JP2004054153A

JP2004054153A - Imaging display device for stereoscopic image

Info

Publication number: JP2004054153A
Application number: JP2002214833A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Arai; 洗井　淳; Maki Kobayashi; 小林　真樹; Tomoyuki Mishina; 三科　智之; Masato Okui; 奥井　誠人; Fumio Okano; 岡野　文男
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: JP3865306B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging display device for stereoscopic images, which device can transmit the optical images obtained by imaging a subject as is a light and further, can generate the stereoscopic images from the optical images. <P>SOLUTION: The imaging display device for the stereoscopic images comprises an imaging section 1 consisting of a plurality of optical fibers 11 for imaging lined up with their respective incident end faces 11a on the same plane, a transmission section 2 consisting of a plurality of optical fibers 21 for transmission connected to exit end faces 11b of the respective optical fibers 11, and a display element 3 consisting of a plurality of lenses 31 for display arranged apart prescribed intervals from the exit end face 21b of the respective optical fibers 21. Also, the optical fibers 11 have distributed index waveguides and are formed to a length of one-fourth the meandering pitch of the rays passing the distributed index waveguides. The optical fibers 21 have stepped index waveguides and are formed to the same length, respectively. The array of the optical fibers 11 and the array of the lenses 31 are equal. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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１０１_１，１０１_２・・・１０１_ｎに対応して複数の微小な光学像１０２_１，１０２_２・・・１０２_ｎ（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１０２_１，１０２_２・・・１０２_ｎ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１０４_１，１０４_２・・・１０４_ｎ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１０５_１，１０５_２・・・１０５_ｎ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Ｌ_１）と参照光Ｌ_２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Ｌ_３）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＝ｎ_０ｓｅｃｈ（Ａ^１／２ｒ）≒ｎ_０［１−（Ａ／２）ｒ^２］
のように分布しているものがある。ここで、ｎ_０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＝Ａ^１／２Ｚ_０＝π／２，３π／２，・・・，π（２ｍ＋１）／２
である。ここで、Ｚ_０は、光ファイバの長さ、ｍはゼロ以上の整数である。
また、Ｚ_０＝π／（２Ａ^１／２）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）、Ｚ_０＝３π／（２Ａ^１／２）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、ｒ_ｉ＝−ｒ_ｉ’のときに、ｒ_ｏ＝−ｒ_ｏ’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、ｒ_ｉ，ｒ_ｉ’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、ｒ_ｏ，−ｒ_ｏ’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ｄ_１と等しい。
【００７４】
これらは、図７に示すように、三角形ＯＯ_１Ｏ_３と、三角形ＱＱ_１Ｑ_３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Ｌ_１と参照光Ｌ_２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Ｌ_１と参照光Ｌ_２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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional image pickup and display device that generates a three-dimensional image of a subject.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is an apparatus using integral photography or holography as a three-dimensional image pickup and display apparatus for generating a three-dimensional image of a subject.
[0003]
With reference to FIGS. 12 to 14, a three-dimensional image pickup and display device using integral photography will be briefly described. FIG. 12 is a schematic diagram showing a conventional three-dimensional image capturing and displaying device using integral photography, FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a method of capturing a subject in conventional integral photography, and FIG. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a method of generating a three-dimensional image in stereo photography.
[0004]
As shown in FIG. 12, a three-dimensional image pickup and display device using integral photography includes an image pickup compound eye lens 101 composed of a plurality of minute convex lenses arranged on the same plane, A television camera 102 that is installed at the rear and captures the entirety of the imaging compound eye lens 101, a display device 104 that displays an image signal (electric signal) output from the television camera 102, and a front surface of the display device 104 And a display compound eye lens 105 installed in the camera.
[0005]
When the subject 106 is imaged through the imaging compound eye lens 101, as shown in FIG. ₁ , 101 ₂ ... 101 _n Corresponding to a plurality of minute optical images 102 ₁ , 102 ₂ ... 102 _n (Hereinafter referred to as an element image) forms an image on an image receiving element 102A such as a CCD (charge coupled device) in the television camera 102. This element image 102 ₁ , 102 ₂ ... 102 _n Is converted into an image signal (electric signal) and transmitted to the display device 104 via the transmission cable 103 (see FIG. 12).
[0006]
Then, the image signal is converted into light (element image) by the display device 104, and as shown in FIG. ₁ , 104 ₂ ... 104 _n Is displayed on the display device 104, the convex lens 105 forming the display compound eye lens 105 is displayed. ₁ , 105 ₂ ... 105 _n As a result, the same light beam as the light beam shown in FIG. 13 is reproduced, and as a result, a three-dimensional image 107 is generated.
[0007]
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-150675 discloses an imaging compound eye lens composed of a plurality of optical fibers. The optical fiber in this case has a so-called distributed refractive index waveguide formed so that the refractive index of the core portion increases toward the center. When parallel light is incident on an optical fiber having a distributed index waveguide, the trajectory of the light beam is meandering sinusoidally and forms an image at a specific point (see FIG. 5B). That is, the optical fiber having the distributed index waveguide functions as a lens. If the length of the optical fiber is formed to be an odd multiple of 1/4 of the meandering pitch of the light beam passing through the optical fiber, the light beam forms an image at the exit end face (see FIG. 6A). . When the length of the optical fiber is 1/4 of the meandering pitch, an inverted image in which the object is inverted is formed on the subject, and when the length of the optical fiber is 3/4 of the meandering pitch, an erect image is formed. Image. This principle was described in 1964 by D.C. It is invented by MACUSE and the like and is described in The Bell System Technical Journal. (Jully, 1964), and the detailed description is omitted here.
[0008]
Next, with reference to FIG. 15, a three-dimensional image pickup and display device using holography will be briefly described. FIG. 15A is a schematic diagram illustrating a method of imaging a subject in conventional holography, and FIG. 15B is a schematic diagram illustrating a generation method.
[0009]
As shown in FIGS. 15A and 15B, a three-dimensional image pickup and display device using holography divides a laser device 51 and laser light emitted from the laser device 51 into reference light and illumination light. The half mirror 52 and the illumination light (object light L ₁ ) And reference light L ₂ , A television camera (not shown) for photographing the interference draft 55a, a display device (not shown) for displaying an image signal output from the television camera, and a laser beam applied to the display device. And a laser device 53.
