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(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】P2024170992
(43)【公開日】2024-12-11
(54)【発明の名称】光学部材
(51)【国際特許分類】
G02B 5/00 20060101AFI20241204BHJP
【ＦＩ】
G02B5/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023087809
(22)【出願日】2023-05-29
(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）】
2H042
【Ｆターム（参考）】
2H042AA02
2H042AA03
(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する。
【解決手段】光学部材は、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が繰り返し配列された複数の領域２ｂａ～２ｂｃを有する。プリズム部３のピッチ間隔は、領域２ｂａ～２ｂｃごとに異なる。射出部２ｂの１つの領域内のプリズム部３のピッチ間隔をＰ１とし、当該１つの領域の隣接領域内のプリズム部３のピッチ間隔をＰ２とし、ピッチ間隔がＰ１の領域で反射した特定反射光が隣接領域に到達したときの光のピッチ間隔の変化量をΔＰとする。導光体２は、Ｎを正の整数として、Ｎ×（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｐ１または（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｎ×Ｐ１を満たす。
【選択図】図１
【解決手段】光学部材は、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が繰り返し配列された複数の領域２ｂａ～２ｂｃを有する。プリズム部３のピッチ間隔は、領域２ｂａ～２ｂｃごとに異なる。射出部２ｂの１つの領域内のプリズム部３のピッチ間隔をＰ１とし、当該１つの領域の隣接領域内のプリズム部３のピッチ間隔をＰ２とし、ピッチ間隔がＰ１の領域で反射した特定反射光が隣接領域に到達したときの光のピッチ間隔の変化量をΔＰとする。導光体２は、Ｎを正の整数として、Ｎ×（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｐ１または（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｎ×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反射面（４、５）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る複数の領域（２ｂａ、２ｂｂ、２ｂｃ）を有し、
複数の前記領域は、前記プリズム部のピッチ間隔が異なっており、
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、複数の前記領域のうち１つの前記領域の隣接する２つの前記プリズム部のピッチ間隔をＰ１とし、前記導光方向に沿って当該１つの前記領域に隣接する他の１つの前記領域を隣接領域とし、前記隣接領域の隣接する２つの前記プリズム部のピッチ間隔をＰ２とし、前記入射光のうちピッチ間隔がＰ１の前記領域で反射した光を特定反射光とし、前記特定反射光が前記隣接領域に到達したときの前記特定反射光の前記導光方向におけるピッチ間隔の変化量をΔＰとして、前記導光体は、Ｎを正の整数として、Ｎ×（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｐ１または（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｎ×Ｐ１を満たす、光学部材。
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反射面（４、５）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る複数の領域（２ｂａ、２ｂｂ、２ｂｃ）を有し、
複数の前記領域は、前記プリズム部のピッチ間隔が異なっており、
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、複数の前記領域のうち１つの前記領域の隣接する２つの前記プリズム部のピッチ間隔をＰ１とし、前記導光方向に沿って当該１つの前記領域に隣接する他の１つの前記領域を隣接領域とし、前記隣接領域の隣接する２つの前記プリズム部のピッチ間隔をＰ２とし、前記入射光のうちピッチ間隔がＰ１の前記領域で反射した光を特定反射光とし、前記特定反射光が前記隣接領域に到達したときの前記特定反射光の前記導光方向におけるピッチ間隔の変化量をΔＰとして、前記導光体は、Ｎを正の整数として、Ｎ×（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｐ１または（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｎ×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、
前記隣接領域における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、
前記隣接領域を構成する複数の前記プリズム部のうち前記基準光線を射出する１つの前記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、
前記基準光線を射出する前記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）
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、
前記隣接領域における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、
前記隣接領域を構成する複数の前記プリズム部のうち前記基準光線を射出する１つの前記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、
前記基準光線を射出する前記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。
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】
複数の前記領域は、前記終端面に近いほど前記プリズム部のピッチ間隔が小さくなっている、請求項３に記載の光学部材。
【請求項10】
複数の前記反射層は、前記導光方向における前記反射層のピッチ間隔が異なる複数の反射領域を有し、
前記複数の反射領域は、前記終端面に近いほど前記反射層のピッチ間隔が小さくなっている、請求項４に記載の光学部材。
前記複数の反射領域は、前記終端面に近いほど前記反射層のピッチ間隔が小さくなっている、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、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。
【請求項12】
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、前記入射面とは隣接しない位置で対向配置され、前記入射面からの入射光（Ｌ２）の一部を外部に光を射出するとともに、前記入射光の一部を反射する反射射出面（２ｆ）と、前記入射面と隣接して配置され、前記反射射出面からの光を反射する反射面（２ｇ）と、前記反射射出面と隣接し、かつ前記反射面と対向配置され、前記入射光のうち前記反射面で反射した光の一部を反射するとともに、残部を外部に射出する平滑射出面（２ｈ）と、前記入射面と前記反射射出面とを繋ぐ入射側面（２ｉ）と、前記入射側面とは反対側に位置し、前記反射面と前記平滑射出面とを繋ぐ終端面（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、
