CN107111151B

CN107111151B - 光学设备、光学系统及检票机

Info

Publication number: CN107111151B
Application number: CN201580070357.XA
Authority: CN
Inventors: 篠原正幸; 北村智和; 广瀬勇司; 田上靖宏; 奥田满; 冈田和幸
Original assignee: Europa Corp
Current assignee: Europa Corp
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2019-11-26
Anticipated expiration: 2035-12-28
Also published as: US20180017727A1; JP2016130834A; JP6531583B2; CN107111151A; TW201626052A; US10267969B2

Abstract

光学设备的导光板具备设于第一区域的第一光会聚部和设于沿着导光板的导光方向与第一区域不同的第二区域的第二光会聚部，各光会聚部分别具有从射出面射出实质上会聚在空间上的会聚点或会聚线的射出光、或者实质上从空间上的会聚点或会聚线发散的方向的射出光的光学面，会聚点或会聚线在光会聚部之间相互不同，通过多个第一光会聚部的多个会聚点或会聚线的聚集，在空间上形成第一像，通过多个第二光会聚部的多个会聚点或会聚线的聚集，在空间上形成第二像，在投影至与导光板的导光方向平行且与射出面垂直的面的情况下，各第一光会聚部使射出光相对于射出面以第一角度射出，各第二光会聚部使射出光相对于射出面以第二角度射出。

Description

光学设备、光学系统及检票机

技术领域

本发明涉及光学设备、光学系统及检票机。

背景技术

已知有具备导光板、光源、配置于导光板的表面侧的视差屏障(parallaxbarrier)方式或透镜阵列方式的掩模或透镜阵列的立体可视的显示装置(例如，参照专利文献1。)。

专利文献1：日本特开2012－008464号公报

导光板的射出面在每个区域中存在角度差时，有时不能形成所期望的像。

发明内容

用于解决课题的方案

在第一方式中，具备在与光的射出面平行的面内引导光的导光板，导光板具有：多个第一光会聚部，其设于第一区域，并分别具有供由导光板引导的光入射，并从射出面射出实质上会聚在空间上的一个会聚点或会聚线的射出光、或者实质上从空间上的一个会聚点或会聚线发散的方向的射出光的光学面；多个第二光会聚部，其设于沿着导光板的导光方向与第一区域不同的第二区域，并分别具有供由导光板引导的光入射，并从射出面射出实质上会聚在空间上的一个会聚点或会聚线的射出光、或者实质上从空间上的一个会聚点或会聚线发散的方向的射出光的光学面。会聚点或会聚线在多个第一光会聚部之间相互不同，通过多个第一光会聚部的多个会聚点或会聚线的聚集，在空间上形成第一像。会聚点或会聚线在多个第二光会聚部之间相互不同，通过多个第二光会聚部的多个会聚点或会聚线的聚集，在空间上形成第二像。在投影至与导光板的导光方向平行且与射出面垂直的面的情况下，多个第一光会聚部各自的射出光相对于射出面构成的角度为第一角度，在投影至与导光板的导光方向平行且与射出面垂直的面的情况下，多个第二光会聚部各自的射出光相对于射出面构成的角度为与第一角度不同的第二角度。

在第二方式中，光学设备具备在与光的射出面平行的面内引导光的导光板，导光板具有：多个第一光会聚部，其设于第一区域，并分别具有供由导光板引导的光入射，并从射出面射出实质上会聚在空间上的一个会聚点或会聚线的射出光、或者实质上从空间上的一个会聚点或会聚线发散的方向的射出光的光学面；多个第二光会聚部，其设于沿着导光板的导光方向与第一区域不同的第二区域，并分别具有供由导光板引导的光入射，并从射出面射出实质上会聚在空间上的一个会聚点或会聚线的射出光、或者实质上从空间上的一个会聚点或会聚线发散的方向的射出光的光学面。会聚点或会聚线在多个第一光会聚部之间相互不同，通过多个第一光会聚部的多个会聚点或会聚线的聚集，在空间上形成第一像。会聚点或会聚线在多个第二光会聚部之间相互不同，通过多个第二光会聚部的多个会聚点或会聚线的聚集，在空间上形成第二像。构成多个第一光会聚部各自的射出光的多个光线相对于射出面构成的角度的最大值为第一角度，构成多个第二光会聚部各自的射出光的多个光线相对于射出面构成的角度的最大值为与第一角度不同的第二角度。

