JP2016180776A - 表示装置および表示方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】視差を利用して立体視やモーフィングの表示を行い、且つ背景を透かし見ることができる表示装置の提供。【解決手段】非透明材料からなる表示パネルと、前記表示パネルの表面または内部に設けられたドット状の反射要素を構成要素とし、全体として特定の表示パターンを表示する要素群とを備え、前記要素群を、予め設定された複数の視点毎にそれぞれ設け、各視点について設けた前記要素群は、その視点に向けて視差を与えるための光学素子を介さずに光源からの光を反射し、その反射光によって前記要素群が表示する前記表示パターンは前記設定された視点で視認され、設定されない視点では視認されない表示装置。【選択図】図16
Description
本発明は、表示装置および表示方法に関する。
近年、LED(発光ダイオード)は、高効率、長寿命の光源として、様々な用途に使われている。LEDは指向性を持つ点状光源であり、単独ではスポット照明などとしての使用に制限される。このため、透明な樹脂板等の導光板と組み合わせて線状や面状の光源として使用される場合も多い。この例としては、液晶バックライト、広告用ライトパネル等が挙げられる。
また、LEDを利用した表示装置として、透明なアクリル、ポリカーボネート等の導光板の表面にドット状の切り欠き(以下、単に、ドットともいう)を入れて、導光板の側面から入射されたLED光をドットで反射させて表面に模様を描く表示装置が知られている。この表示装置は、ドットで反射されたLED光がなす模様を透明な導光板上に表示させるものであり、透明性があり意匠性に優れるため、ディスプレイ等に用いられている。
このような表示装置に立体視の効果を与えるために、パララックスバリア方式やレンチキュラーレンズ方式などのなどの視差を利用した方式を用いることができる(例えば特許文献1)。
パララックスバリア方式では、パララックスバリアと呼ばれる遮光部と開口部が交互かつ所定の繰り返しピッチで並んだマスクを利用する。レンチキュラーレンズ方式では、微小なレンズが所定の繰り返しピッチで並んだレンズアレイを利用する。
パララックスバリア方式では、パララックスバリアと呼ばれる遮光部と開口部が交互かつ所定の繰り返しピッチで並んだマスクを利用する。レンチキュラーレンズ方式では、微小なレンズが所定の繰り返しピッチで並んだレンズアレイを利用する。
パララックスバリア方式又はレンチキュラーレンズ方式を採用する場合には、視差を与えるための光学素子(パララックスバリヤ又はレンズアレイ)を表示装置の全面に配置する必要がある。これにより、表示装置の厚みが増し、設置場所に制限が生じるという問題があった。また、光学素子を必要とするためにコスト高となるという問題があった。
本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、視点に向けて視差を与えるための光学素子を設けることなく立体視やモーフィングの表示を行う表示装置および表示方法の提供を目的とする。
本発明の表示装置は、非透明材料からなる表示パネルと、前記表示パネルの表面に設けられたドット状の反射要素を構成要素とし、全体として特定の表示パターンを表示する要素群とを備え、前記要素群を、予め設定された複数の視点毎にそれぞれ設け、各視点について設けた前記要素群は、その視点に向けて視差を与えるための光学素子を介さずに光源からの光を反射し、その反射光によって前記要素群が表示する前記表示パターンは前記設定された視点で視認され、設定されない視点では視認されない。
また、本発明の表示装置は、表面に非透明コーティングを施した透明材料からなる表示パネルと、前記表示パネルの表面または内部に設けられたドット状の反射要素を構成要素とし、全体として特定の表示パターンを表示する要素群とを備え、前記要素群を、予め設定された複数の視点毎にそれぞれ設け、各視点について設けた前記要素群は、その視点に向けて視差を与えるための光学素子を介さずに光源からの光を反射し、その反射光によって前記要素群が表示する前記表示パターンは前記設定された視点で視認され、設定されない視点では視認されない。
また、上記の表示装置において、前記光源をさらに備えていても良い。
また、上記の表示装置において、前記光源が点状光源であり、前記光源と導光板の間にシリンドリカルレンズまたは放物面鏡を配し、レンズまたは放物面鏡の焦点に前記点状光源が設置されることにより、前記点状光源から照射された光の前記表示パネルの厚さ方向と直交する成分を平行としても良い。
また、上記の表示装置において、前各視点について設けた前記要素群は、その視点から立体視される仮想的な特定の表示物を投影した前記表示パネル上の投影パターンを、前記表示パターンとして表示しても良い。
また、上記の表示装置において、前記光源が前記表示パネルに対し、前記設定された複数の視点が並ぶ方向に直交する方向から前記表示パネルに光を入射させてもよい。
また、上記の表示装置において、前記反射要素に入射する光の広がり角が、前記表示パネルの厚さ方向と直交する方向に1°以上10°以下であっても良い。
また、上記の表示装置において、前記反射要素が、前記表示パネルの厚さ方向に沿った高さがhであり、厚さ方向に直交する幅がwであり、h/wが0.2以下である反射面を有していても良い。
また、上記の表示装置において、前記ドット状の反射要素の反射面が、平面、又は円筒面であっても良い。
また、上記の表示装置において、前記光源が、前記表示パネルの前面側に配置され、前記光源からの光が前記表示パネルの前面から入射しても良い。
また、本発明の一実施形態に係る表示方法は、非透明材料からなる表示パネルと、前記表示パネルの表面または内部に設けられたドット状の反射要素を構成要素とし、全体として特定の表示パターンを表示する要素群と、を備えた表示装置を用いて、前記要素群を、予め設定された複数の視点毎にそれぞれ設け、各視点について設けた前記要素群は、その視点に向けて視差を与えるための光学素子を介さずに光源からの光を反射し、その反射光によって前記要素群が表示する前記表示パターンは前記設定された視点で視認され、設定されない視点では視認されない。
また、本発明の一実施形態に係る表示方法は、表面に非透明コーティングを施した透明材料からなる表示パネルと、前記表示パネルの表面または内部に設けられたドット状の反射要素を構成要素とし、全体として特定の表示パターンを表示する要素群と、を備えた表示装置を用いて、前記要素群を、予め設定された複数の視点毎にそれぞれ設け、各視点について設けた前記要素群は、その視点に向けて視差を与えるための光学素子を介さずに光源からの光を反射し、その反射光によって前記要素群が表示する前記表示パターンは前記設定された視点で視認され、設定されない視点では視認されない。
本発明の表示装置によれば、反射要素により反射される光の方向を要素群ごとに変えることで複数の方向に反射光を射出し観察者の異なる視点にそれぞれ異なる像を認識させることができる。
観察者の右目と左目に対して視差を反映させた表示パターンを視認させた場合には、立体視を実現できる。また、要素群ごとに異なる方向に、異なる表示パターンの光を照射させる場合には、観察者と表示パネルとの相対的な位置関係が変わるにしたがって、異なる表示パターンを観察者に視認させることができる。
これにより、視点に向けて視差を与えるための光学素子を設けることなく立体視やモーフィングの表示を行う表示装置および表示方法を提供できる。
観察者の右目と左目に対して視差を反映させた表示パターンを視認させた場合には、立体視を実現できる。また、要素群ごとに異なる方向に、異なる表示パターンの光を照射させる場合には、観察者と表示パネルとの相対的な位置関係が変わるにしたがって、異なる表示パターンを観察者に視認させることができる。
これにより、視点に向けて視差を与えるための光学素子を設けることなく立体視やモーフィングの表示を行う表示装置および表示方法を提供できる。
以下に、本発明の実施形態について各図を基に説明を行う。各図には、必要に応じてX−Y−Z座標系を記載した。本明細書においては、これらの座標系に沿って各方向を定め説明を行う。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態の表示装置1の概念図である。また、図2〜図6は、第1実施形態の表示装置1のより具体的な構成について説明する図である。以下に、図1〜図6を基に表示装置1の概略構成、及び具体的な構成について説明を行う。
図1は、第1実施形態の表示装置1の概念図である。また、図2〜図6は、第1実施形態の表示装置1のより具体的な構成について説明する図である。以下に、図1〜図6を基に表示装置1の概略構成、及び具体的な構成について説明を行う。
図1に示すように、表示装置1は、透明材料からなる表示パネル3と、この表示パネル3の端面3cから光を入射する点光源(光源)4とから概略構成されている。
この表示装置1は、光源4から入射した光を、表示パネル3の前面3a側の特定方向に反射させ、表示パネル3の前面3a側から観察する観察者(例えば観察者O)の両目に異なる画像を認識させることにより、特定の表示パターンの立体視を実現する装置である。
本実施形態において、表示パネル3の厚み方向を±Z方向とし、+Z方向から観察者Oが観察するものとする。また、観察者Oは、表示パネル3と対向して直立し、観察者Oにとって左右方向(各視点が並ぶ方向)が±X方向であるとし、上下方向(即ち、両視点同士を結ぶ直線と直交する方向)が±Y方向であるとする。
この表示装置1は、光源4から入射した光を、表示パネル3の前面3a側の特定方向に反射させ、表示パネル3の前面3a側から観察する観察者(例えば観察者O)の両目に異なる画像を認識させることにより、特定の表示パターンの立体視を実現する装置である。
本実施形態において、表示パネル3の厚み方向を±Z方向とし、+Z方向から観察者Oが観察するものとする。また、観察者Oは、表示パネル3と対向して直立し、観察者Oにとって左右方向(各視点が並ぶ方向)が±X方向であるとし、上下方向(即ち、両視点同士を結ぶ直線と直交する方向)が±Y方向であるとする。
図1、図3に示すように、表示装置1は、点光源である光源4を有している。この点光源は、方形状に形成された表示パネル3の端面3cに配置されている。光源4としては、LED(発行ダイオード)などを採用することができる。光源4の色は特に限定されるものではない。
表示パネル3は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、その他ガラスなどの透明材料からなる導光板である。
表示パネル3の厚さは、特に限定されるものではないが、光源4の大きさを包含する厚さとすることが好ましい。表示パネル3の厚さをこのように設定することで、端面3cに入射されない又は入射後に表面から抜け出る漏れ光を抑制できる。点光源として直径1mm〜2mmのLEDを用いる場合には、表示パネル3の厚さは2mm〜5mm程度とすることが好ましい。
表示パネル3の厚さは、特に限定されるものではないが、光源4の大きさを包含する厚さとすることが好ましい。表示パネル3の厚さをこのように設定することで、端面3cに入射されない又は入射後に表面から抜け出る漏れ光を抑制できる。点光源として直径1mm〜2mmのLEDを用いる場合には、表示パネル3の厚さは2mm〜5mm程度とすることが好ましい。
表示パネル3は、対向する2つの表面である前面3aと後面3bを有し、方形状に形成されている。本実施形態においてX軸に沿って配置される表示パネル3の短辺の端面3cには、光源4が配置されている。表示パネル3には、この光源4からの光Lが端面3cを介し入射される。なお、表示パネル3の形状は、矩形板形状に限定されず、任意の形状としてもよい。また、表示パネル3は、平板が代表的な形状であるが、それに限定されるわけではなく、例えば曲面形状であってもよい。
