立体像表示装置
【課題】本発明は、鮮明な立体像を得ることができる立体像表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】対向する２面を有する光伝送部材１１０と、該光伝送部材を前記２面の両面から挟むように設けられた２枚の光学アレイ１３１、１３２とを含む複合アレイ１３０を有し、該複合アレイの一方側で撮像した立体物９０を、該複合アレイの他方側に立体像１００として表示する立体像表示装置であって、
前記光学アレイは、前記光伝送部材の面上に２次元に配列された屈折率分布ファイバー１２０を含み、
該屈折率分布ファイバーの長さは、中を進行する光の蛇行周期の４分の１であることを特徴とする。
【解決手段】対向する２面を有する光伝送部材１１０と、該光伝送部材を前記２面の両面から挟むように設けられた２枚の光学アレイ１３１、１３２とを含む複合アレイ１３０を有し、該複合アレイの一方側で撮像した立体物９０を、該複合アレイの他方側に立体像１００として表示する立体像表示装置であって、
前記光学アレイは、前記光伝送部材の面上に２次元に配列された屈折率分布ファイバー１２０を含み、
該屈折率分布ファイバーの長さは、中を進行する光の蛇行周期の４分の１であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体像表示装置に関し、特に、複合アレイの一方側で撮像した立体物を、複合アレイの他方側に立体像として表示する立体像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、任意の視点から自由に立体画像を見ることができる立体画像方式の一つとして、平面状に配列された凸レンズ群又はピンホール群を用いたいわゆるＩＰ（Integral Photography）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図１は、従来のＩＰ方式のファイバー群を用いた場合の撮影方法の一例について説明するための図である。図１において、同一平面上に配置された複数の凸レンズ２１、２２、・・・、２ｎからなるレンズ群２０の背面に、写真フィルム３０を置き、レンズ群２０の前に置いた被写体１０を撮影している状態が示されている。写真フィルム３０には、各凸レンズ２１、２２、・・・、２ｎにより被写体１０の像３１、３２、３３、・・・、３ｎが結像し、撮影される。
【０００４】
図２は、図１の方法により撮影した立体画像を、表示する方法の従来技術の一例を示した図である。図２において、図１の方法により撮影して現像した写真４０が、レンズ群２０に対して撮影したときのフィルムと同じ位置に配置されている。この状態で、レンズ群２０の前方から目６０で写真状の像４１、４２、・・・、４ｎを見ると、立体再生像５０が見える。この場合、レンズ群２０から被写体１０を見て凹に見えるものが、立体再生像５０では被写体１０を裏側から見たようになるために、凸に見える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２２１９１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】『三次元画像工学』、大越孝敬著、朝倉書店、１９９１年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のＩＰ方式においては、写真フィルム３０を用いて撮影し、現像した写真４０を用いるため、リアルタイムで被写体１０を撮影し、表示する光学系としては利用できない。また、テレビカメラや液晶パネル等を用いた方式の発明があるが、撮影した画像は、電気信号を介する必要があった。
【０００８】
一方、電気信号を介せず、光ファイバーを多数2次元状に配置したアレイのみで撮像信号を伝送する方式も提案されている（例えば、特許文献１参照）。特に、光ファイバーの長さを、光ファイバー内の光路の半周期の奇数倍とした発明では、立体像をアレイの観察者側に形成することができ、空中像を作成、提供できる。特許文献１の発明においては、光ファイバーとして、半径方向に２乗特性のような不均一な屈折率分布を持つ光ファイバーを用いることを前提としている。
【０００９】
光ファイバーの屈折率が半径方向の中心部で高く、周辺部に行くに従い小さくなる例として、例えば、下記（１）式を満たす条件が挙げられる。
【００１０】
【数１】
図３は、（１）式で示される特性を有する光ファイバー７０を示した図である。（１）式で示される特性を有する光ファイバー７０に光が入射すると、半径方向の中心部（軸中心部）ほど屈折率が高いために、図３に示すように、光線は蛇行し、ある特定の点で結像する。このように、光ファイバー７０は、レンズ作用を備える。この原理は、１９６４年、Ｄ． ＭＡＲＣＵＳＥらによって見いだされ、内容の詳細は、The Bell System Technical Journal. , July, 1964等に記載されている。
【００１１】
ここで、光ファイバー７０の光線マトリックス、つまり入射光の位置、角度と出射光の位置、角度との関係は、（２）式のように表せる。
【００１２】
【数２】
図４は、（２）式で示された関係を示す図である。ここで、特許文献１においては、立体像をファイバーアレイの観察者側に表示するために、光ファイバー７０の長さＺＬを、（３）式に対応する長さとしている。
【００１３】
【数３】
図５は、光ファイバー７０の長さＺＬを、（３）式に対応する長さとしたときの内部を通過する光線の状態を示した図である。図５に示すように、ｒｓ＝−ｒｐ、φｓ＝−φｐとなり、入射光線の角度φｓと出射光線の角度φｐは、符号が逆で絶対値が等しくなる。
【００１４】
図６は、光ファイバー７０を複数本アレイ状に配列した光ファイバーアレイ８０と入射光線及び出射光線との関係を示した図である。図６に示すように、各光ファイバー７０の端面の中心から出射した光線を考えると、入射側の光線を入射端面に対称に折り返した形になり、光の進行方向、つまり光ファイバー７０の外側に入射端から被写体９０までと同じ距離ｄ１で交わる。つまり、出射光線は、交点Ｐで交わり、交点Ｐに再生像１００ができる。
【００１５】
図７は、図６の光ファーバーアレイ８０を用いた状態を、１本の光ファイバー７０に着目して拡大した図である。この場合には、各光ファイバー７０の端面の全面から出射した光は、図７に示すように、あたかも入射端面付近外側の仮想集光点Ｐ’から光が出力されたように、ある広がりをもって出射端側に進行する。そして、再生像面に到達したときには、出射端面よりも更に広がった状態となっている。図７において、入射光側の三角形ＳＳ１Ｓ３と出射光側の三角形Ｐ’Ｐ３Ｐ１が逆合同、即ち、入射光側の三角形ＳＳ１Ｓ３と線対称な三角形Ｓ’Ｓ１Ｓ３と出射光側の三角形Ｐ’Ｐ１Ｐ３が合同となっていることが分かる。従って、仮想集光点Ｐ’から見た再生像の位置Ｐが、仮想集光点Ｐ’から光ファイバー７０の出射端までの距離の２倍の距離２ｄ１にあることから、この広がりは、再生面において、一つの光ファイバーの出射側端面から出る光束の広がりＤｐの２倍の２Ｄｐとなり、この広がりの分、ぼやけた像となる。ここに、実効的なDｐは入射光の入射角に依存するが、最大値はファイバーの直径まで許容される。
【００１６】
つまり、特許文献１に記載の構成では、電気信号を用いずに立体像を得ることはできるが、立体像自体は、ぼやけた像となってしまうという問題があった。
