WO2016114104A1 - 光デバイス及び光システム - Google Patents

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WO2016114104A1
WO2016114104A1 PCT/JP2015/086574 JP2015086574W WO2016114104A1 WO 2016114104 A1 WO2016114104 A1 WO 2016114104A1 JP 2015086574 W JP2015086574 W JP 2015086574W WO 2016114104 A1 WO2016114104 A1 WO 2016114104A1
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light
convergence
converging
point
emitted
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篠原　正幸
智和 北村
靖宏 田上
奥田　満
勇司 広瀬
和幸 岡田
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オムロン株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F13/00—Illuminated signs; Luminous advertising
    • G09F13/18—Edge-illuminated signs
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F13/00—Illuminated signs; Luminous advertising
    • G09F13/20—Illuminated signs; Luminous advertising with luminescent surfaces or parts
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F19/00—Advertising or display means not otherwise provided for
    • G09F19/12—Advertising or display means not otherwise provided for using special optical effects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers

Definitions

  • the present invention relates to an optical device and an optical system.
  • Patent Document 1 JP 2012-008464 A
  • the emission angle of the light emitted from the light guide plate may differ depending on the light incident position. Therefore, there are cases where the emitted light cannot be directed in a desired direction. As a result, there may be a difference in blur in one image formed by the emitted light.
  • the optical device has a light guide plate that guides the incident light in a plane parallel to the light emission surface, and a position different from the direction orthogonal to the light guide direction in which the light guide plate guides light.
  • a light source that makes light incident on the light guide plate, and the light guide plate is incident by the light guided by the light guide plate and substantially converges to one convergence point or convergence line in the space or one in the space
  • a plurality of light converging portions each having an optical surface that emits emitted light in a direction substantially diverging from the convergence point or convergence line from the exit surface, and the convergence points or convergence lines are mutually connected between the light convergence portions;
  • an image is formed in space by a plurality of convergence points or a collection of convergence lines, and is substantially within a predetermined range including a point separated from the exit surface by a first distance among the plurality of light convergence portions.
  • the first light converging part that emits the emitted light in the direction substantially diverging from within the defined range is formed by the convergence point or the convergence line of the emitted light emitted by the first light converging part.
  • the spread of the image is substantially converged within a predetermined range including a point separated from the exit surface by a second distance longer than the first distance among the plurality of light converging portions, or is second from the exit surface.
  • the predetermined range may be a range along a direction orthogonal to the light guide direction.
  • More first light converging units may be provided as the first distance is shorter.
  • the second light converging unit substantially converges to a convergence point or a convergence line farthest from the exit surface, or substantially diverges from a convergence point or a convergence line farthest from the exit surface.
  • the light exiting surface emits light from the exit surface, and the light source enters the light guide plate from a different position.
  • the first light converging part is provided more as the convergence point or the convergence line of the outgoing light emitted by the second light converging part is larger. Good.
  • the first light converging unit may be provided at a different position in a direction orthogonal to the light guide direction.
  • the image formed by the convergence point or the collection of convergence lines may be an image represented by a line.
  • the plurality of light converging portions may be formed along a predetermined line in a plane parallel to the emission surface.
  • the luminous intensity of the emitted light per light converging portion in the plurality of light converging portions may be smaller.
  • an optical system includes the above-described optical device and a user interface unit, and the optical device forms an image indicating the position of the user interface unit to the user.
  • the display apparatus 10 in one Embodiment is shown schematically with the three-dimensional image projected on space. It is a perspective view which shows roughly a mode that the fixed point where the emitted light by the light converging part 30d converges with a light source. An image 206 formed by some of the light converging units 30 is shown. The light convergence part 30 corresponding to the fixed points PA, PB, and PC in the light guide plate 70 is schematically shown. The blur of the image 6 displayed by the display apparatus 10 is typically shown. An example of use when the display device 10 is used for a ticket gate is schematically shown. The light converging part 130 and the light converging part 132 as a modification of the light converging part 30 are shown schematically.
  • FIG. 1 schematically shows a display device 10 according to an embodiment together with a stereoscopic image projected onto a space.
  • the figure used for description of embodiment shall be schematic or typical for the purpose of explaining in an easy-to-understand manner.
  • the figure used for description of the embodiment may not be drawn on an actual scale.
  • the display device 10 has an emission surface 71 that emits light.
  • the display device 10 forms an image 6 as a three-dimensional image with light emitted from the emission surface 71.
  • the image 6 is a stereoscopic image that is recognized in space by the user.
  • the three-dimensional image refers to an image that is recognized as being at a position different from the emission surface 71 of the display device 10.
  • the three-dimensional image includes, for example, a two-dimensional image recognized at a position away from the emission surface 71 of the display device 10. That is, the stereoscopic image is a concept including not only an image recognized as a stereoscopic shape but also an image having a two-dimensional shape recognized at a position different from the display surface of the display device 10.
