WO2021106458A1 - 表示装置 - Google Patents

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WO2021106458A1
WO2021106458A1 PCT/JP2020/039992 JP2020039992W WO2021106458A1 WO 2021106458 A1 WO2021106458 A1 WO 2021106458A1 JP 2020039992 W JP2020039992 W JP 2020039992W WO 2021106458 A1 WO2021106458 A1 WO 2021106458A1
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display device
guide plate
light guide
image
light
Prior art date
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PCT/JP2020/039992
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French (fr)
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團野　幹史
閑人 行本
篠原　正幸
智和 北村
Original Assignee
オムロン株式会社
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Publication date
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Priority to US17/770,345 priority patent/US20220390664A1/en
Priority to CN202080073523.2A priority patent/CN114585961A/zh
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    • G02B6/006—Means for improving the coupling-out of light from the light guide varying in density, size, shape or depth along the light guide to produce indicia, symbols, texts or the like

Definitions

  • the present invention relates to a display device that displays an image in space.
  • Patent Document 1 describes a transparent light guide plate having a display portion formed of a plurality of recesses having a reflecting surface for reflecting incident light toward the surface side, a half mirror plate arranged on the surface side of the light guide plate, and a half mirror plate.
  • a display device including a mirror plate arranged on the back surface side of the light guide plate is disclosed. The display device displays a multiple image of the display unit by multiple-reflecting the light from the light source that travels in the light guide plate and is reflected by the reflective surface of the recess between the half mirror plate and the mirror plate.
  • the display device disclosed in Patent Document 1 has a problem that the design is not sufficient because it can display only an image of a display unit formed on the back surface of the light guide plate, that is, a multiple image of a flat image.
  • One aspect of the present invention is aimed at realizing a display device capable of providing a display having a high taste and excellent design.
  • the display device is a light guide plate that guides incident light, reflects it by an optical path changing portion formed at a predetermined position, and emits it from a light emitting surface.
  • the emitted light causes an image with a change in the direction from the half mirror toward the mirror to be imaged in a space different from the light emitting surface.
  • a display device capable of providing a display having a high taste and excellent design.
  • the + X direction in FIG. 2 is the forward direction
  • the ⁇ X direction is the rear direction
  • the + Y direction is the upward direction
  • the ⁇ Y direction is the downward direction
  • the + Z direction is the right direction
  • the ⁇ Z direction is the left direction. It may be explained as.
  • FIG. 2 is a perspective view for explaining the principle of display by the display device 10.
  • the display device 10 forms a stereoscopic image visually recognized by the user in a space without a screen.
  • FIG. 2 shows a state in which the display device 10 displays a stereoscopic image I, more specifically, a button-shaped stereoscopic image I on which the characters “ON” are displayed.
  • FIG. 2 shows the light guide plate 11 and the light source 12 among the components included in the display device 10.
  • the light guide plate 11 guides the light incident from the light source 12 and emits it from the exit surface 11a to form the image in space.
  • the light guide plate 11 has a rectangular parallelepiped shape and is formed of a resin material having transparency and a relatively high refractive index.
  • the material forming the light guide plate 11 may be, for example, a polycarbonate resin, a polymethyl methacrylate resin, glass, or the like.
  • the light guide plate 11 has an exit surface 11a (light emission surface) that emits light, a back surface 11b on the opposite side of the emission surface 11a, and end faces 11c, end faces 11d, end faces 11e, and end faces 11f that are four end faces. I have.
  • the end surface 11c is an incident surface on which the light projected from the light source 12 is incident on the light guide plate 11.
  • the end surface 11d is a surface opposite to the end surface 11c.
  • the end surface 11e is a surface opposite to the end surface 11f.
  • the light guide plate 11 spreads and guides the light from the light source 12 on the surface in a plane parallel to the exit surface 11a.
  • the light source 12 is, for example, an LED (Light Emitting diode) light source.
  • a plurality of optical path changing portions 13 including an optical path changing portion 13a, an optical path changing portion 13b, and an optical path changing portion 13c are formed on the back surface 11b of the light guide plate 11.
  • the optical path changing portion 13 is formed substantially continuously in the Z-axis direction. In other words, the plurality of optical path changing portions 13 are formed along predetermined lines in a plane parallel to the exit surface 11a.
  • Light projected from the light source 12 and guided by the light guide plate 11 is incident on each position of the optical path changing portion 13 in the Z-axis direction.
  • the optical path changing unit 13 substantially converges the light incident on each position of the optical path changing unit 13 to a fixed point corresponding to each optical path changing unit 13.
  • the optical path changing section 13a, the optical path changing section 13b, and the optical path changing section 13c are particularly shown as a part of the optical path changing section 13. Specifically, it is shown that a plurality of lights emitted from each of the optical path changing unit 13a, the optical path changing unit 13b, and the optical path changing unit 13c converge.
  • the optical path changing unit 13a corresponds to the fixed point PA of the stereoscopic image I.
  • the light from each position of the optical path changing portion 13a converges on the fixed point PA. Therefore, the wavefront of the light from the optical path changing portion 13a becomes the wavefront of the light emitted from the fixed point PA.
  • the optical path changing unit 13b corresponds to the fixed point PB on the stereoscopic image I. The light from each position of the optical path changing portion 13b converges on the fixed point PB. In this way, the light from each position of the arbitrary optical path changing unit 13 substantially converges to the fixed point corresponding to each optical path changing unit 13.
  • each optical path changing unit 13 is different from each other, and the user is placed on the space (more specifically, on the space on the exit surface 11a side from the light guide plate 11) by a collection of a plurality of fixed points corresponding to the optical path changing units 13.
  • the stereoscopic image I recognized by is imaged.
  • the optical path changing section 13a, the optical path changing section 13b, and the optical path changing section 13c are formed along the line La, the line Lb, and the line Lc, respectively.
  • the line La, the line Lb, and the line Lc are straight lines substantially parallel to the Z-axis direction.
  • the arbitrary optical path changing portion 13 is formed substantially continuously along a straight line parallel to the Z-axis direction.
  • FIG. 1 is a diagram showing a specific configuration of the display device 10 according to the present embodiment.
  • a perspective view of the display device 10 is indicated by reference numeral 1001
  • a side view is indicated by reference numeral 1002.
  • the display device 10 includes a half mirror 21 and a mirror 22 in addition to the light guide plate 11 and the light source 12 described above.
  • the half mirror 21 is a half mirror that reflects a part of the incident light and transmits the rest.
  • the half mirror 21 is arranged on the exit surface 11a side of the light guide plate 11.
  • the mirror 22 is a mirror that reflects incident light.
  • the mirror 22 is arranged on the side opposite to the exit surface 11a of the light guide plate 11.
  • the light transmittance of the half mirror 21 is preferably 80% or less.
  • the image I to be imaged may be blurred due to noise light.
  • the transmittance of the half mirror 21 By setting the transmittance of the half mirror 21 to 80% or less, noise light is less likely to be visually recognized, and the visibility of the image I is improved.
  • the light transmittance of the half mirror 21 and the mirror 22 does not necessarily have to be 80% or less.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of an optical path in the display device 10.
  • a part of the light emitted from the exit surface 11a of the light guide plate 11 passes through the half mirror 21 and is emitted to the outside of the display device 10 as light L1.
  • the light reflected by the half mirror 21 passes through the light guide plate 11 and is reflected by the mirror 22, passes through the light guide plate 11 again, and reaches the half mirror 21 again.
  • a part of the light that has reached the half mirror 21 again passes through the half mirror 21 and is emitted to the outside of the display device 10 as light L2 in an optical path different from that of light L1.
  • the light reflected again by the half mirror 21 is further emitted to the side of the half mirror 21 via the light guide plate 11, the mirror 22, and the light guide plate 11.
  • the light emitted from the light guide plate 11 toward the half mirror 21 for the third time passes through the outside of the half mirror 21 and is emitted to the outside as light L3.
  • the number of times the light emitted from the emission surface 11a is reflected between the half mirror 21 and the mirror 22 is also reduced when compared with the example shown in FIG. In some cases.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an image I formed by the light guide plate 11 included in the display device 10.
