JP2015099187A - 立体視画像表示体 - Google Patents

Abstract

【課題】画像表示体において、立体視によって知覚される３次元画像を滑らかに変化させることができる立体視画像表示を可能とし、レンズサイズが大きくなることに伴う不都合を解消する。
【解決手段】立体視画像表示体１は、多数の要素画像１０が平面状に配列された画像担体２と、多数のレンズ１２が各要素画像に対応して平面状に配列され、画像担体とは反対側の表面３ａが平坦に形成されたレンズアレイ３と、画像担体２とレンズアレイ３との間を埋める中間層４と、を備え、要素画像１０は複数の画素１１をそれぞれ含み、視点位置に応じ、レンズアレイ３を介して、要素画像１０における所定位置の画素１１の集合によって視差画像を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体視画像表示体に関する。

クレジットカード等の認証物品や、商品券等の有価証券や、紙幣などには、偽造・模造を防止するためのラベル状の画像表示体が貼り付けられている。この種の画像表示体として、２次元画像が観察方向に応じて変化するように構成された画像表示体が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された画像表示体は、多数の要素画像が平面状に配列された画像担体と、多数のレンズが平面状に配列されたレンズアレイとを備えている。要素画像は複数の領域に区分され、各領域には複数種の凹凸パターンから任意に選ばれる一種の凹凸パターンが形成されている。観察方向に応じ、レンズアレイを介して、各要素画像における所定位置の領域の凹凸パターンが観察され、これらの凹凸パターンの集合によって観察方向に応じた２次元画像が生成される。

特開２０１２−１０８２２６号公報

偽造・模造を防止するための画像表示体には、セキュリティ性を高める観点から立体視画像表示が望まれる。さらに、立体視によって知覚される３次元画像が観察方向に応じて変化することが好ましい。

立体視画像表示の方式としては観察者に両眼視差を与える方式があり、両眼視差を与える方式は、例えばテレビや携帯端末などのディスプレイにおける立体視画像表示に利用されている。この種のディスプレイは、表示パネルと、レンズアレイとを備えており、レンズアレイの各レンズには表示パネルの複数のピクセル（ピクセル群）が対応付けられている。視点位置に応じ、レンズアレイを介して、各ピクセル群における所定位置のピクセルが目視され、これらのピクセルの集合によって視点位置に応じた視差画像が生成される。

両眼視差に基づく立体視によって知覚される３次元画像の変化を滑らかなものとするには、多視点の視差画像を生成する必要がある。しかし、多視点の視差画像を生成するにはレンズアレイの各レンズに多数のピクセルを対応させる必要があり、それに伴ってレンズサイズも大きくなる。認証物品や有価証券や紙幣などにあっては、画像表示体のレンズサイズが大きくなると、凸状のレンズが他の物品に引っ掛かるといった不都合が生じ得る。

本発明の目的は、上述した課題に鑑みなされたものであり、立体視によって知覚される３次元画像を滑らかに変化させることができる立体視画像表示を可能とし、レンズサイズが大きくなることに伴う不都合を解消することができる立体視画像表示体を提供することにある。

多数の要素画像が平面状に配列された画像担体と、多数のレンズが前記各要素画像に対応して平面状に配列され、前記画像担体とは反対側の表面が平坦に形成されたレンズアレイと、前記画像担体と前記レンズアレイとの間を埋める中間層と、を備え、前記要素画像は、複数の画素をそれぞれ含み、視点位置に応じ、前記レンズアレイを介して、前記要素画像における所定位置の画素の集合によって視差画像を生成する立体視画像表示体。

本発明によれば、画像表示体において、立体視によって知覚される３次元画像を滑らかに変化させることができる立体視画像表示を可能とし、レンズサイズが大きくなることに伴う不都合を解消することができる。

本発明の実施形態を説明するための、立体視画像表示体の一例の斜視図である。 図１の立体視画像表示体の平面図である。 図１の立体視画像表示体による画像表示を説明する模式図である。 図１の立体視画像表示体の断面図である。 図１の立体視画像表示体のレンズの曲率半径とレンズの屈折率との関係の一例を示すグラフである。 図１の立体視画像表示体の変形例の平面図である。 図１の立体視画像表示体の他の変形例の平面図である。 図１の立体視画像表示体の他の変形例の平面図である。 図１の立体視画像表示体の他の変形例の平面図である。 図１の立体視画像表示体の他の変形例の平面図である。 図１の立体視画像表示体の他の変形例の平面図である。 図１の立体視画像表示体の他の変形例の斜視図である。 図１２の立体視画像表示体の変形例の平面図である。 本発明の実施形態を説明するための、立体視画像表示体の一例の画像担体の構成を示す図である。 図１４の画像担体を備える立体視画像表示体による画像表示を説明する模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の実施形態を説明するための、立体視画像表示体の一例を示す。

