CN107533235B - 光学设备 - Google Patents

Abstract

一种光学设备，具备：光变换部，其变换来自光源的光；导光板，其在与射出面平行的面内引导由光变换部变换的来自光源的光；偏转部，其通过使由导光板引导的光偏转并从射出面射出，由此，形成像，光变换部使从光源发出的光在与射出面平行的面内聚光或发散，由此，变换成从更小的区域发出的光，偏转部形成根据观察的方向不同而不同的像。

Description

光学设备

技术领域

本发明涉及光学设备(optical device)。

背景技术

已知具备导光板、光源、配置于导光板的表面侧的表面侧的视差屏障(parallaxbarrier)方式或阵列透镜方式中的掩模(mask)或阵列透镜的可立体观察的显示装置(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2012-008464号公报

发明所要解决的课题

与导光板内的射出面平行的面内的各点的光的扩展角越大，从导光板射出的光的扩展(展宽)越大。因此，存在不容易从导光板射出限定成特定方向的光。例如，当使用导光板要实现以双眼式或多眼式提供视差图像的系统时，不能限定成为视点的范围。

发明内容

用于解决课题的方案

根据本发明的第一方式，光学设备具备：光变换部，其变换来自光源的光；导光板，其在与射出面平行的面内引导由光变换部变换的来自光源的光；偏转部，其通过使由导光板引导的光偏转并从射出面射出，由此，形成像，光变换部使从光源发出的光在与射出面平行的面内聚光或发散，由此，变换成从更小的区域发出的光，偏转部形成根据观察的方向不同而不同的像。

也可以为，偏转部具有多个光会聚部，该多个光会聚部入射由导光板引导的光，且使实质上会聚在空间上的一个会聚点或会聚线或从空间上的一个会聚点或会聚线实质上发散的方向的射出光从射出面射出，多个光会聚部在与射出面平行的面内分别沿着预定的线形成，会聚点或会聚线在多个光会聚部之间相互不同，通过多个会聚点或会聚线的汇集，在空间上形成像。

也可以为，光变换部在与导光板的导光方向正交且与射出面平行的方向上，具有限制从光源的光射出口射出的光透过的开口。

也可以为，光变换部具有光变换元件，该光变换元件在与射出面平行的面内使来自光源的光进行聚焦或发散。

也可以还具备光源。

根据本发明的第二方式，光学设备具备：激光光源；导光板，其将来自激光光源的光在与射出面平行的面内进行引导；偏转部，其使由导光板引导的光偏转并从射出面射出，由此，形成根据观察的方向不同而不同的像。

也可以为，偏转部具有多个光会聚部，该多个光会聚部入射由导光板引导的光，且使实质上会聚在空间上的一个会聚点或会聚线或从空间上的一个会聚点或会聚线实质上发散的方向的射出光从射出面射出，多个光会聚部在与射出面平行的面内分别沿着预定的线形成，会聚点或会聚线在多个光会聚部之间相互不同，通过多个会聚点或会聚线的汇集，在空间上形成像。

也可以为，还具备光变换部，该光变换部在与射出面平行的面内使来自光源的光进行聚焦，导光板入射从激光光源射出并透过了光变换部的光，并将入射的光在与射出面平行的面内进行引导。

也可以为，还具备光扩散部，该光扩散部使入射到导光板的光在与射出面平行的面内进行扩散。

也可以为，还具备扩散部，该扩散部使入射到导光板的光在与射出面垂直且沿着导光板的导光方向的面内进行扩散。

也可以为，还具备光发散部，该光发散部使入射到导光板的光在与射出面垂直且沿着导光板的导光方向的面内发散，并向扩散部射出。

也可以为，还具备：光发散部，其使入射到导光板的光在与射出面垂直且沿着导光板的导光方向的面内进行扩展；光平行化部，其使由光发散部扩展的光在与射出面垂直且沿着导光板的导光方向的面内平行化并向导光板入射。

也可以为，还具备反射膜，该反射膜设于射出面的相反侧的面，反射来自激光光源的光的波长，并透过其它波长区域的光。

也可以为，偏转部由衍射光栅形成。

也可以为，偏转部具有反射由导光板引导的光的圆柱形状的反射面。

也可以为，多个光会聚部各自的光会聚部在沿着导光板的导光方向相互不同的位置，具有多个射出实质上会聚在空间上的一个会聚点或从空间上的一个会聚点实质上发散的方向的射出光的反射面。