  • the light guide plate 11 forms an image I with a change in the direction from the half mirror 21 toward the mirror 22 in a space different from the exit surface 11a by the light emitted from the emission surface 11a.
  • Image I is, for example, a planar image having an angle larger than 0 ° with respect to the exit surface 11a.
  • the image I imaged by the light guide plate 11 is a plane image parallel to the plane PI perpendicular to the exit plane 11a.
  • the image I does not have to be parallel to the plane PI perpendicular to the exit plane 11a.
  • the image I may be a stereoscopic image.
  • the light guide plate 11 is used when the user's eyes are aligned in a direction (horizontal direction) perpendicular to the direction (vertical direction) in which the light incident from the light source 12 is guided through the light guide plate 11 in the image I.
  • An image is formed so that it can be visually recognized.
  • the light guide plate 11 may be imaged so that the image I can be visually recognized when the user's eyes are lined up in the vertical direction or the diagonal direction instead of the horizontal direction.
  • the plurality of images I are aligned in a direction orthogonal to the direction in which the light from the light source 12 is guided in the light guide plate 11.
  • the shape of the image I can be controlled by the direction of the reflecting surface of the optical path changing unit 13.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of an image I imaged by the display device 10.
  • the light emitted from the exit surface 11a is repeatedly reflected between the half mirror 21 and the mirror 22. Therefore, when the display device 10 is visually recognized from the exit surface 11a side of the light guide plate 11, a plurality of images I formed in space are formed side by side in the depth direction as shown by reference numeral 5001 in FIG. ..
  • the image I may have the shape of a switch protruding from the light guide plate 11 as shown by reference numeral 5002 in FIG. Further, the image I may have the shape of an arrow toward the light guide plate 11, as shown by reference numeral 5003 in FIG. Further, the image I may have a triangular prism shape separated from the light guide plate 11 as shown by reference numeral 5004 in FIG.
  • the image I may be a rectangle on a plane that is not parallel to the light guide plate 11, as shown by reference numerals 5005 to 5007 in FIG.
  • the image B which is a reference for visually recognizing the image I, may be further displayed.
  • Image B may be a two-dimensional coordinate axis as shown by reference numeral 5005 in FIG.
  • the image B may be a flat surface on the light guide plate 11 as shown by reference numeral 5006 in FIG.
  • the image B may have three-dimensional coordinate axes as shown by reference numeral 5007 in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the distance between the half mirror 21 and the mirror 22 and the total length of the image I in the depth direction of the display device 10. As shown in FIG. 6, the distance between the half mirror 21 and the mirror 22 is L1, and the total length of the image I in the depth direction of the display device 10 is L2.
  • L2 is larger than twice L1
  • the images I that are multiplely imaged by the display device 10 have regions that overlap each other. In this case, it is possible to express the images I formed in multiple layers as if they were a single image connected in the depth direction.
  • L2 is twice or less than L1
  • the images I that are multiplely imaged by the display device 10 do not have regions that overlap each other. In this case, it is possible to express as if a large number of images I are gathered.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an example of a gaming machine to which the display device 10 is applied.
  • the display device 10 is not shown.
  • the display device 10 can be applied to an input device used in an amusement device such as a gaming machine.
  • the input device includes a display device 10 and a sensor that detects the presence or absence of an object at the position of the image displayed by the display device 10. When the user performs an input operation on the image displayed by the display device 10 with an indicator such as a finger, the sensor detects the indicator and the input device accepts the input.
  • the stereoscopic image I is imaged by the display device 10 as at least one of the plurality of switches operated by the user. You may let me.
  • a display device displays a stereoscopic image I as a switch that is formed so as to be superimposed on a screen on which an effect image for the user is displayed on the gaming machine M2 and is an operation target of the user.
  • the image may be formed by 10.
  • the display device 10 may display the stereoscopic image I only when it is necessary for the effect.
  • the display device 10 may be applied to the gaming machine not as an input device but as a display device for displaying an image for effect. Further, the display device 10 may be applied as an illumination provided in a frame of a gaming machine installed in a casino or the like.
  • FIG. 8 is a diagram showing a state in which the display device 10 is applied to the tail lamp of the vehicle C.
  • the display device 10 can be applied to the tail lamp 1A of the vehicle C, for example, as shown by reference numeral 8001 in FIG.
  • the display device 10 includes a light guide plate 11A and a light source 12 as shown by reference numeral 8002 in FIG.
  • the light guide plate 11A differs from the light guide plate 11 in that it has a curved shape that matches the shape of the vehicle C.
  • the stereoscopic image I is displayed by changing the optical path of the light incident from the light source 12 by the optical path changing unit 13 formed in the light guide plate 11A.
  • the display device 10 may be applied to a vehicle lighting device other than the tail lamp or a vehicle display device.
  • FIG. 9 is a diagram showing a display device 110 according to the first modification.
  • the half mirror 21 and the mirror 22 are omitted in FIG.
  • the plurality of images I are aligned in a direction orthogonal to the direction in which the light from the light source 12 is guided in the light guide plate 11.
  • the plurality of images I are imaged so that the light from the light source 12 is arranged in the same direction as the light guide plate 11 is guided.
  • the width of the light guide plate 11 seen from the light source 12 is narrower than that of the display device 10. Therefore, in the display device 110, the light incident on the light guide plate 11 from the light source 12 is appropriately collimated, and the shape of the image I is controlled by the direction of the reflection surface of the optical path changing unit 13.
  • FIG. 10 is a diagram showing a display device 120 according to the second modification.
  • the image formed by the light guide plate 11 is different between the image formed on the half mirror 21 side of the exit surface 11a and the image formed on the mirror 22 side of the exit surface 11a. ..
  • the light guide plate 11 forms an image IA on the front side of the paper surface with respect to the light guide plate 11, and an image IB is formed on the back side of the paper surface with respect to the light guide plate 11. Therefore, as shown by reference numeral 10002 in FIG.
  • the display device 120 forms a plurality of image IA on the half mirror 21 side with respect to the light guide plate 11, and a plurality of images IA on the mirror 22 side with respect to the light guide plate 11.
  • Image IB is imaged. Therefore, in the depth direction, it is possible to display an image that changes between the front side and the back side of the light guide plate 11.
  • the images IA and IB may be flat images displayed on the front surface and the back surface of the light guide plate 11, respectively, as shown by reference numeral 10033 in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing a light guide plate 11 included in the display device 130 (see FIG. 12) according to the third modification.
  • the image formed by the light guide plate 11 differs depending on the direction in which the image is formed.
  • the light guide plate 11 in the display device 130 forms different images IA, IB, or IC depending on the direction in which the images are formed, as shown by reference numerals 11001, 11002, and 11003 in FIG. 11, for example.
  • FIG. 12 is a diagram showing a specific example of an image imaged by the display device 130.
  • the display device 130 forms a plurality of image IA in the direction in which the light guide plate 11 forms the image IA.
  • the display device 130 forms a plurality of image IBs in the direction in which the light guide plate 11 forms an image IB. Therefore, different images can be formed in multiple layers depending on the direction in which the user visually recognizes the display device 130.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the display device 140 according to the fourth modification.
  • the half mirror 21 and the mirror 22 are omitted in FIG.
  • the image I imaged by the light guide plate 11 has a shape that focuses on the side where the mirror 22 is arranged rather than the light guide plate 11.
  • the light guide plate 11 included in the display device 140 forms a plurality of images I.
  • the plurality of images I have a design that focuses on a predetermined vanishing point V.
  • the image formed by the display device 140 also has a design of focusing on a predetermined vanishing point. Therefore, according to the display device 140, the stereoscopic effect of the image I can be emphasized.
  • the plurality of images I do not necessarily have to have a design toward a predetermined vanishing point, and may have, for example, a design that focuses on a predetermined vanishing point.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the display device 150 according to the fifth modification.
  • the half mirror 21 and the mirror 22 are omitted in FIG.
  • the light guide plate 11 included in the display device 150 forms an image ID parallel to the exit surface 11a in addition to the plurality of images I.
  • a plurality of images I and an image ID parallel to the exit surface 11a are formed in multiple images.
  • the plane on which the image ID is formed serves as a reference plane when the image I is visually recognized. Therefore, according to the display device 150, the stereoscopic effect of the image I can be emphasized.
