WO2021124988A1 - 導光板、表示装置、入力装置および電気機器 - Google Patents

導光板、表示装置、入力装置および電気機器 Download PDF

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WO2021124988A1
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stereoscopic image
guide plate
light
light guide
display device
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靖宏 田上
篠原　正幸
佳彦 ▲高▼木
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オムロン株式会社
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    • G09F13/18—Edge-illuminated signs

Definitions

  • the present invention relates to a light guide plate for displaying an image in space, a display device including the light guide plate, an input device including the display device, and an electric device including the display device or the input device.
  • Patent Document 1 discloses an optical device that forms a three-dimensional image.
  • the optical device includes a plurality of optical focusing units.
  • the optical convergence unit is a direction in which the light guided by the light guide plate is incident and substantially converges on one convergence point or convergence line in space, or (ii) one convergence point or convergence line in space.
  • Each has an optical surface that emits emitted light in a direction substantially diverging from the emitting surface.
  • the convergence points or convergence lines are different from each other among the plurality of optical convergence sections, and an image is formed in space by a collection of the plurality of convergence points or convergence lines.
  • Patent Document 1 does not disclose or suggest a method for improving the stereoscopic effect when forming such an image.
  • One aspect of the present invention is to realize a light guide plate or the like capable of displaying a stereoscopic image with an improved stereoscopic effect.
  • the light guide plate includes a plurality of optical path changing portions for converging incident light to corresponding fixed points, and a plurality of light path changing portions corresponding to each of the plurality of optical path changing portions.
  • the density of the plurality of dots on each of the surfaces is a value corresponding to the position of the surface.
  • a light guide plate or the like capable of displaying a stereoscopic image with an improved stereoscopic effect.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the state which applied the display device to the input part of the warm water toilet seat washing machine. It is a perspective view of the display device which concerns on 5th modification. It is sectional drawing which shows the structure of the display device which concerns on 5th modification. It is a top view which shows the structure of the display device which concerns on 5th modification. It is a perspective view which shows the structure of the optical path change part provided in the display device which concerns on 5th modification. It is a perspective view which shows the arrangement of the optical path change part. It is a perspective view which shows the image formation method of the stereoscopic image by the display device which concerns on 5th modification.
  • 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.
  • the display device 10 includes a light guide plate 11 and a light source 12. According to the display device 10, the image formed by the light guide plate 11 by the light from the light source 12 can be displayed.
  • the light guide plate 11 guides the light incident from the light source 12 and emits it from the exit surface 11a to form a stereoscopic 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 11c will be referred to as an incident surface 11c.
  • 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 a point light source that causes light to enter the light guide plate 11.
  • 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. Further, in FIG. 2, in each of the optical path changing section 13a, the optical path changing section 13b, and the optical path changing section 13c, a plurality of lights emitted from each of the optical path changing section 13a, the optical path changing section 13b, and the optical path changing section 13c are emitted. It is shown that it converges.
  • 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 wave surface of the light from the optical path changing unit 13a becomes the wave surface 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.
  • an arbitrary optical path changing unit 13 can provide a wave surface of light such that light is emitted from a corresponding fixed point.
  • the fixed points corresponding to each optical path changing unit 13 are 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 stereoscopic image IA, which is a specific example of the stereoscopic image I formed by the light guide plate 11 according to the present embodiment.
  • the stereoscopic image IA has planes A and B that are not parallel to each other.
  • FIG. 1 shows a state in which rectangular surfaces A and B are joined on one side of the rectangle and the one side is inclined with respect to the paper surface for the stereoscopic image IA.
  • the surfaces A and B are composed of a plurality of dots dispersedly arranged on the surfaces A and B.
  • a dot is an image of a point of light that is imaged at a point in space.
  • the densities of the plurality of dots on each of the surfaces A and B are values corresponding to the positions of the surfaces A and B. Therefore, according to the light guide plate 11, each of the surfaces A and B can be easily recognized, and the stereoscopic effect of the stereoscopic image IA can be improved.
  • the display device 10 can also display a stereoscopic image having more planes than the stereoscopic image IA. Further, the display device 10 can display not only a flat surface but also a stereoscopic image having a curved surface such as a sphere. The curved surface may be displayed as a set of a large number of minute surfaces, or may be displayed as one curved surface.
  • the density of dots on each of the surfaces A and B is determined according to the angle between the direction of the normal of the surface and the predetermined direction. Specifically, the brightness of each of the (i) surfaces A and B is determined according to the above angle, and the density of dots on each of the (ii) surfaces A and B is determined according to the above brightness. It is determined.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a method for determining the brightness of each of the surfaces A and B.
  • the method described below is a method of reproducing the brightness when light is applied to a stereoscopic image from a predetermined direction.
  • a virtual light source 100 which is a virtual light source that irradiates the stereoscopic image IA with light 110 from a predetermined direction, is set. It is assumed that the virtual light source 100 is located at infinity with respect to the stereoscopic image IA. That is, the direction (predetermined direction) in which the light 110 is incident on the stereoscopic image IA from the virtual light source 100 is constant regardless of the position on the stereoscopic image IA.
  • the angles ⁇ A and ⁇ B between the directions of the normals PLA and PLB of the surfaces A and B and the direction of the light 110 are calculated.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the angles ⁇ A and ⁇ B and the brightness of the surfaces A and B.
  • the horizontal axis represents an angle and the vertical axis represents brightness.
  • the brightness value in FIG. 4 is a standardized value with a minimum value of 0 and a maximum value of 1.
  • the smaller the angles ⁇ A and ⁇ B the greater the brightness of the surfaces A and B.
  • the relationship between the angle and the brightness and the range of the angle that defines the relationship are not limited to the curve shown in FIG. 4, and may be freely set.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the brightness of surfaces A and B and the density of dots.
  • the horizontal axis represents the brightness of the surfaces A and B
  • the vertical axis represents the density of dots.
  • the density of dots on each of the surfaces A and B increases monotonically as the brightness of the surfaces A and B increases.
  • the dot density is proportional to the brightness of the surfaces A and B.
  • a stereoscopic image IA is formed by forming an optical path changing portion 13 on the back surface 11b of the light guide plate 11 so that dots are arranged on each of the surfaces A and B at a density determined based on the relationship as shown in FIG. It is possible to manufacture a light guide plate 11 capable of forming an image of the light guide plate 11.
