JP2022140895A - 導光板デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】結像画像のコントラストの悪化が目立たない導光板を実現する。【解決手段】導光板（１１）は、光が入射する入射面と、入射面に垂直な背面（１１ｂ）に形成され、光を反射させて背面に平行な出射面から出射させる光路変更部とを備え、出射面から出射された光による結像画像（ＩＡ）のうち、面を表現する面画像は、近傍結像部分（ＩＡ１）と遠方結像部分（ＩＡ２）とを含み、背面に垂直かつ、光源の光軸方向に垂直な断面における面画像の両端は、近傍結像部分に含まれる。【選択図】図３

Description

本発明は、空間に立体画像を表示させる導光板デバイスに関する。
光源から入射した光を内部で導光し、導光した光を反射部材により反射させて立体画像を結像させる立体画像表示装置が知られている。
例えば、特許文献１に開示された技術では、出射面に平行な面内で光を導く導光板と、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とを備えている。そして、複数の光収束部は、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、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立体画像が形成される。
特開２０１６－１１４９２９号公報
特許文献１に開示された技術では、立体画像として面画像を表示する場合、線画像と比較してコントラストの悪化が目立つという問題があった。
本発明の一態様は、結像画像のコントラストの悪化およびボケが目立たない導光板デバイスを実現することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る導光板デバイスは、光源からの光が入射する入射面と、前記入射面に垂直な背面の所定の位置に形成され、前記入射面から入射し導光された光を反射させることによって前記背面に平行な出射面から出射させる光路変更部とを備え、前記出射面から出射された光によって結像される結像画像のうち、面を表現する面画像は、結像位置が前記背面から所定距離以内である近傍結像部分と、結像位置が前記所定距離より遠い遠方結像部分とを含む連続した面としての画像であるとともに、前記背面に垂直かつ、前記光源の光軸方向に垂直な断面における前記面画像の両端は、前記近傍結像部分に含まれる。
上記構成では、導光板デバイスは、入射面から入射し、背面に形成された光路変更部により反射され、出射面から出射する光により、結像画像を結像する。結像画像のうち、面を表現する面画像は、結像位置と背面との距離によって区分される近傍結像部分と遠方結像部分とを含む連続した面としての画像である。
一般に、結像画像においては、背面からの距離が大きくなるとコントラストの悪化およびボケが目立ちやすくなる。換言すれば、近傍結像部分は、遠方結像部分と比較して、コントラストの悪化およびボケが目立ちにくい。また、結像画像のうち、入射面に平行な断面における端部においてはコントラストの悪化およびボケが特に目立ちやすい。上記構成では、導光板の背面に垂直かつ、光源の光軸方向に垂直な断面における面画像の両端は、近傍結像部分に含まれる。したがって、結像画像のコントラストの悪化およびボケが目立たない。
本発明の一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記所定距離は、前記遠方結像部分のうち、前記背面から最も離れた結像位置における前記出射面からの距離の２５％以内であってもよい。
本発明の一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記所定距離は、前記結像画像の各結像領域の結像位置における前記背面からの距離の平均の５０％以下であってもよい。
本発明の一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記所定距離は、前記背面から光の出射方向側では１２ｍｍ、前記背面から前記光の出射方向と逆方向側では２４ｍｍであってもよい。
本発明の一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記所定距離は、前記入射面と前記光路変更部との距離の最小値の２０％以下であってもよい。
