本發(fā)明涉及光學(xué)設(shè)備及光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

已知有具備導(dǎo)光板、光源、配置于導(dǎo)光板的表面?zhèn)鹊囊暡钇琳?parallaxbarrier)方式或透鏡陣列方式的掩模或透鏡陣列的立體可視的顯示裝置(例如，參照專利文獻(xiàn)1。)。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2012－008464號公報(bào)

例如，從導(dǎo)光板的入光端面的不同的位置入射光時(shí)，有時(shí)來自導(dǎo)光板的射出光的射出角度因入光位置不同而有所不同。因此，有時(shí)不能使射出光朝向希望的方向。其結(jié)果是，有時(shí)會在由射出光形成的一個(gè)像中產(chǎn)生模糊不清。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一方式中，光學(xué)設(shè)備具備導(dǎo)光板，其在與光的射出面平行的面內(nèi)引導(dǎo)入射的光；光源，其從與導(dǎo)光板引導(dǎo)光的導(dǎo)光方向正交的方向的不同的位置，向?qū)Ч獍迦肷涔?，?dǎo)光板具有多個(gè)光會聚部，多個(gè)光會聚部分別具有供由導(dǎo)光板引導(dǎo)的光入射，并從射出面射出實(shí)質(zhì)上會聚在空間上的一個(gè)會聚點(diǎn)或會聚線的射出光、或者實(shí)質(zhì)上從空間上的一個(gè)會聚點(diǎn)或會聚線發(fā)散的方向的射出光的光學(xué)面，會聚點(diǎn)或會聚線在多個(gè)光會聚部之間互不相同，通過多個(gè)會聚點(diǎn)或會聚線的聚集，在空間上形成像，多個(gè)光會聚部中，從射出面射出實(shí)質(zhì)上會聚在包括距射出面第一距離的點(diǎn)在內(nèi)的預(yù)定的范圍內(nèi)的射出光、或者實(shí)質(zhì)上從包括距射出面第一距離的點(diǎn)在內(nèi)的預(yù)定的范圍內(nèi)發(fā)散的方向的射出光的第一光會聚部，為了使由第一光會聚部射出的射出光的所述會聚點(diǎn)或會聚線形成的像的展寬(擴(kuò)展)，與由多個(gè)光會聚部中，從射出面射出實(shí)質(zhì)上會聚在包括距射出面比第一距離長的第二距離的點(diǎn)在內(nèi)的預(yù)定的范圍內(nèi)的射出光、或者實(shí)質(zhì)上從包括距射出面第二距離的點(diǎn)在內(nèi)的預(yù)定的范圍內(nèi)發(fā)散的方向的射出光的第二光會聚部射出的射出光的會聚點(diǎn)或會聚線形成的像的展寬大體一致，第一光會聚部比第二光會聚部設(shè)置得多。

預(yù)定的范圍也可以是沿著與導(dǎo)光方向正交的方向的范圍。

也可以是，第一距離越短第一光會聚部設(shè)置越多。

也可以是，第二光會聚部從射出面射出實(shí)質(zhì)上會聚在會聚點(diǎn)或會聚線中的、距離射出面最遠(yuǎn)的會聚點(diǎn)或會聚線的射出光、或者實(shí)質(zhì)上從距離射出面最遠(yuǎn)的會聚點(diǎn)或會聚線發(fā)散的方向的射出光，光源從不同的位置向?qū)Ч獍迦肷涔猓纱?，第二光會聚部射出的射出光的會聚點(diǎn)或會聚線在與導(dǎo)光板引導(dǎo)光的導(dǎo)光方向正交的方向具有展寬，第二光會聚部射出的射出光的會聚點(diǎn)或會聚線的展寬越大，第一光會聚部設(shè)置越多。

