CN115079335A - 导光部件、照明装置及立体显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种导光部件、照明装置及立体显示装置，能实现射出面宽且垂直于射出面的长度短的导光部件。本发明的导光部件具备：来自光源(13)的光入射的入射面(21)、使入射的光反射的第一反射面(23)、使由第一反射面(23)反射的光反射为平行光的第二反射面(24)、以及使由第二反射面(24)反射的平行光射出的射出面(22)。第一反射面(23)的反射角(θR)遍及在第一反射面(23)不是一定的，第二反射面(24)是截面为锯齿状的反射面。

Description

导光部件、照明装置及立体显示装置
技术领域
本发明涉及一种用于射出平行光的导光部件、具备该导光部件的照明装置及具备该照明装置的立体显示装置。
背景技术
已知有不使用观察用的眼镜，用于显示所谓的三维图像的立体显示装置。这种立体显示装置包括：导光板；照明装置，其设置在导光板的端部，向导光板照射光；左眼用显示图案，其具有形成在导光板的背面的多个第一棱镜；以及右眼用显示图案，其具有形成在导光板的背面的多个第二棱镜。根据该结构，通过由多个第一棱镜和第二棱镜反射来自照明装置的光，在导光板的表面侧显示左眼用图像和右眼用图像，观测者能够视觉识别立体的图像。
但是，如上所述，在立体显示装置中，为了较大地显示立体的图像，需要用于向导光板照射平行光的照明装置。例如在专利文献1中公开了这种用于射出平行光的照明装置。
专利文献1所公开的照明装置具备导光部件，该导光部件具备来自光源的光所入射的入射面、第一反射面、第二反射面以及射出面。第一反射面使从入射面入射的光的至少一部分全反射，第二反射面使由第一反射面全反射的光的至少一部分全反射为平行光。另外，射出面射出被第二反射面全反射的平行光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6720809号公报
本发明要解决的课题
但是，专利文献1所记载的导光部件难以扩大射出面的宽度，在立体显示装置的宽度较宽的情况下，需要通过使导光部件大型化或者排列多个导光部件来构成照明装置。
发明内容
本发明的一方式的目的在于，与现有的导光部件相比，实现射出面(射出区域)宽且与射出面垂直的长度(纵向长度)短的导光部件。
为了解决上述问题，本发明采用以下结构。
本发明的一方式的导光部件，具备：入射面，其入射来自光源的光；第一偏转面，其使从所述入射面入射的光偏转；第二偏转面，其使通过所述第一偏转面偏转的光的至少一部分偏转为平行光，从所述入射面入射的光被所述第一偏转面偏转时的偏转角遍及所述第一偏转面不是一定的，所述第二偏转面是截面为锯齿状的偏转面。
根据上述结构，通过具有从入射面入射的光的偏转角不一定的第一偏转面，能够使光以扩散的方式偏转到比第一偏转面宽的第二偏转面。由此，能够扩大导光部件的射出面(使横向长度变长)。此外，由于第二偏转面是锯齿状的偏转面，由此，能够缩短导光部件的与射出面垂直的长度(纵向长度)。
在本发明的一方式的导光部件中，所述第一偏转面是曲面，并且所述偏转角从所述第一偏转面的一端到另一端连续地变化。
根据上述结构，能够使从射出面射出的光的强度分布更均匀。
在本发明的一方式的导光部件中，所述偏转角的变化度从所述第一偏转面的一端到另一端变化。
根据上述结构，能够均匀地调节从射出面射出的光的强度分布。
此外，根据本发明的一方式的导光部件的第二偏转面所述第二偏转面包括从所述入射面入射，并通过所述第一偏转面偏转并到达所述第二偏转面的光路与所述第二偏转面之间的交点即第一点和第二点；至所述第一点的光路长度L1比至所述第二点的光路长度L2短，在将从所述第一点沿着所述光路观察所述第一偏转面时的、所述入射面中的发光区域的视角设为θ1，将从所述第二点观察所述第一偏转面时的所述截面的视角设为θ2的情况下，满足θ1×L1<θ2×L2。