[0010]
When the interference draft 55a is imaged by a television camera, the interference draft 55a is converted into an image signal by an image receiving element (CCD or the like) in the television camera and transmitted to a display device.
[0011]
Then, as shown in FIG. 15B, laser light (reference light L) is applied to the interference draft 55b displayed on the display device. ₃ ), A stereoscopic image 56 is generated.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Meanwhile, in the above-described stereoscopic image pickup and display device, a captured optical image (element image) or interference image is converted into an image signal, which is then transmitted to a display device, and the image signal is again transmitted to the optical image (element element) by the display device. Image) and interference drafts. That is, a conventional stereoscopic image pickup and display device requires various devices such as a television camera that converts light (optical image) into an electric signal (image signal) and a display device that converts an electric signal into light. However, there has been a problem that the size of the device becomes large and the device becomes complicated.
[0013]
Therefore, the present invention provides a three-dimensional image pickup and display device capable of transmitting an optical image obtained by imaging a subject as light, and generating a three-dimensional image from the optical image. As an issue.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, an invention according to claim 1 includes an imaging unit that images a subject, a transmission unit that transmits an optical image captured by the imaging unit, and an optical image that is transmitted by the transmission unit. A display unit that generates a three-dimensional image from the imaging unit, the imaging unit includes a plurality of imaging optical fibers each having an incident end face arranged on the same plane, and the transmission unit includes each of the imaging optical fibers. The display unit is constituted by a plurality of display lenses arranged at a predetermined distance from the exit end face of each of the transmission optical fibers. A three-dimensional image pickup display device, wherein the imaging optical fiber has a distributed index waveguide, and is formed to have a length of 1/4 of a meandering pitch of a light beam passing through the distributed index waveguide, The transmission optical fiber has a step refraction. Having a waveguide, formed in each the same length, wherein the same sequence of sequences each display lens of each imaging optical fibers.
[0015]
According to such an imaging and displaying apparatus for stereoscopic images, an optical image of a subject can be transmitted as light, and a stereoscopic image can be generated from the transmitted optical image.
[0016]
Here, the distributed index waveguide (graded index waveguide) refers to a waveguide in which the refractive index of the core portion of the optical fiber is distributed so as to increase from the peripheral portion toward the center. Light incident on the optical fiber forms an image at a specific point meandering sinusoidally. That is, the optical fiber having the distributed index waveguide functions as a lens. When the length of the optical fiber is formed to be 1/4 of the meandering pitch of the light beam meandering in a sine wave shape, the optical image of the subject is formed on the emission end face of the imaging optical fiber.
[0017]
Therefore, the imaging optical fiber functions as a lens, and the light beam incident on the imaging optical fiber forms an image at the exit end face. Further, the optical image (element image) formed on the emission end face of the imaging optical fiber is transmitted to the emission end face as light by the transmission optical fiber. Then, light rays on the imaging unit side are reproduced by the display unit (a plurality of lenses), and a stereoscopic image of the subject is generated (displayed) in front of the display unit.
[0018]
In addition, the length of the transmission optical fiber is not particularly limited and can be set to any length, so that long-distance transmission of an optical image is easy. When the optical fiber has a step-index waveguide (step index waveguide), light rays incident on the optical fiber are transmitted while repeating total reflection at the boundary surface between the core and the cladding. It does not function as a lens.
[0019]
Since the length of the imaging optical fiber is ４ of the meandering pitch of the light beam, the element image formed on the emission end face is an inverted image. Therefore, the element image displayed on the emission end face of the transmission optical fiber also becomes an inverted image, and the three-dimensional image generated by the display unit (the plurality of display lenses) is a three-dimensional image in which the unevenness is inverted with respect to the subject (Pseudo three-dimensional image).
[0020]
The invention according to claim 2 is the stereoscopic image pickup and display device according to claim 1, wherein the display unit includes a plurality of depth controlling optical fibers arranged at a predetermined distance from the display lens. A plurality of depth controlling lenses arranged at a predetermined distance from an emission end face of the depth controlling optical fiber, wherein the depth controlling optical fiber has a distributed refractive index waveguide, and It is formed to have a length of 1/4 of the meandering pitch of the light beam passing through the refractive index waveguide, and the arrangement of the imaging optical fibers and the arrangement of the depth control lenses are equal to each other.
[0021]
According to the three-dimensional image pickup and display device, a pseudo three-dimensional image of the subject is generated as an aerial image in front of the display lens, and the pseudo three-dimensional image is formed by a depth control optical fiber (hereinafter, a display optical fiber group). The image is taken again. The depth control optical fiber is formed to have a length of 1/4 of the meandering pitch of the light beam, and functions as one convex lens. Therefore, the element image formed on the exit end face is different from the pseudo stereoscopic image. It will be an inverted one. Therefore, the three-dimensional image generated (displayed) by the depth control lens is a three-dimensional image in which the unevenness is inverted with respect to the pseudo three-dimensional image, and as a result, the unevenness is correctly expressed with respect to the subject. The three-dimensional image is generated (displayed) in front of the depth control lens.
[0022]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the imaging and displaying apparatus according to the first aspect, wherein the length of the optical fiber for imaging is formed to be 3/4 of the meandering pitch.
