(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024162508
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】光学部材
(51)【国際特許分類】
G02B 5/00 20060101AFI20241114BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20241114BHJP
【FI】
G02B5/00 Z
F21S2/00 435
F21S2/00 434
F21S2/00 433
F21S2/00 440
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023078070
(22)【出願日】2023-05-10
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110001128
【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】辻 真俊
(72)【発明者】
【氏名】舘 鋼次郎
(72)【発明者】
【氏名】安藤 浩
(72)【発明者】
【氏名】劉 恒
【テーマコード(参考)】
2H042
3K244
【Fターム(参考)】
2H042AA02
2H042AA03
2H042AA06
3K244BA48
3K244BA50
3K244CA03
3K244EA02
3K244EA12
3K244EA34
3K244EB01
3K244EC02
3K244EC08
3K244EC13
3K244EC23
3K244GA01
3K244LA07
(57)【要約】
【課題】ハーフミラーレス構造としつつも、射出面側からの外光によるノイズが低減された光学部材を提供する。
【解決手段】導光体2は、光透過性材料で構成され、外景光が入射する入射面2aと、複数の突起状のプリズム部3、5が連続して繰り返し配列されてなり、入射面2aに交差する方向に延設される射出部2bと、射出部2bと対向する平滑面2cとを備える。導光体2は、射出部2bと平滑面2cとの間に位置する内部に、互いに離れて同一平面上に配置される複数の反射層4とを有する。複数の反射層4は、平滑面2cと向き合う面が反射面である。反射面4aで反射された入射光の平滑面2cに対する入射角をφ
1とし、導光体2の屈折率をn
1とし、導光体2に接する媒質の屈折率をn
0として、導光体2は、sinφ
1>n
0/n
1を満たす。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外景光を内部で反射させて導光する光学部材であって、
前記外景光が入射する入射面(2a)と、複数の突起状のプリズム部(3、5)が連続して繰り返し配列されてなり、前記入射面に交差する方向に延設される射出部(2b)と、前記射出部と対向する平滑面(2c)と、前記射出部と前記平滑面との間において互いに離れて同一平面上に配置される複数の反射層(4)とを有してなり、光透過性材料により構成される導光体(2)を備え、
複数の前記反射層は、前記導光体の内部に配置されるとともに、前記平滑面と向き合う面である反射面(4a)が前記平滑面と平行であり、
複数の前記プリズム部は、前記入射面と平行な面である射出面(3a、5a)を有し、
前記反射面は、前記入射面からの入射光を前記平滑面の側に反射し、
前記反射面で反射された前記入射光の前記平滑面に対する入射角をφ1とし、前記導光体の屈折率をn1とし、前記導光体に接する媒質の屈折率をn0として、前記導光体は、sinφ1>n0/n1を満たす、光学部材。
【請求項2】
前記導光体は、単一部材である、請求項1に記載の光学部材。
【請求項3】
前記導光体は、前記平滑面を有する光透過性のある導光部(21)と、前記射出部を有する光透過性のあるプリズムシート(23)と、前記導光部と前記プリズムシートとを接着する光透過性のある透明層(22)とによりなる、請求項1に記載の光学部材。
【請求項4】
前記導光部の屈折率をn1とし、前記透明層の屈折率をn3とし、前記プリズムシートの屈折率をn4とし、前記導光部から前記透明層に入射する光の進む方向と前記平滑面に対する法線方向とのなす角度をφ2として、
前記導光体は、sinφ1≦n3/n1、およびsinφ2≦n4/n3を満たす、請求項3に記載の光学部材。
【請求項5】
前記導光体は、前記入射面と対向配置された終端面(2e)を有し、
前記平滑面に沿って、前記入射面から前記終端面に向かう方向を導光方向(D2)として、複数の前記反射層は、前記導光方向における幅(Wr)が、前記導光方向において隣接する複数の前記反射層のピッチ(P2)よりも小さい、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の光学部材。
【請求項6】
