JP2017072727A - 光デバイス及び光システム - Google Patents

Abstract

【課題】導光板の出射面とは反対側にいる人に認識されるような漏れ光が出てしまうこと。【解決手段】導く導光板と、導光板の第１領域に設けられ、導光板によって導かれている光が入射し、入射した光を第１出射面及び第１出射面とは反対側の第２出射面から出射させる光学面を有する第１光出射部と、導光板の第２領域に設けられ、導光板によって導かれている光が入射し、入射した光を第１出射面及び第２出射面から出射させる光学面を有する第２光出射部とを備え、第１光出射部が有する数の光学面のそれぞれが第１出射面から出射させる光の放射量は、第１光出射部が有する複数の光学面のそれぞれが第２出射面から出射させる光の放射量より大きく、第２光出射部が有する複数の光学面のそれぞれが第２出射面から出射させる光の放射量は、第２光出射部が有する複数の光学面のそれぞれが第１出射面から出射させる光の放射量より大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、光デバイス及び光システムに関する。

微小な凹部からなる反射ドットを複数形成した導光板を２枚併設して、２つの表示体を同時若しくは交互に表示する光点式表示器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１ 特開２００２−２９７０７０号公報

透光性を有する導光板を用いた場合に、導光板の出射面から出射させようとする光が当該出射面でフレネル反射することで、出射面とは反対側の背面から光が漏れてしまう場合がある。また、導光板の背面等に形成した複数の光学面を通過して背面から光が漏れてしまう場合がある。そのため、導光板の出射面とは反対側にいる人にも、漏れ光による模様等が認識されてしまうという課題があった。

第１の態様においては、光デバイスは、第１出射面に平行な面内で光を導く導光板と、導光板の第１領域に設けられ、導光板によって導かれている光が入射し、入射した光を第１出射面及び第１出射面とは反対側の第２出射面から出射させる複数の光学面を有する第１光出射部と、導光板の第２領域に設けられ、導光板によって導かれている光が入射し、入射した光を第１出射面及び第２出射面から出射させる複数の光学面を有する第２光出射部とを備え、第１光出射部が有する複数の光学面のそれぞれが第１出射面から出射させる光の放射量は、第１光出射部が有する複数の光学面のそれぞれが第２出射面から出射させる光の放射量より大きく、第２光出射部が有する複数の光学面のそれぞれが第２出射面から出射させる光の放射量は、第２光出射部が有する複数の光学面のそれぞれが第１出射面から出射させる光の放射量より大きい。

第２領域内の第１領域に隣接する部分領域において第２光出射部が第２出射面から出射させる単位面積あたりの光の放射量は、第１領域内の第２領域に隣接する領域において第１光出射部が第２出射面から出射させる単位面積あたりの光の放射量と略等しくてよい。

第２領域において第２光出射部が第２出射面から出射させる光の放射量は、第１領域から離れるほど小さくてよい。

第２光出射部が有する複数の光学面は、第１領域から離れているほど、より小さいパターン密度で形成されていてよい。

第２光出射部が有する複数の光学面は、第１領域から離れるほど、より小さい面積を持ってよい。

第２光出射部は、導光板において第１光出射部が設けられた面とは反対側に設けられてよい。

光第１出射部は、導光板の第２出射面側に設けられ、第２光出射部は、第１出射面側に設けられてよい。

第１光出射部が有する複数の光学面が第１出射面から出射させる光によって、導光板外の第１出射面側の位置から視認可能な像が形成されてよい。

第２光出射部が有する複数の光学面が出射させる光によって、第２出射面から出射する光で形成される像は、第１出射面から出射する光で形成される像より、ぼけが大きくてよい。

第２光出射部は、第１領域及び第２領域に設けられ、第１光出射部が第２出射面から出射させる光の色の補色の光を、第２出射面から出射させ、第１光出射部及び第２光出射部が第２出射面から出射させる光の放射量は、第１領域及び第２領域にわたって略均一であってよい。

第２光出射部は、第１領域及び第２領域に設けられ、第２出射面から白色光を出射させ、第２光出射部が第２出射面から出射させる光の放射量は、第１光出射部が第２出射面から出射させる光の放射量より大きくてよい。

第１光出射部は、導光板によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を第１出射面から出射させる光学面をそれぞれ有する複数の光収束部を有し、収束点又は収束線は複数の光収束部の間で互いに異なり、複数の収束点又は収束線の集まりによって空間上に像が形成されてよい。

複数の光収束部は、第１出射面に平行な面内でそれぞれ予め定められた線に沿って形成されてよい。

第２光出射部は、導光板によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を第２出射面から出射させる光学面をそれぞれ有する複数の第２光収束部を有し、第２光出射部から出射される光の収束点又は収束線は複数の第２光収束部の間で互いに異なり、第２光出射部から出射される光の複数の収束点又は収束線の集まりによって空間上に像が形成される。

第１出射部が有する複数の光学面のパターン密度は３０％以下であってよい。

第２の形態における光システムは、上記の光デバイスと、光デバイスの第２出射面に対向して設けられた第２光デバイスとを備え、第２光デバイスは、出射面に平行な面内で光を導く第２導光板と、導光板によって導かれている光が入射し、入射した光を、第２導光板の出射面から出射させる複数の光学面を有する光出射部とを備え、第２導光板の出射面と反対側の面は、導光板の第２出射面に対向し、第１光出射部が有する複数の光学面が第１出射面から出射する光によって、導光板外の第１出射面側の位置から視認可能な像が形成され、第２導光板の光出射部が有する複数の光学面が出射面から出射する光によって、第２導光板外の出射面側の位置から視認可能な像が形成される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