  • the dot density is appropriately determined according to the design of the stereoscopic image IA. For example, when the stereoscopic image IA is designed to be bright as a whole, the density of dots is increased as a whole. However, if the density of dots on the surfaces A and B is excessive, the surfaces A and B become a filled surface, and the stereoscopic effect of the stereoscopic image IA is deteriorated.
  • the upper limit of the dot density is preferably 50%. When the upper limit of the dot density is 50%, it is possible to prevent a decrease in the stereoscopic effect of the stereoscopic image IA due to the excessive dot density.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the arrangement of dots D.
  • the individual dots may be randomly arranged.
  • the shape of the dots tends to be blurred in the direction parallel to the incident surface 11c of the light guide plate 11. Therefore, as shown by reference numeral 6001 in FIG. 6, when the interval DD of a plurality of dots D adjacent to each other in the direction parallel to the incident surface 11c is shorter than the distance that the dots D spread due to the blur, the dots D are blurred. May be seen as connected lines instead of individual dots D. In this case, the stereoscopic effect of the stereoscopic image IA may be reduced.
  • the interval DD of the plurality of dots D adjacent to each other in the direction parallel to the incident surface 11c is preferably equal to or more than a predetermined threshold value.
  • the predetermined threshold value may be set to a distance at which the dots D are not connected to each other when the plurality of dots D adjacent to each other in the direction parallel to the incident surface 11c are blurred.
  • the display device 10 can display a curved surface.
  • the normal of a curved surface is not uniquely determined. Therefore, the density of dots on a curved surface is determined, for example, according to the angle between a direction representing the curved surface and a predetermined direction.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of determining the brightness of the surface C when the stereoscopic image I has the surface C which is a curved surface.
  • FIG. 7 shows the normals PLC1, PLC2, PLC3, and PLC4 at four different points on the surface C.
  • the directions of the normals PLC1 to PLC4 are different from each other.
  • the direction of an arbitrary normal on the surface C is set as a direction representing the surface C, and it depends on the angle between the direction and the direction of the light 110.
  • There is a method of determining the density of dots There is a method of determining the density of dots.
  • the direction of the normal PLC3 is a direction representing the surface C.
  • the angle between the direction of the normal PLC3 and the direction of the light 110 is calculated.
  • the brightness determined based on the calculated angle is defined as the brightness of the entire surface C
  • the density of dots determined based on the brightness is defined as the density of dots on the entire surface C.
  • the dot density does not necessarily have to be determined by the above method.
  • the brightness of the surfaces A and B is freely determined (for example, the brightness of the surface A is 1.0 and the brightness of the surface B is 0.5) regardless of the above method, and FIG. 5 is based on the brightness.
  • the dot density may be determined by the relationship shown in. Specifically, there is an example in which the brightness of the stereoscopic image IA is determined for each gradation of the original color. Even when the brightness is determined in this way, by making the brightness different for each surface, it becomes easy to recognize those surfaces separately. Therefore, the stereoscopic effect of the stereoscopic image IA can be improved as compared with the case where each surface is uniformly imaged. Further, two or more virtual light sources 100 that irradiate the stereoscopic image IA with light 110 from different directions may be set, and the brightnesses of the respective virtual light sources 100 may be added up to obtain the final brightness.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a stereoscopic image IB, which is another specific example of the stereoscopic image I imaged by the light guide plate 11.
  • the 3D model IB0 to be represented by the stereoscopic image IB is indicated by reference numeral 8001.
  • the stereoscopic image IB1 in which the 3D model IB0 is represented only by the contour line is indicated by reference numeral 8002.
  • the stereoscopic image IB2 in which each surface of the 3D model IB0 is filled is indicated by reference numeral 8003.
  • a stereoscopic image IB in which the 3D model IB0 is imaged by the light guide plate 11 is indicated by reference numeral 8004.
  • the surface of the 3D model IB0 is not displayed, so that the 3D model IB0 cannot be expressed.
  • the stereoscopic image IB2 since all the surfaces are displayed in the same manner, each surface cannot be recognized separately, and the stereoscopic effect of the 3D model IB0 cannot be expressed.
  • the light guide plate 11 can form an image of a stereoscopic image IB having an improved stereoscopic effect as compared with the stereoscopic images IB1 and IB2. Therefore, according to the light guide plate 11, the range of expression of the stereoscopic image IB is widened as compared with the conventional light guide plate.
  • FIG. 9 is a diagram showing a surface A in the stereoscopic image IA displayed by the display device 10 according to the first modification.
  • the dots indicating the surface A were randomly arranged.
  • dots D1 to D8 are arranged at the center of gravity of each triangle when the surface A is subdivided into triangular regions A1 to A8. By arranging the dots regularly in this way, the appearance of the surface A can be improved.
  • the plurality of dots are arranged at different positions from each other in the direction perpendicular to the incident surface 11c. Therefore, when the positions of the plurality of dots overlap in the direction perpendicular to the incident surface 11c by arranging the dots by the method according to the first modification, it is preferable to change the positions as appropriate.
  • the surface A was subdivided into eight regions A1 to A8 in consideration of visibility.
  • the number of actually subdivided surfaces may be appropriately determined according to the dot density and size of the surfaces.
  • the shape of each region is not limited to a triangle.
  • dots randomly arranged as in the above-described configuration example and dots regularly arranged as in the first modification may be mixed on the surface A.
  • the dots can be uniformly arranged while maintaining appropriate randomness, and the appearance can be further improved.
  • FIG. 10 is a diagram showing a stereoscopic image IB displayed by the display device 10 according to the second modification.
  • the stereoscopic image IB further includes the contour line OL of each surface in addition to the dot D indicating each surface of the 3D model IB0.
  • the details of the surface of the stereoscopic image IB can be clearly displayed. Further, by clarifying the contour of each surface, the stereoscopic effect of the stereoscopic image IB can be emphasized.
  • FIG. 11 is a diagram showing an input device 20 according to a third modification.
  • the input device 20 includes a display device 10 and a sensor 24.
  • the sensor 24 detects an object in a non-contact manner in the space where the stereoscopic image I is displayed by the display device 10.
  • the sensor 24 is a photoelectric sensor that irradiates light toward the stereoscopic image I and detects an object by the reflected light.
  • the sensor 24 may be a photoelectric sensor of a type different from the example shown in FIG. Further, the sensor 24 may be a sensor other than the photoelectric sensor.
