向上させることができる。
光を撮影する。これにより、第２撮像素子は、位相歪のない、被写体画像の画像データを取得できる。本発明では、位相共役光の生成に、ディジタル処理を用いる。従って、位相共役光の生成に加工が困難な人工鉱物を用いる場合と比較して、画像システムの製造コストを抑制できる。また、本発明では、光ファイバとして、一本のグレーデッドインデックスマルチモード光ファイバを用いる。従って、バンドルファイバーにより被写体を撮影した撮像光を伝送する場合と比較して、被写体の像の情報が欠落せず、被写体画像の解像度を向上させることができる。
【0009】
本発明において、前記光ファイバの前記第１光路とは反対側に取り付けられた撮影レンズを有し、前記撮像光は、前記撮影レンズを介して前記光ファイバに入射するものとすることができる。撮像レンズを備えることにより、被写体を撮影する画角を所望の角度とすることができる。
【0010】
本発明において、前記撮影レンズは、保護カバーにより覆われているものとすることができる。この場合、保護カバーは、防水構造を備えるものとすることができる。このようにすれば、画像システムを、内視鏡として、利用しやすい。
【0011】
本発明において、前記第２光路における前記光ファイバと前記第１撮像素子との間に、前記第１射出光を前記撮像光に重畳させる合成部を備えるものとすることができる。すなわち、合成部において被写体の撮影に使用した第１レーザ光源の射出光と撮像光とを重畳させ、第１撮像素子により、画像データとして、位相歪みを含む被写体画像のホログラムを取得するものとすることができる。
【0012】
この場合において、前記第１光路は、１／２波長板、偏光ビームスプリッタ、および１／４波長板を備え、前記第１射出光は、前記１／２波長板、前記偏光ビームスプリッタ、および前記１／４波長板を、この順に経由して、前記光ファイバに入射するものとすることができる。
【0013】
また、前記第２光路は、前記１／４波長板、および前記偏光ビームスプリッタを備え、前記撮像光は、前記１／４波長板、および前記偏光ビームスプリッタをこの順に経由して、前記第１撮像素子に入射するものとすることができる。
【0014】
さらに、前記第１射出光を前記合成部に導く第４光路を有し、前記第４光路は、前記偏光ビームスプリッタ、第２の１／４波長板、およびミラーを備え、前記ミラーは、当該ミラーを前後に移動させる移動機構に支持され、前記第４光路において、前記第１射出光は、前記偏光ビームスプリッタ、第２の１／４波長板、ミラー、前記第２の１／４波長板、および前記偏光ビームスプリッタを、この順に経由して、前記第１撮像素子に向かい、前記偏光ビームスプリッタと前記第１撮像素子との間において、前記第１射出光が前記撮像光に重畳するものとすることができる。このようにすれば、第１レーザ光源からの第１射出光を、撮像光に重畳させることが容易である。また、第１撮像素子が取得した画像データから、各画素の位相データを算出することが容易となる。
【0015】
本発明において、前記第３光路は、第３の１／４波長板を備え、前記第２射出光は、前記第３の１／４波長板を経由して、前記光変調素子に照射されるものとすることができる。
【0016】
本発明において、前記第１レーザ光源は、前記第２レーザ光源を兼ねており、前記第３光路は、第２の偏光ビームスプリッタ、および第３の１／４波長板を備え、前記第２の偏光ビームスプリッタは、前記第１光路における前記１／２波長板と前記偏光ビームスプリッタとの間に位置し、前記第１光路において、前記第１射出光は、前記第２の偏光ビーム