【００１７】
そこで、本発明は、鮮明な立体像を得ることができる立体像表示装置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】
【００１８】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る立体像表示装置は、対向する２面を有する光伝送部材と、該光伝送部材を前記２面の両面から挟むように設けられた２枚の光学アレイとを含む複合アレイを有し、該複合アレイの一方側で撮像した立体物を、該光伝送部材の入力面に各光ファイバーに対応して生成された要素画像群を介して、該複合アレイの他方側に立体像として表示する立体像表示装置であって、
前記光学アレイは、前記光伝送部材の面上に２次元に配列された屈折率分布ファイバーを含み、
該屈折率分布ファイバーの長さは、中を進行する光の蛇行周期の４分の１であることを特徴とする立体像表示装置。
【００１９】
これにより、再生像面において、光線の広がりを回避することができ、鮮明な立体像を表示することができる。
【００２０】
第２の発明は、第１の発明に係る立体像表示装置において、
前記光伝送部材は、拡散板であって、
前記立体像は、前記立体物に対して鏡面対称の像であることを特徴とする。
【００２１】
これにより、拡散板に関して対称な位置に、鮮明な鏡面対称像を得ることができる。
【００２２】
第３の発明は、第２の発明に係る立体像表示装置において、
所定間隔を有して配置された前記複合アレイを偶数枚有し、前記鏡面対称の立体像を反転させ、前記立体物と同じ奥行き方向となるように前記立体像を表示することを特徴とする。
【００２３】
これにより、立体像の凹凸反転を回避することができ、立体物に忠実な立体像を表示することができる。
【００２４】
第４の発明は、第２の発明に係る立体像表示装置において、
前記拡散板は、液晶で構成され、該液晶の拡散特性を用いることを特徴とする。
【００２５】
これにより、ＩＰ方式のように、撮像した立体物を液晶に高解像度で表示させることができ、立体像の表示を鮮明に行うことができる。
【００２６】
第５の発明は、第４の発明に係る立体像表示装置において、
前記液晶は、電圧制御型液晶であることを特徴とする。
【００２７】
これにより、電圧で液晶の拡散特性を調整することができる。
【００２８】
第６の発明は、第２の発明に係る立体像表示装置において、
前記拡散板は、ホログラフィックスクリーンで構成されたことを特徴とする。
【００２９】
これにより、ホログラフィックスクリーンの持つ拡散特性により、撮像する立体物の要素画像群を生成し、これを出力側の光ファイバーを介して、立体物を忠実に再現できる。
【００３０】
第７の発明は、第１の発明に係る立体表示装置において、
前記光伝送部材は、拡大光学系部材又は縮小光学系部材であることを特徴とする。
【００３１】
これにより、立体像の大きさを、現実の立体物よりも拡大させたり縮小させたりして用途に応じて調整することができる。
【００３２】
第８の発明は、第７の発明に係る立体表示装置において、
前記拡大光学系部材又は前記縮小光学系部材は、ファイバーオプティックスプレートであることを特徴とする。
【００３３】
これにより、入手容易な部材を用いて、立体像の大きさの調整を容易に行うことができる。
【００３４】
第９の発明は、第１の発明に係る立体表示装置において、
前記光伝送部材は、立体像の回転機能を有するファイバー光学系部材であることを特徴とする。
【００３５】
これにより、立体像の回転を行わせることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、ぼやけの少ない鮮明な立体像を表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来のＩＰ方式のファイバー群を用いた撮影方法の説明図である。
【図２】図１の方法により撮影した立体画像を表示する従来技術例を示した図である。
【図３】（１）式で示される特性を有する光ファイバー７０を示した図である。
【図４】（２）式で示された関係を示す図である。
【図５】光ファイバー７０が（３）式を満たす長さのときの光線の状態を示した図である。
【図６】光ファイバーアレイ８０と入射光線及び出射光線との関係を示した図である。
【図７】光ファーバーアレイ８０の１本の光ファイバー７０に着目した拡大図である。
【図８】実施例１に係る立体像表示装置の原理を説明するための図である。
【図９】実施例１に係る立体像表示装置の複合アレイ１３０の構成を示した斜視図である。
【図１０】実施例１に係る立体表示装置の図９とは異なる複合アレイ１３３の全体構成の一例を示した斜視図である。
【図１１】実施例１に係る立体表示装置の複合アレイ１３０の一例を示す側面図である。
【図１２】実施例２に係る立体像表示装置の全体構成の一例を示した側面図である。
【図１３】実施例３に係る立体像表示装置の全体構成の一例を示した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【実施例１】
【００３９】
図８は、本発明の実施例１に係る立体像表示装置の原理を説明するための図である。図８において、実施例１に係る立体表示装置の複合アレイ１３０の部分的要素の光ファイバーを拡大して示している。複合アレイ１３０は、拡散板１１０と、光ファイバー１２０とを備える。光ファイバー１２０は、拡散板１１０の両面に設けられている。光ファイバー１２０は、撮影面側又は入射面側の光ファイバー１２１と、表示面側又は出射面側の光ファイバー１２２とを備える。
【００４０】
ここで、光ファイバー１２０が、撮影面側の光ファイバー１２１と表示面側の光ファイバー１２２の連続した長さで表現されていると考えると、光ファイバー１２０の長さは、（４）式を満たす。また、拡散板１１０の位置は、（５）式を満たす面の位置に挿入されている。
【００４１】
【数４】
ここで、拡散板１１０は、光ファーバー１２０を２つに分割していることになる。これは、撮影と表示を一体化させ、撮影面と表示面を共有した形のＩＰ方式の構成とも解釈できる。よって、物体側を撮像側アレイ１３１、像側を表示アレイ１３２と呼ぶこととする。特に、（４）式において、ｍ＝０のとき、図８に示すように、撮像側アレイ１３１及び表示側アレイ１３２とも、その構成要素である光ファーバー１２１、１２２の長さは蛇行周期の４分の１周期となる。このとき、光ファイバー１２０の端面は焦点面となり、表示面である拡散板１１０から出た光線は、光ファイバー１２２から出射するときに平行光となり、図７において示した像形成点での２倍の広がりを回避することができる。
【００４２】
図９は、実施例１に係る立体像表示装置の複合アレイ１３０の全体構成の一例を示した斜視図である。図９において、実施例１に係る立体像表示装置の複合アレイ１３０は、拡散板１１０と、撮像側アレイ１３１と、表示側アレイ１３２とを有する。撮像側アレイ１３１は、複数の入射面側の光ファイバー１２１が、拡散板１１０の一方の面上に、二次元状に、縦横に列をなして配列されて構成されている。光ファイバー１２１は、円筒形状をしており、円筒の中心軸が、拡散板１１０の面と垂直になるように配置されている。
【００４３】
