DE112016003384T5

DE112016003384T5 - Optische vorrichtung

Info

Publication number: DE112016003384T5
Application number: DE112016003384.2T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Shinohara; Yasuhiro Tanoue; Norikazu Kitamura; Kazuyuki Okada; Tadashi Matsuoka
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: JP2017032664A; JP6503963B2; US20180129061A1; CN107533236A; CN107533236B; DE112016003384B4; WO2017017981A1; US10739614B2; TW201704816A

Abstract

Eine optische Vorrichtung umfasst: eine Lichtführungsplatte, welche Licht in einer Ebene parallel zu einer Emissionsoberfläche führt; eine optische Umlenkfläche, welche in die Lichtführungsplatte eintretendes Licht von einer Lichtquelle, die einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche und/oder der Emissionsoberfläche entgegengesetzten Oberfläche gegenüberliegt, so umlenkt, dass sich das Licht entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte fortpflanzt; und mehrere Lichtfokussierungsabschnitte, wobei jeder Lichtfokussierungsabschnitt eine optische Oberfläche einschließt, auf die das durch die optische Umlenkfläche umgelenkte und durch die Lichtführungsplatte geführte Licht einfällt, und die Aussendung von Emissionslicht durch die Emissionsoberfläche bewirkt, welches im Wesentlichen an einem Konvergenzpunkt oder einer Konvergenzlinie in einem Raum konvergiert oder im Wesentlichen von einem Konvergenzpunkt oder einer Konvergenzlinie in einem Raum ausstrahlt, wobei jeder Lichtfokussierungsabschnitt der mehreren Lichtfokussierungsabschnitte entlang einer vorbestimmten Linie in einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche ausgebildet ist, die Konvergenzpunkte oder Konvergenzlinien der mehreren Lichtfokussierungsabschnitte sich jeweils voneinander unterscheiden, und eine Gruppe der mehreren Konvergenzpunkte oder Konvergenzlinien ein Bild in einem Raum erzeugt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Allgemein bekannt ist eine stereoskopische Displayvorrichtung, die mit einer Lichtführungsplatte, einer an einer Kante der Lichtführungsplatte angeordneten Lichtquelle und einer Maske oder einem Linsen-Array, welche auf der Vorderseite der Lichtführungsplatte in einem Parallaxenbarrieren-System oder in einem Linsenarray-System angeordnet sind, ausgestattet ist (zum Beispiel Patentdokument 1).
Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegung Nr. 2012-008464
ÜBERBLICK
TECHNISCHES PROBLEM
Das Ausrichten der Lichtquelle mit der Kante der Lichtführungsplatte kann ein Problem darstellen, wenn die Lichtquelle an der Kante der Lichtführungsplatte angeordnet ist. Die Richtung des Lichts, welches aus der Lichtführungsplatte austritt, kann sich ändern, wenn die Lichtquelle versetzt zu einer vorgegebenen Stelle in einer Richtung parallel zu der Emissionsoberfläche der Lichtführungsplatte vorliegt. Außerdem kann ein Substrat, welches das lichtemittierende Element trägt, parallel zu der Kante angeordnet sein, wodurch das Sicherstellen eines Raumes in Kantennähe, der groß genug ist, um das Substrat aufzunehmen, ebenso ein Problem darstellen kann.
LÖSUNG
In einer ersten Ausführungsform umfasst eine optische Vorrichtung eine Lichtführungsplatte, welche Licht in einer Ebene parallel zu einer Emissionsoberfläche führt; eine optische Umlenkfläche, welche in die Lichtführungsplatte eintretendes Licht von einer Lichtquelle, die einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche und/oder der Emissionsoberfläche entgegengesetzten Oberfläche gegenüberliegt, so umlenkt, dass sich das Licht entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte fortpflanzt; und mehrere Lichtfokussierungsabschnitte, wobei jeder Lichtfokussierungsabschnitt eine optische Oberfläche, auf die das durch die optische Umlenkfläche umgelenkte und durch die Lichtführungsplatte geführte Licht einfällt, einschließt und die Aussendung von Emissionslicht durch die Emissionsoberfläche bewirkt, welches im Wesentlichen an einem Konvergenzpunkt oder einer Konvergenzlinie in einem Raum konvergiert oder im Wesentlichen von einem Konvergenzpunkt oder einer Konvergenzlinie in einem Raum ausstrahlt; wobei jeder Lichtfokussierungsabschnitt der mehreren Lichtfokussierungsabschnitte entlang einer vorbestimmten Linie in einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche ausgebildet ist, die Konvergenzpunkte oder Konvergenzlinien der mehreren Lichtfokussierungsabschnitte sich jeweils voneinander unterscheiden, und eine Gruppe der mehreren Konvergenzpunkte oder Konvergenzlinien ein Bild in einem Raum erzeugt.
Die Lichtquelle ist gegenüberliegend der Emissionsoberfläche der Lichtführungsplatte und/oder der Emissionsoberfläche gegenüberliegenden Oberfläche angeordnet, und Licht kann in die Lichtführungsplatte von der wenigstens einen Oberfläche, welche die Lichtquelle trägt, eintreten.
Die optische Umlenkfläche kann eine Umlenkreflektor-Oberfläche einschließen, die auf der Oberfläche angeordnet ist, die der Oberfläche gegenüberliegt, welche die Lichtquelle trägt, wobei die Umlenkreflektor-Oberfläche das Licht, das in die Lichtführungsplatte von der Lichtquelle eintritt, reflektiert und das Licht so umlenkt, dass sich das Licht entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte fortpflanzt.
Die Länge der Umlenkreflektor-Oberfläche entlang einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte ist, kann kürzer sein als die Länge eines Emissionsfensters, von dem aus Licht von der Lichtquelle in Richtung der Lichtführungsplatte emittiert wird.
Der Divergenzwinkel des Lichts, das durch die Umlenkreflektor-Oberfläche umgelenkt und durch die Lichtführungsplatte geführt wird, kann 5° oder weniger in einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche betragen.
Es kann eine Formel W ≤ L/10 erfüllt sein, wobei L den Abstand zwischen der Einfallskante der Lichtführungsplatte und dem Zentrum eines Bereichs, in dem ein Lichtfokussierungsabschnitt 30 ausgebildet ist, ist, und W eine Breite der Umlenkreflektor-Oberfläche parallel zu der Emissionsoberfläche entlang einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte verläuft, ist.
Auf der Umlenkreflektor-Oberfläche kann eine Reflexionsschicht vorgesehen sein.
Zudem kann ein Hilfsreflektor, welcher eine Oberfläche mit einer Reflexionsschicht einschließt, vorgesehen und an der Lichtführungsplatte so befestigt sein, dass die Reflexionsschicht in Kontakt mit der Umlenkreflektor-Oberfläche kommt.
Es können mehrere Umlenkreflektor-Oberflächen entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte vorliegen, wobei sich diese Umlenkreflektor-Oberflächen jeweils von anderen Umlenkreflektor-Oberflächen in wenigstens entweder der Länge entlang der Richtung senkrecht zu der Emissionsoberfläche und/oder dem Winkel in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche und im Verlauf der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte unterscheiden können.
Die Umlenkreflektor-Oberfläche kann eine erste Umlenkreflektor-Oberfläche und eine zweite Umlenkreflektor-Oberfläche umfassen, die sich von der ersten Umlenkreflektor-Oberfläche entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte fortsetzt; und der Winkel der ersten Umlenkreflektor-Oberfläche in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche unterscheidet sich von dem Winkel der zweiten Umlenkreflektor-Oberfläche in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche und im Verlauf der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte.
Die erste Umlenkreflektor-Oberfläche und die zweite Umlenkreflektor-Oberfläche bilden einen Teil der Oberfläche einer Vertiefung, die in der Oberfläche ausgebildet ist, die der Oberfläche gegenüberliegt, die die Lichtquelle in der Lichtführungsplatte trägt; und die Neigung der zweiten Umlenkreflektor-Oberfläche in Bezug auf die Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche kann kleiner sein als die Neigung der ersten Umlenkreflektor-Oberfläche in Bezug auf die Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche und im Verlauf der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte.
Die optische Umlenkfläche kann Reflexionsflächen einschließen, die so orientiert sind, dass sie die Ausbreitung von Licht, das von der Lichtquelle in die Lichtführungsplatte eintritt, in einer Ebene parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte ermöglichen.
Die Lichtquelle emittiert Licht in das Innere der Lichtführungsplatte in Richtung einer ersten Kante, die einer zweiten Kante entgegengesetzt ist, die in der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte positioniert ist; und die optische Umlenkfläche schließt eine Umlenkreflektor-Oberfläche ein, die auf der ersten Kante angeordnet ist und das Licht von der Lichtquelle in im Wesentlichen paralleles Licht konvertiert, das sich in Richtung der zweiten Kante weiterbewegt.
Die optische Vorrichtung umfasst ferner einen Umlenkabschnitt, der die optische Umlenkfläche einschließt und auf einer ersten Kante gegenüber einer zweiten Kante, die in der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte positioniert ist, vorgesehen ist, wobei die optische Umlenkfläche eine Umlenkreflektor-Oberfläche einschließt, welche das Licht von der Lichtquelle in im Wesentlichen paralleles Licht konvertiert, das sich in Richtung der zweiten Kante weiterbewegt; und die Lichtquelle emittiert Licht, welches sich in Richtung der Umlenkreflektor-Oberfläche im Inneren des Umlenkabschnitts weiterbewegt.
Es können mehrere Lichtquellen nebeneinander in einer Richtung entlang einer Ebene senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte und parallel zu der Emissionsoberfläche angeordnet sein; und es können mehrere Umlenkreflektor-Oberflächen nebeneinander, den mehreren Lichtquellen entsprechend, in einer Richtung entlang einer Ebene senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte und parallel zu der Emissionsoberfläche angeordnet sein.