スプリッタを通過して、前記偏光ビームスプリッタに至り、前記第３光路において、前記第１射出光は、前記第２の偏光ビームスプリッタにより反射された後に、前記第３の１／４波長板を経由して、前記光変調素子に照射されるものとすることができる。このようにすれば、第１レーザ光源からの第１射出光を、光変調素子に照射できる。
スプリッタを通過して、前記偏光ビームスプリッタに至り、前記第３光路において、前記第１射出光は、前記第２の偏光ビームスプリッタにより反射された後に、前記第３の１／４波長板を経由して、前記光変調素子に照射されるものとすることができる。このようにすれば、第１レーザ光源からの第１射出光を、光変調素子に照射できる。
【0017】
本発明において、前記光変調素子は、液晶パネルであるものとすることができる。例えば、液晶プロジェクターに用いられる液晶パネルを用いれれば、液晶パネルの各画素に、位相データを表示することが容易である。また、液晶パネルを用いた場合には、カラーの被写体画像を取得することが容易である。すなわち、第１射出光を白色光とし、画像データの各画素の位相データをＲＧＢの各色について生成して３枚の液晶パネルに表示し、各液晶パネルを経由した光をダイクロイックプリズムで合成して第２の撮像素子に入射させれば、カラーの被写体画像を取得できる。
【0018】
ここで、第１撮像素子が取得した画像データに基づいて、画像データの各画素の位相を算出するとともに、光変調素子に位相データを表示するデジタル位相共役データ変換デバイスは、市販されている。従って、このようなデジタル位相共役データ変換デバイスを用いることにより、画像システムの製造コストを抑制できる。かかる観点から、本発明は、デジタル位相共役データ変換デバイスを有し、前記第３光路には、第２の光ファイバが配置され、前記第１撮像素子が取得した画像データは、デジタル位相共役データ変換デバイスに入力され、前記デジタル位相共役データ変換デバイスは、前記位相データ生成部と、前記光変調素子と、を備え、前記第３光路において、前記第２射出光は、前記光変調素子を経由した後に、前記第２の光ファイバに入射し、前記第２撮像素子は、前記第２の光ファイバから射出される出力光を撮影し、前記第２の光ファイバは、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバであるものとすることができる。
【0019】
デジタル位相共役データ変換デバイスを使用する場合には、被写体の側から光ファイバに入射した撮像光は光ファイバからダイレクトに第１撮像素子に導かれる。従って、第１撮像素子が取得する画像データはフォロラムではない。よって、第３光路に第２の光ファイバを配置して、光変調素子を経由した第２射出光を第２の光ファイバに入射させ、第２の光ファイバから射出される出力光を第２撮像素子により撮影する。これにより、第２撮像素子は、位相歪のない、被写体画像の画像データを取得できる。
【0020】
この場合において、コンピュータを有し、前記コンピュータは、前記第１撮像素子が取得した画像データの倍率を変化させて、デジタル位相共役データ変換デバイスに入力する画像処理部と、前記第２撮像素子が取得した被写体画像データを表示する表示部を備えるものとすることができる。このようにすれば、被写体画像をデジタル処理により拡大できるので、光学系を用いて拡大された被写体画像を取得する場合と比較して、製造コストを抑制できる。また、コンピュータは表示部を備えるので、第２撮像素子が取得した被写体画像の画像データをコンピュータに入力すれば、被写体画像を観察できる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、図面を参照して、本発明を適用した画像システムを説明する。
【0023】
（実施例１）
図１は、実施例１の画像システムの説明図である。図１に示すように、本例の画像シス
