JP2022140896A5 - - Google Patents

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、導光板への光の入射方向に垂直な方向における所定の角度範囲内で立体画像を視認することができる。このとき、当該所定の角度範囲内では、視点が変化しても立体画像の形状は大きくは変化せず、意匠性が維持される。しかしながら、特許文献１に開示された技術では、光の入射方向に平行な方向における視点の変化には対応していない。このため、視点の方向が、光の入射方向に平行な方向において想定されていた方向から外れると、立体画像が歪み、意匠性が低下するという問題があった。

本発明の一態様は、視点の変化に対する立体画像の意匠性の低下を抑制することが可能な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す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、前記光路変更部により反射された光によって前記背面を含む空間に画像を結像する導光板デバイスであって、前記導光板デバイスによって結像される結像画像のうち、結像位置が前記背面から所定距離以内である結像画像を近傍結像画像とし、前記結像位置が前記背面から前記所定距離より遠い結像画像を遠方結像画像とすると、前記近傍結像画像の結像領域の総面積は、前記遠方結像画像の結像領域の総面積よりも大きい。

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。結像画像においては、結像位置が背面から所定距離以内である近傍結像画像の結像領域の総面積は、結像位置が背面から所定距離より遠い遠方結像画像の結像領域の総面積よりも大きい。光の入射方向に平行な方向における視点の変化に対する近傍結像画像の歪みは、当該視点の変化に対する遠方結像画像の歪みと比較して小さい。したがって、視点の変化に対する立体画像の意匠性の低下を抑制できる。

上記一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記所定距離は、前記遠方結像画像のうち、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の２５％以内であってもよい。

上記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。

上記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。

上記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。

上記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、近傍結像画像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、このような所定距離について、近傍結像画像の結像領域の総面積が遠方結像画像の結像領域の総面積よりも大きい結像画像を結像させることで、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に対する立体画像の意匠性の低下を抑制できる。

上記一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記近傍結像画像の光度は、前記遠方結像画像の光度より大きくてもよい。

上記一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記近傍結像画像の輝度は、前記遠方結像画像の輝度より大きくてもよい。

上記構成では、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に応じた歪みが小さい近傍結像画像が、当該視点の変化に応じた歪みが大きい遠方結像画像よりも視認されやすくなる。したがって、立体画像の意匠性の低下が視認されにくくなる。

上記一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記近傍結像画像は面画像を含んでもよい。

一般に、面画像の結像領域は線画像の結像領域よりも大きくなる。上記構成では、近傍結像画像は面画像を含むため、近傍結像画像が面画像を含まない場合と比較して、近傍結像画像の結像領域が大きくなる。したがって、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に対する立体画像の意匠性の低下を抑制できる。

上記一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記面画像の面積は、前記結像画像の結像領域の総面積の３０％以上であってもよい。

上記構成では、面画像が結像画像の結像領域の総面積の３０％未満である場合と比較して、近傍結像画像の結像領域が大きくなる。したがって、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に対する立体画像の意匠性の低下を抑制できる。

上記一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記遠方結像画像は線画像であってもよい。

上記構成では、遠方結像画像が面画像を含む場合と比較して、遠方結像画像の結像領域が小さくなる。したがって、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に対する立体画像の意匠性の低下を抑制できる。

上記一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記結像画像の結像領域の総面積の５０％以上は前記背面上に結像してもよい。

近傍結像画像のうち、背面上に結像した結像画像の、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に応じた歪みは特に小さい。上記構成では、結像画像の結像領域の総面積の５０％以上が背面上に結像するため、視点の変化に対する立体画像の意匠性の低下を抑制できる。

上記一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記近傍結像画像の視野角は、前記遠方結像画像の視野角より大きくてもよい。

上記構成では、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に応じた歪みが小さい結像画像が、当該歪みが大きい結像画像よりも広範囲で視認されるため、意匠性の低下が目立たなくなる。

上記一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記近傍結像画像を結像させる前記光路変更部による出射光の広がり角度は、前記遠方結像画像を結像させる前記光路変更部による出射光の広がり角度よりも大きくてもよい。

上記構成では、近傍結像画像を結像させる光路変更部は、遠方結像画像を結像させる光路変更部と比較して、個々の光路変更部による反射光が大きく広がるため、当該個々の光路変更部のサイズを小さくできる。したがって、より近傍結像画像の視野角を広げることができる。

上記一態様に係る導光板デバイスにおいて、前記近傍結像画像の解像度は、前記遠方結像画像の解像度より大きくてもよい。

上記構成では、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に応じた歪みが小さい結像画像を、当該歪みが大きい画像よりも高い解像度で結像させることができる。

