JP7021653B2 - 立体画像表示装置および車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、立体画像を表示させる立体画像表示装置などに関する。

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

しかしながら、特許文献１の技術では、導光板に入射した光のうち、出射面に垂直な面に反射した光（換言すれば、入射面から直接光収束部に到達しなかった光）が迷光となってしまう。その結果、当該迷光により、表示される立体画像にボケが生じたり、コントラストが低下したりして立体画像が不明瞭になってしまうという問題があった。

本発明の一態様は、表示される立体画像が不明瞭になってしまうことを抑制することができる立体画像表示装置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立体画像表示装置は、光源と、前記光源から出射され入射面から入射された光を導光し、導光された光を光路変更部により光路変更させることにより出射面から出射させて空間に第１画像を結像させる第１導光板とを備え、前記出射面を含む平面に対して、該出射面から光が出射される側と反対側の空間を背面側空間とすると、前記第１導光板は、前記入射面から入射した光のうち前記光路変更部によって光路を変更されなかった光を、前記出射面を含む平面よりも前記背面側空間の方向に導光する補助導光部を備える。

上記の構成によれば、第１導光板に入射した光のうち光路変更部によって光路を変更されなかった光を、背面側空間の方向に導光することができる。これにより、第１導光板に入射した光のうち光路変更部によって光路を変更されなかった光が迷光となり光路変更部に光路変更されて観察者側に進行することを防止することができる。その結果、表示される第１画像が不明瞭になってしまうことを抑制することができる。

本発明の一態様に係る立体画像表示装置において、前記補助導光部は、前記導光板における前記入射面に対向する面、および、前記入射面に垂直な面の少なくともいずれか一つに設けられている。

上記の構成によれば、補助導光部が設けられていない場合に比べて、迷光となる光の割合を低減することができる。

本発明の一態様に係る立体画像表示装置において、前記導光板の前記出射面の反対側に設置されている遮光部をさらに備え、前記補助導光部により導光された光が、前記遮光部に対して前記導光板が配置されている側とは反対側の領域に進行する。

上記の構成によれば、補助導光部によって導光された光が、出射面から出射される光の進行方向に出射されることをさらに抑制することができる。

本発明の一態様に係る立体画像表示装置において、前記補助導光部により導光された光が入射され、当該入射された光を用いて第２画像を表示する第２導光板をさらに備える。

上記の構成によれば、光源から出射され光路変更部に直接入射しなかった光を利用して、第２導光板によって第２画像を表示することができる。これにより、光源から出射された光の利用効率を高めることができる。

本発明の一態様に係る立体画像表示装置において、前記補助導光部は、当該補助導光部が導光した光を反射することにより発光する発光部を備える。

上記の構成によれば、光源から出射された光の利用効率を高めることができる。

本発明の一態様に係る車両用灯具は、上記のいずれかの立体画像表示装置を備える。

上記の構成によれば、明瞭な立体画像を表示することができる。

本発明の一態様によれば、表示される立体画像が不明瞭になってしまうことを抑制することができる。

本発明の実施形態１に係る立体画像表示装置の構造を示すものであり、（ａ）は立体画像表示装置の正面図であり、（ｂ）は立体画像表示装置を水平方向に平行な平面で切断した断面図であり、（ｃ）は立体画像表示装置を左右方向に垂直な平面で切断した断面図である。 上記立体画像表示装置が備える立体画像形成部の構造および立体画像形成部による立体画像の結像方法を説明するための図である。 （ａ）は、実施形態１における補助導光部の変形例としての補助導光部を示す水平方向に平行な平面で切断した断面図であり、（ｂ）は、実施形態１における補助導光部のさらなる変形例としての補助導光部を示す水平方向に平行な平面で切断した断面図である。 上記立体画像表示装置の変形例としての立体画像表示装置の構成を示すものであり、（ａ）は立体画像表示装置を水平方向に平行な平面で切断した断面図であり、（ｂ）は立体画像表示装置を左右方向に垂直な平面で切断した断面図である。 上記立体画像表示装置の変形例としての立体画像表示装置を左右方向に垂直な平面で切断した断面図である。 上記立体画像表示装置が備える第２導光板によって立体画像が結像されている様子を示す図である。 上記立体画像表示装置のさらなる変形例としての立体画像表示装置を左右方向に垂直な平面で切断した断面図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（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。