第一光會聚部也可以設(shè)置在與導(dǎo)光方向正交的方向的不同的位置。

由會聚點(diǎn)或會聚線的聚集形成的像也可以是用線顯示的像。

多個(gè)光會聚部也可以在與射出面平行的面內(nèi)分別沿著預(yù)定的線形成。

從射出面射出實(shí)質(zhì)上會聚在包括距射出面特定的距離的點(diǎn)在內(nèi)的預(yù)定的范圍內(nèi)的射出光、或者實(shí)質(zhì)上從包括距射出面特定的距離的點(diǎn)在內(nèi)的預(yù)定的范圍內(nèi)發(fā)散的方向的射出光的多個(gè)光會聚部的數(shù)量越多，該多個(gè)光會聚部中的每一個(gè)光會聚部的射出光的光度越小。

本發(fā)明第二方式中，光學(xué)系統(tǒng)具備上述光學(xué)設(shè)備和用戶界面部，光學(xué)設(shè)備形成向用戶顯示用戶界面部的位置的像。

此外，上述發(fā)明的概要并沒有列舉出本發(fā)明的全部特征。另外，這些特征群的組合和分組合也可作為發(fā)明。

附圖說明

圖1是與投影在空間上的立體像一起概略地表示一實(shí)施方式的顯示裝置10的圖；

圖2是概略地表示光會聚部30d的射出光會聚的定點(diǎn)因光源而偏移的情況的立體圖；

圖3是表示由一部分光會聚部30形成的像206的圖；

圖4是概略地表示導(dǎo)光板70中的與定點(diǎn)pa、pb及pc對應(yīng)的光會聚部30的圖；

圖5是示意性地表示由顯示裝置10顯示的像6的模糊的圖；

圖6是概略表示將顯示裝置10應(yīng)用于檢票機(jī)時(shí)的應(yīng)用例的圖；

圖7是概略表示作為光會聚部30的變形例的光會聚部130及光會聚部132的圖。

具體實(shí)施方式

下面，通過發(fā)明的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行說明，但以下的實(shí)施方式并不是限定本發(fā)明請求范圍的方式。另外，在實(shí)施方式之中說明的特征的全部組合并不限定必須為發(fā)明的解決手段。

圖1是與投影在空間上的立體像一起概略表示一實(shí)施方式的顯示裝置10。此外，為了便于說明，實(shí)施方式的說明所利用的圖采用概略或示意性的圖。實(shí)施方式的說明所利用的圖有時(shí)不按實(shí)際的比例來描繪。

顯示裝置10具有射出光的射出面71。顯示裝置10由從射出面71射出的光形成作為立體像的像6。像6是由用戶在空間上可識別的立體像。此外，所謂立體像，是指使其與顯示裝置10的射出面71處于不同的位置來識別的像。所謂立體像，例如也包括在遠(yuǎn)離顯示裝置10的射出面71的位置被識別的二維像。即，立體像的概念不僅是作為立體的形狀被識別的像，還包含在與顯示裝置10的顯示面上不同的位置被識別的二維形狀的像。

顯示裝置10具備導(dǎo)光板70和光源部20。導(dǎo)光板70由透明且折射率比較高的樹脂材料來成形。形成導(dǎo)光板70的材料例如也可以是聚碳酸酯樹脂(pc)、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂(pmma)、玻璃等。

導(dǎo)光板70具有與射出面71相反側(cè)的背面72。另外，導(dǎo)光板70具有作為導(dǎo)光板70的四個(gè)端面的端面73、端面74、端面75及端面76。端面73是導(dǎo)光板70的入光端面。在端面73設(shè)置有光源部20，來自光源部20的光從端面73向?qū)Ч獍?0入射。端面74是與端面73相反側(cè)的面。端面76是與端面75相反側(cè)的面。導(dǎo)光板70將來自光源部20的光在與射出面71平行的面內(nèi)進(jìn)行引導(dǎo)，并擴(kuò)展為面狀。

此外，在實(shí)施方式的說明中，有時(shí)使用x軸、y軸及z軸的右手正交坐標(biāo)系。將z軸方向定義為與射出面71垂直的方向。將從背面72向射出面71的方向定義為z軸正方向。另外，將y軸方向定義為與端面73垂直的方向。將從端面73向端面74的方向定義為y軸正方向。x軸是與端面75及端面76垂直的方向，將從端面75向端面76的方向設(shè)定為x軸正方向。此外，為了不使描述變得冗長，有時(shí)將與xy平面平行的面稱為xy面，將與yz平面平行的面稱為yz面，將與xz平面平行的面稱為xz面。

