(57)【要約】【課題】被写体を撮像して得られた光学像を光のまま伝送することができ、さらに、その光学像から立体像を生成することができる立体像の撮像表示装置を提供すること。【解決手段】それぞれの入射端面１１ａが同一平面上に並べられた複数の撮像用光ファイバ１１からなる撮像部１と、各撮像用光ファイバ１１の出射端面１１ｂに接続された複数の伝送用光ファイバ２１からなる伝送部２と、各伝送用光ファイバ２１の出射端面２１ｂから所定の間隔をあけて配置された複数の表示用レンズ３１からなる表示部３とで立体像の撮像表示装置を構成する。また、撮像用光ファイバ１１は、分布屈折率導波路を有し、この分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの１／４の長さに形成され、伝送用光ファイバ２は、階段屈折率導波路を有し、それぞれ同一の長さに形成され、各撮像用光ファイバ１１の配列と各表示用レンズ３１の配列とが等しい。【選択図】　　　　　　図１
2004054153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像する撮像部と、当該撮像部で撮像された光学像を伝送する伝送部と、当該伝送部で伝送された光学像から立体像を生成する表示部とを備え、
前記撮像部は、それぞれの入射端面が同一平面上に並べられた複数の撮像用光ファイバから構成され、
前記伝送部は、前記各撮像用光ファイバの出射端面に接続された複数の伝送用光ファイバから構成され、
前記表示部は、前記各伝送用光ファイバの出射端面から所定の間隔をあけて配置された複数の表示用レンズから構成される立体像の撮像表示装置であって、
前記撮像用光ファイバは、分布屈折率導波路を有し、当該分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの１／４の長さに形成され、
前記伝送用光ファイバは、階段屈折率導波路を有し、それぞれ同一の長さに形成され、
前記各撮像用光ファイバの配列と前記各表示用レンズの配列とが等しいことを特徴とする立体像の撮像表示装置。
【請求項２】
前記表示部は、前記表示用レンズから所定の間隔をあけて配置される複数の奥行き制御用光ファイバと、当該奥行き制御用光ファイバの出射端面から所定の間隔をあけて配置される複数の奥行き制御用レンズとをさらに備え、
前記奥行き制御用光ファイバは、分布屈折率導波路を有し、当該分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの１／４の長さに形成され、
前記各撮像用光ファイバの配列と前記各奥行き制御用レンズの配列とがそれぞれ等しいことを特徴とする請求項１に記載の立体像の撮像表示装置。
【請求項３】
前記撮像用光ファイバの長さを、前記蛇行ピッチの３／４に形成することを特徴とする請求項１に記載の立体像の撮像表示装置。
【請求項４】
被写体を撮像する撮像部と、当該撮像部で撮像された光学像を伝送する伝送部と、当該伝送部で伝送された光学像から立体像を生成する表示部とを備え、
前記撮像部は、それぞれの入射端面が同一平面上に並べられた複数の撮像用光ファイバから構成され、
前記伝送部は、前記各撮像用光ファイバの出射端面に接続された複数の伝送用光ファイバから構成され、
前記表示部は、前記各伝送用光ファイバの出射端面に接続された複数の表示用光ファイバから構成される立体像の撮像表示装置であって、
前記撮像用光ファイバは、分布屈折率導波路を有し、当該分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの１／４の長さに形成され、
前記伝送用光ファイバは、階段屈折率導波路を有し、それぞれ同一の長さに形成され、
前記表示用光ファイバは、分布屈折率導波路を有し、当該分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの１／４の長さに形成され、
前記各撮像用光ファイバの配列と前記表示用光ファイバの配列とが等しいことを特徴とする立体像の撮像表示装置。
【請求項５】
前記撮像用光ファイバの長さを、前記蛇行ピッチの３／４の長さに形成することを特徴とする請求項４に記載の立体像の撮像表示装置。
【請求項６】
前記表示用光ファイバの長さを、前記蛇行ピッチの３／４に形成することを特徴とする請求項４に記載の立体像の撮像表示装置。
【請求項７】
前記表示部は、前記表示用光ファイバの出射端面から所定の間隔をあけて配置される複数の奥行き制御用光ファイバをさらに備え、
前記奥行き制御用光ファイバは、分布屈折率導波路を有し、当該分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの１／２の長さに形成され、
前記各撮像用光ファイバの配列と前記奥行き制御用光ファイバの配列とが等しいことを特徴とする請求項４に記載の立体像の撮像表示装置。
【請求項８】
前記伝送部に、縮小光学系、拡大光学系および回転光学系の少なくとも一つが介設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の立体像の撮像表示装置。
【請求項９】
前記伝送部に、光の明るさを増幅させる光増幅装置が介設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の立体像の撮像表示装置。
【請求項１０】
物体光と参照光とが干渉して生じる干渉稿を伝送する複数の光ファイバと、
当該光ファイバによって伝送された干渉稿に参照光を照射するレーザ装置とを備える立体像の撮像表示装置であって、
前記光ファイバは、その端面が同一平面上になるように配列されていることを特徴とする立体像の撮像表示装置。
【請求項１１】