一実施形態における表示装置１０を、空間上に投影される立体像と共に概略的に示す。 表示装置１０のｙｚ断面を概略的に示す。 出射面７１及び背面７２のそれぞれの面から出射する単位面積あたりの光放射量の分布を示す。 反射面４１を設けない場合の背面７２の漏れ光を概略的に示す。 反射面４１を設けた場合の背面７２からの漏れ光を概略的に示す。 表示装置１０の変形例としての表示装置１０Ａのｙｚ断面を概略的に示す。 表示装置１０の変形例としての表示装置１０ａを、空間上に投影される立体像と共に概略的に示す。 表示装置１０の変形例としての表示装置１０Ｂのｙｚ断面を概略的に示す。 背面７２ｂからの漏れ光を概略的に示す。 表示装置１０Ｂの変形例としての表示装置１０Ｃのｙｚ断面を概略的に示す。 背面７２ｃからの漏れ光を概略的に示す。 表示装置１００のｙｚ断面を概略的に示す。 表示装置１００によって形成される像を概略的に示す。 表示装置１００を用いた改札機システム９００を概略的に示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一実施形態における表示装置１０を、空間上に投影される立体像と共に概略的に示す。なお、分かり易く説明することを目的として、実施形態の説明に用いる図は概略的又は模式的なもとする。実施形態の説明に用いる図は、実際のスケールで描かれていない場合がある。

表示装置１０は、光を出射する出射面７１を有する。表示装置１０は、出射面７１から出射する光によって、立体像としての像６を形成する。像６は、ユーザによって空間上に認識される立体像である。なお、立体像とは、表示装置１０の出射面７１とは異なる位置にあるように認識される像をいう。立体像とは、例えば、表示装置１０の出射面７１から離れた位置に認識される２次元像も含む。つまり、立体像とは、立体的な形状として認識される像だけでなく、表示装置１０の表示面上とは異なる位置に認識される２次元的な形状の像も含む概念である。

表示装置１０は、導光板７０と、光源２０とを備える。導光板７０は、透明で屈折率が比較的に高い樹脂材料で成形される。導光板７０を形成する材料は、例えばポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）、ガラス等であってよい。導光板７０は、光デバイスの一例である。表示装置１０は、光システムの一例である。

導光板７０は、出射面７１と、出射面７１とは反対側の背面７２とを有する。出射面７１は、導光板７０の一方の主面であり、背面７２は、他方の主面である。また、導光板７０は、導光板７０の四方の端面である端面７３、端面７４、端面７５及び端面７６を有する。端面７３は、導光板７０の入光端面である。端面７３には光源２０が設けられ、光源２０からの光は、端面７３から導光板７０に入射する。端面７４は、端面７３とは反対側の面である。端面７６は、端面７５とは反対側の面である。

実施形態の説明において、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の右手系の直交座標系を用いる場合がある。ｚ軸方向を、出射面７１に垂直な方向で定める。背面７２から出射面７１への向きをｚ軸プラス方向と定める。また、ｙ軸方向を、端面７３に垂直な方向で定める。端面７３から端面７４への向きをｙ軸プラス方向と定める。ｘ軸は、端面７５及び端面７６に垂直な方向であり、端面７５から端面７６への向きをｘ軸プラス方向と定める。なお、記載が冗長にならないよう、ｘｙ平面に平行な面のことをｘｙ面、ｙｚ平面に平行な面のことをｙｚ面、ｘｚ平面に平行な面のことをｘｚ面と呼ぶ場合がある。

光源２０は、例えば、ＬＥＤ光源である。光源２０の光軸は、ｙ軸に実質的に平行である。光源２０からの光は、端面７３に入射して、光源２０から端面７３に入射した光は、出射面７１と背面７２との間を全反射しながら、導光板７０内を出射面７１に平行な面内で広がりながら導光板７０内を進む。導光板７０に導かれる光の中心は、ｙ軸に実質的に平行である。このように、導光板７０は、光源２０からの光を出射面７１に平行な面内で面状に広げて導く。導光板７０内を導かれて導光板７０内の各位置を通過する光束は、導光板７０内の各位置で所定値より小さい広がり角を持つ。具体的には、導光板７０内を導かれている光は、導光板７０内の各位置と光源２０とを結ぶ方向を中心として所定値より小さい広がり角を持つ。具体的には、導光板７０内の各位置を通過する光束は、ｘｙ面内において、導光板７０内の各位置と光源２０とを結ぶ方向を中心として所定値より小さい広がり角を持つ。なお、本明細書において、導光板内外の点を通過する光束の広がりとは、当該光束がその点から発散する光とみなした場合の光の広がりのことをいう。また、導光板内外の点を通過する光束の広がりのことを、単に光の広がりと呼ぶ場合がある。

導光板７０の背面７２には、光収束部３０ａ、光収束部３０ｂ及び光収束部３０ｃを含む複数の光収束部３０が形成されている。光収束部３０はｘ軸方向に実質的に連続して形成されている。光収束部３０のｘ軸方向の各位置には、光源２０から端面７３に入射されて出射面７１と背面７２との間を全反射しながら導光板７０によって導かれている光が入射する。

ここで、導光板７０によって導かれる光がｙｚ面に沿う方向に広がりを有しないものとして説明する。光収束部３０は、光収束部３０の各位置に入射した光を、光収束部３０にそれぞれ対応する定点に実質的に収束させる。図１には、光収束部３０の一部として、光収束部３０ａ、光収束部３０ｂ及び光収束部３０ｃが特に示され、光収束部３０ａ、光収束部３０ｂ及び光収束部３０ｃのそれぞれにおいて、光収束部３０ａ、光収束部３０ｂ及び光収束部３０ｃのそれぞれから出射された複数の光線が収束する様子が示されている。

具体的には、光収束部３０ａは、像６上の定点ＰＡに対応する。光収束部３０ａの各位置からの光線は、定点ＰＡに収束する。したがって、光収束部３０ａからの光の波面は、定点ＰＡから発するような光の波面となる。同様に、光収束部３０ｂは、像６上の定点ＰＢに対応し、光収束部３０ｂからの各位置からの光線は、定点ＰＢに収束する。また、光収束部３０ｃは、像６上の定点ＰＣに対応し、光収束部３０ｃからの各位置からの光線は、定点ＰＣに収束する。このように、任意の光収束部３０の各位置からの光線は、光収束部３０に対応する定点に実質的に収束する。これにより、任意の光収束部３０によって、対応する定点から光が発するような光の波面を提供できる。各光収束部３０が対応する定点は互いに異なり、光収束部３０にそれぞれ対応する複数の定点の集まりによって、空間上に認識される像６が形成される。このように、光収束部３０が有する複数の反射面が出射面７１から出射する光によって、導光板７０外の出射面７１側の位置から視認可能な像が形成される。このようにして、表示装置１０は空間上に立体像を投影する。