Die optische Vorrichtung kann ferner die Lichtquelle einschließen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die obige Zusammenfassung der Erfindung nicht sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung erwähnt, und dass die Unterkombination dieser Merkmalsgruppen ebenso Erfindungen darstellen können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch eine Displayvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform zusammen mit einem in einen Raum projizierten dreidimensionalen Bild;
2 zeigt schematisch einen Querschnitt der y-z-Ebene der Displayvorrichtung 10;
3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die x-y-Ebene der Displayvorrichtung 10;
4 veranschaulicht die Abhängigkeit der Kopplungsstrahlgröße der Lichtführungsplatte auf den vorderen Winkel θ und die Tiefe h;
5 zeigt schematisch eine Displayvorrichtung 10A, welche eine Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
6 zeigt schematisch eine Displayvorrichtung 10B, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
7 zeigt schematisch eine Displayvorrichtung 100, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
8 veranschaulicht schematisch die Beziehung zwischen dem Divergenzwinkel Δθ des auf eine der Reflexionsflächen einfallenden Lichts von den Reflexionsflächen, die in dem Lichtfokussierungsabschnitt 30 enthalten sind, und dem Strahldivergenz-Ausbreitungswinkel ΦΔ des Emissionslichts;
9 zeigt schematisch eine Displayvorrichtung 10C, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
10 zeigt schematisch eine Displayvorrichtung 10D, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
11 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10E, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
12 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10F, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
13 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10G, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
14 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10H, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
15 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10I, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10H darstellt;
16 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10J, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
17 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10K, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
18 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10L, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
19 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10M, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt;
20 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10N, welche eine andere Variante der Displayvorrichtung 10M darstellt;
21 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch ein Beispiel für ein optisches System 500 zusammen mit einem dreidimensionalen Bild zeigt;
22 zeigt schematisch den y-z-Querschnitt des optischen Systems 500; und
23 zeigt ein anderes Beispiel für ein dreidimensionales Bild, welches durch eine Displayvorrichtung 10P gebildet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Ferner müssen nicht notwendigerweise sämtliche in den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale in Kombination vorliegen, um das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem zu lösen.
1 zeigt schematisch eine Displayvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform zusammen mit einem in einen Raum projizierten dreidimensionalen Bild. Für ein einfacheres Verständnis sind die Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Die Zeichnungen, die in der Beschreibung verwendet werden, sind nicht notwendigerweise maßstabgetreu.
Die Displayvorrichtung 10 umfasst eine Emissionsoberfläche 71, von der Licht emittiert wird. Die Displayvorrichtung 10 bildet mit Hilfe des aus der Emissionsoberfläche 71 austretenden Lichts ein Bild 6 als dreidimensionales Bild. Der Nutzer kann das Bild 6 als dreidimensionales Bild im Raum wahrnehmen. Im vorliegenden Fall wird das Bild so wahrgenommen, dass es sich an einer anderen Position als der Emissionsoberfläche 71 der Displayvorrichtung 10 befindet. Das dreidimensionale Bild umfasst zum Beispiel ein 2D-Bild, das so wahrgenommen wird, dass es an einer Position in einer Entfernung von der Emissionsoberfläche 71 der Displayvorrichtung 10 vorliegt. Das heißt, das dreidimensionale Bild schließt konzeptionell nicht nur Bilder ein, die als dreidimensionale Form wahrgenommen werden, sondern auch 2D-Bilder, die so wahrgenommen werden, dass sie an einer anderen Position in einer Entfernung von der Displayoberfläche 71 der Displayvorrichtung 10 vorliegen.
Die Displayvorrichtung 10 umfasst eine Lichtführungsplatte 70 und eine Lichtquelle 20. Die Lichtführungsplatte ist unter Verwendung eines transparenten Harzmaterials mit einem relativ hohen Brechungsindex geformt. Die Lichtführungsplatte 70 kann beispielsweise aus einem Polycarbonatharz (PC), einem Polymethylmethacrylatharz (PMMA), Glas oder dergleichen gefertigt sein.
Die Lichtführungsplatte 70 umfasst eine rückseitige Oberfläche 72, die der Emissionsoberfläche 71 entgegengesetzt ist. Die Lichtquelle 20 ist auf der rückseitigen Oberfläche 72 angeordnet. Das Licht von der Lichtquelle 20 tritt durch die rückseitige Oberfläche 72 in die Lichtführungsplatte 70 ein. Die Lichtführungsplatte 70 umfasst außerdem eine erste Kante 73, eine zweite Kante 74, eine dritte Kante 75 und eine vierte Kante 76, welche die vier Seitenkanten der Lichtführungsplatte 70 darstellen. Die zweite Kante 74 liegt der ersten Kante 73 gegenüber. Die vierte Kante 76 liegt der dritten Kante 75 gegenüber. Die Lichtführungsplatte 70 breitet das Licht von der Lichtquelle 20 in einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 aus und führt das Licht zu der zweiten Kante 74 hin.
In der Beschreibung der Ausführungsform kann das rechtshändige rechtwinkelige Koordinatensystem bestehend aus x-Achse, y-Achse und z-Achse Anwendung finden. Die z-Achsen-Richtung ist als senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 verlaufend definiert. Die Richtung von der rückseitigen Oberfläche 72 zu der Emissionsoberfläche 71 ist als positive z-Achsen-Richtung definiert. Ferner ist die y-Achsen-Richtung als senkrecht zu der ersten Kante 73 verlaufend definiert. Die Richtung von der ersten Kante 73 zu der zweiten Kante 74 ist als positive y-Achsen-Richtung definiert. Die x-Achse verläuft senkrecht zu der dritten Kante 75 und der vierten Kante 76, und die Richtung von der dritten Kante 75 zu der vierten Kante 76 ist als positive x-Achsen-Richtung definiert. Der Kürze halber können eine Ebene parallel zu der x-y-Ebene, eine Ebene parallel zu der y-z-Ebene und eine Ebene parallel zu der x-z-Ebene als x-y-Ebene, y-z-Ebene bzw. x-z-Ebene bezeichnet werden.
Die Lichtquelle 20 ist auf der rückseitigen Oberfläche 72 angeordnet. Das Licht von der Lichtquelle 20 tritt durch die rückseitige Oberfläche 72 in die Lichtführungsplatte 70 ein. Ein Umlenkreflektor 40 ist auf der Emissionsoberfläche 71 der Lichtführungsplatte 70 angeordnet. Der Umlenkreflektor 40 reflektiert das in die Lichtführungsplatte 70 eintretende Licht von der Lichtquelle 20 und lenkt das Licht entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 um. Zum Beispiel reflektiert der Umlenkreflektor 40 das in die Lichtführungsplatte 70 eintretende Licht von der Lichtquelle 20 und lenkt es in Richtung der zweiten Kante 74 um. Die Lichtführungsplatte 70 breitet das von dem Umlenkreflektor 40 umgelenkte Licht in einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 aus und führt das Licht in Richtung der zweiten Kante 74.
Mehrere Lichtfokussierungsabschnitte 30, welche einen Lichtfokussierungsabschnitt 30a, einen Lichtfokussierungsabschnitt 30b und einen Lichtfokussierungsabschnitt 30c einschließen, sind auf der rückseitigen Oberfläche 72 der Lichtführungsplatte 70 ausgebildet. Die Lichtfokussierungsabschnitte 30 sind größtenteils entlang der x-Achsen-Richtung verlaufend ausgebildet. Das durch die Lichtführungsplatte 70 geführte Licht fällt auf jede Position der Lichtfokussierungsabschnitte 30 entlang der x-Achsen-Richtung ein. Die Lichtfokussierungsabschnitte 30 fokussieren das auf jede Position der Lichtfokussierungsabschnitte einfallende Licht im Wesentlichen auf festen Punkten, wobei jeder Punkt den Lichtfokussierungsabschnitten 30 entspricht. 1 veranschaulicht insbesondere den Lichtfokussierungsabschnitt 30a, den Lichtfokussierungsabschnitt 30b und den Lichtfokussierungsabschnitt 30c als Teile der Lichtfokussierungsabschnitte 30 und zeigt, wie eine Vielzahl an Lichtstrahlen, die jeweils von dem Lichtfokussierungsabschnitt 30a, dem Lichtfokussierungsabschnitt 30b und dem Lichtfokussierungsabschnitt 30c ausgehen, jeweils für den Lichtfokussierungsabschnitt 30a, den Lichtfokussierungsabschnitt 30b und den Lichtfokussierungsabschnitt 30c zusammenlaufen.
Insbesondere entspricht der Lichtfokussierungsabschnitt 30a einem festen Punkt PA auf dem Bild 6. Die Lichtstrahlen von jeder Position des Lichtfokussierungsabschnitts 30a laufen an einem festen Punkt PA zusammen. Somit erscheint eine Wellenfront des Lichts von dem Lichtfokussierungsabschnitt 30a als eine Wellenfront des Lichts, welches von dem festen Punkt PA ausgeht. Der Lichtfokussierungsabschnitt 30b entspricht einem festen Punkt PB auf dem Bild 6. Die Lichtstrahlen von jeder Position des Lichtfokussierungsabschnitts 30b laufen an einem festen Punkt PB zusammen. Auf diese Weise laufen die Lichtstrahlen von jeder Position der jeweiligen Lichtfokussierungsabschnitte 30 im Wesentlichen an dem festen Punkt zusammen, der dem Lichtfokussierungsabschnitt 30 entspricht. Dadurch kann die Wellenfront des Lichts mit Hilfe der jeweiligen Lichtfokussierungsabschnitte 30 so dargestellt werden, dass das Licht von einem entsprechenden festen Punkt auszugehen scheint. Die festen Punkte, die den jeweiligen Lichtfokussierungsabschnitten 30 entsprechen, unterscheiden sich voneinander, wodurch eine Gruppierung von mehreren festen Punkten ein im Raum sichtbares Bild 6 erzeugen können, wobei jeder feste Punkt einem Lichtfokussierungsabschnitt 30 entspricht. Die Displayvorrichtung 10 projiziert auf diese Weise ein dreidimensionales Bild in einen Raum.
