(57)【要約】【課題】回折格子を用いても広い角度に光を照射することが可能な光学素子および画像表示装置を提供する。【解決手段】主面（１１ｂ）と、主面（１１ｂ）に対して垂直な複数の側面（１１ａ，１１ｃ）と、主面（１１ｂ）に対向する裏面（１１ｄ）とを有する導光部（１１）と、主面（１１ｂ）上に形成された回折格子部（１２）を備え、裏面（１１ｄ）は主面（１１ｂ）に対して角度δΘだけ傾斜している光学素子（１０）。【選択図】図１
2020134738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面と、前記主面に対して垂直な複数の側面と、前記主面に対向する裏面とを有する導光部と、
前記主面上に形成された回折格子部を備え、
前記裏面は、前記主面に対して角度δΘだけ傾斜していることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記複数の側面は、少なくとも第１側面と、前記第１側面に対して角度δθだけ傾斜して対向する対向側面を有することを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学素子であって、
前記側面および裏面には、反射膜が形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項３に記載の光学素子であって、
前記側面に形成された前記反射膜の一つには、入射開口部が形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項４に記載の光学素子であって、
前記入射開口部を覆うようにプリズムが配置され、
前記プリズムと前記反射膜との間には間隙が設けられていることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一つに記載の光学素子であって、
前記回折格子部は、前記導光部とは屈折率が異なる誘電体で構成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一つに記載の光学素子と、
前記光学素子に対して光を照射する光源部を備え、
前記側面の一つを介して前記主面に対して、前記光源部から光を照射することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子および画像表示装置に関し、特に回折格子を用いた光学素子および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。また、表示する情報量の増加とともに、計器盤に画像表示装置を埋め込むことや、計器盤全体を画像表示装置で構成することも提案されている。
【０００３】
しかし、計器盤は車両のフロントガラスより下方に位置しているため、計器盤に表示された情報を運転者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があるため好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにするヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤ：Ｈｅａｄ  Ｕｐ  Ｄｉｓｐｌａｙ）も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このようなＨＵＤでは、フロントガラスの広い範囲に画像を投影するための光学装置が必要であり、光学装置の小型化および軽量化が望まれている。
【０００４】
一方で、小型の光学装置を用いて光を投影する画像表示装置としては、メガネ形状をしたヘッドマウント型のＨＵＤが知られている（例えば、特許文献２を参照）。ヘッドマウント型のＨＵＤでは、光源から照射された光を視認者の眼に直接照射して、視認者の網膜に画像を投影している。
【０００５】
図９は、従来技術のヘッドマウント型ＨＵＤに用いられる光学素子の構造を示す模式図である。ヘッドマウント型ＨＵＤ内には、導波路部１と、回折格子部２と、反射膜３ａ，３ｂとを備えた光学素子が収容されている。導波路部１には、傾斜端面１ａと裏面１ｂと表面１ｃが形成されており、内部に回折格子部２が設けられている。また、裏面１ｂと表面１ｃには反射膜３ａ，３ｂが形成されている。回折格子部２は、導波路部１とは屈折率が異なる材料で構成され、所定間隔で凹凸が形成されたブレーズドグレーティングである。
【０００６】
