JP2006119551A - 立体光学像表示装置および立体光学像表示窓装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 少ない光の環境であっても、照明装置を用いることなく、簡易な構成で立体光学像をカラーで表示できる立体光学像表示装置および、建造物や車などの移動体の窓面に設置することができる立体光学像表示窓装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 立体光学像表示装置Ａは、入射光電面３と、マイクロチャンネルプレート４と、蛍光面５を有する出射光面６と、電圧供給手段７とを備える光増倍装置Ｂを用いた立体光学像表示装置であって、入射側要素レンズ１ａをアレー状に整列して設けた入射側要素レンズ群１と、出射側要素レンズ８ａをアレー状に整列して前記出射光面に対面して設けた出射側要素レンズ群８と、前記入射側要素レンズ群に設けた入射側ＲＧＢフィルタ２と、前記出射側要素レンズ群に設けた出射側ＲＧＢフィルタ９とを備える構成とした
【選択図】 図１

Description

本発明は、夜間などの光が少ない環境であっても明るさを増倍して目的とする被写体を立体的にカラー表示して認識することができる立体光学像表示装置および立体光学像表示窓装置に関する。

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および立体表示装置が存在する。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）。この立体撮像装置および立体表示装置は、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、その長さを蛇行する光路の３／４周期または１／４周期とし、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（ＧＲＩＮレンズ）。

一方、少ない光であっても、その光を増倍して映像を認識できる光増幅装置として光電変換管（イメージインテンシファイア）が知られている（例えば、特許文献２参照）。この光電変換管は、光を入射させると共に電子に変換する光電面と、この光電面により変換された電子を加速して送る真空空間と、この真空空間により加速した電子を受け取り増倍して出力するマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）と、このＭＣＰにより増倍した電子が衝突することで当該ＭＣＰのそれぞれのチャンネルからの電子を特有の波長の光として放出する蛍光面と、この蛍光面から放出された光を入射させて出力することで映像を形成するガラス面またはファイバオプティックプレートとを備えている。

そして、前記した構成の光電変換管は、光電面およびＭＣＰ間に、バイアス電圧が印加できる構成を有すると共に、ＭＣＰのＩＮおよびＯＵＴ間に電圧が印加されてストリップ電流が流れるように構成されており、かつ、ＭＣＰおよび蛍光面間に電圧が印加されるように構成されている。そのため、この光電変換管は、被写体の映像を撮影する際に、少ない光の環境であっても、鮮明に撮影することができ、また、ハロー現象の影響を抑えることができるものである。

また、夜間であっても照明装置を用いることなく、赤外線を利用して、撮影した映像を表示する撮影カメラや、また、前記した光電変換管を使用した暗視カメラが一般的に知られている。そして、暗視カメラは、撮影レンズと、前記撮影レンズによって形成された光学像を拡大する拡大光学系と、前記拡大光学系によって拡大された光学像を増強するイメージインテンシファイアと、前記イメージインテンシファイアによって増強された光学像を縮小する縮小光学系と、前記縮小光学系によって縮小された光学像を電子的に撮像する撮像手段とを備えている。そのため、この暗視カメラによれば、光が少ない環境であっても被写体の撮影が可能なものとなる（例えば、特許文献３参照）。
特開平１０-１５０６７５号公報（段落番号００２５〜００７６、図１から図９） 特開平６−２９５６９０号公報（段落番号００１０〜００１３、図１） 特開２００３−３０４４３５号公報（段落番号００２５〜００７３、図１ないし図３）

しかし、従来のＩＰ立体方式を用いた立体光学像表示装置などでは、以下に示すような問題が存在した。
すなわち、従来のＧＲＩＮレンズを用いる立体光学像表示装置は、少ない光の環境の下では、新たに照明装置を設置する必要があり、照明装置を使用できない環境では、被写体を鮮明に表示させることができなかった。さらに、撮影部と表示部が別々であり、一体物として運用できなかった。

また、少ない光の環境であっても、照明装置を用いることなく、被写体の映像を表示することができるイメージインテンシファイアは、表示される映像がモノクロームであり、かつ、２次元平面映像であった。
そして、イメージインテンシファイアを用いる撮影カメラでは、ダイクロイックミラーの使用により、少ない光の環境であっても被写体の映像をカラーで撮影することができるが、撮影カメラの構成を取るため、装置全体が大きくまた、複雑な構成となってしまった。

なお、一般的な住宅の窓あるいは自動車などの窓では、ガラス板が枠体に設置された状態で設けられており、夜間において、室外あるいは車外に照明装置を設置していなければ、その室外あるいは車外の状態を見ることができないため、照明装置がなくても見ることができる窓が望まれていた。

本発明は、前記の問題点に鑑み創案されたものであり、少ない光の環境であっても、照明装置を用いることなく、簡易な構成で立体光学像をカラーで表示できる立体光学像表示装置および、建造物や車などの移動体の窓面に設置することができる立体光学像表示窓装置を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するため、本発明に係る立体光学像表示装置は、入射側要素レンズをアレー状に整列して設けた入射側要素レンズ群と、この入射側要素レンズ群の各入射側要素レンズの光軸が一致するように出射側要素レンズをアレー状に整列して設けた出射側要素レンズ群と、前記入射側要素レンズ群に設けた赤緑青の色フィルタである入射側ＲＧＢフィルタと、前記出射側要素レンズ群に設けた赤緑青の色フィルタである出射側ＲＧＢフィルタとを備え、前記入射側ＲＧＢフィルタおよび前記出射側ＲＧＢフィルタは、前記入射側要素レンズおよび前記出射側要素レンズの光軸上において前記赤緑青の位置が一致するように整列して設けた立体光学像表示装置であって、前記入射側要素レンズ群による光学像を増倍する光増倍装置を、前記入射側要素レンズ群および前記出射側要素レンズ群の間に配置する構成とした（請求項１）。

