(57)【要約】【課題】２次元の偏光板を用いて、３次元形状の曲面上の反射の変化を表現し、擬似的に立体表示する偏光板、その偏光板を用いた表示装置、その偏光板を作成するための偏光方向情報を生成する偏光板情報生成装置を提供すること。【解決手段】偏光板３において、３次元モデルを表す偏光領域４は、偏光領域素５−１、５−２ごとに偏光方向７の角度が異なる。偏光板３に偏光板８を重ねて、偏光板８を回転させると、偏光領域４の各偏光領域素５と偏光板８の偏光方向のなす角度が連続的に変化し、光線が透過する光量が連続的に変化し、３次元モデルの曲面に光線方向を連続的に変化させた場合の反射を模した像が観察される。偏光板情報生成装置１は、立体表示の対象となる３次元形状のモデリングから、偏光板３の偏光方向の角度算出等を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板、或いは、媒体の一部に設けられ、３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板であって、
前記３次元形状の表面上における法線ベクトルを、第１の投影面上に平行移動した第１の投影ベクトルの、前記第１の投影面に対する第１の仰角と方位角を求め、
前記第１の投影面に対して垂直、かつ、所定の方位角方向の第２の投影面に、前記第１の投影ベクトルを投影させた第２の投影ベクトルの、前記第１の投影面に対する第２の仰角を求め、
前記第２の仰角を、前記偏光板の偏光方向の角度に変換することによって生成されることを特徴とする偏光板。
【請求項２】
３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板、或いは、媒体の一部に設けられ、３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板を用いた表示装置であって、
第１の偏光板と、
第２の偏光板と、
前記第２の偏光板を、前記第１の偏光板と鑑賞者との間に挿入し、回転させて、前記鑑賞者に表示する手段と、
を具備し、
前記第１の偏光板は、
前記３次元形状の表面上における法線ベクトルを、第１の投影面上に平行移動した第１の投影ベクトルの、前記第１の投影面に対する第１の仰角と方位角を求め、
前記第１の投影面に対して垂直、かつ、所定の方位角方向の第２の投影面に、前記第１の投影ベクトルを投影させた第２の投影ベクトルの、前記第１の投影面に対する第２の仰角を求め、
前記第２の仰角を、前記偏光板の偏光方向の角度に変換することによって生成されることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板、或いは、媒体の一部に設けられ、３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板を用いた表示装置であって、
第１の偏光板と、
第２の偏光板を装着した照明と、
前記第２の偏光板を回転させながら、前記照明を前記第１の偏光板に照射して、表示する手段と、
を具備し、
前記第１の偏光板は、
前記３次元形状の表面上における法線ベクトルを、第１の投影面上に平行移動した第１の投影ベクトルの、前記第１の投影面に対する第１の仰角と方位角を求め、
前記第１の投影面に対して垂直、かつ、所定の方位角方向の第２の投影面に、前記第１の投影ベクトルを投影させた第２の投影ベクトルの、前記第１の投影面に対する第２の仰角を求め、
前記第２の仰角を、前記偏光板の偏光方向の角度に変換することによって生成されることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板を生成する偏光板情報生成装置であって、
前記３次元形状の表面上における法線ベクトルを、第１の投影面上に平行移動した第１の投影ベクトルの、前記第１の投影面に対する第１の仰角と方位角を求める手段と、
前記第１の投影面に対して垂直、かつ、所定の方位角方向の第２の投影面に第１のベクトルを投影させた第２の投影ベクトルの、前記第１の投影面に対する第２の仰角を求める手段と、
前記第２の仰角を、偏光板の偏光方向の角度に変換する手段と、
を具備することを特徴とする偏光板情報生成装置。
【請求項５】
コンピュータを、請求項４に記載された偏光板情報生成装置として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、擬似的に立体的表現を実現する偏光板、その偏光板を生成する偏光板情報生成装置、及びその偏光板を利用した表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、偏光板を用いて擬似的にものの形や動き等を表現する技法があり、ＰＯＰ(Point of Purchase：店頭広告)や天気予報のアイコンなどに利用されていた。例えば、偏光板をＰＯＰなどに利用する場合、所定の領域にどのような偏光の向きを変えてＰＯＰを作成するかで、動きなどが変化する。
