JP2022141058A - 表示切替装置 - Google Patents

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Masayuki Shinohara
裕都 森
Yuto Mori
剛大 倉田
Kodai Kurata
剛 荒井
Tsuyoshi Arai
勇人 吉田
Isato Yoshida
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Abstract

【課題】画像のクロストークによる画質の低下を改善した表示切替装置（１０）を提供する。【解決手段】表示切替装置（１０）に備えられたレンズアレイ（３）は、マイクロレンズ（Ｌ０～Ｌ４）が配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置（マイクロレンズＬ２）からの距離が大きくなるにしたがって、マイクロレンズの曲率半径の平均値が大きくなる部分を含む。【選択図】図５

Description

本開示は、表示切替装置に関するものである。
図３３は、特許文献１に記載されている従来の表示切替装置の概略構成を示す図である。図３３に示すように、表示部１００は複数の画素を備えており、各画素は２つの画素領域（△と○）を備えている。一つの光源１０２から出た光１０３は、複数の微小レンズからなるレンチキュラーレンズ１０１を介して、縦方向の７つの画素のそれぞれに入射されるようになっている。そして、光源１０２からの光１０３のレンチキュラーレンズ１０１に対する入射角度を変え、レンチキュラーレンズ１０１により集光する光の集光位置を変更し、表示する画素領域（△と○）を選択できるようになっている。すなわち、複数の画素領域△が選択された時に第１の図柄が表示され、複数の画素領域○が選択された時に第２の図柄が表示されるようになっている。なお、光源１０２は、図中のＣ方向に移動可能になっている。
図３４は、基板２０２と、表示部２０４に第１の図柄の表示を行うための第１光源２０１Ａと、表示部２０４に第２の図柄の表示を行うための第２光源２０１Ｂと、複数のレンズを備えたレンズアレイ２０３と、表示部２０４とを備えた従来の表示切替装置２００の概略構成を示す図である。表示切替装置２００は、第１光源２０１Ａを点灯させるか、第２光源２０１Ｂを点灯させるかによって、表示部２０４における第１の図柄の表示と第２の図柄の表示を切り替えることができるようになっている。
特開２００３－１９５２１６号公報
しかしながら、特許文献１に記載の従来の表示切替装置の場合、一つの光源１０２から出た光１０３が、レンチキュラーレンズ１０１を介して縦方向の７つの画素に入射されるので、光１０３のレンチキュラーレンズ１０１に対する入射角度が広角になるにつれ、収差の影響で集光性が悪くなり画像のクロストーク発生してしまうという問題がある。特に、縦方向の７つの画素のうち上端部及び下端部に配置された画素における画素領域（△）と画素領域（○）との間の画像のクロストークは特に酷い。ここで、クロストークとは、画素領域（△）を表示する際に画素領域（○）が表示されたり、画素領域（○）を表示する際に画素領域（△）が表示されたりして、画質が低下することである。このような問題は、光源１０２を図中のＣ方向に移動させても改善できない。
図３４に示す従来の表示切替装置２００の場合も、同様に、一つの第１光源２０１Ａから出た光がレンズアレイ２０３を介して表示部２０４の第１画素領域２０５Ａ・２０５Ａ’と、一つの第２光源２０１Ｂから出た光がレンズアレイ２０３を介して表示部２０４の第２画素領域２０５Ｂ・２０５Ｂ’とに入射される。第２画素領域２０５Ｂの場合、第２光源２０１Ｂからの光のレンズアレイ２０３に対する入射角度が狭角であるので、集光性が良好であり、表示部２０４の上面（図中のＳ１）で集光するので、画像のクロストークの問題は生じない。第１画素領域２０５Ａの場合も、第１光源２０１Ａからの光のレンズアレイ２０３に対する入射角度が狭角であるので、集光性が良好であり、表示部２０４の上面（図中のＳ２）で集光するので、画像のクロストークの問題は生じない。また、第２画素領域２０５Ｂ’の場合も、第２光源２０１Ｂからの光のレンズアレイ２０３に対する入射角度が比較的に狭角であるので、集光性が良好であり、レンズアレイ２０３と表示部２０４との境界付近（図中のＳ３）で集光するので、大きな画像のクロストークの問題は生じない。一方、第１画素領域２０５Ａ’の場合、第１光源２０１Ａからの光のレンズアレイ２０３に対する入射角度が広角であるので、集光性が悪く、表示部２０４から大きく離れたレンズアレイ２０３の位置（図中のＳ４）で集光するので、画像のクロストークが問題となる。ここで、クロストークとは、第１画素領域２０５Ａ・２０５Ａ’を表示する際に第２画素領域２０５Ｂ・２０５Ｂ’が表示されたり、第２画素領域２０５Ｂ・２０５Ｂ’を表示する際に第１画素領域２０５Ａ・２０５Ａ’が表示されたりして、画質が低下することである。
本開示は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、画像のクロストークによる画質の低下を改善した表示切替装置を提供することを目的とする。
前記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る表示切替装置は、
複数の光源からの光の照射を切り替えることによって表示画像を切り替える表示切替装置であって、
複数のレンズが配列されたレンズアレイと、
表示部とを備え、
前記表示部は、
複数の前記光源群から出射された光のそれぞれが、前記レンズアレイのそれぞれの前記レンズによって集光される光が通る領域を含んで配置される複数の画素領域と、
を備え、
前記画素領域のそれぞれにおける透過率が所定の静止図柄に対応して設定されており、
前記レンズは球面レンズであり、
前記レンズアレイは、前記レンズが配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置からの距離が大きくなるにしたがって、前記レンズの曲率半径の平均値が大きくなる部分を含む。
前記構成によれば、画像のクロストークによる画質の低下を改善した表示切替装置を実現できる。
また、前記一側面に係る表示切替装置において、
複数の前記光源が配置されている光源平面における所定の位置を光源基準位置とし、
前記光源基準位置と前記レンズの球面による球の中心とを結ぶ直線と、前記光源平面に垂直な方向とがなす角をθ、
前記光源基準位置と、前記レンズアレイとの距離をＬ、
前記レンズアレイを構成する材料の屈折率をｎ、