本発明の一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記所定距離は、前記結像画像の前記背面への投影画像領域における、前記入射面に垂直な方向の最大長さ、および、前記入射面に平行な方向の最大長さのうち、長い方の長さの２０％以下であってもよい。
これらの構成では、近傍結像部分となる画像の範囲を規定する所定距離が適切に規定される。したがって、導光板の背面に垂直かつ、光源の光軸方向に垂直な断面における両端が、このような所定距離についての近傍結像部分に含まれることで、結像画像のコントラストの悪化およびボケが目立たなくなる。
本発明の一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記面画像は、前記面画像の前記入射面に平行な断面が環状形状であり、前記出射面に垂直な方向において、前記環状形状の中心から最も遠い結像位置までの距離を第１距離とすると、前記出射面に垂直な方向において、前記環状形状の中心から前記第１距離の２０％以内の位置に、前記背面が存在してもよい。
上記構成では、入射面に平行な断面が環状形状である面画像の、当該断面における両端を含む多くの部分が、近傍結像部分に含まれることとなる。したがって、結像画像のコントラストの悪化をさらに目立たなくすることができる。
本発明の一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記面画像を前記出射面に垂直な方向から見たときの投影画像は、前記入射面に平行な方向の長さが、前記入射面に垂直な方向の長さよりも長い形状を有し、前記入射面に平行な方向における前記投影画像の両端部の結像位置の前記出射面からの距離は、前記所定距離以内であってもよい。
上記構成では、結像画像に含まれる面画像を出射面に垂直な方向から見たときの投影画像において、入射面に平行な方向の長さが入射面に垂直な方向の長さよりも長い。このような面画像を結像画像が含む場合、コントラストの悪化およびボケが目立ちやすい。このような面画像において、入射面に平行な方向における投影画像の両端部の結像位置の出射面からの距離を所定距離以内とすることで、コントラストの悪化およびボケを目立たなくすることができる。
本発明の一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記面画像を前記出射面に垂直な方向から見たときの投影画像において、前記遠方結像部分のうち、前記背面から最も離れた結像位置における前記背面からの距離を第２距離とすると、前記入射面に平行な方向における両端部の結像位置の前記背面からの距離は、前記第２距離の３０％以内であってもよい。
上記構成では、導光板の背面に垂直かつ、光源の光軸方向に垂直な断面における両端を含む多くの部分が、近傍結像部分に含まれることとなる。したがって、結像画像のコントラストの悪化およびボケをさらに目立たなくすることができる。
本発明の一態様によれば、結像画像のコントラストの悪化が目立たない導光板デバイスを実現できる。
本実施形態に係る導光板の適用例を示す斜視図である。 本実施形態に係る導光板の構成例を示す斜視図である。 図２に示した導光板の、入射面に平行な断面における断面図である。 本実施形態に係る導光板の第１の変形例を示す斜視図である。 図４に示した導光板の、入射面に平行な断面における断面図である。 本実施形態に係る導光板の第２の変形例を示す斜視図である。 本実施形態に係る導光板の第３の変形例について説明するための図である。 本実施形態に係る導光板の第４の変形例について説明するための図である。 図８に示した立体画像の、入射面に平行な断面における断面図である。 本実施形態の変形例に係る表示装置の斜視図である。 図１０に示す導光板デバイスが備える光路変更部の構成を示す断面図である。 図１０に示す導光板デバイスの構成を示す平面図である。 図１０に示す導光板デバイスが備える光路変更部の構成を示す斜視図である。 図１３に示す光路変更部の配列を示す斜視図である。 図１０に示す導光板デバイスによる立体画像の結像方法を示す斜視図である。 立体画像の、導光板よりも後側に結像される点までの奥行きを導出する方法について説明するための図である。 図１６に示した奥行きを画像解析により算出する方法について説明するための図である。
〔実施形態１〕