本実施形態において、光収束部３０のそれぞれは、ｘ軸方向に実質的に連続して形成された多数の反射面を含む。１つの光収束部３０が有する反射面は、互いに向きが異なり、それぞれ入射光を光収束部３０に対応する１つの定点に向けて反射する向き収束する。これにより、光収束部３０がそれぞれ有する反射面の反射光は、光収束部３０に対応する１つの定点に収束する。例えば、光収束部３０ａが有する複数の反射面のそれぞれによる複数の反射光の光線は、定点ＰＡに収束する。また、光収束部３０ｂが有する複数の反射面のそれぞれによる複数の反射光の光線は、定点ＰＢに収束する。また、光収束部３０ｃが有する複数の反射面のそれぞれによる複数の反射光の光線は、定点ＰＣに収束する。

上述したように、導光板７０によって導かれている光は、ｘｙ面内において、導光板７０内の各位置と光源２０とを結ぶ方向を中心として所定値より小さい広がり角を持つ。すなわち、導光板７０によって導かれている光は、ｘｙ面内において、導光板７０内の各位置と光源２０とを結ぶ方向のまわりに実質的に広がりを有しない。光収束部３０が光源２０から離れた位置に設けられている場合、導光板７０によって導かれている光は、光収束部３０が設けられた位置において、概ねｙ軸方向を中心とする向きに進み、ｘｙ面内において実質的に広がりを有しない。したがって、例えば定点ＰＡを含みｘｚ平面に平行な面では、光収束部３０ａからの光は実質的に１つの定点に収束する。

図１に示されるように、光収束部３０ａは、線１９０ａに沿って形成されている。光収束部３０ｂは、線１９０ｂに沿って形成されている。光収束部３０ｃは、線１９０ｃに沿って形成されている。ここで、線１９０ａ、線１９０ｂ及び線１９０ｃは、ｘ軸に略平行な直線である。任意の光収束部３０は、ｘ軸に略平行な直線に沿って実質的に連続的に形成される。

このように、光収束部３０は、出射面７１に平行な面内でそれぞれ予め定められた線に沿って形成されている。そして、光収束部３０のそれぞれは、導光板７０によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点に実質的に収束する方向の出射光を出射面７１から出射させる。なお、定点が導光板７０の背面７２側の場合は、出射光は、定点から発散する方向の光となる。したがって、定点が導光板７０の背面７２側の場合、光収束部３０が有する反射面は、空間上の１つの収束点から実質的に発散する方向の出射光を出射面７１から出射させる。

なお、導光板７０によって導かれる光がｙｚ面に沿う方向に広がりを有しない場合、上述したように、光収束部３０からの光は定点に実質的に収束する。一方、導光板７０によって導かれる光がｙｚ面に沿う方向に広がりを有する場合、光収束部３０の反射面で反射した光は、ｙｚ面に平行かつ出射面に平行な収束線上に実質的に収束する。例えば、光収束部３０ａによる光は、ＰＡを含み、ｙｚ面に平行かつ出射面に平行な線上に実質的に収束する。定点が導光板７０の背面７２側の場合も同様に、光収束部３０が有する反射面は、空間上の１つの収束線から実質的に発散する方向の出射光を出射面７１から出射させる。

導光板７０は、ｘｙ面内において、領域８１と領域８２とに分けられる。領域８１は、光収束部３０が形成された領域である。領域８２は、領域８１の周囲の一部の領域である。領域８２は、領域８１を環囲する。領域８２は、複数の反射面４１が形成された領域である。光収束部３０が有する複数の反射面に入射した光は、主として出射面７１から出射するが、一部が漏れ光として背面７２から出射する。一方、領域８２に設けられた複数の反射面４１に入射した光は、主として背面７２から出射する。領域８２の反射面４１が背面７２から出射させる光の明るさは、光収束部３０の反射面３１が背面７２から出射させる光の明るさと同程度である。そのため、反射面４１が存在しない場合と比較して、背面７２から出射する光放射量のムラが小さくなる。したがって、背面７２から漏れる光が、背面７２側にいる観察者の目に目立って見えることを抑制できる。

図２は、表示装置１０のｙｚ断面を概略的に示す。反射面３１は、背面７２に設けられる。反射面３１に入射した光の大部分は反射面３１で反射して出射面７１に向かう。反射面３１に入射した光の一部は、反射面３１を通過して背面７２から漏れ光として外部に出射する。また、反射面３１で反射して出射面７１に向かった光の大部分は、出射面７１を通過して外部に出射する。反射面３１で反射して出射面７１に向かった光の一部が、出射面７１で反射して背面７２に向かい、背面７２から漏れ光として出射する。このように、反射面３１は、入射した光を出射面７１及び背面７２から出射させる。ここで、領域８１に形成された複数の反射面３１のそれぞれが出射面７１から出射する単位面積あたりの光放射量３２は、領域８１に形成された複数の反射面３１のそれぞれが背面７２から出射する単位面積あたりの光放射量３３より大きい。

一方、反射面４１は、出射面７１に設けられる。反射面４１に入射した光の大部分は反射面４１で反射して背面７２に向かう。反射面４１に入射した光の一部は、反射面４１を通過して出射面７１から漏れ光として外部に出射する。また、反射面４１で反射して背面７２に向かった光の大部分は、背面７２を通過して外部に出射する。反射面４１で反射して背面７２に向かった光の一部が、背面７２で反射して出射面７１に向かい、出射面７１から出射する。このように、反射面４１は、入射した光を出射面７１及び背面７２から出射させる。ここで、領域８２に形成された複数の反射面４１のそれぞれが背面７２から出射する単位面積あたりの光放射量４３は、領域８２に形成された複数の反射面のそれぞれが出射面７１から出射する単位面積あたりの光放射量４２より大きい。