前記レンズアレイの厚みをＴとするとき、
前記曲率半径は、
ｃｏｓθ／Ｌ＋ｎｃｏｓθ／（Ｔ－Ｒ（１－ｃｏｓθ））＝（ｎ－１）／Ｒ
という式を満たすＲ以上の値である。
前記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る表示切替装置は、
複数の光源からの光の照射を切り替えることによって表示画像を切り替える表示切替装置であって、
複数のレンズが配列されたレンズアレイと、
表示部とを備え、
前記表示部は、
複数の前記光源群から出射された光のそれぞれが、前記レンズアレイのそれぞれの前記レンズによって集光される光が通る領域を含んで配置される複数の画素領域と、
を備え、
前記画素領域のそれぞれにおける透過率が所定の静止図柄に対応して設定されており、
前記レンズは非球面レンズを含む。
前記構成によれば、画像のクロストークによる画質の低下を改善した表示切替装置を実現できる。
また、前記一側面に係る表示切替装置において、
前記レンズアレイは、前記レンズが配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置からの距離が大きくなるにしたがって、前記非球面レンズの焦点距離の平均値が長くなる部分を含む。
また、前記一側面に係る表示切替装置において、
前記レンズアレイは、前記レンズが配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置からの距離が大きくなるにしたがって、前記非球面レンズの球面形状からのずれの平均値が大きくなる部分を含む。
また、前記一側面に係る表示切替装置において、
複数の前記光源が配置されている光源平面における所定の位置を光源基準位置とすると、
前記非球面レンズの形状は、前記光源基準位置と当該非球面レンズの所定位置とを結ぶ直線を中心軸とする線対称な曲面を含む。
また、前記一側面に係る表示切替装置において、前記線対称な曲面が回転楕円体の面である。
また、前記一側面に係る表示切替装置において、前記レンズ基準位置は、前記レンズアレイの重心の位置である。
また、前記一側面に係る表示切替装置において、前記レンズ基準位置は、複数の前記光源の重心の位置から前記レンズアレイ面へ下した垂線と、当該レンズアレイ面との交点である。
また、前記一側面に係る表示切替装置において、前記光源基準位置は、複数の前記光源の重心の位置である。
また、前記一側面に係る表示切替装置において、それぞれの前記レンズに対応する前記光源基準位置は、当該レンズから最も遠い位置にある前記光源の位置である。
また、前記一側面に係る表示切替装置において、前記レンズアレイの厚みが一定である。
前記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る表示切替装置は、
複数の光源からの光の照射を切り替えることによって表示画像を切り替える表示切替装置であって、
複数のレンズが配列されたレンズアレイと、
表示部とを備え、
前記表示部は、
複数の前記光源群から出射された光のそれぞれが、前記レンズアレイのそれぞれの前記レンズによって集光される光が通る領域を含んで配置される複数の画素領域と、
を備え、
前記画素領域のそれぞれにおける透過率が所定の静止図柄に対応して設定されており、
前記レンズアレイは、前記レンズが配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置からの距離が大きくなるにしたがって、前記レンズの厚みが小さくなる部分を含む。
前記構成によれば、画像のクロストークによる画質の低下を改善した表示切替装置を実現できる。
また、前記一側面に係る表示切替装置において、前記レンズアレイの複数の前記光源から遠い方の面が平面である。
また、前記一側面に係る表示切替装置において、複数の前記レンズの頂点が同一平面上にある。
また、前記一側面に係る表示切替システムは、前記表示切替装置を複数備え、前記表示切替装置の前記表示部が隣接して並べて配置される。
前記構成によれば、大きい表示や、任意形状の表示が可能な表示切替システムを実現できる。
また、前記一側面に係るスイッチは、前記表示切替装置を備え、前記表示切替装置に対するユーザの操作を検知する。
前記構成によれば、画像のクロストークによる画質の低下を改善したスイッチを実現することができる。
また、前記一側面に係る電気機器は、前記スイッチを備え、前記スイッチにより動作が行われる。
前記構成によれば、画像のクロストークによる画質の低下を改善したスイッチを備えた電気機器を実現することができる。
本開示の一態様によれば、画像のクロストークによる画質の低下を改善した表示切替装置を実現できる。
図１は、実施形態１の表示切替装置の概略的な構成を示す図である。 図２は、実施形態１の表示切替装置に備えられた表示部の概略的な構成を示す図である。 図３は、実施形態１の表示切替装置に備えられた表示部の切替表示例を示す図である。 図４は、実施形態１の表示切替装置に備えることができる表示部及びレンズアレイと、光源との対応関係を示す図である。 図５は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置の光学的な効果を説明するための図である。 図６は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置に備えられたレンズアレイの構成を説明するための図である。 図７は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置に備えられたレンズアレイの特徴を説明するための図である。 図８は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置に備えることができる他のレンズアレイの特徴を説明するための図である。 図９は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置に備えられたレンズアレイのマイクロレンズの曲率半径を決定する方法の一例を示す図である。 図１０は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置に備えられたレンズアレイのマイクロレンズの曲率半径を決定する方法の他の一例を示す図である。 図１１は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置に備えられたレンズアレイのマイクロレンズの曲率半径を決定する方法のさらに他の一例を示す図である。 図１２は、実施形態２の表示切替装置に備えられた非球面レンズを含むレンズアレイの概略的な構成を示す図である。 