表示パネル3は、描画「A」として表される4つの表示パターン(第1表示パターン10A、第2表示パターン10B、第3表示パターン10C、第4表示パターン10D)を有している。これら第1〜第4表示パターン10A〜10Dは、光源4からの光Lを反射する第1反射要素2A、第2反射要素2B、第3反射要素2C、第4反射要素2Dがそれぞれ集合して構成される要素群であり、各反射要素2A、2B、2C、2Dの集合として各表示パターンが描かれている。
図1、及び図2(a)〜(d)に示す第1〜第4視点E1〜E4は、表示パネル3の前面3a側に位置する観察者の右目または左目となる視点である。第1〜第4視点E1〜E4のうち、任意の2つの視点を右目、左目として表示パネル3を観察する観察者は、表示パネル3に設定された立体表示パターン(表示物)10Vを認識する。立体表示パターン10Vは、表示パネル3に設定された仮想的な表示パターンであり、表示パネル3から高さHの位置に浮き上がって描かれたものが想定される。
図2(a)に示すように、第1表示パターン10Aは、第1視点E1から仮想的な立体表示パターン10Vを表示パネル3に投影させた投影描画となるように構成されている。同様に、図2(b)〜(c)に示すように、第2〜第4表示パターン10B〜10Dは、第2〜第4視点E2〜E4から立体表示パターン10Vを表示パネル3に投影させた投影描画となるように構成されている。
各表示パターン10A〜10Dは、特定の角度の反射面を持った反射要素2A〜2Dにより、光Lを特定の視点方向に反射する。これにより、各々の表示パターン10A〜10Dは、それぞれ設定された視点E1〜E4の方向にのみ光を反射する。これによって、観察者Oは、立体表示パターン10Vを認識する。
このように、第1〜第4表示パターン10A〜10Dを構成することで、視差を利用して立体表示パターン10Vを観察者に認識させることができる。
光源4として、表示パネル3を平面視した際に放射状に広がる点状光源ではなく、平行に伝播する平行光源を使用しても同様の効果が得られる。
なお、図1及び図3以降においては、各表示パターンが形成する描画をわかりやすく示すことを優先させて投影させた状態を正確に表示したものではない。
各表示パターン10A〜10Dは、特定の角度の反射面を持った反射要素2A〜2Dにより、光Lを特定の視点方向に反射する。これにより、各々の表示パターン10A〜10Dは、それぞれ設定された視点E1〜E4の方向にのみ光を反射する。これによって、観察者Oは、立体表示パターン10Vを認識する。
このように、第1〜第4表示パターン10A〜10Dを構成することで、視差を利用して立体表示パターン10Vを観察者に認識させることができる。
光源4として、表示パネル3を平面視した際に放射状に広がる点状光源ではなく、平行に伝播する平行光源を使用しても同様の効果が得られる。
なお、図1及び図3以降においては、各表示パターンが形成する描画をわかりやすく示すことを優先させて投影させた状態を正確に表示したものではない。
図3(a)は、表示装置1の平面図である。
光源4から照射された光Lは、端面3cから表示パネル3に入射する。この光Lは、表示パネル3の内部を通過して第1〜第4表示パターン10A〜10Dに達する。
第1〜第4表示パターン10A〜10Dは、光源4が配される端面3cに対して距離Dに形成されている。
光源4から照射された光Lは、端面3cから表示パネル3に入射する。この光Lは、表示パネル3の内部を通過して第1〜第4表示パターン10A〜10Dに達する。
第1〜第4表示パターン10A〜10Dは、光源4が配される端面3cに対して距離Dに形成されている。
図3(b)は、図3(a)中の一部領域AR1を拡大して示す。一部領域AR1には、第2、第3表示パターン10B、10Cが形成された領域を含んでいる。
図3(b)に示すように、第2表示パターン10Bには、多数の第2反射要素2Bが配置されている。同様に第3表示パターン10Cには、多数の第3反射要素2Cが配置されている。第2表示パターン10Bと第3表示パターン10Cとが重なりあう重複部10BCでは、第2反射要素2Bと第3反射要素2Cとが、互いに独立して形成されている。
このように、各表示パターンは、反射要素の集合(要素群)として構成されている。
図3(b)に示すように、第2表示パターン10Bには、多数の第2反射要素2Bが配置されている。同様に第3表示パターン10Cには、多数の第3反射要素2Cが配置されている。第2表示パターン10Bと第3表示パターン10Cとが重なりあう重複部10BCでは、第2反射要素2Bと第3反射要素2Cとが、互いに独立して形成されている。
このように、各表示パターンは、反射要素の集合(要素群)として構成されている。
第2反射要素2Bと第3反射要素2Cは、表示パネル3の厚さ方向の軸(Z軸と平行な軸)を中心にそれぞれ所定の角度(後段で説明する第2角βB、βC)で斜めに配置されている。また、図示を略すが、第1反射要素2A、第4反射要素2Dも所定の角度で斜めに配置されている。光源4と各反射要素の反射面と視点との位置関係から、反射面の角度を各々調整することにより、各反射要素から特定の視点の方向に反射光が射出されるように設定できる。
各々の表示パターンは、設定された視点から認識される必要があると共に、設定されない視点から認識されない。
設定されない視点から認識されると、異なる表示パターンが一つの視点で同時に認識されてしまうため望ましくない。
また、設定された視点からわずかにずれた視点から表示パターンが認識されないことも、表示パターンを認識できる視野範囲が限定されるので望ましくない。
従って一つの反射要素に入射する光Lの表示パネル3の厚さ方向(Z軸方向)と直交する成分(X軸成分、Y軸成分)は、その角度分布を一定の範囲にすることが望ましい。
より具体的には、一つの反射要素に入射する光Lの広がり角は、表示パネルの厚さ方向と直交する方向に1°以上10°以下となるようにすることが好ましい。
設定されない視点から認識されると、異なる表示パターンが一つの視点で同時に認識されてしまうため望ましくない。
また、設定された視点からわずかにずれた視点から表示パターンが認識されないことも、表示パターンを認識できる視野範囲が限定されるので望ましくない。
従って一つの反射要素に入射する光Lの表示パネル3の厚さ方向(Z軸方向)と直交する成分(X軸成分、Y軸成分)は、その角度分布を一定の範囲にすることが望ましい。
より具体的には、一つの反射要素に入射する光Lの広がり角は、表示パネルの厚さ方向と直交する方向に1°以上10°以下となるようにすることが好ましい。
図4(a)は、表示パネル3の断面模式図である。
図4(a)に示すように、第1〜第4反射要素2A〜2Dは、表示パネル3の前面3aと対向する面である後面3bに形成された切欠(窪み)である。表示パネル3の後面3bには、第1〜第4反射要素2A〜2Dが複数形成されている。
図4(a)に示すように、第1〜第4反射要素2A〜2Dは、表示パネル3の前面3aと対向する面である後面3bに形成された切欠(窪み)である。表示パネル3の後面3bには、第1〜第4反射要素2A〜2Dが複数形成されている。
図4(a)に示すように、第1〜第4反射要素2A〜2Dは、その反射面2Aa〜2Daが光源4と向き合うように配置されている。光源4から照射された光Lは、端面3cから表示パネル3に入射して表示パネルの内部を通過する。さらに、この光Lは、第1〜第4反射要素2A〜2Dの反射面2Aa〜2Daで反射され、表示パネル3の前面3a側に反射光LA〜LDとして射出され、観察者によって認識される。
反射要素2A〜2Dの形成方法は、各反射要素の形状を切削によって形成しても良く、また各反射要素の形状に対応する凸型を加熱転写やUV効果転写により形成しても良い。また、各反射要素に対応する微細な凸部が形成された金型を用いて、表示パネル3の成型時に同時に形成しても良い。
なお、表示パネル3は、その後面3bに反射要素2A〜2Dが直接的に形成する場合に限定されない。例えば、反射要素2A〜2Dを予め形成した透明フィルムを、導光板の一方の面に貼り付けることで、後面3bに反射要素2A〜2Dを設けた表示パネル3を構成しても良い。
図4(b)に、図4(a)に示す第1反射要素2Aの拡大図を、光Lの経路と共に示す。
表示パネル3の内部を通過する光Lは、前面3a、後面3bにおいて全反射を繰り返して反射面2Aaに達する。これは、ここでは代表的な点光源としてLEDを仮定しており、LED光は通常、一定の広がり角を有するためである。
表示パネル3の内部を通過する光Lは、前面3a、後面3bにおいて全反射を繰り返して反射面2Aaに達する。これは、ここでは代表的な点光源としてLEDを仮定しており、LED光は通常、一定の広がり角を有するためである。
このような光路を経るため、反射面2Aaに達する光Lの進行方向は、Z軸方向の成分を有し、表示パネル3の厚さ方向に広がり角を有する。光Lが、表示パネル3の厚さ方向に広がり角を有する為に、反射面2Aaによって反射された反射光LAは、Y軸方向の成分の広がり角を有する。また、表示パネル3に入射した光Lが、反射要素2Aの反射面2Aaに入射するまでの距離D(図4(a))が十分に長く表示パネル3の厚さが十分に薄い場合には、実質的に厚み方向に連続的な分布を有する光と見なすことができる。
このように、反射光LBは、一定の広がり角を持って表示パネル3の前面3a側に射出される。したがって、図4(a)に示す視点Eに位置する観察者が、Y軸方向に所定の範囲で移動した場合であっても反射光LBを認識できることになる。
これに対し、例えば図1において、点光源4が表示パネルの左右方向(+X方向又は−Y方向)に配置され、左右方から光が入射される構成の場合は、反射要素で反射された光は左右方向に広がりを持つことになる。したがって、一つの反射要素から反射された光が複数の視点で観察されることになり、望ましくない。
観察者Oの視点の並ぶ方向と直交する方向から表示パネル3に光を入射させることで、一つの反射要素から反射された光が複数の視点で観察されることがない。加えて、観察者Oが上下方向(Y軸方向)に所定の範囲で移動した場合であっても、特定の反射光LBを認識できる。したがって、観察者Oが表示パネル3に正対して立体表示パターン10Vを観察する場合、光源4から表示パネル3への入光方向は、下方向または上方向から入射することが望ましい。
このように、反射光LBは、一定の広がり角を持って表示パネル3の前面3a側に射出される。したがって、図4(a)に示す視点Eに位置する観察者が、Y軸方向に所定の範囲で移動した場合であっても反射光LBを認識できることになる。
これに対し、例えば図1において、点光源4が表示パネルの左右方向(+X方向又は−Y方向)に配置され、左右方から光が入射される構成の場合は、反射要素で反射された光は左右方向に広がりを持つことになる。したがって、一つの反射要素から反射された光が複数の視点で観察されることになり、望ましくない。
観察者Oの視点の並ぶ方向と直交する方向から表示パネル3に光を入射させることで、一つの反射要素から反射された光が複数の視点で観察されることがない。加えて、観察者Oが上下方向(Y軸方向)に所定の範囲で移動した場合であっても、特定の反射光LBを認識できる。したがって、観察者Oが表示パネル3に正対して立体表示パターン10Vを観察する場合、光源4から表示パネル3への入光方向は、下方向または上方向から入射することが望ましい。
次に図5(a)を基に、反射要素の具体的な形状について説明する。
図5(a)は、第2反射要素2Bの斜視図であり、以下主に第2反射要素2Bについて説明を行う。なお、なお、各反射要素2A〜2Dは同様の構成を有しており、第2反射要素2Bの説明は、各反射要素2A〜2Dを代表するものである。
図5(a)は、第2反射要素2Bの斜視図であり、以下主に第2反射要素2Bについて説明を行う。なお、なお、各反射要素2A〜2Dは同様の構成を有しており、第2反射要素2Bの説明は、各反射要素2A〜2Dを代表するものである。
第2反射要素2Bは、光源4から照射された光Lを表示パネル3の前面3a側に反射する反射面2Baを有する。この反射面2Baは光源4に対向しており、略平坦に形成されている。また、第2反射要素2Bの光源4からの光の入射方向に沿った断面の形状は、反射面2Baを斜辺とする三角形である。
