JP6604282B2 - 光デバイス及び光システム - Google Patents

Description

本発明は、光デバイス及び光システムに関する。

二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、画像表示面に離間して配置されたマイクロレンズアレイとから構成され、画像表示面から出射される光をマイクロレンズアレイの表示部とは反対側に位置する空間中の結像面に結像して、立体的二次元画像を表示する立体的二次元画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１ 特開２００１−２５５４９３号公報

光を偏向する複数の偏向部を導光板に設け、当該複数の偏向部によって、導光板外に位置する像を形成する光束を提供することができる。ここで、導光板において偏向部が占める面積が大きくなるほど、製造コストが高くなる。また、導光板において偏向部が占める面積が大きくなるほど、導光板の全体の透光性が低くなる。

第１の態様においては、光デバイスは、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を偏向して、前記導光板外の空間上に像を形成する光を前記出射面から出射させる複数の偏向部とを備え、複数の偏向部は、それぞれ前記空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は前記空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の光を、前記出射面から出射させ、収束点又は収束線は前記複数の偏向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前記空間上に前記像が形成され、複数の偏向部のそれぞれにおいて、それぞれの偏向部が前記出射面から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが前記空間上の特定の観察位置を通過し、複数の偏向部のうちの少なくとも１つ偏向部は、前記導光板が光を導く方向に直交する面内において、当該偏向部の一方の端部と前記収束点又は収束線とを結ぶ第１の線が、前記収束点又は収束線と前記観察位置とを結ぶ第２の線と予め定められた角度以下の角度をなすように、前記第２の線又は前記第２の線の延長線が前記導光板と交わる位置と前記一方の端部との間に形成されている。

複数の偏向部のそれぞれは、前記導光板が光を導く方向に直交する面内において、少なくとも１つの偏向部の偏向部の他方の端部と前記収束点又は収束線とを結ぶ第３の線が、前記第２の線と予め定められた角度以下の角度をなすように、前記第２の線又は前記第２の線の延長線が前記導光板と交わる位置と前記他方の端部との間に形成されていてよい。

複数の偏向部は、前記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いてよい。

前記複数の偏向部のうちの少なくとも１つの偏向部は、前記導光板が光を導く方向に直交する面内において、前記収束点又は収束線に収束する又は前記収束点又は収束線から発散する光の光軸に対応する位置を境界に、一方の端部側の第１部分と他方の端部側の第２部分とを有し、記第１部分から出射する光は、前記第２部分から出射する光とは、前記光軸について非対称性を有してよい。

複数の偏向部のうちの少なくとも１つの偏向部は、前記導光板が光を導く方向に直交する面内において、前記収束点又は収束線に収束する又は前記収束点又は収束線から発散する光の光軸に対応する位置を境界に、一方の端部側の第１部分と他方の端部側の第２部分とを有し、導光板が光を導く方向に直交する面内において、前記出射面に平行な方向における前記第１部分は、前記出射面に平行な方向における前記第２部分と、長さについて非対称性を有する。

導光板が導光する光は、前記出射面に平行な面内において、実質的に平行光であり、前記第１部分及び前記第２部分はそれぞれ、入射した光を偏向する複数の偏向面を有し、第１部分が有する前記複数の偏向面と、前記第２部分が有する前記複数の偏向面とは、前記収束点又は収束線と前記観察位置とを結ぶ線に対応する位置を境界に、前記偏向面の向きが非対称性を有してよい。

複数の偏向部のうち前記導光板の端部側に位置する偏向部における前記非対称性の度合いは、前記複数の偏向部のうち前記導光板の中央側に位置する偏向部における前記非対称性の度合いより、大きくてよい。

第２の態様においては、光デバイスは、出射面に平行な面内で光を導く導光板と、前記出射面に平行な面内に２次元的に配置され、それぞれ前記導光板によって導かれている光を偏向して、空間上の像を形成する光を前記出射面から出射させる複数の偏向部とを備え、複数の偏向部のそれぞれが、前記複数の偏向部のそれぞれに入射した光を、前記出射面に平行な面内で前記導光板の導光方向に直交する方向に前記像に応じた強度分布を持つ光に広げて前記出射面から出射させることによって、前記導光方向に直交する方向に沿って配置された前記複数の偏向部からの光の集まりによって、前記像から発散する方向の光が形成され、複数の偏向部のそれぞれが前記出射面から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが、前記空間上の特定の観察位置を通過する。

第３の態様においては、光デバイスは、出射面に平行な面内で光を導く導光板と、出射面に平行な面内に２次元的に配置され、それぞれ前記導光板によって導かれている光を偏向して、空間上の像を形成する光を前記出射面から出射させる複数の偏向部とを備え、複数の偏向部のそれぞれが、前記複数の偏向部のそれぞれに入射した光を、前記像に応じた強度分布の光に２次元的に広げて前記出射面から出射させることによって、同一直線上にない３つ以上の偏向部からの光の集まりによって、前記像から発散する方向の光が形成され、複数の偏向部のそれぞれが前記出射面から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが、前記空間上の特定の観察位置を通過する。

像上の任意の点と前記観察位置とを結ぶ線上又は延長線上に、前記複数の偏向部のうちの１つの偏向部が設けられていてよい。

複数の偏向部のそれぞれは、前記導光板の表面又は内部に設けられ、前記導光板によって導かれている光を反射、屈折又は回折させる、前記出射面に対して傾いた偏向面の１つ又は複数の集合を有してよい。

偏向面の少なくとも１つは、異なる方向を向く複数の平面又は曲面を有してよい。

偏向面のうちの少なくとも１つは、前記出射面に平行な面に投影した場合に、前記導光板の導光方向に直交する方向に延伸する、折れ線又は曲線の形状を持ってよい。

前記導光板により導かれる光を発する光源をさらに備えてよい。

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。

第１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。 偏向部３０ａが含む反射面３１ａと、偏向部３０ｂが含む反射面３１ｂと、偏向部３０ｃが含む反射面３１ｃとを示す。 表示装置１０のｘｚ断面を概略的に示す。 表示装置１０において追加の観察位置３８２を定めた場合のｘｚ断面を示す。 表示装置１０において像を視認できる観察位置を特定範囲に限定した場合のｘｚ断面を示す。 図３の一部を拡大して示す。 表示装置１０の比較例としての表示装置７００を示す。 表示装置１０の変形例としての表示装置１０Ａのｘｚ断面を示す。 表示装置１０Ａの比較例としての表示装置９００を示す。 表示装置１０の変形例としての表示装置１０Ｂのｘｚ断面を示す。 偏向部３０の変形例としての偏向部１３０及び偏向部１３２を概略的に示す。 第２実施形態における表示装置２１０を、空間上に形成される像と共に概略的に示す。 表示装置２１０のｙｚ平面の断面を概略的に示す。 偏向部２３０が有する光素子２３１の一例を概略的に示す。 特定の観察位置に向かう光を提供する偏向部２３０を模式的に示す。 反射面４０ａ及び反射面４１ｂと観察位置３８０との関係を示す。 偏向部２３０の変形例としての偏向部３３０を模式的に示す。 偏向部２３０の変形例としての偏向部２３０Ａを模式的に示す斜視図である。 偏向部２３０Ａの変形例としての偏向部２３０Ｇを形成する方法を説明する図である。 偏向部２３０Ａの変形例としての偏向部２３０Ｇを形成する方法を説明する図である。 光素子２３１の形状の他の例を模式的に示す。 ｘｙ面内における光素子２３１の配置例を模式的に示す。 光素子２３１の反射面の形状の他の例を模式的に示す。 光素子２３１の反射面の形状の他の例を模式的に示す。 表示装置１０の変形例としての表示装置２０１０が形成する像１６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、第１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。実施形態の説明に用いる図面は、分かり易く説明することを目的として、概略的又は模式的である場合がある。また、図面は、実際のスケールで描かれていない場合がある。また、立体像を含む図面は、空間に形成される像の位置を分かり易く示すために、必ずしも観察者の位置から見た場合の図ではなく、観察者とは異なる位置から見た図を示す場合がある。