也可以为，在沿着导光板的导光方向相互不同的位置具有的多个的反射面形成菲涅耳透镜。

也可以为，偏转部在导光板上形成双眼式或多眼式的视差图像。

此外，上述发明的概要并不是举出本发明的全部特征。另外，这些特征组的补充组合也可构成发明。

附图说明

图1将一实施方式的显示装置10与投影在空间上的立体像一起概略性地表示；

图2概略性地表示显示装置10的xy截面；

图3概略性地表示显示装置10的yz截面；

图4概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10A的yz截面；

图5概略性地表示作为显示装置10A的变形例的显示装置10B的yz截面；

图6概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10C的yz截面；

图7概略性地表示作为显示装置10C的变形例的显示装置10D的yz截面；

图8概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10E的yz截面；

图9是将光源20及入射光调节部50分解表示的示意性的立体图；

图10概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10F的xy截面；

图11概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10G的yz截面；

图12将显示装置10G的立体图与入射光及射出光的一部分一起概略性地表示；

图13概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10H的yz截面；

图14将显示装置10H的立体图与入射光及射出光的一部分一起概略性地表示；

图15概略性地表示作为显示装置10C的变形例的显示装置10I的yz截面；

图16概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10J的yz截面；

图17概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10K的xy截面；

图18是说明与射出面71平行的面内的几何学的光的扩展角的图；

图19概略性地表示作为显示装置10K的变形例的显示装置10L的xy截面；

图20概略性地表示作为显示装置10K的变形例的显示装置10M的xy截面；

图21概略性地表示作为显示装置10M的变形例的显示装置10N的xy截面；

图22概略性地表示作为显示装置10K的变形例的显示装置10O的xy截面。

具体实施方式

以下，通过发明的实施方式说明本发明，但以下的实施方式不限定本发明的请求范围。另外，实施方式中说明的特征的全部组合并不限定在发明的解决方案中是必须的。

图1中将一实施方式的显示装置10与投影在空间上的立体像一体概略性地表示。此外，为了容易理解地进行说明，实施方式的说明所使用的图是概略性的或示意性的图。有时实施方式的说明所使用的图不以实际的尺度描绘。

显示装置10具有射出光的射出面71。显示装置10通过从射出面71射出的光，形成作为立体像的像6。像6是由用户在空间上被识别的立体像。此外，立体像是指以处于与显示装置10的射出面71不同的位置的方式被识别的像。立体像还包含例如在远离显示装置10的射出面71的位置被识别的二维像。即，立体像是如下概念，即，不仅包含作为立体形状而被识别的像，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、光源20、入射光调节部50。导光板70由透明且折射率较高的树脂材料成形。形成导光板70的材料也可以是例如聚碳酸酯树脂(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)、玻璃等。

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为导光板70的入光端面。在端面73设置光源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平行的面内以面状扩展(扩散)并引导。

在实施方式的说明中，有时使用x轴、y轴及z轴的右手系的正交坐标系。将与射出面71垂直的方向设定为z轴方向。将从背面72向射出面71的朝向设定为z轴正方向。另外，将与端面73垂直的方向设定为y轴方向。将从端面73向端面74的朝向设定为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的朝向设定为x轴正方向。此外，为了不使记载冗长，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。

光源20为激光光源。光源20具有例如激光二极管。光源20是例如单色的窄波长区域的相干的光。光源20的光轴与y轴方向实质上平行。来自光源20的光在入射光调节部50被调整，并作为向导光板70的入射光向端面73入射。

在导光板70的背面72形成有包含光会聚部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是通过使由导光板70引导的光偏转并从射出面71射出，而形成像的偏转部的一例。光会聚部30在x轴方向上实质上连续地形成。向光会聚部30的x轴方向的各位置入射由导光板70引导的光。

在此，作为由导光板70引导的光在沿着yz面的方向上不具有扩展的情况进行说明。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中表示如下情形，即，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，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进行会聚。

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汇集，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。人的眼睛根据观察的方向不同可看到从光会聚部30的不同的位置射出的光。因此，在导光板70上可看到根据观察的方向不同而不同的像。

本实施方式中，光会聚部30各自包含沿x轴方向实质上连续形成的多个反射面。任意的光会聚部30分别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形成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形成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形成的多个反射光的光线会聚在定点PC。

此外，由导光板70引导且透过导光板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20的方向为中心比规定值小的扩展角(扩散角)。具体而言，透过导光板70内的各位置的光束在xy面内，以连结导光板70内的各位置和光源20的方向为中心具有比规定值小的扩展角。另外，在包含连结导光板70内的各位置和光源20的线且与xy面正交的面内，由导光板70引导且透过导光板70内的各位置的光束以连结导光板70内的各位置和光源20的方向为中心具有比规定值小的扩展角。在光会聚部30设于远离光源20的位置的情况下，由导光板70引导并向光会聚部30入射的光束大致以y轴方向为中心，扩展(展宽)较小。因此，例如包含定点PA且与xz平面平行的面中，来自光会聚部30a的光实质上会聚在一个定点。此外，本说明书中，光束的扩展(扩散、展宽)是指，将透过导光板内外的点的光束看作从该点发散的光时的光的扩展(扩散)。另外，有时将光束的扩展仅称为光的扩展。另外，光的扩展角也可以是在导光板内外的点的角度方向的光强度分布中，光强度成为最大值的一半的位置的宽度(半值全宽)。

如图1所示，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轴大致平行的直线。任意的光会聚部30沿着与x轴大致平行的直线实质上连续地形成。

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而形成。而且，光会聚部30各自使由导光板70引导的光入射，且从射出面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，定点在导光板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，定点在导光板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射出从空间上的一个会聚点实质上发散的方向的射出光。

此外，在由导光板70引导的光在沿着yz面的方向上不具有扩展(展宽)的情况下，如上述，来自光会聚部30的光实质上会聚在定点。另一方面，在由导光板70引导的光在沿着yz面的方向上具有扩展的情况下，由光会聚部30的反射面反射的光实质上会聚在与yz面平行且与射出面平行的会聚线上。例如，光会聚部30a的光实质上会聚在包含PA且与yz面平行且与射出面平行的线上。与定点在导光板70的背面72的情况时同样，光会聚部30具有的反射面也从射出面71射出从空间上的一个会聚线实质上发散的方向的射出光。