複数の前記プリズム部は、前記射出面と、前記射出面に隣接する隣接面(3b、5b)とを有し、
前記隣接面は、外部からの光を前記導光体の内部に入射することを遮る、光吸収性または光拡散性の遮光部(6)により覆われている、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の光学部材。
【請求項7】
前記導光体は、前記入射面と対向配置された終端面(2e)を有し、
前記平滑面に対する法線方向に沿った方向を厚み方向(D1)とし、前記平滑面に沿って、前記入射面から前記終端面に向かう方向を導光方向(D2)とし、
複数の前記プリズム部のうち前記入射面の側の端部に位置する前記プリズム部を入射端プリズム部(31)とし、前記入射端プリズム部の前記射出面から射出される射出光のうち前記射出部の側に位置するユーザの目に入射する光を第1射出光とし、前記入射光のうち前記第1射出光として射出される光の前記厚み方向に対する角度をφhとし、
複数の前記プリズム部のうち前記導光方向の中心に位置する前記プリズム部を中心プリズム部(32)とし、前記中心プリズム部の前記射出面から射出される射出光のうち前記ユーザの目に入射する光を第2射出光とし、
前記射出面のなす平面に沿った幅であって、前記導光体の側の根元から先端までの幅をW1とし、
前記射出面の前記厚み方向に対する傾斜角度をψとし、
前記中心プリズム部の前記射出面のうち前記第2射出光が通る点である中点(Pb)と、複数の前記反射層のうち前記射出部の側の面(4b)との前記厚み方向における距離をLとして、
前記導光体は、W1≧2L(1-tanφ1/tanφh)/cosψを満たす、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の光学部材。
【請求項8】
前記中点を第一の中点とし、複数の前記反射層のうち隣接する2つの前記反射層の前記導光方向における中間に位置する点を第二の中点(Pa)とし、前記第一の中点と前記第二の中点との前記導光方向における距離をHとして、
前記導光体は、Hが(Ltanφ1)±0.1mmの範囲内である、請求項7に記載の光学部材。
【請求項9】
複数の前記反射層は、前記導光体よりも低屈折率n2の材料または空気が充填された空洞層で構成されており、
前記導光体は、sinφ1>n2/n1またはsinφ1>1/n1を満たす、請求項2に記載の光学部材。
【請求項10】
複数の前記反射層は、前記導光部よりも低屈折率n2の材料または空気が充填された空洞層で構成されるとともに、前記導光部に形成され、
前記導光体は、sinφ1>n2/n1またはsinφ1>1/n1を満たす、請求項4に記載の光学部材。
【請求項11】
複数の前記反射層は、前記透明層よりも低屈折率n2の材料または空気が充填された空洞層で構成されるとともに、前記透明層に形成され、
前記導光体は、sinφ1>n2/n3またはsinφ1>1/n3を満たす、請求項4に記載の光学部材。
【請求項12】
複数の前記反射層は、前記プリズムシートよりも低屈折率n2の材料または空気が充填された空洞層で構成されるとともに、前記プリズムシートに形成され、
前記導光体は、sinφ1>n2/n4またはsinφ1>1/n4を満たす、請求項4に記載の光学部材。
【請求項13】
複数の前記反射層は、金属材料で構成されている、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の光学部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、入射面から入射した光の一部を内部で反射させ、入射した光およびその反射光を入射面とは異なる面から外部に射出する光学部材に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の光学部材としては、例えば特許文献1に記載のものが挙げられる。特許文献1に記載の光学部材は、透光性の導光体で構成され、導光体の入射面から入射した外光の一部が内部で全反射により導光されるとともに、入射面とは異なる射出面から外部に射出されることで、射出面側にいるユーザに死角の外景を視認させる。これにより、射出面側に導光体とは異なる反射性材料で構成されたハーフミラーが不要なハーフミラーレス構造となり、導光体内部における導光での外光の吸収による損失が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の光学部材は、射出面が導光体内部の導光を外部に射出する突起状のプリズム部と導光を全反射する反射面である平坦面とにより構成されており、平坦面では全反射により導光を反射する。この光学部材は、平坦面から外光が入射すると、当該外光がプリズム部から射出される光に重畳し、ノイズが生じるおそれがある。しかしながら、この光学部材は、平坦面における全反射の条件を満たす構成とする必要があり、平坦面を遮光膜で覆うことができない。
【0005】