导光板的第二区域也可以相对于导光板的第一区域以形成第一角度与第二角度之差的角度差而设置。

在导光板的第二区域相对于导光板的第一区域以形成第一角度与第二角度之差的角度而设置的情况下，第二像也可以形成在与第一像连续的位置。

多个第一光会聚部及多个第二光会聚部分别具有的光学面也可以是反射入射的光的反射面，多个第一光会聚部各自具有的反射面与多个第二光会聚部各自具有的反射面的角度差和第一角度与第二角度之差大致一致。

多个第一光会聚部及多个第二光会聚部分别具有的光学面也可以是反射入射的光的反射面，多个第一光会聚部各自具有的反射面与多个第二光会聚部各自具有的反射面的角度差和载置第一区域的面与载置第二区域的面的角度差大致一致。

多个第一光会聚部各自具有的光学面的面积也可以以从多个第一光会聚部及多个第二光会聚部分别射出的光的光度大致相同的方式设定，多个第二光会聚部各自具有的光学面的面积以从多个第一光会聚部及多个第二光会聚部分别射出的光的光度大致相同的方式设定。

多个光会聚部也可以在与射出面平行的面内沿着分别预先设定的线形成。

在第二方式中，光学系统具备上述光学设备和位于与第一面不同的第二面的用户界面部，第一区域载置在第一面上，第二区域载置在第二面上。

第一像及第二像也可以形成向用户表示用户界面部的位置的一个像。

在第三方式中，检票机具备上述光学系统。

此外，上述发明的概要不是列举出本发明的全部特征。另外，这些特征组的分组合也可作为发明。

附图说明

图1是与投影在空间上的立体像一起概略地表示一实施方式的显示装置10的图；

图2是概略性地表示在显示装置10的各区域相互没有角度差的状态下显示装置10形成的像的图；

图3是概略性地表示在区域82相对于区域81保持预先设定的角度差β的状态下显示装置10形成的像的图；

图4是放大表示显示装置10的区域81及区域82的图；

图5是概略性地表示将显示装置10用于检票机时的使用例的图；

图6是概略性地表示光会聚部130及光会聚部132作为光会聚部30的变形例的图。

具体实施方式

下面，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不是限定本发明请求范围的方式。另外，在实施方式之中说明的特征的全部组合并不限定必须为发明的解决手段。

图1是与投影在空间上的立体像一起概略表示一实施方式的显示装置10。此外，为了便于说明，实施方式的说明所利用的图采用概略或示意性的图。实施方式的说明所利用的图有时不按实际的比例来描绘。

显示装置10具有射出光的射出面71。显示装置10由从射出面71射出的光形成作为立体像的像6。像6是由用户在空间上可识别的立体像。此外，所谓立体像，是指使其与显示装置10的射出面71处于不同的位置来识别的像。所谓立体像，例如也包括在远离显示装置10的射出面71的位置被识别的二维像。即，立体像的概念不仅是作为立体的形状被识别的像，还包含在与显示装置10的显示面上不同的位置被识别的二维形状的像。

显示装置10具备导光板70和光源部20。导光板70由透明且折射率比较高的树脂材料来成形。形成导光板70的材料例如也可以是聚碳酸酯树脂(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)、玻璃等。形成导光板70的材料也可以是挠性材料。

导光板70具有射出面71和相反侧的背面72。另外，导光板70具有作为导光板70的四个端面的端面73、端面74、端面75及端面76。端面73是导光板70的入光端面。在端面73上设有光源20，来自光源20的光从端面73向导光板70入射。端面74是端面73的相反侧的面。端面76是端面75的相反侧的面。导光板70将来自光源20的光在与射出面71平行的面内引导，并扩展为面状。