以下、本発明の一側面に係る実施形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。なお、以降では、説明の便宜上、図１における＋Ｘ方向を右方向、－Ｘ方向を左方向、＋Ｙ方向を上方向、－Ｙ方向を下方向、＋Ｚ方向を前方向、－Ｚ方向を後方向として説明する場合がある。また、以降では、＋Ｙ方向を光の入射方向、＋Ｚ方向を光の出射方向として説明する場合がある。
§１ 適用例
図１は、本実施形態に係る導光板１１を適用した様子を示す斜視図である。まず、図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１では、導光板１１を備えた表示装置１０が、立体画像Ｉ、より具体的には、「ＯＮ」の文字が表示されたボタン形状（＋Ｚ軸方向に突出した形状）の立体画像Ｉを表示している様子を示している。図１に示すように、表示装置１０は、導光板１１（導光板デバイス）と、光源１２とを備えている。
導光板１１は、直方体形状をしており、透明性および比較的高い屈折率を有する樹脂材料で成形されている。導光板１１を形成する材料は、例えばポリカーボネイト樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ガラスなどであってよい。導光板１１は、光を出射する出射面１１ａと、出射面１１ａとは平行で、かつ出射面１１ａとは反対側の背面１１ｂと、四方の端面である、端面１１ｃ、端面１１ｄ、端面１１ｅおよび端面１１ｆとを備えている。端面１１ｃは、光源１２からの光が導光板１１に入射する入射面である。以下では端面１１ｃを入射面１１ｃとも称する。端面１１ｄは、端面１１ｃとは反対側の面である。端面１１ｅは、端面１１ｆとは反対側の面である。導光板１１は、光源１２からの光を出射面１１ａに平行な面内で面上に広げて導く。光源１２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting diode）光源である。
導光板１１の背面１１ｂには、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃを含む複数の光路変更部が形成されている。以下では、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃを含む複数の光路変更部を総称して光路変更部１３と称する場合がある。光路変更部１３は、入射面１１ｃに垂直な背面１１ｂの所定の位置に形成され、入射面１１ｃから入射し導光された光を反射することによって背面１１ｂに平行な出射面１１ａから出射させる。光路変更部１３は、所定の位置として、Ｘ軸方向に実質的に連続して形成されている。具体的には、図１に示すように、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃは、線Ｌａ、線Ｌｂおよび線Ｌｃに沿ってそれぞれ形成されている。ここで、線Ｌａ、線Ｌｂおよび線Ｌｃは、Ｘ軸方向に略平行な直線である。任意の光路変更部１３は、Ｘ軸方向に平行な直線に沿って実質的に連続的に形成される。換言すれば、光路変更部１３は、背面１１ｂ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。光路変更部１３のＸ軸方向の各位置には、光源１２から投射され導光板１１によって導光されている光が入射する。光路変更部１３は、光路変更部１３の各位置に入射した光を、各光路変更部１３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、光路変更部１３の一部として、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃのそれぞれにより反射された複数の光が収束する様子が示されている。
具体的には、光路変更部１３ａの各位置からの光は、立体画像Ｉの一部を形成する定点ＰＡに収束する。このため、光路変更部１３ａ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。光路変更部１３ｂの各位置からの光は、立体画像Ｉの一部を形成する定点ＰＢに収束する。このため、光路変更部１３ｂからの光の波面は、定点ＰＢから発するような光の波面となる。光路変更部１３ｃの各位置からの光についても、光路変更部１３ａ、１３ｂの各位置からの光と同様である。このように、任意の光路変更部１３の各位置からの光は、各光路変更部１３に対応する定点に実質的に収束する。これにより、任意の光路変更部１３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。各光路変更部１３が対応する定点は互いに異なり、光路変更部１３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（より詳細には、導光板１１から出射面１１ａ側の空間上）にユーザにより認識される立体画像Ｉが結像される。