前記反射射出面は、前記入射光を前記反射面の側に反射し、前記入射面に対して傾斜する第１反射部（６ａ）を有する複数の第１プリズム部（６）と、平坦な面である複数の第１平坦部（７）とが交互に繰り返し配列されてなり、
前記反射面は、前記反射射出面で反射した光の一部を前記平滑射出面の側に反射する第２反射部（８ａ）を有する複数の第２プリズム部（８）と、前記反射した光の残部を全反射により反射する平坦な面である複数の第２平坦部（９）とを有してなり、
前記入射面に沿った方向であって、前記入射側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つの前記第１プリズム部の前記導光方向におけるピッチ間隔をＰ１とし、前記反射面のうちピッチ間隔Ｐ１の２つの前記第１プリズム部からの反射光が入射する２つの前記第２プリズム部の前記導光方向におけるピッチ間隔をＰ２とし、前記入射光のうち前記反射射出面で反射する光を特定反射光とし、前記特定反射光が前記反射面に到達したときの前記導光方向における光のピッチ間隔の変化量をΔＰとして、前記導光体は、Ｎを正の整数として、Ｎ×（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｐ１または（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｎ×Ｐ１を満たす、光学部材。
前記外景光が入射する入射面（２ａ）と、前記入射面とは隣接しない位置で対向配置され、前記入射面からの入射光（Ｌ２）の一部を外部に光を射出するとともに、前記入射光の一部を反射する反射射出面（２ｆ）と、前記入射面と隣接して配置され、前記反射射出面からの光を反射する反射面（２ｇ）と、前記反射射出面と隣接し、かつ前記反射面と対向配置され、前記入射光のうち前記反射面で反射した光の一部を反射するとともに、残部を外部に射出する平滑射出面（２ｈ）と、前記入射面と前記反射射出面とを繋ぐ入射側面（２ｉ）と、前記入射側面とは反対側に位置し、前記反射面と前記平滑射出面とを繋ぐ終端面（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、
前記反射射出面は、前記入射光を前記反射面の側に反射し、前記入射面に対して傾斜する第１反射部（６ａ）を有する複数の第１プリズム部（６）と、平坦な面である複数の第１平坦部（７）とが交互に繰り返し配列されてなり、
前記反射面は、前記反射射出面で反射した光の一部を前記平滑射出面の側に反射する第２反射部（８ａ）を有する複数の第２プリズム部（８）と、前記反射した光の残部を全反射により反射する平坦な面である複数の第２平坦部（９）とを有してなり、
前記入射面に沿った方向であって、前記入射側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つの前記第１プリズム部の前記導光方向におけるピッチ間隔をＰ１とし、前記反射面のうちピッチ間隔Ｐ１の２つの前記第１プリズム部からの反射光が入射する２つの前記第２プリズム部の前記導光方向におけるピッチ間隔をＰ２とし、前記入射光のうち前記反射射出面で反射する光を特定反射光とし、前記特定反射光が前記反射面に到達したときの前記導光方向における光のピッチ間隔の変化量をΔＰとして、前記導光体は、Ｎを正の整数として、Ｎ×（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｐ１または（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｎ×Ｐ１を満たす、光学部材。
【請求項13】
前記入射面に対する法線方向に沿った方向を厚み方向（Ｄ１）とし、
前記入射面と前記第１平坦部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、
前記第１反射部の前記厚み方向に対する傾斜角度をψとし、
前記平滑射出面から外部に射出された射出光（Ｌ３）であって、前記平滑射出面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、
前記反射面を構成する複数の前記第２プリズム部のうち前記基準光線となる光を反射する１つの前記第２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第２プリズム部を隣接第２プリズム部とし、
前記隣接第２プリズム部で反射された後に前記平滑射出面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、
前記平滑射出面のうち前記基準光線を射出する部位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（３）式、（４）式を満たす、請求項１２に記載の光学部材。
ΔＰ＝ｍＴ（ｔａｎ（ｓｉｎ－１（ｓｉｎ（θ＋Δθ）／ｎ）＋π－２ψ）－ｔａｎ（ｓｉｎ－１（ｓｉｎ（θ）／ｎ）＋π－２ψ））、（ｍは１または３）・・・（３）
Δθ＝ｔａｎ－１（Ｐ２・ｃｏｓθ／（Ｌ＋Ｐ２・ｓｉｎθ））・・・（４）
前記入射面と前記第１平坦部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、
前記第１反射部の前記厚み方向に対する傾斜角度をψとし、
前記平滑射出面から外部に射出された射出光（Ｌ３）であって、前記平滑射出面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、
前記反射面を構成する複数の前記第２プリズム部のうち前記基準光線となる光を反射する１つの前記第２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第２プリズム部を隣接第２プリズム部とし、
前記隣接第２プリズム部で反射された後に前記平滑射出面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、
前記平滑射出面のうち前記基準光線を射出する部位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（３）式、（４）式を満たす、請求項１２に記載の光学部材。
ΔＰ＝ｍＴ（ｔａｎ（ｓｉｎ－１（ｓｉｎ（θ＋Δθ）／ｎ）＋π－２ψ）－ｔａｎ（ｓｉｎ－１（ｓｉｎ（θ）／ｎ）＋π－２ψ））、（ｍは１または３）・・・（３）
Δθ＝ｔａｎ－１（Ｐ２・ｃｏｓθ／（Ｌ＋Ｐ２・ｓｉｎθ））・・・（４）
【請求項14】
前記第１平坦部および前記平滑射出面は、前記入射面と平行である、請求項１２に記載の光学部材。
【請求項15】
前記第１反射部は、前記第２反射部と平行である、請求項１２に記載の光学部材。
【請求項16】
前記光透過性材料の屈折率をｎとし、前記入射光の前記第１平坦部および前記第２平坦部に対する入射角度をφとして、前記導光体は、ｓｉｎφ＞１／ｎを満たす、請求項１２に記載の光学部材。
【請求項17】
前記光透過性材料の屈折率をｎとし、前記入射光の前記第１反射部および前記第２反射部に対する入射角度をδとして、前記導光体は、ｓｉｎδ＞１／ｎを満たす、請求項１２に記載の光学部材。
【請求項18】
前記第１プリズム部の前記導光方向におけるピッチ間隔は、一定であり、
前記反射面は、前記第２プリズム部の前記導光方向におけるピッチ間隔である第２プリズムピッチが異なる複数の領域（２ｇａ、２ｇｂ）を有してなり、
複数の前記領域は、それぞれの前記領域における前記第２プリズムピッチが固定されるとともに、前記終端面に近い前記領域ほど前記第２プリズムピッチが小さくなっており、
複数の前記領域は、前記第１反射部でＸ回（Ｘは１以上の整数）反射した前記入射光が入射する第１入射領域（２ｇａ１）と、前記第１反射部で（Ｘ＋１）回反射した前記入射光が入射する第２入射領域（２ｇａ２）とを有し、
前記第１入射領域は、前記第２入射領域とは前記第２プリズムピッチが異なっている、請求項１２に記載の光学部材。
前記反射面は、前記第２プリズム部の前記導光方向におけるピッチ間隔である第２プリズムピッチが異なる複数の領域（２ｇａ、２ｇｂ）を有してなり、
複数の前記領域は、それぞれの前記領域における前記第２プリズムピッチが固定されるとともに、前記終端面に近い前記領域ほど前記第２プリズムピッチが小さくなっており、
複数の前記領域は、前記第１反射部でＸ回（Ｘは１以上の整数）反射した前記入射光が入射する第１入射領域（２ｇａ１）と、前記第１反射部で（Ｘ＋１）回反射した前記入射光が入射する第２入射領域（２ｇａ２）とを有し、