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、光を出射する出射面７１を有する。出射面７１は、表示装置１０の表示面となる。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、導光板７０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、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。

導光板７０は、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に入射する。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。

導光板７０の背面７２には、偏向部３０ａ、偏向部３０ｂ、偏向部３０ｃ及び偏向部３０ｄを含む複数の偏向部３０が形成されている。偏向部３０はｘ軸方向に実質的に連続して形成されている。偏向部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。偏向部３０は、偏向部３０の各位置に入射した光を、偏向部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、偏向部３０の一部として、偏向部３０ａ、偏向部３０ｂ、偏向部３０ｃ及び偏向部３０ｄが特に示され、偏向部３０ａ、偏向部３０ｂ、偏向部３０ｃ及び偏向部３０ｄのそれぞれにおいて、偏向部３０ａ、偏向部３０ｂ、偏向部３０ｃ及び偏向部３０ｄ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、偏向部３０ａは、像６上の定点ＰＡに対応する。偏向部３０ａの各位置からの光線は、定点ＰＡに収束する。したがって、偏向部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、偏向部３０ｂは、像６上の定点ＰＢに対応し、偏向部３０ｂからの各位置からの光線は、定点ＰＢに収束する。また、偏向部３０ｃは、像６上の定点ＰＣに対応し、偏向部３０ｃからの各位置からの光線は、定点ＰＣに収束する。また、偏向部３０ｄは、像６上の定点ＰＤに対応し、偏向部３０ｃからの各位置からの光線は、定点ＰＤに収束する。このように、任意の偏向部３０の各位置からの光線は、偏向部３０に対応する定点に実質的に収束する。これにより、任意の偏向部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。各偏向部３０が対応する定点は互いに異なり、偏向部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。

本実施形態において、偏向部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。反射面は、偏光面の一例である。図２には、偏向部３０ａが含む複数の反射面のうちの１つの反射面３１ａと、偏向部３０ｂが含む複数の反射面のうちの１つの反射面３１ｂと、偏向部３０ｃが含む複数の反射面のうちの１つの反射面３１ｃとが示されている。導光板７０により導かれている光のうち、反射面３１ａに入射した光は反射面３１ａで反射し、出射面７１を通過してＰＡに向かう。また、導光板７０により導かれている光のうち、光反射面３１ｂに入射した光は、反射面３１ｂで反射し、出射面７１を通過してＰＢに向かう。また、導光板７０により導かれている光のうち、反射面３１ｃに入射した光は、反射面３１ｃで反射し、出射面７１を通過してＰＣに向かう。

１つの偏向部３０が有する反射面は、互いに向きが異なり、それぞれ入射光を偏向部３０に対応する１つの定点に向けて反射する。このように、偏向部３０がそれぞれ有する反射面の反射光は、偏向部３０に対応する１つの定点に収束する。例えば、偏向部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、偏向部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、偏向部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。同様に、偏向部３０ｄ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ＰＤ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。偏向部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、偏向部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、偏向部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、偏向部３０ａは、線１９０ａに沿って形成されている。偏向部３０ｂは、線１９０ｂに沿って形成されている。偏向部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。他の任意の偏向部３０も同様に、それぞれ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、偏向部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、偏向部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、像を形成する定点を導光板７０の背面７２側に設ける場合、背面７２側の定点に対応する偏向部３０は、定点から発散する方向の光を出射面７１から出射させればよい。例えば、背面７２側の定点に対応する偏向部３０には、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から出射させるように、反射面を形成すればよい。

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、偏向部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、偏向部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、偏向部３０ａによる光は、ＰＡを含み、ｙｚ面に平行かつ出射面７１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、偏向部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。しかし、観察者には収束線に収束する又は収束線から発散する光のうち、観察者の眼に向かう一部の光のみが見えるので、観察者には像６を視認できる。

図３は、表示装置１０のｘｚ断面を概略的に示す。図３を用いて、偏向部３０ａ及び偏向部３０ｄのそれぞれの偏向部３０が形成される範囲を説明する。ここで、偏向部３０が形成される範囲とは、ｘ軸方向において反射面３１が形成される最大の範囲のことをいう。例えば、図３において、偏向部３０ａに含まれる複数の反射面は、偏向部３０ａの一方の端部２０１と偏向部３０ａの他方の端部２０３との間に設けられる。なお、図３には、偏向部３０が出射する光線及び観察位置３８０が示されている。図３は、光線及び観察位置３８０をｘｙ面に投影したものを示す。

図３において、線２１２は、定点ＰＡと観察位置３８０とを通る直線である。線２１１は、定点ＰＡと偏向部３０ａの一方の端部２０１とを通る直線である。線２１１は、線２１２と角度θ２をなす。線２１３は、定点ＰＡと偏向部３０ａの他方の端部２０３とを通る直線である。線２１３は、線２１２と角度θ２をなす。

したがって、偏向部３０ａに含まれる各反射面３１について、それぞれの反射面３１と定点ＰＡとを結ぶ線は、線２１２と角度θ２以下の角度をなす。したがって、定点ＰＡからの光は、観察位置３８０を中心として特定の範囲を通過する。なお、角度θ２は、予め定められた角度である。角度θ２は、設計上定められた角度である。角度θ２は、設計上定められた上限の角度であってよい。

このように、偏向部３０ａは、偏向部３０ａが出射面７１から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが導光板７０外の空間上の特定の観察位置３８０を通過するように設けられる。偏向部３０ａは、偏向部３０ａが出射する光に含まれる光線が、観察位置３８０を含む所定範囲を通過するように設けられる。

図３において、Ｌ３１２は、定点ＰＤと観察位置３８０とを通る直線である。Ｌ３１１は、定点ＰＤと偏向部３０ｄの一方の端部３０１とを通る直線である。Ｌ３１１は、Ｌ３１２と角度θ３をなす。Ｌ３１３は、定点ＰＤと偏向部３０ｄの他方の端部３０３とを通る直線である。Ｌ３１３は、Ｌ３１２と角度θ３をなす。

したがって、偏向部３０ｄに含まれる各反射面３１について、それぞれの反射面３１と定点ＰＤとを結ぶ線は、Ｌ３１２と角度θ３以下の角度をなす。したがって、定点ＰＤからの光は、観察位置３８０を中心として特定の範囲を通過する。なお、角度θ３は、予め定められた角度である。角度θ３は、設計上定められた角度である。角度θ３は、設計上定められた上限の角度であってよい。