また、細かい偏光板をつなぎ合わせて画像を表現し、画像の各部の明暗を切り替えて表現する手法もある。（非特許文献１参照）
【０００３】
【非特許文献１】佐藤尚、川嶋貴之、井上喜彦、青山勉；「自己クローニング型フォトニック結晶の製品展開」、月間オプトロニクス２００５年１１月号、ｐｐ．１３３−１３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の偏光板による表現手法では、３次元形状の曲面的な視覚表現や立体的な視覚表現が困難であった。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、２次元の偏光板を用いて、３次元形状の曲面上の反射の変化を表現し、擬似的に立体表示する偏光板、その偏光板を用いた表示装置、その偏光板を生成する生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するために第１の発明は、３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板、或いは、媒体の一部に設けられ、３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板であって、前記３次元形状の表面上における法線ベクトルを、第１の投影面上に平行移動した第１の投影ベクトルの前記第１の投影面に対する第１の仰角と方位角を求め、前記第１の投影面に対して垂直、かつ、所定の方位角方向の第２の投影面に、前記第１の投影ベクトルを投影させた第２の投影ベクトルの前記第１の投影面に対する第２の仰角を求め、前記第２の仰角を、前記偏光板の偏光方向の角度に変換することによって生成されることを特徴とする偏光板である。
【０００７】
偏光板は、ポリビニルアルコールなどの細長い分子のプラスチックをヨウ素で染色し、一方向に延伸して形成されたものであり、その延伸の方向が偏光方向となる。
第１の発明は、立体表示の対象となる３次元形状の表面上における法線ベクトルを、第１の投影面に平行移動した第１の投影ベクトルの、第１の投影面に対する第１の仰角と方位角を求め、第１の投影面に対して垂直、かつ、所定の方位角方向の第２の投影面に第１のベクトルを投影させた第２の投影ベクトルの、第１の投影面に対する第２の仰角を求め、第２の仰角を、偏光板の偏光方向の角度に変換し、各位置で変換された偏光方向を有するように生成された偏光板である。この偏光板上の偏光方向の分布により、偏光板を用いて立体的な表示が可能となる。
【０００８】
第２の発明は、３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板、或いは、媒体の一部に設けられ、３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板を用いた表示装置であって、第１の偏光板と、第２の偏光板と、前記第２の偏光板を、前記第１の偏光板と鑑賞者との間に挿入し、回転させて、前記鑑賞者に表示する手段と、を具備し、前記第１の偏光板は、前記３次元形状の表面上における法線ベクトルを、第１の投影面上に平行移動した第１の投影ベクトルの前記第１の投影面に対する第１の仰角と方位角を求め、前記第１の投影面に対して垂直、かつ、所定の方位角方向の第２の投影面に、前記第１の投影ベクトルを投影させた第２の投影ベクトルの前記第１の投影面に対する第２の仰角を求め、前記第２の仰角を、前記偏光板の偏光方向の角度に変換することによって生成されることを特徴とする表示装置である。
【０００９】
第３の発明は、３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板、或いは、媒体の一部に設けられ、３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板を用いた表示装置であって、第１の偏光板と、第２の偏光板を装着した照明と、前記第２の偏光板を回転させながら、前記照明を前記第１の偏光板に照射して、表示する手段と、を具備し、前記第１の偏光板は、前記３次元形状の表面上における法線ベクトルを、第１の投影面上に平行移動した第１の投影ベクトルの前記第１の投影面に対する第１の仰角と方位角を求め、前記第１の投影面に対して垂直、かつ、所定の方位角方向の第２の投影面に、前記第１の投影ベクトルを投影させた第２の投影ベクトルの前記第１の投影面に対する第２の仰角を求め、前記第２の仰角を、前記偏光板の偏光方向の角度に変換することによって生成されることを特徴とする表示装置である。
【００１０】
