特許 7552456 導光板、表示装置、入力装置、および、表示装置を備えた機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】導光板、表示装置、入力装置、および、表示装置を備えた機器

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/26 20200101AFI20240910BHJP

   G02B 30/10 20200101ALI20240910BHJP

   G02B 30/33 20200101ALI20240910BHJP

   G02B 30/56 20200101ALI20240910BHJP

   G02B 6/00 20060101ALI20240910BHJP

   G03B 35/18 20210101ALI20240910BHJP

   H04N 13/302 20180101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

G02B30/26

G02B30/10

G02B30/33

G02B30/56

G02B6/00 301

G03B35/18

H04N13/302

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021040788

(22)【出願日】2021-03-12

(65)【公開番号】P2022140127

(43)【公開日】2022-09-26

【審査請求日】2024-01-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100155712

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 尚

(72)【発明者】

【氏名】田上 靖宏

【審査官】植田 裕美子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１０２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－８１２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－９４８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３０８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２６８３２７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ３０／００－３０／６０

Ｇ０３Ｂ ３５／１８

Ｇ０２Ｂ ６／００

Ｇ０２Ｂ ５／００

Ｇ０９Ｆ １３／１８

Ｈ０４Ｎ １３／３０２

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射した光を導光して第１角度範囲に出射することにより、物体を表す第１立体像を実像または虚像として空間に表示する第１光偏向部と、
入射した光を導光して前記第１角度範囲に隣接する第２角度範囲に出射することにより、前記物体を表す第２立体像を前記第１立体像と同じ位置に表示する第２光偏向部とを備え、
前記第１角度範囲と前記第２角度範囲との境界を境に、前記第１立体像の一部の輝度と、前記第１立体像の一部に対応する前記第２立体像の部分の輝度とが、離散的に変化する、導光板。

【請求項2】

前記第１角度範囲と前記第２角度範囲との境界を境に、前記第１立体像に含まれる第１面の輝度と、前記第１立体像の前記第１面に対応する前記第２立体像の第２面の輝度とが、離散的に変化する、請求項１に記載の導光板。

【請求項3】

前記第１角度範囲と前記第２角度範囲との境界を境に、前記第１立体像に含まれる第１線の輝度と、前記第１立体像の前記第１線に対応する前記第２立体像の第２線の輝度とが、離散的に変化する、請求項１または２に記載の導光板。

【請求項4】

入射した光を導光して前記第２角度範囲に隣接する第３角度範囲に出射することにより、前記物体を表す第３立体像を前記第１立体像と同じ位置に表示する複数の第３光偏向部を備え、
前記第２角度範囲と前記第３角度範囲との境界を境に、前記第２立体像の一部の輝度と、前記第２立体像の一部に対応する前記第３立体像の部分の輝度とが、離散的に変化し、
前記第２角度範囲が５°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。

【請求項5】

入射した光を導光して前記第２角度範囲に隣接する第３角度範囲に出射することにより、前記物体を表す第３立体像を前記第１立体像と同じ位置に表示する複数の第３光偏向部を備え、
前記第２角度範囲と前記第３角度範囲との境界を境に、前記第２立体像の一部の輝度と、前記第２立体像の一部に対応する前記第３立体像の部分の輝度とが、離散的に変化し、
前記第２角度範囲が１５°以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の導光板。

【請求項6】

入射した第１光を導光して出射することにより、物体を表す第１立体像を実像または虚像として空間に表示する第１光偏向部と、
第１光とは異なる位置から入射した第２光を導光して出射することにより、前記物体を表す第２立体像を前記第１立体像と同じ位置に表示する第２光偏向部とを備え、
第１光と第２光との切替えを境に、前記第１立体像の一部の輝度と、前記第１立体像の一部に対応する前記第２立体像の部分の輝度とが、離散的に変化する、導光板。

【請求項7】

第１光偏向部は、第１光を第１角度範囲に出射することにより、第１立体像を空間に表示すると共に、前記第１角度範囲に隣接する第２角度範囲に第１光を出射することにより、前記物体を表す第３立体像を前記第１立体像と同じ位置に表示し、
第２光偏向部は、第２光を第３角度範囲に出射することにより、第２立体像を空間に表示すると共に、前記第３角度範囲に隣接する第４角度範囲に第２光を出射することにより、前記物体を表す第４立体像を前記第２立体像と同じ位置に表示し、
前記第１角度範囲と前記第２角度範囲との境界を境に、前記第１立体像の一部の輝度と、前記第１立体像の一部に対応する前記第３立体像の部分の輝度とが、離散的に変化し、
前記第３角度範囲と前記第４角度範囲との境界を境に、前記第２立体像の一部の輝度と、前記第２立体像の一部に対応する前記第４立体像の部分の輝度とが、離散的に変化する、請求項６に記載の導光板。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項に記載の導光板と、
前記導光板への入射光を照射する光源と、を備える表示装置。

【請求項9】

請求項８に記載の表示装置と、
物体を検知するセンサ部と、を備えた入力装置。

【請求項10】

請求項８に記載の表示装置を備えた機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、立体画像を表示する導光板等に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、立体画像を表示する導光板および光デバイスとして、例えば、特許文献１が知られている。特許文献１の光デバイスは、空間上に所定形状の面画像が結像されるように光を出射する面画像結像部と、前記面画像の外縁領域に、該面画像とは光強度が異なる輪郭画像が結像されるように光を出射する輪郭画像結像部とを備える。