Gemäß dieser Ausführungsform schließt jeder der Lichtfokussierungsabschnitte 30 viele Reflexionsflächen ein, die größtenteils entlang der x-Achsen-Richtung verlaufen. Das Reflexionslicht von der Reflexionsfläche, die in den jeweiligen Lichtfokussierungsabschnitten 30 enthalten ist, konvergiert an einem festen Punkt, der dem Lichtfokussierungsabschnitt 30 entspricht. Zum Beispiel konvergieren eine Vielzahl an Lichtstrahlen von jeder der mehreren Reflexionsflächen, die in dem Lichtfokussierungsabschnitt 30a enthalten sind, an dem festen Punkt PA. Außerdem konvergieren eine Vielzahl an Lichtstrahlen von jeder der mehreren Reflexionsflächen, die in dem Lichtfokussierungsabschnitt 30b enthalten sind, an dem festen Punkt PB. Des Weiteren konvergieren eine Vielzahl an Lichtstrahlen von jeder der mehreren Reflexionsflächen, die in dem Lichtfokussierungsabschnitt 30c enthalten sind, an dem festen Punkt PC.
Ein durch die Lichtführungsplatte 70 geführter Strahl, welcher durch jede Position der Lichtführungsplatte 70 hindurchläuft, besitzt einen kleineren Ausbreitungswinkel als ein vorbestimmter Wert in der x-y-Ebene, wenn eine Richtung, welche die Lichtquelle 20 und jede Position in der Lichtführungsplatte 70 verbindet, als Zentrum definiert wird. Ferner besitzt der durch die Lichtführungsplatte 70 geführte Strahl, der durch jede Position der Lichtührungsplatte 70 hindurchläuft, einen kleineren Ausbreitungswinkel als ein vorgegebener Wert in einer Ebene senkrecht zu der x-y-Ebene, welche die Linie einschließt, welche die Lichtquelle 20 und jede Position in der Lichtführungsplatte 70 verbindet, wenn die Richtung, welche die Lichtquelle 20 und jede Position in der Lichtführungsplatte 70 verbindet, als Zentrum definiert wird. Wenn der Lichtfokussierungsabschnitt 30 in Entfernung von der Lichtquelle 20 angeordnet ist, besitzt der Strahl, der durch die Lichtführungsplatte 70 geführt wird und in den Lichtfokussierungsabschnitt 30 eintritt, geringe Ausbreitung in der x-y-Ebene mit der y-Achsen-Richtung als Zentrum. Demgemäß konvergiert das Licht von dem Lichtfokussierungsabschnitt 30a an einem im Wesentlichen einzigen festen Punkt, zum Beispiel in einer Ebene parallel zu der x-z-Ebene, welche den festen Punkt PA einschließt. Hierbei bezieht sich in dieser Beschreibung die Ausbreitung eines Strahls, welcher durch Punkte innerhalb und außerhalb der Lichtführungsplatte verläuft, auf die Ausbreitung von Licht, wenn der betreffende Strahl als von diesen Punkten ausstrahlendes Licht betrachtet werden kann. Die Ausbreitung des Strahls, der innerhalb und außerhalb der Lichtührungsplatte verläuft, kann einfach als „Ausbreitung von Licht” bezeichnet werden.
Wie in 1 dargestellt, ist der Lichtfokussierungsabschnitt 30a entlang einer Linie 190a ausgebildet. Der Lichtfokussierungsabschnitt 30b ist entlang einer Linie 190b ausgebildet. Der Lichtfokussierungsabschnitt 30c ist entlang einer Linie 190c ausgebildet. Hierbei sind die Linien 190a, 190b und 190c gerade Linien, die im Wesentlichen parallel zu der x-Achse verlaufen. Jeder Lichtfokussierungsabschnitt 30 verläuft größtenteils entlang einer geraden Linie, die im Wesentlichen parallel zu der x-Achse ist.
Auf diese Weise sind die Lichtfokussierungsabschnitte 30 jeweils entlang vorbestimmter Linien in einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 ausgebildet. Jeder Lichtfokussierungsabschnitt 30 empfängt das durch die Lichtführungsplatte 70 geführte Licht und bewirkt die Aussendung von Emissionslicht durch die Emissionsoberfläche 71 in eine Richtung, so dass das Emissionslicht im Wesentlichen an einem einzigen Konvergenzpunkt im Raum konvergiert. Es sei darauf hingewiesen, dass das Emissionslicht in eine Richtung so ausgesendet wird, dass das Emissionslicht von dem festen Punkt ausstrahlt, wenn sich der feste Punkt in der Nähe der rückseitigen Oberfläche 72 der Lichtführungsplatte 70 befindet. Wenn sich der feste Punkt in der Nähe der rückseitigen Oberfläche 72 der Lichtführungsplatte 70 befindet, bewirkt die Reflexionsfläche, die in dem Lichtfokussierungsabschnitt 30 enthalten ist, daher die Aussendung von Emissionslicht durch die Emissionsoberfläche 71 in einer Richtung, so dass das Emissionslicht von im Wesentlichen einem Konvergenzpunkt im Raum ausstrahlt.
Außerdem konvergiert, wenn das durch die Lichtführungsplatte 70 geführte Licht geringe Ausbreitung entlang einer Richtung parallel zu der y-z-Ebene aufweist, das Licht von dem Lichtfokussierungsabschnitt 30 im Wesentlichen an dem festen Punkt, wie oben beschrieben. Wenn sich andererseits das durch die Lichtführungsplatte 70 geführte Licht bis zu einem gewissen Grad entlang einer Richtung parallel zu der y-z-Ebene ausbreitet, konvergiert das von der Reflexionsfläche des Lichtfokussierungsabschnitts 30 reflektierte Licht im Wesentlichen auf einer Konvergenzlinie parallel zu der y-z-Ebene und der Emissionsoberfläche. Zum Beispiel konvergiert das durch den Lichtfokussierungsabschnitt 30a erzeugte Licht im Wesentlichen auf einer Linie, die parallel zu der y-z-Ebene und der Emissionsoberfläche ist und den Punkt PA enthält. Gleichermaßen bewirkt, wenn sich der feste Punkt in der Nähe der rückseitigen Oberfläche 72 der Lichtführungsplatte 70 befindet, die Reflexionsfläche, die in dem Lichtfokussierungsabschnitt 30 enthalten ist, die Aussendung von Emissionslicht durch die Emissionsoberfläche 71 entlang einer Richtung, so dass das Emissionslicht von im Wesentlichen einer Konvergenzlinie im Raum ausstrahlt. Der Kürze halber ist in dieser Ausführungsform Licht von dem Lichtfokussierungsabschnitt 30 beschrieben, das im Wesentlichen an einem Konvergenzpunkt konvergiert. Der Lichtfokussierungsabschnitt 30 kann aus einem Teil einer Fresnel-Linse bestehen. Alternativ kann ein einzelner Lichtfokussierungsabschnitt 30 aus einer einzelnen Fresnel-Linse bestehen.
2 zeigt schematisch einen Querschnitt der y-z-Ebene der Displayvorrichtung 10. 3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die x-y-Ebene der Displayvorrichtung 10.
Die Lichtquelle 20 ist beispielsweise eine LED-Lichtquelle. Licht von der Lichtquelle 20 tritt durch die rückseitige Oberfläche 72 entlang der z-Achsen-Richtung ein. Der Umlenkreflektor 40 ist eine in der Emissionsoberfläche 71 ausgebildete Rille. Insbesondere ist der Umlenkreflektor 40 eine Rille mit ungefähr V-förmigem Querschnitt in der y-z-Ebene. Der Umlenkreflektor 40 besitzt eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41. Die Umlenkreflektor-Oberfläche 41 ist die Oberfläche der ungefähr V-förmigen Rille in der y-z-Ebene nahe der Stelle, wo die Lichtführungsplatte 70 Licht führt. Die Umlenkreflektor-Oberfläche 41 bildet einen vorderen Winkel θ in Bezug auf eine Achse parallel zu der z-Achse in der y-z-Ebene. Die Tiefe h der Umlenkreflektor-Oberfläche 41 ist die Strecke von der Emissionsoberfläche 71 zu der Spitze der Umlenkreflektor-Oberfläche 41. Die Lichtquelle 20 befindet sich in Richtung der negativen z-Achse der Umlenkreflektor-Oberfläche 41. Das Licht von der Lichtquelle 20 wird von der Umlenkreflektor-Oberfläche 41 reflektiert und in der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 umgelenkt.
In der Displayvorrichtung 10 ist die Lichtquelle 20 auf der rückseitigen Oberfläche 72 angeordnet, was die Positionierung der Lichtquelle 20 im Vergleich zu dem Fall, in dem die Lichtquelle 20 auf der ersten Kante 73 angeordnet ist, vereinfacht. Des Weiteren muss das Substrat, welches das lichtemittierende Element trägt, nicht notwendigerweise parallel zu einer Kante vorliegen, wodurch es nicht notwendig ist, einen Raum vorzuhalten, der groß genug ist, um das Substrat in der Nähe der ersten Kante 73 aufzunehmen.
Wenn die Lichtquelle 20 an der ersten Kante 73 angeordnet ist, ist, falls die Position der Lichtquelle 20 entlang der x-Achsen-Richtung verschoben ist, ebenso der Bezugspunkt des in die Lichtführungsplatte 70 eintretenden Lichts entlang der x-Achsen-Richtung verschoben. Dadurch verschiebt sich die Position des Konvergenzpunkts des Lichts von dem Lichtfokussierungsabschnitt 30 entlang der x-Achsen-Richtung, was dazu führen kann, dass sich ein durch den Lichtfokussierungsabschnitt 30 gebildetes Bild in der x-Achsen-Richtung verschiebt und verzerrt. Hingegen tritt in der Displayvorrichtung 10 das von der Lichtquelle 20 emittierte Licht in die Lichtführungsplatte 70 durch die rückseitige Oberfläche 72 ein, und die Lichtführungsplatte 70 führt das durch die Umlenkreflektor-Oberfläche 41 umgelenkte Licht. Somit wird der Bezugspunkt des durch die Lichtführungsplatte 70 geführten Lichts als die Position definiert, an der die Umlenkreflektor-Oberfläche 41 ausgebildet ist. Demgemäß verschiebt sich der Bezugspunkt des Lichts nicht, auch wenn die Position der Lichtquelle 20 entlang der x-Achsen-Richtung verschoben wird. Dadurch kann in dieser Displayvorrichtung 10 die Verschiebung und Verzerrung eines durch den Lichtfokussierungsabschnitt 30 erzeugten Bildes entlang der x-Achsen-Richtung verhindert werden.