本発明は、上記の点に鑑み、ハーフミラーレス構造としつつも、射出面側からの外光によるノイズが低減された光学部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の光学部材は、外景光を内部で反射させて導光する光学部材であって、外景光が入射する入射面(2a)と、複数の突起状のプリズム部(3、5)が連続して繰り返し配列されてなり、入射面に交差する方向に延設される射出部(2b)と、射出部と対向する平滑面(2c)と、射出部と平滑面との間において互いに離れて同一平面上に配置される複数の反射層(4)とを有してなり、光透過性材料により構成される導光体(2)を備え、複数の反射層は、導光体の内部に配置されるとともに、平滑面と向き合う面である反射面(4a)が平滑面と平行であり、複数のプリズム部は、入射面と平行な面である射出面(3a、5a)を有し、反射面は、入射面からの入射光を平滑面の側に反射し、反射面で反射された入射光の平滑面に対する入射角をφ1とし、導光体の屈折率をn1とし、導光体に接する媒質の屈折率をn0として、導光体は、sinφ1>n0/n1を満たす。
【0007】
これによれば、入射面、射出部および平滑面を有し、射出部と平滑面との間に複数の反射層が配置された導光体を備え、射出部が複数の突起状のプリズム部が連続して繰り返し配列された構成とされた光学部材となる。この光学部材は、入射面から外景光が導光体内部に入射して入射光となり、入射光の一部が射出部に向かうとともに、入射光の残部が反射層で反射されて平滑面に向かい、反射層からの光が平滑面で全反射され、反射層または射出部に向かう構成となっている。つまり、この光学部材は、入射光の一部が反射層と平滑面との間で繰り返し反射されるため、射出部に反射面を設ける必要がなく、射出部が複数のプリズム部のみで構成されたハーフミラーレス構造となる。また、この光学部材は、プリズム部が平滑面に対して平行な面を有しないため、射出部から外光が導光体に入射したとしても、当該外光が射出面からの射出光に重畳しにくくなり、当該外光によるノイズが低減される。
【0008】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】第1実施形態の光学部材を示す断面図である。
【
図2】
図1の光学部材における導光の説明図である。
【
図3】射出部側に位置する視認者の目への射出光の角度分布を示す図である。
【
図4】反射層間の中点と射出面の中点との関係および射出面の幅についての説明図である。
【
図5】比較例の光学部材および射出部側からの外光に起因するノイズについての説明図である。
【
図6】第1実施形態の光学部材の変形例を示す断面図である。
【
図7】第2実施形態の光学部材を示す断面図である。
【
図8】第2実施形態の光学部材の第1変形例を示す断面図である。
【
図9】第2実施形態の光学部材の第2変形例を示す断面図である。
【
図10】第2実施形態の光学部材の第3変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【0011】
(第1実施形態)
第1実施形態の光学部材1について、図面を参照して説明する。本実施形態の光学部材1は、例えば、ユーザの視界を遮り、死角を生じさせる部材や障害物等に取り付けられ、当該死角の領域の光景を当該ユーザに視認させる死角補助装置として用いられうる。光学部材1は、例えば、車載用途の場合には、搭載される車両のピラーなどに取り付けられ、当該ピラーにより死角になる領域からの外景光をユーザの側に導光し、死角領域の光景をユーザに視認させる。
【0012】
本実施形態の光学部材1は、例えば
図1に示すように、透光性材料によりなる導光体2で構成され、入射面2aと、射出部2bと、平滑面2cと、接続面2dと、終端面2eと、導光体2の内部において互いに離れて配置された複数の反射層4とを備える。光学部材1は、平滑面2cおよび接続面2dが図示しない他の部材と対向するように取り付けられ、入射面2aから外光を内部に入射させ、当該外光の一部を反射層4および平滑面2cで反射させ、当該外光の残部が射出部2bに直接入射する構成となっている。光学部材1は、例えば、入射面2aから外光を導光体2の内部で導光させ、射出部2bおよび終端面2eから外部に射出することで、射出部2b側にいるユーザに光学部材1が取り付けられる他部材による死角領域の外景を視認させる。
【0013】
以下、説明の便宜上、
図2に示すように、入射面2aに入射する外光を「外景光L1」と称し、入射面2aから導光体2の内部に入射した光を「入射光L2」と称し、射出面3a、5aまたは終端面2eから外部に射出される光を「射出光L3」と称する。また、光学部材1のうち平滑面2cに対する法線方向に沿った方向であって、射出部2bと平滑面2cとを繋ぐ方向を「厚み方向D1」と称し、厚み方向D1に対して直交する方向であって、入射面2aから終端面2eに向かう方向を「導光方向D2」と称する。
【0014】
