JP2002006781A

JP2002006781A - 偏光板を用いた擬似動画像表示装置

Info

Publication number: JP2002006781A
Application number: JP2000192138A
Authority: JP
Inventors: Nobumitsu Asahi; 伸光朝日
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】玩具などに利用される擬似動画像を表示
するための改良された装置を提供する。【解決手段】本発明の擬似動画像表示装置は、光源
と、この光源をとり囲む、第１の透明な多面体もしくは
曲面体であって、各々が所定の偏光方位を有する複数個
の偏光板切片が外部表面に貼付された第１の透明な多面
体もしくは曲面体と、この第１の多面体もしくは曲面体
をとり囲む第２の透明な多面体もしくは曲面体であっ
て、各々が所定の偏光方位を有する複数個の偏光板切片
が内部表面に貼付された第２の透明な多面体もしくは曲
面体とから構成される。そして、第１の多面体もしくは
曲面体及び第２の多面体もしくは曲面体のうちのいずれ
か一方、又は双方を回転させることにより、第１又は第
２の多面体もしくは曲面体の表面上に貼付された複数個
の偏光板切片の位置及びその偏光方位によって予め表わ
された画像パターンを視覚上動的に変化させるよう動作
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、玩具などに利用さ
れる擬似動画像を表示するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より知られている、玩具などに利用
される擬似動画像を表示する方法としては、図１に表示
されるような、観察の対象物たる原画像４の前面に縦格
子１（不透明バリア３とスリット２の交互の配列から成
るもの）を配置し、スリットを通して画像を観察するよ
うにしたパララックス方式（図１−（ａ））、及び対象
原画像６の前面に縦格子の代わりにカマボコ状の半円筒
レンズ５を複数配列して、所定のいくつかの視覚方向
（ａ、ｂ）から画像を観察するレンティキュラ方式（図
１−（ｂ））がある。これらの方式では、縦格子のスリ
ット／バリア又は半円筒レンズの幅に対応する所定幅の
局部画像断片のセット（Ａ、Ｂ）であって、動きの前後
における少なくとも２種類の画像断片セットが原画像と
して用いられる。そして、前者の方式では、縦格子もし
くは原画像を左右に移動させることにより、また、後者
の方式では、観察者（ロ）の視覚方向（ａ、ｂ）を、
（レンズの配列方向にそって）移動させることにより動
く画像が観察できる、というものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記パララックス方式
及びレンティキュラ方式においては、原理的にいって、
相前後する動きについての２種類の画像しか作成し得な
いため、画像の動きは極めて限定されたものとなる。ま
た、パララックス方式では、用いられる縦格子のバリア
効果のため画像の明度が半分に減少することとなる。

【０００４】従って、このような従来の擬似動画像表示
方法では、画像の局部領域の明暗の切り換えのみを利用
した簡単な画像の動きを表現し得るに留まった。この他
の擬似動画像の表示方法としては、偏光板を用いた画像
表示方式がある。この方式は、画像の局部領域の明度が
連続的に変化するものではあるが、表示される動画像
は、モノクロ画像であり、カラー画像ではなく、また画
像の動きも単純なパターンのものしか知られていない。
これに対して、近年の液晶ディスプレイ・デバイス等の
進歩により、薄型ディスプレイにより動画像を容易に表
示できるようになった。

【０００５】しかしながら、このような電子式ディスプ
レイは、どんな簡単な構成であっても電源が必要不可欠
であり、また画像の動きを制御するには、マイクロコン
ピュータや、デジタルＩＣなどの最小限の電子部品が必
要となる。このため簡単な玩具に利用できるような超安
価な動画ディスプレイを電子ディスプレイで実現するこ
とは困難である。

