JP2019198279A

JP2019198279A - 照明装置

Info

Publication number: JP2019198279A
Application number: JP2018095554A
Authority: JP
Inventors: 聖悟山下; Seigo Yamashita
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2019-11-21

Abstract

【課題】生物等に対して人工的に着色せず、また、比較的小規模の構成で、観賞魚等の生物を着色するといった演出が可能な照明装置を提供する。【解決手段】情報処理装置３から入力される指示に従って画像を表示するディスプレイ装置を光源１０として、または、自然光を光源として、偏光面を第１の面とする照明光を生成し、照明対象物が配される空間に対して放射する第１偏光部２０と、照明対象物が配された空間を通じて到来する光のうち、第１の面に直交する第２の面を偏光面とする光を透過する第２偏光部３０とを有する照明装置１である。【選択図】図１

Description

本発明は、水槽等を照明する照明装置に関する。

近年、観賞魚等の生物に対し、人工的に着色を施す技術がある（非特許文献１）。

こうした技術には例えば、着色した食料を与える方法や、レーザによっていわばタトゥーを施す方法、遺伝子組み換え等の方法が採用されているのが現状である。

"Painted Fish"、[online]、[平成30年5月10日検索]、インターネット<URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Painted_fish>

しかしながら、観賞のためにこのように人工的に着色した生物は、人工的に着色していない同種生物に比べ、健康上の問題が生じることも知られてきている。

また、近年では水族館等の演出のため、魚類が遊泳する水槽内にプロジェクタ等で画像を投影することも行われているが、このような装置では、設備が大規模になってしまう。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、生物等に対して人工的に着色せず、また、比較的小規模の構成で、観賞魚等の生物を着色するといった演出が可能な照明装置を提供することを、その目的の一つとする。

上記従来例の問題点を解決する本発明の一態様は、照明装置であって、情報処理装置から入力される指示に従って画像を表示するディスプレイ装置を光源として、または、自然光を光源として、偏光面を第１の面とする照明光を生成し、照明対象物が配される空間に対して放射する第１偏光手段と、前記照明対象物が配された空間を通じて到来する光のうち、前記第１の面に直交する第２の面を偏光面とする光を透過する第２偏光手段とを有することとしたものである。

このように本発明の一態様によると、生物等に対して人工的な着色を施すことなく透過的な照明により着色して演出するので、生物体に直接、人工的な加工をする必要がなく、また、投影に比べ比較的簡易な構成で、生物等の対象物を着色、照明できる。

本発明の実施の形態に係る照明装置の例を表す概略の斜視図である。本発明の実施の形態に係る照明装置の光源であるディスプレイ装置での画像表示例を表す説明図である。本発明の実施の形態に係る照明装置の一例を表す断面図である。本発明の実施の形態に係る照明装置による照明の例を表す説明図である。本発明の実施の形態の照明装置の別の例の光源体を用いた例に係る断面図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において各部の大きさやその比等は一例であり、本実施の形態の例は、図示等した大きさや比率に限られるものではない。

本実施の形態の照明装置１は、図１に例示するように、光源部１０と、第１偏光部２０と、第２偏光部３０とを含んで構成される。また本実施の形態の一例では、照明の対象は、各面が光透過性のあるガラスなどの材質で構成された、六面体状の水槽２であるものとする。図１は、本実施の形態の照明装置１の概略を表す斜視図である。なお図１では、第１，第２偏光部２０，３０を図示の都合上、厚みのあるものとして図示しているが、本実施の形態の第１，第２偏光部２０，３０はフィルムのように比較的薄いものであってもよい。

本実施の形態の一例では、光源部１０はディスプレイ装置である。このディスプレイ装置は、液晶ディスプレイ装置や、自発光型の有機ＥＬパネル等を用いることができる。また光源部１０であるディスプレイ装置の大きさ（表示画面のサイズ）は、照明の対象が配される空間の大きさに合わせておく。例えば光源部１０の大きさは、水槽２の背面２ｂと実質的に同じ、あるいは、水槽２の背面２ｂよりも大きいものとする。なお、本実施の形態のある例では、複数のディスプレイ装置を直線状あるいはマトリクス状に配列して光源部１０を構成してもよい。本実施の形態のこの例では、光源部１０であるディスプレイ装置は、情報処理装置３に接続され、情報処理装置３から入力される指示に従って画像を表示する。