光源部20具備光源21、光源22及光源23。光源21、光源22及光源23例如是led光源。這樣，通過使用多個(gè)光源，像6的亮度提高。光源21的光軸、光源22的光軸及光源23的光軸均與端面73大體正交。在此，光源21、光源22及光源23各自的x方向的位置互不相同。這樣，光源21、光源22及光源23從與導(dǎo)光板70導(dǎo)入光的導(dǎo)光方向(例如y軸方向)正交的方向的不同的位置向?qū)Ч獍?0入射光。

在導(dǎo)光板70的背面72形成有包括光會聚部30a、光會聚部30b及光會聚部30c的多個(gè)光會聚部30。光會聚部30在x軸方向?qū)嵸|(zhì)上連續(xù)地形成。具體而言，光會聚部30a沿著線190a形成。光會聚部30b沿著線190b形成。光會聚部30c沿著線190c形成。在此，線190a、線190b及線190c是與x軸大體平行的直線。任意的光會聚部30沿著與x軸大體平行的直線實(shí)質(zhì)上連續(xù)地形成。由導(dǎo)光板70引導(dǎo)的光入射到各光會聚部30的x軸方向的各位置。

在此，對來自光源21、光源22及光源23中的一個(gè)光源的光向光會聚部30入射時(shí)的射出光進(jìn)行說明。光會聚部30使入射到光會聚部30的各位置的光實(shí)質(zhì)上會聚在分別與光會聚部30相對應(yīng)的定點(diǎn)。作為光會聚部30的一部分，圖1中特別表示出光會聚部30a、光會聚部30b及光會聚部30c，在各光會聚部30a、光會聚部30b及光會聚部30c，表示有從各光會聚部30a、光會聚部30b及光會聚部30c射出的多個(gè)光線會聚的情況。

具體而言，光會聚部30a與像6上的定點(diǎn)pa相對應(yīng)。來自光會聚部30a的各位置的光線會聚在定點(diǎn)pa。因此，來自光會聚部30a的光的波面成為從定點(diǎn)pa發(fā)出的光的波面。光會聚部30b與像6上的定點(diǎn)pb相對應(yīng)。來自光會聚部30b的各位置的光線會聚在定點(diǎn)pb。這樣，來自任意的光會聚部30的各位置的光線實(shí)質(zhì)上會聚在與光會聚部30對應(yīng)的定點(diǎn)。由此，通過任意的光會聚部30，可以提供光從對應(yīng)的定點(diǎn)發(fā)出那樣的光的波面。各光會聚部30對應(yīng)的定點(diǎn)互不相同，通過分別與光會聚部30對應(yīng)的多個(gè)定點(diǎn)的聚集，形成空間上可識別的像6。這樣，顯示裝置10在空間上投影立體像。此外，作為一個(gè)例子，像6是用線描繪的像，描繪像6的線實(shí)質(zhì)通過分別與光會聚部30對應(yīng)的多個(gè)定點(diǎn)的聚集而形成。

本實(shí)施方式中，光會聚部30分別包括在x軸方向?qū)嵸|(zhì)上連續(xù)地形成的多個(gè)反射面。任意的光會聚部30各自具有的反射面的反射光會聚在與光會聚部30對應(yīng)的定點(diǎn)。例如，光會聚部30a具有的多個(gè)反射面各自反射的多個(gè)反射光的光線會聚在定點(diǎn)pa。另外，光會聚部30b具有的多個(gè)反射面各自反射的多個(gè)反射光的光線會聚在定點(diǎn)pb。另外，光會聚部30c具有的多個(gè)反射面各自反射的多個(gè)反射光的光線會聚在定點(diǎn)pc。

