(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レンズエレメントと、第２レンズエレメントとを同一光学軸上に配置したアフォーカル光学系とし、前記第１レンズエレメントをアレー状に配列して同一平面上にすると共に、前記第２レンズエレメントをアレー状に配列して同一平面上とした複数の当該アフォーカル光学系を有する光学部を備えるアフォーカル立体光学装置であって、
前記アフォーカル光学系は、前記第１レンズエレメントおよび前記第２レンズエレメントを、当該第１レンズエレメントから入射した平行光線を当該第２レンズエレメントの前側焦点に集光する位置に配置し、前記第１レンズエレメントと前記第２レンズエレメントとが、前記第１レンズエレメントの後焦点と前記第２レンズエレメントの前焦点の位置で２分割され、前記第１レンズエレメントと前記第２レンズエレメントを、前記第１レンズエレメントの焦点距離と前記第２レンズエレメントの焦点距離とは焦点距離の異なる他のレンズエレメントと取り替えられるように、光軸を合わせて対面させた状態で着脱自在に固定するように構成され、
前記光学部は、ｎを自然数としたとき２ｎ個が対面する位置にそれぞれ配置され、配置された前記光学部のそれぞれが、当該光学部により形成される立体光学像の表示位置を挟んだ位置に設置されることを特徴とするアフォーカル立体光学装置。
【請求項２】
前記アフォーカル光学系は、前記第１および第２レンズエレメントが、焦点距離の異なる２つの凸レンズであることを特徴とする請求項１に記載のアフォーカル立体光学装置。
【請求項３】
前記アフォーカル光学系は、前記第１および第２レンズエレメントが、焦点距離の異なる２つのシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１に記載のアフォーカル立体光学装置。
【請求項４】
前記アフォーカル光学系は、前記第１レンズエレメントが凸レンズであり、前記第２レンズエレメントが凹レンズであることを特徴とする請求項１に記載のアフォーカル立体光学装置。
【請求項５】
レンズ作用を有し異なる焦点距離を有する第１光ファイバレンズおよび第２光ファイバレンズの焦点距離を隔てて前記第１光ファイバレンズおよび前記第２光ファイバレンズのそれぞれを同一光学軸上に配置して形成されるアフォーカル光学系とし、当該アフォーカル光学系の入射レンズ面をアレー状に配列して同一平面上に設置すると共に、当該アフォーカル光学系の出射レンズ面をアレー状に配列して同一平面上に設置した複数の当該アフォーカル光学系を有する光学部を備え、
前記光学部は、前記第１光ファイバレンズおよび前記第２光ファイバレンズを、当該第１光ファイバレンズから入射した平行光線を当該第２光ファイバレンズの前側焦点に集光する位置に配置し、前記第１光ファイバレンズと前記第２光ファイバレンズとが、前記第１光ファイバレンズの後焦点と前記第２光ファイバレンズの前焦点の位置で２分割され、前記第１光ファイバレンズと前記第２光ファイバレンズを、前記第１光ファイバレンズの焦点距離と前記第２光ファイバレンズの焦点距離とは焦点距離の異なる他の光ファイバレンズと取り替えられるように、光軸を合わせて対面させた状態で着脱自在に固定するように構成され、
前記光学部は、ｎを自然数としたとき２ｎ個が対面する位置にそれぞれ配置され、配置された前記光学部のそれぞれが、当該光学部により形成される立体光学像の表示位置を挟んだ位置に設置され、
前記第１光ファイバレンズおよび第２光ファイバレンズは、周辺部から中心部に向かって屈折率が大きくなる屈折分布を有することを特徴とするアフォーカル立体光学装置。
【請求項６】
前記アフォーカル光学系は、前記第１および第２光ファイバレンズの材質により決まる係数をＡとし、かつ、前記光ファイバレンズ内を屈折して伝送される光路における蛇行周期Ｐ＝２π／Ａ1/2を１周期としたとき、光路の長さＺｕが０＜Ｚｕ＜Ｐ／２となる前記第１光ファイバレンズと、光路の長さＺｕが０＜Ｚｕ＜Ｐ／２となる前記第２光ファイバレンズとして設置したことを特徴とする請求項５に記載のアフォーカル立体光学装置。
【請求項７】
前記アフォーカル光学系は、前記第１および第２光ファイバレンズの材質により決まる係数をＡとし、かつ、前記光ファイバレンズ内を屈折して伝送される光路における蛇行周期Ｐ＝２π／Ａ1/2を１周期としたとき、光路の長さＺｕが０＜Ｚｕ＜Ｐ／２となる前記第１光ファイバレンズと、光路の長さＺｕがＰ／２＜Ｚｕ＜Ｐとなる前記第２光ファイバレンズとを設置したことを特徴とする請求項５に記載のアフォーカル立体光学装置。
【請求項８】
前記光学部は、互いに隣接するアフォーカル光学系の間に光を遮蔽する光学遮蔽部を備えることを特徴とする請求項１または請求項５に記載のアフォーカル立体光学装置。
【請求項９】
前記アフォーカル光学系は、負の角倍率を持つ構成であることを特徴とする請求項１または請求項５に記載のアフォーカル立体光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の立体光学像を生成（表示）するアフォーカル立体光学装置に係り、いわゆるインテグラル・フォトグラフィー［integral photography （ＩＰ）］技術を応用した光学式のアフォーカル立体光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、任意の視点から自由に立体光学像を見ることが可能な立体テレビジョン方式の一つとして、平面上に配列された凸レンズ群あるいはピンホール群を利用したＩＰ（integral photography）立体方式の立体撮像装置が存在する。このＩＰ立体方式を応用した一例として、ラジアル型の屈折率分布レンズの長さを特定の寸法としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この立体撮像装置は、ラジアル型の屈折率分布レンズとして光ファイバレンズを用い、その長さを光路の半周期またはその奇数倍とし、かつ、当該光ファイバレンズの周辺部から中心部に向かって２乗特性のような不均一な屈曲分布を有するように構成されている。
【０００３】
また、微小レンズを整列させて用いる光学系を使用する装置としては、２次元平面に表示される文字、記号等を、正立等倍実像光学系を介して空間像として結像させる画像表示装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この画像表示装置は、多数の微小レンズを平面上に有するレンズプレートを複数備えると共に、そのレンズプレートの間で、各微小レンズに対応する位置に配置された穴を備える背景色均一化手段としての穴開きカラー板を有する構成である。
【０００４】
なお、光ファイバの中心に向かって屈折率が大きくなる光ファイバレンズの構成は、他にもすでに知られており、凸レンズと機能的に同じ働きをするものが存在する(例えば、特許文献３参照)。
