TW201704816A - 光學裝置 - Google Patents

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TW201704816A TW105111176A TW105111176A TW201704816A TW 201704816 A TW201704816 A TW 201704816A TW 105111176 A TW105111176 A TW 105111176A TW 105111176 A TW105111176 A TW 105111176A TW 201704816 A TW201704816 A TW 201704816A
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Masayuki Shinohara
Yasuhiro Tanoue
Norikazu Kitamura
Kazuyuki Okada
Tadashi Matsuoka
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Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

本發明欲解決光源與導光板端面之間不容易對位之課題。 本發明的光學裝置係具備：導光板，係在平行於出射面的面內導引光；偏向光學面，係將從光源射入導光板內的光偏向導光板的導光方向，該光源係相對向於與出射面相對側的面及出射面側的面的至少一者的面平行之面而設置；及複數個光會聚部，係分別具有光學面，該光學面係射入經偏向光學面偏向後由導光板導引的光，令實質會聚在空間中的一會聚點或會聚線之方向的出射光、或者從空間中的一會聚點或會聚線實質發散之方向的出射光從出射面射出；複數個光會聚部係沿著在平行於出射面的面內分別預設的線形成；會聚點或會聚線係在複數個光會聚部之間互為不同，藉由複數個會聚點或會聚線的集合而在空間中形成像。

Description

光學裝置
本發明係有關光學裝置(device)。
已知有一種能夠進行立體顯像的顯示裝置，其係具有導光板、設置在導光板端面的光源、及配置在導光板表面側的視差障壁(parallax barrier)式或透鏡陣列(lens array)式的遮罩(mask)或透鏡陣列(參照例如下述之專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2012-008464號公報
在將光源設置在導光板端面的情形中，存在光源與導光板端面之間不容易對位的課題。此外，在導光板端面，當光源在平行於導光板的出射面之方向從預定位置偏移，有時從導光板射出的光的方向便會改變。此外，搭載有發光元件的基板係平行於端面，存在必須在接近端面處確保有大小足以收容基板的空間的課題。
在本發明的第1態樣中，光學裝置係具備：導光板，係在平行於出射面的面內導引光；偏向光學面，係將從光源射入導光板內的光偏向導光板的導光方向，該光源係相對向於與出射面相對側的面及出射面側的面的至少一者的面平行之面而設置；及複數個光會聚部，係分別具有光學面，該光學面係射入經偏向光學面偏向後由導光板導引的光，令實質會聚在空間中的一會聚點或會聚線之方向的出射光、或者從空間中的一會聚點或會聚線實質發散之方向的出射光從出射面射出；複數個光會聚部係沿著在平行於出射面的面內分別預設的線形成；會聚點或會聚線係在複數個光會聚部之間互為不同，藉由複數個會聚點或會聚線的集合而在空間中形成像。
可以為，光源係相對向於導光板的出射面相對側的面及出射面側的面的至少一者的面而設置，從設置光源的至少一者的面將光射入導光板。
可以為，偏向光學面係具有偏向反射面，係設置在光源設置之面相對側的面，將從光源射入導光板內的光予以反射而偏向導光板的導光方向。
可以為，在大致正交於導光板的導光方向之方向，偏向反射面的長度係比來自光源的光朝導光板射出的出射口的長度短。
可以為，經偏向反射面偏向後由導光板導引的光的發散角係在平行於出射面的面內為5°以下。
可以為，當令導光板的入光端面與出射面所形成光會聚部30的區域的中央之間的距離為L、令平行於 出射面且大致正交於導光板的導光板之方向的偏向反射面的寬度為W時，滿足W≦L/10。
可以為，復具備反射膜，係設置在偏向反射面。
可以為，復具備反射輔助部，係具有設置有反射膜的面，且以使反射膜接觸偏向反射面的方式裝設至導光板。
可以為，偏向反射面係在沿著導光板的導光方向之方向設置複數個；在正交於出射面且沿著導光板的導光方向之面內，複數個偏向反射面的各者係其垂直於出射面之方向的長度及相對於平行於出射面的面的角度的至少一者不同於其他偏向反射面。
可以為，偏向反射面係沿著導光板的導光方向具有第1偏向反射面及續接於第1偏向反射面的第2偏向反射面；在正交於出射面且沿著導光板的導光方向之面內，第1偏向反射面相對於平行於出射面的面之傾角係不同於第2偏向反射面相對於平行於出射面的面之傾角。
可以為，第1偏向反射面及第2偏向反射面係形成導光板中在光源設置之面相對側的面形成的凹部的一部分面；在正交於出射面且沿著導光板的導光方向之面內，第2偏向反射面相對於平行於出射面的面之傾角係比第1偏向反射面相對於平行於出射面的面之傾角小。
可以為，偏向反射面係在將從光源射入導光板內的光在平行於導光板的導光方向的面內予以擴散的方向具有複數個反射面。
可以為，光源係朝導光板的導光方向的第1端面相對側的第2端面將光射入導光板內；偏向光學面係設置在第2端面，且具有將來自光源的光轉換為朝第1端面的實質大致平行的光之偏向反射面。
可以為，復具備偏向構件，係具有偏向光學面，設置在導光板的導光方向的第1端面相對側的第2端面；偏向光學面係具有將來自光源的光轉換為朝第1端面的實質大致平行的光之偏向反射面；光源係將朝偏向反射面的光射入偏向構件。
可以為，光源係在沿著正交於導光板的導光方向且平行於出射面的面之方向排列設置複數個；反射面係在沿著正交於導光板的導光方向且平行於出射面的面之方向，對應於複數個光源排列設置複數個。
可以為，復具備光源。
另外，上述發明的概要並未列出本發明的全部特徵。此外，該些特徵群的次組合(sub-combination)亦能成為發明。