立体視画像表示体１は、例えば認証物品や有価証券や紙幣などの物品に貼り付けられるラベル状の立体視画像表示体であって、画像担体２及びレンズアレイ３を備え、画像担体２とレンズアレイ３とは中間層４を介して貼り合わされている。そして、画像担体２が認証物品や有価証券や紙幣などの物品に接着されて、立体視画像表示体１は物品に貼り付けられる。

画像担体２は、平面状に配列された多数の要素画像１０を有している。要素画像１０は複数の画素１１を含んで構成され、各画素１１には固有の絵柄が形成されている。図示の例では、要素画像１０は正方格子状に配列されており、また要素画像１０は、９個の画素１１を含み、これらの画素１１が縦３画素、横３画素に配列されて構成されているが、要素画像１０の配列や、要素画像１０に含まれる画素１１の数及び要素画像１０における画素１１の配列は上記の構成に限られるものではない。

レンズアレイ３は、平面状に配列された多数のレンズ１２を有している。レンズ１２は、要素画像１０と同様に配列されており、要素画像１０に対応付けられている。図示の例では、レンズ１２は、平面視で略円形状に形成されており、正方格子状に配列されているが、レンズ１２の形状及び配列は上記の構成に限られるものではない。

図３は、立体視画像表示体１による画像表示を模式的に示す。

各要素画像１０における所定位置の画素１１から発せられた光は、レンズアレイ３を介して視点Ｐに集光される。即ち、視点Ｐに目を置くと、レンズアレイ３を介して、各要素画像１０における所定位置の画素１１が目視される。これらの画素１１の集合によって視点位置Ｐに応じた視差画像Ｉが生成される。

要素画像１０に含まれる画素１１を多くする、つまりは、視点Ｐの数を多くすることにより、立体視によって知覚される３次元画像を滑らかに変化させることができる。ここで、人間の視野が水平方向（両眼の並び方向）に相対的に広く、また人間の立体知覚において水平方向の視差が支配的であることを考慮して、想定される立体視画像表示体１の観察のされ方において水平方向に対応する方向の視点数は、少なくとも３視点、好ましくは４視点以上、より好ましくは８視点以上、さらに好ましくは１２視点以上である。

図４は、立体視画像表示体１の断面を示す。

立体視画像表示体１は、上述したとおり、平面状に配列された多数の要素画像１０を有する画像担体２と、平面状に配列された多数のレンズ１２を有するレンズアレイ３と、画像担体２とレンズアレイ３との間に介在する中間層４とを備えている。

要素画像１０に含まれる画素１１の絵柄は、例えば可視光を回折、散乱、又は吸収する凹凸構造によって構成することができ、この凹凸構造は、例えば電子線描画装置を用い、画像担体２に直接描画することによって形成することができる。

画素１１の絵柄が凹凸構造によって構成される場合に、画像担体２の材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、スチレン系樹脂及びアクリル系／スチレン系共重合樹脂などの熱可塑性樹脂又は紫外線硬化性樹脂を用いることができる。また、画像担体２の材料としては、珪酸塩を含んだ無機系材料を用いることもできる。画像担体２は、透明であってもよく、不透明であってもよい。

画像担体２の材料として熱可塑性樹脂材料が用いられる場合に、画素１１の絵柄を構成する凹凸構造は、例えば適宜な基材上に熱可塑性樹脂層を設け、この熱可塑性樹脂層に微細な凹凸パターンが形成された型を加熱して押し当て、その後、基材及び型を取り除くことによって形成することができる。また、画像担体２の材料として紫外線硬化性樹脂材料が用いられる場合に、画素１１の絵柄を構成する凹凸構造は、例えば適宜な基材上に紫外線硬化性樹脂層を設け、この紫外線硬化性樹脂層に微細な凹凸パターンが形成された型を押し当て、その状態で基材側から紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂層を硬化させ、その後、基材及び型を取り除くことによって形成することができる。なお、基材は残すこともできる。