本発明の一態様によれば、視点の変化に対する立体画像の意匠性の低下を抑制することが可能な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。 本実施形態に係る導光板の動作例を示す平面図である。 視認角度に応じた立体画像の見え方の例を示す図である。 本実施形態に係る導光板の第１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２の変形例を示す斜視図である。 図６に示す導光板の平面図である。 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。 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の適用例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が適用された表示装置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。すなわち、導光板１１は、光路変更部１３により反射された光によって背面１１ｂを含む空間に立体画像Ｉを結像する。

§２ 構成例
図２は、本実施形態に係る導光板１１の構成例を示す斜視図である。以下、本発明の導光板１１の構成例を、図面を参照して説明する。

図２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。立体画像ＩＡは、直方体状である。立体画像ＩＡは、近傍結像画像ＩＡ１と、遠方結像画像ＩＡ２と、を含む。ここで、近傍結像画像ＩＡ１は、立体画像ＩＡのうち、結像位置が背面１１ｂから所定距離以内である立体画像である。遠方結像画像ＩＡ２は、立体画像ＩＡのうち、結像位置が背面１１ｂから後述する所定距離より遠い立体画像である。

立体画像ＩＡにおいては、近傍結像画像ＩＡ１の結像領域の総面積は、遠方結像画像ＩＡ２の結像領域の総面積よりも大きい。光の入射方向に平行な方向における視点の変化に対する近傍結像画像ＩＡ１の歪みは、当該視点の変化に対する遠方結像画像ＩＡ２の歪みと比較して小さい。したがって、導光板１１によれば、視点の変化に対する立体画像ＩＡの意匠性の低下を抑制できる。結像領域の総面積の算出は、当該結像領域を構成する定点の面積を合算することにより行うことができる。

§３ 動作例
図３は、本実施形態における導光板１１の動作例を示す平面図である。図３においては、導光板１１の背面１１ｂの位置がＺ＝０として示されている。図３に示すように、所定距離は、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。換言すれば、立体画像ＩＡのうち、Ｚ軸方向における背面１１ｂから最も離れた結像位置までの距離をＺ１とした場合、所定距離は距離Ｚ１の１／４であってよい。このとき、Ｚ方向においてＺ＝－（Ｚ１）／４から（Ｚ１）／４までの範囲内に結像される画像が近傍結像画像ＩＡ１となる。

図４は、視認角度に応じた立体画像ＩＡの見え方の例を示す図である。視認角度とは、入射面１１ｃに平行かつＹ軸方向における導光板１１の中心を通る平面に対して、ユーザの視線がなす角度である。図４には、視認角度が１０度、３０度および６０度である場合のそれぞれにおける、立体画像ＩＡの見え方が示されている。図４に示す例では、立体画像ＩＡが最も適切に視認される視認角度（設計角度）が３０度であるように導光板１１が設計されている。ただし、設計角度は導光板１１の用途に応じて変更することができる。

図４に示す例では、略直方体形状の画像と、その手前側に２つの平面画像とが形成された立体画像ＩＡが示されている。ここで、略直方体形状の前側の部分が近傍結像画像ＩＡ１に相当する。また、略直方体形状の後側の部分が遠方結像画像ＩＡ２に相当する。また、手前側の２つの平面画像も、遠方結像画像ＩＡ２に相当する。図４に示すように、視認角度が設計角度である３０度の場合に対応する立体画像ＩＡと比較すると、視認角度が６０度または１０度の場合に対応する立体画像ＩＡには歪みが生じている。ただし、近傍結像画像ＩＡ１に相当する部分の歪みは、遠方結像画像ＩＡ２に相当する部分の歪みと比較すると小さい。したがって、近傍結像画像ＩＡ１の結像領域の総面積を遠方結像画像ＩＡ２の結像領域の総面積よりも大きくすることで、立体画像ＩＡ全体での歪み、すなわち意匠性の低下を抑制できる。

なお、所定距離は、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、視点の変化に起因する意匠性の低下が生じやすい。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、意匠性の低下を抑制できる。

また、所定距離は、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、近傍結像画像ＩＡ１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、このような所定距離について、近傍結像画像ＩＡ１の結像領域の総面積が遠方結像画像ＩＡ２の結像領域の総面積よりも大きい立体画像ＩＡを結像させることで、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に対する立体画像ＩＡの意匠性の低下を抑制できる。

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を、光の出射方向と逆方向側における所定距離よりも短くしてもよい。所定距離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。

また、上述した例では、光路変更部１３が背面１１ｂに形成されていることから、近傍結像画像ＩＡ１と遠方結像画像ＩＡ２とを背面１１ｂからの距離に応じて区分した。しかし、光路変更部１３が背面１１ｂとは別の面に形成されている場合には、近傍結像画像ＩＡ１と遠方結像画像ＩＡ２とを当該別の面からの距離に応じて区分することが好ましい。