6‧‧‧像
10‧‧‧顯示裝置
20‧‧‧光源
21‧‧‧出射口
30‧‧‧光會聚部
40‧‧‧偏向反射部
41‧‧‧偏向反射面
50‧‧‧偏向構件
51‧‧‧端面
52‧‧‧背面
53、54‧‧‧端面
70‧‧‧導光板
71‧‧‧出射面
72‧‧‧背面
73、74、75、76‧‧‧端面
100‧‧‧顯示裝置
110‧‧‧反射輔助部
111‧‧‧面
114‧‧‧突部
120‧‧‧反射膜
130‧‧‧本體部
140‧‧‧反射面
190‧‧‧線
200‧‧‧出射口
400‧‧‧偏向反射部
500‧‧‧光學系統
506、556、566、576‧‧‧像
510‧‧‧可攜式終端設備
511、512‧‧‧主面
518‧‧‧顯示器
520‧‧‧光源
528‧‧‧攝像機部
530‧‧‧終端設置罩殼
第1圖係概略性顯示一實施形態的顯示裝置10以及投影至空間中的立體像。
第2圖係概略性顯示顯示裝置10的yz平面的剖面。
第3圖係概略性顯示顯示裝置10的xy面內的平面圖。
第4圖係顯示射入導光板的結合光束量的前方角θ依存性及深度h依存性。
第5圖係概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10A。
第6圖係概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10B。
第7圖係概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置100。
第8圖係概略性顯示射入顯示光會聚部30所具有的反射面其中一個反射面的入射光的發散角Δθ與出射光的發散角ΦΔ之關係。
第9圖(a)及(b)係概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10C。
第10圖(a)及(b)係概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10D。
第11圖係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10E的一部分。
第12圖係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10F的一部分。
第13圖係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10G的一部分。
第14圖係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10H的一部分。
第15圖係放大概略性顯示作為顯示裝置10H變形例的顯示裝置10I的一部分。
第16圖(a)及(b)係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10J的一部分。
第17圖(a)及(b)係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10K的一部分。
第18圖(a)及(b)係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10L的一部分。
第19圖(a)及(b)係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10M的一部分。
第20圖(a)及(b)係放大概略性顯示作為顯示裝置10M的變形例的顯示裝置10N的一部分。
第21圖係概略性顯示光學系統500的一例以及立體像之立體圖。
第22圖係概略性顯示光學系統500的yz剖面。
第23圖(a)至(c)係顯示顯示裝置10P所形成的立體像的其他例。
以下，透過發明的實施形態來說明本發明，但下述實施形態並不限定申請專利範圍的發明。此外，實施形態中所說明的特徵組合皆未必屬於發明的必要解決手段。
第1圖係概略性顯示一實施形態的顯示裝置10以及投影至空間中的立體像。另外，為了使說明容易明白，實施形態的說明所使用的圖式係採用概略性或示意性的圖式。實施形態的說明所使用的圖式會有未依實際的比例(scale)描繪的情形。
顯示裝置10係具有將光射出的出射面71。顯示裝置10係藉由從出射面71射出的光而形成作為立體像 的像6。像6乃係使用者(user)在空間中看到的立體像。另外，所謂的立體像，係指在不同於顯示裝置10的出射面71之位置看到的像。立體像係例如亦包括在與顯示裝置10的出射面71隔著距離的位置看到的二維像。亦即，立體像之概念，係不僅包括以立體形狀的形態看到的像，亦包括在不同於顯示裝置10的顯示面上之位置看到的二維形狀的像。
顯示裝置10係具備導光板70及光源20。導光板70係以透明且折射率較高的樹脂材料來成形。形成導光板70的材料係例如可以為聚碳酸酯樹脂(polycarbonate ；PC)、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂(polymethylmethacrylate；PMMA)、玻璃(glass)等。
導光板70係具有位在出射面71相對側的背面72。光源20係設置在背面72側。來自光源20的光係從背面72射入導光板70。此外，導光板70係具有屬於導光板70四周端面的端面73、端面74、端面75及端面76。端面74乃係位在端面73相對側的面。端面76乃係位在端面75相對側的面。導光板70係將來自光源20的光在平行於出射面71的面內以面狀擴散的方式沿朝端面74之方向導引。
在實施形態的說明中，有時會使用x軸、y軸及z軸的右手系的直角座標系。訂z軸方向為垂直於出射面71的方向。將背面72往出射面71的方向訂為z軸正(plus)方向。此外，訂y軸方向為垂直於端面73的方向。將端面73往端面74的方向訂為y軸正方向。x軸為垂直於端面75及端面76的方向，將端面75往端面76的方向訂為x 軸正方向。另外，為了避免記載變得冗長，有時會將平行於xy平面之面稱為xy面、將平行於yz平面之面稱為yz面、將平行於xz平面之面稱為xz面。
