特開 2024-170004 光学部材

(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】P2024170004

(43)【公開日】2024-12-06

(54)【発明の名称】光学部材

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/00 20060101AFI20241129BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20241129BHJP

   G02B 5/04 20060101ALI20241129BHJP

   G02B 27/02 20060101ALN20241129BHJP

【ＦＩ】

G02B6/00 301

G02B5/00 Z

G02B5/04 A

G02B27/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023086909

(22)【出願日】2023-05-26

(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】安藤 浩

(72)【発明者】

【氏名】石原 和幸

【テーマコード（参考）】

2H038

2H042

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H038BA06

2H042AA02

2H042AA07

2H042AA21

2H199CA45

2H199CA48

2H199CA53

2H199CA54

2H199CA67

2H199CA86

(57)【要約】

【課題】ハーフミラーレス構造の光学部材にて、入射光の射出部分と反射部分との周期構造に起因するモアレを低減しつつ、射出部の外観性を向上する。
【解決手段】光学部材は、外景光が入射する入射面２ａと、複数のプリズム部３を有する射出部２ｂと、射出部と対向する平滑面２ｃと、入射面２ａとは反対側に位置する終端面２ｅとを有する導光体２を備える。平滑面２ｃは、入射面２ａからの入射光の一部を全反射により射出部２ｂ側に反射する。射出部２ｂは、プリズム部３同士の間隔が入射面２ａから終端面２ｅに向かうにつれて連続的に減少する。ピッチ間隔Ｐ１のプリズム部３で挟まれた反射面で反射した光が平滑面２ｃで反射され、一往復して到達したピッチ間隔Ｐ２のプリズム部３に入射した時の光のピッチ間隔の変化量をΔＰとして、導光体２は、Ｐ２＋ΔＰ＝Ｐ１を満たす。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外景光（Ｌ１）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）を有し、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、前記平滑面と対向する複数の反射面（４、５ａ）と、前記入射面とは反対側に位置し、前記射出部と前記平滑面とを繋ぐ終端面（２ｅ）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、
前記平滑面は、前記入射面からの入射光（Ｌ２）の一部を全反射により前記射出部の側に反射し、
前記射出部は、前記プリズム部が繰り返し配列されてなり、
前記プリズム部のピッチ間隔は、前記入射面から前記終端面に向けて連続的に小さくなっており、
複数の前記反射面は、前記入射面から前記終端面に向って互いに離れて配置されるとともに、配置の間隔が連続的に小さくなっており、
前記平滑面のなす１つの平面に沿った方向であって、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、隣接する２つの前記プリズム部のピッチ間隔をＰ１とし、前記反射面のうちピッチ間隔Ｐ１の２つの前記プリズム部の間に位置する部位で反射した前記入射光を特定反射光とし、前記特定反射光が次に入射する位置にある２つの隣接する前記プリズム部のピッチ間隔をＰ２とし、前記特定反射光が前記部位からピッチ間隔Ｐ２の２つの前記プリズム部に到達したときの光の前記導光方向におけるピッチの変化量をΔＰとして、前記導光体は、Ｐ２＋ΔＰ＝Ｐ１を満たす、光学部材。

【請求項2】

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、
前記射出部と前記平滑面との前記厚み方向における距離をＴとし、
前記入射面に入射する前記外景光の進む方向と前記厚み方向とのなす角度である入射角をθとし、
前記入射面の前記厚み方向に対する傾斜角度をψとし、
前記射出部の前記導光方向における中心に位置する１つの前記プリズム部から外部に射出された射出光（Ｌ３）であって、前記射出部の側に位置する視認者の目に入射する光を基準光線とし、
前記基準光線を射出する１つの前記プリズム部を基準プリズム部とし、前記基準プリズム部に対して前記導光方向とは反対方向において隣接する前記プリズム部を隣接プリズム部とし、
前記隣接プリズム部から外部に射出される射出光のうち前記視認者の目に入射する光と前記基準光線との角度差をΔθとし、
前記光透過性材料の屈折率をｎとし、
前記基準プリズム部と前記視認者の目との前記基準光線の射出方向における距離をＬとして、前記導光体は、以下の（１）式、（２）式を満たす、請求項１に記載の光学部材。
ΔＰ＝２Ｔ(１／ｔａｎ（ｓｉｎ^－１（ｓｉｎ（π／２－θ－ψ－Δθ）／ｎ）＋ψ）－１／ｔａｎ（ｓｉｎ^－１（ｓｉｎ（π／２－θ－ψ）／ｎ）＋ψ）)・・・（１）
Δθ＝ｔａｎ^－１（Ｐ２・ｃｏｓθ／（Ｌ＋Ｐ２・ｓｉｎθ））・・・（２）

【請求項3】

前記反射面は、複数の前記プリズム部の一部と交互に繰り返し配列されてなる複数の平坦部（４）であって、前記入射光の一部を全反射により前記平滑面の側に反射する、請求項１に記載の光学部材。