反射面2Baの高さhに対する反射面2Baの幅wの比h/wは、0.2以下とすることが好ましい。加工上の制約により、反射面2Baは、エッヂ部2Bcを正確に形成することが難しい。加工時に反射面2Baは、エッヂ部2BcにRがついたり、エッヂ部2Bc近傍の表面が粗くなったりするため、エッヂ部2Bcに当たった光は、設計された方向以外に光を反射散乱することになる。高さhに対して幅wを十分に大きく(5倍以上に)することで、反射面2Baに対するエッヂ部2Bcの割合を相対的に小さくすることができ、意図しない方向に反射する光の光量を相対的に少なくできる。
図4(b)、図5(a)に示すように、反射面2Baは、表示パネル3の後面3bに対し第1角αBで傾斜している。また、図3(b)、図5(a)に示すように、反射要素2Bは、表示パネル3の厚み方向の軸(Z軸と平行な軸)を中心に回転させたように、X軸に対して第2角βBで傾いて配置されている。
第1角αBと第2角βBを調整することで、入射光を、表示パネル前面側の任意の方向に(全反射臨界角を超えない範囲で)反射させることができる。
なお、反射要素の反射面に入射する光は、厚み方向に前述のようにある角度分布を持つので、入射光を特定の方向に反射する第1角αBと第2角βBの組み合わせは1種類ではない。第1角αBを一定として第2角βBのみを調整することで所定の方向へ射出することができれば簡便であるので望ましい。あるいは反射面への入射光の強度等を勘案して決定してもよい。
なお、反射要素の反射面に入射する光は、厚み方向に前述のようにある角度分布を持つので、入射光を特定の方向に反射する第1角αBと第2角βBの組み合わせは1種類ではない。第1角αBを一定として第2角βBのみを調整することで所定の方向へ射出することができれば簡便であるので望ましい。あるいは反射面への入射光の強度等を勘案して決定してもよい。
また、図5(b)は、第3反射要素2Cの斜視図である。
第3反射要素2Cは、反射面2Caを有し、この反射面2Caが後面3bに対し第1角αCで傾斜している。また、第3反射要素2Cは、表示パネル3の厚み方向の軸(Z軸と平行な軸)を中心に回転させたように、X軸に対して第2角βCで傾いて配置されている。
図5(b)に示す第3反射要素2Cの第2角βCは、図5(a)に示す第2反射要素2Bの第2角βBと逆向きの角度である。第2、第3反射要素2B、2Cが、このようそれぞれ逆向きの第2角βB、βCを有する場合に、第3反射要素2Cからの反射光LCと、第2反射要素2Bからの反射光LBは、X軸方向に反対向きに射出される。
第3反射要素2Cは、反射面2Caを有し、この反射面2Caが後面3bに対し第1角αCで傾斜している。また、第3反射要素2Cは、表示パネル3の厚み方向の軸(Z軸と平行な軸)を中心に回転させたように、X軸に対して第2角βCで傾いて配置されている。
図5(b)に示す第3反射要素2Cの第2角βCは、図5(a)に示す第2反射要素2Bの第2角βBと逆向きの角度である。第2、第3反射要素2B、2Cが、このようそれぞれ逆向きの第2角βB、βCを有する場合に、第3反射要素2Cからの反射光LCと、第2反射要素2Bからの反射光LBは、X軸方向に反対向きに射出される。
以上に、第2、第3反射要素2B、2Cについて説明した。その他の反射要素である第1反射要素2A、第4反射要素2Dは、これら第2、第3反射要素2B、2Cと同様の構成を有する。しかしながら、第1〜第4反射要素2A〜2Dは、それぞれの配置における第2角の構成が異なり、それぞれ異なった方向に反射光を射出する。第1〜第4反射要素2A〜2Dは、反射光を射出する方向に応じて、配置される向き(第2角)が決定されている。
図1に示すように、各表示パターン(要素群)10A〜10Dの反射要素2A〜2Dは、表示パネル3に入射した光Lを反射させ、反射光LA〜LDとして前面3a側から射出する。各反射光LA〜LDの射出方向は、表示パターンごとに異なった方向となるように設定されている。
第1表示パターン(第1要素群)10Aの第1反射要素2Aは、表示パネル3に入射した光Lを前面3a側(+Z方向)であって、+X軸側に傾いた方向に反射光LAとして反射させる。反射光LAは、特定の視点である第1視点E1に向かって射出される。
同様に、第2表示パターン(第2要素群)10Bの第2反射要素2Bは、表示パネル3に入射した光Lを前面3a側(+Z方向)であって、+X軸側に傾いた方向に反射光LBとして反射させる。反射光LBは、特定の視点である第2視点E2に向かって射出される。この反射光LBは、第1表示パターン10Aの反射光LAと比較して、+X軸側への傾きが少ない。
同様に、第2表示パターン(第2要素群)10Bの第2反射要素2Bは、表示パネル3に入射した光Lを前面3a側(+Z方向)であって、+X軸側に傾いた方向に反射光LBとして反射させる。反射光LBは、特定の視点である第2視点E2に向かって射出される。この反射光LBは、第1表示パターン10Aの反射光LAと比較して、+X軸側への傾きが少ない。
第3表示パターン(第3要素群)10Cの第3反射要素2Cは、表示パネル3に入射した光Lを前面3a側(+Z方向)であって、−X軸側に傾いた方向に反射光LCとして反射させる。反射光LCは、特定の視点である第3視点E3に向かって射出される。
同様に、第4表示パターン(第4要素群)10Dの第4反射要素2Dは、表示パネル3に入射した光Lを前面3a側(+Z方向)であって、−X軸側に傾いた方向に反射光LDとして反射させる。反射光LDは、特定の視点である第4視点E4に向かって射出される。この反射光LDは、第3表示パターン10Cの反射光LCと比較して、−X軸側への傾きが少ない。
同様に、第4表示パターン(第4要素群)10Dの第4反射要素2Dは、表示パネル3に入射した光Lを前面3a側(+Z方向)であって、−X軸側に傾いた方向に反射光LDとして反射させる。反射光LDは、特定の視点である第4視点E4に向かって射出される。この反射光LDは、第3表示パターン10Cの反射光LCと比較して、−X軸側への傾きが少ない。
第1〜第4表示パターン10A〜10Dの反射要素2A〜2Dから射出された反射光LA〜LDは、表示パネル3の前面3aから+Z方向に高さhの交差点Cで交差する。
図1に示す第1〜第4視点E1〜E4は、表示パネル3の前面3a側に位置する観察者の右目または左目となる視点である。本実施形態において、第1視点E1は、表示パネル3の正面に向かって最も右側(+X側)に位置する視点であり、この第1視点E1から―X方向に第2視点E2、第3視点E3、第4視点E4が順に配置されている。
図1に示す第1〜第4視点E1〜E4は、表示パネル3の前面3a側に位置する観察者の右目または左目となる視点である。本実施形態において、第1視点E1は、表示パネル3の正面に向かって最も右側(+X側)に位置する視点であり、この第1視点E1から―X方向に第2視点E2、第3視点E3、第4視点E4が順に配置されている。
第1視点E1は、第1表示パターン10Aから反射される反射光LAのみが視認される視点である。同様に、第2視点E2は反射光LB、第3視点E3は反射光LC、第4視点E4は反射光LDのみが視認される視点である。
観察者は、第1〜第4視点E1〜E4の中から選ばれる2つの視点をそれぞれ右目、左目となるように表示パネル3を観察する。
例えば、第2視点E2を左目、第3視点E3を右目として、表示パネル3の前面3a側から表示パネル3を観察する観察者Oを想定する(図1参照)。観察者Oは第2視点E2(左目)で第2表示パターン10Bを認識し、第3視点E3(右目)で第3表示パターン10Cを認識する。第2表示パターン10Bから左目(第2視点E2)に達する反射光LBと、第3表示パターン10Cから右目(第3視点E3)に達する反射光LCとの交差点Cは、表示パネル3から離れた高さHに設定されている。これによって、観察者は、両目の視差により、表示パネル3から高さHに浮き上がる立体表示パターン10Vを認識する。
例えば、第2視点E2を左目、第3視点E3を右目として、表示パネル3の前面3a側から表示パネル3を観察する観察者Oを想定する(図1参照)。観察者Oは第2視点E2(左目)で第2表示パターン10Bを認識し、第3視点E3(右目)で第3表示パターン10Cを認識する。第2表示パターン10Bから左目(第2視点E2)に達する反射光LBと、第3表示パターン10Cから右目(第3視点E3)に達する反射光LCとの交差点Cは、表示パネル3から離れた高さHに設定されている。これによって、観察者は、両目の視差により、表示パネル3から高さHに浮き上がる立体表示パターン10Vを認識する。
図1に示す観察者Oが、立体表示パターン10Vを認識する原理について、図6を基に説明する。
図6は、表示パネル3を光源4側から見たときの原理的な模式図である。また、図6においては、第2表示パターン10Bと第3表示パターン10Cに係る反射要素のみを図示する。第2表示パターン10Bの複数の反射要素2Bとして、4つの第2反射要素2B1、2B2、2B3、2B4を示し、第3表示パターン10Cの複数の反射要素として、4つの第3反射要素2C1、2C2、2C3、2C4を示す。本実施形態において、反射要素はこれより多く形成されているが、ここでは各表示パターン10B、10Cに含まれる要素を4つであるとして説明する。また、第1、第4表示パターン10A、10Dの反射要素2A、2Dについては省略する。
図6は、表示パネル3を光源4側から見たときの原理的な模式図である。また、図6においては、第2表示パターン10Bと第3表示パターン10Cに係る反射要素のみを図示する。第2表示パターン10Bの複数の反射要素2Bとして、4つの第2反射要素2B1、2B2、2B3、2B4を示し、第3表示パターン10Cの複数の反射要素として、4つの第3反射要素2C1、2C2、2C3、2C4を示す。本実施形態において、反射要素はこれより多く形成されているが、ここでは各表示パターン10B、10Cに含まれる要素を4つであるとして説明する。また、第1、第4表示パターン10A、10Dの反射要素2A、2Dについては省略する。
第2表示パターン10Bの4つの第2反射要素2B1、2B2、2B3、2B4は、それぞれ、第3表示パターンの4つの第3反射要素2C1、2C2、2C3、2C4に対応している。例えば、第2反射要素2B1は、第2表示パターン10Bにおいて最も+X側に位置するドットであり、これと対応する第3反射要素2C1は、第3表示パターン10Cにおいて最も+X側に位置するドットである。ここでは説明のために、第2、第3表示パターン10B、10Cは、一対一に対応する反射要素を有しているとして説明するが、各反射要素は必ずしも対応する反射要素を備えている必要はない。即ち、要素群(表示パターン)全体として、図2(a)〜(d)に示すように立体表示パターン10Vの投影描画が形成されていればよく、各反射要素の配置は限定されない。
第2反射要素2B1〜2B4は、光源4からの光を反射してそれぞれ反射光LB1、LB2、LB3、LB4を表示パネル3の前面3a側に射出する。第2反射要素2B1〜2B4の反射面2Baは、それぞれの反射光LB1〜LB4が、観察者Oの左目である第2視点E2に射出されるように、その角度(図5(a)の第2角βB)が設定されている。
同様に、第3反射要素2C1〜2C4は、反射光LC1、LC2、LC3、LC4を表示パネル3の前面3a側に射出する。第3反射要素2C1〜2C4の反射面2Caは、それぞれの反射光LC1〜LC4が、観察者Oの右目である第3視点E3に射出されるように、その角度(図5(b)の第2角βC)が設定されている。
同様に、第3反射要素2C1〜2C4は、反射光LC1、LC2、LC3、LC4を表示パネル3の前面3a側に射出する。第3反射要素2C1〜2C4の反射面2Caは、それぞれの反射光LC1〜LC4が、観察者Oの右目である第3視点E3に射出されるように、その角度(図5(b)の第2角βC)が設定されている。
対応する反射要素である第2反射要素2B1と第3反射要素2C1とは、表示パネル3から+Z方向の高さHで交差点C1を結ぶ。同様に対応する反射要素2B2と反射要素2C2、反射要素2B3と反射要素2C3、反射要素2B4と反射要素2C4は、それぞれ高さHで交差点C2、C3、C4を結ぶ。