このように構成した立体光学像表示装置は、入射側要素レンズ群により被写体を要素画像群とし、かつ、入射側ＲＧＢフィルタで赤青緑の各色に分けた要素画像群として光像倍装置に入射させて光を増倍させる。そして、立体光学像表示装置は、光増倍装置で増倍した光を、出射側要素レンズ群および出射側ＲＧＢフィルタにより、被写体をカラーの立体光学像として表示する。

また、立体光学像表示装置において、前記光増倍装置は、光電子を生成する入射光電面と、光電子を増倍するマイクロチャネルプレートと、光電子を光学像に変換する蛍光面を有する出射光面と、前記入射光電面、前記マイクロチャネルプレートおよび前記蛍光面に電圧を与える電圧供給手段とを備える構成とした（請求項２）。

このように構成した立体光学像表示装置は、入射光電面により入射側要素レンズ群による光学像から光電変換して前記光学像に対応した光電子を生成し、この入射光電面からの光電子をマイクロチャネルプレートにより増倍し、かつ、このマイクロチャネルプレートからの光電子を蛍光面により光学像に変換して、光を増倍した要素画像群として出射側要素レンズ群に送ることができる。

さらに、立体光学像表示装置において、前記入射側要素レンズおよび前記出射側要素レンズの一方が、凸レンズ、または、中心から外周に向かって屈折率が異なる屈折率分布レンズであるＧＲＩＮレンズを用い、前記ＧＲＩＮレンズを、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の１／４とする長さに形成した１／４ＧＲＩＮレンズとし、かつ、前記入射側要素レンズおよび前記出射側要素レンズの他方が、中心から外周に向かって屈折率が異なる屈折率分布レンズであるＧＲＩＮレンズを用い、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の３／４とする長さに形成された３／４ＧＲＩＮレンズとして構成した（請求項３）。

このように構成した立体光学像表示装置は、凸レンズまたは１／４ＧＲＩＮレンズのいずれかと、３／４ＧＲＩＮレンズとにより、入射側要素レンズ群から被写体側となる位置にその被写体と奥行きがおなじ状態でかつカラーの立体光学像を表示する。

前記入射側要素レンズが凸レンズ、または、中心から外周に向かって屈折率が異なる屈折率分布レンズであるＧＲＩＮレンズを用い、前記ＧＲＩＮレンズを、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の１／４とする長さに形成した１／４ＧＲＩＮレンズとし、前記出射側要素レンズが凸レンズ、または、１／４ＧＲＩＮレンズとして構成した（請求項４）。

このように構成した立体光学像表示装置は、いずれの場合においても、被写体と入射側要素レンズ群の距離と同じ位置関係となるように、出射側要素レンズから立体光学像が表示され、そのときの立体光学像がカラーでかつ奥行きが被写体とは反転した状態で表示される。

また、立体光学像表示装置において、前記入射側要素レンズ群または前記出射側要素レンズ群に対面して、所定距離を隔ててアレー状にアフォーカル光学系を整列したアフォーカルレンズ群を配置し、前記アフォーカルレンズ群は、縦倍率を負として光学像の奥行きを反転する構成とした（請求項５）。

このように構成した立体光学像表示装置は、入射側要素レンズ群に対面してアフォーカルレンズ群を設けた場合では、はじめに被写体の奥行きが反転した状態の要素画像が入射側要素レンズから入射側ＲＧＢフィルタの赤緑青に基づいて入力され、かつ、光増倍装置で増倍されて出射側要素レンズ群および出射側ＲＧＢフィルタを介して再度奥行きが反転され、結局奥行きが正しい立体光学像としてカラーで表示される。また、出射側要素レンズ群に対面してアフォーカルレンズ群を設けた場合では、立体奥行き反転像として出射側要素レンズ群および出射側色フィルタを介して出力された後に、再度、アフォーカルレンズ群により奥行きが反転され、結局、奥行きの正しい立体光学像として表示される。なお、ここでの縦倍率とは光軸方向である奥行き方向の倍率を意味する

さらに、立体光学像表示装置において、前記アフォーカルレンズ群は、前記アフォーカル光学系が、中心から外周に向かって屈折率が異なる屈折率分布レンズであるＧＲＩＮレンズであり、前記ＧＲＩＮレンズを、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の半周期とする長さに形成したものである（請求項６）。

このように構成した立体光学像表示装置は、アフォーカルレンズ群のＧＲＩＮレンズに入射する被写体の光学像を、奥行きを反転させた状態で出力するため、被写体と同じ奥行きとなるカラーの立体光学像として表示する。

そして、立体光学像表示装置において、前記アフォーカルレンズ群は、前記アフォーカル光学系が、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軸上に配置して形成され、かつ、前記第１レンズエレメントの後焦点と第２エレメントの前焦点を一致させた単位複合レンズであるものとした（請求項７）。

このように構成した立体光学像表示装置は、アフォーカルレンズ群の単位複合レンズに入射する被写体の光学像を、奥行きを反転させた状態で出力させるため、被写体と同じ奥行きのカラーの立体光学像として表示する。

そして、前記立体光学像表示装置において、入射側要素レンズ群および前記出射側要素レンズ群は、隣接する当該要素レンズの間に光を遮蔽する光学遮蔽部を備えるものとした（請求項８）。
このように構成された立体光学像表示装置は、隣接する当該要素レンズから不必要な光が入り込まない状態となる。