4 veranschaulicht die Abhängigkeit der Kopplungsstrahlgröße der Lichtführungsplatte auf den vorderen Winkel θ und auf die Tiefe h. Die Lichtführungsplatte ist aus einem Polycarbonat (PC) gefertigt und besitzt eine Stärke von 0,3 mm. Die Abhängigkeiten werden erfasst, während die Tiefe h der Rille, d. h., die Strecke von der Emissionsoberfläche 71 zu der Spitze der Umlenkreflektor-Oberfläche 41, beibehalten wird. Der Reflexionsgrad der Umlenkreflektor-Oberfläche 41 wird auf 80% eingestellt. Wenn die Tiefe der Reflexionsfläche festgelegt ist, erreicht die Größe des Kopplungsstrahls ein Maximum, wenn θ ungefähr 65° beträgt. Des Weiteren ist die Kopplungsstrahlgröße von der Tiefe h abhängig. Die Ergebnisse zeigen, dass der vordere Winkel θ der Umlenkreflektor-Oberfläche 41 vorzugsweise auf ungefähr 65° eingestellt wird.
5 zeigt schematisch eine Displayvorrichtung 10A, welche eine Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. Die Displayvorrichtung 10A ist zusätzlich zu den in der Displayvorrichtung 10 enthaltenen Komponenten mit einer Reflexionsschicht 120 ausgestattet. Die Reflexionsschicht 120 ist auf der Umlenkreflektor-Oberfläche 41 ausgebildet. Die Reflexionsschicht 120 ist auf der Emissionsoberfläche 71 ausgebildet. Die Reflexionsschicht 120 ist so ausgebildet, dass sie wenigstens die Umlenkreflektor-Oberfläche 41 bedeckt. Die Reflexionsschicht 120 kann zum Beispiel eine aufgedampfte Silberschicht sein. Durch die Bereitstellung der Reflexionsschicht 120 auf dem Umlenkreflektor 40 kann die Kopplungseffizienz verbessert werden. Neben der aufgedampften Silberschicht können auch ein silberplattierter Kupferlegierungsstreifen oder eine Reflexionsfolie oder dergleichen als Reflexionsschicht 120 Anwendung finden.
6 zeigt schematisch eine Displayvorrichtung 10B, welche eine weitere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. Die Displayvorrichtung 10B ist zusätzlich zu den in der Displayvorrichtung 10 enthaltenen Komponenten mit einem Hilfsreflektor 110 ausgestattet. Der Hilfsreflektor 110 umfasst ein Gehäuse 130 und eine Reflexionsschicht 120B.
Das Gehäuse 130 des Hilfsreflektors 110 umfasst einen Vorsprung 114, der so ausgebildet ist, dass er in die Vertiefung des Umlenkreflektors 40 passt. Die Reflexionsschicht 120B ist auf zumindest einem Teil des Vorsprungs 114 ausgebildet. Insbesondere umfasst der Vorsprung 114 eine Oberfläche 111, die der Umlenkreflektor-Oberfläche 41 gegenüberliegt, wenn der Hilfsreflektor 110 in den Umlenkreflektor 40 eingepasst ist, und die Reflexionsschicht 120B ist auf der Oberfläche 111 ausgebildet. Die Reflexionsschicht 120B ist so angeordnet, dass sie zumindest die Oberfläche 111 bedeckt. Wenn der Hilfsreflektor 110 in den Umlenkreflektor 40 eingepasst ist, kommt die Reflexionsschicht 120B im Wesentlichen in Kontakt mit der Umlenkreflektor-Oberfläche 41. Die Reflexionsschicht 120B kann beispielsweise aus einer aufgedampften Silberschicht bestehen.
Somit umfasst der Hilfsreflektor 110 die Oberfläche 111, auf der die Reflexionsschicht 120B ausgebildet ist, und haftet an der Lichtführungsplatte 70 so an, dass die Reflexionsschicht 120B in Kontakt mit der Umlenkreflektor-Oberfläche 41 kommt. Mit dieser Konfiguration kann die Strahlenkopplungseffizienz zwischen der Lichtquelle 20 und der Lichtführungsplatte 70 verbessert werden, ohne dass direkt eine Reflexionsschicht auf der Lichtführungsplatte 70 ausgebildet ist. Neben der aufgedampften Silberschicht können auch ein silberplattierter Kupferlegierungsstreifen oder eine Reflexionsfolie oder dergleichen als Reflexionsschicht 120 Anwendung finden. Des Weiteren kann eine silberplattierte Schicht, eine chromplattierte Schicht eine aufgedampfte Aluminiumschicht oder eine Reflexionsschicht als Reflexionsschicht 120B Anwendung finden. Das Gehäuse 130 des Hilfsreflektors 110 kann aus einem transparenten oder nicht-transparenten Material gefertigt sein.
Der Hilfsreflektor 110 kann modifiziert sein, indem ein Spiegelfinish auf die Oberfläche 111 des Gehäuses 130 aufgetragen wird, ohne dass die Reflexionsschicht 120B bereitgestellt wird. Das Gehäuse 130 kann aus Metall bestehen.
7 zeigt schematisch eine Displayvorrichtung 100, welche eine weitere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. Die Displayvorrichtung 100 umfasst einen Umlenkreflektor 400 anstelle des Umlenkreflektors 40. Der Umlenkreflektor 400 besitzt die gleiche Struktur wie der Umlenkreflektor 400 mit dem Unterschied, dass die Länge W entlang der x-Achsen-Richtung kürzer ist als die des Umlenkreflektors 40.
Wie in der Zeichnung dargestellt, wird Licht von der Lichtquelle 20 über ein Emissionsfenster 21 in Richtung der Lichtführungsplatte 70 emittiert; w stellt die Länge des Emissionsfensters in x-Achsen-Richtung dar. Eine Länge W des Umlenkreflektors 400 ist kürzer als die Länge w eines Ausgangsfensters 200 in x-Achsen-Richtung. Die x-Achsen-Richtung verläuft im Wesentlichen senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70.
Wenn die Länge W des Umlenkreflektors 400 kürzer ist als die Länge w des Emissionsfensters 21, kann die Ausbreitung des von der Lichtführungsplatte 70 geführten Lichts in der x-y-Ebene eingeschränkt werden, ohne die Größe des Emissionsfensters 21 zu regulieren. Dadurch wird der Eintritt von Licht mit einem kleineren Strahlenausbreitungswinkel in der x-y-Ebene als ein vorgegebener Winkel in eine der Reflexionsflächen, die in dem Lichtfokussierungsabschnitt 30 enthalten sind, ermöglicht. Dementsprechend wird die Auflösung des dreidimensionalen Bildes 6 verbessert.
Beispielsweise ist vorzugsweise D ≤ L/10 erfüllt, um einen hochauflösendes 3D-Bild zu bilden, wobei L eine Strecke zwischen der Position des Umlenkreflektors 400 in der Lichtführungsplatte 70 und der zentralen Position C der Emissionsoberfläche 71 ist, und D die Breite der Lichtausbreitung an der Position des Umlenkreflektors 400 ist. Hierbei kann sich die Länge W des Umlenkreflektors 400 entlang der x-Achsen-Richtung auf die Breite der Lichtausbreitung von dem Umlenkreflektor 400 beziehen. Der Parameter D kann ebenso die Ausdehnung der Breite einer Intensitätsverteilung für das durch den Umlenkreflektor 400 umgelenkte Licht darstellen. Wenn zum Beispiel die Verteilung der Strahlenintensität durch die horizontale Achse, welche die Positionen entlang der x-Achsen-Richtung darstellt, definiert wird, und die vertikale Achse die Lichtintensität darstellt, kann D die gesamte Breite an einer Position, an der die Lichtintensität auf die Hälfte des Maximums reduziert ist (volle Halbwertsbreite) darstellen.
8 veranschaulicht schematisch die Beziehung zwischen dem Strahlenausbreitungswinkel Δθ des Lichts, das auf eine der Reflexionsflächen fällt, die in dem Lichtfokussierungsabschnitt 30 enthalten sind, und dem Strahldivergenz-Ausbreitungswinkel ϕΔ des Emissionslichts. Der Winkel Δθ stellt den Strahlenausbreitungswinkel des durch die Lichtführungsplatte 70 geführten Lichts an der Position einer Reflexionsfläche dar. Insbesondere stellt der Winkel Δθ den Strahlenausbreitungswinkel in der x-y-Ebene, d. h., den Strahlenausbreitungswinkel in einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71, dar. Der Winkel Δθ kann eine Breite an einer Position darstellen, an der die Lichtintensität in der Winkel-Lichtintensitätsverteilung auf die Hälfte des Maximums (volle Halbwertsbreite) reduziert ist.
In 8 stellt Δx die Ausbreitung des Emissionslichts an dem festen Punkt P in Richtung der x-Achse aufgrund der Reflexionsfläche 140 dar; d stellt die Strecke von der Emissionsoberfläche 71 zu dem festen Punkt P dar. Hierbei werden das auf die Reflexionsfläche fallende Licht und die Ausbreitung von Emissionslicht aufgrund der Reflexionsfläche kleiner angenommen als ein vorgegebener Wert. Zum Beispiel sind Δx und Δθ extrem klein. In diesem Fall ist ungefähr ϕΔx = Δx/d erfüllt. Somit kann das Verkürzen der Länge W des Umlenkreflektors 400 in x-Achsen-Richtung die Ausbreitung Δx des Emissionslichts reduzieren. Das heißt, die Auflösung eines dreidimensionalen Bildes kann verbessert werden.
Das Emissionslicht kann tatsächlich an der Emissionsoberfläche 71 gebrochen werden, und der Divergenzwinkel ϕΔx kann daher größer sein als der Winkel Δθ. Hier wird angenommen, dass der Divergenzwinkel ϕΔx Cα-fach größer ist als der Winkel Δθ. Cα ist größer als 1. Beispielsweise kann Cα 1,5 sein.
