WO2016114103A1 - 光デバイス、光システム及び改札機 - Google Patents

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WO2016114103A1
WO2016114103A1 PCT/JP2015/086573 JP2015086573W WO2016114103A1 WO 2016114103 A1 WO2016114103 A1 WO 2016114103A1 JP 2015086573 W JP2015086573 W JP 2015086573W WO 2016114103 A1 WO2016114103 A1 WO 2016114103A1
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light
convergence
angle
light converging
region
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PCT/JP2015/086573
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篠原　正幸
智和 北村
勇司 広瀬
靖宏 田上
奥田　満
和幸 岡田
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オムロン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical device, an optical system, and a ticket gate.
  • Patent Document 1 JP 2012-008464 A
  • the exit surface of the light guide plate has an angle difference for each region, a desired image may not be formed.
  • the optical device includes a light guide plate that guides light in a plane parallel to the light emission surface, and the light guide plate is provided in the first region, and the light guided by the light guide plate is incident thereon. And an optical surface that emits light from the exit surface in a direction substantially converging at one convergence point or convergence line in space or substantially diverging from one convergence point or convergence line in space.
  • the convergence points or convergence lines are different from each other among the plurality of first light converging portions, and a first image is formed in the space by a plurality of convergence points or convergence lines by the plurality of first light converging portions.
  • the convergence points or convergence lines are different from each other among the plurality of second light converging portions, and a second image is formed in space by the collection of the plurality of convergence points or convergence lines by the plurality of second light converging portions.
  • the angle formed by the light emitted from each of the plurality of first light converging portions with respect to the light exit surface is equal to the first angle when projected onto a surface parallel to the light guide direction of the light guide plate and perpendicular to the light exit surface.
  • the angle formed by the light emitted from each of the plurality of second light converging portions with respect to the light exit surface is parallel to the light guide direction of the light guide plate and projected onto a surface perpendicular to the light exit surface.
  • the second angle is different from the angle.
  • the optical device includes a light guide plate that guides light in a plane parallel to the light emission surface.
  • the light guide plate is provided in the first region, and light guided by the light guide plate is incident on the optical device.
  • an optical surface that emits light from the exit surface in a direction substantially converging at one convergence point or convergence line in space or substantially diverging from one convergence point or convergence line in space.
  • the convergence points or convergence lines are different from each other among the plurality of first light converging portions, and a first image is formed in the space by a plurality of convergence points or convergence lines by the plurality of first light converging portions.
  • the convergence points or convergence lines are different from each other among the plurality of second light converging portions, and a second image is formed in space by the collection of the plurality of convergence points or convergence lines by the plurality of second light converging portions.
  • the maximum value of the angle formed by the plurality of light beams constituting the emitted light by each of the plurality of first light converging units with respect to the exit surface is the first angle
  • each of the plurality of second light converging units is The maximum value of the angle formed by the plurality of light beams constituting the outgoing light with respect to the outgoing surface is a second angle different from the first angle.
  • the second region of the light guide plate may be provided with an angle difference between the first angle and the second angle with respect to the first region of the light guide plate.
  • the second image is the first image. It may be formed at a position that is continuous with the image.
  • the optical surfaces of the plurality of first light converging units and the plurality of second light converging units are reflection surfaces that reflect incident light, respectively, and the reflection surfaces of each of the plurality of first light converging units;
  • the angle difference from the reflecting surface of each of the plurality of second light converging units may substantially match the difference between the first angle and the second angle.
  • the optical surfaces of the plurality of first light converging units and the plurality of second light converging units are reflection surfaces that reflect incident light, respectively, and the reflection surfaces of each of the plurality of first light converging units;
  • the angle difference from the reflecting surface of each of the plurality of second light converging portions is approximately equal to the angle difference between the surface on which the first region is placed and the surface on which the second region is placed. You can do it.
  • the area of the optical surface that each of the plurality of first light converging units has is the same as the area of the optical surface that each of the plurality of second light converging units has.
  • the plurality of first light converging units and the plurality of second light converging units The intensity of light emitted from each of the sections may be determined to be substantially the same.
  • the plurality of light converging portions may be formed along a predetermined line in a plane parallel to the emission surface.
  • an optical system includes the optical device described above and a user interface unit located on a second surface different from the first surface, and the first region is placed on the first surface. The second region is placed on the second surface.
  • the first image and the second image may form one image indicating the position of the user interface unit to the user.
  • the ticket gate includes the above optical system.
  • the display apparatus 10 in one Embodiment is shown schematically with the three-dimensional image projected on space.
  • region of the display apparatus 10 does not have an angle difference mutually is shown schematically.
  • An image formed by the display device 10 in a state where the region 82 has a predetermined angle difference ⁇ with respect to the region 81 is schematically shown.
  • region 82 of the display apparatus 10 are expanded and shown.
  • An example of use when the display device 10 is used for a ticket gate is schematically shown.
  • the light converging part 130 and the light converging part 132 as a modification of the light converging part 30 are shown schematically.
  • FIG. 1 schematically shows a display device 10 according to an embodiment together with a stereoscopic image projected onto a space.
  • the figure used for description of embodiment shall be schematic or typical for the purpose of explaining in an easy-to-understand manner.
  • the figure used for description of the embodiment may not be drawn on an actual scale.
  • the display device 10 has an emission surface 71 that emits light.
  • the display device 10 forms an image 6 as a three-dimensional image with light emitted from the emission surface 71.
  • the image 6 is a stereoscopic image that is recognized in space by the user.
  • the three-dimensional image refers to an image that is recognized as being at a position different from the emission surface 71 of the display device 10.
  • the three-dimensional image includes, for example, a two-dimensional image recognized at a position away from the emission surface 71 of the display device 10. That is, the stereoscopic image is a concept including not only an image recognized as a stereoscopic shape but also an image having a two-dimensional shape recognized at a position different from the display surface of the display device 10.