前記第１入射領域は、前記第２入射領域とは前記第２プリズムピッチが異なっている、請求項１２に記載の光学部材。
【請求項19】
前記第２プリズム部の前記導光方向におけるピッチ間隔は、一定であり、
前記反射射出面は、前記第１プリズム部の前記導光方向におけるピッチ間隔である第１プリズムピッチが異なる複数の領域（２ｆａ、２ｆｂ）を有してなり、
複数の前記領域は、それぞれの前記領域における前記第１プリズムピッチが固定されるとともに、前記終端面に近い前記領域ほど前記第１プリズムピッチが小さくなっており、
複数の前記領域は、前記入射光を前記入射面に反射する第１反射領域（２ｆａ）と、前記入射光を前記反射面に反射する第２反射領域（２ｆｂ）とを有し、
前記第１反射領域は、前記第２反射領域とは前記第１プリズムピッチが異なっている、請求項１２に記載の光学部材。
前記反射射出面は、前記第１プリズム部の前記導光方向におけるピッチ間隔である第１プリズムピッチが異なる複数の領域（２ｆａ、２ｆｂ）を有してなり、
複数の前記領域は、それぞれの前記領域における前記第１プリズムピッチが固定されるとともに、前記終端面に近い前記領域ほど前記第１プリズムピッチが小さくなっており、
複数の前記領域は、前記入射光を前記入射面に反射する第１反射領域（２ｆａ）と、前記入射光を前記反射面に反射する第２反射領域（２ｆｂ）とを有し、
前記第１反射領域は、前記第２反射領域とは前記第１プリズムピッチが異なっている、請求項１２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】
本開示は、上記の点に鑑み、ハーフミラーレス構造としつつも、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可能な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】
本開示の第１の観点による光学部材は、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）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、平滑面と対向する反射面（４、５）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る複数の領域（２ｂａ、２ｂｂ、２ｂｃ）を有し、複数の領域は、プリズム部のピッチ間隔が異なっており、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、複数の領域のうち１つの領域の隣接する２つのプリズム部のピッチ間隔をＰ１とし、導光方向に沿って当該１つの領域に隣接する他の１つの領域を隣接領域とし、隣接領域の隣接する２つのプリズム部のピッチ間隔をＰ２とし、入射光のうちピッチ間隔がＰ１の領域で反射した光を特定反射光とし、特定反射光が隣接領域に到達したときの特定反射光の導光方向におけるピッチ間隔の変化量をΔＰとして、導光体は、Ｎを正の整数として、Ｎ×（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｐ１または（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｎ×Ｐ１を満たす。
【0007】
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異なる複数の領域を有してなる。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て、複数の領域のうちプリズム部のピッチ間隔がＰ１の領域に導光方向において隣接する隣接領域は、プリズム部のピッチ間隔がＰ２である。そして、入射光のうちピッチ間隔がＰ１の領域で反射した光を特定反射光とし、特定反射光が隣接領域に到達したときの特定反射光の導光方向におけるピッチ間隔の変化量をΔＰとする。このとき、導光体は、Ｎを正の整数として、Ｎ×（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｐ１または（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｎ×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。
【0008】
また、本開示の第２の観点による光学部材は、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、入射面とは隣接しない位置で対向配置され、入射面からの入射光（Ｌ２）の一部を外部に光を射出するとともに、入射光の一部を反射する反射射出面（２ｆ）と、入射面と隣接して配置され、反射射出面からの光を反射する反射面（２ｇ）と、反射射出面と隣接し、かつ反射面と対向配置され、入射光のうち反射面で反射した光の一部を反射するとともに、残部を外部に射出する平滑射出面（２ｈ）と、入射面と反射射出面とを繋ぐ入射側面（２ｉ）と、入射側面とは反対側に位置し、反射面と平滑射出面とを繋ぐ終端面（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、反射射出面は、入射光を反射面の側に反射し、入射面に対して傾斜する第１反射部（６ａ）を有する複数の第１プリズム部（６）と、平坦な面である複数の第１平坦部（７）とが交互に繰り返し配列されてなり、反射面は、反射射出面で反射した光の一部を平滑射出面の側に反射する第２反射部（８ａ）を有する複数の第２プリズム部（８）と、反射した光の残部を全反射により反射する平坦な面である複数の第２平坦部（９）とを有してなり、入射面に沿った方向であって、入射側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つの第１プリズム部の導光方向におけるピッチ間隔をＰ１とし、反射面のうちピッチ間隔Ｐ１の２つの第１プリズム部からの反射光が入射する２つの第２プリズム部の導光方向におけるピッチ間隔をＰ２とし、入射光のうち反射射出面で反射する光を特定反射光とし、特定反射光が反射面に到達したときの導光方向における光のピッチ間隔の変化量をΔＰとして、導光体は、Ｎを正の整数として、Ｎ×（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｐ１または（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｎ×Ｐ１を満たす。
【0009】
この光学部材は、隣接して配置される入射面および反射面と、これらと対向して配置される反射射出面および平滑射出面と、入射面と反射射出面とを繋ぐ入射側面と、反射面と平滑射出面とを繋ぐ終端面とを有する導光体を備える。導光体は、反射射出面が複数の第１プリズム部と第１平坦部とが交互に配列されてなり、反射面が複数の第２プリズム部と複数の第２平坦部とを有してなり、第２平坦部が第１反射部からの反射光を全反射により平滑射出面に向けて反射する。また、入射面のなす１つの平面に沿った方向であって、入射側面から終端面に向かう方向を導光方向として、第１プリズム部の導光方向におけるピッチ間隔がＰ１であり、第２プリズム部の導光方向におけるピッチ間隔がＰ２である。そして、反射射出面で反射した特定反射光が反射面に到達したときの光のピッチの変化量をΔＰとして、導光体は、Ｎを正の整数として、Ｎ×（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｐ１または（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｎ×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。
【0010】
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】
【0011】
【図1】第１実施形態の光学部材を示す断面図である。
【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6】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。
【図10】第３実施形態の光学部材を示す断面図である。
【図12】反射射出面における入射光の外部への射出および内部での反射についての説明図である。