图2概略性地表示显示装置10的xy截面。图3概略性地表示显示装置10的yz截面。入射光调节部50具有光学元件51及光学元件52。光学元件51及光学元件52在来自光源20的光前进的方向上，沿着光源20的光轴以光学元件51、光学元件52的顺序设置。具体而言，光学元件52设于端面73，光学元件51设于光学元件52与光源20之间。来自光源20的光依次通过光学元件51及光学元件52，并向导光板70的端面73入射。

光学元件51是变换来自光源20的光的光变换部的一例。光学元件51将从光源20发出的光在与射出面71平行的面内进行聚光或发散，由此，变换成从更小的区域发出的光。具体而言，光学元件51在与射出面71平行的面内聚焦来自光源20的光。此外，光学元件51将来自光源20的光变换成比与射出面71平行的面内的光的扩展角小的光，并沿着导光板70的导光方向向导光板70射出。光学元件51是在与射出面71平行的面内具有正光焦度的透镜。具体而言，光学元件51为聚光透镜，将来自1点的光束实质上进行聚光。具体而言，光学元件51将来自1点的光束在与射出面71平行的面内进行聚光。光学元件51在与射出面71平行的面内，将来自激光光源20的光射出口的各点的光进行聚光。

光学元件51将从光源20的光射出口的中心射出的光束，聚光在光学元件52的位置或光学元件52附近的位置。这样，利用光学元件51，来自光源20的光射出口的各点的光束分别在沿着y轴的方向上聚光在光学元件52的位置或光学元件52附近的位置。由此，与不存在光学元件51的情况相比，能够缩小光学元件52的位置的光束的直径。可以说光学元件51提供比光源20更小的疑似光源。由此，在与射出面71平行的面内的各点，由导光板70导光的光的扩展角在与射出面71平行的面内比规定值小。

光学元件52将入射的光在与射出面71平行的面内扩展(扩散)。具体而言，光学元件52通过将入射的光扩散，而在与射出面71平行的面内扩展。光学元件52是将向导光板70入射的光在与射出面71平行的面内扩散的光扩散部的一例。

根据入射光调节部50，来自光源20的光的入射光束在光学元件52的位置缩小，向光学元件52入射的光束成为较小直径的光束。而且，利用光学元件52，来自光源20的光在xy面内被扩展。因此，在投影至xy面内的情况下，与不存在入射光调节部50的情况相比，能够使向导光板70入射的光接近从点光源发出并扩展的光。由此，在xy面内，能够缩小在导光板70内的各点的光的扩展角。因此，能够缩小在光会聚部30的各反射面反射的光的扩展(扩散)。因此，能够缩小像6的模糊。

此外，如图3所示，在导光板70的背面72设置反射膜80。反射膜80实质上反射来自光源20的光的波长，且使其它波长区域的光实质上透过。例如，反射膜80将属于除来自光源20的光的波长区域以外的可见光的波长区域的光实质上透过。由此，能够抑制来自光源20的光在导光板70传播的中途向外泄漏。另外，能够提供观察者可看到且可透明地看到的显示装置100。

此外，光学元件52也可以通过将入射的光在xy面内扩展的凹凸图案等来实现。光学元件52也可以是沿z轴方向延伸的凸部及凹部在沿着x轴方向的方向上交替出现的凹凸图案。另外，光学元件52也可以不是与导光板70分开的部件，而作为端面73的一部分形成。另外，作为显示装置10的变形例，也可以采用不具有光学元件52的形式。光学元件51也可以是具有负光焦度的透镜。在该情况下，光学元件51的焦点也可以处于端面73的位置或端面73附近的位置。

另外，作为显示装置10的另一变形例，也可以采用不具有入射光调节部50的形式。另外，也可以应用发散光源来代替光源20，并将使来自该发散光源的光利用透镜等的光学元件实质上准直的光作为向入射光调节部50的入射光。

图4概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10A的yz截面。显示装置10A除了具备与入射光调节部50对应的入射光调节部50A，入射光调节部50A具有的光学元件52A的特性与光学元件52不同的点以外，具有与显示装置10大致相同的结构。

光学元件52A将入射的光在与射出面71垂直且沿着导光板70的导光方向的面的面内扩展。具体而言，光学元件52A通过将入射的光进行扩散，而将入射的光在yz面内扩展。光学元件52A是将朝向导光板70的光在与射出面71垂直且沿着导光板70的导光方向的面内扩散的光扩散部的一例。

本图中，表示沿着光源20的光轴的方向的光线入射至光学元件52A的情形。如图示，来自光源20的光成为利用光学元件52A在yz面内扩散的光，并向导光板70内入射。因此，与显示装置10相比时，向导光板70的入射光保持各种角度向端面73入射。因此，与显示装置10相比时，在导光板70内传播的光在背面72反射的部位难以汇集在特定的部位。因此，与显示装置10相比，能够难以产生在与射出面71平行的面内的光量的不均。

光学元件52A也可以是沿x轴方向延伸的凸部及凹部在沿z轴方向的方向上交替出现的凹凸图案。光学元件52A也可以不是与导光板70分开的部件，而作为端面73的一部分形成。此外，光学元件52A也可以在yz面内扩展光的特性的基础上，具有在xy面内扩展光的特性。由此，能够提供在与显示装置10A相关联的上述的功能的基础上，具有与显示装置10相关联的上述的功能的显示装置。