  • the display device 10 includes a light guide plate 70 and a light source 20.
  • the light guide plate 70 is formed of a resin material that is transparent and has a relatively high refractive index.
  • the material forming the light guide plate 70 may be, for example, polycarbonate resin (PC), polymethyl methacrylate resin (PMMA), glass, or the like.
  • the material forming the light guide plate 70 may be a flexible material.
  • the light guide plate 70 has a back surface 72 opposite to the exit surface 71.
  • the light guide plate 70 includes an end surface 73, an end surface 74, an end surface 75, and an end surface 76 that are the four end surfaces of the light guide plate 70.
  • the end surface 73 is a light incident end surface of the light guide plate 70.
  • the light source 20 is provided on the end surface 73, and light from the light source 20 enters the light guide plate 70 from the end surface 73.
  • the end surface 74 is a surface opposite to the end surface 73.
  • the end surface 76 is a surface opposite to the end surface 75.
  • the light guide plate 70 guides light from the light source 20 by spreading it in a plane in a plane parallel to the emission surface 71.
  • an x-axis, y-axis, and z-axis right-handed orthogonal coordinate system may be used.
  • the z-axis direction is determined in a direction perpendicular to the emission surface 71.
  • the direction from the back surface 72 to the emission surface 71 is defined as the z-axis plus direction.
  • the y-axis direction is determined in a direction perpendicular to the end face 73.
  • the direction from the end surface 73 to the end surface 74 is defined as the y-axis plus direction.
  • the x-axis is a direction perpendicular to the end face 75 and the end face 76, and the direction from the end face 75 to the end face 76 is defined as the x-axis plus direction.
  • a plane parallel to the xy plane may be called an xy plane
  • a plane parallel to the yz plane may be called a yz plane
  • a plane parallel to the xz plane may be called an xz plane
  • a plurality of light converging portions 30 including a light converging portion 30a, a light converging portion 30b, and a light converging portion 30c are formed on the back surface 72 of the light guide plate 70.
  • the light converging part 30 is formed substantially continuously in the x-axis direction.
  • the light converging part 30a is formed along the line 190a.
  • the light converging part 30b is formed along the line 190b.
  • the light converging part 30c is formed along the line 190c.
  • the line 190a, the line 190b, and the line 190c are straight lines substantially parallel to the x-axis.
  • the arbitrary light converging part 30 is formed substantially continuously along a straight line substantially parallel to the x-axis.
  • the light guided by the light guide plate 70 enters each position in the x-axis direction of each light converging unit 30.
  • the light converging unit 30 substantially converges the light incident on each position of the light converging unit 30 to fixed points respectively corresponding to the light converging unit 30.
  • FIG. 1 particularly shows a light converging unit 30a, a light converging unit 30b, and a light converging unit 30c as a part of the light converging unit 30, and in each of the light converging unit 30a, the light converging unit 30b, and the light converging unit 30c.
  • a state in which a plurality of light beams emitted from the light converging unit 30a, the light converging unit 30b, and the light converging unit 30c converge is shown.
  • the light converging unit 30 a corresponds to the fixed point PA on the image 6. Light rays from each position of the light converging unit 30a converge to a fixed point PA. Therefore, the wavefront of the light from the light converging unit 30a becomes a wavefront of light emitted from the fixed point PA.
  • the light converging unit 30 b corresponds to the fixed point PB on the image 6. Light rays from each position from the light converging unit 30b converge to the fixed point PB. As described above, the light beam from each position of the arbitrary light converging unit 30 substantially converges to a fixed point corresponding to the light converging unit 30.
  • a wavefront of light that emits light from a corresponding fixed point can be provided by an arbitrary light converging unit 30.
  • the fixed points corresponding to each light converging unit 30 are different from each other, and an image 6 recognized in space is formed by a collection of a plurality of fixed points respectively corresponding to the light converging units 30.
  • the display device 10 projects a stereoscopic image on the space.
  • the image 6 is an image drawn by a line, and the line drawing the image 6 is substantially formed by a collection of a plurality of fixed points respectively corresponding to the light converging unit 30.
  • each of the light converging portions 30 includes a large number of reflecting surfaces formed substantially continuously in the x-axis direction.
  • the reflected light from the reflecting surfaces of the arbitrary light converging units 30 converges to a fixed point corresponding to the light converging unit 30.
  • the light beams of the plurality of reflected lights from the plurality of reflecting surfaces included in the light converging unit 30a converge on the fixed point PA.
  • the light beams of the plurality of reflected lights from the plurality of reflecting surfaces of the light converging unit 30b converge at the fixed point PB.
  • the light beams of the plurality of reflected lights from the plurality of reflecting surfaces of the light converging unit 30c converge on the fixed point PC.
  • the light beam guided by the light guide plate 70 and passing through each position in the light guide plate 70 has a spread angle smaller than a predetermined value around the direction connecting each position in the light guide plate 70 and the light source.
  • the light converging unit 30 is provided at a position away from the light source, the light guided by the light guide plate 70 and incident on the light converging unit 30 becomes light with a small spread around the y-axis direction. Therefore, for example, on a plane that includes the fixed point PA and is parallel to the xz plane, the light from the light converging unit 30a substantially converges to one fixed point.
  • the spread of the light beam that passes through the point inside and outside the light guide plate refers to the spread of light when the light beam is regarded as light that diverges from that point. Further, the spread of the light beam passing through the points inside and outside the light guide plate may be simply referred to as the spread of light.
  • the light incident on the light converging unit 30 has a spread in the z direction
  • the light from the light converging unit 30 converges on a line along the y axis including a fixed point in space.
  • the light converging part 30 is formed along a predetermined line in a plane parallel to the emission surface 71. Then, each of the light converging units 30 causes the light guided by the light guide plate 70 to enter, and emit the emitted light in a direction substantially converging to one convergence point in space from the emission surface 71.