【特許文献１】特開２０００−１２２１９１号公報  （段落番号００１４〜００３０、図５、図６）
【特許文献２】特開平１０−６２７１７号公報  （段落番号００１５〜００１６、図４、図７）
【特許文献３】特開平１１−３０５１６４号公報  （段落番号００１３〜００３４、図１〜図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の光学像を表示する技術では以下に示す問題点が存在した。
前記した特許文献１または特許文献３においては、被写体を光ファイバなどの伝送路を介して表示するものとして構成されているため、被写体が縦倍率を＋１あるいは−１となるように固定されており、縦倍率を変える構成とすることができなかった。そして、当該装置では、被写体とはじめに光が入射する光学系までとの距離を変えることなく、被写体の立体光学像を生成させる光学部のより近く、あるいは、より遠くに立体光学像を再現させることができなかった。
【０００６】
また、前記した特許文献２においては、立体光学像を生成することに対応させることはできず、平面画像のみに対応することしかできない。さらに、平面画像を表示させるために背景色を表示する背景色均一化手段を必要とするため、装置の部品点数が多くなってしまった。そして、背景色均一化手段を備えるため、その背景色均一化手段の影響が光学像に反映されてしまい、立体光学像を示す装置のように被写体の状態を立体的にそのまま表示することができなかった。つまり、この装置では、立体光学像を再現させるためのものではないため、基本的な構造が異なるものであった。
【０００７】
さらに、原子力を扱う機構など危険物をマジックハンド等により比較的遠方から取り扱う場合や、また、美術館、博物館などにおいて貴重な立体物を見学者から離間させた状態で表示（展示）する場合であっても、あたかも近距離で詳細に観察できるような要望があり、これらの要望を満たす光学的な構成が存在しなかった。
【０００８】
本発明は、前記の問題点に鑑み創案されたものであり、被写体を表示するときに縦倍率を固定されることなく、かつ、表示される立体光学像の表示位置などの調整を可能とし、また、背景色均一化手段などを用いる必要がなく、さらに、被写体から離れた位置においてその被写体を立体光学像として観察できるアフォーカル立体光学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】
【０００９】
本発明に係るアフォーカル立体光学装置は、前記目的を達成するため、以下に示すような構成とした。すなわち、第１レンズエレメントと、第２レンズエレメントとを同一光学軸上に配置したアフォーカル光学系とし、前記第１レンズエレメントをアレー状に配列して同一平面上にすると共に、前記第２レンズエレメントをアレー状に配列して同一平面上とした複数の当該アフォーカル光学系を有する光学部を備えるアフォーカル立体光学装置であって、前記アフォーカル光学系は、前記第１レンズエレメントおよび前記第２レンズエレメントを、当該第１レンズエレメントから入射した平行光線を当該第２レンズエレメントの前側焦点に集光する位置に配置し、前記第１レンズエレメントと前記第２レンズエレメントとが、前記第１レンズエレメントの後焦点と前記第２レンズエレメントの前焦点の位置で２分割され、前記第１レンズエレメントと前記第２レンズエレメントを、前記第１レンズエレメントの焦点距離と前記第２レンズエレメントの焦点距離とは焦点距離の異なる他のレンズエレメントと取り替えられるように、光軸を合わせて対面させた状態で着脱自在に固定するように構成され、前記光学部は、ｎを自然数としたとき２ｎ個が対面する位置にそれぞれ配置され、配置された前記光学部のそれぞれが、当該光学部により形成される立体光学像の表示位置を挟んだ位置に設置されるように構成した（請求項１）。
【００１０】
このように構成されることにより、アフォーカル立体光学装置は、アフォーカル光学系の第１レンズエレメントから入射された被写体の光を、それぞれの第１レンズエレメントにより要素画像とし、第２レンズエレメントから出射する。そして、アフォーカル立体光学装置は、第２レンズエレメントから出射された要素画像の光線群全体により、被写体に対する立体光学像を形成して表示する。また、アフォーカル立体光学装置は、負の角倍率を持つアフォーカル光学系の場合には、被写体の奥行き反転を解消した立体光学像を得ることができる。なお、両レンズエレメントのそれぞれは、光を集光あるいは発散させるレンズ作用を有するものを２つ組み合わせることでアフォーカル光学系として構成されることが望ましい。
【００１３】
なお、アフォーカル立体光学装置は、同一光学軸上に配置される（共軸とする）レンズエレメントの一方または両方の焦点位置をあらかじめ調整して設定することで、アフォーカル光学系から出射された要素画像により形成される立体光学像の位置を所望の位置に形成して表示している。また、アフォーカル光学系が、正の角倍率の場合には、アフォーカル立体光学装置は、被写体に対して光軸方向に凹凸が反転しない立体光学像を表示し、また、負の角倍率の場合には、アフォーカル立体光学装置は、被写体に対して光軸方向に凹凸が反転した立体光学像として表示することになる。そして、アフォーカル光学系では、異なる焦点距離のレンズエレメントを用いることで、角倍率を１または−１以外の値とすることができる。
【００１４】
さらに、前記アフォーカル立体光学装置において、前記アフォーカル光学系は、前記第１および第２レンズエレメントが、焦点距離の異なる２つの凸レンズである構成とした（請求項２）。
このように構成されることにより、アフォーカル立体光学装置は、被写体からの特定の光線を基準としたときに、当該光線がアフォーカル光学系の焦点の位置となる入射面に入射する入射角度と、当該光線がアフォーカル光学系の焦点の位置となる出射面から出射する出射角度とが異なる状態となる。つまり、アフォーカル立体光学装置は、被写体と光学部との距離に対して、光学部と立体光学像の距離が調整された状態で立体光学像を表示することができる。また、アフォーカル立体光学装置では、凸レンズの焦点距離をあらかじめ自在に設定することができるものである。
【００１５】
さらに、前記アフォーカル立体光学装置において、前記アフォーカル光学系は、前記第１および第２レンズエレメントが、焦点距離の異なる２つのシリンドリカルレンズである構成とした（請求項３）。
このように構成されることにより、アフォーカル立体光学装置は、水平視差のみとなる立体光学像を得ることができる。
【００１６】
そして、前記アフォーカル立体光学装置において、前記アフォーカル光学系は、前記第１レンズエレメントが凸レンズであり、前記第２レンズエレメントが凹レンズである構成とした（請求項４）。
このように構成されることにより、アフォーカル立体光学装置は、被写体からの光を、各アフォーカル光学系の凸レンズから入射させて凹レンズ側から出射させると、凹レンズより被写体側に、要素画像の光線群全体から、当該被写体に対する立体光学像を形成して表示する。