§２ 構成例
図２は、本実施形態の構成例に係る導光板１１の構成例を示す斜視図である。図３は、図２に示した導光板１１の、入射面１１ｃに平行な断面における断面図である。図２および図３に示す例では、導光板１１から出射された光によって、ユーザにより認識される立体画像ＩＡ（結像画像）が空間上に結像されている。以下では簡単のため、立体画像ＩＡの、背面１１ｂの前側に位置する領域（すなわち実像）だけでなく、背面１１ｂの後側に位置する領域（すなわち虚像）についても、「結像される」と表現する。すなわち、図２および図３における導光板１１では、立体画像ＩＡを表示するように、複数の光路変更部１３が導光板１１の背面１１ｂに形成されている。
図２および図３に示すように、立体画像ＩＡは、帯状の形状を有する面画像である。ここでいう面画像とは、面を表現するものであり、画像が結像されている面上において、単位面積あたりの結像点の密度が３０％以上である画像をいう。また、面画像とは、最も明るい点に対する半値全幅が２ｍｍよりも大きい画像をいう。したがって、面画像には、全面が塗り潰されているような画像の他、例えばハッチングが施された画像も含まれる場合がある。
ただし、立体画像ＩＡは、面画像と、面画像とは別の画像、例えば線画像とを含む画像であってもよい。ここでいう線画像とは、最も明るい点に対する半値全幅が２ｍｍ以下の画像をいう。以下の説明における立体画像ＩＡについての記載は、立体画像ＩＡが面画像および面画像とは別の画像を含む場合における面画像にも適用される。
図３に示すように、立体画像ＩＡは、結像位置が導光板１１の背面１１ｂから所定距離ｄ以内である近傍結像部分ＩＡ１と、結像位置が所定距離ｄよりも遠い遠方結像部分ＩＡ２とを含む、連続した面としての画像である。所定距離ｄについては後述する。
図３に示すように、背面１１ｂに垂直かつ、光源１２の光軸方向に垂直な断面における立体画像ＩＡの両端は、近傍結像部分ＩＡ１に含まれる。導光板１１により結像される画像においては、背面１１ｂから結像位置までの距離が大きくなると、コントラストの悪化およびボケが目立ちやすくなる。換言すれば、近傍結像部分ＩＡ１では、遠方結像部分ＩＡ２と比較して、コントラストの悪化およびボケが目立ちにくい。また、コントラストの悪化およびボケは、導光板１１により結像される画像のうち、入射面１１ｃに平行な断面における端部において特に目立つ。立体画像ＩＡにおいて、背面１１ｂに垂直かつ、光源１２の光軸方向に垂直な断面における両端は、近傍結像部分ＩＡ１に含まれる。したがって、導光板１１によれば、立体画像ＩＡのコントラストの悪化およびボケが目立ちにくくなる。
また、本構成例において、立体画像ＩＡを出射面１１ａに垂直な方向から見たときの投影画像は、入射面１１ｃに平行な方向の長さが、入射面１１ｃに垂直な方向の長さよりも長い形状を有する。このような立体画像ＩＡにおいては、コントラストの悪化およびボケが目立ちやすい。このような立体画像ＩＡにおいて、入射面１１ｃに平行な方向における投影画像の両端部の結像位置の、出射面１１ａからの距離を所定距離ｄ以内とすることで、立体画像ＩＡのコントラストの悪化およびボケが目立ちにくくなる。
§３ 動作例
次に、本願の構成例に係る導光板１１の動作例として、所定距離ｄの具体例を以下に説明する。
所定距離ｄは、立体画像ＩＡのうち、背面１１ｂから最も離れた結像位置における背面１１ｂからの距離の２５％以内であってよい。また、所定距離ｄは、立体画像ＩＡの各結像領域の結像位置における背面１１ｂからの距離の平均の５０％以下であってよい。また、所定距離ｄは、背面１１ｂから光の出射方向側では１２ｍｍ、背面１１ｂから光の出射方向と逆方向側では２４ｍｍであってもよい。