  • the emitted light is light in a direction diverging from the fixed point. Therefore, when the fixed point is on the rear surface 72 side of the light guide plate 70, the reflection surface of the light converging unit 30 causes the emission surface 71 to emit the emitted light in a direction substantially diverging from one convergence point in space.
  • each of the light converging portions 30 may be formed by a part of a Fresnel lens.
  • the display device 10 is used in a state where there is an angle difference between the emission surface 71 and the back surface 72.
  • the region 81 of the light guide plate 70 has an angle difference larger than 0 with respect to the region 82.
  • the region 82 of the light guide plate 70 has an angle difference larger than 0 with respect to the region 83.
  • the region 81, the region 82, and the region 83 are regions at different positions in the light guide direction in which the light guide plate 70 guides light.
  • Region 81 is adjacent to region 82, and region 82 is adjacent to region 83.
  • the light converging unit 30 a is provided in the region 81.
  • the light converging unit 30 b is provided in the region 82.
  • the light converging unit 30 c is provided in the region 83.
  • the display device 10 has an exit angle of the light converging unit 30 so that a desirable image 6 can be formed when the display device 10 is used in a state where there is an angle difference for each region.
  • FIG. 2 schematically shows an image formed by the display device 10 in a state where each region of the display device 10 has no angular difference.
  • FIG. 2 only a part of the light converging unit 30 in the region 81 and the region 82 is shown. Only a part of the light converging unit 30 in the region 81 and the region 82 is shown.
  • the region 81 is provided with a plurality of light converging units 30 including a light converging unit 30a, a light converging unit 30d, and a light converging unit 30e.
  • the outgoing light from the light converging part 30 a, the outgoing light from the light converging part 30 d, and the outgoing light from the light converging part 30 e make an angle ⁇ with respect to the outgoing surface 71.
  • the angle ⁇ is an angle when projected onto a plane parallel to the light guide direction of the light guide plate 70 and perpendicular to the emission surface 71.
  • the angle ⁇ is also the maximum value of the angle formed by the plurality of intersecting lines constituting the outgoing light by each of the light converging units 30 with respect to the outgoing surface 71.
  • all the outgoing light forms an angle ⁇ with respect to the outgoing surface 71.
  • Light emitted from the light converging unit 30 provided in the region 81 forms an image 206a.
  • the image 206 a corresponds to a partial image of the image 6.
  • a plurality of light converging units 30 including a light converging unit 30b, a light converging unit 30f, and a light converging unit 30g are provided.
  • the outgoing light from the light converging part 30b, the outgoing light from the light converging part 30f, and the outgoing light from the light converging part 30g make an angle ⁇ with respect to the outgoing surface 71.
  • the angle ⁇ is an angle when projected onto a plane parallel to the light guide direction of the light guide plate 70 and perpendicular to the emission surface 71. Further, the angle ⁇ is also the maximum value of the angle formed by the plurality of intersecting lines constituting the outgoing light by the light converging unit 30 with respect to the outgoing surface 71.
  • the outgoing light has an angle ⁇ with respect to the outgoing surface 71.
  • ⁇ is different from ⁇ .
  • the light emitted from the light converging unit 30 provided in the region 82 forms an image 206b.
  • the image 206 b corresponds to a partial image of the image 6.
  • the image 206 a by the light emitted from the light converging unit 30 provided in the region 81 is not continuous with the image 206 b from the light emitted from the light converging unit 30 provided in the region 82.
  • the emission angle of the light converging unit 30 is discontinuous between the region 81 and the region 82. That is, the angle of the reflecting surface of the light converging unit 30 is discontinuous between the region 81 and the region 82. For this reason, in a state where each region of the display device 10 has no angular difference, the light converging unit 30 provided in the region 81 and the light converging unit 30 provided in the region 82 do not form a continuous image.
  • FIG. 3 schematically shows an image formed by the display device 10 in a state where the region 82 has a predetermined angle difference ⁇ with respect to the region 81.
  • the image 206 a by the light emitted from the light converging unit 30 provided in the region 81 is connected to the image 206 b by the light emitted from the light converging unit 30 provided in the region 82.
  • the region 82 has a predetermined angle difference ⁇ with respect to the region 81
  • the light output from the light converging unit 30 provided in the region 81 is formed so as to form a continuous image of the image 206a and the image 206b.
  • the angle ⁇ and the emission angle ⁇ of the light converging unit 30 provided in the region 82 are designed.
  • FIG. 4 shows the area 81 and the area 82 of the display device 10 in an enlarged manner.
  • the outgoing angle ⁇ of the outgoing light from the light converging unit 30 provided in the region 82 is determined to coincide with ⁇ .
  • the angle formed by the reflecting surface of the light converging unit 30 provided in the region 81 with the back surface 72 is ⁇ 1
  • the angle formed by the reflecting surface of the light converging unit 30 provided in the region 82 with the back surface 72 is ⁇ 2.
  • the angle of the reflecting surface of the light converging part 30 provided in the region 82 is determined so that the difference between ⁇ 1 and ⁇ 2 matches ⁇ .
  • the area of the reflecting surface of the light converging part 30 provided in the region 81 and the area of the reflecting surface of the light converging part 30 provided in the region 82 are substantially the same as the intensity of light emitted from the light converging part 30. It is desirable to be determined as follows. For example, the height h of the reflecting surface of each light converging unit 30 or the width w of the reflecting surface is different from the reflecting surface of each light converging unit 30 so that the luminous intensity of the light emitted from each of the light converging units 30 is substantially the same.
  • the height h or the width w of the light converging part 30 provided in the region 81 may be equal to each other. Further, the height h or the width w of the light converging unit 30 provided in the region 82 may be equal to each other. However, the height h or width w of the reflecting surface of each light converging unit 30 may be different between the light converging unit 30 provided in the region 81 and the light converging unit 30 provided in the region 82.