图5概略性地表示作为显示装置10A的变形例的显示装置10B的yz截面。显示装置10B除了具备与入射光调节部50对应的入射光调节部50B，且入射光调节部50B具有的光学元件51B的特性与光学元件51的特性不同的点以外，具有与显示装置10大致相同的结构。

光学元件51B将入射的光在与射出面71垂直且沿着导光板70的导光方向的面的面内扩展。具体而言，光学元件51B通过将入射的光发散，而在yz面内扩展。光学元件51B是将入射的光在与射出面71垂直且沿着导光板70的导光方向的面的面内发散的光发散部的一例。光学元件51B是例如具有负光焦度的发散透镜。这样，光学元件51B将入射的光在yz面内扩展，并向光学元件52A入射。此外，光学元件51B在xy面内使入射的光实质上不发散。

本图中，表示来自光源20的3个光线入射至光学元件51B的情形。如图示所示，来自光源20的光成为利用光学元件51A在yz面内发散的光，并向光学元件52A入射。而且，由光学元件52A扩散的光向导光板70内入射。因此，与显示装置10A相比时，向导光板70的入射光从z方向上不同的各种位置保持各种角度地向端面73入射。因此，与显示装置10A相比，能够使在导光板70内传播的光在背面72反射的部位在y轴方向上进一步分散。因此，能够难以出现例如沿着y轴方向的周期性的深浅的条纹花样。此外，与显示装置10A同样，光学元件52A也可以不是与导光板70分开的部件，而作为端面73的一部分形成。

图6概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10C的yz截面。显示装置10C除了具有与入射光调节部50对应的入射光调节部50C，入射光调节部50C具有的光学元件51C的特性与光学元件51的特性不同，入射光调节部50C具有的光学元件52C的特性与光学元件52不同的点以外，具有与显示装置10大致相同的结构。光学元件51C具有与光学元件51B同样的特性，因此，省略说明。

光学元件52C将由光学元件51C扩展的光在与射出面71垂直且沿着导光板70的导光方向的面内平行化，并向导光板70入射。光学元件52C是具有例如正光焦度的透镜。光学元件52C为光平行化部的一例。此外，光学元件51C也可以将入射的光完全平行化，也可以将入射的光实质上平行化。另外，光学元件52C也可以将入射的光平行化，以成为比从光源20射出的光的发散角小的发散角的光。此外，光学元件52C在xy面内不将入射的光平行化。

根据显示装置10C，能够抑制在导光板70内传播的光的yz面内的扩展角变大。因此，能够缩小来自光会聚部30各自的光的扩展。因此，导光板70的光会聚部30各自能够从导光板70射出实质上会聚在分别对应的会聚点那样的光。

图7概略性地表示作为显示装置10C的变形例的显示装置10D的yz截面。显示装置10C除了具有多个光源及入射光调节部的点以外，具有与显示装置10大致相同的结构。显示装置10D具备光源20D及入射光调节部50D，来代替显示装置10C的光源20及入射光调节部50C。另外，显示装置10D还具备光源25D及入射光调节部55D。

光源20D及光源25D具有与光源20相同的功能。光源20D与光源25D的朝向不同。具体而言，在yz面内，光源20D的光轴的朝向与光源25D的光轴的朝向不同。具体而言，光源20D的光轴及光源25D的光轴处于与yz面平行的同一面内，但光源20D的光轴的朝向与光源25D的光轴的朝向不同。此外，光源20D的光轴和端面73构成的最小的角度与光源25D的光轴和端面73构成的最小的角度实质上相同。

入射光调节部50D以入射光调节部50D具有的光学元件的中心轴与光源20D的光轴实质上一致的方式设置。入射光调节部55D以入射光调节部55D具有的光学元件的中心轴与光源25D的光轴实质上一致的方式设置。

根据显示装置10D，能够抑制向光会聚部30入射的在导光板70内传播的光的yz面内的扩展(展宽)变大，同时，抑制在背面72的面内产生反射汇集的部位，能够难以产生在与射出面71平行的面内的光量的不均。此外，显示装置10D具备两个光轴不同的光源及入射光调节部的组，但也可以采用具备3个以上的光轴不同的光源及入射光调节部的组的形式。

图8概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10E的yz截面。显示装置10A除了具备与入射光调节部50对应的入射光调节部50E，入射光调节部50E具有的光学元件51E的特性与光学元件51不同，且入射光调节部50E具有的光学元件52E的特性与光学元件52不同的点以外，具有与显示装置10大致相同的结构。

入射光调节部50E将来自光源20的光在与射出面平行的面及与射出面垂直且沿着导光板的导光方向的面的至少一方的面内扩散，并沿着导光板的导光方向向导光板内入射。具体而言，入射光调节部50E具有光学元件51E及光学元件52E。图9是将光源20及入射光调节部50分解表示的示意性的立体图。

入射光调节部50E将来自光源20的光在与射出面71平行的面内，及与射出面71垂直且沿着导光板70的导光方向的面内的双方的面内扩展，并沿着导光板70的导光方向向导光板70内入射。光学元件51E将沿着导光板70的导光方向的方向的光在与射出面71垂直且沿着导光板70的导光方向的面的面内扩散。光学元件52E将由光学元件51E扩展的光在与射出面71平行的面内扩展并向导光板70入射。具体而言，光学元件52E利用光学元件51E将在yz面内扩展的光进行扩散，由此，在xy面内扩展并且在yz面内扩展。