第２の発明、第３の発明は、第１の発明である偏光板を用いて、３次元形状の曲面上の反射の変化を表現し、擬似的に立体表示する表示装置である。
このような表示装置は、視覚効果を利用した展示物、販促物、印刷物等に利用される。
また、ＩＤカードなど媒体の一部に第１の偏光板を設け、第２の偏光板を用いることによって認証する認証処理にも利用することが可能である。
【００１１】
第４の発明は、３次元形状を擬似立体的に表示する偏光板を生成する偏光板情報生成装置であって、前記３次元形状の表面上における法線ベクトルを、第１の投影面上に平行移動した第１の投影ベクトルの、前記第１の投影面に対する第１の仰角と方位角を求める手段と、前記第１の投影面に対して垂直、かつ、所定の方位角方向の第２の投影面に第１のベクトルを投影させた第２の投影ベクトルの、前記第１の投影面に対する第２の仰角を求める手段と、前記第２の仰角を、偏光板の偏光方向の角度に変換する手段と、を具備することを特徴とする偏光板情報生成装置である。
第４の発明は、第１の発明である偏光板上の各位置において偏光方向の角度を算出し、偏光方向の分布情報を生成する偏光板情報生成装置である。
【００１２】
第５の発明は、コンピュータを、第４の発明の偏光板情報生成装置として機能させるプログラムである。
上述のプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に保持させて流通させてもよいし、通信回線を介して送受することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、偏光板を用いて、３次元形状の曲面上の反射の変化を表現する擬似的な立体表示が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、添付図面を参照しながら、本発明に係る偏光板、その偏光板上の偏光方向の分布情報を生成する生成装置、及び偏光板を用いた表示装置に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明および添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。
【００１５】
図１は、本発明の本実施の形態に係る偏光板３及び偏光板情報生成装置１の概略構成を示す図である。偏光板情報生成装置１はコンピュータである。
【００１６】
偏光板情報生成装置１は、偏光板３を生成するための各画素位置での偏光方向情報を生成する。偏光板３において、偏光領域４は３次元モデルを２次元の偏光領域で表現されている。例えば、図１では、偏光領域４は円筒形の３次元モデルを表現するものである。偏光板８は、一般に市販されている、偏光方向９が一定の偏光板である。
【００１７】
偏光板３において、３次元モデルを表す偏光領域４は、偏光領域４上の各偏光領域素５−１、５−２、…ごとに偏光方向７の角度が異なる。従って、偏光板３に偏光板８を重ねて、偏光板８を回転させると、偏光方向の角度の変化に伴い、２次元の偏光領域４に表現された３次元モデルが擬似的に立体的な曲面として表される。
【００１８】
これは、偏光領域４の変更領域素５−１、５−２、…ごとに、偏光方向７の角度の相違に起因し、偏光板８の偏光方向９とのなす角度が偏光領域４の各変更領域素５−１、５−２、…で異なるために、光線が透過する光量が画素ごとに異なる結果、３次元モデルの曲面の反射を模した像が観察されることによる。さらに、偏光板８を回転させることにより、前記偏光領域４の各画素と偏光板８の偏光方向のなす角度が連続的に変化し、光線が透過する光量が連続的に変化する結果、３次元モデルの曲面に光線方向を連続的に変化させた場合の反射を模した像が観察される。
【００１９】
また、偏光板８を照明装置等に取り付け、偏光板３に照射することによっても、偏光領域４の３次元モデルを立体的な曲面として表示することができる。
ここでは、装置として図示はしないが、上記のように偏光板３と偏光板８を用いて３次元モデルの曲面を擬似的に立体表示する表示装置を形成することも可能である。
【００２０】
次に、偏光板情報生成装置１について説明する。
偏光板情報生成装置１は、モデリング装置１１、法線情報記録装置１３、法線情報変換装置１５、角度変換装置１７等から構成される。各装置の処理については後述する。
偏光板情報生成装置１はコンピュータである。図２は、偏光板情報生成装置１のハードウェア構成を示す図である。
【００２１】
偏光板情報生成装置１は、制御部５１、記憶部５２、入力部５５、表示部５７等が、システムバス５９を介して接続されて構成される。
【００２２】