導光体2は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレン、アクリル等の樹脂材料やガラスなどの光透過性材料からなる略板状の単一部材である。導光体2は、例えば
図2に示すように、入射面2aからの入射光L2の一部が射出部2bに入射するとともに、入射光L2の残部が反射層4で反射し、反射層4での反射光が平滑面2cに向かう構成となっている。そして、導光体2は、反射層4で反射された入射光L2が少なくとも平滑面2cで全反射し、内部で導光されるように設計されている。具体的には、導光体2は、その構成材料の屈折率をn
1とし、導光体2の外部媒質の屈折率をn
0(例えば空気層の場合、n
0=1)とし、入射光L2の平滑面2cに対する入射角度をφ
1として、以下の(1)式を満たす設計となっている。
【0015】
sinφ1>n0/n1・・・(1)
これにより、導光体2は、ハーフミラーを有さずとも、入射光L2の一部が反射層4と平滑面2cとの間で繰り返し反射され、入射光L2が第1プリズム部3の射出面3a、第2プリズム部5の射出面5aまたは終端面2eから外部に射出される。
【0016】
入射面2aは、
図2に示すように、外景光L1を内部に入射させる面である。入射面2aは、射出部2bに隣接するとともに、射出部2bおよび平滑面2cに交差する方向に沿った面となっている。入射面2aは、厚み方向D1に対する傾斜角度がψで傾斜した傾斜面となっている。入射面2aは、例えば
図2に示すように、外景光L1の厚み方向D1に対する角度を入射角θとし、入射光L2の厚み方向D1に対する角度を導光角φとして、ψが導光角φよりも小さくなっている。このとき、屈折の条件よりψ<π/2-φであれば、入射光L2は、導光角φが外景光L1の入射角θよりも大きくなる方向に屈折し、射出部2bのより広い範囲に導光されることとなる。
【0017】
射出部2bは、例えば、断面視にて、三角形状の突起である複数の第1プリズム部3および複数の第2プリズム部5により構成されている。射出部2bは、入射面2aと隣接し、かつ交差する位置に形成されるとともに、第1プリズム部3が連続して繰り返し配列されてなる第1領域2baと、第2プリズム部5が連続して繰り返し配列されてなる第2領域2bbとを有してなる。射出部2bは、入射面2a側が第1領域2ba、終端面2e側が第2領域2bbとなっている。
【0018】
第1プリズム部3および第2プリズム部5は、例えば、厚み方向D1における高さが略同一であるとともに、導光方向D2における幅が異なっている。第1プリズム部3は、入射面2aと平行な面であって、入射光L2の一部を外部に射出する射出面3aと、射出面3aに隣接する隣接面3bとを有してなり、第2プリズム部5よりも導光方向D2における幅が大きくされている。第2プリズム部5は、入射面2aと平行な面であって、入射光L2の一部を外部に射出する射出面5aと、射出面5aに隣接する隣接面5bとを有してなり、隣接面5bが隣接面3bよりも導光方向D2における幅が小さくされている。言い換えると、第2領域2bbは、導光方向D2において射出面が占める割合、すなわち外部への光射出率が第1領域2baよりも大きくなっている。これにより、導光方向D2における射出光L3の光量の減衰が抑制され、射出部2bにおける輝度ムラを抑制できる。
【0019】
なお、射出面3a、5aは、射出光L3が視認者であるユーザの目に届くように、後述する縦幅W1が所定の条件を満たすとともに、入射光L2が反射層4により不必要に妨げられないように、反射層4との配置関係が所定の条件を満たす構成とされている。この詳細については、後述する。
【0020】
複数の反射層4は、導光体2の内部において、導光方向D2に沿って互いに所定の間隔で離れて形成されている。複数の反射層4は、例えば、第1領域2baにおいて、入射面2aおよび平滑面2cと、射出部2bとの間に配置され、平滑面2c側の面が入射光L2の一部を反射する反射面4aとなっている。反射面4aは、例えば、平滑面2cと略平行になっている。略平行とは、完全に平行な場合に加えて、加工誤差などにより不可避のわずかな差があるものの、ほぼ平行である場合を含む。複数の反射層4は、例えば
図2に示すように、それぞれの反射面4aが同一平面上に位置しつつ、第2領域2bbへの入射光L2を妨げないように、第2領域2bbおよびこの近傍には配置されていない。
【0021】
隣接する第1プリズム部3同士の導光方向D2におけるピッチ間隔をP1とし、隣接する反射層4同士の導光方向D2におけるピッチ間隔をP2として、複数の反射層4は、P2がP1と略同一となっている。略同一とは、完全同一の場合に加え、加工誤差などにより不可避のわずかな差があるものの、ほぼ同一である場合を含む。1つの反射層4の導光方向D2における幅をWrとして、複数の反射層4は、Wr<P2となっている。
【0022】