図１３は、実施形態２の表示切替装置に備えられたレンズアレイにおける非球面レンズの形状の一例を示す図である。 図１４は、実施形態２の表示切替装置に備えることができる楕円形状の非球面レンズを含むレンズアレイの概略的な構成を示す図である。 図１５は、図１４に図示した楕円形状の非球面レンズの形状を決定する方法の一例を示す図である。 図１６は、図１４に図示した楕円形状の非球面レンズの形状を決定する方法の他の一例を示す図である。 図１７は、非球面レンズの形状毎の画像のクロストークの改善効果を示す図である。 図１８は、実施形態２の表示切替装置に備えることができる他の非球面レンズを含むレンズアレイの概略的な構成を示す図である。 図１９は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができるレンズアレイの一例を示す平面図である。 図２０は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができる他のレンズアレイの一例を示す平面図である。 図２１は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができるさらに他のレンズアレイの一例を示す平面図である。 図２２は、実施形態１及び２の表示切替装置に備えられたレンズアレイにおいて光源基準位置を決定する方法の一例を示す図である。 図２３は、実施形態１及び２の表示切替装置に備えられたレンズアレイにおいて光源基準位置を決定する方法の他の一例を示す図である。 図２４は、実施形態１及び２の表示切替装置に備えられたレンズアレイにおいて光源基準位置を決定する方法のさらに他の一例を示す図である。 図２５は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができるレンズアレイの第１変形例を示す断面図である。 図２６は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができるレンズアレイの第２変形例を示す断面図である。 図２７は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができるレンズアレイの第３変形例を示す断面図である。 図２８は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができるレンズアレイの第４変形例を示す断面図である。 図２９は、実施形態３の表示切替システムの概略的な構成を示す図である。 図３０は、実施形態３の表示切替システムの変形例の概略的な構成を示す図である。 図３１は、実施形態３の表示切替システムの他の変形例の概略的な構成を示す図である。 図３２は、表示切替装置を備えた実施形態４のスイッチの概略的な構成を示す図である。 図３３は、特許文献１に記載されている従来の表示切替装置の概略構成を示す図である。 図３４は、従来の表示切替装置２００の概略構成を示す図である。
本開示の実施形態について図１から図３２に基づいて説明すれば、次の通りである。以下、説明の便宜上、特定の実施形態にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する場合がある。
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１の表示切替装置１０の概略的な構成を示す図である。図１に示すように、表示切替装置１０は、図面における下から上の順に、基板９と、複数の光源１Ａ・１Ｂと、複数のマイクロレンズＬ０～Ｌ４を含むレンズアレイ３と、第１の図柄（静止図柄）の表示を行うための複数の画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’及び第２の図柄（静止図柄）の表示を行うための複数の画素領域４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’を含む表示部４と、光拡散部材５とを備えている。レンズアレイ３と、表示部４と、光拡散部材５とは、筐体６により支持されており、複数の光源１Ａ・１Ｂが取付けられた基板９に筐体６を取付けることにより表示切替装置１０となる。表示切替装置１０は、光拡散部材５の上方に損傷防止用の保護層をさらに備えていてもよい。
筐体６及び基板９の少なくとも一方は、光吸収材料で形成されていることが好ましい。このような構成とした場合、レンズアレイ３または表示部４で反射された光が再度レンズアレイ３及び表示部４を通過してユーザに視認されることを抑制することができる。また、複数の光源１Ａ・１Ｂが発光していない状態で、外乱光の内部反射によって表示部４の画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’・４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’による画像が薄く見えてしまうことを抑制することができる。
本実施形態においては、表示切替装置１０が、光源１Ａ・１Ｂとして、点状光源であるＬＥＤ（例えば、ＲＧＢＬＥＤ）を備えている場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、光源１Ａ・１Ｂとしては、棒形状の導光棒または、後述するような所定領域のみが発光する導光体などを用いてもよい。さらには、光源として、レーザー光を用いてもよい。なお、ＲＧＢＬＥＤとは、赤色を発光するＬＥＤと、緑色を発光するＬＥＤと、青色を発光するＬＥＤとが一つの光源としてパッケージされた光源であり、各色のＬＥＤの明るさを個別に制御できる。また、本実施形態においては、表示切替装置１０が、光源１Ａを含む第１光源群に属する光源４個と、光源１Ｂを含む第２光源群に属する光源４個とを備えている場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、光源の数や光源と光源の間の距離や光源の大きさなどは、必要に応じて適宜設定することができる。
本実施形態においては、レンズアレイ３が備えている複数のマイクロレンズＬ０～Ｌ４のレンズピッチＬＰは、マイクロレンズＬ０～Ｌ４それぞれの曲率半径が異なるため、一定ではない。また、複数のマイクロレンズＬ０～Ｌ４を含むレンズアレイ３の厚さは、複数のマイクロレンズＬ０～Ｌ４それぞれにおいて厚さが最も厚くなる部分Ｔが一定（例えば、０．５ｍｍ）となるようにした。さらに、レンズアレイ３の屈折率が１．５となるようにし、光源１Ａ・１ＢとマイクロレンズＬ０～Ｌ４との間の最短距離ＬＤが３０ｍｍとなるようにしたが、これに限定されることはない。レンズアレイ３に備えられるマイクロレンズの数、マイクロレンズのレンズピッチＬＰ、レンズアレイ３の厚さ、レンズアレイ３の屈折率、光源とマイクロレンズとの間の最短距離ＬＤなどは、必要に応じて適宜設定することができる。なお、光拡散部材５は、適宜省いてもよい。