此外，在实施方式的说明中，有时使用x轴、y轴及z轴的右手正交坐标系。将z轴方向定义为与射出面71垂直的方向。将从背面72向射出面71的方向定义为z轴正方向。另外，将y轴方向定义为与端面73垂直的方向。将从端面73向端面74的方向定义为y轴正方向。x轴是与端面75及端面76垂直的方向，将从端面75向端面76的方向设定为x轴正方向。此外，为了不使描述变得冗长，有时将与xy平面平行的面称为xy面，将与yz平面平行的面称为yz面，将与xz平面平行的面称为xz面。

在导光板70的背面72形成有包括光会聚部30a、光会聚部30b及光会聚部30c的多个光会聚部30。光会聚部30在x轴方向实质上连续地形成。具体而言，光会聚部30a沿着线190a形成。光会聚部30b沿着线190b形成。光会聚部30c沿着线190c形成。在此，线190a、线190b及线190c是与x轴大体平行的直线。任意的光会聚部30沿着与x轴大体平行的直线实质上连续地形成。由导光板70引导的光入射到各光会聚部30的x轴方向的各位置。

光会聚部30使入射至光会聚部30的各位置的光实质上会聚在与光会聚部30分别对应的定点。图1中，作为光会聚部30的一部分，特别表示有光会聚部30a、光会聚部30b及光会聚部30c，在光会聚部30a、光会聚部30b及光会聚部30c各自中，表示从光会聚部30a、光会聚部30b及光会聚部30c各自射出的多个光线会聚的情形。

具体而言，光会聚部30a与像6上的定点PA对应。来自光会聚部30a的各位置的光线会聚在定点PA。因此，来自光会聚部30a的光的波面成为从定点PA发出的光的波面。光会聚部30b与像6上的定点PB对应。来自从光会聚部30b的各位置的光线会聚在定点PB。这样，来自任意的光会聚部30的各位置的光线实质上会聚在与光会聚部30对应的定点。由此，利用任意的光会聚部30，可提供从对应的定点发出光那样的光的波面。各光会聚部30对应的定点相互不同，通过与光会聚部30分别对应的多个定点的聚集，在空间上形成被识别的像6。这样，显示装置10在空间上投影立体像。此外，作为一例，像6是用线描绘的像，描绘像6的线实质上通过与光会聚部30分别对应的多个定点的聚集而形成。

本实施方式中，光会聚部30分别包括在x轴方向实质上连续地形成的多个反射面。任意的光会聚部30各自具有的反射面的反射光会聚在与光会聚部30对应的定点。例如，光会聚部30a具有的多个反射面各自反射的多个反射光的光线会聚在定点PA。另外，光会聚部30b具有的多个反射面各自反射的多个反射光的光线会聚在定点PB。另外，光会聚部30c具有的多个反射面各自反射的多个反射光的光线会聚在定点PC。

在xy面内，由导光板70引导而通过导光板70内的各位置的光束具有以连结导光板70内的各位置和光源的方向为中心，比规定值小的展宽角。在光会聚部30设置于远离光源的位置的情况下，由导光板70引导而入射到光会聚部30的光成为大约以y轴方向为中心的展宽小的光。因此，例如在包括定点PA且与xz平面平行的面内，来自光会聚部30a的光实质上会聚在一个定点。此外，在本说明书中，通过导光板内外的点的光束的展宽是指该光束看作从该点发散的光时的光的展宽。另外，有时将通过导光板内外的点的光束的展宽简称为光的展宽。

此外，入射到光会聚部30的光中在z方向有展宽时，来自光会聚部30的光会聚在包括空间上的定点在内的、沿着y轴的线上。但是，为了便于容易说明实施方式，关注xz面内的光的会聚，有时作为来自光会聚部30的光会聚在定点而进行说明。