テム１Ａは、第１レーザ光源１０と、光ファイバ１１と、第１レーザ光源１０の第１射出光Ｂ１を光ファイバ１１に導く第１光路１２を備える。また、画像システム１Ａは、第１撮像素子１５と、被写体１６の側から光ファイバ１１に入射した撮像光Ｃを光ファイバ１１から第１撮像素子１５に導く第２光路１７と、第１撮像素子１５が取得した画像データに基づいて当該画像データの各画素の位相を算出する位相データ生成部１８と、各画素の位相データを表示する光変調素子１９とを備える。さらに、画像システム１Ａは、第２レーザ光源２１と、第２撮像素子２２と、第２レーザ光源２１の第２射出光Ｂ２を、光変調素子１９を経由して、第２撮像素子２２に導く第３光路２３を備える。また、画像システム１Ａは、第２光路１７における光ファイバ１１と第１撮像素子１５との間に、第１射出光Ｂ１を撮像光Ｃに重畳させる合成部２５を備える。さらに、画像システム１Ａは、第１射出光Ｂ１を合成部２５に導く第４光路２７を有する。
図１は、実施例１の画像システムの説明図である。図１に示すように、本例の画像シス
テム１Ａは、第１レーザ光源１０と、光ファイバ１１と、第１レーザ光源１０の第１射出光Ｂ１を光ファイバ１１に導く第１光路１２を備える。また、画像システム１Ａは、第１撮像素子１５と、被写体１６の側から光ファイバ１１に入射した撮像光Ｃを光ファイバ１１から第１撮像素子１５に導く第２光路１７と、第１撮像素子１５が取得した画像データに基づいて当該画像データの各画素の位相を算出する位相データ生成部１８と、各画素の位相データを表示する光変調素子１９とを備える。さらに、画像システム１Ａは、第２レーザ光源２１と、第２撮像素子２２と、第２レーザ光源２１の第２射出光Ｂ２を、光変調素子１９を経由して、第２撮像素子２２に導く第３光路２３を備える。また、画像システム１Ａは、第２光路１７における光ファイバ１１と第１撮像素子１５との間に、第１射出光Ｂ１を撮像光Ｃに重畳させる合成部２５を備える。さらに、画像システム１Ａは、第１射出光Ｂ１を合成部２５に導く第４光路２７を有する。
【0024】
第１レーザ光源１０は、ＨｅＮｅレーザである。第１レーザ光源１０の第１射出光Ｂ１は直線偏光である。光ファイバ１１は、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバである。光ファイバ１１の第１光路１２とは反対側には、撮像レンズ３１が取り付けらえている。撮像レンズ３１は、不図示の保護カバーにより覆われている。保護カバーは、防水構造を備えており、保護カバーの外側から撮像レンズ３１が位置する保護カバーの内側に水が侵入することはない。
【0025】
第１光路１２は、１／２波長板３４、ビームエキスパンダ３３、偏光ビームスプリッタ３５、１／４波長板３６およびリレーレンズ３７を備える。図１には図示を省略しているが、第１レーザ光源１０と１／２波長板３４との間にはアイソレータを挿入する。第１香炉第１光路１２において、第１射出光Ｂ１は、１／２波長板３４、偏光ビームスプリッタ３５、１／４波長板３６、およびリレーレンズ３７、をこの順に経由して、光ファイバ１１に入射する。より詳細には、直線偏光である第１射出光Ｂ１は、１／２波長板３４により回転角度がセットされ、ビームエキスパンダ３３により所望の径の光線とされて、偏光ビームスプリッタ３５に入射する。また、第１射出光Ｂ１は、偏光ビームスプリッタ３５により第１偏光Ｓおよび第２偏光Ｐに分割される。第１偏光Ｓは、１／４波長板３６により位相差が付与され、リレーレンズ３７を介して光ファイバ１１に入射する。
【0026】
第１偏光Ｓ（第１射出光Ｂ１）は、光ファイバ１１を伝送して、撮像レンズ３１と対応する被写体１６に照射される。被写体１６の側から光ファイバ１１に入射した撮像光Ｃ、すなわち、被写体１６で反射された第１偏光Ｓの反射光は、光ファイバ１１を逆方向に伝送する。また、撮像光Ｃは、光ファイバ１１から射出されて第２光路１７に入射する。