また、前記目的を達成するため、本発明に係る立体光学像表示窓装置は、入射側要素レンズをアレー状に整列して設けた入射側要素レンズ群と、この入射側要素レンズ群の各入射側要素レンズの光軸が一致するように出射側要素レンズをアレー状に整列して設けた出射側要素レンズ群と、前記入射側要素レンズ群に設けた赤緑青の色フィルタである入射側ＲＧＢフィルタと、前記出射側要素レンズ群に設けた赤緑青の色フィルタである出射側ＲＧＢフィルタとを備え、かつ、前記入射側要素レンズ群による光学像を増倍する光増倍装置を、前記入射側要素レンズ群および前記出射側要素レンズ群の間に配置した立体光学像表示装置として、建造物または移動体の窓面の全部または一部に設け、前記入射側ＲＧＢフィルタおよび前記出射側ＲＧＢフィルタが、前記入射側要素レンズおよび前記出射側要素レンズの光軸上において前記赤緑青の位置が一致するように整列して設けられ構成とした（請求項９）。

このように構成された立体光学像表示窓装置は、建造物の窓や、また、車などの移動体の窓に設置されることで、入射側要素画像レンズから入射する要素画像を光増倍装置で増倍して出射側要素画像レンズにより立体光学像として出力する。そして、出力された立体光学像は、入射側ＲＧＢフィルタおよび出射側ＲＧＢフィルタによりカラーで表示される。

また、前記立体光学像表示窓装置において、前記窓面を厚み方向に所定間隔をあけて２枚のガラス面を備える構成とし、前記ガラス面の一方に、前記出射側要素レンズ群または前記入射側要素レンズ群を同一平面となるように設置すると共に、前記ガラス面の他方に前記出射側要素レンズ群または前記入射側要素レンズ群と対面して、光学像の奥行きを反転するアフォーカル光学系をアレー状に整列したアフォーカルレンズ群を配置したものである（請求項１０）。
このように構成された立体光学像表示窓装置は、アフォーカルレンズ群により、被写体と同じ状態の奥行きが正しい立体光学像として表示させることができる。

本発明は、つぎに示す優れた効果を奏するものである。
本発明に係る立体光学像表示装置は、簡易な構成で、夜間あるいは照明を制限される環境において、撮影部と表示部が一体物として、被写体に対する立体光学像をカラーで表示することが可能となる。なお、光増倍装置を入射光電面、マイクロチャネルプレート、蛍光面および電圧供給手段からなるものを使用することで、立体光学像の表示あるいは非表示を電圧供給手段のオンオフで調整することができる。

さらに、立体光学像表示装置は、入射光電面または出射光面のいずれか一方にＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の３／４の長さに、他方に１／４の長さに形成されたＧＲＩＮレンズまたは凸レンズを設置することにより、被写体の立体光学像を入射光電面の前（被写体側）に、カラーで表示することが可能となる。
そして、立体光学像表示装置は、入射側要素レンズまたは出射側要素レンズに用いる、ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の１／４の長さのＧＲＩＮレンズ、あるいは、その代わりに凸レンズとすることで、夜間あるいは照明を制限される環境において、被写体の立体光学像をカラーで被写体と奥行きが反転した状態で、表示することができる。なお、凸レンズを使用することによりＧＲＩＮレンズを使用するより装置が簡素化される。

また、立体光学像表示装置は、前記入射側要素レンズ群および前記出射側要素レンズ群のいずれか一方に所定距離を隔てて対面してアフォーカルレンズ群を設けているため、カラーで表示される立体光学像の奥行きが被写体と同じ状態で所定の位置に形成することが可能となる。
なお、立体光学像表示装置は、隣接する当該要素レンズの間に光学遮光部を備えることで、不必要な光が要素レンズに入り込まないため、妨害が生じず、高品質な立体光学像を提供することができる。

さらに、立体光学像表示窓装置は、建造物の窓あるいは車、列車などの窓の一部または全部に設けることで、照明装置などを設置することなく、室外あるいは車外の被写体を立体光学像としてカラーで観察することができる。また、アフォーカルレンズ群を設けることにより被写体と奥行きを同じ状態とする立体光学像として所定の位置に表示することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は立体光学像表示装置の断面状態を模式的に示す模式図、図２は立体光学像表示装置の断面状態を模式的に示すと共に被写体と立体光学像の位置関係を示す模式図、図３は立体光学像表示装置のＧＲＩＮレンズの構成を模式的に示す模式図、図４は、立体光学像表示装置の入射側ＲＧＢフィルタから出射側ＲＧＢフィルタまでの位置関係を示す模式図である。

図１（ａ）に示すように、立体光学像表示装置Ａは、被写体側に設置される入射側要素レンズ群１と、この入射側要素レンズ群１に設けた入射側ＲＧＢフィルタ２と、この入射側ＲＧＢフィルタ２が設けられた入射側要素レンズ群１を取り付ける入射光電面３と、この入射光電面３から送られてくる電子を加速させるマイクロチャンネルプレート４と、このマイクロチャンネルプレート４からの電子を光学像に変換する蛍光面５を備える出射光面６と、この出射光面６に取り付けられた出射側要素レンズ群８と、この出射側要素レンズ群８に設けた出射側ＲＧＢフィルタ９と、入射光電面３、マイクロチャンネルプレート４および蛍光面５に電圧を印加する電圧供給手段７と、を備えている。なお、入射光電面３、マイクロチャンネルプレート４、蛍光面５を備える出射光面６、および、電圧供給手段７を備えることにより光倍増装置Ｂを構成している。