  • the display device 10 includes a light guide plate 70 and a light source unit 20.
  • the light guide plate 70 is formed of a resin material that is transparent and has a relatively high refractive index.
  • the material forming the light guide plate 70 may be, for example, polycarbonate resin (PC), polymethyl methacrylate resin (PMMA), glass, or the like.
  • the light guide plate 70 has a back surface 72 opposite to the exit surface 71.
  • the light guide plate 70 includes an end surface 73, an end surface 74, an end surface 75, and an end surface 76 that are the four end surfaces of the light guide plate 70.
  • the end surface 73 is a light incident end surface of the light guide plate 70.
  • the light source unit 20 is provided on the end surface 73, and light from the light source unit 20 enters the light guide plate 70 from the end surface 73.
  • the end surface 74 is a surface opposite to the end surface 73.
  • the end surface 76 is a surface opposite to the end surface 75.
  • the light guide plate 70 guides the light from the light source unit 20 in a plane shape in a plane parallel to the emission surface 71.
  • an x-axis, y-axis, and z-axis right-handed orthogonal coordinate system may be used.
  • the z-axis direction is determined in a direction perpendicular to the emission surface 71.
  • the direction from the back surface 72 to the emission surface 71 is defined as the z-axis plus direction.
  • the y-axis direction is determined in a direction perpendicular to the end face 73.
  • the direction from the end surface 73 to the end surface 74 is defined as the y-axis plus direction.
  • the x-axis is a direction perpendicular to the end face 75 and the end face 76, and the direction from the end face 75 to the end face 76 is defined as the x-axis plus direction.
  • a plane parallel to the xy plane may be called an xy plane
  • a plane parallel to the yz plane may be called a yz plane
  • a plane parallel to the xz plane may be called an xz plane
  • the light source unit 20 includes a light source 21, a light source 22, and a light source 23.
  • the light source 21, the light source 22, and the light source 23 are LED light sources, for example.
  • the optical axis of the light source 21, the optical axis of the light source 22, and the optical axis of the light source 23 are all substantially orthogonal to the end surface 73.
  • the positions of the light source 21, the light source 22, and the light source 23 in the x direction are different from each other.
  • the light source 21, the light source 22, and the light source 23 make light incident on the light guide plate 70 from different positions in the direction orthogonal to the light guide direction (for example, the y-axis direction) in which the light guide plate 70 guides light.
  • a plurality of light converging portions 30 including a light converging portion 30a, a light converging portion 30b, and a light converging portion 30c are formed on the back surface 72 of the light guide plate 70.
  • the light converging part 30 is formed substantially continuously in the x-axis direction.
  • the light converging part 30a is formed along the line 190a.
  • the light converging part 30b is formed along the line 190b.
  • the light converging part 30c is formed along the line 190c.
  • the line 190a, the line 190b, and the line 190c are straight lines substantially parallel to the x-axis.
  • the arbitrary light converging part 30 is formed substantially continuously along a straight line substantially parallel to the x-axis.
  • the light guided by the light guide plate 70 enters each position in the x-axis direction of each light converging unit 30.
  • FIG. 1 particularly shows a light converging unit 30a, a light converging unit 30b, and a light converging unit 30c as a part of the light converging unit 30, and in each of the light converging unit 30a, the light converging unit 30b, and the light converging unit 30c.
  • a state in which a plurality of light beams emitted from the light converging unit 30a, the light converging unit 30b, and the light converging unit 30c converge is shown.
  • the light converging unit 30 a corresponds to the fixed point PA on the image 6. Light rays from each position of the light converging unit 30a converge to a fixed point PA. Therefore, the wavefront of the light from the light converging unit 30a becomes a wavefront of light emitted from the fixed point PA.
  • the light converging unit 30 b corresponds to the fixed point PB on the image 6. Light rays from each position from the light converging unit 30b converge to the fixed point PB. As described above, the light beam from each position of the arbitrary light converging unit 30 substantially converges to a fixed point corresponding to the light converging unit 30.
  • a wavefront of light that emits light from a corresponding fixed point can be provided by an arbitrary light converging unit 30.
  • the fixed points corresponding to each light converging unit 30 are different from each other, and an image 6 recognized in space is formed by a collection of a plurality of fixed points respectively corresponding to the light converging units 30.
  • the display device 10 projects a stereoscopic image on the space.
  • the image 6 is an image drawn by a line, and the line drawing the image 6 is substantially formed by a collection of a plurality of fixed points respectively corresponding to the light converging unit 30.
  • each of the light converging portions 30 includes a large number of reflecting surfaces formed substantially continuously in the x-axis direction.
  • the reflected light from the reflecting surfaces of the arbitrary light converging units 30 converges to a fixed point corresponding to the light converging unit 30.