複数の反射層4は、例えば、導光体2の構成材料の屈折率n1よりも低屈折率n2の低屈折率材料、もしくは空気が充填された空洞層、あるいは導光体2の構成材料とは異なる反射性材料により構成される。
【0023】
低屈折率材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素を含むフッ素系樹脂材料などが挙げられる。低屈折率材料は、sinφ1>n2/n1の全反射条件を満たすものであればよく、上記の例に限定されない。この全反射条件を満たす場合、導光角φ1の入射光L2が全反射により平滑面2c側に反射されることとなり、低屈折率材料と導光体2との界面が反射面4aとして機能する。
【0024】
導光体2の構成材料の屈折率n1が1よりも大きい場合、反射層4は、屈折率1の空気が充填される空洞層とされてもよい。この場合、反射層4に入射する導光角φ1の入射光L2は、sinφ1>1/n1を満たすため、全反射により平滑面2c側に反射されることとなる。
【0025】
反射性材料としては、例えば、銀、アルミニウム、クロムなどの可視光反射率が所定以上の金属材料などが挙げられるが、これらに限定されない。
【0026】
平滑面2cは、射出部2bと対向配置された面であって、1つの平坦な面である。平滑面2cは、入射光L2のうち反射層4で反射した光を全反射により射出部2b側に反射する。平滑面2cは、反射層4と対をなす面であり、入射光L2の一部を平滑面2cと反射層4との間で繰り返し反射させ、入射光L2を射出部2bの全域に入射させる。
【0027】
接続面2dは、入射面2aと平滑面2cとを繋ぐ面であって、平滑面2cよりも突出した面となっている。言い換えると、入射面2aおよび接続面2dは、断面視にて、1つの大きな突起状のプリズム部を構成するものである。接続面2dは、例えば、入射面2aからの入射光L2が射出部2bに向かう際の妨げとならないように、厚み方向D1に対して所定の傾斜で傾斜した1つの平坦な傾斜面となっている。接続面2dは、入射面2aからの入射光L2が射出部2bに向かう際の妨げとならない形状であればよく、2つ以上の平面を有する多角面であってもよいし、湾曲した1つの湾曲面であってもよく、その形状については任意である。
【0028】
終端面2eは、射出部2bと平滑面2cとを繋ぐ面である。終端面2eは、例えば、第2プリズム部5の射出面5aとともに1つの平坦面をなす面形状とされ、導光方向D2における最後の射出面として機能する。
【0029】
なお、導光体2のうち
図1の紙面平面に対する垂直方向における両端に位置する外表面、すなわち入射面2a、射出部2b、平滑面2c、接続面2dおよび終端面2eを繋ぐ側面は、光学的に寄与しない面であるため、その構成については任意である。例えば、導光体2の側面は、他の材料で覆われずに外部に露出していてもよいし、図示しない光吸収膜等で覆うなどの任意の方法により外部からの光を導光体2の内部に侵入させない構成であってもよい。
【0030】
以上が、光学部材1の基本的な構成である。導光体2は、例えば、厚み方向D1において複数の反射層4よりも平滑面2c側の上半分を図示しない金型を用いた公知の樹脂成形法により形成した後、図示しない金型を変えて残りの下半分を公知の樹脂成型法により形成することにより得ることができる。導光体2は、例えば、反射層4をフッ素系樹脂材料などの低屈折率材料で構成する場合、予め成形加工された低屈折率材料を用意し、前述の一段階目の樹脂成形工程後、用意した低屈折率材料を図示しない金型に投入し、二段階目の樹脂成形を行うことで得られる。導光体2は、例えば、反射層4を空洞層で構成する場合には前述の二段階の樹脂成形工程の一方において凹部を形成し、他方の工程において当該凹部を残して空洞を形成することにより得られる。導光体2は、例えば、反射層4を金属材料などの反射性材料で構成する場合には、前述の二段階の樹脂成形工程の間にスパッタリングなどの反射層4の成膜工程を挟むことにより得られる。
【0031】
〔射出面と反射層との関係〕
次に、射出面3aの縦幅W1について説明する。
【0032】
光学部材1は、例えば
図3に示すように、射出部2b側に位置するユーザ、すなわち視認者の目に射出光L3を視認させることにより、光学部材1が取り付けられる図示しない他部材により生じる死角領域を知覚させることができる。
【0033】
以下、説明の便宜上、射出部2bを構成する複数のプリズム部3、5のうち最も入射面2aに近いものを「入射端プリズム部31」と称し、入射端プリズム部31からの射出光L3を「第1射出光L31」と称する。また、複数のプリズム部3、5のうち導光方向D2における中心に位置するものを「中心プリズム部32」と称し、中心プリズム部32からの射出光L3を「第2射出光L32」と称する。また、最も終端面2eに近いプリズム部5を「終端プリズム部51」と称し、終端プリズム部51からの射出光L3を「第3射出光L33」と称する。
【0034】