[0023]
According to such a three-dimensional image pickup and display device, a three-dimensional image in which unevenness is correctly expressed with respect to a subject can be obtained. That is, since the imaging optical fiber having a length of 3/4 of the meandering pitch of the light beam functions as two convex lenses, the element image formed on the emission end face is an erect image. Therefore, since the element image displayed on the emission end face of the transmission optical fiber is an erect image, the three-dimensional image generated by the display unit (the plurality of display lenses) has its irregularities correctly expressed with respect to the subject. It becomes a three-dimensional image. The three-dimensional image is generated (displayed) behind the display lens.
[0024]
The invention according to claim 4 includes an imaging unit that images a subject, a transmission unit that transmits an optical image captured by the imaging unit, and a display unit that displays the optical image transmitted by the transmission unit, The imaging unit includes a plurality of imaging optical fibers each having an incident end face arranged on the same plane, and the transmission unit includes a plurality of transmission optical fibers connected to an emission end face of each of the imaging optical fibers. Wherein the display unit is a three-dimensional image pickup and display device comprising a plurality of display optical fibers connected to the emission end face of each of the transmission optical fibers, wherein the imaging optical fibers are distributed. The transmission optical fiber has a refractive index waveguide, and is formed to have a length of 1/4 of a meandering pitch of a light beam passing through the distributed refractive index waveguide. The display light is formed The fiber has a distributed index waveguide, is formed to have a length of 1/4 of a meandering pitch of a light beam passing through the distributed index waveguide, and has an arrangement of each imaging optical fiber and the display optical fiber. Are equal to each other.
[0025]
In such a three-dimensional image pickup and display device, the display unit is configured by a plurality of display optical fibers having a distributed index waveguide, that is, the imaging unit, the transmission unit, and the display unit are all configured by optical fibers. ing. Therefore, the optical image of the subject can be transmitted as light, and a stereoscopic image can be generated from the transmitted optical image. Further, the imaging optical fiber has a length of 1/4 of the meandering pitch of the light beam, and the element image formed on the emission end face becomes an inverted image. The generated three-dimensional image is a pseudo three-dimensional image in which unevenness is inverted with respect to the subject. The pseudo three-dimensional image is generated (displayed) in front of the emission end face of the display optical fiber.
[0026]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the imaging and displaying apparatus according to the fourth aspect, wherein the length of the optical fiber for imaging is formed to be 3/4 of the meandering pitch. I do.
[0027]
According to the three-dimensional image pickup display device, the length of the image pickup optical fiber is set to 3/4 of the meandering pitch of the light beam, so that the element image formed on the exit end face of the image pickup optical fiber is an erect image. Therefore, the three-dimensional image generated by the display unit (the plurality of display optical fibers) is a three-dimensional image in which unevenness is correctly expressed with respect to the subject. Note that the stereoscopic image is generated (displayed) behind the emission end face of the display optical fiber.
[0028]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the imaging and displaying apparatus according to the fourth aspect, wherein the length of the display optical fiber is formed to be 3/4 of the meandering pitch.
[0029]
According to the three-dimensional image pickup and display device, the element image formed on the emission end face of the image pickup optical fiber is an inverted image, but the length of the display optical fiber is set to 3/4 of the meandering pitch of the light beam. The inverted image is inverted. Therefore, the three-dimensional image generated by the display unit is a three-dimensional image in which unevenness is correctly expressed with respect to the subject. Note that the stereoscopic image is generated (displayed) behind the emission end face of the display optical fiber.
[0030]
According to a seventh aspect of the present invention, in the stereoscopic image pickup and display apparatus according to the fourth aspect, the display unit includes a plurality of depth control units arranged at predetermined intervals from an emission end face of the display optical fiber. Further comprising an optical fiber for depth control, wherein the optical fiber for depth control has a distributed index waveguide, and is formed to have a length of １／ of a meandering pitch of a light beam passing through the distributed index waveguide. The arrangement of the imaging optical fibers is equal to the arrangement of the depth controlling optical fibers.
[0031]
According to the imaging and displaying apparatus for such a stereoscopic image, a pseudo stereoscopic image in which concavities and convexities are inverted with respect to the subject is generated as an aerial image in front of the display optical fiber. , That is, a three-dimensional image that correctly represents the unevenness of the subject. Note that the stereoscopic image is generated (displayed) in front of the emission end face of the depth control optical fiber.
[0032]
The invention according to claim 8 is the stereoscopic image pickup and display device according to any one of claims 1 to 7, wherein the transmission unit includes at least a reduction optical system, an enlargement optical system, and a rotation optical system. It is characterized in that one is interposed.
[0033]
According to the three-dimensional image pickup and display device, the size of the generated three-dimensional image can be enlarged, reduced, or rotated with respect to the subject.
[0034]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the imaging and displaying apparatus for stereoscopic images according to any one of the first to eighth aspects, wherein an optical amplifier for amplifying the brightness of light is provided in the transmission unit. It is characterized by having been done.
[0035]
According to the three-dimensional image pickup and display device, it is possible to compensate for the brightness reduced due to the transmission loss. Therefore, even if the transmission optical fiber becomes long, a bright stereoscopic image can be generated.