上記の型は、例えば電子線描画装置を用いて製造することができる。具体的には、レジスト層への電子線描画によって凹凸パターンが形成された原版を製造し、電鋳により、原版に形成された凹凸パターンが転写された型を得る。そして、得られた型の凹凸パターンが転写された複数の樹脂版を製造し、これら樹脂版から、電鋳によって複数の型を製造する。

画素１１の絵柄が凹凸構造によって構成される場合に、画像担体２の表面を反射層で被覆してもよい。反射層を設けることにより、凹凸構造の回折効率を高めることができる。

反射層は、例えば金属や金属の酸化物、硫化物、又はフッ化物からなり、例えば真空蒸着法やスパッタリング法などの気相堆積法により形成することができる。

反射層を形成する金属としては、例えばアルミニウム、銀、スズ、亜鉛、鉄、ニッケル、クロム、コバルト若しくはこれらを含む合金を用いることができる。また、反射層を形成する金属の酸化物、硫化物、又はフッ化物としては、例えば硫化亜鉛、フッ化マグネシウム、二酸化珪素、フッ化カルシウム、フッ化セリウム、フッ化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、二酸化ジルコニウム、フッ化マグネシウム、二酸化チタンフッ化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化錫を用いることができる。

なお、画素１１の絵柄の形成方法は、上記のものに制限されるものではない。絵柄の形成にかかるコストを抑えたい場合などには、着色インキ等で形成される印刷画像によって画素１１の絵柄を構成することもでき、印刷画像は、例えば凸版印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷、平版印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等の各種の印刷方式によって形成することができる。

レンズアレイ３のレンズ１２は、正のパワーを有する略半球状の平凸レンズであり、レンズ１２が配列されたレンズアレイ３は、一方の表面３ａが平坦に形成されている。

レンズアレイ３の材料としては、例えばアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系／スチレン系共重合樹脂、等の熱可塑性樹脂、又は紫外線硬化性樹脂を用いることができる。また、レンズアレイ３の材料としては、珪酸塩を含んだ無機系材料を用いることもできる。

レンズアレイ３の材料として熱可塑性樹脂が用いられる場合に、レンズアレイ３は、例えば適宜な基材上に熱可塑性樹脂層を設け、この熱可塑性樹脂層に、レンズ１２の形状及び配列に対応して複数の凹部が設けられた型を加熱して押し当て、その後、基材及び型を取り除くことによって形成することができる。また、レンズアレイ３の材料として紫外線硬化性樹脂が用いられる場合に、レンズアレイ３は、例えば適宜な基材上に紫外線硬化樹脂層を設け、この紫外線硬化性樹脂層に、レンズ１２の形状及び配列に対応して複数の凹部が設けられた型を押し当て、その状態で基材側から紫外線を照射して樹脂層を硬化させ、その後、基材及び型を取り除くことによって形成することができる。なお、基材が透明である限りにおいて、基材を残すこともできる。

上記の型は、例えば電子線描画装置を用いて製造することができる。

レンズアレイ３は、平坦に形成されている表面３ａとは反対側の表面、即ちレンズ１２の凸面の集合によって構成される面を画像担体２側に向け、中間層４を介して画像担体２上に配置される。中間層４は、透明であり、画像担体２とレンズアレイ３との間を埋めて、画像担体２とレンズアレイ３とを貼り合わせている。

中間層４の材料としては、例えばシリコーン系樹脂やアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂を用いることができる。

以上の構成において、画像担体２が物品に接着されて物品に貼り付けられた立体視画像表示体１はレンズアレイ３の表面３ａを露呈させるが、レンズアレイ３の表面３ａは平坦に形成されているので、レンズ１２のサイズにかかわらず、他の物品との引っ掛かりが解消される。

なお、立体視画像表示体１は物品に貼り付けられるラベル状の立体視画像表示体であるものとして説明したが、物品を画像担体として用い、例えば印刷によって要素画像１０を物品上に直接形成し、その上に中間層４及びレンズアレイ３を設けて、物品そのものを立体視画像表示体としてもよい。

ここで、レンズアレイ３の平坦な表面３ａから画像担体２までの距離をｆ、レンズ１２の曲率半径をＲ、レンズ１２の屈折率をｎ_１、中間層４の屈折率をｎ_２として、次式（１）を満たすことが好ましい。