  • FIG. 15 is a diagram showing a display device 160 according to the sixth modification.
  • the display device 160 further includes a light emitting member 23 in addition to the configuration of the display device 10.
  • the light emitting member 23 is a member that has a predetermined shape and emits light.
  • the light emitting member 23 is provided in the region between the half mirror 21 and the mirror 22.
  • the light emitting member 23 may include, for example, a light source for the light emitting member and a light guide plate. Further, the light emitting member 23 may be a plurality of LEDs arranged in a predetermined shape.
  • the image I and the image IE of the light emitting member 23 are formed in multiples as shown by reference numeral 15003 in FIG. At this time, the position of the image IE of the light emitting member 23 becomes the reference position when the image I is visually recognized. Therefore, according to the display device 160, the stereoscopic effect of the image I can be emphasized.
  • FIG. 16 is a diagram showing a display device 170 according to the seventh modification.
  • the display device 170 either the half mirror 21 or the mirror 22 is formed on the surface of the light guide plate 11.
  • the half mirror 21 is vapor-deposited on the surface of the light guide plate 11.
  • the display device 170 multiplexes the image I only on the side of the mirror 22.
  • the mirror 22 is vapor-deposited on the surface of the light guide plate 11. In this case, the display device 170 multiplexes the image I only on the side of the half mirror 21.
  • either the half mirror 21 or the mirror 22 may be formed on the surface of the light guide plate 11 by a method other than thin film deposition.
  • the display device 170 by forming the half mirror 21 or the mirror 22 on the surface of the light guide plate 11, the number of parts and the space of the display device 170 can be reduced.
  • FIG. 17 is a diagram showing a display device 180 according to the eighth modification.
  • the half mirror 21 and the mirror 22 are longer than the light guide plate 11 in the direction parallel to the light guide plate 11. Therefore, in the display device 180, the light emitted from the light guide plate 11 is repeatedly reflected in a direction parallel to the surface of the light guide plate 11 in a wider range than that of the light guide plate 11 to form an image I. Therefore, according to the display device 180, as shown by reference numeral 17001 in FIG. 17, the user's viewpoint E is separated from the center of the light guide plate 11 by the end portion of the light guide plate 11 in the direction parallel to the light guide plate 11. Even if there is, it is possible to give a sense of depth to the image I that is formed in multiple layers.
  • Such a display device 180 also has multiple images formed when the user's viewpoint E is separated from the center of the light guide plate 11 by the end of the light guide plate 11 in a direction parallel to the light guide plate 11. I can give a sense of depth.
  • FIG. 18 is a diagram showing a display device 190 according to a ninth modification.
  • the light source 12 is omitted in FIG.
  • the display device 190 the light guide plate 11, the half mirror 21, and the mirror 22 are curved so as to be convex toward the side where the image I is observed. According to such a display device 190, a curved image I can be formed in multiple images.
  • FIG. 19 is a diagram showing a display device 200 according to a tenth modification.
  • the mirror 22 is omitted in FIG.
  • the display device 200 in addition to the configuration of the display device 10, the display device 200 further includes a cover 24 that transmits at least a part of incident light on the side opposite to the light guide plate 11 of the half mirror 21.
  • the light transmittance of the half mirror 21 is lower than the light transmittance of the cover 24.
  • the image I to be imaged may be blurred due to noise light.
  • noise light is less likely to be visually recognized, and the visibility of the image I is improved.
  • FIG. 20 is a diagram showing a display device 210 according to the eleventh modification.
  • the display device 210 can be applied to, for example, a rear combination lamp of a vehicle.
  • the display device 210 further includes an inner cover 40 in addition to the configuration of the display device 10.
  • FIG. 21 is a diagram showing a display device 220 according to a twelfth modification. For simplicity, the half mirror 21 and the mirror 22 are omitted in FIG. As shown by reference numerals 21001 and 21002 in FIG. 21, the display device 220 includes a blinker 41 and a brake lamp 42 in addition to the configuration of the display device 10. In other words, the display device 220 has a configuration in which the blinker 41 and the brake lamp 42 are superimposed on the light guide plate 11.
  • the display device 220 in addition to the image I, the light during the operation of the blinker 41 and / or the brake lamp 42 is also imaged in multiple layers. Therefore, according to the display device 220, it is possible to realize a vehicle lighting device having a high taste for the blinker 41 and the brake lamp 42.
  • the blinker 41 and the brake lamp 42 are arranged, for example, between the light guide plate 11 and the mirror 22. Further, in the display device 220, the blinker 41 and the brake lamp 42 may be arranged between the light guide plate 11 and the half mirror 21. However, in the display device 220, the blinker 41 and the brake lamp 42 do not necessarily have to be arranged on the same side with respect to the light guide plate 11. Further, the display device 220 does not necessarily have to include both the blinker 41 and the brake lamp 42, and may include only one of them.
  • FIG. 22 is a perspective view of the display device 10A.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing the configuration of the display device 10A.
  • FIG. 24 is a plan view showing the configuration of the display device 10A.
  • FIG. 25 is a perspective view showing the configuration of the optical path changing unit 16 included in the display device 10A.
  • the display device 10A includes a light source 12 and a light guide plate 15 (first light guide plate).
  • the light guide plate 15 is a member that guides the light (incident light) incident from the light source 12.
  • the light guide plate 15 is made of a transparent resin material having a relatively high refractive index.
  • a polycarbonate resin, a polymethyl methacrylate resin, or the like can be used as the material for forming the light guide plate 15, for example, a polycarbonate resin, a polymethyl methacrylate resin, or the like can be used. In this modification, the light guide plate 15 is formed of a polymethylmethacrylate resin.
  • the light guide plate 15 includes an emitting surface 15a (light emitting surface), a back surface 15b, and an incident surface 15c.
  • the exit surface 15a is a surface that guides the inside of the light guide plate 15 and emits light whose optical path has been changed by the optical path changing unit 16 described later.
  • the exit surface 15a constitutes the front surface of the light guide plate 15.
  • the back surface 15b is a surface parallel to the exit surface 15a, and is a surface on which the optical path changing portion 16 described later is arranged.
  • the incident surface 15c is a surface on which the light emitted from the light source 12 is incident inside the light guide plate 15.
  • the light emitted from the light source 12 and incident on the light guide plate 15 from the incident surface 15c is totally reflected by the exit surface 15a or the back surface 15b, and is guided through the light guide plate 15.
  • the optical path changing portion 16 is formed on the back surface 15b inside the light guide plate 15 to change the optical path of the light guided in the light guide plate 15 and emit it from the exit surface 15a. It is a member. A plurality of optical path changing portions 16 are provided on the back surface 15b of the light guide plate 15.
  • the optical path changing portion 16 is provided along the direction parallel to the incident surface 15c.
  • the optical path changing portion 16 has a triangular pyramid shape and includes a reflecting surface 16a that reflects (totally reflected) the incident light.
  • the optical path changing portion 16 may be, for example, a recess formed in the back surface 15b of the light guide plate 15. Further, the optical path changing portion 16 is not limited to the triangular pyramid shape.
  • a plurality of optical path changing unit groups 17a, 17b, 17c ... Consisting of a plurality of optical path changing units 16 are formed on the back surface 15b of the light guide plate 15.
  • FIG. 26 is a perspective view showing the arrangement of the optical path changing portions 16.
  • the reflecting surfaces 16a of the plurality of optical path changing portions 16 are arranged on the back surface 15b of the light guide plate 15 so that the angles with respect to the incident direction of the light are different from each other. Has been done.
  • each of the optical path changing unit groups 17a, 17b, 17c Changes the optical path of the incident light and emits the incident light from the emitting surface 15a in various directions.
  • a method of forming a stereoscopic image I by the display device 10A will be described with reference to FIG. 27.
  • a case will be described in which a stereoscopic image I as a surface image is formed on the stereoscopic image forming surface P which is a plane perpendicular to the exit surface 15a of the light guide plate 15 by the light whose optical path is changed by the optical path changing unit 16. ..
  • FIG. 27 is a perspective view showing a method of forming a stereoscopic image I by the display device 10A.
