JP2014144542A - 表示体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、目視では何らのパターンも存在しないかのように見える基材から所定のパターンが表出する表示体の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、裸眼では形状認識困難な微小パターンからなる画素が基材面に所定ピッチで配列されてなる画素形成体（２０）と、前記画素形成体に対してモアレが生ずるピッチで凸状の微小レンズが配列されてなるレンズ集合体（１０）とを重ね合わせることにより、前記レンズ集合体を透して前記微小パターンの形状が拡大表示される表示体において、前記画素形成体（１０）の所定領域（Ｐ）に配列された画素の集合が有する第一の空間周波数と、前記領域以外の領域（Ｑ）に配列された画素の集合が有する第二の空間周波数とが異なるように夫々の領域の配列ピッチを定めたことにより上記の課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モアレを利用した表示体に関する。

二つのパターン同士を重ね合わせたときに、両パターンを構成する画素が僅かに異なるピッチで配列されているとき、両パターン間にモアレが生じることを利用した各種表示体が提案されている。

例えば、特許文献１のものは、透明基材の一方の面に所定のピッチで配列された画素の集合体からなるパターンを形成し、前記透明基材の他方の面に複数の凸レンズが所定のピッチで配列されたレンズの集合体を形成した表示体である。特許文献１の表示体は前記画素の集合体からなるパターンと、前記レンズの集合体との間で生ずるモアレ効果により前記画素の集合体からなるパターンを立体視可能とした表示体である。

特開２００８−１２８７０号公報

複数の凸レンズを配列してなるレンズ集合体とモアレ現象を利用した従来の表示体は、例えば特許文献１に見られるように、透明基材の一方の面に複数の凸レンズを所定ピッチで配列したレンズの集合体を形成し、他方の面に形成された画素の集合体からなるパターンを形成することで、前記パターンが拡大された立体像として表示させることを可能とした。

しかしながら、複数の凸レンズを配列してなるレンズの集合体と、画素の集合体とは透明基材を介して一体的に構成されており、見る角度あるいは距離により多少は変化するとしても常に何らかの一定のパターンが表出しており、そのパターン自体に大きな変化は生じないという課題がある。

そこで、本発明は、目視では一見して何らのパターンも存在しないかのように見える基材から所定のパターンが表出する表示体の提供を目的とする。

本発明の表示体は前記課題を以下の各態様により解決するものである。
なお、以下の各態様内に付した括弧内の符号は、図面に付した符号と対応している。

本発明にかかる第１の態様は、裸眼では形状認識困難な微小パターンからなる画素（２２）が基材面に所定ピッチで配列されてなる画素形成体（２０）と、前記画素形成体に対してモアレが生ずるピッチで凸状の微小レンズ（１２）が配列されてなるレンズ集合体（１０）とを重ね合わせることにより、前記レンズ集合体を透して前記微小パターンの形状が拡大表示される表示体において、前記画素形成体（２０）の所定領域（Ｐ）に配列された画素の集合が有する第一の空間周波数と、前記領域以外の領域（Ｑ）に配列された画素の集合が有する第二の空間周波数とが異なるように夫々の領域の配列ピッチを定めたことを特徴とするものである。

一般に、人間の裸眼では画素の一辺または画素の直径が３００ミクロンメートル以下になると画素それ自体の存在は認識できるが、画素の形状を認識することは困難である。
さらに、本発明の画素形成体（２０）のように、画素（２２）の配列ピッチが領域によって異なる、即ち画素の集合の空間周波数が領域によって異なっていた場合に、領域毎の空間周波数の違いを認識することは困難である。

他方、画素形成体（２０）に配列された微小パターンからなる画素（２２）の集合が有する空間周波数に応じて凸状の微小レンズが配列されてなるレンズ集合体（１０）を透して拡大表示される倍率が変化する。これはモアレ現象によるものである。

本発明は、以上のような人間の視覚特性ならびにモアレ効果を鑑みてなされたものであり、本発明にかかる第１の態様によれば、基材（２１）の所定領域（Ｐ）に配列される画素の集合の第一の空間周波数と、他の領域（Ｑ）に配列される画素の第二の空間周波数とが異なる値となるように画素の配列ピッチを調整した画素形成体（２０）に対して、透明基材（１１）に凸状の微小レンズ（１２）が一定のピッチで配列されてなるレンズ集合体（１０）を重ね合わせることで、画素形成体（２０）上の領域ごとの画素の集合の空間周波数の値が領域によって相違する様子がレンズ集合体（１０）を透して表出される。
その結果、画素形成体（２０）上に予め設定された領域毎の画素の集合の空間周波数の相違が、前記領域の形状に対応するパターンとなって目視認識可能な状態で表出される。