  • the sensor 24 is on the opposite side of the stereoscopic image I with respect to the display device 10.
  • the installation position of the sensor 24 is not limited to this, and the sensor 24 may be installed on the same side as the stereoscopic image I with respect to the display device 10 or vertically or horizontally with respect to the stereoscopic image I.
  • the sensor 24 detects the indicator body F, and the input device 20 accepts the input.
  • the input device 20 a switch that can be operated without contact can be realized.
  • the display device 10 can form an image of a stereoscopic image I having an improved stereoscopic effect to prompt the user for input.
  • FIG. 12 is a perspective view showing an example of a gaming machine to which the input device 20 is applied.
  • the input device 20 is not shown.
  • the input device 20 can be applied to an input device used for an amusement device such as a pachinko or pachislot game machine.
  • the input device 20 includes a display device 10 and a sensor 24. 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 24 detects the indicator and the input device 20 accepts the input.
  • the stereoscopic image I is displayed as at least one of the plurality of switches operated by the user.
  • the image may be formed by 10.
  • a stereoscopic image as a switch that is formed so as to be superimposed on the screen on which the effect image for the user is displayed on the gaming machine M2 (electrical device) and is the operation target of the user.
  • I may be imaged by the display device 10.
  • the display device 10 may display the stereoscopic image I only when it is necessary for the effect.
  • only the display device 10 instead of the input device 20 may be applied to the gaming machine as a display device for displaying an image for effect.
  • the display device 10 may be applied to a gaming machine installed in a game center, a casino, or the like.
  • FIG. 13 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 (electrical device) of the vehicle C, for example, as shown by reference numeral 13001 in FIG.
  • the display device 10 includes a light guide plate 11A and a light source 12 as shown by reference numeral 13002 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. 14 is a diagram showing a state in which the display device 10 is applied to the input unit of the elevator.
  • the display device 10 can be applied to, for example, the input unit 200 of an elevator.
  • the input unit 200 displays the stereoscopic images I1 to I12 by the display device 10.
  • the stereoscopic images I1 to I12 are displays that accept input from a user who specifies the destination (floor number) of the elevator (stereoscopic images I1 to I10) or displays that accept instructions for opening and closing the elevator doors (stereoscopic images I11 and I12). It is an imaged stereoscopic image.
  • the input unit 200 When the input unit 200 receives a user's input for any of the stereoscopic images I, the input unit 200 changes the imaging state of the stereoscopic image I (for example, changes the color of the stereoscopic image I) and responds to the input. Is output to the control unit of the elevator.
  • the stereoscopic image I may be displayed by the input unit 200 only when a person approaches the input unit 200. Further, the input unit 200 may be arranged inside the wall of the elevator.
  • the input unit 200 of the elevator for example, when there are many people in the elevator, a part of the user's body is located at the image formation position of the stereoscopic image I, and the input unit 200 inputs an input not intended by the user. There is a risk of accepting it. Therefore, in the input unit 200, the display device 10 may display a stereoscopic image I that prompts the user to perform a rotation operation, for example, as shown by reference numeral 14002 in FIG. In this case, the input unit 200 may accept the user's input only when the rotation operation is accepted for the stereoscopic image I by, for example, the motion sensor.
  • the rotation operation is an operation that is not normally performed unless the user intends to do so, it is possible to prevent the input unit 200 from accepting an input not intended by the user.
  • the stereoscopic image I may be displayed in a recess provided in the inner wall of the elevator. As a result, since the input to the stereoscopic image I is performed only when the user's finger or the like is inserted into the recess, it is possible to prevent the input unit 200 from accepting the input not intended by the user.
  • FIG. 15 is a diagram showing a state in which the display device 10 is applied to the input unit of the warm water toilet seat washer.
  • the display device 10 can be applied to, for example, the input unit 300 (operation panel unit) of the warm water toilet seat washer.
  • the input unit 300 displays the stereoscopic images I1 to I4 by the display device 10.
  • the stereoscopic images I1 to I4 are stereoscopic images in which a display for receiving an instruction to drive / stop the cleaning function of the warm water toilet seat washer is formed.
  • the input unit 300 When the input unit 300 receives a user's input for any of the stereoscopic images I, the input unit 300 changes the imaging state of the stereoscopic image I (for example, changes the color of the stereoscopic image I) and responds to the input.
  • the instruction to be used is output to the control unit of the warm water toilet seat washer.
  • Many users do not like direct contact with the operation panel of the warm water toilet seat washer for hygiene reasons.
  • the input unit 300 the user can operate without directly touching (physically touching) the input unit 300. Therefore, the user can operate without worrying about hygiene.
  • the input device of the present invention can also be applied to other devices for which direct contact is not preferable in terms of hygiene.
  • the input device of the present invention is suitable for application to a reference number ticketing machine installed in a hospital, an operation unit of a moving door touched by an unspecified person, or the like. Further, when there are a plurality of options such as surgery and internal medicine in the reference number ticketing machine installed in the hospital, the stereoscopic image I corresponding to each option can be displayed, which is preferable. Further, the input device of the present invention is suitable for application to a cash register or a meal ticket vending machine installed in a restaurant.
  • the display device 10 includes, for example, an ATM (Automated teller machine) input unit, an input unit for a credit card reader, an input unit for unlocking a safe, and a door for unlocking with a personal identification number. It can be applied to the input section and the like.
  • an ATM Automated teller machine
  • input is performed by physically touching the input unit with a finger.
  • the fingerprint and the temperature history remain in the input unit. Therefore, there is a risk that the password will be known to others.
  • the display device 10 is used as the input unit, the fingerprint and the temperature history are not recorded, so that it is possible to prevent the personal identification number from being known to others.
  • the input device 20 can be applied to a ticket vending machine installed at a station or the like.
  • the display device 10 is a vanity lighting switch, a faucet operation switch, a range hood operation switch, a dishwasher operation switch, a refrigerator operation switch, a microwave operation switch, and an IH (Induction Heating) cooking heater operation. It can also be applied to input devices for home appliances such as switches, operation switches for electrolyzed water generators, operation switches for interphones, lighting switches in corridors, or operation switches for compact stereo systems, or input devices for toys.
  • the switch is smooth and easy to clean, (ii) the stereoscopic image can be displayed only when necessary, and the design is improved.
  • Iii) Contact with the switch There are advantages that it is hygienic because there is no need to do it, and (iv) it is hard to break because there are no moving parts.