【請求項4】

前記反射面は、前記導光体の内部のうち前記射出部と前記平滑面との間に配置され、前記導光方向に沿って、互いに離れて繰り返し配列されてなる複数の反射層（５）のうち前記平滑面と向き合う面である、請求項１に記載の光学部材。

【請求項5】

複数の前記プリズム部のうち前記入射光の一部を外部に射出する射出面（３ａ）は、前記入射面と平行である、請求項１に記載の光学部材。

【請求項6】

前記光透過性材料の屈折率をｎとし、前記反射面および前記平滑面に対する前記入射光の入射角度をφとして、前記導光体は、ｓｉｎφ＞１／ｎを満たす、請求項１に記載の光学部材。

【請求項7】

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、前記入射面の前記厚み方向に対する傾斜角度をψとし、前記入射面からの前記入射光の前記反射面および前記平滑面に対する入射角度をφとして、前記導光体は、ψ＜φを満たす、請求項１に記載の光学部材。

【請求項8】

前記導光体は、前記入射面と前記平滑面とを繋ぐ傾斜面（２ｄ）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、前記入射面の前記厚み方向における高さをＴｄとし、前記射出部と前記平滑面との前記厚み方向における距離をＴｓとして、前記導光体は、Ｔｄ＞Ｔｓを満たし、
前記入射面からの前記入射光の前記反射面および前記平滑面に対する入射角度をφとし、前記傾斜面の前記厚み方向に対する傾斜角度をξとして、前記傾斜面は、ξ＜φを満たす、請求項１に記載の光学部材。

【請求項9】

複数の前記反射層は、空気層、金属反射膜、誘電体多層膜のいずれか１つである、請求項４に記載の光学部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、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】

【特許文献1】特開２０２３－０２８５３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、本発明者らの鋭意検討の結果、特許文献１に記載の光学部材は、入射光の一部を射出するプリズム部と、入射光の一部を全反射により反射する平坦部とが交互に繰り返し配列されてなる周期構造に起因してモアレが生じ得ることが判明した。

【0005】

また、特許文献１では、射出面における射出光の光量を均一化するため、射出面をプリズム部と平坦部との比率を変えた複数の領域で構成された光学部材が示されている。しかしながら、このような構成とされた場合、光学部材は、射出面を構成する複数の領域の境界が目立ってしまい、外観性が損なわれてしまう。

【0006】

本開示は、上記の点に鑑み、ハーフミラーレス構造であって、入射光を射出する面における射出部分と反射部分との周期構造に起因するモアレを低減しつつ、射出面における境界のない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】

【0007】

本開示の１つの観点によれば、光学部材は、外景光（Ｌ１）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）を有し、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、平滑面と対向する複数の反射面（４、５ａ）と、入射面とは反対側に位置し、射出部と平滑面とを繋ぐ終端面（２ｅ）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、平滑面は、入射面からの入射光（Ｌ２）の一部を全反射により射出部の側に反射し、射出部は、プリズム部が繰り返し配列されてなり、プリズム部のピッチ間隔は、入射面から終端面に向けて連続的に小さくなっており、複数の反射面は、入射面から終端面に向って互いに離れて配置されるとともに、配置の間隔が連続的に小さくなっており、平滑面のなす１つの平面に沿った方向であって、入射面から終端面に向かう方向を導光方向（Ｄ２）とし、隣接する２つのプリズム部のピッチ間隔をＰ１とし、反射面のうちピッチ間隔Ｐ１の２つのプリズム部の間に位置する部位で反射した入射光を特定反射光とし、特定反射光が次に入射する位置にある２つの隣接するプリズム部のピッチ間隔をＰ２とし、特定反射光が部位からピッチ間隔Ｐ２の２つのプリズム部に到達したときの光の導光方向におけるピッチの変化量をΔＰとして、導光体は、Ｐ２＋ΔＰ＝Ｐ１を満たす。

【0008】

この光学部材は、入射面と、射出部と、互いに対向する平滑面および反射面と、射出部と平滑面とを繋ぐ終端面とを有する導光体を備え、平滑面が入射面からの入射光の一部を全反射により反射するため、ハーフミラーレス構造となっている。この光学部材は、射出部が繰り返し配列される複数のプリズム部を備え、プリズム部のピッチ間隔が入射面から終端面に向けて連続的に小さくなっているため、外観上、射出面における境界がない構成となる。複数の反射面は、入射面から終端面に向って互いに離れて配置され、かつ配置の間隔が連続的に小さくなっている。また、平滑面のなす１つの平面に沿った方向であって、入射面から終端面に向かう方向を導光方向とし、隣接する２つのプリズム部のピッチ間隔をＰ１とし、反射面のうちピッチ間隔Ｐ１の２つのプリズム部の間に位置する部位で反射した入射光を特定反射光とする。そして、特定反射光が次に入射する位置にある２つの隣接するプリズム部のピッチ間隔をＰ２とし、特定反射光が部位からピッチ間隔Ｐ２の２つのプリズム部に到達したときの光の導光方向におけるピッチの変化量をΔＰとする。このとき、導光体は、Ｐ２＋ΔＰ＝Ｐ１を満たすことで、モアレが低減される。よって、この光学部材は、ハーフミラーレス構造とされつつ、射出面における入射光の射出部分と反射部分との周期構造に起因するモアレが低減されるとともに、射出面における境界のない構成となる。