  • a ring mark with diagonal lines is formed as a stereoscopic image I on the stereoscopic image forming surface P.
  • the light whose optical path is changed by each optical path changing unit 16 of the optical path changing unit group 17a intersects the stereoscopic image imaging surface P at the line La1 and the line La2.
  • the line image LI which is a part of the stereoscopic image I, is formed on the stereoscopic image forming surface P.
  • the line image LI is a line image parallel to the YZ plane.
  • the line image LI of the line La1 and the line La2 is formed by the light from a large number of optical path changing units 16 belonging to the optical path changing unit group 17a.
  • the light for forming the images of the line La1 and the line La2 may be provided by at least two optical path changing units 16 in the optical path changing unit group 17a.
  • each optical path changing unit 16 of the optical path changing unit group 17b intersects the stereoscopic image imaging surface P at the line Lb1, the line Lb2, and the line Lb3.
  • the line image LI which is a part of the stereoscopic image I, is formed on the stereoscopic image forming surface P.
  • each optical path changing unit 16 of the optical path changing unit group 17c intersects the stereoscopic image imaging surface P at the line Lc1 and the line Lc2.
  • the line image LI which is a part of the stereoscopic image I, is formed on the stereoscopic image forming surface P.
  • the positions of the line images LI formed by the optical path changing unit groups 17a, 17b, 17c ... In the X-axis direction are different from each other.
  • the distance between the optical path changing unit groups 17a, 17b, 17c ... the distance in the X-axis direction of the line image LI imaged by the optical path changing unit groups 17a, 17b, 17c ... It can be made smaller.
  • the display device 10A by accumulating a plurality of line image LIs imaged by the light whose optical path has been changed by each of the optical path changing units 16 of the optical path changing units 17a, 17b, 17c ...
  • the stereoscopic image I which is a surface image, is imaged on the stereoscopic image forming surface P.
  • the stereoscopic image forming surface P may be a plane perpendicular to the X axis, a plane perpendicular to the Y axis, or a plane perpendicular to the Z axis. Further, the stereoscopic image forming surface P may be a plane that is not perpendicular to the X-axis, the Y-axis, or the Z-axis. Further, the stereoscopic image forming surface P may be a curved surface instead of a flat surface. That is, the display device 10A can form a stereoscopic image I on an arbitrary surface (plane and curved surface) in space by the optical path changing unit 16. In addition, a three-dimensional image can be formed by combining a plurality of surface images.
  • the display device 10 may separately image images for a plurality of viewpoints.
  • the display device 10 may include a display pattern for the right eye that forms an image for the right eye and a display pattern for the left eye that forms an image for the left eye.
  • the display device 10 can form an image having a stereoscopic effect.
  • the display device 10 may separately form images for three or more viewpoints.
  • the display device includes a light guide plate that guides incident light, reflects it by an optical path changing portion formed at a predetermined position, and emits it from a light emitting surface, and the light emitting of the light guide plate.
  • a half mirror arranged on the surface side and a mirror arranged on the opposite side of the light emitting surface of the light guide plate are provided, and the light guide plate is provided with light emitted from the light emitting surface from the half mirror.
  • An image with a change in the direction toward the mirror is formed in a space different from the light emitting surface.
  • the image formed by the light guide plate is repeatedly reflected between the half mirror and the mirror. Therefore, when visually recognized from the light emitting surface side of the light guide plate, it is possible to display a multiple image in which a plurality of images formed in space are arranged side by side in the depth direction.
  • the image formed in space is an image with a change in the direction from the half mirror to the mirror.
  • the distance between the half mirror and the mirror is L1
  • the total length of the image formed by the light guide plate in the direction from the half mirror to the mirror is defined as the total length of the image.
  • L2 may be larger than twice that of L1.
  • the images formed in multiple layers have regions that overlap each other. Therefore, it is possible to express as if the images formed in multiple layers are a single image connected in the depth direction.
  • the distance between the half mirror and the mirror is L1