各交差点C1、C2、C3、C4は、表示パネル3から高さHの平面上に配置されている。
各交差点C1、C2、C3、C4は、表示パネル3から高さHの平面上に配置されている。
第2表示パターン10Bの各反射要素2B1〜2B4からの反射光LB1〜LB4は、第2視点E2に向かって射出され観察者Oの左目で視認され右目では視認されない。また、第3表示パターン10Cの各反射要素2C1〜2C4からの反射光LC1〜LC4は、第3視点E3に向かって射出され観察者Oの右目で視認され左目では視認されない。
したがって観察者Oは、対応する反射要素2B1、2C1から発せられた反射光LB1、LC1を空間上の交差点C1から発せられたものであると認識する。同様に観察者は、それぞれ対応する反射光LB2と反射光LC2、反射光LB3と反射光LC3、反射光LB4と反射光LC4をそれぞれ交差点C2、C3、C4から発せられたものであると認識する。観察者Oは空間上の交差点C1〜C4に、あたかも発光源があるかの如く感じることになり、立体表示された立体表示パターン10Vを認識することとなる。
表示装置1は、このようにして立体視を実現できる。
表示装置1は、このようにして立体視を実現できる。
以上に、第2視点E2を左目、第3視点E3を右目とする観察者Oを想定した場合の立体視について説明した。しかしながら表示装置1は、図1に示す第1〜第4視点E1〜E4のうち、何れの2視点を右目、左目とする観察者を想定した場合であっても立体視が可能である。
例えば、第1視点E1と第2視点E2を左目、右目とする観察者からも立体視が可能である。即ち、表示パネル3に対して右方、左方の様々な角度にいる観察者から立体視が可能である。
また、第1視点E1と第4視点E4を左目、右目とする観察者からも立体視が可能である。この場合は、図1の観察者Oよりも表示パネル3に近づいた位置にいる観察者を想定することになる。即ち、観察者が表示パネル3に対して近づいた場合、離れた場合などにも立体視が可能である。
例えば、第1視点E1と第2視点E2を左目、右目とする観察者からも立体視が可能である。即ち、表示パネル3に対して右方、左方の様々な角度にいる観察者から立体視が可能である。
また、第1視点E1と第4視点E4を左目、右目とする観察者からも立体視が可能である。この場合は、図1の観察者Oよりも表示パネル3に近づいた位置にいる観察者を想定することになる。即ち、観察者が表示パネル3に対して近づいた場合、離れた場合などにも立体視が可能である。
なお、図6は原理的な説明を行うための図であり、第2表示パターン10Bと第3表示パターン10Cとが、それぞれ一対一に対応する反射要素を有している。しかしながら、必ずしも一対一に対応する反射要素を互いに有している必要はない。反射要素の集合体としての表示パターンが、立体表示パターン10Vの投射描画として構成されていれば、視差を利用して立体表示パターン10Vを観察者に視認させることができる。
次に、各反射要素2A〜2Dの反射面2Aa〜2Daに入射する光Lの進行方向の広がり角γについて図5(a)、(b)を基に説明する。
図5(a)、(b)に示すように、光LはXY平面内での広がり角γを有している。広がり角γが大きいと、反射面2Baによって反射された反射光LBのX軸成分(X−Z平面内での広がり角)が大きくなる。反射光LBのX軸成分が大きくなりすぎると、第2反射要素2Bから反射された反射光LBの認識可能範囲が広くなる。これにより、反射光LBが両目から認識されることになり、視差を利用した立体表示を行うことができない。また、広がり角γが小さすぎると、反射光LBの射出範囲が狭くなる。これによって、反射光LBを認識できる領域が狭くなりすぎて、観察者の位置によって画像を観察できなくなってしまう。したがって、反射面2Baに入射する光LのXY平面内での広がり角γは、1°以上10°以下とすることが好ましく、1°以上6°以下とすることがより好ましい。
図5(a)、(b)に示すように、光LはXY平面内での広がり角γを有している。広がり角γが大きいと、反射面2Baによって反射された反射光LBのX軸成分(X−Z平面内での広がり角)が大きくなる。反射光LBのX軸成分が大きくなりすぎると、第2反射要素2Bから反射された反射光LBの認識可能範囲が広くなる。これにより、反射光LBが両目から認識されることになり、視差を利用した立体表示を行うことができない。また、広がり角γが小さすぎると、反射光LBの射出範囲が狭くなる。これによって、反射光LBを認識できる領域が狭くなりすぎて、観察者の位置によって画像を観察できなくなってしまう。したがって、反射面2Baに入射する光LのXY平面内での広がり角γは、1°以上10°以下とすることが好ましく、1°以上6°以下とすることがより好ましい。
図6に示す観察者Oが一般的な身体的特徴を持つ人である場合に、観察者Oの両目間距離Deは、60mm程度である。また、観察者Oの視点E2、E3と表示パネル3との距離Doは、600mm以下として使用することが想定される。
このような条件では、反射光LA〜LDのX軸成分でありX−Z平面内での広がり角は、6°以下とすることで、観察者の一方の目のみに反射光LA〜LDが認識されるように構成することができる。反射光LA〜LDの広がり角を6°以下とするために、図5(a)に示す、反射要素2A〜2Dの反射面2Aa〜2Daに入射する光のXY平面内での広がり角γ(図5(a)、(b)参照)は、6°以下とすることが好ましい。
このような条件では、反射光LA〜LDのX軸成分でありX−Z平面内での広がり角は、6°以下とすることで、観察者の一方の目のみに反射光LA〜LDが認識されるように構成することができる。反射光LA〜LDの広がり角を6°以下とするために、図5(a)に示す、反射要素2A〜2Dの反射面2Aa〜2Daに入射する光のXY平面内での広がり角γ(図5(a)、(b)参照)は、6°以下とすることが好ましい。
また、観察者Oの視点E2、E3と表示パネル3との距離Doが、350mm以下として使用することが想定される場合には、反射光LA〜LDのX軸成分でありX−Z平面内での広がり角は、10°以下とすることで、観察者の一方の目のみに反射光LA〜LDが認識されるように構成することができる。反射光LA〜LDのX−Z平面内での広がり角を10°以下とするために、図5(a)に示す、反射要素2A〜2Dの反射面2Aa〜2Daに入射するXY平面内での光の広がり角γ(図5(a)、(b)参照)は、10°以下とすることが好ましい。
なお、上述した光LはXY平面内での広がり角γは、あくまで個別の反射要素の反射面に入射する光に関するものである。したがって、例えば同一の表示パターン(要素群)に含まれる反射要素であっても、異なる反射要素に入射する光は、それぞれ異なった角度分布を有していても良い。しかしながら、特定の反射要素に入射する光に着目した場合に、その光のXY平面内での広がり角γが1°以上10°以下又は、1°以上6°以下となっている。
本実施形態において、反射光LB1〜LB4とこれらに対応する反射光LC1〜LC4は、表示パネル3の前面3a側において交差点C1〜C4を結び、前面3a側に浮き上がる立体表示パターン10Vを形成する。しかしながら、反射光LB1〜LB4とこれらに対応する反射光LC1〜LC4は、直接交差せず、その延長線が表示パネル3の後面3b側で交差しても良い。この場合は、観察者Oにとって立体表示パターン10Vが表示パネル3に対して沈んだように視認される。
反射要素2A〜2Dは、窪み形状として透明材料に物理的に形成し、全反射を利用して光を表示パネル3の前面3a側に反射する。しかしながら全反射を利用する場合は、臨界角の関係から反射光が弱くなる角度方向ができることがある。そこで、より反射可能な角度領域を広げる目的で、反射要素2A〜Dの反射面2Aa〜2Daに銀蒸着による鏡面処理を行っても良い。
反射要素2A〜2Dは、光源4からの光を表示パネル3の前面3a側に反射する反射面2Aa〜2Daを有する構造であればよく、他の形状であっても良い。
図7(a)〜(e)に、第1実施形態に適用可能な例として、反射要素21、22、23、24、25、を示す。
図7(a)〜(e)に、第1実施形態に適用可能な例として、反射要素21、22、23、24、25、を示す。
図7(a)に示す反射要素21は、一つの面を反射面21aとする三角錐の形状を有する。図7(b)に示す反射要素22は、円柱を斜めに切断したような形状を有しており、その切断面が反射面22aとして構成されている。
図7(c)、(d)に示す反射要素23、24は、円柱を倒したような形状を有している。また、図7(e)に示す反射要素25は、三角錐に類似の形状であって、反射面である一面が曲面形状を有している。これらの反射要素23、24、25の反射面23a、24a、25aは、円柱外周面として形成されている。
図7(a)、(b)の反射要素21、22のように、反射面21a、22aは、平面に形成することが好ましい。また、図7(c)〜(e)の反射要素23、24、25のように反射面23a、24a、25aを曲面とした場合は、反射面23a、24a、25aと表示パネル3と平行な面(即ち、X−Y平面と平行な面)とが交わる線が直線であり、かつそれらの直線が互いに平行であることが好ましい。表示パネル3と平行な面として、いかなる高さの面を想定した場合であっても、直線であり、かつそれらが互いに平行となるように形成されていれば、反射された光がX軸方向へ広がることがない。具体的には図7(c)〜(e)のように円筒面を寝かせた形状が挙げられる。
このような曲面を反射面と使用した場合には、反射要素21、22を形成するための各方法の選択肢を広げることができる。
このような曲面を反射面と使用した場合には、反射要素21、22を形成するための各方法の選択肢を広げることができる。
なお、図7(a)〜(e)に示す反射要素21〜25においても、反射面21a〜25aの高さhに対する幅wの比h/wは、0.2以下とすることが好ましい。高さhに対して幅wを十分に大きく(5倍以上)にすることで、反射面21a〜25aの周縁に形成されるエッヂ部2Bcの割合を相対的に小さくすることができ、意図しない方向に反射する光の光量を相対的に少なくできる。
<第1変形例>
第1実施形態の表示装置1は、光源4として、LEDに代表される点光源を使用する。これにより、単一の反射要素の反射面に入射する光の角度分布(即ち広がり角γ)を狭めている。このような場合には、入光部近傍の両側端部付近に光が届かない領域が発生するので、そのような領域には表示パターンを配置することができない。
これに対して、XY平面内での成分を予め平行に近づけた光(具体的には、XY平面内での広がり角を1°以上10°以下、好ましくは6°以下の光)を、表示パネル3の端面3cの全域に入射させても良い。このような例について、第1実施形態の第1変形例、第2変形例として図8、図9を基に説明する。
第1実施形態の表示装置1は、光源4として、LEDに代表される点光源を使用する。これにより、単一の反射要素の反射面に入射する光の角度分布(即ち広がり角γ)を狭めている。このような場合には、入光部近傍の両側端部付近に光が届かない領域が発生するので、そのような領域には表示パターンを配置することができない。
これに対して、XY平面内での成分を予め平行に近づけた光(具体的には、XY平面内での広がり角を1°以上10°以下、好ましくは6°以下の光)を、表示パネル3の端面3cの全域に入射させても良い。このような例について、第1実施形態の第1変形例、第2変形例として図8、図9を基に説明する。
図8は、第1変形例の表示装置41である。この表示装置41は、光源4と表示パネル3の間に表示パネル3と略同じ厚さを有する板状のシリンドリカルレンズ42が配置されている。
シリンドリカルレンズ42は、扇形状に形成されている。シリンドリカルレンズ42の扇形曲線部であるレンズ面42aは、表示パネル3の端面3cと対向するように配置されている。また、シリンドリカルレンズ42は、レンズ面42aと反対側でありレンズ面42aの焦点側に平坦面42bが形成されている。光源4は、平坦面42bに対向する位置であって、レンズ面42aの焦点と一致するように配置されている。