  • the light beams of the plurality of reflected lights from the plurality of reflecting surfaces included in the light converging unit 30a converge on the fixed point PA.
  • the light beams of the plurality of reflected lights from the plurality of reflecting surfaces of the light converging unit 30b converge at the fixed point PB.
  • the light beams of the plurality of reflected lights from the plurality of reflecting surfaces of the light converging unit 30c converge on the fixed point PC.
  • the light beam guided by the light guide plate 70 and passing through each position in the light guide plate 70 has a spread angle smaller than a predetermined value around the direction connecting each position in the light guide plate 70 and the light source.
  • the light converging unit 30 is provided at a position away from the light source, the light guided by the light guide plate 70 and incident on the light converging unit 30 becomes light with a small spread around the y-axis direction. Therefore, for example, on a plane that includes the fixed point PA and is parallel to the xz plane, the light from the light converging unit 30a substantially converges to one fixed point.
  • the spread of the light beam that passes through the point inside and outside the light guide plate refers to the spread of light when the light beam is regarded as light that diverges from that point. Further, the spread of the light beam passing through the points inside and outside the light guide plate may be simply referred to as the spread of light.
  • the light incident on the light converging unit 30 has a spread in the z direction
  • the light from the light converging unit 30 converges on a line along the y axis including a fixed point in space.
  • the light converging part 30 is formed along a predetermined line in a plane parallel to the emission surface 71. Then, each of the light converging units 30 causes the light guided by the light guide plate 70 to enter, and emit the emitted light in a direction substantially converging to one convergence point in space from the emission surface 71.
  • the emitted light is light in a direction diverging from the fixed point. Therefore, when the fixed point is on the rear surface 72 side of the light guide plate 70, the reflection surface of the light converging unit 30 causes the emission surface 71 to emit the emitted light in a direction substantially diverging from one convergence point in space.
  • each of the light converging portions 30 may be formed by a part of a Fresnel lens.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing how a fixed point at which light emitted from the light converging unit 30d converges is shifted by a light source.
  • FIG. 2A schematically shows the deviation of the fixed point (convergence point) on the observer side.
  • FIG. 2B schematically shows the deviation of the fixed point (divergence point) on the side opposite to the observer side.
  • the emitted light from the light converging part 30d converges to a fixed point P.
  • the light from the light source 22 enters the light converging part 30d
  • the light emitted from the light converging part 30d converges to a fixed point P ′.
  • the light from the light source 23 enters the light converging unit 30d
  • the light emitted from the light converging unit 30d converges to the fixed point P ′′.
  • the degree of convergence of the emitted light from the light converging unit 30d is lowered.
  • the farther the fixed point P is from the light guide plate 70 the lower the degree of convergence of the emitted light. For this reason, in the image formed by the display device 10, a point away from the light guide plate 70 may appear blurred.
  • the fixed point (divergence point) on the side opposite to the observer side.
  • the light emitted from the light converging unit 30d becomes light that diverges from the fixed point Q.
  • the light emitted from the light converging unit 30d becomes light that diverges from the fixed point Q ′.
  • the light emitted from the light converging unit 30d becomes light that diverges from the fixed point Q ′′. Therefore, when light from the light source 21, light from the light source 22, and light from the light source 23 are incident on the light guide plate 70, a point away from the light guide plate 70 appears blurred in the image formed by the display device 10. There is.
  • FIG. 3 shows an image 206 formed by a part of the light converging unit 30.
  • An image 206 is an image formed by one light converging unit 30 per point.
  • the image 206 is formed when the fixed point PA is formed by the emitted light from the light converging unit 30a, the fixed point PB is formed by the emitted light from the light converging unit 30b, and the fixed point PC is formed by the emitted light from the light converging unit 30c. It is.
  • the fixed point with the largest blur of the image 206 is the PC with the longest distance from the light guide plate 70.
  • the fixed point with the largest blur of the image 206 is the PA with the shortest distance from the light guide plate 70. Therefore, there is a difference in blur in one image 206, that is, the spread of the image.
  • FIG. 4 schematically shows the light converging unit 30 corresponding to the fixed points PA, PB, and PC in the light guide plate 70.
  • the fixed point PC is formed by the emitted light from only one light converging part 30c.
  • the fixed point PB is formed by the light emitted from a total of three light converging parts 30 including the light converging part 30i and the light converging part 30j in addition to the light converging part 30b.
  • the center positions of the light converging unit 30b and the light converging units 30i and 30j are shifted in a direction orthogonal to the light guide direction of the light guide plate 70 (for example, the x-axis direction). For this reason, the image near the fixed point PB can be blurred at least in the x-axis direction.
  • the fixed point PA is formed by the light emitted from a total of five light converging parts 30 from the light converging part 30e to the light converging part 30h.