在xy面內(nèi)，由導(dǎo)光板70引導(dǎo)而通過導(dǎo)光板70內(nèi)的各位置的光束具有以連結(jié)導(dǎo)光板70內(nèi)的各位置和光源的方向?yàn)橹行?，比?guī)定值小的展寬角。在光會聚部30設(shè)置于遠(yuǎn)離光源的位置的情況下，由導(dǎo)光板70引導(dǎo)而入射到光會聚部30的光成為大約以y軸方向?yàn)橹行牡恼箤捫〉墓?。因此，例如在包括定點(diǎn)pa且與xz平面平行的面內(nèi)，來自光會聚部30a的光實(shí)質(zhì)上會聚在一個(gè)定點(diǎn)。此外，在本說明書中，通過導(dǎo)光板內(nèi)外的點(diǎn)的光束的展寬是指該光束看作從該點(diǎn)發(fā)散的光時(shí)的光的展寬。另外，有時(shí)將通過導(dǎo)光板內(nèi)外的點(diǎn)的光束的展寬簡稱為光的展寬。

此外，入射到光會聚部30的光中在z方向有展寬時(shí)，來自光會聚部30的光會聚在包括空間上的定點(diǎn)在內(nèi)的、沿著y軸的線上。但是，為了便于容易說明實(shí)施方式，關(guān)注xz面內(nèi)的光的會聚，有時(shí)作為來自光會聚部30的光會聚在定點(diǎn)而進(jìn)行說明。

這樣，光會聚部30在與射出面71平行的面內(nèi)分別沿著預(yù)定的線形成。而且，光會聚部30分別入射由導(dǎo)光板70引導(dǎo)的光，從射出面71射出實(shí)質(zhì)上會聚在空間上的一個(gè)會聚點(diǎn)的方向的射出光。此外，定點(diǎn)為導(dǎo)光板70的背面72側(cè)的情況下，射出光成為從定點(diǎn)發(fā)散的方向的光。因此，定點(diǎn)為導(dǎo)光板70的背面72側(cè)的情況下，光會聚部30具有的反射面從射出面71射出實(shí)質(zhì)上從空間上的一個(gè)會聚點(diǎn)發(fā)散的方向的射出光。此外，如后述，光會聚部30也可以分別由菲涅爾透鏡的一部分形成。

圖2是概略地表示光會聚部30d的射出光會聚的定點(diǎn)因光源不同而偏移的情況的立體圖。圖2(a)概略表示觀察者側(cè)的定點(diǎn)(會聚點(diǎn))的偏移。圖2(b)概略表示觀察者側(cè)的相反側(cè)的定點(diǎn)(發(fā)散點(diǎn))的偏移。

來自光源21的光入射到光會聚部30d時(shí)，來自光會聚部30d的射出光會聚在定點(diǎn)p。另一方面，來自光源22的光入射到光會聚部30d時(shí)，來自光會聚部30d的射出光會聚在定點(diǎn)p'。另外，來自光源23的光入射到光會聚部30d時(shí)，來自光會聚部30d的射出光會聚在定點(diǎn)p”。因此，在將來自光源21的光、來自光源22的光及來自光源23的光一起入射到導(dǎo)光板70的情況下，來自光會聚部30d的射出光的會聚度降低。特別是定點(diǎn)p越遠(yuǎn)離導(dǎo)光板70，射出光的會聚度越低。因此，在顯示裝置10形成的像中，有時(shí)看見遠(yuǎn)離導(dǎo)光板70的點(diǎn)模糊不清。

觀察者側(cè)的相反側(cè)的定點(diǎn)(發(fā)散點(diǎn))也同樣。如圖2(b)所示，來自光源21的光入射到光會聚部30d時(shí)，來自光會聚部30d的射出光成為從定點(diǎn)q發(fā)散的光。另一方面，來自光源22的光入射到光會聚部30d時(shí)，來自光會聚部30d的射出光成為從定點(diǎn)q'發(fā)散的光。另外，來自光源23的光入射到光會聚部30d時(shí)，來自光會聚部30d的射出光成為從定點(diǎn)q”發(fā)散的光。因此，將來自光源21的光、來自光源22的光及來自光源23的光一起入射到導(dǎo)光板70的情況下，在顯示裝置10形成的像中，有時(shí)看見遠(yuǎn)離導(dǎo)光板70的點(diǎn)模糊不清。