光源20係相對向於背面72而設置。來自光源20的光係從背面72射入導光板70內。在導光板70的出射面71係設有偏向反射部40。偏向反射部40係將射入導光板70的來自光源20的光予以反射，偏向導光板70的導光方向。例如，偏向反射部40係將射入導光板70的來自光源20的光予以反射而偏向成朝端面74之方向的光。導光板70係將以偏向反射部40偏向的光在平行於出射面71的面內以面狀擴散的方式沿朝端面74之方向導引。
在導光板70的背面72係形成有包含光會聚部30a、光會聚部30b及光會聚部30c的複數個光會聚部30。光會聚部30係沿著x軸方向實質連續形成。在光會聚部30的x軸方向的各位置係射入受到導光板70導引的光。光會聚部30係令射入光會聚部30的各位置的光實質會聚在與光會聚部30分別對應的定點。在第1圖係就光會聚部30的一部分而言具體地標示出會聚部30a、光會聚部30b及光會聚部30c，係顯示在光會聚部30a、光會聚部30b及光會聚部30c的各者，從光會聚部30a、光會聚部30b及光會聚部30c的各者射出的複數條光線會聚的樣子。
具體而言，光會聚部30a係與像6上的定點PA對應。來自光會聚部30a的各位置的光線係會聚在定點PA。因此，來自光會聚部30a的光的波前係成為如同從定點PA發出的光的波前。光會聚部30b係與像6上的定點PB對 應。來自光會聚部30b的各位置的光線係會聚在定點PB。如上述，來自任意光會聚部30的各位置的光線係實質會聚在與光會聚部30對應的定點。藉此，藉由任意光會聚部30，能夠提供如同光是從相對應的定點發出的光的波前。各光會聚部30所對應的定點係互為不同，藉由與光會聚部30分別對應的複數個定點的集合而在空間中形成觀看的像6。如此，顯示裝置10係將立體像投影至空間中。
在本實施形態中，光會聚部30的各者係含有沿著x軸方向實質連續形成的多個反射面。任意光會聚部30各自所具有的反射面的反射光係會聚在與光會聚部30對應的定點。例如，光會聚部30a所具有的複數個反射面的各者反射的複數條反射光的光線係會聚在定點PA。此外，光會聚部30b所具有的複數個反射面的各者反射的複數條反射光的光線係會聚在定點PB。此外，光會聚部30c所具有的複數個反射面的各者反射的複數條反射光的光線係會聚在定點PC。
另外，在xy面內，受導光板70導引而通過導光板70內的各位置的光束係以將導光板70內的各位置與光源20連結起來之方向為中心具有比預定值小的擴散角。此外，在含有將導光板70內的各位置與光源20連結起來之線的與xy面正交的面內，受導光板70導引而通過導光板70內的各位置的光束係以將導光板70內的各位置與光源20連結起來之方向為中心具有比預定值小的擴散角。當光會聚部30設置在遠離光源20的位置時，由導光板 70導引而射入光會聚部30的光束係大約以y軸方向為中心在xy面內不具有擴散。因此，例如在含有定點PA的平行於xz平面的面，來自光會聚部30a的光係實質會聚在一個定點。另外，在本說明書中，通過導光板內外的點的「光束的擴散」係指視該光束為從該點發散的光時的光的擴散。此外，有時亦將通過導光板內外的點的「光束的擴散」簡稱為「光的擴散」。
如第1圖所示，光會聚部30a係沿著線190a形成。光會聚部30b係沿著線190b形成。光會聚部30c係沿著線190c形成。此處，線190a、線190b及線190c乃係大致平行於x軸的直線。任意光會聚部30係沿著大致平行於x軸的直線實質連續形成。
如上述，光會聚部30係沿著在平行於出射面71的面內分別預設的線形成。此外，光會聚部30的各者係射入受到導光板70導引的光，令實質會聚在空間中的一會聚點之方向的出射光從出射面71射出。另外，在定點位在導光板70的背面72側的情形中，出射光係變成從定點發散之方向的光。因此，當定點位在導光板70的背面72側時，光會聚部30所具有的反射面係令從空間中的一會聚點實質發散之方向的出射光從出射面71射出。
另外，在受導光板70導引的光沒有在沿著yz面的方向擴散的情形中，如上述，來自光會聚部30的光係實質會聚在定點。另一方面，在受導光板70導引的光有在沿著yz面的方向擴散的情形中，在光會聚部30的反射面反射的光係實質會聚在平行於yz面且平行於出射面 的會聚線上。例如，由光會聚部30a會聚的光係實質會聚在含有PA的平行於yz面且平行於出射面的線上。在定點位在導光板70的背面72側的情形中亦同，光會聚部30所具有的反射面係令從空間中的一會聚線實質發散之方向的出射光從出射面71射出。另外，在本實施形態中，為了避免記載變得冗長，有時會以來自光會聚部30的光係實質會聚在會聚點進行說明。另外，光會聚部30係可以為分別藉由菲涅耳透鏡(Fresnel lens)的一部分形成。此外，亦可為一個光會聚部30藉由一個連續的菲涅耳透鏡形成。
第2圖係概略性顯示顯示裝置10的yz平面的剖面。第3圖係概略性顯示顯示裝置10的xy面內的平面圖。
光源20係例如為LED(Light-Emitting Diode；發光二極體)光源。光源20係朝沿著z軸之方向從背面72射入光。偏向反射部40乃係凹設在出射面71的溝。具體而言，偏向反射部40乃係yz面內的剖面形狀為大致V字形的溝。偏向反射部40係具有偏向反射面41。偏向反射面41乃係yz面內的大致V字形的溝的兩個面當中的導光板70導引光之側的面。偏向反射面41係在yz面內相對於平行z軸的軸形成前方角θ。偏向反射面41的深度h乃係自出射面71起到偏向反射面41的前端為止的長度。光源20係位在偏向反射面41的z軸負(minus)側。來自光源20的光係以偏向反射面41予以反射而偏向導光板70的導光方向。
依據顯示裝置10，因將光源20設在背面72， 相較於將光源20設在端面73的情形，光源20的對位變得容易。此外，搭載有發光元件的基板不用平行於端面，故無需在接近端面73處確保有大小足以收容基板的空間。
另外，在將光源20設在端面73的情形中，一旦光源20的位置沿x軸方向偏移，射入導光板70的光的基點便沿x軸方向偏移。因此，或有來自光會聚部30的光的會聚點的位置亦沿x軸方向偏移而使藉由光會聚部30形成的像沿x軸方向偏移、變形的狀況。相對於此，依據顯示裝置10，光源20發出的光係從背面72射入導光板70，經偏向反射面41偏向的光受導光板70導光。因此，受導光板70導光的光的基點係以形成偏向反射面41的位置決定。因此，即使光源20的位置沿x軸方向偏移，光的基點也不會偏移。因此，依據顯示裝置10，能夠抑制藉由光會聚部30形成的像沿x軸方向偏移、變形。