図２は、表示切替装置１０に備えられた表示部４の概略的な構成を示す図である。
図３は、表示切替装置１０に備えられた表示部４の切替表示例を示す図である。
図２に示すように、表示部４には、第１の図柄や第２の図柄などの所定の図柄が切り替わりながら表示される。なお、図２は、表示部４のＡ部の拡大図と表示部４のＡ部の拡大図のＢ部の拡大図とを含む。表示部４は、図３に示す第１の図柄Ｐ１（例示では平仮名「き」）の表示を行うための複数の画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’と、図３に示す第２の図柄Ｐ２（例示では図柄「△」）の表示を行うための複数の画素領域４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’と、画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’・４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’以外の部分４Ｓとで構成される。複数の画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’・４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’は、光源１Ａ・１Ｂからの光を通し、第１の図柄Ｐ１または第２の図柄Ｐ２を表示するための開口である。画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’・４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’以外の部分４Ｓは、光源１Ａ・１Ｂからの光の透過率を画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’・４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’よりも低くするマスクの役割をする部分である。画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’・４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’以外の部分４Ｓは、例えば、遮光性の高いブラックマトリクスなどで形成することが好ましいが、光源１Ａ・１Ｂからの光の透過率を画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’・４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’よりも低くできる材料であれば、特に限定されない。表示部４は、可視光を透過する基板に設けられていてもよい。本実施形態においては、表示部４が、一つの層、例えば、ブラックマトリクスで形成される場合を一例に挙げて説明したが、これに限定されることはない。例えば、表示部４は、２つの層で形成されてもよい。この場合、光源１Ａ・１Ｂから近い下層として配置される第１層は、上層である第２層に含まれる画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’・４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’に光を通すための複数の開口や所定の透過率を有する透過領域が形成された層で構成することができる。光源１Ａ・１Ｂから遠い上層として配置される第２層は、画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’・４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’を含む。
図４は、実施形態１の表示切替装置に備えることができる表示部及びレンズアレイと、光源との対応関係を示す図である。
上述したように、本実施形態においては、複数の画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’によって図３に示す第１の図柄Ｐ１が表示され、複数の画素領域４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’によって図３に示す第２の図柄Ｐ２が表示される場合を一例に挙げて説明したが、これに限定されることはない。図４に示すように、第１光源群に属する光源１Ａと、第２光源群に属する光源１Ｂ以外に、第３光源群に属する光源１Ｃと第４光源群に属する光源１Ｄとをさらに備えているとともに、第３光源群に属する光源１Ｃからの光が照射される画素領域及び第４光源群に属する光源１Ｄからの光が照射される画素領域を備えている場合には、図３に示す第１の図柄Ｐ１及び第２の図柄Ｐ２以外に、第３の図柄Ｐ３と第４の図柄Ｐ４とを含めて表示の切り替えを行うことができる。
図５は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置１０の光学的な効果を説明するための図である。
表示切替装置１０は、光源１Ａを含む第１光源群からの光の照射と、光源１Ｂを含む第２光源群からの光の照射とを、光源群ごとに切り替えることによって、表示画像を切り替える。
図５に示す表示切替装置１０の場合、光源１Ａから出た光がレンズアレイ３のマイクロレンズＬ２～Ｌ４を介して表示部４の第１画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’と、光源１Ｂから出た光がレンズアレイ３のマイクロレンズＬ２～Ｌ４を介して表示部４の第２画素領域４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’とに入射される。