Hier befindet sich der feste Punkt P in der Nähe der Emissionsoberfläche 71, d. h., der feste Punkt P kann in der Nähe eines Betrachters sein; in diesem Fall wird d vorzugsweise auf 8 mm oder mehr eingestellt. Wenn d kleiner als 8 mm ist, kann ein Objekt nur schwer als dreidimensionales Bild wahrgenommen werden. Außerdem wird Δx vorzugsweise auf 1 mm oder weniger eingestellt. Wenn Δx größer als 1 mm ist, kann das dreidimensionale Bild ungenügende Auflösung aufweisen.
Daher wird ϕΔx bevorzugt auf atan (1/8) oder weniger eingestellt. Das heißt, Δθ erfüllt vorzugsweise die Formel Cα × Δθ ≤ atan (1/8). Der Winkel Δ θ wird im Hinblick auf Cα vorzugsweise auf 5° oder weniger eingestellt. Das heißt, der Divergenzwinkel des durch die Lichtführungsplatte 70 geführten Lichts nach dessen Umlenkung durch den Umlenkreflektor 400 wird in einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 vorzugsweise auf 5° oder weniger eingestellt. Hierbei wird die Breite W des Umlenkreflektors 400 bevorzugt so eingestellt, dass der Divergenzwinkel des Lichts in der Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 5° oder weniger beträgt.
9 zeigt schematisch eine Displayvorrichtung 10C, welche eine weitere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. 9(a) zeigt einen Querschnitt in der y-z-Ebene, und 9(b) zeigt eine Draufsicht auf die x-y-Ebene. Die Displayvorrichtung 10C besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Displayvorrichtung 10 mit dem Unterschied, dass sich die Form des Umlenkreflektors 40C von der des Umlenkreflektors 40 unterscheidet. Der Umlenkreflektor 40 ist eine V-förmige Rille, die sowohl auf der Seite nahe der ersten Kante 73 als auch auf der Seite nahe der zweiten Kante 74 geneigt ist, während der Umlenkreflektor 40C eine V-förmige Rille ist, die auf der Seite nahe der zweiten Kante 74, jedoch nicht auf der Seite nahe der ersten Kante 73 geneigt ist.
10 zeigt schematisch eine Displayvorrichtung 10D, welche eine weitere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. 10(a) zeigt einen Querschnitt in der y-z-Ebene, und 10(b) zeigt eine Draufsicht auf die x-y-Ebene. Die Displayvorrichtung 10D besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Displayvorrichtung 10 mit dem Unterschied, dass sich die Form des Umlenkreflektors 40D von der des Umlenkreflektors 40 unterscheidet. Während der Umlenkreflektor 40 eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41 aufweist, besitzt der Umlenkreflektor-Oberfläche 40D mehrere Umlenkreflektor-Oberflächen 41D. Die mehreren Umlenkreflektor-Oberflächen 41D sind entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 angeordnet.
11 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10E, welche eine weitere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. Die Displayvorrichtung 10E besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Displayvorrichtung 10 mit dem Unterschied, dass sich die Form des Umlenkreflektors 40E von der des Umlenkreflektors 40 unterscheidet. Während der Umlenkreflektor 40 eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41 aufweist, besitzt der Umlenkreflektor-Oberfläche 40E mehrere Umlenkreflektor-Oberflächen 41E. Die mehreren Umlenkreflektor-Oberflächen 41E sind entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 angeordnet. Insbesondere weisen die Umlenkreflektor-Oberflächen 41E jeweils unterschiedliche Rillentiefen von der Emissionsoberfläche 71 auf. Das heißt, jede Umlenkreflektor-Oberfläche 41E besitzt eine Länge senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71, die sich von anderen Umlenkreflektor-Oberflächen 41E in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 unterscheidet.
12 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10F, welche eine weitere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. Die Displayvorrichtung 10F besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Displayvorrichtung 10 mit dem Unterschied, dass sich die Form des Umlenkreflektors 40F von der des Umlenkreflektors 40 unterscheidet. Während der Umlenkreflektor 40 eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41 aufweist, besitzt der Umlenkreflektor-Oberfläche 40F mehrere Umlenkreflektor-Oberflächen 41F. Die mehreren Umlenkreflektor-Oberflächen 41F sind entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 angeordnet. Insbesondere weisen die Umlenkreflektor-Oberflächen 41F jeweils unterschiedliche Rillentiefen von der Emissionsoberfläche 71 und jeweils unterschiedliche Winkel in Bezug auf die Emissionsoberfläche 71 auf. Das heißt, jede Umlenkreflektor-Oberfläche 41F unterscheidet sich in der Länge senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und einem Winkel in Bezug auf eine Oberfläche parallel zu der Emissionsoberfläche 71 von anderen Umlenkreflektor-Oberflächen 41F in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70.
13 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10G, welche eine weitere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. Die Displayvorrichtung 10G besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Displayvorrichtung 10 mit dem Unterschied, dass sich die Form des Umlenkreflektors 40G von der des Umlenkreflektors 40 unterscheidet. Während der Umlenkreflektor 40 eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41 aufweist, besitzt der Umlenkreflektor-Oberfläche 40G mehrere Umlenkreflektor-Oberflächen 41G. Die mehreren Umlenkreflektor-Oberflächen 41G sind entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 angeordnet. Insbesondere weisen die Umlenkreflektor-Oberflächen 41G jeweils unterschiedliche Rillentiefen von der Emissionsoberfläche 71 und jeweils unterschiedliche Winkel in Bezug auf die Emissionsoberfläche 71 auf. Das heißt, jede Umlenkreflektor-Oberfläche 41G unterscheidet sich in der Länge senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und einem Winkel in Bezug auf eine Oberfläche parallel zu der Emissionsoberfläche 71 von anderen Umlenkreflektor-Oberflächen 41G in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70. Der Umlenkreflektor 40G unterscheidet sich von dem Umlenkreflektor 40F darin, dass der Umlenkreflektor 40G eine Lücken-Oberfläche parallel zu der Emissionsoberfläche 71 zwischen den jeweiligen Umlenkreflektor-Oberflächen 41G aufweist.
14 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10H, welche eine weitere Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. Die Displayvorrichtung 10H besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Displayvorrichtung 10 mit dem Unterschied, dass sich die Form des Umlenkreflektors 40H von der des Umlenkreflektors 40 unterscheidet. Während der Umlenkreflektor 40 eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41 aufweist, besitzt der Umlenkreflektor-Oberfläche 40H zwei Umlenkreflektor-Oberflächen, welche eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ha und eine Umlenkreflektor-Oberfläche 40Hb, die sich von der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ha entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 fortsetzt, einschließen.
Der Umlenkreflektor 40H ist als Vertiefung in der Emissionsoberfläche 71 der Lichtführungsplatte 70 ausgebildet, und die Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ha und eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41Hb sind die Oberflächen, die in Richtung der y-Achse in dem Umlenkreflektor 40H vorliegen. Die Umlenkreflektor-Oberfläche 41Hb verläuft weiter entlang der positiven y-Achse als die Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ha. Die Lichtquelle 20 ist in Richtung der negativen z-Achse in Bezug auf die Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ha angeordnet. Die Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ha ist näher an der Lichtquelle 20 angeordnet als die Umlenkreflektor-Oberfläche 41Hb.
Ein Winkel θb zwischen einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 und der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Hb unterscheidet sich von dem Winkel θa zwischen einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 und der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ha in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70. Der Winkel θa ist ein spitzer Winkel zwischen einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 und der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ha und stellt die Neigung der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ha in Bezug auf die Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 dar. Ferner ist der Winkel θb ein spitzer Winkel zwischen einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 und der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Hb und stellt die Neigung der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Hb in Bezug auf die Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 dar.
Wie oben beschrieben, unterscheidet sich die Neigung der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Hb in Bezug auf die Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 von der Neigung der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ha in Bezug auf die Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70. Insbesondere ist die Neigung der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Hb in Bezug auf die Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 kleiner als die Neigung der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ha in Bezug auf die Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 in einer Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70. Daher kann die Fläche der Umlenkreflektor-Oberfläche größer gemacht werden. Demgemäß kann die Lichtführungsplatte 70 mit mehr Licht von der Lichtquelle 20 versorgt werden.
Des Weiteren können drei oder mehr fortlaufende Umlenkreflektor-Oberflächen entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 als Variante der Displayvorrichtung 10H vorgesehen sein. Gemäß dieser Variante können die Umlenkreflektor-Oberflächen 41 nacheinander entlang der Richtung, in der Licht durch die Lichtführungsplatte 70 geführt wird, ausgewählt werden; die Neigung der Umlenkreflektor-Oberfläche kann in diesem Fall schrittweise in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 abnehmen. Das heißt, die Neigung jeder Umlenkreflektor-Oberfläche ist geringer als die Neigung aller anderen Umlenkreflektor-Oberflächen, die näher an der Lichtquelle 20 angeordnet sind.
15 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10I, welche eine weitere Variante der Displayvorrichtung 10H darstellt. Die Displayvorrichtung 10I besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Displayvorrichtung 10H mit dem Unterschied, dass sich die Form eines Umlenkreflektors 40Ib von der des Umlenkreflektors 40Hb unterscheidet. Insbesondere ist, während die Umlenkreflektor-Oberfläche 41Hb eben ist, die Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ib gekrümmt.
Ähnlich wie bei der Displayvorrichtung 10H wird der Winkel θa zwischen einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 und der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ia in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 gebildet. Hierbei ist der spitze Winkel zwischen einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 und der Tangentiallinie der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ib kleiner als der Winkel θa an jeder Position der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ib in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70. Zudem nimmt der spitze Winkel zwischen einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 und der Tangentiallinie der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ib in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 schrittweise entlang der Richtung, in der die Lichtführungsplatte 70 Licht führt, ab.
Somit ist die Neigung der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Hb, 41Ib in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 kleiner als die Neigung der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ha, 41Ia in Bezug auf die Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 an jeder Position auf der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Hb, 41Ib in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche 71 und parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70. Des Weiteren nimmt die Neigung der Umlenkreflektor-Oberfläche 41Ib in Bezug auf die Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 schrittweise entlang der Richtung, in der die Lichtführungsplatte 70 Licht führt, ab. Die Fläche der Umlenkreflektor-Oberfläche 41I kann größer sein, wodurch die Lichtführungsplatte 70 mit mehr Licht von der Lichtquelle 20 versorgt werden kann.