背面７２から出射する光の単位面積あたりの光放射量について、少なくとも領域８１及び領域８２の境界に隣接する部分領域において、領域８２からの光放射量４３は、領域８１からの光放射量３３と略等しい。すなわち、少なくとも、領域８２内の領域８１に隣接する部分領域において反射面４１が背面７２から出射する単位面積あたりの光放射量は、領域８１内の領域８２に隣接する領域において、反射面３１が背面７２から出射する単位面積あたりの光放射量と略等しい。これにより、領域８１と領域８２の境界領域が目立って見えることを抑制できる。

図３は、出射面７１及び背面７２のそれぞれの面から出射する単位面積あたりの光放射量の分布を示す。図４は、反射面４１を設けない場合の背面７２の漏れ光を概略的に示す。図５は、反射面４１を設けた場合の背面７２からの漏れ光を概略的に示す。

分布４４は、ｙ軸方向における背面７２からの光放射量分布を示す。分布３４は、ｙ軸方向における出射面７１からの光放射量分布を示す。分布４４に示されるように、ｙ軸方向における背面７２からの光放射量分布は、領域８１及び領域８２にわたって略一定である。これにより、領域８１からの漏れ光による模様を、背面７２側から目立って見えないようにすることができる。

なお、分布３４に示されるように、領域８２において、出射面７１から漏れる光も存在する。しかし領域８２からの漏れ光の光放射量は、領域８１から出射する光放射量より小さいので、領域８２からの漏れ光が像の見え方に大きな影響を与えることはない。

図４に示されるように、反射面４１を設けない場合、背面７２から見た場合に、像６に対応する像が目立って見える。しかし、反射面４１を設けることで、図５に示されるように、像６に対応する像を目立たなくすることができる。このように、反射面４１を設けることによって、出射面７１から出射する光によって形成される像のぼけより、背面７２から出射する光によって形成される像のぼけを、大きくすることができる。

なお、領域８２における光放射量Ｉ２は、反射面４１のパターン密度及び面積の少なくとも一方によって調整される。例えば、反射面４１のパターン密度を反射面３１のパターン密度と略同一にする場合、領域８１における出射面７１からの単位面積あたりの光放射量をＩ１とし、反射面３１の面積をＳ１とすると、反射面４１の面積Ｓ２を（Ｉ２／Ｉ１）×Ｓ１としてよい。反射面４１の面積は、反射面４１のｘ軸方向の長さ及びｚ軸方向の高さの少なくとも一方によって調整されてよい。一方、反射面４１の面積Ｓ２を反射面３１の面積Ｓ１と同一にする場合、反射面３１のパターン密度Ｄ１とすると、反射面４１のパターン密度Ｄ２を（Ｉ２／Ｉ１）×Ｄ１としてよい。このように、Ｓ２×Ｄ２を、（Ｉ２／Ｉ１）×Ｓ１×Ｄ１に一致させるようにしてよい。なお、Ｓ１は、３０％以下であることが好ましい。

図６は、表示装置１０の変形例としての表示装置１０Ａのｙｚ断面を、光放射量分布と共に概略的に示す。表示装置１０Ａは、領域８２からの光放射量分布が異なる点を除いて、表示装置１０と同様の構成を有する。

光放射量の分布４４Ａに示されるように、領域８２からの光放射量は、領域８１から離れるにつれて減少する。表示装置１０Ａによれば、像６に対応する像を目立たなくすることができるだけでなく、領域８２の端部が目立つことも抑制できる。なお、領域８２からの光放射量分布は、座標（ｘｙ面内の座標）について、領域８１からの光放射量を最大値としたフェルミ分布関数で表される又は近似される分布であってよい。このようにすることで、光放射量分布が不連続になることを抑制できる。なお、領域８２からの光放射量分布は、単調に現象する任意の直線、単調に現象する任意の曲線、若しくは単調に現象する直線及び曲線の組み合わせで表されてよい。領域８１からの光放射量分布と領域８２からの光放射量分布とは完全に連続していなくよく、観察者の目に目立たない程度の光放射量の差があってもよい。

上述したように、領域８２における光放射量Ｉ２は、反射面４１のパターン密度及び面積の少なくとも一方によって調整される。分布４４Ａのように領域８１から離れるにつれて背面７２からの光放射量を減少させるためには、複数の反射面４１Ａは、領域８１から離れているほど、より小さいパターン密度で形成されてよい。また、複数の反射面４１Ａは、領域８１から離れるほど、より小さい面積を有してよい。

図７は、表示装置１０の変形例としての表示装置１０ａを、空間上に投影される立体像と共に概略的に示す。表示装置１０ａが有する導光板７０は、出射面７１及び背面７２の光収束部が形成する像が、上述の導光板７０とは異なる点で、導光板７０とは異なる。

図７（ａ）は、背面７２に形成された光収束部によって形成される像６ａ及び像８ａを、表示装置１０ａとともに示す。像６ａは立体像であり、背面７２に形成された光収束部によって出射面７１側に出射した光により形成される。像８ａは、背面７２に形成された光収束部による、背面７２からの漏れ光により形成される立体像である。出射面７１側の像６ａは、背面７２側の像８ａより明るい像である。

図７（ｂ）は、出射面７１に形成された光収束部によって形成される像１８ａ及び像１６ａを、表示装置１０ａとともに示す。出射面７１には、立体像である像１８ａを形成する光を背面７２側に出射するように、光収束部３０と同様の光収束部が形成されている。なお、像１８ａは、図７（ａ）に示す像８ａが実質的に形成されない部分に形成される。像１８ａを形成する光収束部は、像１８ａの明るさが像８ａの明るさと略同一になるように、反射面の面積が定められる。出射面７１に形成された光収束部によって出射面７１側に漏れ光による立体像である像１６ａが形成されるが、像１６ａは、出射面７１側に形成される像１８ａより暗い。