  • FIG. 5 schematically shows an example of use when the display device 10 is used as a ticket gate.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view showing the entire ticket gate system 750.
  • the ticket gate system 750 is an example of an optical system including the display device 10.
  • the ticket gate system 750 includes a ticket gate body 752 and the display device 10.
  • the ticket gate main body 752 includes a communication unit 701 and a display unit 702.
  • the communication unit 701 and the display unit 702 are examples of a user interface unit, and provide an interface between the user and the ticket gate main body 752.
  • the communication unit 701 communicates with a non-contact type communication device possessed by the user using proximity communication.
  • the communication unit 701 communicates with a non-contact communication device by proximity communication.
  • Examples of the non-contact communication device include an IC card such as an IC card ticket, a mobile phone having a non-contact communication function, and the like.
  • the display unit 702 displays information to the user. For example, the display unit 702 displays the balance of electronic money stored in the contactless communication device.
  • the display device 10 is provided on the communication unit 701.
  • the image 6 by the display device 10 presents the position of the communication unit 701 to the user.
  • the image 6 is recognized by the user so as to be located in the space above the communication unit 701.
  • an image 6 that can be recognized in the space above the communication unit 701 can be formed.
  • the display apparatus 10 is transparent as a whole, the user can visually recognize the mark on the communication unit 701.
  • the surface 781 provided with the communication unit 701 forms an angle difference ⁇ with respect to the surface 782 adjacent to the surface 781. Further, the surface 782 has an angle difference ⁇ with respect to the surface 783 adjacent to the surface 782. The surface 781 does not have an angular difference from the surface 783.
  • the region 81 of the light guide plate 70 is placed on the surface 781, the region 82 of the light guide plate 70 is placed on the surface 782, and the region 83 of the light guide plate 70 is placed on the surface 783. It is installed on the ticket gate main body 752 so as to be placed. Thereby, a desirable image 6 can be formed on the communication unit 701.
  • An image showing the position of the display unit 702 to the user may be formed in a space on the display unit 702 by providing a display device having the same configuration as the display device 10 on the display unit 702.
  • FIG. 6 schematically shows a light converging unit 130 and a light converging unit 132 as modified examples of the light converging unit 30.
  • FIG. 6A schematically shows one light converging portion 130 formed by a part of the Fresnel lens.
  • a gap may be provided between the plurality of refractive surfaces (prism surfaces) of the light converging unit 130 that functions as a Fresnel lens.