入射側要素レンズ群１は、入射側要素レンズとしてＧＲＩＮレンズをアレー状に配列して形成している。ここで使用されるＧＲＩＮレンズは、図３に示すように、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の３／４とする長さである３／４ＧＲＩＮレンズ１ａである。そして、この３／４ＧＲＩＮレンズ１ａをアレー状に整列させることで、３／４ＧＲＩＮレンズ１ａの両端面をそれぞれ同一平面となるように揃え入射側要素レンズ群１として、入射光電面３に取り付けている。

この入射側要素レンズ群１は、ここでは、その整列状態として、横列ごとに３／４ＧＲＩＮレンズ１ａの中心が一致すると共に、３／４ＧＲＩＮレンズ１ａの中心が縦列において一列おきに一致する、いわいる俵積み状態として配置されている。なお、３／４ＧＲＩＮレンズ１ａの整列状態は、隣接する３／４ＧＲＩＮレンズ１ａの中心が縦横で一致するように配置される状態でも構わない。つまり、入射側要素レンズ群１の各要素レンズの光軸と出射側要素レンズ群８の要素レンズの光軸が一致すれば、これら要素レンズの配置は前記俵積み状態に限定されない。
この入射側要素レンズ群１に入射された被写体の光学像は、各３／４ＧＲＩＮレンズに要素画像として入射されて入射光電面３に出力される。

入射側ＲＧＢフィルタ２は、図４に示すように、色フィルタであり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色で３素子を１組として形成されている。この入射側ＲＧＢフィルタ２は、入射側要素レンズ群１の入射端面に設けられている。なお、入射側ＲＧＢフィルタ２は、入射側要素レンズ群１の出射端面に設ける構成としても構わない。入射側ＲＧＢフィルタ２は、入射側要素レンズ群１に設けられることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色でフィルタリングされた要素画像を、入射光として入射側要素レンズ群１を介して入射光電面３に入射させている。

入射光電面３は、入射側ＲＧＢフィルタ２よりフィルタリングされた状態の入射光をその明るさに応じた数の光電子に光電変換するものである。この入射光電面３に入射した入射光は、光電子としてマイクロチャンネルプレート４に出力される。

マイクロチャンネルプレート４は、光電子を増倍する非常に多数のチャンネル（１本１０μｍφ程度）を集合したものであり、１０⁴程度の増倍率をもっている。このマイクロチャンネルプレート４は、入射した電子がチャンネル壁に衝突し２次電子として放出され、放出された２次電子が電圧供給手段７により印加された電圧により加速されて、再びチャンネル壁に衝突することを繰り返し、出力側から多数の電子として放出させる。なお、マイクロチャンネルプレート４は、所定の有効径に対して所定のストリップ抵抗（マイクロチャンネルプレートの入射面から出射面に至る全面の抵抗値）の抵抗値をもつことにより、入射光の光強度が小さいときにはほぼ一定の増倍率となり、大きい場合には増倍率が低下して電子の増加が抑えられる。このマイクロチャンネルプレート４から出力された電子は、蛍光面５に入射する。

蛍光面５は、マイクロチャンネルプレート４で増倍された電子の衝突により蛍光を発生するものであり、例えば、蛍光体を塗布した上にアルミメタルバックを蒸着したものになっている。この蛍光面５は、入射光電面３に入射する光学像（要素画像を再生した状態となり発生した蛍光が、出射光面６から出力される。なお、入射光電面３から蛍光面５までの電子が移動する空間は、真空状態に保持できるように構成されている。

電圧供給手段７は、入射光電面３、マイクロチャンネルプレート４、蛍光面５に外部から高電圧を印加するものである。この電圧供給手段７は、ここではパルスジェネレータおよびコンデンサなどの必要な素子を用いて電圧を印加することにより、入射光電面３、マイクロチャンネルプレート４、蛍光面５それぞれの間の平行な電界によって電子が広がるのを防止している。ここでは、例えば、入射光電面３とマイクロチャンネルプレート４との間には２００Ｖ、マイクロチャンネルプレート４には５００〜９００Ｖ、マイクロチャンネルプレート４と蛍光面５との間には６ｋＶの電圧を印加し 、マイクロチャンネルプレート４の電圧は可変になっている。

出射光面６は、焦点面を蛍光面５に合わせた硼硅酸ガラス（透光部材）あるいは、図１（ｂ）に示すように、ファイバーオプティクルプレート６Ａにより形成されており、出射側要素レンズ群８が取り付けられている。なお、ファイバーオプティクルプレート６Ａは、例えば、直径６μｍの光ファイバを数百本〜数千万本束ねて形成されており、光ファイバの「光伝達」により入射端面から出射端面まで画像を歪みなく伝達している。この出射光面６から出射した画像は、出射側要素レンズ群８に入力される。

出射側要素レンズ群８は、出射側要素レンズとしてＧＲＩＮレンズをアレー状に配列して形成されている。ここで使用されるＧＲＩＮレンズは、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の１／４（図３参照）とする長さとした１／４ＧＲＩＮレンズ８ａである。そして、出射側要素レンズ群８は、この１／４ＧＲＩＮレンズ８ａをアレー状に整列させることで、１／４ＧＲＩＮレンズ８ａの両端面をそれぞれ同一平面となるように揃えた状態で、出射光面６に取り付けられている。この出射側要素レンズ群８は、１／４ＧＲＩＮレンズ８ａの光軸を、入射側要素レンズ群１の３／４ＧＲＩＮレンズ１ａの光軸に対応するように配置されている（図４参照）。そして、この出射側要素レンズ群８は、出射端面に出射側ＲＧＢフィルタ９を設けている。