拡散板１１０の他方の面上には、複数の出射面側の光ファイバー１２２が、入射面側の光ファイバー１２１と同様に、二次元状に、縦横に列をなして配列されている。出射面側の光ファイバー１２２は、入射面側の光ファイバー１２１と同様に、円筒形状をしており、円筒の中心軸は、拡散板１１０に垂直になるように配置されている。そして、入射面側の光ファイバー１２１の円筒の中心軸と、出射面側の光ファイバー１２２の円筒の中心軸は、拡散板１１０を介して一致しており、連続する長い光ファイバー１２０を、拡散板１１０が中央で２分した形状、又は入射面側の光ファイバー１２１と出射面側の光ファイバー１２２が、拡散板１１０を両側から挟むような形状となっている。
【００４４】
入射面側の光ファイバー１２１と出射面側の光ファイバー１２２は、同じ長さであり、ともに（４）式を満たす。そして、拡散板１１０は、（５）式を満たす位置に存在する。これにより、入射面側で撮像され、拡散板１１０上に撮像された画像が、出射面側の光ファイバーで光が広がって表示されることを防ぐことができる。そして、この関係を満たす入射面側の光ファイバー１２１と、出射面側の光ファイバー１２２を、図９に示すように、拡散板１１０の両面上に、二次元状に配列することにより、ぼやけの少ない鮮明な立体像を表示することができる。図９においては、紙面の都合上、縦３行×横５列分の光ファイバー１２１、１２２しか示していないが、これらをもっと多く配置して撮像側アレイ１３１及び表示側アレイ１３２を構成することにより、更に広い領域について、立体像を表示することができる。
【００４５】
このように、拡散板１１０の対向する２面上に、拡散板１１０を両面から挟むように光ファイバー１２１と光ファイバー１２２を２次元状に配置することにより、ぼやけの少ない鮮明な立体像を表示できる複合アレイ１３０を構成することができる。
【００４６】
図１０は、実施例１に係る立体表示装置の図９とは異なる複合アレイ１３３の全体構成の一例を示した斜視図である。図１０において、複合アレイ１３３は、拡散板１１０と、撮像側アレイ１３４と、表示側アレイ１３５とを備える点では、図９に係る複合アレイ１３０と同様である。複合アレイ１３３は、撮像側アレイ１３４を構成する入射側の光ファイバー１２１と、表示側アレイ１３５を構成する出射側の光ファイバー１２２が、図９においては、縦横で格子状に列をなしていたのに対し、そのような配置となっておらず、縦方向の真ん中の２行目が、奥の１行目の行に対して円筒の略半径分ずれ、かつ、１行目の間に入り込むいわゆる俵積みの配置となっている点で、図９に係る複合アレイ１３０と異なっている。このように、複合アレイ１３３を構成する光ファイバー１２０は、必ずしも格子状又はマトリックス状に配置される必要は無く、種々の配置構成をとり得る。但し、図１０に係る複合アレイ１３３においても、入射側の光ファイバー１２１の円筒の中心軸と、出射側の光ファイバー１２２の円筒の中心軸１２２とは一致し、拡散板１１０を両面から挟むように配置されている点は、図９に係る複合アレイ１３０と同様である。
【００４７】
このように、実施例１に係る立体像表示装置の複合アレイ１３３は、用途に応じて撮像側アレイ１３４及び表示側アレイ１３５を種々の構成とすることができる。
【００４８】
図１１は、実施例１に係る立体表示装置の複合アレイ１３０の一例を示す側面図である。図９及び図１０において説明したように、複合アレイ１３０は、（４）式を満たす屈折率分布光ファイバー１２１、１２２を、２次元状のアレイに配置して２枚のアレイを用意する。1枚が撮像側アレイ１３１であり、もう１枚が表示側アレイ１３２である。そして、両者の間に拡散板１１０を挿入した複合アレイ構成とし、複合アレイ１３０を構成する。特に、一番短いものとしては、光ファイバー１２１、１２２の中を通る光の蛇行周期の１／４で構成することができる。このような構成により、立体物である被写体９０を、鏡面対称の立体像１００として、観察者側に表示できる。
【００４９】
図１１において、被写体９０と、撮像側アレイ１３１との距離はｄ１であり、表示側アレイ１３２と立体像１００との距離も同様にｄ１となっている。被写体９０からは、撮像側アレイの入射側光ファイバー１２１の全面に光が入射し、被写体９０が撮像される。撮像された被写体９０の要素画像群は、拡散板１１０に表示される。
【００５０】
拡散板１１０は、撮像側アレイ１３１で撮影した被写体９０の像が結像される部材である。また、拡散板１１０に結像された像が、表示側アレイ１３１に伝送されるように、光伝送性を有する部材から構成される。例えば、拡散板１１０は、透過性を有する部材で構成されてもよい。よって、拡散板１１０は、画像の表示機能を有するとともに光伝送性を有する板状の部材が適用される。拡散板１１０には、例えば、すりガラス、液晶パネルや、ホログラフィックスクリーンが適用されてもよい。液晶パネルは、種々の液晶パネルが適用されてよく、例えば、電圧制御型液晶が適用されてもよい。拡散板１１０に電圧制御型液晶を用いた場合には、電圧により、拡散板１１０の拡散特性を制御することができる。また、拡散板１１０にホログラフィックスクリーンを適用した場合には、それを拡散板１１０として立体物の像を撮像表示することができる。
【００５１】
このとき、立体像１００が表示される位置は、被写体９０と撮像側アレイ１３１との距離ｄ１と同様に、表示側アレイ１３２から距離ｄ１離れた位置であり、撮像側アレイ１３１で入射した光が、拡大や縮小等なく、拡散板１１０を対称としてそのまま表示側アレイ１３２から出射される。よって、立体像１００は、ぼやけが少なく、被写体９０に忠実な鮮明な像となる。ここにｄ１は任意の値にとれるから、表示される立体像は凹凸が逆になる。
【００５２】
このように、（５）式を満たす長さの光ファイバー１２１、１２２で撮像側アレイ１３１及び表示側アレイ１３２を構成し、像を表示できて透過性を有する拡散板１１０を、（５）式を満たす位置に挿入して複合アレイ１３０を構成することにより、一方の面で撮像した被写体９０の立体像１００を、凹凸が逆であるものの、電気信号を用いた像の変換を行うこと無く、他方の面で忠実に再現表示することができる。
【実施例２】
【００５３】
図１２は、本発明の実施例２に係る立体像表示装置の全体構成の一例を示した側面図である。図１２において、実施例２に係る立体表示装置は、第１の複合アレイ１３０と、第２の複合アレイ１３６の２つの複合アレイ１３０、１３６を備えている。第１の複合アレイ１３０は、実施例１において説明した複合アレイ１３０と同様の複合アレイ１３０であるので、同様の参照番号を付している。一方、第２の複合アレイ１３６は、新たに加えられた複合アレイであり、第１の複合アレイ１３０と同様の複合アレイであってもよいし、異なる複合アレイであってもよい。また、第２の複合アレイ１３６は、拡散板１１１と、撮像側アレイ１３７と、表示側アレイ１３８を備えている。第１の複合アレイ１３０及び第２の複合アレイ１３６を構成する光ファイバー１２０は、ともに（４）式の長さを満たし、最も短い長さでは、光ファイバー１２０の内部を通過する光の蛇行周期の４分の１の長さである。
【００５４】
実施例１に係る立体像表示装置においては、立体物である被写体９０の、凹凸が逆転する像しか得られなかった。しかしながら、実施例２に係る立体表示装置においては、第１の複合アレイ１３０の他に、第１の複合アレイ１３０と直列に、所定間隔を有して第２の複合アレイ１３６を配置して、第１の複合アレイ１３０から得られた像を、更に逆転させて凹凸の逆転現象を解消している。つまり、立体物である被写体９０の第１の立体像１０１は、被写体９０と第１の複合アレイ１３０の撮像側アレイ１３１との距離ｄ１分、表示側アレイ１３２から離れた位置に表示される。ここで、第１の立体像１０１を被写体とし、更に第２の複合アレイ１３６で撮像及び表示を行うようにすれば、被写体９０の凹凸逆転像である第１の立体像１０１の凹凸を更に逆転させ、立体物との凹凸関係が逆転していない第２の立体像１０２を得ることができる。