前記光ファイバに、縮小光学系、拡大光学系および回転光学系の少なくとも一つが介設されていることを特徴とする請求項１０に記載の立体像の撮像表示装置。
【請求項１２】
前記光ファイバに、光の明るさを増幅させる光増幅装置が介設されていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の立体像の撮像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の立体像を生成する立体像の撮像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被写体の立体像を生成する立体像の撮像表示装置として、インテグラルフォトグラフィやホログラフィを利用したものがある。
【０００３】
図１２乃至図１４を参照して、インテグラルフォトグラフィを利用した立体像の撮像表示装置を簡単に説明する。図１２は従来のインテグラルフォトグラフィを利用した立体像の撮像表示装置を示す模式図、図１３は従来のインテグラルフォトグラフィにおける被写体の撮像方法を説明する模式図、図１４は、従来のインテグラルフォトグラフィにおける立体像の生成方法を説明する模式図である。
【０００４】
インテグラルフォトグラフィを利用した立体像の撮像表示装置は、図１２に示すように、同一平面上に配列された複数の微小な凸レンズからなる撮像用複眼レンズ１０１と、この撮像用複眼レンズ１０１の後方に設置され、撮像用複眼レンズ１０１の全体を撮影するテレビジョンカメラ１０２と、このテレビジョンカメラ１０２から出力された画像信号（電気信号）を表示する表示装置１０４と、この表示装置１０４の前面に設置される表示用複眼レンズ１０５とから構成されている。
【０００５】
撮像用複眼レンズ１０１を通して被写体１０６を撮像すると、図１３に示すように、凸レンズ１０１１，１０１２・・・１０１ｎに対応して複数の微小な光学像１０２１，１０２２・・・１０２ｎ（以下、要素画像という）が、テレビジョンカメラ１０２内のＣＣＤ（電荷結合素子）などの受像素子１０２Ａ上に結像する。この要素画像１０２１，１０２２・・・１０２ｎは、画像信号（電気信号）に変換されたうえで、伝送ケーブル１０３を介して表示装置１０４へ伝送される（図１２参照）。
【０００６】
そして、表示装置１０４で画像信号を光（要素画像）に変換し、図１４に示すように、要素画像１０４１，１０４２・・・１０４ｎを表示装置１０４に表示すると、表示用複眼レンズ１０５を構成する凸レンズ１０５１，１０５２・・・１０５ｎにより、図１３に示す光線と同じ光線が再現され、結果として立体像１０７が生成される。
【０００７】
また、特開平１０−１５０６７５号公報には、撮像用複眼レンズを複数の光ファイバで構成したものが開示されている。この場合の光ファイバは、コア部の屈折率が中心に向かうにしたがって大きくなるように形成された、いわゆる分布屈折率導波路を有している。分布屈折率導波路を有する光ファイバに平行光が入射すると、光線の軌跡は正弦波状に蛇行して特定の点で結像する（図５（ｂ）参照）。すなわち、分布屈折率導波路を有する光ファイバは、レンズとして機能することになる。また、光ファイバの長さが、この光ファイバを通過する光線の蛇行ピッチの１／４の奇数倍に形成されていると、この光線は出射端面で結像する（図６（ａ）参照）。なお、光ファイバの長さが蛇行ピッチの１／４の場合には、被写体に対して上下左右が反転した倒立像が結像し、蛇行ピッチの３／４の場合には、正立像が結像する。この原理は、１９６４年、Ｄ．ＭＡＣＵＳＥなどによって創案されており、Ｔｈｅ　　Ｂｅｌｌ　　Ｓｙｓｔｅｍ　　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ．（Ｊｕｌｙ，１９６４）などに記載されているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【０００８】
次に、図１５を参照して、ホログラフィを利用した立体像の撮像表示装置を簡単に説明する。図１５（ａ）は従来のホログラフィにおける被写体の撮像方法を説明する模式図、図１５（ｂ）は生成方法を説明する模式図である。
【０００９】
ホログラフィを利用した立体像の撮像表示装置は、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、レーザ装置５１と、このレーザ装置５１から照射されたレーザ光を参照光と照明光とに分割するハーフミラー５２と、被写体５４で散乱された照明光（物体光Ｌ１）と参照光Ｌ２とにより発生する干渉稿５５ａを撮影するテレビジョンカメラ（図示せず）と、テレビジョンカメラから出力された画像信号を表示する表示装置（図示せず）と、この表示装置へレーザ光を照射するレーザ装置５３とから構成される。
【００１０】
テレビジョンカメラで干渉稿５５ａを撮像すると、干渉稿５５ａは、テレビジョンカメラ内の受像素子（ＣＣＤなど）によって画像信号に変換されたうえで表示装置へ伝送される。
【００１１】