光学部材1は、第1射出光L31から第3射出光L33までのすべての射出光L3が視認者の目に到達するように、第1プリズム部3の射出面3aにおける縦幅W1が設計されている。これにより、光学部材1は、射出部2bの全域において外景を視認者に知覚させることができる。
【0035】
具体的には、第1プリズム部3は、例えば
図4に示すように、射出面3aのなす平面に沿った方向であって、導光体2側の根元と頂点とを繋ぐ方向における幅を縦幅W1として、縦幅W1が以下の(2)式を満たす設計となっている。
【0036】
W1≧2L(1-tanφ
i/tanφ
h)/cosψ・・・(2)
(2)式におけるLとは、射出面3aにおける中点を中点Pbとして、複数の反射層4のうち射出部2b側の他面4bがなす平面と中点Pbとの厚み方向D1における距離である。(2)式におけるφ
iとは、
図3や
図4に示すように、中心プリズム部32からの第2射出光L32の進む方向と厚み方向D1とのなす角度をθ
iとして、角度θ
iの射出光L3として射出される入射光L2の導光体2内における導光角である。(2)式におけるφ
hとは、終端プリズム部51からの第3射出光L33の進む方向と厚み方向D1とのなす角度をθ
hとして、角度θ
hの射出光L3として射出される入射光L2の導光体2内における導光角である。また、以下、説明の便宜上、入射端プリズム部31からの第1射出光L31の進む方向と厚み方向D1とのなす角度をθ
lとし、角度θ
lの射出光L3として射出される入射光L2の導光体2内における導光角をφ
lとする。
【0037】
中点Pbとは、
図4に示すように、他面4bのなす平面上において、隣接する反射層4の導光方向D2における中心に位置する点を中点Paとして、中点Paを通る導光角φ
iの入射光L2に沿った仮想直線と射出面3aとの交点である。以下、区別のため、中点Paを「第一の中点Pa」、中点Pbを「第二の中点ba」、とそれぞれ称することがある。
【0038】
また、(2)式における右辺は、射出面3aのうち縦幅W1と同方向における所定の領域の幅W2である。幅W2は、第一の中点Paを通る導光角φlの入射光L2に沿った仮想直線と射出面3aとの交点から、第一の中点Paを通る導光角φhの入射光L2に沿った仮想直線と射出面3aとの交点までの幅である。
【0039】
第1プリズム部3の射出面3aは、上記の(2)式を満たす縦幅W1とされることにより、少なくとも角度θlから角度θhまでの射出光L3を外部に射出可能となり、視認者への外景の視認性を向上させることができる。
【0040】
続いて、射出面3aと反射層4との配置関係について説明する。
【0041】
第一の中点Paと第二の中点Pbとの導光方向D2における距離を水平距離Hとして、水平距離Hは、以下の(3)式で表される。
【0042】
H=Ltanφi・・・(3)
複数の反射層4は、水平距離Hのずれが±0.1mm以内となるように配置される。これにより、反射層4により入射光L2が不必要に遮られることが抑制され、反射層4に起因する第1領域2baにおける光の損失を低減し、射出光L3の光量を確保することができる。
【0043】
〔反射層による効果〕
次に、導光体2の内部に配置される反射層4による効果について、
図5に示す比較例の光学部材100と対比して説明する。なお、
図5では、見易くするため、後述する外光L4、並びに、外光L4に起因する入射光L5、射出光L6および反射光L7については破線で示している。
【0044】
比較例の光学部材100は、光透過性の材料で構成された導光体101と、導光体101の外表面の一部に形成された遮光膜103とによりなる。導光体101は、入射面101aと、入射面101aに対して交差する射出部101bと、入射面101aに隣接し、射出部101bと対向配置された平滑面101cと、射出部101bと平滑面101cとを繋ぐ終端面101dとを備える。射出部101bは、断面視にて、三角形状の突起であり、入射面101aに対して平行な射出面102aとこれに隣接する他面102bとを有するプリズム部102と、平滑面101cに対して平行な平坦部104とが交互に繰り返し配列されてなる。プリズム部102は、他面102bが光を吸収する遮光膜103で覆われている。比較例の光学部材100は、外景光L1を入射面101aから内部に入射させ、入射した入射光L2のうち平坦部104に到達したものを全反射で平滑面101cに反射させ、この反射光を平滑面101cで全反射により射出部101b側に反射する。比較例の光学部材100は、入射光L2のうちプリズム部102の射出面102aに到達したものを外部に射出する。比較例の光学部材100は、平坦部104および平滑面101cをミラーとして機能させたハーフミラーレス構造であり、導光体101の内部での入射光L2の反射における光の損失が低減される。
【0045】
しかしながら、比較例の光学部材100は、