圖3表示由一部分光會聚部30形成的像206。像206是每一點(diǎn)由一個(gè)光會聚部30形成時(shí)的像。例如，像206是由光會聚部30a的射出光形成定點(diǎn)pa，由光會聚部30b的射出光形成定點(diǎn)pb，由光會聚部30c的射出光形成定點(diǎn)pc時(shí)的像。

如圖所示，定點(diǎn)pa、pb及pc中、像206的模糊最大的定點(diǎn)是距導(dǎo)光板70的距離最長的pc。像206的模糊最大的定點(diǎn)是距導(dǎo)光板70的距離最短的pa。因此，在一個(gè)像206之中的模糊、即像的展寬上產(chǎn)生差異。

圖4概略表示與導(dǎo)光板70的定點(diǎn)pa、pb及pc對應(yīng)的光會聚部30。定點(diǎn)pc僅由一個(gè)光會聚部30c的射出光形成。

定點(diǎn)pb除光會聚部30b以外，由光會聚部30i及光會聚部30j合計(jì)3個(gè)光會聚部30的射出光形成。光會聚部30b、光會聚部30i及光會聚部30j的中心位置向與導(dǎo)光板70的導(dǎo)光方向正交的方向(例如x軸方向)偏移。因此，至少在x軸方向可以使定點(diǎn)pb附近的像模糊。

另外，定點(diǎn)pa除光會聚部30a以外，由光會聚部30e～光會聚部30h合計(jì)5個(gè)光會聚部30的射出光形成。光會聚部30a及光會聚部30e～光會聚部30h的中心位置向與導(dǎo)光板70的導(dǎo)光方向正交的方向(例如x軸方向)偏移。因此，至少在x軸方向可以使定點(diǎn)pa附近的像模糊。

圖5示意性地表示由顯示裝置10顯示的像6的模糊。如與圖4關(guān)聯(lián)地說明那樣，與定點(diǎn)pa對應(yīng)的像由5個(gè)光會聚部30的射出光形成。由此，定點(diǎn)pa的附近的像如放大圖550a所示，由模糊比較小的5個(gè)點(diǎn)形成。這些點(diǎn)的位置相互偏移，因此，定點(diǎn)pa的附近的像看起來模糊不清。

另外，與定點(diǎn)pb對應(yīng)的像由位置相互偏移的3個(gè)光會聚部30的射出光形成。由此，定點(diǎn)pb的附近的像如放大圖550b所示，與定點(diǎn)pa的像相比，由模糊比較大的3個(gè)點(diǎn)形成。這些點(diǎn)位置相互偏移，所以定點(diǎn)pb的附近的像看起來模糊不清。

另一方面，與定點(diǎn)pc對應(yīng)的像僅由光會聚部30c的射出光形成。光會聚部30c的射出光形成的像展寬較大。因此，如放大圖550c所示，定點(diǎn)pb的附近的像看起來模糊不清。

這樣，根據(jù)顯示裝置10，距離從導(dǎo)光板70到定點(diǎn)的距離越近，越是由位置互不相同的更多的光會聚部30的射出光形成該定點(diǎn)。因此，雖然在像6產(chǎn)生模糊，但可以形成模糊量即像的展寬大體一定的像6。因此，可以減少帶給觀察者的不適感。

此外，在需要使像6的亮度一定的情況下，理想的是，朝向包括各定點(diǎn)在內(nèi)的預(yù)定的范圍內(nèi)的光會聚部30的數(shù)量越多，來自一個(gè)光會聚部30的射出光的光度越減小。例如，像上述的例子那樣，由一個(gè)光會聚部30c形成定點(diǎn)pc，由5個(gè)光會聚部30形成定點(diǎn)pa的附近的情況下，理想的是，形成定點(diǎn)pa的附近的5個(gè)光會聚部30各自的射出光的光度為光會聚部30c的射出光的光度的約1/5。通常，由n個(gè)光會聚部30的射出光形成一個(gè)定點(diǎn)附近的像的情況下，理想的是，光會聚部每一個(gè)的射出光的光度與n大體上成反比例。光會聚部30的射出光的光度可以通過光會聚部30具有的反射面的面積進(jìn)行調(diào)整。