Ｒ＝−ｆ×（ｎ_１−ｎ_２）／ｎ_２・・・（１）

なお、レンズ１２は、本例では略半球状の球面レンズであるものとして説明したが、非球面レンズであってもよく、非球面レンズである場合に、式（１）における曲率半径Ｒは近軸曲率半径とする。

画像担体２の要素画像１０と、この要素画像１０に対応するレンズ１２の焦点との距離が短くなるほどに鮮明な画像表示が可能であり、式（１）を満たすことにより、要素画像１０が対応するレンズ１２の焦点に配置される。

また、レンズアレイ３におけるレンズピッチは、好ましくは０．００８ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下である。レンズピッチが小さすぎる（レンズ１２の直径が小さすぎる）と、１レンズあたりに含むことができる画素数が限られてしまい、視点数の減少に伴って視覚効果（立体視によって知覚される３次元画像の変化の滑らかさ）が低下するか、１画素あたりのサイズが限られてしまい、画素の絵柄の形成方法による解像度との関係で視差画像の精細感が低下する。一方、レンズピッチが大きすぎる（レンズ１２の直径が大きすぎる）と、視点間の距離が広がり、やはり視覚効果が低下する。また、レンズピッチが大きすぎると、隣り合うレンズとのクロストークの問題が生じ、又は、レンズアレイ３の平坦な表面３ａから画像担体２までの距離ｆは現実的には０．０３ｍｍ以下であることが要請されるが、この距離ｆを更に長くしないと集光が難しくなるといった問題が生じる。

また、レンズ１２の屈折率ｎ_１は、好ましくは１．５９以上２．１２以下であり、より好ましくは１．７４以上２．１以下である。式（１）において中間層４の屈折率ｎ_２及び距離ｆが定まると、レンズ１２の曲率半径Ｒと屈折率ｎ_１との関係が求まる。距離ｆを０．０３ｍｍとし、中間層４の屈折率ｎ_２をシリコーン樹脂の屈折率１．４として、レンズ１２の曲率半径Ｒと屈折率ｎ_１との関係を図５に示す。略半球状の平凸レンズであるレンズ１２の曲率半径Ｒはレンズピッチの半分程度であって、レンズアレイ３におけるレンズピッチの好ましい範囲（０．００８ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下）から、レンズ１２の曲率半径Ｒは０．００４ｍｍ以上０．０１５ｍｍ以下であり、図５に示すレンズ１２の曲率半径Ｒと屈折率ｎ_１との関係から、レンズ１２の屈折率ｎ_１は１．５９以上２．１２以下となる。

また、図示の例のように、レンズアレイ３の表面３ａに機能性膜２２を形成してもよい。レンズアレイ３の表面３ａは平坦に形成されているため、例えば塗布などの簡便な方法によって機能性膜２２を形成することができる。

機能性膜２２としては、反射防止膜を例示することができる。多視点の視差画像Ｉを表示することによって視域が拡大されるが、レンズアレイ３の表面３ａに反射防止膜を形成することにより、視域の広範囲で鮮明な画像を提示することが可能となる。なお、機能性膜２２は、例えばハードコート膜や帯電防止膜や防汚膜などであってもよい。

以下、立体視画像表示体１の変形例について説明する。

要素画像１０及びレンズ１２の配列は、正方格子状に限らず、図６に示す例のようにハニカム状としてもよい。要素画像１０及びレンズ１２をハニカム状に配列することにより、要素画像１０及びレンズ１２を極めて密に配置することができ、例えば画像解像度を高めることができる。

また、レンズ１２は、平面視で略円形状に限らず、隣り合うレンズ間の隙間を埋めた形状としてもよく、例えばレンズ１２が正方格子状に配列される場合に、レンズ１２は平面視で略正方形状とし、また、レンズ１２がハニカム状に配列される場合には、図７に示す例のように、レンズ１２は平面視で略六角形状としてもよい。

また、要素画像１０における画素１１の配列は、人間の視野が水平方向（両眼の並び方向）に相対的に広く、また人間の立体知覚において水平方向の視差が支配的であることを考慮して、水平方向に対応する方向の画素数を相対的に多くしてもよく、例えば図８に示す例のように、縦２画素、横４画素としてもよい。

なお、以上の例では、要素画像１０を構成する複数の画素１１が島状に群をなしてレンズ１２毎に設けられているが、図９、図１０、図１１に示すように、画素１１が等ピッチで一様に設けられ、その上にレンズ１２が等ピッチで一様に設けられていてもよい。