  • the light converging unit 132 shown in FIG. 6 (b) is configured so that the light converging unit 130 is divided into a plurality of portions 140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 140e, 140f, 140g and 140h along the x-axis direction. Corresponds to the one divided into The light from each part 140 of the light converging unit 132 converges to the same fixed point. Thus, by dividing the light converging portion into a plurality of portions, a so-called black matrix effect may occur, and the contrast of the image may increase.
  • a diffraction grating may be used as the light converging unit 30.
  • Display device 20 Light source 30 Light converging unit 70 Light guide plate 71 Output surface 72 Rear surface 73, 74, 75, 76 End surface 130, 132 Light converging unit 140 Part 190 Line 701 Communication unit 702 Display unit 750 Ticket gate system 752 Ticket gate Body

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Abstract

　光デバイスの導光板が、第１領域に設けられた第１光収束部と、導光板の導光方向に沿って第１領域とは異なる第２領域に設けられた第２光収束部とを備え、各光収束部は、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を出射面から出射させる光学面をそれぞれ有し、収束点又は収束線は光収束部の間で互いに異なり、第１光収束部による複数の収束点又は収束線の集まりによって空間上に第１像が形成され、複数の第２光収束部による複数の収束点又は収束線の集まりによって空間上に第２の像が形成され、導光板の導光方向に平行であり出射面に垂直な面に投影した場合、各第１光収束部は、出射面に対して第１角度で出射光を出射させ、各第２光収束部は、出射面に対して第２角度で出射光を出射させる。

Description

光デバイス、光システム及び改札機
　本発明は、光デバイス、光システム及び改札機に関する。
　導光板と、光源と、導光板の表面側に配置した、パララックスバリア方式又はレンズアレイ方式におけるマスク又はレンズアレイとを備えた、立体視可能な表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　特許文献１　特開２０１２－００８４６４号公報
　導光板の出射面が領域毎に角度差がある場合、望ましい像を形成できない場合がある。
　第１の態様においては、光デバイスは、光の出射面に平行な面内で光を導く導光板を備え、導光板は、第１領域に設けられ、導光板によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を出射面から出射させる光学面をそれぞれ有する複数の第１の光収束部と、導光板の導光方向に沿って第１領域とは異なる第２領域に設けられ、導光板によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を出射面から出射させる光学面をそれぞれ有する複数の第２の光収束部とを有する。収束点又は収束線は複数の第１の光収束部の間で互いに異なり、複数の第１の光収束部による複数の収束点又は収束線の集まりによって、空間上に第１の像が形成される。収束点又は収束線は複数の第２の光収束部の間で互いに異なり、複数の第２の光収束部による複数の収束点又は収束線の集まりによって、空間上に第２の像が形成される。複数の第１の光収束部のそれぞれによる出射光が出射面に対してなす角度は、導光板の導光方向に平行であり出射面に垂直な面に投影した場合に、第１の角度であり、複数の第２の光収束部のそれぞれによる出射光が出射面に対してなす角度は、導光板の導光方向に平行であり出射面に垂直な面に投影した場合に、第１の角度とは異なる第２の角度である。
　第２の態様においては、光デバイスは、光の出射面に平行な面内で光を導く導光板を備え、導光板は、第１領域に設けられ、導光板によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を出射面から出射させる光学面をそれぞれ有する複数の第１の光収束部と、導光板の導光方向に沿って第１領域とは異なる第２領域に設けられ、導光板によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を出射面から出射させる光学面をそれぞれ有する複数の第２の光収束部とを有する。収束点又は収束線は複数の第１の光収束部の間で互いに異なり、複数の第１の光収束部による複数の収束点又は収束線の集まりによって、空間上に第１の像が形成される。収束点又は収束線は複数の第２の光収束部の間で互いに異なり、複数の第２の光収束部による複数の収束点又は収束線の集まりによって、空間上に第２の像が形成される。前複数の第１の光収束部のそれぞれによる出射光を構成する複数の光線が出射面に対してなす角度の最大値は、第１の角度であり、複数の第２の光収束部のそれぞれによる出射光を構成する複数の光線が出射面に対してなす角度の最大値は、第１の角度とは異なる第２の角度である。
　導光板の第２の領域は、導光板の第１の領域に対して、第１の角度と第２の角度との差の角度差をなして設けられてよい。
　導光板の第２の領域は、導光板の第１の領域に対して、第１の角度と第２の角度との差の角度をなして設けられた場合に、第２の像は第１の像に連続する位置に形成されてよい。
　複数の第１の光収束部及び複数の第２の光収束部がそれぞれ有する光学面は、入射した光を反射する反射面であり、複数の第１の光収束部のそれぞれが有する反射面と、複数の第２の光収束部のそれぞれが有する反射面との角度差は、第１の角度と第２の角度との差に略一致してよい。
　複数の第１の光収束部及び複数の第２の光収束部がそれぞれ有する光学面は、入射した光を反射する反射面であり、複数の第１の光収束部のそれぞれが有する反射面と、複数の第２の光収束部のそれぞれが有する反射面との角度差は、第１の領域が載置される面と、第２の領域が載置される面との角度差に略一致してよい。
　複数の第１の光収束部がそれぞれ有する光学面の面積は、複数の第２の光収束部がそれぞれ有する光学面の面積は、複数の第１の光収束部及び複数の第２の光収束部からそれぞれ出射される光の光度が略同一になるように定められてよい。
　複数の光収束部は、出射面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てよい。
　第２の態様において、光システムは、上記の光デバイスと、第１の面とは異なる第２の面に位置するユーザインタフェース部とを備え、第１の領域は第１の面上に載置され、第２の領域は第２の面上に載置される。
