(57)【要約】【課題】本発明の目的は、コリメータ光学系を用いて結像させる、鏡面反射光を用いた新しい画像形成方法を提供することである。【解決手段】平行光を反射面に入射し、その反射面の鏡面反射光をコリメータ光学系で受光して結像させ画像を形成する工程と、その反射面の位置とその鏡面反射光を結像させる位置を対応させるため、その反射面の位置と反射角度およびその鏡面反射光を結像させる位置を設定する工程と、を含む画像形成方法であって、その反射面が複数の部分反射面で構成され、各々のその部分反射面が所与の反射角度を持ち、各々のその部分反射面のその反射角度がその画像の各画素となるように予め設定される工程を含むことを特徴とする画像形成方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光を反射面に入射し、該反射面の鏡面反射光をコリメータ光学系で受光して結像させ画像を形成する工程と；該反射面の位置と該鏡面反射光を結像させる位置を対応させるため、該反射面の位置と反射角度および該鏡面反射光を結像させる位置を設定する工程と；を含む画像形成方法であって、該反射面が複数の部分反射面で構成され、各々の該部分反射面が所与の反射角度を持ち、各々の該部分反射面の該反射角度が該画像の各画素となるように予め設定される工程を含むことを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鏡面反射光を用いた画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ここでいう画像とは、写真や印刷物のように、視覚的に濃淡が形成されたものである。画像は、印刷物のように反射光の濃淡を見るものもあるし、テレビやパソコンのディスプレイのように画素の輝きの濃淡で見るものもある。さらに、望遠鏡や顕微鏡のようにレンズ系を通して見るものもある。また、カメラで捕らえた光をディスプレイに表示する手段を経る画像もある。このように、画像は光の濃淡が視覚的に配置されたものであり、直接または間接的に手段を経て観察されるものである。
【０００３】
直接見ることができる画像は、例えば、何らかの基材に形成される。基材とは、紙、ＲＣ（レジンコーテッド）ペーパー、木、プラスチックス、コンクリート、布、皮、金属等の、面を形成できる材料を総称する。一般的には、この基材に色材（インキ等）を所望の画像となるように、部分的に、または全面に、塗布して画像を形成する。
【０００４】
直接観察することができない画像形成技術として、例えば、画像にフィルター（色やパターン）を重ねて見ると画像が浮かび上がるものがある。コピー機の解像限界を利用して、コピーすると画像が現れる方法が知られている。
【０００５】
見る方向や角度によって変わる画像形成技術がある。表面に凹凸を形成することでその隠蔽や影による濃淡を用いた画像形成技術がある。
【０００６】
表面で反射する光を用いて画像を形成することが可能である。本発明の画像形成方法は、鏡面反射光を用いたものである。
【０００７】
物体に入射した光は、表面で反射される鏡面反射光と、内部で散乱され一部吸収され反射される拡散反射光に大きく分類される。印刷物等の画像は物理的には拡散反射光として観察される画像である。
【０００８】
鏡面反射とは、物体表面の法線から各々反対側に同じ角度で入射と反射を行う光の反射であり、正反射とも呼ばれる。また、光沢とは、主として鏡面反射光の強さによって人間が感じる視知覚の属性である。
【０００９】
鏡面反射光で観察する画像には、例えば、透明な光沢ニスで画像を印刷する技術がある。通常の印刷画像の上にこの透明な光沢ニスを印刷した場合、通常の観察では、この光沢ニス画像は透明なため目立たない。しかし、鏡面反射光で観察すると光沢ニスで印刷された画像が鏡面反射し良く観察できる。この場合、鏡面反射光で見える画像は、当然のことながら、光沢ニスで印刷された画像そのものである。
【００１０】
鏡面反射する面を複数の部分反射面にし、これに異なる反射角度を持たせ、これらの反射面に光を反射させ、この鏡面反射光を観る結像面に反射させると、この鏡面反射光の組み合わせで画像を形成することができる。例えば、「魔鏡」はそのひとつである。
【００１１】