【0027】
第２光路１７は、リレーレンズ３７１／４波長板３６、および偏光ビームスプリッタ３５を備える。撮像光Ｃは、１／４波長板３６により位相差が付与され、偏光ビームスプリッタ３５を通過する。
【0028】
合成部２５は、第２光路１７における偏光ビームスプリッタ３５と第１撮像素子１５との間の領域である。ここで、第１射出光Ｂ１を合成部２５に導く第４光路２７は、偏光ビームスプリッタ３５、第２の１／４波長板４１、およびミラー４２を備える。第４光路２７において偏光ビームスプリッタ３５から合成部２５に向かう光線は、偏光ビームスプリッタ３５により分割された第１射出光Ｂ１の第２偏光Ｐである。第２偏光Ｐは、第２の１／４波長板４１、ミラー４２、第２の１／４波長板４１、および偏光ビームスプリッタ３５をこの順に経由して、第１撮像素子１５に向かう。すなわち、第２偏光Ｐは、１／４波長板３６により位相差が２回付与された後に、偏光ビームスプリッタ３５で反射されて、合成部２５に至る。ここで、ミラー４２は、移動機構４３に支持されている。移動機構４３は、ミラー４２の第２の１／４波長板４１とは反対側に設置したピエゾ素子である。移動機構４３は、ミラー４２を前後方向に移動させる。
【0029】
第１撮像素子１５は、ＣＣＤである。ここで、合成部２５では、被写体１６の撮影に使用した第１レーザ光源１０の第１射出光Ｂ１と、光ファイバ１１を伝送された撮像光Ｃとが重畳する。従って、第１撮像素子１５は、画像データとして、撮影に使用された第１レーザ光源１０の第１射出光Ｂ１と、光ファイバ１１を伝送された撮像光Ｃとが重畳する被写体画像のホログラムを取得する。被写体画像のホログラムは、光ファイバ１１により伝送される際に撮像光Ｃに発生する位相歪みを含む画像データであり、干渉縞を有する。
【0030】
位相データ生成部１８は、コンピュータ２０においてアプリケーションプログラムを動作させることにより機能する。第１撮像素子１５が取得した画像データが入力されると、位相データ生成部１８は、当該画像データの各画素の位相を算出する。また、位相データ生成部１８は、算出した各画素の位相データを光変調素子１９に入力する。第１撮像素子１５が取得した画像データは、干渉縞強度を反映した明暗データである。位相データ生成部１８は、明暗データから、画像データの各画素の位相を算出する。画像データの各画素の位相を算出する算出方法は、後述する。
【0031】
光変調素子１９は、液晶パネルである。本例では、液晶パネルは透過型であり、液晶プロジェクターにおいて光変調素子１９として使用されるものである。光変調素子１９は、当該光変調素子１９の各画素を駆動して、入力された各画素の位相データを表示する。
【0032】
次に、第２レーザ光源２１は、第１レーザ光源１０と同一の部材である。第３光路２３は、ビームエキスパンダ４５、第３の１／４波長板４６、光変調素子１９、偏光子４７、第４の１／４偏光板４８、および集光レンズ４９を備える。第２レーザ光源２１とビームエキスパンダ４５との間にはアイソレータ（図示せず）を挿入する。第３光路２３において、第２レーザ光源２１の第２射出光Ｂ２は、第３の１／４波長板４６を経由して、光変調素子１９に照射される。ここで、光変調素子１９に照射される光線は、第１光路１２において、光ファイバ１１に入射する光線と同等である。また、光変調素子１９から射出される光線は、位相共役光Ｄである。第３光路２３において、光変調素子１９から射出された位相共役光Ｄは、偏光子４７、第４の１／４偏光板４８、および集光レンズ４９をこの順に経由して、第２撮像素子２２に至る。集光レンズ４９は、位相共役光Ｄを第２撮像素子２２の撮像面に結像させるためのものである。なお、第２撮像素子２２が取得した被写体画像の画像データをコンピュータ２０に入力して表示させれば、被写体画像を観察できる。