そして、図１５（ｂ）に示すように、表示装置に表示された干渉稿５５ｂにレーザ光（参照光Ｌ３）を照射すると、立体像５６が生成される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した立体像の撮像表示装置では、撮像した光学像（要素画像）や干渉稿を画像信号に変換したうえで、表示装置に伝送し、この画像信号を表示装置で再び光学像（要素画像）や干渉稿に変換している。すなわち、従来の立体像の撮像表示装置は、光（光学像）を電気信号（画像信号）に変換するテレビジョンカメラ、電気信号を光に変換する表示装置といった各種装置を必要とするので、装置の規模が大きくなり、また、装置が複雑化するといった問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、被写体を撮像して得られた光学像を光のまま伝送することができ、さらに、その光学像から立体像を生成することができる立体像の撮像表示装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、請求項１の発明は、被写体を撮像する撮像部と、当該撮像部で撮像された光学像を伝送する伝送部と、当該伝送部で伝送された光学像から立体像を生成する表示部とを備え、前記撮像部は、それぞれの入射端面が同一平面上に並べられた複数の撮像用光ファイバから構成され、前記伝送部は、前記各撮像用光ファイバの出射端面に接続された複数の伝送用光ファイバから構成され、前記表示部は、前記各伝送用光ファイバの出射端面から所定の間隔をあけて配置された複数の表示用レンズから構成される立体像の撮像表示装置であって、前記撮像用光ファイバは、分布屈折率導波路を有し、当該分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの１／４の長さに形成され、前記伝送用光ファイバは、階段屈折率導波路を有し、それぞれ同一の長さに形成され、前記各撮像用光ファイバの配列と前記各表示用レンズの配列とが等しいことを特徴とする。
【００１５】
かかる立体像の撮像表示装置によると、被写体の光学像を光のままで伝送し、さらに、伝送された光学像から立体像を生成することができる。
【００１６】
ここで、分布屈折率導波路（グレーデッド・インデクス導波路）とは、光ファイバのコア部の屈折率がその周辺部から中心に向かうにしたがって大きくなるように分布しているものをいい、この光ファイバに入射した光は、正弦波状に蛇行してある特定の点で結像する。すなわち、分布屈折率導波路を有する光ファイバは、レンズとして機能する。また、光ファイバの長さが、正弦波状に蛇行する光線の蛇行ピッチの１／４に形成されている場合には、被写体の光学像は当該撮像用光ファイバの出射端面に結像する。
【００１７】
したがって、撮像用光ファイバは、レンズとして機能することになり、当該撮像用光ファイバに入射した光線は、その出射端面で結像する。また、撮像用光ファイバの出射端面に結像した光学像（要素画像）は、伝送用光ファイバで光のまま出射端面へ伝送される。そして、表示部（複数のレンズ）によって撮像部側での光線が再現され、表示部の前方に被写体の立体像が生成（表示）される。
【００１８】
また、伝送用光ファイバの長さは、特に制限がなく、任意の長さに設定することができるので、光学像の長距離伝送も容易である。なお、光ファイバが階段屈折率導波路（ステップ・インデックス導波路）を有する場合には、光ファイバに入射した光線は、コア部とクラッド部の境界面で全反射を繰り返しながら伝送されるので、レンズとしては機能しない。
【００１９】
なお、撮像用光ファイバの長さが、光線の蛇行ピッチの１／４なので、その出射端面に結像する要素画像は倒立像となる。したがって、伝送用光ファイバの出射端面に表示される要素画像も倒立像となるので、表示部（複数の表示用レンズ）によって生成される立体像は、被写体に対してその凹凸が反転した立体像（偽立体像）となる。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の立体像の撮像表示装置であって、前記表示部は、前記表示用レンズから所定の間隔をあけて配置される複数の奥行き制御用光ファイバと、当該奥行き制御用光ファイバの出射端面から所定の間隔をあけて配置される複数の奥行き制御用レンズとをさらに備え、前記奥行き制御用光ファイバは、分布屈折率導波路を有し、当該分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの１／４の長さに形成され、前記各撮像用光ファイバの配列と前記各奥行き制御用レンズの配列とがそれぞれ等しいことを特徴とする。
【００２１】
かかる立体像の撮像表示装置によると、表示用レンズの前方に被写体の偽立体像が空中像として生成され、さらに、当該偽立体像は奥行き制御用光ファイバ（以下、表示用光ファイバ群）で再度撮像される。奥行き制御用光ファイバは、光線の蛇行ピッチの１／４の長さに形成され、一枚の凸レンズとして機能するので、その出射端面に結像する要素画像は、前記の偽立体像に対して倒立したものとなる。したがって、奥行き制御用レンズによって生成（表示）される立体像は、前記の偽立体像に対して凹凸が反転し、結果として被写体に対して凹凸が正しく表現された立体像となる。なお、当該立体像は、奥行き制御用レンズの前方に生成（表示）される。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１に記載の立体像の撮像表示装置であって、前記撮像用光ファイバの長さを、前記蛇行ピッチの３／４に形成することを特徴とする。
【００２３】
かかる立体像の撮像表示装置によると、被写体に対して凹凸が正しく表現された立体像が得られる。すなわち、光線の蛇行ピッチの３／４の長さを有する撮像用光ファイバは、二枚の凸レンズとして機能するので、その出射端面に結像する要素画像は正立像となる。したがって、伝送用光ファイバの出射端面に表示される要素画像が正立像となるので、表示部（複数の表示用レンズ）によって生成される立体像は、被写体に対してその凹凸が正しく表現された立体像となる。なお、当該立体像は、表示用レンズの後方に生成（表示）される。
【００２４】