図７（ｃ）は、表示装置１０ａにより形成される像を示す。図示されるように、背面７２側には、像８ａと像１８ａとの重ね合わせた像が形成される。そのため、図７（ａ）に示す像８ａが観察者に視認されにくくすることができる。図７（ｂ）に示す像１６ａは、図７（ａ）に示す像６ａに比べて著しく暗いので、観察者は像６ａを十分に視認できる。

図８は、表示装置１０の変形例としての表示装置１０Ｂのｙｚ断面を、光放射量分布と共に概略的に示す。表示装置１０Ｂは、表示装置１０ａと、表示装置１０ｂとを有する。表示装置１０ａ及び表示装置１０ｂのそれぞれは、表示装置１０と類似の構成を有する。表示装置１０ａは、導光板７０ａと光源２０ａとを有する。表示装置１０ｂは、導光板７０ｂと光源２０ｂとを有する。導光板７０ａ及び導光板７０ｂは、表示装置１０の導光板７０に対応する。光源２０ａ及び光源２０ｂは、表示装置１０の光源２０に対応する。表示装置１０ａ及び表示装置１０ｂが備える構成要素について、表示装置１０が備える構成要素との相違点について説明する。

導光板７０ａ及び導光板７０ｂは、ｚ軸プラス方向に沿って、導光板７０ｂ、導光板７０ａの順に設けられる。導光板７０ａは、出射面７１ａ及び背面７２ａを有する。導光板７０ｂは、出射面７１ｂ及び背面７２ｂを有する。導光板７０ａ及び導光板７０ｂは、導光板７０ａの背面７２ａが導光板７０ｂの出射面７１ｂと対向するように設けられる。導光板７０ａを１つの導光板とみなした場合、出射面７１ａが像を形成する光が出射する光出射面に対応し、背面７２ｂが出射面７１ａとは反対側の面に対応する。

領域８１において、導光板７０ａは、反射面３１に対応する反射面３１ａを背面７２ａに有する。背面７２ａには、反射面３１ａと同様の反射面を複数有する。ここでは、これらの反射面を反射面３１ａと総称する。導光板７０ａは、反射面４１に対応する反射面を出射面７１ａに有しない。光源２０ａは、特定の波長域の光を発する。例えば、光源２０ａは、可視光の波長域内の部分波長域の光を発する。具体的には、光源２０ａは、赤の波長域の光を発する。したがって、領域８１に設けられた反射面３１ａは、出射面７１ａから赤の波長域の光を出射させる。これにより、領域８１において背面７２ａに形成された反射面３１ａを含む光収束部によって、像６に対応する赤色の像が、出射面７１ａ側に形成される。分布３４ａは、ｙ軸方向における出射面７１ａからの光の放射量分布を示す。

表示装置１０において反射面３１から背面７２側への漏れ光が生じるのと同様に、表示装置１０Ｂにおいても、領域８１に設けられた反射面３１ａによって、赤色の漏れ光が背面７２ｂから生じる。分布４４ａは、ｙ軸方向における背面７２ｂからの光放射量分布を示す。分布４４ａに示されるように、領域８１において、反射面３１ａによる背面７２ｂからの光放射量Ｉ２は略均一とする。

領域８１及び領域８２において、導光板７０ｂは、反射面４１に対応する反射面４１ｂを出射面７１ｂに有する。出射面７１ｂには、反射面４１ｂと同様の反射面を複数有する。ここでは、これらの反射面を反射面４１ｂと総称する。導光板７０ｂは、反射面３１に対応する反射面を背面７２ｂに有しない。光源２０ｂは、可視光の波長域において、光源２０ａが発する光の色の補色の光を発する。具体的には、光源２０ｂは、青緑の波長域の光を発光する。したがって、領域８１及び領域８２に設けられた反射面４１ｂは、背面７２ｂから青緑の波長域の光を出射させる。分布４４ｂは、ｙ軸方向における背面７２ｂからの光の放射量分布を示す。分布４４ｂに示されるように、導光板７０ｂの反射面４１ｂからの光放射量は、領域８１より領域８２の方が大きい。

分布４５は、導光板７０ａの反射面３１ａ及び導光板７０ｂの反射面４１ｂが背面７２ｂから出射させる光の合計の放射量のｙ軸方向の分布を示す。分布４５に示されるように、導光板７０ａの反射面３１ａが背面７２ｂから出射させる光及び導光板７０ｂの反射面４１ｂが背面７２ｂから出射させる光を合わせた合計放射量Ｉ４は、領域８１及び領域８２にわたって略均一である。導光板７０ｂの反射面４１ｂは、背面７２ｂから出射される光の合計放射量が領域８１及び領域８２にわたって略均一となるように、反射面４１ｂの面積及び密度の少なくとも一方が調整されて、領域８１及び領域８２に設けられる。

例えば、領域８２に設けられる反射面４１ｂの面積は、反射面４１ｂからの光放射量が領域８２においてＩ４になるように決定される。そして、領域８１に設けられる反射面４１ｂの面積は、領域８１における反射面３１ａによる漏れ光の光放射量Ｉ２を考慮して、領域８２に設けられる反射面４１ｂの面積より小さく決定される。例えば、領域８１に設けられる反射面４１ｂの面積は、領域８１からの光放射量Ｉ３がＩ４−Ｉ２になるように決定される。反射面４１ｂの数密度が領域８１及び領域８２において一定の場合、領域８１に設けられる反射面４１ｂの面積は、領域８２に設けられる反射面４１ｂの面積のＩ３／Ｉ４倍であってよい。

ここで、反射面４１ｂは、領域８１に設けられた反射面３１ａが背面７２ｂから出射させる光と領域８１に設けられた反射面４１ｂが背面７２ｂから出射させる光との合成光が実質的に白色光になるように、反射面の面積及び密度の少なくとも一方が調整されて領域８１に設けられる。この場合、反射面４１ｂが背面７２ｂから出射させる光の色は、像６の色の補色である青緑色（例えば、シアン色）となる。