また、所定距離ｄは、入射面１１ｃと光路変更部１３との距離の最小値の２０％以下であってよい。入射面１１ｃと光路変更部１３との距離が短い程、当該光路変更部１３に入射する光の広がりが大きくなるため、例えば視点の変化に起因するコントラストの悪化およびボケが生じやすい。入射面１１ｃと光路変更部１３との距離の最小値に応じて、所定距離ｄを上記のとおり決定することで、当該光路変更部１３を有する導光板１１により結像される立体画像ＩＡの、コントラストの悪化およびボケが目立たなくすることができる。
また、所定距離ｄは、立体画像ＩＡの背面１１ｂへの投影画像領域における、入射面１１ｃに垂直な方向の最大長さ、および、入射面１１ｃに平行な方向の最大長さのうち、長い方の長さの２０％以下であってよい。
これらの構成では、近傍結像部分ＩＡ１となる画像の範囲を規定する所定距離ｄが適切に規定される。したがって、背面１１ｂに垂直かつ、光源１２の光軸方向に垂直な断面における面画像の両端が、このような所定距離ｄについての近傍結像部分ＩＡ１に含まれることで、立体画像ＩＡのコントラストの悪化およびボケが目立たなくなる。
なお、結像位置が背面１１ｂの前側である光路変更部１３においては、結像位置が背面１１ｂの後側である光路変更部１３と比較して、反射光の左右方向への広がりが大きくなる。このため、立体画像ＩＡの、背面１１ｂの前側の領域では、背面１１ｂの後側の領域と比較して、複数の光路変更部１３により反射された光が重畳して見えやすくなる。その結果、立体画像ＩＡのボケ、および当該ボケに起因する立体画像ＩＡの意匠性の低下が生じやすくなる。
このため、例えば上述した例で「背面１１ｂから光の出射方向側では１２ｍｍ、背面１１ｂから光の出射方向と逆方向側では２４ｍｍであってよい」としたように、光の出射方向側における所定距離ｄを、光の出射方向と逆方向側における所定距離ｄよりも短くしてもよい。所定距離ｄをこのように設定することで、特に背面１１ｂの前側における立体画像ＩＡのボケ、および当該ボケに起因する立体画像ＩＡの意匠性の低下を抑制できる。
図１６は、立体画像ＩＥの、導光板１１よりも後側に結像される点Ｐ０までの奥行きＤを導出する方法について説明するための図である。立体画像ＩＥは、略立方体形状を有する。図１６を参照して、点Ｐ０までの奥行きＤを導出する方法について説明する。
点Ｐ０までの奥行きＤを導出するためには、立体画像ＩＥを、２つの視点Ｅ１およびＥ２から視認する。視点Ｅ１およびＥ２はそれぞれ、立体画像ＩＥを視認するユーザの左目および右目に対応する。視点Ｅ１から視認される、導光板１１の出射面１１ａに投影される点Ｐ０を点Ｐ１とする。また、視点Ｅ２から視認される、導光板１１の出射面１１ａに投影される点Ｐ０を点Ｐ２とする。点Ｐ１および点Ｐ２の間隔をＬ１とし、点Ｐ０に対する視点Ｅ１とＥ２との間の角度をΔθとした場合、奥行きＤ＝Ｌ１／Δθとなる。
図１７は、画像解析により奥行きＤを算出する方法について説明するための図である。図１７においては、視点Ｅ１から視認される導光板１１および立体画像ＩＥが符号１７１で示され、視点Ｅ２から視認される導光板１１および立体画像ＩＥが符号１７２で示されている。また、符号１７１および１７２の画像を重畳させた画像が符号１７３で示されている。図１７を参照して、画像解析により奥行きＤを算出する方法について説明する。
画像解析により奥行きＤを算出する場合、出射面１１ａ上の任意の点を点Ｐ３として特定する。点Ｐ３は、出射面１１ａ上に結像された、立体画像ＩＥに含まれる任意の点であってもよい。また、点Ｐ３は、立体画像ＩＥに含まれない、出射面１１ａ上にマーキングされた点であってもよい。出射面１１ａ上における、このような点Ｐ３の位置は、視点の位置によらず一定である。
画像解析では、符号１７３に示すように、符号１７１および１７２に示す画像を、点Ｐ３が互いに一致するように重畳させる。出射面１１ａ上における点Ｐ３の位置は視点の位置によらず一定であるため、符号１７３に示す画像における点Ｐ１と点Ｐ２との間隔は、図１６に示した間隔Ｌ１と等しくなる。したがって、上述したとおり、奥行きＤ＝Ｌ１／Δθとして奥行きＤを算出できる。
§４ 変形例
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
＜４．１＞
図４は、導光板１１の第１の変形例を示す斜視図である。図５は、図４に示した導光板１１の、入射面１１ｃに平行な断面における断面図である。