図９に示したように、光源部（図示省略）から照射された入射光Ｌｉｎは、導波路部１に入射した後に傾斜端面１ａで反射される。傾斜端面１ａで反射された入射光Ｌｉｎは導波路部１内を進み、裏面１ｂと表面１ｃの反射膜３ａ，３ｂで繰り返し反射されて回折格子部２に到達する。回折格子部２に到達した光は、回折格子部２の回折条件によって決まる方向に出射光Ｌｏｕｔとして照射される。ここで、回折格子部２の回折条件は、光の波長と回折格子部２のピッチ、導波路部１と回折格子部２の屈折率差、回折格子部２に光が到達する角度などによって決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１８−１１８６６９号公報
【特許文献２】特表２０１８−５２８４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、ヘッドマウント型ＨＵＤに用いられる光学素子では、光の出射方向が回折格子部２の回折条件によって決まるため、出射光Ｌｏｕｔの拡がり角度は小さくなる。このように拡がり角度の小さい出射光Ｌｏｕｔは、網膜のような小さい領域への画像投影には適しているが、車両用ＨＵＤのように広い領域に対して光を拡大して画像投影することは困難であった。
【０００９】
そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、回折格子を用いても広い角度に光を照射することが可能な光学素子および画像表示装置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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の光学素子は、主面と、前記主面に対して垂直な複数の側面と、前記主面に対向する裏面とを有する導光部と、前記主面上に形成された回折格子部を備え、前記裏面は、前記主面に対して角度δΘだけ傾斜していることを特徴とする。
【００１１】
このような本発明の光学素子では、主面に対して裏面が角度δΘだけ傾斜しているため、主面と側面と裏面で繰り返し反射された光の経路が変化し、回折格子部に到達する光の位置と入射角度が異なるものとなる。これにより、回折格子部から複数の角度方向に対して光が取り出され、広い角度に光を照射することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の一態様では、前記複数の側面は、少なくとも第１側面と、前記第１側面に対して角度δθだけ傾斜して対向する対向側面を有する。
【００１３】
また、本発明の一態様では、前記側面および裏面には、反射膜が形成されている。
【００１４】
また、本発明の一態様では、前記側面に形成された前記反射膜の一つには、入射開口部が形成されている。
【００１５】
また、本発明の一態様では、前記入射開口部を覆うようにプリズムが配置され、前記プリズムと前記反射膜との間には間隙が設けられている。
【００１６】
また、本発明の一態様では、前記回折格子部は、前記導光部とは屈折率が異なる誘電体で構成されている。
【００１７】
また、本発明の画像表示装置は、上記何れか一つに記載の光学素子と、前記光学素子に対して光を照射する光源部を備え、前記側面の一つを介して前記主面に対して、前記光源部から光を照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、回折格子を用いても広い角度に光を照射することが可能な光学素子および画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態における光学素子１０の構造と光路を示す模式図である。
【図２】回折格子部１２に垂直に入射した光のシミュレーション結果を示す図であり、図２（ａ）は出射光の電場分布を示し、図２（ｂ）は回折格子部１２内外での光の電場分布を示している。
【図３】回折格子部１２に垂直に入射した光のシミュレーション結果を示す図であり、図３（ａ）は回折格子部１２内での電場の虚部を示し、図３（ｂ）は回折格子部１２内外での電場を示している。
【図４】回折格子部１２に斜めに入射した光のシミュレーション結果を示す図であり、図４（ａ）は出射光の電場分布を示し、図４（ｂ）は回折格子部１２内外での光の電場分布を示している。
【図５】回折格子部１２に斜めに入射した光のシミュレーション結果を示す図であり、図５（ａ）は回折格子部１２内での電場の虚部を示し、図５（ｂ）は回折格子部１２内外での電場を示している。
【図６】回折格子部１２内での電場の角度依存性を示すグラフである。
【図７】第２実施形態における光学素子２０の構造を示す模式図である。
【図８】光学素子２０の光路を示す模式図であり、図８（ａ）は側面方向から見た図であり、図８（ｂ）は上面から見た図である。
