WO2021181960A1 - 導光部材、導光部材ユニット、照明装置および表示装置 - Google Patents

導光部材、導光部材ユニット、照明装置および表示装置 Download PDF

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WO2021181960A1
WO2021181960A1 PCT/JP2021/004041 JP2021004041W WO2021181960A1 WO 2021181960 A1 WO2021181960 A1 WO 2021181960A1 JP 2021004041 W JP2021004041 W JP 2021004041W WO 2021181960 A1 WO2021181960 A1 WO 2021181960A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
light guide
guide member
total reflection
incident
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Application number
PCT/JP2021/004041
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English (en)
French (fr)
Inventor
篠原　正幸
團野　幹史
智和 北村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F13/00—Illuminated signs; Luminous advertising
    • G09F13/18—Edge-illuminated signs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a light guide member that guides incident light and emits it as parallel light, and a light guide member unit, a lighting device, and a display device provided with the light guide member.
  • Patent Document 1 discloses a vehicle lamp unit that irradiates light along a predetermined optical axis.
  • the vehicle lamp unit has an incident surface that allows light emitted from a light source to enter the light guide body, an exit surface and a first reflection surface formed on the front surface, and a second reflection surface formed on the rear surface. ..
  • the vehicle lighting unit unit internally reflects the light incident on the light guide body from the incident surface to the rear on the first reflecting surface, and then internally reflects the light to the emitting surface while making it parallel light to the front on the second reflecting surface.
  • One aspect of the present invention is to reduce the size of a light guide member or the like capable of emitting parallel light over a wide range.
  • the light guide member includes a plurality of incident surfaces in which light from a light source is incident from a predetermined incident position and a plurality of light sources that totally reflect the light incident from the incident surface.
  • a light guide member including a partial total reflection surface and an emission surface for emitting the light totally reflected by the partial total reflection surface, wherein the partial total reflection surface is the light incident from the incident position.
  • the shape is such that the light is totally reflected so as to be emitted from the exit surface, and among the partial total reflection surfaces, the inner partial total reflection surface provided inside the light guide member is the guide.
  • the surface of the hollow portion provided inside the translucent material constituting the optical member is formed by the surface of the hollow portion provided inside the translucent material constituting the optical member, and the surface of the hollow portion other than the partial total reflection surface is (i) separated from the light source of the partial total reflection surface. It exists only in the region on the exit surface side of the surface including the end portion of the partial total reflection surface adjacent to the lower side on the exit surface side and (ii) the light source, and each of the emission surfaces The regions of light reflected by the partial total reflection surface are adjacent to each other.
  • a light guide member or the like capable of emitting parallel light over a wide range can be miniaturized.
  • FIG. 2 is a perspective view of the display device 10 according to the present embodiment.
  • 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 lighting device 12.
  • the light guide plate 11 guides the light incident from the lighting device 12, reflects it by the optical path changing portions 13a, 13b and 13c (described later) formed at predetermined positions, and emits the light from the exit surface 11a (described later).
  • 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.
  • the end surface 11c is an incident surface on which the light projected from the lighting device 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.
  • a plurality of optical path changing portions 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 plurality of optical path changing portions are formed substantially continuously along a predetermined direction. In other words, the plurality of optical path changing portions are formed along predetermined lines in a plane parallel to the exit surface 11a.
  • a predetermined direction in which the optical path changing portion is formed substantially continuously is referred to as a Z-axis direction.
  • the direction perpendicular to the exit surface 11a is referred to as the X-axis direction
  • the direction perpendicular to both the X-axis direction and the Z-axis direction is referred to as the Y-axis direction.
  • the optical path changing unit substantially converges the light incident on each position of the optical path changing unit to a fixed point corresponding to each optical path changing unit.
  • 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, and each of the optical path changing section 13a, the optical path changing section 13b, and the optical path changing section 13c is shown.
  • a state in which 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 is shown.
  • the optical path changing unit 13a corresponds to the fixed point PA of the stereoscopic image I. That is, 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 units 13b and 13c correspond to the fixed points PB and PC on the stereoscopic image I, respectively. That is, the light from each position of the optical path changing portions 13b and 13c converges on the fixed point PB and the PC, respectively. 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.
  • the light guide plate 11 forms a stereoscopic image I in a space other than the light guide plate 11 by the light emitted from the exit surface 11a.
  • the display device 10 can display an image in space.
  • the light guide plate 11 may display a flat image inside the light guide plate 11 by the light emitted from the light emitting surface 11a. In this case, the display device 10 can display a flat image.
  • the lighting device 12 causes light to enter the light guide plate 11.
  • the lighting device 12 is provided at the end portion of the back surface 11b along the end surface 11c.
  • the lighting device 12 causes parallel light collimated in a direction perpendicular to the back surface 11b on a plane parallel to the end surface 11c of the light guide plate 11 to enter the light guide plate 11 from the back surface 11b.
  • a specific configuration example of the lighting device 12 will be described below.
  • FIG. 1 is a front view of the lighting device 12 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of the light guide member unit 21 included in the lighting device 12.
  • the lighting device 12 includes a light guide member unit 21 and a plurality of light sources 22.
  • the light guide member unit 21 includes a plurality of light guide members 100. More specifically, in the light guide member unit 21, a plurality of light guide members 100 are continuously formed on a resin material (translucent material) having a rectangular parallelepiped shape and having transparency and a relatively high refractive index. Has a configuration that
  • the light source 22 is a light source that causes light to enter the light guide member unit 21.
  • the light source 22 is, for example, an LED (Light Emitting diode) light source.
  • the light guide member 100 includes an incident surface 110, a plurality of partially totally reflecting surfaces 121, 122 and 123, and an exit surface 130.
  • the incident surface 110 is a surface on which the light from the light source 22 is incident from a predetermined incident position P.
  • the predetermined incident position P will be described later.
  • the exit surface 130 is a surface that emits the light that is totally reflected by each of the partially totally reflected surfaces 121 to 123. As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the exit surface 130 is a rectangular plane.
  • the partially totally reflecting surfaces 121 to 123 totally reflect the light incident from the incident surface 110. More specifically, the partial total reflection surfaces 121 to 123 have a shape that totally reflects the light so that the light incident from the predetermined incident position is emitted from the emission surface 130 in the direction perpendicular to the emission surface 130. It has become. Therefore, the light incident from the incident surface 110 is totally reflected by any of the partial total reflection surfaces 121 to 123, and is emitted from the emission surface 130 in the direction perpendicular to the emission surface 130. Therefore, it is possible to emit light having the same emission direction according to the shape of the emission surface 130. Further, the number of the total internal reflection surfaces included in the light guide member 100 is not limited to 3, and may be 2 or 4 or more.
  • the partial total reflection surfaces 121 to 123 when the direction parallel to the incident surface 110, the exit surface 130, and the partial total reflection surfaces 121 to 123 is the thickness direction, the partial total reflection surfaces 121 to 123 have a cross-sectional shape perpendicular to the thickness direction.
  • Each is a parabola.