第4圖係顯示射入導光板的結合光束量的前方角θ依存性及深度h依存性。導光板的材料為PC，導光板的板厚為0.3mm。另外，該依存性乃係將自出射面71起到偏向反射面41的前端為止的長度即溝深度h固定而得。偏向反射面41面的反射率係設為80%。當固定反射面深度時，結合光束量係在θ約65°時成為最大。此外，結合光束量還依存於深度h。依據該結果，偏向反射面41的前方角θ係較佳為採用65°程度。
第5圖係概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10A。顯示裝置10A係除了顯示裝置10所具備的構成要素之外，還形成有反射膜120。反射膜120係設 置在偏向反射面41。反射膜120係設置在出射面71的上部。反射膜120係以至少覆蓋偏向反射面41的方式設置。反射膜120係例如可以為銀蒸鍍膜。藉由將反射膜120設置在偏向反射部40，能夠提高結合效率。另外，就反射膜120而言，銀蒸鍍膜以外，能夠使用鍍銀銅合金條或反射片等。
第6圖係概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10B。顯示裝置10B係除了顯示裝置10所具備的構成要素之外，還具備反射輔助部110。反射輔助部110係具有本體部130與反射膜120B。
反射輔助部110的本體部130係具有突部114，該突部114係具有嵌合至凹形狀的偏向反射部40之形狀。在突部114的至少一部分係形成有反射膜120B。具體而言，突部114係具有當反射輔助部110與偏向反射部40嵌合在一起時與偏向反射面41相對應的面111，反射膜120B係形成在面111。反射膜120B係以至少覆蓋面111的方式設置。當反射輔助部110與偏向反射部40嵌合在一起時，反射膜120B實質接觸偏向反射面41。反射膜120B係例如可以為銀蒸鍍膜。
如上述，反射輔助部110係具有設置有反射膜120B的面111，且以使反射膜120B接觸偏向反射面41的方式裝設至導光板70。因此，不需在導光板70直接形成反射膜即能夠提高光源20與導光板70之間的光的結合效率。另外，就反射膜120而言，銀蒸鍍膜以外，能夠使用鍍銀銅合金條或反射片等。此外，就反射膜120B而言， 除上述外，能夠使用銀鍍膜、鉻鍍膜、鋁蒸鍍膜或反射片等。反射輔助部110的本體部130係可以為透光性的構件，亦可為非透光性的構件。
另外，就反射輔助部110的變形例而言，亦可為不具有反射膜120B，而在反射輔助部110的本體部130的面111施行鏡面加工。本體部130的材料係亦可為金屬。
第7圖係概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置100。顯示裝置100係改具備偏向反射部400取代偏向反射部40。偏向反射部400係除了x軸方向的長度W比偏向反射部40短之外，具有與偏向反射部40相同的構造。
如第7圖所示，在x軸方向，來自光源20的光朝導光板70射出的出射口21的長度為w。在x軸方向，偏向反射部400的長度W係比出射口200的長度w短。另外，x軸方向乃係與導光板70的導光方向大致正交的方向。
如上述，藉由將偏向反射部400的長度W構成為比出射口21的長度w短，即使不限制出射口21的開口的大小，仍能夠減輕導引在導光板70內的光的xy面內的擴散。藉此，對例如光會聚部30所具有的反射面其中一個反射面係能夠射入xy面內的光的擴散角比預定值小的光。因此，使立體像6的解析度提高。
就一例而言，當令導光板70的偏向反射部400的位置與出射面71的中央位置C之間為距離為L、令偏向反射部400的位置的光的擴散寬度為D時，為了以高解析度形成立體像，係較佳為滿足D≦L/10。此處，就來自偏 向反射部400的光的擴散寬度而言，可以使用偏向反射部400的x軸方向的長度W。除此之外，D可以使用經偏向反射部400偏向的光的強度分布的擴散寬度。例如，D可使用以x軸方向的位置為橫軸、以經偏向反射部400偏向的光的強度為縱軸所表示的光的強度分布中光強度成為最大值的一半之位置的全寬(半值全寬)。
第8圖係概略性顯示射入光會聚部30所具有的反射面其中一個反射面的入射光的擴散角Δθ與出射光的發散角ΦΔ之關係。其中，Δθ為在反射面的位置的導光板70導引的光的擴散角。具體而言，Δθ乃係xy面內的擴散角，亦即，乃係在平行於出射面71的面內的擴散角。Δθ係可以為角度方向的光強度分布中光強度成為最大值的一半之位置的寬度(半值全寬)。
在第8圖中，Δx係代表從反射面140反射出的出射光於定點P1的x軸方向的擴散。d係代表從出射面71到定點P的距離。此處，射入反射面的入射光及從反射面反射出的出射光的光的擴散係設計為比預定值小。例如係使Δx及Δθ為微小的值。此時，ΦΔx=Δx/d近似成立。如上述，藉由縮短x軸方向的偏向反射部400的長度W，便能夠縮短出射光的擴散Δx。亦即，能夠提高立體像的解析度。
實際上，因出射光受到出射面71的折射等的影響，發散角ΦΔx會比Δθ大。此處，設發散角ΦΔx為Δθ的Cα倍。Cα為比1大的值。就一例而言，Cα可以使用1.5。
此處，當定點P位在出射面71側時，亦即，定 點P位在觀看者側時，d係較佳為8mm以上。因若d未達8mm，便有無法看到立體像之故。此外，Δx係較佳為1mm以下。因若Δx超過1mm，便有無法以足夠的解析度形成立體像之故。
因此，ΦΔx係較佳為atan(1/8)以下。亦即，Δθ係較佳為滿足Cα×Δθ≦atan(1/8)。考慮Cα，Δθ係較佳為5°以下。亦即，經偏向反射部400偏向後由導光板70導引的光的發散角係較佳為在平行於出射面71的面內為5°以下。因此，偏向反射部400的寬度W係較佳為具有使光的發散角在平行於出射面71的面內成為5°以下之值。
第9圖(a)及(b)係概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10C。第9圖(a)係顯示yz面內的剖面，第9圖(b)係顯示xy面內的俯視圖。顯示裝置10C係除了偏向反射部40C的形狀不同於偏向反射部40這點外，具有與顯示裝置10大致相同的構成。相對於偏向反射部40乃係在端面73側及端面74側具有斜面的V字形溝，偏向反射部40C乃係在端面74側具有斜面但在端面73側不具有斜面的V字形溝。