[0036]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional structure comprising: a plurality of optical fibers for transmitting an interference draft generated by interference between object light and reference light; and a laser device for irradiating the interference draft transmitted by the optical fiber with reference light. An image pickup and display device, wherein the optical fibers are arranged such that their end faces are on the same plane.
[0037]
According to the three-dimensional image pickup and display device, when generating a three-dimensional image using holography, an interference image generated by the object light and the reference light is transmitted as light. That is, a device for converting light (interference draft) into an electric signal becomes unnecessary. Then, when the interference light transmitted by the optical fiber is irradiated with the reference light by the laser device, a three-dimensional image of the subject is generated. The interference draft may be calculated by a computer.
[0038]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the stereoscopic image pickup and display device according to the tenth aspect, at least one of a reduction optical system, an enlargement optical system, and a rotation optical system is interposed in the optical fiber. Features.
[0039]
According to the three-dimensional image pickup and display device, the size of the generated three-dimensional image can be enlarged, reduced, or rotated with respect to the subject.
[0040]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the stereoscopic image pickup and display device according to the tenth or eleventh aspect, wherein an optical amplifying device for amplifying brightness of light is interposed in the optical fiber. Features.
[0041]
According to the three-dimensional image pickup and display device, it is possible to compensate for the brightness reduced due to the transmission loss. Therefore, even if the transmission optical fiber becomes long, a bright stereoscopic image can be generated.
[0042]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
[0043]
(First embodiment)
First, a three-dimensional image pickup and display device according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a schematic diagram showing an example of a three-dimensional image pickup and display device according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 1B and 2 to 4 are schematic diagrams showing other examples. 5 and 6 are conceptual diagrams illustrating the operation of an optical fiber having a refractive index waveguide. FIG. 7 shows how the light travels when the length of the optical fiber for controlling the depth is の of the meandering pitch of the light beam. FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an optical image generated when the length of the optical fiber for controlling the depth is set to １／ of the meandering pitch of the light beam, and FIG. 9 is an example of an arrangement of the optical fibers. FIG. Although the schematic diagrams of the stereoscopic image pickup and display devices shown in FIGS. 1 to 4 are side views, the subject and the stereoscopic image are displayed as perspective views for convenience of explanation. Further, for convenience of illustration, the element image is drawn on the front side (right side in the figure) of the emission end face of each optical fiber, but actually forms an image on the emission end face.
[0044]
The imaging and displaying apparatus for stereoscopic images according to the first embodiment utilizes integral photography, and includes an imaging unit 1, a transmission unit 2, and a display unit 3 as shown in FIG. Is done.
[0045]
The imaging unit 1 includes a plurality of optical fibers (hereinafter, referred to as an imaging optical fiber 11).
The imaging optical fiber 11 has a distributed index waveguide, and its incident end faces 11a are arranged on the same plane. The arrangement of the imaging optical fibers 11 is not particularly limited, but may be, for example, a square lattice (see FIG. 9A), a stack of bales (see FIG. 9B), or a gradually circular shape from the center. These are arranged (see FIG. 9C). In the illustrated three-dimensional image pickup and display apparatus, the image pickup section 1 is composed of six image pickup optical fibers 11, but in practice, tens to tens of millions of image pickup fibers arranged two-dimensionally are arranged. The imaging unit 1 is constituted by a so-called fiber optics plate in which optical fibers 11 for use are bundled.
[0046]
Here, the distributed refractive index waveguide refers to a waveguide formed such that the refractive index of the core portion of the optical fiber increases from the peripheral portion toward the center. For example, the refractive index n at the radius r is ,
n = n ₀ sech (A ^1/2 r) ≒ n ₀ [1- (A / 2) r ² ]
Some are distributed as follows. Where n ₀ Is the refractive index at the center of the optical fiber, and A is the refractive index distribution constant (unit: mm) ^-2 ) Is a constant determined by the material of the optical fiber.
[0047]
When a light beam enters the core portion (distributed refractive index waveguide) having the refractive index characteristics as described above, the trajectory of the light beam meanders in a sinusoidal shape as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 5B, when the optical fiber having the distributed index waveguide is formed to have an appropriate length, an image is formed at a specific point PT, and thus the optical fiber having the distributed index waveguide is formed. Will function as a lens.
[0048]
Further, the condition that the imaging position of the light beam passing through the optical fiber having the distributed index waveguide becomes the emission end face of the optical fiber is as follows.
θ = A ^1/2 Z ₀ = Π / 2,3π / 2, ..., π (2m + 1) / 2
It is. Where Z ₀ Is the length of the optical fiber, and m is an integer greater than or equal to zero.
Also, Z ₀ = Π / (2A ^1/2 ), That is, when the length of the optical fiber is formed to be 1/4 of the meandering pitch of the light beam, this optical fiber functions as a single convex lens (see FIG. 6A), and Z ₀ = 3π / (2A ^1/2 ), That is, when the length of the optical fiber is 3/4 of the meandering pitch of the light beam, this optical fiber functions as two convex lenses (see FIG. 6B).
[0049]
As shown in FIG. 6A, the length of the imaging optical fiber 11 is formed to be 1/4 of the meandering pitch of the light beam passing through the distributed index waveguide (see FIG. 5A). Light rays incident parallel to the incident end face 11a of the imaging optical fiber 11 form an image on the output end face 11b. In this case, since the imaging optical fiber 11 functions as a single convex lens, as shown in FIG. 6C, the element image formed on the emission end face 11b is an inverted image in which the up, down, left, and right are inverted with respect to the erect image. It becomes.
[0050]
As shown in FIG. 1A, the transmission unit 2 includes a plurality of optical fibers (hereinafter, referred to as transmission optical fibers 21), and is connected to the emission end face 11b of the imaging optical fiber 11, respectively. The connection between the imaging optical fiber 11 and the transmission optical fiber 21 may be achieved by bringing these end faces into close physical contact. The arrangement of the transmission optical fibers 21 is the same as the arrangement of the imaging optical fibers 11.