  • the center positions of the light converging unit 30a and the light converging units 30e to 30h are shifted in a direction (for example, the x-axis direction) orthogonal to the light guide direction of the light guide plate 70. For this reason, the image near the fixed point PA can be blurred at least in the x-axis direction.
  • FIG. 5 schematically shows the blurring of the image 6 displayed by the display device 10.
  • the image corresponding to the fixed point PA is formed by the light emitted from the five light converging units 30.
  • an image in the vicinity of the fixed point PA is formed by five points with relatively small blur as shown in the enlarged view 550a. Since these points are displaced from each other, the image in the vicinity of the fixed point PA appears blurred.
  • the image corresponding to the fixed point PB is formed by the light emitted from the three light converging units 30 whose positions are shifted from each other.
  • an image in the vicinity of the fixed point PB is formed by three points that are relatively larger in blur than the image of the fixed point PA, as shown in the enlarged view 550b. Since these points are displaced from each other, the image in the vicinity of the fixed point PB appears blurred.
  • the image corresponding to the fixed point PC is formed by the emitted light from only the light converging part 30c.
  • the image by the light emitted from the light converging unit 30c has a large spread. Therefore, as shown in the enlarged view 550c, the image near the fixed point PB appears blurred.
  • the fixed point is formed by more light emitted from the light converging units 30 whose positions are different from each other. Therefore, although the image 6 is blurred, it is possible to form the image 6 in which the blur amount, that is, the spread of the image is substantially constant. Therefore, the uncomfortable feeling given to the observer can be reduced.
  • the luminous intensity of the emitted light from one light converging part 30 becomes small, so that there are many light converging parts 30 which go to the predetermined range including each fixed point. It is desirable to do.
  • the fixed point PC is formed by one light converging unit 30c and the vicinity of the fixed point PA is formed by five light converging units 30 as in the above example, the five lights forming the vicinity of the fixed point PA are formed. It is desirable that the luminous intensity of each outgoing light from the converging unit 30 is about 1/5 of the luminous intensity of the outgoing light from the light converging part 30c.
  • the luminous intensity of the light emitted from one light converging unit is approximately inversely proportional to N. You may adjust the luminous intensity of the emitted light of the light converging part 30 with the area of the reflective surface which the light converging part 30 has.
  • FIG. 6 schematically shows an example of use when the display device 10 is used for a ticket gate.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view showing the entire ticket gate system 750.
  • the ticket gate system 750 is an example of an optical system including the display device 10.
  • the ticket gate system 750 includes a ticket gate body 752 and the display device 10.
  • the ticket gate main body 752 includes a communication unit 701 and a display unit 702.
  • the communication unit 701 and the display unit 702 are examples of a user interface unit, and provide an interface between the user and the ticket gate main body 752.
  • the communication unit 701 communicates with a non-contact type communication device possessed by the user using proximity communication.
  • the communication unit 701 communicates with a non-contact communication device by proximity communication.
  • Examples of the non-contact communication device include an IC card such as an IC card ticket, a mobile phone having a non-contact communication function, and the like.
  • the display unit 702 displays information to the user. For example, the display unit 702 displays the balance of electronic money stored in the contactless communication device.
  • the display device 10 is provided on the display unit 702.
  • the image 6 by the display device 10 presents the position of the display unit 702 to the user.
  • the image 6 is recognized by the user so as to be located in the space above the display unit 702. As shown in FIG. 6, according to the display device 10, the recognized image 6 can be formed in the space above the display unit 702. Moreover, since the display device 10 is transparent as a whole, the user can visually recognize the mark on the display unit 702.
  • An image showing the position of the communication unit 701 to the user may be formed in the space on the communication unit 701 by providing a display device having the same configuration as the display device 10 on the communication unit 701.
  • FIG. 7 schematically shows a light converging unit 130 and a light converging unit 132 as modified examples of the light converging unit 30.
  • FIG. 7A schematically shows one light converging portion 130 formed by a part of the Fresnel lens.
  • a gap may be provided between the plurality of refractive surfaces (prism surfaces) of the light converging unit 130 that functions as a Fresnel lens.
  • the light converging unit 132 shown in FIG. 7 (b) makes the light converging unit 130 a plurality of portions 140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 140e, 140f, 140g and 140h along the x-axis direction. Corresponds to the one divided into The light from each part 140 of the light converging unit 132 converges to the same fixed point. Thus, by dividing the light converging portion into a plurality of portions, a so-called black matrix effect may occur, and the contrast of the image may increase.
  • a diffraction grating may be used as the light converging unit 30.