【００１７】
また、アフォーカル立体光学装置は、レンズ作用を有し異なる焦点距離を有する第１光ファイバレンズおよび第２光ファイバレンズの焦点距離を隔てて前記第１光ファイバレンズおよび第２光ファイバレンズのそれぞれを同一光学軸上に配置して形成されるアフォーカル光学系とし、当該アフォーカル光学系の入射レンズ面をアレー状に配列して同一平面上に設置すると共に、当該アフォーカル光学系の出射レンズ面をアレー状に配列して同一平面上に設置した複数の当該アフォーカル光学系を有する光学部を備え、前記光学部は、前記第１光ファイバレンズおよび前記第２光ファイバレンズを、当該第１光ファイバレンズから入射した平行光線を当該第２光ファイバレンズの前側焦点に集光する位置に配置し、前記第１光ファイバレンズと前記第２光ファイバレンズとが、前記第１光ファイバレンズの後焦点と前記第２光ファイバレンズの前焦点の位置で２分割され、前記第１光ファイバレンズと前記第２光ファイバレンズを、前記第１光ファイバレンズの焦点距離と前記第２光ファイバレンズの焦点距離とは焦点距離の異なる他の光ファイバレンズと取り替えられるように、光軸を合わせて対面させた状態で着脱自在に固定するように構成され、前記光学部は、ｎを自然数としたとき２ｎ個が対面する位置にそれぞれ配置され、配置された前記光学部のそれぞれが、当該光学部により形成される立体光学像の表示位置を挟んだ位置に設置され、前記第１光ファイバレンズおよび第２光ファイバレンズは、周辺部から中心部に向かって屈折率が大きくなる屈折分布を有する構成とした（請求項５）。
【００１８】
このように構成されることにより、アフォーカル立体光学装置のアフォーカル光学系は、一方の光ファイバレンズと他方の光ファイバレンズとのそれぞれが凸レンズの働きをするため、被写体からの光を、入射する側の光ファイバレンズの焦点の位置となる入射面からアレー状に配列した光ファイバレンズの入射レンズ面に入射させることで要素画像が形成される。また、アフォーカル立体光学装置は、要素画像となった被写体からの光を、出射側のアレー状に配列された光ファイバレンズの出射レンズ面を介して、当該光ファイバレンズの焦点の位置である出射面から出射させると、当該被写体に対する各要素画像の光線群全体から立体光学像を形成して表示する。また、アフォーカル立体光学装置は、負の角倍率を持つアフォーカル光学系の場合には、被写体の奥行き反転を解消した立体光学像を得ることができる。なお、ここで使用される光ファイバレンズは、所謂、ラディカルグリンレンズ（ａ ｒａｄｉｃａｌ ＧＲＩＮ ｌｅｎｓ）である。
【００１９】
また、前記アフォーカル立体光学装置において前記アフォーカル光学系は、前記第１および第２光ファイバレンズの材質により決まる係数をＡとし、かつ、前記光ファイバレンズ内を屈折して伝送される光路における蛇行周期Ｐ＝２π／Ａ1/2を１周期としたとき、光路の長さＺｕが０＜Ｚｕ＜Ｐ／２となる前記第１光ファイバレンズおよび光路の長さＺｕが０＜Ｚｕ＜Ｐ／２となる前記第２光ファイバレンズとして設置した構成とした（請求項６）。
【００２０】
このように構成されることにより、アフォーカル立体光学装置は、第１光ファイバレンズがアフォーカル光学系における入射側の凸レンズの働きをし、また、第２光ファイバレンズがアフォーカル光学系における出射側の凸レンズの働きをして、光学部のそれぞれのアフォーカル光学系における第２光ファイバレンズから出射された各要素画像の光線群全体から、被写体の立体光学像を形成して表示することになる。なお、互いの焦点距離が異なるために、前記第１光ファイバレンズおよび第２光ファイバレンズは、その光路の長さＺｕが前記０＜Ｚｕ＜Ｐ／２となる範囲において互いに異なるものとしている。
【００２１】
また、前記アフォーカル立体光学装置において前記アフォーカル光学系は、前記第１および第２光ファイバレンズの材質により決まる係数をＡとし、かつ、前記光ファイバレンズ内を屈折して伝送される光路における蛇行周期Ｐ＝２π／Ａ1/2を１周期としたとき、光路の長さＺｕが０＜Ｚｕ＜Ｐ／２となる前記第１光ファイバレンズと、光路の長さＺｕがＰ／２＜Ｚｕ＜Ｐとなる前記第２光ファイバレンズとを設置した構成とした（請求項７）。
【００２２】
このように構成されることにより、アフォーカル立体光学装置は、第１光ファイバレンズが凸レンズの働きをし、また、第２光ファイバレンズが凹レンズの働きをすることで、光学部の第２光ファイバレンズのそれぞれから被写体側に出射した各要素画像の光線群全体により立体光学像が形成されて表示されることになる。
【００２３】
さらに、前記アフォーカル立体光学装置において、前記光学部は、互いに隣接するアフォーカル光学系の間に光を遮光する光学遮蔽部を備える構成とした（請求項８）。
このように構成されることにより、アフォーカル立体光学装置では、隣接するアフォーカル光学系において、一つのアフォーカル光学系に、周りのアフォーカル光学系から不必要な光が入らないように光学遮蔽部が遮蔽して、本来表示すべき要素画像以外の光の浸入を互いに防止する。
【００２５】
さらに、前記アフォーカル立体光学装置において、前記アフォーカル光学系は、負の角倍率を持つ構成である構成とした（請求項１０）。
このように構成されることにより、アフォーカル立体光学装置は、負の角倍率を持つアフォーカル光学系により、アレー状に配列されたレンズエレメント面あるいはレンズ面を介して出射面から出射する要素画像の光線群全体により形成される立体光学像が、被写体からレンズエレメント面あるいはレンズ面における比率に対して、レンズエレメント面あるいはレンズ面から立体光学像までの比率を変えた状態として、光軸方向の凹凸が被写体と反転した状態で表示される。なお、このアフォーカル立体光学装置では、同じ数の光学部を配置した場合、正の角倍率となる装置と比較したとき、被写体の立体光学像を、当該被写体からより遠くに表示することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るアフォーカル立体光学装置は、以下に示すような優れた効果を奏するものである。
アフォーカル立体光学装置は、ＩＰ立体方式による被写体の立体光学像を、出射される各要素画像の光線群全体により表示させ、その表示の際に、立体光学像の縦倍率を大きくしたり、また、奥行きを強調させたり、さらに、縦倍率を小さくし、奥行きを圧縮した状態とするなど表示状態の調整を、被写体から所望に離れた位置において設定することができる（請求項１、請求項５または請求項１０）。
【００２７】
さらに、アフォーカル立体光学装置は、隣接するアフォーカルレンズに光学遮蔽部を設けることにより、アフォーカル光学系のそれぞれが不必要な光を遮蔽した状態で立体光学像を表示することができ、立体光学像をより鮮明な状態で表示することが可能となる（請求項８）。