【0003】

前記の光デバイスによれば、光を出射することにより、前記面画像結像部によって、空間上に所定形状の面画像を結像させると共に、前記輪郭画像結像部によって、面画像の外縁領域に、該面画像とは光強度が異なる輪郭画像が結像される。このため、面画像だけではその境界が不明瞭であっても、その境界を面画像とは光強度が異なる光にて輪郭画像として結像することにより、面画像に立体感が出てくる。従って、立体感を視認し易い光デバイスを提供することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－０１０２２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、前記従来の光デバイスには以下のような点で改善の余地がある。

【0006】

例えば、ダイヤモンドはきらきらと光り輝いて見える。これは、ダイヤモンドにて輝く部分、すなわち高輝度の部分が、ダイヤモンドを見る方向によって異なることによる。

【0007】

本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、立体像を適切に表現することができる導光板等を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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、入射した光を導光して第１角度範囲に出射することにより、物体を表す第１立体像を実像または虚像として空間に表示する第１光偏向部と、入射した光を導光して前記第１角度範囲に隣接する第２角度範囲に出射することにより、前記物体を表す第２立体像を前記第１立体像と同じ位置に表示する第２光偏向部とを備え、前記第１角度範囲と前記第２角度範囲との境界を境に、前記第１立体像の一部の輝度と、前記第１立体像の一部に対応する前記第２立体像の部分の輝度とが、離散的に変化するものである。

【0009】

上記の構成によると、前記ユーザが前記導光板を見る方向が、第１角度範囲から第２角度範囲に変化すると、ユーザが視認する立体像が、第１立体像から第２立体像に変化し、第１立体像の一部の輝度と、第１立体像の一部に対応する第２立体像の部分の輝度とが、離散的に変化する。これにより、ユーザが見る方向によって、立体像の一部の輝度を変化させることができる。その結果、立体像を適切に表現することができる。

【0010】

なお、前記第１角度範囲と前記第２角度範囲とは、空間に表示された前記物体の一点を基準とした角度範囲である。

【0011】

本発明の一態様に係る導光板では、前記第１角度範囲と前記第２角度範囲との境界を境に、前記第１立体像に含まれる第１面の輝度と、前記第１立体像の前記第１面に対応する前記第２立体像の第２面の輝度とが、離散的に変化してもよい。

【0012】

また、本発明の一態様に係る導光板では、前記第１角度範囲と前記第２角度範囲との境界を境に、前記第１立体像に含まれる第１線の輝度と、前記第１立体像の前記第１線に対応する前記第２立体像の第２線の輝度とが、離散的に変化してもよい。

【0013】

また、本発明の一態様に係る導光板では、入射した光を導光して前記第２角度範囲に隣接する第３角度範囲に出射することにより、前記物体を表す第３立体像を前記第１立体像と同じ位置に表示する複数の第３光偏向部を備え、前記第２角度範囲と前記第３角度範囲との境界を境に、前記第２立体像の一部の輝度と、前記第２立体像の一部に対応する前記第３立体像の部分の輝度とが、離散的に変化し、前記第２角度範囲が５°以上であってもよい。

【0014】

この場合、ユーザが視認する立体像がユーザの右目と左目とで異なる可能性を減少することができる。

【0015】

また、本発明の一態様に係る導光板では、入射した光を導光して前記第２角度範囲に隣接する第３角度範囲に出射することにより、前記物体を表す第３立体像を前記第１立体像と同じ位置に表示する複数の第３光偏向部を備え、前記第２角度範囲と前記第３角度範囲との境界を境に、前記第２立体像の一部の輝度と、前記第２立体像の一部に対応する前記第３立体像の部分の輝度とが、離散的に変化し、前記第２角度範囲が１５°以下であってもよい。

【0016】

この場合、前記ユーザが前記導光板を見る方向を大きく変更しなければ、立体像が変化しないという不具合の発生を減少することができる。

【0017】

本発明の一態様に係る導光板は、入射した第１光を導光して出射することにより、物体を表す第１立体像を実像または虚像として空間に表示する第１光偏向部と、第１光とは異なる位置から入射した第２光を導光して出射することにより、前記物体を表す第２立体像を前記第１立体像と同じ位置に表示する第２光偏向部とを備え、第１光と第２光との切替えを境に、前記第１立体像の一部の輝度と、前記第１立体像の一部に対応する前記第２立体像の部分の輝度とが、離散的に変化するものである。

【0018】

上記の構成によると、入射する光が第１光から第２光に変化すると、ユーザが視認する立体像が、第１立体像から第２立体像に変化し、第１立体像の一部の輝度と、第１立体像の一部に対応する第２立体像の部分の輝度とが、離散的に変化する。これにより、立体像の一部の輝度を変化させることができる。その結果、立体像を適切に表現することができる。

【0019】

本発明の一態様に係る導光板では、第１光偏向部は、第１光を第１角度範囲に出射することにより、第１立体像を空間に表示すると共に、前記第１角度範囲に隣接する第２角度範囲に第１光を出射することにより、前記物体を表す第３立体像を前記第１立体像と同じ位置に表示し、第２光偏向部は、第２光を第３角度範囲に出射することにより、第２立体像を空間に表示すると共に、前記第３角度範囲に隣接する第４角度範囲に第２光を出射することにより、前記物体を表す第４立体像を前記第２立体像と同じ位置に表示し、前記第１角度範囲と前記第２角度範囲との境界を境に、前記第１立体像の一部の輝度と、前記第１立体像の一部に対応する前記第３立体像の部分の輝度とが、離散的に変化し、前記第３角度範囲と前記第４角度範囲との境界を境に、前記第２立体像の一部の輝度と、前記第２立体像の一部に対応する前記第４立体像の部分の輝度とが、離散的に変化してもよい。