  • FIG. 16 is a perspective view of the display device 10A.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing the configuration of the display device 10A.
  • FIG. 18 is a plan view showing the configuration of the display device 10A.
  • FIG. 19 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. 20 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.
  • 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. 21 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.
  • Light may be incident on the light guide plate 11 from the end face 11e or 11f by a light source different from the light source 12.
  • the display device 10 may further include a light source different from the light source 12 that allows light to enter the light guide plate 11 from the end face 11e or 11f.
  • the color of the light emitted by another light source is different from the color of the light emitted by the light source 12.
  • an optical path changing section 13 corresponding to the light source 12 and an optical path changing section 13 corresponding to another light source are formed on the back surface 11b of the light guide plate 11.
  • the density of the dots of light emitted by the light source 12 and the density of the dots of light emitted by another light source are made different for each surface, so that each of the plurality of surfaces of the stereoscopic image I can be obtained. It can be different colors from each other.
  • the light guide plate includes a plurality of optical path changing portions for converging incident light to corresponding fixed points, and a collection of the plurality of fixed points corresponding to each of the plurality of the optical path changing portions creates a space.
  • a light guide plate for forming a stereoscopic image, the stereoscopic image includes a plurality of surfaces that are not parallel to each other, and the surfaces are composed of a plurality of dots dispersedly arranged on the surfaces and are composed of a plurality of dots.
  • the density of the plurality of dots on each of the surfaces is a value corresponding to the position of the surface.
  • the surface included in the stereoscopic image is composed of a plurality of dots having a density corresponding to the position of the surface, which are dispersedly arranged on the surface.
  • the brightness of the surface depends on the density of the dots. Therefore, for example, it is possible to display a stereoscopic image having an improved stereoscopic effect as compared with the case where the surface is composed of dots having a constant density.
  • the densities of the plurality of dots on each of the plurality of surfaces are the direction of the normal of the surface, the direction representing the surface, and the predetermined direction. It is preferably determined according to the angle between.
  • the upper limit of the density of the plurality of dots on each of the surfaces is preferably 50%.
  • the distance between the plurality of dots adjacent to each other in the direction parallel to the incident surface where the light is incident on the light guide plate is equal to or more than a predetermined threshold value.
  • the stereoscopic image further includes contour lines of the plurality of surfaces.
  • the display device includes the light guide plate and a light source that causes light to enter the light guide plate.
  • the input device includes the display device and a sensor that detects an object in a space in which the stereoscopic image is displayed in a non-contact manner.
  • the electric device includes the above-mentioned display device or input device.