第10圖(a)及(b)係概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10D。第10圖(a)係顯示yz面內的剖面，第10圖(b)係顯示xy面內的俯視圖。顯示裝置10D係除了偏向反射部40D的形狀不同於偏向反射部40這點外，具有與顯示裝置10大致相同的構成。相對於偏向反射部40具有一個偏向反射面41，偏向反射部40D係具有複數個偏向反射面41D。複數個偏向反射面41係在沿著導光板 70的導光方向之方向設置複數個。
第11圖係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10E的一部分。顯示裝置10E係除了偏向反射部40E的形狀不同於偏向反射部40這點外，具有與顯示裝置10大致相同的構成。相對於偏向反射部40具有一個偏向反射面41，偏向反射部40E係具有複數個偏向反射面41E。複數個偏向反射面41E係在沿著導光板70的導光方向之方向設置複數個。具體而言，偏向反射面41E係自出射面71起的溝的深度互不相同。亦即，在正交於出射面71且沿著導光板70的導光方向之面內，複數個偏向反射面41E的各者係其垂直於出射面71之方向的長度不同於其他偏向反射面41E。
第12圖係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10F的一部分。顯示裝置10F係除了偏向反射部40F的形狀不同於偏向反射部40這點外，具有與顯示裝置10大致相同的構成。相對於偏向反射部40具有一個偏向反射面41，偏向反射部40F係具有複數個偏向反射面41F。複數個偏向反射面41F係在沿著導光板70的導光方向之方向設置複數個。具體而言，偏向反射面41F係自出射面71起的溝的深度及相對於出射面71的角度互不相同。亦即，在正交於出射面71且沿著導光板70的導光方向之面內，複數個偏向反射面41F的各者係其垂直於出射面71之方向的長度及相對於平行於出射面71的面的角度不同於其他偏向反射面41F。
第13圖係放大概略性顯示作為顯示裝置10變 形例的顯示裝置10G的一部分。顯示裝置10G係除了偏向反射部40G的形狀不同於偏向反射部40這點外，具有與顯示裝置10大致相同的構成。相對於偏向反射部40具有一個偏向反射面41，偏向反射部40G係具有複數個偏向反射面41G。複數個偏向反射面41G係在沿著導光板70的導光方向之方向設置複數個。具體而言，偏向反射面41G係自出射面71起的溝的深度及相對於出射面71的角度互不相同。亦即，在正交於出射面71且沿著導光板70的導光方向之面內，複數個偏向反射面41G的各者係其垂直於出射面71之方向的長度及相對於平行於出射面71的面的角度不同於其他偏向反射面41G。此外，不同於偏向反射部40F，各偏向反射面41G之間具有與出射面71平行的間隔(gap)面。
第14圖係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10H的一部分。顯示裝置10H係除了偏向反射部40H的形狀不同於偏向反射部40這點外，具有與顯示裝置10大致相同的構成。相對於偏向反射部40具有一個偏向反射面41，偏向反射部40H係沿著導光板70的導光方向具有偏向反射面41Ha及續接於偏向反射面41Ha的偏向反射面41Hb兩個偏向反射面。
偏向反射面41Ha及偏向反射面41Hb係形成導光板70中在出射面71側以凹狀形成的偏向反射部40H的y軸正側的一部分面。偏向反射面41Hb乃係位在比偏向反射面41Ha更往y軸正側之面。光源20係設置在偏向反射面41Ha的z軸負側。偏向反射面41Ha係設置在比偏向反 射面41Hb更靠近光源20的位置。
在正交於出射面71且沿著導光板70的導光方向之面內，平行於出射面71的面與偏向反射面41Hb所成之角度θb係不同於平行於出射面71的面與偏向反射面41Ha所成之角度θa。另外，角度θa乃係由平行於出射面71的面與偏向反射面41Ha所夾銳角，代表偏向反射面41Ha相對於平行於出射面71的面之傾角。此外，角度θb乃係由平行於出射面71的面與偏向反射面41Hb所夾銳角，代表偏向反射面41Hb相對於平行於出射面71的面之傾角。
如上述，在正交於出射面71且沿著導光板70的導光方向之面內，偏向反射面41Hb相對於平行於出射面71的面之傾角係不同於偏向反射面41Ha相對於平行於出射面71的面之傾角。具體而言，在正交於出射面71且沿著導光板70的導光方向之面內，偏向反射面41Hb相對於平行於出射面71的面之傾角係比偏向反射面41Ha相對於平行於出射面71的面之傾角小。因此，能夠擴大偏向反射面的面積。因此，能夠將更多來自光源20的光供給至導光板70。
另外，就顯示裝置10H的變形例而言，亦可沿著導光板70的導光方向設置三個以上的連續的偏向反射面。在此變形例中，在正交於出射面71且沿著導光板70的導光方向之面內，沿著導光板70導引光的方向依序選擇偏向反射面41時，偏向反射面的傾角係漸減。亦即，各偏向反射面的傾角係比位在靠近光源20之側的其他 任一偏向反射面的傾角小。
第15圖係放大概略性顯示作為顯示裝置10H變形例的顯示裝置10I的一部分。顯示裝置10I係除了偏向反射部40Ib的形狀不同於偏向反射部40Hb這點外，具有與顯示裝置10H大致相同的構成。具體而言，相對於偏向反射面41Hb為平面，偏向反射面41Ib乃係曲面。
同顯示裝置10H，在正交於出射面71且沿著導光板70的導光方向之面內，平行於出射面71的面與偏向反射面41Ia所成之角度為θa。此處，在正交於出射面71且沿著導光板70的導光方向之面內，由平行於出射面71的面與偏向反射面41Ib的切線所夾銳角係不論在偏向反射面41Ib的哪個位置，皆比角度θa小。此外，在正交於出射面71且沿著導光板70的導光方向之面內，由平行於出射面71的面與偏向反射面41Ib的切線所夾銳角係沿著導光板70導引光的方向漸減。