【0009】

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】

【0010】

【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】比較例の光学部材の内部における光線パターンの変化および構造パターンに起因するモアレ発生についての説明図である。

【図4】光学部材の射出部側に位置する視認者の目に入射する射出光および射出部から当該視認者の目までの距離についての説明図である。

【図5】図４に示す２つの射出光の角度差および第１実施形態の光学部材におけるプリズム部のピッチ間隔の設計についての説明図である。

【図6】射出部における境界レスについての説明図であって、（ａ）が比較例、（ｂ）が実施例を示す図である。

【図7】第２実施形態の光学部材を示す断面図である。

【図8】図７の光学部材における導光の説明図である。

【図9】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10】第２実施形態の光学部材の第２変形例を示す図であって、反射層およびプリズム部の近傍を示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示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。

【0012】

（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。

【0013】

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、傾斜面２ｄと、終端面２ｅとを備える。光学部材１は、例えば図２に示すように、平滑面２ｃが他の部材２００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る。光学部材１は、入射面２ａから内部に入射した光の一部が射出部２ｂで反射され、射出部２ｂで反射した光が平滑面２ｃで反射され、射出部２ｂ側に再度向かう構成となっている。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から外部に射出することで、射出部２ｂ側にいるユーザに他の部材２００による死角領域の外景を視認させる。なお、他の部材２００は、例えば、車載用途の場合、自動車のＡピラーなどの死角領域を生じさせるものとされるが、これに限定されるものではなく、適宜変更されうる。

【0014】

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、導光体２の内部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。

【0015】

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、図示しない金型等を用いた公知の樹脂成型方法により形成される。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の後述するプリズム部３に入射するとともに、入射光Ｌ２の残部が後述する平坦部４で反射し、この反射光が平滑面２ｃに向かう構成となっている。そして、導光体２は平坦部４で反射された入射光Ｌ２が平滑面２ｃや平坦部４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とし、入射光Ｌ２の平滑面２ｃおよび平坦部４に対する入射角度、すなわち導光角をφとして、導光体２の外部媒質が屈折率１の空気層である場合、以下の（１）式を満たす設計となっている。

【0016】

ｓｉｎφ＞１／ｎ・・・（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の一部が平坦部４と平滑面２ｃとの間で繰り返し反射され、入射光Ｌ２がプリズム部３の後述する射出面３ａから外部に射出される。なお、導光角φとは、入射光Ｌ２の進む方向と厚み方向Ｄ１とのなす角度に相当する。

【0017】

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、例えば、平滑面２ｃ側に向かうにつれて終端面２ｅに近づくように傾斜するとともに、厚み方向Ｄ１とのなす角度である傾斜角度がψで傾斜した平坦面となっている。入射面２ａは、傾斜角度ψが導光角φよりも小さくなっている。このとき、外景光Ｌ１の厚み方向Ｄ１に対する角度をθとして、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の角度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。角度θは、外景光Ｌ１の導光体２に対する入射角に相当する。導光体２は、例えば、φが全反射角になるため、通常の透光性樹脂材料の屈折率が１．４以上であることから、ｎ・ｓｉｎφ＞１よりφ＞４５．３となり、φ＞ψを満たす構造となっている。

【0018】

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、例えば、断面視にて、三角形状の突起である複数のプリズム部３と複数の平坦部４を有してなる。

【0019】

以下、説明の便宜上、導光方向Ｄ２において隣接するプリズム部３同士の同方向における間隔を「ピッチ間隔」と称し、平坦部４を挟んで隣接する２つのプリズム部３を「隣接プリズム部」と称する。

【0020】

射出部２ｂは、ピッチ間隔が入射面２ａから終端面２ｅに向かうにつれて連続的に小さくなる構成となっている。射出部２ｂは、入射面２ａ側の所定の領域がプリズム部３と平坦部４とが交互に繰り返し配列されているが、隣接プリズム部のうち最も入射面２ａ側に位置するプリズム部３およびこれに隣接するプリズム部３のピッチ間隔が最大となっている。射出部２ｂは、隣接プリズム部のピッチ間隔が終端面２ｅ側に近いほど小さくなっており、終端面２ｅ側の端部を含む一部の領域が複数のプリズム部３のみが連続して配列された構成となっている。

【0021】

ここで、図２に示すように、射出部２ｂのうち入射面２ａからの入射光Ｌ２が直接入射する領域における１つの隣接プリズム部のピッチ間隔をＰ１とする。また、ピッチ間隔がＰ１の隣接プリズム部に挟まれた平坦部４で反射した入射光Ｌ２が入射する隣接プリズム部のピッチ間隔をＰ２とする。このとき、射出部２ｂは、ピッチ間隔のＰ１とＰ２とが所定の関係を満たすように設計されている。この詳細については、後述する。