図5に示すように、射出部101b側からの外光L4が平坦部104から導光体101に入射してしまう。このため、比較例の光学部材100は、平坦部104から入射した外光L4である入射光L5の一部が、平滑面101cで反射し、その反射光が平坦部104から射出光L6として射出される。また、外光L4の一部は、比較例の光学部材100では、平坦部104の外表面で反射され、反射光L7となる。このとき、例えば、外景光L1と同様の角度である入射角θの外光L4が平坦部104に入射すると、平坦部104からの射出光L6や反射光L7は、射出角度が射出光L3と同じθとなるため、視認者に視認され、ノイズとなってしまう。
【0046】
これに対して、本実施形態の光学部材1は、導光体2の内部に反射層4が配置されているため、射出部2bがプリズム部3、5のみで構成され、平坦部104に相当する面を有しない。そして、光学部材1は、隣接面3b、5bが導光方向D2に対して傾斜した傾斜面であるため、プリズム部3、5の隣接面3b、5bに外光L4が入射しても、射出角度θの射出光L6や反射光L7が生じにくい構造である。このため、光学部材1は、射出光L3と同じ射出角度θの射出光L6および反射光L7の光量が比較例の光学部材100に比べて低減され、ノイズが抑制される。
【0047】
本実施形態によれば、導光体2の内部に複数の反射層4を備え、射出部2bがプリズム部3、5のみにより構成されるため、射出部2b側からの外光が入射しても、入射面2aからの入射光L2が外部に射出された射出光L3に重畳する光量が低減される。このため、光学部材1は、全反射により入射光L2を内部で導光可能なハーフミラーレス構造でありつつも、射出部2b側からの外光によるノイズが低減される効果が得られる。
【0048】
(第1実施形態の変形例)
光学部材1は、例えば
図6に示すように、プリズム部3、5の隣接面3b、5bを覆う遮光部6を有していてもよい。遮光部6は、例えば、可視光を吸収する任意の材料で構成される光吸収膜、あるいは可視光を散乱させる光拡散膜とされる。遮光部6は、例えば、光吸収膜で構成される場合には、導光体2とは異なる光吸収性の黒色塗料等を塗布することにより形成される。遮光部6は、例えば、光散乱膜で構成される場合には、マイクロメートルオーダーの微小フィラーと樹脂材料とによりなる光拡散性材料等を塗布するか、隣接面3b、5bに粗面加工を施すことにより形成される。
【0049】
本変形例によっても、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。また、遮光部6を有することにより、射出部2b側からの外光L4が導光体2の内部に侵入することおよび隣接面3b、5bにおける外光L4の反射が抑制され、射出光L6および反射光L7の光量がより低減される効果も得られる。
【0050】
(第2実施形態)
第2実施形態の光学部材1について、
図7を参照して説明する。
【0051】
本実施形態の光学部材1は、導光体2が複数の部材により構成されている点で上記第1実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。
【0052】
導光体2は、本実施形態では、例えば
図7に示すように、導光部21と、透明層22と、プリズムシート23とを有してなる。
【0053】
導光部21は、例えば、複数の反射層4と、平滑面2cと、接続面2dとを有し、入射面2aおよび終端面2eの一部を構成する光透過性の部材である。導光部21は、例えば、平滑面2cとは反対側に位置する外表面に凹部または低屈折率材料もしくは光反射性材料で構成された複数の反射層4が形成されるとともに、当該外表面に透明層22が貼り付けられている。
【0054】
透明層22は、例えば、光透過性および接着性を有する任意の透光性材料で構成され、導光部21とプリズムシート23とを接着している。透明層22は、例えば、OCAやOCRなどの光学接着剤で構成される。OCA、OCRとは、それぞれ、Optical Clear Adhesion、Optical Clear Resinの略称である。透明層22は、構成材料の屈折率をn3として、以下の(4)式を満たす構成とされる。
【0055】
sinφ1≦n3/n1・・・(4)
これにより、導光部21からの入射光L2が、導光部21と透明層22との界面で全反射されることがなくなり、当該界面における光の損失を低減することができる。
【0056】
プリズムシート23は、例えば、複数の第1プリズム部3および第2プリズム部5のみで構成された射出部2bと、射出部2bとは反対側に位置する平坦面とを有するプリズムアレイである。プリズムシート23は、例えば、射出部2bと平坦面とを繋ぐ外表面の一部が、導光部21に透明層22を介して接着されることで、入射面2aおよび終端面2eの一部を構成する。プリズムシート23は、例えば、導光部21と同一材料、または同じ屈折率n1の透光性材料で構成されるが、これに限定されない。
【0057】