【図13】反射面および平滑射出面における入射光の反射、並びに平滑射出面における入射光の外部への射出についての説明図である。
【図14】第３実施形態の光学部材の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
（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。
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。
【0014】
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１００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１００による死角領域の外景を視認させる。なお、他の部材１００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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
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。
【0018】
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に対する入射角ともいえる。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。
【0019】
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。射出部２ｂは、例えば、プリズム部３同士の導光方向Ｄ２におけるピッチ間隔（以下、単に「ピッチ間隔」という）が異なる複数の領域で構成されている。具体的には、射出部２ｂは、例えば、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なる第１領域２ｂａおよび第２領域２ｂｂと、プリズム部３のみが連続して繰り返し配列されてなる第３領域２ｂｃとを有してなる。射出部２ｂは、例えば、入射面２ａから終端面２ｅに向かって、第１領域２ｂａ、第２領域２ｂｂ、第３領域２ｂｃとなっている。領域２ｂａ～２ｂｃは、例えば、導光方向Ｄ２における幅をＷとし、射出部２ｂのうち平坦部４と平滑面２ｃとの厚み方向Ｄ１における高さをＴとして、Ｗ＝２Ｔ・ｔａｎφを満たす。すなわち、領域２ｂａ～２ｂｃは、例えば、入射光Ｌ２が射出部２ｂと平滑面２ｃとの間を一往復する際に導光方向Ｄ２において進む距離と同じ幅とされる。第１領域２ｂａおよび第１領域２ｂａは、プリズム部３同士のピッチ間隔がそれぞれ、Ｐ１、Ｐ２（＜Ｐ１）となっている。第１領域２ｂａおよび第１領域２ｂａは、モアレ低減のため、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。
【0020】
複数のプリズム部３は、本実施形態では、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。複数のプリズム部３は、第１領域２ｂａ、第２領域２ｂｂおよび第３領域２ｂｃにおけるピッチ間隔が異なる配置となっている。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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、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、射出部２ｂから平滑面２ｃまでの高さ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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
以上が、光学部材１の基本的な構成である。
【0028】
〔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。
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
これに対し、本実施形態の光学部材１は、第１領域２ｂａのプリズム部３のピッチ間隔Ｐ１と第２領域２ｂｂのプリズム部３のピッチ間隔Ｐ２とが異なるとともに、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。具体的には、光学部材１は、第２領域２ｂｂのプリズム部３のピッチ間隔Ｐ２が、第１領域２ｂａの光線の明暗パターンから変化した後の第２領域２ｂｂの光線の明暗パターンと一致するように設計されている。言い換えると、光学部材１は、第２領域２ｂｂにおいて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する構成とされることで、モアレ発生を抑制する。
【0034】
具体的には、入射光Ｌ２のうち第１領域２ｂａで反射した光を便宜上「特定反射光」とし、特定反射光が第２領域２ｂｂ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、特定反射光の第１領域２ｂａでの反射時における光同士のピッチ間隔と、特定反射光が第２領域２ｂｂに到達したときの光同士のピッチ間隔との差、すなわち特定反射光の一往復によるピッチの変化量である。このとき、光学部材１は、射出部２ｂのうち特定反射光を反射する領域と、当該領域に隣接する隣接領域であって、特定反射光が到達する領域との間で、以下の（２）式、または（３）式を満たすことで、モアレを低減する。
【0035】
Ｎ×（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｐ１・・・（２）
（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｎ×Ｐ１・・・（３）
（２）式および（３）式におけるＮは、正の整数である。
（Ｐ２＋ΔＰ）＝Ｎ×Ｐ１・・・（３）
（２）式および（３）式におけるＮは、正の整数である。
【0036】
ここで、例えば、図４および図５に示すように、射出部２ｂ側に位置し、第２領域ｂｂにおいてピッチ間隔Ｐ２で隣接する２つのプリズム部３からの射出光Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂが入射する視認者の視点ＰＥと、射出光Ｌ３Ａを射出するプリズム部３との距離をＬとする。Ｌは、射出光Ｌ３Ａの射出方向に沿った距離である。射出光Ｌ３Ａとは、第２領域２ｂｂにおいて隣接する２つのプリズム部３のうち第２領域２ｂｂの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、第２領域２ｂｂにおいて射出光Ｌ３Ａを射出するプリズム部３に対して、導光方向Ｄ２とは反対方向において隣接するプリズム部３である隣接プリズム部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。
【0037】
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ＰＥ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（４）式で表される。そして、（４）式は、（５）式に近似できる。
【0038】
Δθ＝ｔａｎ－１（Ｐ２・ｃｏｓθ／（Ｌ＋Ｐ２・ｓｉｎθ））・・・（４）
Δθ≒Ｐ２・ｃｏｓθ／（Ｌ＋Ｐ２・ｓｉｎθ）・・・（５）
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、（６）式で表される。
Δθ≒Ｐ２・ｃｏｓθ／（Ｌ＋Ｐ２・ｓｉｎθ）・・・（５）
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、（６）式で表される。
【0039】
Δφ＝ｓｉｎ－１（ｓｉｎ（π／２－θ－ψ）／ｎ）－ｓｉｎ－１（ｓｉｎ（π／２－θ－ψ－Δθ）／ｎ）・・・（６）
このとき、ΔＰは、図５に示すように、入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂの第２領域２ｂｂの射出領域におけるピッチ間隔Ｐ２からの第１領域２ｂａにおいて反射する位置における入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂのピッチの変化量であり、以下の（７）式で表される。