  • the total length of the image formed by the light guide plate in the direction in which the mirror is arranged is L2.
  • L2 may be twice or less than L1.
  • the images that are formed in multiple layers do not have a region that overlaps with each other. Therefore, by forming multiple images, it is possible to express as if a large number of images are aggregated.
  • the images formed by the light guide plate are an image formed on the half mirror side of the light emitting surface and a mirror of the light emitting surface. It may be different from the image formed on the side.
  • the image formed by the light guide plate may differ depending on the direction in which the image is formed.
  • the image formed by the light guide plate may have a shape that focuses on the side where the mirror is arranged rather than the light guide plate.
  • the multiplely imaged image also has a shape that focuses on the side where the mirror is arranged rather than the light guide plate, so that the stereoscopic effect of the image can be emphasized.
  • the mirror and the half mirror may be longer than the region where the optical path changing portion is provided in a direction parallel to the light guide plate.
  • the mirror and the half mirror may be longer than the light guide plate in a direction parallel to the light guide plate.
  • either the half mirror or the mirror may be formed on the surface of the light guide plate.
  • the number of parts and space of the display device can be reduced.
  • the light guide plate, the half mirror, and the mirror may be curved so as to be convex toward the side where the image is observed.
  • the light transmittance of the half mirror may be 80% or less.
  • noise light is less likely to be visually recognized, and the visibility of the image is improved.
  • the display device further includes a cover on the side of the half mirror opposite to the light guide plate, and the light transmittance of the half mirror is lower than the light transmittance of the cover. May be good.
  • noise light is less likely to be visually recognized, and the visibility of the image is improved.

Abstract

趣向性が高く、デザイン性に優れた表示を提供することができる表示装置を実現 する。表示装置（１０）は、入射した光を導光し、光出射面から出射させる導光板　（１１）と、導光板の前記光出射面側に配置されるハーフミラー（２１）と、導光板の光出射面の反対側に配置されるミラー（２２）と、を備え、導光板は、ハーフミラーからミラーへ向かう方向における変化を伴う画像を、光出射面とは異なる空間に結像させる。

Description

表示装置
　本発明は、空間に画像を表示する表示装置に関する。
　特許文献１には、入射した光を表面側に反射する反射面を有する複数の凹部からなる表示部が形成された透明な導光板と、導光板の表面側に配置されたハーフミラー板と、導光板の裏面側に配置されたミラー板とを備える表示装置が開示されている。当該表示装置は、導光板内を進行して凹部の反射面で反射した光源からの光をハーフミラー板とミラー板との間で多重反射させることにより、表示部の多重像を表示する。
日本国特開２０１０－２６３５号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されている表示装置は、導光板の裏面に形成された表示部の画像、すなわち平面画像の多重像しか表示できないため、デザイン性が十分でないという問題がある。
　本発明の一態様は、趣向性が高く、デザイン性に優れた表示を提供することができる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表示装置は、入射した光を導光し、所定の位置に形成された光路変更部によって反射させて光出射面から出射させる導光板と、前記導光板の前記光出射面側に配置されるハーフミラーと、前記導光板の前記光出射面の反対側に配置されるミラーと、を備え、前記導光板は、前記光出射面から出射させる光により、前記ハーフミラーから前記ミラーへ向かう方向における変化を伴う画像を、前記光出射面とは異なる空間に結像させる。
　本発明の一態様によれば、趣向性が高く、デザイン性に優れた表示を提供することができる表示装置を実現できる。
本実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。 本実施形態に係る表示装置による表示の原理を説明するための斜視図である。 本実施形態に係る表示装置における光路の例を示す図である。 本実施形態に係る表示装置が備える導光板により表示される画像の例を示す図である。 本実施形態に係る表示装置により結像される画像の例を示す図である。 ハーフミラーとミラーとの間の距離、および、表示装置の奥行き方向における画像の全長の関係を示す図である。 本実施形態に係る表示装置が適用された遊技機の例を示す斜視図である。 本実施形態に係る表示装置を車両のテールランプに適用した様子を示す図である。 第１の変形例に係る表示装置を示す図である。 第２の変形例に係る表示装置を示す図である。 第３の変形例に係る表示装置が備える導光板を示す図である。 第３の変形例に係る表示装置により結像される画像の具体例を示す図である。 第４の変形例に係る表示装置について説明するための図である。 第５の変形例に係る表示装置について説明するための図である。 第６の変形例に係る表示装置を示す図である。 第７の変形例に係る表示装置を示す図である。 第８の変形例に係る表示装置を示す図である。 第９の変形例に係る表示装置を示す図である。 第１０の変形例に係る表示装置を示す図である。 第１１の変形例に係る表示装置を示す図である。 第１２の変形例に係る表示装置を示す図である。 第１３の変形例に係る表示装置の斜視図である。 第１３の変形例に係る表示装置の構成を示す断面図である。 第１３の変形例に係る表示装置の構成を示す平面図である。 第１３の変形例に係る表示装置が備える光路変更部の構成を示す斜視図である。 第１３の変形例に係る表示装置が備える光路変更部の配列を示す斜視図である。 第１３の変形例に係る表示装置による立体画像の結像方法を示す斜視図である。
　〔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、本発明の表示装置による表示の原理について説明する。なお、以降では、説明の便宜上、図２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方向を右方向、－Ｚ方向を左方向として説明する場合がある。
　図２は、表示装置１０による表示の原理を説明するための斜視図である。表示装置１０は、ユーザにより視認される立体画像をスクリーンのない空間に結像する。図２では、表示装置１０が立体画像Ｉ、より具体的には、「ＯＮ」の文字が表示されたボタン形状の立体画像Ｉを表示している様子を示している。図２には、表示装置１０が備える構成要素のうち、導光板１１および光源１２が示されている。
　導光板１１は、光源１２から入射した光を導光して出射面１１ａから出射させ、空間に前記画像を結像させる。導光板１１は、直方体形状をしており、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、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、四方の端面である、端面１１ｃ、端面１１ｄ、端面１１ｅおよび端面１１ｆとを備えている。端面１１ｃは、光源１２から投射された光が導光板１１に入射する入射面である。端面１１ｄは、端面１１ｃとは反対側の面である。端面１１ｅは、端面１１ｆとは反対側の面である。導光板１１は、光源１２からの光を出射面１１ａに平行な面内で面上に広げて導く。光源１２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting diode）光源である。