　第１の像及び第２の像は、ユーザインタフェース部の位置をユーザに示す１つの像を形成してよい。
　第３の態様において、改札機は、上記の光システムを備える。
　なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
一実施形態における表示装置１０を、空間上に投影される立体像と共に概略的に示す。 表示装置１０の各領域が互いに角度差が無い状態で表示装置１０が形成する像を概略的に示す。 領域８２が領域８１に対して予め定められた角度差βを持つ状態で表示装置１０が形成する像を概略的に示す。 表示装置１０の領域８１及び領域８２を拡大して示す。 表示装置１０を改札機に利用した場合の利用例を概略的に示す。 光収束部３０の変形例としての光収束部１３０及び光収束部１３２を概略的に示す。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
　図１は、一実施形態における表示装置１０を、空間上に投影される立体像と共に概略的に示す。なお、分かり易く説明することを目的として、実施形態の説明に用いる図は概略的又は模式的なものとする。実施形態の説明に用いる図は、実際のスケールで描かれていない場合がある。
　表示装置１０は、光を出射する出射面７１を有する。表示装置１０は、出射面７１から出射する光によって、立体像としての像６を形成する。像６は、ユーザによって空間上に認識される立体像である。なお、立体像とは、表示装置１０の出射面７１とは異なる位置にあるように認識される像をいう。立体像とは、例えば、表示装置１０の出射面７１から離れた位置に認識される２次元像も含む。つまり、立体像とは、立体的な形状として認識される像だけでなく、表示装置１０の表示面上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。
　表示装置１０は、導光板７０と、光源２０とを備える。導光板７０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７０を形成する材料は、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）、ガラス等であってよい。導光板７０を形成する材料は、フレキシブルな材料であってよい。
　導光板７０は、出射面７１とは反対側の背面７２とを有する。また、導光板７０は、導光板７０の四方の端面である端面７３、端面７４、端面７５及び端面７６を有する。端面７３は、導光板７０の入光端面である。端面７３には光源２０が設けられ、光源２０からの光は、端面７３から導光板７０に入射する。端面７４は、端面７３とは反対側の面である。端面７６は、端面７５とは反対側の面である。導光板７０は、光源２０からの光を出射面７１に平行な面内で面状に広げて導く。
　なお、実施形態の説明において、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の右手系の直交座標系を用いる場合がある。ｚ軸方向を、出射面７１に垂直な方向で定める。背面７２から出射面７１への向きをｚ軸プラス方向と定める。また、ｙ軸方向を、端面７３に垂直な方向で定める。端面７３から端面７４への向きをｙ軸プラス方向と定める。ｘ軸は、端面７５及び端面７６に垂直な方向であり、端面７５から端面７６への向きをｘ軸プラス方向と定める。なお、記載が冗長にならないよう、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面と呼ぶ場合がある。
　導光板７０の背面７２には、光収束部３０ａ、光収束部３０ｂ及び光収束部３０ｃを含む複数の光収束部３０が形成されている。光収束部３０はｘ軸方向に実質的に連続して形成されている。具体的には、光収束部３０ａは、線１９０ａに沿って形成されている。光収束部３０ｂは、線１９０ｂに沿って形成されている。光収束部３０ｃは、線１９０ｃに沿って形成されている。ここで、線１９０ａ、線１９０ｂ及び線１９０ｃは、ｘ軸に略平行な直線である。任意の光収束部３０は、ｘ軸に略平行な直線に沿って実質的に連続的に形成される。各光収束部３０のｘ軸方向の各位置には、導光板７０によって導かれている光が入射する。
　光収束部３０は、光収束部３０の各位置に入射した光を、光収束部３０にそれぞれ対応する定点に実質的に収束させる。図１には、光収束部３０の一部として、光収束部３０ａ、光収束部３０ｂ及び光収束部３０ｃが特に示され、光収束部３０ａ、光収束部３０ｂ及び光収束部３０ｃのそれぞれにおいて、光収束部３０ａ、光収束部３０ｂ及び光収束部３０ｃのそれぞれから出射された複数の光線が収束する様子が示されている。
　具体的には、光収束部３０ａは、像６上の定点ＰＡに対応する。光収束部３０ａの各位置からの光線は、定点ＰＡに収束する。したがって、光収束部３０ａからの光の波面は、定点ＰＡから発するような光の波面となる。光収束部３０ｂは、像６上の定点ＰＢに対応する。光収束部３０ｂからの各位置からの光線は、定点ＰＢに収束する。このように、任意の光収束部３０の各位置からの光線は、光収束部３０に対応する定点に実質的に収束する。これにより、任意の光収束部３０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。各光収束部３０が対応する定点は互いに異なり、光収束部３０にそれぞれ対応する複数の定点の集まりによって、空間上に認識される像６が形成される。このようにして、表示装置１０は空間上に立体像を投影する。なお、一例として、像６は、線で描かれる像であり、像６を描く線は、光収束部３０にそれぞれ対応する複数の定点の集まりによって実質的に形成される。
　本実施形態において、光収束部３０のそれぞれは、ｘ軸方向に実質的に連続して形成された多数の反射面を含む。任意の光収束部３０がそれぞれの有する反射面の反射光は、光収束部３０に対応する定点に収束する。例えば、光収束部３０ａが有する複数の反射面のそれぞれによる複数の反射光の光線は、定点ＰＡに収束する。また、光収束部３０ｂが有する複数の反射面のそれぞれによる複数の反射光の光線は、定点ＰＢに収束する。また、光収束部３０ｃが有する複数の反射面のそれぞれによる複数の反射光の光線は、定点ＰＣに収束する。
　ｘｙ面内において、導光板７０によって導かれて導光板７０内の各位置を通過する光束は、導光板７０内の各位置と光源とを結ぶ方向を中心として、所定値より小さい広がり角を持つ。光収束部３０が光源から離れた位置に設けられている場合、導光板７０によって導かれて光収束部３０に入射する光は、概ねｙ軸方向を中心とする広がりの小さい光になる。したがって、例えば定点ＰＡを含みｘｚ平面に平行な面では、光収束部３０ａからの光は実質的に１つの定点に収束する。なお、本明細書において、導光板内外の点を通過する光束の広がりとは、当該光束がその点から発散する光とみなした場合の光の広がりのことをいう。また、導光板内外の点を通過する光束の広がりのことを、単に光の広がりと呼ぶ場合がある。
　なお、光収束部３０に入射する光にｚ方向に広がりがある場合、光収束部３０からの光は、空間上の定点を含む、ｙ軸に沿う線上に収束する。しかし、実施形態を分かり易く説明することを目的として、ｘｚ面内における光の収束に注目し、光収束部３０からの光が定点に収束するとして説明する場合がある。