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Abstract

　光デバイスは、導光板と、導光板の導光方向に直交方向の異なる位置から導光板に光を入射する光源とを備え、導光板は、空間上の収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上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光収束部を有し、収束点又は収束線は光収束部間で異なり、収束点又は収束線の集まりにより空間上に像が形成され、出射面から第１距離離れた点を含む所定範囲内に実質的に収束する又は出射面から第１距離離れた点から所定範囲内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収束部は、出射面から第１の距離より長い第２距離離れた点を含む所定範囲内に実質的に収束する又は出射面から第２距離離れた点を含む所定範囲内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第２の光収束部より、多く設けられる。

Description

光デバイス及び光システム
　本発明は、光デバイス及び光システムに関する。
　導光板と、光源と、導光板の表面側に配置した、パララックスバリア方式又はレンズアレイ方式におけるマスク又はレンズアレイとを備えた、立体視可能な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２０１２－００８４６４号公報
　例えば導光板の入光端面の異なる位置から光を入射した場合、導光板からの出射光の出射角度が入光位置によって異なる場合がある。そのため、出射光を所望の方向に向かわせることができない場合がある。その結果、出射光で形成される１つの像の中でぼけに違いが生じてしまう場合がある。
　第１の態様においては、光デバイスは、入射された光を、光の出射面に平行な面内で導く導光板と、導光板が光を導く導光方向に直交する方向の異なる位置から、導光板に光を入射する光源とを備え、導光板は、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を有し、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像が形成され、複数の光収束部のうち、出射面から第１の距離だけ離れた点を含む予め定められた範囲内に実質的に収束する又は出射面から第１の距離だけ離れた点から予め定められた範囲内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第１の光収束部は、第１の光収束部が出射させる出射光の前記収束点又は収束線によって形成される像の広がりが、複数の光収束部のうち、出射面から第１の距離より長い第２の距離だけ離れた点を含む予め定められた範囲内に実質的に収束する又は出射面から第２の距離だけ離れた点を含む予め定められた範囲内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第２の光収束部が出射させる出射光の収束点又は収束線によって形成される像の広がりと略一致するように、第１の光収束部が第２の光収束部より多く設けられる。
　予め定められた範囲は、導光方向に直交する方向に沿う範囲であってよい。
　第１の光収束部は、第１の距離が短いほど多く設けられてよい。
　第２の光収束部は、収束点又は収束線のうち、出射面から最も離れた収束点又は収束線に実質的に収束する又は出射面から最も離れた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、光源が異なる位置から導光板に光を入射することによって、第２の光収束部が出射させる出射光の収束点又は収束線は、導光板が光を導く導光方向に直交する方向に広がりを有し、第１の光収束部は、第２の光収束部が出射させる出射光の収束点又は収束線の広がりが大きいほど、多く設けられてよい。
　第１の光収束部は、導光方向に直交する方向に異なる位置に設けられてよい。
　収束点又は収束線の集まりによって形成される像は、線で表される像であってよい。
　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ていてよい。
　出射面から特定の距離だけ離れた点を含む予め定められた範囲内に実質的に収束する又は特定の距離だけ離れた点を含む予め定められた範囲内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複数の光収束部の数が多いほど、当該複数の光収束部における光収束部１つあたりの出射光の光度が小さくてよい。
　第２の態様において、光システムは、上記の光デバイスと、ユーザインタフェース部とを備え、光デバイスは、ユーザインタフェース部の位置をユーザに示す像を形成する。
　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。
一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。 光収束部３０ｄによる出射光が収束する定点が光源によってずれる様子を概略的に示す斜視図である。 一部の光収束部３０により形成される像２０６を示す。 導光板７０における定点ＰＡ、ＰＢ及びＰＣに対応する光収束部３０を概略的に示す。 表示装置１０により表示される像６のぼけを模式的に示す。 表示装置１０を改札機に利用した場合の利用例を概略的に示す。 光収束部３０の変形例としての光収束部１３０及び光収束部１３２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、一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。なお、分かり易く説明することを目的として、実施形態の説明に用いる図は概略的又は模式的なものとする。実施形態の説明に用いる図は、実際のスケールで描かれていない場合がある。