　導光板１１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１３が形成されている。光路変更部１３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１３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１３のＺ軸方向の各位置には、光源１２から投射され導光板１１によって導光されている光が入射する。光路変更部１３は、光路変更部１３の各位置に入射した光を、各光路変更部１３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１３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が特に示されている。具体的には、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１３の各位置からの光は、各光路変更部１３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１３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１３が対応する定点は互いに異なり、光路変更部１３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１３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。
　§２　構成例
　図１は、本実施形態に係る表示装置１０の具体的な構成を示す図である。図１においては、表示装置１０の斜視図が符号１００１で示され、側面図が符号１００２で示されている。図１に示すように、表示装置１０は、上述した導光板１１および光源１２に加えて、ハーフミラー２１およびミラー２２を備える。
　ハーフミラー２１は、入射光の一部を反射し、残りを透過させるハーフミラーである。ハーフミラー２１は、導光板１１の出射面１１ａ側に配置される。ミラー２２は入射光を反射するミラーである。ミラー２２は、導光板１１の出射面１１ａとは逆の側に配置される。
　ハーフミラー２１の光透過率は、８０％以下であることが好ましい。表示装置１０においては、結像される画像Ｉに、ノイズ光に起因するボケが発生する可能性がある。ハーフミラー２１の透過率を８０％以下とすることで、ノイズ光が視認されにくくなり、画像Ｉの視認性が向上する。ただし、ハーフミラー２１およびミラー２２の光透過率は必ずしも８０％以下でなくてもよい。
　図３は、表示装置１０における光路の例を示す図である。導光板１１の出射面１１ａから出射された光の一部は、ハーフミラー２１を透過し、光Ｌ１として表示装置１０の外部へ出射される。一方、ハーフミラー２１で反射された光は、導光板１１を透過してミラー２２で反射され、導光板１１を再度透過してハーフミラー２１へ再度到達する。ハーフミラー２１へ再度到達した光の一部は、ハーフミラー２１を透過し、光Ｌ２として、光Ｌ１とは異なる光路で表示装置１０の外部へ出射される。
　ハーフミラー２１で再度反射された光は、さらに導光板１１、ミラー２２および導光板１１を経由し、ハーフミラー２１の側へ出射される。図３に示した例では、導光板１１からハーフミラー２１の側へ３度目に出射される光は、ハーフミラー２１の外部を通過し、光Ｌ３として外部へ出射される。ただし、最初の光の出射位置によっては、出射面１１ａから出射される光がハーフミラー２１およびミラー２２の間で反射される回数は、図３に示した例と比較して増加する場合も減少する場合もある。
　図４は、表示装置１０が備える導光板１１が結像させる画像Ｉの例を示す図である。導光板１１は、出射面１１ａから出射させる光により、ハーフミラー２１からミラー２２へ向かう方向における変化を伴う画像Ｉを、出射面１１ａとは異なる空間に結像させる。画像Ｉは、例えば出射面１１ａに対して０°よりも大きい角度を有する平面画像である。図４の符号４００１および４００２に示す例では、導光板１１が結像させる画像Ｉは、出射面１１ａに対して垂直な面ＰＩに平行な平面画像である。ただし、画像Ｉは、出射面１１ａに対して垂直な面ＰＩに平行でなくてもよい。また、画像Ｉは、立体画像であってもよい。
　また、導光板１１は、画像Ｉを、光源１２から入射した光が導光板１１中を導光される方向（縦方向）に対して垂直な方向（横方向）にユーザの眼が並ぶ場合に視認できるように結像する。なお、導光板１１は、画像Ｉを、ユーザの眼が横方向ではなく、縦方向や斜め方向に並ぶ場合に視認できるように結像してもよい。
　また、図４の符号４００１および４００２に示す例では、複数の画像Ｉは、光源１２からの光が導光板１１内を導光される方向に対して直交する方向に整列している。表示装置１０においては、光路変更部１３の反射面の向きによって、画像Ｉの形状を制御することができる。
　図５は、表示装置１０により結像される画像Ｉの例を示す図である。図３に示したとおり、出射面１１ａから出射された光は、ハーフミラー２１とミラー２２との間で繰り返し反射される。このため、表示装置１０を導光板１１の出射面１１ａ側から視認した場合に、図５の符号５００１に示すように、空間に結像された画像Ｉが奥行き方向に複数並んで結像される。
　また、画像Ｉは、図５の符号５００２に示すように、導光板１１から突出するスイッチの形状であってもよい。また、画像Ｉは、図５の符号５００３に示すように、導光板１１へ向かう矢印の形状であってもよい。また、画像Ｉは、図５の符号５００４に示すように、導光板１１から離隔した三角柱の形状であってもよい。
　また、画像Ｉは、図５の符号５００５～５００７に示すように、導光板１１に平行でない平面上の矩形であってもよい。この場合、画像Ｉを視認する上での基準となる画像Ｂをさらに表示してもよい。画像Ｂは、図５の符号５００５に示すように、２次元の座標軸であってもよい。また、画像Ｂは、図５の符号５００６に示すように、導光板１１上の平面であってもよい。また、画像Ｂは、図５の符号５００７に示すように、３次元の座標軸であってもよい。
　図６は、ハーフミラー２１とミラー２２との間の距離、および、表示装置１０の奥行き方向における画像Ｉの全長の関係を示す図である。図６に示すように、ハーフミラー２１とミラー２２との間の距離をＬ１、表示装置１０の奥行き方向における画像Ｉの全長をＬ２とする。
　Ｌ２がＬ１の２倍よりも大きければ、表示装置１０により多重に結像される画像Ｉ同士は、互いに重畳する領域を有する。この場合、多重に結像される画像Ｉが、奥行き方向に連なった単一の像であるかのような表現が可能となる。一方、Ｌ２がＬ１の２倍以下であれば、表示装置１０により多重に結像される画像Ｉ同士は、互いに重畳する領域を有しない。この場合、多数の画像Ｉが集合しているかのような表現が可能となる。
　§３　動作例
　図７は、表示装置１０が適用された遊技機の例を示す斜視図である。図７では、表示装置１０の図示は省略している。表示装置１０は、遊技機などのアミューズメント用の装置に用いられる入力装置に適用できる。当該入力装置は、表示装置１０と、表示装置１０が表示する画像の位置における物体の有無を検出するセンサとを備える。表示装置１０が表示する画像に対し、ユーザが指などの指示体により入力操作を行うと、当該指示体をセンサが検出することで、入力装置が入力を受け付ける。
　図７の符号７００１に示すように、遊技機Ｍ１に対してユーザが操作する操作盤において、ユーザが操作する複数のスイッチのうちの少なくとも１つのスイッチとして、立体画像Ｉを表示装置１０によって結像させてもよい。また、図７の符号７００２に示すように、遊技機Ｍ２においてユーザに対する演出画像が表示される画面に重ねるように結像され、かつ、ユーザの操作対象となるスイッチとしての立体画像Ｉを表示装置１０によって結像させてもよい。この場合、表示装置１０は、演出上必要な場合にのみ立体画像Ｉを表示させてもよい。また、表示装置１０は、入力装置としてではなく、演出用の画像を表示する表示装置として、遊技機に適用されてもよい。また、表示装置１０は、カジノなどに設置される遊技機の枠などに設けられる電飾として適用されてもよい。
　図８は、表示装置１０を車両Ｃのテールランプに適用した様子を示す図である。表示装置１０は、例えば図８の符号８００１に示すように、車両Ｃのテールランプ１Ａに適用することができる。この場合、表示装置１０は、図８の符号８００２に示すように、導光板１１Ａと光源１２とを備える。導光板１１Ａは、車両Ｃの形状に合わせて湾曲した形状を有する点で導光板１１と相違する。光源１２から入射した光が、導光板１１Ａ内に形成された光路変更部１３により光路変更されることで、立体画像Ｉが表示される。また、表示装置１０は、テールランプ以外の車両用灯具または車両用表示装置に適用されてもよい。
　§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９は、第１の変形例に係る表示装置１１０を示す図である。簡単のため、図９においてはハーフミラー２１およびミラー２２は省略されている。図１に示した表示装置１０においては、複数の画像Ｉは、光源１２からの光が導光板１１内を導光される方向に対して直交する方向に整列していた。これに対し、図９に示す表示装置１１０においては、複数の画像Ｉは、光源１２からの光が導光板１１を導光される方向と同じ方向に並ぶように結像される。また、表示装置１１０においては、光源１２から見た導光板１１の幅が、表示装置１０と比較して狭くなる。このため、表示装置１１０においては、光源１２から導光板１１へ入射する光を適宜コリメートするとともに、光路変更部１３の反射面の向きによって画像Ｉの形状を制御する。
　＜４．２＞
　図１０は、第２の変形例に係る表示装置１２０を示す図である。表示装置１２０において、導光板１１によって結像される画像は、出射面１１ａよりもハーフミラー２１側に結像される画像と、出射面１１ａよりもミラー２２側に結像される画像とで異なる。例えば図１０の符号１０００１に示すように、導光板１１は、導光板１１に対して紙面手前側に画像ＩＡを結像させ、導光板１１に対して紙面奥側に画像ＩＢを結像させる。このため、図１０の符号１０００２に示すように、表示装置１２０は、導光板１１に対してハーフミラー２１側に複数の画像ＩＡを結像させ、導光板１１に対してミラー２２側に複数の画像ＩＢを結像させる。したがって、奥行き方向において、導光板１１の手前側と奥側とで変化する画像を表示できる。なお、表示装置１２０において、画像ＩＡおよびＩＢは、図１０の符号１０００３に示すように、導光板１１の表面および裏面のそれぞれに表示された平面画像であってもよい。
　＜４．３＞
　図１１は、第３の変形例に係る表示装置１３０（図１２参照）が備える導光板１１を示す図である。表示装置１３０において、導光板１１によって結像される画像は、当該画像が結像される方向に応じて異なる。表示装置１３０における導光板１１は、例えば図１１の符号１１００１、１１００２および１１００３に示すように、画像が結像される方向に応じて、互いに異なる画像ＩＡ、ＩＢ、またはＩＣを結像させる。
　図１２は、表示装置１３０により結像される画像の具体例を示す図である。図１２の符号１２００１に示すように、導光板１１が画像ＩＡを結像させる方向には、表示装置１３０は複数の画像ＩＡを結像させる。一方、図１２の符号１２００２に示すように、導光板１１が画像ＩＢを結像させる方向には、表示装置１３０は複数の画像ＩＢを結像させる。したがって、表示装置１３０をユーザが視認する方向に応じて異なる画像を多重に結像できる。
　＜４．４＞
　図１３は、第４の変形例に係る表示装置１４０について説明するための図である。簡単のため、図１３においてはハーフミラー２１およびミラー２２は省略されている。表示装置１４０において、導光板１１によって結像される画像Ｉは、導光板１１よりもミラー２２が配置される側において集束する形状を有する。例えば図１３の符号１３００１に示すように、表示装置１４０が備える導光板１１は、複数の画像Ｉを結像させる。複数の画像Ｉは、所定の消失点Ｖへ集束するデザインを有する。