このとき、ΔＰは、図５に示すように、入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂの第２領域２ｂｂの射出領域におけるピッチ間隔Ｐ２からの第１領域２ｂａにおいて反射する位置における入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂのピッチの変化量であり、以下の（７）式で表される。
【0040】
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）)・・・（７）
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、第１領域２ｂａのうち入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｃが反射する位置における入射光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のピッチ間隔が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（８）式を満たすことで、視点ＰＥから見たときの第２領域２ｂｂ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ため、モアレの強度が最小となる。
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、第１領域２ｂａのうち入射光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｃが反射する位置における入射光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のピッチ間隔が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（８）式を満たすことで、視点ＰＥから見たときの第２領域２ｂｂ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ため、モアレの強度が最小となる。
【0041】
Ｘ＝Ｐ２＋ΔＰ＝Ｐ１・・・（８）
また、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重なりは、Ｎを正の整数としてＮ倍であっても成立するため、（２）式または（３）式を満たす場合には、モアレが生じなくなる。
また、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重なりは、Ｎを正の整数としてＮ倍であっても成立するため、（２）式または（３）式を満たす場合には、モアレが生じなくなる。
【0042】
このように、光学部材１は、第１領域２ｂａのプリズム部３のピッチ間隔Ｐ１に対して、第２領域２ｂｂのプリズム部３のピッチ間隔Ｐ２が入射光Ｌ２の明暗パターンの変化分に合わせて小さく設計されている。これにより、視点ＰＥ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。
【0043】
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、射出部２ｂを所定の幅でピッチ間隔の異なる複数の領域２ｂａ～２ｂｃを有する構成とし、射出部２ｂと平滑面２ｃとの反射による一往復における入射光Ｌ２の明暗パターンの変化分に合わせて、ピッチ間隔Ｐ１、Ｐ２が所定の関係を満たす。これにより、視点ＰＥ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ため、ハーフミラーレス構造とされつつ、モアレが低減された光学部材１となる。
【0044】
なお、上記では、射出部２ｂを３つの領域で構成した例について説明したが、これに限定されるものではなく、射出部２ｂをプリズム部３のピッチ間隔が異なる４つ以上の領域で構成してもよい。この場合、複数のプリズム部３のみで構成される領域を除き、導光方向Ｄ２において隣接する２つの領域におけるピッチ間隔の差が（２）式または（３）式を満たす設計とされることで、第２領域以降におけるモアレの発生を抑制することができる。
【0045】
（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。
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。
【0046】
本実施形態の光学部材１は、例えば図６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。
【0047】
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７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。
【0048】
複数の反射層５は、導光体２の内部において、導光方向Ｄ２に沿って互いに所定の間隔で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、第１領域２ｂａおよび第２領域２ｂｂに相当する位置に配置されている。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６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、第３領域２ｂｃに入射する入射光Ｌ２を妨げないように、第３領域２ｂｃ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、第１領域２ｂａおよび第２領域２ｂｂにおいて、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。
【0049】
複数の反射層５は、第１領域２ｂａでは当該領域におけるプリズム部３のピッチ間隔Ｐ１と略同一のピッチＰ３１で配置され、第２領域２ｂｂでは当該領域におけるプリズム部３のピッチ間隔Ｐ２と略同一のピッチＰ３２で配置されている。言い換えると、導光体２は、反射層５の導光方向Ｄ２におけるピッチ間隔が異なる複数の反射領域を備える構成となっている。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に相当する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。
【0050】
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ｎ１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／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。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、ＴｉＯ２とＳｉＯ２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。
【0051】
本実施形態の光学部材１は、第１領域２ｂａにおける反射層５のピッチ間隔をＰ３１とし、第２領域２ｂｂにおける反射層５のピッチ間隔をＰ３２として、以下の（９）式または（１０）式を満たす。
【0052】
Ｎ×（Ｐ３２＋ΔＰｒ）＝Ｐ３１・・・（９）
（Ｐ３２＋ΔＰｒ）＝Ｎ×Ｐ３１・・・（１０）
（９）式および（１０）式におけるＮは、正の整数である。ΔＰｒとは、第１領域２ｂａの反射層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、第２領域２ｂｂ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。Ｐ３１＝Ｐ１、Ｐ３２＝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、（９）式および（１０）式がそれぞれ上記第１実施形態における（２）式、（３）式に相当し、本実施形態の光学部材１は、上記した（４）式、（７）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ＰＥ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。