  • Display device 11 Light guide plates 11a, 15a Exit surface (light emission surface) 11c, 15c Incident surface 12
  • Sensor I, IA, IB Stereoscopic image A, B, C Surface D, D1 to D8 Dot M1, M2 Gaming machine (electricity) machine)

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Abstract

立体感を向上させた立体画像を表示可能な導光板を実現する。導光板は、入射した光を定点に収束させる複数の光路変更部を備え、複数の定点の集まりによって、空間に立体画像（ＩＡ）を結像させ、立体画像は、互いに平行でない複数の面（Ａ、Ｂ）を含み、面は、該面上に分散して配置される複数のドットによって構成されているとともに、面のそれぞれにおける複数のドットの密度は、該面の位置に応じた値となっている。

Description

導光板、表示装置、入力装置および電気機器
　本発明は、空間に画像を表示する導光板、当該導光板を備える表示装置、当該表示装置を備える入力装置、ならびに、上記表示装置または入力装置を備える電気機器に関する。
　特許文献１には、立体的な像を形成する光デバイスが開示されている。当該光デバイスは、複数の光収束部を備える。光収束部は、導光板によって導かれる光が入射し、（ｉ）空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する方向、又は（ｉｉ）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。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る。
日本国公開特許公報　「特開２０１６－１１４９２９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によって、互いに平行でない複数の面を有する像を形成する場合、それらの面を収束点又は収束線の一様な集まりによって形成すると、立体感の乏しい像となる。このような像を形成する場合に立体感を向上させる方法について、特許文献１には開示も示唆もない。
　本発明の一態様は、立体感を向上させた立体画像を表示可能な導光板など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導光板は、入射した光を対応する定点に収束させる複数の光路変更部を備え、複数の前記光路変更部のそれぞれに対応する複数の前記定点の集まりによって、空間に立体画像を結像させる導光板であって、前記立体画像は、互いに平行でない複数の面を含み、前記面は、該面上に分散して配置される複数のドットによって構成されているとともに、前記面のそれぞれにおける複数の前記ドットの密度は、該面の位置に応じた値となっている。
　本発明の一態様によれば、立体感を向上させた立体画像を表示可能な導光板などを実現できる。
構成例に係る導光板が結像させる立体画像の具体例を示す図である。 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。 立体画像に含まれる面の、それぞれの明るさの決定方法の一例について説明するための図である。 角度と、面の明るさとの関係の一例を示すグラフである。 面の明るさと、ドットの密度との関係を示すグラフである。 ドットの配置について説明する図である。 立体画像が曲面を有する場合における、当該曲面の明るさを決定する方法について説明するための図である。 構成例に係る導光板が結像させる立体画像の、別の具体例について説明する図である。 第１の変形例に係る表示装置が表示する立体画像における面を示す図である。 第２の変形例に係る表示装置が表示する立体画像を示す図である。 第３の変形例に係る入力装置を示す図である。 入力装置が適用された遊技機の例を示す斜視図である。 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。 表示装置をエレベータの入力部に適用した様子を示す図である。 表示装置を温水便座洗浄機の入力部に適用した様子を示す図である。 第５の変形例に係る表示装置の斜視図である。 第５の変形例に係る表示装置の構成を示す断面図である。 第５の変形例に係る表示装置の構成を示す平面図である。 第５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。 光路変更部の配列を示す斜視図である。 第５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。
　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。ただし、以下で説明する本実施形態は、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。
　§１　適用例
　まず、本発明の導光板を備える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に示すように、表示装置１０は、導光板１１と、光源１２とを備える。表示装置１０によれば、光源１２からの光により導光板１１が結像させる画像を表示することができる。
　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、空間に立体画像を結像させる。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。以下の説明では、端面１１ｃを入射面１１ｃと称する。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、導光板１１に光を入射させる点光源である。具体的には、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。また図２には、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃのそれぞれにおいて、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃのそれぞれから出射された複数の光が収束する様子が示されている。
　具体的には、光路変更部１３ａは、立体画像Ｉの定点ＰＡに対応する。光路変更部１３ａの各位置からの光は、定点ＰＡに収束する。したがって、光路変更部１３ａからの光の波面は、定点ＰＡから発するような光の波面となる。光路変更部１３ｂは、立体画像Ｉ上の定点ＰＢに対応する。光路変更部１３ｂの各位置からの光は、定点ＰＢに収束する。このように、任意の光路変更部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、本実施形態に係る導光板１１が結像させる立体画像Ｉの具体例である、立体画像ＩＡを示す図である。図１に示すように、立体画像ＩＡは、互いに平行でない面Ａ、Ｂを有する。図１には、立体画像ＩＡについて、矩形である面Ａ、Ｂが、当該矩形の一辺において接合されるとともに、当該一辺が紙面に対して傾斜している状態が示されている。
　面Ａ、Ｂは、当該面Ａ、Ｂ上に分散して配置される複数のドットによって構成される。ドットは、空間上の一点に結像される、光の点の像である。面Ａ、Ｂのそれぞれにおける複数のドットの密度は、該面Ａ、Ｂの位置に応じた値となっている。このため、導光板１１によれば、面Ａ、Ｂのそれぞれを認識しやすくなり、立体画像ＩＡの立体感を向上させることができる。
　表示装置１０は、立体画像ＩＡよりも、さらに多くの平面を有する立体画像を表示することもできる。また、表示装置１０は、平面のみならず、球体などの、曲面を有する立体画像を表示することもできる。曲面については、多数の微小な面の集合として表示してもよく、１つの曲面として表示してもよい。
　面Ａ、Ｂのそれぞれにおけるドットの密度は、面の法線の方向と、所定の方向との間の角度に応じて決定される。具体的には、（ｉ）面Ａ、Ｂのそれぞれの明るさが、上記の角度に応じて決定され、（ｉｉ）面Ａ、Ｂのそれぞれにおけるドットの密度が、上記の明るさに応じて決定される。