【図９】従来技術のヘッドマウント型ＨＵＤに用いられる光学素子の構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態における光学素子１０の構造と光路を示す模式図である。図１に示すように光学素子１０は、導光部１１と、回折格子部１２と、反射膜１３と、プリズム１４と、間隙１５を備えている。なお図１は、光学素子１０の構造を模式的に示したものであり、図中の寸法や角度は光学素子１０における実寸を示すものではない。
【００２１】
導光部１１は、光を透過する材料で構成された略板状の部分であり、側面１１ａと、主面１１ｂと、側面１１ｃと、裏面１１ｄを備えている。導光部１１のサイズは限定されないが、例えば幅ｄ＝１０ｍｍ、厚さｔ＝２ｍｍ程度の大きさが挙げられる。導光部１１を構成する材料は限定されないが、例えばＳｉＯ２を主成分とする屈折率１．５程度のガラスを用いることが好ましい。
【００２２】
側面１１ａは、光学素子１０の外部に配置された光源からの光が入射する平坦面であり、主面１１ｂに対して略垂直に形成されている。主面１１ｂは、表面に回折格子部１２が形成される平坦面であり、裏面１１ｄに対向している。側面１１ｃは、側面１１ａに対向する平坦面であり、主面１１ｂに対して略垂直に形成されている。裏面１１ｄは、主面１１ｂに対向する平坦面であり、主面１１ｂに対して角度δΘだけ傾斜して形成されている。角度δΘの範囲は１度以上５度以下が好ましい。図１では光の入射面である側面１１ａ側が厚くなるように裏面１１ｄが傾斜した例を示しているが、側面１１ｃ側が厚くなるように裏面１１ｄが傾斜するとしてもよい。
【００２３】
回折格子部１２は、主面１１ｂ上に形成された略板状の部分であり、導光部１１とは屈折率が異なる材料で構成されている。回折格子部１２の表面には、複数の凸部１２ａと凹部１２ｂが周期的に形成されており、回折格子を構成している。図１では図示を省略しているが、回折格子部１２の凸部１２ａと凹部１２ｂは、それぞれ紙面の奥行方向にストライプ状に延伸して形成されている。
【００２４】
回折格子部１２を構成する材料は限定されないが、導光部１１との屈折率差が大きな材料を用いることが好ましく、例えばＴｉＯ２を主成分とする屈折率２．５程度の誘電体を用いることが好ましい。回折格子部１２のサイズは特に限定されないが、面内方向にも光を導波できる厚さを有することが好ましい。回折格子部１２は公知の方法で形成することができ、例えばナノインプリント技術、ＥＢＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）技術等を用いることができる。
【００２５】
反射膜１３は、側面１１ａ，１１ｃと裏面１１ｄを覆うように形成された反射率の高い膜である。反射膜１３には、側面１１ａの一部に入射開口部１３ａが形成されており、入射開口部１３ａを介して導光部１１に対して光を入射可能とされている。反射膜１３を構成する材料は限定されないが、銀等の高反射率金属を蒸着して形成することが好ましい。
【００２６】
プリズム１４は、側面１１ａの近傍に配置され断面三角形状の光学要素であり、反射膜１３に形成された入射開口部１３ａを覆うように配置されている。また、反射膜１３とプリズム１４との間には間隙１５が設けられており、反射膜１３とプリズム１４との間に空気層が介在している。プリズム１４を構成する材料は限定されないが、光源からの光を効率よく導光部１１に入射させるためには、プリズム１４と導光部１１の屈折率を同程度にすることが好ましく、導光部１１と同じ材料を用いることが好ましい。
【００２７】
間隙１５は、側面１１ａに形成された反射膜１３とプリズム１４との間に設けられた空間である。間隙１５の幅は、光の波長程度であることが好ましい。図１に示した例では間隙１５に空気層が介在しているが、プリズム１４と導光部１１との光結合効率を向上させるために、導光部１１と屈折率が近い透明な接触液を間隙１５に充填するとしてもよい。また、図１では反射膜１３と間隙１５を空けてプリズム１４を配置した例を示したが、間隙１５を設けず両者を接触させるとしてもよい。また、光学散乱の影響による光結合効率の低下が許容範囲である場合には、プリズム１４を用いずに入射開口部１３ａから導光部１１に光を直接入射させるとしてもよい。
【００２８】
次に、図１を用いて光学素子１０における光路について説明する。図示しない光源からは、光学素子１０に向けてレーザ光が照射される。ここでレーザ光は位相が揃ったコヒーレントな光であり、コリメートレンズ等によってコリメート光として照射される。コリメート光はプリズム１４の一面に入射し、プリズム１４内部を透過して間隙１５側の面から間隙１５に抜ける。ここでコリメート光はプリズム１４に対して略垂直に入射される。