16 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10J, welche eine Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. 16(a) zeigt einen Querschnitt in der y-z-Ebene, und 16(b) zeigt eine Draufsicht auf die x-y-Ebene. Die Displayvorrichtung 10J besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Displayvorrichtung 10 mit dem Unterschied, dass sich die Form des Umlenkreflektors 40J von der des Umlenkreflektors 40 unterscheidet. Während der Umlenkreflektor 40 eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41 aufweist, ist der Umlenkreflektor 40J ein Mikroprisma. Das Licht von der Lichtquelle 20 wird durch das Mikroprisma, welches den Umlenkreflektor 40J darstellt, reflektiert und umgelenkt.
17 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10K, welche eine Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. 17(a) zeigt einen Querschnitt in der y-z-Ebene, und 17(b) zeigt eine Draufsicht auf die x-y-Ebene. Die Displayvorrichtung 10K weist einen Umlenkreflektor 40K mit einer anderen Form als der des Umlenkreflektors 40 auf. Das Licht von der Lichtquelle 20 fällt in einem Winkel in Bezug auf die z-Achse auf die rückseitige Oberfläche 72. Die Lichtquelle 20 bewirkt den Eintritt von Licht in die Lichtführungsplatte 70 entlang einer Richtung, die sich von der Richtung senkrecht zu der rückseitigen Oberfläche 72 unterscheidet. Außer diesen Strukturen weist die Displayvorrichtung 10K im Wesentlichen die gleiche Struktur auf wie die Displayvorrichtung 10. Der Umlenkreflektor 40K umfasst mehrere Reflexionsflächen, die in x-Achsen-Richtung angeordnet sind. Die mehreren Reflexionsflächen, die in dem Umlenkreflektor 40K enthalten sind, reflektieren das Licht von der Lichtquelle 20 so, dass sich das Licht durch eine Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 ausbreitet.
18 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10L, welche eine Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. 18(a) zeigt einen Querschnitt in der y-z-Ebene, und 18(b) zeigt eine Draufsicht auf die x-y-Ebene. Die Displayvorrichtung 10L weist einen Umlenkreflektor 40L mit einer anderen Struktur als der des Umlenkreflektors 40 auf. Außer diesen Strukturen weist die Displayvorrichtung 10L im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Displayvorrichtung 10 auf. Der Umlenkreflektor 40L ist auf der Emissionsoberfläche 71 vorgesehen und reflektiert das Licht von der Lichtquelle 20 so, dass sich das Licht durch eine Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche 71 ausbreitet.
19 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10M, welche eine Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. 19(a) zeigt einen Querschnitt in der y-z-Ebene, und 19(b) zeigt eine Draufsicht auf die x-y-Ebene. Die Displayvorrichtung 10M weist eine Lichtquelle 20-1M, eine Lichtquelle 20-2M und eine Lichtquelle 20-3M auf. Des Weiteren enthält die Lichtführungsplatte 70M eine Vertiefung in der rückseitigen Oberfläche 72, und die Lichtquelle 20-1M, die Lichtquelle 20-2M und die Lichtquelle 20-3M sind auf der Oberfläche der Vertiefung nahe der ersten Kante 73 angeordnet. Ferner schließt die Lichtführungsplatte 70M einen Umlenkreflektor 40M auf der ersten Kante 73 ein. Außer diesen Strukturen weist die Displayvorrichtung 10M im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Displayvorrichtung 10 auf.
Die Lichtquelle 20-1M, die Lichtquelle 20-2M und die Lichtquelle 20-3M sind nebeneinander in einer Richtung entlang einer Ebene senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70M und parallel zu der Emissionsoberfläche 71 angeordnet. Die Lichtquelle 20-1M, die Lichtquelle 20-2M und die Lichtquelle 20-3M emittieren Licht ins Innere der Lichtführungsplatte 70M zu der ersten Kante 73 der Lichtführungsplatte 70M.
Der Umlenkreflektor 40M ist auf der ersten Kante 73 vorgesehen. Der Umlenkreflektor 40M schließt eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41-1M, eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41-2M und eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41-3M ein. Die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-1M, die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-2M und die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-3M entsprechen der Lichtquelle 20-1M, der Lichtquelle 20-2M und der Lichtquelle 20-3M und sind nebeneinander in einer Richtung entlang einer Ebene senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70M und parallel zu der Emissionsoberfläche 71 angeordnet. Die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-1M, die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-2M und die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-3M reflektieren das Licht von der Lichtquelle 20-1M, der Lichtquelle 20-2M und der Lichtquelle 20-3M und lenken das Licht so um, dass sich das Licht, welches im Wesentlichen parallel ist, zu der zweiten Kante 74 hinbewegt.
Die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-1M, die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-2M und die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-3M bestehen jeweils aus einem Spiegel, der beispielsweise eine parabolische Oberfläche aufweist. Die Lichtquelle 20-1M ist vorzugsweise auf oder nahe des Brennpunkts der parabolischen Oberfläche der Umlenkreflektor-Oberfläche 41-1M angeordnet. Gleichermaßen ist die Lichtquelle 20-2M vorzugsweise auf oder nahe des Brennpunkts der parabolischen Oberfläche der Umlenkreflektor-Oberfläche 41-2M angeordnet, und die Lichtquelle 20-3M ist vorzugsweise auf oder nahe des Brennpunkts der parabolischen Oberfläche der Umlenkreflektor-Oberfläche 41-3M angeordnet.
20 zeigt schematisch einen teilweise vergrößerten Abschnitt einer Displayvorrichtung 10N, welche eine Variante der Displayvorrichtung 10 darstellt. 20(a) zeigt einen Querschnitt in der y-z-Ebene, und 20(b) zeigt eine Draufsicht auf die x-y-Ebene. Die Displayvorrichtung 10N schließt einen Umlenkabschnitt 50 mit einem Umlenkreflektor 40N ein. Außerdem umfasst die Displayvorrichtung 10N eine Lichtquelle 20-1N, eine Lichtquelle 20-2N und eine Lichtquelle 20-3N. Außer diesen Strukturen weist die Displayvorrichtung 10N im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Displayvorrichtung 10 auf.
Der Umlenkabschnitt 50 ist auf der ersten Kante 73 vorgesehen. Der Umlenkabschnitt 50 umfasst eine Kante 54, die der ersten Kante 73 gegenüberliegt, und eine Kante 53 gegenüber der Kante 54. Der Umlenkabschnitt 50 umfasst eine Kante 51, die im Wesentlichen parallel zu der Emissionsoberfläche 71 der Lichtführungsplatte 70N ist, und eine rückseitige Oberfläche 52, die der Kante 51 gegenüberliegt.
Die Displayvorrichtung 10N ist so konfiguriert, dass der Umlenkabschnitt 50 einen Umlenkreflektor 40N einschließt, der dem Umlenkreflektor 40M in der Displayvorrichtung 10M entspricht. Der Umlenkabschnitt 50 schließt den Umlenkreflektor 40N auf der Kante 53 ein. Außerdem schließt der Umlenkabschnitt 50 eine Vertiefung in der rückseitigen Oberfläche 52 ein. Die Lichtquelle 20 ist in der Vertiefung nahe der Kante 53 angeordnet.
Die Lichtquelle 20-1N, die Lichtquelle 20-2N und die Lichtquelle 20-3N sind nebeneinander in einer Richtung entlang einer Ebene senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70N und parallel zu der Emissionsoberfläche 71 angeordnet. Die Lichtquelle 20-1N, die Lichtquelle 20-2N und die Lichtquelle 20-3N emittieren jeweils Licht in das Innere des Umlenkabschnitts 50 in Richtung der Kante 53 des Umlenkabschnitts 50.
Der Umlenkreflektor 40N schließt eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41-1N, eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41-2N und eine Umlenkreflektor-Oberfläche 41-3N ein. Die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-1N, die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-2N und die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-3N entsprechen der Lichtquelle 20-1N, der Lichtquelle 20-2N und der Lichtquelle 20-3N und sind nebeneinander in einer Richtung entlang einer Ebene senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70N und parallel zu der Emissionsoberfläche 71 angeordnet. Die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-1N, die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-2N und die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-3N reflektieren das Licht von der Lichtquelle 20-1N, der Lichtquelle 20-2N und der Lichtquelle 20-3N und lenken das Licht so um, dass sich im Wesentlichen paralleles Licht zu der zweiten Kante 74 hinbewegt.
Die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-1N, die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-2N und die Umlenkreflektor-Oberfläche 41-3N bestehen jeweils aus einem Spiegel, der beispielsweise eine parabolische Oberfläche aufweist. Die Lichtquelle 20-1N ist vorzugsweise auf oder nahe dem Brennpunkt der parabolischen Oberfläche der Umlenkreflektor-Oberfläche 41-1N angeordnet. Gleichermaßen ist die Lichtquelle 20-2N vorzugsweise auf oder nahe dem Brennpunkt der parabolischen Oberfläche der Umlenkreflektor-Oberfläche 41-2N angeordnet, und die Lichtquelle 20-3N ist vorzugsweise auf oder nahe dem Brennpunkt der parabolischen Oberfläche der Umlenkreflektor-Oberfläche 41-3N angeordnet.
Bei der Displayvorrichtung 10N ist die Lichtquelle 20 in dem Umlenkabschnitt 50 enthalten. Ähnlich wie bei der Displayvorrichtung 10M kann in einer Variante der Displayvorrichtung 10N die Lichtquelle 20 auf der Lichtführungsplatte 70N angeordnet sein.
Die oben beschriebenen Umlenkreflektoren stellen Beispiele für optische Umlenkflächen dar, die Licht von der Lichtquelle in die Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte umlenken. Zusätzlich zu der Reflektoroberfläche kann eine diffraktive Oberfläche als optische Umlenkfläche vorgesehen sein. Eine optische Oberfläche kann Licht von der Lichtquelle unter Verwendung von Refraktion (Lichtbrechung) zusätzlich zu Reflexion und Diffraktion (Beugung) umlenken. Des Weiteren sind mit Ausnahme der Displayvorrichtung 10M die optischen Umlenkflächen in der Displayvorrichtung 10 und den Varianten davon in der Nähe der Emissionsoberfläche 71 angeordnet. Jedoch kann die optische Umlenkfläche in der Nähe der rückseitigen Oberfläche 72 angeordnet sein. Zum Beispiel kann Licht von der Lichtquelle 20, welches auf die rückseitige Oberfläche 72 der Lichtführungsplatte 70 fällt, durch eine optische Umlenkfläche, die in der Nähe der rückseitigen Oberfläche 72 angeordnet ist, so gebeugt oder gebrochen werden, dass das Licht in die Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 umgelenkt wird. Auf diese Weise kann die optische Umlenkfläche, wie auch die Lichtquelle 20, nahe der rückseitigen Oberfläche 72 angeordnet sein.