第１画素領域４Ａの場合、光源１Ａからの光のレンズアレイ３に対する入射角度が狭角であり、第１画素領域４Ａ’の場合、光源１Ａからの光のレンズアレイ３に対する入射角度が中間角であり、第１画素領域４Ａ’’の場合、光源１Ａからの光のレンズアレイ３に対する入射角度が広角であるので、従来のレンズアレイを使用した場合、光が集光する集光点は、第１画素領域４Ａ、第１画素領域４Ａ’、第１画素領域４Ａ’’の順に基板９から近くなる。したがって、従来のレンズアレイを使用した場合、第１画素領域４Ａ’及び第１画素領域４Ａ’’では、画像のクロストークの問題は生じ得る。そこで、表示切替装置１０は、マイクロレンズＬ０～Ｌ４を含むレンズアレイ３を備えており、マイクロレンズＬ０～Ｌ４のそれぞれは、球面レンズである。そして、レンズアレイ３は、マイクロレンズＬ０～Ｌ４が配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置（ここではマイクロレンズＬ２（レンズ基準位置であるマイクロレンズＬ２は、レンズアレイ３の重心の位置である））からの距離が大きくなるにしたがって、マイクロレンズの曲率半径の平均値が大きくなる部分を含む。前記構成とすることで、光源１Ａからの光の集光点Ｓ２・Ｓ４・Ｓ６をそれぞれ、表示部４の下面に揃えることができるので、第１画素領域４Ａ・４Ａ’・４Ａ’’における画像のクロストークの問題は生じず、画像のクロストークによる画質の低下を改善した表示切替装置１０を実現できる。
第２画素領域４Ｂの場合、光源１Ｂからの光のレンズアレイ３に対する入射角度が狭角であり、第２画素領域４Ｂ’の場合、光源１Ｂからの光のレンズアレイ３に対する入射角度が狭角であり、第２画素領域４Ｂ’’の場合、光源１Ｂからの光のレンズアレイ３に対する入射角度が広角であるので、従来のレンズアレイを使用した場合、光が集光する集光点は、第２画素領域４Ｂ’’の場合が、第２画素領域４Ｂ及び第２画素領域４Ｂ’の場合よりも基板９から近くなる。したがって、従来のレンズアレイを使用した場合、第２画素領域４Ｂ’’では、画像のクロストークの問題は生じ得る。そこで、表示切替装置１０に備えられたレンズアレイ３は、マイクロレンズＬ０～Ｌ４が配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置（ここではマイクロレンズＬ２）からの距離が大きくなるにしたがって、マイクロレンズの曲率半径の平均値が大きくなる部分を含む。前記構成とすることで、光源１Ｂからの光の集光点Ｓ１・Ｓ３・Ｓ５をそれぞれ、表示部４の下面に揃えることができるので、第２画素領域４Ｂ・４Ｂ’・４Ｂ’’における画像のクロストークの問題は生じず、画像のクロストークによる画質の低下を改善した表示切替装置１０を実現できる。
図６は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置１０に備えられたレンズアレイ３の構成を説明するための図である。
ここでは、図６に基づいて、所定のレンズ基準位置（図６ではマイクロレンズｒ０）からの距離が大きくなるにしたがって、マイクロレンズの曲率半径の平均値が大きくなることの意味について説明する。なお、ここでは、一例として、マイクロレンズの曲率半径の平均値は、隣接する３つのマイクロレンズの曲率半径の平均値であるとするが、これに限定されることはなく、マイクロレンズの曲率半径の平均値は、隣接する２つ以上のマイクロレンズの曲率半径の平均値であればよい。例えば、Ｒ（-２）は、隣接する３つのマイクロレンズｒ（-３）・ｒ（-２）・ｒ（-１）の曲率半径の平均値であり、Ｒ（-１）は、隣接する３つのマイクロレンズｒ（-２）・ｒ（-１）・ｒ０の曲率半径の平均値であり、Ｒ０は、隣接する３つのマイクロレンズｒ（-１）・ｒ０・ｒ１の曲率半径の平均値であり、Ｒ１は、隣接する３つのマイクロレンズｒ０・ｒ１・ｒ２の曲率半径の平均値であり、Ｒ２は、隣接する３つのマイクロレンズｒ１・ｒ２・ｒ３の曲率半径の平均値である。所定のレンズ基準位置（図６ではマイクロレンズｒ０）からの距離が大きくなるにしたがって、マイクロレンズの曲率半径の平均値が大きくなるので、Ｒ０＜Ｒ１＜Ｒ２＜・・・・Ｒｎ－１＜Ｒｎを満たし、Ｒ０＜Ｒ（-１）＜Ｒ（-２）＜・・・・Ｒ（-ｎ）を満たす。
図７は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置１０に備えられたレンズアレイ３の特徴を説明するための図である。
図７に示すように、表示切替装置１０に備えられたレンズアレイ３の場合、所定のレンズ基準位置（マイクロレンズｒ０）からの距離が大きくなるにしたがって、マイクロレンズの曲率半径の平均値（隣接する３つのマイクロレンズの曲率半径の平均値）が大きくなる。すなわち、レンズアレイ３のマイクロレンズの曲率半径の平均値は外周部に近づく程、大きくなる。このような構成とすることで、画像のクロストークによる画質の低下を改善した表示切替装置１０を実現できる。
図８は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置１０に備えることができる他のレンズアレイ３ａの特徴を説明するための図である。
図８に示すように、表示切替装置１０に備えることができるレンズアレイ３ａの場合、所定のレンズ基準位置（マイクロレンズｒ０）からの距離が大きくなるにしたがって、マイクロレンズの曲率半径の平均値（隣接する３つのマイクロレンズの曲率半径の平均値）が大きくなる。すなわち、レンズアレイ３ａのマイクロレンズの曲率半径の平均値は、中央付近では一定であるが、外周部に近づく程、大きくなる。このような構成とすることで、画像のクロストークによる画質の低下を改善した表示切替装置１０を実現できる。
図９は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置１０に備えられたレンズアレイ３のマイクロレンズＬｎの曲率半径Ｒを決定する方法の一例を示す図である。
図９に示すように、複数の光源１Ａ・１Ｂが配置されている基板９の面（上面）、すなわち、光源平面における所定の位置を光源基準位置Ｃとし、光源基準位置ＣとマイクロレンズＬｎの球面による球の中心とを結ぶ直線と、前記光源平面に垂直な方向とがなす角をθ、光源基準位置Ｃと、レンズアレイ３との距離をＬ、レンズアレイ３を構成する材料の屈折率をｎ、レンズアレイ３の厚みをＴとするとき、曲率半径Ｒは、ｃｏｓθ／Ｌ＋ｎｃｏｓθ／（Ｔ－Ｒ（１－ｃｏｓθ））＝（ｎ－１）／Ｒという式を満たすＲ以上の値であることが好ましい。
図１０は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置１０に備えられたレンズアレイ３のマイクロレンズＬｎの曲率半径Ｒを決定する方法の他の一例を示す図である。