【００５５】
ここで、第２の複合アレイ１３６は、第１の複合アレイ１３０が作る立体像１０１よりも外側、つまり第１の複合アレイより離れた位置に配置される。第１の複合アレイ１３０が、表示側アレイ１３２から距離ｄ１だけ離れた位置に生成した立体像１０１を、第２の複合アレイ１３６は、自分自身の被写体として取り扱うことができるため、図１２においては、第２の複合アレイ１３６の撮像側アレイ１３７は、第１の立体像１０１から、距離ｄ２離れた位置に配置されている。これにより、第２の複合アレイ１３６は、表示側アレイ１３８から距離ｄ２離れた位置に、第２の立体像１０２を空中に光学像として表示することができる。そして、第２の立体像１０２は、第１の立体像１０１を鏡面対称に表示した像であるので、第１の立体像１０１とは凹凸が逆、即ち立体物である被写体９０と同様の凹凸を有する立体像として再現される。
【００５６】
このように、第１の複合アレイ１３０と第２の複合アレイ１３６の間隔を、第１の複合アレイが作る第１の立体像１０１が、第２の複合アレイ１３６の入力端面との間にあるように配置することにより、第２の複合アレイ１３６が作る第２の立体像１０２を、第２の複合アレイ１３６の表示側アレイ１３８の外側に空中の光学像として生成することができ、凹凸の反転を解消することができる。
【００５７】
なお、図１２においては、第１の複合アレイ１３０と、第２の複合アレイ１３６の２つの複合アレイ１３０、１３６を備える立体像表示装置について説明したが、複合アレイ１３０、１３６が偶数個備えられていれば、凹凸の反転を解消した立体表示装置を構成することができる。よって、実施例２に係る立体像表示装置は、偶数個の複合アレイ１３０、１３６を備えていれば、用途に応じて様々な構成とすることができる。
【実施例３】
【００５８】
図１３は、本発明の実施例３に係る立体像表示装置の全体構成の一例を示した側面図である。実施例３に係る立体表示装置は、拡大複合アレイ１５０を備える。拡大複合アレイ１５０は、拡大光学系部材１４０と、撮像側アレイ１５１と、表示側アレイ１５２とを備える。つまり、拡散板１１０、１１１の代わりに、拡大光学系部材１４０が、撮像側アレイ１５１と、表示側アレイ１５２との間に挿入されている。このように、拡散板１１０、１１１の代わりに、拡大光学系部材１４０を挿入することにより、撮像側アレイ１５１で撮像した被写体９０の画像を、拡大して表示側アレイ１５２に伝送することができる。これにより、表示側アレイ１５２では、被写体の被写体９０よりも、拡大した立体像１０３を表示することができる。このように、撮像側アレイ１５１と表示側アレイ１５２の間に挿入配置する光伝送部材を、拡散板１１０ではなく、拡大光学系部材１４０とすることにより、立体物である被写体９０に比べて拡大した立体像１０３を表示することができる。
【００５９】
なお、この場合においても、撮像側アレイ１５１及び表示側アレイ１５２を構成する光ファイバー１２０は、（５）式の関係を満たす長さであることが必要である。
【００６０】
また、図１３において、撮像側アレイ１５１と被写体９０との距離をｄ３とすると、表示側アレイ１５２と立体像１０３との距離は、ｋｄ３で示される。ここで、ｋは倍率を示す定数である。よって、倍率が大きくなる程、表示側アレイ１５２と立体像１０３との距離は大きくなることになる。
【００６１】
拡大光学系部材１４０は、種々の光学部材を適用することができるが、例えば、ファイバーオプティックプレートが適用されてもよい。また、図１３においては、光伝送部材として、拡大光学系部材１４０を用いた例を挙げて説明したが、拡大光学系部材の代わりに、縮小光学系部材を用いてもよい。例えば、上述のファイバーオプティックプレートは、拡大光学系部材としても、縮小光学系部材としても利用できるので、ファイバーオプティックスプレートを用いて、被写体９０よりも縮小する立体像１０３を得ることができる立体物表示装置を構成してもよい。
【００６２】
更に、ファイバーオプティックスプレートと同様のファイバー光学系で、光学像を回転できる部材を拡大光学系１４０の代わりに挿入してもよい。このような構成とすることにより、被写体９０を回転させた立体像１０３を得ることができる。
【００６３】
このように、撮像側アレイ１５１と表示側アレイ１５２の間の光伝送部材は、単に画像を撮像及び表示するだけでなく、種々の光学的変換機能を有する部材を用いることができ、これにより、用途に応じて種々の立体像１０３を表示することが可能となる。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、立体物の被写体を立体像として表示する立体像表示装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０、９０ 被写体（立体物）
２０ レンズ群
３０ 写真フィルム
４０ 写真
５０、１００、１０１、１０２、１０３ 立体像
７０、１２０、１２１、１２２ 光ファイバー
８０ 光ファイバーアレイ
１１０、１１１ 拡散板
１３０〜１３８ 複合アレイ
１４０ 拡大系光学部材
１５０、１５１、１５２ 拡大複合アレイ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体像表示装置に関し、特に、複合アレイの一方側で撮像した立体物を、複合アレイの他方側に立体像として表示する立体像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、任意の視点から自由に立体画像を見ることができる立体画像方式の一つとして、平面状に配列された凸レンズ群又はピンホール群を用いたいわゆるＩＰ（Integral Photography）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図１は、従来のＩＰ方式のファイバー群を用いた場合の撮影方法の一例について説明するための図である。図１において、同一平面上に配置された複数の凸レンズ２１、２２、・・・、２ｎからなるレンズ群２０の背面に、写真フィルム３０を置き、レンズ群２０の前に置いた被写体１０を撮影している状態が示されている。写真フィルム３０には、各凸レンズ２１、２２、・・・、２ｎにより被写体１０の像３１、３２、３３、・・・、３ｎが結像し、撮影される。
【０００４】
図２は、図１の方法により撮影した立体画像を、表示する方法の従来技術の一例を示した図である。図２において、図１の方法により撮影して現像した写真４０が、レンズ群２０に対して撮影したときのフィルムと同じ位置に配置されている。この状態で、レンズ群２０の前方から目６０で写真状の像４１、４２、・・・、４ｎを見ると、立体再生像５０が見える。この場合、レンズ群２０から被写体１０を見て凹に見えるものが、立体再生像５０では被写体１０を裏側から見たようになるために、凸に見える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２２１９１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】『三次元画像工学』、大越孝敬著、朝倉書店、１９９１年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のＩＰ方式においては、写真フィルム３０を用いて撮影し、現像した写真４０を用いるため、リアルタイムで被写体１０を撮影し、表示する光学系としては利用できない。また、テレビカメラや液晶パネル等を用いた方式の発明があるが、撮影した画像は、電気信号を介する必要があった。