制御部５１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ  ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ  ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
【００２３】
ＣＰＵは、記憶部５２、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、システムバス５９を介して接続された各装置を駆動制御し、偏光板情報生成装置１が行う後述する各種処理を実現する。
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部５２、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部５１が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
【００２４】
記憶部５２は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部５１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、偏光板情報生成装置１が行う後述の処理に相当するアプリケーションプログラム等が格納されている。
【００２５】
これらの各プログラムコードは、制御部５１により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。
【００２６】
入力部５５は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部５５を介して、偏光板情報生成装置１に対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。
【００２７】
表示部５７は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。
システムバス５９は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００２８】
次に、図３に示すフローチャートを用いて、偏光板情報生成装置１による偏光板情報の生成処理について説明する。この生成処理は、例えば、図１に示す偏光板３において、立体表示を実現する偏光領域４の各偏光領域素における偏光方向情報を生成する処理である。
モデリング装置１１は、偏光板を用いて擬似的に立体表示を行う対象となる３次元形状をモデリングする（ステップ１０１）。
【００２９】
次に、法線情報記録装置１３は、投影面の各画素に対応する３次元モデルの表面上の点における法線ベクトルｎを投影面上の画素位置まで平行移動したベクトルＮの、投影面に対する仰角と方位角を算出する（ステップ１０２）。法線情報記録装置１３は、モデリング装置１１によってモデリングされた３次元モデルを所定の投影面に投影した際の法線ベクトルの分布を求める装置である。
【００３０】
次に、法線情報変換装置１５は、投影面上の法線ベクトルＮを投影面に垂直かつ投影面上の基準方向に対する所定の方位角方向に設けられた法線投影面に投影させた際のベクトルＮ’の投影面に対する仰角ｔを求める（ステップ１０３）。法線情報変換装置１５は、法線情報記録装置１３によって求められた２次元ベクトル場情報を２次元スカラー場情報に変換する装置である。
【００３１】
次に、角度変換装置１７は、求められた仰角ｔに従って、画素ごとの偏光方向の角度を求める（ステップ１０４）。角度変換装置１７は、法線情報変換装置１５によって求められたスカラー場情報に基づいて、画素ごとに偏光方向の角度を求める装置である。
【００３２】
以下、各ステップごとに詳細に説明する。
（ステップ１０１）
モデリング装置１１は、偏光板を用いて立体表示させる３次元形状をコンピュータグラフィック制作ソフトなどを用いて３次元モデルとしてモデリングする。例えば、缶のような円筒形の立体をＣＧ制作手段によって図４に示す３次元モデル２１としてモデリングする。
【００３３】
（ステップ１０２）
図４は、投影面Ｓ１に投影された法線ベクトルＮ１を示す図である。
法線情報記録装置１３は、投影面Ｓ１上の各画素に対応する、モデリング装置１１によってモデリングされた３次元モデル２１の表面上の点における法線ベクトルｎをその画素位置に平行移動し、投影面Ｓ１上のその位置における法線ベクトルＮとし、Ｎの２次元情報である、投影面Ｓ１に対する仰角と、投影面Ｓ１の基準方向に対する方位角を求める。
【００３４】
法線情報記録装置１３は、投影面Ｓ１上の各画素２３−１、２３−２、２３−３、…の位置ｘ１、ｘ２、・・・に対応する、モデリング装置１１によってモデリングされた３次元モデル２１の表面上の点Ｐ１、Ｐ２、・・・における法線ベクトルｎ１、ｎ２、・・・を投影面Ｓ１上に平行移動する。