由此，在投影至xy面内的情况下，从端面73入射并在导光板70内传播的光束成为实质上从点光源发出的光一边在xy面内扩展一边前进的光束。另一方面，在投影至yz面内的情况下，从端面73入射且在导光板70内传播的光束一边保持各种角度地在射出面71与背面72之间反射一边前进。因此，来自一个光会聚部30的光在yz面内朝向各种方向。另一方面，在xy面内，成为实质上从点光源发出的光前进那样的光束，因此，在xy面内会聚点或会聚点不会大幅摆动。因此，观察者能够从各种方向识别立体像6。

另外，作为激光的光源20的光在利用光学元件51E扩散后，利用光学元件52E在z方向上不同的位置再次扩散。因此，能够抑制激光散斑(laser speckle)。此外，通过使光源20在与z轴方向平行的方向上振动，也可以抑制激光散斑。

此外，作为显示装置10E的变形例，光学元件52E也可以采用不具有在yz面内扩展光的功能的形式。另外，作为显示装置10E的另一变形例，光学元件52E也可以采用在xy面内不具有扩展光的功能的形式。另外，作为显示装置10E的另一变形例，也可以采用不具有光学元件52的形式。另外，作为显示装置10E的另一变形例，也可以采用不具有入射光调节部50的形式。另外，显示装置10E及显示装置10E的变形例中，光学元件52E也可以不是与导光板70分开的部件，而作为端面73的一部分形成。

图10概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10F的xy截面。显示装置10A除了导光板70F具有的光会聚部30F的结构与光会聚部30不同的点以外，具有与显示装置10大致相同的结构。光会聚部30具有多个反射面，与之相对，光会聚部30F为衍射光栅。光会聚部30F通过将在导光板70内传播的光进行衍射，从射出面71射出规定的方向的光。光源20为激光光源，来自光源20的光是实质上以单一波长相干的光。因此，即使光会聚部30使用衍射光栅，也能够抑制射出光的方向分散。

通过使用衍射光栅作为光会聚部30，与使用反射面的情况相比，能够缩短光会聚部30的y方向的长度。因此，能够以微细的会聚点或会聚线投影立体像。另外，能够使衍射光栅的图案间距变细，因此，能够提高立体像的分辨率。另外，调制衍射效率也容易，调节来自光会聚部30的光量也容易。另外，能够缩短光会聚部30的y方向的长度，因此，能够使导光板70更透明化。

此外，图10的例子中，显示装置10F具有入射光调节部50。作为显示装置10F的又一变形例，入射光调节部50也可以不具有光学元件51。另外，入射光调节部50也可以采用不具有光学元件51，且光学元件52在xy面内扩展光，但在yz面内不扩展光的结构。

图11概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10G的yz截面。图12将导光板70G的立体图与入射光及射出光的一部分一起概略性地表示。

显示装置10G持有具有圆柱形状的反射面的光会聚部30G，代替光会聚部30。具体而言，光会聚部30G具有沿着x轴方向延伸的圆柱形状。显示装置10G除了该点以外，具有与显示装置10大致相同的结构。

显示装置10G中，在导光板70内传播的光在yz面内不具有各种的方向成分，但由于光会聚部30G具有圆柱形状，因此，根据光向光会聚部30G的入射位置，在yz面内产生不同的方向的射出光。由此，在yz面内不设置扩展(扩散)光的扩散部，就能够增加可提供立体像的方向。

与本变形例不同，在使用了平面的反射面作为光会聚部30的情况下，射出光的yz面内的扩展依赖于导光板70内的yz面内的扩展。因此，为了在yz面内的宽广范围内提供来自导光板70的射出光，当增大在导光板70内传播的光的yz面内的扩展时，有时来自导光板70的射出光的扩展也一样变大。与之相对，显示装置10G中，来自导光板70的射出光的扩展由圆柱形状的曲面确定。因此，通过调整形成光会聚部30的曲面形状，容易控制yz面内的射出光的扩展。例如，容易使光的扩展在每个场所不同。另外，根据立体像的设计使光的扩展不同也变得容易。

图13概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10H的yz截面。图14将导光板70H的立体图与入射光及射出光的一部分一起概略性地表示。

显示装置10H具有光会聚部30H来代替光会聚部30。光会聚部30H具有将会聚在定点P的光射出的菲涅耳透镜的形状。显示装置10H除了该点以外，具有与显示装置10大致相同的结构。

显示装置10H中，一个光会聚部30H所含的多个反射面形成与一个定点P对应的一个菲涅耳透镜的反射面。来自光会聚部30H的射出光实质上会聚在定点P。根据显示装置10H，能够提供不是由线产生那样的光，而是从P点沿各种的方向产生的光。因此，能够提供更完全的立体像。

图15概略性地表示作为显示装置10H的变形例的显示装置10I的yz截面。显示装置10I具有入射光调节部50I代替入射光调节部50C。除了该点以外，显示装置10I具有与显示装置10H大致相同的结构。

入射光调节部50I具有与光学元件52H对应的光学元件52I。与光学元件52C同样，光学元件52I不仅将入射的光在xy面内扩展，而且在yz面内也扩展。但是，光学元件52I进行的在yz面内的光的扩展量限制为预定的量。例如，光学元件52I进行的在yz面内的光的扩展量限制为将与不同的定点对应的来自光会聚部30H的光束在y轴方向上能够分离的程度的扩展。由此，能够抑制仅在特定方向上可提供立体像的情况。