図９は、背面７２ｂからの漏れ光を概略的に示す。背面７２ｂから見た場合、背面７２ｂからの漏れ光の色は、領域８１の周囲の領域８２においては像６の色の補色となり、領域８１においては白色となる。上述したように、背面７２ｂからの合計の光放射量は、領域８１及び領域８２にわたって略均一である。そのため、反射面３１ａからの漏れ光の像について、明るさの差を指標とするぼけ量は実質的になくなる。一方、領域８１と領域８２との間の色の差は存在する。しかし、模様として認識され得る領域８１からの光を実質的に無彩色化することができるので、漏れ光を模様として視認しづらくすることができる。また、領域８１からの光の色と領域８２からの光の色が補色関係になることもない。したがって、表示装置１０Ｂによっても、反射面３１ａによる領域８１からの漏れ光による模様が背面７２ｂ側から目立って見えないようにすることができる。

なお、表示装置１０ａの導光板７０ａと表示装置１０ｂの導光板７０ｂとを１つの導光板とみなすことができる。また、導光板７０のように、１つの出射面７１と１つの背面７２とを有する単一の導光板を用いて、表示装置１０Ｂと同様の機能を実現することもできる。例えば、光源２０として白色光源を用い、背面７２に形成する反射面３１に、赤色等の特定色の波長域の光を反射する反射膜を設けるとともに、出射面７１に形成する反射面４１に、上記特定色の波長域以外の波長域の光を反射する反射膜を設けることによって、単一の導光板で表示装置１０Ｂと同様の機能を実現することもできる。上記の反射膜として、ダイクロイックコーティング等を適用できる。

図１０は、表示装置１０Ｂの変形例としての表示装置１０Ｃのｙｚ断面を、光放射量分布と共に概略的に示す。表示装置１０Ｂは、表示装置１０ａと、表示装置１０ｃとを有する。表示装置１０ａの構成は、上述したとおりであるので、説明を省略する。表示装置１０ｃは、表示装置１０ｂと類似の構成を有する。表示装置１０ｃは、導光板７０ｃと光源２０ｃとを有する。導光板７０ｃは、表示装置１０ｂの導光板７０ｂに対応する。光源２０ｃは、表示装置１０ｂの光源２０ｂに対応する。表示装置１０ｃが備える構成要素について、表示装置１０ｂが備える構成要素との相違点について説明する。

導光板７０ａ及び導光板７０ｃは、ｚ軸プラス方向に沿って、導光板７０ｃ、導光板７０ａの順に設けられる。導光板７０ａ及び導光板７０ｃは、導光板７０ａの背面７２ａが導光板７０ｃの出射面７１ｃと対向するように設けられる。

領域８１及び領域８２において、導光板７０ｃは、反射面４１に対応する反射面４１ｃを出射面７１ｃに有する。出射面７１ｃには、反射面４１ｃと同様の反射面を複数有する。ここでは、これらの反射面を反射面４１ｃと総称する。導光板７０ｃは、反射面３１に対応する反射面を背面７２ｃに有しない。光源２０ｃは、可視光の波長域において、光源２０ａが発する光の波長域を含み、当該波長域より広い波長域の光を発する。具体的には、光源２０ｃは、実質的に白色光を発する。したがって、領域８１及び領域８２に設けられた反射面４１ｃは、背面７２ｃから実質的に白色光を出射させる。分布４４ｃは、ｙ軸方向における背面７２ｃからの光の放射量分布を示す。分布４４ｃに示されるように、導光板７０ｃの反射面４１ｃが背面７２ｃから出射させる白色光の光放射量は、領域８１及び領域８２にわたって略均一である。反射面４１ｂｃは、領域８１及び領域８２にわたって光放射量が均一になるように、面積及びパターン密度が領域８１及び領域８２にわたって均一に設けられる。

反射面４１ｃが背面７２ｃから出射させる光放射量Ｉ５は、反射面３１ａが背面７２ｃから出射させる光放射量Ｉ２より大きい。例えば、Ｉ５はＩ２の２倍以上であってよい。分布４６は、導光板７０ａの反射面３１ａ及び導光板７０ｃの反射面４１ｃが背面７２ｃから出射させる光の合計の放射量のｙ軸方向の分布を示す。分布４６に示されるように、領域８１における光放射量はＩ５＋Ｉ２となる。

図１１は、背面７２ｃからの漏れ光を概略的に示す。上述したように、反射面４１ｃが背面７２ｃから出射させる光放射量Ｉ５は、反射面３１ａが背面７２ｃから出射させる光放射量Ｉ２より大きい。そのため、背面７２ｃから見た場合、背面７２ｃからの漏れ光は、領域８１において薄い赤色に見える光となり、領域８１の周囲の領域８２において明るい無彩色の光となる。そのため、反射面３１ａによる背面７２ｃからの漏れ光の像を視認しづらくすることができる。

具体的には、領域８１における光放射量に対する領域８２における光放射量の比は、（Ｉ５＋Ｉ２）／Ｉ５である。領域８１と８２の境界における明るさの比は、Ｉ５が大きいほど小さくなる。すなわち、Ｉ５が大きいほど、漏れ光による像が視認しづらくなる。表示装置１０Ｃによれば、Ｉ５をＩ２より大きくすることで、反射面３１ａによる漏れ光の像のぼけを大きくすることができる。このように、表示装置１０Ｃによっても、反射面３１ａによる領域８１からの漏れ光による模様が背面７２ｃ側から目立って見えないようにすることができる。

なお、表示装置１０ａの導光板７０ａ及び表示装置１０ｃの導光板７０ｃを１つの導光板とみなすことができる。また、導光板７０のように、１つの出射面７１と１つの背面７２とを有する単一の導光板を用いて、表示装置１０Ｃと同様の機能を実現することもできる。例えば、光源２０として白色光源を用い、背面７２に形成する反射面３１に、赤色等の特定色の波長域の光を反射する反射膜を設けることによって、単一の導光板で表示装置１０Ｃと同様の機能を実現することもできる。上記の反射膜としては、ダイクロイックコーティング等を適用できる。