このように、各々の部分反射面の角度を変えて結像面上に画像を形成する方法では、結像面上に所望の画像を形成させるためには、各々の部分反射面が所与の位置に所与の反射角度を持って配置される必要がある。
【００１２】
本発明者は特許文献１において、鏡面反射光をコリメータ光学系で結像することにより、その鏡面反射光の各々の反射角度が、結像面の各位置に対応することを示した。さらに、反射角度と結像位置の位置関係は数式で算出できることを非特許文献１で示した。
【００１３】
これらの技術によれば、反射面の位置に係わらず、反射角度のみが、結像面の各位置に対応することが示されている。
【００１４】
この技術は、物体の表面の反射角度情報を測定するものであるが、この技術に基づけば、結像面の目的の位置に画素を形成する反射角度を持つ反射面を計算により予め求めることができると考えられる。
【００１５】
背景技術としての画像形成方法は上記のような技術がある。しかし、コリメータ光学系を用いて結像させる鏡面反射光を用いた画像形成方法は知られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第５２０４７２３号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】シンイチ  イノウエ（Ｓ．Ｉｎｏｕｅ）、他１名、“ポイントスプレッドファンクション  オブ  スペキュラーリフレクション  アンド  ゴニオリフレクタンス  ディストリビューション（Ｐｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｇｏｎｉｏ−ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）”、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、５９（１）、０１０５０１−１（２０１５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、コリメータ光学系を用いて結像させる、鏡面反射光を用いた新しい画像形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明者らは上記に鑑み鋭意研究した結果、本発明の画像形成方法を発明するに至った。
すなわち、平行光を反射面に入射し、その反射面の鏡面反射光をコリメータ光学系で受光して結像させ画像を形成する工程と、その反射面の位置とその鏡面反射光を結像させる位置を対応させるため、その反射面の位置と反射角度およびその鏡面反射光を結像させる位置を設定する工程と、を含む画像形成方法であって、その反射面が複数の部分反射面で構成され、各々のその部分反射面が所与の反射角度を持ち、各々のその部分反射面のその反射角度がその画像の各画素となるように予め設定される工程を含むことを特徴とする画像形成方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、コリメータ光学系でこの反射面の鏡面反射光を見ると、所与の画像が観察できる。一方で、この反射面は、各々が所与の法線角度を持つ複数の部分反射面で構成されているため、このままでは人間が見ても画像として認識できない。これは、通常の観察では微小な凹凸面の寄せ集めの模様として認識される。
【００２１】
本発明の画像形成方法には、平行光とコリメータ光学系が必要であるが、平行光は例えば太陽光でも可能である。コリメータ光学系で結像させた画像は、その結像面を目視で観ることで認識することも可能であるし、カメラ等で取り込み表示することも可能である。このように、形成された画像は簡易に観察することができる。
【００２２】
本発明に係る反射面は、微小な凹凸面である。法線角度で数度の傾きのため、１つの部分反射面の大きさが１辺１ｍｍ程度であれば、凹凸の高低差は０．１ｍｍ以下であり、シートやカードに付与することが可能である。
【００２３】
本発明に係る反射面、部分反射面は反射すれば良いため、これを透明な樹脂で形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】鏡面反射光を用いた画像形成方法の全体概略図。