　表示装置１０は、光を出射する出射面７１を有する。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、表示装置１０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、表示装置１０の出射面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。
　表示装置１０は、導光板７０と、光源部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、出射面７１とは反対側の背面７２とを有する。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には光源部２０が設けられ、光源部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。導光板７０は、光源部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。
　なお、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。
　光源部２０は、光源２１、光源２２及び光源２３を備える。光源２１、光源２２及び光源２３は、例えばＬＥＤ光源である。このように、複数の光源を用いることで、像６の輝度が高まる。光源２１の光軸、光源２２の光軸及び光源２３の光軸は共に、端面７３に略直交する。ここで、光源２１、光源２２及び光源２３のそれぞれのｘ方向の位置は互いに異なる。このように、光源２１、光源２２及び光源２３は、導光板７０が光を導く導光方向（例えば、ｙ軸方向）に直交する方向の異なる位置から、導光板７０に光を入射する。
　導光板７０の背面７２には、光収束部３０ａ、光収束部３０ｂ及び光収束部３０ｃを含む複数の光収束部３０が形成されている。光収束部３０は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、光収束部３０ａは、線１９０ａに沿って形成されている。光収束部３０ｂは、線１９０ｂに沿って形成されている。光収束部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。任意の光収束部３０は、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。各光収束部３０のｘ軸方向の各位置には、導光板７０によって導かれている光が入射する。
　ここで、光源２１、光源２２及び光源２３のうちの１つの光源からの光が光収束部３０に入射した場合の出射光について説明する。光収束部３０は、光収束部３０の各位置に入射した光を、光収束部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、光収束部３０の一部として、光収束部３０ａ、光収束部３０ｂ及び光収束部３０ｃが特に示され、光収束部３０ａ、光収束部３０ｂ及び光収束部３０ｃのそれぞれにおいて、光収束部３０ａ、光収束部３０ｂ及び光収束部３０ｃ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、光収束部３０ａは、像６上の定点ＰＡに対応する。光収束部３０ａの各位置からの光線は、定点ＰＡに収束する。したがって、光収束部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。光収束部３０ｂは、像６上の定点ＰＢに対応する。光収束部３０ｂからの各位置からの光線は、定点ＰＢに収束する。このように、任意の光収束部３０の各位置からの光線は、光収束部３０に対応する定点に実質的に収束する。これにより、任意の光収束部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。各光収束部３０が対応する定点は互いに異なり、光収束部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。このようにして、表示装置１０は空間上に立体像を投影する。なお、一例として、像６は、線で描かれる像であり、像６を描く線は、光収束部３０にそれぞれ対応する複数の定点の集まりによって実質的に形成される。
　本実施形態において、光収束部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。任意の光収束部３０がそれぞれの有する反射面の反射光は、光収束部３０に対応する定点に収束する。例えば、光収束部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、光収束部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、光収束部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。
　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。光収束部３０が光源から離れた位置に設けられている場合、導光板７０によって導かれて光収束部３０に入射する光は、概ねｙ軸方向を中心とする広がりの小さな光になる。したがって、例えば定点ＰＡを含みｘｚ平面に平行な面では、光収束部３０ａからの光は実質的に１つの定点に収束する。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。また、導光板内外の点を通過する光束の広がりのことを、単に光の広がりと呼ぶ場合がある。
　なお、光収束部３０に入射する光にｚ方向に広がりがある場合、光収束部３０からの光は、空間上の定点を含む、ｙ軸に沿う線上に収束する。しかし、実施形態を分かり易く説明することを目的として、ｘｚ面内における光の収束に注目し、光収束部３０からの光が定点に収束するとして説明する場合がある。
　このように、光収束部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、光収束部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、定点が導光板７０の背面７２側の場合は、出射光は、定点から発散する方向の光となる。したがって、定点が導光板７０の背面７２側の場合、光収束部３０が有する反射面は、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。なお、後述するように、光収束部３０は、それぞれフレネルレンズの一部により形成されてよい。