【0033】
（画像データの各画素の位相を算出する算出方法の例）
次に、第１撮像素子１５が取得した画像データから位相データ生成部１８が位相データを算出する算出方法の例を説明する。本例の算出方法では、ミラー４２を支持する移動機構４３のピエゾ素子を駆動して、撮像光Ｃと第１射出光Ｂ１との位相差を変化させながら、第１撮像素子１５による撮影を行う。これにより、位相差が０，π／２，π，３π／２の４枚の画像データ（ホログラム）を得る。ここで、取得した各画像データの画素の干渉縞強度をそれぞれ、Ｉ１（ｘ、ｙ）、Ｉ２（ｘ、ｙ）、Ｉ3（ｘ、ｙ）、Ｉ４（ｘ、ｙ）としたときに、各画素の位相をφ（ｘ、ｙ）は、以下の数式により求められる。
次に、第１撮像素子１５が取得した画像データから位相データ生成部１８が位相データを算出する算出方法の例を説明する。本例の算出方法では、ミラー４２を支持する移動機構４３のピエゾ素子を駆動して、撮像光Ｃと第１射出光Ｂ１との位相差を変化させながら、第１撮像素子１５による撮影を行う。これにより、位相差が０，π／２，π，３π／２の４枚の画像データ（ホログラム）を得る。ここで、取得した各画像データの画素の干渉縞強度をそれぞれ、Ｉ１（ｘ、ｙ）、Ｉ２（ｘ、ｙ）、Ｉ3（ｘ、ｙ）、Ｉ４（ｘ、ｙ）としたときに、各画素の位相をφ（ｘ、ｙ）は、以下の数式により求められる。
【0034】
【数1】
【0035】
（作用効果）
本例の画像システム１Ａは、光ファイバ１１により伝送された被写体１６の撮像光Ｃを、第１撮像素子１５により受光して画像データを取得する。また、画像システム１Ａは、画像データから各画素の位相を算出した位相データを生成して、当該位相データを光変調素子１９に表示する。さらに、画像システム１Ａは、第２レーザ光源２１の第２射出光Ｂ２を読出光として光変調素子１９に照射し、第２撮像素子２２により光変調素子１９から照射される位相共役光Ｄを撮影する。これにより、第２撮像素子２２は、位相歪のない、被写体画像の画像データを取得できる。ここで、画像システム１Ａは、位相共役光Ｄの生成にディジタル処理を用いる。従って、位相共役光Ｄの生成に加工が困難な人工鉱物を用いる場合と比較して、画像システム１Ａの製造コストを抑制できる。また、本例では、光ファイバ１１として、一本のグレーデッドインデックスマルチモード光ファイバを用いる。従って、バンドルファイバーにより被写体１６を撮影した撮像光Ｃを伝送する場合と比較して、被写体１６の像の情報が欠落せず、被写体画像の解像度を向上させることができる。
本例の画像システム１Ａは、光ファイバ１１により伝送された被写体１６の撮像光Ｃを、第１撮像素子１５により受光して画像データを取得する。また、画像システム１Ａは、画像データから各画素の位相を算出した位相データを生成して、当該位相データを光変調素子１９に表示する。さらに、画像システム１Ａは、第２レーザ光源２１の第２射出光Ｂ２を読出光として光変調素子１９に照射し、第２撮像素子２２により光変調素子１９から照射される位相共役光Ｄを撮影する。これにより、第２撮像素子２２は、位相歪のない、被写体画像の画像データを取得できる。ここで、画像システム１Ａは、位相共役光Ｄの生成にディジタル処理を用いる。従って、位相共役光Ｄの生成に加工が困難な人工鉱物を用いる場合と比較して、画像システム１Ａの製造コストを抑制できる。また、本例では、光ファイバ１１として、一本のグレーデッドインデックスマルチモード光ファイバを用いる。従って、バンドルファイバーにより被写体１６を撮影した撮像光Ｃを伝送する場合と比較して、被写体１６の像の情報が欠落せず、被写体画像の解像度を向上させることができる。