  • the light source 22 is arranged at the focal point of the parabola.
  • the predetermined incident position P on the incident surface 110 where the light from the light source 22 is incident is the position where the light from the light source 22 arranged at the focal point of the parabolic shape of the partial total reflection surfaces 121 to 123 is incident. be. Therefore, the light guide member 100 can emit parallel light from the exit surface 130 by reflecting the light incident on the light guide member 100 from the light source 22 on the partially total reflection surfaces 121 to 123.
  • each of the partial total reflection surfaces 121 to 123 may be one of the hyperbolas. Also in this case, by arranging the light source 22 at the focal position of the hyperbola, parallel light can be emitted from the emission surface 130.
  • the light guide member 100 is provided with hollow portions 141 and 142 and a notch portion 143.
  • the hollow portions 141 and 142 are cavities provided inside the resin material constituting the light guide member 100.
  • the notch portion 143 is a notch portion formed by notching the resin material constituting the light guide member 100 from the side of the incident surface 110.
  • the hollow portions 141 and 142 are formed by using a mold having a shape in which the hollow portions 141 and 142 are formed, for example, when the light guide member unit 21 is formed by injection molding.
  • the hollow portions 141 and 142 are formed by, for example, manufacturing the light guide member unit 21 in which the hollow portions 141 and 142 are not formed, and then hollowing out the light guide member unit 21.
  • the notch portion 143 may be formed by using a mold having a shape in which the notch portion 143 is formed, and the light guide member unit having a shape in which the notch portion 143 does not exist. It may be formed by cutting out the light guide member unit 21 after manufacturing the 21.
  • the partial total reflection surfaces 121 to 123 the partial total reflection surfaces 121 and 122 (inner partial total reflection surfaces) provided inside the light guide member 100 are formed by the surfaces of the hollow portions 141 and 142, respectively. Will be done. Further, the partial total reflection surface 123 whose one end is in contact with the incident surface 110 is formed by the surface of the notch portion 143. Therefore, the light guide member 100 can be easily manufactured as compared with a method such as forming the partially total internal reflection surfaces 121 to 123 by embedding another material in the resin material, for example.
  • the surface of the hollow portion 141 other than the partial total reflection surface 121 is a region on the exit surface 130 side of the surface including (i) the end portion of the partial total reflection surface 122 on the exit surface 130 side and (ii) the light source 22. Only exists in. Therefore, the light to be incident on the partial total reflection surface 122 is not blocked by the surface of the hollow portion 141 other than the partial total reflection surface 121.
  • the surface 1411 which is one of the surfaces of the hollow portion 141, passes through an end portion of the partial total reflection surface 122 that is perpendicular to the exit surface 130 and is separated from the exit surface 130.
  • the surface 1411 exists in a region on the light source 22 side of the region through which the light reflected by the partially totally reflected surface 122 passes.
  • FIG. 4 is a diagram showing a region of the emitted light from the emitting surface 130 and an angular range of the light traveling direction in the light guide member 100.
  • the light directed from the light source 22 toward both ends of the partial total reflection surfaces 121 to 123 and the light reflected at both ends are indicated by broken line arrows.
  • the regions of the light emitted from the exit surface 130 are the region R1 of the light totally reflected by the partially totally reflected surface 121, the region R2 of the light totally reflected by the partially totally reflected surface 122, and the region R2 of the light. It is divided into the region R3 of the light totally reflected by the partially totally reflecting surface 123.
  • the regions R1 to R3 of the light reflected by the respective partial total reflection surfaces 121 to 123 are adjacent to each other. Therefore, uniform light emission can be realized without creating a dark region between the regions R1 to R3 of the light reflected by the respective partial total reflection surfaces 121 to 123.
  • the total reflection surface in order to emit light from a wide area of the emission surface 130, and the light is incident accordingly. It becomes necessary to increase the distance between the surface 110 and the exit surface 130. In this case, the size of the light guide member 100 is increased.
  • the light guide member 100 a plurality of partially totally reflecting surfaces 121, 122 and 123 are provided. Therefore, in order to emit light from a wide area of the exit surface 130, the number of partially total reflection surfaces may be increased, so that it is not necessary to increase the distance between the incident surface 110 and the exit surface 130. Therefore, the light guide member 100 that emits light from a wide area of the exit surface 130 can be miniaturized.
  • the exit surface 130, and the partial total reflection surfaces 121 to 123 is the thickness direction
  • reflection is performed by the respective partial total reflection surfaces 121 to 123 in the cross-sectional shape perpendicular to the thickness direction.
  • the light regions are adjacent to each other on the exit surface 130.
  • the angle range of the light incident from the incident surface 110 in the traveling direction is divided into a plurality of partial angle ranges ⁇ , ⁇ , and ⁇ adjacent to each other.
  • one partial total reflection surface 121 to 123 is provided. More specifically, the partial angle range ⁇ is provided with the partial total reflection surface 121, the partial angle range ⁇ is provided with the partial total reflection surface 122, and the partial angle range ⁇ is provided with the partial total reflection surface 123. There is. Therefore, on the exit surface 130 of the light guide member 100, the regions of light reflected by the respective partial total reflection surfaces 121 to 123 are adjacent to each other.
  • the exit surfaces 130 included in each light guide member 100 are arranged so as to be adjacent to each other on the same surface.
  • the exit surface 130 of each light guide member 100 is a portion of a common surface that is different from each other. Therefore, the light guide member unit 21 can emit parallel light over a wide range without increasing the distance between the incident surface 110 and the exit surface 130 of each light guide member 100. Therefore, the size of the light guide member unit 21 capable of emitting parallel light in a certain range can be reduced.
  • the lighting device 12 includes a light guide member unit 21 and a plurality of light sources 22. Therefore, as the light guide member 100 included in the light guide member unit 21 is miniaturized, the lighting device 12 can also be miniaturized. Further, as described above, the display device 10 includes a lighting device 12 and a light guide plate 11. Therefore, as the lighting device 12 becomes smaller, the display device 10 can also be made smaller.
  • the partial total reflection surfaces 121 to 123 are preferably arranged in a direction parallel to the exit surface 130. By arranging the partially total reflection surfaces 121 to 123 in this way, the light guide member 100 can be miniaturized in the direction in which light is emitted from the emission surface 130.
  • the ends of the partially total reflection surfaces 121 to 123 have a predetermined first curvature in a cross section perpendicular to the thickness direction of the light guide member 100.
  • the first curvature is preferably about 0.2 to 0.5 ° / m. Since the ends of the partially totally reflecting surfaces 121 to 123 have such a curvature, the mold for manufacturing the light guide member 100 can have a long life.
  • the optical axis of the light source 22 faces the direction of the partial total reflection surface 123 of the partial total reflection surfaces 121 to 123, which is the farthest from the light source 22.
  • the intensity of the light emitted from the light source is the highest in the optical axis and decreases as the distance from the optical axis increases.