さらに第１の態様によれば、第一ならびに第二の空間周波数の設定によって、レンズ集合体（１０）を画素形成体（２０）に重ね合わせたときに、例えば所定領域（Ｐ）に配列された画素が拡大表示され当該画素の形状を目視可能とし、他の領域（Ｑ）に配列された画素は殆ど拡大されずに重ねる前の画素に近い状態で画素をそのまま視認することが可能となる。

本発明にかかる第２の態様は、前記第１の態様において、前記画素形成体（２０）と、前記レンズ集合体（１０）とは、別体であることを特徴とするものである。

第２の態様によれば、前記画素形成体（２０）を前記レンズ集合体（１０）を別々の物として流通させることができる。あるいは前記画素形成体（２０）の画素が形成されている側の面上を前記レンズ集合体（１０）を自由に移動させることができる。
このとき、レンズ集合体（１０）を構成する各微小レンズ（１２）自体ならびに各微小レンズの配列ピッチが一定であるから、前記画素形成体（２０）の面上の何処に前記レンズ集合体（１０）を移動させも表出するパターンの状態は一定となる。

本発明にかかる第３の態様は、前記第１また第２の態様において、前記画素（２２）が印刷用の網点であることを特徴とするものである。

第３の態様によれば、前記画素（２２）が印刷用の網点であるから、画素形成体（２０）は一見すると通常の印刷物として観察される。
ここで言う印刷用の網点とは、オフセット印刷用の網点、レーザービームプリンタやインクジェットプリンタに代表される各種プリンタ装置で用いられる擬似網点を意味している。

殊に、第３の態様に使用する網点は、網点の配列ピッチが一定であり表現する階調に応じて個々の網点の面積を変化させる方式の網点、即ち、ＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式と呼ばれる網点を想定している。

したがって、第１の態様に記載の空間周波数は第３の態様の網点のスクリーン線数に相当することになり、第３の態様においては、画素形成体（２０）の所定領域（Ｐ）に配列される網点は第一の空間周波数に相当するスクリーン線数の網点となり、他の領域（Ｑ）に配列される網点は第二の空間周波数に相当するスクリーン線数の網点となる。

このような構成からなる画素形成体（２０）に対して、前記レンズ集合体（１０）を重ね合わせることでレンズ集合体（１０）を透して表れる画素形成体（２０）に相当する印刷物上の所定領域に拡大された網点画像が表出する。よって、第３の態様によれば、表示体としての意外性が一層高まる。

本発明によれば、基材上に何らかの画素の集合体が形成され、前記画素の集合体は目視認識されない所定のパターンをなしている画素形成体に対して、レンズ集合体を重ね合わせることで前記所定パターンが目視可能に表出する、という効果がある。

本発明の表示体の概念図である。 本発明の表示体の拡大断面図である。 本発明の表示体の原理を説明するグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の表示体の概念図、図２は前記表示体の拡大断面図を示している。図において、１０はレンズ集合体、２０は画素形成体である。レンズ集合体１０は、図２（ａ）に示すように透明基材１１の少なくとも一方の表面に凸状の微小レンズ１２が所定の配列ピッチδｌで配列されている。画素形成体２０は、図２（ｂ）に示すように裸眼では形状認識困難な微小パターンからなる画素２２が基材２１上に所定ピッチで配列されており、画素２２の形成さている領域によって画素の配列ピッチが異なるように調整されている。図２（ｂ）の例では、領域Ｐに形成する画素２２の配列ピッチをδｐ、領域Ｑに形成する画素２２の配列ピッチをδｑとし、δｐ＜δｑの関係となっている。

このような例において、画素形成体２０を構成する画素２２の配列ピッチと、レンズ集合体１０を構成する微小レンズ１２の配列ピッチの関係は以下の何れかの組み合わせとなる。
（イ）δｐ＜δｑ＜δｌ
（ロ）δｐ＜δｑ＝δｌ
（ハ）δｐ＜δｌ＜δｑ
（二）δｌ＝δｐ＜δｑ
（ホ）δｌ＜δｐ＜δｑ

以上の画素２２の配列ピッチと微小レンズ１２の配列ピッチとの各組み合わせにおいて、画素形成体２０とレンズ集合体１０とを重ね合わせたときに表出する各パターンについて説明する。
以下の説明においては、画素形成体２０を構成する画素２２の配列方向と、レンズ集合体１０を構成する微小レンズ１２の配列方向とが互いに一致しているか、もしくは前記配列方向のズレによる空間周波数の方向性成分の相違による影響は無視できるものとする。