根据上述结构，能够提高从射出面射出的光的强度分布的均匀性。
另外，在本发明的一方式的导光部件的所述第二偏转面的各点中，在将从该点观察所述第一偏转面时的、所述发光区域的视角设为θ，将从所述入射面至该点的所述光路的光路长度设为L的情况下，所述光路越长，θ×L越大。
根据上述结构，能够进一步提高从射出面射出的光的强度分布的均匀性。
另外，本发明的一方式的导光部件，当将从所述第二偏转面观察所述第一偏转面时的所述入射面的发光区域的视角为θA时，所述第一偏转面使从所述入射面入射的光偏转，以使在所述第二偏转面上的各点中，θA大致均匀。
根据上述结构，能够使从射出面射出的光的强度分布大致均匀。
在本发明的一方式的导光部件中，所述第一偏转面包括：从所述入射面的发光区域观察，位于从所述入射面入射的光的光轴方向上的第三点；从所述发光区域观察，位于从所述光轴倾斜的方向上的第四点，所述第四点的所述第一偏转面的曲率比所述第三点的所述第一偏转面的曲率大。
根据上述结构，能够使从射出面射出的光的强度分布更均匀。
在本发明的一方式的导光部件中，所述第一偏转面使从所述入射面入射的光反射，所述偏转角是从所述入射面入射的光通过所述第一偏转面反射时的反射角。
此外，在本发明的一方式的导光部件中，所述第一偏转面使从所述入射面入射的光的至少一部分全反射。
根据上述结构，由于能够进行全反射，所以不需要对第一偏转面设置例如蒸镀的金属等反射材料。因此，能够降低导光部件的材料成本及制造成本。
此外，在本发明的一方式的导光部件中，所述第二偏转面使通过所述第一偏转面偏转的光的至少一部分反射为平行光。
此外，在本发明的一方式的导光部件中，所述第二偏转面使通过所述第一偏转面偏转的光的至少一部分全反射为平行光。
根据上述结构，由于能够进行全反射，所以不需要对第二偏转面设置例如蒸镀的金属等反射材料。因此，能够降低导光部件的材料成本及制造成本。
本发明的一方式的照明装置具备所述导光部件和光源。根据上述结构，能够实现紧凑的照明装置。另外，由于导光部件具有宽的射出面，所以与现有的照明装置相比，能够减少导光部件的数量，能够降低照明装置的制造成本。
本发明的一方式的立体显示设备，具备：所述照明装置；导光板，其导入从所述第二偏转面射出的平行光，并在空间形成立体像作为实像或虚像。根据上述结构，能够使立体显示装置整体的大小紧凑化。
本发明的一方式的立体显示设备，具备：所述照明装置；导光板，其与所述导光部件一体形成，导入从所述第二偏转面射出的平行光，并在空间形成立体像作为实像或虚像。
发明效果
根据本发明的一方式，与现有的导光部件相比，能够实现射出面(射出区域)宽且与射出面垂直的长度(纵向长度)短的导光部件。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的立体显示装置的结构的立体图。
图2是表示本发明的实施方式1的照明装置的结构的立体图。
图3是表示本发明的实施方式1的导光部件的结构的剖面图。
图4是表示本发明的实施方式1的导光部件的结构的剖面图。
图5是图3中的区域R的放大图。
图6是表示本发明的实施方式2的导光部件的结构的立体图。
图7是表示本发明的实施方式2的导光部件及该导光部件的变形例的、入射面附近的结构的示意图。
图8是表示本发明的实施方式3的导光部件的结构的立体图。
附图标记说明
1：立体显示装置
2：照明装置
3：导光板
21：入射面
22：射出面
13：光源
20、20A、20A'、20B：导光部件
23：第一反射面
24：第二反射面
L1、L2：光路长度
θ1、θ2、θA：视角