シリンドリカルレンズ42は、扇形状に形成されている。シリンドリカルレンズ42の扇形曲線部であるレンズ面42aは、表示パネル3の端面3cと対向するように配置されている。また、シリンドリカルレンズ42は、レンズ面42aと反対側でありレンズ面42aの焦点側に平坦面42bが形成されている。光源4は、平坦面42bに対向する位置であって、レンズ面42aの焦点と一致するように配置されている。
光源4から照射された光Lは、シリンドリカルレンズ42の平坦面42bからシリンドリカルレンズ42に入射する。光源4は光を放射状に照射するため、光Lは、シリンドリカルレンズ42の内部において放射状に広がる。シリンドリカルレンズ42のレンズ面42aに達した光Lは、屈折して平行光となり、表示パネル3に向かって射出される。さらに、光Lは、平行を保った状態で表示パネル3の端面3cから表示パネル3に入射する。
第1変形例の表示装置41によれば、表示パネル3に入射する光の厚み方向と直交する成分を予め平行とすることができる。したがって、表示パネル3の端面3cから各表示パターン10A〜10Dまでの距離Dを大きくとる必要がなく、様々な用途に適用可能な表示装置41を提供できる。
加えて、光源4から照射された光Lをシリンドリカルレンズ42によって、表示パネル3の端面3cの全域に分布させて入射させることができる。したがって、表示パネル3の両側端部近傍に形成された表示パターンの表示要素にも確実に光Lを入射させることができる。
なお、図8に示す表示装置41は、シリンドリカルレンズ42が表示パネル3と別体として構成されているが、光Lを平行光とすることに支障のない範囲で、これらは部分的に連結されていても良い。
また、表示装置41において、シリンドリカルレンズ42は、単数に限らず複数を並べる構成であっても良い。
加えて、光源4から照射された光Lをシリンドリカルレンズ42によって、表示パネル3の端面3cの全域に分布させて入射させることができる。したがって、表示パネル3の両側端部近傍に形成された表示パターンの表示要素にも確実に光Lを入射させることができる。
なお、図8に示す表示装置41は、シリンドリカルレンズ42が表示パネル3と別体として構成されているが、光Lを平行光とすることに支障のない範囲で、これらは部分的に連結されていても良い。
また、表示装置41において、シリンドリカルレンズ42は、単数に限らず複数を並べる構成であっても良い。
<第2変形例>
図9は、第2変形例の表示装置44である。この表示装置44は、点光源である光源5から照射された光Lを反射させて平行光とする反射体45を有している。
反射体45は、透明材料からなる。また、反射体45は、その外形に放物線形状が形成された板状部材である。反射体45の厚さは、表示パネル3と略同じ厚さである。反射体45は、放物線状の反射曲面45aと、この反射曲面45aの反対側に形成される平坦面45bを有している。反射曲面45aには、反射体45の内側から入射する光が反射するように鏡面が形成されている。
図9は、第2変形例の表示装置44である。この表示装置44は、点光源である光源5から照射された光Lを反射させて平行光とする反射体45を有している。
反射体45は、透明材料からなる。また、反射体45は、その外形に放物線形状が形成された板状部材である。反射体45の厚さは、表示パネル3と略同じ厚さである。反射体45は、放物線状の反射曲面45aと、この反射曲面45aの反対側に形成される平坦面45bを有している。反射曲面45aには、反射体45の内側から入射する光が反射するように鏡面が形成されている。
反射体45は、その平坦面45bと表示パネル3の端面3cとが平行に向かい合うように配置されている。また、反射体45の放物線の焦点にあたる部分には、光源5が配置されている。この光源5には、前記平坦面45b側に遮蔽部5aが設けられている。この遮蔽部5aによって、光源5から照射された光は、直接平坦面45b側に入射することがない。
光源5から照射された光Lは、反射曲面45aに達すると、表示パネル3側に反射される。反射曲面45aは、放物線状に形成されており、この放物線の焦点に光源5が配置されているため、反射された光LはX軸成分を持たない平行光となる。光Lは、平坦面45b、端面3cを介し表示パネル3に入射する。
第2変形例の表示装置44によれば、上述した第1変形例の表示装置41と同様の効果を得ることができる。即ち、表示パネル3の端面3cから各表示パターン10A〜10Dまでの距離Dを大きくとる必要がなく、様々な用途に適用可能な表示装置44を提供できる。さらに、光源4から照射された光Lを反射体45によって、表示パネル3の端面3cの全域に分布させて入射させることで、表示パネル3の両側端部近傍に形成された表示パターンの表示要素にも確実に光Lを入射させることができる。
加えて、反射体45の平坦面45bから射出された光Lは、表示パネル3の端面3cのいかなる位置においても、同じ距離の隙間を通過して表示パネル3に入射する。したがって、光Lは光度分布を持ちにくい。即ち、各表示パターン10A〜10Dに同等の光度の光を照射することができる。これにより、各表示パターン10A〜10Dによって、光の光度を一定にして、より鮮明に立体表示パターン10Vを視認させることが可能になる。
なお、図9に示す表示装置44は、反射体45が表示パネル3と別体として構成されているが、反射体45を表示パネル3の一部とし、表示パネル3の一部に反射曲面45aを形成しても良い。
また、表示装置44において、反射体45は、単数に限らず複数を並べる構成であっても良い。
加えて、反射体45の平坦面45bから射出された光Lは、表示パネル3の端面3cのいかなる位置においても、同じ距離の隙間を通過して表示パネル3に入射する。したがって、光Lは光度分布を持ちにくい。即ち、各表示パターン10A〜10Dに同等の光度の光を照射することができる。これにより、各表示パターン10A〜10Dによって、光の光度を一定にして、より鮮明に立体表示パターン10Vを視認させることが可能になる。
なお、図9に示す表示装置44は、反射体45が表示パネル3と別体として構成されているが、反射体45を表示パネル3の一部とし、表示パネル3の一部に反射曲面45aを形成しても良い。
また、表示装置44において、反射体45は、単数に限らず複数を並べる構成であっても良い。
<第3変形例>
第1実施形態の表示装置1は、光源4を表示パネル3の端面3c側に配置して、点光源から照射した光Lを端面3cから表示パネル3に入射させている。
これに対して、光源4を表示パネルの前面又は後面側に配置し、光源4からの光Lを前面又は後面から表示パネルに入射させても良い。このような例について第3、第4変形例として図10、図11を基に説明する。
第1実施形態の表示装置1は、光源4を表示パネル3の端面3c側に配置して、点光源から照射した光Lを端面3cから表示パネル3に入射させている。
これに対して、光源4を表示パネルの前面又は後面側に配置し、光源4からの光Lを前面又は後面から表示パネルに入射させても良い。このような例について第3、第4変形例として図10、図11を基に説明する。
図10は、第1実施形態の第3変形例の表示装置71の断面模式図である。この表示装置71は、表示パネル73とその前面73a側に配置された光源4とを有している。表示パネル73の前面または後面または内部には、複数の反射要素72が形成されており、これらの反射要素72が複数の表示パターンを構成している。
反射要素72には、反射面72aが形成されている。反射面72aは、反射要素72の光源4に対向する側の面に形成されている。この反射要素72は、光を表示パネル73の前面73a側に反射するように鏡面が形成されている。
光源4から照射された光Lは、前面73aから表示パネル73に入射して、反射要素72の反射面72aに到達する。この光Lは、反射面72aによって反射されて、表示パネル73の前面73a側に射出される。さらに光Lは、表示パネル73の前面73a側の視点Eによって視認される。
各反射要素72の反射面72aは、光源4から表示パネル73に入射する方向(Y軸方向)に沿って、各々傾斜角(第1角α)が変えられていてもよい。各反射要素72の反射面72aは、光源4から入射した光を視点Eに向かって反射するように、第1角α(図示あり)と第2角β(図示を省略、図3(b)のβB、βCに相当)が各々調整される。
このような場合、反射要素72の反射面72aは常に全反射臨界角を外れるので、反射要素72の反射面72aには鏡面処理を施す必要がある。
反射要素72には、反射面72aが形成されている。反射面72aは、反射要素72の光源4に対向する側の面に形成されている。この反射要素72は、光を表示パネル73の前面73a側に反射するように鏡面が形成されている。
光源4から照射された光Lは、前面73aから表示パネル73に入射して、反射要素72の反射面72aに到達する。この光Lは、反射面72aによって反射されて、表示パネル73の前面73a側に射出される。さらに光Lは、表示パネル73の前面73a側の視点Eによって視認される。
各反射要素72の反射面72aは、光源4から表示パネル73に入射する方向(Y軸方向)に沿って、各々傾斜角(第1角α)が変えられていてもよい。各反射要素72の反射面72aは、光源4から入射した光を視点Eに向かって反射するように、第1角α(図示あり)と第2角β(図示を省略、図3(b)のβB、βCに相当)が各々調整される。
このような場合、反射要素72の反射面72aは常に全反射臨界角を外れるので、反射要素72の反射面72aには鏡面処理を施す必要がある。
この表示装置71によれば、光源4の配置を表示パネル73の前面73a側とすることができる。したがって、表示パネル73の周縁にいかなる装置も配する必要がなく意匠性の高い表示装置71を提供できる。
なお、表示パネル73は、反射面72aのみならず後面73b全体に鏡面処理が施されていても良い。すなわち、表示パネル73は、前面73a側から後面73b側への透光(可視光の透過)が制限されていてもよい。
なお、表示パネル73は、反射面72aのみならず後面73b全体に鏡面処理が施されていても良い。すなわち、表示パネル73は、前面73a側から後面73b側への透光(可視光の透過)が制限されていてもよい。
<第4変形例>
図11は、第1実施形態の第4変形例の表示装置81の断面模式図である。この表示装置81は、表示パネル83とその後面83b側に配置された光源4とを有している。表示パネル83の前面または後面または内部には、複数の反射要素82が形成されており、これらの反射要素82が複数の表示パターンを構成している。
反射要素82には、反射面82aが形成されている。反射面82aは、反射要素82の光源4に対向する側の面に形成されている。この反射要素82は、光を表示パネル83の前面83a側に反射するように鏡面が形成されている。
光源4から照射された光Lは、後面83bから表示パネル83に入射して、反射要素82の反射面82aに到達する。この光Lは、反射面82aによって反射されて、表示パネル83の前面83a側に射出される。さらに光Lは、表示パネル83の前面83a側の視点Eによって視認される。
各反射要素82の反射面82aは、光源4から表示パネル83に入射する方向(Y軸方向)に沿って、各々傾斜角(第1角α)が変えられていてもよい。各反射要素82の反射面82aは、光源4から入射した光を視点Eに向かって反射するように、第1角α(図示あり)と第2角β(図示を省略、図3(b)のβB、βCに相当)が各々調整される。
反射要素が、表示パネル83の後面に形成された窪みである場合には、反射要素82の反射面82aは常に全反射臨界角内であるので、反射面82aを鏡面処理する必要はない。
図11は、第1実施形態の第4変形例の表示装置81の断面模式図である。この表示装置81は、表示パネル83とその後面83b側に配置された光源4とを有している。表示パネル83の前面または後面または内部には、複数の反射要素82が形成されており、これらの反射要素82が複数の表示パターンを構成している。