【0020】

この場合、入射する光が第１光である場合、前記ユーザが前記導光板を見る方向が、第１角度範囲から第２角度範囲に変化すると、ユーザが視認する立体像が、第１立体像から第３立体像に変化し、第１立体像の一部の輝度と、第１立体像の一部に対応する第３立体像の部分の輝度とが、離散的に変化する。また、入射する光が第２光である場合、前記ユーザが前記導光板を見る方向が、第３角度範囲から第４角度範囲に変化すると、ユーザが視認する立体像が、第２立体像から第４立体像に変化し、第２立体像の一部の輝度と、第２立体像の一部に対応する第４立体像の部分の輝度とが、離散的に変化する。従って、ユーザが見る方向によって立体像の一部の輝度を変化させる複数の態様を切り替えて利用することができる。

【0021】

本発明の一態様に係る表示装置は、前記何れかに記載の導光板と、前記導光板への入射光を照射する光源と、を備える構成であってよい。

【0022】

本発明の一態様に係る入力装置は、前記表示装置と、物体を検知するセンサ部と、を備える構成であってよい。

【0023】

本発明の一態様に係る機器は、前記表示装置を備えた構成であってよい。

【0024】

前記構成を備えることにより、本発明の一態様に係る表示装置、入力装置、及び機器は、階調表現が向上した立体画像を空間に表示することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明の一態様によれば、立体像を適切に表現することができる導光板等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本実施形態に係る光デバイスの構成を示す斜視図である。

【図2】本実施形態に係る光デバイスの構成を示す断面図である。

【図3】本実施形態に係る光デバイスにより立体画像を結像させるための構成を示す平面図である。

【図4】本実施形態に係る光デバイスによって結像された立体画像の一例を示す正面図である。

【図5】本実施形態に係る光デバイスにおける導光板に形成されたプリズムの一例の構成を斜視図である。

【図6】光路偏向部群の使用例及び配列例を示す図である。

【図7】ユーザが導光板を見る方向と、該ユーザが視認する立体画像との関係を示す図である。

【図8】ユーザが導光板を見る方向と該導光板との関係を示す図である。

【図9】導光板によってユーザが視認する立体画像と、ユーザが導光板を見る方向との関係を示す図である。

【図10】立体画像の表示パターンを示す図である。

【図11】立体画像がダイヤモンドである実施例において、異なる３つのデザインの立体画像を示す図である。

【図12】導光板によってユーザが視認する立体画像の表示パターンを示す図である。

【図13】導光板が表示する立体画像を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の一側面に係る実施形態（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。

【0028】

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態を図１等に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

【0029】

（光デバイスの構成）
図１は、光デバイス１Ａの構成を示す斜視図である。図２は、光デバイス１Ａの構成を示す断面図である。本実施の形態に係る光デバイス１Ａの構成を、図１及び図２に基づいて説明する。

【0030】

図１に示すように、光デバイス１Ａは、光源２と、光源２から入射された光を導光して出射面１２から出射する導光板１０と、導光板１０に配置された複数の光路偏向部２１（複数のセル）とを備えている。複数の光路偏向部２１は、複数の光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃ…（複数の偏向部）から構成されており、導光された光を光路偏向して出射させることにより空間上に立体画像Ｉを結像させる。

【0031】

光源２は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）２ａにより構成されており、各発光ダイオード（ＬＥＤ）２ａから出射された光は、入射光調節部３にて調整されて、導光板１０の入射面１１に入射する。本実施の形態では、光源２は、複数から構成されているが、単数から構成されてよい。

【0032】

入射光調節部３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）２ａに対して１対１に対応するように複数のレンズ３ａを備えている。各レンズ３ａは、対応する発光ダイオード（ＬＥＤ）２ａの出射光の光軸に沿う方向の後述するｘｙ平面の光の広がりを小さくしたり、大きくしたり、変化しないようにしたりする。この結果、レンズ３ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）２ａからの出射光を平行光に近づけたり、導光板１０の内部において全域に導光したりする。導光板１０によって導かれる光の広がり角は、５°以下であってよく、好ましくは１°未満である。導光板１０内のｘｙ面内における光の広がり角を小さくするための他の構成として、例えば、ｘ軸方向に所定幅より小さい開口を持つマスクを入射光調節部３に有していてもよい。

【0033】

本実施の形態では、図２に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）２ａの出射光の光軸は、出射面１２に対して角度θをなしている。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）２ａの出射光の光軸と出射面１２とがなす狭角である角度θは約２０°である。この結果、導光板１０への入射光が平行光に近い場合でも、入射光の光軸がｙ軸に平行である場合と比べて、出射面１２と裏面１３とで反射を繰り返しながら導光板１０内を導光する光量を増やすことができる。したがって、入射光の光軸がｙ軸に平行である場合と比べて、光路偏向部２０に入射する光量を増やすことができる。

【0034】

導光板１０は、透明で屈折率が比較的に高い樹脂材料で成形される。導光板１０を形成する材料としては、例えばポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）、ガラス等を使用することができる。