（Ｐ３２＋ΔＰｒ）＝Ｎ×Ｐ３１・・・（１０）
（９）式および（１０）式におけるＮは、正の整数である。ΔＰｒとは、第１領域２ｂａの反射層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、第２領域２ｂｂ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。Ｐ３１＝Ｐ１、Ｐ３２＝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、（９）式および（１０）式がそれぞれ上記第１実施形態における（２）式、（３）式に相当し、本実施形態の光学部材１は、上記した（４）式、（７）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ＰＥ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。
【0053】
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、または公知の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。
【0054】
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。
【0055】
（第２実施形態の変形例）
光学部材１は、例えば図８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。
光学部材１は、例えば図８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。
【0056】
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。
【0057】
また、光学部材１は、例えば図９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。ピッチ間隔Ｐｐは、第１領域２ｂａではＰ１、第２領域２ｂｂではＰ２である。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。
【0058】
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。
【0059】
（第３実施形態）
第３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。
第３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。
【0060】
本実施形態の光学部材１は、例えば図１０に示すように、導光体２の構成が変更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。
【0061】
なお、本実施形態における「厚み方向Ｄ１」は、例えば図１０に示すように、上記各実施形態における平滑面２ｃに相当する後述の複数の第２平坦部９に対する法線方向に沿った方向である。また、本実施形態における「導光方向Ｄ２」は、厚み方向Ｄ１に対して直交する方向であって、後述する入射側面２ｉから終端面２ｅに向かう方向である。
【0062】
導光体２は、本実施形態では、隣接する入射面２ａおよび反射面２ｇと、入射面２ａに対して対向配置される反射射出面２ｆと、反射面２ｇに対して対向配置され、反射射出面２ｆに隣接する平滑射出面２ｈとを備える。導光体２は、本実施形態では、入射面２ａと反射射出面２ｆとを繋ぐ入射側面２ｉと、入射側面２ｉとは反対側の面であって、反射面２ｇと平滑射出面２ｈとを繋ぐ終端面２ｅとを備える。導光体２は、例えば図１１に示すように、入射面２ａからの入射光Ｌ２の一部を反射射出面２ｆから外部に射出し、残部を内部で反射面２ｇ側に反射し、この反射光を反射面２ｇで二方向の異なる方向に反射する。そして、導光体２は、反射面２ｇのうち後述する第２プリズム部８で反射された光を平滑射出面２ｈから外部に射出し、第２平坦部９で反射された光を平滑射出面２ｈで内部反射して導光する構成となっている。この詳細については、後述する。
【0063】
入射面２ａは、本実施形態では、上記第１実施形態における射出部２ｂに相当する反射射出面２ｆに隣接しておらず、反射射出面２ｆの第１平坦部７と略平行になるように対向配置されている。略平行とは、完全に平行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ズレがあるが、ほぼ平行である場合を含む。入射面２ａは、上記第１実施形態における平滑面２ｃに相当する反射面２ｇに隣接するとともに、反射面２ｇのうち複数の第２平坦部９と同一平面上に位置している。入射面２ａは、反射面２ｇとは反対側が入射側面２ｉに隣接している。入射面２ａは、上記各実施形態と同様に、光学部材１が取り付けられる他の部材１００からはみ出した状態とされ、外景光Ｌ１を導光体２の内部に入射させる。入射面２ａは、本実施形態では、反射射出面２ｆで反射した入射光Ｌ２の一部が臨界角以上の角度で入射する位置にあるため、この一部の入射光Ｌ２を全反射により平滑射出面２ｈ側に反射する導光面としても機能する。
【0064】
入射側面２ｉは、例えば、入射面２ａおよび反射射出面２ｆに対して交差するとともに、これらの面を繋ぐ１つの平坦面である。
【0065】
反射射出面２ｆは、入射面２ａからの入射光Ｌ２が最初に到達する面であり、複数の第１プリズム部６と、複数の第１平坦部７とを有する。反射射出面２ｆは、例えば、導光方向Ｄ２に沿って第１プリズム部６と第１平坦部７とが交互に繰り返し配列された構成となっている。反射射出面２ｆは、入射側面２ｉとは反対側が平滑射出面２ｈに隣接するとともに、複数の第１平坦部７が平滑射出面２ｈと同一平面上に位置している。
【0066】
反射射出面２ｆは、例えば、第１反射領域２ｆａと、第２反射領域２ｆｂとを有し、平滑射出面２ｈの側が第１反射領域２ｆａ、入射側面２ｉの側が第２反射領域２ｆｂとなっている。第１反射領域２ｆａおよび第２反射領域２ｆｂは、いずれも第１プリズム部６と第１平坦部７とが交互に繰り返し配列されたプリズムアレイとなっている。第１反射領域２ｆａは、入射面２ａからの入射光Ｌ２を反射面２ｇに反射する領域である。第２反射領域２ｆｂは、例えば図１１に示すように、入射光Ｌ２を入射面２ａに反射する領域である。つまり、導光体２は、第１反射領域２ｆａで反射した入射光Ｌ２が反射面２ｇに直接到達するとともに、第２反射領域２ｆｂで反射した入射光Ｌ２が入射面２ａを経由して反射面２ｇに到達する構成となっている。反射射出面２ｆは、導光方向Ｄ２における幅をＷとし、第２平坦部９と平滑射出面２ｈとの厚み方向Ｄ１における距離をＴとして、Ｗが（１１）式で表される。
【0067】
Ｗ＝２Ｔ・ｔａｎ（ｓｉｎ－１（ｓｉｎ（θ）／ｎ）＋π－２ψ）・・・（１１）
なお、導光体２の厚みに相当する高さＴを小さくし、薄型化したい場合には、第２平坦部９への導光角φ１が７０°以上、すなわちφ１＋２ψ≧７０を満たすように設計されることが好ましい。
なお、導光体２の厚みに相当する高さＴを小さくし、薄型化したい場合には、第２平坦部９への導光角φ１が７０°以上、すなわちφ１＋２ψ≧７０を満たすように設計されることが好ましい。
【0068】
複数の第１プリズム部６は、複数の第１平坦部７のなす平面から導光体２の内部に向かって設けられた凹部となっている。複数の第１プリズム部６は、例えば図１０に示すように、断面視にて、互いに対向し、交差する２つの壁面で構成された溝形状とされ、２つの壁面の一方が第１反射部６ａ、他方が繋ぎ面６ｂとなっている。複数の第１プリズム部６は、第１反射領域２ｆａおよび第２反射領域２ｆｂのいずれにおいても、ピッチ間隔がＰ１となっている。
【0069】
第１反射部６ａは、例えば、１つの平坦面とされ、第１プリズム部６の２つの壁面のうち当該壁面の法線方向が反射面２ｇ側を向く面である。言い換えると、第１反射部６ａは、入射面２ａに対して反射面２ｇを向くように、厚み方向Ｄ１に対して傾斜角度ψで傾いた傾斜面である。第１反射部６ａは、例えば図１１に示すように、入射面２ａからの入射光Ｌ２を全反射により反射面２ｇの側に反射する第１反射面として機能する部位である。つまり、第１反射部６ａは、上記第１実施形態における平坦部４に相当する部位である。繋ぎ面６ｂは、第１プリズム部６の２つの壁面のうち第１反射部６ａと第１平坦部７とを繋ぐ面であり、例えば、１つの平坦面とされる。