反射要素82には、反射面82aが形成されている。反射面82aは、反射要素82の光源4に対向する側の面に形成されている。この反射要素82は、光を表示パネル83の前面83a側に反射するように鏡面が形成されている。
光源4から照射された光Lは、後面83bから表示パネル83に入射して、反射要素82の反射面82aに到達する。この光Lは、反射面82aによって反射されて、表示パネル83の前面83a側に射出される。さらに光Lは、表示パネル83の前面83a側の視点Eによって視認される。
各反射要素82の反射面82aは、光源4から表示パネル83に入射する方向(Y軸方向)に沿って、各々傾斜角(第1角α)が変えられていてもよい。各反射要素82の反射面82aは、光源4から入射した光を視点Eに向かって反射するように、第1角α(図示あり)と第2角β(図示を省略、図3(b)のβB、βCに相当)が各々調整される。
反射要素が、表示パネル83の後面に形成された窪みである場合には、反射要素82の反射面82aは常に全反射臨界角内であるので、反射面82aを鏡面処理する必要はない。
<第2実施形態>
次に第2実施形態について説明する。
上述の第1実施形態においては、対応する反射要素同士の交差点は、表示パネル3の前面3aから一定の高さHに構成される。したがって、立体表示パターン10Vは、表示パネル3の前面3aから浮き上がって見えるものの、浮き上がった立体表示パターン10Vそのものは、平面的に視認される。
これに対し、対応する反射要素からの反射光の交差点を高さ方向にずらして配置してもよい。この場合には、立体表示パターンは、浮き上がって見えるのみならず、パターン自体が立体的に表現される。このような立体視を可能とする表示装置31について、第2実施形態として図12を基に説明する。
次に第2実施形態について説明する。
上述の第1実施形態においては、対応する反射要素同士の交差点は、表示パネル3の前面3aから一定の高さHに構成される。したがって、立体表示パターン10Vは、表示パネル3の前面3aから浮き上がって見えるものの、浮き上がった立体表示パターン10Vそのものは、平面的に視認される。
これに対し、対応する反射要素からの反射光の交差点を高さ方向にずらして配置してもよい。この場合には、立体表示パターンは、浮き上がって見えるのみならず、パターン自体が立体的に表現される。このような立体視を可能とする表示装置31について、第2実施形態として図12を基に説明する。
図12は、第2実施形態の表示装置31の概念図である。上述の第1実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図12に示すように、表示装置31は、透明材料からなる表示パネル33と、この表示パネル33の端面33cから光を入射する点光源(光源)4とから概略構成されている。
この表示装置31は、光源4から入射した光を表示パネル33の前面33a側に反射させ表示パネル33の前面33a側から観察する観察者の左目(第1視点E1)、右目(第2視点E2)にそれぞれ入射させて、観察者Oに対して球(立体表示パターン、表示物)30Vを立体的に認識させる装置である。
図12に示すように、表示装置31は、透明材料からなる表示パネル33と、この表示パネル33の端面33cから光を入射する点光源(光源)4とから概略構成されている。
この表示装置31は、光源4から入射した光を表示パネル33の前面33a側に反射させ表示パネル33の前面33a側から観察する観察者の左目(第1視点E1)、右目(第2視点E2)にそれぞれ入射させて、観察者Oに対して球(立体表示パターン、表示物)30Vを立体的に認識させる装置である。
表示パネル33は、球30Vを観察者に認識させるために第1視点E1と第2視点E2に対応する2つの表示パターン(第1表示パターン30A、第2表示パターン30B)を有している。
第1表示パターン30Aは、表示パネル33から浮き上がった仮想的な球30Vに対して第1視点E1から表示パネル33の面上に描画された投影描画である。同様に第2表示パターン30Bは、球30Vに対して第2視点E2から表示パネル33の面上に描画された投影描画である。第1視点E1と第2視点E2をそれぞれ観察者の左目(第1視点E1)、右目(第2視点E2)から認識させることで、視差を利用して球30Vを認識させることができる。
第1表示パターン(第1要素群)30Aは、第1反射要素32Aが集合して構成されている。複数の第1反射要素32Aは、それぞれ光源4からの光Lを反射して、第1視点E1に入射させる。
同様に、第2表示パターン(第2要素群)30Bは、光Lを反射して第2視点E2に入射させる複数の第2反射要素32Bが集合して構成されている。
なお、第1反射要素32A及び第2反射要素32Bは、第1実施形態と同様に、表示パネル33の後面33bに形成されており、同様の形状を有している。
第1表示パターン30Aは、表示パネル33から浮き上がった仮想的な球30Vに対して第1視点E1から表示パネル33の面上に描画された投影描画である。同様に第2表示パターン30Bは、球30Vに対して第2視点E2から表示パネル33の面上に描画された投影描画である。第1視点E1と第2視点E2をそれぞれ観察者の左目(第1視点E1)、右目(第2視点E2)から認識させることで、視差を利用して球30Vを認識させることができる。
第1表示パターン(第1要素群)30Aは、第1反射要素32Aが集合して構成されている。複数の第1反射要素32Aは、それぞれ光源4からの光Lを反射して、第1視点E1に入射させる。
同様に、第2表示パターン(第2要素群)30Bは、光Lを反射して第2視点E2に入射させる複数の第2反射要素32Bが集合して構成されている。
なお、第1反射要素32A及び第2反射要素32Bは、第1実施形態と同様に、表示パネル33の後面33bに形成されており、同様の形状を有している。
第1表示パターン30Aに含まれる複数の第1反射要素32Aのうち、任意のひとつを反射要素32A1とする。また、この反射要素32A1に対応する第2表示パターン30Bの反射要素を反射要素32B1とする。
第1表示パターン30Aの反射要素32A1は、第1視点E1に向かって反射光LA1を射出する。第2表示パターン30Bの反射要素32B1は、第2視点E2に向かって反射光LB1を射出する。これら反射光LA1、LB1は、それぞれ他方の視点からは認識されない。したがって、観察者Oは、反射光LA1と反射光LB1との交差点C1に発光点があるかのように認識する。この交差点C1は、表示パネル33の前面33a側であって高さH1の位置に構成される。
第1表示パターン30Aの反射要素32A1は、第1視点E1に向かって反射光LA1を射出する。第2表示パターン30Bの反射要素32B1は、第2視点E2に向かって反射光LB1を射出する。これら反射光LA1、LB1は、それぞれ他方の視点からは認識されない。したがって、観察者Oは、反射光LA1と反射光LB1との交差点C1に発光点があるかのように認識する。この交差点C1は、表示パネル33の前面33a側であって高さH1の位置に構成される。
また、第1表示パターン30Aの第1反射要素32Aのうち、先の反射要素32A1とは異なる反射要素32A2と、この反射要素32A2に対応する第2表示パターン30Bの反射要素32B2について説明する。
反射要素32A2と反射要素32B2とからそれぞれ反射される反射光LA2、LB2は、表示パネル33の前面33a側であって、高さH2の位置で交差点C2を構成する。したがって、観察者Oは、高さH2の位置に発光点があるかのように認識する。
反射要素32A2と反射要素32B2とからそれぞれ反射される反射光LA2、LB2は、表示パネル33の前面33a側であって、高さH2の位置で交差点C2を構成する。したがって、観察者Oは、高さH2の位置に発光点があるかのように認識する。
交差点C1と交差点C2とは、それぞれ異なる高さH1、H2に認識される。このように、球30Vの表面を構成するように、各表示パターン30A、30Bの反射要素、32A、32Bのそれぞれの反射方向を設定することで、球30Vを立体的に認識させることができる。
なお、第1表示パターン30Aと第2表示パターン30Bとは、必ずしも一対一に対応する反射要素を互いに有している必要はない。反射要素の集合体としての表示パターンが、仮想的な球30Vの投射描画として構成されていれば、視差を利用して球30Vを観察者に立体的に視認させることができる。
<第3実施形態>
次に、2枚の表示パネルを有する第3実施形態の表示装置51について説明する。
図13は、第3実施形態の表示装置51の概念図である。上述の第1実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
次に、2枚の表示パネルを有する第3実施形態の表示装置51について説明する。
図13は、第3実施形態の表示装置51の概念図である。上述の第1実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
表示装置51は、第1表示パネル53と、この第1表示パネル53の後面53b側に積層された第2表示パネル54と、第1表示パネル53の端面53cに設けられた光源4Aと、第2表示パネル54の端面54cに設けられた光源4Bと、を有している。光源4Aは、端面53cから表示パネル35の内部に光L1を照射し、光源4Bは、54cから表示パネル54の内部に光L2を照射する。
第1表示パネル53と第2表示パネル54とは、密着することなく積層されている。第1表示パネル53と第2表示パネル54とを密着させると、一方のパネルから他方のパネルに光が浸入し、立体的な視認性を阻害する虞がある。
第1表示パネル53の後面53bには、第1表示パターン55A、及び第2表示パターン55Bが形成されている。第1表示パターン55Aは、複数の第1反射要素57Aの集合体(要素群)として構成され、第2表示パターン55Bは、複数の第2反射要素57Bの集合体(要素群)として構成されている。第1表示パターン55A、及び第2表示パターン55Bは、共に描画「A」を形成する。
第1表示パネル53に照射された光L1は、第1、第2表示パターン55A、55Bの反射要素57A、57Bによって反射され、それぞれ反射光LA1、LB2として第1表示パネル53の前面53a側に射出される。反射光LA1と、反射光LB2は、第1表示パネル53の前面53a側の空間で交差して、それぞれ第1視点E1、第2視点E2に向かう。第1視点E1に向かう反射光LAは、第2視点E2からは視認されず、第2視点E2に向かう反射光LBは、第1視点E1からは視認されない。第1、第2視点E1、E2をそれぞれ左目、右目として、第1表示パネル53の前面53a側から第1、第2表示パネル53、54を観察する観察者は、表示パネル53から浮き上がる立体表示パターン(表示物)55Vとして描画「A」を認識する。
第2表示パネル54の後面54bには、第1表示パターン56A、及び第2表示パターン56Bが形成されている。第1表示パターン56Aは、複数の第1反射要素58Aの集合体(要素群)として構成され、第2表示パターン56Bは、複数の第2反射要素58Bの集合体(要素群)として構成されている。第1表示パターン56A、及び第2表示パターン56Bは、共に描画「B」を形成する。
第2表示パネル54に照射された光L2は、第1、第2表示パターン56A、56Bの反射要素58A、58Bによって反射され、それぞれ反射光LA2、LB2として第1表示パネル53の前面53a側に射出される。反射光LA2と、反射光LB2は、交差した後にそれぞれ第1視点E1、第2視点E2に向かう。第1、第2視点E1、E2をそれぞれ左目、右目として、第1表示パネル53の前面53a側から第1、第2表示パネル53、54を観察する観察者は、表示パネル53から浮き上がる立体表示パターン(表示物)55Vとして描画「B」を認識する。
第3実施形態の表示装置51は、光源4Aと光源4Bとを同時に点灯させることで、観察者に立体的に浮き上がる描画「A」と描画「B」を同時に認識させることができる。
光源4Aと光源4Bとを交互に点灯させた場合には、所定のタイミングで切り替わる立体的な描画「A」と描画「B」とを表示することができる。このように、表示を切り替える手法によってアニメーションを表示させることもできる。