出射側ＲＧＢフィルタ９は、入射側ＲＧＢフィルタ２と同様に、色フィルタであり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色で３素子を１組として形成されている。この出射側ＲＧＢフィルタ９は、出射側要素レンズ群８の出射端面に設けられ、かつ、入射側ＲＧＢフィルタ２の赤緑青と一致するように配置されている。なお、出射側ＲＧＢフィルタ９は、出射側要素レンズ群８の入射端面に設ける構成としても構わない。出射側ＲＧＢフィルタ９は、出射側要素レンズ群８に設けられることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色でフィルタリングされた要素画像を、出射光として出射側要素レンズ群８を介して出射させている。

以上のように構成された立体光学像表示装置Ａでは、つぎのようにして被写体Ｐの立体光学像Ｓをカラー表示する。すなわち、図２に示すように、立体光学像表示装置Ａは、入射側要素レンズ群１から入射側ＲＧＢフィルタ２を介して入射する被写体Ｐの光学像を要素画像として光増倍装置Ｂの入射光電面３に取り入れ、その要素画像の光学像の明るさに応じた数の光電子を入射光電面３から出力させる。

そして、立体光学像表示装置Ａでは、入射光電面３からの光電子による電子像が、入射光電面３とマイクロチャンネルプレート４との間に電圧供給手段７により印加された電圧による電界で近接収束され、マイクロチャンネルプレート４の入力面において結像することになる。さらに、マイクロチャンネルプレート４では、電子が通過する際に約数千倍程度に増倍され、マイクロチャンネルプレート４と蛍光面５との間の電界により、電子は近接収束され加速される。

そして、立体光学像表示装置Ａでは、マイクロチャンネルプレート４から出力された電子を蛍光面５に衝突させ再び光学像として、ここでは、各要素画像となり、その要素画像が結果的に入射光を数万倍増強させたものとして、出射側要素レンズ群８および出射側ＲＧＢフィルタ９を介して出射され立体光学像Ｓとしてカラーで表示される。

そのため、図２に示すように、出射側要素レンズ群８および出射側ＲＧＢフィルタ９を介して要素画像が出力され、被写体Ｐと同じカラーの状態の立体光学像Ｓとして表示される。被写体Ｐに対する立体光学像Ｓは、入射側要素レンズ群１から所定距離の位置に表示される。

また、立体光学像Ｓと被写体Ｐとの位置関係は、被写体Ｐから立体光学像表示装置Ａの入射側要素レンズ群１の主平面までを距離Ｌｓとし、立体光学像表示装置Ａの入射側要素レンズ群１の主平面から出射側要素レンズ群８の主平面までを距離Ｌｔとしたとき、立体光学像Ｓの表示位置が、立体光学像表示装置Ａの出射側要素レンズ群８の主平面から距離Ｌｓの位置となる。なお、ここで表示される立体光学像Ｓは、奥行き状態が被写体Ｐと同じ状態とする光学像として表示されることになる。そのため、立体光学像表示装置Ａは、被写体Ｐの立体光学像Ｓを、入射側要素レンズ群１から被写体側の空間に、照明状態が完備されていない薄暗い状態であっても、カラーにより表示することができるようになる。なお、主平面とは、各レンズの主点の位置を同一の面に並べた平面である。

つぎに、図５を参照して、立体光学像表示装置Ａ１について説明する。なお、図１ないし図４ですでに説明した構成と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
立体光学像表示装置Ａ１は、入射側要素レンズ群１１と、出射側要素レンズ群１８とが、図１で説明したものと異なっている。

図５に示すように、入射側要素レンズ群１１は、入射側要素レンズとして凸レンズ１１ａをアレー状に整列して配置することで形成されている。そして、この入射側要素レンズ群１１は、入射端面に入射側ＲＧＢフィルタ２が設けられており、各凸レンズ１１ａにＲＧＢのそれぞれが振り分けられている。

出射側要素レンズ群１８は、出射側要素レンズとして凸レンズ１８ａをアレー状に整列して配置することで形成されている。そして、出射側要素レンズ群１８は、入射側要素レンズ群１１の凸レンズ１１ａのそれぞれと光軸が一致するように凸レンズ１８ａが配置されている。さらに、この出射側要素レンズ群１８は、その出射端面に出射側ＲＧＢフィルタ９が設けられている。出射側ＲＧＢフィルタ９は、各凸レンズ１８ａにＲＧＢを振り分けて、かつ、入射側ＲＧＢフィルタ２のＲＧＢと一致するように配置されている。

このように構成された立体光学像表示装置Ａ１は、被写体Ｐの光学像が入射側ＲＧＢフィルタ２および入射側要素レンズ群１１を介して要素画像として入射されると、光増倍装置Ｂにより光電変換および増倍されて、出射側要素レンズ群１８および出射側ＲＧＢフィルタ９を介して出力される。

そして、立体光学像表示装置Ａ１は、被写体Ｐの立体光学像Ｓを、被写体Ｐに対して奥行きが反転した状態で、かつ、カラーで表示している。このとき、立体光学像Ｓと被写体Ｐとの位置関係は、被写体Ｐから立体光学像表示装置Ａ１の入射側要素レンズの主平面までを距離Ｌｓとしたとき、立体光学像表示装置Ａ１の出射端面から距離Ｌｓの位置に立体光学像Ｓが表示されることになる。

また、凸レンズ１１ａ，１８ａの代わりに、図６に示すように、入射側および出射側要素レンズとして１／４ＧＲＩＮレンズ２１ａ，２８ａを使用する構成としてもよい。すなわち、図６に示すように、入射側要素レンズ群２１は、１／４ＧＲＩＮレンズ２１ａをアレー状に整列して設けて構成している。そして、入射側ＲＧＢフィルタ２は、各１／４ＧＲＩＮレンズ２１ａに対応してＲＧＢが配置されるように設けられている。