　このように、光収束部３０は、出射面７１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。そして、光収束部３０のそれぞれは、導光板７０によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点に実質的に収束する方向の出射光を出射面７１から出射させる。なお、定点が導光板７０の背面７２側の場合は、出射光は、定点から発散する方向の光となる。したがって、定点が導光板７０の背面７２側の場合、光収束部３０が有する反射面は、空間上の１つの収束点から実質的に発散する方向の出射光を出射面７１から出射させる。なお、後述するように、光収束部３０は、それぞれフレネルレンズの一部により形成されてよい。
　表示装置１０は、出射面７１及び背面７２の角度差がある状態で使用される。例えば、導光板７０の領域８１は、領域８２に対して０より大きい角度差がある。また、導光板７０の領域８２は、領域８３に対して０より大きい角度差がある。領域８１、領域８２及び領域８３は、導光板７０が光を導光する導光方向に異なる位置の領域である。領域８１は領域８２に隣接し、領域８２は領域８３に隣接する。光収束部３０ａは、領域８１に設けられる。光収束部３０ｂは、領域８２に設けられる。光収束部３０ｃは領域８３に設けられる。表示装置１０は、領域毎に角度差がある状態で使用された場合に望ましい像６を形成できるよう、光収束部３０の出射角が定められている。
　図２は、表示装置１０の各領域が互いに角度差が無い状態で表示装置１０が形成する像を概略的に示す。図２では、領域８１及び領域８２の一部の光収束部３０のみを示す。なお、領域８１及び領域８２の一部の光収束部３０のみを示す。
　領域８１には、光収束部３０ａ、光収束部３０ｄ及び光収束部３０ｅを含む複数の光収束部３０が設けられる。光収束部３０ａの出射光、光収束部３０ｄの出射光及び光収束部３０ｅの出射光はいずれも、出射面７１に対して角度αをなす。なお、角度αは、導光板７０の導光方向に平行であり出射面７１に垂直な面に投影した場合の角度である。また、角度αは、光収束部３０のそれぞれによる出射光を構成する複数の交線が出射面７１に対してなす角度の最大値でもある。領域８１に設けられている他の光収束部３０も同様に、出射光はいずれも出射面７１に対して角度αをなす。領域８１に設けられている光収束部３０の出射光は、像２０６ａを形成する。像２０６ａは、像６の部分像に対応する。
　領域８２には、光収束部３０ｂ、光収束部３０ｆ及び光収束部３０ｇを含む複数の光収束部３０が設けられる。光収束部３０ｂの出射光、光収束部３０ｆの出射光及び光収束部３０ｇの出射光はいずれも、出射面７１に対して角度θをなす。なお、角度θは、導光板７０の導光方向に平行であり出射面７１に垂直な面に投影した場合の角度である。また、角度θは、光収束部３０による出射光を構成する複数の交線が出射面７１に対してなす角度の最大値でもある。領域８２に設けられている他の光収束部３０も同様に、出射光はいずれも出射面７１に対して角度θをなす。ここで、θは、αとは異なる。領域８２に設けられている光収束部３０の出射光は、像２０６ｂを形成する。像２０６ｂは、像６の部分像に対応する。
　図２に示されるように、領域８１に設けられた光収束部３０の出射光による像２０６ａは、領域８２に設けられた光収束部３０の出射光による像２０６ｂとは連続していない。このように、領域８１と領域８２との間で、光収束部３０の出射角が不連続になっている。すなわち、領域８１と領域８２との間で、光収束部３０が有する反射面の角度が不連続になっている。そのため、表示装置１０の各領域が互いに角度差が無い状態では、領域８１に設けられた光収束部３０及び領域８２に設けられた光収束部３０は、連続した像を形成しない。
　図３は、領域８２が領域８１に対して予め定められた角度差βを持つ状態で表示装置１０が形成する像を概略的に示す。図２に示されるように、領域８１に設けられた光収束部３０の出射光による像２０６ａは、領域８２に設けられた光収束部３０の出射光による像２０６ｂと繋がる。このように、領域８２が領域８１に対して予め定められた角度差βをなす場合に、像２０６ａ及び像２０６ｂが連続した像を形成するべく、領域８１に設けられた光収束部３０の出射角α及び領域８２に設けられた光収束部３０の出射角θが設計されている。
　図４は、表示装置１０の領域８１及び領域８２を拡大して示す。図４に示されるように、領域８２に設けられた光収束部３０からの出射光の出射角θは、α－βに一致するように定められる。具体的には、領域８１に設けられた光収束部３０の反射面が背面７２となす角度をφ１とし、領域８２に設けられた光収束部３０の反射面が背面７２となす角度をφ２とすると、φ１とφ２との差がβに一致するように、領域８２に設ける光収束部３０の反射面の角度を定める。
　なお、像６が一定の輝度を持つ場合、像２０６ａと像２０６ｂとの境界で輝度が不連続にならないようにする必要がある。そのため、領域８１に設けられる光収束部３０の反射面の面積と、領域８２に設けられる光収束部３０の反射面の面積は、光収束部３０からそれぞれ出射される光の光度が略同一になるように定められることが望ましい。例えば、光収束部３０からそれぞれ出射される光の光度が略同一になるよう、各光収束部３０の反射面の高さｈ又は反射面の幅ｗが、各光収束部３０の反射面と背面７２とがなす角度に基づいて定められてよい。領域８１に設けられた光収束部３０の高さｈ又は幅ｗは、互いに等しくてよい。また、領域８２に設けられた光収束部３０の高さｈ又は幅ｗは、互いに等しくてよい。しかし、各光収束部３０の反射面の高さｈ又は幅ｗは、領域８１に設けられた光収束部３０と領域８２に設けられた光収束部３０との間で異なってよい。
　図５は、表示装置１０を改札機に利用した場合の利用例を概略的に示す。図５は、改札機システム７５０の全体を示す概略的な斜視図である。改札機システム７５０は、表示装置１０を備える光システムの一例である。
　改札機システム７５０は、改札機本体７５２と、表示装置１０とを備える。改札機本体７５２は、通信部７０１と表示部７０２とを有する。通信部７０１及び表示部７０２は、ユーザインタフェース部の一例であり、ユーザと改札機本体７５２との間のインタフェースを提供する。
　通信部７０１は、近接通信を利用して、ユーザが所持する非接触型通信デバイスと通信する。通信部７０１は、近接通信によって非接触型通信デバイスと通信する。非接触型通信デバイスとしては、ＩＣカード乗車券等のＩＣカード、非接触型通信機能を持つ携帯電話等を例示できる。表示部７０２は、ユーザに情報を表示する。例えば、表示部７０２は、非接触型通信デバイスに記憶されている電子マネーの残高等を表示する。
　表示装置１０は、通信部７０１上に設けられる。表示装置１０による像６は、通信部７０１の位置をユーザに提示する。像６は、ユーザからは、通信部７０１の上方の空間に位置するように認識される。図５に示されるように、表示装置１０によれば、通信部７０１の上方の空間に認識される像６を形成できる。また、表示装置１０は全体として透明であるので、ユーザは、通信部７０１上のマークをユーザが視認することができる。
　通信部７０１が設けられた面７８１は、面７８１に隣接する面７８２に対して角度差βをなす。また、面７８２は、面７８２に隣接する面７８３に対して角度差－βを有する。面７８１は、面７８３と角度差を有しない。ここで、表示装置１０は、導光板７０の領域８１が面７８１上に載置され、導光板７０の領域８２が面７８２上に載置され、導光板７０の領域８３が面７８３上に載置されるように、改札機本体７５２上に設置される。これにより、望ましい像６を通信部７０１上に形成できる。