第１偏光部２０は、少なくとも水槽２の背面２ｂを覆う大きさの偏光板であり、光源部１０の発光面（ディスプレイ装置の面）と、水槽２の背面２ｂとの間に、水槽２の背面２ｂに重ね合わせて配される。この第１偏光部２０は、水槽２の背面２ｂに、粘着性のあるテープ等で貼り付けて固定する。

第１偏光部２０は、光源部１０が放射する光を偏光して、偏光面（電場ベクトルの振動方向）を第１の面とする、直線偏光された照明光を生成する。ここで第１の面は、例えば水槽２が配されている設置面に対して水平（０°）な面とする。第１偏光部２０を透過した光は、水槽２の背面２ｂを通じて、照明対象物が配される、水槽内の空間に対して放射される。なお、この第１の面は、光源部１０が液晶ディスプレイである場合など、光源部１０の光がそもそも直線偏光されている場合は、当該光を透過するような角度に設定する。

第２偏光部３０は、少なくとも水槽２の正面２ｆを覆う大きさの偏光板であり、水槽２の正面２ｆに重ね合わせ、水槽２の正面２ｆに粘着性のあるテープ等で貼り付けて固定する。

この第２偏光部３０は、光源部１０が放射し、第１偏光部２０を通じ、さらに水槽２内を通じて到来した光を偏光して、偏光面を第２の面とする光を透過させる。ここで第２の面は第１偏光部２０の第１の面とは異なる角度の面であるものとし、例えば第１の面に直交する面（ここでの例では、第１の面が水槽２の設置面に水平な面であるものとしているので、第２の面は水槽２の設置面に垂直な面となる）であるものとする。

本実施の形態の一例において、光源部１０であるディスプレイ装置に接続された情報処理装置３は、例えば一般的なウィンドウズオペレーティングシステム等を実行するパーソナルコンピュータで構わない。

この情報処理装置３は、光源部１０であるディスプレイ装置に対して、例えば、図２に例示するように、複数の矩形状の図形を表示する。ここで互いに隣接する矩形状の図形は互いに異なる色で塗りつぶしてあるものとする。例えば、図２（ａ）の例では赤、橙、黄、緑、水色、青、紫の順で配色された７つの矩形状の図形を配列して表示する例を示す（なお、図示の都合上、互いに異なる色を互いに異なるハッチング等で示している）。

またこの情報処理装置３は、光源部１０であるディスプレイ装置に対して、矩形状の図形だけでなく、図２（ｂ）に例示するように黒色背景中に白色のドットを配したパターンを表示することとしてもよいし、図２（ｃ）に例示するように魚の名前等を表す文字列の画像を表示してもよい。またこの情報処理装置３は、所定のタイミングごとに（例えば定期的に）、画像を切り替えてもよい。この切り替えの速度は利用者が適宜定めればよい。また、画像はアニメーションのように動的に変化するもの（動画等）であってもよい。例えば文字列はスクロール表示されてもよい。

さらに本実施の形態の一例では、この照明装置１により照明される水槽２には水を入れ、底部に砂利などを敷いて水草を置き、魚類等の水生生物を導入しておく。すなわち、本実施の形態の水槽２は、第１偏光部２０と、第２偏光部３０との間に配され、当該水槽２は、照明対象物である水生生物を内包可能なよう、当該水生生物の生命維持に適した環境を形成できる程度の大きさを有し、また当該環境を実現するために、水等を注入したときに漏洩せず、水槽２内の水温や気温を維持する装置等を導入可能なものであるとする。

なお、本実施の形態の例において水槽２に導入される生物は、体の少なくとも一部に光透過性のある種類のもの、例えばシルバー・ハチェット、トランスルーセント・グラス・キャットフィッシュ、ヤマトヌマエビ、アフリカン・ランプアイ等が好適であるが、これらに限られるものではない。