图16概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10J的yz截面。显示装置10J中，不是从端面73，而是从背面72向导光板70入射光。另外，导光板70的射出面71上具有偏转光学面40。显示装置10H除了这些点以外，具有与显示装置10大致相同的结构。

偏转光学面40将从背面72入射至导光板70的光向导光板70的导光方向进行偏转。偏转光学面40为例如衍射光栅，通过将从背面72入射至导光板70的光进行衍射，而向导光板70的导光方向进行偏转。

此外，也可以采用将偏转光学面设于背面72的形式。另外，作为其它形式，也可以采用光源20及入射光调节部50设于射出面71侧，且将光向导光板70入射的面设为射出面71的形式。在该情况下，也可以将偏转光学面设于背面72，也可以设于射出面71。

以上说明的实施方式中，来自光源20的光的波长区域属于单色的窄带域的波长区域。但是，光源20也可以是发出多个颜色的激光的激光光源。例如，光源20也可以是发出相互不同的3色的激光的激光光源。在将发出相互不同的颜色的激光的多个激光光源用作光源20的情况下，光源20也可以将来自各激光光源的激光混合并从一个光射出口射出。

图17概略性地表示作为显示装置10的变形例的显示装置10K的xy截面。显示装置10K具备光源20K来代替光源20，且具备入射光调节部50K来代替入射光调节部50。除了该点以外，显示装置10K具有与显示装置10大致相同的结构。

光源20K为发散光源。光源20K也可以是例如LED等。光源20K从光射出口的各点射出发散的光。入射光调节部50K具有与光学元件51对应的光学元件51K。光学元件51K将从光源20K射出的光在xy面内进行聚光。光学元件51K将来自光源20K的射出口的各点的光在光学元件52的位置或光学元件52附近的位置进行聚光。

光学元件51K的聚光特性也可以与光学元件51的聚光特性不同。例如，光学元件51K具有形成于光学元件52的位置的光源20K的光射出口的像的大小比光源20K的光射出口的大小更小的程度的光焦度。例如，来自光源20K的光射出口的x轴方向上的一端点p1的光束在光学元件52的位置聚光成点q1。另外，来自光源20K的光射出口的x轴方向上的另一端点p2的光束在光学元件52的位置聚光成点q2。在此，点q1与点q2之间的距离比端点p1与端点p2之间的距离短。这样，光学元件51K将来自光源20的光变换成与射出面71平行的面内的光的扩展角更小的光，沿着导光板70的导光方向向导光板70射出。因此，与不存在入射光调节部50K的情况相比，能够使向导光板70入射的光更接近来自点光源的光。

图18是说明与射出面71平行的面内的几何学的光的扩展角的图。点A能够表示导光板70内的任意的点。光的扩展角是由通过点A的光线形成的光束的最大角度。

在不存在光学元件51K的情况下，通过点A的光实质上在角度α的范围内通过。角度α是连结光射出口的端点p1和点A的线与连结光射出口的端点p2和点A的线构成的角度。

在存在光学元件51K的情况下，通过点A的光实质上在角度β的范围内通过。角度β是连结端点q1和点A的线与连结端点q2和点A的线构成的角度。这样，通过存在光学元件51，来自光源20的光变换成比与射出面71平行的面内的光的扩展角更小的光。因此，由光会聚部30反射的光的扩展角也变小。因此，与不存在光学元件51K的情况相比，能够缩小立体像的模糊。因此，利用LED等的发散光源，能够提供分辨率高的像。

此外，在此为了容易理解说明，不考虑光源的光射出口内的光强度分布，通过与光源的光射出口的相关联而确定光的扩展角。作为与射出面71平行的面内的光的扩展角，也可以使用与射出面71平行的面内的角度方向的光强度分布中光强度成为最大值的一半的位置的宽度(半值全宽)。

此外，作为显示装置10K的变形例，也可以采用不设置光学元件52的形式。另外，也可以将显示装置10K的光源20K及光学元件51K的结构应用于上述的显示装置10的任意的变形例。

图19概略性地表示作为显示装置10K的变形例的显示装置10L的xy截面。显示装置10L具备设于端面73的光学元件51L作为入射光调节部，来代替入射光调节部50K。

光学元件51L是从端面73向y轴负方向突出的部分。利用光学元件51L，也能够与光学元件51K同样，将来自光源20的光变换成比与射出面71平行的面内的光的扩展角更小的光。因此，能够缩小立体像的模糊。

图20概略性地表示作为显示装置10K的变形例的显示装置10M的xy截面。显示装置10M具备与入射光调节部50K对应的入射光调节部50M。除了该点以外，显示装置10M具有与显示装置10K大致相同的结构。

入射光调节部50M具有与光学元件51K对应的光学元件51M。光学元件51M在与射出面71平行的面内具有负光焦度。光学元件51M将从光源20K射出的光进行发散。

例如，来自光源20K的光射出口的x轴方向上的一端点p1的光束利用光学元件51M进行发散，并变换成从点q1发出那样的光束。另外，来自光源20K的光射出口的x轴方向上的一端点p2的光束利用光学元件51M进行发散，并变换成从点q2发出那样的光束。在此，点q1与点q2之间的距离比端点p1与端点p2之间的距离短。这样，利用光学元件51M，光源20K的光射出口的虚像的x轴方向的宽度变小。而且，向导光板70内入射从该虚像内的点发散那样的光。因此，利用光学元件51M，也能够将来自光源20的光变换成比与射出面71平行的面内的光的扩展角更小的光，并沿着导光板70的导光方向向导光板70入射。因此，能够缩小立体像的模糊。另外，能够增大向导光板70入射的光束的角度Φ，因此，光在导光板70内快速地扩展。因此，能够缩小导光板70的死区。