θR：反射角
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的一侧面所涉及的实施方式(以下也表述为“本实施方式”)进行说明。但是，以下说明的本实施方式在所有方面只不过是本发明的例示。当然可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种改进和变形。即，在实施本发明时，也可以适当采用与实施方式对应的具体结构。
(实施方式1)
首先，基于图1说明根据本实施方式的立体显示设备1。图1是表示立体显示装置1的结构的立体图。
如图1所示，立体显示装置1具备照明装置2、导光板3和光路偏转部4。
照明装置2是用于向导光板3照射与垂直于后述的导光板3的入射面3a的方向平行的光(以下也称为平行光)的单元。关于照明装置2的详细结构，将在后面叙述。
导光板3由透明且折射率比较高的树脂材料成形。导光板3具有：入射面3a，其入射从照明装置2照射的光；射出面3b，其为导光板3的表面，用于射出光；以及背面3c，其与射出面3b相对。
光路偏转部4形成在导光板3的背面3c上。光路偏转部4使被引导的光发生光路偏转并从导光板3的射出面3b射出。光路偏转部4例如由棱镜构成。
在立体显示装置1中，从照明装置2射出的平行光从导光板3的入射面3a入射。入射到导光板3的光在导光板3的内部被引导，通过光路偏转部4使光路偏转，从导光板3的射出面3b射出。然后，通过从射出面3b射出的光，作为实像或虚像在空间上形成(成像)立体图像I(立体像)。关于立体图像I的成像，能够使用公知的技术，因此在此省略说明。
(照明装置2的结构)
参照图2～图5说明照明装置2的结构。
图2是表示照明装置2的结构的立体图。图3及图4是表示收纳在照明装置2的内部的导光部件20的结构的剖面图。另外，在图3及图4中，一并图示了光源13。图5是图3中的区域R的放大图。以下，为了便于说明，将图3中的X轴方向称为横向，将Y轴方向称为纵向。另外，将+X方向作为右方向，将－X方向作为左方向，将+Y方向作为上方向，将－Y方向作为下方向，将+Z方向作为前方向，将－Z方向作为后方向进行说明。
如图2～图4所示，照明装置2具备壳体11、导光部件20和光源13。另外，虽然未图示，但照明装置2具备搭载光源13的基板。
壳体11是用于将光源13和导光部件20收纳在内部的部件，例如呈大致长方体的形状。壳体11在与导光板3的入射面3a相对的部位形成有开口部11a。
光源13是使光入射到导光部件20的光源。光源13例如是LED(Light Emittingdiode)光源。光源13可以是单色的LED光源，也可以是发出红色、绿色、蓝色的3种LED光源的组合。在光源13具有3色的LED光源的情况下，通过调节从各LED光源射出的光的强度，能够射出各种颜色的光。因此，可以根据用途来变化立体图像I的颜色。
导光部件20是用于将从光源13照射的光在内部变换为平行光的部件。导光部件20由折射率比较高的树脂材料成形。参照图3～图5说明导光部件20的结构。
如图3所示，导光部件20具有入射面21、射出面22、第一反射面23和第二反射面24，在前后方向上具有规定的厚度。导光部件20还可以具有第一连接面201、第二连接面202、第三连接面203、第四连接面204、第五连接面205以及第六连接面206。
入射面21是从光源13射出的光入射到导光部件20的面，为平面。从光源13射出的光在入射面21形成光束。以入射面21为截面的该光束的截面形状，在光源13比入射面21小的情况下，可以是光源13的形状，在光源13比入射面21大的情况下，可以是入射面21的形状。
射出面22是射出在导光部件20的内部被引导的光的面，为平面。从射出面22射出的光通过壳体11的开口部11a照射到导光板3的入射面3a。