［動作］
水槽２に水を入れて底部に砂利などを敷いて水草を置き、シルバー・ハチェット等、体の少なくとも一部に光透過性のある魚類を導入する。

水槽２の背面２ｂに第１偏光部２０である偏光板を重ね合わせて固定する。このとき、第１偏光部２０は、その偏光面（第１の面）が水槽２の設置面に水平な面になるように配する。また水槽２の正面２ｆには第２偏光部３０である偏光板を重ね合わせて固定する。第２偏光部３０の偏光面（第２の面）は、第１の面に直交し、水槽２の設置面に垂直な面となるように、第２偏光部３０を配置する。

また、水槽２の背面２ｂ側に、第１偏光部２０を挟んで背面２ｂから照明することとなるよう、情報処理装置３に接続された光源部１０を配置する。これにより、光源部１０が放射した光が第１偏光部２０を通じて、水槽２の背面２ｂ側から正面２ｆ側に向かって照射される。

この光は、水槽２内の魚類の光透過性のある部分を通過するときに散乱し、散乱によって偏光面が第１の面から変化する（偏光角が変化する）こととなる。

水槽２の正面２ｆに配された第２偏光部３０には、第１偏光部２０及び水槽２内を通じて光源部１０からの光が到来するが、偏光角が変化していない部分（水槽２内の魚類を透過していない部分）については、第１、第２偏光部２０，３０の偏光面が直交しているため、観察者が水槽２の正面２ｆ側から水槽２を見たとき、黒色に視認される。

一方、偏光角が変化した部分（水槽２内の魚類を透過した部分）については偏光角の変化により、第２の面内の光の成分が生じて、第２偏光部３０を通じて当該光を視認可能となる。つまり、観察者が水槽２の正面２ｆ側から水槽２を見たとき、観察者の視野内で、水槽２内の魚類の透過部を通じて到来する光源部１０から到来する光の一部の色（ディスプレイ装置の面のうち、水槽２内の魚類の透過部を通じた方向にある画素の色）が、視認されることとなる。

この配置を、水槽２の側面に平行な面で破断した断面で見ると、図３に例示するように、光源部１０であるディスプレイ装置からの光が第１偏光部２０である偏光板を介して水槽２内に導入され、水槽２内を通過して第２偏光部３０に至るようになっている。このとき、水槽２内に導入されている魚等、光透過性を有する部分Ｆがあると、当該部分Ｆで散乱した光の偏光面が変化するので、第２偏光部３０を介して、当該光透過性を有する部分を通じた光（ディスプレイ装置の面のうち、水槽２内の魚類の透過部を通じた方向にある画素Ｘの色）が第２偏光部３０を通じて、外部に透過する。

従って、光源部１０のディスプレイ装置に対して図２（ａ）に例示した画像を表示すると、図４（ａ）に例示するように、魚が橙の矩形に重なる位置に視認されている場合、その透明部分（背びれ等）が橙に着色された状態で視認されることとなる（図４（ｂ））。また、魚の透明でない部分など、偏光面が変化しない部分は、周辺にある透明部分を透過する光に照明されて魚の体の本来の色が視認されるか、あるいは影となるなどして黒色に視認される（図では、視認性を考慮して、黒色部分を着色していない）。図４（ａ）は、仮想的に、第２偏光部３０を除いて視認した場合を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）と同じ像を、第２偏光部３０を通じて視認した例を示す。

［偏光面］
ここまでの説明において、第１偏光部２０の第１の面、及び第２偏光部３０の第２の面はそれぞれ、水槽２の設置面に対して水平（０°）、及び垂直（９０°）としたが、この第１の面と第２の面とは互いに直交していれば、水槽２の設置面に対してどのような角度でもよい。例えば、第１偏光部２０の第１の面は水槽２の設置面に対して垂直（９０°）、第２偏光部３０の第２の面は、水槽２の設置面に対して水平（０°）であってもよい。また、第１偏光部２０の第１の面を水槽２の設置面に対して４５°とし、第２偏光部３０の第２の面は、水槽２の設置面に対して１３５°としてもよい。

もっとも、第１偏光部２０を介して水槽２にその背面２ｂから進入した光は、第１偏光部２０の偏光面を水槽２の設置面に対して垂直または水平としない場合、水槽２の側面で反射する成分が生じ、かつ、第２偏光部３０が当該成分の光を除かないこととなる。そのため、照明の対象である水槽２内の生物の透明部分を通過して偏光が変えられた光だけでなく、水槽２の側面で反射した光源部１０の画像もそのまま見えることとなる。