このように、偏向部３０ｄは、偏向部３０ｄが出射面７１から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが導光板７０外の空間上の特定の観察位置３８０を通過するように設けられる。偏向部３０ｄは、偏向部３０ｄが出射する光に含まれる光線が、観察位置３８０を含む所定範囲を通過するように設けられる。

偏向部３０ａ及び偏向部３０ｄと同様に、導光板７０に含まれる他の偏向部３０も、それぞれの偏向部３０が出射面７１から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが導光板７０外の空間上の特定の観察位置３８０を通過するように設けられる。また、それぞれの偏向部３０は、偏向部３０が出射する光に含まれる光線が、観察位置３８０を含む所定範囲を通過するように設けられる。これにより、観察位置３８０を含む特定範囲内に観察者の眼がある場合、観察者は、像６の全てを視認することができ、像６の一部が欠けて見えることがない。

なお、観察位置３８０は、表示装置１０が使用される場合に予想される観察者の両眼の中心位置に設定してよい。また、観察位置３８０は、表示装置１０が使用される場合に予想される観察者の両眼の中心位置を通り、ｘｙ面に平行な線上に設定してよい。例えば、表示装置１０が遊技機に使用される場合、遊技機の利用者の両眼の位置は、概略的に定まる。上述したように観察者の眼の位置に応じて偏向部３０を設けることは、観察者の観察位置を想定できる場合に特に有利である。

なお、出射面７１から観察位置３８０までの距離は、５０ｃｍ程度であってよい。出射面７１から観察位置３８０までの距離は、３０ｃｍから１ｍ程度であってよい。このように、観察者の眼が出射面７１の比較的に近くに位置することが想定される場合には、上述したように観察者の眼の位置に応じて偏向部３０を設けることが好ましい。全ての偏向部３０の出射方向を固定すると、観察者の眼が出射面７１の近くに位置する場合には、観察者の眼に届かない光が生じる可能性が高まるからである。

図４は、表示装置１０において追加の観察位置３８２を定めた場合のｘｚ断面を示す。図４に示されるように、偏向部３０ａの端部２０３は、定点ＰＡと端部２０３とを通る直線が、定点ＰＡと観察位置３８２とを通る直線と角度θ２をなす位置に設けられる。また、偏向部３０ｄの端部３０３は、定点ＰＤと端部３０３とを通る直線が、定点ＰＤと観察位置３８２とを通る直線と角度θ３をなす位置に設けられる。

このように、導光板７０に含まれる偏向部３０は、それぞれの偏向部３０が出射面７１から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが導光板７０外の空間上の特定の観察位置３８０及び観察位置３８２を通過するように設けられる。また、それぞれの偏向部３０は、偏向部３０が出射する光に含まれる光線が、観察位置３８０及び観察位置３８２を含む所定範囲を通過するように設けられる。これにより、観察者の眼が当該特定範囲内にある場合、観察者は、像６の全てを視認することができ、像６の一部が欠けて見えることがない。

図３及び図４等に関連して説明したように、偏向部３０は、偏向部３０からの光が特定の観察位置を含む特定範囲内を通過するように設ければよい。これにより、偏向部３０を形成する範囲を限定することができる。そのため、導光板７０において偏向部３０が占める面積を小さくすることができる。したがって、表示装置１０の製造コストを低くすることができる。例えば、背面７２を加工して偏向部３０を形成するための加工コストを低くすることができる。また、導光板７０において偏向部３０が占める面積を小さくすることができるので、導光板７０の全体の透光性を高めることができる。

なお、図３に関連して、１つの観察位置３８０について説明した。また、図４に関連して、２つの観察位置３８０及び観察位置３８２について説明した。しかし、観察位置の数は、１つ又は２つに限られない。観察位置の数は３つ以上であってよい。

図５は、表示装置１０において像を視認できる観察位置を特定範囲に限定した場合のｘｚ断面を示す。線５００は、観察位置３８０を通過し、ｘｙ面に平行な線である。線５００上の点５０１は、観察位置３８０から、ｘ軸マイナス方向に予め定められた距離だけ離れた点である。線５００上の点５０２は、観察位置３８０から、ｘ軸プラス方向に予め定められた距離だけ離れた点である。なお、像を視認できる観察位置は、線５００上に限るものとする。すなわち、観察者の眼は、線５００上に存在するものとする。

偏向部３０ａの端部２０１は、点５０２と定点ＰＡとを結ぶ線の延長線が導光板７０と交わる位置にある。偏向部３０ａの端部２０３は、点５０１と定点ＰＡとを結ぶ線の延長線が導光板７０と交わる位置にある。偏向部３０ｄの端部３０３は、点５０１と定点ＰＤとを結ぶ線の延長線が導光板７０と交わる位置にある。偏向部３０ｄの端部３０１は、点５０２と定点ＰＤとを結ぶ線の延長線が導光板７０と交わる位置にある。

したがって、点５０１と点５０２とを結ぶ線分上に観察者の眼がある場合、観察者は定点ＰＡ及び定点ＰＤの両方を視認できる。一方、点５０１と点５０２とを結ぶ線分を延長した線上に観察者の眼がある場合、観察者には、定点ＰＡも定点ＰＤも視認できない。

偏向部３０ａ及び偏向部３０ｄと同様に、導光板７０に含まれる他の偏向部３０は、それぞれの偏向部３０の一方の端部が点５０１を通過する位置にあり、他方の端部が点５０２を通過する位置にあるように設けられる。これにより、したがって、点５０１と点５０２とを結ぶ線分上に観察者の眼がある場合、観察者は像６の全てを視認することができ、像６の一部が欠けて見えることがない。一方、点５０１と点５０２とを結ぶ線分を延長した線上に観察者の眼がある場合、観察者には、像６は一切見えない。すなわち、図５に示す表示装置１０によれば、観察者は、点５０１と点５０２とを結ぶ線分上に観察者の眼がある場合にのみ、像６を視認できる。当該線分以外の位置に観察者の眼がある場合、観察者は像６のどの点も視認できない。このように、観察位置の眼が出射面７１から特定の距離だけ離れた位置にあることが想定される場合には、観察者が像６の一部しか視認できない位置が生じないように偏向部３０の位置及び範囲を定めることができる。

図６は、図３の一部を拡大して示す。偏向部３０ｄは、線３１２と背面７２との交点ｃを境界として、第１部分６１０及び第２部分６２０を有する。第１部分６１０は、交点ｃより端部３０１側の部分である。第２部分６２０は、交点ｃより端部３０３側の部分である。線３１２は、点ＰＤに収束する光の光軸に相当する。

偏向部３０は、ｘｚ面内において線３１２に対応する位置を中心として、端部側の第１部分６１０と他方の端部側の第２部分６２０とを有する。第１部分６１０から出射する光は、第２部分６２０から出射する光とは、線３１２について対称性を有しない。また、ｘｚ面内において、ｘ軸方向における第１部分６１０の長さｗ１は、ｘ軸方向における第２部分６２０の長さｗ２と異なる。第１部分６１０と第２部分６２０とは、長さについて非対称性を有するといえる。