这样，光会聚部30在与射出面71平行的面内分别沿着预定的线形成。而且，光会聚部30分别入射由导光板70引导的光，从射出面71射出实质上会聚在空间上的一个会聚点的方向的射出光。此外，定点为导光板70的背面72侧的情况下，射出光成为从定点发散的方向的光。因此，定点为导光板70的背面72侧的情况下，光会聚部30具有的反射面从射出面71射出实质上从空间上的一个会聚点发散的方向的射出光。此外，如后述，光会聚部30也可以分别由菲涅尔透镜的一部分形成。

显示装置10在具有射出面71及背面72的角度差的状态下被使用。例如，导光板70的区域81相对于区域82具有比0大的角度差。另外，导光板70的区域82相对于区域83具有比0大的角度差。区域81、区域82及区域83是与导光板70引导光的导光方向不同的位置的区域。区域81与区域82邻接，区域82与区域83邻接。光会聚部30a设于区域81。光会聚部30b设于区域82。光会聚部30c设于区域83。显示装置10以在每个区域中具有角度差的状态下使用时可形成期望的像6的方式，设定光会聚部30的射出角。

图2概略性地表示在显示装置10的各区域没有相互角度差的状态下显示装置10形成的像。图2中，仅表示区域81及区域82的一部分的光会聚部30。此外，仅表示区域81及区域82的一部分的光会聚部30。

在区域81设置包含光会聚部30a、光会聚部30d及光会聚部30e的多个光会聚部30。光会聚部30a的射出光、光会聚部30d的射出光及光会聚部30e的射出光相对于射出面71均构成角度α。此外，角度α是投影至与导光板70的导光方向平行且与射出面71垂直的面时的角度。另外，角度α也是构成光会聚部30各自的射出光的多个交线相对于射出面71形成的角度的最大值。设于区域81的其它光会聚部30也同样，射出光相对于射出面71均构成角度α。设于区域81的光会聚部30的射出光形成像206a。像206a与像6的部分像对应。

在区域82设置包含光会聚部30b、光会聚部30f及光会聚部30g的多个光会聚部30。光会聚部30b的射出光、光会聚部30f的射出光及光会聚部30g的射出光相对于射出面71均构成角度θ。此外，角度θ是投影至与导光板70的导光方向平行且与射出面71垂直的面时的角度。另外，角度θ也是构成光会聚部30的射出光的多个交线相对于射出面71形成的角度的最大值。设于区域82的其它光会聚部30也同样，射出光相对于射出面71均构成角度θ。在此，θ与α不同。设于区域82的光会聚部30的射出光形成像206b。像206b与像6的部分像对应。

如图2所示，设于区域81的光会聚部30的射出光形成的像206a与设于区域82的光会聚部30的射出光形成的像206b不连续。这样，在区域81与区域82之间，光会聚部30的射出角不连续。即，在区域81与区域82之间，光会聚部30具有的反射面的角度不连续。因此，在显示装置10的各区域相互没有角度差的状态下，设于区域81的光会聚部30及设于区域82的光会聚部30未形成连续的像。

图3概略性地表示在区域82相对于区域81保持预先设定的角度差β的状态下显示装置10形成的像。如图2所示，设于区域81的光会聚部30的射出光形成的像206a与设于区域82的光会聚部30的射出光形成的像206b相连。这样，在区域82相对于区域81构成预先设定的角度差β的情况下，为了形成像206a及像206b连续的像，设计设于区域81的光会聚部30的射出角α及设于区域82的光会聚部30的射出角θ。

图4将显示装置10的区域81及区域82放大表示。如图4所示，来自设于区域82的光会聚部30的射出光的射出角θ以与α－β一致的方式设定。具体而言，当将设于区域81的光会聚部30的反射面与背面72构成的角度设为φ1，且将设于区域82的光会聚部30的反射面与背面72构成的角度设为φ2时，以φ1与φ2之差与β一致的方式，设定设于区域82的光会聚部30的反射面的角度。