本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の効果が得られる光学部材1となる。また、導光体2が導光部21、透明層22およびプリズムシート23により構成され、これらを別々に形成して貼り合わせることで得られるため、複数の反射層4の形成が第1実施形態に比べて容易となり、製造が簡便になる効果も得られる。
【0058】
(第2実施形態の第1変形例)
光学部材1は、例えば
図8に示すように、プリズムシート23のうちプリズム部3、5の隣接面3b、5bに遮光部6が形成された構成であってもよい。
【0059】
本変形例によれば、上記第2実施形態の効果に加えて、上記第1実施形態の変形例の効果も得られる光学部材1となる。
【0060】
(第2実施形態の第2変形例)
光学部材1は、例えば
図9に示すように、複数の反射層4が導光部21ではなく、透明層22に形成された構成であってもよい。この場合において、複数の反射層4が空洞層または低屈折率材料で構成されるとき、透明層22は、以下の(5)式または(6)式を満たす構成とされる。
【0061】
sinφ
2>1/n
3・・・(5)
sinφ
2>n
2/n
3・・・(6)
(5)式および(6)式におけるφ
2とは、
図9に示すように、入射光L2のうち導光部21から透明層22に入射したものを入射光L21として、入射光L21の進む方向と厚み方向D1とのなす角度である。言い換えると、φ
2とは、反射層4の反射面4aに入射する入射光L21の導光角である。光学部材1は、複数の反射層4が空洞層で構成される場合には(5)式を満たし、低屈折率材料で構成される場合には(6)式を満たすように構成される。これにより、透明層22に形成された複数の反射層4は、反射面4aにおいて全反射により入射光L21を反射することができる。
【0062】
本変形例によっても、上記第2実施形態と同様の効果が得られる光学部材1となる。なお、本変形例において、プリズムシート23の隣接面3b、5bに遮光部6が形成されてもよい。
【0063】
(第2実施形態の第3変形例)
光学部材1は、例えば
図10に示すように、複数の反射層4が導光部21ではなく、プリズムシート23に形成された構成であってもよい。この場合において、複数の反射層4が空洞層または低屈折率材料で構成されるとき、プリズムシート23は、構成材料の屈折率をn
4として、以下の(7)式または(8)式を満たす構成とされる。
【0064】
sinφ
3>1/n
4・・・(7)
sinφ
3>n
2/n
4・・・(8)
(7)式および(8)式におけるφ
3とは、
図10に示すように、入射光L2のうち導光部21から透明層22を経由してプリズムシート23に入射したものを入射光L22として、入射光L22の進む方向と厚み方向D1とのなす角度である。言い換えると、φ
3とは、反射層4の反射面4aに入射する入射光L22の導光角である。光学部材1は、複数の反射層4が空洞層で構成される場合には(7)式を満たし、低屈折率材料で構成される場合には(8)式を満たすように構成される。これにより、プリズムシート23に形成された複数の反射層4は、反射面4aにおいて全反射により入射光L22を反射することができる。また、プリズムシート23は、本変形例では、例えば、上記第1実施形態の導光体2と同様に、図示しない型を変えた二段階の樹脂成形工程により形成されうる。
【0065】
本変形例によっても、上記第2実施形態と同様の効果が得られる光学部材1となる。なお、本変形例において、プリズムシート23の隣接面3b、5bに遮光部6が形成されてもよい。
【0066】
(他の実施形態)
(1)本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらの一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【0067】
(2)上記各実施形態およびその変形例では、複数の反射層4が断面視にて矩形形状である例について説明したが、これに限定されるものではない。複数の反射層4は、例えば
図11に示すように、断面視にて、台形形状や平行四辺形などの他の形状であってもよい。つまり、複数の反射層4は、少なくとも反射面4aが平滑面2cと略平行であって、入射光L2のうち射出部2bに向かうものを遮らない形状であればよく、その形状については上記した例に限られず、任意である。
【0068】
(3)なお、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0069】
2…導光体、2a…入射面、2b…射出部、2c…平滑面、2e…終端面、21…導光部
22…透明層、23…プリズムシート23、3…第1プリズム部
31…入射端プリズム部、3a…(第1プリズム部の)射出面
3b…(第1プリズム部の)隣接面、4…反射層、4a…反射面、4b…他面
5…第2プリズム部、5a…(第2プリズム部の)射出面
5b…(第2プリズム部の)隣接面、6…遮光部、D1…厚み方向、D2…導光方向
P2…反射層のピッチ、Pa…反射層間の中点、Pb…射出面の中点、Wr…反射層の幅