従って、この水槽２の側面で反射した光が見えてしまうことが好ましくない場合は、第１偏光部２０の第１の面、及び第２偏光部３０の第２の面をそれぞれ水槽２の設置面に対して水平（０°）、及び垂直（９０°）または、垂直（９０°）、及び水平（９０°）とする（第１の面は水平方向または垂直方向のいずれか一方の方向に平行であり、第２の面は水平方向または垂直方向の他方の方向に平行である）ことが好適である。

［自然光を用いる例］
なお、本実施の形態のこれまでの例において、光源部１０は情報処理装置３に接続されたディスプレイ装置であるものとしたが、この光源部１０は必ずしも必要ではない。

すなわち本実施の形態の一例では、第１偏光部２０は外来光（自然光や室内の照明等）を光源として、当該光源から到来する光のうち、第１の面を偏光面とする成分を透過させる。ここで自然光とは、太陽光やその反射光（建築物や地面で反射して到来する光）であるものとする。

この例では、水槽２内の照明の対象は、自然光や室内照明の色で着色されて視認されることとなるが、例えばセロファン紙等、光透過性のある色つきの媒体を、第１偏光部２０である偏光板の外側（水槽２の背面２ｂ側とは異なる側）、あるいは（偏光面を変えない媒体であれば）内側（水槽２の背面２ｂとの間）に配して、このセロファン紙等を透過させることによって光源の色とは異なる色とすることも可能である。なお、複数の色のセロファン紙等を適宜組み合わせることにより、照明対象の場所によって色を異ならせるようにすることも可能である。

［表示画像］
また本実施の形態において、光源部１０として情報処理装置３に接続されたディスプレイ装置を用いる場合において、情報処理装置３は、利用者の指示により表示する画像を設定してもよい。例えば利用者は、任意の形状を有し、任意の色で塗りつぶした図形を所望の位置に配したパターンの画像を表示することとしてもよい。

このとき情報処理装置３は、水槽２内の生物に対し警告色や警告パターンを提示することのないよう、予め定められた警告色や警告パターンの画像（参照画像データ）を記憶しておき、利用者が設定したパターンの画像と、参照画像データとの類似性を演算してもよい。この演算は、例えば色のヒストグラムを算出する方法や、パターンのエッジを抽出して比較する方法、ガボールフィルタを用いる方法等、種々の広く知られた方法を採用して行えばよい。

情報処理装置３は、利用者が設定したパターンの画像が、予め定められた警告色や警告パターンを定めた参照画像データのいずれかに類似していると判断すると、利用者に対してその旨警告することとしてもよい。

例えば黒色背景にピンク色のメッシュを表示する画像は、黒とピンクとの繰り返しパターンとなり、水槽２内に導入される魚によっては警告色として認識され、このパターンが提示されると、当該魚に対してストレスが与えられることとなって好ましくない場合がある。そこで、情報処理装置３は、予めこのような警告色と認識され得る色ないしパターンと、利用者が指定したパターンの画像とを比較し、類似する場合に警告を行うこととしてもよい。

［照明による生物の検出］
また本実施の形態の照明装置１によると、クラゲ等の透明度の高い生物を着色したような演出を行うことができる。このため、透明度が高いために視認性の低い生物の視認性を向上できる。

［配置の別の例］
さらに本実施の形態の照明装置１は、水槽２の内部に導入した生物など、照明対象に対し、観察者に対向する方向（生物を導入した水槽２等の背面２ｂ側）から光を照射する例に限られない。例えば観察者の視野の方向に実質的に直交する方向（例えば上記水槽２の上方あるいは下方）に光源を配してもよい。

この場合は、光源部１０が図５に例示するように、正面２ｆ側の面が水槽２の背面２ｂ側を覆う大きさとなっている六面体形状の箱体１００を含み、当該箱体１００を、その正面２ｆが、水槽２の背面２ｂ（に貼り付けられた第１偏光部２０）に向き合うよう配する。図５は、図３に対応する図であり、本実施の形態の照明装置１の配置例を、照明対象を内包する水槽２の側面に平行な面で破断した断面を示すものである。