此外，在像6保持一定亮度的情况下，需要使亮度在像206a与像206b的界限连续。因此，优选设于区域81的光会聚部30的反射面的面积和设于区域82的光会聚部30的反射面的面积以从光会聚部30分别射出的光的光度大致相同的方式设定。例如，也可以为，各光会聚部30的反射面的高度h或反射面的宽度w基于各光会聚部30的反射面与背面72构成的角度设定，以使从光会聚部30分别射出的光的光度大致相同。设于区域81的光会聚部30的高度h或宽度w也可以相互相等。另外，设于区域82的光会聚部30的高度h或宽度w也可以相互相等。但是，各光会聚部30的反射面的高度h或宽度w也可以在设于区域81的光会聚部30与设于区域82的光会聚部30之间不同。

图5概略表示将显示装置10应用于检票机时的使用例。图5是表示检票机系统750的整体的概略的立体图。检票机系统750是具备显示装置10的光学系统的一例。

检票机系统750具备检票机主体752、显示装置10。检票机主体752具有通信部701和显示部702。通信部701及显示部702是用户界面部的一例，提供用户和检票机主体752之间的界面。

通信部701使用接近通信，和用户所持的非接触型通信设备通信。通信部701通过接近通信与非接触型通信设备通信。作为非接触型通信设备，可以例示IC卡车票等IC卡、具有非接触型通信功能的移动电话。显示部702向用户显示信息。例如，显示部702显示存储于非接触型通信设备的电子货币的余额。

显示装置10设置于显示部702上。显示装置10的像6向用户提示显示部702的位置。像6以从用户起位于显示部702的上方的空间的方式被识别。如图6所示，根据显示装置10，可以在显示部702的上方的空间形成被识别的像6。另外，显示装置10作为整体是透明的，所以用户可以辨认显示部702上的标记。

设有通信部701的面781相对于与面781邻接的面782构成角度差β。另外，面782相对于与面782邻接的面783具有角度差－β。面781与面783不具有角度差。在此，显示装置10以将导光板70的区域81载置于面781上，将导光板70的区域82载置于面782上，将导光板70的区域83载置于面783上的方式，设置于检票机主体752上。由此，在通信部701上可形成期望的像6。

此外，也可以通过在通信部701上设有与显示装置10同样的结构的显示装置，而在通信部701上的空间形成向用户显示通信部701的位置的像。

图6概略表示作为光会聚部30的变形例的光会聚部130及光会聚部132。图6(a)概略表示由菲涅尔透镜的一部分形成的一个光会聚部130。此外，可以在作为菲涅尔透镜发挥作用的光会聚部130的多个折射面(棱镜面)之间设置有间隙。

图6(b)所示的光会聚部132与将光会聚部130沿着x轴方向分割成多个部分140a、部分140b、部分140c、部分140d、部分140e、部分140f、部分140g及部分140h相对应。分别来自光会聚部132的各部分140的光会聚在相同的定点。这样，通过将光会聚部分割成多个部分，产生所谓的黑底(black matrix)效应，像的对比度往往提高。此外，除反射面或菲涅尔透镜外，也可以使用衍射光栅作为光会聚部30。

以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并非被限定在上述实施方式记载的范围。可以对上述实施方式加以各种变更或改进，对于本领域技术人员而言是显而易见的。这种增加了变更或改进的方式也包含在本发明的技术范围，这从本发明请求的技术范围的记载就可以清楚。

应当注意到，本发明请求的技术范围、说明书及附图中所示的装置、系统、程序及方法中的动作、顺序、步骤、及阶段等各处理的执行顺序，只要没有特别明示为“更前”“在…之前”等，且是在后面的处理中不使用前面的处理的输出，则可按任意的顺序来实现。关于本发明请求的技术范围、说明书及附图中的动作流程，即使为了方便而使用“首先”、“接着”等进行了说明，也并不意味着必须按该顺序实施。

符号说明

6 像

10 显示装置

20 光源

30 光会聚部

70 导光板

71 射出面

72 背面

73、74、75、76 端面

130、132 光会聚部

140 部分

190 线

701 通信部

702 显示部

750 检票机系统

752 检票机主体

Claims

1.一种光学设备，具备在与光的射出面平行的面内引导光的导光板，

所述导光板具有：

多个第一光会聚部，其设于第一区域，并分别具有供由所述导光板引导的光入射，并从所述射出面射出实质上会聚在空间上的一个会聚点或会聚线的射出光、或者实质上从空间上的一个会聚点或会聚线发散的方向的射出光的光学面；