Außerdem können die Lichtquelle 20 und die optische Umlenkfläche so positioniert werden, dass die Lichtquelle 20 in der Nähe der Emissionsoberfläche 71 angeordnet ist und die optische Umlenkfläche in der Nähe der rückseitigen Oberfläche 72 angeordnet ist; außer für die Displayvorrichtung 10M stellt eine solche positionelle Beziehung das Gegenstück zu den Anordnungen in der Displayvorrichtung 10 und möglichen Varianten davon dar. Die Lichtquelle 20 kann in der Nähe der Emissionsoberfläche 71 angeordnet sein, und die optische Umlenkfläche kann ebenso in der Nähe der Emissionsoberfläche 71 angeordnet sein. Zum Beispiel kann das Licht von der Lichtquelle 20, welches durch die Emissionsoberfläche 71 in die Lichtführungsplatte 70 eintritt, so gebeugt oder gebrochen werden, dass das Licht in die Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte 70 umgelenkt wird. Somit kann die optische Umlenkfläche in der Nähe der Emissionsoberfläche 71 auf der gleichen Seite, welche die Lichtquelle 20 trägt, angeordnet sein.
Des Weiteren können außer bei der Displayvorrichtung 10M die Lichtquelle 20 und die Lichtführungsplatte 70 so positioniert sein, dass die Lichtquelle 20 auf der Lichtführungsplatte 70 in der Displayvorrichtung 10 und anderen Varianten davon angeordnet ist. Jedoch kann die Lichtquelle 20 unabhängig von der Lichtführungsplatte 70 vorgesehen sein, wie in der Displayvorrichtung 10N. In diesem Fall kann die optische Umlenkfläche dort angeordnet sein, wo die Lichtquelle 20 angeordnet ist. Außerdem kann in der oben beschriebenen Displayvorrichtung 10 und deren Varianten keine Lichtquelle 20 vorgesehen sein.
21 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch ein Beispiel für ein optisches Systems 500 zusammen mit einem dreidimensionalen Bild veranschaulicht. 22 zeigt schematisch den Querschnitt durch die y-z-Ebene des optischen Systems 500. Das optische System 500 umfasst eine Displayvorrichtung 10P und ein mobiles Endgerät 510 und eine Endgerätabdeckung 530.
Die Displayvorrichtung 10P stellt eine Variante der Displayvorrichtung 10 dar. Die Displayvorrichtung 10P umfasst einen Umlenkreflektor 40P, der dem Umlenkreflektor 40 entspricht. Die Endgerätabdeckung ist aus einem transparenten Material gefertigt.
Das mobile Endgerät 510 ist eine elektronische Vorrichtung, wie beispielsweise ein Smartphone. Das mobile Endgerät 510 ist in der Lage, Bilder zu erfassen. Das mobile Endgerät 510 umfasst ein Display 518, eine Lichtquelle 520 und eine Kameraeinheit 528. Das Display 518 umfasst einen Touchscreen, der Benutzeroperationen akzeptiert. Die Lichtquelle 520 strahlt Licht zur Beleuchtung eines Objekts aus, wenn das Objekt unter Verwendung der Kameraeinheit 528 abgebildet wird. Die Lichtquelle 520 strahlt Licht von einer Hauptfläche 512, welche einer Hauptfläche 511 entgegengesetzt ist, auf der das Display 518 angeordnet ist, aus.
Die Displayvorrichtung 10P ist zwischen einer Endgerätabdeckung 530 und der Hauptfläche 512 des mobilen Endgeräts 510 angeordnet. Die Emissionsoberfläche 71 der Lichtführungsplatte 70 steht im Wesentlichen in Kontakt mit der Endgerätabdeckung 30, und die rückseitige Oberfläche 72 der Lichtführungsplatte 70 steht im Wesentlichen in Kontakt mit der Hauptfläche 512 des mobilen Endgeräts 510. Die Displayvorrichtung 10P weist eine äußere Form auf, die im Wesentlichen mit der äußeren Form des mobilen Endgeräts 510 übereinstimmt. Die Displayvorrichtung 10P weist eine äußere Form auf, die im Wesentlichen die gleiche ist wie die äußere Form der Hauptfläche 512 des mobilen Endgeräts 510, und die äußere Form der Displayvorrichtung 10P stimmt mit der äußeren Form der Hauptfläche 512 überein, so dass die Displayvorrichtung 10P mit der Hauptfläche 512 fluchtet. Die Emissionsoberfläche 71 der Lichtführungsplatte 70 ist mit der Bodenfläche einer Vertiefung in der Endgerätabdeckung 530 bedeckt, wobei die Displayvorrichtung 10P mit der Hauptfläche 512 fluchtet, so dass die Displayvorrichtung 10P an der Endgerätabdeckung 530 befestigt ist. Der Umlenkreflektor 40P ist gegenüberliegend der Lichtquelle 520 angeordnet, wenn die Displayvorrichtung 10P mit der Hauptfläche 512 ausgerichtet ist.
Der Umlenkreflektor 40P in dem optischen System 500 nimmt einen Teil des Emissionsfensters der Lichtquelle 520 ein, wenn Licht auf die x-y-Ebene projiziert wird. Wenn die Lichtquelle 520 Licht emittiert, fällt ein Teil des von der Lichtquelle 520 emittierten Lichts auf den Umlenkreflektor 40P; das Licht wird von dem Umlenkreflektor 40P reflektiert und pflanzt sich durch die Lichtführungsplatte 70 fort. Ein Teil des von der Lichtquelle 520 emittierten Lichts, welches nicht auf den Umlenkreflektor 40P fällt, wird durch die Lichtführungsplatte 70 und die Endgerätabdeckung 530 hindurch aus dem optischen System 500 heraus emittiert.
Der lichtfokussierende Abschnitt 30P ist auf der rückseitigen Oberfläche 72 der Lichtführungsplatte 70 angeordnet, um ein dreidimensionales Bild 506 zu bilden. Das Licht pflanzt sich durch die Lichtführungsplatte 70 fort, und der lichtfokussierende Abschnitt 30P lenkt einen Teil des Lichts um. Das umgelenkte Licht wird durch die Emissionsoberfläche 71 und die Endgerätabdeckung 530 aus dem optischen System heraus emittiert, wodurch das Bild 506 in einem Raum außerhalb des optischen Systems 500 gebildet wird. Das optische System 500 ist so konfiguriert, dass die Lichtquelle 520 Licht zur Bildung des Bildes 506 in einem Raum außerhalb des optischen Systems 500 emittiert, beispielsweise, wenn ein Bild eines Objekts unter Verwendung des mobilen Endgeräts 510 erfasst wurde.
Das mobile Endgerät 510 beinhaltet Software, welche die Lichtquelle 520 zur Emission von Licht veranlasst, wenn vorgegebene Bedingungen für die Lichtemission erfüllt sind. Wenn die vorgegebenen Bedingungen für die Lichtemission erfüllt sind, aktiviert das mobile Endgerät 510 die Lichtquelle 520 gemäß der auf Software basierenden Steuerung. Zum Beispiel stellt das mobile Endgerät 510 einen Button zur Annahme eines Befehls zur Bildung des Bildes 506 vor dem Erfassen eines Bildes dar und aktiviert die Lichtquelle 20, wenn der Button berührt wird. Anschließend aktiviert, wenn ein Button zur Annahme eines Abbildungsbefehls berührt wird, das mobile Endgerät 510 die Lichtquelle 20, wenn die Kameraeinheit 528 in Übereinstimmung mit der Helligkeit außerhalb des optischen Systems 500, vorgegebenen Bedingungen und dergleichen ein Bild erfasst.
23 zeigt ein anderes Beispiel für das durch die Displayvorrichtung 10P gebildete dreidimensionale Bild. In 23(a) ist ein Fall dargestellt, in dem ein Bild 556, welches die Nachricht einer neuen E-Mail liefert, unter Verwendung von Licht aus dem lichtfokussierenden Abschnitt 30 gebildet wird. In diesem Fall wird die Bedingung für die Lichtemission der Lichtquelle 20 unter Anwendung von Software etabliert, so dass die Lichtquelle 520 aktiviert wird, wenn das mobile Endgerät 510 eine E-Mail empfängt. In 23(b) ist ein Fall dargestellt, in dem ein Bild 566, welches die Nachricht liefert, dass das mobile Endgerät 510 aufgeladen wird, unter Verwendung des Lichts von dem lichtfokussierenden Abschnitt 30 gebildet wird. In diesem Fall wird die Bedingung für die Lichtemission der Lichtquelle 20 unter Anwendung von Software etabliert, so dass die Lichtquelle 520 aktiviert wird, wenn die Batterie des mobilen Endgeräts 510 aufgeladen wird. In 23(c) ist ein Fall dargestellt, in dem ein Bild 576, welches die Nachricht liefert, dass das mobile Endgerät 510 aufgeladen ist, unter Verwendung des Lichts von dem lichtfokussierenden Abschnitt 30 gebildet wird. In diesem Fall wird die Bedingung für die Lichtemission der Lichtquelle 20 unter Anwendung von Software etabliert, so dass die Lichtquelle 520 aktiviert wird, wenn die Batterie des mobilen Endgeräts 510 vollständig aufgeladen ist.