また、この箱体１００は、正面１００ｆと、正面１００ｆとは異なる少なくとも一つの面（入射面と呼ぶ）１００ｍが光透過性のある材質（ガラス等）で形成される。

箱体１００の入射面１００ｍには、例えば情報処理装置３に接続されたディスプレイ装置等の光源Ｓが、光が放射される方向を向かい合わせて配される。また箱体１００の内部には、入射面１００ｍから到来した光を正面１００ｆの全体に反射させるミラー１１０が配される。情報処理装置３に接続されたディスプレイ装置等の光源から到来した光は、入射面１００ｍを通じて箱体１００に導入され、箱体１００のミラー１１０で反射されて箱体１００の正面１００ｆから放射される。本実施の形態のこの例では、光源の配置を自由に選択できる。

また本実施の形態のこの例では、第１偏光部２０が入射面１００ｍに重ね合わせて配されてもよい。このとき、ミラー１１０での反射により偏光面が回転してしまう場合があるが、その場合には、第２偏光部３０の偏光面が、第１偏光部２０の偏光面に直交する向きではなく、当該回転後の偏光面（正面１００ｆを通じて放射される光の偏光面）に対して直交する向きとなるよう、第２偏光部３０の偏光面（角度）を調整する。

［円偏光を用いる例］
本実施の形態のここまでの説明では、第１偏光部２０及び第２偏光部３０は、直線偏光をつくる偏光板であるものとしていたが、偏光部は、直線偏光するものに限られない。

例えば、第１偏光部２０と第２偏光部３０とは互いに逆向き（第１偏光部２０が左回りであれば、第２偏光部３０は右回りとするなど）の円偏光をつくる偏光板であってもよい。

［その他の変形例］
またここまでの説明では、水槽２内の照明対象は魚等の水生生物としたが、本実施の形態はこの例に限られず、水草等の植物であっても、人工クラゲ等の薄膜樹脂であっても、偏光面を異ならせる物体であれば、いかなるものであってもよい。

また本実施の形態の一例では、第１偏光部２０を背面に、その偏光面を底面に水平な方向として貼付し、第２偏光部３０を正面に、その偏光面を底面に垂直な方向として貼付した水槽としてもよい。このような水槽を用いると、情報処理装置３に接続したディスプレイ装置を背面側に配し、情報処理装置３を操作して適宜の画像をこのディスプレイ装置に表示させることで、本実施の形態のここまでに述べた例と同様の構成を実現できる。

さらに本実施の形態では、第２偏光部３０を通じた水槽２０の正面側から（第２偏光部３０透過後の）画像を繰り返し撮像し、情報処理装置３に当該撮像した画像のデータを出力してもよい。このような画像の撮像方法は、水槽２０の正面側にカメラを配する例や、水槽２０の正面側（第２偏光部３０の外側の面）から外部に放射される光をハーフミラーで分岐してカメラに到達させる方法等、種々の方法を採用できるので、ここでの詳しい説明は省略する。

情報処理装置３は、ここで繰り返し撮像された画像のデータ（動画像データ）から、水槽２内で動く生物（魚）の位置及び範囲（水槽２の正面側から見たときの二次元的位置でよい）を認識する。具体的に情報処理装置３は、この位置及び範囲を次のように求める。すなわち、情報処理装置３は、水槽２の正面の左上隅を座標（０，０）とし、水槽２の正面の右下隅を（Ｗ，Ｈ）（ここでＷ，Ｈはそれぞれ予め定めた解像度の値として設定しておく）とした座標系を設定し、当該座標系上の生物の外形・輪郭の外接矩形の範囲（左上側（ｘｌ，ｙｔ）と右下側（ｘｒ，ｙｂ）とで特定できる）を表す座標の値等として、生物の位置や範囲の情報を取得する。このような認識方法は、ブロブ検出（Blob detection）等の公知の手段を採用できる。