図１２は、表示装置１００のｙｚ断面を概略的に示す。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、表示装置１００によって形成される像を概略的に示す。

表示装置１００は、表示装置１０Ｂ及び表示装置１０Ｃを備える。表示装置１０Ｂは、表示装置１０の変形例であり、像６とは異なる像を形成するための反射面３１Ｂを有する点を除いて、表示装置１０と同様の構成を有する。また、表示装置１０Ｃは、表示装置１０の変形例であり、像６とは異なる像を形成するための反射面３１Ｃを有する点を除いて、表示装置１０と同様の構成を有する。

表示装置１０Ｂの背面７２は、表示装置１０Ｃの背面７２と対向して設けられる。表示装置１０Ｂの出射面７１は、表示装置１００の一方の主面を提供する。表示装置１０Ｃの出射面７１は、表示装置１００の他方の主面を提供する。

図１３（ａ）は、表示装置１０Ｂによって表示装置１０Ｂの出射面７１側に形成される像６Ｂを示す。図１３（ｂ）は、表示装置１０Ｃによって表示装置１０Ｃの出射面７１側に形成される像６Ｃを示す。このように、表示装置１００は、表示装置１０Ｂの出射面７１側と表示装置１０Ｃの出射面７１側とで互いに異なる像を提供する。

表示装置１００によれば、表示装置１０Ｃの背面７２からの漏れ光の光放射量の空間的な変化を小さくすることができる。そのため、表示装置１０Ｃからの漏れ光によって像６Ｂが見えづらくなることを抑制できる。同様に、表示装置１０Ｂの背面７２からの漏れ光の光放射量の空間的な変化を小さくすることができるので、表示装置１０Ｂからの漏れ光によって像６Ｃが見えづらくなることを抑制できる。

図１４は、表示装置１００を用いた改札機システム９００を概略的に示す。改札機システム９００は、表示装置１００ａと、表示装置１００ｂと、表示装置９１０と、複数の改札機９２０とを備える。

表示装置１００ａ及び表示装置１００ｂは、表示装置１００と同様の構成を有する。表示装置１００ａと表示装置１００ｂは、主面の向きが異なるように設けられる。具体的には、表示装置１００ａが備える表示装置１０Ｂの出射面７１の向きが、表示装置１００ｂが備える表示装置１０Ｃの出射面７１の向きと略一致するように設けられる。

表示装置１００ａ及び表示装置１００ｂは、改札機９２０の上方に設けられる。像６Ｂは、通行を許可する方向を示すマークであり、像６Ｃは、通行禁止を表すマークである。改札機システム９００によれば、改札機９２０を通って駅に入ろうとする利用者及び改札機９２０を通って駅から出ようとする利用者に、それぞれの利用者が通行できる改札機の位置を立体像で知らせることができる。

表示装置９１０は、改札機９２０を通過する利用者にプラットホームの位置を知らせる像９０６ａと、駅の中にいる利用者に出口の位置を知らせる像９０６ｂとを形成する。像９０６ａは、利用者の目で見た場合に、表示装置９１０の設置位置より奥の位置に認識されるような像であってよい。像９０６ｂは、駅の中にいる利用者の目で見た場合に、表示装置９１０の設置位置より手前の位置に認識されるような像であってよい。表示装置９１０は、形成する像及び表示装置の形状が表示装置１００とは異なる点を除いて、表示装置１００と同様の構成を有するので、構造の詳細については説明を省略する。

なお、表示装置１００の変形例として、表示装置１０Ｂ及び表示装置１０Ｃと同様の２つの表示装置さらに重ねた表示装置を提供してよい。例えば、表示装置１０Ｂと表示装置１０Ｃとの間に、表示装置１０Ｃと同様の構成の表示装置を、出射面が表示装置１０Ｂの背面７２Ｂに対向するように設け、表示装置１０Ｂと同様の構成の表示装置を、背面が表示装置１０Ｃの出射面７１Ｂに対向するように設けてよい。そして、利用者に提示すべき像に基づいて、発光させる光源を選択することによって、改札機９２０を通って駅に入ろうとする利用者及び改札機９２０を通って駅から出ようとする利用者に提示する像を切り換える制御を行ってよい。

以上に説明した実施形態において、反射面３１及び反射面４１を有する導光板７０の機能を説明した。しかし、光収束部３０の反射面３１と同様の機能を持つ光学面として、反射型フレネルレンズを適用できる。また、反射面３１と同様の機能を持つ光学面として、屈折又は回折によって出射面７１から光を出射する光学面を適用できる。同様に、反射面４１と同様の機能を持つ光学面として、反射型フレネルレンズや、屈折又は回折によって出射面７１から光を出射する光学面を適用できる。

また、反射面３１に対応する光学面及び反射面４１に対応する光学面は、出射面７１及び背面７２のどちらの主面に設けてもよい。例えば、反射面３１を背面７２に設けた場合に、反射面４１に対応する光学面を背面７２に設けてもよい。この場合、反射面４１に対応する光学面は、入射した光を屈折することによって、主として背面７２側に光を出射させる屈折面であってよい。また、反射面４１に対応する光学面は、入射した光を回折することによって主として背面７２側に光を出射させる透過型回折素子であってよい。また、反射面４１に対応する光学面は、入射した光を反射することによって、主として背面７２側に光を出射させる反射面であってもよい。

また、反射面３１に対応する光学面を出射面７１に設けてもよい。この場合、反射面３１に対応する光学面は、入射した光を屈折することによって、主として出射面７１側に光を出射させる屈折面であってよい。また、反射面３１に対応する光学面は、入射した光を回折することによって主として出射面７１側に光を出射させる透過形回折素子であってよい。また、反射面３１に対応する光学面は、入射した光を反射することによって、主として出射面７１側に光を出射させる反射面であってもよい。以上に説明したように、反射面３１及び反射面４１を表示装置１０の同じ主面側に設けてもよい。