【図２】入射装置の構成図。
【図３】受光装置の構成図。
【図４】反射面の構成図。
【図５】部分反射面の法線角度と結像面の位置の関係。
【図６】実施例の反射面と部分反射面の構成図。
【図７】実施例の反射面を本発明の方法で観察した結像画像（ｃ）。
【図８】実施例の反射面を本発明の方法で観察した結像画像（ｃ）。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の画像形成方法を、図面を使って説明する。本発明の画像形成方法は、例えば、図１のように構成される。図１は、観察する反射面２の面全体の法線に対して、各々反対側に等しい角度で鏡面反射の関係となるように、入射装置１と受光装置３を設置するものである。反射面２の法線方向を０度とすると、例えば、入射装置１は７５度、受光装置３も反対側に同じ角度に設定される。この角度は鏡面反射の関係となるように任意に設定できる。
【００２６】
ハーフミラーを用いて、入射装置１を０度、受光装置３も０度として構成することができる。
【００２７】
入射装置１は、例えば図２に示すように光源１１、点像チャート１２、そして点像を光源として平行光を生成するコリメータレンズ１３、およびその他複数のレンズで構成することができる。
【００２８】
図２に示した入射装置１は、セットした点像チャート１２をコリメータレンズ１３で平行光とし、この平行光を反射面２に入射させる。
【００２９】
反射面２は、図１に示すようにサンプルベッド２１上にセットされる。
【００３０】
受光装置３は、反射面２に入射した平行光の鏡面反射光を受光し、コリメータレンズ３１で結像させる。結像した点像の光量分布をカメラレンズ群３２で受光センサ３３に結像させ光量分布を観察する。この装置では、受光センサ３３の受光面が結像面である。受光センサ３３はＣＣＤセンサや撮像管の様なアレイ型のセンサを用いてこの光量分布を２次元（面、画像）のデータとして取り込む。受光センサ３３は装置としてＣＣＤカメラを用いることができる。
【００３１】
本発明に係る部分反射面２２の反射角度は、結像面の所望の位置に対応して一意に求めることができる。本発明の画像形成方法は、鏡面反射光を直接に受光しているのではなく、コリメータレンズ３１を用いて受光している。鏡面性の高い鏡や黒色ガラス板を反射面２とすると、観察される結像画像はほぼ点像となり、その位置は結像面の中心となる。この時、試料面を（法線を）０．５度傾けると、元の法線から見て１度変角（偏角）した反射光となり、観察面の中心からその角度分だけ観察される位置がずれた結像画像（点）を得る。このように、反射面の反射角度が結像面上の所与の位置に現れる。事前に各々の部分反射面２２に所与の反射角度を与えておくことで、結像面に画像を形成することができる。
【００３２】
本発明に係る反射面２は、例えば、図４のように構成される。図４は、反射面２が１６個の部分反射面２２で構成されている模式図である。各々の部分反射面２２が所与の異なる法線を有している。この各々の部分反射面２２の位置と結像面上の各々の画素の位置を対応させることで所望の画像を形成することが可能となる。各々の部分反射面２２の位置と結像面上の各々の画素の位置を任意に設定してから、１つの画素に対応する１つの部分反射面２２の反射角度を各々の位置を基に計算により求め設定する。これにより各々の部分反射面２２の鏡面反射光は受光装置３の結像面の角度に対応した位置に結像し所望の画像を形成する。
【００３３】
１つの画素に対応する１つの部分反射面２２の反射角度を各々の位置を基に計算により求めるには、ｓｉｎ（Δθ）＝ｄ／ｆの計算式で求めることができる。計算式のｓｉｎ（Δθ）は部分反射面２２の反射角度であり、ｄは部分反射面２２の位置と結像面の位置との差であり、ｆはコリメータレンズ３１の焦点距離である。例えば、部分反射面２２の位置を１、結像面の位置を９、コリメータレンズ３１の焦点距離を１００とすると、部分反射面２２の位置と結像面の位置との差であるｄは８、コリメータレンズ３１の焦点距離であるｆは１００となることから、ｓｉｎ（Δθ）＝８／１００となり、部分反射面２２の反射角度であるΔθは４．５９度となる。
【００３４】