【０００６】本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑
みなされたもので、極めて簡単な構成でありながら、画
像のパターンを所定の動きの前後にわたって滑らかに視
覚上動的に変化させることの可能な擬似動画像表示装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の擬似動画像表示装置は、光源と、この光源
をとり囲む、第１の透明な多面体もしくは曲面体であっ
て、各々所定の偏光方位を有する複数個の偏光板切片が
外部表面に貼付された第１の透明な多面体もしくは曲面
体と、この第１の多面体もしくは曲面体をとり囲む第２
の透明な多面体もしくは曲面体であって、各々所定の偏
光方位を有する複数個の偏光板切片が内部表面に貼付さ
れた第２の透明な多面体もしくは曲面体とから構成され
る。そして、第１の多面体もしくは曲面体及び第２の多
面体もしくは曲面体のうちのいずれか一方、又は双方を
回転させることにより、第１又は第２の多面体もしくは
曲面体の表面上に貼付された複数個の偏光板切片の位置
及びその、偏光方位によって予め表わされた画像パター
ンを視覚上動的に変化させるよう動作する。

【０００８】本発明のある局面においては、局部画像の
直線運動もしくは回転運動を表現するために、複数個の
偏光板切片が、それらの偏光方位が所定の角度間隔で連
続的に変化するように列状もしくは円形状に並べられ
る。

【０００９】さらに、カラー画像を表示するために、本
発明の装置は、光源と、この光源をとり囲む、第１の透
明な多面体もしくは曲面体であって、外部表面に偏光板
及びその上を被覆する複屈折性材料膜から成る複数の切
片が貼付された第１の透明な多面体もしくは曲面体と、
第１の多面体もしくは曲面体をとり囲む、複数個の偏光
板切片が貼付された第２の多面体もしくは曲面体とから
構成される。

【００１０】そして、第１の多面体もしくは曲面体及び
第２の多面体もしくは曲面体のうちのいずれか一方、又
は双方を回転させることにより、第１又は第２の多面体
もしくは曲面体の表面に貼付された該複数個の切片の位
置及びその偏光板の偏光方位によって予め表わされた画
像パターンを視覚上動的に変化させるよう動作する。

【００１１】さらに、色彩パターンの変化を多様化させ
るために、第２の多面体もしくは曲面体の内部表面が、
複数個の複屈折性材料膜の切片で被覆される。

【００１２】また、発色の条件を満足させるようにする
ため、第１の多面体もしくは曲面体の外部表面に貼付さ
れた偏光板の偏光方位と、その偏光板の表面を被覆する
該複屈折性材料膜の結晶光学軸のなす角度θが、０度と
９０度の間の任意の値に設定され、好適には、色の鮮明
度を最大化するために、角度θは約４５度に設定され
る。そして、角度θを調整することにより色の鮮明度
を、また複屈折性材料膜の膜厚を調整することにより、
色相を夫々変化させるようになっている。また、発明の
装置を構成する多面体としては、典型的には円筒が用い
られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を、実施例に基
づき、図面を参照して、以下において説明する。

【００１４】図２は、本発明に従う擬似動画像表示装置
の基本構成を示す図である。本発明の擬似動画像表示装
置は、基本的に光源１９とこの光源１９をとり囲むよう
に配置される（透明もしくは半透明の）内側多面体２０
と、その多面体２０をとり囲むように配置される（やは
り、透明もしくは半透明の）外側多面体２１から構成さ
れる（図２−（ａ））。あるいは、多面体の代わりに内
側及び外側に位置する曲面体２３、２４から構成される
（図２−（ｂ））。そして、内側に位置する多面体２０
もしくは曲面体２３は、例えば、ターンテーブル２２、
２５に載置され、回転できるようになっている。図中
ア、イはターンテーブルの回転方向を示している。さら
に、図３に示されるように、内側に位置する多面体（も
しくは、曲面体）３０の外部表面、及び外側多面体（も
しくは、曲面体）３１の内側表面には複数個の（局部画
像に対応する）偏光板切片３２が貼付されている。尚、
内側多面体等の内部光源からの光を均一に外部に散乱さ
せるために、内側多面体等の内部表面を、すりガラス状
の半透明膜で被覆することが望ましい。