なお、光源２０は、レーザ光源であってもよい。例えば、光源２０は、レーザダイオードであってよい。回折素子を用いる場合、実質的に単一波長域に属するコヒーレントな光であることが好ましい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

６、８、１６、１８ 像
１０ 表示装置
２０ 光源
３０ 光収束部
３１、４１ 反射面
７０ 導光板
７１ 出射面
７２ 背面
７３ 端面
７４ 端面
７５ 端面
７６ 端面
１００ 表示装置
１９０ 線

Claims (16)

1. 第１出射面に平行な面内で光を導く導光板と、
   前記導光板の第１領域に設けられ、前記導光板によって導かれている光が入射し、入射した光を前記第１出射面及び前記第１出射面とは反対側の第２出射面から出射させる複数の光学面を有する第１光出射部と、
   前記導光板の第２領域に設けられ、前記導光板によって導かれている光が入射し、入射した光を前記第１出射面及び前記第２出射面から出射させる複数の光学面を有する第２光出射部と
   を備え、
   前記第１光出射部が有する前記複数の光学面のそれぞれが前記第１出射面から出射させる光の放射量は、前記第１光出射部が有する前記複数の光学面のそれぞれが前記第２出射面から出射させる光の放射量より大きく、前記第２光出射部が有する前記複数の光学面のそれぞれが前記第２出射面から出射させる光の放射量は、前記第２光出射部が有する前記複数の光学面のそれぞれが前記第１出射面から出射させる光の放射量より大きい
   光デバイス。
2. 前記第２領域内の前記第１領域に隣接する部分領域において前記第２光出射部が前記第２出射面から出射させる単位面積あたりの光の放射量は、前記第１領域内の前記第２領域に隣接する領域において前記第１光出射部が前記第２出射面から出射させる単位面積あたりの光の放射量と略等しい
   請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記第２領域において前記第２光出射部が前記第２出射面から出射させる光の放射量は、前記第１領域から離れるほど小さい
   請求項１又は２に記載の光デバイス。
4. 前記第２光出射部が有する前記複数の光学面は、前記第１領域から離れているほど、より小さいパターン密度で形成されている
   請求項１から３のいずれか１項に記載の光デバイス。
5. 前記第２光出射部が有する前記複数の光学面は、前記第１領域から離れるほど、より小さい面積を持つ
   請求項１から４のいずれか１項に記載の光デバイス。
6. 前記第２光出射部は、前記導光板において前記第１光出射部が設けられた面とは反対側に設けられる
   請求項１から５のいずれか１項に記載の光デバイス。
7. 前記第１光出射部は、前記導光板の前記第２出射面側に設けられ、
   前記第２光出射部は、前記第１出射面側に設けられる
   請求項１から６のいずれか１項に記載の光デバイス。
8. 前記第１光出射部が前記第１出射面から出射させる光によって、前記導光板外の前記第１出射面側の位置から視認可能な像が形成される
   請求項１から７のいずれか１項に記載の光デバイス。
9. 前記第２光出射部が前記第２出射面から出射させる光によって、前記第２出射面から出射する光で形成される像は、前記第１出射面から出射する光で形成される像より、ぼけが大きい
   請求項８に記載の光デバイス。
10. 前記第２光出射部は、前記第１領域及び前記第２領域に設けられ、前記第１光出射部が前記第２出射面から出射させる光の色の補色の光を、前記第２出射面から出射させ、
    前記第１光出射部及び前記第２光出射部が前記第２出射面から出射させる光の放射量は、前記第１領域及び前記第２領域にわたって略均一である
    請求項１から９のいずれか一項に記載の光デバイス。
11. 前記第２光出射部は、前記第１領域及び前記第２領域に設けられ、前記第２出射面から白色光を出射させ、
    前記第２光出射部が前記第２出射面から出射させる光の放射量は、前記第１光出射部が前記第２出射面から出射させる光の放射量より大きい
    請求項１から９のいずれか一項に記載の光デバイス。
12. 前記第１光出射部は、前記導光板によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を前記第１出射面から出射させる光学面をそれぞれ有する複数の第１光収束部を有し、
    前記収束点又は収束線は前記複数の第１光収束部の間で互いに異なり、複数の前記収束点又は収束線の集まりによって空間上に像が形成される
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の光デバイス。
13. 前記複数の第１光収束部は、前記第１出射面に平行な面内でそれぞれ予め定められた線に沿って形成される
    請求項１２に記載の光デバイス。
14. 前記第２光出射部は、前記導光板によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を前記第２出射面から出射させる光学面をそれぞれ有する複数の第２光収束部を有し、
    前記第２光出射部から出射される光の前記収束点又は収束線は前記複数の第２光収束部の間で互いに異なり、前記第２光出射部から出射される光の複数の前記収束点又は収束線の集まりによって空間上に像が形成される
    請求項１から１３のいずれか１項に記載の光デバイス。
15. 前記第１光出射部が有する前記複数の光学面のパターン密度は３０％以下である
    請求項１から１４のいずれか１項に記載の光デバイス。
16. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の光デバイスと、
    前記光デバイスの前記第２出射面に対向して設けられた第２光デバイスと
    を備え、
    前記第２光デバイスは、
    出射面に平行な面内で光を導く第２導光板と、
    前記導光板によって導かれている光が入射し、入射した光を、前記第２導光板の前記出射面から出射させる複数の光学面を有する光出射部と
    を備え、
    前記第２導光板の前記出射面と反対側の面は、前記導光板の前記第２出射面に対向し、
    前記第１光出射部が有する前記複数の光学面が前記第１出射面から出射させる光によって、前記導光板外の前記第１出射面側の位置から視認可能な像が形成され、
    前記第２導光板の前記光出射部が有する前記複数の光学面が前記出射面から出射させる光によって、前記第２導光板外の前記出射面側の位置から視認可能な像が形成される
    光システム。