そして、出射側要素レンズ群２８は、出射側要素レンズとして１／４ＧＲＩＮレンズ２８ａをアレー状に整列して設け、入射側要素レンズ群２１の各１／４ＧＲＩＮレンズ２１ａの光軸と一致するように配置されている。さらに、出射側ＲＧＢフィルタ９は、各１／４ＧＲＩＮレンズ２８ａに対応してＲＧＢ（赤緑青）が配置され、かつ、入射側ＲＧＢフィルタ２のＲＧＢ（赤緑青）と一致するように配置されている。

このように構成された立体光学像表示装置Ａ２は、立体光学像表示装置Ａ１と同様に、被写体Ｐの立体光学像Ｓを、奥行きが反転した状態で、かつ、カラーで表示するものである。このとき、立体光学像Ｓと被写体Ｐとの位置関係は、被写体Ｐから立体光学像表示装置Ａ１の入射側要素レンズの主平面までを距離Ｌｓとしたとき、立体光学像表示装置Ａ１の出射端面から距離Ｌｓの位置に立体光学像Ｓが表示されることになる。

なお、図示していないが、入射側要素レンズおよび出射側要素レンズは、凸レンズ１１ａおよび１／４ＧＲＩＮレンズ２８ａとして配置することや、また、入射側要素レンズおよび出射側要素レンズは、１／４ＧＲＩＮレンズ２１ａおよび凸レンズ２１ａとして配置して装置を構成しても構わない。

つぎに、図７を参照して立体光学像表示装置Ａ３について説明する。なお、すでに説明した構成は同じ符号を付して説明を省略する。立体光学像表示装置Ａ３は、すでに説明した立体光学像表示装置Ａ１（Ａ２）の構成に、入射側に対面させて反転光学系であるアフォーカルレンズ群Ｃを設置したものである。このアフォーカルレンズ群Ｃは、ＧＲＩＮレンズが使用され、当該ＧＲＩＮレンズの内を蛇行する光路の半周期となる半周期ＧＲＩＮレンズ１ｃを要素レンズとしてアレー状に整列して形成されている。

このアフォーカルレンズ群Ｃの設置位置は、光学像を伝達できる位置であれば任意である。すなわち、被写体Ｐと反転光学像Ｒとは、アフォーカルレンズ群Ｃの入射端面から被写体Ｐまでを距離Ｌｏとしたとき、アフォーカルレンズ群Ｃの出射端面から距離Ｌｏの位置に反転光学像Ｒが形成される。そして、この反転光学像Ｒから立体光学像表示装置Ａ１の入射側要素レンズ群１の主平面までを距離Ｌｒとしたとき、立体光学像表示装置Ａ１の出射側要素レンズ群８の主平面から距離Ｌｒの位置に立体光学像Ｓがカラーで表示されることになる。また、アフォーカルレンズ群Ｃと立体光学像表示装置Ａ１（Ａ２）の入射側要素レンズ群１の主平面の間の距離をＬｉｆとすると、アフォーカルレンズ群Ｃと立体光
学像表示装置Ａ１（Ａ２）の入射側要素レンズ群１の主平面の間に反転光学像Ｒを位置させた場合（Ｌｉｆ＞Ｌｏ）、最終的な光学像は、入射側要素レンズ群１の前側（被写体と
反対側）に空中像として生成できる。

つぎに、図８を参照して、立体光学像表示装置Ａ４の説明をする。なお、すでに説明した構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図８に示すように、立体光学像表示装置Ａ４は、立体光学像表示装置Ａ１（Ａ２）で表示する奥行きが反転した立体光学像Ｓに対して、被写体Ｐと同じ奥行きとなる立体光学像Ｓｐとして表示することができるものである。この立体光学像表示装置Ａ４は、立体光学像表示装置Ａ１で表示する立体光学像Ｓに対して距離Ｌｆを隔てた位置に要素レンズであるアフォーカル光学系１ｄをアレー状に整列させアフォーカルレンズ群Ｄを形成している。

このアフォーカルレンズ群Ｄのアフォーカル光学系１ｄは、例えば、焦点距離が同一または異なる凸レンズ（第１および第２レンズエレメント）１ｄａ，１ｄｂを光軸線上に光学遮光部である仕切り板１ｇを介して配置すると共に、光軸上の凸レンズ１ｄａの焦点距離（後焦点）と凸レンズ１ｄｂの焦点距離（前焦点）とが一致するように配置され単位複合レンズとして構成されている。このアフォーカル光学系１ｄの構成はケプラー型と呼ばれている。アフォーカル光学系レンズ群Ｄにより形成される立体光学像Ｓｐは、各アフォーカル光学系１ｄからの光線が集光されて形成されるものである。また、第１エレメントと第２エレメントの焦点距離が等しいものとして説明しているが、両者は必ずしも等しくなくともよい。

なお、立体光学像表示装置Ａ１の出射側要素レンズ群８の主平面から立体光学像Ｓまでを距離Ｌｓとし、アフォーカル光学系レンズ群Ｄの入射端面と立体光学像Ｓまでを距離Ｌｆとすると（立体光学像表示装置Ａ１の出射側要素レンズ群８の主平面からアフォーカル光学系レンズ群Ｄの入射端面までを距離Ｌａｆ）、アフォーカル光学系レンズ群Ｄの出射端面から距離Ｌｆの位置に立体光学像Ｓｐが表示されることになる。ここで表示される立体光学像Ｓｐは、被写体Ｐと同じ奥行き状態でかつカラーで表示される。特に、Ｌａｆ＞Ｌｓの位置関係であるなら、アフォーカルレンズ群Ｄの後ろ側（被写体と反対側）に空中像として立体光学像Ｓｐが生成できる。