【0022】

複数のプリズム部３は、平坦部４から突出する突起物であって、例えば厚み方向Ｄ１における高さが略同一となっている。本明細書における「略同一」とは、完全に同一である場合に加えて、加工誤差などの不可避の要因によりわずかに差があるが、ほぼ同一である場合を含む。複数のプリズム部３は、例えば、断面視にて、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とを有してなる。複数のプリズム部３は、例えば、射出面３ａが入射面２ａと平行、すなわち厚み方向Ｄ１に対する傾斜角度がψとされている。これにより、入射光Ｌ２のうち射出面３ａに到達したものが、外景光Ｌ１と同じ角度θの射出光Ｌ３として外部に射出されることとなる。このため、射出部２ｂ側に位置するユーザから見て、光学部材１を介しない外景と光学部材１により視認可能となった死角領域の外景との連続性が確保される。

【0023】

複数の平坦部４は、例えば、平滑面２ｃと対向し、かつ平行に配置された平坦面である。複数の平坦部４は、例えば、同一平面上に配置され、１つの平面を構成する。複数の平坦部４は、入射面２ａからの入射光Ｌ２が臨界角以上の角度で入射するため、全反射により入射光Ｌ２を平滑面２ｃ側に反射する反射面として機能する。なお、複数の平坦部４は、導光方向Ｄ２における幅を横幅として、入射面２ａに近いほど横幅が大きく、終端面２ｅに近づくにつれて横幅が連続的に小さくなっている。

【0024】

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のうち平坦部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、平坦部４と対をなす面であり、入射光Ｌ２の一部を平滑面２ｃと平坦部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。つまり、平滑面２ｃは、平坦部４を第１の反射面として、第２の反射面となる部位であり、入射光Ｌ２の一部を導光方向Ｄ２に沿って導光する役割を果たす。

【0025】

傾斜面２ｄは、入射面２ａと平滑面２ｃとを繋ぐ面であって、例えば、平滑面２ｃに近づくほど終端面２ｅに近くなるように傾斜するとともに、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および傾斜面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している。つまり、導光体２は、射出部２ｂの平坦部４から平滑面２ｃまでの厚み方向Ｄ１における高さをＴとして、入射面２ａと傾斜面２ｄとのなす１つのプリズム部の厚み方向Ｄ１における高さがＴよりも大きい構成となっている。これにより、導光体２は、入射面２ａからの入射光Ｌ２が最初に到達する射出部２ｂにおける領域を広くできる。傾斜面２ｄは、例えば、厚み方向Ｄ１に対して角度ξで傾斜した１つの平坦面となっている。入射面２ａからの入射光Ｌ２のうち平滑面２ｃと傾斜面２ｄとの境界近傍を通る光と、平滑面２ｃのうち当該境界近傍で反射する光との間で隙間が生じないようにする観点から、導光体２は、ξ＜φを満たす設計とされる。これにより、射出部２ｂにおいてユーザに視認させる外景に隙間が生じることが抑制され、表示の連続性を確保することができる。

【0026】

なお、傾斜面２ｄは、入射面２ａのうち射出部２ｂとは反対側の端部と平滑面２ｃのうち入射面２ａ側の端部とを繋ぐ仮想直線の厚み方向Ｄ１に対する角度であるξが、ξ＜φを満たす構成であればよく、１つの平坦面でなくてもよい。例えば、傾斜面２ｄは、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。

【0027】

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、１つの平坦面とされる。終端面２ｅは、その傾斜については任意であるが、例えば、射出部２ｂのうち最も終端面２ｅに近いプリズム部３の射出面３ａとともに１つの平坦面をなし、導光方向Ｄ２における最後の射出面として機能する構成であってもよい。

【0028】

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、傾斜面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。

【0029】

以上が、光学部材１の基本的な構成である。

【0030】

〔プリズム部のピッチ間隔およびモアレの低減〕
次に、射出部２ｂにおけるプリズム部３のピッチ間隔に起因するモアレの発生およびこれを低減するための設計について説明する。

【0031】

射出部２ｂにおけるプリズム部３のピッチ間隔がすべて一定である構造を比較例として、本発明者らの鋭意検討の結果、比較例の構造ではプリズム部３の周期構造に起因してモアレが発生することが判明した。

【0032】

具体的には、比較例の構造は、射出部のうち入射面２ａからの入射光Ｌ２が直接入射する領域を第１領域とし、第１領域で反射した光が平滑面で反射して２回目に入射する領域を第２領域として、第１領域および第２領域のプリズム部３のピッチ間隔が同一である。そして、第１領域に入射する入射光Ｌ２の外部への射出と内部での反射とのパターンを光線の明暗パターンとして、第１領域における明暗パターンは、例えば図３に示すように、明暗が交互に一定間隔で繰り返されるものとなる。第１領域の光線の明暗パターンは、外部に射出される部分が明、内部で反射される部分が暗となるため、第１領域のプリズム部３と平坦部４との構造パターンと同一となる。