如上述，在正交於出射面71且沿著導光板70的導光方向之面內，不論在偏向反射面41Hb的哪個位置，偏向反射面41Hb相對於平行於出射面71的面之傾角係皆比偏向反射面41Ha相對於平行於出射面71的面之傾角小。此外，偏向反射面41Ib相對於平行於出射面71的面之傾角係沿著導光板70導引光的方向漸減。藉由上述偏向反射面41I，同樣能夠擴大偏向反射面的面積，能夠將更多來自光源20的光供給至導光板70。
第16圖(a)及(b)係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10J的一部分。第16圖(a)係顯示 yz面內的剖面，第16圖(b)係顯示xy面內的俯視圖。顯示裝置10J係除了偏向反射部40J的形狀不同於偏向反射部40這點外，具有與顯示裝置10大致相同的構成。相對於偏向反射部40具有偏向反射面41，偏向反射部40J乃係微稜鏡(rmicroprism)。來自光源20的光係藉由偏向反射部40J的微稜鏡反射而偏向。
第17圖(a)及(b)係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10K的一部分。第17圖(a)係顯示yz面內的剖面，第17圖(b)係顯示xy面內的俯視圖。顯示裝置10K係偏向反射部40K的形狀不同於偏向反射部40。此外，來自光源20的光係相對於z軸形成角度射入背面72。光源20係從不同於背面72的垂直方向之方向將光射入導光板70內。除了上述該些點外，顯示裝置100K係具有與顯示裝置10大致相同的構成。偏向反射部40K係具有沿著x軸排列的複數個反射面。偏向反射部40K所具有的複數個反射面係將來自光源20的光以在平行於出射面71的面內擴散的方式予以反射。
第18圖(a)及(b)係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10L的一部分。第18圖(a)係顯示yz面內的剖面，第18圖(b)係顯示xy面內的俯視圖。顯示裝置10L係偏向反射部40L的形狀不同於偏向反射部40。除了上述該些點外，顯示裝置100L係具有與顯示裝置10大致相同的構成。偏向反射部40L係設置在出射面71，將來自光源20的光以在平行於出射面71的面內擴散的方式予以反射。
第19圖(a)及(b)係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10M的一部分。第19圖(a)係顯示yz面內的剖面，第19圖(b)係顯示xy面內的俯視圖。顯示裝置10M係具有光源20-1M、光源20-2M及光源20-3M。此外，導光板70M在背面72具有凹部，光源20-1M、光源20-1M及光源20-1M設置在凹部的端面73側之面。此外，導光板70M係在端面73具有偏向反射部40。除了上述該些點外，顯示裝置100M係具有與顯示裝置10大致相同的構成。
光源20-1M、光源20-2M及光源20-3M係在沿著正交於導光板70M的導光方向且平行於出射面71的面之方向排列設置複數個。光源20-1M、光源20-2M及光源20-3M係分別朝導光板70M的端面73將光射入導光板70M內。
偏向反射部40M係設置在端面73。偏向反射部40M係具有偏向反射面41-1M、偏向反射面41-2M及偏向反射面41-3M。偏向反射面41-1M、偏向反射面41-2M及偏向反射面41-3M係在沿著正交於導光板70M的導光方向且平行於出射面71的面之方向，對應於光源20-1M、光源20-2M及光源20-3M排列設置。偏向反射面41-1M、偏向反射面41-2M及偏向反射面41-3M係將來自光源20-1M、光源20-2M及光源20-3M的光予以反射而偏向成朝端面74的實質大致平行的光。
偏向反射面41-1M、偏向反射面41-2M及偏向反射面41-3M的各者係例如為具有拋物面的鏡(mirror)。 光源20-1M係較佳為設置在偏向反射面41-1M的拋物面的焦點的位置或該拋物面的焦點的位置附近。同樣地，光源20-2M係較佳為設置在偏向反射面41-2M的拋物面的焦點的位置或該拋物面的焦點的位置附近，光源20-3M係較佳為設置在偏向反射面41-3M的拋物面的焦點的位置或該拋物面的焦點的位置附近。
第20圖(a)及(b)係放大概略性顯示作為顯示裝置10變形例的顯示裝置10N的一部分。第20圖(a)係顯示yz面內的剖面，第20圖(b)係顯示xy面內的俯視圖。顯示裝置10N係具備具有偏向反射部40N的偏向構件50。此外，顯示裝置10N係具有光源20-1N、光源20-2N及光源20-3N。除了上述該些點外，顯示裝置100N係具有與顯示裝置10大致相同的構成。
偏向構件50係設置在端面73。偏向構件50係具有與導光板70N的端面73相對向的端面54及位在端面54相對側的端面53。偏向構件50係具有實質平行於導光板70N的出射面71之端面51及位在面51相對側的背面52。
顯示裝置10N係具有在偏向構件50設有與顯示裝置10M中的偏向反射部40M對應的偏向反射部40N的構成。偏向構件50係在端面53具有偏向反射部40N。此外，偏向構件50係在背面52具有凹部。光源20係設置在凹部的端面53側之面。
光源20-1N、光源20-2N及光源20-3N係在正交於導光板70N的導光方向且平行於出射面71的面之方向排列設置複數個。光源20-1N、光源20-2N及光源20-3N 係分別朝偏向構件50的端面53將光射入偏向構件50內。
偏向反射部40N係具有偏向反射面41-1N、偏向反射面41-2N及偏向反射面41-3N。偏向反射面41-1N、偏向反射面41-2N及偏向反射面41-3N係在正交於導光板70N的導光方向且平行於出射面71的面之方向，對應於光源20-1N、光源20-2N及光源20-3N排列設置。偏向反射面41-1N、偏向反射面41-2N及偏向反射面41-3N係將來自光源20-1N、光源20-2N及光源20-3N的光予以反射而偏向成朝端面74的實質大致平行的光。
偏向反射面41-1N、偏向反射面41-2N及偏向反射面41-3N的各者係例如為具有拋物面的鏡。光源20-1N係較佳為設置在偏向反射面41-1N的拋物面的焦點的位置或該拋物面的焦點的位置附近。同樣地，光源20-2N係較佳為設置在偏向反射面41-2N的拋物面的焦點的位置或該拋物面的焦點的位置附近，光源20-3N係較佳為設置在偏向反射面41-3N的拋物面的焦點的位置或該拋物面的焦點的位置附近。