【００２９】
プリズム１４を通過したコリメート光は、間隙１５および入射開口部１３ａを介して導光部１１の側面１１ａに対して斜めに入射する。ここで、間隙１５の幅を波長と同程度とすることで、プリズム１４と間隙１５の界面や間隙１５と導光部１１の界面での光反射を低減して、コリメート光を高効率で導光部１１内に取り込むことができる。
【００３０】
側面１１ａから入射したコリメート光は、導光部１１内部を進行する入射光Ｌ１として回折格子部１２に入射角Φで入射する。導光部１１と回折格子部１２の界面では、入射光Ｌ１の一部は回折格子部１２内に入射し、一部が反射光として導光部１１内に反射される。入射光Ｌ１のうち回折格子部１２内を進行する光は、導光部１１と回折格子部１２の屈折率に応じて進行角度が変化し、凸部１２ａと凹部１２ｂによる回折条件を満たす出射角度θｄ１方向に出射光ＬＯ１として出射される。また、回折格子部１２内に取り込まれた光は、屈折率と入射角Φを適切に選択することで空気との界面での漏れ全反射の条件を満たすことができ、回折格子部１２内で繰り返し反射されて回折格子部１２内を伝搬する。
【００３１】
入射光Ｌ１のうち導光部１１と回折格子部１２の界面で反射された光は、導光部１１内を進行して側面１１ｃ、裏面１１ｄおよび側面１１ａで反射されて再び主面１１ｂに到達し、再入射光Ｌ２として回折格子部１２に入射する。ここで、裏面１１ｄは主面１１ｂに対して角度δΘだけ傾斜しているため、側面１１ａに到達する光の反射位置は入射開口部１３ａとは異なるものとなる。また、側面１１ａで反射されて主面１１ｂに進行する再入射光Ｌ２は、入射光Ｌ１とはδΘだけ進行角度が異なり非平行である。したがって、再入射光Ｌ２が回折格子部１２に入射する位置と角度は入射光Ｌ１とは異なるものとなる。
【００３２】
導光部１１と回折格子部１２の界面に入射した再入射光Ｌ２も、入射光Ｌ１と同様に一部は回折格子部１２内に入射し、一部が反射光として導光部１１内に反射される。また、回折格子部１２内部を進行する再入射光Ｌ２は、回折条件を満たす出射角度θｄ２方向に出射光ＬＯ２として出射される。このとき、再入射光Ｌ２が回折格子部１２に入射する際の入射角は入射光Ｌ１とはδΘだけ異なっているため、回折条件は入射光Ｌ１と再入射光Ｌ２で異なっており、出射角度θｄ１とθｄ２は異なるものとなる。
【００３３】
以下同様に、再入射光Ｌ２のうち導光部１１と回折格子部１２の界面で反射された光は、導光部１１内を進行して再び側面１１ｃ、裏面１１ｄおよび側面１１ａで反射される。このように、コリメート光は導光部１１内で繰り返し反射されて主面１１ｂに到達するが、裏面１１ｄで反射された回数に応じて主面１１ｂへの入射角と位置が異なるものとなる。これにより、繰り返し反射で回折格子部１２に取り込まれた光の回折条件は、裏面１１ｄで反射された回数に応じて異なるものとなり、出射角度もそれぞれ異なるものとなる。
【００３４】
以上に述べたように、導光部１１に斜めに入射した光は、傾斜した裏面１１ｄでの反射によって回折条件が変化し、回折格子部１２の表面から複数の出射角度で取り出されるため、光学素子１０から広い角度に光を照射することが可能となる。また、光学素子１０に対してコリメート光を照射する光源部と、光学素子１０から照射された光を投影するスクリーン等を備えることで、投影距離に応じて画像を拡大できる画像表示装置を構成できる。ここでスクリーンとしては、非透過型の白色スクリーンや透過型のガラスでもよく、例えば車両のフロントガラスを用いることができる。
【００３５】
図２〜図４は、導光部１１から回折格子部１２への光の進行と取出しについて、シミュレーションをした結果を示す図である。シミュレーションにはＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）法を用い、シミュレーション条件としては導光部１１の屈折率を１．５４とし、回折格子部１２の屈折率を２．５２とし、空気の屈折率を１．００とした。また、凸部１２ａと凹部１２ｂのピッチは６９６ｎｍとし、凸部１２ａの幅を２３０ｎｍとし、凸部１２ａの高さを２１０ｎｍとし、導光部１１の主面１１ｂから凸部１２ａの上面までの厚さを７８８ｎｍとした。また、入射光Ｌ１を直径２μｍのコヒーレント光とし、波長を８５２ｎｍとした。
【００３６】