このように、複数の偏向部３０のうちの少なくとも１つの偏向部３０は、導光板７０が光を導く方向に直交する面内において、収束点又は収束線に収束する又は収束点又は収束線から発散する光の光軸に対応する位置を中心として、一方の端部側の第１部分と他方の端部側の第２部分とを有する。第１部分６１０から出射する光は、第２部分６２０から出射する光とは、光軸について非対称性を有する。例えば、導光板７０が光を導く方向に直交する面内において、出射面７１に平行な方向における第１部分６１０の長さは、出射面７１に平行な方向における第２部分６２０の長さと異なる。

なお、特定の観察位置を定めて偏向部３０を設計した場合、一般に、ｘ軸方向における導光板７０の少なくとも一方の端面側に位置する偏向部３０における非対称性の度合いは、導光板７０の中央側に位置する偏向部３０における非対称性の度合いより、大きくなる。

図７は、表示装置１０の比較例としての表示装置７００を示す。図７は、図６に対応する部分を示す。表示装置７００において、偏向部７３０は、偏向部３０ｄに対応する偏向部である。偏向部７３０は、定点ＰＤから発散する光の発散角が光軸まわりにθとなるように設けられる。偏向部７３０が出射する光の光軸は、ｘｚ面に投影した場合に、出射面に直交する。他の偏向部も同様に、各偏向部が出射する光の光軸は、ｘｚ面に投影した場合に、出射面に直交する。偏向部７３０が出射する光は、光軸に対して対称性を有する。このように、図６に示す偏向部３０から出射する光は、図７の比較例に示す偏向部７３０が出射する光とは、光軸に対する対称性が異なることになる。

また、偏向部７３０においては、交点ｃよりｘ方向マイナス側の部分７１０が出射する光は、ｘｚ面に投影した場合に、交点ｃよりｘ方向プラス側の部分７２０が出射する光と対称性を有する。また、部分７１０の長さｗは、部分７２０の長さと一致する。このように、図６等に関連して説明した偏向部３０の構造は、図７の比較例に示す偏向部とは、光学的に異なる。

なお、偏向部７３０からの光は、観察位置３８０を通過しない。そのため、観察位置３８０にいる観察者は、定点ＰＤを視認することができない。このように、観察位置を考慮せずに偏向部を設けると、像の一部が視認できない観察位置が生じる場合がある。表示装置７００において、観察位置３８０にいる観察者が像６の全部を視認できるようにするためには、図７の点線で示すように、定点ＰＤから発散する光の発散角度を光軸まわりにθ'にまで広げる必要がある。この場合、偏向部を形成する面積が増えてしまう。偏向部の面積が増えると、偏向部を形成するための加工コストが高くなってしまう。また、導光板の全体の透光性が低くなってしまう。

これに対し、上述したように、図１から図６等に関連して説明した表示装置１０によれば、偏向部３０を形成するための加工コストを低くすることができる。また、導光板７０の全体の透光性を高めることができる。

図８は、表示装置１０の変形例としての表示装置１０Ａのｘｚ断面を示す。図８には、ｘｙ面に投影した定点ＰＤ及び光線も示されている。偏向部３０Ａは、表示装置１０における偏向部３０ｄに対応する。第１部分６１０Ａは、表示装置１０における第１部分６１０に対応する。第２部分６２０Ａは、表示装置１０における第２部分６２０に対応する。偏向部３０Ａは、表示装置１０における反射面３１に対応する複数の反射面３１Ａを有する。

図８において、複数の反射面８３１は線で示される。反射面８３１を示す線は、ｘｙ面に平行な面と交わる線を示す。表示装置１０Ａにおいて、導光板７０に入射する光は、ｘｙ面内において略平行光であるとする。すなわち、導光板７０は、ｘｙ面内において、出射面７１に略平行な光を導く。

表示装置１０Ａにおいて、複数の反射面３１Ａの向きは、偏向部３０の中心に対して非対称である。また、複数の反射面３１Ａの向きは、定点ＰＤから発散する光の光軸と導光板７０との交点ｃに対して、非対称である。このように、表示装置１０Ａにおいては、導光板７０が導光する光が実質的に平行光である場合でも、第１部分６１０Ａが有する複数の反射面と、第２部分６２０Ａが有する複数の反射面とは、収束点又は収束線と観察位置とを結ぶ線に対応する位置を中心として、反射面の向きが非対称性を有する。

図９は、表示装置１０Ａの比較例としての表示装置９００を示す。図９は、図８に対応する部分を示す。表示装置９００において、偏向部９３０は、偏向部３０ｄに対応する偏向部である。また、偏向部９３０は、図７の偏向部７３０に対応する。偏向部９３０が出射する光は、図７の偏向部７３０が出射する光と光学的に同様の特性を持つとする。

偏向部９３０は、複数の反射面９３１を有する。図９において、複数の反射面９３１は線で示される。反射面９３１を示す線は、ｘｙ面に平行な面と交わる線を示す。反射面９３１の向きは、定点ＰＤから出射する光軸Ｌと交点ｃについて、対称である。

このように、導光板７０がｘｙ面内で実質的に平行な光を導光する場合において、観察位置を定めずに偏向部９３０を設計した場合には、反射面９３１の向きは交点ｃについて対称となる。これに対し、図８に関連して説明したように、観察位置を定めて偏向部３０を設計した場合には、反射面の向きは交点ｃについて非対称となる。

このように、図８に示す偏向部３０Ａの反射面の構造は、図９の比較例に示す偏向部９３０の反射面の構造とは、対称性が異なることになる。

図１０は、表示装置１０の変形例としての表示装置１０Ｂのｘｚ断面を示す。図１０には、偏向部３０ａに対応する偏向部１０３０ａと、偏向部３０ｄに対応する偏向部１０３０ｄとが示されている。

偏向部１０３０ａは、定点ＰＤから発散する光が光軸Ｌａのまわりに角度θをなすように設けられる。偏向部１０３０ａから出射する光は、観察位置３８０を含む予め定められた範囲を通過する。そのため、偏向部１０３０ａは、表示装置１０Ｂにおいて、定点ＰＡからの光を観察位置３８０に提供する偏向部として適用できる。

光偏向部１０３０ｄにおいて、偏向部１０３０ｄの部分１００１は、部分１００１から出射する光が定点ＰＤで収束し、光軸Ｌｄのまわりに角度θをなすように設けられた部分である。部分１００１から出射する光は、観察位置３８０を通過しない。

そこで、偏向部１０３０ｄは、部分１００１に加えて、ｘ軸マイナス側に部分１００２を含むように設けられる。部分１００２は、部分１００２からの光が観察位置３８０を含む予め定められた領域を通過する位置に存在する。なお、偏向部１０３０ｄは、部分１００１のｘ軸プラス側には、追加の部分は設けられない。このように、観察位置を設定することにより、観察位置を通過する光を出射するために必要な部分にだけ偏向部を設ければよいので、導光板７０において偏向部が形成された面積が著しく増えることを抑制できる。

図１１は、偏向部３０の変形例としての偏向部１３０及び偏向部１３２を概略的に示す。図１１（ａ）は、フレネルレンズの一部により形成された１つの偏向部１３０を概略的に示す。なお、フレネルレンズとして機能する偏向部１３０の複数の屈折面（プリズム面）の間には、隙間が設けられてよい。