第一反射面23(第一偏转面)是用于使从光源13射出并从入射面21入射到导光部件20的光向第二反射面24反射(偏转)的面。如图3所示，第一反射面23构成为，从入射面21入射的光被第一反射面23反射时的反射角θR(偏转角)遍及第一反射面23不是一定的。通过该结构，第一反射面23能够以光遍布比第一反射面23宽的第二反射面24的方式反射光。
例如，第一反射面23可以是相对于从入射面21入射的光的入射方向为凹的曲面。即，第一反射面23的与X－Y平面平行的截面的形状可以是相对于从入射面21入射的光的入射方向为凹的曲线。另外，第一反射面23也可以构成为，被第一反射面23反射时的反射角θR从第一反射面23的一端到另一端连续地变化。换言之，与X－Y平面平行的截面中的第一反射面23的曲率也可以从第一反射面23的一端到另一端连续地变化。在该情况下，该第一反射面23的曲率既可以离光源13近的一方大，或者也可以离光源13远的一方大。通过该结构，能够降低在第一反射面23上的不同点反射的光彼此的干涉。即，能够减少杂散光的产生。另外，在该情况下，该反射角θR的变化度(变化率)也可以从第一反射面23的一端到另一端变化。换言之，从第一反射面23的一端到另一端的上述曲率的变化的变化度(变化率)也可以从第一反射面23的一端到另一端变化。通过该结构，能够调节从射出面22射出的光的强度分布。
在此，将从第二反射面24观察第一反射面23时的入射面21的发光区域的视角设为θA(参照图4)。该发光区域也可以是光源13的发光面。即，视角θA是从第二反射面24中的任意一点向X轴正方向观察第一反射面23时，形成于第一反射面23的入射面21中的发光区域的虚像的视角。第一反射面23也可以构成为反射从入射面21入射的光，以使从第二反射面24上的各点观察时的视角θA大致均匀。例如，通过使第一反射面23的曲率变化，能够调节视角θA。更具体而言，若减小第一反射面23的曲率，则视角θA变大，若增大该曲率，则视角θA变小。通过该结构，能够提高从射出面22射出的光的强度分布的均匀性。在获得该效果时，如果视角θA有10％左右的差，则可以视为大致均匀。
第一反射面23也可以通过全反射使从入射面21入射的光的至少一部分反射。通过全反射反射的光的量取决于导光部件20的绝对折射率和入射到第一反射面23的光的角度等。在通过全反射反射的光的量少的情况下，也可以通过金属蒸镀等在第一反射面23上形成反射层。该反射层的形成不限于金属蒸镀，也可以通过溅射或涂装等方法形成。
另外，第一反射面23的与X－Y平面平行的截面的形状也可以是抛物线。在该情况下，通过在抛物线的焦点位置配置光源13，能够使来自第一反射面23的反射光成为平行光。
第二反射面24(第二偏转面)是将由第一反射面23反射的光的至少一部分作为平行光反射(偏转)的面。第二反射面24整体上相对于从第一反射面23反射的光的入射方向为凹。如图5所示，第二反射面24的与X－Y平面平行的截面为锯齿状。例如，如图5所示，第二反射面24的与X－Y平面平行的截面为台阶状，也可以具有使从第一反射面23反射的光朝向射出面22方向作为平行光反射的非连续的反射面241。
通过第二反射面24具有上述结构，能够缩短导光部件20的与射出面垂直的长度(纵向长度)。
第二反射面24也可以通过全反射使由第一反射面反射的光的至少一部分反射。在通过全反射反射的光的量少的情况下，也可以与第一反射面23同样地通过金属蒸镀等在第二反射面24上形成反射层。
在此，参照图4，对本发明的导光部件20的第二反射面24的光路长度与视角θA的关系进行说明。如图4所示，第二反射面24在其面上包含从入射面21入射并被上述第一反射面反射而到达上述第二反射面的光路与上述第二反射面的交点即第一点及第二点。在此，至上述第一点的光路长度L1比至上述第二点的光路长度L2短。