【0035】

導光板１０は、光源２からの光が入射される入射面１１と、導光板１０の表面である光を出射する出射面１２と、光路偏向部２１が形成されている裏面１３とを有している。

【0036】

本実施の形態では、導光板１０の出射面１２から光が出射され、その出射された光によって、空間中に立体画像Ｉが結像される。立体画像Ｉは、観察者によって立体的に認識される。立体画像Ｉとは、導光板１０の出射面１２とは異なる位置に存在するように認識される像をいう。立体画像Ｉは、例えば、導光板１０の出射面１２から離れた位置に認識される２次元像も含む。つまり、立体画像Ｉは、立体的な形状として認識される像だけでなく、光デバイス１Ａとは異なる位置に認識される２次元的な形状の像も含む概念である。本実施の形態においては、立体画像Ｉは出射面１２よりもｚ軸プラス側に位置する実像として説明するが、立体画像Ｉは出射面１２よりもｚ軸マイナス側に位置する虚像である場合もある。

【0037】

本実施の形態の説明において、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる直交座標系を用いる場合がある。本実施の形態では、ｚ軸方向を、出射面１２に垂直な方向で定めると共に、裏面１３から出射面１２への向きをｚ軸プラス方向と定める。また、ｙ軸方向を、入射面１１に垂直な方向と定めると共に、導光板１０内を光が進む方向をｙ軸プラス方向と定める。ｘ軸は、ｙ軸とｚ軸に垂直な方向で定めると共に、図１において左の側面から右の側面への方向をｘ軸プラス方向と定める。ｘｙ平面に平行な面のことをｘｙ面、ｙｚ平面に平行な面のことをｙｚ面、ｘｚ平面に平行な面のことをｘｚ面と称する場合もある。

【0038】

導光板１０の裏面１３には、導光板１０内を導光された光を光路偏向して出射させることにより空間上に像としての立体画像Ｉを結像させる複数の光路偏向部２１が形成されている。複数の光路偏向部２１は、互いに異なる位置にｘｙ面内において、２次元的に、例えばマトリクス状に配置される。光路偏向部２１は、例えばプリズムにより構成される。

【0039】

図２において、光源２から出射した光は、入射光調節部３を介して導光板１０の入射面１１から入射する。導光板１０に入射した光は、導光板１０の出射面１２と裏面１３との間を全反射して導光される。そして、光路偏向部２１によって、全反射条件が破られ、光の光路が特定の向きに偏向されて出射面１２から光が出射する。

【0040】

以下、光路偏向部２１の構成及び機能について説明する。

【0041】

光デバイス１Ａにより立体画像Ｉを結像させる構成を、図１、図３、及び図４に基づいて説明する。図３は、光デバイス１Ａにより立体画像Ｉを結像させるための構成を示す平面図である。図４は、光デバイス１Ａによって結像された立体画像Ｉの一例を示す正面図である。

【0042】

図１に示すように、例えば、光デバイス１Ａにてｘｚ面に平行な立体画像結像面に、立体画像Ｉとして、例えば面画像ＦＩからなる斜め線入りリングマークを結像する場合を考える（図４）。

【0043】

光デバイス１Ａでは、導光板１０内を伝播する光のｙｚ面内における広がりが大きい方が好ましい。そこで、入射光調節部３は、光源２からの光のｘｙ面内における広がり角を小さくしない。すなわち、入射光調節部３は、光源２からの光のｙｚ面内における広がり角に実質的に影響を与えない。

【0044】

例えば、入射光調節部３が有するレンズ３ａは、ｘｙ面内で曲率を持ち、ｙｚ面内で曲率を実質的に持たない凸状のシリンドリカルレンズとすることができる。このシリンドリカルレンズは、例えば、両面が凸レンズからなっている。

【0045】

導光板１０の裏面１３には、光路偏向部群２１として機能する複数の光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃ…が配置されている。複数の光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃ…は、それぞれｘ軸に平行な方向に沿って設けられた複数のプリズムから形成されている。例えば、光路偏向部群２１ａは、複数のプリズムＰ２１ａから構成されている。同様に、光路偏向部群２１ｂは、複数のプリズムＰ２１ｂから構成されている。光路偏向部群２１ｃは、複数のプリズムＰ２１ｃから構成されている。

【0046】

例えばプリズムＰ２１ａは、入射した光を光路偏向してｘｙ面内に平行な方向に広げて、出射面１２から出射させる。プリズムＰ２１ａによって出射面１２から出射した光束は、立体画像結像面と実質的に線で交差する。図１及び図３に示すように、プリズムＰ２１ａによって出射面１２から２つの光束が出射する。出射した２つの光束は、立体画像結像面と線３１ａ_１及び線３１ａ_２で交差する。図１に示すように、光路偏向部群２１ａに含まれるいずれのプリズムＰ２１ａも、他のプリズムＰ２１ａと同様に、立体画像結像面と線３１ａ_１及び線３１ａ_２で交差する光束を出射面１２から出射させる。線３１ａ_１及び線３１ａ_２は、実質的にｘｙ面に平行な面内にあり、立体画像Ｉの一部を結像する。このように、光路偏向部群２１ａに属する複数のプリズムＰ２１ａからの光によって、線３１ａ_１及び線３１ａ_２の線画像ＬＩが結像される。線３１ａ_１及び線３１ａ_２の像を結像する光は、ｘ軸方向に沿って異なる位置に設けられた光路偏向部群２１ａにおける少なくとも２つのプリズムＰ２１ａ・Ｐ２１ａによって提供されていればよい。