図１１（ｂ）に示す偏向部１３２は、偏向部１３０を、ｘ軸方向に沿って複数の部分１４０ａ、部分１４０ｂ、部分１４０ｃ、部分１４０ｄ、部分１４０ｅ、部分１４０ｆ、部分１４０ｇ及び部分１４０ｈに分割したものに対応する。偏向部１３２の各部分１４０のそれぞれからの光は、同一の定点に収束する又は同一の定点から発散する光となる。このように、偏向部を複数の部分に分割することで、像のコントラストが高まる場合がある。なお、反射面やフレネルレンズの他に、偏向部３０として回折格子を用いてもよい。

図１２は、第２実施形態における表示装置２１０を、空間上に形成される像と共に概略的に示す。表示装置２１０において、表示装置１０と同一の符号が付された構成要素は、同様の構成を有する。第２実施形態の説明において、表示装置１０と同様の構成については説明を省略し、その相違点を主として説明する場合がある。

本実施形態において、像６は、出射面７１よりｚ軸プラス側に位置する面９内の「Ａ」の字の像である。面９は、ｘｙ面に平行な面である。表示装置１０は、導光板７０と、光源２２０と、入射光調節部５０とを備える。

光源２２０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。光源２２０からの光は、入射光調節部５０において調整されて、導光板７０への入射光として端面７３に入射する。

導光板７０の背面７２には、偏向部２３０ａ、偏向部２３０ｂ及び偏向部２３０ｃを含む、互いに異なる位置に設けられた複数の偏向部２３０が設けられている。偏向部２３０は、ｘｙ面内において２次元的に設けられる。例えば、偏向部２３０は、ｘｙ面内においてマトリクス状に設けられる。偏向部２３０には、導光板７０によって導かれている光が入射する。

偏向部２３０ａ、偏向部２３０ｂ及び偏向部２３０ｃは、それぞれ導光板７０内を伝播する光を偏向して、それぞれ像６を描く光を出射面７１から出射させる。具体的には、偏向部２３０ａは、像６の各位置に向かう光を、出射面７１から出射させる。偏向部２３０ａは、導光板７０によって導かれている光を偏向してｘｙ面内及びｙｚ面内で広げて、像６の各位置に向かわせる。図１２には、偏向部２３０ａからの光が、像６のいくつかの位置に向けて広がっていく様子が示されている。偏向部２３０ｂ及び偏向部２３０ｃ並びに偏向部２３０の他の偏向部２３０のそれぞれも同様である。偏向部２３０のそれぞれは、背面７２内において微小な領域を占める。偏向部２３０のそれぞれは、像６をｘｙ面内に投影した場合に占める面積より小さい。像６は、それぞれが像６内の各位置に向けて光を広げる多数の偏向部２３０からの光によって、形成される。すなわち、多数の偏向部２３０からの光が、像６から発散する方向の光を形成する。なお、像６を形成する光は、同一直線上にない少なくとも３つの偏向部２３０によって提供されてよい。すなわち、偏向部２３０のそれぞれは、偏向部２３０のそれぞれに入射した光を、像６に応じた強度分布の光に２次元的に広げて出射面から出射させる。これにより、同一直線上にない３つ以上の偏向部２３０からの光が、像６に結像する。このようにして、表示装置２１０は空間上に立体像を投影する。表示装置２１０によれば、同一直線上にない複数の偏向部２３０からの光束の集まりによって、像６から発散する光束を観察者側に提供できる。そのため、観察者はｘ軸方向及びｙ軸方向のどちらの方向から見ても像６を認識できる。

図１３は、表示装置２１０のｙｚ平面の断面を概略的に示す。図１４は、偏向部２３０が有する光素子２３１の一例を概略的に示す。

光源２２０は、例えばＬＥＤ２１を有する。ＬＥＤ２１は、ｘ軸方向に沿って複数設けられる。ＬＥＤ２１の出射光の光軸は、出射面７１に対して角度ηをなす。例えば、ＬＥＤ２１の出射光の光軸と、出射面７１とがなす狭角ηは、約２０°である。ＬＥＤ２１の出射光は、入射光調節部５０に入射する。

入射光調節部５０は、レンズ５１を有する。レンズ５１は、ｘ軸方向に沿って、複数のＬＥＤ２１に対応して１対１に設けられる。レンズ５１のそれぞれは、対応するＬＥＤ２１の出射光の光軸に沿う方向の光の広がりを小さくする。レンズ５１は、ＬＥＤ２１からの出射光を平行光に近づける。例えば、レンズ５１は、ＬＥＤ２１からの出射光のｘｙ面内における広がり角を低減する。また、レンズ５１は、ＬＥＤ２１からの出射光のｙｚ面内における広がり角を低減する。これにより、導光板７０には、平行光により近づけた光を入射することができる。

これにより、ｘｙ面内において、導光板７０によって導かれて導光板７０内の各位置を通過する光束は、導光板７０内の各位置と光源２２０とを結ぶ方向を中心として、所定値より小さい角度で各位置から広がりながら進む光束となる。本明細書において、導光板内又は導光板外のある点を通過して進む光束をその点から出力された光とみなした場合の光の広がりのことを、単に「光の広がり」等と呼ぶ。また、その光の広がりの角度のことを、単に「広がり角」等と呼ぶ。広がり角とは、角度方向の光強度分布において、光強度が最大値の半分となる角度の幅（半値全幅）であってよい。導光板７０によって導かれている光の広がり角は、５°以下であってよい。光の広がり角は、望ましくは１°未満であってよい。ｘｙ面内に投影した場合における光の広がり角が、５°以下であってよく、望ましくは１°未満であってよい。また、ｙｚ面内に投影した場合における光の広がり角も、５°以下であってよく、望ましくは１°未満であってよい。

図１３及び図１４に示されるように、偏向部２３０ａは反射面４０ａを有する。また、偏向部２３０ａは、反射面４０ｂと、反射面４０ｃと、反射面４０ｄと、反射面４０ｅとを有する。反射面４０は、光を偏向する偏向面として機能する光学面の一例である。反射面４０ａ、反射面４０ｂ、反射面４０ｃ、反射面４０ｄ及び反射面４０ｅは、異なる方向を向く曲面である。なお、上述したように、ＬＥＤ２１の光軸を出射面７１に対してｙｚ面内で角度η傾けて設けている。そのため、導光板７０への入射光が平行光に近い場合でも、入射光の光軸がｙ軸に平行である場合と比べて、出射面７１と背面７２とで反射を繰り返しながら導光板７０内を伝搬する光量を増やすことができる。したがって、入射光の光軸がｙ軸に平行である場合と比べて、反射面４０に入射する光量を増やすことができる。

反射面４０ａは、反射面４０ａに入射した光を、反射面４０ａの入射位置に応じて、出射面７１から異なる出射角で出射させる。反射面４０ａは、反射面４０ａに入射した光を、像６のうちの辺６１の範囲に広げる。本実施形態において、辺６１は、ｙ軸に平行な辺である。反射面４０ａからの反射光は、辺６１が存在する方向に向かい、反射面４０ａから辺６１が存在しない方向に向かう光は実質的に存在しない。したがって、反射面４０ａから反射光は、ｙｚ面内において、反射面４０ａから辺６１に向かう角度にのみ実質的に反射光を分布させる。このように、ｙｚ面内において、反射面４０ａは、入射した光を角度方向に強度変調して出射する。反射面４０ａは曲面であるので、反射面４０ａへの入射光が平行光である場合でも、像を描画する線を形成するための光を提供することができる。