　図３は、面Ａ、Ｂの、それぞれの明るさの決定方法の一例について説明するための図である。以下に説明する方法は、立体画像に対して所定の方向から光が照射される場合における明るさを再現する方法である。この方法では、図３の符号３００１に示すように、立体画像ＩＡに対して所定の方向から光１１０を照射する仮想的な光源である仮想光源１００を設定する。仮想光源１００は、立体画像ＩＡに対して無限遠に位置するものとする。すなわち、仮想光源１００から立体画像ＩＡに光１１０が入射する方向（所定の方向）は、立体画像ＩＡ上における位置によらず一定である。そして、図３の符号３００２に示すように、面Ａ、Ｂの、それぞれの法線ＰＬＡ、ＰＬＢの方向と、光１１０の方向との間の角度θＡ、θＢを算出する。
　図４は、角度θＡ、θＢと、面Ａ、Ｂの明るさとの関係の一例を示すグラフである。図４において、横軸は角度、縦軸は明るさを示す。図４における明るさの値は、最小値を０、最大値を１として規格化された値である。図４に示す例では、角度θＡ、θＢが小さい程、面Ａ、Ｂの明るさは大きくなる。このように明るさを設定することで、仮想光源１００からの光の当たり方を再現できる。ただし、角度と明るさとの関係、および当該関係を規定する角度の範囲は、図４に示す曲線に限定されず、自由に設定されてよい。
　図５は、面Ａ、Ｂの明るさと、ドットの密度との関係を示すグラフである。図５において、横軸は面Ａ、Ｂの明るさ、縦軸はドットの密度を示す。面Ａ、Ｂのそれぞれにおけるドットの密度は、当該面Ａ、Ｂの明るさの増大に伴って単調増加する。図５に示した例では、ドットの密度は面Ａ、Ｂの明るさに比例する。図５に示したような関係に基づいて決定した密度で面Ａ、Ｂのそれぞれにドットが配されるように、導光板１１の背面１１ｂに光路変更部１３を形成することで、立体画像ＩＡを結像させることが可能な導光板１１を製造することができる。
　ドットの密度は、立体画像ＩＡのデザインに応じて適宜決定される。例えば立体画像ＩＡを全体的に明るくデザインする場合には、ドットの密度を全体的に大きくする。ただし、面Ａ、Ｂにおけるドットの密度が過大であると、面Ａ、Ｂが塗り潰されたような面になり、立体画像ＩＡの立体感が低下する。ドットの密度の上限は、５０％であることが好ましい。ドットの密度の上限が５０％であれば、ドットの密度が過大になることによる、立体画像ＩＡの立体感の低下を防止できる。
　図６は、ドットＤの配置について説明する図である。個々のドットは、ランダムに配置されてよい。ただし、ドットの形状には、導光板１１の入射面１１ｃに平行な方向にボケが生じやすい。このため、図６の符号６００１に示すように、入射面１１ｃに平行な方向において隣接する複数のドットＤの間隔ＤＤが、ボケによってドットＤが広がる距離よりも短い場合、それらのドットＤにボケが生じることで、個々のドットＤではなく連結した線として視認されることがある。この場合、立体画像ＩＡの立体感が低下する可能性がある。
　このため、図６の符号６００２に示すように、入射面１１ｃに平行な方向において互いに隣接する複数のドットＤの間隔ＤＤは、所定の閾値以上であることが好ましい。所定の閾値は、入射面１１ｃに平行な方向において隣接する複数のドットＤにボケが生じた場合において、それらのドットＤが互いに連結しない距離に設定されればよい。複数のドットＤがこのように配されることで、ドットＤにボケが生じた場合であっても、ドットＤが個別に視認されやすくなるため、立体画像ＩＡの立体感が低下する可能性を低減できる。
　また、上述したとおり、表示装置１０においては、曲面を表示することができる。しかしながら、曲面の法線は、平面の法線とは異なり、一義的には決まらない。このため、曲面におけるドットの密度は、例えば当該曲面を代表する方向と所定の方向との間の角度に応じて決定される。
　図７は、曲面である面Ｃを立体画像Ｉが有する場合における、当該面Ｃの明るさを決定する方法について説明するための図である。図７には、面Ｃ上の互いに異なる４点における法線ＰＬＣ１、ＰＬＣ２、ＰＬＣ３、ＰＬＣ４が示されている。法線ＰＬＣ１～ＰＬＣ４の方向は互いに異なる。このような面Ｃの明るさを決定する方法の例として、面Ｃ上の任意の法線の方向を、面Ｃを代表する方向とし、当該方向と光１１０の方向との間の角度に応じてドットの密度を決定する方法が挙げられる。
　例えば法線ＰＬＣ３の方向を、面Ｃを代表する方向とする場合について考える。この場合、法線ＰＬＣ３の方向と光１１０の方向との間の角度を算出する。そして、算出した角度に基づいて決定した明るさを、面Ｃ全体の明るさとし、さらに当該明るさに基づいて決定したドットの密度を、面Ｃ全体におけるドットの密度とする。
　ドットの密度は、必ずしも上記の方法で決定される必要はない。面Ａ、Ｂの明るさを、上記の方法によらず自由に（例えば面Ａの明るさを１．０、面Ｂの明るさを０．５）決定し、当該明るさに基づいて図５に示した関係によりドットの密度を決定してもよい。具体的には、立体画像ＩＡの、元の色の階調ごとに明るさを決定する例が挙げられる。このように明るさを決定する場合であっても、面ごとに明るさを異ならせることで、それらの面を別個に認識することが容易になる。したがって、それぞれの面を一様に結像させる場合と比較して、立体画像ＩＡの立体感を向上させることができる。また、互いに異なる方向から立体画像ＩＡに対して光１１０を照射する２以上の仮想光源１００を設定し、それぞれの仮想光源１００による明るさを合算し、最終的な明るさとしてもよい。
　§３　動作例
　図８は、導光板１１が結像させる立体画像Ｉの別の具体例である、立体画像ＩＢについて説明する図である。図８においては、立体画像ＩＢにより表現しようとする３ＤモデルＩＢ０が、符号８００１で示されている。また、３ＤモデルＩＢ０を輪郭線のみで表現した立体画像ＩＢ１が、符号８００２で示されている。また、３ＤモデルＩＢ０が有するそれぞれの面を塗り潰した立体画像ＩＢ２が、符号８００３で示されている。また、３ＤモデルＩＢ０を導光板１１により結像させた立体画像ＩＢが、符号８００４で示されている。
　立体画像ＩＢ１では、３ＤモデルＩＢ０が有する面が表示されていないため、３ＤモデルＩＢ０を表現できていない。一方、立体画像ＩＢ２では、いずれの面も同じように表示されているため、それぞれの面を別個に認識することができず、３ＤモデルＩＢ０の立体感を表現できていない。
　これに対し、立体画像ＩＢでは、面ごとに異なる密度でドットＤが配されている。すなわち、複数の面が、互いに異なる密度で配されたドットＤにより表示されている。このため、立体画像ＩＢによれば、立体画像ＩＢ１、ＩＢ２と比較して、複数の面で構成される３Ｄモデルの各面を別個に認識しやすく、立体感を感じやすい。換言すれば、導光板１１により、立体画像ＩＢ１、ＩＢ２と比較して立体感を向上させた立体画像ＩＢを結像させることができている。したがって、導光板１１によれば、従来の導光板と比較して、立体画像ＩＢの表現の幅が広がる。
　§４　変形例
　以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
　＜４．１＞
　図９は、第１の変形例に係る表示装置１０が表示する立体画像ＩＡにおける面Ａを示す図である。上述した構成例では、面Ａを示すドットはランダムに配置されていた。これに対し、第１の変形例においては、図９に示すように、面Ａを三角形の領域Ａ１～Ａ８に細分化した場合におけるそれぞれの三角形の重心にドットＤ１～Ｄ８が配される。このように規則的にドットを配置することで、面Ａの見栄えを向上させることができる。
　ただし、上述したとおり、複数のドットは、入射面１１ｃに垂直な方向において、互いに異なる位置に配されることが好ましい。このため、第１の変形例に係る方法でドットを配置することで複数のドットの位置が入射面１１ｃに垂直な方向において重複する場合には、位置を適宜変更することが好ましい。
　図９に示した例では、見やすさを考慮して面Ａを８つの領域Ａ１～Ａ８に細分化した。しかし、実際に面を細分化する数は、当該面のドット密度およびサイズに応じて適宜決定されればよい。また、個々の領域の形状も三角形には限定されない。
　また、上述した構成例のとおりランダムに配置されるドットと、第１の変形例のとおり規則的に配置されるドットとが面Ａに混在していてもよい。この場合、ドットを、適度にランダム性を維持しながら均一に配置することができ、見栄えをさらに向上させることができる。