図２は、回折格子部１２に垂直に入射した光のシミュレーション結果を示す図であり、図２（ａ）は出射光の電場分布を示し、図２（ｂ）は回折格子部１２内外での光の電場分布を示している。図３は、回折格子部１２に垂直に入射した光のシミュレーション結果を示す図であり、図３（ａ）は回折格子部１２内での電場の虚部を示し、図３（ｂ）は回折格子部１２内外での電場を示している。図２（ｂ）および図３（ｂ）では、凸部１２ａと凹部１２ｂの形状を白線の凹凸で示しており、入射光Ｌ１の入射位置と角度を白抜きの矢印で示している。入射光Ｌ１の入射位置はｘ＝０で、入射角度は０度である。
【００３７】
図２（ａ）に示したグラフは、回折格子部１２外であるｚ＝１．５９μｍ位置での回折光強度を示しており、０次光、１次光、２次光が出射することがわかる。
【００３８】
図３（ａ）に示したグラフは、回折格子部１２内であるｚ＝０．７０μｍ位置での電場の虚部を示しており、図中の太い破線は入射したコリメート光の直径を示している。図２および図３に示したように、回折格子部１２に垂直に入射した光では、透過光が出射するだけであり、回折格子部１２の面内方向への光の拡がりがほとんどないことがわかる。
【００３９】
図４は、回折格子部１２に斜めに入射した光のシミュレーション結果を示す図であり、図４（ａ）は出射光の電場分布を示し、図４（ｂ）は回折格子部１２内外での光の電場分布を示している。
【００４０】
図５は、回折格子部１２に斜めに入射した光のシミュレーション結果を示す図であり、図５（ａ）は回折格子部１２内での電場の虚部を示し、図５（ｂ）は回折格子部１２内外での電場を示している。図４（ｂ）および図５（ｂ）では、凸部１２ａと凹部１２ｂの形状を白線の凹凸で示しており、入射光Ｌ１の入射位置と角度を白抜きの矢印で示している。入射光Ｌ１の入射位置はｘ＝０で、入射角度は−６２．３度である。
【００４１】
図４（ａ）に示したグラフは、回折格子部１２外であるｚ＝１．５９μｍ位置での回折光強度を示しており、０次光、１次光、２次光の他にも複数の光が出射することがわかる。
【００４２】
図５（ａ）に示したグラフは、回折格子部１２内であるｚ＝０．７０μｍ位置での電場の虚部を示しており、図中の太い破線はコリメート光の直径を示している。図４および図５に示したように、回折格子部１２に斜めに入射した光では、コリメート光の直径よりも広い範囲に回折格子部１２の面内方向に光が分布し、回折格子部１２において光を出射できる領域も拡がっていることがわかる。
【００４３】
したがって、回折格子部１２に斜めに入射した光は、入射光Ｌ１の直径よりも広い範囲から外部に出射され、かつ上述したように繰り返し反射によって出射光の拡がり角度が大きくなるため、光学素子１０からより広い範囲に光を照射することが可能となる。
【００４４】
図６は、回折格子部１２内での電場の角度依存性を示すグラフである。図６に示すようにコリメート光の入射角によって回折格子部１２の面内方向における広がりが異なっている。したがって、回折格子部１２への入射角を調整することで、光学素子１０における光出射の領域を制御して、所望の配光分布を設計することができる。
【００４５】
上述したように、本実施形態の光学素子１０では、主面１１ｂに対して裏面１１ｄが角度δΘだけ傾斜しているため、主面１１ｂと側面１１ａ，１１ｃと裏面１１ｄで繰り返し反射された光の経路が変化し、回折格子部１２に到達する光の位置と入射角度が異なるものとなる。これにより、回折格子部１２から複数の角度方向に対して光が取り出され、広い角度に光を照射することが可能となる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。
【００４７】
図７は、本実施形態における光学素子２０の構造を示す模式図である。図７に示すように光学素子２０は、導光部２１と、回折格子部２２を備えている。回折格子部２２の上面には、凸部２２ａと凹部２２ｂが周期的に形成されている。図７では反射膜１３およびプリズム１４の図示を省略しているが、第１実施形態と同様に反射膜１３およびプリズム１４を備えるとしてもよい。
【００４８】
凸部２２ａと凹部２２ｂは、それぞれ直線状に延伸して形成されているが、導光部２１の何れの側面に対しても平行ではなく、光学素子２０に入射される光に対して略垂直となるように形成されている。また、導光部２１は、直方体から一つの側面と底面が削られた形状をなしており、主面と底面は非平行であり、一対の対向する側面も非平行とされている。
【００４９】
図８は、光学素子２０の光路を示す模式図であり、図８（ａ）は側面方向から見た図であり、図８（ｂ）は上面から見た図である。図８（ａ）（ｂ）に示すように、導光部２１は側面２１ａと、主面２１ｂと、側面２１ｃ１，２１ｃ２と、裏面２１ｄを備えている。
【００５０】