　図２は、光収束部３０ｄによる出射光が収束する定点が光源によってずれる様子を概略的に示す斜視図である。図２（ａ）は、観察者側の定点（収束点）のずれを概略的に示す。図２（ｂ）は、観察者側とは反対側の定点（発散点）のずれを概略的に示す。
　光源２１からの光が光収束部３０ｄに入射した場合、光収束部３０ｄからの出射光は定点Ｐに収束する。一方、光源２２からの光が光収束部３０ｄに入射した場合、光収束部３０ｄからの出射光は定点Ｐ'に収束する。また、光源２３からの光が光収束部３０ｄに入射した場合、光収束部３０ｄからの出射光は定点Ｐ''に収束する。したがって、光源２１からの光、光源２２からの光及び光源２３からの光を共に導光板７０に入射した場合、光収束部３０ｄからの出射光の収束度が低くなる。特に、定点Ｐが導光板７０から離れているほど、出射光の収束度が低くなる。そのため、表示装置１０が形成する像において、導光板７０から離れた点がぼけて見える場合がある。
　観察者側とは反対側の定点（発散点）も同様である。図２（ｂ）に示されるように、光源２１からの光が光収束部３０ｄに入射した場合、光収束部３０ｄからの出射光は、定点Ｑから発散するような光となる。一方、光源２２からの光が光収束部３０ｄに入射した場合、光収束部３０ｄからの出射光は、定点Ｑ'から発散するような光となる。また、光源２３からの光が光収束部３０ｄに入射した場合、光収束部３０ｄからの出射光は、定点Ｑ''から発散するような光となる。したがって、光源２１からの光、光源２２からの光及び光源２３からの光を共に導光板７０に入射した場合、表示装置１０が形成する像において、導光板７０から離れた点がぼけて見える場合がある。
　図３は、一部の光収束部３０により形成される像２０６を示す。像２０６は、一点につき１つの光収束部３０で形成した場合の像である。例えば、像２０６は、定点ＰＡを光収束部３０ａの出射光で形成し、定点ＰＢを光収束部３０ｂの出射光で形成し、定点ＰＣを光収束部３０ｃの出射光で形成した場合の像である。
　図示されるように、定点ＰＡ、ＰＢ及びＰＣのうち、像２０６のぼけが最も大きい定点は、導光板７０からの距離が最も長いＰＣである。像２０６のぼけが最も大きい定点は、導光板７０からの距離が最も短いＰＡである。このため、１つの像２０６の中でのぼけ、すなわち像の広がりに、差が生じる。
　図４は、導光板７０における定点ＰＡ、ＰＢ及びＰＣに対応する光収束部３０を概略的に示す。定点ＰＣは、１つの光収束部３０ｃのみの出射光で形成する。
　定点ＰＢは、光収束部３０ｂに加えて、光収束部３０ｉ及び光収束部３０ｊの合計３個の光収束部３０の出射光で形成する。光収束部３０ｂ、光収束部３０ｉ及び３０ｊは、中心位置は、導光板７０の導光方向に直交する方向（例えば、ｘ軸方向）にずれている。このため、定点ＰＢ近傍の像を、少なくともｘ軸方向にぼかすことができる。
　また、定点ＰＡは、光収束部３０ａに加えて、光収束部３０ｅ～光収束部３０ｈの合計５個の光収束部３０の出射光で形成する。光収束部３０ａ及び光収束部３０ｅ～光収束部３０ｈの中心位置は、導光板７０の導光方向に直交する方向（例えば、ｘ軸方向）にずれている。このため、定点ＰＡ近傍の像を少なくともｘ軸方向にぼかすことができる。
　図５は、表示装置１０により表示される像６のぼけを模式的に示す。図４に関連して説明したように、定点ＰＡに対応する像は、５個の光収束部３０の出射光で形成される。これにより、定点ＰＡの近傍の像は、拡大図５５０ａに示されるように、比較的にぼけが小さい５個の点で形成される。これらの点は互いに位置がずれているので、定点ＰＡの近傍の像はぼけて見える。
　また、定点ＰＢに対応する像は、互いに位置がずれた３個の光収束部３０の出射光で形成される。これにより、定点ＰＢの近傍の像は、拡大図５５０ｂに示されるように、定点ＰＡの像よりぼけが比較的に大きい３個の点で形成される。これらの点は互いに位置がずれているので、定点ＰＢの近傍の像はぼけて見える。
　一方、定点ＰＣに対応する像は、光収束部３０ｃのみの出射光で形成される。光収束部３０ｃの出射光による像は広がりが大きい。そのため、拡大図５５０ｃに示されるように、定点ＰＢの近傍の像はぼけて見える。
　このように、表示装置１０によれば、距離が導光板７０から定点までの距離が近いほど、位置が互いに異なるより多くの光収束部３０の出射光で当該定点を形成する。そのため、像６にぼけが生じるものの、ぼけ量、すなわち像の広がりが略一定の像６を形成できる。そのため、観察者に与える違和感を低減できる。
　なお、像６の輝度を一定する必要がある場合、各定点を含む予め定められた範囲内に向かう光収束部３０の数が多いほど、１つの光収束部３０からの出射光の光度を小さくすることが望ましい。例えば、上記の例のように、定点ＰＣを１つの光収束部３０ｃで形成し、定点ＰＡの近傍を５個の光収束部３０で形成する場合、定点ＰＡの近傍を形成する５個の光収束部３０のそれぞれの出射光の光度は、光収束部３０ｃの出射光の光度の約１／５であることが望ましい。一般には、Ｎ個の光収束部３０の出射光で１つの定点近傍の像を形成する場合、光収束部１つあたりの出射光の光度がＮに略反比例することが望ましい。光収束部３０の出射光の光度は、光収束部３０が有する反射面の面積で調整してよい。
　図６は、表示装置１０を改札機に利用した場合の利用例を概略的に示す。図６は、改札機システム７５０の全体を示す概略的な斜視図である。改札機システム７５０は、表示装置１０を備える光システムの一例である。
　改札機システム７５０は、改札機本体７５２と、表示装置１０とを備える。改札機本体７５２は、通信部７０１と表示部７０２とを有する。通信部７０１及び表示部７０２は、ユーザインタフェース部の一例であり、ユーザと改札機本体７５２との間のインタフェースを提供する。
　通信部７０１は、近接通信を利用して、ユーザが所持する非接触型通信デバイスと通信する。通信部７０１は、近接通信によって非接触型通信デバイスと通信する。非接触型通信デバイスとしては、ＩＣカード乗車券等のＩＣカード、非接触型通信機能を持つ携帯電話等を例示できる。表示部７０２は、ユーザに情報を表示する。例えば、表示部７０２は、非接触型通信デバイスに記憶されている電子マネーの残高等を表示する。