此外，也可以将显示装置10M的光源20K及光学元件51M的结构应用于上述的显示装置10的任意的变形例。

图21概略性地表示作为显示装置10M的变形例的显示装置10N的xy截面。显示装置10N具备设于端面73的光学元件51N作为入射光调节部，来代替入射光调节部50M。

光学元件51N是从端面73向y轴正方向凹设的部分。利用光学元件51N，也能够与光学元件51M同样，将来自光源20的光变换成比与射出面71平行的面内的光的扩展角更小的光。因此，能够缩小立体像的模糊。

图22概略性地表示作为显示装置10K的变形例的显示装置10O的xy截面。显示装置10O具备与入射光调节部50K对应的入射光调节部50O。除了该点以外，显示装置10M具有与显示装置10K大致相同的结构。

入射光调节部50O具有与光学元件51K对应的光学元件51O。光学元件51O是遮光部，且具有x轴方向上限制从光源20K的光射出口射出的光通过的开口。光学元件51O的开口的中心与光源20K的光射出口的中心大致一致。光源20K的光射出口在x轴方向上具有宽度L1。光学元件51O的开口在x轴方向上具有比宽度L1小的宽度L2。因此，光学元件51O能够将来自光源20K的光变换成比与射出面71平行的面内的光的扩展角更小的光。因此，能够缩小立体像的模糊。

此外，也可以将显示装置10O的光源20K及光学元件51O的结构应用于上述的显示装置10的任意的变形例。

根据以上说明的显示装置10及显示装置10的各种变形例，能够在行进方向上采样光线，并再现从物体发出的光线。特别是使用在与射出面71平行的面内扩展小的光，能够提供模仿从物体发出的光线的光。因此，能够提供模糊较小的立体像。另外，能够以较小的间距设置会聚点，因此，能够提高立体像的分辨率。

作为一例，在光的扩展角为1°的情况下，在从导光板的射出面上沿z轴方向离开10cm的位置，反射光成为在xz面内具有约1.7mm的扩展(展宽)的光束。如上述的显示装置10及其变形例，在通过光的会聚点的集合形成立体像的方式的情况下，来自一个光学面的光束的扩展(展宽)优选比该情况小。

具体地说明时，为了得到作为空间上的采样点优选的采样密度，考虑以0.5mm左右的间距设定会聚点的情况。为了提供可得到某程度立体感的像，优选将从导光板的射出面沿z轴方向离开30mm左右以上的点设定为会聚点。在光的扩展角为1°的情况下，在距射出面71为30mm的位置，光束的直径成为0.52mm。因此，为了以0.5mm左右的间距设定会聚点，优选光的扩展角低于1°。

此外，在从导光板的射出面到会聚点的z轴方向的距离更短的情况下，作为光的扩展角度的上限，可适用1°以上的规定值。例如，光的扩展角度也可以低于5°。在将从导光板的射出面沿z轴方向离开5mm左右的点设定为会聚点的情况下，如果光的扩展角度低于5°，则能够以0.5mm以下的间距设定会聚点。另外，在需要将从导光板的射出面沿z轴方向离开30mm左右以上的点设定为会聚点的情况下，也能够使空间上的采样点的间距比0.5mm长，同样地，作为光的扩展角度的上限，能够适用1°以上的规定值。另外，作为光的扩展角的上限的规定值，能够应用上述的1°、5°以外的各种角度。此外，光的扩展角也可以是向xy面投影了光束时的角度。另外，光的扩展角也可以是向yz面投影了光束时的角度。另外，光的扩展角也可以是向包含连结位置和光源的直线且与导光板的射出面正交的面投影了光束时的角度。

接着，考虑使用LED作为光源的影响。例如，在使用白色LED的情况下，需要在发光面内设置各色的发光芯片，因此，LED的光射出口变大。假设LED的光射出口的x轴方向的宽度设为2mm，则在从导光板的入光端面离开20mm的点，会产生约5.7°的光的扩展角。即使在从导光板的入光端面离开50mm的点，也会产生约2.3°的光的扩展角。在远离入光端面的区域，光的扩展角可成为1°以下，但仅在这种区域形成反射面时，导光板会产生较大的死区。此外，即使在LED与入光端面之间设置准直透镜，在缩短LED与准直透镜之间的距离的情况下，光的扩展角也变大。这样，在仅使用LED等的发散光源的情况下存在该课题，与之相对，根据显示装置10及显示装置10的各种变形例，能够解决该课题。

此外，使显示装置10及显示装置10的各种变形例进行变形，能够提供通过视差图像疑似性地提供立体像的双眼式或多眼式的显示装置。例如，在提供双眼式的显示装置的情况下，通过设置将右眼用的视差图像形成于导光板70上的第一反射面组和将左眼用的视差图像形成于导光板70上的第二反射面组，也可以提供右眼用及左眼用的视差图像。根据作为显示装置10的变形例的双眼式或多眼式的显示装置，能够限定成为视点的范围并提供视差图像。例如，能够仅向存在于特定的狭窄的区域的人物提供视差图像。

以上，使用实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围不限定于上述实施方式所记载的范围。对于本领域技术人员来说可知，可以对上述实施方式施加多种变更或改进。由本发明请求的范围记载可知，这种施加了变更或改进的方式也包含于本发明的技术范围。