また、反射面４０ｂは、反射面４０ｂに入射した光を反射して、反射した光を像６の辺６２の範囲に広げる。辺６２は、Ａの文字を形成するｙ軸マイナス側の辺のうち、辺６１との交点と、最もｘ軸プラス側の端点との間の辺である。また、反射面４０ｃは、反射面４０ｃに入射した光を反射して、反射した光を像６の辺６３の範囲に広げる。辺６３は、Ａの文字を形成するｙ軸プラス側の辺のうち、辺６１との交点と、ｘ軸方向で最もプラス側の端点との間の辺である。反射面４０ｄは、反射面４０ｄに入射した光を反射して、反射した光を像６の辺６４の範囲に広げる。辺６４は、Ａの文字を形成するｙ軸マイナス側の辺のうち、辺６１との交点と、最もｘ軸マイナス側の端点との間の辺である。また、反射面４０ｅは、反射面４０ｅに入射した光を反射して、反射した光を像６の辺６５の範囲に広げる。辺６５は、Ａの文字を形成するｙ軸プラス側の辺のうち、辺６１との交点と、最もｘ軸方向マイナス側の端点との間の辺である。反射面４０ｂ、反射面４０ｃ、反射面４０ｄ及び反射面４０ｅはいずれも曲面であるので、各反射面４０への入射光が平行光である場合でも、像を描画する線を形成するための光を提供することができる。

このように、反射面４０ａは、入射した光を、少なくともｚ軸方向に辺６１の像に応じた強度分布を持つ光に広げて出射させる。反射面４０ｂは、入射した光を、少なくともｘ軸方向に辺６２の像に応じた強度分布を持つ光に広げて出射させる。反射面４０ｃは、入射した光を、少なくともｘ軸方向に辺６３の像に応じた強度分布を持つ光に広げて出射させる。反射面４０ｄは、入射した光を、少なくともｘ軸方向に辺６４の像に応じた強度分布を持つ光に広げて出射させる。反射面４０ｅは、入射した光を、少なくともｘ軸方向に辺６５の像に応じた強度分布を持つ光に広げて出射させる。このように、偏向部２３０ａは、像６における線に向けて反射する複数の反射面を持ち、入射した光を、像６に応じて２次元的又は２方向に強度変調して、出射面７１から出射させる。これにより、１つの偏向部２３０ａが、像６の実質的に全体を通過する光束を提供する。

偏向部２３０ｂは反射面４１ｂを有する。反射面４１ｂは、反射面４０ａと同様に、反射面４１ｂに入射した光を、反射面４１ｂの入射位置に応じて、出射面７１から異なる出射角で出射する。具体的には、反射面４１ｂは、反射面４１ｂで反射した光を、像６のうちの辺６１の範囲に広げる。なお、図１４では、反射面４０ａ及び反射面４１ｂについてのみ示したが、偏向部２３０のそれぞれは、入射した光を辺６１の範囲に広げる反射面を有する。また、偏向部２３０のそれぞれは、偏向部２３０ａと同様に、像６における線に向けて反射する複数の反射面を持つ光素子を持つ。そして、偏向部２３０のそれぞれは、入射した光を、像６に応じて２次元的又は２方向に強度変調して、出射面７１から出射させる。このように、偏向部２３０のぞれぞれは、像６の実質的に全体を通過する光束を提供する。

なお、出射面７１からの出射光は、実際には、出射面７１において屈折する。そのため、偏向部２３０は実際には、出射面７１における屈折を考慮して設計される。しかし、本実施形態では、分かり易く説明することを目的として、出射面７１で屈折が生じないとして説明する。

図１５は、特定の観察位置に向かう光を提供する偏向部２３０を模式的に示す。例えば、辺６２を形成する光は、偏向部２３０ｅ内の特定の反射面と、偏向部２３０ｆ内の特定の反射面からの光によって提供され、偏向部２３０ｄ及び偏向部２３０ｇによっては提供されない。このように、特定の観察位置から見た場合、像６の特定の部位は、複数の偏向部２３０内のうちの特定の偏向部２３０内の特定の部位からの光によって形成される。

表示装置２１０によれば、ｘｙ面内に２次元的に設けられた複数の偏向部２３０のそれぞれが、像６の各部位を通過する光を提供する。そのため、立体像を視認できる範囲が広がる。また、ｘｙ面内の特定箇所から、像６全体の部位を通過する光を提供できるので、立体像を点ではなく面で形成し得る。

図１６は、反射面４０ａ及び反射面４１ｂと観察位置３８０との関係を示す。反射面４０ａは、反射面４０が出射面７１から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが、観察位置３８０を通過するように設けられる。反射面４１ｂは、反射面４０が出射面７１から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが、観察位置３８０を通過するように設けられる。一方、表示装置２００において、観察位置３８０を通過しない位置には、反射面は設けられない。このように、複数の反射面４０、４１は、複数の反射面４０、４１のそれぞれが出射面７１から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが、空間上の特定の観察位置３８０を通過するように設けられる。そのため、第１実施形態における表示装置１０およびその変形例と同様に、導光板７０において反射面４０を形成するべき領域の面積を小さくすることができる。

図１７は、偏向部２３０の変形例としての偏向部３３０を模式的に示す。偏向部３３０は、別個の位置に設けられた複数の光素子３３１を有する。各光素子３３１は、それぞれ単一平面の反射面を持つ。各光素子３３１がそれぞれ有する反射面は、入射した光を、像６のうちの互いに異なる点に向けて光を反射する。

なお、光素子３３１は、全て別個に設けられてよいし、一部が接して設けられてもよい。また、光素子３３１の配置パターンは、偏向部３３０が設けられる位置によって異なってよい。

図１８は、偏向部２３０の変形例としての偏向部２３０Ａを模式的に示す斜視図である。偏向部２３０Ａは、全体として凸形状の反射面を持つ。偏向部２３０Ａは、導光板７０の背面７２に設けられる。偏向部２３０Ａの凸形状の反射面は、導光板７０内を導光する光を偏向して、像６を包含する面９を通過する光束が出射面７１から出射されるように、形成される。

偏向部２３０Ａにおいて、「Ａ」の文字に対応する部分を除いて、反射防止膜１１０が形成されている。偏向部２３０Ａにおいて、反射防止膜１１０が形成された部位に入射した光は実質的に反射しない。偏向部２３０Ａにおいて反射防止膜１１０が形成されていない部位に入射した光だけが実質的に反射する。これにより、偏向部２３０Ａは、入射した光を偏向して、Ａの字の像６を通過する光束を出射面７１から出射させる。反射防止膜１１０は、例えば、背面７２において「Ａ」の文字に対応する領域を除いて黒塗料を塗ることによって形成されてよい。反射防止膜１１０は、「Ａ」の文字に対応する領域を除いて黒塗料を印刷することによって形成されてよい。導光板７０に凸部を形成した後に黒塗料を印刷することで偏向部２３０Ａを形成できるので、偏向部の製造が容易になる。