また、アフォーカル立体光学装置は、２つのレンズエレメント（凸レンズおよび凸レンズ、または、凸レンズおよび凹レンズ）の焦点距離を変えた状態の組み合わせによりアフォーカル光学系を構成することで、被写体からアフォーカル光学系までの入射面の比率に対して、アフォーカル光学系から立体光学像までの比率を自在に設定した状態、または被写体に対する光学像の大きさや光軸方向に対する凹凸を自在に設定した状態、つまり角倍率を所望に設定した状態として、被写体に対する立体光学像を表示することが可能となる（請求項２ないし請求項４）。
【００２８】
そのため、アフォーカル立体光学装置は、アフォーカルレンズ（アフォーカル光学系）の角倍率が負の場合、光学部を２ｎ個配置することで、立体光学像の奥行き反転を解消した状態、つまり、被写体の正立像である立体光学像としてレンズ面から所望の位置に表示することが可能となる（請求項９）。また、アフォーカル立体光学装置は、角倍率が正の場合には、１つの光学部により被写体の正立像を立体光学像として表示することができる。
なお、立体光学像を表示するときには、従来技術で示す背景色均一化手段のようなものを必要とせず、最小構成要素でアフォーカル立体光学装置が構成できる。
【００２９】
さらに、アフォーカル立体光学装置は、光ファイバレンズを同一光学軸上に配置してアフォーカル光学系を構成することができ、同一光学軸上となる一方または両方の光ファイバレンズの焦点距離を変えることで（例えば凸レンズの働きをする光ファイバレンズの組合せ）、立体光学像の表示位置を所望に設定することが可能となる。したがって、アフォーカル立体光学装置は、立体光学像の表示位置の変更が容易に達成でき、使用目的に合せた光学部を用いて立体光学像を表示することが可能となる（請求項５、請求項６）。
【００３０】
そして、アフォーカル立体光学装置は、凸レンズおよび凹レンズを用いてアフォーカル光学系とすることや、あるいは、凸レンズおよび凹レンズに対応する光ファイバレンズを用いてアフォーカル光学系とすることで、立体光学像を凹レンズより被写体側に表示することも可能であるため、被写体の正立像を立体光学像で得るとき、凸レンズの組み合わせで構成する場合に比較してコンパクトに構成することが可能となる（請求項４、請求項７）。
【００３１】
また、アフォーカル立体光学装置は、同一光軸上にシリンドリカルレンズを配置することによりアフォーカル光学系とし、そのアフォーカル光学系を複数備える光学部としているため、水平視差を備える立体光学像を得るために、取り扱いが容易で、かつ、使用目的に合った光学部として使用することができる（請求項３）。
【００３２】
さらに、アフォーカル立体光学装置は、離れた位置にある物体の状態を立体光学像として表示できるため、マジックハンドなどで取り扱うときに、また、貴重な物体を一定の距離を隔てて展示するときに、対象となる物体を至近距離として認識させることができる。あるいは、アフォーカル立体光学装置は、ショーウィンドの全部または一部に用いることでショーウィンドの内側に展示されている商品を、そのショーウィンドの外側に展示されているように表示することができたり、立体物（被写体）を示す立体光学像を観察者の至近距離に表示し、作業性を高めたり、あるいは、視覚的な強調を行ない目立つようにしたりすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、アフォーカル立体光学装置および当該装置に用いるアフォーカル光学系を模式的に示す模式図、図２は、アフォーカル立体光学装置に使用するアフォーカル光学系を凸レンズにより構成したときの状態を模式的に示す模式図、図３は、アフォーカル立体光学装置の一部を断面状態として模式的に示す模式図である。
【００３４】
図１に示すように、アフォーカル立体光学装置１は、一つのアフォーカル光学系（図面では要素アフォーカル系と記載）であるアフォーカルレンズ２を複数アレー状とした光学部３として備えている。アフォーカルレンズ２は、焦点距離の異なる第１レンズエレメント１２ａおよび第２レンズエレメント１２ｂを同一光軸上（共軸）として、その焦点距離を隔てた位置に離間して配置させている。このアフォーカル立体光学装置１は、アフォーカルレンズ２の第１レンズエレメント１２ａの入射レンズ面をアレー状に配列して同一平面上に配置すると共に、アフォーカルレンズ２の第２レンズエレメント１２ｂを出射レンズ面としてアレー状に配列して同一平面上に配置することで、複数のアフォーカルレンズ２を設置して光学部３を構成している。
【００３５】
なお、アフォーカルレンズ２の入射面２ａおよび出射面２ｂは、それぞれ同一平面上に配置された第１レンズエレメント１２ａおよび第２レンズエレメント１２ｂの焦点距離となる位置に形成されることになり、複数の第１レンズエレメント１２ａまたは第２レンズエレメント１２ｂの焦点距離となる位置に連続して、つまり、光学部３の前側および後側の全面に形成されたものとして示している。なお、アフォーカルレンズの入射面２ａおよび出射面２ｂは、凸レンズと凹レンズでは前側焦点および後側焦点の位置関係が反対となって形成されるものである。
【００３６】
アフォーカル光学系（アフォーカルレンズ）２とは、焦点距離が無限大の光学系であり、ここでは、第１および第２レンズエレメントを同一光学軸上に配置し、かつ、第１レンズエレメントの後側焦点と、第２レンズエレメントの前側焦点とが一致する位置にそれぞれ配置される構成からなるものをいう。そして、アフォーカル光学系として、凸レンズと凸レンズ（シリンドリカルレンズを含む）、凸レンズと凹レンズ、光ファイバレンズと光ファイバレンズによるものを例示する。なお、凸レンズは、当該凸レンズを中央としてその左側に物空間、その右側に像空間としたきに、物空間に当該凸レンズの前焦点が、像空間に当該凸レンズの後焦点が形成されることとする。また、凹レンズは、焦点距離が負と考えられることから、当該凹レンズを中央としてその左側に物空間、その右側に像空間としたきに、物空間に当該凹レンズの後焦点が、像空間に当該凹レンズの前焦点が形成されることとする。
【００３７】
はじめに、図２および図３を参照して第１レンズエレメントおよび第２レンズエレメントが凸レンズであるアフォーカルレンズ２の構成を説明する。
図２に示すように、このアフォーカル立体光学装置１は、アフォーカル光学系として凸レンズ１２ａ，１２ｂを同一光学軸上の位置（共軸位置）の関係として互いに焦点距離ｆｓ，ｆｅを離間させた状態で配置してアフォーカルレンズ２としている。このアフォーカルレンズ２は、凸レンズ１２ａの焦点距離の位置に形成される入射面２ａにおける入射光の入射角度φｓと、凸レンズ１２ｂの焦点距離の位置に形成される出射面２ｂにおける出射光の出射角度φｅとを異ならせるため、それぞれ異なる焦点距離ｆｓ，ｆｅを有する凸レンズ１２ａ，１２ｂを、その焦点距離ｆｓ，ｆｅを隔てて配置している。
【００３８】
そのため、このアフォーカルレンズ２の入射光の入射角度φｓと、出射面２ｂの出射光の出射角度φｅとが異なることで、アフォーカル立体光学装置１は、図３に示すように、各アフォーカルレンズ２の光軸における光線に注目すると、各要素画像における光線が集まった光線群全体として立体光学像Ｑｅを生成（形成）して表示することになる。なお、アフォーカルレンズ２は、負の角倍率γを備えていた場合、光線の入射角度と出射角度の状態が逆となり、光軸方向の凹凸が反転した状態の立体光学像Ｑｅを得ることとなる。