（イ）（ハ）（ホ）の場合に表示体から表出されるパターンは、領域Ｐ、領域Ｑともに異なるモアレ効果によるモアレ画像が発生する。モアレ画像とはモアレ効果によって画素２２が拡大表示された像に相当するものであり、微小レンズ１２の配列ピッチδｌと画素２２の配列ピッチとの差が小さい方がモアレ画像は大きくなる。
したがって、個々の画素２２の形状が目視認識できないような大きさであっても、前記モアレ効果によって画素２２が拡大表示されて目視認識できるようになる。
ただし、（イ）（ハ）（ホ）の場合において発生するモアレ画像の１周期の距離が領域Ｐ、Ｑの範囲から逸脱した状態にあるか、もしくは逸脱する状態に近い場合は拡大画像として認識困難となる。

（ロ）の場合に表示体上にモアレによる拡大表示が表れる領域は、領域Ｐのみとなる。
これはδｑ＝δｌにおいてはモアレ効果が生じないからである。

（二）の場合に表示体上にモアレによる拡大表示が表れる領域は、領域Ｑのみとなる。
これはδｐ＝δｌにおいてはモアレ効果が生じないからである。

図３は、本発明の表示体の原理を説明するグラフであって、画素形成体２０上の画素２２が形成された面に対してレンズ集合体１０を重ね合わせたときにレンズ集合体１０を介して表出するモアレ画像の状態を示している。
以下の説明においては、レンズ集合体１０を構成する微小レンズ１２の焦点面と、画素形成体２０を構成する画素２２の形成面とが互いに一致しているものとする。したがって微小レンズ１２と画素２２との間の距離の影響は無視できるものとする。

図３において、横軸は画素２２の集合の空間周波数ωｓ（単位は「サイクル／ミリメートル」とし、以下、ｃ／ｍｍと表す）、縦軸はモアレ画像のモアレ縞の間隔λｍ（単位は「ミリメートル」とし、以下、ｍｍと表す）を表している。

レンズ集合体１０は、直径８０ミクロンメートルの半球状の微小レンズ１２が１００ミクロンメートルのピッチで格子状に規則正しく配列されたものとした。したがって、レンズ集合体を構成する微小レンズの空間周波数ωｌ（単位は「サイクル／ミリメートル」とし、以下、ｃ／ｍｍと表す）は１０ｃ／ｍｍである。

画素形成体２０は、直径２５ミクロンメートルの円形の画素２２が格子状に規則正しく配列したものであって、当該画素の配列ピッチを変化させることで画素の集合の空間周波数ωｓを１ｃ／ｍｍ〜２０ｃ／ｍｍで変化させたものである。

その結果、画素２２の集合の空間周波数ωｓが８ｃ／ｍｍより小さくなると表出するモアレ縞の間隔λｍが１ｍｍを下回ることになる。さらに、ωｓが６ｃ／ｍｍ以下になるとλｍは０．５ｍｍ以下になり画素の形状が目視では認識し難くなる。

画素２２の集合の空間周波数ωｓが８．５ｃ／ｍｍを超えるとモアレ縞の間隔λｍが急に大きくなる。

画素２２の集合による空間周波数ωｓが１２ｃ／ｍｍを超えるとモアレ縞の間隔λｍが急に小さくなる。さらに、ωｓが１４ｃ／ｍｍ以下になるとλｍは０．５ｍｍ以下になり画素の形状が目視では認識し難くなる。

画素２２の集合による空間周波数ωｓが１０ｃ／ｍｍになると微小レンズの集合による空間周波数ωｌと同じになるのでモアレ縞が発散しモアレ画像が得られない。

画素２２の集合による空間周波数ωｓが１０ｃ／ｍｍ以外であってもωｓが９．５ｃ／ｍｍ〜１０．５ｃ／ｍｍの範囲ではモアレ画像が大きくなり過ぎて見難い状態となる。

以上から、画素形成体２０とレンズ集合体１０とを重ね合わせたときに画素を良好に拡大表示させるには、微小レンズ１２の集合による空間周波数ωｌの値に対して画素２２の集合による空間周波数ωｓの値を変化させる割合を±５％〜±２５％の範囲、さらに好ましくは±１０％〜±２０％の範囲で設定する。