図１９、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、偏向部２３０Ａの変形例としての偏向部２３０Ｇを形成する方法を説明する図である。偏向部２３０Ｇは、フレネルレンズの一部によって提供される。

導光板７０の背面７２には、フレネルレンズを形成する光学面を、偏向部２３０単位で設ける。図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、偏向部２３０のうちの１つの偏向部２３０Ｇに、フレネルレンズが形成された状態を示す。偏向部２３０のそれぞれのフレネルレンズは、導光板７０内を導光する光を偏向して、像６を包含する面９を通過する光束が出射面７１から出射されるように、形成される。

図２１は、光素子２３１の形状の他の例を模式的に示す。図２１（ａ）は、光素子２３１の斜視図を示す。図２１（ｂ）は、反射面４０をｘｙ面に投影した場合を示す。反射面４０をｘｙ面に投影した場合、反射面４０の外形を画定するｙ軸プラス方向の外形線及びｙ軸マイナス方向の外形線は、同心円の円弧を持つ。なお、ｘｙ面に投影した反射面４０のｙ軸マイナス側の外形線を前側外形線と呼び、ｙ軸プラス方向の外形線を後側外形線と呼ぶ場合がある。反射面４０の前側外形線及び後側外形線は、同心円の円弧である。

図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示す光素子２３１をｚｙ面に平行な平面で切断した場合、反射面４０との交線は直線である。しかし、前側外形線及び後側外形線は曲線であるので、図２１の反射面４０は曲面である。そのため、像の少なくとも一部を形成する線又は面を形成するための光を、１つの反射面４０によって提供することができる。

図２１（ｃ）は、光素子２３１の反射面の形状の他の例を模式的に示す。図２１（ｃ）は、ｘｙ面内に投影した反射面４０の形状を示す。図２１（ｃ）に示す反射面４０は、前側外形線及び後側前側外形線が同心円の円弧である反射面を分割して、複数の部分に分離して設けたものである。

図２２は、ｘｙ面内における光素子２３１の配置例を模式的に示す。図２２（ａ）は、偏向部２３０において、複数の光素子２３１がｙ軸方向に沿って整列して設けられた配置例を示す。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）の変形例として、ｙ軸方向に整列した光素子２３１をｙ軸方向に沿って順に見た場合に、ｘ軸方向に一定量ずつシフトして設けた配置例を示す。図２２（ｃ）は、ｘ軸方向に１つの光素子２３１として連続して設けられた配置例を示す。図２２（ｃ）は、ｘ軸方向に隣接し合う光素子の端部を接続して、１つの光素子として設けたものである。図２２（ｃ）において点線で示す位置が、隣接し合う光素子のｘ軸方向の端部に対応する。

図２３は、光素子２３１の反射面の形状の他の例を模式的に示す。図２３（ａ）は、光素子２３１の斜視図を示す。図２３（ｂ）は、光素子２３１の反射面４０をｘｙ面に投影した場合を示す。光素子２３１は、法線方向が互いに異なる３つの平面で形成される。反射面４０をｘｙ面に投影した場合、前側外形線及び後側前側外形線はそれぞれ、延伸方向が異なる３つの折れ線で形成される。図２３に示す反射面４０は平面であるので、各反射面４０に入射した光は、互いに異なる３つの方向に向かう。そのため、図２３に示す光素子２３１は、像の一部である３点を形成するための光を提供することができる。

図２４は、光素子２３１の反射面の形状の他の例を模式的に示す。図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示す光素子２３１の反射面４０は、図２１（ａ）に示す光素子２３１と異なり、反射面４０のｚ軸プラス側の縁部のｚ軸方向の高さが異なる。反射面４０をｘｚ面に投影した場合、ｚ軸プラス側の縁部は、ｘ軸方向に連続的に変化する。ｙｚ平面に平行な面で反射面４０を切断した場合の反射面４０の直線の長さは、ｘ軸方向に沿って変化する。そのため、反射面４０による反射光の強度は、ｘ軸方向に沿って変化する。そのため、図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示す光素子２３１によれば、輝度がｘ方向に変化する線の像を形成するための光を提供することができる。

図１２から図２４に関連して説明した表示装置２１０又は表示装置２１０の変形例によれば、導光板７０の出射面に平行な面内に２次元的に設けられた複数の偏向部のそれぞれが、立体像内の複数の部位の像を形成する光を提供する。そのため、立体像を視認できる範囲が広がる。また、立体像の少なくとも一部を点ではなく面的に形成することができる。また、図１６に関連して説明したように、偏向部２３０は、偏向部２３０のそれぞれが出射する光に含まれる光線のうちのいずれかが、観察位置３８０を通過するように設けられるので、導光板７０において反射面４０を形成するべき領域の面積を小さくすることができる。

このように、複数の反射面４０、４１は、複数の反射面４０、４１のそれぞれが出射面７１から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが、空間上の特定の観察位置３８０を通過するように設けられる。そのため、第１実施形態における表示装置１０およびその変形例と同様に、導光板７０において反射面４０を形成するべき領域の面積を小さくすることができる。

図２５は、表示装置１０の変形例としての表示装置２０１０が形成する像１６を概略的に示す。像１６は、ボタンを示す像である。像６は、空間上に認識される操作面を表す部分像１７を含む。部分像１７の近傍の物体を検出するセンサを、表示装置２０１０とともに用いることで、バーチャルスイッチとして機能する操作入力装置を提供できる。係る操作入力装置は、ＡＴＭや、車両のインストルメントパネルなどの操作入力装置として利用できる。ＡＴＭや車載装置を利用する利用者の眼の位置は、実質的に固定される。そのため、表示装置２０１０において、上述したように観察位置に応じて偏向部を設計することができる。これにより、偏向部３０を形成するべき領域の面積を小さくすることができる。

なお、表示装置１０及びその変形例、表示装置２１０及びその変形例、並びに表示装置２０１０と同様の構成の表示装置は、遊技機、ＡＴＭ、インストルメントパネル等に限られない。車載用途としては、ダッシュボード用の表示装置やドアミラーを代替する表示装置などに適用できる。

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 像
１０ 表示装置
９ 面
１６ 像
１７ 部分像
２０ 光源、２１ ＬＥＤ
３０ 偏向部
３１ 反射面
４０ 反射面
４１ 反射面
５０ 入射光調節部
５１ レンズ
６１ 辺
６２ 辺
６３ 辺
６４ 辺
６５ 辺
７０ 導光板
７１ 出射面
７２ 背面
７３、７４、７５、７６ 端面
１１０ 反射防止膜
１３０ 偏向部
１３２ 偏向部
１４０ 部分
１９０ 線
２００ 表示装置
２０１ 端部
２０３ 端部
２１０ 表示装置
２１１、２１２、２１３ 線
２２０ 光源
２３０、３３０ 偏向部
２３１、３３１ 光素子
３０１ 端部
３０３ 端部
３１２ 線
３８０ 観察位置
３８２ 観察位置
５００ 線
５０１、５０２ 点
６１０ 第１部分、６２０ 第２部分
７００ 表示装置
７１０ 部分
７２０ 部分
７３０ 偏向部
８３１ 反射面
９００ 表示装置
９３０ 偏向部
９３１ 反射面
１００１ 部分
１００２ 部分
１０３０ 偏向部
２０１０ 表示装置