図４および図５に示すように、本変形例に係る導光板１１は、立体画像ＩＢ（結像画像）を結像させる。立体画像ＩＢは、入射面１１ｃに平行な断面が環状形状である面画像である。ただし、立体画像ＩＢは、面画像と、当該面画像とは別の画像、例えば線画像と、を含む画像であってもよい。以下の説明における立体画像ＩＢについての記載は、立体画像ＩＢが面画像および面画像とは別の画像を含む場合における面画像にも適用される。
本変形例では、図５に示すように、出射面１１ａに垂直な方向において（Ｙ軸方向において）、立体画像ＩＢが有する環状形状の中心Ｃから、立体画像ＩＢの最も遠い結像位置までの距離を第１距離Ｒ１とする。このとき、出射面１１ａに垂直な方向において、環状形状の中心Ｃから第１距離Ｒ１の２０％以内の位置までの距離ｄ１に、背面１１ｂが存在してもよい。すなわち、ｄ１＜０．２×Ｒ１であってよい。
図５に示す導光板１１によれば、入射面１１ｃに平行な断面が環状形状である面画像の、当該断面における両端を含む多くの部分が、近傍結像部分ＩＡ１（図３参照）に含まれることとなる。したがって、立体画像ＩＡのコントラストの悪化をさらに目立たなくすることができる。
＜４．２＞
図６は、導光板１１の第２の変形例を示す斜視図である。図６に示すように、本変形例に係る導光板１１は、立体画像ＩＣ（結像画像）を結像させる。立体画像ＩＣは、端部に開口が形成された円筒形状を有する。このような立体画像ＩＣにおいて、立体画像ＩＣの後側は、前側と同様の面画像であってもよく、前側よりも階調値が低い面画像であってもよい。また、立体画像ＩＣの後側は、輪郭のみの線画像であってもよい。立体画像ＩＣの後側を、上記のいずれの画像で表現する場合であっても、立体画像ＩＣの、背面１１ｂに垂直かつ、光源１２の光軸方向に垂直な断面における両端が近傍結像部分ＩＡ１に含まれるように、立体画像ＩＣを結像させることで、立体画像ＩＣのコントラストの悪化が目立ちにくくなる。
＜４．３＞
図７は、導光板１１の第３の変形例について説明するための図である。図７に示すように、本変形例に係る導光板１１は、立体画像ＩＢを結像させる。立体画像ＩＢの形状については、図４および図５を参照して説明したとおりである。
本変形例では、図７に示すように、立体画像ＩＢを出射面１１ａに垂直な方向から見たときの投影画像において、背面１１ｂから最も離れた結像位置における背面１１ｂからの距離を第２距離Ｒ２とする。このとき、Ｘ方向（入射面１１ｃに平行な方向）における両端部の、結像位置の背面１１ｂからの距離ｄ２は、第２距離Ｒ２の３０％以内であってもよい。すなわち、ｄ２＜０．３×Ｒ２であってよい。
図７に示す導光板１１によれば、背面１１ｂに垂直かつ、光源１２の光軸方向に垂直な断面における面画像の両端を含む多くの部分が、近傍結像部分ＩＡ１（図３参照）に含まれることとなる。したがって、立体画像ＩＢのコントラストの悪化をさらに目立たなくすることができる。
＜４．４＞
図８は、導光板１１の第４の変形例について説明するための図である。図９は、図８に示した立体画像ＩＤ（結像画像）の、入射面１１ｃに平行な断面における断面図である。ただし、立体画像ＩＤは、面画像と、面画像とは別の画像、例えば線画像とを含む画像であってもよい。
図８および図９に示すように、本変形例に係る導光板１１は、立体画像ＩＤを結像させる。立体画像ＩＤは、入射面１１ｃに平行な断面がＸ軸方向の両端から後側に向けて折れ曲がった形状を有する面画像である。換言すれば、図８および図９に示す立体画像ＩＤの、入射面１１ｃに平行な断面の形状は、図７に示す立体画像ＩＢと異なり、環状形状ではない。
図９に示すように、立体画像ＩＤを出射面１１ａに垂直な方向から見たときの投影画像において、距離ｄ２は、第２距離Ｒ２の３０％以内であってもよい。これにより、図９に示す導光板１１においても、立体画像ＩＤのコントラストの悪化をさらに目立たなくすることができる。
＜４．５＞
表示装置１０の変形例である表示装置１０Ａについて以下に説明する。
図１０は、表示装置１０Ａの斜視図である。図１０に示すように、表示装置１０Ａは、光源１２と、導光板１５とを備えている。導光板１５は、上述した導光板１１の変形例である。
図１１は、導光板１５が備える光路変更部１６の構成を示す断面図である。図１２は、導光板１５の構成を示す平面図である。図１３は、導光板１５が備える光路変更部１６の構成を示す斜視図である。