【００１５】図４は、本発明が利用する偏光板の基本機
能を示す図である。偏光面を有さない自然光４１が第１
の偏光板４２に入射すると出射光は平面偏光（直線偏
光）４３となり、この平面偏光４３が第２の偏光板４４
に入射する際、その入射光の偏光面４６が偏光板４４の
主面に対してなす角度θに依存して第２の偏光板４４か
らの出射光４５の強度（明るさ）が変わる。即ち、平面
偏光４３の偏光面が第２の偏光板４４の主面と平行（θ
＝０度）となるように入射した平面偏光はほぼ全部偏光
板４４を通過し、出射光の強度（明るさ）は最大となる
が、その偏光面が偏光板の主面と直角（θ＝９０度）に
なるように入射した平面偏光は偏光板４４によりほぼ全
部遮断され、出射光の強度は最小となる。θが０度と９
０度の間にあるとき、出射光の強度は、角度θに応じて
ほぼｃｏｓθに比例して変化する。図４の下に第２の偏
光板における出射光強度／入射光強度（即ち、透過率）
Ｔと、偏光波の入射角θの関係を簡単に示した。尚、本
発明についての以降の技術説明の便宜の為、（平面偏光
の透過率が最大となるときの）偏光板の主面方向を、偏
光板の板面内で一義的に特定される方位として、これを
偏光板の偏光方位と呼ぶことにする。図４では、４８及
び４９の矢印がこの偏光方位を象徴的に示している。

【００１６】図５は、上述したような偏光板の基本機能
を利用した、画像の運動を表現するための複数個の偏光
板切片の基本的な偏光方位パターンを示す図である。こ
れら、偏光方位パターンは、本発明の装置の第１の主要
構成要素である内側多面体（もしくは曲面体）の外部表
面にあしらわれるべきものである。図５において、５
１、５２、５３、５４、５５、５６、５７及び５８は、
夫々局部画像を表わす偏光板の切片である。そして、図
中各切片内に描かれている矢印は、その切片の偏光方位
を、また各切片の近傍に付されている数字は、その切片
の偏光方位角を表わしている。図５−（ａ）及び（ｂ）
は、画像の直線運動を表わすパターンであり、この偏光
方位パターンを有する局部画像を観察用の偏光板（以
降、偏光回転子と呼ぶ）を介してながめながら、その偏
光回転子の偏光方位を０度から１８０度に至るまで連続
的に右回転させると、図５−（ａ）の図形は最も明るい
部分が左端から次第に右方向へと移動し、最後に右端に
至るような画像の右方向直線運動が観察される。同様
に、図５−（ｂ）では、画像の左方向直線運動が観察さ
れる。次に、図５−（ｃ）及び（ｄ）は、画像の回転運
動を表現するパターンであって、偏光回転子を右回転さ
せると、図５−（ｃ）では右回転運動が、図５−（ｄ）
では左回転運動が夫々観察される。さらに、図５−
（ｅ）及び（ｆ）は、放射状運動を表現するパターンで
あって、偏光回転子を右回転させると、図５−（ｅ）で
は、放射方向外側に動く変化（発散運動）が、また図５
−（ｆ）では、放射方向内側に動く変化（収束運動）が
観察される。

【００１７】次に、図６は、本発明の装置の第２の主要
構成要素である外側多面体等として、円筒を用いる場合
の、その表面上に貼付される偏光板切片の偏光方位パタ
ーンを示す図である。図６は、図２−（ｂ）に示される
ような円筒２４の側面の展開図を示し、６０及び６５は
偏光板切片が貼付された円筒の側面を、ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ｅ、及びｆ（並びに、ｇ、ｈ、ｉ〜、ｍ）は、夫々
偏光方位０度、３０度、６０度……１５０度を有する偏
光板切片である。このように、偏光板切片の偏光方位は
３０度間隔で連続して変化している。