図１６は、立体画像ＩＢ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ＩＢ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ＩＢ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ＩＢ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ＩＢ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ＩＢ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ＩＢ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ＩＢ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５は、導光板１１の第１の変形例について説明するための図である。本変形例では、近傍結像画像ＩＡ１および遠方結像画像ＩＡ２の光度および輝度について説明する。ここで、光度（ｃｄ）とは、単位立体角辺りの光の量（光束）をいう。また、輝度（ｃｄ／ｍ^２）とは、単位立体角および単位面積当たりの光の量（光束）をいう。図５には、導光板１１の視野角θが示されている。視野角θとは、液晶ディスプレイ等を斜めから見た場合に、どの位の角度まで画面を正常に見ることが可能であるかを示す指標のことであり、画面が正常に見える範囲の正面からの角度を指すものである。視野角θは、導光板１１の出射面１１ａへの垂線とユーザの視線とのなす角度の範囲として定義される。

視野角θの範囲において、近傍結像画像ＩＡ１の光度は、遠方結像画像ＩＡ２の光度よりも大きくてもよい。また、近傍結像画像ＩＡ１の輝度は、遠方結像画像ＩＡ２の輝度よりも大きくてもよい。上記構成では、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に応じた歪みが小さい近傍結像画像ＩＡ１が、当該視点の変化に応じた歪みが大きい遠方結像画像ＩＡ２よりも視認されやすくなる。したがって、立体画像ＩＡの意匠性の低下が視認されにくくなる。

ただし、近傍結像画像ＩＡ１の光度および輝度は、必ずしも視野角θの全体にわたって遠方結像画像ＩＡ２の光度および輝度よりも大きくなくてもよい。近傍結像画像ＩＡ１の光度および輝度は、視野角θの大部分の範囲において、遠方結像画像ＩＡ２の光度および輝度よりも大きいことが好ましい。

例えば、近傍結像画像ＩＡ１の光度および輝度は、視野角θの５０％以上の範囲において、遠方結像画像ＩＡ２の光度および輝度よりも大きくてよい。具体例として、視野角θが出射面１１ａへの垂線に対して±４０度である場合、±２０度以上の範囲において、近傍結像画像ＩＡ１の光度および輝度が遠方結像画像ＩＡ２の光度および輝度よりも大きくてよい。また、近傍結像画像ＩＡ１の光度および輝度は、視野角θの７５％以上の範囲において、遠方結像画像ＩＡ２の光度および輝度よりも大きくてもよい。具体例として、視野角θが出射面１１ａへの垂線に対して±４０度である場合、±３０度以上の範囲において、近傍結像画像ＩＡ１の光度および輝度が遠方結像画像ＩＡ２の光度および輝度よりも大きくてもよい。

なお、上述した近傍結像画像ＩＡ１の光度および輝度と遠方結像画像ＩＡ２の光度および輝度との大小関係は、近傍結像画像ＩＡ１の全体と遠方結像画像ＩＡ２の全体との間で成立していればよい。すなわち、近傍結像画像ＩＡ１および遠方結像画像ＩＡ２の結像領域を構成する個々の定点において上述した大小関係が成り立っていなくてもよい。

＜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７は、図６に示す導光板１１の平面図である。図６および７に示すように、近傍結像画像ＩＡ１は、面画像を含んでいても良い。ここで、面画像とは、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。

一般に、面画像の結像領域は線画像の結像領域よりも大きくなる。上記構成では、近傍結像画像ＩＡ１は面画像を含むため、近傍結像画像ＩＡ１が面画像を含まない場合と比較して、近傍結像画像ＩＡ１の結像領域が大きくなる。したがって、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に対する、立体画像ＩＡの意匠性の低下を抑制できる。

近傍結像画像ＩＡ１に含まれる面画像の面積は、立体画像ＩＡの結像領域の総面積の３０％以上であってもよい。上記構成では、近傍結像画像ＩＡ１に含まれる面画像の面積が、立体画像ＩＡの結像領域の総面積の３０％未満である場合と比較して、近傍結像画像ＩＡ１の結像領域が大きくなる。したがって、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に対する立体画像の意匠性の低下を抑制できる。

図６および７に示すように、遠方結像画像ＩＡ２は線画像であってもよい。ここで、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。上記構成では、遠方結像画像ＩＡ２が面画像を含む場合と比較して、遠方結像画像ＩＡ２の結像領域が小さくなる。したがって、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に対する立体画像ＩＡの意匠性の低下を抑制できる。