導光板１５は、光源１２から入射された光（入射光）を導光する部材である。導光板１５は、透明で屈折率が比較的高い樹脂材料で成形される。導光板１５を形成する材料としては、例えばポリカーボネイト樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂などを使用することができる。本変形例では、導光板１５は、ポリメチルメタクリレート樹脂によって成形されている。導光板１５は、図１１に示すように、出射面１５ａと、背面１５ｂと、入射面１５ｃとを備えている。
出射面１５ａは、導光板１５の内部を導光され、後述する光路変更部１６により光路変更された光を出射する面である。出射面１５ａは、導光板１５の前面を構成している。背面１５ｂは、出射面１５ａと互いに平行な面であり、後述する光路変更部１６が配置される面である。入射面１５ｃは、光源１２から出射された光が導光板１５の内部に入射される面である。
光源１２から出射され入射面１５ｃから導光板１５に入射した光は、出射面１５ａまたは背面１５ｂで全反射され、導光板１５内を導光される。
図１１に示すように、光路変更部１６は、導光板１５の内部において背面１５ｂに形成されており、導光板１５内を導光された光を光路変更して出射面１５ａから出射させるための部材である。光路変更部１６は、導光板１５の背面１５ｂに複数設けられている。
光路変更部１６は、図１２に示すように、入射面１５ｃに平行な方向に沿って設けられている。図１３に示すように、光路変更部１６は、三角錐形状となっており、入射した光を反射（全反射）する反射面１６ａを備えている。光路変更部１６は、例えば、導光板１５の背面１５ｂに形成された凹部であってもよい。なお、光路変更部１６は、三角錐形状に限られるものではない。導光板１５の背面１５ｂには、図１２に示すように、複数の光路変更部１６からなる複数の光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…が形成されている。
図１４は、光路変更部１６の配列を示す斜視図である。図１４に示すように、各光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…では、複数の光路変更部１６の反射面１６ａが光の入射方向に対する角度が互いに異なるように導光板１５の背面１５ｂに配置されている。これにより、各光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…は、入射光を光路変更して、出射面１５ａから様々な方向へ出射させる。
次に、導光板１５による立体画像Ｉの結像方法について、図１５を参照しながら説明する。ここでは、導光板１５の出射面１５ａに垂直な面である立体画像結像面Ｐに、光路変更部１６により光路変更された光によって面画像としての立体画像Ｉを結像する場合について説明する。
図１５は、導光板１５による立体画像Ｉの結像方法を示す斜視図である。なお、ここでは、立体画像結像面Ｐに立体画像Ｉとして斜め線入りリングマークを結像することについて説明する。
導光板１５では、図１５に示すように、例えば、光路変更部群１７ａの各光路変更部１６によって光路変更された光は、立体画像結像面Ｐに線Ｌａ１および線Ｌａ２で交差する。これにより、立体画像結像面Ｐに立体画像Ｉの一部である線画像ＬＩを結像させる。線画像ＬＩは、ＸＺ平面に平行な線画像である。このように、光路変更部群１７ａに属する多数の光路変更部１６からの光によって、線Ｌａ１および線Ｌａ２の線画像ＬＩが結像される。なお、線Ｌａ１および線Ｌａ２の像を結像する光は、光路変更部群１７ａにおける少なくとも２つの光路変更部１６によって提供されていればよい。
同様に、光路変更部群１７ｂの各光路変更部１６によって光路変更された光は、立体画像結像面Ｐに線Ｌｂ１、線Ｌｂ２および線Ｌｂ３で交差する。これにより、立体画像結像面Ｐに立体画像Ｉの一部である線画像ＬＩを結像させる。
また、光路変更部群１７ｃの各光路変更部１６によって光路変更された光は、立体画像結像面Ｐに線Ｌｃ１および線Ｌｃ２で交差する。これにより、立体画像結像面Ｐに立体画像Ｉの一部である線画像ＬＩを結像させる。
各光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…によって結像される線画像ＬＩのＸ軸方向の位置は互いに異なっている。導光板１５では、光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…間の距離を小さくすることによって、各光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…によって結像される線画像ＬＩのＸ軸方向の距離を小さくすることができる。その結果、導光板１５では、光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…の各光路変更部１６によって光路変更された光によって結像された複数の線画像ＬＩを集積することにより、実質的に、面画像である立体画像Ｉを立体画像結像面Ｐに結像する。