§１ 適用例
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は、立体画像表示装置１０の構造を示すものであり、（ａ）は立体画像表示装置１０の正面図であり、（ｂ）は立体画像表示装置１０を水平方向に平行な平面で切断した断面図であり、（ｃ）は立体画像表示装置１０を左右方向に垂直な平面で切断した断面図である。なお、以降では、説明の便宜上、図１における＋Ｘ方向を前方向、－Ｘ方向を後方向、＋Ｙ方向を上方向、－Ｙ方向を下方向、＋Ｚ方向を左方向、－Ｚ方向を右方向として説明する場合がある。

図１の（ａ）～（ｃ）に示すように、立体画像表示装置１０は、導光板１１（第１導光板）と、光源１２とを備えている。導光板１１は、光源１２から出射され入射面１１ｃから入射された光を導光し、導光された光を光路変更部により光路変更させることにより出射面１１ａから出射させて空間に立体画像Ｉ（第１画像）を結像させる。また、導光板１１は、入射面１１ｃから入射した光のうち光路変更部によって光路を変更されなかった光を、立体画像Ｉの観察者が視認できない方向に導光する補助導光部１１Ｂ～１１Ｄを備える。

上記の構成によれば、導光板１１に入射した光のうち光路変更部によって光路を変更されなかった光を、補助導光部１１Ｂ～１１Ｄによって立体画像Ｉの観察者が視認できない方向に導光することができる。これにより、導光板１１に入射した光のうち光路変更部によって光路を変更されなかった光が迷光となることを防止することができる。その結果、表示される立体画像が不明瞭になってしまうことを抑制することができる。

§２ 構成例
以下、本発明の立体画像表示装置１０の構成例を、図面を参照して説明する。

図１の（ａ）～（ｃ）に示すように、立体画像表示装置１０は、導光板１１と、光源１２とを備えている。光源１２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting diode）光源である。

導光板１１は、光源１２から出射された光を導光し、導光された光を後述する光路変更部により光路変更させることにより空間に立体画像（第１画像）を結像させる。導光板１１は、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、立体画像形成部１１Ａと、補助導光部１１Ｂ～１１Ｄとからなっている。

図２は、立体画像形成部１１Ａの構造および立体画像形成部１１Ａによる立体画像の結像方法を説明するための図である。なお、図２では、説明の便宜上、立体画像表示装置１０が立体画像Ｉの一例として、「ＯＮ」の文字が表示されたボタン形状（＋Ｘ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。

立体画像形成部１１Ａは、立体画像を結像するための光路変更部が形成されている領域である。図２に示すように、立体画像形成部１１Ａは、光を出射する出射面１１ａ（光出射面）と、出射面１１ａとは反対側の背面１１ｂと、光源１２から出射された光が導光板１１に入射する入射面１１ｃとを備えている。

立体画像形成部１１Ａ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。光路変更部は、Ｚ軸方向に実質的に連続して形成されている。換言すれば、複数の光路変更部は、出射面１１ａ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。光路変更部のＺ軸方向の各位置には、光源１２から出射され立体画像形成部１１Ａによって導光されている光が入射する。光路変更部は、光路変更部の各位置に入射した光を、各光路変更部にそれぞれ対応する定点に実質的に収束させる。図２には、光路変更部の一部として、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃが特に示され、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃのそれぞれにおいて、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃのそれぞれから出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は、立体画像Ｉの定点ＰＡに対応する。光路変更部１３ａの各位置からの光は、定点ＰＡに収束する。したがって、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は、立体画像Ｉ上の定点ＰＢに対応する。光路変更部１３ｂの各位置からの光は、定点ＰＢに収束する。このように、任意の光路変更部の各位置からの光は、各光路変更部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。各光路変更部が対応する定点は互いに異なり、光路変更部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。

図２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、Ｚ軸方向に略平行な直線である。任意の光路変更部は、Ｚ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。

なお、以降では、説明の便宜上、図２に示すように、立体画像形成部１１Ａにおける、出射面１１ａに垂直な面のうち入射面１１ｃに対向する上側の面を上面１１ｄ、左側の面を側面１１ｅ、右側の面を側面１１ｆとして説明する。ただし、実際には後述するように、上面１１ｄ、側面１１ｅおよび側面１１ｆは、それぞれ、補助導光部１１Ｂ～１１Ｄに接続されており、実際に存在する面ではない。