【００３９】
また、図３に示すように、アフォーカルレンズ２の径の寸法に対して充分大きな寸法、例えば、数十倍以上離れた位置に配置した被写体Ｑｓとしたときに次のようなことがいえる。
【００４０】
すなわち、被写体Ｑｓからの光線は、入射面２ａにおいてほぼ平行と考えられる。この被写体Ｑｓからの光線のアフォーカルレンズ２の入射面２ａにおける入射角度φｓ（図３におけるφｓ1〜φｓ3は光線の入射角度）、アフォーカルレンズ２の出射面２ｂにおける光線の出射する出射角度φｅ（図３におけるφｅ1〜φｅ3は光線の出射角度）とすると、両者の間には、角倍率γとしたときに、以下の式（１）で示す関係が成り立つ。
【００４１】
【数１】
0004664620.tif 000002
【００４２】
図３ に示すように、このアフォーカルレンズ２を、要素画像を形成するものとして、多数配列させて光学部３とすると、その光学部３におけるアフォーカルレンズ２の配列前面から距離Ｌｓの間隔が離されて配置した被写体Ｑｓ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）からの光軸における光線は、当該光学部３におけるアフォーカルレンズ２の配列後面から距離Ｌｅ離れた位置に各要素画像の光線群全体として、立体光学像Ｑｅ（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）が表示される。この被写体Ｑｓ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の位置と立体光学像Ｑｅ（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）の位置は、以下の式（２）の関係を有する（ここで使用するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸は、図３に関係を図示している。）。
【００４３】
【数２】
0004664620.tif 000003
【００４４】
距離Ｌｓ，Ｌｅとの間には次式、式（３）の関係が成り立つ。この式（３）が成り立つと、次式の式（４）、式（５）が成り立つことが分かる。なお、式（４）、式（５）において、Ｈｓ1…Ｈｓnは、被写体Ｑｓの位置（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）を通るｎ個のアフォーカルレンズ（要素アフォーカル光学系）２の光軸に対する垂直線と、当該光軸との交点である。また、Ｈｅ1…Ｈｅnは、立体光学像Ｑｅ（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）の位置を通るｎ個のアフォーカルレンズ（要素アフォーカル光学系）２の光軸に対する垂直線と、当該光軸との交点である。
【００４５】
【数３】
0004664620.tif 000004
【００４６】
【数４】
0004664620.tif 000005
【００４７】
【数５】
0004664620.tif 000006
【００４８】
このように、光学部３において、当該配列の入射面２ａおよび出射面２ｂに平行な面上での被写体Ｑｓ、立体光学像Ｑｅの位置は矛盾なく一致し、式（２）が成り立つことが分かる。なお、光学部３による被写体Ｑｓの縦倍率Ｍｐは、次式の式（６）により表される。
【００４９】
【数６】
0004664620.tif 000007
【００５０】
この式（６）により示される縦倍率Ｍｐは、角倍率γの逆数となる。つまり、角倍率を与えることで、所望の縦倍率Ｍｐを得ることができる。アフォーカルレンズ２つまり要素アフォーカル光学系の角倍率γが負の場合、被写体Ｑｓが光学部３の入射面から離れると、立体光学像Ｑｅも出射面から離れ、被写体Ｑｓおよび立体光学像Ｑｅは、逆方向に動くため、式（６）のＭｐが負の値を示す。つまり、光学部３により被写体Ｑｓを観察すると、立体光学像Ｑｅは被写体Ｑｓに対して奥行きが反転した逆視像となる。この逆視像となる状態が式上の負の値を示すことになる。なお、式（６）中において「ΔＬｅ」、「ΔＬｓ」は、それぞれの値について微小な変化量を示している。
【００５１】
図２および図３に示すように、アフォーカル立体光学装置１は、アフォーカルレンズ（アフォーカル光学系）２が負の角倍率を有する場合、複数のアフォーカルレンズ２を有する光学部３を一つ備える構成として、被写体Ｑｓの逆視像となる立体光学像Ｑｅを表示することができるものとして説明した。しかし、図４に示すように、アフォーカル立体光学装置１が光学部３を二つ備える構成として、互いの表示位置を隔てた位置にそれぞれ光学部３，３を配置する構成としても構わない。この図４に示すアフォーカル立体光学装置１では、逆視でない正しい立体光学像（正視像）Ｑｒを最終的に得ることが可能となる。二つ目以降に配置される光学部３は、一つ目の光学部３により形成した立体光学像Ｑｅより後方に配置され、互いの光学部３，３の中心光軸が同じ位置として設置されると都合がよい。
【００５２】
なお、図４に示すように、アフォーカル立体光学装置１は、第１の光学部３により被写体Ｑｓの立体光学像Ｑｅを表示する、出射面２ｂから立体光学像Ｑｅまでの距離Ｌｅ1と、第２の光学部３により立体光学像Ｑｅの立体光学像Ｑｒを表示する、出射面２ｂから立体光学像Ｑｒまでの距離Ｌｓ2と、を異なる長さに設定することが可能となる。
【００５３】
図４に示すように、アフォーカルレンズ（アフォーカル光学系）２の角倍率を負とした場合、逆視光学系（被写体の光軸方向の凹凸が反転した状態で立体光学像を示す光学系）となる光学部３，３を２つ（２×ｎ（ｎ＝自然数））用いて奥行き反転を２回生じさせることで、結果として被写体Ｑｓに対する奥行き反転を解消することができ、この場合の縦倍率Ｍｃは、次式の式（７）に示すものとなる。
【００５４】
【数７】
0004664620.tif 000008
【００５５】
このように、図３または図４に示すように、アフォーカルレンズ（アフォーカル光学系）２の角倍率が負の場合、アフォーカル立体光学装置１では、入射光の入射角度φｓと出射光の出射角度φｅとが符号が逆となるため、光学部３を２ｎ個（ｎ＝自然数）配置することで、被写体Ｑｓに対して奥行きが正しい立体光学像Ｑｒを表示することができる。さらに、両光学部３のそれぞれにおいて、入射光と出射光との角度を異なるように構成する、つまり、一例として凸レンズ１２ａ，１２ｂの焦点距離を異なるものをあらかじめ設定して隔てて配置することで、表示する立体光学像Ｑｅ，Ｑｒの位置をさらに光軸方向に沿って被写体から遠くあるいは近くに調整することが可能となる。
【００５６】