【0047】

光路偏向部群２１ａに属する複数のプリズムＰ２１ａはそれぞれ、プリズムＰ２１ａそれぞれに入射した光を、出射面１２に平行な面内で、線３１ａ_１及び線３１ａ_２の像に応じた強度分布を有するようにｘ軸方向に広げて、出射面１２から出射させる。これにより、光路偏向部群２１ａに属し、ｘ軸方向に沿って配置された複数のプリズムＰ２１ａからの光が、線３１ａ_１及び線３１ａ_２の像に結像する光になる。

【0048】

同様に、図１に示すように、光路偏向部群２１ｂに属する複数のプリズムＰ２１ｂはそれぞれ、入射した光を光路偏向してｘｙ面内に平行な方向に広げて、３つの光束を出射面１２から出射させる。出射面１２から出射した３つの光束は、立体画像結像面と線３１ｂ_１、線３１ｂ_２及び線３１ｂ_３で交差する。そして、光路偏向部群２１ｂに含まれるいずれのプリズムＰ２１ｂも、他のプリズムＰ２１ｂと同様に、立体画像結像面と線３１ｂ_１・３１ｂ_２・３１ｂ_３で交差する光束を出射面１２から出射させる。このように、光路偏向部群２１ｂに属する複数のプリズムＰ２１ｂはそれぞれ、プリズムＰ２１ｂに入射した光を、出射面１２に平行な面内で、線３１ｂ_１・３１ｂ_２・３１ｂ_３の像に応じた強度分布を有するようにｘ軸方向に広げて、出射面１２から出射させる。これにより、光路偏向部群２１ｂに属し、ｘ軸方向に沿って配置された複数のプリズムＰ２１ｂからの光が、線３１ｂ_１・３１ｂ_２・３１ｂ_３の像に結像する光になる。線３１ｂ_１・３１ｂ_２・３１ｂ_３は、実質的にｘｙ面に平行な面内にあり、立体画像Ｉの一部を結像する。

【0049】

ここで、線３１ｂ_１・３１ｂ_２・３１ｂ_３の結像位置と、線３１ａ_１・３１ａ_２の結像位置とは、立体画像結像面内においてｚ軸方向の位置が異なる。

【0050】

同様に、図１に示すように、光路偏向部群２１ｃに属する複数のプリズムＰ２１ｃはそれぞれ、入射した光を光路偏向してｘｙ面内に平行な方向に広げて、２つの光束を出射面１２から出射させる。出射面１２から出射した２つの光束は、立体画像結像面と線３１ｃ_１及び線３１ｃ_２で交差する。そして、光路偏向部群２１ｃに含まれるいずれのプリズムＰ２１ｃも、他のプリズムＰ２１ｃと同様に、立体画像結像面と線３１ｃ_１・３１ｃ_２で交差する光束を出射面１２から出射させる。このように、光路偏向部群２１ｃに属する複数のプリズムＰ２１ｃはそれぞれ、プリズムＰ２１ｃに入射した光を、出射面１２に平行な面内で、線３１ｃ_１・３１ｃ_２の像に応じた強度分布を有するようにｘ軸方向に広げて、出射面１２から出射させる。これにより、光路偏向部群２１ｃに属し、ｘ軸方向に沿って配置された複数のプリズムＰ２１ｃからの光が、線３１ｃ_１・３１ｃ_２の像に結像する光になる。線３１ｃ_１・３１ｃ_２は、実質的にｘｙ面に平行な面内にあり、立体画像Ｉの一部を結像する。

【0051】

ここで、線３１ｃ_１・３１ｃ_２の結像位置と、線３１ｂ_１・３１ｂ_２・３１ｂ_３の結像位置と、線３１ａ_１・３１ａ_２の結像位置とは、立体画像結像面内においてｚ軸方向の位置がそれぞれ異なる。

【0052】

図１においては、前述したように、線３１ｃ_１・３１ｃ_２の結像位置と、線３１ｂ_１・３１ｂ_２・３１ｂ_３の結像位置と、線３１ａ_１・３１ａ_２の結像位置とは、立体画像結像面内においてｚ軸方向の位置がそれぞれ異なっており、それぞれが離れて視認される。しかしながら、実際には、光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃは、光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃ…のより多くの第１光路偏向部群により構成され、光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃのｙ軸方向の間隔を狭めることができる。或いは、光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃのｙ軸方向の間隔が離れていても、各プリズムＰ２１ａ・Ｐ２１ｂ・Ｐ２１ｃの光路偏向角度を調節することによって、線３１ａ_１・３１ａ_２の結像位置と線３１ｂ_１・３１ｂ_２・３１ｂ_３の結像位置と線３１ｃ_１・３１ｃ_２の結像位置との各位置をｚ軸方向において互い近づけることができる。その結果、図４に示すように、立体画像Ｉとして、斜め線入りリングマークの面画像ＦＩが視認されることになる。

【0053】

このように、光デバイス１Ａは、２次元的に配置された光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃ…の各複数のプリズムＰ２１ａ・Ｐ２１ｂ・２１ｃからの光束の集まりによって、光束を面画像ＦＩに結像して観察者側の空間に提供できる。そのため、観察者は、ｙ軸方向に沿う広い位置範囲から面画像ＦＩからなる立体画像Ｉを認識することができる。

【0054】

（光路偏向部群の形状）
面画像ＦＩを結像するための光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃ…のプリズムＰ２１ａ・Ｐ２１ｂ・Ｐ２１ｃ…の形状を、図５に基づいて説明する。