Claims (11)

1. 出射面に平行な面内で光を導く導光板と、
   前記導光板によって導かれている光を偏向して、前記導光板外の空間上に像を形成する光を前記出射面から出射させる複数の偏向部と
   を備え、
   前記複数の偏向部は、それぞれ前記空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は前記空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の光を、前記出射面から出射させ、
   前記収束点又は収束線は前記複数の偏向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前記空間上に前記像が形成され、
   前記複数の偏向部のそれぞれにおいて、それぞれの偏向部が前記出射面から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが前記空間上の特定の観察位置を通過し、
   前記複数の偏向部のうちの少なくとも１つ偏向部は、前記導光板が光を導く方向に直交する面内において、当該偏向部の一方の端部と前記収束点又は収束線とを結ぶ第１の線が、前記収束点又は収束線と前記観察位置とを結ぶ第２の線と予め定められた角度以下の角度をなすように、前記第２の線又は前記第２の線の延長線が前記導光板と交わる位置と前記一方の端部との間に形成されており、
   前記複数の偏向部のうちの少なくとも１つの偏向部は、前記導光板が光を導く方向に直交する面内において、前記収束点又は収束線に収束する又は前記収束点又は収束線から発散する光の光軸に対応する位置を境界に、一方の端部側の第１部分と他方の端部側の第２部分とを有し、
   前記第１部分から出射する光は、前記第２部分から出射する光とは、前記光軸について非対称性を有する
   光デバイス。
2. 出射面に平行な面内で光を導く導光板と、
   前記導光板によって導かれている光を偏向して、前記導光板外の空間上に像を形成する光を前記出射面から出射させる複数の偏向部と
   を備え、
   前記複数の偏向部は、それぞれ前記空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は前記空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の光を、前記出射面から出射させ、
   前記収束点又は収束線は前記複数の偏向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前記空間上に前記像が形成され、
   前記複数の偏向部のそれぞれにおいて、それぞれの偏向部が前記出射面から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが前記空間上の特定の観察位置を通過し、
   前記複数の偏向部のうちの少なくとも１つ偏向部は、前記導光板が光を導く方向に直交する面内において、当該偏向部の一方の端部と前記収束点又は収束線とを結ぶ第１の線が、前記収束点又は収束線と前記観察位置とを結ぶ第２の線と予め定められた角度以下の角度をなすように、前記第２の線又は前記第２の線の延長線が前記導光板と交わる位置と前記一方の端部との間に形成されており、
   前記複数の偏向部のうちの少なくとも１つの偏向部は、前記導光板が光を導く方向に直交する面内において、前記収束点又は収束線に収束する又は前記収束点又は収束線から発散する光の光軸に対応する位置を境界に、一方の端部側の第１部分と他方の端部側の第２部分とを有し、
   前記導光板が光を導く方向に直交する面内において、前記出射面に平行な方向における前記第１部分は、前記出射面に平行な方向における前記第２部分と、長さについて非対称性を有する
   光デバイス。
3. 前記複数の偏向部のうちの少なくとも１つ偏向部は、前記導光板が光を導く方向に直交する面内において、当該偏向部の他方の端部と前記収束点又は収束線とを結ぶ第３の線が、前記第２の線と予め定められた角度以下の角度をなすように、前記第２の線又は前記第２の線の延長線が前記導光板と交わる位置と前記他方の端部との間に形成されている
   請求項１又は２に記載の光デバイス。
4. 前記複数の偏向部は、前記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いる
   請求項１から３のいずれか一項に記載の光デバイス。
5. 前記導光板が導光する光は、前記出射面に平行な面内において、実質的に平行光であり、
   前記第１部分及び前記第２部分はそれぞれ、入射した光を偏向する複数の偏向面を有し、
   前記第１部分が有する前記複数の偏向面と、前記第２部分が有する前記複数の偏向面とは、前記収束点又は収束線と前記観察位置とを結ぶ線に対応する位置を境界に、偏向面の向きが非対称性を有する
   請求項１から４のいずれか一項に記載の光デバイス。
6. 前記複数の偏向部のうち前記導光板の端部側に位置する偏向部における前記非対称性の度合いは、前記複数の偏向部のうち前記導光板の中央側に位置する偏向部における前記非対称性の度合いより、大きい
   請求項１から５のいずれか一項に記載の光デバイス。
7. 出射面に平行な面内で光を導く導光板と、
   前記出射面に平行な面内に２次元的に配置され、それぞれ前記導光板によって導かれている光を偏向して、空間上の像を形成する光を前記出射面から出射させる複数の偏向部と
   を備え、
   前記複数の偏向部のそれぞれが、前記複数の偏向部のそれぞれに入射した光を、前記出射面に平行な面内で前記導光板の導光方向に直交する方向に前記像に応じた強度分布を持つ光に広げて前記出射面から出射させることによって、前記導光方向に直交する方向に沿って配置された前記複数の偏向部からの光の集まりによって、前記像から発散する方向の光が形成され、
   前記複数の偏向部のそれぞれが前記出射面から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが、前記空間上の特定の観察位置を通過し、
   前記複数の偏向部のそれぞれは、前記導光板の表面又は内部に設けられ、前記導光板によって導かれている光を反射、屈折又は回折させる、前記出射面に対して傾いた偏向面の１つ又は複数の集合を有し、
   前記偏向面のうちの少なくとも１つは、前記出射面に平行な面に投影した場合に、前記導光板の導光方向に直交する方向に延伸する、折れ線又は曲線の形状を持つ
   光デバイス。
8. 出射面に平行な面内で光を導く導光板と、
   前記出射面に平行な面内に２次元的に配置され、それぞれ前記導光板によって導かれている光を偏向して、空間上の像を形成する光を前記出射面から出射させる複数の偏向部と
   を備え、
   前記複数の偏向部のそれぞれが、前記複数の偏向部のそれぞれに入射した光を、前記像に応じた強度分布の光に２次元的に広げて前記出射面から出射させることによって、同一直線上にない３つ以上の偏向部からの光の集まりによって、前記像から発散する方向の光が形成され、
   前記複数の偏向部のそれぞれが前記出射面から出射させる光に含まれる光線のうちのいずれかが、前記空間上の特定の観察位置を通過し、
   前記複数の偏向部のそれぞれは、前記導光板の表面又は内部に設けられ、前記導光板によって導かれている光を反射、屈折又は回折させる、前記出射面に対して傾いた偏向面の１つ又は複数の集合を有し、
   前記偏向面のうちの少なくとも１つは、前記出射面に平行な面に投影した場合に、前記導光板の導光方向に直交する方向に延伸する、折れ線又は曲線の形状を持つ
   光デバイス。
9. 前記像上の任意の点と前記観察位置とを結ぶ線上又は延長線上に、前記複数の偏向部のうちの１つの偏向部が設けられている
   請求項７又は８に記載の光デバイス。
10. 前記偏向面の少なくとも１つは、異なる方向を向く複数の平面又は曲面を有する
    請求項７から９のいずれか一項に記載の光デバイス。
11. 前記導光板により導かれる光を発する光源
    をさらに備える請求項１から１０のいずれか一項に記載の光デバイス。

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