  • the partial total reflection surface 123 farthest from the light source 22 is formed to be larger in size than the partial total reflection surfaces 121 and 122. Therefore, when the direction of the optical axis having the highest intensity faces the partially total reflection surface 123, the overall brightness of the light emitted from the exit surface 130 can be made uniform.
  • FIG. 5 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 5001 in FIG.
  • the display device 10 includes a light guide plate 11A and a lighting device 12, as shown by reference numeral 5002 in FIG.
  • the light guide plate 11A is different 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 lighting device 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 lamp or a vehicle display device other than the tail lamp.
  • the display device 10 can be applied to an input unit such as an aerial switch.
  • the aerial switch may include 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.
  • the aerial switch receives a user's input operation on an image displayed in space by the display device 10 by a sensor.
  • FIG. 6 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 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 6002 in FIG.
  • the input unit 200 may accept the user's input only when the rotation operation is received 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. 7 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 hot 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 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, and 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. In such a case, a fingerprint or a temperature history remains in the input unit. Therefore, there is a risk that the password will be known to others.
  • the display device 10 is used as an input unit, fingerprints and temperature histories do not remain, so that it is possible to prevent the personal identification number from being known to others.
  • the input device 1 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 oven operation switch, and an IH (Induction Heating) cooking heater operation. It can also be applied to switches, operation switches for electrolyzed water generators, operation switches for interphones, lighting switches in corridors, or operation switches for compact stereo systems.
  • 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. 8 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 also be applied to an input device of a gaming machine. Similar to the above-mentioned aerial switch, the input device in this case may also include a display device 10 and a sensor for detecting the presence or absence of an object at the position of the image displayed by the display device 10.
  • 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.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a light guide member unit 23 according to a modified example of the light guide member unit 21.
  • the light guide member unit 23 is different from the light guide member unit 21 in that the exit surface 130 is not rectangular.
  • the exit surface 130 has a shape in which the long sides of the rectangle are changed into arcs that are convex in the same direction. Similar to the light guide member unit 21, such a light guide member unit 23 can also emit parallel light from the emission surface 130.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the light guide member unit 24 according to the modified example of the light guide member unit 21. As shown in FIG. 10, the light guide member unit 24 differs from the light guide member unit 21 in that the exit surface 130 of each light guide member 100 is a curved surface.
  • the light guide member 100 included in the light guide member unit 24 when the direction parallel to the incident surface 110, the exit surface 130, and the partially totally reflecting surfaces 121 to 123 is the thickness direction, the cross-sectional shape perpendicular to the thickness direction Each of the partially totally reflecting surfaces 121 to 123 has a shape that totally reflects the light so that the light incident from the incident position is emitted from the emitting surface 130 in the direction perpendicular to the emitting surface 130. Therefore, the light guide member 100 included in the light guide member unit 24 can emit light from the curved exit surface 130 in a direction perpendicular to the emission surface 130. In this case, when the emitted light is bent in a direction parallel to the thickness direction and guided, the guided light can be converted into parallel light.
  • FIG. 11 is a perspective view showing an application example of the lighting device 12 including the light guide member unit 24.
  • the light emitted from the lighting device 12 is incident on the light guide plate 30 and is bent in the light guide plate 30 in a direction parallel to the thickness direction of the light guide member unit 24.
  • the light guided through the light guide plate 30 becomes parallel light as shown by the broken line in FIG.
  • FIG. 12 is a perspective view of the display device 10A.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the display device 10A.
  • FIG. 14 is a plan view showing the configuration of the display device 10A.
  • FIG. 15 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 lighting device 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 lighting device 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 illuminating device 12 is incident inside the light guide plate 15.
  • the light emitted from the lighting device 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. 16 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. 17 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.
  • a stereoscopic image I which is a surface image, is formed 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.
  • FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a display device 10B as a modification of the display device 10.
  • the light guide member 100 of the lighting device 12 and the light guide plate 11 are separate bodies.
  • the light emitted from the exit surface 130 of the light guide member 100 is incident from the end surface 11c of the light guide plate 11, the optical path is changed by the optical path changing unit 13, and the light is emitted from the emission surface 11a of the light guide plate 11.
  • the light guide plate 11 is formed integrally with the light guide member unit 21. Specifically, in the display device 10B, the exit surface 130 of the light guide member 100 and the end surface 11c of the light guide plate 11 are integrally formed. According to such a display device 10B, the number of parts can be reduced as compared with the display device 10.
  • FIG. 19 is a diagram showing incident positions P1 and P2, which are modified examples of incident positions P in which light from the light source 22 is incident on the light guide member 100.
  • the incident positions P1 and P2 have a predetermined second curvature on a plan surface perpendicular to the thickness direction of the light guide member 100.
  • the incident position P1 has a concave shape having a predetermined curvature with respect to the light source 22. Therefore, the light incident from the incident position P1 is guided in a wider angle range as compared with the case where the light is incident from the incident position P having a planar shape.
  • the incident position P2 has a convex shape having a predetermined curvature with respect to the light source 22. Therefore, the light incident from the incident position P2 is guided in a narrow angle range as compared with the case where the light is incident from the incident position P having a planar shape.
  • the angle range of the light guided in the light guide member 100 can be adjusted.
  • the second curvature may be appropriately determined according to a desired angle range of the light guided through the light guide member 100.
  • FIG. 20 is a diagram showing a modified example of the light guide member unit 21. As shown by the arrows in FIG. 20, the light guide member unit 21 may emit light that is not parallel to the emission surface 130. Such a light guide member unit 21 is also included in the scope of the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram showing a modified example of the light guide member unit 21.
  • the light guide member units 21 may emit light that is not completely parallel to each other and has a slight spread.
  • the slight spread is, for example, a spread of 5 ° or less, preferably 3 ° or less.
  • the light guide member includes an incident surface on which light from a light source is incident from a predetermined incident position, a plurality of partial total reflecting surfaces that totally reflect the light incident from the incident surface, and the portion.
  • the shape is such that the light is totally reflected, and among the partial total reflecting surfaces, the inner partial total reflecting surface provided inside the light guide member is made of the translucent material constituting the light guide member.
  • the surface of the hollow portion other than the partial total reflection surface is formed by the surface of the hollow portion provided inside, and (i) the partial total reflection surface of the partial total reflection surface adjacent to the lower side of the separation from the light source. It exists only in the region on the exit surface side of the surface including the end portion on the exit surface side and (ii) the light source, and is reflected by each of the partial total reflection surfaces on the exit surface. The regions of light are adjacent to each other.
  • the light incident from the incident surface is totally reflected by the partial total reflection surface including the inner partial total reflection surface formed by the surface of the hollow portion, and is emitted from the exit surface. Therefore, it is possible to emit light having the same emission direction according to the shape of the emission surface.
  • each of the partial total reflection surfaces is a plurality of regions between the incident surface and the exit surface. It is possible to disperse and arrange them in places. Therefore, the distance between the entrance surface and the exit surface can be reduced, and the light guide member can be miniaturized.
  • the total reflection surface is divided into a plurality of parts in this way, since the regions of light reflected by each partial total reflection surface are adjacent to each other on the emission surface, the light is reflected by each partial total reflection surface. It is possible to realize uniform light emission without creating a dark region between the light regions.