情報処理装置３は、認識した生物の個体ごとにラベリングを行い、生物の個体ごとに予め定められた色（例えば認識順に予め定めた色の順としてもよい）で着色するよう、当該個体を認識した位置及び範囲に対応する位置にある画素（光源部１０であるディスプレイ装置上の画素）を当該個体について予め定められた色で発光させる。なお、水槽２の正面側に設定した上記座標系と、光源部１０のディスプレイ装置上の画素の座標系とを対応付ける方法は、各解像度の差と、平行移動量とをキャリブレーションしておくなどの処理で行うことができるので、ここでの詳しい説明は省略する。

この例によると、生物の個体ごとに同じ色で着色した状態を維持でき、各個体を識別可能な状態で示すことが可能となる。

さらにこの例において情報処理装置３が生物の形状等から生物の種類を表す情報（「シルバー・ハチェット」などの種類名等）を取得できるのであれば、情報処理装置３は、光源部１０であるディスプレイ装置に対し、当該生物ごとに、生物の位置に合わせて（生物の位置に対応する範囲に）、当該生物の種類を表す情報を文字列として表示させることとしてもよい。

この例によると、生物の種類名を表示できる。なお、ここでは種類名としたが、個体ごとの識別がさらに可能であれば、情報処理装置３は、個体ごとに設定した愛称などを文字列で示すなどの処理を行ってもよい。

さらに情報処理装置３は、個体ごとの識別を行ったときには、個体ごとの位置の移動履歴を（少なくとも予め定めた時間だけ）記録し、当該記録された移動履歴を参照して、個体の体調を推測する処理を行ってもよい。

一例として情報処理装置３は、個体の遊泳範囲が水槽２の水面近傍に集中している場合や水槽２の底部近傍に集中している場合は、当該個体の体調が正常でない（魚類の場合、このような動きは酸素不足と考えられる）ことを表す情報（例えば体調が悪いことを文字列で表示してもよいし、体調の状況を表す色（予め定めておく）を表示する、該当する範囲の画素を点滅させる、などといった方法で構わない）を、当該個体を認識した位置に対応する、光源部１０であるディスプレイ装置の表示部分に表示する。

また情報処理装置３は、個体の遊泳動作（体を何かにすり付けるような行動、餌が与えられたときの行動等）を認識して、各個体の体調の状況を推定してもよい。この推定は、予めモデルとなる個体の画像を機械学習しておくことで行うこととしてもよい。また、推定の内容は、個体の種類を識別して、当該識別された種類ごとに異なっていてもよい（例えば種類によっては水槽２の底部近傍にしか所在しない場合は、水槽２の底部近傍に遊泳範囲が集中していても酸素不足等の体調不良とはいえない）。

この例によると、水槽２内に配された生物の個体ごとの体調を示すことができるので、生物の飼育に不慣れな利用者に対して、個体の状況を提示できる。

［実施形態の効果］
本実施の形態によると、生物等に対して人工的に着色せず、また、比較的小規模の構成で、観賞魚等の生物を着色するといった演出が可能となる。

１照明装置、２水槽、３情報処理装置、１０光源部、２０第１偏光部、３０第２偏光部、１００箱体、１１０ミラー。

Claims

情報処理装置から入力される指示に従って画像を表示するディスプレイ装置を光源として、偏光面を第１の面とする照明光を生成し、照明対象物が配される空間に対して放射する第１偏光手段と、
前記照明対象物が配された空間を通じて到来する光のうち、前記第１の面に直交する第２の面を偏光面とする光を透過する第２偏光手段と、
を有する照明装置。
自然光を光源とし、偏光面を第１の面とする照明光を生成して、照明対象物が配される空間に対して放射する第１偏光手段と、
前記照明対象物が配された空間を通じて到来する光のうち、前記第１の面に直交する第２の面を偏光面とする光を透過する第２偏光手段と、
を有する照明装置。
請求項１または２に記載の照明装置であって、
前記第１の面は水平方向または垂直方向のいずれか一方の方向に平行であり、前記第２の面は前記水平方向または垂直方向の他方の方向に平行である照明装置。
請求項１から３のいずれか一項に記載の照明装置であって、
前記第１偏光手段と、前記第２偏光手段との間に配した水槽をさらに有し、
当該水槽は、前記照明対象物である水生生物を内包可能な水槽である、照明装置。