光源4Aと光源4Bとを交互に点灯させた場合には、所定のタイミングで切り替わる立体的な描画「A」と描画「B」とを表示することができる。このように、表示を切り替える手法によってアニメーションを表示させることもできる。
また、1枚の表示パネルは、1種類の色のみを表示するため、表示パネルを積層することにより、多色の表現が可能となる。
本実施形態においては、光源Aと光源Bとを異なる色の光を発する光源とすることで、2色の立体表現が可能となる。
さらに、第1、第2の表示パネル53、54に加え第3の表示パネルを用いて、それぞれに照射する光源の色を光の三原色である赤、緑、青としても良い。この場合は、第1、第2、第3の表示パネルで同じ描画(例えば描画「A」)を形成して、光源を切り替えることで、様々な色に発色する立体描画を表示させることができる。
本実施形態においては、光源Aと光源Bとを異なる色の光を発する光源とすることで、2色の立体表現が可能となる。
さらに、第1、第2の表示パネル53、54に加え第3の表示パネルを用いて、それぞれに照射する光源の色を光の三原色である赤、緑、青としても良い。この場合は、第1、第2、第3の表示パネルで同じ描画(例えば描画「A」)を形成して、光源を切り替えることで、様々な色に発色する立体描画を表示させることができる。
加えて、第3実施形態の表示装置51は、表示パネル53、54を積層した構造を有することで、観察者の目の焦点が表示パネルの前面に集中しにくくなる。したがって、この表示装置51によれば、観察者にとって立体的な視認がしやすくなる。
<第4実施形態>
次に第4実施形態について説明する。
図14は、第4実施形態の表示装置61の概念図である。上述の第1実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図14に示すように、表示装置61は、透明材料からなる表示パネル63と、この表示パネル63の端面63cから光を入射する点光源(光源)4とから概略構成されている。
この表示装置61は、光源4から入射した光を表示パネル63の前面63a側に反射させ表示パネル63の前面63a側の互いに異なる方向に位置する第1観察者O1と第2観察者O2とに対して異なる表示パターン(それぞれ描画「A」、描画「B」)を視認させる装置である。
次に第4実施形態について説明する。
図14は、第4実施形態の表示装置61の概念図である。上述の第1実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図14に示すように、表示装置61は、透明材料からなる表示パネル63と、この表示パネル63の端面63cから光を入射する点光源(光源)4とから概略構成されている。
この表示装置61は、光源4から入射した光を表示パネル63の前面63a側に反射させ表示パネル63の前面63a側の互いに異なる方向に位置する第1観察者O1と第2観察者O2とに対して異なる表示パターン(それぞれ描画「A」、描画「B」)を視認させる装置である。
表示パネル63は、第1視点E1と第2視点E2に対応する2つの表示パターン(第1表示パターン60A、第2表示パターン60B)を有している。
第1表示パターン60Aは、第1反射要素62Aの集合体(要素群)として、描画「A」を表示する。第1反射要素62Aは、光源4からの光Lを反射して、第1視点E1に入射させる。
第2表示パターン60Bは、第2反射要素62Bの集合体(要素群)として描画「B」を表示する。第2反射要素62Bは、光源4からの光Lを反射して、第2視点E2に入射させる。
第1、第2反射要素62A、62Bは、表示パネル63の後面63bに形成された切欠(窪み)であり、第1実施形態の各反射要素2A〜2Dと同様の形状を有する。
なお、第1反射要素62A及び第2反射要素62Bは、第1実施形態と同様に、表示パネル63の後面63bに形成されており、同様の形状を有している。
第1表示パターン60Aは、第1反射要素62Aの集合体(要素群)として、描画「A」を表示する。第1反射要素62Aは、光源4からの光Lを反射して、第1視点E1に入射させる。
第2表示パターン60Bは、第2反射要素62Bの集合体(要素群)として描画「B」を表示する。第2反射要素62Bは、光源4からの光Lを反射して、第2視点E2に入射させる。
第1、第2反射要素62A、62Bは、表示パネル63の後面63bに形成された切欠(窪み)であり、第1実施形態の各反射要素2A〜2Dと同様の形状を有する。
なお、第1反射要素62A及び第2反射要素62Bは、第1実施形態と同様に、表示パネル63の後面63bに形成されており、同様の形状を有している。
図15は、表示パネル63を光源4側から見たときの模式図である。
第1表示パターン60Aに含まれる複数の第1反射要素62Aの反射面62Aaと、第2表示パターン60Bに含まれる複数の第2反射要素62Bの反射面62Baとは、互いに異なった方向(第1観察者O1に向かう方向と、第2観察者O2に向かう方向)に反射光LA、LBを射出するように構成されている。
第1表示パターン60Aの第1反射要素62Aは、光源4からの光を反射し反射光LAを第1観察者O1に向けて射出する。複数の第1反射要素62Aの反射面62Aaは、第1観察者O1の右目E1R及び左目E1Lからそれぞれ視認される。また、この反射光LAの拡散は一定の範囲に収まっているため、反射光LAは第2観察者O2からは視認されない。
同様に、第2表示パターン60Bの反射要素は、光源4からの光を反射光LBとして第2観察者O2に視認される。また、この反射光LBは、第1観察者O1からは視認されない。
第1表示パターン60Aに含まれる複数の第1反射要素62Aの反射面62Aaと、第2表示パターン60Bに含まれる複数の第2反射要素62Bの反射面62Baとは、互いに異なった方向(第1観察者O1に向かう方向と、第2観察者O2に向かう方向)に反射光LA、LBを射出するように構成されている。
第1表示パターン60Aの第1反射要素62Aは、光源4からの光を反射し反射光LAを第1観察者O1に向けて射出する。複数の第1反射要素62Aの反射面62Aaは、第1観察者O1の右目E1R及び左目E1Lからそれぞれ視認される。また、この反射光LAの拡散は一定の範囲に収まっているため、反射光LAは第2観察者O2からは視認されない。
同様に、第2表示パターン60Bの反射要素は、光源4からの光を反射光LBとして第2観察者O2に視認される。また、この反射光LBは、第1観察者O1からは視認されない。
このように構成された表示装置61によれば、第1観察者O1からは、第1表示パターン60Aの描画「A」を視認することができ、第2表示パターン60Bの描画「B」を視認できない。同様に、第2観察者O2からは、第2表示パターン60Bの描画「B」を視認することができ、第1表示パターン60Aの描画「A」を視認できない。即ち、この表示装置61は、異なる視点で描画パターンを変えることができる。例えば第1観察者O1が、第2観察者O2の位置に移動することで、視認される表示パターンが描画「A」から描画「B」に徐々に切り替わるモーフィングを実現できる。第1、第2表示パターン60A、60Bに対応する描画を人物の動作に対応させることで、観察者の視点を変えることで動作するアニメーション表現を行うこともできる。また、表示パネル63自体を移動させたり回転させたりして、観察者と表示パネルとの相対的な位置関係を変えることで、観察者に認識させる描画を切り替えても良い。
<第5実施形態>
次に第5実施形態について説明する。
図16は、第5実施形態の表示装置91の断面模式図である。上述の第1実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図16に示すように、表示装置91は、表示パネル93とその前面93a側に配置された光源4とを有している。本実施形態の表示装置91は、表示パネル93の前面93a側に光源4が配置されている点で、第1実施形態の第3変形例の表示装置71と類似する。
次に第5実施形態について説明する。
図16は、第5実施形態の表示装置91の断面模式図である。上述の第1実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図16に示すように、表示装置91は、表示パネル93とその前面93a側に配置された光源4とを有している。本実施形態の表示装置91は、表示パネル93の前面93a側に光源4が配置されている点で、第1実施形態の第3変形例の表示装置71と類似する。
表示パネル93の表面93dは、前面93aおよび後面93bを含む。本実施形態の表示パネル93は、例えば、ステンレス鋼又はアルミニウム合金等の金属材料、もしくは非透明の樹脂材料からなる。すなわち本実施形態の表示パネル93は、非透明材料からなり、前面93aに入射した光Lを後面93b側に透過させない。
なお、表示パネル93は、背景を透かし見ることができないものであれば半透明であってもよい。
なお、表示パネル93は、背景を透かし見ることができないものであれば半透明であってもよい。
表示パネル93の前面93aには、複数の反射要素92が形成されている。反射要素92は、表示パネル93の前面93aに形成された切欠(窪み)である。反射要素92は、光源4に対向する反射面92aを有する。反射面92aには、鏡面処理が施されていることが好ましい。これにより、光源4から照射され反射面92aに入射する光Lの入射角が、全反射臨界角を外れた場合であっても、光Lを前面93a側に確実に反射することができる。
反射要素92は、表示パネル93の前面93aに対し機械加工を施すことで形成できる。一例として、反射要素92は、表示パネル93の前面93aに対しダイヤモンドバイトを用いた切削加工により形成できる。この場合、表面性状の優れた反射面92aを形成することができる。また、反射要素92は、加工工具を表示パネル93の前面93aに押し当てて、前面93aを変形させることで形成してもよい。さらに、表示パネル93が樹脂材料からなる場合には、反射要素92の形状に対応する凸型を加熱転写やUV効果転写することで、反射要素92を形成してもよい。表示パネル93が樹脂材料からなる場合には、表示パネル93の成型時に反射要素92を同時に形成してもよい。
反射要素92は、第1実施形態の反射要素2A〜2Dと同様に複数の表示パターン(第1実施形態の表示パターン10A〜10Dに対応)を構成する(図1参照)。また第1実施形態と同様に、各表示パターンは、特定の角度の反射面92aを持った反射要素92により、光Lを特定の視点方向に反射し、前面93a側の観察者に立体表示パターンを認識させる。
光源4から照射された光Lは、表示パネル93の前面93aに設けられた反射要素92の反射面92aに入射する。光Lは、反射面92aによって前面93a側に反射され、表示パネル93の前面93a側の視点Eにおいて視認される。
各反射要素92の反射面92aは、光源4から表示パネル93に入射する方向(Y軸方向)に沿って、各々傾斜角(第1角α)が変えられていてもよい。各反射要素92の反射面92aは、光源4から入射した光Lを視点Eに向かって反射するように、第1角α(図示あり)と第2角β(図示を省略、図3(b)のβB、βCに相当)が各々調整される。
各反射要素92の反射面92aは、光源4から表示パネル93に入射する方向(Y軸方向)に沿って、各々傾斜角(第1角α)が変えられていてもよい。各反射要素92の反射面92aは、光源4から入射した光Lを視点Eに向かって反射するように、第1角α(図示あり)と第2角β(図示を省略、図3(b)のβB、βCに相当)が各々調整される。
本実施形態の表示装置91によれば、非透明材料からなる表示パネル93を用いて、上述した各実施形態と同様に立体視またはモーフィングの表示を行うことができる。
なお、本実施形態の表示装置91において、光源4は、必ずしも前面側に配置されていなくても良い。例えば、光源4を後面93b側に配置し、ミラー等の反射体を介して前面93a側から表示パネル93に光を照射してもよい。