【００１８】上述の実施例においては、画像の局部的要
素である偏光板切片の明度が変化することによる画像の
運動パターン、つまり、モノクロ画像の運動パターンを
取り扱った。以下では、さらに画像をカラー化する方
法、及びカラー画像を動的に変化させる方法について説
明する。

【００１９】図７は、発色性画像切片の作成方法及びそ
の発色の様子を示す図である。図７−（ａ）に示される
ように、発色性画像切片７０は、偏光板７１の上部表面
を複屈折性材料膜７２で被覆した構造を有している。こ
こで、複屈折性材料膜７２は、その結晶光学軸が偏光板
７１の偏光方位に対して所定の角度θ₁（図の例では、
約４５度）をなすようにして配置される。一般に、この
ように作成された画像切片（即ち、複屈折性材料膜で被
覆された偏光板）を別の偏光板を介して観察するとき、
０＜θ₁＜９０（度）の条件の下で、複屈折性材料膜と
偏光板が重なる領域が着色して見える。そして、着色す
る色の色相は、複屈折性材料膜の膜厚に依存し、色の鮮
明度は偏光板の偏光方位と、複屈折性材料膜の結晶光学
軸とのなす角度θ₁に依存して定まる。図７−（ａ）の
右側の図は、上述のような、複屈折性材料膜７２で被覆
された偏光板７１から成る画像切片７０を象徴的に表わ
したものであり、７３及び７４は、夫々偏光板の偏光方
位及び複屈折性材料膜の光学軸の向きを表わしている。
図７−（ｂ）は、発色性画像切片の発色の様子を示す図
である。第１の偏光板７６の表面上を、（その光学軸が
偏光方位に対して約４５度の角度をなすようにして）複
屈折性材料膜７７で被覆し、さらにその表面上に、別の
偏光板７８（偏光回転子）をその偏光板７８の偏光方位
７９を第１の偏光板７６の偏光方位に対してθ₂の角度
をなすようにして配置して観察した場合の発色の状態を
示している。つまり、角度θ₂を変化させると、複屈折
性材料膜が重なっていない領域Ｃ₁、及び両者が重なっ
ている領域Ｃ₂の夫々の色は、図７−（ｂ）の下側の表
に示されているように角度θ₂に応じて変化する。

【００２０】Ｐは、複屈折性材料膜の膜厚に依存して定
まる色を示し、Ｑは色Ｐと補色関係にある色を示してい
る。上記光学現象が生じる理由は、次の通りである。

【００２１】まず、第１の偏光板７６に自然光（無数の
波長の光を含む非偏光波）が入射すると第１の偏光板か
ら（この偏光板の偏光方位と平行な偏光面を有する）平
面偏光波が出射する。この平面偏光波が複屈折性材料膜
に（その偏光面が複屈折性材料膜の光学軸に対してθ₁
の角度（この例では、約４５度）をなして）入射する
と、その平面偏光波は、内部で複屈折をおこし、互いに
振動面が直交する常光線と異常光線に分離する。しか
も、これら常光線と異常光線の伝播速度の差に起因し
て、特定の波長λの光について常光線と異常光線との間
でλ／２の長さだけ位相がずれ合う。このため、入射し
た平面偏光板の偏光面に対して角度２θ₁だけ回転した
偏光面をもつ波長λの平面偏光波を含む光波が、複屈折
性材料膜から出射される。ついで、この出射光波が第２
の偏光板（偏光回転子）に入射すると、波長λの偏光波
の偏光面が偏光回転子の偏光方位と平行になる場合に
は、その特定波長λの光が強調され、逆にλ偏光波の偏
光面と偏光回転子の偏光方位が直角になる場合には、そ
の特定波長λの光が弱められることになる。このよう
に、第１の偏光板７６に対する第２の偏光板（偏光回転
子）７８の偏光方位に応じて特定波長λの光が強調もし
くは低減された光が出射することになるので、偏光回転
子７８の偏光方位を調整することにより、特定波長λの
色の光、その補色の光もしくはそれらの中間に位置する
色の光を選択的に取り出すことが可能となる。