【０００８】
一方、電気信号を介せず、光ファイバーを多数2次元状に配置したアレイのみで撮像信号を伝送する方式も提案されている（例えば、特許文献１参照）。特に、光ファイバーの長さを、光ファイバー内の光路の半周期の奇数倍とした発明では、立体像をアレイの観察者側に形成することができ、空中像を作成、提供できる。特許文献１の発明においては、光ファイバーとして、半径方向に２乗特性のような不均一な屈折率分布を持つ光ファイバーを用いることを前提としている。
【０００９】
光ファイバーの屈折率が半径方向の中心部で高く、周辺部に行くに従い小さくなる例として、例えば、下記（１）式を満たす条件が挙げられる。
【００１０】
【数１】
図３は、（１）式で示される特性を有する光ファイバー７０を示した図である。（１）式で示される特性を有する光ファイバー７０に光が入射すると、半径方向の中心部（軸中心部）ほど屈折率が高いために、図３に示すように、光線は蛇行し、ある特定の点で結像する。このように、光ファイバー７０は、レンズ作用を備える。この原理は、１９６４年、Ｄ． ＭＡＲＣＵＳＥらによって見いだされ、内容の詳細は、The Bell System Technical Journal. , July, 1964等に記載されている。
【００１１】
ここで、光ファイバー７０の光線マトリックス、つまり入射光の位置、角度と出射光の位置、角度との関係は、（２）式のように表せる。
【００１２】
【数２】
図４は、（２）式で示された関係を示す図である。ここで、特許文献１においては、立体像をファイバーアレイの観察者側に表示するために、光ファイバー７０の長さＺＬを、（３）式に対応する長さとしている。
【００１３】
【数３】
図５は、光ファイバー７０の長さＺＬを、（３）式に対応する長さとしたときの内部を通過する光線の状態を示した図である。図５に示すように、ｒｓ＝−ｒｐ、φｓ＝−φｐとなり、入射光線の角度φｓと出射光線の角度φｐは、符号が逆で絶対値が等しくなる。
【００１４】
図６は、光ファイバー７０を複数本アレイ状に配列した光ファイバーアレイ８０と入射光線及び出射光線との関係を示した図である。図６に示すように、各光ファイバー７０の端面の中心から出射した光線を考えると、入射側の光線を入射端面に対称に折り返した形になり、光の進行方向、つまり光ファイバー７０の外側に入射端から被写体９０までと同じ距離ｄ１で交わる。つまり、出射光線は、交点Ｐで交わり、交点Ｐに再生像１００ができる。
【００１５】
図７は、図６の光ファーバーアレイ８０を用いた状態を、１本の光ファイバー７０に着目して拡大した図である。この場合には、各光ファイバー７０の端面の全面から出射した光は、図７に示すように、あたかも入射端面付近外側の仮想集光点Ｐ’から光が出力されたように、ある広がりをもって出射端側に進行する。そして、再生像面に到達したときには、出射端面よりも更に広がった状態となっている。図７において、入射光側の三角形ＳＳ１Ｓ３と出射光側の三角形Ｐ’Ｐ３Ｐ１が逆合同、即ち、入射光側の三角形ＳＳ１Ｓ３と線対称な三角形Ｓ’Ｓ１Ｓ３と出射光側の三角形Ｐ’Ｐ１Ｐ３が合同となっていることが分かる。従って、仮想集光点Ｐ’から見た再生像の位置Ｐが、仮想集光点Ｐ’から光ファイバー７０の出射端までの距離の２倍の距離２ｄ１にあることから、この広がりは、再生面において、一つの光ファイバーの出射側端面から出る光束の広がりＤｐの２倍の２Ｄｐとなり、この広がりの分、ぼやけた像となる。ここに、実効的なDｐは入射光の入射角に依存するが、最大値はファイバーの直径まで許容される。
【００１６】
つまり、特許文献１に記載の構成では、電気信号を用いずに立体像を得ることはできるが、立体像自体は、ぼやけた像となってしまうという問題があった。
【００１７】
そこで、本発明は、鮮明な立体像を得ることができる立体像表示装置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】
【００１８】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る立体像表示装置は、対向する２面を有する光伝送部材と、該光伝送部材を前記２面の両面から挟むように設けられた２枚の光学アレイとを含む複合アレイを有し、該複合アレイの一方側で撮像した立体物を、該光伝送部材の入力面に各光ファイバーに対応して生成された要素画像群を介して、該複合アレイの他方側に立体像として表示する立体像表示装置であって、
前記光学アレイは、前記光伝送部材の面上に２次元に配列された屈折率分布ファイバーを含み、
該屈折率分布ファイバーの長さは、中を進行する光の蛇行周期の４分の１であることを特徴とする立体像表示装置。
【００１９】
これにより、再生像面において、光線の広がりを回避することができ、鮮明な立体像を表示することができる。
【００２０】
第２の発明は、第１の発明に係る立体像表示装置において、
前記光伝送部材は、拡散板であって、
前記立体像は、前記立体物に対して鏡面対称の像であることを特徴とする。
【００２１】
これにより、拡散板に関して対称な位置に、鮮明な鏡面対称像を得ることができる。
【００２２】
第３の発明は、第２の発明に係る立体像表示装置において、
所定間隔を有して配置された前記複合アレイを偶数枚有し、前記鏡面対称の立体像を反転させ、前記立体物と同じ奥行き方向となるように前記立体像を表示することを特徴とする。
【００２３】
これにより、立体像の凹凸反転を回避することができ、立体物に忠実な立体像を表示することができる。
【００２４】
第４の発明は、第２の発明に係る立体像表示装置において、
前記拡散板は、液晶で構成され、該液晶の拡散特性を用いることを特徴とする。
【００２５】
これにより、ＩＰ方式のように、撮像した立体物を液晶に高解像度で表示させることができ、立体像の表示を鮮明に行うことができる。
【００２６】
第５の発明は、第４の発明に係る立体像表示装置において、
前記液晶は、電圧制御型液晶であることを特徴とする。
【００２７】
これにより、電圧で液晶の拡散特性を調整することができる。
【００２８】
第６の発明は、第２の発明に係る立体像表示装置において、
前記拡散板は、ホログラフィックスクリーンで構成されたことを特徴とする。
【００２９】
これにより、ホログラフィックスクリーンの持つ拡散特性により、撮像する立体物の要素画像群を生成し、これを出力側の光ファイバーを介して、立体物を忠実に再現できる。
【００３０】
第７の発明は、第１の発明に係る立体表示装置において、
前記光伝送部材は、拡大光学系部材又は縮小光学系部材であることを特徴とする。
【００３１】
これにより、立体像の大きさを、現実の立体物よりも拡大させたり縮小させたりして用途に応じて調整することができる。
【００３２】
第８の発明は、第７の発明に係る立体表示装置において、
前記拡大光学系部材又は前記縮小光学系部材は、ファイバーオプティックスプレートであることを特徴とする。
【００３３】