　このため、図１３の符号１３００２に示すように、表示装置１４０が結像させる画像も、所定の消失点へ集束するデザインを有する。したがって、表示装置１４０によれば、画像Ｉの立体感を強調できる。
　なお、表示装置１４０が備える導光板１１において、複数の画像Ｉは、必ずしも所定の消失点へ向かうデザインを有する必要はなく、例えば所定の消失線へ集束するデザインを有していてもよい。
　＜４．５＞
　図１４は、第５の変形例に係る表示装置１５０について説明するための図である。簡単のため、図１４においてはハーフミラー２１およびミラー２２は省略されている。図１４の符号１４００１に示すように、表示装置１５０が備える導光板１１は、複数の画像Ｉに加えて、出射面１１ａに平行な画像ＩＤを結像させる。
　表示装置１５０が多重に結像させる画像においては、図１４の符号１４００２に示すように、複数の画像Ｉおよび出射面１１ａに平行な画像ＩＤが多重に結像される。このとき、画像ＩＤが結像される平面が、画像Ｉを視認する場合における基準面となる。このため、表示装置１５０によれば、画像Ｉの立体感を強調できる。
　＜４．６＞
　図１５は、第６の変形例に係る表示装置１６０を示す図である。図１５の符号１５００１および１５００２に示すように、表示装置１６０は、表示装置１０の構成に加えて、発光部材２３をさらに備える。発光部材２３は、所定の形状を有し、発光する部材である。発光部材２３は、ハーフミラー２１とミラー２２との間の領域に設けられる。発光部材２３は、例えば発光部材用の光源および導光板を備えるものであってよい。また、発光部材２３は、所定の形状に配された複数のＬＥＤなどであってもよい。
　表示装置１６０が多重に結像させる画像においては、図１５の符号１５００３に示すように、画像Ｉおよび発光部材２３の画像ＩＥが多重に結像される。このとき、発光部材２３の画像ＩＥの位置が、画像Ｉを視認する場合における基準の位置となる。このため、表示装置１６０によれば、画像Ｉの立体感を強調できる。
　＜４．７＞
　図１６は、第７の変形例に係る表示装置１７０を示す図である。表示装置１７０においては、ハーフミラー２１またはミラー２２のいずれか一方は、導光板１１の表面上に形成されている。図１６の符号１６００１に示す例では、ハーフミラー２１が導光板１１の表面上に蒸着されている。この場合、表示装置１７０は、ミラー２２の側にのみ画像Ｉを多重に結像させる。また、図１６の符号１６００２に示す例では、ミラー２２が導光板１１の表面上に蒸着されている。この場合、表示装置１７０は、ハーフミラー２１の側にのみ画像Ｉを多重に結像させる。
　また、ハーフミラー２１またはミラー２２のいずれか一方は、導光板１１の表面上に、蒸着以外の方法で形成されていてもよい。表示装置１７０においては、ハーフミラー２１またはミラー２２を導光板１１の表面上に形成することで、表示装置１７０の部品点数およびスペースを削減することができる。
　＜４．８＞
　図１７は、第８の変形例に係る表示装置１８０を示す図である。図１７の符号１７００１に示すように、表示装置１８０において、ハーフミラー２１およびミラー２２は、導光板１１に平行な方向において、導光板１１よりも長い。このため、表示装置１８０において、導光板１１から出射された光は、導光板１１に表面に平行な方向において、導光板１１よりも広い範囲で反射を繰り返し、画像Ｉを結像させる。したがって、表示装置１８０によれば、図１７の符号１７００１に示すように、ユーザの視点Ｅが、導光板１１に平行な方向において導光板１１の端部よりも導光板１１の中央から離隔している場合であっても、多重に結像される画像Ｉに奥行き感を持たせることができる。
　ただし、表示装置１８０においては、図１７の符号１７００２に示すように、ハーフミラー２１およびミラー２２は、導光板１１に平行な方向において、光路変更部１３が設けられる領域Ｒの長さよりも長ければよい。このような表示装置１８０も、ユーザの視点Ｅが、導光板１１に平行な方向において導光板１１の端部よりも導光板１１の中央から離隔している場合に、多重に結像される画像Ｉに奥行き感を持たせることができる。
　＜４．９＞
　図１８は、第９の変形例に係る表示装置１９０を示す図である。簡単のため、図１８においては光源１２は省略されている。図１８に示すように、表示装置１９０において、導光板１１、ハーフミラー２１およびミラー２２は、画像Ｉを観察する側に凸となるように湾曲している。このような表示装置１９０によれば、湾曲した画像Ｉを多重に結像させることができる。
　＜４．１０＞
　図１９は、第１０の変形例に係る表示装置２００を示す図である。簡単のため、図１９においてミラー２２は省略されている。図１９に示すように、表示装置２００は、表示装置１０の構成に加えて、ハーフミラー２１の導光板１１とは逆側に、入射光の少なくとも一部を透過させるカバー２４をさらに備える。表示装置２００において、ハーフミラー２１の光透過率はカバー２４の光透過率よりも低い。
　上述したとおり、表示装置１０においては、結像される画像Ｉに、ノイズ光に起因するボケが発生する可能性がある。表示装置２００においては、カバー２４を備えることでノイズ光が視認されにくくなり、画像Ｉの視認性が向上する。
　＜４．１１＞
　図２０は、第１１の変形例に係る表示装置２１０を示す図である。表示装置２１０は、例えば車両のリアコンビネーションランプに適用可能である。図２０の符号２０００１および２０００２に示すように、表示装置２１０は、表示装置１０の構成に加えて、内部カバー４０をさらに備える。表示装置２１０をリアコンビネーションランプに適用することで、省スペースで奥行きのある画像を結像可能なリアコンビネーションランプを実現できる。
　＜４．１２＞
　図２１は、第１２の変形例に係る表示装置２２０を示す図である。簡単のため、図２１においてハーフミラー２１およびミラー２２は省略されている。図２１の符号２１００１および２１００２に示すように、表示装置２２０は、表示装置１０の構成に加えてウインカー４１およびブレーキランプ４２を備える。換言すれば、表示装置２２０は、ウインカー４１およびブレーキランプ４２が導光板１１に重畳された構成を有する。
　表示装置２２０においては、画像Ｉの他に、ウインカー４１および／またはブレーキランプ４２の動作時における光も多重に結像される。したがって、表示装置２２０によれば、ウインカー４１およびブレーキランプ４２についても趣向性の高い車両用灯具を実現できる。
　表示装置２２０において、ウインカー４１およびブレーキランプ４２は、例えば導光板１１とミラー２２との間に配される。また、表示装置２２０において、ウインカー４１およびブレーキランプ４２は、導光板１１とハーフミラー２１との間に配されていてもよい。ただし、表示装置２２０において、ウインカー４１およびブレーキランプ４２は、必ずしも導光板１１に対して同じ側に配されていなくてもよい。また、表示装置２２０は、必ずしもウインカー４１およびブレーキランプ４２の両方を備える必要はなく、一方のみを備えていてもよい。
　＜４．１３＞
　第１３の変形例としての表示装置１０Ａについて、図２２～図２７を参照しながら説明する。
　図２２は、表示装置１０Ａの斜視図である。図２３は、表示装置１０Ａの構成を示す断面図である。図２４は、表示装置１０Ａの構成を示す平面図である。図２５は、表示装置１０Ａが備える光路変更部１６の構成を示す斜視図である。
　図２２および図２３に示すように、表示装置１０Ａは、光源１２と、導光板１５（第１導光板）とを備えている。
　導光板１５は、光源１２から入射された光（入射光）を導光する部材である。導光板１５は、透明で屈折率が比較的高い樹脂材料で成形される。導光板１５を形成する材料としては、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などを使用することができる。本変形例では、導光板１５は、ポリメチルメタクリレート樹脂によって成形されている。導光板１５は、図２３に示すように、出射面１５ａ（光出射面）と、背面１５ｂと、入射面１５ｃとを備えている。
　出射面１５ａは、導光板１５の内部を導光され、後述する光路変更部１６により光路変更された光を出射する面である。出射面１５ａは、導光板１５の前面を構成している。背面１５ｂは、出射面１５ａと互いに平行な面であり、後述する光路変更部１６が配置される面である。入射面１５ｃは、光源１２から出射された光が導光板１５の内部に入射される面である。
　光源１２から出射され入射面１５ｃから導光板１５に入射した光は、出射面１５ａまたは背面１５ｂで全反射され、導光板１５内を導光される。
　図２３に示すように、光路変更部１６は、導光板１５の内部において背面１５ｂに形成されており、導光板１５内を導光された光を光路変更して出射面１５ａから出射させるための部材である。光路変更部１６は、導光板１５の背面１５ｂに複数設けられている。
　光路変更部１６は、図２４に示すように、入射面１５ｃに平行な方向に沿って設けられている。図２５に示すように、光路変更部１６は、三角錐形状となっており、入射した光を反射（全反射）する反射面１６ａを備えている。光路変更部１６は、例えば、導光板１５の背面１５ｂに形成された凹部であってもよい。また、光路変更部１６は、三角錐形状に限られるものではない。導光板１５の背面１５ｂには、図２４に示すように、複数の光路変更部１６からなる複数の光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…が形成されている。
　図２６は、光路変更部１６の配列を示す斜視図である。図２６に示すように、各光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…では、複数の光路変更部１６の反射面１６ａが光の入射方向に対する角度が互いに異なるように導光板１５の背面１５ｂに配置されている。これにより、各光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…は、入射光を光路変更して、出射面１５ａから様々な方向へ出射させる。
　次に、表示装置１０Ａによる立体画像Ｉの結像方法について、図２７を参照しながら説明する。ここでは、導光板１５の出射面１５ａに垂直な面である立体画像結像面Ｐに、光路変更部１６により光路変更された光によって面画像としての立体画像Ｉを結像する場合について説明する。
　図２７は、表示装置１０Ａによる立体画像Ｉの結像方法を示す斜視図である。ここでは、立体画像結像面Ｐに立体画像Ｉとして斜め線入りリングマークを結像することについて説明する。
　表示装置１０Ａでは、図２７に示すように、例えば、光路変更部群１７ａの各光路変更部１６によって光路変更された光は、立体画像結像面Ｐに線Ｌａ１および線Ｌａ２で交差する。これにより、立体画像結像面Ｐに立体画像Ｉの一部である線画像ＬＩを結像させる。線画像ＬＩは、ＹＺ平面に平行な線画像である。このように、光路変更部群１７ａに属する多数の光路変更部１６からの光によって、線Ｌａ１および線Ｌａ２の線画像ＬＩが結像される。なお、線Ｌａ１および線Ｌａ２の像を結像する光は、光路変更部群１７ａにおける少なくとも２つの光路変更部１６によって提供されていればよい。
　同様に、光路変更部群１７ｂの各光路変更部１６によって光路変更された光は、立体画像結像面Ｐに線Ｌｂ１、線Ｌｂ２および線Ｌｂ３で交差する。これにより、立体画像結像面Ｐに立体画像Ｉの一部である線画像ＬＩを結像させる。