　なお、表示装置１０と同様の構成の表示装置を表示部７０２上に設けることによって、表示部７０２の位置をユーザに示す像を、表示部７０２上の空間に形成してもよい。
　図６は、光収束部３０の変形例としての光収束部１３０及び光収束部１３２を概略的に示す。図６（ａ）は、フレネルレンズの一部により形成された１つの光収束部１３０を概略的に示す。なお、フレネルレンズとして機能する光収束部１３０の複数の屈折面（プリズム面）の間には、隙間が設けられてよい。
　図６（ｂ）に示す光収束部１３２は、光収束部１３０を、ｘ軸方向に沿って複数の部分１４０ａ、部分１４０ｂ、部分１４０ｃ、部分１４０ｄ、部分１４０ｅ、部分１４０ｆ、部分１４０ｇ及び部分１４０ｈに分割したものに対応する。光収束部１３２の各部分１４０のそれぞれからの光は、同一の定点に収束する。このように、光収束部を複数の部分に分割することで、いわゆるブラックマトリックス効果が生じて、像のコントラストが高まる場合がある。なお、反射面やフレネルレンズの他に、光収束部３０として回折格子を用いてもよい。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
　請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
６　像
１０　表示装置
２０　光源
３０　光収束部
７０　導光板
７１　出射面
７２　背面
７３、７４、７５、７６　端面
１３０、１３２　光収束部
１４０　部分
１９０　線
７０１　通信部
７０２　表示部
７５０　改札機システム
７５２　改札機本体

Claims (11)

  1. 　光の出射面に平行な面内で光を導く導光板
    を備え、
    　前記導光板は、
    　第１領域に設けられ、前記導光板によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を前記出射面から出射させる光学面をそれぞれ有する複数の第１の光収束部と、
    　前記導光板の導光方向に沿って前記第１領域とは異なる第２領域に設けられ、前記導光板によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を前記出射面から出射させる光学面をそれぞれ有する複数の第２の光収束部と
    を有し、
    　前記収束点又は収束線は前記複数の第１の光収束部の間で互いに異なり、前記複数の第１の光収束部による複数の前記収束点又は収束線の集まりによって、空間上に第１の像が形成され、
    　前記収束点又は収束線は前記複数の第２の光収束部の間で互いに異なり、前記複数の第２の光収束部による複数の前記収束点又は収束線の集まりによって、空間上に第２の像が形成され、
    　前記複数の第１の光収束部のそれぞれによる出射光が前記出射面に対してなす角度は、前記導光板の導光方向に平行であり前記出射面に垂直な面に投影した場合に、第１の角度であり、
    　前記複数の第２の光収束部のそれぞれによる出射光が前記出射面に対してなす角度は、前記導光板の導光方向に平行であり前記出射面に垂直な面に投影した場合に、前記第１の角度とは異なる第２の角度である
    光デバイス。
  2. 　光の出射面に平行な面内で光を導く導光板
    を備え、
    　前記導光板は、
    　第１領域に設けられ、前記導光板によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を前記出射面から出射させる光学面をそれぞれ有する複数の第１の光収束部と、
    　前記導光板の導光方向に沿って前記第１領域とは異なる第２領域に設けられ、前記導光板によって導かれている光が入射し、空間上の１つの収束点又は収束線に実質的に収束する又は空間上の１つの収束点又は収束線から実質的に発散する方向の出射光を前記出射面から出射させる光学面をそれぞれ有する複数の第２の光収束部と
    を有し、
    　前記収束点又は収束線は前記複数の第１の光収束部の間で互いに異なり、前記複数の第１の光収束部による複数の前記収束点又は収束線の集まりによって、空間上に第１の像が形成され、
    　前記収束点又は収束線は前記複数の第２の光収束部の間で互いに異なり、前記複数の第２の光収束部による複数の前記収束点又は収束線の集まりによって、空間上に第２の像が形成され、
    　前記複数の第１の光収束部のそれぞれによる出射光を構成する複数の光線が前記出射面に対してなす角度の最大値は、第１の角度であり、
    　前記複数の第２の光収束部のそれぞれによる出射光を構成する複数の光線が前記出射面に対してなす角度の最大値は、前記第１の角度とは異なる第２の角度である
    光デバイス。
  3. 　前記導光板の前記第２領域は、前記導光板の前記第１領域に対して、前記第１の角度と前記第２の角度との差の角度差をなして設けられる
    請求項１又は２に記載の光デバイス。
  4. 　前記導光板の前記第２領域は、前記導光板の前記第１領域に対して、前記第１の角度と前記第２の角度との差の角度をなして設けられた場合に、前記第２の像は前記第１の像に連続する位置に形成される
    請求項１から３のいずれか一項に記載の光デバイス。
  5. 　前記複数の第１の光収束部及び前記複数の第２の光収束部がそれぞれ有する前記光学面は、入射した光を反射する反射面であり、
    　前記複数の第１の光収束部のそれぞれが有する反射面と、前記複数の第２の光収束部のそれぞれが有する反射面との角度差は、前記第１の角度と前記第２の角度との差に略一致する
    請求項１から４のいずれか１項に記載の光デバイス。
  6. 　前記複数の第１の光収束部及び前記複数の第２の光収束部がそれぞれ有する前記光学面は、入射した光を反射する反射面であり、
    　前記複数の第１の光収束部のそれぞれが有する反射面と、前記複数の第２の光収束部のそれぞれが有する反射面との角度差は、前記第１領域が載置される面と、前記第２領域が載置される面との角度差に略一致する
    請求項１から５のいずれか１項に記載の光デバイス。
  7. 　前記複数の第１の光収束部がそれぞれ有する前記光学面の面積は、前記複数の第２の光収束部がそれぞれ有する前記光学面の面積は、前記複数の第１の光収束部及び前記複数の第２の光収束部からそれぞれ出射される光の光度が略同一になるように定められる
    請求項１から６のいずれか１項に記載の光デバイス。
  8. 　前記複数の第１の光収束部及び前記複数の第２の光収束部は、前記出射面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
    請求項１から７のいずれか１項に記載の光デバイス。
  9. 　請求項１から８のいずれか１項に記載の光デバイスと、
    　第１の面とは異なる第２の面に位置するユーザインタフェース部と
    を備え、
    　前記第１領域は前記第１の面上に載置され、前記第２領域は前記第２の面上に載置される
    光システム。
  10. 　前記第１の像及び前記第２の像は、前記ユーザインタフェース部の位置をユーザに示す１つの像を形成する
    請求項９に記載の光システム。
  11. 　請求項９又は１０に記載の光システム
    を備える改札機。
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