Die Displayvorrichtung 10P kann mit mehreren optischen Deflektorgruppen ausgestattet sein, die Licht emittieren, durch das mehrere Bilder gebildet werden. Zum Beispiel kann die Displayvorrichtung 10P mit einer ersten optischen Deflektorgruppe, welche das Bild 556 bildet, einer zweiten optischen Deflektorgruppe, welche das Bild 566 bildet, und einer dritten optischen Deflektorgruppe, welche das Bild 576 bildet, ausgestattet sein. Die erste optische Deflektorgruppe kann selektiv das von der Lichtführungsplatte 70 geführte Licht, das in einem ersten Wellenlängenbereich (zum Beispiel blauer Wellenlängenbereich) liegt, umlenken; die zweite optische Deflektorgruppe kann selektiv das von der Lichtführungsplatte 70 geführte Licht, das in einem zweiten Wellenlängenbereich (zum Beispiel roter Wellenlängenbereich) liegt, umlenken; und die dritte optische Deflektorgruppe kann selektiv das von der Lichtführungsplatte 70 geführte Licht, das in einem dritten Wellenlängenbereich (zum Beispiel grüner Wellenlängenbereich) liegt, umlenken. Zum Beispiel kann die Reflexionsfläche jeder optischen Deflektorgruppe mit dichroitischen Spiegeln ausgestattet sein, die jeweils Licht einer entsprechenden Wellenlänge selektiv reflektieren. Es kann Software eingesetzt werden, um zu veranlassen, dass die Lichtquelle 520 Licht in dem ersten Wellenlängenbereich emittiert, wenn eine erste vorgegebene Bedingung der Lichtemission, wie beispielsweise das Eintreffen einer E-Mail, erfüllt ist; die Lichtquelle 520 emittiert Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich, wenn eine zweite vorgegebene Bedingung der Lichtemission, wie beispielsweise das Aufladen einer Batterie, erfüllt ist; und die Lichtquelle 520 emittiert Licht in dem dritten Wellenlängenbereich, wenn eine dritte vorgegebene Bedingung der Lichtemission, wie beispielsweise die Beendigung des Aufladens einer Batterie, erfüllt ist.
Die Displayvorrichtung 10P kann integral mit der Endgerätabdeckung 530 bereitgestellt werden. Der Umlenkreflektor 40P und/oder der lichtfokussierende Abschnitt 30P können in der Endgerätabdeckung ausgebildet sein. Die Displayvorrichtung 10P kann auf der Hauptfläche 511 des mobilen Endgeräts 510 angeordnet sein. Der Umlenkreflektor 40P kann an einer Position angeordnet sein, die einem Teilbereich des Displays 518 gegenüberliegt, so dass das Emissionslicht von dem Teilbereich des Displays 518 als Einfallslichtgrenze für die Displayvorrichtung 10P verwendet werden kann.
Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist der technische Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Abänderungen oder Modifikationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können. Aus den Ansprüchen geht hervor, ob solche Modifikationen oder Verbesserungen der Ausführungsformen vom technischen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung umfasst werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Reihenfolge der Ausführung von Prozessen, wie beispielsweise Betätigungen, Abläufe, Schritte und Stufen, in den Vorrichtungen, den Systemen, Programmen und Verfahren, die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt sind, nicht eindeutig festgelegt ist, und dass die Prozesse in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden können, es sei denn, die Ausgabe des früheren Prozesses wird im späteren Prozess verwendet. Obwohl Betätigungsabläufe in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen unter Verwendung der Begriffe „zuerst”, „als nächstes” und dergleichen beschrieben sind, bedeutet dies nicht, dass die Durchführung in der angegebenen Reihenfolge unerlässlich ist.
Bezugszeichenliste
Fig. 4

lm: Kopplungsstrahlgröße
: Vorderer Winkel
lm: Kopplungsstrahlgröße
: Rillentiefe

Claims

Optische Vorrichtung umfassend: eine Lichtführungsplatte, welche Licht in einer Ebene parallel zu einer Emissionsoberfläche führt; eine optische Umlenkfläche, welche in die Lichtführungsplatte eintretendes Licht von einer Lichtquelle, die einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche und/oder der Emissionsoberfläche entgegengesetzten Oberfläche gegenüberliegt, so umlenkt, dass sich das Licht entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte fortpflanzt; und mehrere Lichtfokussierungsabschnitte, wobei jeder Lichtfokussierungsabschnitt eine optische Oberfläche einschließt, auf die das durch die optische Umlenkfläche umgelenkte und durch die Lichtführungsplatte geführte Licht einfällt, und die die Aussendung von Emissionslicht durch die Emissionsoberfläche bewirkt, welches im Wesentlichen an einem Konvergenzpunkt oder einer Konvergenzlinie in einem Raum konvergiert oder im Wesentlichen von einem Konvergenzpunkt oder einer Konvergenzlinie in einem Raum ausstrahlt, wobei jeder Lichtfokussierungsabschnitt der mehreren Lichtfokussierungsabschnitte entlang einer vorbestimmten Linie in einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche ausgebildet ist, die Konvergenzpunkte oder Konvergenzlinien der mehreren Lichtfokussierungsabschnitte sich jeweils voneinander unterscheiden, und eine Gruppe der mehreren Konvergenzpunkte oder Konvergenzlinien ein Bild in einem Raum erzeugt.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Lichtquelle gegenüberliegend der Emissionsoberfläche der Lichtführungsplatte und/oder der Emissionsoberfläche entgegengesetzten Oberfläche angeordnet ist, und Licht in die Lichtführungsplatte von wenigstens der einen Oberfläche, welche die Lichtquelle trägt, eintritt.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die optische Umlenkfläche eine Umlenkreflektor-Oberfläche einschließt, die auf der Oberfläche angeordnet ist, die der Oberfläche entgegengesetzt ist, welche die Lichtquelle trägt, und wobei die Umlenkreflektor-Oberfläche das Licht, das von der Lichtquelle in die Lichtführungsplatte eintritt, reflektiert, und das Licht so umlenkt, dass sich das Licht entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte fortpflanzt.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Länge der Umlenkreflektor-Oberfläche entlang einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte ist, kürzer ist als die Länge eines Emissionsfensters, von dem aus Licht von der Lichtquelle in Richtung der Lichtführungsplatte emittiert wird.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Divergenzwinkel des Lichts, das durch die Umlenkreflektor-Oberfläche umgelenkt und durch die Lichtführungsplatte geführt wird, 5° oder weniger in einer Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche beträgt.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei eine Formel W ≤ L/10 erfüllt ist, wobei L den Abstand zwischen der Einfallskante der Lichtführungsplatte und dem Zentrum eines Bereichs, in dem ein Lichtfokussierungsabschnitt 30 ausgebildet ist, ist, und W die Breite der Umlenkreflektor-Oberfläche parallel zu der Emissionsoberfläche entlang einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte verläuft, ist.
Optische Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 bis 6, welche ferner eine Reflexionsschicht umfasst, die auf der Umlenkreflektor-Oberfläche angeordnet ist.
Optische Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 bis 6, welche ferner einen Hilfsreflektor umfasst, der eine mit einer Reflexionsschicht versehene Oberfläche aufweist und an der Lichtführungsplatte so befestigt ist, dass die Reflexionsschicht in Kontakt mit der Umlenkreflektor-Oberfläche kommt.
Optische Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 bis 8, wobei mehrere Umlenkreflektor-Oberflächen entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte vorliegen, wobei sich diese Umlenkreflektor-Oberflächen jeweils von anderen Umlenkreflektor-Oberflächen in der Länge entlang der Richtung senkrecht zu der Emissionsoberfläche und/oder dem Winkel in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche und im Verlauf der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte unterscheiden.
Optische Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Umlenkreflektor-Oberfläche eine erste Umlenkreflektor-Oberfläche und eine zweite Umlenkreflektor-Oberfläche, die sich von der ersten Umlenkreflektor-Oberfläche entlang der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte fortsetzt, umfasst; und der Winkel der ersten Umlenkreflektor-Oberfläche in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche sich von dem Winkel der zweiten Umlenkreflektor-Oberfläche in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche und im Verlauf der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte unterscheidet.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die erste Umlenkreflektor-Oberfläche und die zweite Umlenkreflektor-Oberfläche einen Teil der Oberfläche einer Vertiefung bilden, die in der Oberfläche ausgebildet ist, die der Oberfläche entgegengesetzt ist, die die Lichtquelle in der Lichtführungsplatte trägt; und die Neigung der zweiten Umlenkreflektor-Oberfläche in Bezug auf die Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche kleiner ist als die Neigung der ersten Umlenkreflektor-Oberfläche in Bezug auf die Ebene parallel zu der Emissionsoberfläche in der Ebene senkrecht zu der Emissionsoberfläche und im Verlauf der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die optische Umlenkfläche mehrere Reflexionsflächen einschließt, die so orientiert sind, dass sie die Ausbreitung von Licht, das von der Lichtquelle in die Lichtführungsplatte eintritt, in einer Ebene parallel zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte ermöglichen.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Lichtquelle Licht ins Innere der Lichtführungsplatte zu einer ersten Kante hin, die einer zweiten Kante, die in der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte positioniert ist, gegenüberliegt, emittiert; und die optische Umlenkfläche eine Umlenkreflektor-Oberfläche einschließt, die auf der ersten Kante angeordnet ist und das Licht von der Lichtquelle in im Wesentlichen paralleles Licht konvertiert, das sich zu der zweiten Kante hin weiterbewegt.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, welche ferner einen Umlenkabschnitt umfasst, der die optische Umlenkfläche einschließt und auf einer ersten Kante angeordnet ist, die einer zweiten Kante, die in der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte positioniert ist, entgegengesetzt ist, wobei die optische Umlenkfläche eine Umlenkreflektor-Oberfläche einschließt, die das Licht von der Lichtquelle in im Wesentlichen paralleles Licht konvertiert, das sich zu der zweiten Kante hin weiterbewegt; und die Lichtquelle Licht emittiert, welches sich in Richtung der Umlenkreflektor-Oberfläche im Inneren des Umlenkabschnitts weiterbewegt.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei mehrere der Lichtquellen nebeneinander in einer Richtung entlang einer Ebene senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte und parallel zu der Emissionsoberfläche angeordnet sind; und mehrere der Umlenkreflektor-Oberflächen nebeneinander, den mehreren Lichtquellen entsprechend, in einer Richtung entlang einer Ebene senkrecht zu der Lichtführungsrichtung der Lichtführungsplatte und parallel zu der Emissionsoberfläche angeordnet sind.
Optische Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, welche ferner die Lichtquelle einschließt.