应注意的是，本发明请求的范围、说明书及附图中所示的装置、系统、程序及方法的动作、顺序、步骤、及阶段等各处理的执行顺序只要没有特别明确指出“更前”、“之前”等或者在后面的处理中使用前面处理的输出，就可以以任意顺序实现。关于本发明请求的范围、说明书及附图中的动作流程，为方便起见，即使使用“首先”、“然后”等进行了说明，也并不意味着必须按照该顺序实施。

符号说明

6 像

10 显示装置

20 光源

25 光源

30 光会聚部

40 偏转光学面

50 入射光调节部

51 光学元件

52 光学元件

55 入射光调节部

70 导光板

71 射出面

72 背面

73 端面

74 端面

75 端面

76 端面

80 反射膜

100 显示装置

190 线

Claims (17)

1.一种光学设备，具备：

光变换部，其变换来自光源的光；

导光板，其在与射出面平行的面内引导由所述光变换部变换的来自所述光源的光；

偏转部，其通过使由所述导光板引导的光偏转并从所述射出面射出，由此，形成像，

所述光变换部使从所述光源发出的光在与所述射出面平行的面内聚光或发散，由此，变换成从更小的区域发出的光，

所述偏转部形成根据观察的方向不同而不同的像。

2.如权利要求1所述的光学设备，其中，

所述偏转部具有多个光会聚部，该多个光会聚部入射由所述导光板引导的光，且使实质上会聚在空间上的一个会聚点或会聚线或从空间上的一个会聚点或会聚线实质上发散的方向的射出光从所述射出面射出，

所述多个光会聚部在与所述射出面平行的面内分别沿着预定的线形成，

所述会聚点或会聚线在所述多个光会聚部之间相互不同，通过所述多个会聚点或会聚线的汇集，在空间上形成像。

3.如权利要求1所述的光学设备，其中，

所述光变换部在与所述导光板的导光方向正交且与所述射出面平行的方向上，具有限制从所述光源的光射出口射出的光透过的开口。

4.如权利要求1所述的光学设备，其中，

所述光变换部具有光变换元件，该光变换元件在与所述射出面平行的面内使来自所述光源的光进行聚焦或发散。

5.如权利要求1～4中任一项所述的光学设备，其中，

还具备所述光源。

6.一种光学设备，具备：

激光光源；

导光板，其将来自所述激光光源的光在与射出面平行的面内进行引导；

偏转部，其使由所述导光板引导的光偏转并从所述射出面射出，由此，形成根据观察的方向不同而不同的像，

所述偏转部具有多个光会聚部，该多个光会聚部入射由所述导光板引导的光，且使实质上会聚在空间上的一个会聚点或会聚线或从空间上的一个会聚点或会聚线实质上发散的方向的射出光从所述射出面射出，

所述多个光会聚部在与所述射出面平行的面内分别沿着预定的线形成，

所述会聚点或会聚线在所述多个光会聚部之间相互不同，通过多个所述会聚点或会聚线的汇集，在空间上形成像。

7.如权利要求6所述的光学设备，其中，

还具备光变换部，该光变换部在与所述射出面平行的面内使来自所述光源的光进行聚焦，

所述导光板入射从所述激光光源射出并透过了所述光变换部的光，并将入射的光在与所述射出面平行的面内进行引导。

8.如权利要求1～4、6、7中任一项所述的光学设备，其中，

还具备光扩散部，该光扩散部使入射到所述导光板的光在与所述射出面平行的面内进行扩散。

9.如权利要求1～4、6、7中任一项所述的光学设备，其中，

还具备扩散部，该扩散部使入射到所述导光板的光在与所述射出面垂直且沿着所述导光板的导光方向的面内进行扩散。

10.如权利要求9所述的光学设备，其中，

还具备光发散部，该光发散部使入射到所述导光板的光在与所述射出面垂直且沿着所述导光板的导光方向的面内发散，并向所述扩散部射出。

11.如权利要求1～4、6、7中任一项所述的光学设备，其中，还具备：

光发散部，其使入射到所述导光板的光在与所述射出面垂直且沿着所述导光板的导光方向的面内进行扩展；

光平行化部，其使由所述光发散部扩展的光在与所述射出面垂直且沿着所述导光板的导光方向的面内平行化并向所述导光板入射。

12.如权利要求6所述的光学设备，其中，

还具备反射膜，该反射膜设于所述射出面的相反侧的面，反射来自所述激光光源的光的波长，并透过其它波长区域的光。

13.如权利要求6或12所述的光学设备，其中，

所述偏转部由衍射光栅形成。

14.如权利要求1～4、6、7中任一项所述的光学设备，其中，

所述偏转部具有反射由所述导光板引导的光的圆柱形状的反射面。

15.如权利要求2或6所述的光学设备，其中，

所述多个光会聚部各自的光会聚部在沿着所述导光板的导光方向相互不同的位置，具有多个射出实质上会聚在所述空间上的一个会聚点或从空间上的一个会聚点实质上发散的方向的射出光的反射面。

16.如权利要求15所述的光学设备，其中，

在沿着所述导光板的导光方向相互不同的位置具有的多个的反射面形成菲涅耳透镜。

17.如权利要求1或6所述的光学设备，其中，

所述偏转部在所述导光板上形成双眼式或多眼式的视差图像。

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