なお、ここではアフォーカル光学系１ｄは、隣接する他のアフォーカル光学系１ｄからクロスオーバーする余計な光の影響を受けないため、妨害を避けることができる。図示していないが、入射側要素レンズ群１１および出射側要素レンズ群１６においても、隣接する当該要素レンズ（１１ａ，２１ａ，１８ａ，２８ａ）に光学遮光部（図示せず）を設ける構成としても構わない。
また、図１で示す立体光学像表示装置Ａにおいても、同様に隣接する要素レンズ（１ａ，８ａ）に図示しない光学遮光部を設ける構成としても構わない。

つぎに、図９、図１０を参照して建造物の窓枠に立体光学像表示装置Ａ，Ａ３を設置して立体光学像表示窓装置１０，１０Ａとした場合について説明する。なお、すでに説明した構成は同じ符号を付して説明を省略する。
図９に示すように、立体光学像表示窓装置１０は、建造物３０の窓面３５の一部に立体光学像表示装置Ａを設けた構成としている。この立体光学像表示窓装置１０は、窓枠３７に設置された窓ガラス３６の所定位置に仕切り枠３８を介して立体光学像表示装置Ａが設置されており、その立体光学像表示装置Ａの電源供給手段として接続コードを介して設けたアダプタ３９により室内コンセントから電圧を印加できるように構成されている。なお、ここでは適用される窓として引き戸方式のものを図示して説明するが、片開きタイプ、両開きタイプ、内倒しタイプあるいは嵌め殺しタイプなどの窓であっても構わない。

なお、アダプタ３９には、例えば、図示しないオンオフスイッチを設け、そのオンオフスイッチにより立体光学像表示装置Ａに電圧を供給するかしないかを制御しても構わない。また、立体光学像表示装置Ａの厚み寸法が、窓ガラス３６の厚みに対して大きくなる場合には、反対の窓と交差しても衝突しない側に突出させた状態として配置する。

この立体光学像表示窓装置１０は、例えば、室外に街灯などの照明装置が設置していなくとも、他の建造物などから漏れるわずかな明かりがあれば、人間の目ではほとんど薄暗くて判断できない庭先にであっても、立体光学像表示装置Ａの視野の範囲において、被写体となるものをカラー表示により立体光学像として表示することができる。

また、図１０に示すように、窓ガラス３６を二重にしたときに、立体光学像表示装置Ａ３を、仕切り枠３８を介して設置する立体光学像表示窓装置１０Ａとしてもよい。この立体光学像表示窓装置１０Ａでは、立体光学像表示装置Ａ１（Ａ２）が一方の窓ガラス３６に設置され、他方の窓ガラス３６にアフォーカルレンズ群Ｃ（Ｄ）が設置される状態として、室内側に立体光学像がカラーにより表示される。

なお、図９および図１０で示す立体光学像表示窓装置１０，１０Ａに、前記した他の立体光学像表示装置を設置する構成としても構わない。また、立体光学像表示窓装置１０，１０Ａは、昼間のような光が強い環境であるときには、コンセントからアダプタ３９を抜いて電圧の供給を停止するようにする。
また、図示しないが、自動車、列車などの移動体の窓（サイドウインドなど）の一部に、建造物３０と同様に設置する構成としても構わない。
また、立体光学像表示装置Ａ，（Ａ１，Ａ２）は、隣接する当該要素レンズ（１ａ，８ａ，１１ａ，２１ａ，１８ａ，２８ａ）に光学遮光部（図示せず）を介在させて設ける構成としても構わない。

なお、以上の説明では、光を増倍して映像を認識できる光増幅装置として光電変換管（イメージインテンシファイア）を実施の形態として示したが、光増幅装置としては、その他、光によって電子を増倍させる光電流増倍素子と電気発光素子（ＥＬ)の組み合わせた複合素子を用いる構成であっても構わない（増倍電流特性として有機顔料／金属界面極微細構造を用いる）。

（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る立体光学像表示装置の断面状態を模式的に示す模式図である。 本発明に係る立体光学像表示装置の断面状態を模式的に示すと共に被写体と立体光学像の位置関係を示す模式図である。 本発明に係る立体光学像表示装置のＧＲＩＮレンズの構成を模式的に示す模式図である。 本発明に係る立体光学像表示装置の入射側ＲＧＢフィルタから出射側ＲＧＢフィルタまでの位置関係を示す模式図である。 本発明に係る立体光学像表示装置の入射側要素レンズおよび出射側要素レンズに凸レンズを使用した状態を示す模式図である。 本発明に係る立体光学像表示装置の入射側要素レンズおよび出射側要素レンズに１／４ＧＲＩＮレンズを使用した状態を示す模式図である。 本発明に係るアフォーカルレンズ群を入力側要素レンズ群の前に配置した立体光学像表示装置を示す模式図である。 本発明に係るアフォーカルレンズ群を出力側要素レンズ群の後方に配置した立体光学像表示装置を示す模式図である。 本発明に係る立体光学像表示窓装置を示す斜視図である。 本発明に係る立体光学像表示窓装置の他の構成を模式的に示す断面図である。