補助導光部１１Ｂは、図１の（ｂ）に示すように、上方向から見たときに、中空の筒状部材を４分割した形状となっており、一方の端部１１Ｂａが立体画像形成部１１Ａの側面１１ｅに接続されており、他方の端部１１Ｂｂが後方向に向いている。

補助導光部１１Ｃは、図１の（ｂ）に示すように、上方向から見たときに、中空の筒状部材を４分割した形状となっており、一方の端部１１Ｃａが立体画像形成部１１Ａの側面１１ｅに接続されており、他方の端部１１Ｃｂが後方向に向いている。

補助導光部１１Ｄは、図１の（ｃ）に示すように、横方向から見たときに、中空の筒状部材を４分割した形状となっており、一方の端部１１Ｄａが立体画像形成部１１Ａの上面１１ｄに接続されており、他方の端部１１Ｄｂが後方向に向いている。

§３ 動作例
次に、図１を参照しながら、立体画像表示装置１０の動作例について説明する。光源１２から光が出射されると、入射面１１ｃを介して光が導光板１１に入射する。導光板１１に入射した光のうち、出射面１１ａの法線方向から見たときに立体画像形成部１１Ａに形成された光路変更部に直接入射し当該光路変更部によって光路を変更された光（換言すれば、上面１１ｄ、側面１１ｅおよび側面１１ｆに到達する前に光路偏向部によって光路変更された光）によって、立体画像Ｉが結像される。

一方、導光板１１に入射した光のうち、出射面１１ａの法線方向から見たときに立体画像形成部１１Ａに形成された光路変更部に直接入射しなかった光は、補助導光部１１Ｂ～１１Ｄのいずれかに到達する。補助導光部１１Ｂ～１１Ｄに到達した光は、図１の（ｂ）および（ｃ）に破線で示すように、補助導光部１１Ｂ～１１Ｄによって導光され、端部１１Ｂａ・１１Ｃａ・１１Ｄａのいずれかから後方に向けて出射される（換言すれば、出射面１１ａを含む平面に対して、出射面１１ａから光が出射される側と反対側の空間を背面側空間とすると、補助導光部１１Ｂ～１１Ｄに到達した光は、出射面１１ａを含む平面よりも背面側空間の方向に導光されて出射される）。当該光は、後方に出射されるため観察者によって視認されることはない。

以上のように、立体画像表示装置１０は、光源１２と、光源１２から出射され入射面１１ｃから入射された光を導光し、導光された光を光路変更部により光路変更させることにより出射面１１ａから出射させて空間に立体画像Ｉを結像させる導光板１１とを備えている。そして、導光板１１は、入射面１１ｃから入射した光のうち光路変更部によって光路を変更されなかった光を、立体画像Ｉの観察者が視認できない方向に導光する補助導光部１１Ｂ～１１Ｄを備える。

上記の構成によれば、入射面１１ｃから入射した光のうち光路変更部によって光路を変更されなかった光を、補助導光部１１Ｂ～１１Ｄによって立体画像Ｉの観察者が視認できない方向に導光することができる。これにより、入射面１１ｃから入射した光のうち光路変更部によって光路を変更されなかった光が迷光となることを防止することができる。その結果、表示される立体画像Ｉが不明瞭になってしまうことを抑制することができる。

なお、本実施形態では、導光板１１が補助導光部１１Ｂ～１１Ｄを備える構成であったが、本発明はこれに限られない。本発明の一態様では、導光板１１が補助導光部１１Ｂ～１１Ｄの少なくともいずれか１つ設けられている構成であればよい。

本実施形態の立体画像表示装置１０は、例えば、車両のテールランプ（車両用灯具）などに好適に適用することができる。

§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３の（ａ）は、補助導光部１１Ｂの変形例としての補助導光部１１Ｅを示す水平方向に平行な平面で切断した断面図であり、（ｂ）は、補助導光部１１Ｂのさらなる変形例としての補助導光部１１Ｆを示す水平方向に平行な平面で切断した断面図である。