[0051]
Here, the stepped refractive index waveguide is such that the refractive index of the central portion (core portion) is larger than the refractive index of the periphery (cladding portion), and the refractive index of the core portion is uniformly distributed. A thing. When a light beam enters an optical fiber having a step refractive index waveguide, the light beam is transmitted while being reflected by the cladding portion, and does not form an image at a specific point.
[0052]
That is, the transmission optical fiber 21 does not function as a lens, and transmits the light beam incident on the incident end face 21a as it is to the emission end face 21b. The length of the transmission optical fiber 21 can be arbitrarily set according to the transmission distance, but each transmission optical fiber 21 is formed to have the same length. The refractive index of the core portion of the transmission optical fiber 21 is made equal to the refractive index on the optical axis of the imaging optical fiber 11, and the refractive index of the cladding portion of the transmission optical fiber 21 is set to the outer peripheral portion of the imaging optical fiber. If the refractive index is set to be equal to the refractive index, no light is reflected at these connection surfaces.
[0053]
As shown in FIG. 1A, the display unit 3 is composed of a plurality of convex lenses (hereinafter, referred to as a display lens 31), and extends from the emission end face 21b of the transmission optical fiber 21 to the focal length f of the display lens 31. They are arranged at intervals. The arrangement of the imaging optical fibers 11 is equal to the arrangement of the display lenses 31.
[0054]
Next, the operation of the three-dimensional image pickup and display device will be described with reference to FIG.
[0055]
As shown in FIG. 1A, when the imaging unit 1 of the three-dimensional image imaging and display device faces the subject 4, light rays from the subject 4 are applied to each of the plurality of imaging optical fibers 11 constituting the imaging unit 1. Incident. As described above, since the imaging optical fiber 11 functions as a single convex lens, the light beam incident on the incident end face 11a forms an image on the output end face 11b. That is, a minute optical image (element image 5a) of the subject 4 is formed as an inverted image on each of the emission end faces 11b of the plurality of imaging optical fibers 11.
[0056]
The element image 5a formed on the emission end face 11b of the imaging optical fiber 11 is transmitted as it is to the emission end face 21b by the transmission optical fiber 21. That is, the same element image 5b as the element image 5a formed on the emission end face 11b of the imaging optical fiber 11 is formed on the emission end face 21b of the transmission optical fiber 21.
[0057]
Since the arrangement of the display unit 3 (display lens 31) is the same as the arrangement of the imaging unit 1 (imaging optical fiber 11), the display unit 3 (display lens 31) uses the light beam on the imaging unit 1 side. Is reproduced, that is, the three-dimensional image 5 is generated from the element image 5b. The three-dimensional image 5 is generated (displayed) as an aerial image in front (on the side of the observer) of the display unit 3 (display lens 31).
[0058]
As described above, according to the three-dimensional image pickup and display apparatus according to the first embodiment, the element image 5a (optical image) of the subject 4 picked up by the image pickup unit 1 is transmitted as light, and the transmitted element A three-dimensional image 5 of the subject 4 can be generated from the image 5b. That is, it is not necessary to convert the captured optical image into an electric signal (image signal), and therefore, a television camera or a display is not required. Such a stereoscopic image capturing and displaying apparatus is suitable for a case where a subject is "live-broadcast". For example, if the imaging unit 1 is installed outdoors and the display unit 3 is installed in a basement room to form a “window”, the outdoor state is three-dimensionally “live-broadcast” to the “window”. In addition, it can be applied to borescopes, endoscopes, and the like.
[0059]
In the stereoscopic image capturing and displaying apparatus according to the first embodiment, the display unit 3 includes a plurality of convex lenses (display convex lenses 31). However, the display unit 3 is not limited to the convex lenses and has a function of a convex lens. Should be fine.
[0060]
For example, as shown in FIG. 1B, a plurality of optical fibers (hereinafter, referred to as display optical fibers 32) having a distributed index waveguide and formed to have a length of 1/4 of the meandering pitch. The display unit 3 may be configured with. That is, since the display optical fiber 32 functions as a convex lens, the stereoscopic image 5 of the subject 4 can be generated even if the display optical fiber 32 is used instead of the display convex lens 31 shown in FIG. it can. Further, the three-dimensional image 5 is generated (displayed) as an aerial image in front (on the observer side) of the display unit 3 (display optical fiber 32). The display optical fiber 32 is connected to the emission end face 21b of the transmission optical fiber 21.
[0061]
As described above, when the imaging unit 1, the transmission unit 2, and the display unit 3 are all configured by optical fibers, light rays incident on each optical fiber do not leak to the outside, so that interference between optical fibers can be avoided. it can.
[0062]
1A and 1B, since the element images 5a and 5b of the subject 4 are inverted images, when viewed from the observer side, the three-dimensional image 5 A three-dimensional image (hereinafter, referred to as a “pseudo three-dimensional image”) in which the unevenness is inverted. Therefore, in order to obtain a three-dimensional image in which the unevenness of the subject 4 is correctly expressed, it is necessary to form an erect element image on the subject 4 or to convert the inverted image into an erect image by a separate means. .
[0063]
For example, as shown in FIG. 2A, if the imaging unit 1 is configured by the imaging optical fiber 12 having a length of 3/4 of the meandering pitch of the light beam passing through the distributed index waveguide, the emission end face 12b Since the upright element image 6a can be formed on the subject 4 in the first place, the three-dimensional image 6 that correctly represents the unevenness of the subject 4 can be obtained.
[0064]
That is, since the imaging optical fiber 12 functions as two convex lenses, the element image 6a formed on the emission end face 12b is an erect image. Accordingly, the element image 6b displayed on the emission end face 21b of the transmission optical fiber 21 is also an erect image, and the three-dimensional image 6 generated by the display unit 3 (the plurality of display lenses 31) has unevenness of the subject 4. A three-dimensional image that is correctly expressed. In this case, the stereoscopic image 6 is generated (displayed) as an aerial image behind the display unit 3 (that is, in the transmission optical fiber 21).