さらに、画素形成体２１を目視で観察したときに、領域Ｐと領域Ｑの違いを認識し難くするには、画素２２の直径もしくは一辺の長さが３００ミクロンメートルよりも小さく、かつ、画素２２の配列ピッチがレンズ集合体１０の微小レンズ１２の配列ピッチより小さい方がよい。即ち、領域Ｐと領域Ｑに形成する画素２２の集合の空間周波数ωｓは微小レンズ１２の空間周波数ωｌより大きいことが好ましい。

＜実施例＞
以下、画素形成体２０を構成する画素２２を印刷用の網点とした場合の実施例について説明する。

（レンズ集合体の構成）
レンズ集合体１０は、直径８０ミクロンメートルの半球状の微小レンズが１００ミクロンメートルのピッチで格子状に規則正しく配列されたものを用意した。したがって、レンズ集合体を構成する微小レンズの空間周波数ωｌは１０ｃ／ｍｍとなる。

（画素形成体の構成）
画素形成体２０は、ＡＭ方式で製版した網点からなる画像をオフセット印刷法で基材２１に対して印刷した印刷物とした。

画素形成体２０は、一辺が１００ミリメートルの正方形の基材２１を用い、前記基材２１の中央部に直径３０ミリメートルの円形状の領域Ｐを形成し、前記領域Ｐ以外を領域Ｑとした。領域Ｐと領域Ｑの夫々に下記の空間周波数に対応するスクリーン線数で網点を形成した。なお、ここでは領域Ｐと領域Ｑともに網点面積率５０パーセントの平網とした。
（記）
領域Ｐの網点の空間周波数・・・１２ｃ／ｍｍ
領域Ｑの網点の空間周波数・・・２０ｃ／ｍｍ

（観察結果）
観察条件としては、前記画素形成体２０をテーブルの上に載置し前記画素形成体２０の表面から垂直に０．５メートル離れた位置に観察者の目が来るようにした。
裸眼で視力１．５の観察者が前記観察条件で画素形成体２０を観察した。
その結果、領域Ｐと領域Ｑの違いを明確に目視認識することは出来なかった。

次に、前記観察条件と同じ条件下で、前記画素形成体２０の網点が形成されている面に対して、前記レンズ集合体１０を重ね合わせて観察した。
その結果、画素形成体２０に形成した領域Ｐと領域Ｑに対応する表出画像に明確な違いが生じ、領域Ｐと領域Ｑの形状が目視認識できた。

本実施例においては、領域Ｐに対応する表出画像には網点の形状が目視可能に拡大表示された。他方の領域Ｑに対応する表出画像には網点の形状が認識できる程度に拡大表示されず、重ねる前の画素に近い状態で画素をそのまま視認することができた。

＜変形例＞
本発明は以上説明した実施の形態に限定されるものではなく種々の変形が可能であり、それらも本発明の均等の範囲内である。例えば以下のようなものが挙げられる。

（１）本実施例において、印刷網点が平網からなる画素形成体を例に説明したが、画素形成体は通常の印刷物に見られる階調表現された印刷網点であってもよい。
階調表現された印刷網点の場合は、平網の場合と比べて、画素形成体上の領域Ｐと領域Ｑとの空間周波数の違いが大きくてもその違いが目視認識し難くなる。

（２）本実施の形態において、画素ならびに微小レンズを格子状に配列した例を示したが、画素ならびに微小レンズの配列は規則性があれば十分である。例えば市松状に配列してもよい。

（３）本実施の形態において、画素の形状が円形のものを例に説明したが、画素の形状はどのような形状でもよく、印刷網点のように夫々の画素の面積が異なっていてもよい。

（４）画素形成体２０を構成する基材２１は樹脂フィルムのような透明性のある基材でも、印刷用紙のような不透明な基材でもよい。

１０・・・レンズ集合体
１２・・・微小レンズ
２０・・・画素形成体
２２・・・画素

Claims (3)

1. 裸眼では形状認識困難な微小パターンからなる画素が基材面に所定ピッチで配列されてなる画素形成体と、前記画素形成体に対してモアレが生ずるピッチで凸条の微小レンズが配列されてなるレンズ集合体とを重ね合わせることにより、前記レンズ集合体を透して前記微小パターンの形状が拡大表示される表示体において、
   前記画素形成体の所定領域に配列された画素の集合が有する第一の空間周波数と、前記領域以外の領域に配列された画素の集合が有する第二の空間周波数とが異なるように夫々の領域の配列ピッチを定めたことを特徴とする表示体。
2. 前記画素形成体と、前記レンズ集合体とは、別体であることを特徴とする請求項１記載の表示体。
3. 前記画素が印刷用の網点であることを特徴とする請求項１または２記載の表示体。
   

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