多个第二光会聚部，其设于沿着所述导光板的导光方向与所述第一区域不同的第二区域，并分别具有供由所述导光板引导的光入射，并从所述射出面射出实质上会聚在空间上的一个会聚点或会聚线的射出光、或者实质上从空间上的一个会聚点或会聚线发散的方向的射出光的光学面，

所述会聚点或会聚线在所述多个第一光会聚部之间相互不同，通过所述多个第一光会聚部的多个所述会聚点或会聚线的聚集，在空间上形成第一像，

所述会聚点或会聚线在所述多个第二光会聚部之间相互不同，通过所述多个第二光会聚部的多个所述会聚点或会聚线的聚集，在空间上形成第二像，

在投影至与所述导光板的导光方向平行且与所述射出面垂直的面的情况下，所述多个第一光会聚部各自的射出光相对于所述射出面构成的角度为第一角度，

在投影至与所述导光板的导光方向平行且与所述射出面垂直的面的情况下，所述多个第二光会聚部各自的射出光相对于所述射出面构成的角度为与所述第一角度不同的第二角度。

2.如权利要求1所述的光学设备，其中，

所述导光板的所述第二区域相对于所述导光板的所述第一区域以形成所述第一角度与所述第二角度之差的角度差而设置。

3.如权利要求1所述的光学设备，其中，

在所述导光板的所述第二区域相对于所述导光板的所述第一区域以形成所述第一角度与所述第二角度之差的角度而设置的情况下，所述第二像形成在与所述第一像连续的位置。

4.如权利要求1所述的光学设备，其中，

所述多个第一光会聚部及所述多个第二光会聚部分别具有的所述光学面是反射入射的光的反射面，

所述多个第一光会聚部各自具有的反射面与所述多个第二光会聚部各自具有的反射面的角度差和所述第一角度与所述第二角度之差大致一致。

5.如权利要求1所述的光学设备，其中，

所述多个第一光会聚部各自具有的反射面与所述多个第二光会聚部各自具有的反射面的角度差和载置所述第一区域的面与载置所述第二区域的面的角度差大致一致。

6.如权利要求1所述的光学设备，其中，

所述多个第一光会聚部各自具有的所述光学面的面积以从所述多个第一光会聚部及所述多个第二光会聚部分别射出的光的光度大致相同的方式设定，多个第二光会聚部各自具有的所述光学面的面积以从所述多个第一光会聚部及所述多个第二光会聚部分别射出的光的光度大致相同的方式设定。

7.如权利要求1所述的光学设备，其中，

所述多个第一光会聚部及所述多个第二光会聚部在与所述射出面平行的面内沿着分别预先设定的线形成。

8.一种光学设备，具备在与光的射出面平行的面内引导光的导光板，

所述导光板具有：

构成所述多个第一光会聚部各自的射出光的多个光线相对于所述射出面构成的角度的最大值为第一角度，

构成所述多个第二光会聚部各自的射出光的多个光线相对于所述射出面构成的角度的最大值为与所述第一角度不同的第二角度。

9.如权利要求8所述的光学设备，其中，

10.如权利要求8所述的光学设备，其中，

11.如权利要求8所述的光学设备，其中，

12.如权利要求8所述的光学设备，其中，

13.如权利要求8所述的光学设备，其中，

14.如权利要求8所述的光学设备，其中，

15.一种光学系统，具备：

权利要求1～14中任一项所述的光学设备；

位于与第一面不同的第二面的用户界面部，

所述第一区域载置在所述第一面上，所述第二区域载置在所述第二面上。

16.如权利要求15所述的光学系统，其中，

所述第一像及所述第二像形成向用户表示所述用户界面部的位置的一个像。

17.一种检票机，具备权利要求15或16所述的光学系统。