図１０に示すように、複数の光源１Ａ・１Ｂが配置されている基板９の面（上面）、すなわち、光源平面における光源１Ａからの距離と光源１Ｂからの距離が同じである位置を光源基準位置Ｃとし、光源基準位置ＣとマイクロレンズＬｎの球面による球の中心とを結ぶ直線と、前記光源平面に垂直な方向とがなす角をθ、光源基準位置Ｃと、レンズアレイ３との距離をＬ、レンズアレイ３を構成する材料の屈折率をｎ、レンズアレイ３の厚みをＴとするとき、曲率半径Ｒは、ｃｏｓθ／Ｌ＋ｎｃｏｓθ／（Ｔ－Ｒ（１－ｃｏｓθ））＝（ｎ－１）／Ｒという式を満たすＲ以上の値であることが好ましい。
図１１は、図１に図示した実施形態１の表示切替装置１０に備えられたレンズアレイ３のマイクロレンズＬｎの曲率半径Ｒを決定する方法のさらに他の一例を示す図である。
図１１に示すように、複数の光源１Ａ・１Ｂが配置されている基板９の面（上面）、すなわち、光源平面における光源１Ａ及び光源１ＢのうちマイクロレンズＬｎから遠い方の光源１Ａの中心位置を光源基準位置Ｃとし、光源基準位置ＣとマイクロレンズＬｎの球面による球の中心とを結ぶ直線と、前記光源平面に垂直な方向とがなす角をθ、光源基準位置Ｃと、レンズアレイ３との距離をＬ、レンズアレイ３を構成する材料の屈折率をｎ、レンズアレイ３の厚みをＴとするとき、曲率半径Ｒは、ｃｏｓθ／Ｌ＋ｎｃｏｓθ／（Ｔ－Ｒ（１－ｃｏｓθ））＝（ｎ－１）／Ｒという式を満たすＲ以上の値であることが好ましい。
〔実施形態２〕
次に、図１２から図２８に基づき、本発明の実施形態２について説明する。本実施形態の表示切替装置は、レンズアレイのマイクロレンズとして非球面レンズを含む点において、上述した実施形成１とは異なる。その他については実施形態１において説明したとおりである。説明の便宜上、実施形態１の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
図１２は、実施形態２の表示切替装置に備えられた非球面レンズを含むレンズアレイ３ｂの概略的な構成を示す図である。
図１２に示すように、レンズアレイ３ｂにおいては、収差が少ない中央部のマイクロレンズＬ３～Ｌ５は球面レンズで、収差が大きくなる周辺部のマイクロレンズＬ０～Ｌ２・Ｌ６～Ｌ８は非球面レンズで構成されている。
さらに、レンズアレイ３ｂにおいては、マイクロレンズＬ０～Ｌ８が配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置（ここではマイクロレンズＬ４）からの距離が大きくなるにしたがって、非球面レンズの焦点距離の平均値が長くなる部分を含むことが好ましい。
前記構成により、画像のクロストークによる画質の低下を改善した表示切替装置を実現できる。
図１３は、実施形態２の表示切替装置に備えられたレンズアレイにおける非球面レンズの形状の一例を示す図である。
図１３に示すように、レンズアレイ３ｂにおける非球面レンズであるマイクロレンズＬｎの形状は、複数の光源１Ａ・１Ｂが配置されている基板９の面（上面）、すなわち、光源平面における所定の位置を光源基準位置Ｃとすると、光源基準位置Ｃと当該非球面レンズであるマイクロレンズＬｎの所定位置とを結ぶ直線を中心軸とする線対称な曲面を含む形状であってもよい。
図１４は、実施形態２の表示切替装置に備えることができる楕円形状の非球面レンズを含むレンズアレイ３ｂ’の概略的な構成を示す図である。
図１４に示すように、表示切替装置は、楕円形状の非球面レンズであるマイクロレンズＬｎ-１～Ｌｎ＋１を含むレンズアレイ３ｂ’を備えていてもよい。楕円形状の非球面レンズは、線対称な曲面が回転楕円体の面である。
図１５は、図１４に図示した楕円形状の非球面レンズの形状を決定する方法の一例を示す図である。
図１５に示すように、レンズアレイ３ｂ’における楕円形状の非球面レンズであるマイクロレンズＬｎの形状は、複数の光源１Ａ・１Ｂが配置されている基板９の面（上面）、すなわち、光源平面における光源１Ａからの距離と光源１Ｂからの距離が同じである位置を光源基準位置Ｃとすると、光源基準位置Ｃと当該楕円形状の非球面レンズであるマイクロレンズＬｎの所定位置とを結ぶ直線を中心軸とする線対称な曲面を含む形状であってもよい。
図１６は、図１４に図示した楕円形状の非球面レンズの形状を決定する方法の他の一例を示す図である。
図１６に示すように、レンズアレイ３ｂ’における楕円形状の非球面レンズであるマイクロレンズＬｎの形状は、複数の光源１Ａ・１Ｂが配置されている基板９の面（上面）、すなわち、光源平面における光源１Ａ及び光源１ＢのうちマイクロレンズＬｎから遠い方の光源１Ａの中心位置を光源基準位置Ｃとすると、光源基準位置Ｃと当該楕円形状の非球面レンズであるマイクロレンズＬｎの所定位置とを結ぶ直線を中心軸とする線対称な曲面を含む形状であってもよい。
図１７は、非球面レンズの形状毎の画像のクロストークの改善効果を示す図である。
図１７に示すように、サンプル１は、非球面レンズであるマイクロレンズＬｎの形状が、光源から近い方は球面（図中点線で示す）から＋の量でずらし球面に対して膨らむ形状を有し、光源から遠い方は球面形状を有する。サンプル２は、非球面レンズであるマイクロレンズＬｎの形状が、光源から近い方は球面（図中点線で示す）から－の量でずらし球面に対して凹む形状を有し、光源から遠い方は球面形状を有する。サンプル３は、参考例としての球面レンズである。サンプル４は、非球面レンズであるマイクロレンズＬｎの形状が、光源から近い方は球面形状を有し、光源から遠い方は球面（図中点線で示す）から＋の量でずらし球面に対して膨らむ形状を有する。サンプル５は、非球面レンズであるマイクロレンズＬｎの形状が、光源から近い方は球面形状を有し、光源から遠い方は球面（図中点線で示す）から－の量でずらし球面に対して凹む形状を有する。
サンプル１とサンプル５では、画像のクロストークの改善効果は得られず、悪化したが、サンプル２とサンプル４では、画像のクロストークの改善効果が得られた。
図１８は、実施形態２の表示切替装置に備えることができる他の非球面レンズを含むレンズアレイ３ｃの概略的な構成を示す図である。
図１８に示す非球面レンズを含むレンズアレイ３ｃの場合、光源から近い方は球面（図中点線で示す）から－の量でずらし球面に対して凹む形状を有し、光源から遠い方は球面（図中点線で示す）から＋の量でずらし球面に対して膨らむ形状を有する。このような形状を有する非球面レンズを含むレンズアレイ３ｃの場合、図１７の結果からも予測できるように、画像のクロストークのより大きい改善効果を得ることができる。
なお、非球面レンズを含むレンズアレイは、マイクロレンズが配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置からの距離が大きくなるにしたがって、前記非球面レンズの球面形状からのずれの平均値が大きくなる部分を含むことが好ましい。