本発明に係る反射面２は、例えば、図６のように基材２３の一部に構成される。反射面２は部分反射面２２で構成される。基材２３は例えばプラスチック製のクレジットカードである。
【００３５】
本発明に係る反射面２は、所与の反射角度を持つ部分反射面２２で構成される。この反射面２は、例えば凹凸を有する型でプラスチックを型押し加工により成型することで得られる。また、プラスチックに熱を加えて、所与の反射角度を持つ部分反射面２２で構成される反射面２となる凹凸を有する型でプラスチック表面を後からエンボス加工することで得られる。さらに、ＵＶ硬化樹脂等を所与の反射角度を持つ部分反射面２２で構成される反射面となる凹凸を有する型を用いて成型し、直接これをクレジットカードに成型するか、まずはシートとして成型してからこの反射面２をクレジットカード等に接着することで得られる。
【００３６】
本発明の反射面２の部分反射面２２は、鏡面の他に、微細な凹凸を平行に並べた面で構成することができる。微細な凹凸を平行に並べた面は、この平行な凹凸の向きを入射光に対して変えることで、反射光の角度を変えることができる。このように、本発明の反射面２、部分反射面２２は所与の反射角度を設定できれば用いることができる。
【００３７】
ここまで反射面２としてプラスチックカードを例に発明の実施の形態を示したが、この他に、本発明の方法は多くの基材に適用することが可能である。
【００３８】
紙においては、エンボスロールによる反射面２の成型が可能である。塗工紙においては反射面の型をキャスト塗工により形成することができる。写真印画紙やインクジェット用紙に用いられるＲＣ（レジンコーテッド）ペーパーにおいては、キャストロールでこの所望の反射面を形成することが可能である。
【００３９】
また、後加工で反射面２を形成することも可能である。ＵＶ硬化樹脂等の塗工を行い所望の反射面２を型付けて形成することが可能である。
【００４０】
また、反射面２の反射率を上げるために、反射面２の形成後に印刷や塗装、または、箔押しの加工などを施すことも可能である。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４２】
（実施例）
入射装置１、サンプルベッド２１、受光装置３は、中央精機（株）の光学部品を組み合わせ、一部新たに設計して製作した。サンプルベッド２１は上下方向に移動可能である。この機構により、サンプルベッド２１上にセットしたカード、反射面２、の厚さに合わせてサンプルベッド２１を上下させる。試料をセットし、点像の平行光を入射し、受光した鏡面反射光をコリメータレンズで結像させ、この光量分布をＣＣＤカメラで観察し、結像画像を得た。
【００４３】
入射装置１の構成を、図２を用いて説明する。光源１１はＬＥＤランプを用い、光ファイバーを経由して入射装置１の所定の位置に設置した。点像チャート１２が平行光となるようにコリメータレンズ１３を設置し作成した。光源１１の明るさは調整可能である。ここでは点像として直径１００μｍの穴を開けた薄金属板を点像として用いた。光源と点像の間に集光レンズを設置した。
【００４４】
受光装置３の構成を、図３を用いて説明する。カメラは、Ａｐｏｇｅｅ社製ＣＣＤカメラＵ２６０を用いた。受光した平行光をコリメータレンズ３１で結像させ、この結像面をＣＣＤカメラで観察できるように作製した。用いたＣＣＤカメラは５１２画素×５１２画素の１６ｂｉｔ階調であり、観察した画像（光量分布）はコンピュータに転送される。
【００４５】
入射装置１は７５度、受光装置３も反対側に同じ角度に設定し、受光装置３のコリメータレンズ３１の焦点距離を５０．１ｍｍ、ＣＣＤカメラは５１２画素×５１２画素で１画素のサイズが０．０２９ｍｍとした場合、部分反射面２２の角度と結像面の位置関係を図５に示す。
【００４６】
図５において、部分反射面２２の角度を法線の変角光度成分・偏角光度成分で表す。ここでは、入射光の向きに沿って回転する角度（チルト）を変角光度成分と呼び、入射光の向きに沿って左右に回転する角度を偏角光度成分と呼ぶ。
【００４７】
本発明の方法では、反射面が（法線が）１度傾くと、元の鏡面反射条件から見て２度変角（偏角）した反射光が測定される。この変角（偏角）反射光は、測定面の中心からその角度に相当した分だけずれた位置で測定される。