[0065]
Further, similarly to the case of FIG. 1B, the display unit 3 may be configured by a plurality of optical fibers (hereinafter, referred to as a display optical fiber 32) (see FIG. 2B). Further, although not shown, even when the length of the imaging optical fiber is set to 1/4 of the meandering pitch and the length of the display optical fiber is set to 3/4 of the meandering pitch, the three-dimensional object in which the unevenness of the subject is correctly expressed is used. An image can be obtained. In this case, the three-dimensional image 6 is generated (displayed) as an aerial image behind the emission end face 32b of the display optical fiber 32 (that is, in the transmission optical fiber 21).
[0066]
Further, as shown in FIG. 3A, even if the display unit 3 is configured by a plurality of display lenses 31, a plurality of depth control optical fibers 33, and a plurality of depth control lenses 34, the subject 4 The three-dimensional image 6 in which the unevenness of the image is correctly expressed can be obtained.
[0067]
Here, the depth controlling optical fiber 33 has a distributed index waveguide, and is formed to have a length of 1/4 of a meandering pitch of a light beam passing through the distributed index waveguide. The arrangement of the depth control optical fibers 33 is equal to the arrangement of the imaging optical fibers 11.
[0068]
The plurality of depth control lenses 34 are arranged at a focal distance f from the emission end face 33b of the depth control optical fiber 33, and the arrangement thereof is equal to the arrangement of the imaging optical fibers 11.
[0069]
Then, according to the three-dimensional image pickup and display apparatus shown in FIG. 3A, a pseudo three-dimensional image 5 of the subject 4 is generated in front of the display optical lens 31 (on the side of the observer). The image is again captured by the plurality of depth controlling optical fibers 33. The depth controlling optical fiber 33 is formed to have a length of 1/4 of the meandering pitch of the light beam, and functions as one convex lens. Therefore, the element image 6a formed on the emission end face 33b is formed of the pseudo three-dimensional image 5. It becomes an inverted image. That is, the element image 6a is an erect image of the subject 4. Therefore, the three-dimensional image 6 generated by the depth control lens 34 has an irregularity inverted with respect to the pseudo three-dimensional image 5, and as a result, an image in which the irregularity is correctly expressed with respect to the subject 4. Further, the stereoscopic image 6 is generated (displayed) as an aerial image in front of the depth control lens 34 (on the observer side).
[0070]
Further, as shown in FIG. 3B, a plurality of optical fibers (depth control optical fibers 35) having a distributed refractive index waveguide formed to have a length of １／ of the meandering pitch of the light beam are used for display. Even when the optical fiber 32 is arranged at a predetermined distance from the emission end face 32b, the three-dimensional image 6 in which the unevenness of the subject 4 is correctly expressed can be obtained.
[0071]
Here, how the light passes through the depth control optical fiber 35 will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
[0072]
As shown in FIG. 7, the incident end face 35a and the exit end face 35b of the depth controlling optical fiber 35 _i = -R _i ', R _o = -R _o And the sign of the angle of the outgoing light beam is opposite to that of the angle of the incoming light beam and the absolute value is equal. Where r _i , R _i ′ Are the distance from the optical axis of the light ray incident on the incident end face 35a and the distance from the optical axis of the light ray exiting from the output end face 35b, respectively. _o , -R _o 'Denotes the angle formed by the light rays incident on the incident end face 35a with the optical axis and the angle formed by the light rays emitted from the output end face 35b with the optical axis.
[0073]
That is, as shown in FIG. 8, at the intersection of the light beams emitted from each of the depth control optical fibers 35, a three-dimensional image 6 in which concavities and convexities are inverted with respect to the subject (pseudo three-dimensional image 5) is generated. Further, when the depth control optical fiber 35 is turned back and the incident end face 35a and the output end face 35b are overlapped, a light beam entering the center of the depth control optical fiber 35 and the light exiting from the center of the depth control optical fiber 35 are emitted. Since the rays coincide with each other, the distance between the exit end face 35b and the three-dimensional image 6 is equal to the distance d from the entrance end face 35a to the subject (the three-dimensional image 5). ₁ Is equal to
[0074]
These are, as shown in FIG. ₁ O ₃ And the triangle QQ ₁ Q ₃ Can also be seen from the fact that they are mirror symmetric. Although the light flux of the light beam emitted from the emission end face 35b spreads, no problem occurs when the end face is small.
[0075]
Therefore, according to the three-dimensional image pickup and display apparatus shown in FIG. 3B, a pseudo three-dimensional image 5 in which concavities and convexities are inverted with respect to the subject 4 is generated (displayed) in front of the display optical fiber 32 (on the observer side). Further, the depth control optical fiber 35 generates (displays) a three-dimensional image 6 in which the irregularities are inverted with respect to the pseudo three-dimensional image 5 in front of the emission end face 35b. That is, a three-dimensional image 6 in which irregularities are correctly expressed with respect to the subject 4 is generated (displayed) in front of the emission end face 35b of the depth control optical fiber 35.
[0076]
In addition, as shown in FIG. 4, when the magnifying optical system 7 is provided in the transmission unit 2 (transmission optical fiber 21), a three-dimensional image 6 in which the subject 4 is magnified can be obtained.
[0077]
Further, although not shown, a reduction optical system for reducing the three-dimensional image and a rotating optical system for rotating the three-dimensional image may be provided in addition to the enlargement optical system 7. Further, if an optical amplifying device (image intensifier) for amplifying the brightness of light is provided, the brightness reduced due to the transmission loss can be compensated. By appropriately interposing an optical amplifying device, a bright stereoscopic image can be generated even when an optical image is transmitted over a long distance.
[0078]
(Second embodiment)
The three-dimensional image pickup and display apparatus according to the second embodiment utilizes holography, and as shown in FIG. ₁ And reference light L ₂ A plurality of optical fibers 42 for transmitting an interference draft 46a generated by interference with the optical fiber 42, and a laser device 48 for irradiating the interference draft 46c transmitted by the optical fiber 42 with reference light (reproducing light).