【００２２】したがって、図７（ａ）に示されるように
構成した発色性画像切片を、複数個図５に示されるよう
なパターン（所定の偏光方位角及び配置）に並べれば、
モノクロ画像と同様に色彩画像を動的に変化させること
が可能となる。

【００２３】図８は、上述したような、擬似動画像の構
成単位である画像切片を複数個所定のパターンで組み合
わせて作成された、実際の擬似動画像の応用例を示して
いる。図８に示される画像は全体として蒸気機関車が高
原を走る様を図案化して表わしたものである。図８にお
いて、数字１〜１５、アルファベット（小文字）ａ〜ｐ
及びかな文字イ〜オは、夫々所定の偏光方位を有するモ
ノクロ又は発色性の偏光膜切片が（透明基板上に）貼付
されるべき画像の局部区画を示している。尚、数字や文
字が付されていない区間は偏光膜切片が貼付されない区
間であって、透明基板の裏面に適当な色を付した部分で
ある。図８の画像により蒸気機関車が画面の左方向に進
行して行く様子を表現するために、画像の各局部区画に
は、次の表（表１）に示されるような偏光特性を有する
偏光膜切片が貼付される。

【００２４】

【表１】

【００２５】このように、夫々の偏光膜切片の偏光特性
を設定し、本発明の第１の主要構成要素である内側多面
体等の外部表面上にこれら切片を貼付するようにする。
ついで、この多面体等をとり囲むようにして、（例え
ば、図６に示されるような偏光方位パターンを有する）
偏光板が貼付された（本発明の第２の主要構成要素であ
る）外側多面体が配置される。そして、内側多面体もし
くは、外側多面体のいずれか一方又は双方を回転させる
ようにする。そうすると、（図５を参照して説明した本
発明の基本画像運動の法則に従って）視覚上、ピストン
（ｄ、ｅ、ｆ）が順に交互に切り換わり周期運動すると
共に、これに連動して、クランク（ｉ、ｌ、ｊ）及びク
ランク（ｋ、ｈ、ｍ）が夫々移動し、車輪（イ〜ト）が
左回転することとなる。また、（遠方の山々を象徴す
る）背景が右方向に流れ、煙突からは、煙が上部右方向
にたなびくことになる。

【００２６】以上、実施例に基づき本発明の構成及び動
作を説明したが、本発明はこれら実施例にのみ限定され
るものではなく、本発明の技術的範囲は、その原理から
逸脱することなく、種々の変更が可能であり、添付の特
許請求の範囲に従ってのみ定められるべきである。

【００２７】

【発明の効果】本発明の擬似画像表示手法によれば、画
像の動的パターンを種々作成でき、また、これらパター
ンを所定の動きの前後にわたって視覚上滑らかに動的に
変化させることができる。また、動画像の色彩も多様に
変化させることが可能である。しかも、本発明において
は、基本的に、装置の主要部を偏光板と複屈折性材料膜
（市販のセロハンテープで代用可）のみから構成できる
ため、作製が簡単であり、そのコストも極めて低く抑え
られ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の擬似動画像表示方式を示す図であ
る。

【図２】本発明の擬似動画像表示装置の基本的構成例を
示す外観図である。

【図３】図２に示す基本的構成例の断面図である。

【図４】本発明において利用される偏光板の基本的機能
を示す図である。

【図５】本発明の装置の第１の主要構成要素である内側
多面体等の外部表面に貼付される偏光切片の偏光方位パ
ターンを示す図である。

【図６】本発明の装置の第２の主要構成要素である外側
多面体等の内部表面に貼付される偏光板切片の偏光方位
パターンを示す図である。

【図７】本発明による発色性画像切片の一作成方法及び
その発色の様子を示す図である。

【図８】本発明による、複数の画像切片を組み合わせて
作成される、擬似動画像用の原画パターンの一実施例を
表わす図である。

【符号の説明】

２０、２３、３０内側多面体２１、２４、３１外側多面体もしくは曲面体２２、２５ターンテーブル３２、４２、４４、７１、７８偏光板７９偏光方位５１、５２〜５８偏光板切片ａ、ｂ〜ｍ偏光板切片７２、７７複屈折性材料膜７４結晶光学軸