将从上述第一点沿着上述光路观察第一反射面23时的、从入射面21入射的光束在入射面21的截面的视角θA设为视角θ1，将从上述第二点沿着上述光路观察第一反射面23时的该截面的视角θA设为视角θ2。此时，导光部件20满足θ1×L1<θ2×L2。通过该结构，能够提高从射出面射出的光的强度分布的均匀性。
另外，第一反射面23包括从光源13(入射面21中的发光区域的中心)观察时位于光源13(发光区域)的光轴方向的第三点、从光源13观察时位于从光源13的光轴倾斜的方向的第四点。在第一反射面23的远离(倾斜)光轴的位置，光源的表观面积看起来较小。第四点的第一反射面23的曲率可以比第三点的第一反射面23的曲率大。通过该结构，能够提高从射出面射出的光的强度分布的均匀性。例如，光源13的光轴是与光源13的发光面垂直的轴。
如图3所示，在导光部件20中，第一反射面23的下端和入射面21的右端也可以通过成为平面的第一连接面201连接。第二反射面24的下端可以与射出面22的右端在X轴方向上的坐标相同，且与第一反射面的下端在Y轴方向上的坐标相同。第二反射面24的下端还可以与作为与射出面22平行的平面的第三连接面203的左端连接。第三连接面203的右端也可以与第二连接面202的左端连接，该第二连接面202是与入射面21的左端连接的平面。第二连接面202的右端也可以与入射面21的左端连接。射出面22的左端和第二反射面24的上端也可以通过与射出面22垂直的平面即第六连接面206连接。第一反射面23的上端与第二反射面24的上端在Y轴方向上的坐标相同，也可以与平行于射出面22的平面即第四连接面204的一端连接。第四连接面204的另一端也可以与射出面22的右端连接，并与相对于射出面22垂直的平面即第五连接面205连接。
另外，第一反射面23及第二反射面24的端部的位置不限于上述方式。分别连接入射面21、第一反射面23、第二反射面24及射出面22的连接面的形状、相对于各面的角度等也可以根据入射面21、第一反射面23、第二反射面24及射出面22而适当变更。
另外，导光板3和导光部件20也可以一体形成。
(实施方式2)
以下说明本发明的其他实施方式。另外，为了便于说明，对于与上述实施方式中说明的部件具有相同功能的部件，标记相同的符号，不重复其说明。对于以下的实施方式也同样。
(导光部件20A的结构)
图6是表示作为本发明的其他实施方式的导光部件20A的结构的立体图。导光部件20A与实施方式1的导光部件20的不同点在于具有弯曲部29A。弯曲部29A设置在第一反射面23与第二反射面24之间。另外，如图6所示，为了避开杂散光，在弯曲部29A的连接第一反射面23和第二反射面24的面的至少一部分上，也可以形成具有多个切口形状的切口部60A。
通过具有弯曲部29A，能够缩短导光部件20A横向长度。
图7是导光部件20A及作为导光部件20A的变形例的导光部件20A'的入射面21附近的结构的示意图。在图7中，符号701所示的图是导光部件20A的示意图，符号702所示的图是导光部件20A'的示意图。图7的符号702所示的导光部件20A'在入射面21与第一反射面之间具有使从入射面21入射的光向第一反射面23反射的第三反射面25。通过具有第三反射面25，能够进一步缩短图6所示的进深方向的长度。
(实施方式3)
(导光部件20B的结构)
图8是表示作为本发明的其他实施方式的导光部件20B的结构的立体图。另外，在图8中，为了便于理解，一并表示导光板3。导光部件20B与实施方式1的导光部件的不同点在于具有弯曲部29A和弯曲部29B。弯曲部29B设置在第二反射面24与射出面22之间。另外，如图7所示，为了避开杂散光，在连接射出面22和入射面21的面的至少一部分上，也可以形成具有多个切口形状的切口部60C。