請求項４の発明は、被写体を撮像する撮像部と、当該撮像部で撮像された光学像を伝送する伝送部と、当該伝送部で伝送された光学像を表示する表示部とを備え、前記撮像部は、それぞれの入射端面が同一平面上に並べられた複数の撮像用光ファイバから構成され、前記伝送部は、前記各撮像用光ファイバの出射端面に接続された複数の伝送用光ファイバから構成され、前記表示部は、前記各伝送用光ファイバの出射端面に接続された複数の表示用光ファイバから構成される立体像の撮像表示装置であって、前記撮像用光ファイバは、分布屈折率導波路を有し、当該分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの１／４の長さに形成され、前記伝送用光ファイバは、階段屈折率導波路を有し、それぞれ同一の長さに形成され、前記表示用光ファイバは、分布屈折率導波路を有し、当該分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの１／４の長さに形成され、前記各撮像用光ファイバの配列と前記表示用光ファイバの配列とが等しいことを特徴とする。
【００２５】
かかる立体像の撮像表示装置は、分布屈折率導波路を有する複数の表示用光ファイバで表示部を構成したものであり、すなわち、撮像部、伝送部および表示部の全てが光ファイバで構成されている。したがって、被写体の光学像を光のまま伝送し、さらに、伝送された光学像から立体像を生成することができる。また、撮像用光ファイバは、光線の蛇行ピッチの１／４の長さを有し、その出射端面に結像する要素画像が倒立像となるので、表示部（複数の表示用光ファイバ）によって生成される立体像は、被写体に対して凹凸が反転した偽立体像となる。なお、当該偽立体像は、表示用光ファイバの出射端面の前方に生成（表示）される。
【００２６】
請求項５の発明は、請求項４に記載の立体像の撮像表示装置であって、前記撮像用光ファイバの長さを、前記蛇行ピッチの３／４の長さに形成することを特徴とする。
【００２７】
かかる立体像の撮像表示装置によると、撮像用光ファイバの長さを光線の蛇行ピッチの３／４としたので、撮像用光ファイバの出射端面に結像する要素画像は正立像となる。したがって、表示部（複数の表示用光ファイバ）によって生成される立体像は、被写体に対して凹凸が正しく表現された立体像となる。なお、当該立体像は、表示用光ファイバの出射端面の後方に生成（表示）される。
【００２８】
請求項６の発明は、請求項４に記載の立体像の撮像表示装置であって、前記表示用光ファイバの長さを、前記蛇行ピッチの３／４に形成することを特徴とする。
【００２９】
かかる立体像の撮像表示装置によると、撮像用光ファイバの出射端面に結像する要素画像は倒立像となるが、表示用光ファイバの長さを光線の蛇行ピッチの３／４としたので、前記の倒立像が反転される。したがって、表示部によって生成される立体像は、被写体に対して凹凸が正しく表現された立体像となる。なお、当該立体像は、表示用光ファイバの出射端面の後方に生成（表示）される。
【００３０】
請求項７の発明は、請求項４に記載の立体像の撮像表示装置であって、前記表示部は、前記表示用光ファイバの出射端面から所定の間隔をあけて配置される複数の奥行き制御用光ファイバをさらに備え、前記奥行き制御用光ファイバは、分布屈折率導波路を有し、当該分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの１／２の長さに形成され、前記各撮像用光ファイバの配列と前記奥行き制御用光ファイバの配列とが等しいことを特徴とする。
【００３１】
かかる立体像の撮像表示装置によると、表示用光ファイバの前方に、被写体に対して凹凸が反転した偽立体像が空中像として生成されるが、奥行き制御用光ファイバによって、偽立体像の凹凸を反転した立体像、すなわち、被写体の凹凸を正しく表現した立体像が生成される。なお、当該立体像は、奥行き制御用光ファイバの出射端面の前方に生成（表示）される。
【００３２】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の立体像の撮像表示装置であって、前記伝送部に、縮小光学系、拡大光学系および回転光学系の少なくとも一つが介設されていることを特徴とする。
【００３３】
かかる立体像の撮像表示装置によると、生成される立体像の大きさを被写体に対して拡大、縮小あるいは回転させることができる。
【００３４】
請求項９の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の立体像の撮像表示装置であって、前記伝送部に、光の明るさを増幅させる光増幅装置が介設されていることを特徴とする。
【００３５】
かかる立体像の撮像表示装置によると、伝送損失により低下した明るさを補うことができる。したがって、伝送用光ファイバが長くなっても、明るい立体像を生成することができる。
【００３６】
請求項１０の発明は、物体光と参照光とが干渉して生じる干渉稿を伝送する複数の光ファイバと、当該光ファイバによって伝送された干渉稿に参照光を照射するレーザ装置とを備える立体像の撮像表示装置であって、前記光ファイバは、その端面が同一平面上になるように配列されていることを特徴とする。
【００３７】
かかる立体像の撮像表示装置によると、ホログラフィを利用して立体画像を生成するときに、物体光と参照光とにより生じる干渉稿が光のまま伝送される。すなわち、光（干渉稿）を電気信号に変換する装置が不要になる。そして、光ファイバで伝送された干渉稿にレーザ装置で参照光を照射すると、被写体の立体像が生成される。なお、干渉稿は計算機で計算したものであってもよい。
【００３８】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の立体像の撮像表示装置であって、前記光ファイバに、縮小光学系、拡大光学系および回転光学系の少なくとも一つが介設されていることを特徴とする。