【0036】
さらに、本例では、光変調素子１９として、液晶プロジェクターに用いられる液晶パネルを用いる。従って、光変調素子１９の各画素に、位相データを表示することができる。ここで、液晶パネルを用いた場合には、カラーの被写体画像を取得することが容易である。この場合には、第１射出光Ｂ１を白色光とし、画像データの各画素の位相データをＲＧＢの各色について生成して３枚の液晶パネルに表示する。また、第２レーザ光源２１からの第２射出光Ｂ２をＲＧＢの各光線に分割して各液晶パネルに照射する。さらに、各液晶パネルから射出される位相共役光Ｄをダイクロイックプリズムで合成して、第２撮像素子２２に入射させる。
【0037】
（実施例２）
図２は、実施例２の画像システムの説明図である。図２に示すように、本例の画像システム１Ｂは、光変調素子１９に第２射出光Ｂ２を照射する第２レーザ光源２１を有さず、第１レーザ光源１０が第２レーザ光源２１を兼ねる。また、第２レーザ光源２１を兼ねる第１レーザ光源１０の第１射出光Ｂ１を、光変調素子１９を経由して、第２撮像素子２２に導く第３光路２３は、第２の偏光ビームスプリッタ５１、第３の１／４波長板４６、光変調素子１９、偏光子４７、第４の１／４偏光板４８、および集光レンズ４９を備える。なお、これらの構成を除き、本例の画像システム１Ｂは、上記の画像システム１Ａと同一である。従って、上記の構成を説明して、他の構成の説明は省略する。また、上記の画像システム１Ａと対応する構成には、同一の符号を付して説明する。実施例２の画像システム１Ｂにおいても、第１レーザ光源１０と１／２波長板３４との間にはアイソレータ（図示せず）を挿入する。
図２は、実施例２の画像システムの説明図である。図２に示すように、本例の画像システム１Ｂは、光変調素子１９に第２射出光Ｂ２を照射する第２レーザ光源２１を有さず、第１レーザ光源１０が第２レーザ光源２１を兼ねる。また、第２レーザ光源２１を兼ねる第１レーザ光源１０の第１射出光Ｂ１を、光変調素子１９を経由して、第２撮像素子２２に導く第３光路２３は、第２の偏光ビームスプリッタ５１、第３の１／４波長板４６、光変調素子１９、偏光子４７、第４の１／４偏光板４８、および集光レンズ４９を備える。なお、これらの構成を除き、本例の画像システム１Ｂは、上記の画像システム１Ａと同一である。従って、上記の構成を説明して、他の構成の説明は省略する。また、上記の画像システム１Ａと対応する構成には、同一の符号を付して説明する。実施例２の画像システム１Ｂにおいても、第１レーザ光源１０と１／２波長板３４との間にはアイソレータ（図示せず）を挿入する。
【0038】
本例において、第２の偏光ビームスプリッタ５１は、第１光路１２における１／２波長板３４と偏光ビームスプリッタ３５との間に位置する。第１光路１２において、第１レーザ光源１０の第１射出光Ｂ１は、第２の偏光ビームスプリッタ５１を通過して、偏光ビームスプリッタ３５に至り、第３の１／４波長板４６、およびリレーレンズ３７を経由して光ファイバ１１に入射する。第３光路２３において、第１レーサ光源の第１射出光Ｂ１は、第２の偏光ビームスプリッタ５１により反射された後に、第３の１／４波長板４６を経由して、光変調素子１９に照射される。ここで、光変調素子１９に照射される光線は、第１光路１２において、光ファイバ１１に入射する光線に対応する。また、光変調素子１９から射出される光線は、位相共役光Ｄである。第３光路２３において、光変調素子１９から射出された位相共役光Ｄは、偏光子４７、第４の１／４偏光板４８、および集光レンズ４９をこの順に経由して、第２撮像素子２２に至る。
【0039】