アフォーカル立体光学装置１は、被写体からの入射光線の入射角度と、立体光学像を表示するときの出射光線の出射角度とを異ならせることで、各要素画像が結像する位置とは異なる位置に、要素画像の光線群全体として立体光学像Ｑｅ，Ｑｒを形成することができる。
【００５７】
以上説明したように、図２ないし図４に示すアフォーカル立体光学装置１では、水平視差および垂直視差の両方となる立体光学像Ｑｅ，Ｑｒを得ることができる。なお、図２および図３に示すアフォーカル立体光学装置１では、隣接するアフォーカルレンズ２，２の間に光学遮蔽を行なうことができるフィルタ、薄膜などの光学遮蔽部４を形成することで、光のクロスオーバーを防止して立体光学像Ｑｅ，Ｑｒ（図４参照）をより鮮明に表示することができる。
【００５８】
この光学遮蔽部４は、アフォーカルレンズ２を互いに接着させるときの光学遮蔽を行なうことができるシート状または板状の接合板（金属、プラスチックなど）あるいは接着剤層により構成しても構わず、アフォーカルレンズ２の周囲を囲む位置に配置されるものである。
【００５９】
なお、図２で示す、凸レンズ１２ａ、１２ｂによるアフォーカル光学系は、ケプラータイプであり、奥行きの逆転した立体光学像を表示でき、このときの角倍率γ、縦倍率Ｍｐは次式の式（８）および式（９）で示される。この式（９）で示されるΔＬｅ、ΔＬｓは、Ｌｅ、Ｌｓの微小変化分である。
【００６０】
【数８】
0004664620.tif 000009
【００６１】
【数９】
0004664620.tif 000010
【００６２】
図４に示すように、アフォーカル立体光学装置１では、水平視差および垂直視差を有する立体光学像Ｑｅ，Ｑｒを表示させることが可能となる。そして、立体光学像Ｑｒの状態の縦倍率Ｍｃは、次式の式（１０）で示される。
【００６３】
【数１０】
0004664620.tif 000011
【００６４】
なお、凸レンズ１２ａ、１２ｂを有するアフォーカルレンズ２の光学部３において、焦点距離を調整するときに、どちらか一方の凸レンズ１２ａ、１２ｂを取り替えることができるように構成しても構わない。すなわち、どちらか一方の凸レンズ１２ａ、１２ｂを取り替える場合、例えば、光学遮光部４を焦点距離の位置で２分割（図示せず）できる構成とし、所望の光学部３の半分同士を、光軸を合せて対面させた状態で着脱自在に固定して光学部３として設置できるようにすると都合がよい。
【００６５】
また、図５に示すように、アフォーカル立体光学装置２１として水平視差（垂直視差）のみを備える立体光学像（図示せず）として構成しても構わない。図５は、アフォーカル立体光学装置２１をシリンドリカルレンズによりアフォーカル光学系とした状態を示す斜視図である。このアフォーカル立体光学装置２１は、被写体Ｑｓの光が入射する側にシリンドリカルレンズ２２ａの曲面側（平面側でも良い）を配置し、その焦点距離ｆｓを隔てた位置に、出射面となるシリンドリカルレンズ２２ｂの焦点距離ｆｅが合うように、かつ共軸となるように配置された状態でアフォーカルレンズ（要素アフォーカル）２２を構成している。なお、このときの入射面２ａおよび出射面２ｂは、各レンズ２２ａ，２２ｂの焦点距離となる位置に形成される。
【００６６】
このアフォーカルレンズ２２は、各シリンドリカルレンズ２２ａの曲面（平面）が同一平面上になるように配置され、かつ、各シリンドリカルレンズ２２ｂの曲面（平面）が同一平面上になるように配置されることで光学部２３としている。この光学部２３として構成するときに、隣り合うアフォーカルレンズ２２、２２の間に光学遮蔽を行なうことができる光学遮蔽部２４を設ける構成とすると、立体光学像Ｑｅ（Ｑｒ）（図４参照）を生成するときに不必要な光を遮蔽することでクロスオーバーを防ぎより鮮明に表示することができる。
【００６７】
このアフォーカル立体光学装置２１は、アフォーカルレンズ（アフォーカル光学系）２２の角倍率が負の場合となり、図４に示す構成と同様に、２ｎ個（ｎ＝自然数）の光学部２３を、表示位置を隔てて配置することで、奥行きが正しい水平視差による立体光学像Ｑｒ（図４参照）を表示することができる。なお、シリンドリカルレンズ２２ａ、２２ｂを備えるアフォーカル立体光学装置２１では、角倍率および縦倍率は、前記した式（８）、式（９）から同様に求めることができる。そして、光学部２３を２ｎ個用いる場合における縦倍率Ｍｃは、前記した式（１０）により同様に求めることができる。
【００６８】
以上説明したようにアフォーカルレンズ２，２２は、凸レンズ１２ａ，１２ｂあるいはシリンドリカルレンズ２２ａ，２２ｂで構成するものとして説明したが、図６に示すように、凸レンズおよび凹レンズで構成するものであっても構わない。図６は、アフォーカル立体光学装置のアフォーカルレンズに凸レンズおよび凹レンズを用いた状態を示す模式図である。なお、図６において入射面および出射面は、図１と同様に２ａ，２ｂとして示す。また、出射面２ｂは、凹レンズの前側焦点であり、凹レンズだけを見たとき、Ｌｄ＝ｆｅとして表示しても構わない。
【００６９】
図６に示すように、アフォーカル立体光学装置３１は、ガリレオタイプの光学系であり、凸レンズ３２ａと凹レンズ３２ｂとの焦点距離を隔てた位置に配置されることで、アフォーカル光学系であるアフォーカルレンズ３２を構成している。なお、このアフォーカルレンズ３２において、焦点距離を隔てて配置される凸レンズ３２ａおよび凹レンズ３２ｂでは、凸レンズ３２ａの後側焦点と、凹レンズ３２ｂの前側焦点とが、レンズを境として反対（前焦点と後焦点とが反対）の位置関係となるため、凸レンズ３２ａの後側焦点ｆｓと、凹レンズ３２ａの前側焦点ｆｅとが図６で示すように一致するように配置することになる。このように構成したアフォーカルレンズ３２の凸レンズ３２ａをアレー状で同一平面上に配置すると共に、アフォーカルレンズ３２の凹レンズ３２ｂをアレー状で同一平面上に配置することで、アフォーカル立体光学装置３１は、アフォーカルレンズ３２の複数をアレー状に設置した光学部３３として備えるものである。そのため、アフォーカル立体光学装置３１は、被写体を立体光学像として、光軸方向に凹凸が反転しない状態で表示する（図示せず）。
【００７０】
したがって、アフォーカル立体光学装置３１は、図６に示すように、複数の光学部３３からの出射光線の出射角度と、被写体からの入射光線の入射角度とを凸レンズ３２ａ，凹レンズ３２ｂにより異ならせることで、凹レンズ３２ｂにより結像する位置とは異なる位置に、各要素画像の光線群全体から立体光学像を形成して表示することができる。なお、角倍率が１となる場合のアフォーカル光学系では、要素画像の結像位置と、要素画像の光線群全体として立体光学像を形成する位置とが一致する関係となる。
【００７１】
なお、アフォーカル立体光学装置３１は、光学部３３を２つ以上（複数）配置して被写体から離れた位置に立体光学像を表示するように構成しても構わない［（式（８）参照、式（８）においてφｅの値が正となる）（図４参照、ただし立体光学像はつねに光軸方向に凹凸が反転しない）］。このときの各光学部３３の配置間隔として、２つ目以降の光学部３３は、その前に配置される光学部３３により表示される立体光学像より後方で、その立体光学像が認識できる位置となれば良い（なお、光学部３３の光軸が一致する位置が望ましい）。