また、本実施形態において、光源4として点状光源を用い、光源4から表示パネル93の光路中にシリンドリカルレンズ42(図8参照)または反射体45(図9参照)を配置してもよい。これにより、表示パネル93の厚さ方向と直交する成分を平行に近づけた光を入射させることができる。
なお、本実施形態の表示装置91において、光源4は、必ずしも前面側に配置されていなくても良い。例えば、光源4を後面93b側に配置し、ミラー等の反射体を介して前面93a側から表示パネル93に光を照射してもよい。
また、本実施形態において、光源4として点状光源を用い、光源4から表示パネル93の光路中にシリンドリカルレンズ42(図8参照)または反射体45(図9参照)を配置してもよい。これにより、表示パネル93の厚さ方向と直交する成分を平行に近づけた光を入射させることができる。
<第5実施形態の第1変形例>
次に第5実施形態の第1変形例について説明する。
図17は、第1変形例の表示装置91Aの断面模式図である。上述の第5実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図17に示すように、表示パネル93Aとその前面93Aa側に配置された光源4とを有している。表示装置91Aは、第5実施形態の表示装置91と概略同様の構成を有するが、表示パネル93Aの構成が異なる。
次に第5実施形態の第1変形例について説明する。
図17は、第1変形例の表示装置91Aの断面模式図である。上述の第5実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図17に示すように、表示パネル93Aとその前面93Aa側に配置された光源4とを有している。表示装置91Aは、第5実施形態の表示装置91と概略同様の構成を有するが、表示パネル93Aの構成が異なる。
表示装置91Aの表示パネル93Aは、前面93Aa側に非透明コーティング96を施した透明材料95からなる。したがって、表示パネル93Aは、すなわち前面93Aa側から後面93Ab側へ(又は後面93Ab側から前面93Aa側へ)の可視光の透過(透光)が制限されている。したがって、表示パネル93Aは、前面93Aa側から後面93Ab側(又は後面93Ab側から前面93Aa側)の背景を透かし見ることができない構成を有する。
なお、本変形例では、表示パネル93Aとして前面93Aa側に非透明コーティング96を施したものを例示するが、後面93Ab側に非透明コーティング96を施したものであってもよい。加えて、表示パネル93Aは、面内に部分的に非透明コーティングが施された透明材料であってもよい。
なお、本変形例では、表示パネル93Aとして前面93Aa側に非透明コーティング96を施したものを例示するが、後面93Ab側に非透明コーティング96を施したものであってもよい。加えて、表示パネル93Aは、面内に部分的に非透明コーティングが施された透明材料であってもよい。
本変形例において、非透明コーティング96は、鏡面コーティング(鏡面処理)である。本変形例の表示装置91Aは、第5実施形態の表示装置91と同様に、表示パネル93Aの前面93Aaに反射要素92が形成されている。反射要素92は、光源4に対向する反射面92aを有する。非透明コーティング(鏡面コーティング)96は、表示パネル93Aの前面93Aaにおいて、反射面92aを覆っている。すなわち、反射面92aには、鏡面コーティングが施されている。これにより、光源4から照射され反射面92aに入射する光Lの入射角が、全反射臨界角を外れた場合であっても、光Lを前面93Aa側に確実に反射することができる。
本変形例の表示装置91Aによれば、非透明コーティング96を施した透明材料95からなる表示パネル93Aを用いて、上述した各実施形態と同様に立体視またはモーフィングの表示を行うことができる。
なお、本変形例の表示装置91Aにおいて、表示パネル93Aは、反射要素92を予め形成した非透明フィルムを板材料の前面に貼り付けて反射要素92を設けた表示パネル93Aを構成しても良い。
なお、本変形例の表示装置91Aにおいて、表示パネル93Aは、反射要素92を予め形成した非透明フィルムを板材料の前面に貼り付けて反射要素92を設けた表示パネル93Aを構成しても良い。
<第5実施形態の第2変形例>
次に第5実施形態の第2変形例について説明する。
図18は、第2変形例の表示装置91Bの断面模式図である。上述の第5実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図18に示すように、非透明の樹脂材料(非透明材料)からなる表示パネル93Bとその前面93Ba側に配置された光源4とを有している。表示装置91Bは、第5実施形態の表示装置91と概略同様の構成を有するが、反射要素92Bの構成が異なる。
次に第5実施形態の第2変形例について説明する。
図18は、第2変形例の表示装置91Bの断面模式図である。上述の第5実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図18に示すように、非透明の樹脂材料(非透明材料)からなる表示パネル93Bとその前面93Ba側に配置された光源4とを有している。表示装置91Bは、第5実施形態の表示装置91と概略同様の構成を有するが、反射要素92Bの構成が異なる。
表示パネル93Bの前面93Baには、複数の反射要素92Bが形成されている。反射要素92Bは、表示パネル93Bの前面93Baから突出する凸部である。反射要素92Bは、樹脂材料からなる表示パネル93Bを射出成型する際に同時に形成することができる。反射要素92Bは、光源4に対向する反射面92Baを有する。反射面92Baには、鏡面処理が施されていることが好ましい。上述した実施形態と同様に反射要素92Bは、複数の表示パターンを構成する。各表示パターンは、特定の角度の反射面92Baを持った反射要素92Bにより、光Lを特定の視点方向に反射し、前面93Ba側の観察者に立体表示パターンを認識させる。
本変形例の表示装置91Bによれば、上述の第5実施形態と同様の効果を奏することができる。
本変形例の表示装置91Bによれば、上述の第5実施形態と同様の効果を奏することができる。
以上に、様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
1、31、41、44、51、61、71、81、91、91A、91B…表示装置、2A、2B、2B1、2B2、2B3、2B4、2C、2C1、2C2、2C3、2C4、2D、21、22、23、24、25、32A、32B、57A、57B、58A、58B、62A、62B、72、82、92、92B…反射要素、2Aa、2Ba、2Ca、21a、22a、23a、24a、25a、62Aa、62Ba、72a、82a、92a、92Ba…反射面、3、33、53、54、63、73、83、93、93A、93B…表示パネル、3a、33a、53a、54a、63a、73a、83a、93a、93Aa、93Ba…前面(表面)、3b、33b、53b、54b、63b、73b、83b、93b、93Ab…後面(表面)、3c、33c、53c、54c、63c…端面、4、5…光源、5a…遮蔽部、10A、30A、55A、56A、60A、…第1表示パターン(要素群)、10B、30B、55B、56B、60B…第2表示パターン(要素群)、10C…第3表示パターン(要素群)、10D…第4表示パターン(要素群)、10V、55V、56V…立体表示パターン(表示物)、30V…球(立体表示パターン、表示物)、42…シリンドリカルレンズ、44…表示装置、45…反射体、45a…反射曲面、45b…平坦面、C、C1、C2、C3、C4…交差点、E1、E2、E3、E4…視点、E1L…左目、E1R…右目、L…光、LA、LA1、LA2、LB、LB1、LB2、LB3、LB4、LC、LC1、LC2、LC3、LC4、LD…反射光、O、O1、O2…観察者、h…高さ、w…幅、α、αB、αC…第1角、βB、βC…第2角、γ…広がり角
Claims (12)
- 非透明材料からなる表示パネルと、
前記表示パネルの表面に設けられたドット状の反射要素を構成要素とし、全体として特定の表示パターンを表示する要素群とを備え、
前記要素群を、予め設定された複数の視点毎にそれぞれ設け、各視点について設けた前記要素群は、その視点に向けて視差を与えるための光学素子を介さずに光源からの光を反射し、その反射光によって前記要素群が表示する前記表示パターンは前記設定された視点で視認され、設定されない視点では視認されない表示装置。 - 表面に非透明コーティングを施した透明材料からなる表示パネルと、
前記表示パネルの表面または内部に設けられたドット状の反射要素を構成要素とし、全体として特定の表示パターンを表示する要素群とを備え、
前記要素群を、予め設定された複数の視点毎にそれぞれ設け、各視点について設けた前記要素群は、その視点に向けて視差を与えるための光学素子を介さずに光源からの光を反射し、その反射光によって前記要素群が表示する前記表示パターンは前記設定された視点で視認され、設定されない視点では視認されない表示装置。 - 前記光源をさらに備える請求項1又は2に記載の表示装置。
- 前記光源が点状光源であり、前記光源と導光板の間にシリンドリカルレンズまたは放物面鏡を配し、レンズまたは放物面鏡の焦点に前記点状光源が設置されることにより、前記点状光源から照射された光の前記表示パネルの厚さ方向と直交する成分を平行とする請求項3に記載の表示装置。
- 各視点について設けた前記要素群は、その視点から立体視される仮想的な特定の表示物を投影した前記表示パネル上の投影パターンを、前記表示パターンとして表示する請求項1から4の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記光源が前記表示パネルに対し、前記設定された複数の視点が並ぶ方向に直交する方向から前記表示パネルに光を入射させる請求項1から5の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記反射要素に入射する光の広がり角が、前記表示パネルの厚さ方向と直交する方向に1°以上10°以下である請求項1から6の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記反射要素が、前記表示パネルの厚さ方向に沿った高さがhであり、厚さ方向に直交する幅がwであり、h/wが0.2以下である反射面を有する請求項1から7の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記ドット状の反射要素の反射面が、平面、又は円筒面である請求項1から8の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記光源が、前記表示パネルの前面側に配置され、前記光源からの光が前記表示パネルの前面から入射する請求項3又は4に記載の表示装置。
- 非透明材料からなる表示パネルと、
前記表示パネルの表面または内部に設けられたドット状の反射要素を構成要素とし、全体として特定の表示パターンを表示する要素群と、を備えた表示装置を用いて、
前記要素群を、予め設定された複数の視点毎にそれぞれ設け、各視点について設けた前記要素群は、その視点に向けて視差を与えるための光学素子を介さずに光源からの光を反射し、その反射光によって前記要素群が表示する前記表示パターンは前記設定された視点で視認され、設定されない視点では視認されない、表示方法。 - 表面に非透明コーティングを施した透明材料からなる表示パネルと、
前記表示パネルの表面または内部に設けられたドット状の反射要素を構成要素とし、全体として特定の表示パターンを表示する要素群と、を備えた表示装置を用いて、
前記要素群を、予め設定された複数の視点毎にそれぞれ設け、各視点について設けた前記要素群は、その視点に向けて視差を与えるための光学素子を介さずに光源からの光を反射し、その反射光によって前記要素群が表示する前記表示パターンは前記設定された視点で視認され、設定されない視点では視認されない、表示方法。
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