　表示装置１０は、表示部７０２上に設けられる。表示装置１０による像６は、表示部７０２の位置をユーザに提示する。像６は、ユーザからは、表示部７０２の上方の空間に位置するように認識される。図６に示されるように、表示装置１０によれば、表示部７０２の上方の空間に認識される像６を形成できる。また、表示装置１０は全体として透明であるので、ユーザは、表示部７０２上のマークをユーザが視認することができる。
　なお、表示装置１０と同様の構成の表示装置を通信部７０１上に設けることによって、通信部７０１の位置をユーザに示す像を、通信部７０１上の空間に形成してもよい。
　図７は、光収束部３０の変形例としての光収束部１３０及び光収束部１３２を概略的に示す。図７（ａ）は、フレネルレンズの一部により形成された１つの光収束部１３０を概略的に示す。なお、フレネルレンズとして機能する光収束部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７（ｂ）に示す光収束部１３２は、光収束部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。光収束部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。このように、光収束部を複数の部分に分割することで、いわゆるブラックマトリックス効果が生じて、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、光収束部３０として回折格子を用いてもよい。
　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、請求の範囲の記載から明らかである。
　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。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
２０　光源部
２１、２２、２３　光源
３０　光収束部
７０　導光板
７１　出射面
７２　背面
７３、７４、７５、７６　端面
１３０、１３２　光収束部
１４０　部分
１９０　線
７０１　通信部
７０２　表示部
７５０　改札機システム
７５２　改札機本体

Claims (9)

  1. 　入射された光を、光の出射面に平行な面内で導く導光板と、
    　前記導光板が光を導く導光方向に直交する方向の異なる位置から、前記導光板に光を入射する光源と
    を備え、
    　前記導光板は、
    　前記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前記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
    を有し、
    　前記収束点又は収束線は前記複数の光収束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空間上に像が形成され、
    　前記複数の光収束部のうち、前記出射面から第１の距離だけ離れた点を含む予め定められた範囲内に実質的に収束する又は前記出射面から第１の距離だけ離れた点を含む予め定められた範囲内から実質的に発散する方向の出射光を前記出射面から出射させる第１の光収束部は、前記第１の光収束部が出射させる出射光の前記収束点又は収束線によって形成される像の広がりが、前記複数の光収束部のうち、前記出射面から前記第１の距離より長い第２の距離だけ離れた点を含む予め定められた範囲内に実質的に収束する又は前記出射面から前記第２の距離だけ離れた点を含む予め定められた範囲内から実質的に発散する方向の出射光を前記出射面から出射させる第２の光収束部が出射させる出射光の前記収束点又は収束線によって形成される像の広がりと略一致するように、前記第１の光収束部が前記第２の光収束部より多く設けられる
    光デバイス。
  2. 　前記予め定められた範囲は、前記導光方向に直交する方向に沿う範囲である
    請求項１に記載の光デバイス。
  3. 　前記第１の光収束部は、前記第１の距離が短いほど多く設けられる
    請求項１又は２に記載の光デバイス。
  4. 　前記第２の光収束部は、前記収束点又は収束線のうち、前記出射面から最も離れた収束点又は収束線に実質的に収束する又は前記出射面から最も離れた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前記出射面から出射させ、
    　前記光源が前記異なる位置から前記導光板に光を入射することによって、前記第２の光収束部が出射させる出射光の前記収束点又は収束線は、前記導光板が光を導く導光方向に直交する方向に広がりを有し、
    　前記第１の光収束部は、前記第２の光収束部が出射させる出射光の前記収束点又は収束線の前記広がりが大きいほど、多く設けられる
    請求項１から３のいずれか１項に記載の光デバイス。
  5. 　前記第１の光収束部は、前記導光方向に直交する方向に異なる位置に設けられる
    請求項１から４のいずれか１項に記載の光デバイス。
  6. 　前記収束点又は収束線の集まりによって形成される前記像は、線で表される像である
    請求項１から５のいずれか１項に記載の光デバイス。
  7. 　前記複数の光収束部は、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６のいずれか１項に記載の光デバイス。
  8. 　前記出射面から特定の距離だけ離れた点を含む予め定められた範囲内に実質的に収束する又は特定の距離だけ離れた点を含む予め定められた範囲内から実質的に発散する方向の出射光を前記出射面から出射させる複数の光収束部の数が多いほど、当該複数の光収束部における光収束部１つあたりの出射光の光度が小さい
    請求項１から７のいずれか一項に記載の光デバイス。
  9. 　請求項１から８のいずれか１項に記載の光デバイスと、
    　ユーザインタフェース部と
    を備え、
    　前記光デバイスは、前記ユーザインタフェース部の位置をユーザに示す前記像を形成する
    光システム。
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