【００４８】
この部分反射面２２の法線角度と結像面の位置関係は、事前に部分反射面２２の角度を変えて求めておくことができる。また、計算により求めることができる。
【００４９】
部分反射面２２の位置と結像面の位置を座標（ｘ，ｙ）で表し、各々の中央が（２５６，２５６）とすると、部分反射面２２が座標（２５６，２５６）の位置であり、結像面が座標（２５６，２５６）の位置で結像する場合は偏角０度、変角０度となる。変角は、入射装置側から見て反射面２の中心を軸に奥が１度下がる（手前が１度上がる）ように傾いた場合を、変角の＋２度、プラスと表し、手前が１度下がる（奥が１度上がる）ように傾いた場合を、変角の−２度、マイナス、と表すと、変角が増加（＋）すると結像面の位置は結像面上を下方向に移動する。例えば、部分反射面２２の法線角度を計算により求めると、結像面の座標を（２５６，２５８）としたい場合のｙ軸の変角は０．０６６度となり、（２５６，２５４）としたい場合のｙ軸の変角は−０．０６６度となる。
【００５０】
偏角は、入射装置側から見て反射面２の中心を軸に右が１度上がる（左が１度下がる）ように傾いた場合を、偏角の＋２度、プラスと表し、右が１度下がる（左が１度上がる）ように傾いた場合を、偏角の−２度、マイナスと表すと、偏角が増加（＋）すると結像面の位置は結像面上を左方向に移動する。例えば、結像面の座標を（２５８，２５６）としたい場合のｘ軸の偏角は−０．１９１度となり、（２５４，２５６）としたい場合のｘ軸の偏角は０．１９１度となる。
【００５１】
反射面２は、図６のように、プラスチック製の板（８５．６０×５３．９８ｍｍのクレジットカードサイズ）を基材２３とし、この一部に、部分反射面２２として直径３ｍｍの鏡面６個（３行×２列、反射面は約９×６ｍｍ）を任意の位置に配置して作製した。また、反射面２は、図１に示すように、反射面２の面全体の法線に対して、入射装置１と受光装置３が等しい角度で鏡面反射の関係となり、部分反射面２２の鏡面６個が３行×２列なるよう、サンプルベッド２１上にセットした。結像面にアルファベット大文字の「Ａ」が画像として形成されるよう、図７のように、反射面２の部分反射面２２を（ａ）のように配置し、各々の部分反射面２２に（ｂ）のように所与の角度を設定した。この作製した反射面２を本発明の方法で観察した結像画像を（ｃ）に示す。アルファベット大文字の「Ａ」が画像形成されている。
さらに、結像面にアルファベット大文字の「Ｔ」が画像として形成されるよう、図８のように、反射面２の部分反射面２２を（ａ）のように配置し、各々の部分反射面２２に（ｂ）のように所与の角度を設定した。この作製した反射面２を本発明の方法で観察した結像画像を（ｃ）に示す。アルファベット大文字の「Ｔ」が画像形成されている。
【００５２】
この場合、図６の反射面２を普通に見た場合には、設定した画像（アルファベット大文字の「Ａ」や「Ｔ」）には見えない。反射面２を普通に見た場合には、微細な凹凸を持つ鏡面がランダムに配置しているように見える。
【００５３】
本実施例では部分反射面２２が６個であるため、６画素の画像であるが、より精緻な画像を形成することが可能である。部分反射面２２の数を増やすことにより、画素を増やすことが可能である。例えば、１辺が１ｍｍの部分反射面２２を８×８に配置すると、最大６４画素の画像を形成できる。
【００５４】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこの実施例には限定されず、種々変形可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明により、鏡面反射光を用いた画像形成方法が提供される。
【符号の説明】
【００５６】
１  入射装置
２  反射面
３  受光装置
１１  光源
１２  点像チャート
１３  コリメータレンズ
２１  サンプルベッド
２２  部分反射面
２３  基材
３１  コリメータレンズ
３２  カメラレンズ群
３３  受光センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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