【００３５】
法線情報記録装置１３は、例えば、投影面Ｓ１上の点ｘ１に対応する３次元モデル２１上の点Ｐ１における法線ベクトルｎ１を投影面Ｓ１上のｘ１を始点とする法線ベクトルＮ１となるように平行移動する。
【００３６】
次に、法線情報記録装置１３は、投影面Ｓ１上の基準軸（原点Ｏ、ｕ軸、ｖ軸）に対する法線ベクトルＮ１の方位角α１と仰角ｋ１を求め、法線ベクトルＮ１の２次元情報とする。
同様に、投影面Ｓ１上の各画素２３−２、２３−３、…の位置ｘ２、ｘ３、…に対応した３次元モデル２１上の点Ｐ２、Ｐ３、・・・における法線ベクトルｎ２、ｎ３、…を投影面Ｓ１上のｘ２、ｘ３・・・を始点とする法線ベクトルＮ２、Ｎ３、…の２次元情報を求める。
【００３７】
（ステップ１０３）
次に、法線情報変換装置１５は、投影面Ｓ１に対して垂直で、投影面Ｓ１の基準方向に対して所定の方位角β方向に平行な法線投影面Ｓ２に法線ベクトルＮを投影させたベクトルＮ’の仰角ｔを求める。
図５は仰角ｔの算出法を説明するための図である。例えば、法線ベクトルＮ１を例に考えると、法線投影面Ｓ２は、点ｘ１を含み、投影面Ｓ１に対して垂直で、投影面Ｓ１の基準方向に対して所定の方位角β方向に平行な方向に設けられた新たな投影面である。
【００３８】
法線情報変換装置１５は、法線ベクトルＮ１を法線投影面Ｓ２に投影したベクトルＮ１’の仰角ｔ１を求め、新たな法線情報として出力する。
【００３９】
（ステップ１０４）
角度変換装置１７は、法線情報変換装置１５によって求められた仰角ｔに基づいて、各画素における偏光方向の角度θを求める。
図６は、仰角ｔと偏光方向の角度θの変換を示す図である。仰角ｔが−９０°≦ｔ≦９０°の範囲であるのに対し、それに対応する偏光方向の角度θは−４５°≦θ≦４５°の範囲となるため、角度変換装置１７は、仰角ｔに基づいて、各画素における偏光方向の角度θを−４５°≦θ≦４５°の範囲に正規化する。
【００４０】
例えば、図６に示すように、画素２３−１における偏光方向５１は基準線ｌ２に対してθの角度をなす。
上記のようにして、偏光板情報生成装置１は、投影面Ｓ１上の各画素における偏光方向の角度を求め、偏光方向の分布情報を生成する。
【００４１】
偏光板情報生成装置１による上記の処理によって生成された画素ごとの偏光方向の角度の情報を用いて、３次元形状の曲面を擬似的に立体表現する偏光板３を生成することができる。ここでの画素は、実際の偏光板３でいう偏光領域４の偏光領域素５に対応させることができる。
例えば、角度変換装置１７は、仰角ｔに基づいて、画素ごとに偏光方向の角度を算出し、偏光板３を生成するために必要なデータとして保持し、実際に偏光板を生成する機器に転送することが可能である。
また、角度変換装置１７により算出された偏光方向分布に基づいて、手作業により偏光板を切り貼りすることで、実際に算出された偏光方向分布を持つ偏光板を作製することも可能である。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、２次元で表現された偏光板を用いて、３次元形状の曲面上の反射の変化を容易に表現することが可能である。
【００４３】
本実施の形態にかかる偏光板は、媒体の一部として利用することも可能である。例えば、証明書や認証カード等の一部に偏光領域４を設け、偏光板８に相当する偏光板をかざすことによって、認証が行われるようなシステムに使用することも可能である。
【００４４】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る画像及び偏光板情報生成装置の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施の形態に係る偏光板情報生成装置１の概略構成を示す図
【図２】偏光板情報生成装置１のハードウェア構成図
【図３】偏光板情報生成装置１による偏光板の偏光方向情報の生成処理を示すフローチャート
【図４】３次元形状表面の法線ベクトルの投影面Ｓ１への平行移動を示す図
【図５】法線ベクトルＮの法線投影面Ｓ２への投影を示す図
【図６】仰角ｔから偏光方向の角度θへの正規化を示す図
【符号の説明】
【００４６】
１………偏光板情報生成装置（コンピュータ）
３、８………偏光板
４………偏光領域
５、５−１、５−２………変更領域素
７、９………偏光方向
１１………モデリング装置
１３………法線情報記録装置
１５………法線情報変換装置
１７………角度変換装置
２３、２３−１、２３−２、２３−２、２３−３………画素
【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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