【0033】

なお、図３では、射出部２ｂから見て明るく見える部分を明とし、暗く見える部分を暗として、明を白、暗を黒で示している。光線の明暗パターンは、明が導光体２の外部に射出される射出光Ｌ３となる部分、暗が導光体２の内部で反射する入射光Ｌ２となる部分、にそれぞれ相当する。構造パターンは、明がプリズム部３の射出面３ａ、暗が平坦部４、にそれぞれ相当する。

【0034】

ここで、射出部で反射した光が平滑面で反射し、射出部に再度到達して一往復するまでに所定の距離があるため、第２領域に到達したときの光線の明暗パターンは、第１領域における光線の明暗パターンに対して変化してしまう。第２領域の光線の明暗パターンは、第２領域のうち第１領域で反射された光が到達する部分が明、それ以外の部分が暗となる。一方、比較例の構造は、射出部におけるプリズム部３のピッチ間隔がすべて同一、すなわちプリズム部３および平坦部４の構造パターンが第１領域と第２領域とで同一である。しかしながら、第２領域の光線の明暗パターンは、第１領域の光線の明暗パターンから変化してしまうため、第２領域のプリズム部３と平坦部４との構造パターンに対してわずかにずれてしまう。このため、比較例の構造は、図３に示すように、第２領域の光線の明暗パターンと、プリズム部３および平坦部４の構造パターンとのわずかなズレにより、モアレが発生してしまう。つまり、比較例の構造は、プリズム部３および平坦部４の周期構造が一定であるのに対し、入射光の明暗パターンが導光体内部の導光に伴って変化することで、モアレが発生する。

【0035】

これに対し、本実施形態の光学部材１は、プリズム部３のピッチ間隔Ｐｐが入射面２ａ側から終端面２ｅに向かうにつれて連続的に小さくなるとともに、入射光Ｌ２の明暗パターンの変化を考慮した設計とされることで、モアレを低減可能となっている。

【0036】

以下、説明の便宜上、入射面２ａからの入射光Ｌ２が最初に入射する位置にあるプリズム部３を「第１プリズム部」と称し、第１プリズム部と終端面２ｅ側で隣接するプリズム部３を「第１隣接プリズム部」と称する。また、第１プリズム部と第１隣接プリズム部に挟まれた平坦部４で反射した光が平滑面２ｃで反射して射出部２ｂに再度到達した位置にあるプリズム部３を「第２プリズム部」と称する。また、第２プリズム部と終端面２ｅ側で隣接するプリズム部３を「第２隣接プリズム部」と称する。さらに、第１プリズム部と第１隣接プリズム部とのピッチ間隔を「第１ピッチ間隔」と称し、第２プリズム部と第２隣接プリズム部とのピッチ間隔を「第２ピッチ間隔」と称する。

【0037】

このとき、光学部材１は、第２ピッチ間隔の２つのプリズム部３に到達した入射光Ｌ２の明暗パターンと、第２ピッチ間隔の２つのプリズム部３の構造パターンとが一致するように設計されることで、モアレ発生が抑制されている。

【0038】

具体的には、第１ピッチ間隔をＰ１とし、第２ピッチ間隔をＰ２とし、入射光Ｌ２のうち第１ピッチ間隔の２つのプリズム部３に挟まれた平坦部４で反射した光を便宜上「特定反射光」とする。そして、特定反射光が第２ピッチ間隔の２つのプリズム部３に到達したときの導光方向Ｄ２における光同士のピッチ間隔の変化量をΔＰとする。つまり、ΔＰとは、特定反射光が第１ピッチ間隔の２つのプリズム部３に挟まれた平坦部４で反射した時の光同士のピッチ間隔と、第２ピッチ間隔の２つのプリズム部３に到達したときの光同士のピッチ間隔との差である。言い換えると、ΔＰは、射出部２ｂと平滑面２ｃとの間の一往復による特定反射光のピッチの変化量である。このとき、光学部材１は、以下の（２）式を満たすことで、モアレを低減する。

【0039】

Ｐ２＋ΔＰ＝Ｐ１・・・（２）
ここで、例えば、図４および図５に示すように、導光方向Ｄ２の中心に位置するピッチ間隔Ｐ２の２つのプリズム部３からの射出光Ｌ３を終端面２ｅ側から射出光Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂとし、射出光Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂが入射するユーザの目の位置を視点Ｐ_Ｅとする。そして、視点Ｐ_Ｅと射出光Ｌ３Ａを射出するプリズム部３との射出光Ｌ３Ａの射出方向に沿った距離をＬとする。射出光Ｌ３Ａとは、射出部２ｂの導光方向Ｄ２における中心に位置するプリズム部３から射出される射出光Ｌ３である。射出光Ｌ３Ｂとは、射出光Ｌ３Ａを基準光線とし、基準光線を射出するプリズム部３を基準プリズム部として、基準プリズム部に対して導光方向Ｄ２の反対方向において隣接するプリズム部３から射出される射出光Ｌ３である。なお、図４、図５では、見易くするため、射出光Ｌ３Ａおよび射出光Ｌ３Ａとして射出される入射光Ｌ２Ａを実線で示し、射出光Ｌ３Ｂおよび射出光Ｌ３Ｂとして射出される入射光Ｌ２Ｂを破線で示している。また、図５では、後述する入射光Ｌ２Ｃを一点鎖線で示している。