図１９は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができるレンズアレイを示す平面図である。
図１９に示すように、レンズアレイ３は、マイクロレンズＬ０～Ｌ４として、１次元（１Ｄ）シリンドリカルレンズを備えていてもよい。
図２０は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができる他のレンズアレイの一例を示す平面図である。
図２０に示すように、レンズアレイ３ｄは、２次元（２Ｄ）ハニカム形状のマイクロレンズＬ１～Ｌ７を備えていてもよい。
図２１は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができるさらに他のレンズアレイの一例を示す平面図である。
図２１に示すように、レンズアレイ３ａは、２次元（２Ｄ）マトリクス形状のマイクロレンズＬ１～Ｌ９を備えていてもよい。
図２２は、実施形態１及び２の表示切替装置に備えられたレンズアレイ３ｆにおいて光源基準位置Ｃを決定する方法の一例を示す図である。
図２２に示すように、光源基準位置Ｃは、複数の光源Ｇ１～Ｇ４の重心の位置であってもよく、レンズ基準位置は、複数の光源Ｇ１～Ｇ４の重心の位置（光源基準位置Ｃ）からレンズアレイ面へ下した垂線と、当該レンズアレイ面との交点であってもよい。さらには、図１６に図示するように、それぞれのマイクロレンズＬｎに対応する光源基準位置Ｃは、当該マイクロレンズＬｎから最も遠い位置にある光源の位置であってもよい。
図２３は、実施形態１及び２の表示切替装置に備えられたレンズアレイ３ｇにおいて光源基準位置Ｃを決定する方法の他の一例を示す図である。
図２３に示すように、光源基準位置Ｃは、複数の光源Ｇ１～Ｇ８の重心の位置であってもよく、レンズ基準位置は、複数の光源Ｇ１～Ｇ８の重心の位置（光源基準位置Ｃ）からレンズアレイ面へ下した垂線と、当該レンズアレイ面との交点であってもよい。さらには、図１６に図示するように、それぞれのマイクロレンズＬｎに対応する光源基準位置Ｃは、当該マイクロレンズＬｎから最も遠い位置にある光源の位置であってもよい。
図２４は、実施形態１及び２の表示切替装置に備えられたレンズアレイ３ｈにおいて光源基準位置Ｃを決定する方法のさらに他の一例を示す図である。
図２４に示すように、光源基準位置Ｃは、複数の光源Ｇ１～Ｇ９の重心の位置であってもよく、レンズ基準位置は、複数の光源Ｇ１～Ｇ９の重心の位置（光源基準位置Ｃ）からレンズアレイ面へ下した垂線と、当該レンズアレイ面との交点であってもよい。さらには、図１６に図示するように、それぞれのマイクロレンズＬｎに対応する光源基準位置Ｃは、当該マイクロレンズＬｎから最も遠い位置にある光源の位置であってもよい。
図２５は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができるレンズアレイの第１変形例を示す断面図である。
図２５に示すレンズアレイ３ｉは、マイクロレンズＬ０～Ｌ４が配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置（ここではマイクロレンズＬ２）からの距離が大きくなるにしたがって、マイクロレンズの厚みが小さくなる部分を含む。
図２６は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができるレンズアレイの第２変形例を示す断面図である。
図２６に示すレンズアレイ３ｊは、マイクロレンズＬ０～Ｌ４が配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置（ここではマイクロレンズＬ０）からの距離が大きくなるにしたがって、マイクロレンズの厚みが小さくなる部分を含む。
図２７は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができるレンズアレイの第３変形例を示す断面図である。
図２７に示すレンズアレイ３ｋは、図示していない複数の光源から遠い方の面が平面である。
図２８は、実施形態１及び２の表示切替装置に用いることができるレンズアレイの第４変形例を示す断面図である。
図２８に示すレンズアレイ３ｌは、複数のマイクロレンズＬ０～Ｌ４の頂点が同一平面上にある。
〔実施形態３〕
次に、図２９から図３１に基づき、本発明の実施形態３について説明する。本実施形態の表示切替システム６０・６０ａ・６０ｂは、上述した実施形態１から３における表示切替装置を複数備えている。説明の便宜上、実施形態１から３の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
図２９は、実施形態３の表示切替システム６０の概略的な構成を示す図である。
図２９に示す表示切替システム６０においては、複数の表示切替装置１０が左右方向または上下方向に連結され、表示切替装置１０の表示部が隣接して並べて配置されている。
図３０は、実施形態３の表示切替システムの変形例の概略的な構成を示す図である。
図３０に示す表示切替システム６０ａにおいては、複数の表示切替装置１０ｂ・１０ｃ・１０ｄ・１０ｅが２次元的に連結され、各表示切替装置の表示部が隣接して並べて配置されている。
図３１は、実施形態４の表示切替システムの他の変形例の概略的な構成を示す図である。
図３１に示す表示切替システム６０ｂにおいては、複数の表示切替装置１０ｆ・１０ｇ・１０ｈ・１０ｉ・１０ｊが任意形状に連結され、各表示切替装置の表示部が隣接して並べて配置されている。
前記構成によれば、大きい表示や、任意形状の表示が可能な表示切替システム６０・６０ａ・６０ｂを実現できる。
〔実施形態４〕
次に、図３２に基づき、本発明の実施形態４について説明する。本実施形態においては、表示切替装置１０を備えたスイッチ７０について説明する。説明の便宜上、実施形態１から３の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
図３２は、表示切替装置１０を備えた実施形態４のスイッチ７０の概略的な構成を示す図である。
なお、図３２に示すように、スイッチ７０は、外光を吸収する光吸収部材７２をさらに備えていてもよい。光吸収部材７２は、表示切替装置１０の表示部４の画素領域以外と平面視において重畳するように設けられている。
なお、図示してないが、静止図柄としてＯＮ及びＯＦＦを含む表示切替装置または表示切替システムは、前記表示切替装置または前記表示切替システムに対するユーザの操作を検知する機能を備えることで、スイッチとして使用することができる。