在顯示裝置10N中，光源20係設置在偏向構件50。就顯示裝置10N的變形例而言，可以採用同顯示裝置10M而將光源20設置在導光板70N的構成。
上述所說明的偏向反射部乃係將來自光源的光朝導光板的導光方向予以偏向的偏向光學面的一例。就偏向光學面而言，除了反射面之外，能夠使用繞射面。在反射、繞射之外，亦可使用藉由折射將來自光源的光予以偏向的光學面。此外，在上述的顯示裝置10及顯 示裝置10的變形例之中的顯示裝置10M以外的變形例中，偏向光學面係設置在出射面71側。但偏向光學面係亦可設置在背面72側。例如，可以藉由將背面72側射入導光板70的來自光源20的光藉由設置在背面72側的偏向光學面予以繞射或折射而偏向導光板70的導光方向。如上述，偏向光學面係亦可設置在與光源20設置之側相同的背面72側。
此外，針對光源20與偏向光學面的位置關係，亦可與上述顯示裝置10及顯示裝置10的變形例之中的顯示裝置10M以外的變形例顛倒，將光源20設置在出射面71側、將偏向光學面設置在背面72側。此外，亦可將光源20設置在出射面71側、將偏向光學面亦設置在出射面71側。例如，可以藉由將從出射面71側射入導光板70的來自光源20的光予以繞射或折射而偏向導光板70的導光方向。如上述，偏向光學面係亦可設置在與光源20設置之側相同的出射面71側。
此外，針對光源20與導光板70的位置關係，除了上述顯示裝置10及顯示裝置10的變形例之中的顯示裝置10N，光源20係皆設置在導光板70。但光源20係可以同顯示裝置10N，設置在獨立於導光板70另外設置的構件。此時，偏向光學面係可以設置在設置有光源20的獨立於導光板70外的構件。此外，在上述顯示裝置10及顯示裝置10的變形例中，可以採用不具有光源20的構成。
第21圖係概略性顯示光學系統500的一例以及立體像之立體圖。第22圖係概略性顯示光學系統500 的yz剖面。光學系統500係具備顯示裝置10P、可攜式終端設備510及終端設備罩殼(cover)530。
顯示裝置10P乃係顯示裝置10的變形例。顯示裝置10P係具有與偏向反射部40對應的偏向反射部40P。終端設備罩殼530係以透光性的構件形成。
可攜式終端設備510乃係智慧型手機(Smart Phone)等電子機器。可攜式終端設備510係具有攝影功能。可攜式終端設備510係具有顯示器(display)518、光源520及攝像機(camera)部528。顯示器518係具有受理使用者操作的觸控面板(touch panel)功能。光源520係在以攝像機部528攝影時射出對拍攝對象進行照明的光。光源520係從設置顯示器518的主面511相對側的主面512射出光。
顯示裝置10P係設置成夾在終端設備罩殼530與可攜式終端設備510的主面512之間。導光板70的出射面71實質接觸終端設備罩殼530，導光板70的背面72實質接觸可攜式終端設備510的主面512。顯示裝置10P係具有與可攜式終端設備510的外形大致一致的外形。顯示裝置10P係具有與可攜式終端設備510的主面512的外形大致一致的外形，藉由令顯示裝置10P的外形與主面512的外形一致，使顯示裝置10P對位於主面512。在顯示裝置10P對位於主面512的狀態下，將終端設備罩殼530的凹部的底面罩至導光板70的出射面71，藉此，使顯示裝置10P固定於終端設備罩殼530。偏向反射部40P係形成在當顯示裝置10P對位於主面512時與光源520相對向的位置。
在光學系統500中，偏向反射部40P係當投影在xy面時佔據光源520的出射開口的一部分。當光源520發光時，來自光源520的光之中的一部分的光成為射入偏向反射部40P後經偏向反射部40P反射而傳播在導光板70內的光。來自光源520的光之中的未射入偏向反射部40P的光係通過導光板70及終端設備罩殼530射出至光學系統500外。
在導光板70的背面72係形成有形成作為立體像的像506之光會聚部30P。傳播在導光板70內的光係一部分經光會聚部30P而偏向，通過出射面71及終端設備罩殼530射出至光學系統500外，在光學系統500外的空間形成像506。依據光學系統500，例如在以可攜式終端設備510攝影時令光源520發光，而能夠在光學系統500外的空間形成像506。
在可攜式終端設備510係內建有當預設的發光條件滿足時令光源520發光的軟體(software)。可攜式終端設備510係依循該軟體的控制而在預設的條件滿足時令光源520發光。例如，可攜式終端設備510係在進行攝影前將受理形成像506之指示的按鈕(button)顯示在顯示器518，當該按鈕被觸按(touch)時，令光源20發光。之後，可攜式終端設備510係當受理攝影指示的按鈕被觸按時，依據光學系統500外的亮度和預設的攝影條件等，在攝像機部528的攝影動作中令光源20發光。
第23圖(a)至(c)係顯示顯示裝置10P所形成的立體像的其他例。第23圖(a)係顯示以來自光會聚部30的 光形成通知收到電子郵件的像556時的情形。此時，光源20的發光條件係以軟體設定為當可攜式終端設備510接收到電子郵件時令光源520。第23圖(b)係顯示以來自光會聚部30的光形成通知可攜式終端設備510為充電中的像566時的情形。此時，光源20的發光條件係以軟體設定為當對可攜式終端設備510內的電池(battery)充電時令光源520發光。第23圖(c)係顯示以來自光會聚部30的光形成通知可攜式終端設備510的充電已完成的像576時的情形。此時，光源20的發光條件係以軟體設定為當可攜式終端設備510內的電池充飽時令光源520發光。
另外，在顯示裝置10P係可以設置射出形成複數個像的光的複數個光偏向部群。例如，可以在顯示裝置10P設置形成像556的第1光偏向部群、形成像566的第2光偏向部、及形成像576的第3光偏向部群。可以為：第1光偏向部群係選擇性地令受導光板70導光的光之中的第1波長帶的光(例如，藍色波長帶的光)偏向射出，第2光偏向部群係選擇性地令受導光板70導光的光之中的第2波長帶的光(例如，紅色波長帶的光)選擇性地偏向射出，第3光偏向部群係選擇性地令受導光板70導光的光之中的第3波長帶的光(例如，綠色波長帶的光)偏向射出。例如在各光偏向部群的反射面係可以形成選擇性地將各自對應的波長帶的光予以反射的雙色鏡(dichroic mirror)。此外，以軟體設定為：當為收到郵件等預設的第1發光條件滿足時令光源520發出第1波長帶的光，當為對電池充電時等預設的第2發光條件滿足時令光源520發出第2波 長帶的光，當為電池充飽時等預設的第3發光條件滿足時令光源520發出第3波長帶的光。