【0055】

図５は、光デバイス１Ａにおける導光板１０に形成されたプリズムＰ２１ａの一例の構成を斜視図である。

【0056】

図示するように、光路偏向部群２１ａのプリズムＰ２１ａは、例えば、概ね、断面形状が山形のリングの一部を切り取った形状をしており、反射面ｆ１・ｆ２・ｆ３・ｆ４・ｆ５を有している。これら反射面ｆ１・ｆ２・ｆ３・ｆ４・ｆ５は、光を光路偏向する偏向面として機能する光学面の一例であり、互いに異なる方向を向く曲面からなっている。前述したように、発光ダイオード（ＬＥＤ）２ａの光軸を導光板１０の出射面１２に対してｙｚ面内で角度θだけ傾けて設けている。そのため、導光板１０への入射光が平行光に近い場合でも、入射光の光軸がｙ軸に平行である場合と比べて、出射面１２と裏面１３とで反射を繰り返しながら導光板１０内を導光する光量を増やすことができる。したがって、入射光の光軸がｙ軸に平行である場合と比べて、反射面ｆ１・ｆ２・ｆ３・ｆ４・ｆ５に入射する光量を増やすことができる。

【0057】

反射面ｆ１は、導光板１０を導光する光Ｌ１に対して平行な方向において円弧状に湾曲する上り傾斜面となっており、反射面ｆ１に入射した光Ｌ１を、該反射面ｆ１の入射位置に応じて、出射面１２から異なる出射角で出射させる。この結果、反射面ｆ１は、該反射面ｆ１に入射した光Ｌ１を、図２に示すように、立体画像Ｉのうちの例えば辺３１の範囲に広げる。辺３１は、ｙ軸に平行な辺である。反射面ｆ１からの反射光は、辺３１が存在する方向に向かい、反射面ｆ１から辺３１が存在しない方向に向かう光は実質的に存在しない。したがって、反射面ｆ１から反射光は、ｙｚ面内において、反射面ｆ１から辺３１に向かう角度にのみ実質的に反射光を分布させる。このように、ｙｚ面内において、反射面ｆ１は、入射した光を角度方向に強度変調して出射する。反射面ｆ１は曲面であるので、反射面ｆ１への入射光である光Ｌ１が平行光である場合でも、像を描画する線を結像するための光を提供することができる。

【0058】

図５に示すように、反射面ｆ２・ｆ３は、プリズムＰ２１ａにおいて、断面形状が山形のドーナツ形状において反射面ｆ１を挟んで円弧上に延びており、それぞれ、反射面ｆ１と同様に、途中まで、山の斜面を上る傾斜面となっている。これにより、該反射面ｆ２・ｆ３に入射した光Ｌ１を反射して、図１に示すように、該反射した光を立体画像Ｉの線３１ａ_１及び線３１ａ_２の範囲に広げる。図１に示すように、立体画像Ｉの線３１ａ_１及び線３１ａ_２の間は、反射面ｆ１の存在により線が存在しない状態を形成する。

【0059】

図５に示すように、さらに、反射面ｆ４・ｆ５は、反射面ｆ４・ｆ５の途中に形成された変曲線を経て形成された上り傾斜面からなっている。この反射面ｆ４・ｆ５の存在により、図１に示すように、例えば、立体画像Ｉの線３１ｃ_１及び線３１ｃ_２を結像することができる。

【0060】

このように、例えば、プリズムＰ２１ａを反射面ｆ１～ｆ５の形状とすることにより、立体画像Ｉにおける面画像ＦＩの基になる線３１、線３１ａ_１・３１ａ_２、線３１ｂ_１・３１ｂ_２・３１ｂ_３、及び線３１ｃ_１・３１ｃ_２を結像することができる。

【0061】

（光路偏向部群の使用例及び配列例）
以下では、光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃ…の使用例及び配列例を図６に基づいて説明する。

【0062】

図６は、光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃ…の使用例及び配列例を示す図である。図６に示すように、例えば、光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃとして、一側面を導光板１０の底面とする三角柱のプリズムＰ２１ａ・Ｐ２１ｂ・Ｐ２１ｃをそれぞれ３行２列のマトリクス状であって、かつやや隙間を有するように配設する構成が例示される。この構成は一例であって、当然に他の構成を採用することができる。例えば、光路偏向部群２１ａ・２１ｂ・２１ｃとして、上記の三角柱のプリズムＰ２１ａ・Ｐ２１ｂ・Ｐ２１ｃをそれぞれ３行３列のマトリクス状とすることもできる。

【0063】

（見る方向で輝度が変化する導光板の構成）
次に、見る方向で輝度が変化する導光板１０の詳細な構成を図７～図１０により説明する。なお、輝度を変化させるには、立体画像Ｉにて面を表現するドットの密度を変更したり、導光板１０の底面に形成されるプリズムの長さ、高さ等を変更したりすればよい。

【0064】

通常、立体的な物体は、ユーザが見る方向によってユーザが視認する形状が異なる。そこで、ユーザが視認する立体画像Ｉもまた、上記見る方向によって異なるようになっている。

【0065】

図７は、上記見る方向と、ユーザが視認する立体画像Ｉとの関係を示す図である。また、図８は、上記見る方向と導光板１０との関係を示す図である。

【0066】

図８に示すように、上記見る方向は、ユーザＵが導光板１０を真正面から見た方向（基準方向）Ｌｒとのなす角度θで表している。また、上記見る方向が基準方向Ｌｒよりもｘ軸プラス側である場合、上記角度はマイナスとなり、上記見る方向が上記基準方向よりもｘ軸マイナス側である場合上記角度はプラスとなるように表している。