通过具有弯曲部29A和弯曲部29B，能够在导光板3的侧面或背面方向上配置导光部件20B。
本发明不限于上述的各实施方式，可以在请求项所示的范围内进行各种变更，适当组合不同的实施方式中分别公开的技术手段而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

Claims (14)

1.一种导光部件，其特征在于，具备：
入射面，其入射来自光源的光；
第一偏转面，其使从所述入射面入射的光偏转；
第二偏转面，其使通过所述第一偏转面偏转的光的至少一部分偏转为平行光，
从所述入射面入射的光被所述第一偏转面偏转时的偏转角遍及所述第一偏转面不是一定的，
所述第二偏转面是截面为锯齿状的偏转面。
2.如权利要求1所述的导光部件，其特征在于，
所述第一偏转面是曲面，并且所述偏转角从所述第一偏转面的一端到另一端连续地变化。
3.如权利要求2所述的导光部件，其特征在于，
所述偏转角的变化度从所述第一偏转面的一端到另一端变化。
4.如权利要求1～3中任一项所述的导光部件，其特征在于，
所述第二偏转面包括从所述入射面入射，并通过所述第一偏转面偏转并到达所述第二偏转面的光路与所述第二偏转面之间的交点即第一点和第二点，
至所述第一点的光路长度L1比至所述第二点的光路长度L2短，
在将从所述第一点沿着所述光路观察所述第一偏转面时的、所述入射面中的发光区域的视角设为θ1，将从所述第二点观察所述第一偏转面时的所述截面的视角设为θ2的情况下，满足θ1×L1<θ2×L2。
5.如权利要求4所述的导光部件，其特征在于，
在所述第二偏转面的各点中，在将从该点观察所述第一偏转面时的、所述发光区域的视角设为θ，将从所述入射面至该点的所述光路的光路长度设为L的情况下，所述光路越长，θ×L越大。
6.如权利要求1～3中任一项所述的导光部件，其特征在于，
当将从所述第二偏转面观察所述第一偏转面时的所述入射面的发光区域的视角为θA时，所述第一偏转面使从所述入射面入射的光偏转，以使在所述第二偏转面上的各点中，θA大致均匀。
7.如权利要求1～3中任一项所述的导光部件，其特征在于，
所述第一偏转面包括：
从所述入射面的发光区域观察，位于从所述入射面入射的光的光轴方向上的第三点；
从所述发光区域观察，位于从所述光轴倾斜的方向上的第四点，
所述第四点的所述第一偏转面的曲率比所述第三点的所述第一偏转面的曲率大。
8.如权利要求1～3中任一项所述的导光部件，其特征在于，
所述第一偏转面使从所述入射面入射的光反射，
所述偏转角是从所述入射面入射的光通过所述第一偏转面反射时的反射角。
9.如权利要求8所述的导光部件，其特征在于，
所述第一偏转面使从所述入射面入射的光的至少一部分全反射。
10.如权利要求1～3中任一项所述的导光部件，其特征在于，
所述第二偏转面使通过所述第一偏转面偏转的光的至少一部分反射为平行光。
11.如权利要求10所述的导光部件，其特征在于，
所述第二偏转面使通过所述第一偏转面偏转的光的至少一部分全反射为平行光。
12.一种照明装置，其特征在于，具备：
权利要求1～11中任一项所述的导光部件；
所述光源。
13.一种立体显示装置，其特征在于，具备：
权利要求12所述的照明装置；
导光板，其导入从所述第二偏转面射出的平行光，并在空间形成立体像作为实像或虚像。
14.一种立体显示装置，其特征在于，具备：
权利要求12所述的照明装置；
导光板，其与所述导光部件一体形成，导入从所述第二偏转面射出的平行光，并在空间形成立体像作为实像或虚像。
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