另外，顯示裝置10P係可以與終端設備罩殼530一體設置。偏向反射部40P及光會聚部30P的至少一者係亦可形成在終端設備罩殼530。此外，顯示裝置10P係可以設置在可攜式終端設備510的主面511側。此外，亦可將偏向反射部40P設置在與顯示器518局部區域相對向的位置，而將來自顯示器518局部區域的出射光作為射入顯示裝置10P的入射光使用。
以上，利用實施形態說明了本發明，但本發明的技術範圍並不限定在上述實施形態記載的範圍。對本技術領域人員而言，無疑能夠在上述實施形態加上各種變更或改良。從申請專利範圍的記載可知，本發明的技術範圍亦能夠涵蓋加上該些變更或改良的形態。
申請專利範圍、說明書及圖式中所揭示的裝置、系統(system)、程式(program)及方法的動作、程序、步驟及階段等各處理的執行順序係並未特別明示有「早於」、「先於」等，此外，應注意除非是將前處理的輸出用於後處理，不然當能以任意順序實現。關於申請專利範圍、說明書及圖式中的動作流程(flow)之說明，即使為求簡單而有使用「首先」、「接著」等，也並不代表就必須以該順序實施。
10‧‧‧顯示裝置
20‧‧‧光源
30‧‧‧光會聚部
40‧‧‧偏向反射部
41‧‧‧偏向反射面
70‧‧‧導光板
71‧‧‧出射面
72‧‧‧背面
73、74‧‧‧端面
H‧‧‧深度
θ‧‧‧前方角

Claims (16)

  1. 一種光學裝置，係具備：導光板，係將光在平行於出射面的面內導引；偏向光學面，係將從光源射入前述導光板內的光偏向前述導光板的導光方向，該光源係相對向於與前述出射面相對側的面及前述出射面側的面的至少一者的面平行之面而設置；及複數個光會聚部，係分別具有光學面，該光學面係射入經前述偏向光學面偏向後由前述導光板導引的光，令實質會聚在空間中的一會聚點或會聚線之方向的出射光、或者從空間中的一會聚點或會聚線實質發散之方向的出射光從前述出射面射出；前述複數個光會聚部係沿著在平行於前述出射面的面內分別預設的線形成；前述會聚點或會聚線係在前述複數個光會聚部之間互為不同，藉由複數個前述會聚點或會聚線的集合而在空間中形成像。
  2. 如請求項1之光學裝置，其中前述光源係相對向於前述導光板的前述出射面相對側的面及前述出射面側的面的至少一者的面而設置，從設置前述光源的前述至少一者的面將光射入前述導光板。
  3. 如請求項2之光學裝置，其中前述偏向光學面係具有偏向反射面，係設置在前述光源設置之面相對側的面，將從前述光源射入前述導光板內的光予以反射而偏向 前述導光板的導光方向。
  4. 如請求項3之光學裝置，其中在大致正交於前述導光板的導光方向之方向，前述偏向反射面的長度係比來自前述光源的光朝前述導光板射出的出射口的長度短。
  5. 如請求項4之光學裝置，其中透過前述偏向反射面偏向後由前述導光板導引的光的發散角係在平行於前述出射面的面內為5°以下。
  6. 如請求項4或5之光學裝置，其中當令前述導光板的入光端面與前述出射面的形成光會聚部30的區域的中央之間的距離為L、令平行於前述出射面且大致正交於前述導光板的導光板之方向的前述偏向反射面的寬度為W時，滿足W≦L/10。
  7. 如請求項3至5中任一項之光學裝置，其中復具備反射膜，係設置在前述偏向反射面。
  8. 如請求項3至5中任一項之光學裝置，其中復具備反射輔助部，係具有設置有反射膜的面，且以使前述反射膜接觸前述偏向反射面的方式裝設至前述導光板。
  9. 如請求項3至5中任一項之光學裝置，其中前述偏向反射面係在沿著前述導光板的導光方向之方向設置複數個；在正交於前述出射面且沿著前述導光板的導光方向之面內，複數個前述偏向反射面的各者係其正交於前述出射面之方向的長度及相對於平行於前述出射面的面的角度的至少一者不同於其他前述偏向反射面。
  10. 如請求項3至5中任一項之光學裝置，其中前述偏向反 射面係沿著前述導光板的導光方向具有第1偏向反射面及續接於前述第1偏向反射面的第2偏向反射面；在正交於前述出射面且沿著前述導光板的導光方向之面內，前述第1偏向反射面相對於平行於前述出射面的面之傾角係不同於前述第2偏向反射面相對於平行於前述出射面的面之傾角。
  11. 如請求項10之光學裝置，其中前述第1偏向反射面及前述第2偏向反射面係形成前述導光板中在前述光源設置之面相對側的面形成的凹部的一部分面；在正交於前述出射面且沿著前述導光板的導光方向之面內，前述第2偏向反射面相對於平行於前述出射面的面之傾角係比前述第1偏向反射面相對於平行於前述出射面的面之傾角小。
  12. 如請求項1之光學裝置，其中前述偏向光學面係在將從前述光源射入前述導光板內的光在平行於前述導光板的導光方向的面內予以擴散的方向具有複數個反射面。
  13. 如請求項2之光學裝置，其中前述光源係朝前述導光板的導光方向的第1端面相對側的第2端面將光射入前述導光板內；前述偏向光學面係設置在前述第2端面，且具有將來自前述光源的光轉換為朝前述第1端面的實質大致平行的光之偏向反射面。
  14. 如請求項1之光學裝置，其中復具備偏向構件，係具有前述偏向光學面，設置在前述導光板的導光方向的 第1端面相對側的第2端面；前述偏向光學面係具有將來自前述光源的光轉換為朝前述第1端面的實質大致平行的光之偏向反射面；前述光源係將朝前述偏向反射面的光射入前述偏向構件。
  15. 如請求項13或14之光學裝置，其中前述光源係在沿著正交於前述導光板的導光方向且平行於前述出射面的面之方向排列設置複數個；前述偏向反射面係在沿著正交於前述導光板的導光方向且平行於前述出射面的面之方向，對應於複數個前述光源排列設置複數個。
  16. 如請求項1至5或請求項11至14其中任一項之光學裝置，其中復具備前述光源。
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