【００３９】
かかる立体像の撮像表示装置によると、生成される立体像の大きさを被写体に対して拡大、縮小あるいは回転させることができる。
【００４０】
請求項１２の発明は、請求項１０又は請求項１１に記載の立体像の撮像表示装置であって、前記光ファイバに、光の明るさを増幅させる光増幅装置が介設されていることを特徴とする。
【００４１】
かかる立体像の撮像表示装置によると、伝送損失により低下した明るさを補うことができる。したがって、伝送用光ファイバが長くなっても、明るい立体像を生成することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４３】
（第一の実施形態）
まず、第一の実施形態に係る立体像の撮像表示装置を、図１乃至図９を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の第一の実施形態に係る立体像の撮像表示装置の一例を示す模式図、図１（ｂ）および図２乃至図４は他の例を示す模式図、図５および図６は屈折率導波路を有する光ファイバの作用を説明する概念図、図７は奥行き制御用光ファイバの長さを光線の蛇行ピッチの１／２としたときの光の進み方を説明する説明図、図８は奥行き制御用光ファイバの長さを光線の蛇行ピッチの１／２としたときに生成される光学像を説明する説明図、図９は光ファイバの配列の例を示す模式図である。なお、図１乃至図４に示す立体像の撮像表示装置の模式図はそれぞれ側面図であるが、被写体および立体像は、説明の都合上、斜視図として表示する。また、図示の都合上、要素画像を各光ファイバの出射端面の前面側（図中右側）に描いたが、実際には出射端面に結像する。
【００４４】
第一の実施形態に係る立体像の撮像表示装置は、インテグラルフォトグラフィを利用するものであり、図１（ａ）に示すように、撮像部１と伝送部２と表示部３とから構成される。
【００４５】
撮像部１は、複数の光ファイバ（以下、撮像用光ファイバ１１という）から構成されている。
撮像用光ファイバ１１は、分布屈折率導波路を有し、その入射端面１１ａが同一平面上に並べられている。撮像用光ファイバ１１の配列は、特に限定されるものではないが、例えば、正方格子状（図９（ａ）参照）、俵積状（図９（ｂ）参照）、中心から徐々に円形に配置したもの（図９（ｃ）参照）などがある。なお、図示の立体像の撮像表示装置では、６本の撮像用光ファイバ１１で撮像部１が構成されているが、実際には二次元状に配置された数万乃至数百万本の撮像用光ファイバ１１を束ねたいわゆるファイバオプティクスプレートで撮像部１が構成される。
【００４６】
ここで、分布屈折率導波路とは、光ファイバのコア部の屈折率が、その周辺部から中心に向かうにしたがって大きくなるように形成されたものをいい、例えば、半径ｒにおける屈折率ｎが、
ｎ＝ｎ０ｓｅｃｈ（Ａ１／２ｒ）≒ｎ０［１−（Ａ／２）ｒ２］
のように分布しているものがある。ここで、ｎ０は光ファイバ中心における屈折率、Ａは屈折率分布定数（単位：ｍｍ−２）であり、光ファイバの材料によって定まる定数である。
【００４７】
このように屈折率特性を有するコア部（分布屈折率導波路）に光線が入射すると、図５（ａ）に示すように、光線の軌跡が正弦波状に蛇行する。したがって、図５（ｂ）に示すように、分布屈折率導波路を有する光ファイバを適宜な長さに形成すると、ある特定の点ＰＴで結像するので、分布屈折率導波路を有する光ファイバは、レンズとして機能することになる。
【００４８】
また、分布屈折率導波路を有する光ファイバを通過する光線の結像位置が、この光ファイバの出射端面となる条件は、
θ＝Ａ１／２Ｚ０＝π／２，３π／２，・・・，π（２ｍ＋１）／２
である。ここで、Ｚ０は、光ファイバの長さ、ｍはゼロ以上の整数である。
また、Ｚ０＝π／（２Ａ１／２）となるとき、すなわち、光ファイバの長さが光線の蛇行ピッチの１／４に形成されているときは、この光ファイバは一枚の凸レンズとして機能し（図６（ａ）参照）、Ｚ０＝３π／（２Ａ１／２）となるとき、すなわち、光ファイバの長さが光線の蛇行ピッチの３／４に形成されているときは、この光ファイバは二枚の凸レンズとして機能する（図６（ｂ）参照）。
【００４９】
撮像用光ファイバ１１の長さは、図６（ａ）に示すように、分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチ（図５（ａ）参照）の１／４に形成されているので、撮像用光ファイバ１１の入射端面１１ａに平行に入射した光線は、出射端面１１ｂで結像することになる。この場合、撮像用光ファイバ１１は一枚の凸レンズとして機能するので、図６（ｃ）に示すように、出射端面１１ｂに結像する要素画像は正立像に対して上下左右が反転した倒立像となる。
【００５０】
伝送部２は、図１（ａ）に示すように、複数の光ファイバ（以下、伝送用光ファイバ２１という）から構成され、それぞれ撮像用光ファイバ１１の出射端面１１ｂに接続されている。撮像用光ファイバ１１と伝送用光ファイバ２１との接続は、これらの端面を物理的に密着させればよい。また、伝送用光ファイバ２１の配列は、撮像用光ファイバ１１の配列と同一である。
【００５１】
ここで、階段屈折率導波路とは、中心部（コア部）の屈折率が、その周囲（クラッド部）の屈折率よりも大きく、かつ、コア部の屈折率が一様に分布しているものをいう。階段屈折率導波路を有する光ファイバに光線が入射すると、クラッド部で反射しつつ伝送され、特定の点で結像することはない。
【００５２】