【0067】

図７の上段に示すように、立方体（物体）を表すデザインＡの立体画像Ｉａは、上記見る方向θによって異なるように光路偏向部２１が形成されている。しかしながら、立体画像Ｉａの面部分の輝度は、上記見る方向が異なっていても、さほど変化は無い。

【0068】

そこで、本実施形態では、まず、図７の中段および下段に示すように、立体画像Ｉａに比べて上記面部分の輝度が離散的に異なり、その他は同様であるデザインＢの立体画像ＩｂおよびデザインＣの立体画像Ｉｃを準備する。

【0069】

次に、上記見る方向θが－１７．５°以上－７．５°未満の範囲（第１角度範囲）に出射する光路偏向部２１Ｏ・２１Ｐ（第１光偏向部）は、それぞれ、立体画像Ｉａ１・Ｉａ２（第１立体像）を表示するように形成される。また、上記見る方向θが－７．５°以上７．５°未満の範囲（第１角度範囲に隣接する第２角度範囲）に出射する光路偏向部２１Ｑ～２１Ｓ（第２光偏向部）は、それぞれ、立体画像Ｉｂ３～Ｉｂ５（第２立体像）を表示するように形成される。そして、上記見る方向θが７．５°以上１７．５°未満の範囲（第２角度範囲に隣接する第３角度範囲）に出射する光路偏向部２１Ｔ・２１Ｕ（第３光偏向部）は、それぞれ、立体画像Ｉｃ６・Ｉｃ７（第３立体像）を表示するように形成される。

【0070】

図９は、本実施形態の導光板１０によってユーザが視認する立体画像Ｉと、上記見る方向θとの関係を示す図である。図１０は、上記立体画像の表示パターンを示す図である。

【0071】

図９および図１０に示すように、上記見る方向θが－１７．５°以上－７．５°未満の範囲θ１では、ユーザは立体画像Ｉａ（Ｉａ１・Ｉａ２）を視認する。上記見る方向θが－７．５°である境界を境に、立体画像Ｉａ（Ｉａ２）から立体画像Ｉｂ（Ｉｂ３）に変化し、立体画像Ｉａの面部分（第１面）の輝度と、該面部分に対応する立体画像Ｉｂの面部分（第２面）の輝度とが離散的に変化することになる。

【0072】

また、上記見る方向θが－７．５°以上７．５°未満の範囲θ２では、ユーザは立体画像Ｉｂ（Ｉｂ３～Ｉｂ５）を視認する。上記見る方向θが７．５°である境界を境に、立体画像Ｉｂ（Ｉｂ５）から立体画像Ｉｃ（Ｉｃ６）に変化し、立体画像Ｉｂの面部分の輝度と、該面部分に対応する立体画像Ｉｃの面部分の輝度とが離散的に変化することになる。また、上記見る方向θが７．５°以上１７．５°未満の範囲θ３では、ユーザは立体画像Ｉｃ（Ｉｃ６・Ｉｃ７）を視認する。

【0073】

従って、ユーザが見る方向θによって、立体画像Ｉの一部の輝度を変化させることができる。その結果、立体画像Ｉを適切に表現することができる。

【0074】

（付記事項）
なお、本実施形態では、デザインＡの立体画像Ｉａが視認される範囲は１０°であり、デザインＢの立体画像Ｉｂが視認される範囲は１５°であり、デザインＣの立体画像Ｉｃが視認される範囲は１０°である。しかしながら、上記範囲はこれらに限定されるものではない。

【0075】

例えば、上記３つの範囲は全て同じであってもよいし、例えば１０．６°であってもよい。但し、上記３つの範囲は、１５°以下であることが望ましい。上記範囲が１５°を超えると、ユーザが上記見る方向を大きく変更しなければ、デザインの異なる立体画像Ｉに変化しないからである。

【0076】

（実施例）
図１１は、立体画像Ｉがダイヤモンドである実施例において、異なる３つのデザインの立体画像Ｉを示す図である。図１１の下段は、上段の立体画像Ｉの同じ部分をそれぞれ拡大した図である。図１１を参照すると、ユーザが見る方向θによって、立体画像Ｉの多数の部分の輝度が変化することが理解できる。

【0077】

〔実施の形態２〕
次に、本発明の別の実施形態を説明する。説明の便宜上、前記の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。このことは、後述する他の実施形態についても同様である。

【0078】

図１２は、本実施形態の導光板１０によってユーザが視認する立体画像Ｉの表示パターンを示す図である。本実施形態の導光板１０は、図１～図１０に示す導光板１０に比べて、上記表示パターンが異なり、その他の構成は同様である。

【0079】

図１２に示すように、本実施形態では、図７に示す３つのデザインの立体画像Ｉａ・Ｉｂ・Ｉｃが、上記見る方向に応じて周期的に変化するようになっている。また、本実施形態では、立体画像Ｉａ・Ｉｂ・Ｉｃのそれぞれが視認される範囲は５．４°である。当該範囲を狭くすることにより、立体画像Ｉの一部の輝度が変化する頻度を多くすることができる。

【0080】

なお、上記範囲は、５°以上であることが望ましい。上記範囲が５°未満である場合、ユーザが視認する立体画像Ｉのデザインが、ユーザの右目と左目とで異なる可能性が大きくなるからである。