【0070】
複数の第１平坦部７は、例えば図１１に示すように、入射面２ａと対向かつ略平行に配置された平滑面であり、入射面２ａからの入射光Ｌ２が臨界角未満で入射する。複数の第１平坦部７に入射した入射光Ｌ２は、外部に射出される。つまり、複数の第１平坦部７は、上記第１実施形態における射出面３ａに相当する部位である。
【0071】
反射面２ｇは、入射面２ａに隣接する面であって、反射射出面２ｆからの反射光を反射する部位である。反射面２ｇは、複数の第２プリズム部８および第２平坦部９を有し、例えば、一部が導光方向Ｄ２に沿って第２プリズム部８および第２平坦部９が交互に配列されてなるプリズムアレイとなっている。反射面２ｇは、複数の第１反射部６ａを第一反射面として、第一反射面と対をなす第二反射面、第三反射面に相当する第２プリズム部８および第２平坦部９を有する。反射面２ｇは、例えば図１１に示すように、図示しない取付治具等により光学部材１が他の部材１００に取り付けられたとき、他の部材１００と所定の隙間を隔てて対向することとなる。
【0072】
反射面２ｇは、例えば、第２プリズム部８のピッチ間隔が異なる第１領域２ｇａおよび第２領域２ｇｂを有する。第１領域２ｇａは、第２プリズム部８と第２平坦部９とが交互に繰り返し配列された領域であり、入射した入射光Ｌ２を二方向に反射する。第２領域２ｇｂは、複数の第２プリズム部８のみにより構成された領域であり、入射した入射光Ｌ２を一方向に反射する。
【0073】
第１領域２ｇａは、第１入射領域２ｇａ１と、第２入射領域２ｇａ２とを有し、入射面２ａの側が第１入射領域２ｇａ１、第２領域２ｇｂ側が第２入射領域２ｇａ２となっている。第１入射領域２ｇａ１および第２入射領域２ｇａ２は、いずれも第２プリズム部８と第２平坦部９とが交互に繰り返し配列されたプリズムアレイであるが、第２プリズム部８のピッチ間隔Ｐ２が異なっている。第１入射領域２ｇａ１は、例えば図１１に示すように、第１反射領域２ｆａからの反射光が直接入射する領域であり、第１反射領域２ｆａで１回反射した入射光Ｌ２が到達する。第２入射領域２ｇａ２は、第２反射領域２ｆｂからの反射光であって、少なくとも入射面２ａで１回反射した光が入射する領域であり、第２反射領域２ｆｂ、入射面２ａおよび平滑射出面２ｈで３回反射した入射光Ｌ２が到達する。
【0074】
複数の第２プリズム部８は、複数の第２平坦部９のなす平面から外部に突出する突起であって、例えば、断面視にて三角形状とされる。複数の第２プリズム部８は、互いに対向し、交差する２つの面を有し、一方が第１反射部６ａで反射した光を反射する第２反射部８ａ、他方が隣接面８ｂとなっている。
【0075】
複数の第２反射部８ａは、例えば、第１反射部６ａに対して平行な平坦面であり、厚み方向Ｄ１に対して傾斜角度ψで傾斜している。複数の第２反射部８ａは、図１１に示すように、第１反射部６ａでの反射光の一部を全反射により平滑射出面２ｈに反射する。複数の第２反射部８ａは、第１反射部６ａでの反射光を平滑射出面２ｈの側であって、第２平坦部９での反射光とは異なる方向に反射する。複数の第２反射部８ａで反射した光は、臨界角未満の導光角で平滑射出面２ｈに入射し、平滑射出面２ｈから外部に射出される。つまり、第２反射部８ａは、第１反射部６ａで反射した光を平滑射出面２ｈからの射出させるために用いられる反射面であり、いわば「射出反射面」として機能する。このため、複数の第２プリズム部８のみで構成された第２領域２ｇｂに入射した入射光は、第２反射部８ａで反射され、ほぼすべて平滑射出面２ｈから外部に射出される。
【0076】
複数の第２平坦部９は、例えば、入射面２ａと同一平面上に位置し、第１反射部６ａで反射した光を全反射により平滑射出面２ｈ側であって、第１反射部６ａでの反射光とは異なる方向に反射する部位である。複数の第２平坦部９は、例えば、平滑射出面２ｈに対して平行である。これにより、第２平坦部９で反射した光は、臨界角以上の導光角で平滑射出面２ｈに入射し、平滑射出面２ｈで全反射する。つまり、第２平坦部９は、第１反射部６ａで反射した光を導光体２内部で導光するための反射面であり、いわば「導光反射面」として機能する。
【0077】
平滑射出面２ｈは、反射射出面２ｆに連続して配置されるとともに、入射面２ａおよび第２平坦部９に対して平行な平滑面である。平滑射出面２ｈは、反射面２ｇに対して対向配置されており、例えば、入射面２ａからの入射光Ｌ２、入射面２ａで内部反射した光、および反射面２ｇで内部反射した光が入射する。平滑射出面２ｈは、第２平坦部９からの反射光を反射面２ｇ側に反射するとともに、第２反射部８ａからの反射光を外部に射出する。
【0078】
終端面２ｅは、導光方向Ｄ２における終端に位置し、本実施形態では、反射面２ｇと平滑射出面２ｈとを繋ぐ側面である。入射光Ｌ２のうち終端面２ｅに到達した光は、例えば、外部に射出されるが、終端面２ｅを図示しない光吸収膜で覆うことで、外部に射出されなくてもよい。
【0079】
以上が、導光体２の本実施形態における基本的な構成である。
〔光学部材における導光およびモアレの低減〕
次に、反射射出面２ｆ、反射面２ｇ、および平滑射出面２ｈにおける導光について説明する。
〔光学部材における導光およびモアレの低減〕
次に、反射射出面２ｆ、反射面２ｇ、および平滑射出面２ｈにおける導光について説明する。
【0080】
導光体２は、本実施形態では、入射光Ｌ２が第１反射部６ａ、反射面２ｇの第２反射部８ａおよび第２平坦部９で全反射するとともに、第２平坦部９で反射した光が平滑射出面２ｈで全反射し、内部で導光されるように設計されたハーフミラーレス構造である。例えば図１２に示すように、入射光Ｌ２のうち第１平坦部７に入射する光の入射角度をφ０として、入射光Ｌ２の一部は、傾斜角度ψで傾斜した第１反射部６ａにはφ０＋ψの入射角度で入射する。入射角φ０は、第１平坦部７に対する臨界角未満である。このため、第１平坦部７に入射する入射光Ｌ２は、角度θで外部に射出される。一方、φ０＋ψの入射角度は、第１反射部６ａのなす面に対する法線方向をＮ１として、第１反射部６ａに入射する入射光Ｌ２の進む方向と法線方向Ｎ１とのなす角度である。このとき、第１反射部６ａは、導光体２の屈折率がｎ、かつ外部の媒質が屈折率１の空気である場合、以下の（１２）式の全反射の条件を満たす。
【0081】
ｓｉｎ（φ０＋ψ）＞１／ｎ・・・（１２）
第１反射部６ａで反射される入射光Ｌ２は、入射角度と同じ角度で反射されるため、厚み方向Ｄ１とのなす角度、すなわち導光角をφ１として、φ１＝φ０＋２ψとなる。そして、第１反射部６ａで反射される入射光Ｌ２のうち入射面２ａに入射する光は、図１１に示すように角度がφで入射するが、φ＝φ１であり、導光体２が（１２）式を満たすため、臨界角より大きい角度となり、全反射により平滑射出面２ｈに反射される。また、第１反射部６ａで反射される入射光Ｌ２のうち第２平坦部９に入射する光は、図１３に示すように、臨界角より大きい導光角φ１で入射するため、入射面２ａと同様に、全反射により平滑射出面２ｈに反射される。さらに、入射面２ａで反射された光および第２平坦部９で反射された光は、いずれも導光角φ１で平滑射出面２ｈに入射するため、全反射により反射面２ｇ側に反射される。
第１反射部６ａで反射される入射光Ｌ２は、入射角度と同じ角度で反射されるため、厚み方向Ｄ１とのなす角度、すなわち導光角をφ１として、φ１＝φ０＋２ψとなる。そして、第１反射部６ａで反射される入射光Ｌ２のうち入射面２ａに入射する光は、図１１に示すように角度がφで入射するが、φ＝φ１であり、導光体２が（１２）式を満たすため、臨界角より大きい角度となり、全反射により平滑射出面２ｈに反射される。また、第１反射部６ａで反射される入射光Ｌ２のうち第２平坦部９に入射する光は、図１３に示すように、臨界角より大きい導光角φ１で入射するため、入射面２ａと同様に、全反射により平滑射出面２ｈに反射される。さらに、入射面２ａで反射された光および第２平坦部９で反射された光は、いずれも導光角φ１で平滑射出面２ｈに入射するため、全反射により反射面２ｇ側に反射される。
【0082】
一方、第１反射部６ａで反射される入射光Ｌ２のうち第２反射部８ａに入射する光は、第２反射部８ａに対する法線方向Ｎ１とのなす角度δで入射する。このとき、第２反射部８ａは、導光体２の屈折率がｎ、かつ外部の媒質が屈折率１の空気である場合、以下の（１３）式の全反射の条件を満たす。