フロントページの続きＦターム(参考） 2H049 BA02 BA06 BA17 BA42 BB02 BB03 BB05 BC12 BC22 2H099 AA00 BA09 CA00 CA11 DA05 5C096 AA11 AA27 BA01 BB08 BB18 BB22 BB40 BC13 BC15 BC16 CA02 CA14 CA18 CA28 CA32 CB07 CH11 DA02 DB10 DB13 DB18 DB26 FA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】擬似動画像を表示する装置であって、光源と、該光源をとり囲む第１の透明な多面体もしくは曲面体で
あって、各々所定の偏光方位を有する複数個の偏光板切
片が表面上に貼付された第１の透明な多面体もしくは曲
面体と、該第１の多面体もしくは曲面体をとり囲む第２の透明な
多面体もしくは曲面体であって、各々所定の偏光方位を
有する複数個の偏光板切片が表面上に貼付された第２の
透明な多面体もしくは曲面体とを含み、該第１の多面体もしくは曲面体及び該第２の多面体もし
くは曲面体のうちのいずれか一方、又は双方を回転させ
ることにより、該第１又は該第２の多面体もしくは曲面
体の表面上に貼付された該複数個の偏光板切片の位置及
びその偏光方位によって予め表わされた画像パターンを
視覚上動的に変化させるようにすることを特徴とする装
置。
【請求項２】請求項１に記載の装置において、さらに
該偏光板切片の上部表面が、複屈折性材料膜で被覆され
ている装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の装置において、該複数個の偏光板切片が、それらの偏光方位が所定の角
度間隔で連続的に変化するように列状に並べられている
装置。
【請求項４】請求項１又は２に記載の装置において、該複数個の偏光板切片が、それらの偏光方位が、所定の
角度間隔で連続的に変化するように円形状に並べられて
いる装置。
【請求項５】擬似動画像を表示する装置であって、光源と、該光源をとり囲む、第１の透明な多面体もしくは曲面体
であって、外部表面に、偏光板及びその上を被覆する複
屈折性材料膜から成る複数個の切片が貼付された第１の
透明な多面体もしくは曲面体と、該第１の多面体もしくは曲面体をとり囲む、複数個の偏
光板切片が貼付された第２の透明な多面体もしくは曲面
体とを含み、該第１の多面体もしくは曲面体及び該第２の多面体もし
くは曲面体のうちのいずれか一方、又は双方を回転させ
ることにより、該第１又は該第２の多面体もしくは曲面
体の表面に貼付された該複数個の切片の位置及びその偏
光板の偏光方位によって予め表わされた画像パターンを
視覚上動的に変化させるようにしたことを特徴とする装
置。
【請求項６】請求項５に記載の装置において、さらに
該第２の多面体もしくは曲面体の内部表面が、複数個の
複屈折性材料膜の切片で被覆されている装置。
【請求項７】請求項５又は６に記載の装置において、該第１の多面体もしくは曲面体の外部表面に貼付された
偏光板の偏光方位と、その偏光板の表面を被覆する該複
屈折性材料膜の結晶光学軸のなす角度θが、０度と９０
度の間の任意の値に設定されている装置。
【請求項８】請求項７に記載の装置において、該角度θを調整することにより色の鮮明度を、また該複
屈折性材料膜の膜厚を調整することにより色相を夫々変
化させるようにした装置。
【請求項９】請求項８に記載の装置において、該角度θが、約４５度に設定されている装置。
【請求項１０】請求項１乃至９に記載の装置におい
て、該第１及び第２の多面体もしくは曲面体が、円筒である
装置。