  • the emission surface, and the partial total reflection surface is the thickness direction
  • the thickness is the thickness.
  • each of the partial total reflection surfaces is a parabolic line.
  • the thickness is the thickness.
  • each of the partial total reflection surfaces is one of the bicurves.
  • the thickness is the thickness.
  • each of the partial total reflection surfaces reflects the light so that the light incident from the incident position is emitted from the emission surface in the direction perpendicular to the emission surface. It has become.
  • a light guide member capable of emitting light from a curved emission surface in a direction perpendicular to the emission surface.
  • the guided light can be converted into parallel light.
  • the cross-sectional shape perpendicular to the thickness direction is divided into a plurality of partial angle ranges adjacent to each other, and one partial total reflection surface is provided within each of the partial angle ranges. ing.
  • the plurality of partially total reflection surfaces are arranged in a direction parallel to the emission surface.
  • the light guide member can be miniaturized in the direction in which light is emitted.
  • the ends of the plurality of partial total reflection surfaces are formed so as to have a predetermined first curvature in a cross section perpendicular to the thickness direction of the light guide member. ing.
  • the life of the mold for manufacturing the light guide member can be extended.
  • the incident position is formed so as to have a predetermined second curvature in a cross section perpendicular to the thickness direction of the light guide member.
  • the spread of the light incident on the light guide member can be adjusted by the second curvature.
  • the light guide member unit includes a plurality of the light guide members described above, and is arranged such that the emission surfaces of the light guide members are on the same surface and adjacent to each other.
  • the light guide member unit capable of emitting parallel light over a wide range without increasing the distance between the incident surface and the exit surface of each light guide member. Therefore, the light guide member unit capable of emitting parallel light in a certain range can be miniaturized.
  • the lighting device includes the above-mentioned light guide member unit and a plurality of light sources.
  • the light source is arranged so that the optical axis of the light faces the direction of the farthest from the light source among the plurality of partial total reflection surfaces.
  • the optical axis with the highest light intensity faces the direction of the farthest, that is, the widest area of the total internal reflection surface. Therefore, the overall brightness of the light emitted from the exit surface can be made uniform.
  • the display device guides the above-mentioned lighting device and the light incident from the lighting device, reflects it by an optical path changing portion formed at a predetermined position, and emits the light from the light emitting surface. It is provided with a light guide plate to be used.
  • the light guide plate forms an image in a space other than the light guide plate by the light emitted from the light emitting surface.
  • a stereoscopic image can be displayed by the display device.
  • the light guide plate displays a flat image inside the light guide plate by the light emitted from the light emitting surface.
  • a flat image can be displayed by the display device.
  • the light guide plate is integrally formed with the light guide member unit.
  • the number of parts of the display device can be reduced.

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Abstract

広範囲に平行光を出射可能な導光部材を小型化する。導光部材（１００）は、光を全反射させる部分全反射面（１２１～１２３）と、部分全反射面で全反射された光を出射する出射面（１３０）とを備え、部分全反射面は、入射面（１１０）の入射位置から入射した光が、出射面に垂直な方向に出射されるように光を全反射する形状になっているとともに、出射面において、部分全反射面で反射された光の領域が互いに隣接している。

Description

導光部材、導光部材ユニット、照明装置および表示装置
　本発明は入射光を導光し、平行光として出射させる導光部材、ならびに当該導光部材を備える導光部材ユニット、照明装置および表示装置に関する。
　特許文献１には、所定の光軸に沿って光を照射する車両用灯具ユニットが開示されている。当該車両用灯具ユニットは、光源から出射された光を導光体内へ入射させる入射面と、前面に形成された出射面及び第一反射面と、後面に形成された第二反射面とを有する。車両用灯具ユニットは、入射面から導光体内へ入射した光を、第一反射面で後方へ内部反射させた後に、第二反射面で前方への平行光としつつ出射面へ内部反射させる。