これにより、入手容易な部材を用いて、立体像の大きさの調整を容易に行うことができる。
【００３４】
第９の発明は、第１の発明に係る立体表示装置において、
前記光伝送部材は、立体像の回転機能を有するファイバー光学系部材であることを特徴とする。
【００３５】
これにより、立体像の回転を行わせることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、ぼやけの少ない鮮明な立体像を表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来のＩＰ方式のファイバー群を用いた撮影方法の説明図である。
【図２】図１の方法により撮影した立体画像を表示する従来技術例を示した図である。
【図３】（１）式で示される特性を有する光ファイバー７０を示した図である。
【図４】（２）式で示された関係を示す図である。
【図５】光ファイバー７０が（３）式を満たす長さのときの光線の状態を示した図である。
【図６】光ファイバーアレイ８０と入射光線及び出射光線との関係を示した図である。
【図７】光ファーバーアレイ８０の１本の光ファイバー７０に着目した拡大図である。
【図８】実施例１に係る立体像表示装置の原理を説明するための図である。
【図９】実施例１に係る立体像表示装置の複合アレイ１３０の構成を示した斜視図である。
【図１０】実施例１に係る立体表示装置の図９とは異なる複合アレイ１３３の全体構成の一例を示した斜視図である。
【図１１】実施例１に係る立体表示装置の複合アレイ１３０の一例を示す側面図である。
【図１２】実施例２に係る立体像表示装置の全体構成の一例を示した側面図である。
【図１３】実施例３に係る立体像表示装置の全体構成の一例を示した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【実施例１】
【００３９】
図８は、本発明の実施例１に係る立体像表示装置の原理を説明するための図である。図８において、実施例１に係る立体表示装置の複合アレイ１３０の部分的要素の光ファイバーを拡大して示している。複合アレイ１３０は、拡散板１１０と、光ファイバー１２０とを備える。光ファイバー１２０は、拡散板１１０の両面に設けられている。光ファイバー１２０は、撮影面側又は入射面側の光ファイバー１２１と、表示面側又は出射面側の光ファイバー１２２とを備える。
【００４０】
ここで、光ファイバー１２０が、撮影面側の光ファイバー１２１と表示面側の光ファイバー１２２の連続した長さで表現されていると考えると、光ファイバー１２０の長さは、（４）式を満たす。また、拡散板１１０の位置は、（５）式を満たす面の位置に挿入されている。
【００４１】
【数４】
ここで、拡散板１１０は、光ファーバー１２０を２つに分割していることになる。これは、撮影と表示を一体化させ、撮影面と表示面を共有した形のＩＰ方式の構成とも解釈できる。よって、物体側を撮像側アレイ１３１、像側を表示アレイ１３２と呼ぶこととする。特に、（４）式において、ｍ＝０のとき、図８に示すように、撮像側アレイ１３１及び表示側アレイ１３２とも、その構成要素である光ファーバー１２１、１２２の長さは蛇行周期の４分の１周期となる。このとき、光ファイバー１２０の端面は焦点面となり、表示面である拡散板１１０から出た光線は、光ファイバー１２２から出射するときに平行光となり、図７において示した像形成点での２倍の広がりを回避することができる。
【００４２】
図９は、実施例１に係る立体像表示装置の複合アレイ１３０の全体構成の一例を示した斜視図である。図９において、実施例１に係る立体像表示装置の複合アレイ１３０は、拡散板１１０と、撮像側アレイ１３１と、表示側アレイ１３２とを有する。撮像側アレイ１３１は、複数の入射面側の光ファイバー１２１が、拡散板１１０の一方の面上に、二次元状に、縦横に列をなして配列されて構成されている。光ファイバー１２１は、円筒形状をしており、円筒の中心軸が、拡散板１１０の面と垂直になるように配置されている。
【００４３】
拡散板１１０の他方の面上には、複数の出射面側の光ファイバー１２２が、入射面側の光ファイバー１２１と同様に、二次元状に、縦横に列をなして配列されている。出射面側の光ファイバー１２２は、入射面側の光ファイバー１２１と同様に、円筒形状をしており、円筒の中心軸は、拡散板１１０に垂直になるように配置されている。そして、入射面側の光ファイバー１２１の円筒の中心軸と、出射面側の光ファイバー１２２の円筒の中心軸は、拡散板１１０を介して一致しており、連続する長い光ファイバー１２０を、拡散板１１０が中央で２分した形状、又は入射面側の光ファイバー１２１と出射面側の光ファイバー１２２が、拡散板１１０を両側から挟むような形状となっている。
【００４４】
入射面側の光ファイバー１２１と出射面側の光ファイバー１２２は、同じ長さであり、ともに（４）式を満たす。そして、拡散板１１０は、（５）式を満たす位置に存在する。これにより、入射面側で撮像され、拡散板１１０上に撮像された画像が、出射面側の光ファイバーで光が広がって表示されることを防ぐことができる。そして、この関係を満たす入射面側の光ファイバー１２１と、出射面側の光ファイバー１２２を、図９に示すように、拡散板１１０の両面上に、二次元状に配列することにより、ぼやけの少ない鮮明な立体像を表示することができる。図９においては、紙面の都合上、縦３行×横５列分の光ファイバー１２１、１２２しか示していないが、これらをもっと多く配置して撮像側アレイ１３１及び表示側アレイ１３２を構成することにより、更に広い領域について、立体像を表示することができる。
【００４５】
このように、拡散板１１０の対向する２面上に、拡散板１１０を両面から挟むように光ファイバー１２１と光ファイバー１２２を２次元状に配置することにより、ぼやけの少ない鮮明な立体像を表示できる複合アレイ１３０を構成することができる。
【００４６】
図１０は、実施例１に係る立体表示装置の図９とは異なる複合アレイ１３３の全体構成の一例を示した斜視図である。図１０において、複合アレイ１３３は、拡散板１１０と、撮像側アレイ１３４と、表示側アレイ１３５とを備える点では、図９に係る複合アレイ１３０と同様である。複合アレイ１３３は、撮像側アレイ１３４を構成する入射側の光ファイバー１２１と、表示側アレイ１３５を構成する出射側の光ファイバー１２２が、図９においては、縦横で格子状に列をなしていたのに対し、そのような配置となっておらず、縦方向の真ん中の２行目が、奥の１行目の行に対して円筒の略半径分ずれ、かつ、１行目の間に入り込むいわゆる俵積みの配置となっている点で、図９に係る複合アレイ１３０と異なっている。このように、複合アレイ１３３を構成する光ファイバー１２０は、必ずしも格子状又はマトリックス状に配置される必要は無く、種々の配置構成をとり得る。但し、図１０に係る複合アレイ１３３においても、入射側の光ファイバー１２１の円筒の中心軸と、出射側の光ファイバー１２２の円筒の中心軸１２２とは一致し、拡散板１１０を両面から挟むように配置されている点は、図９に係る複合アレイ１３０と同様である。
【００４７】
このように、実施例１に係る立体像表示装置の複合アレイ１３３は、用途に応じて撮像側アレイ１３４及び表示側アレイ１３５を種々の構成とすることができる。
【００４８】