図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、補助導光部１１Ｅおよび補助導光部１１Ｆは、反射面１４を備えている。そして、出射面１１ａの法線方向から見たときに立体画像形成部１１Ａに形成された光路変更部に直接入射せず補助導光部１１Ｅまたは１１Ｆに到達した光を、反射面１４によって後方向に反射させる。その結果、補助導光部１１Ｅまたは１１Ｆに到達した光を立体画像Ｉの観察者が視認できない方向に導光させることができる。したがって、入射面１１ｃから入射した光のうち光路変更部によって光路を変更されなかった光が迷光となることを防止することができる。その結果、表示される立体画像Ｉが不明瞭になってしまうことを抑制することができる。

＜４．２＞
図４は、立体画像表示装置１０の変形例としての立体画像表示装置１０Ａの構成を示すものであり、（ａ）は立体画像表示装置１０Ａを水平方向に平行な平面で切断した断面図であり、（ｂ）は立体画像表示装置１０Ａを左右方向に垂直な平面で切断した断面図である。

立体画像表示装置１０Ａは、実施形態１における立体画像表示装置１０の導光板１１に代えて導光板２０を備えている。また、立体画像表示装置１０Ａは、立体画像表示装置１０の構成に加えて、筐体３０（遮光部）を備えている。

導光板２０は、実施形態１における導光板１１が備える補助導光部１１Ｂ～１１Ｄに代えて、補助導光部２１Ｂ～２１Ｄを備えている。

補助導光部２１Ｂは、図４の（ａ）に示すように、上方向から見たときに、中空の筒状部材を２分割した形状となっており、一方の端部２１Ｂａが立体画像形成部１１Ａの側面１１ｅに接続されており、他方の端部２１Ｂｂが右方向に向いている。

補助導光部２１Ｃは、図４の（ａ）に示すように、上方向から見たときに、中空の筒状部材を２分割した形状となっており、一方の端部２１Ｃａが立体画像形成部１１Ａの側面１１ｅに接続されており、他方の端部２１Ｃｂが左方向に向いている。

補助導光部２１Ｄは、図４の（ｂ）に示すように、横方向から見たときに、中空の筒状部材を２分割した形状となっており、一方の端部２１Ｄａが立体画像形成部１１Ａの上面１１ｄに接続されており、他方の端部２１Ｄｂが下方向に向いている。

筐体３０は、導光板１１を支持する部材である。筐体３０は、導光板１１の背面側に設置されている。より詳細には、筐体３０は、補助導光部２１Ｂ～２１Ｄによって規定される空間に設置されている。

上記の構成によれば、出射面１１ａの法線方向から見たときに立体画像形成部１１Ａに形成された光路変更部に直接入射せず補助導光部２１Ｂ～２１Ｄに到達した光は、補助導光部２１Ｂ～２１Ｄのいずれかによって導光され、筐体３０の背面側に出射される（換言すれば、遮光部としての筐体３０に対して導光板１１が配置されている側とは反対側の領域に進行する）。その結果、出射面１１ａの法線方向から見たときに立体画像形成部１１Ａに形成された光路変更部に直接入射しなかった光が迷光となることを防ぐことができる。また、上記の構成によれば、補助導光部２１Ｂ～２１Ｄのいずれかによって導光された光が筐体３０の背面側に出射されるので、当該光を観察者が視認することを防止することができる。

＜４．３＞
図５は、立体画像表示装置１０Ａの変形例としての立体画像表示装置１０Ｂを左右方向に垂直な平面で切断した断面図である。図６は、第２導光板４０によって立体画像Ｉａが結像されている様子を示す図である。

図５に示すように、立体画像表示装置１０Ｂは、光源１２と、導光板２０と、第２導光板４０とを備えている。

第２導光板４０の構成は、実施形態１で説明した立体画像形成部１１Ａと同様の構成である。第２導光板４０は、補助導光部２１Ｄの下側に設置されており、補助導光部２１Ｄによって導光された光が入射するようになっている。第２導光板４０は、補助導光部２１Ｄを導光された光を利用して、立体画像Ｉａ（第２画像）を結像させる。なお、第２導光板４０が結像する立体画像Ｉａは、導光板１１により結像される画像と同一でもよいし、異なる画像であってもよい。