【0040】

例えば図５に示すように、射出光Ｌ３Ａの射出角度をθとすると、同じ視点Ｐ_Ｅに入射する射出光Ｌ３Ｂは、射出光Ｌ３Ａとは異なる射出角度となっている。射出光Ｌ３Ｂは、射出光Ｌ３Ａの射出角度との差をΔθとすると、その射出角度がθ＋Δθとなる。この角度差Δθは、以下の（３）式で表される。そして、（３）式は、（４）式に近似できる。

【0041】

Δθ＝ｔａｎ^－１（Ｐ２・ｃｏｓθ／（Ｌ＋Ｐ２・ｓｉｎθ））・・・（３）
Δθ≒Ｐ２・ｃｏｓθ／（Ｌ＋Ｐ２・ｓｉｎθ）・・・（４）
射出光Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂを隣接射出光とし、隣接射出光の導光体２内における導光角の差、すなわち入射光Ｌ２Ａと入射光Ｌ２Ｂとの角度差をΔφとすると、Δφは、（５）式で表される。

【0042】

Δφ＝ｓｉｎ^－１（ｓｉｎ（π／２－θ－ψ）／ｎ）－ｓｉｎ^－１（ｓｉｎ（π／２－θ－ψ－Δθ）／ｎ）・・・（５）
このとき、ΔＰは、図５に示すように、入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂを射出する領域における入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂのピッチ間隔Ｐ２からの射出部２ｂにおいて入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂを反射する領域におけるピッチの変化量であり、以下の（６）式で表される。

【0043】

ΔＰ＝２Ｔ(１／ｔａｎ（ｓｉｎ^－１（ｓｉｎ（π／２－θ－ψ－Δθ）／ｎ）＋ψ）－１／ｔａｎ（ｓｉｎ^－１（ｓｉｎ（π／２－θ－ψ）／ｎ）＋ψ）)・・・（６）
ここで、射出光Ｌ３Ｂと同じプリズム部３に入射し、かつ入射光Ｌ２Ａと同じ導光角φである入射光を入射光Ｌ２Ｃとする。このとき、入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｃが平行となるため、射出部２ｂのうち入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｃが反射する領域における入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｃのピッチは、Ｐ２となる。また、図５に示すように、射出部２ｂのうち入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２ＣのピッチがＰ２となる反射領域において、入射光Ｌ２Ａと入射光Ｌ２Ｂとの導光方向Ｄ２における間隔をＸとする。このとき、入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂの反射領域における間隔Ｘは、同領域における入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｃのピッチ間隔Ｐ２に、ピッチの変化量ΔＰが加わったものとなる。そして、Ｘが（７）式を満たすことで、視点Ｐ_Ｅから見たときの第２ピッチ間隔Ｐ２の２つのプリズム部３における光線の明暗パターンとプリズム部３および平坦部４の構造パターンとが一致し、これら２つのパターンが完全に重なる状態となる。このため、光学部材１は、モアレの強度が最小となる。

【0044】

Ｘ＝Ｐ２＋ΔＰ＝Ｐ１・・・（７）
光学部材１は、射出部２ｂのうち少なくともプリズム部３間に平坦部４が存在する領域の全域が（７）式の関係が成立するように設計されることで、モアレが抑制されている。

【0045】

このように、光学部材１は、第１プリズム部と第１隣接プリズム部とのピッチ間隔Ｐ１に対して、第２プリズム部と第２プリズム部とのピッチ間隔Ｐ２が入射光Ｌ２の明暗パターンの変化分だけ小さくなるように設計されている。これにより、視点Ｐ_Ｅから見たときの光線の明暗パターンと射出部２ｂの構造パターンとが一致し、わずかに周期が異なる周期パターン同士が重なることで生じるモアレの発生が抑制される。

【0046】

ここで、モアレの低減の観点から、図６（ａ）に示すように、射出部を所定の幅でピッチ間隔の異なる複数の領域を有する構成とし、隣接するこれらの領域間で（７）式を満たす構成の比較例の光学部材１００とすることが考えられる。光学部材１００は、例えば、射出部１０１が第１領域１０１ａ、第２領域１０１ｂおよび第３領域１０１ｃを有し、各領域においてプリズム部１０２のピッチ間隔が一定であるが、領域ごとにピッチ間隔が異なっている。なお、第１領域１０１ａ、第２領域１０１ｂは、プリズム部３に相当するプリズム部１０２と、平坦部４に相当する平坦部１０３とが交互に所定間隔で繰り返し配列されてなる。第３領域１０１ｃは、プリズム部１０２のみが繰り返し配列されてなる。光学部材１００は、例えば、領域１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃにおけるプリズム部１０２のピッチ間隔がそれぞれＰｐ１、Ｐｐ２、Ｐｐ３であるとともに、Ｐｐ１とＰｐ２の間、およびＰｐ２とＰｐ３の間で（７）式を満たすことでモアレが低減される。