【００７２】
つぎに、レンズエレメントとして光ファイバレンズを用いたアフォーカル立体光学装置の構成について説明する。図７は、アフォーカル立体光学装置に光ファイバレンズを用いた構成を模式的に示す模式図、図８は、アフォーカル立体光学装置に光ファイバレンズを用いた他の構成を模式的に示す模式図である。なお、図７、図８において入射面および出射面は、図１と同様に焦点距離となる位置に形成され符号２ａ，２ｂとして示す。
図７に示すように、アフォーカル立体光学装置４１は、凸レンズの構成を備える第１光ファイバレンズ４２ａおよび第２光ファイバレンズ４２ｂを互いの焦点距離を隔てて、同一光学軸上に配置してアフォーカル光学系であるアフォーカルレンズ４２を備えている。そして、このアフォーカルレンズ４２の第１光ファイバレンズ４２ａと、第２光ファイバレンズ４２ｂのそれぞれをアレー状で同一平面上になるように配置して、複数のアフォーカルレンズにより光学部４３を構成している。
【００７３】
ここで使用される光ファイバレンズ４２ａは、式（１１）で示すように、周辺部から中心部に向かって屈折率が大きくなる屈折分布を有するものであり、当該ファイバレンズ内を屈折して伝送される光路における蛇行周期（＝蛇行光路の１周期長）Ｐ＝２π／Ａ1/2を１周期としたとき、光路の長さＺｕが０＜Ｚｕ＜Ｐ／２となる範囲の長さに構成されている。そして、光路の長さＺｕが０＜Ｚｕ＜Ｐ／２の範囲において、両光ファイバレンズ４２ａ、４２ｂが互いに異なる焦点距離となるように設定されている。なお、ここでは、第１光ファイバレンズ４２ａの光路の長さＺｕを１／８とし、また、第２光ファイバレンズ４２ｂの光路の長さＺｕを１／１６とし、それぞれを式（１２）および式（１３）で示す構成のものとした。
【００７４】
【数１１】
0004664620.tif 000012
【００７５】
【数１２】
0004664620.tif 000013
【００７６】
【数１３】
0004664620.tif 000014
【００７７】
なお、式（１１）において、ｎは光ファイバの半径ｒにおける屈折率、ｎ0は、中心における屈折率、Ａは光ファイバの材料によって決まる定数を示す。また、式（１２）、（１３）において、ｆ1，ｆ2は光ファイバレンズの焦点距離、ｈ1，ｈ2は主点位置から光ファイバレンズの主平面位置までの距離、ｓ1，ｓ2は光ファイバレンズの端面から焦点間までの距離を示す。
【００７８】
このように、アフォーカル立体光学装置４１は、両光ファイバレンズ４２ａ，４２ｂによりアフォーカルレンズ４２を構成するため、焦点距離が異なる凸レンズと同じ働きをすることになり、両光ファイバレンズ４２ａ，４２ｂをそれぞれアレー状で同一平面上に配置することで光学部４３を構成し、第１および第２光ファイバレンズ４２ａ，４２ｂの焦点距離を隔てた位置に入射面２ａおよび出射面２ｂをそれぞれ形成している。したがって、アフォーカル立体光学装置４１は、被写体に対して立体光画像を、図１ないし図４で示すものと同じ状態で表示することができるものである。
【００７９】
また、図６に示す構成のアフォーカル光学系と同等の構成となる光ファイバレンズを用いたアフォーカル立体光学装置を、図８を参照して説明する。なお、図８において入射面および出射面は、図１と同様に符号２ａ，２ｂとして示す。
図８に示すように、アフォーカル立体光学装置５１は、式（１１）で示すような光路長を有する第１光ファイバレンズ５２ａ、および、次に示す式（１４）で示す光路長を示す第２光ファイバレンズ５２ｂからアフォーカル光学系であるアフォーカルレンズ５２を構成するものである。そして、当該ファイバレンズ内を屈折して伝送される光路における蛇行周期Ｐ＝２π／Ａ1/2を１周期としたとき、第１光ファイバレンズ５２ａの光路の長さＺｕが０＜Ｚｕ＜Ｐ／２に構成され、また、第２光ファイバレンズ５２ｂの光路の長さＺｕがＰ／２＜Ｚｕ＜Ｐに構成されている。なお、ここでは、第１光ファイバレンズ５２ａの光路の長さＺｕを１／１６とし［式（１３）参照］、また、第２光ファイバレンズ５２ｂの光路の長さＺｕを４／５とし、式（１４）で示す構成のものとした。
【００８０】
【数１４】
0004664620.tif 000015
【００８１】
なお、式（１４）において、ｆ1，ｆ2は光ファイバレンズの焦点距離、ｈ1，ｈ2は主点位置から光ファイバレンズの主平面位置までの距離、ｓ1，ｓ2は光ファイバレンズの端面から焦点間までの距離を示す。
【００８２】
アフォーカル立体光学装置５１は、凸レンズと同じ働きをする第１光ファイバレンズ５２ａと、凹レンズと同じ働きをする第２光ファイバレンズ５２ｂとを、その焦点距離が異なるように同一光学軸上に配置しているため、第２光ファイバレンズ５２ｂより被写体側に、その被写体に対する立体光学像を形成して表示することが可能となる。そして、表示される立体光学像の状態は、被写体に対して光軸方向の凸凹が反転しない正立像となる。
なお、図７で示すアフォーカル立体光学装置４１では、０＜Ｚｕ＜Ｐ／２となる範囲の長さであれば、両光ファイバレンズ４２ａ，４２ｂは、いずれの値をとってもよい。そして、図８で示すアフォーカル立体光学装置５１では、０＜Ｚｕ＜Ｐ／２となる範囲の長さであれば、第１光ファイバレンズ５２ａが、いずれの値をとってもよく、また、第２光ファイバレンズ５２ｂが、Ｐ／２＜Ｚｕ＜Ｐとなる範囲の長さであればいずれの値をとってもよい。また、図７および図８において、Ｌｃ＝１／（ｎ0Ａ1/2）として定義する。また、式１２から式１４において、θ＝（Ｚｕ／Ｐ）・２π＝Ａ1/2・Ｚｕとする。
【００８３】
以上、図６から図８で説明した各アフォーカル立体光学装置３１，４１，５１では、隣接するアフォーカルレンズ３２，４２，５２のそれぞれにおいて、光学遮蔽を行なうことができるフィルタ、薄膜など図３に示す光学遮蔽部４あるいは図６に示す光学遮蔽部３４を設けることで、クロスオーバーを防止して立体光学像Ｑｅ，Ｑｒをより鮮明に表示することが可能となる。この遮蔽部４，３４（図３、図６参照）は、アフォーカルレンズ２の周囲を囲む位置に配置されるものであり、アフォーカルレンズ２を互いに接着させるときの接合板（金属、プラスチックなど）あるいは接着剤層により構成しても構わない。
【００８４】
また、アフォーカル立体光学装置３１，４１，５１では、角倍率および縦倍率は、前記した式（８）、式（９）から同様に求めることができる。そして、光学部３３，４３，５３を２ｎ個用いる場合における縦倍率Ｍｃは、前記した式（１０）により同様に求めることができる。なお、図７および図８において、両光ファイバレンズ４２ａ，４２ｂ，５２ａ，５２ｂでは、レンズ作用をするときに一般的な構成のレンズより厚いため、焦点に対応する主点が２箇所形成される。そして、凹レンズに対応する両光ファイバレンズ５２ａ，５２ｂでは、主点が当該光ファイバレンズ５２ａ，５２ｂの外に形成されるものである。