符号の説明

Ａ 立体光学像表示装置
Ｂ 光増倍装置
Ｃ アフォーカルレンズ群
Ｄ アフォーカルレンズ群
Ｐ 被写体
Ｓ 立体光学像
１ 入射側要素レンズ群
１ａ ３／４ＧＲＩＮレンズ（入射側要素レンズ）
２ 入射側ＲＧＢフィルタ
３ 入射光電面
４ マイクロチャンネルプレート
５ 蛍光面
６ 出射光面
７ 電圧供給手段
８ 出射側要素レンズ群
８ａ １／４ＧＲＩＮレンズ（出射側要素レンズ）
９ 出射側ＲＧＢフィルタ
１０ 立体光学像表示窓装置
３０ 建造物
３５ 窓面

Claims (10)

1. 入射側要素レンズをアレー状に整列して設けた入射側要素レンズ群と、この入射側要素レンズ群の各入射側要素レンズの光軸が一致するように出射側要素レンズをアレー状に整列して設けた出射側要素レンズ群と、前記入射側要素レンズ群に設けた赤緑青の色フィルタである入射側ＲＧＢフィルタと、前記出射側要素レンズ群に設けた赤緑青の色フィルタである出射側ＲＧＢフィルタとを備え、前記入射側ＲＧＢフィルタおよび前記出射側ＲＧＢフィルタは、前記入射側要素レンズおよび前記出射側要素レンズの光軸上において前記赤緑青の位置が一致するように整列して設けた立体光学像表示装置であって、
   前記入射側要素レンズ群による光学像を増倍する光増倍装置を、前記入射側要素レンズ群および前記出射側要素レンズ群の間に配置することを特徴とする立体光学像表示装置。
2. 前記光増倍装置は、入射側要素レンズ群による光学像から光電変換して前記光学像に対応した光電子を生成する入射光電面と、この入射光電面からの光電子を増倍するマイクロチャネルプレートと、このマイクロチャネルプレートからの光電子を光学像に変換する蛍光面を有する出射光面と、前記入射光電面、前記マイクロチャネルプレートおよび前記蛍光面に電圧を与える電圧供給手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の立体光学像表示装置。
3. 前記入射側要素レンズおよび前記出射側要素レンズの一方が、凸レンズ、または、中心から外周に向かって屈折率が異なる屈折率分布レンズであるＧＲＩＮレンズを用い、前記ＧＲＩＮレンズを、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の１／４とする長さに形成した１／４ＧＲＩＮレンズとし、かつ、
   前記入射側要素レンズおよび前記出射側要素レンズの他方が、中心から外周に向かって屈折率が異なる屈折率分布レンズであるＧＲＩＮレンズを用い、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の３／４とする長さに形成された３／４ＧＲＩＮレンズとしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体光学像表示装置。
4. 前記入射側要素レンズが凸レンズ、または、中心から外周に向かって屈折率が異なる屈折率分布レンズであるＧＲＩＮレンズを用い、前記ＧＲＩＮレンズを、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の１／４とする長さに形成した１／４ＧＲＩＮレンズとし、前記出射側要素レンズが凸レンズ、または、中心から外周に向かって屈折率が異なる屈折率分布レンズであるＧＲＩＮレンズを用い、前記ＧＲＩＮレンズを、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の１／４とする長さに形成した１／４ＧＲＩＮレンズとしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体光学像表示装置。
5. 前記入射側要素レンズ群または前記出射側要素レンズ群に対面して、所定距離を隔ててアレー状にアフォーカル光学系を整列したアフォーカルレンズ群を配置し、前記アフォーカルレンズ群は、縦倍率を負として光学像の奥行きを反転することを特徴とする請求項１または請求項４に記載の立体光学像表示装置。
6. 前記アフォーカルレンズ群は、前記アフォーカル光学系が、中心から外周に向かって屈折率が異なる屈折率分布レンズであるＧＲＩＮレンズであり、前記ＧＲＩＮレンズを、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の半周期とする長さに形成したことを特徴とする請求項５に記載の立体光学像表示装置。
7. 前記アフォーカルレンズ群は、前記アフォーカル光学系が、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軸上に配置して形成され、かつ、前記第１レンズエレメントの後焦点と第２エレメントの前焦点を一致させた単位複合レンズであることを特徴とする請求項５に記載の立体像光学装置。
8. 前記入射側要素レンズ群および前記出射側要素レンズ群は、隣接する当該要素レンズ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に記載の立体光学像表示装置。
9. 入射側要素レンズをアレー状に整列して設けた入射側要素レンズ群と、この入射側要素レンズ群の各入射側要素レンズの光軸が一致するように出射側要素レンズをアレー状に整列して設けた出射側要素レンズ群と、前記入射側要素レンズ群に設けた赤緑青の色フィルタである入射側ＲＧＢフィルタと、前記出射側要素レンズ群に設けた赤緑青の色フィルタである出射側ＲＧＢフィルタとを備え、かつ、前記入射側要素レンズ群による光学像を増倍する光増倍装置を、前記入射側要素レンズ群および前記出射側要素レンズ群の間に配置した立体光学像表示装置として、建造物または移動体の窓面の全部または一部に設け、
   前記入射側ＲＧＢフィルタおよび前記出射側ＲＧＢフィルタが、前記入射側要素レンズおよび前記出射側要素レンズの光軸上において前記赤緑青の位置が一致するように整列して設けられたことを特徴とする立体光学像表示窓装置。
10. 前記窓面を厚み方向に所定間隔をあけて２枚のガラス面を備える構成とし、前記ガラス面の一方に、前記出射側要素レンズ群または前記入射側要素レンズ群を同一平面となるように設置すると共に、前記ガラス面の他方に、前記出射側要素レンズ群または前記入射側要素レンズ群と対面して、光学像の奥行きを反転するアフォーカル光学系をアレー状に整列したアフォーカルレンズ群を配置したことを特徴とする請求項９に記載の立体光学像表示窓装置。

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