すなわち、伝送用光ファイバ２１は、レンズとして機能することはなく、入射端面２１ａに入射した光線をそのまま出射端面２１ｂに伝送する。また、伝送用光ファイバ２１の長さは、伝送距離に応じて任意に設定することができるが、各伝送用光ファイバ２１は、同一の長さに形成される。なお、伝送用光ファイバ２１のコア部の屈折率を撮像用光ファイバ１１の光軸上の屈折率と等値にし、伝送用光ファイバ２１のクラッド部の屈折率を撮像用光ファイバの外周部の屈折率と等値にしておけば、これらの接続面で光が全て反射してしまうことはない。
【００５３】
表示部３は、図１（ａ）に示すように、複数の凸レンズ（以下、表示用レンズ３１という）から構成され、伝送用光ファイバ２１の出射端面２１ｂから表示用レンズ３１の焦点距離ｆだけ間隔をあけて配置されている。また、撮像用光ファイバ１１の配列と表示用レンズ３１の配列とは等しい。
【００５４】
次に、このような立体像の撮像表示装置の作用について図１（ａ）を参照して説明する。
【００５５】
図１（ａ）に示すように、立体像の撮像表示装置の撮像部１を被写体４に対面させると、被写体４からの光線が撮像部１を構成する複数の撮像用光ファイバ１１のそれぞれに入射する。撮像用光ファイバ１１は、前記したように、一枚の凸レンズとして機能するので、入射端面１１ａに入射した光線は、出射端面１１ｂで結像する。すなわち、複数の撮像用光ファイバ１１のそれぞれの出射端面１１ｂに、被写体４の微小な光学像（要素画像５ａ）が倒立像として結像する。
【００５６】
撮像用光ファイバ１１の出射端面１１ｂに結像した要素画像５ａは、伝送用光ファイバ２１によって光のまま出射端面２１ｂまで伝送される。すなわち、伝送用光ファイバ２１の出射端面２１ｂには、撮像用光ファイバ１１の出射端面１１ｂに結像した要素画像５ａと同一の要素画像５ｂが結像していることになる。
【００５７】
そして、表示部３（表示用レンズ３１）の配列が撮像部１（撮像用光ファイバ１１）の配列と同じであることから、表示部３（表示用レンズ３１）によって撮像部１側での光線が再現され、すなわち、要素画像５ｂから立体像５が生成される。なお、立体像５は、表示部３（表示用レンズ３１）の前方（観察者側）に空中像として生成（表示）される。
【００５８】
このように、第一の実施形態に係る立体像の撮像表示装置によると、撮像部１で撮像された被写体４の要素画像５ａ（光学像）を光のまま伝送し、さらに、伝送された要素画像５ｂから被写体４の立体像５を生成することができる。すなわち、撮像された光学像を電気信号（画像信号）に変換する必要がなく、したがって、テレビジョンカメラやディスプレイなどは不要である。このような立体像の撮像表示装置は、被写体を「生中継」する場合に好適である。例えば、撮像部１を屋外に設置し、表示部３を地下室内に設置して「窓」とすれば、この「窓」に屋外の様子が立体的に「生中継」されることになる。この他、ボアスコープや内視鏡などに応用することが可能である。
【００５９】
なお、第一の実施形態に係る立体像の撮像表示装置では、表示部３を複数の凸レンズ（表示用凸レンズ３１）で構成したが、凸レンズに限定されることはなく、凸レンズの機能を備えるものであればよい。
【００６０】
例えば、図１（ｂ）に示すように、分布屈折率導波路を有し、かつ、蛇行ピッチの１／４の長さに形成された複数の光ファイバ（以下、表示用光ファイバ３２という）で表示部３を構成してもよい。すなわち、表示用光ファイバ３２は、凸レンズとして機能するので、図１（ａ）に示す表示用凸レンズ３１に替えて表示用光ファイバ３２を用いても、被写体４の立体像５を生成することができる。また、立体像５は、表示部３（表示用光ファイバ３２）の前方（観察者側）に空中像として生成（表示）される。なお、表示用光ファイバ３２は、伝送用光ファイバ２１の出射端面２１ｂに接続される。
【００６１】
このように、撮像部１、伝送部２および表示部３の全てを光ファイバで構成すると、各光ファイバに入射した光線が外部へ漏れることがないので、光ファイバ相互の干渉を回避することができる。
【００６２】
また、図１（ａ）（ｂ）に示す立体像の撮像表示装置では、被写体４の要素画像５ａ，５ｂが倒立像になるため、観察者側から観ると、立体像５は被写体４に対して凹凸が反転した立体像（以下、「偽立体像」という）となる。したがって、被写体４の凹凸を正しく表現した立体像を得るためには、被写体４に対して正立した要素画像を結像させるか、あるいは、別途手段により倒立像を正立像に変換する必要がある。
【００６３】
例えば、図２（ａ）に示すように、分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの３／４の長さを有する撮像用光ファイバ１２で撮像部１を構成すれば、出射端面１２ｂに被写体４に対して正立した要素画像６ａを結像させることができるので、被写体４の凹凸を正しく表現した立体像６を得ることができる。
【００６４】
すなわち、撮像用光ファイバ１２は、二枚の凸レンズとして機能するので、その出射端面１２ｂに結像する要素画像６ａは正立像となる。したがって、伝送用光ファイバ２１の出射端面２１ｂに表示される要素画像６ｂも正立像となるので、表示部３（複数の表示用レンズ３１）によって生成される立体像６は、被写体４の凹凸を正しく表現した立体像となる。なお、この場合には、立体像６は表示部３の後方（つまり、伝送用光ファイバ２１の中）に空中像として生成（表示）される。
【００６５】
また、図１（ｂ）の場合と同様に、複数の光ファイバ（以下、表示用光ファイバ３２という）で表示部３を構成してもよい（図２（ｂ）参照）。さらに、図示は省略するが、撮像用光ファイバの長さを蛇行ピッチの１／４とし、表示用光ファイバの長さを蛇行ピッチの３／４としても、被写体の凹凸が正しく表現された立体像を得ることができる。なお、この場合には、立体像６は表示用光ファイバ３２の出射端面３２ｂの後方（つまり、伝送用光ファイバ２１の中）に空中像として生成（表示）される。