図１１は、実施例１に係る立体表示装置の複合アレイ１３０の一例を示す側面図である。図９及び図１０において説明したように、複合アレイ１３０は、（４）式を満たす屈折率分布光ファイバー１２１、１２２を、２次元状のアレイに配置して２枚のアレイを用意する。1枚が撮像側アレイ１３１であり、もう１枚が表示側アレイ１３２である。そして、両者の間に拡散板１１０を挿入した複合アレイ構成とし、複合アレイ１３０を構成する。特に、一番短いものとしては、光ファイバー１２１、１２２の中を通る光の蛇行周期の１／４で構成することができる。このような構成により、立体物である被写体９０を、鏡面対称の立体像１００として、観察者側に表示できる。
【００４９】
図１１において、被写体９０と、撮像側アレイ１３１との距離はｄ１であり、表示側アレイ１３２と立体像１００との距離も同様にｄ１となっている。被写体９０からは、撮像側アレイの入射側光ファイバー１２１の全面に光が入射し、被写体９０が撮像される。撮像された被写体９０の要素画像群は、拡散板１１０に表示される。
【００５０】
拡散板１１０は、撮像側アレイ１３１で撮影した被写体９０の像が結像される部材である。また、拡散板１１０に結像された像が、表示側アレイ１３１に伝送されるように、光伝送性を有する部材から構成される。例えば、拡散板１１０は、透過性を有する部材で構成されてもよい。よって、拡散板１１０は、画像の表示機能を有するとともに光伝送性を有する板状の部材が適用される。拡散板１１０には、例えば、すりガラス、液晶パネルや、ホログラフィックスクリーンが適用されてもよい。液晶パネルは、種々の液晶パネルが適用されてよく、例えば、電圧制御型液晶が適用されてもよい。拡散板１１０に電圧制御型液晶を用いた場合には、電圧により、拡散板１１０の拡散特性を制御することができる。また、拡散板１１０にホログラフィックスクリーンを適用した場合には、それを拡散板１１０として立体物の像を撮像表示することができる。
【００５１】
このとき、立体像１００が表示される位置は、被写体９０と撮像側アレイ１３１との距離ｄ１と同様に、表示側アレイ１３２から距離ｄ１離れた位置であり、撮像側アレイ１３１で入射した光が、拡大や縮小等なく、拡散板１１０を対称としてそのまま表示側アレイ１３２から出射される。よって、立体像１００は、ぼやけが少なく、被写体９０に忠実な鮮明な像となる。ここにｄ１は任意の値にとれるから、表示される立体像は凹凸が逆になる。
【００５２】
このように、（５）式を満たす長さの光ファイバー１２１、１２２で撮像側アレイ１３１及び表示側アレイ１３２を構成し、像を表示できて透過性を有する拡散板１１０を、（５）式を満たす位置に挿入して複合アレイ１３０を構成することにより、一方の面で撮像した被写体９０の立体像１００を、凹凸が逆であるものの、電気信号を用いた像の変換を行うこと無く、他方の面で忠実に再現表示することができる。
【実施例２】
【００５３】
図１２は、本発明の実施例２に係る立体像表示装置の全体構成の一例を示した側面図である。図１２において、実施例２に係る立体表示装置は、第１の複合アレイ１３０と、第２の複合アレイ１３６の２つの複合アレイ１３０、１３６を備えている。第１の複合アレイ１３０は、実施例１において説明した複合アレイ１３０と同様の複合アレイ１３０であるので、同様の参照番号を付している。一方、第２の複合アレイ１３６は、新たに加えられた複合アレイであり、第１の複合アレイ１３０と同様の複合アレイであってもよいし、異なる複合アレイであってもよい。また、第２の複合アレイ１３６は、拡散板１１１と、撮像側アレイ１３７と、表示側アレイ１３８を備えている。第１の複合アレイ１３０及び第２の複合アレイ１３６を構成する光ファイバー１２０は、ともに（４）式の長さを満たし、最も短い長さでは、光ファイバー１２０の内部を通過する光の蛇行周期の４分の１の長さである。
【００５４】
実施例１に係る立体像表示装置においては、立体物である被写体９０の、凹凸が逆転する像しか得られなかった。しかしながら、実施例２に係る立体表示装置においては、第１の複合アレイ１３０の他に、第１の複合アレイ１３０と直列に、所定間隔を有して第２の複合アレイ１３６を配置して、第１の複合アレイ１３０から得られた像を、更に逆転させて凹凸の逆転現象を解消している。つまり、立体物である被写体９０の第１の立体像１０１は、被写体９０と第１の複合アレイ１３０の撮像側アレイ１３１との距離ｄ１分、表示側アレイ１３２から離れた位置に表示される。ここで、第１の立体像１０１を被写体とし、更に第２の複合アレイ１３６で撮像及び表示を行うようにすれば、被写体９０の凹凸逆転像である第１の立体像１０１の凹凸を更に逆転させ、立体物との凹凸関係が逆転していない第２の立体像１０２を得ることができる。
【００５５】
ここで、第２の複合アレイ１３６は、第１の複合アレイ１３０が作る立体像１０１よりも外側、つまり第１の複合アレイより離れた位置に配置される。第１の複合アレイ１３０が、表示側アレイ１３２から距離ｄ１だけ離れた位置に生成した立体像１０１を、第２の複合アレイ１３６は、自分自身の被写体として取り扱うことができるため、図１２においては、第２の複合アレイ１３６の撮像側アレイ１３７は、第１の立体像１０１から、距離ｄ２離れた位置に配置されている。これにより、第２の複合アレイ１３６は、表示側アレイ１３８から距離ｄ２離れた位置に、第２の立体像１０２を空中に光学像として表示することができる。そして、第２の立体像１０２は、第１の立体像１０１を鏡面対称に表示した像であるので、第１の立体像１０１とは凹凸が逆、即ち立体物である被写体９０と同様の凹凸を有する立体像として再現される。
【００５６】
このように、第１の複合アレイ１３０と第２の複合アレイ１３６の間隔を、第１の複合アレイが作る第１の立体像１０１が、第２の複合アレイ１３６の入力端面との間にあるように配置することにより、第２の複合アレイ１３６が作る第２の立体像１０２を、第２の複合アレイ１３６の表示側アレイ１３８の外側に空中の光学像として生成することができ、凹凸の反転を解消することができる。
【００５７】
なお、図１２においては、第１の複合アレイ１３０と、第２の複合アレイ１３６の２つの複合アレイ１３０、１３６を備える立体像表示装置について説明したが、複合アレイ１３０、１３６が偶数個備えられていれば、凹凸の反転を解消した立体表示装置を構成することができる。よって、実施例２に係る立体像表示装置は、偶数個の複合アレイ１３０、１３６を備えていれば、用途に応じて様々な構成とすることができる。
【実施例３】
【００５８】
図１３は、本発明の実施例３に係る立体像表示装置の全体構成の一例を示した側面図である。実施例３に係る立体表示装置は、拡大複合アレイ１５０を備える。拡大複合アレイ１５０は、拡大光学系部材１４０と、撮像側アレイ１５１と、表示側アレイ１５２とを備える。つまり、拡散板１１０、１１１の代わりに、拡大光学系部材１４０が、撮像側アレイ１５１と、表示側アレイ１５２との間に挿入されている。このように、拡散板１１０、１１１の代わりに、拡大光学系部材１４０を挿入することにより、撮像側アレイ１５１で撮像した被写体９０の画像を、拡大して表示側アレイ１５２に伝送することができる。これにより、表示側アレイ１５２では、被写体の被写体９０よりも、拡大した立体像１０３を表示することができる。このように、撮像側アレイ１５１と表示側アレイ１５２の間に挿入配置する光伝送部材を、拡散板１１０ではなく、拡大光学系部材１４０とすることにより、立体物である被写体９０に比べて拡大した立体像１０３を表示することができる。
【００５９】