また、レンズアレイ３について、略円形状や略六角形状のレンズ１２が二次元状に配列されているものとして説明したが、水平方向の視差のみ与えるものとして、図１２に示す例のように、シリンドリカル形状のレンズ１２が一次元状に配列されたものであってもよい。

そして、レンズ１２の形状をシリンドリカル形状とする場合に、図１３に示す例のように、画素１１の縦横の並びに対してレンズ１２の長手方向が交差するようにレンズ１２を配列してもよい。このようにレンズ１２を配置することにより、シリンドリカル形状のレンズであっても垂直方向の視差を与えることができ、また、モアレを低減し、画質を高めることができる。

また、本発明は、要素画像１０の絵柄を高解像度で形成し得る場合には、レンズアレイ３を介して要素画像１０が観察される立体視画像表示体に適用可能である。例えば、図１４に示すように、それぞれが僅かに異なる複数の要素画像１０が描かれた画像担体２を用意し、その画像担体２の上にレンズアレイ３を配置することで、図１５に示すような立体像を再生する、いわゆるインテグラルフォトグラフィー方式の立体視画像表示体にも適用することができる。

以上説明したとおり、本明細書には下記の事項が開示されている。

（１） 多数の要素画像が平面状に配列された画像担体と、多数のレンズが前記各要素画像に対応して平面状に配列され、前記画像担体とは反対側の表面が平坦に形成されたレンズアレイと、前記画像担体と前記レンズアレイとの間を埋める中間層と、を備え、前記要素画像は、複数の画素をそれぞれ含み、視点位置に応じ、前記レンズアレイを介して、前記要素画像における所定位置の画素の集合によって視差画像を生成する立体視画像表示体。
（２） 上記（１）の立体視画像表示体であって、前記レンズアレイの前記表面から前記画像担体までの距離をｆ、前記レンズの曲率半径をＲ、前記レンズの屈折率をｎ_１、前記中間層の屈折率をｎ_２として、次式を満たす立体視画像表示体。
Ｒ＝−ｆ×（ｎ_１−ｎ_２）／ｎ_２
（３） 上記（１）又は（２）の立体視画像表示体であって、前記レンズアレイにおけるレンズピッチが、０．００８ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下である立体視画像表示体。
（４） 上記（３）の立体視画像表ラベルであって、前記レンズの屈折率が、１．５９以上２．１２以下である立体視画像表示体。
（５） 上記（１）から（４）のいずれか一つの立体視画像表示体であって、前記レンズアレイの前記表面に機能性膜が形成されている立体視画像表示体。
（６） 上記（５）の立体視画像表示体であって、前記機能性膜は反射防止膜である立体視画像表示体。

１ 立体視画像表示体
２ 画像担体
３ レンズアレイ
３ａ レンズアレイの表面
４ 中間層
１０ 要素画像
１１ 画素
１２ レンズ
２２ 機能性膜

Claims (6)

1. 多数の要素画像が平面状に配列された画像担体と、
   多数のレンズが前記各要素画像に対応して平面状に配列され、前記画像担体とは反対側の表面が平坦に形成されたレンズアレイと、
   前記画像担体と前記レンズアレイとの間を埋める中間層と、
   を備え、
   前記要素画像は、複数の画素をそれぞれ含み、
   視点位置に応じ、前記レンズアレイを介して、前記要素画像における所定位置の画素の集合によって視差画像を生成する立体視画像表示体。
2. 請求項１記載の立体視画像表示体であって、
   前記レンズアレイの前記表面から前記画像担体までの距離をｆ、前記レンズの曲率半径をＲ、前記レンズの屈折率をｎ_１、前記中間層の屈折率をｎ_２として、次式を満たす立体視画像表示体。
   Ｒ＝−ｆ×（ｎ_１−ｎ_２）／ｎ_２
3. 請求項１又は２記載の立体視画像表示体であって、
   前記レンズアレイにおけるレンズピッチが、０．００８ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下である立体視画像表示体。
4. 請求項３記載の立体視画像表示体であって、
   前記レンズの屈折率が、１．５９以上２．１２以下である立体視画像表示体。
5. 請求項１から４のいずれか一項記載の立体視画像表示体であって、
   前記レンズアレイの前記表面に機能性膜が形成されている立体視画像表示体。
6. 請求項５記載の立体視画像表示体であって、
   前記機能性膜は反射防止膜である立体視画像表示体。