上記の構成によれば、図６に示すように、光源１２から出射され出射面１１ａの法線方向から見たときに立体画像形成部１１Ａに形成された光路変更部に直接入射しなかった光を利用して、第２導光板４０によって立体画像Ｉａを結像することができる。このため、例えば、導光板１１によって結像される立体画像Ｉと、第２導光板４０によって結像される立体画像Ｉａによって１つの画像を形成する場合などにおいて、立体画像を結像するための光量を増加させることができる（換言すれば、光源１２から出射された光の利用効率を高めることができる）。

なお、本変形例では、補助導光部２１Ｄに対してのみに第２導光板４０が設置される構成であったが、本発明はこれに限られない。例えば、補助導光部２１Ｂおよび補助導光部２１Ｃに対しても第２導光板４０をそれぞれ設置させる態様であってもよい。上記の構成によれば、光源１２から出射された光の利用効率をさらに高めることができる。

＜４．４＞
図７は、立体画像表示装置１０Ａの変形例としての立体画像表示装置１０Ｃを左右方向に垂直な平面で切断した断面図である。図７に示すように、立体画像表示装置１０Ｃは、立体画像表示装置１０Ａにおける補助導光部２１Ｄに代えて補助導光部２１Ｅを備えている。

補助導光部２１Ｅは、横方向から見たときに、Ｊ字形状となっており、一方の端部２１Ｅａが立体画像形成部１１Ａの上面に接続されており、他方の端部２１Ｅｂが下方向に向いている。補助導光部２１Ｅは、立体画像表示装置１０Ｃを後方から見たときに、端部２１Ｅｂが立体画像形成部１１Ａの導光板２０と重なる位置まで延伸するように形成されている。

補助導光部２１Ｅにおいて、立体画像表示装置１０Ｃを後方から見たときに立体画像形成部１１Ａの導光板２０と重なる領域であって前側の側面２１Ｅｃには、当該補助導光部２１Ｅによって導光された光を反射させる複数の反射部材２２が形成されている。立体画像表示装置１０Ｃでは、反射部材２２によって反射された光によって立体画像（第２画像）を結像する。換言すれば、反射部材２２が形成された側面２１Ｅｃは、第２発光部としての機能を有している。

上記の構成によれば、光源１２から出射され出射面１１ａの法線方向から見たときに立体画像形成部１１Ａに形成された光路変更部に直接入射しなかった光を利用して、第２発光部としての側面２１Ｅｃによって立体画像を結像することができる。このため、例えば、導光板１１によって結像される立体画像Ｉと、側面２１Ｅｃによって結像される立体画像によって１つの画像を形成する場合などにおいて、立体画像を結像するための光量を増加させることができる（換言すれば、光源１２から出射された光の利用効率を高めることができる）。

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。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 立体画像表示装置
１１、２０ 導光板（第１導光板）
１１ａ 出射面
１１Ａ 立体画像形成部
１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ 補助導光部
１１ｃ 入射面
１２ 光源
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 光路変更部
２１Ｅｃ 側面（第２発光部）
４０ 第２導光板
Ｉ 立体画像（第１画像）
Ｉａ 立体画像（第２画像）

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源から出射され入射面から入射された光を導光し、導光された光を光路変更部により光路変更させることにより出射面から出射させて空間に第１画像を結像させる第１導光板とを備え、
   前記出射面を含む平面に対して、該出射面から光が出射される側と反対側の空間を背面側空間とすると、
   前記第１導光板は、前記入射面から入射した光のうち前記光路変更部によって光路を変更されなかった光を、前記出射面を含む平面よりも前記背面側空間の方向に導光する補助導光部を備える立体画像表示装置。
2. 前記補助導光部は、前記第１導光板における前記入射面に対向する面、および、前記入射面に垂直な面の少なくともいずれか一つに設けられている請求項１に記載の立体画像表示装置。
3. 前記第１導光板の前記出射面の反対側に設置されている遮光部をさらに備え、
   前記補助導光部により導光された光が、前記遮光部に対して前記第１導光板が配置されている側とは反対側の領域に進行する請求項１または２に記載の立体画像表示装置。
4. 前記補助導光部により導光された光が入射され、当該入射された光を用いて第２画像を表示する第２導光板をさらに備える請求項１から３のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
5. 前記補助導光部は、当該補助導光部が導光した光を反射することにより発光する発光部を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の立体画像表示装置を備える車両用灯具。

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