【００６６】
さらに、図３（ａ）に示すように、複数の表示用レンズ３１と、複数の奥行き制御用光ファイバ３３と、複数の奥行き制御用レンズ３４とで表示部３を構成しても、被写体４の凹凸が正しく表現された立体像６を得ることができる。
【００６７】
ここで、奥行き制御用光ファイバ３３は、分布屈折率導波路を有し、当該分布屈折率導波路を通過する光線の蛇行ピッチの１／４の長さに形成されている。また、奥行き制御用光ファイバ３３の配列は、撮像用光ファイバ１１の配列と等しい。
【００６８】
複数の奥行き制御用レンズ３４は、奥行き制御用光ファイバ３３の出射端面３３ｂからその焦点距離ｆをあけて配置され、かつ、その配列が撮像用光ファイバ１１の配列と等しい。
【００６９】
そして、図３（ａ）に示す立体像の撮像表示装置によると、表示用光レンズ３１の前方（観察者側）に被写体４の偽立体像５が生成され、さらに、この偽立体像５は、複数の奥行き制御用光ファイバ３３で再度撮像される。奥行き制御用光ファイバ３３は、光線の蛇行ピッチの１／４の長さに形成され、一枚の凸レンズとして機能するので、その出射端面３３ｂに結像する要素画像６ａは、偽立体像５の倒立像となる。すなわち、要素画像６ａは、被写体４の正立像となる。したがって、奥行き制御用レンズ３４によって生成される立体像６は、偽立体像５に対して凹凸が反転し、結果として被写体４に対して凹凸が正しく表現された像となる。また、立体像６は、奥行き制御用レンズ３４の前方（観察者側）に空中像として生成（表示）される。
【００７０】
さらに、図３（ｂ）に示すように、光線の蛇行ピッチの１／２の長さに形成された分布屈折率導波路を有する光ファイバ（奥行き制御用光ファイバ３５）の複数を、表示用光ファイバ３２の出射端面３２ｂから所定の間隔をあけて配置しても、被写体４の凹凸が正しく表現された立体像６を得ることができる。
【００７１】
ここで、奥行き制御用光ファイバ３５を通過する光の進み方を図７および図８を参照して説明する。
【００７２】
奥行き制御用光ファイバ３５の入射端面３５ａと出射端面３５ｂでは、図７に示すように、ｒｉ＝−ｒｉ’のときに、ｒｏ＝−ｒｏ’となり、出射光線の角度は、入射光線の角度と符号が逆で絶対値が等しくなる。ここで、ｒｉ，ｒｉ’は、それぞれ入射端面３５ａに入射する光線の光軸からの距離および出射端面３５ｂから出射する光線の光軸からの距離であり、ｒｏ，−ｒｏ’は、それぞれ入射端面３５ａに入射する光線が光軸となす角度および出射端面３５ｂから出射する光線が光軸となす角度である。
【００７３】
すなわち、図８に示すように、各奥行き制御用光ファイバ３５から出射する光線の交点に、被写体（偽立体像５）に対して凹凸が反転した立体像６が生成される。また、奥行き制御用光ファイバ３５を折り返して入射端面３５ａと出射端面３５ｂとを重ね合わせたとすると、奥行き制御用光ファイバ３５の中心に入射する光線と、奥行き制御用光ファイバ３５の中心から出射する光線とが一致するので、出射端面３５ｂと立体像６との距離は、入射端面３５ａから被写体（立体像５）までの距離ｄ１と等しい。
【００７４】
これらは、図７に示すように、三角形ＯＯ１Ｏ３と、三角形ＱＱ１Ｑ３とが鏡面対称となっていることからも分かる。なお、出射端面３５ｂから出射する光線の光束は広がるが、端面が小さい場合には問題とならない。
【００７５】
したがって、図３（ｂ）に示す立体像の撮像表示装置によると、表示用光ファイバ３２の前方（観察者側）に、被写体４に対して凹凸が反転した偽立体像５が生成（表示）され、さらに、奥行き制御用光ファイバ３５によって出射端面３５ｂの前方に偽立体像５に対して凹凸が反転した立体像６が生成（表示）される。すなわち、被写体４に対して凹凸が正しく表現された立体像６が奥行き制御用光ファイバ３５の出射端面３５ｂの前方に生成（表示）される。
【００７６】
また、図４に示すように、伝送部２（伝送用光ファイバ２１）に拡大光学系７を介設すると、被写体４を拡大した立体像６を得ることができる。
【００７７】
さらに、図示は省略するが、拡大光学系７のほか、立体像を縮小させる縮小光学系、立体像を回転させる回転光学系を介設してもよい。また、光の明るさを増幅させる光増幅装置（イメージインテンシファイア）を介設すると、伝送損失により低下した明るさを補うことができる。光増幅装置を適宜介設することで、光学像を長距離伝送しても、明るい立体像を生成することができる。
【００７８】
（第二の実施形態）
第二の実施形態に係る立体像の撮像表示装置は、ホログラフィを利用するものであり、図１０に示すように、物体光Ｌ１と参照光Ｌ２とが干渉して生じる干渉稿４６ａを伝送する複数の光ファイバ４２と、この光ファイバ４２によって伝送された干渉稿４６ｃに参照光（再生光）を照射するレーザ装置４８とから構成される。
【００７９】
光ファイバ４２は、階段屈折率導波路を有し、入射端面４１に入射した干渉稿４６ａをそのまま出射端面４３に伝送する。また、光ファイバ４２の長さは、伝送距離に応じて任意に設定することができる。また、複数の光ファイバ４２は、それぞれ入射端面４１が同一平面上になるように配列され、かつ、出射端面４３がそれぞれ同一平面上になるように配列されている。
【００８０】
また、図示の実施形態では、出射端面４３側にハーフミラー４４が挿入されており、出射端面４３に伝送された干渉稿４６ｂはハーフミラー４４によって投影される（干渉稿４６ｃ）。すなわち、立体像を生成するには、出射端面４３に伝送された干渉稿４６ｂの背面側（光ファイバ４２の出射端面４３側）から参照光（再生光）を照射する必要があるところ、その位置には光ファイバ４２が設置されており、干渉稿４６ｂの背面側に参照光を照射するレーザ装置を設置することができないので、ハーフミラー４４によって干渉稿４６ｂを投影し、その背面（図１０では干渉稿４６ｃの上側）にレーザ装置４８を設置することとした。