なお、この場合においても、撮像側アレイ１５１及び表示側アレイ１５２を構成する光ファイバー１２０は、（５）式の関係を満たす長さであることが必要である。
【００６０】
また、図１３において、撮像側アレイ１５１と被写体９０との距離をｄ３とすると、表示側アレイ１５２と立体像１０３との距離は、ｋｄ３で示される。ここで、ｋは倍率を示す定数である。よって、倍率が大きくなる程、表示側アレイ１５２と立体像１０３との距離は大きくなることになる。
【００６１】
拡大光学系部材１４０は、種々の光学部材を適用することができるが、例えば、ファイバーオプティックプレートが適用されてもよい。また、図１３においては、光伝送部材として、拡大光学系部材１４０を用いた例を挙げて説明したが、拡大光学系部材の代わりに、縮小光学系部材を用いてもよい。例えば、上述のファイバーオプティックプレートは、拡大光学系部材としても、縮小光学系部材としても利用できるので、ファイバーオプティックスプレートを用いて、被写体９０よりも縮小する立体像１０３を得ることができる立体物表示装置を構成してもよい。
【００６２】
更に、ファイバーオプティックスプレートと同様のファイバー光学系で、光学像を回転できる部材を拡大光学系１４０の代わりに挿入してもよい。このような構成とすることにより、被写体９０を回転させた立体像１０３を得ることができる。
【００６３】
このように、撮像側アレイ１５１と表示側アレイ１５２の間の光伝送部材は、単に画像を撮像及び表示するだけでなく、種々の光学的変換機能を有する部材を用いることができ、これにより、用途に応じて種々の立体像１０３を表示することが可能となる。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、立体物の被写体を立体像として表示する立体像表示装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０、９０ 被写体（立体物）
２０ レンズ群
３０ 写真フィルム
４０ 写真
５０、１００、１０１、１０２、１０３ 立体像
７０、１２０、１２１、１２２ 光ファイバー
８０ 光ファイバーアレイ
１１０、１１１ 拡散板
１３０〜１３８ 複合アレイ
１４０ 拡大系光学部材
１５０、１５１、１５２ 拡大複合アレイ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２面を有する光伝送部材と、該光伝送部材を前記２面の両面から挟むように設けられた２枚の光学アレイとを含む複合アレイを有し、該複合アレイの一方側で撮像した立体物を、該複合アレイの他方側に立体像として表示する立体像表示装置であって、
前記光学アレイは、前記光伝送部材の面上に２次元に配列された屈折率分布ファイバーを含み、
該屈折率分布ファイバーの長さは、中を進行する光の蛇行周期の４分の１であることを特徴とする立体像表示装置。
【請求項２】
前記光伝送部材は、拡散板であって、
前記立体像は、前記立体物に対して鏡面対称の像であることを特徴とする請求項１に記載の立体像表示装置。
【請求項３】
所定間隔を有して配置された前記複合アレイを偶数枚有し、前記鏡面対称の立体像を反転させ、前記立体物と同じ奥行き方向となるように前記立体像を表示することを特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
【請求項４】
前記拡散板は、液晶で構成されたことを特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
【請求項５】
前記液晶は、電圧制御型液晶であることを特徴とする請求項４に記載の立体像表示装置。
【請求項６】
前記拡散板は、ホログラフィックスクリーンで構成されたことを特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
【請求項７】
前記光伝送部材は、拡大光学系部材又は縮小光学系部材であることを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項８】
前記拡大光学系部材又は前記縮小光学系部材は、ファイバーオプティックスプレートであることを特徴とする請求項７に記載の立体表示装置。
【請求項９】
前記光伝送部材は、立体像の回転機能を有するファイバー光学系部材であることを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項１】
対向する２面を有する光伝送部材と、該光伝送部材を前記２面の両面から挟むように設けられた２枚の光学アレイとを含む複合アレイを有し、該複合アレイの一方側で撮像した立体物を、該複合アレイの他方側に立体像として表示する立体像表示装置であって、
前記光学アレイは、前記光伝送部材の面上に２次元に配列された屈折率分布ファイバーを含み、
該屈折率分布ファイバーの長さは、中を進行する光の蛇行周期の４分の１であることを特徴とする立体像表示装置。
【請求項２】
前記光伝送部材は、拡散板であって、
前記立体像は、前記立体物に対して鏡面対称の像であることを特徴とする請求項１に記載の立体像表示装置。
【請求項３】
所定間隔を有して配置された前記複合アレイを偶数枚有し、前記鏡面対称の立体像を反転させ、前記立体物と同じ奥行き方向となるように前記立体像を表示することを特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
【請求項４】
前記拡散板は、液晶で構成されたことを特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
【請求項５】
前記液晶は、電圧制御型液晶であることを特徴とする請求項４に記載の立体像表示装置。
【請求項６】
前記拡散板は、ホログラフィックスクリーンで構成されたことを特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
【請求項７】
前記光伝送部材は、拡大光学系部材又は縮小光学系部材であることを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項８】
前記拡大光学系部材又は前記縮小光学系部材は、ファイバーオプティックスプレートであることを特徴とする請求項７に記載の立体表示装置。
【請求項９】
前記光伝送部材は、立体像の回転機能を有するファイバー光学系部材であることを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−８１６７（Ｐ２０１１−８１６７Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５３７５２（Ｐ２００９−１５３７５２）
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８−２２年度、情報通信研究機構の高度通信・放送研究開発委託「多並列・像再生型立体テレビシステムの研究開発」について産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８−２２年度、情報通信研究機構の高度通信・放送研究開発委託「多並列・像再生型立体テレビシステムの研究開発」について産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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