　＜４．２＞
　図１０は、第２の変形例に係る表示装置１０が表示する立体画像ＩＢを示す図である。図１０に示すように、第２の変形例において、立体画像ＩＢは、３ＤモデルＩＢ０が有する各面を示すドットＤに加えて、各面の輪郭線ＯＬをさらに含む。第２の変形例によれば、立体画像ＩＢが有する面の細部まで明確に表示することができる。また、それぞれの面の輪郭が明確になることで、立体画像ＩＢの立体感を強調することができる。
　＜４．３＞
　図１１は、第３の変形例に係る入力装置２０を示す図である。図１１に示すように、入力装置２０は、表示装置１０と、センサ２４とを備える。センサ２４は、表示装置１０により立体画像Ｉが表示される空間において物体を非接触で検出する。図１１に示す例では、センサ２４は、立体画像Ｉに向けて光を照射し、反射光により物体を検出する光電センサである。ただし、センサ２４は図１１に示す例とは異なる方式の光電センサであってもよい。また、センサ２４は光電センサ以外のセンサであってもよい。
　また、図１１に示した例では、センサ２４は表示装置１０に対して立体画像Ｉと逆側であった。しかし、センサ２４の設置位置はこれに限られず、表示装置１０に対して立体画像Ｉと同じ側の、立体画像Ｉに対して上下左右のいずれかに設置されてもよい。
　表示装置１０が表示する立体画像Ｉに対し、ユーザが指などの指示体Ｆにより入力操作を行うと、当該指示体Ｆをセンサ２４が検出することで、入力装置２０が入力を受け付ける。入力装置２０によれば、非接触で操作可能なスイッチを実現できる。また、入力装置２０によれば、表示装置１０により、立体感の向上した立体画像Ｉを結像させてユーザに対して入力を促すことができる。
　＜４．４＞
　表示装置１０、または入力装置２０を備える電気機器の例について、以下に説明する。以下の説明では、電気機器に対して、表示装置１０および入力装置２０のうち一方を適用する例についてのみ説明している場合がある。しかし、電気機器の用途などに応じて他方を適用してもよいことは言うまでもない。
　図１２は、入力装置２０が適用された遊技機の例を示す斜視図である。図１２では、入力装置２０の図示は省略している。入力装置２０は、パチンコまたはパチスロの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。上述したとおり、入力装置２０は、表示装置１０と、センサ２４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２４が検出することで、入力装置２０が入力を受け付ける。
　図１２の符号１２００１に示すように、遊技機Ｍ１（電気機器）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１２の符号１２００２に示すように、遊技機Ｍ２（電気機器）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、入力装置２０ではなく、表示装置１０のみを、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、ゲームセンターまたはカジノなどに設置される遊技機に適用されてもよい。
　図１３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１３の符号１３００１に示すように、車両Ｃのテールランプ１Ａ（電気機器）に適用することができる。この場合、表示装置１０は、図１３の符号１３００２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。
　図１４は、表示装置１０をエレベータの入力部に適用した様子を示す図である。図１４の符号１４００１に示すように、表示装置１０は、例えばエレベータの入力部２００に適用することができる。具体的には、入力部２００は、表示装置１０により立体画像Ｉ１～Ｉ１２を表示する。立体画像Ｉ１～Ｉ１２は、エレベータの行先（階数）を指定するユーザの入力を受け付ける表示（立体画像Ｉ１～Ｉ１０）、または、エレベータの扉の開閉の指示を受け付ける表示（立体画像Ｉ１１・Ｉ１２）が結像された立体画像である。入力部２００は、いずれかの立体画像Ｉに対するユーザの入力を受け付けた場合、当該立体画像Ｉの結像状態を変化させる（例えば、立体画像Ｉの色を変化させるなど）とともに、当該入力に対応する指示をエレベータの制御部に対して出力する。入力部２００による立体画像Ｉの表示は、入力部２００に人が近づいたときにのみ行うようにしてもよい。また、入力部２００は、エレベータの壁の内部に配置されてもよい。
　エレベータの入力部２００では、例えば、エレベータ内に人が多い場合では、ユーザの体の一部が立体画像Ｉの結像位置に位置してしまい、入力部２００がユーザの意図していない入力を受け付けてしまう虞がある。そこで、入力部２００において、表示装置１０は、例えば図１４の符号１４００２に示すような、ユーザに回転操作を促すような立体画像Ｉを表示してもよい。この場合において、入力部２００は、例えばモーションセンサによって立体画像Ｉに対して回転操作を受け付けた場合にのみユーザの入力を受け付けるようにしてもよい。回転操作は、ユーザが意図しないかぎり通常は行われない操作であるので、入力部２００がユーザの意図していない入力を受け付けてしまうことを防止することができる。また、図１４の符号１４００３に示すように、立体画像Ｉがエレベータの内壁に設けられた凹部に表示される構成としてもよい。これにより、ユーザの指などが上記凹部に挿入されたときにのみ立体画像Ｉに対する入力が行われるので、入力部２００がユーザの意図していない入力を受け付けてしまうことを防止することができる。
　図１５は、表示装置１０を温水便座洗浄機の入力部に適用した様子を示す図である。図１５に示すように、表示装置１０は、例えば温水便座洗浄機の入力部３００（操作パネル部）に適用することができる。具体的には、入力部３００は、表示装置１０により立体画像Ｉ１～Ｉ４を表示する。立体画像Ｉ１～Ｉ４は、温水便座洗浄機の洗浄機能の駆動・停止の指示を受け付ける表示が結像された立体画像である。入力部３００は、いずれかの立体画像Ｉに対するユーザの入力を受け付けた場合、当該立体画像Ｉの結像状態を変化させる（例えば、立体画像Ｉの色を変化させるなど）とともに、当該入力に対応する指示を温水便座洗浄機の制御部に対して出力する。温水便座洗浄機の操作パネルは、衛生上、直接触ることを好まないユーザが多い。これに対して、入力部３００では、ユーザは、入力部３００に直接触る（物理的に触る）ことなく操作をすることができる。したがって、ユーザは、衛生面を気にすることなく操作をすることができる。なお、本発明の入力装置は、衛生面的に直接触ることが好ましくない他の装置にも適用することができる。例えば、本発明の入力装置は、病院に設置される整理番号発券機、または不特定の人が触る移動ドアの操作部などに適用するのに好適である。また、病院に設置される整理番号発券機において外科および内科などの複数の選択肢がある場合に、それぞれの選択肢に対応する立体画像Ｉを表示することができるため好適である。また、本発明の入力装置は、飲食店に設置されるレジまたは食券販売機に適用するのに好適である。
　そのほかにも表示装置１０は、例えば、ＡＴＭ（Automated teller machine）の入力部、クレジットカードの読み取り器における入力部、金庫における施錠を解除するための入力部、暗証番号による開錠が行われるドアの入力部などに適用することができる。ここで、従来の暗証番号入力装置では、物理的に入力部に指を接触させることにより入力を行っている。このような場合には、入力部に指紋および温度履歴が残ってしまう。そのため、他人に暗証番号を知られてしまうという虞があった。これに対して、表示装置１０を入力部として用いた場合、指紋および温度履歴が残ることが無いため、暗証番号を他人に知られてしまうことを防ぐことができる。その他の例として、入力装置２０を駅などに設置される券売機などに適用することができる。