【0047】

なお、図６（ａ）、（ｂ）では、比較例および実施例の光学部材の射出部を平坦部に対する法線方向から見た様子を示しており、見易くするため、射出部以外の部分については省略している。また、図６（ａ）、（ｂ）では、射出部のうち入射面側および終端面側の方向を矢印で示すとともに、見易くするため、断面を示すものではないが、プリズム部３、１０２の射出面３ａ、１０２ａにハッチングを施している。

【0048】

しかしながら、プリズム部１０２のピッチ間隔が領域ごとに異なると、視認者の目にはプリズム部３のピッチ間隔が異なる領域の境界が目立って映るため、光学部材１００は、図６（ａ）に示すように、射出部１０１における境界が視認されてしまう。このため、比較例の光学部材１００は、モアレを低減できるものの、射出部１０１における外観性が十分でない。

【0049】

一方、本実施形態の光学部材１は、例えば図６（ｂ）に示すように、入射面２ａから終端面２ｅに向かうにつれてピッチ間隔Ｐｐが徐々に小さくなるとともに、（７）式を満たすことで、ピッチ間隔Ｐｐの変化が連続的となっている。つまり、光学部材１は、射出部２ｂにおいて平坦部４を挟んだプリズム部３のピッチ間隔Ｐｐが同じになる部位がなく、入射面２ａから終端面２ｅに向かうほどピッチ間隔Ｐｐが小さくなっている。このため、光学部材１は、射出部２ｂが複数の領域に分かれて見えることがなく、境界が視認されない構造、いわば境界レスの構造となり、射出部２ｂにおける外観性が向上する。

【0050】

本実施形態によれば、導光体２が射出部２ｂの平坦部４および平滑面２ｃにおいて、全反射により入射光Ｌ２を反射する設計とされることで、ハーフミラーレス構造の光学部材１となる。また、導光体２は、第２ピッチ間隔ｐ２が射出部２ｂ－平滑面２ｃ間の一往復における入射光Ｌ２の明暗パターンの変化分だけ第１ピッチ間隔Ｐ１よりも小さくなっている。これにより、視点Ｐ_Ｅから見たときの光線の明暗パターンと射出部２ｂの構造パターンとのズレがなくなり、モアレの発生を抑制することが可能となる。さらに、また、導光体２は、射出部２ｂを入射面２ａから終端面２ｅに向かうにつれてプリズム部３のピッチ間隔Ｐｐが連続的に小さくなる構成となっており、射出部２ｂが特定の領域の境界を視認させない構成となっている。このため、本実施形態の光学部材１は、ハーフミラーレス構造であって、モアレが低減されるとともに、射出部２ｂの外観性が向上する。

【0051】

（第２実施形態）
第２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。

【0052】

本実施形態の光学部材１は、例えば図７に示すように、導光体２の内部に複数の反射層５が形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。

【0053】

導光体２は、本実施形態では、導光方向Ｄ２に沿って複数の反射層５が形成されており、例えば図８に示すように、入射光Ｌ２が平坦部４に代わって複数の反射層５で反射される構成となっている。

【0054】

複数の反射層５は、導光体２の内部において、導光方向Ｄ２に沿って互いに離れて形成されている。複数の反射層５は、例えば、入射面２ａおよび平滑面２ｃと、射出部２ｂとの間であって、すくなくとも入射面２ａ側の端部からプリズム部３同士が隣接する領域の直前の領域に配置されている。複数の反射層５は、例えば、平滑面２ｃ側の面が入射光Ｌ２の一部を反射する反射面５ａとされ、反射面５ａが平滑面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５は、例えば図７に示すように、それぞれの反射面５ａが同一平面上に位置しつつ、射出部２ｂのうちプリズム部３同士が隣接する領域に入射する入射光Ｌ２を妨げないように、当該領域およびこの近傍には配置されていない。複数の反射層５は、例えば、導光角φの入射光Ｌ２がプリズム部３の射出面３ａに入射するのを妨げないように、射出面３ａを通り、厚み方向Ｄ１に対する角度がφの仮想直線上を避けるように配置されている。

【0055】

複数の反射層５は、導光方向Ｄ２における反射層５同士のピッチ間隔をＰｒとして、Ｐｒが入射面２ａから終端面２ｅに向かうにつれて連続的に小さくなっている。複数の反射層５は、反射層５同士の隙間を通る入射光Ｌ２が入射するプリズム部３とこれに導光方向Ｄ２の反対側において隣接するプリズム部３とのピッチ間隔をＰｐとして、Ｐｒがｐｐと略同一となっている。複数の反射層５は、射出部２ｂの近傍に配置されている。具体的には、反射面５ａと平滑面２ｃとの厚み方向Ｄ１における距離をＴｒとして、複数の反射層５は、平滑面２ｃと平坦部４との厚み方向Ｄ１における距離、すなわち導光体厚みＴとＴｒとの差がＴよりも十分小さくなる位置に形成される。言い換えると、複数の反射層５は、Ｔ≫（Ｔ－Ｔｒ）が成立する位置に形成されている。