[0079]
The optical fiber 42 has a step refractive index waveguide, and transmits the interference pattern 46 a incident on the incident end face 41 to the exit end face 43 as it is. Further, the length of the optical fiber 42 can be arbitrarily set according to the transmission distance. Further, the plurality of optical fibers 42 are arranged such that the incident end faces 41 are on the same plane, and the emission end faces 43 are respectively arranged on the same plane.
[0080]
Further, in the illustrated embodiment, the half mirror 44 is inserted on the emission end face 43 side, and the interference draft 46b transmitted to the emission end face 43 is projected by the half mirror 44 (interference draft 46c). That is, in order to generate a three-dimensional image, it is necessary to irradiate reference light (reproducing light) from the back side (the exit end face 43 side of the optical fiber 42) of the interference script 46b transmitted to the exit end face 43, Is provided with an optical fiber 42, and it is not possible to install a laser device for irradiating the reference light on the back side of the interference draft 46b. Therefore, the interference draft 46b is projected by the half mirror 44, and the rear face thereof (FIG. 10). The laser device 48 is installed on the interference draft 46c).
[0081]
According to the three-dimensional image pickup and display device having such a configuration, the object light L ₁ And reference light L ₂ Is transmitted as light. That is, a device for converting light (interference draft 46a) into an electric signal becomes unnecessary. Then, when the laser device 48 irradiates the reference light on the back surface (the upper side of the interference draft 46c in FIG. 10) of the interference draft 46c transmitted by the optical fiber, a three-dimensional image 46 of the subject 54 is generated. The interference draft may be calculated by a computer.
[0082]
Further, as shown in FIG. 11, when a magnifying optical system 47 is provided in the optical fiber 42, a three-dimensional image in which the subject 4 is magnified can be obtained.
[0083]
Further, although not shown, a reduction optical system for reducing a three-dimensional image and a rotation optical system for rotating may be provided in addition to the enlargement optical system 47. In addition, if an optical amplifying device that amplifies the brightness of light is interposed, the brightness reduced due to the transmission loss can be compensated. In this case, a bright stereoscopic image can be generated even if the length of the transmission optical fiber is increased.
[0084]
【The invention's effect】
According to the three-dimensional image pickup and display device according to the first to ninth aspects, the optical image of the subject is transmitted as it is without converting the optical image into an electric signal, and further, the three-dimensional image is converted from the transmitted optical image. Can be generated. That is, a television camera or a display is not required for generating a three-dimensional image of a subject. In addition, the transmission optical fiber constituting the transmission section has no restriction on its length, so long-distance transmission is possible, and furthermore, an enlargement optical system, a reduction optical system, a rotation optical system, and an optical amplification device can be connected to an arbitrary number. Can be installed in any location.
[0085]
Further, according to the three-dimensional image pickup and display apparatus according to the tenth to twelfth aspects, the interference image of the subject can be transmitted as it is without converting it into an electric signal. That is, a television camera or a display is not required for generating a three-dimensional image of a subject. In addition, since the length of the optical fiber is not limited, long-distance transmission is possible, and further, an enlargement optical system, a reduction optical system, a rotation optical system, and an optical amplifier can be installed at arbitrary positions. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic diagram illustrating an example of a three-dimensional image pickup and display device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic diagram illustrating another example.
FIG. 2A is a schematic diagram showing another example of the three-dimensional image pickup and display device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a schematic diagram showing still another example.
FIG. 3A is a schematic diagram illustrating another example of a stereoscopic image capturing and displaying device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a schematic diagram illustrating yet another example.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example in which a magnifying optical system is installed in a transmission unit.
FIGS. 5A and 5B are conceptual diagrams illustrating the operation of an optical fiber having a refractive index waveguide.
FIGS. 6A, 6B, and 6C are conceptual diagrams illustrating the operation of an optical fiber having a refractive index waveguide.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining how the light travels when the length of the depth control optical fiber is set to の of the meandering pitch of the light beam.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an optical image generated when the length of the depth control optical fiber is set to １／ of the meandering pitch of light rays.
FIGS. 9A, 9B and 9C are schematic diagrams showing examples of arrangement of optical fibers.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a stereoscopic image capturing and displaying apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram showing an example in which an enlargement optical system is installed in an optical fiber.
FIG. 12 is a schematic view showing a conventional stereoscopic image pickup and display device using integral photography.
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a method of imaging a subject in conventional integral photography.
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a method of generating a stereoscopic image in conventional integral photography.
FIG. 15A is a schematic diagram illustrating a method of imaging a subject in conventional holography, and FIG. 15B is a schematic diagram illustrating a method of generating a stereoscopic image.
[Explanation of symbols]
1 Imaging unit
11 Optical fiber for imaging
11a Incident end face
11b Outgoing end face
2 Transmission section
21 Optical fiber for transmission
21a Incident end face
21b Outgoing end face
3 Display
31 Display lens
32 Optical fiber for display
33,35 Optical fiber for depth control
34 Depth control lens
4 subject
5 (imaginary) stereoscopic image
5a, 5b element image (inverted image)
6 three-dimensional image
6a Element image (erect image)
7 Magnifying optical system
42 Optical fiber