　さらに、表示装置１０は、洗面化粧台の照明スイッチ、蛇口の操作スイッチ、レンジフードの操作スイッチ、食器洗い機の操作スイッチ、冷蔵庫の操作スイッチ、電子レンジの操作スイッチ、ＩＨ（Induction Heating）クッキングヒータの操作スイッチ、電解水生成装置の操作スイッチ、インターホンの操作スイッチ、廊下の照明スイッチ、またはコンパクトステレオシステムの操作スイッチなどの、家電の入力装置、または玩具の入力装置などにも適用可能である。これらのスイッチに表示装置１０を適用することで、（ｉ）スイッチに凹凸がなくなるため掃除しやすい、（ｉｉ）必要時のみ立体画像を表示できるためデザイン性が向上する、（ｉｉｉ）スイッチに接触する必要がなくなるため衛生的である、（ｉｖ）可動部がなくなるため壊れにくくなる、といった利点が生じる。
　＜４．５＞
　第５の変形例としての表示装置１０Ａについて、図１６～図２１を参照しながら説明する。
　図１６は、表示装置１０Ａの斜視図である。図１７は、表示装置１０Ａの構成を示す断面図である。図１８は、表示装置１０Ａの構成を示す平面図である。図１９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１６および図１７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１７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１７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１８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１９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１８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２０は、光路変更部１６の配列を示す斜視図である。図２０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２１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２１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２１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。
　＜４．６＞
　導光板１１に対し、端面１１ｅまたは１１ｆから、光源１２とは別の光源により光を入射させてもよい。換言すれば、表示装置１０は、導光板１１に対して端面１１ｅまたは１１ｆから光を入射させる、光源１２とは別の光源をさらに備えていてもよい。別の光源が発する光の色は、光源１２が発する光の色とは異なる。
　この場合、導光板１１の背面１１ｂには、光源１２に対応する光路変更部１３と、別の光源に対応する光路変更部１３とが形成される。立体画像Ｉについて、光源１２が発する光のドットの密度、および、別の光源が発する光のドットの密度のそれぞれを面ごとに異ならせることで、立体画像Ｉが有する複数の面のそれぞれを、互いに異なる色とすることができる。
　本発明の一態様に係る導光板は、入射した光を対応する定点に収束させる複数の光路変更部を備え、複数の前記光路変更部のそれぞれに対応する複数の前記定点の集まりによって、空間に立体画像を結像させる導光板であって、前記立体画像は、互いに平行でない複数の面を含み、前記面は、該面上に分散して配置される複数のドットによって構成されているとともに、前記面のそれぞれにおける複数の前記ドットの密度は、該面の位置に応じた値となっている。
　上記の構成によれば、立体画像に含まれる面は、該面上に分散して配置される、該面の位置に応じた密度の複数のドットによって構成される。面の明るさは、ドットの密度によって異なる。したがって、例えば面が一定の密度のドットによって構成される場合と比較して、立体感を向上させた立体画像を表示することができる。
　また、本発明の一態様に係る導光板において、前記複数の面のそれぞれにおける前記複数のドットの密度は、当該面の法線の方向、または、当該面を代表する方向と、所定の方向との間の角度に応じて決定されることが好ましい。
　上記の構成によれば、立体画像に対して所定の方向から光が入射すると仮定した場合における、それぞれの面における明るさを再現できる。したがって、立体画像におけるそれぞれの面の明るさを適切に決定することができる。
　また、本発明の一態様に係る導光板において、前記面のそれぞれにおける、複数の前記ドットの密度の上限は、５０％であることが好ましい。
　上記の構成によれば、ドットの密度が過大になることによる立体画像の立体感の低下を防止できる。
　また、本発明の一態様に係る導光板において、前記光が前記導光板に入射する入射面に平行な方向において互いに隣接する複数の前記ドットの間隔は、所定の閾値以上であることが好ましい。
　上記の構成によれば、入射面に平行な方向において複数のドットにボケが生じた場合であっても、それらのドットが連結して線状に視認される可能性を低減できる。
　また、本発明の一態様に係る導光板において、前記立体画像は、前記複数の面の輪郭線をさらに含むことが好ましい。
　上記の構成によれば、面の端部について、輪郭線により細部を表現することができる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置は、前記導光板と、前記導光板に光を入射させる光源とを備える。
　上記の構成によれば、上記の導光板に対して光源が発する光を入射させることにより、立体感を向上させた立体画像を表示する表示装置を実現できる。
　また、本発明の一態様に係る入力装置は、前記表示装置と、前記立体画像が表示される空間において物体を非接触で検出するセンサとを備える。
　上記の構成によれば、立体感を向上させた立体画像に対するユーザの操作をセンサにより検出して入力を受け付ける入力装置を実現できる。
　また、本発明の一態様に係る電気機器は、上記の表示装置または入力装置を備える。
　上記の構成によれば、電気機器が備える表示装置または入力装置が表示する画像の立体感を向上させることができる。
　１Ａ　テールランプ（電気機器）
　１０　表示装置
　１１　導光板
　１１ａ、１５ａ　出射面（光出射面）
　１１ｃ、１５ｃ　入射面
　１２　光源
　１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１６　光路変更部
　２０　入力装置
　２４　センサ
　Ｉ、ＩＡ、ＩＢ　立体画像
　Ａ、Ｂ、Ｃ　面
　Ｄ、Ｄ１～Ｄ８　ドット
　Ｍ１、Ｍ２　遊技機（電気機器）
　ＯＬ　輪郭線
　ＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ１、ＰＬＣ２、ＰＬＣ３、ＰＬＣ４　法線
　θＡ、θＢ　角度

Claims (8)

  1. 　入射した光を対応する定点に収束させる複数の光路変更部を備え、複数の前記光路変更部のそれぞれに対応する複数の前記定点の集まりによって、空間上に立体画像を結像させる導光板であって、
    　前記立体画像は、互いに平行でない複数の面を含み、
    　前記面は、該面上に分散して配置される複数のドットによって構成されているとともに、
    　前記面のそれぞれにおける複数の前記ドットの密度は、該面の位置に応じた値となっている導光板。
  2. 　前記面のそれぞれにおける複数の前記ドットの密度は、当該面の法線の方向、または、当該面を代表する方向と、所定の方向との間の角度に応じて決定される請求項１に記載の導光板。
  3. 　前記面のそれぞれにおける、複数の前記ドットの密度の上限は、５０％である請求項１または２に記載の導光板。
  4. 　前記光が前記導光板に入射する入射面に平行な方向において互いに隣接する複数の前記ドットの間隔は、所定の閾値以上である請求項１から３のいずれか１項に記載の導光板。
  5. 　前記立体画像は、前記複数の面の輪郭線をさらに含む請求項１から４のいずれか１項に記載の導光板。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の導光板と、
    　前記導光板に光を入射させる光源とを備える表示装置。
  7. 　請求項６に記載の表示装置と、
    　前記立体画像が表示される空間において物体を非接触で検出するセンサとを備える入力装置。
  8. 　請求項６に記載の表示装置、または請求項７に記載の入力装置を備える電気機器。
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