日本国特開２０１１－２４３５２１号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されている車両用灯具ユニットにおいて、広範囲に平行光を出射させようとすると、第二反射面を大型化する必要がある。当該車両用灯具ユニットにおいて第二反射面を大型化すると、導光体全体のサイズ、特に照射する光の光軸方向におけるサイズが大型化するという問題がある。
　本発明の一態様は、広範囲に平行光を出射可能な導光部材などを小型化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部材は、光源からの光が所定の入射位置から入射する入射面と、前記入射面から入射した前記光を全反射させる複数の部分全反射面と、前記部分全反射面でそれぞれ全反射された前記光を出射する出射面とを備える導光部材であって、前記部分全反射面は、前記入射位置から入射した前記光が、前記出射面から出射されるように前記光を全反射する形状になっているとともに、前記部分全反射面のうち、当該導光部材の内部に設けられる内側部分全反射面は、当該導光部材を構成する透光材料の内部に設けられた中空部の面によって形成され、前記中空部の、前記部分全反射面以外の面は、（ｉ）当該部分全反射面の前記光源から離隔下側に隣接する部分全反射面の、前記出射面側の端部、および（ｉｉ）前記光源、を含む面よりも、前記出射面側の領域にのみ存在し、前記出射面において、それぞれの前記部分全反射面で反射された光の領域が互いに隣接している。
　本発明の一態様によれば、広範囲に平行光を出射可能な導光部材などを小型化することができる。
本実施形態に係る照明装置の正面図である。 本実施形態に係る表示装置の斜視図である。 本実施形態に係る照明装置が備える導光部材ユニットの斜視図である。 出射面からの出射光の領域、および、導光部材における光の進行方向の角度範囲を示す図である。 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。 本実施形態に係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。 本実施形態に係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。 本実施形態に係る表示装置が適用された遊技機の一例を示す斜視図である。 本実施形態に係る導光部材ユニットの変形例を示す斜視図である。 本実施形態に係る導光部材ユニットの別の変形例を示す正面図である。 本実施形態に係る導光部材ユニットの別の変形例を備える照明装置の適用例を示す斜視図である。 本実施形態に係る表示装置の変形例を示す斜視図である。 本実施形態に係る表示装置の変形例の構成を示す断面図である。 本実施形態に係る表示装置の変形例の構成を示す平面図である。 本実施形態に係る表示装置の変形例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。 本実施形態に係る表示装置の変形例による立体画像の結像方法を示す斜視図である。 本実施形態に係る表示装置の変形例の構成を示す図である。 光源からの光が導光部材に入射する入射位置の変形例を示す図である。 導光部材ユニットの変形例を示す図である。 導光部材ユニットの変形例を示す図である。
　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。
　§１　適用例
　図２は、本実施形態に係る表示装置１０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、照明装置１２とを備えている。
　導光板１１は、照明装置１２から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１３ａ、１３ｂおよび１３ｃ（後述）によって反射させて出射面１１ａ（後述）から出射させる。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、照明装置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の背面１１ｂには、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃを含む複数の光路変更部が形成されている。複数の光路変更部は、所定の方向に沿って実質的に連続して形成されている。換言すれば、複数の光路変更部は、出射面１１ａに平行な面内でそれぞれ予め定められた線に沿って形成されている。
　以下の説明では、光路変更部が実質的に連続して形成されている所定の方向をＺ軸方向と称する。また、出射面１１ａに垂直な方向をＸ軸方向と称し、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の両方に垂直な方向をＹ軸方向と称する。
　光路変更部のＺ軸方向の各位置には、照明装置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。光路変更部は、当該光路変更部の各位置に入射した光を、各光路変更部にそれぞれ対応する定点に実質的に収束させる。図２には、光路変更部の一部として、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃが特に示され、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃのそれぞれにおいて、光路変更部１３ａ、光路変更部１３ｂ、および光路変更部１３ｃのそれぞれから出射された複数の光が収束する様子が示されている。
　具体的には、光路変更部１３ａは、立体画像Ｉの定点ＰＡに対応する。すなわち、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。同様に、光路変更部１３ｂおよび１３ｃは、それぞれ立体画像Ｉ上の定点ＰＢおよびＰＣに対応する。すなわち、光路変更部１３ｂおよび１３ｃの各位置からの光は、それぞれ定点ＰＢおよびＰＣ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。
　以上の構成により、導光板１１は、出射面１１ａから出射させる光により、導光板１１以外の空間に立体画像Ｉを結像させる。これにより、表示装置１０は空間に画像を表示することができる。ただし、導光板１１は、出射面１１ａから出射させる光により、導光板１１の内部に平面画像を表示してもよい。この場合、表示装置１０は平面画像を表示することができる。
　照明装置１２は、導光板１１へ光を入射させる。図２に示す例では、照明装置１２は、背面１１ｂの、端面１１ｃに沿う端部に設けられる。照明装置１２は、導光板１１の端面１１ｃに平行な平面において背面１１ｂに垂直な方向にコリメートされた平行光を、背面１１ｂから導光板１１へ入射させる。照明装置１２の具体的な構成例について、以下に説明する。
　§２　構成例
　図１は、本実施形態に係る照明装置１２の正面図である。図３は、照明装置１２が備える導光部材ユニット２１の斜視図である。図１に示すように、照明装置１２は、導光部材ユニット２１と、複数の光源２２とを備える。
　導光部材ユニット２１は、導光部材１００を複数備える。より詳細には、導光部材ユニット２１は、直方体形状を有し、かつ透明性および比較的高い屈折率を有する樹脂材料（透光材料）に、複数の導光部材１００が連続的に形成されている構成を有する。
　光源２２は、導光部材ユニット２１に光を入射させる光源である。光源２２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting diode）光源である。
　導光部材１００は、入射面１１０と、複数の部分全反射面１２１、１２２および１２３と、出射面１３０とを備える。入射面１１０は、光源２２からの光が所定の入射位置Ｐから入射する面である。所定の入射位置Ｐについては後述する。出射面１３０は、部分全反射面１２１～１２３のそれぞれで全反射された前記光を出射する面である。図３に示すように、本実施形態では出射面１３０は矩形の平面である。
　部分全反射面１２１～１２３は、入射面１１０から入射した光を全反射させる。より詳細には、部分全反射面１２１～１２３は、所定の入射位置から入射した光が出射面１３０から当該出射面１３０に垂直な方向に出射されるように、当該光を全反射する形状になっている。このため、入射面１１０から入射した光は、部分全反射面１２１～１２３のいずれかで全反射されて、出射面１３０から当該出射面１３０に垂直な方向に出射されることになる。よって、出射面１３０の形状に応じて出射方向が揃った光を出射させることが可能となる。また、導光部材１００が備える部分全反射面の数は３に限定されず、２であっても、また４以上であってもよい。
　本実施形態では、入射面１１０、出射面１３０、および、部分全反射面１２１～１２３に平行な方向を厚み方向とした場合、厚み方向に垂直な断面形状において、部分全反射面１２１～１２３のそれぞれは放物線となっている。また、光源２２は、放物線の焦点に配置されている。換言すれば、入射面１１０において光源２２からの光が入射する所定の入射位置Ｐは、部分全反射面１２１～１２３が有する放物線形状の焦点に配された光源２２からの光が入射する位置である。このため、導光部材１００は、光源２２から導光部材１００へ入射した光を部分全反射面１２１～１２３で反射することで、出射面１３０から平行光を出射することができる。