側面２１ａは、光学素子１０の外部に配置された光源からの光が入射する平坦面であり、主面２１ｂに対して略垂直に形成されている。主面２１ｂは、表面に回折格子部１２が形成される平坦面であり、裏面２１ｄに対向している。側面２１ｃ１は、側面２１ａに直交する平坦面であり、主面２１ｂに対して略垂直に形成されている。裏面２１ｄは、主面２１ｂに対向する平坦面であり、主面２１ｂに対して角度δΘだけ傾斜して形成されている。角度δΘの範囲は１度以上５度以下が好ましい。側面２１ｃ２は、側面２１ｃ１に対向する平坦面であり、側面２１ｃ１に対して角度δθだけ傾斜して形成されている。側面２１ｃ１は本発明における第１側面に相当し、側面２１ｃ２は本発明における対向側面に相当している。ここで、側面２１ｃ１および側面２１ｃ２は第１実施形態と同様に反射膜が形成されているが、図８では図示を省略している。
【００５１】
次に、図８を用いて光学素子２０における光路について説明する。図示しない光源からは、光学素子２０に向けてコリメート光が照射される。コリメート光は側面２１ａにプリズム１４を介して入射し、導光部２１内部を進行する入射光Ｌ１として点Ｐ１で回折格子部２２に入射角Φで入射する。入射光Ｌ１の一部は回折格子部２２内を伝搬し、図１での説明と同様に回折条件を満たす出射角度θｄ１方向に出射光ＬＯ１として出射される。
【００５２】
入射光Ｌ１のうち導光部２１と回折格子部２２の界面で反射された光は、導光部２１内を進行して側面２１ｃ１、裏面２１ｄおよび側面２１ｃ２で反射されて再び主面２１ｂに到達し、再入射光Ｌ２として点Ｐ２で回折格子部２２に入射する。再入射光Ｌ２の一部は、回折格子部２２内を伝搬し、回折条件を満たす出射角度θｄ２方向に出射光ＬＯ２として出射される。以下、同様に導光部２１内での繰り返し反射と、回折格子部２２内での伝搬および光出射が生じ、点Ｐ３からは出射角度θｄ３方向に出射光ＬＯ３が出射される。
【００５３】
ここで、裏面２１ｄは主面２１ｂに対して角度δΘだけ傾斜し、側面２１ｃ２は側面２１ｃ２に対して角度δθだけ傾斜しているため、入射光Ｌ１、再入射光Ｌ２および再々入射光Ｌ３が回折格子部２２に入射する位置と角度はそれぞれ異なっている。これにより、点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３での回折条件はそれぞれ異なるものとなり、出射光ＬＯ１，ＬＯ２，ＬＯ３の出射角度θｄ１，θｄ２，θｄ３は異なるものとなる。
【００５４】
以上に述べたように、導光部２１に斜めに入射した光は、傾斜した裏面２１ｄと側面２１ｃ２での反射によって回折条件が変化し、回折格子部２２の表面から複数の出射角度で取り出されるため、光学素子２０から広い角度に光を射出することが可能となる。回折格子部２２内での面内方向への光の拡がりと、出射光の取出し範囲の拡大についても、第１実施形態と同様である。
【００５５】
また図８（ａ）（ｂ）に示したように光学素子２０では、側面２１ｃ２が側面２１ｃ１に対して傾斜しているため、導光部２１内での入射光Ｌ１、再入射光Ｌ２および再々入射光Ｌ３は三次元的な螺旋状に進行する。したがって、回折格子部２２の面内方向において、点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の互いの間隔を広くすることができ、入射光Ｌ１、再入射光Ｌ２および再々入射光Ｌ３の回折格子部２２内での干渉を抑制することができる。
【００５６】
以上に述べたように、本実施形態の光学素子２０でも、主面２１ｂに対して裏面２１ｄが角度δΘだけ傾斜し、側面２１ｃ１に対して側面２１ｃ２が角度δθだけ傾斜しているため、主面２１ｂと側面２１ｃ１，２１ｃ２と裏面２１ｄで繰り返し反射された光の経路が変化し、回折格子部２２に到達する光の位置と入射角度が異なるものとなる。これにより、回折格子部２２から複数の角度方向に対して光が取り出され、広い角度に光を照射することが可能となる。
【００５７】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５８】
１０，２０…光学素子
１１，２１…導光部
１１ａ，１１ｃ、２１ａ，２１ｃ１，２１ｃ２…側面
１１ｂ，２１ｂ…主面
１１ｄ，２１ｄ…裏面
１２，２２…回折格子部
１２ａ，２２ａ…凸部
１２ｂ，２２ｂ…凹部
１３…反射膜
１３ａ…入射開口部
１４…プリズム
１５…間隙
Ｌ１…入射光
Ｌ２…再入射光
Ｌ３…再々入射光
ＬＯ１，ＬＯ２，ＬＯ３…出射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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