【0056】

複数の反射層５は、例えば、空気が充填された空洞層、もしくは導光体２の構成材料とは異なる反射性材料、あるいは誘電体多層膜により構成される。導光体２の構成材料の屈折率ｎ_１が１よりも大きい場合、反射層５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５に入射する導光角φの入射光Ｌ２は、ｓｉｎφ＞１／ｎ_１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。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。また、反射層５は、可視光線を反射する構成であればよく、例えば、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２などの相対的に高屈折率材料と低屈折率材料とが交互に繰り返し積層されてなる公知の誘電体多層膜で構成されてもよい。

【0057】

ここで、入射面２ａからの入射光Ｌ２が最初に直接入射する反射層５と導光方向Ｄ２において隣接する他の反射層５とのピッチ間隔をＰｒ１とする。また、ピッチ間隔をＰｒ１の２つの反射層５で反射した入射光が平滑面２ｃで反射され、次に入射する位置にある２つの反射層５のピッチ間隔をＰｒ２とする。このとき、本実施形態の光学部材１は、以下の（８）式を満たす。

【0058】

Ｐｒ２＋ΔＰｒ＝Ｐｒ１・・・（８）
ΔＰｒとは、入射面２ａからの入射光Ｌ２が最初に直接入射する反射層５で反射した光を特定反射光として、特定反射光が導光体２の内部反射により一往復し、次に射出部２ｂに到達したときの導光方向Ｄ２における光同士のピッチ間隔の変化量である。Ｐｒ１＝Ｐ１、Ｐｒ２＝Ｐ２であるとき、ΔＰｒは、上記第１実施形態におけるΔＰに相当する。また、このとき、（８）式がそれぞれ上記第１実施形態における（２）式に相当し、本実施形態の光学部材１は、上記した（３）式、（６）式を満たすように設計されている。これにより、射出部２ｂに位置するユーザの視点Ｐ_Ｅから見て、第２領域２ｂｂにおける光線の明暗パターンと構造パターンとが一致することとなり、モアレの発生が低減される。

【0059】

なお、導光体２は、例えば、厚み方向Ｄ１において複数の反射層５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型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５を空洞層で構成する場合には前述の二段階の樹脂成型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気で充填された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５を金属材料などの反射性材料で構成される金属反射膜、または誘電体多層膜で構成する場合には、前述の二段階の樹脂成型工程の間にスパッタリングやＣＶＤなどの反射層５の成膜工程を挟むことにより得られる。

【0060】

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。

【0061】

（第２実施形態の変形例）
光学部材１は、例えば図９に示すように、導光体２が単一部材でなく、複数の部材で構成されていてもよい。例えば、導光体２は、複数の反射層５を有し、平滑面２ｃおよび傾斜面２ｄを構成する導光部２１と、射出部２ｂを構成し、複数のプリズム部３を有してなるプリズムシート２３と、導光部２１とプリズムシート２３とを繋ぐ透明層２２とにより構成されてもよい。この場合、導光部２１、透明層２２およびプリズムシート２３は、いずれも光透過性材料で構成され、互いの界面で全反射が生じないように屈折率が調整される。これにより、導光体２は、単一部材で構成する場合よりも製造が容易となる。

【0062】

上記した第１変形例によれば、上記第２実施形態と同様の効果に加えて、製造が容易になる効果も得られる光学部材１となる。

【0063】

また、光学部材１は、例えば図１０に示すように、射出部２ｂが平坦部４を有さず、プリズム部３のみで構成されていてもよい。この場合、プリズム部３は、隣接面３ｂの導光方向Ｄ２における幅が射出面３ａよりも大きくされ、ピッチ間隔をＰｐとし、反射層５のピッチ間隔をＰｒとして、ＰｐがＰｒと略同一とされる。また、射出部２ｂは、プリズム部３のみで構成される場合には、隣接面３ｂに図示しない遮光膜が形成されてもよい。これにより、射出部２ｂ側からの外光が導光体２に侵入することを防ぐことができ、意図しない射出部２ｂ側からの外光が射出光Ｌ３に重畳しなくなり、ノイズを抑制する効果も得られる。なお、遮光膜としては、例えば、可視光を吸収する光吸収膜や可視光を散乱させる光散乱膜とされ、塗布あるいは粗面処理などにより形成されうる。

【0064】

上記した第２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。また、プリズム部３の隣接面３ｂに図示しない遮光膜を形成した場合には、ノイズを抑制する効果も得られる。

【0065】

（他の実施形態）
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。

【0066】

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】

【0067】

２…導光体、２ａ…入射面、２ｂ…射出部、２ｃ…平滑面、２ｄ…傾斜面、２ｅ…終端面
３…プリズム部、３ａ…射出面、４…平坦部、５…反射層、５ａ…反射面
Ｄ１…厚み方向、Ｄ２…導光方向、Ｌ１…外景光、Ｌ２…入射光、Ｌ３…射出光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】