圖6概略表示將顯示裝置10應(yīng)用于檢票機(jī)時(shí)的使用例。圖6是表示檢票機(jī)系統(tǒng)750的整體的概略的立體圖。檢票機(jī)系統(tǒng)750是具備顯示裝置10的光學(xué)系統(tǒng)的一例。

檢票機(jī)系統(tǒng)750具備檢票機(jī)主體752、顯示裝置10。檢票機(jī)主體752具有通信部701和顯示部702。通信部701及顯示部702是用戶界面部的一例，提供用戶和檢票機(jī)主體752之間的界面。

通信部701使用接近通信，和用戶所持的非接觸型通信設(shè)備通信。通信部701通過接近通信與非接觸型通信設(shè)備通信。作為非接觸型通信設(shè)備，可以例示ic卡車票等ic卡、具有非接觸型通信功能的移動電話。顯示部702向用戶顯示信息。例如，顯示部702顯示存儲于非接觸型通信設(shè)備的電子貨幣的余額。

顯示裝置10設(shè)置于顯示部702上。顯示裝置10的像6向用戶提示顯示部702的位置。像6以從用戶起位于顯示部702的上方的空間的方式被識別。如圖6所示，根據(jù)顯示裝置10，可以在顯示部702的上方的空間形成被識別的像6。另外，顯示裝置10作為整體是透明的，所以用戶可以辨認(rèn)顯示部702上的標(biāo)記。

此外，也可以通過在通信部701上設(shè)有與顯示裝置10同樣的結(jié)構(gòu)的顯示裝置，而在通信部701上的空間形成向用戶顯示通信部701的位置的像。

圖7概略表示作為光會聚部30的變形例的光會聚部130及光會聚部132。圖7(a)概略表示由菲涅爾透鏡的一部分形成的一個(gè)光會聚部130。此外，可以在作為菲涅爾透鏡發(fā)揮作用的光會聚部130的多個(gè)折射面(棱鏡面)之間設(shè)置有間隙。

圖7(b)所示的光會聚部132與將光會聚部130沿著x軸方向分割成多個(gè)部分140a、部分140b、部分140c、部分140d、部分140e、部分140f、部分140g及部分140h相對應(yīng)。分別來自光會聚部132的各部分140的光會聚在相同的定點(diǎn)。這樣，通過將光會聚部分割成多個(gè)部分，產(chǎn)生所謂的黑底(blackmatrix)效應(yīng)，像的對比度往往提高。此外，除反射面或菲涅爾透鏡外，也可以使用衍射光柵作為光會聚部30。

以上，使用實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的技術(shù)范圍并非被限定在上述實(shí)施方式記載的范圍?？梢詫ι鲜鰧?shí)施方式加以各種變更或改進(jìn)，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。這種增加了變更或改進(jìn)的方式也包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍，這從本發(fā)明請求的技術(shù)范圍的記載就可以清楚。

應(yīng)當(dāng)注意到，本發(fā)明請求的技術(shù)范圍、說明書及附圖中所示的裝置、系統(tǒng)、程序及方法中的動作、順序、步驟、及階段等各處理的執(zhí)行順序，只要沒有特別明示為“更前”“在…之前”等，且是在后面的處理中不使用前面的處理的輸出，則可按任意的順序來實(shí)現(xiàn)。關(guān)于本發(fā)明請求的技術(shù)范圍、說明書及附圖中的動作流程，即使為了方便而使用“首先”、“接著”等進(jìn)行了說明，也并不意味著必須按該順序?qū)嵤?/p>

符號說明

6像

10顯示裝置

20光源部

21、22、23光源

30光會聚部

70導(dǎo)光板

71射出面

72背面

73、74、75、76端面

130、132光會聚部

140部分

190線

701通信部

702顯示部

750檢票機(jī)系統(tǒng)

752檢票機(jī)主體