【００８１】
このような構成の立体像の撮像表示装置によると、物体光Ｌ１と参照光Ｌ２とにより生じる干渉稿４６ａが光のまま伝送される。すなわち、光（干渉稿４６ａ）を電気信号に変換する装置が不要になる。そして、光ファイバで伝送された干渉稿４６ｃの背面（図１０では干渉稿４６ｃの上側）にレーザ装置４８で参照光を照射すると、被写体５４の立体像４６が生成される。なお、干渉稿は、計算機で計算したものであってもよい。
【００８２】
また、図１１に示すように、光ファイバ４２に拡大光学系４７を介設すると、被写体４を拡大した立体像を得ることができる。
【００８３】
さらに、図示は省略するが、拡大光学系４７のほか、立体像を縮小させる縮小光学系、回転させる回転光学系を介設してもよい。また、光の明るさを増幅させる光増幅装置を介設すると、伝送損失により低下した明るさを補うことができる。この場合、伝送用光ファイバの長さが大きくなっても、明るい立体像を生成することができる。
【００８４】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項９に係る立体像の撮像表示装置によれば、被写体の光学像を電気信号に変換することなく、光のままで伝送し、さらに、伝送された光学像から立体像を生成することができる。すなわち、被写体の立体像を生成するに際し、テレビジョンカメラやディスプレイは不要である。また、伝送部を構成する伝送用光ファイバは、その長さに制約がないため、長距離伝送も可能であり、さらに、拡大光学系、縮小光学系、回転光学系および光増幅装置を任意の位置に設置することができる。
【００８５】
また、請求項１０乃至請求項１２に係る立体像の撮像表示装置によれば、被写体の干渉稿を電気信号に変換することなく、光のままで伝送することができる。すなわち、被写体の立体像を生成するに際し、テレビジョンカメラやディスプレイは不要である。また、光ファイバは、その長さに制約がないため、長距離伝送も可能であり、さらに、拡大光学系、縮小光学系、回転光学系および光増幅装置を任意の位置に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施形態に係る立体像の撮像表示装置の一例を示す模式図、（ｂ）は、他の例を示す模式図である。
【図２】（ａ）は本発明の第一の実施形態に係る立体像の撮像表示装置の他の例を示す模式図、（ｂ）は、さらに他の例を示す模式図である。
【図３】（ａ）は本発明の第一の実施形態に係る立体像の撮像表示装置の他の例を示す模式図、（ｂ）は、さらに他の例を示す模式図である。
【図４】伝送部に拡大光学系を設置した例を示す模式図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は屈折率導波路を有する光ファイバの作用を説明する概念図である。
【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は屈折率導波路を有する光ファイバの作用を説明する概念図である。
【図７】奥行き制御用光ファイバの長さを光線の蛇行ピッチの１／２としたときの光の進み方を説明する説明図である。
【図８】奥行き制御用光ファイバの長さを光線の蛇行ピッチの１／２としたときにより生成される光学像を説明する説明図である。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は光ファイバの配列の例を示す模式図である。
【図１０】本発明の第二実施形態に係る立体像の撮像表示装置を示す模式図である。
【図１１】光ファイバに拡大光学系を設置した例を示す模式図である。
【図１２】従来のインテグラルフォトグラフィを利用した立体像の撮像表示装置を示す模式図である。
【図１３】従来のインテグラルフォトグラフィにおける被写体の撮像方法を説明する模式図である。
【図１４】従来のインテグラルフォトグラフィにおける立体像の生成方法を説明する模式図である。
【図１５】（ａ）は従来のホログラフィにおける被写体の撮像方法を説明する模式図、（ｂ）は立体像の生成方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
１　　　撮像部
１１　　撮像用光ファイバ
１１ａ　入射端面
１１ｂ　出射端面
２　　　伝送部
２１　　伝送用光ファイバ
２１ａ　入射端面
２１ｂ　出射端面
３　　　表示部
３１　　表示用レンズ
３２　　表示用光ファイバ
３３，３５　　奥行き制御用光ファイバ
３４　　奥行き制御用レンズ
４　　　被写体
５　　　（虚）立体像
５ａ，５ｂ　　要素画像（倒立像）
６　　　立体像
６ａ　　要素画像（正立像）
７　　　拡大光学系
４２　　光ファイバ
【図１】
2004054153.tif 000003
【図２】
2004054153.tif 000004
【図３】
2004054153.tif 000005
【図４】
2004054153.tif 000006
【図５】
2004054153.tif 000007
【図６】
2004054153.tif 000008
【図７】
2004054153.tif 000009
【図８】
2004054153.tif 000010
【図９】
2004054153.tif 000011
【図１０】
2004054153.tif 000012
【図１１】
2004054153.tif 000013
【図１２】
2004054153.tif 000014
【図１３】
2004054153.tif 000015
【図１４】
2004054153.tif 000016
【図１５】
2004054153.tif 000017