図７に示すように、立体画像ＩＡの結像領域の総面積の５０％以上は背面１１ｂ上に結像してもよい。立体画像ＩＡのうち、背面１１ｂ上に結像した領域では、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に応じた歪みは特に小さい。したがって、上記構成では、視点の変化に対する立体画像ＩＡの意匠性の低下を抑制できる。

また、近傍結像画像ＩＡ１の解像度は、遠方結像画像ＩＡ２の解像度より大きくてもよい。上記構成では、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に応じた歪みが小さい結像画像を、当該歪みが大きい画像よりも高い解像度で結像させることができる。

＜４．３＞
図８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８には、視野角θ１およびθ２という２種類の視野角が示されている。視野角θ１は、近傍結像画像ＩＡ１の視野角である。また、視野角θ２は、遠方結像画像ＩＡ２の視野角である。図８に示すように、近傍結像画像ＩＡ１の視野角θ１は、遠方結像画像ＩＡ２の視野角θ２より大きくてもよい。

上記構成では、光の入射方向に平行な方向における視点の変化に応じた歪みが小さい近傍結像画像ＩＡ１が、当該歪みが大きい遠方結像画像ＩＡ２よりも広範囲で視認される。したがって、立体画像ＩＡの全体としての意匠性の低下が視認されにくくなる。

＜４．４＞
図９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においては、光路変更部１３の形状の例が符号１３１～１３５で示されている。符号１３１～１３３に示す光路変更部１３による出射光の広がり角度は、符号１３４～１３５に示す光路変更部１３による出射光の広がり角度よりも大きい。

導光板１１においては、近傍結像画像ＩＡ１を結像させる光路変更部１３が符号１３１～１３３で示した形状を有し、遠方結像画像ＩＡ２を結像させる光路変更部１３が符号１３４または１３５で示した形状を有していてもよい。この場合、近傍結像画像ＩＡ１を結像させる光路変更部１３は、遠方結像画像ＩＡ２を結像させる光路変更部１３と比較して、個々の光路変更部１３による出射光が大きく広がるため、当該個々の光路変更部１３のサイズを小さくできる。換言すれば、光路変更部１３の密度を向上させることができる。その結果、より広い視野角に対応する光路変更部１３を配置することができる。したがって、より近傍結像画像ＩＡ１の視野角を広げることができる。

＜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
Ｉ、ＩＡ 立体画像（結像画像）
ＩＡ１ 近傍結像画像
ＩＡ２ 遠方結像画像
θ、θ１、θ２ 視野角

Claims (13)

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す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、
   前記光路変更部により反射された光によって前記背面を含む空間に画像を結像する導光板デバイスであって、
   前記導光板デバイスによって結像される結像画像のうち、結像位置が前記背面から所定距離以内である結像画像を近傍結像画像とし、前記結像位置が前記背面から前記所定距離より遠い結像画像を遠方結像画像とすると、前記近傍結像画像の結像領域の総面積は、前記遠方結像画像の結像領域の総面積よりも大きい導光板デバイス。
2. 前記近傍結像画像は面画像を含む請求項１に記載の導光板デバイス。
3. 前記面画像は、前記背面上に結像する請求項２に記載の導光板デバイス。
4. 前記面画像は、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％以上である画像である請求項２または３に記載の導光板デバイス。
5. 前記面画像は、最も明るい点に対する半値全幅が２ｍｍよりも大きい画像である請求項２～４のいずれか一項に記載の導光板デバイス。
6. 前記面画像の面積は、前記結像画像の結像領域の総面積の３０％以上である請求項２～５のいずれか一項に記載の導光板デバイス。
7. 前記遠方結像画像は線画像である請求項１～６のいずれか一項に記載の導光板デバイス。
8. 前記結像画像の結像領域の総面積の５０％以上は前記背面上に結像する請求項１～６のいずれか一項に記載の導光板デバイス。
9. 前記近傍結像画像の光度は、前記遠方結像画像の光度より大きい請求項１～８のいずれか一項に記載の導光板デバイス。
10. 前記近傍結像画像の輝度は、前記遠方結像画像の輝度より大きい請求項１～８のいずれか一項に記載の導光板デバイス。
11. 前記近傍結像画像の視野角は、前記遠方結像画像の視野角より大きい請求項１～１０のいずれか一項に記載の導光板デバイス。
12. 前記近傍結像画像を結像させる前記光路変更部による出射光の広がり角度は、前記遠方結像画像を結像させる前記光路変更部による出射光の広がり角度よりも大きい請求項１～１１のいずれか一項に記載の導光板デバイス。
13. 前記近傍結像画像の解像度は、前記遠方結像画像の解像度より大きい請求項１～１２のいずれか一項に記載の導光板デバイス。