　また、光路変更部群１７ｃの各光路変更部１６によって光路変更された光は、立体画像結像面Ｐに線Ｌｃ１および線Ｌｃ２で交差する。これにより、立体画像結像面Ｐに立体画像Ｉの一部である線画像ＬＩを結像させる。
　各光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…によって結像される線画像ＬＩのＸ軸方向の位置は互いに異なっている。表示装置１０Ａでは、光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…間の距離を小さくすることによって、各光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…によって結像される線画像ＬＩのＸ軸方向の距離を小さくすることができる。その結果、表示装置１０Ａでは、光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…の各光路変更部１６によって光路変更された光によって結像された複数の線画像ＬＩを集積することにより、実質的に、面画像である立体画像Ｉを立体画像結像面Ｐに結像する。
　立体画像結像面Ｐは、Ｘ軸に垂直な平面であってもよく、Ｙ軸に垂直な平面であってもよく、またＺ軸に垂直な平面であってもよい。また、立体画像結像面Ｐは、Ｘ軸、Ｙ軸、またはＺ軸に垂直でない平面であってもよい。さらに、立体画像結像面Ｐは、平面ではなく曲面であってもよい。すなわち、表示装置１０Ａは、光路変更部１６によって空間上の任意の面（平面および曲面）上に立体画像Ｉを結像させることができる。また、面画像を複数組み合わせることにより、３次元の画像を結像することができる。
　＜４．１４＞
　表示装置１０は、複数の視点用の画像を別個に結像させてもよい。例えば表示装置１０は、右目用画像を結像させる右目用表示パターンと、左目用画像を結像させる左眼用表示パターンとを含んでいてよい。この場合、表示装置１０は、立体感のある画像を結像させることができる。また、表示装置１０は、３以上の視点用の画像を別個に結像させてもよい。
　〔まとめ〕
　本発明の一態様に係る表示装置は、入射した光を導光し、所定の位置に形成された光路変更部によって反射させて光出射面から出射させる導光板と、前記導光板の前記光出射面側に配置されるハーフミラーと、前記導光板の前記光出射面の反対側に配置されるミラーと、を備え、前記導光板は、前記光出射面から出射させる光により、前記ハーフミラーから前記ミラーへ向かう方向における変化を伴う画像を、前記光出射面とは異なる空間に結像させる。
　上記の構成によれば、導光板によって結像された画像が、ハーフミラーとミラーとの間で繰り返し反射されることになる。よって、導光板の光出射面側から視認した場合に、空間に結像された画像が奥行き方向に複数並んで配置された多重画像を表示することができる。ここで、空間に結像された画像は、ハーフミラーからミラーへ向かう方向における変化を伴う画像である。このような画像がさらに奥行き方向に表示された多重画像となることにより、趣向性が高く、デザイン性に優れた表示を提供することができる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置において、前記ハーフミラーと前記ミラーとの間の距離をＬ１、前記ハーフミラーから前記ミラーへ向かう方向における、前記導光板によって結像される画像の全長をＬ２としたとき、Ｌ２はＬ１の２倍よりも大きくてもよい。
　上記の構成によれば、多重に結像される画像同士は、互いに重畳する領域を有する。したがって、多重に結像される画像が奥行き方向に連なった単一の画像であるかのような表現が可能となる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置において、前記ハーフミラーと前記ミラーとの間の距離をＬ１、前記ミラーが配置される方向における、前記導光板によって結像される画像の全長をＬ２としたとき、Ｌ２はＬ１の２倍以下であってもよい。
　上記の構成によれば、多重に結像される画像同士は、互いに重畳する領域を有しない。したがって、画像が多重に結像されることで、多数の画像が集合しているかのような表現が可能となる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置において、前記導光板によって結像される画像は、前記光出射面よりも前記ハーフミラー側に結像される画像と、前記光出射面よりも前記ミラー側に結像される画像とで異なってもよい。
　上記の構成によれば、奥行き方向において、導光板の手前側と奥側とで変化する画像を表示できる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置において、前記導光板によって結像される画像は、当該画像が結像される方向に応じて異なってもよい。
　上記の構成によれば、表示装置を視認する方向に応じて変化する画像を表示できる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置において、前記導光板によって結像される画像は、前記導光板よりも前記ミラーが配置される側において集束する形状を有してもよい。
　上記の構成によれば、多重に結像される画像も、導光板よりもミラーが配置される側において集束する形状を有するため、画像の立体感を強調できる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置において、前記ミラーおよび前記ハーフミラーは、前記導光板に平行な方向において、前記光路変更部が設けられる領域よりも長くてもよい。
　上記の構成によれば、ユーザの視点が導光板の端部よりも導光板の中央から離隔している場合であっても、多重に結像される画像に奥行き感を持たせることができる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置において、前記ミラーおよび前記ハーフミラーは、前記導光板に平行な方向において、前記導光板よりも長くてもよい。
　上記の構成によれば、ユーザの視点が導光板の端部よりも導光板の中央から離隔している場合であっても、多重に結像される画像に奥行き感を持たせることができる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置において、前記ハーフミラーまたは前記ミラーのいずれか一方は、前記導光板の表面上に形成されていてもよい。
　上記の構成によれば、表示装置の部品点数およびスペースを削減できる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置において、前記導光板、前記ハーフミラーおよび前記ミラーは、前記画像を観察する側に凸となるように湾曲していてもよい。
　上記の構成によれば、湾曲した画像を多重に結像させることができる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置において、前記ハーフミラーの光透過率は、８０％以下であってもよい。
　上記の構成によれば、ノイズ光が視認されにくくなり、画像の視認性が向上する。
　また、本発明の一態様に係る表示装置は、前記ハーフミラーの、前記導光板とは逆側にカバーをさらに備え、前記ハーフミラーの光透過率は、前記カバーの光透過率よりも低くてもよい。
　上記の構成によれば、ノイズ光が視認されにくくなり、画像の視認性が向上する。
　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、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、１０Ａ　表示装置
　１１　導光板
　１１ａ　出射面（光出射面）
　１２　光源
　２１　ハーフミラー
　２２　ミラー
　２４　カバー

Claims (12)

  1. 　入射した光を導光し、所定の位置に形成された光路変更部によって反射させて光出射面から出射させる導光板と、
    　前記導光板の前記光出射面側に配置されるハーフミラーと、
    　前記導光板の前記光出射面の反対側に配置されるミラーと、を備え、
    　前記導光板は、前記光出射面から出射させる光により、前記ハーフミラーから前記ミラーへ向かう方向における変化を伴う画像を、前記光出射面とは異なる空間に結像させる表示装置。
  2. 　前記ハーフミラーと前記ミラーとの間の距離をＬ１、
    　前記ハーフミラーから前記ミラーへ向かう方向における、前記導光板によって結像される画像の全長をＬ２としたとき、
    　Ｌ２はＬ１の２倍よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 　前記ハーフミラーと前記ミラーとの間の距離をＬ１、
    　前記ミラーが配置される方向における、前記導光板によって結像される画像の全長をＬ２としたとき、
    　Ｌ２はＬ１の２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  4. 　前記導光板によって結像される画像は、
    　前記光出射面よりも前記ハーフミラー側に結像される画像と、
    　前記光出射面よりも前記ミラー側に結像される画像とで異なることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  5. 　前記導光板によって結像される画像は、当該画像が結像される方向に応じて異なることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  6. 　前記導光板によって結像される画像は、前記導光板よりも前記ミラーが配置される側において集束する形状を有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  7. 　前記ミラーおよび前記ハーフミラーは、前記導光板に平行な方向において、前記光路変更部が設けられる領域よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  8. 　前記ミラーおよび前記ハーフミラーは、前記導光板に平行な方向において、前記導光板よりも長いことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
  9. 　前記ハーフミラーまたは前記ミラーのいずれか一方は、前記導光板の表面上に形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の表示装置。
  10. 　前記導光板、前記ハーフミラーおよび前記ミラーは、前記画像を観察する側に凸となるように湾曲していることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の表示装置。
  11. 　前記ハーフミラーの透過率は、８０％以下であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の表示装置。
  12. 　前記ハーフミラーの、前記導光板とは逆側にカバーをさらに備え、
    　前記ハーフミラーの透過率は、前記カバーの透過率よりも低いことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の表示装置。
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