【0081】

〔実施の形態３〕
次に、本発明のさらに別の実施形態を説明する。

【0082】

図１３は、本実施形態の導光板１０が表示する立体画像Ｉを示す平面図である。図１３に示すように、本実施形態では、３つの複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）２ａ１～２ａ３が出射した光により、図７に示すデザインＡ～Ｃの立体画像Ｉａ～Ｉｃをそれぞれ表示するように光路偏向部２１が形成されている。

【0083】

上記の構成によると、図１３の上段に示すように、ＬＥＤ２ａ１を点灯し、他のＬＥＤ２ａ２・２ａ３を消灯すると、ＬＥＤ２ａ１からの光（第１光）によりデザインＡの立体画像Ｉａが表示される。また、図１３の中段に示すように、ＬＥＤ２ａ２を点灯し、他のＬＥＤ２ａ１・２ａ３を消灯すると、ＬＥＤ２ａ２からの光（第２光）によりデザインＢの立体画像Ｉｂが表示される。そして、図１３の下段に示すように、ＬＥＤ２ａ３を点灯し、他のＬＥＤ２ａ１・２ａ２を消灯すると、デザインＣの立体画像Ｉｃが表示される。

【0084】

これにより、ＬＥＤ２ａ１からの光とＬＥＤ２ａ２からの光との切替えを境に、立体画像Ｉａの一部の輝度と、該一部に対応する立体画像Ｉｂの輝度とが離散的に変化する。従って、ＬＥＤ２ａ１～２ａ３の点灯を順次切り替えることにより、ユーザが見る方向を変化させなくても、立体画像Ｉの面部分の輝度を離散的に変更することができる。その結果、立体画像Ｉを適切に表現することができる。

【0085】

〔実施の形態４〕
次に、本発明のさらに別の実施形態を説明する。

【0086】

本実施形態の導光板１０は、図１３に示すＬＥＤ２ａ１が出射した光により、図１０に示す表示パターンで立体画像Ｉを表示し、かつ、図１３に示すＬＥＤ２ａ３が出射した光により、図１２に示す表示パターンで立体画像Ｉを表示するように、光路偏向部２１が形成されている。

【0087】

具体的には、図１３に示すＬＥＤ２ａ１が出射した光（第１光）を、図１０に示す第１角度範囲θ１に出射することにより、立体画像Ｉａ（第１立体像）を空間に表示すると共に、第１角度範囲θ１に隣接する第２角度範囲θ２に第１光を出射することにより、立体画像Ｉｂ（第３立体像）を立体画像Ｉａと同じ位置に表示する。第１角度範囲θ１と第２角度範囲θ２との境界を境に、立体画像Ｉａの一部の輝度と、該一部に対応する立体画像Ｉｂの部分の輝度とが、離散的に変化する。

【0088】

また、図１３に示すＬＥＤ２ａ２が出射した光（第２光）を、図１２に示す或る角度範囲（第３角度範囲）に出射することにより、立体画像Ｉａ（第２立体像）を空間に表示すると共に、前記角度範囲に隣接する角度範囲（第４角度範囲）に第２光を出射することにより、立体画像Ｉｂ（第４立体像）を立体画像Ｉａと同じ位置に表示する。２つの角度範囲の境界を境に、立体画像Ｉａの一部の輝度と、該一部に対応する立体画像Ｉｂの部分の輝度とが、離散的に変化する。

【0089】

上記の構成によると、ＬＥＤ２ａの点灯を切り替えることにより、表示パターンを変更することができる。

【0090】

〔表示装置、入力装置、アミューズメント機器等への適用〕
各実施形態に係る導光板１０と、導光板１０への入射光を照射する光源（発光ダイオード等）と、を備える表示装置も本発明の技術的範囲に含まれる。

【0091】

また、前記の表示装置と、空間上に結像した立体画像Ｉに近接する、あるいは、立体画像Ｉの近くに存在する物体（人の指など）を検知するセンサ部５０（図１参照）とを備えた入力装置も本発明の技術的範囲に含まれる。そのようなセンサ部５０は、所定の検出位置に物体が位置した場合に物体の存在を検出する限定反射センサ等の周知のセンサであってよい。

【0092】

また、前記の表示装置を備えた各種の機器も本発明の技術的範囲に含まれる。そのような装置としては、例えば、アミューズメント機器（パチンコ・パチスロ・ゲームセンター・カジノなどで使用される装置、機械）、玩具、車載、または家電等が挙げられる。

【0093】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【0094】

例えば、上記実施形態では、立方体の面部分の輝度を離散的に変更しているが、立方体の辺部分の輝度を離散的に変更してもよい。具体的には、立体画像Ｉａの辺部分（第１線）の輝度と、該辺部分に対応する立体画像Ｉｂの辺部分（第２線）の輝度とを離散的に変更してもよい。このように、立体画像Ｉにおける任意の部分の輝度を離散的に変更することができる。

【0095】

また、上記実施形態では、３つのデザインＡ～Ｃを利用しているが、４つ以上のデザインを利用してもよいし、２つのデザインを利用してもよい。

【符号の説明】

【0096】

１Ａ 光デバイス
２ 光源
３ 入射光調節部
３ａ レンズ
１０ 導光板
１１ 入射面
１２ 出射面
１３ 裏面
２１ 光路偏向部（第１光偏向部、第２光偏向部）
５０ センサ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】