なお、立体画像結像面Ｐは、Ｘ軸に垂直な平面であってもよく、Ｙ軸に垂直な平面であってもよく、またＺ軸に垂直な平面であってもよい。また、立体画像結像面Ｐは、Ｘ軸、Ｙ軸、またはＺ軸に垂直でない平面であってもよい。さらに、立体画像結像面Ｐは、平面ではなく曲面であってもよい。すなわち、導光板１５は、光路変更部１６によって空間上の任意の面（平面および曲面）上に立体画像Ｉを結像させることができる。また、面画像を複数組み合わせることにより、３次元の画像を結像することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
１１、１５ 導光板（導光板デバイス）
１２ 光源
１１ａ、１５ａ 出射面
１１ｂ、１５ｂ 背面
１１ｃ、１５ｃ 入射面
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１６ 光路変更部
ｄ 所定距離
ｄ２ 距離
Ｉ、ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＤ 立体画像（結像画像）
ＩＡ１ 近傍結像部分
ＩＡ２ 遠方結像部分
Ｒ１ 第１距離
Ｒ２ 第２距離

Claims (9)

  1. 光源からの光が入射する入射面と、
    前記入射面に垂直な背面の所定の位置に形成され、前記入射面から入射し導光された光を反射させることによって前記背面に平行な出射面から出射させる光路変更部とを備え、
    前記出射面から出射された光によって結像される結像画像のうち、面を表現する面画像は、結像位置が前記背面から所定距離以内である近傍結像部分と、結像位置が前記所定距離より遠い遠方結像部分とを含む連続した面としての画像であるとともに、
    前記背面に垂直かつ、前記光源の光軸方向に垂直な断面における前記面画像の両端は、前記近傍結像部分に含まれる導光板デバイス。
  2. 前記所定距離は、前記遠方結像部分のうち、前記背面から最も離れた結像位置における前記出射面からの距離の２５％以内である請求項１に記載の導光板デバイス。
  3. 前記所定距離は、前記結像画像の各結像領域の結像位置における前記背面からの距離の平均の５０％以下である請求項１に記載の導光板デバイス。
  4. 前記所定距離は、前記背面から光の出射方向側では１２ｍｍ、前記背面から前記光の出射方向と逆方向側では２４ｍｍである請求項１に記載の導光板デバイス。
  5. 前記所定距離は、前記入射面と前記光路変更部との距離の最小値の２０％以下である請求項１に記載の導光板デバイス。
  6. 前記所定距離は、前記結像画像の前記背面への投影画像領域における、前記入射面に垂直な方向の最大長さ、および、前記入射面に平行な方向の最大長さのうち、長い方の長さの２０％以下である請求項１に記載の導光板デバイス。
  7. 前記面画像は、前記面画像の前記入射面に平行な断面が環状形状であり、
    前記出射面に垂直な方向において、前記環状形状の中心から最も遠い結像位置までの距離を第１距離とすると、前記出射面に垂直な方向において、前記環状形状の中心から前記第１距離の２０％以内の位置に、前記背面が存在する請求項１に記載の導光板デバイス。
  8. 前記面画像を前記出射面に垂直な方向から見たときの投影画像は、前記入射面に平行な方向の長さが、前記入射面に垂直な方向の長さよりも長い形状を有し、
    前記入射面に平行な方向における前記投影画像の両端部の結像位置の前記出射面からの距離は、前記所定距離以内である請求項１に記載の導光板デバイス。
  9. 前記面画像を前記出射面に垂直な方向から見たときの投影画像において、前記遠方結像部分のうち、前記背面から最も離れた結像位置における前記背面からの距離を第２距離とすると、前記入射面に平行な方向における両端部の結像位置の前記背面からの距離は、前記第２距離の３０％以内である請求項１に記載の導光板デバイス。
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