Claims

An imaging unit that captures an image of a subject, a transmission unit that transmits an optical image captured by the imaging unit, and a display unit that generates a stereoscopic image from the optical image transmitted by the transmission unit,
The imaging unit includes a plurality of imaging optical fibers, each of which has an incident end face arranged on the same plane,
The transmission unit includes a plurality of transmission optical fibers connected to the emission end face of each of the imaging optical fibers,
The display unit is a three-dimensional image pickup and display device including a plurality of display lenses arranged at a predetermined interval from the emission end face of each of the transmission optical fibers,
The imaging optical fiber has a distributed index waveguide, and is formed to have a length of 1/4 of a meandering pitch of a light beam passing through the distributed index waveguide,
The transmission optical fiber has a step refractive index waveguide, each formed to the same length,
The arrangement of the imaging optical fibers and the arrangement of the display lenses are equal to each other.

The display unit includes a plurality of depth control optical fibers arranged at a predetermined distance from the display lens, and a plurality of depths arranged at a predetermined distance from an emission end face of the depth control optical fiber. And a control lens.
The depth controlling optical fiber has a distributed index waveguide, and is formed to have a length of 1/4 of a meandering pitch of a light beam passing through the distributed index waveguide,
2. The three-dimensional image pickup and display apparatus according to claim 1, wherein the arrangement of each of the imaging optical fibers is equal to the arrangement of each of the depth control lenses.

The three-dimensional image pickup and display device according to claim 1, wherein the length of the image pickup optical fiber is formed to be 3/4 of the meandering pitch.

An imaging unit that captures an image of a subject, a transmission unit that transmits an optical image captured by the imaging unit, and a display unit that generates a stereoscopic image from the optical image transmitted by the transmission unit,
The imaging unit includes a plurality of imaging optical fibers, each of which has an incident end face arranged on the same plane,
The transmission unit includes a plurality of transmission optical fibers connected to the emission end face of each of the imaging optical fibers,
The display unit is a three-dimensional image pickup and display device including a plurality of display optical fibers connected to the emission end face of each of the transmission optical fibers,
The imaging optical fiber has a distributed index waveguide, and is formed to have a length of 1/4 of a meandering pitch of a light beam passing through the distributed index waveguide,
The transmission optical fiber has a step refractive index waveguide, each formed to the same length,
The display optical fiber has a distributed index waveguide, and is formed to have a length of 1/4 of a meandering pitch of a light beam passing through the distributed index waveguide,
The arrangement of the imaging optical fibers and the arrangement of the display optical fibers are equal to each other.

The three-dimensional image pickup and display device according to claim 4, wherein the length of the image pickup optical fiber is formed to be 3/4 of the meandering pitch.

The three-dimensional image pickup and display device according to claim 4, wherein the length of the display optical fiber is formed to be 3/4 of the meandering pitch.

The display unit further includes a plurality of depth control optical fibers arranged at a predetermined interval from the emission end face of the display optical fiber,
The depth controlling optical fiber has a distributed index waveguide, and is formed to have a length of の長 of a meandering pitch of a light beam passing through the distributed index waveguide,
5. The apparatus according to claim 4, wherein an arrangement of the imaging optical fibers is equal to an arrangement of the depth control optical fibers. 6.

8. The imaging display of a stereoscopic image according to claim 1, wherein at least one of a reduction optical system, an enlargement optical system, and a rotation optical system is interposed in the transmission unit. 9. apparatus.

The three-dimensional image pickup and display device according to any one of claims 1 to 8, wherein an optical amplifier that amplifies the brightness of light is provided in the transmission unit.

A plurality of optical fibers for transmitting an interference draft generated by interference between the object light and the reference light;
A laser device for irradiating the interference light transmitted by the optical fiber with reference light, and
The three-dimensional image pickup and display device, wherein the optical fibers are arranged so that their end faces are on the same plane.

The three-dimensional image pickup and display device according to claim 10, wherein at least one of a reduction optical system, an enlargement optical system, and a rotation optical system is interposed in the optical fiber.

The three-dimensional image pickup and display device according to claim 10 or 11, wherein an optical amplifier that amplifies the brightness of light is interposed in the optical fiber.