【0083】
ｓｉｎδ＞１／ｎ・・・（１３）
第２反射部８ａは、第１反射部６ａと平行、すなわち厚み方向Ｄ１に対する傾斜がψであり、角度δで入射した入射光Ｌ２を平滑射出面２ｈに対して入射角φ０となるように反射する。第２反射部８ａで反射された光は、臨界角未満の入射角φ０で平滑射出面２ｈに到達するため、外部に角度θで射出される。なお、角度δは、φ１＋ψ－π／２となる。
第２反射部８ａは、第１反射部６ａと平行、すなわち厚み方向Ｄ１に対する傾斜がψであり、角度δで入射した入射光Ｌ２を平滑射出面２ｈに対して入射角φ０となるように反射する。第２反射部８ａで反射された光は、臨界角未満の入射角φ０で平滑射出面２ｈに到達するため、外部に角度θで射出される。なお、角度δは、φ１＋ψ－π／２となる。
【0084】
ここで、本実施形態では、反射射出面２ｆで反射される光線の明暗パターンが、反射面２ｇの第１領域２ｇａに到達したときに変化する。このため、第１領域２ｇａにおける第２プリズム部８のピッチ間隔Ｐ２が、反射射出面２ｆの第１プリズム部６のピッチ間隔Ｐ１と同じである場合には、パターンのズレによりモアレが発生してしまう。そこで、導光体２は、モアレを抑制するため、以下の（１４）式を満たす設計となっている。
【0085】
Ｐ２＋ΔＰ＝Ｐ１・・・（１４）
ΔＰは、本実施形態では、入射光Ｌ２のうち反射射出面２ｆで反射した光を特定反射光とし、特定反射光が反射面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り、（１５）式で表される。
ΔＰは、本実施形態では、入射光Ｌ２のうち反射射出面２ｆで反射した光を特定反射光とし、特定反射光が反射面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り、（１５）式で表される。
【0086】
ΔＰ＝ｍＴ（ｔａｎ（ｓｉｎ－１（ｓｉｎ（θ＋Δθ）／ｎ）＋π－２ψ）－ｔａｎ（ｓｉｎ－１（ｓｉｎ（θ）／ｎ）＋π－２ψ））・・・（１５）
（１５）式におけるｍは、反射面２ｇに到達した入射光Ｌ２の導光体２内部における反射の回数であって、１または３である。（１５）式においてｍ＝１のときのΔＰは、内部での反射回数が１の入射光Ｌ２が入射する領域、すなわち第１入射領域２ｇａ１に対応するものである。（１５）式においてｍ＝３のときのΔＰは、内部での反射回数が３の入射光Ｌ２が入射する領域、すなわち第２入射領域２ｇａ２に対応するものである。つまり、第１領域２ｇａは、第１入射領域２ｇａ１と第２入射領域２ｇａ２のピッチ間隔Ｐ２が、到達する入射光Ｌ２の導光体２内部における反射回数に応じて異なっている。
（１５）式におけるｍは、反射面２ｇに到達した入射光Ｌ２の導光体２内部における反射の回数であって、１または３である。（１５）式においてｍ＝１のときのΔＰは、内部での反射回数が１の入射光Ｌ２が入射する領域、すなわち第１入射領域２ｇａ１に対応するものである。（１５）式においてｍ＝３のときのΔＰは、内部での反射回数が３の入射光Ｌ２が入射する領域、すなわち第２入射領域２ｇａ２に対応するものである。つまり、第１領域２ｇａは、第１入射領域２ｇａ１と第２入射領域２ｇａ２のピッチ間隔Ｐ２が、到達する入射光Ｌ２の導光体２内部における反射回数に応じて異なっている。
【0087】
（１５）式におけるΔθは、第１領域２ｇａにおいて隣接する２つの第２プリズム部８の第２反射部８ａで反射し、平滑射出面２ｈから射出される２つの射出光Ｌ３であって、平滑射出面２ｈ側の視認者の目に到達するものの角度差である。なお、上記した平滑射出面２ｈから射出される２つの射出光Ｌ３のうち終端面２ｅ側のものが上記第１実施形態で説明した基準光線に相当する。また、基準光線となる入射光Ｌ２を反射する第２プリズム部８に対して、導光方向Ｄ２とは反対方向において隣接する第２プリズム部８を隣接第２プリズム部とする。つまり、Δθは、隣接第２プリズム部で反射され、平滑射出面２ｈから射出される射出光Ｌ３のうち視認者の目に到達する光と基準光線との角度差に相当する。このため、Δθは、上記第１実施形態と同様に、（４）式で表され、（５）式に近似される。導光体２は、（１５）式を満たすことにより、反射射出面２ｆで反射し、直接または入射面２ａおよび平滑射出面２ｈを経由して第１領域２ｇａに到達した入射光Ｌ２のパターン間隔と、第２プリズム部８のパターン間隔とが一致することとなる。このため、導光体２は、ハーフミラーレス構造、かつモアレを低減する構成となっている。
【0088】
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。
【0089】
（第３実施形態の変形例）
上記第３実施形態では、第１プリズム部６がＶ字状の溝とされ、第２プリズム部８が突起とされた例について説明したが、これに限定されない。光学部材１は、例えば図１４に示すように、第１プリズム部６が第１平坦部７から突き出た突起とされ、第２プリズム部８が第２平坦部９よりも内部に凹んだＶ字状の溝とされてもよい。
上記第３実施形態では、第１プリズム部６がＶ字状の溝とされ、第２プリズム部８が突起とされた例について説明したが、これに限定されない。光学部材１は、例えば図１４に示すように、第１プリズム部６が第１平坦部７から突き出た突起とされ、第２プリズム部８が第２平坦部９よりも内部に凹んだＶ字状の溝とされてもよい。
【0090】
また、上記第３実施形態では、第１プリズム部６のピッチ間隔を第１プリズムピッチとし、第２プリズム部８のピッチ間隔を第２プリズムピッチとして、第１反射領域２ｆａおよび第２反射領域２ｆｂにおいて第１プリズムピッチのＰ１が同一であった。そして、反射面２ｇにおける第２プリズムピッチのＰ２が（１５）式を満たすように小さくされた例について説明した。
【0091】
しかしながら、これに限定されるものではなく、第１入射領域２ｇａ１および第２入射領域２ｇａ２において第２プリズムピッチのＰ２が同一、かつ第１反射領域２ｆａおよび第２反射領域２ｆｂにおける第１プリズムピッチのＰ１が異なる値とされてもよい。ピッチ間隔Ｐ２を固定し、ピッチ間隔Ｐ１側を領域２ｇａ１、２ｇａ２ごとに異なる値とする場合であっても、（１５）式を満たすことでモアレの発生を抑制することができる。
【0092】
これらの変形例によっても、上記第３実施形態と同様の効果が得られる光学部材１となる。
【0093】
（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。
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。
【0094】
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】
【0095】
２…導光体、２ａ…入射面、２ｂ…射出部、２ｃ…平滑面、２ｄ…傾斜面、２ｅ…終端面
２ｂａ～２ｂｃ…（射出部の）第１～第３領域、２ｆ…反射射出面
２ｆａ…（反射射出面の）第１入射領域、２ｆｂ…（反射射出面の）第２入射領域
２ｇ…反射面、２ｇａ…（反射面の）第１領域、２ｇａ１…第１反射領域
２ｇａ２…第２反射領域、２ｇｂ…（反射面の）第２領域、２ｈ…平滑射出面
２ｉ…接続面、３…プリズム部、３ａ…射出面、４…平坦部、５…反射層
６…（反射射出面の）第１プリズム部、６ａ…（第１プリズム部の）反射部
７…（反射射出面の）第１平坦部、８…（反射面の）第２プリズム部
８ａ…（第２プリズム部の）反射部、９…（反射面の）第２平坦部、Ｄ１…厚み方向
Ｄ２…導光方向、Ｌ１…外景光、Ｌ２…入射光、Ｌ３…射出光
２ｂａ～２ｂｃ…（射出部の）第１～第３領域、２ｆ…反射射出面
２ｆａ…（反射射出面の）第１入射領域、２ｆｂ…（反射射出面の）第２入射領域
２ｇ…反射面、２ｇａ…（反射面の）第１領域、２ｇａ１…第１反射領域
２ｇａ２…第２反射領域、２ｇｂ…（反射面の）第２領域、２ｈ…平滑射出面
２ｉ…接続面、３…プリズム部、３ａ…射出面、４…平坦部、５…反射層
６…（反射射出面の）第１プリズム部、６ａ…（第１プリズム部の）反射部
７…（反射射出面の）第１平坦部、８…（反射面の）第２プリズム部
８ａ…（第２プリズム部の）反射部、９…（反射面の）第２平坦部、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】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】