　また、上記断面形状において、部分全反射面１２１～１２３のそれぞれは、双曲線の一方であってもよい。この場合にも、双曲線の焦点位置に光源２２を配置することによって、出射面１３０から平行光を出射することができる。
　図１および図３に示すように、導光部材１００には中空部１４１および１４２、ならびに切欠き部１４３が設けられている。中空部１４１および１４２は、導光部材１００を構成する樹脂材料の内部に設けられた空洞である。また、切欠き部１４３は、導光部材１００を構成する樹脂材料を、入射面１１０の側から切り欠くことで形成された切欠き部である。中空部１４１および１４２は、例えば導光部材ユニット２１を射出成型により形成する場合に、中空部１４１および１４２が形成される形状の金型を用いることで形成される。または、中空部１４１および１４２は、例えば中空部１４１および１４２が形成されていない状態の導光部材ユニット２１を製造した後に、当該導光部材ユニット２１をくり抜くことで形成される。
　切欠き部１４３は、中空部１４１および１４２と同様に、切欠き部１４３が形成される形状の金型を用いることで形成されてもよく、切欠き部１４３が存在しない形状の導光部材ユニット２１を製造した後に当該導光部材ユニット２１を切り欠くことで形成されてもよい。
　本実施形態では、部分全反射面１２１～１２３のうち、導光部材１００の内部に設けられる部分全反射面１２１および１２２（内側部分全反射面）はそれぞれ、中空部１４１および１４２の面によって形成される。また、一端が入射面１１０と接する部分全反射面１２３は、切欠き部１４３の面によって形成される。このため、例えば樹脂材料に別の材料を埋め込むことで部分全反射面１２１～１２３を形成するなどの方法と比較して、導光部材１００を容易に製造することができる。
　中空部１４１の、部分全反射面１２１以外の面は、（ｉ）部分全反射面１２２の出射面１３０側の端部、および（ｉｉ）光源２２を含む面よりも、出射面１３０側の領域にのみ存在する。このため、部分全反射面１２２に入射すべき光が、中空部１４１の、部分全反射面１２１以外の面によって遮られることがない。
　一例として、中空部１４１が有する面の１つである面１４１１は、出射面１３０に垂直であり、かつ、部分全反射面１２２の出射面１３０から離隔した側の端部を通過する。また、別の例として、面１４１１は、部分全反射面１２２により反射された光が通過する領域よりも、光源２２側の領域に存在する。
　図４は、出射面１３０からの出射光の領域、および、導光部材１００における光の進行方向の角度範囲を示す図である。図４においては、光源２２から部分全反射面１２１～１２３のそれぞれの両端へ向かう光、および当該両端で反射される光が破線矢印で示されている。図４に示すように、出射面１３０から出射される光の領域は、部分全反射面１２１により全反射された光の領域Ｒ１、部分全反射面１２２により全反射された光の領域Ｒ２、および部分全反射面１２３により全反射された光の領域Ｒ３に区分される。ここで、出射面１３０において、それぞれの部分全反射面１２１～１２３で反射された光の領域Ｒ１～Ｒ３は互いに隣接している。このため、それぞれの部分全反射面１２１～１２３で反射された光の領域Ｒ１～Ｒ３の間に暗い領域が生じることなく、均一な光出射を実現することができる。
　仮に単一の全反射面で出射方向が揃った光を出射させようとする場合、出射面１３０の広い領域から光を出射させるためには、全反射面を大きくする必要があり、これに従って入射面１１０と出射面１３０との距離を大きくする必要が生じる。この場合、導光部材１００の大型化を招くことになる。
　これに対し、導光部材１００においては、複数の部分全反射面１２１、１２２および１２３が設けられている。このため、出射面１３０の広い領域から光を出射させるためには部分全反射面の数を増加させればよいため、入射面１１０と出射面１３０との距離を大きくする必要はない。このため、出射面１３０の広い領域から光を出射させる導光部材１００を小型化することができる。
　なお、入射面１１０、出射面１３０、および、部分全反射面１２１～１２３に平行な方向を厚み方向とした場合、厚み方向に垂直な断面形状において、それぞれの部分全反射面１２１～１２３で反射された光の領域が出射面１３０において互いに隣接している。
　また、図４に示す例では、導光部材１００において、入射面１１０から入射した光の進行方向の角度範囲は、互いに隣接する複数の部分角度範囲α、βおよびγに分割されている。それぞれの部分角度範囲α、β、γ内に、部分全反射面１２１～１２３が１つ設けられている。より詳細には、部分角度範囲αには部分全反射面１２１が設けられ、部分角度範囲βには部分全反射面１２２が設けられ、部分角度範囲γには部分全反射面１２３が設けられている。このため、導光部材１００の出射面１３０において、それぞれの部分全反射面１２１～１２３で反射された光の領域が互いに隣接する。
　また、導光部材ユニット２１においては、各導光部材１００が備える出射面１３０が同一面上で互いに隣接するように配置されている。具体的には、各導光部材１００の出射面１３０は、共通の面の互いに異なる部分である。このため、導光部材ユニット２１は、各導光部材１００における入射面１１０と出射面１３０との距離を大きくすることなく、広い範囲に平行光を出射できる。このため、一定の範囲に平行光を出射可能な導光部材ユニット２１のサイズを小型化することができる。
　また、上述したとおり、照明装置１２は、導光部材ユニット２１と、複数の光源２２を備える。このため、導光部材ユニット２１が備える導光部材１００の小型化に伴い、照明装置１２も小型化できる。また、上述したとおり、表示装置１０は、照明装置１２と、導光板１１とを備える。このため、照明装置１２の小型化に伴い、表示装置１０も小型化できる。
　また、部分全反射面１２１～１２３は、出射面１３０に平行な方向に配列されることが好ましい。部分全反射面１２１～１２３をこのように配列することで、出射面１３０から光が出射される方向において、導光部材１００を小型化できる。
　また、部分全反射面１２１～１２３の端部は、導光部材１００の厚み方向に垂直な断面において、所定の第１曲率を有する。第１曲率は０．２～０．５°／ｍ程度であることが好ましい。部分全反射面１２１～１２３の端部がこのような曲率を有することで、導光部材１００を製造するための金型を長寿命とすることができる。
　また、光源２２は、光軸が、部分全反射面１２１～１２３のうち光源２２から最も遠い部分全反射面１２３の方向を向くことが好ましい。ここで、光源から出射される光の強度は、光軸において最も高く、光軸から離隔するにしたがって低下するものとする。
　図４に示すように、部分全反射面１２１～１２３のうちで、光源２２から最も遠い部分全反射面１２３は、部分全反射面１２１および１２２と比較してサイズが大きく形成されている。このため、最も強度が高い光軸の方向が部分全反射面１２３を向くことで、出射面１３０から出射される光の全体的な明るさを均一にすることができる。
　§３　動作例
　図５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５の符号５００１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５の符号５００２に示すように、導光板１１Ａと照明装置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。照明装置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。
　また、表示装置１０は、例えば空中スイッチなどの入力部に適用することができる。この場合、空中スイッチは、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ていればよい。当該空中スイッチは、表示装置１０が空間に表示する画像に対するユーザの入力操作をセンサにより受け付ける。
　図６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６の符号６００１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６の符号６００２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６の符号６００３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７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７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や、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や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、入力部に指紋や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、指紋や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１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。
　図８は、表示装置１０が適用された遊技機の一例を示す斜視図である。図８では、表示装置１０の図示は省略している。図８に示すように、表示装置１０は、遊技機の入力装置に適用することもできる。この場合における入力装置も、上述した空中スイッチと同様、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ていればよい。