前記構成によれば、画像のクロストークによる画質の低下を改善したスイッチを実現することができる。
さらに、上述したスイッチを備えた電気機器は、前記スイッチにより動作が行われる。
前記構成によれば、電気機器における各種スイッチまたはボタンの表面における画像のクロストークによる画質の低下の改善や該電気機器が備える表示画面などにおける画像のクロストークによる画質の低下の改善を行うことができる。なお、電気機器としては、例えば、遊技機、車載装置、家庭用電気機器、エレベーターなどを一例に挙げることができるが、これに限定されることはない。
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。
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、Ｇ 光源
３、３ａ、３ｂ、３ｂ’、３ｃ～３ｌ レンズアレイ
４ 表示部
４Ａ、４Ｂ，４Ａ’、４Ｂ’、４Ａ’’、４Ｂ’’ 画素領域
５ 光拡散部材
６ 筐体
９ 基板
１０、１０ａ、１１～１４、１４ａ、１５～１９ 表示切替装置
６０、６０ａ、６０ｂ 表示切替システム
７０ スイッチ
Ｌ０～Ｌ４、Ｌｎ マイクロレンズ

Claims (18)

  1. 複数の光源からの光の照射を切り替えることによって表示画像を切り替える表示切替装置であって、
    複数のレンズが配列されたレンズアレイと、
    表示部とを備え、
    前記表示部は、
    複数の前記光源群から出射された光のそれぞれが、前記レンズアレイのそれぞれの前記レンズによって集光される光が通る領域を含んで配置される複数の画素領域と、
    を備え、
    前記画素領域のそれぞれにおける透過率が所定の静止図柄に対応して設定されており、
    前記レンズは球面レンズであり、
    前記レンズアレイは、前記レンズが配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置からの距離が大きくなるにしたがって、前記レンズの曲率半径の平均値が大きくなる部分を含む表示切替装置。
  2. 複数の前記光源が配置されている光源平面における所定の位置を光源基準位置とし、
    前記光源基準位置と前記レンズの球面による球の中心とを結ぶ直線と、前記光源平面に垂直な方向とがなす角をθ、
    前記光源基準位置と、前記レンズアレイとの距離をＬ、
    前記レンズアレイを構成する材料の屈折率をｎ、
    前記レンズアレイの厚みをＴとするとき、
    前記曲率半径は、
    ｃｏｓθ／Ｌ＋ｎｃｏｓθ／（Ｔ－Ｒ（１－ｃｏｓθ））＝（ｎ－１）／Ｒ
    という式を満たすＲ以上の値である請求項１に記載の表示切替装置。
  3. 複数の光源からの光の照射を切り替えることによって表示画像を切り替える表示切替装置であって、
    複数のレンズが配列されたレンズアレイと、
    表示部とを備え、
    前記表示部は、
    複数の前記光源群から出射された光のそれぞれが、前記レンズアレイのそれぞれの前記レンズによって集光される光が通る領域を含んで配置される複数の画素領域と、
    を備え、
    前記画素領域のそれぞれにおける透過率が所定の静止図柄に対応して設定されており、
    前記レンズは非球面レンズを含む表示切替装置。
  4. 前記レンズアレイは、前記レンズが配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置からの距離が大きくなるにしたがって、前記非球面レンズの焦点距離の平均値が長くなる部分を含む請求項３に記載の表示切替装置。
  5. 前記レンズアレイは、前記レンズが配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置からの距離が大きくなるにしたがって、前記非球面レンズの球面形状からのずれの平均値が大きくなる部分を含む請求項３または４に記載の表示切替装置。
  6. 複数の前記光源が配置されている光源平面における所定の位置を光源基準位置とすると、
    前記非球面レンズの形状は、前記光源基準位置と当該非球面レンズの所定位置とを結ぶ直線を中心軸とする線対称な曲面を含む請求項３から５の何れか１項に記載の表示切替装置。
  7. 前記線対称な曲面が回転楕円体の面である請求項６に記載の表示切替装置。
  8. 前記レンズ基準位置は、前記レンズアレイの重心の位置である請求項１、２、４、５の何れか１項に記載の表示切替装置。
  9. 前記レンズ基準位置は、複数の前記光源の重心の位置から前記レンズアレイ面へ下した垂線と、当該レンズアレイ面との交点である請求項１、２、４、５の何れか１項に記載の表示切替装置。
  10. 前記光源基準位置は、複数の前記光源の重心の位置である請求項２、６、７の何れか１項に記載の表示切替装置。
  11. それぞれの前記レンズに対応する前記光源基準位置は、当該レンズから最も遠い位置にある前記光源の位置である請求項２、６、７の何れか１項に記載の表示切替装置。
  12. 前記レンズアレイの厚みが一定である請求項１から１１の何れか１項に記載の表示切替装置。
  13. 複数の光源からの光の照射を切り替えることによって表示画像を切り替える表示切替装置であって、
    複数のレンズが配列されたレンズアレイと、
    表示部とを備え、
    前記表示部は、
    複数の前記光源群から出射された光のそれぞれが、前記レンズアレイのそれぞれの前記レンズによって集光される光が通る領域を含んで配置される複数の画素領域と、
    を備え、
    前記画素領域のそれぞれにおける透過率が所定の静止図柄に対応して設定されており、
    前記レンズアレイは、前記レンズが配列されるレンズアレイ面における所定のレンズ基準位置からの距離が大きくなるにしたがって、前記レンズの厚みが小さくなる部分を含む表示切替装置。
  14. 前記レンズアレイの複数の前記光源から遠い方の面が平面である請求項１３に記載の表示切替装置。
  15. 複数の前記レンズの頂点が同一平面上にある請求項１３に記載の表示切替装置。
  16. 請求項１から１５の何れか１項に記載の表示切替装置を複数備え、
    前記表示切替装置の前記表示部が隣接して並べて配置される表示切替システム。
  17. 請求項１から１５の何れか１項に記載の表示切替装置を備え、前記表示切替装置に対するユーザの操作を検知するスイッチ。
  18. 請求項１７に記載のスイッチを備え、前記スイッチにより動作が行われる電気機器。
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