【００８５】
以上説明したように、アフォーカル立体光学装置１，２１（３１，４１，５１）を用いて、例えば、次に示すような各手段として使用することができる。なお、ここでは、アフォーカル立体光学装置１，２１，４１を例にしたものとして説明する。
例えば、人体に害を与える放射線を発生する物質をマジックハンドなどで取り扱うときに、その物質の取り扱い状態を容易にするため、手元でその物質が実物より大きな状態で表示できる位置にアフォーカル立体光学装置１、２１，４１を設置することで手元の操作を円滑に行なうことが可能な立体表示手段として使用することができる。
【００８６】
さらに、デパートのショーウィンドの全部または一部に、アフォーカル立体光学装置１，２１，４１を用い、ショーウィンドの内側に展示されている商品を、そのショーウィンドの外側に展示されているように表示して商品の展示状態を強調させる、つまり目立たせることが可能となる。
【００８７】
また、博物館や美術館などの貴重な立体物を見学者から一定の距離を隔てて展示する場合に、見学者が至近距離からその立体物を見学できるように、アフォーカル立体光学装置１（２１）を所定位置に配置して使用することが可能となる。
【００８８】
なお、博物館などで展示物を展示する一例を、図９を参照して具体的に説明する。図９は、アフォーカル立体光学装置を用いて展示品を表示する状態を模式的に示す斜視図である。なお、図１ないし図４で示した構成と同じ部材は同じ符号を付して説明を省略する。
【００８９】
図９に示すように、アフォーカル立体光学装置１は、壁面に設けたウインドガラス７など、展示物を見学者から仕切るための仕切り板に、アフォーカル立体光学装置１の第２の光学部３の出射面２ｂを設置して、立体光学像Ｑｓをウインドガラス７から見学者側となる囲み部８内に生成できるように、第１の光学部３および展示物である被写体Ｑｓの配置が設定されている。また、各光学部３，３は、それぞれ隣接するアフォーカルレンズ２、２の間に光学遮光部４を設けた構成としている。
【００９０】
そのため、図９に示すように、アフォーカル立体光学装置１は、被写体Ｑｓである馬の展示物をあたかも実物が展示しているように立体正立像となる立体光学像Ｑｒとして展示することができるものである。なお、ここでは凸レンズ１２ａ，１２ｂ（図３参照）を備えるアフォーカルレンズ２を使用したもので説明したが、もちろん、シリンドリカルレンズ２２ａ、２２ｂ（図５参照）によるアフォーカルレンズ２２を使用するアフォーカル立体光学装置２１あるいは両光ファイバレンズ４２ａ，４２ｂ（図７，図８参照）によるアフォーカルレンズ４２を使用するアフォーカル立体光学装置４１であっても構わない。
【００９１】
このように、アフォーカル立体光学装置１，２１，４１を用いることで、立体物の３次元で示す立体光学像を観察者の至近距離に表示し、品質の高い展示を行なったり、また、他の使用形態では、作業性を高めたり、あるいは、視覚的な強調つまり目立つように表示を行なったりすることが可能となる。なお、アフォーカル立体光学装置３１，５１を使用して図９と同様の展示を行なう場合には、光学部３３，５３を一つ備えることで被写体に対する正立像となる立体光学像を得ることができることになる。
【００９２】
なお、アフォーカルレンズ２（２２，４１）の隣接方向における数は、被写体Ｑｓが立体光学像Ｑｅとして表示できる状態であれば、特に限定されるものではない。また、アフォーカル立体光学装置１（２１，４１）におけるアフォーカルレンズ２（２２，４２）および立体光学像Ｑｅまでの長さ寸法（Ｌａ，Ｌｂ）は、被写体Ｑｓを要素画像の光線群全体として形成して立体光学像Ｑｅが表示できるものであれば、目的に応じて適宜変えることができる。
【００９３】
適宜変更する一例として、説明した実施の形態では、レンズエレメントとして凹レンズまたは凸レンズなど単体レンズを用いて説明したが、凸レンズに変えて波長屈折率や分散の異なる凸レンズおよび凹レンズの張り合わせで構成した組合せレンズを、第１および第２レンズエレメントとしても良い。組合せレンズで構成されるアフォーカル光学系により形成される立体光学像は、色収差を抑制されより鮮明となる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係るアフォーカル立体光学装置および当該装置に用いるアフォーカル光学系を模式的に示す模式図である。
【図２】本発明に係るアフォーカル立体光学装置に使用するアフォーカル光学系を凸レンズにより構成したときの状態を模式的に示す模式図である。
【図３】本発明に係るアフォーカル立体光学装置の一部を断面状態として模式的に示す模式図である。
【図４】本発明に係るアフォーカル立体光学装置を、光学部を２個用いて形成した状態を示す模式図である。
【図５】本発明に係るアフォーカル立体光学装置をシリンドリカルレンズによりアフォーカル光学系とした状態を示す斜視図である。
【図６】本発明に係るアフォーカル立体光学装置のアフォーカルレンズに凸レンズおよび凹レンズを用いた状態を示す模式図である。
【図７】本発明に係るアフォーカル立体光学装置に光ファイバレンズを用いた構成を模式的に示す模式図である。
【図８】本発明に係るアフォーカル立体光学装置に光ファイバレンズを用いた他の構成を模式的に示す模式図である。
【図９】本発明に係るアフォーカル立体光学装置を用いて展示品を表示する状態を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９５】
１，２１，３１，４１，５１    アフォーカル立体光学装置
２，２２，３２，４２，５２    アフォーカルレンズ（アフォーカル光学系）
２ａ            入射面
２ｂ            出射面
３，２３，３３，４３，５３    光学部
４，２４，３４  光学遮光部
７              ウインドガラス
１２ａ，１２ｂ  凸レンズ
２２ａ，２２ｂ  シリンドリカルレンズ
３２ａ          凸レンズ
３２ｂ          凹レンズ
４２ａ          第１光ファイバレンズ
４２ｂ          第２光ファイバレンズ
５２ａ          第１光ファイバレンズ
５２ｂ          第２光ファイバレンズ
Ｑｅ，Ｑｒ      立体光学像
Ｑｓ            被写体
φｓ，φｓ1…  入射角度
φｅ，φｅ1…  出射角度
【図１】
0004664620.tif 000016
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004664620.tif 000019
【図５】
0004664620.tif 000020
【図６】
0004664620.tif 000021
【図７】
0004664620.tif 000022
【図８】
0004664620.tif 000023
【図９】
0004664620.tif 000024