　図８の符号８００１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８の符号８００２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。
　§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、導光部材ユニット２１の変形例に係る導光部材ユニット２３を示す斜視図である。図９に示すように、導光部材ユニット２３は、出射面１３０が矩形ではない点で導光部材ユニット２１とは異なる。図９に示す例では、出射面１３０は、矩形の長辺を互いに同じ方向に凸な円弧に変更した形状を有する。このような導光部材ユニット２３も、導光部材ユニット２１と同様、出射面１３０から平行光を出射することができる。
　＜４．２＞
　図１０は、導光部材ユニット２１の変形例に係る導光部材ユニット２４の構成を示す斜視図である。図１０に示すように、導光部材ユニット２４は、それぞれの導光部材１００における出射面１３０が曲面である点で導光部材ユニット２１と相違する。
　導光部材ユニット２４が備える導光部材１００において、入射面１１０、出射面１３０、および、部分全反射面１２１～１２３に平行な方向を厚み方向とした場合、厚み方向に垂直な断面形状において、部分全反射面１２１～１２３のそれぞれは、入射位置から入射した光が出射面１３０から当該出射面１３０に垂直な方向に出射されるように光を全反射する形状になっている。このため、導光部材ユニット２４が備える導光部材１００は、曲面である出射面１３０から、当該出射面１３０に垂直な方向に光を出射することが可能となる。この場合、出射された光が、前記厚み方向に平行な方向に曲げられて導光される場合に、その導光された光を平行光とすることが可能となる。
　図１１は、導光部材ユニット２４を備える照明装置１２の適用例を示す斜視図である。図１１に示す例では、照明装置１２から出射された光が導光板３０に入射し、導光板３０内で導光部材ユニット２４の厚み方向に平行な方向に曲げられている。このとき、導光板３０内を導光される光は、図１１に破線で示すように平行光となる。
　＜４．３＞
　表示装置１０の変形例としての表示装置１０Ａについて、図１２～図１７を参照しながら説明する。
　図１２は、表示装置１０Ａの斜視図である。図１３は、表示装置１０Ａの構成を示す断面図である。図１４は、表示装置１０Ａの構成を示す平面図である。図１５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１２および図１３に示すように、表示装置１０Ａは、照明装置１２と、導光板１５（第１導光板）とを備えている。
　導光板１５は、照明装置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１３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、照明装置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。
　照明装置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１３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１４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１５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１４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１６は、光路変更部１６の配列を示す斜視図である。図１６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１７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１７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１７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。
　＜４．４＞
　入力装置１において、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よい。
　＜４．５＞
　図１８は、表示装置１０の変形例としての表示装置１０Ｂの構成を示す図である。表示装置１０においては、照明装置１２の導光部材１００と、導光板１１とが別体であった。導光部材１００の出射面１３０から出射された光が、導光板１１の端面１１ｃから入射し、光路変更部１３により光路変更されて導光板１１の出射面１１ａから出射される。
　これに対し、表示装置１０Ｂにおいては、導光板１１は、導光部材ユニット２１と一体に形成される。具体的には、表示装置１０Ｂにおいては、導光部材１００の出射面１３０と導光板１１の端面１１ｃとが一体に形成される。このような表示装置１０Ｂによれば、表示装置１０と比較して部品点数を削減できる。
　＜４．６＞
　図１９は、光源２２からの光が導光部材１００に入射する入射位置Ｐの変形例である、入射位置Ｐ１およびＰ２を示す図である。入射位置Ｐ１およびＰ２は、導光部材１００の厚み方向に垂直な案面において、所定の第２曲率を有する。
　図１９の符号１９０１に示す例では、入射位置Ｐ１は、光源２２に対して所定の曲率の凹形状を有する。このため、入射位置Ｐ１から入射した光は、平面形状である入射位置Ｐから入射した場合と比較して広い角度範囲を導光される。一方、図１９の符号１９０２に示す例では、入射位置Ｐ２は、光源２２に対して所定の曲率の凸形状を有する。このため、入射位置Ｐ２から入射した光は、平面形状である入射位置Ｐから入射した場合と比較して狭い角度範囲を導光される。
　このように、入射位置Ｐの代わりに入射位置Ｐ１またはＰ２から光を入射させることで、導光部材１００内を導光される光の角度範囲を調整できる。第２曲率は、導光部材１００内を導光される光の、所望の角度範囲に応じて適宜決定されればよい。
　＜４．７＞
　図２０は、導光部材ユニット２１の変形例を示す図である。図２０において矢印で示すように、導光部材ユニット２１は、出射面１３０に平行でない光を出射してもよい。このような導光部材ユニット２１も、本願発明の範囲に含まれる。
　＜４．８＞
　図２１は、導光部材ユニット２１の変形例を示す図である。図２１において矢印で示すように、導光部材ユニット２１は、互いに完全に平行ではなく、わずかな広がりを有する光を出射してもよい。わずかな広がりは、例えば５°以下、望ましくは３°以下の広がりである。導光部材ユニット２１が出射する光にこのような広がりを持たせることで、部分全反射面１２１～１２３の端部で発生する暗線を目立たなくすることができる。
　本発明の一態様に係る導光部材は、光源からの光が所定の入射位置から入射する入射面と、前記入射面から入射した前記光を全反射させる複数の部分全反射面と、前記部分全反射面でそれぞれ全反射された前記光を出射する出射面とを備える導光部材であって、前記部分全反射面は、前記入射位置から入射した前記光が、前記出射面から出射されるように前記光を全反射する形状になっているとともに、前記部分全反射面のうち、当該導光部材の内部に設けられる内側部分全反射面は、当該導光部材を構成する透光材料の内部に設けられた中空部の面によって形成され、前記中空部の、前記部分全反射面以外の面は、（ｉ）当該部分全反射面の前記光源から離隔下側に隣接する部分全反射面の、前記出射面側の端部、および（ｉｉ）前記光源、を含む面よりも、前記出射面側の領域にのみ存在し、前記出射面において、それぞれの前記部分全反射面で反射された光の領域が互いに隣接している。
　上記の構成によれば、入射面から入射した光は、中空部の面によって形成された内側部分全反射面を含む部分全反射面で全反射されて、出射面から出射されることになる。よって、出射面の形状に応じて出射方向が揃った光を出射させることが可能となる。
　また、例えば１つの全反射面で上記のような光を出射させようとすると、出射面の広い領域から光を出射させるためには、全反射面を大きくする必要があり、これに従って入射面と出射面との距離を大きくする必要が生じる。この場合、導光部材の大型化を招くことになる。これに対して、上記の構成によれば、入射した光を全反射させる部分全反射面が複数設けられているので、それぞれの部分全反射面を入射面と出射面との間の領域の複数箇所に分散して配置することが可能となる。よって、入射面と出射面との距離を小さくすることが可能となり、導光部材の小型化を図ることができる。
　さらに、このように全反射面を複数に分割したとしても、出射面において、それぞれの部分全反射面で反射された光の領域が互いに隣接しているので、それぞれの部分全反射面で反射された光の領域の間に暗い領域が生じることなく均一な光出射を実現することができる。
　なお、前記入射面、前記出射面、および、前記部分全反射面に平行な方向を厚み方向とした場合、前記厚み方向に垂直な断面形状において、それぞれの前記部分全反射面で反射された光の領域が前記出射面において互いに隣接している。
　また、本発明の一態様に係る導光部材において、前記出射面は平面であり、前記入射面、前記出射面、および、前記部分全反射面に平行な方向を厚み方向とした場合、前記厚み方向に垂直な断面形状において、前記部分全反射面のそれぞれは放物線となっている。