本例の画像システム１Ｂは、上記の画像システム１Ａと同様の作用効果を奏する。また、本例の画像システム１Ｂは、第１レーザ光源１０が第２レーザ光源２１を兼ねるので、
上記の画像システム１Ａと比較して、部品点数を減らすことができる。よって、画像システム１Ｂの製造コストを抑制できる。
上記の画像システム１Ａと比較して、部品点数を減らすことができる。よって、画像システム１Ｂの製造コストを抑制できる。
【0040】
（実施例３）
図３は、実施例３の画像システムの説明図である。図３に示すように、実施例３の画像システム１Ｃは、市販のデジタル位相共役データ変換デバイス６０を使用する。なお、画像システム１Ｃは上記の画像システム１Ａと対応する構成を備えるので、対応する構成には同一の符号を付す。
図３は、実施例３の画像システムの説明図である。図３に示すように、実施例３の画像システム１Ｃは、市販のデジタル位相共役データ変換デバイス６０を使用する。なお、画像システム１Ｃは上記の画像システム１Ａと対応する構成を備えるので、対応する構成には同一の符号を付す。
【0041】
本例の画像システム１Ｃは、第１レーザ光源１０と、光ファイバ１１と、第１レーザ光源１０の第１射出光Ｂ１を光ファイバ１１に導く第１光路１２を備える。第１レーザ光源１０は、環状である。光ファイバ１１の先端には、撮像レンズ３１が取り付けられている。第１光路１２は、リレーレンズ３７を備える。
【0042】
また、画像システム１Ｃは、第１撮像素子１５と、被写体１６の側から光ファイバ１１に入射した撮像光Ｃを当該光ファイバ１１から第１撮像素子１５に導く第２光路１７を備える。撮像光Ｃは、被写体１６により反射された第１射出光Ｂ１の反射光であり、光ファイバ１１を第１射出光Ｂ１とは反対方向に伝送される。第２光路１７は、環状の第１レーザ光源１０の中心を経由する。第１撮像素子１５は、光ファイバ１１から射出され環状の第１レーザ光源１０の中心を通過した撮像光Ｃを撮影して、画像データを取得する。
【0043】
さらに、画像システム１Ｃは、第１撮像素子１５が取得した画像データに基づいて当該画像データの各画素の位相を算出する位相データ生成部１８と、各画素の位相データを表示する光変調素子１９とを備える。光変調素子１９は、反射型の液晶パネルである。本例では、デジタル位相共役データ変換デバイス６０が、位相データ生成部１８と、光変調素子１９とを、備える。
【0044】
ここで、本例では、第１撮像素子１５とデジタル位相共役データ変換デバイス６０との間にコンピュータ７０が介在する。コンピュータ７０は、第１撮像素子１５が取得した画像データの倍率を所望の倍率に変化させて、デジタル位相共役データ変換デバイス６０に入力する画像処理部７１と、後述する第２撮像素子が取得した被写体画像データを表示する表示部７２を備える。
【0045】
また、画像システム１Ｃは、第２レーザ光源２１と、第２撮像素子２２と、第２レーザ光源２１の第２射出光Ｂ２を、デジタル位相共役データ変換デバイス６０の光変調素子１９を経由して、第２撮像素子２２に導く第３光路２３を備える。第３光路２３には、ビームエキスパンダ６３、リレーレンズ６４、第２の光ファイバ６５、および第２の撮像レンズ６６が配置される。第２の光ファイバ６５は、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバである。第２の光ファイバ６５は、光ファイバ１１と同一の部材であり、同一径、同一長さを備える。
【0046】