　上記の構成によれば、前記放物線の焦点位置に前記光源を配置することによって、出射面から平行光を出射することが可能な導光部材を提供することができる。
　また、本発明の一態様に係る導光部材において、前記出射面は平面であり、前記入射面、前記出射面、および、前記部分全反射面に平行な方向を厚み方向とした場合、前記厚み方向に垂直な断面形状において、前記部分全反射面のそれぞれは双曲線の一方となっている。
　上記の構成によれば、前記双曲線の焦点位置に前記光源を配置することによって、出射面から平行光を出射することが可能な導光部材を提供することができる。
　また、本発明の一態様に係る導光部材において、前記出射面は曲面であり、前記入射面、前記出射面、および、前記部分全反射面に平行な方向を厚み方向とした場合、前記厚み方向に垂直な断面形状において、前記部分全反射面のそれぞれは、前記入射位置から入射した前記光が前記出射面から前記出射面に垂直な方向に出射されるように前記光を全反射する形状になっている。
　上記の構成によれば、曲面である出射面から、当該出射面に垂直な方向に光を出射することが可能な導光部材を提供することができる。この場合、出射された光が、前記厚み方向に平行な方向に曲げられて導光される場合に、その導光された光を平行光とすることが可能となる。
　また、本発明の一態様に係る導光部材において、前記入射面、前記出射面、および、前記部分全反射面に平行な方向を厚み方向とした場合、前記厚み方向に垂直な断面形状において、前記入射面から入射した前記光の進行方向の角度範囲は、互いに隣接する複数の部分角度範囲に分割されているとともに、それぞれの前記部分角度範囲内に、前記部分全反射面が１つ設けられている。
　上記の構成によれば、出射面において、それぞれの前記部分全反射面で反射された光の領域が互いに隣接している導光部材を提供することができる。
　また、本発明の一態様に係る導光部材において、前記複数の部分全反射面は、前記出射面に平行な方向に配列される。
　上記の構成によれば、光が出射される方向において、導光部材を小型化できる。
　また、本発明の一態様に係る導光部材において、前記複数の部分全反射面の端部は、前記導光部材の厚み方向に垂直な断面において、所定の第１曲率を有するように形成されている。
　上記の構成によれば、導光部材を製造するための金型を長寿命化できる。
　また、本発明の一態様に係る導光部材において、前記入射位置は、前記導光部材の厚み方向に垂直な断面において、所定の第２曲率を有するように形成されている。
　上記の構成によれば、導光部材へ入射した光の広がりを、第２曲率により調整できる。
　また、本発明の一態様に係る導光部材ユニットは、上記の導光部材を複数備え、前記各導光部材が備える前記出射面が同一面上で互いに隣接するように配置されている。
　上記の構成によれば、個々の導光部材における入射面と出射面との距離を大きくすることなく、広い範囲に平行光を出射可能な導光部材ユニットを提供することができる。このため、一定の範囲に平行光を出射可能な導光部材ユニットを小型化することができる。
　また、本発明の一態様に係る照明装置は、上記の導光部材ユニットと、複数の光源とを備える。
　上記の構成によれば、導光部材が小型化されることで、同様に小型化された照明装置を提供することができる。
　また、本発明の一態様に係る照明装置において、前記光源は、前記光の光軸が、前記複数の部分全反射面のうち、前記光源から最も遠いものの方向を向くように配される。
　上記の構成によれば、光の強度が最も高くなる光軸が、最も遠い、すなわち最も面積の広い部分全反射面の方向を向く。したがって、出射面から出射される光の全体的な明るさを均一にできる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置は、上記の照明装置と、前記照明装置から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を備える。
　上記の構成によれば、照明装置が小型化されることで、同様に小型化された表示装置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、前記導光板は、前記光出射面から出射させる光により、当該導光板以外の空間に画像を結像させる。
　上記の構成によれば、表示装置により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表示装置において、前記導光板は、前記光出射面から出射させる光により、前記導光板の内部に平面画像を表示する。
　上記の構成によれば、表示装置により平面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表示装置において、前記導光板は、前記導光部材ユニットと一体に形成されている。
　上記の構成によれば、表示装置の部品点数を削減できる。
　１０、１０Ａ、１０Ｂ　表示装置
　１１　導光板
　１２　照明装置
　１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１６　光路変更部
　２１、２３、２４　導光部材ユニット
　２２　光源
　１００　導光部材
　１１０　入射面
　１２１、１２２、１２３　部分全反射面
　１３０　出射面
　１４１、１４２　中空部

Claims (15)

  1. 　光源からの光が所定の入射位置から入射する入射面と、
    　前記入射面から入射した前記光を全反射させる複数の部分全反射面と、
    　前記部分全反射面でそれぞれ全反射された前記光を出射する出射面とを備える導光部材であって、
    　前記部分全反射面は、前記入射位置から入射した前記光が、前記出射面から出射されるように前記光を全反射する形状になっているとともに、
    　前記部分全反射面のうち、前記導光部材の内部に設けられる内側部分全反射面は、当該導光部材を構成する透光材料の内部に設けられた中空部の面によって形成され、
    　前記中空部の、前記部分全反射面以外の面は、
    　　（ｉ）当該部分全反射面の前記光源から離隔下側に隣接する部分全反射面の、前記出射面側の端部、および
    　　（ｉｉ）前記光源、
    を含む面よりも、前記出射面側の領域にのみ存在し、
    　前記出射面において、それぞれの前記部分全反射面で反射された光の領域が互いに隣接している導光部材。
  2. 　前記出射面は平面であり、
    　前記入射面、前記出射面、および、前記部分全反射面に平行な方向を厚み方向とした場合、前記厚み方向に垂直な断面形状において、前記部分全反射面のそれぞれは放物線となっている請求項１に記載の導光部材。
  3. 　前記出射面は平面であり、
    　前記入射面、前記出射面、および、前記部分全反射面に平行な方向を厚み方向とした場合、前記厚み方向に垂直な断面形状において、前記部分全反射面のそれぞれは双曲線の一方となっている請求項１に記載の導光部材。
  4. 　前記出射面は曲面であり、
    　前記入射面、前記出射面、および、前記部分全反射面に平行な方向を厚み方向とした場合、前記厚み方向に垂直な断面形状において、前記部分全反射面のそれぞれは、前記入射位置から入射した前記光が前記出射面から前記出射面に垂直な方向に出射されるように前記光を全反射する形状になっている請求項１に記載の導光部材。
  5. 　前記入射面、前記出射面、および、前記部分全反射面に平行な方向を厚み方向とした場合、前記厚み方向に垂直な断面形状において、
    　前記入射面から入射した前記光の進行方向の角度範囲は、互いに隣接する複数の部分角度範囲に分割されているとともに、
    　それぞれの前記部分角度範囲内に、前記部分全反射面が１つ設けられている請求項１～４のいずれか一項に記載の導光部材。
  6. 　前記複数の部分全反射面は、前記出射面に平行な方向に配列される請求項１～５のいずれか１項に記載の導光部材。
  7. 　前記複数の部分全反射面の端部は、前記導光部材の厚み方向に垂直な断面において、所定の第１曲率を有するように形成されている請求項１～６のいずれか１項に記載の導光部材。
  8. 　前記入射位置は、前記導光部材の厚み方向に垂直な断面において、所定の第２曲率を有するように形成されている請求項１～７のいずれか１項に記載の導光部材。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の導光部材を複数備え、
    　前記各導光部材が備える前記出射面が同一面上で互いに隣接するように配置されている導光部材ユニット。
  10. 　請求項９に記載の導光部材ユニットと、
    　複数の光源とを備える照明装置。
  11. 　前記光源は、前記光の光軸が、前記複数の部分全反射面のうち、前記光源から最も遠いものの方向を向くように配される請求項１０に記載の照明装置。
  12. 　請求項１０または１１に記載の照明装置と、
    　前記照明装置から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を備える表示装置。
  13. 　前記導光板は、前記光出射面から出射させる光により、当該導光板以外の空間に画像を結像させる請求項１２に記載の表示装置。
  14. 　前記導光板は、前記光出射面から出射させる光により、前記導光板の内部に平面画像を表示する請求項１２に記載の表示装置。
  15. 　前記導光板は、前記導光部材ユニットと一体に形成されている請求項１２～１３のいずれか１項に記載の表示装置。
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