第３光路２３において、第２レーザ光源２１の第２射出光Ｂ２は、ビームエキスパンダ６３を介して光変調素子１９に照射される。光変調素子１９から射出される反射光は、リレーレンズ６４を介して、第２の光ファイバ６５に入射し、光ファイバ１１により伝送されて撮像レンズ６６から射出される。第２撮像素子２２は、撮像レンズ６６を介して光ファイバ１１から出力される出力光を撮影する。出力光は、位相共役光Ｄである。従って、第２撮像素子２２は、位相歪がない、被写体画像の画像データを取得できる。ここで、第２撮像素子２２が取得した被写体画像の画像データをコンピュータ７０に入力して表示させれば、被写体画像を観察できる。
【0047】
（作用効果）
本例の画像システム１Ｃは、第１撮像素子１５が取得した画像データに基づいて当該画像データの各画素の位相を算出する位相データ生成部１８と、各画素の位相データを表示する光変調素子１９とを有するデジタル位相共役データ変換デバイス６０を備える。このようなデジタル位相共役データ変換デバイス６０は市販されているので、画像システム１Ｃの製造コストを、より、抑制できる。
本例の画像システム１Ｃは、第１撮像素子１５が取得した画像データに基づいて当該画像データの各画素の位相を算出する位相データ生成部１８と、各画素の位相データを表示する光変調素子１９とを有するデジタル位相共役データ変換デバイス６０を備える。このようなデジタル位相共役データ変換デバイス６０は市販されているので、画像システム１Ｃの製造コストを、より、抑制できる。
【0048】
ここで、デジタル位相共役データ変換デバイス６０を使用する場合には、被写体１６の側から光ファイバ１１に入射した撮像光Ｃは光ファイバ１１からダイレクトに第１撮像素子１５に導かれる。従って、第１撮像素子１５が取得する画像データはフォロラムではない。よって、第３光路２３に第２の光ファイバ６５を配置して、光変調素子１９を経由した第２射出光Ｂ２を第２の光ファイバ６５に入射させ、第２の光ファイバ６５から射出される出力光を第２撮像素子２２により撮影する。これにより、第２撮像素子２２は、位相歪のない、被写体画像の画像データを取得できる。
【0049】
また、本例では、第１撮像素子１５の画像データは、コンピュータ７０を経由して、デジタル位相共役データ変換デバイス６０に入力される。ここで、コンピュータ７０は、第１撮像素子１５が取得した画像データの倍率を所望の倍率に変化させて、デジタル位相共役データ変換デバイス６０に入力する画像処理部７１を備える。これにより、被写体画像をデジタル処理により拡大できるので、光学系を用いて拡大された被写体画像を取得する場合と比較して、製造コストを抑制できる。
【0050】
本例の画像システム１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、内視鏡、顕微鏡、望遠鏡に適用できる。
【符号の説明】
【0051】
１Ａ・１Ｂ・１Ｃ…画像システム、１０…第１レーザ光源、１１…光ファイバ、１１…グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバ、１２…第１光路、１５…第１撮像素子、１６…被写体、１７…第２光路、１８…位相データ生成部、１９…光変調素子、２０…コンピュータ、２１…第２レーザ光源、２２…第２撮像素子、２３…第３光路、２５…合成部、２７…第４光路、３１…撮像レンズ、３３…ビームエキスパンダ、３４…１／２波長板、３５…偏光ビームスプリッタ、３６…１／４波長板、３７…リレーレンズ、４１…第２の１／４波長板、４２…ミラー、４５…ビームエキスパンダ、４６…第３の１／４波長板、４７…偏光子、４８…第４の１／４偏光板、４９…集光レンズ、５１…第２の偏光ビームスプリッタ、６０…デジタル位相共役データ変換デバイス、６１…コンピュータ、６３…ビームエキスパンダ、６４…リレーレンズ、６５…第２の光ファイバ、６６…撮像レンズ、６６…第２の撮像レンズ、７０…コンピュータ、７１…画像処理部、７２…表示部、Ｂ１…第１射出光、Ｂ２…第２射出光
【図1】
【図2】
【図3】