(57)【要約】【課題】効率良く光を屋内に採り入れる。【解決手段】光学装置１は、入射する光を配光する配光デバイス２と、配光デバイス２に対して注入又は排出される液体８ａと、液体８ａを収容する容器３とを備える。配光デバイス２は、液体８ａの注入又は排出によって、入射する光を透過させる状態を透明状態と配光状態とで切り替える第１デバイス２ａを有する。第１デバイス２ａは、第１基板１０と、第２基板２０と、第２基板２０の主面２１に配置された第１凹凸構造層３０と、第１基板１０と第１凹凸構造層３０との間に設けられ、液体８ａが注入又は排出される空間である第１空間部４０とを有する。第１凹凸構造層３０は、第１方向に並んで設けられ、かつ、第１方向に交差する第２方向に沿って長尺な形状を各々が有する複数の第１凸部３１を含む第１凸部群３０ａ及び３０ｂを有する。複数の第１凸部群３０ａ及び３０ｂは、間隔を空けて第２方向に並んで設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光を配光する配光デバイスと、
前記配光デバイスに対して注入又は排出される第１液体と、
前記第１液体を収容する容器とを備え、
前記配光デバイスは、前記第１液体の注入又は排出によって、前記入射する光を透過させる状態を透明状態と配光状態とで切り替える第１デバイスを有し、
前記第１デバイスは、
透光性を有する第１基板と、
前記第１基板に対向して配置された透光性を有する第２基板と、
前記第２基板の、前記第１基板に対向する主面である第１主面に配置された第１凹凸構造層と、
前記第１基板と前記第１凹凸構造層との間に設けられ、前記第１液体が注入又は排出される空間である第１空間部とを有し、
前記第１凹凸構造層は、第１方向に並んで設けられ、かつ、前記第１方向に交差する第２方向に沿って長尺な形状を各々が有する複数の第１凸部を含む第１凸部群を複数有し、
複数の前記第１凸部群は、間隔を空けて前記第２方向に並んで設けられている
光学装置。
【請求項２】
前記第１基板の、前記第２基板に対向する主面は、前記第１液体に対して親液性を有する
請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記第１基板の、前記第２基板に対向する主面は、前記第１液体に対する接触角が３０°以下である
請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
隣り合う２つの前記第１凸部群の間隔は、前記第１方向に沿って延びる間隙部を形成している
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記第１液体は、前記第１凹凸構造層の表面自由エネルギーよりも大きい表面張力を有する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記第１デバイスは、さらに、
前記第１方向における前記第１空間部の端部を形成する、前記第２方向に沿って長尺な形状を有する第１スペーサと、
前記第１スペーサの前記第１空間部とは反対側に、前記第１液体が流れる流路空間を形成するように間隔を空けて設けられた、前記第２方向に沿って長尺な形状を有する第２スペーサとを備え、
前記第１スペーサは、前記流路空間と前記第１空間部とを連通する複数の貫通孔を有し、
前記第１液体は、前記流路空間及び前記複数の貫通孔を通って、前記第１空間部に対して注入又は排出される
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記流路空間には、前記容器に接続されて、前記第１液体が注入又は排出される開口が設けられ、
前記複数の貫通孔のうち、前記開口に近い第１貫通孔は、前記開口から遠い第２貫通孔よりも、孔径が大きい
請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】
前記流路空間の前記第２方向における両端にそれぞれ、前記容器に接続されて、前記第１液体が注入又は排出される開口が設けられ、
前記複数の貫通孔は、前記第１スペーサの前記第２方向における中央に近い貫通孔程、孔径が大きい
請求項６に記載の光学装置。
【請求項９】
さらに、前記配光デバイスに対して注入又は排出される第２液体を備え、
前記容器は、さらに、前記第２液体を収容し、
前記配光デバイスは、さらに、前記第２液体の注入又は排出によって、前記入射する光を透過させる状態を透明状態と配光状態とで切り替える第２デバイスを有し、
前記第２デバイスは、
前記第１基板又は前記第２基板の主面であって、前記第１空間部が設けられた側とは反対側の主面である第２主面に対向して配置された、透光性を有する第３基板と、
前記第３基板の、前記第２主面に対向する主面である第３主面及び前記第２主面のいずれか一方に配置された第２凹凸構造層と、
前記第２凹凸構造層と、前記第２凹凸構造層に対向する前記第３主面又は前記第２主面との間に設けられ、前記第２液体が注入又は排出される空間である第２空間部とを有し、
前記第２凹凸構造層は、前記第１方向に並んで設けられ、かつ、前記第２方向に沿って長尺な形状を各々が有する複数の第２凸部を含む第２凸部群を複数有し、
複数の前記第２凸部群は、間隔を空けて前記第２方向に並んで設けられている
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記第２液体は、前記第２凹凸構造層の表面自由エネルギーよりも大きい表面張力を有する
請求項９に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記複数の第１凸部の各々は、第１側面を有し、
前記複数の第２凸部の各々は、第２側面を有し、
前記第１主面に直交する方向に対する前記第１側面の傾斜角は、前記第１主面に直交する方向に対する前記第２側面の傾斜角より大きい
請求項９又は１０に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記第２凹凸構造層は、前記第２液体が前記第２空間部から排出された状態で入射する光を前記第２側面で全反射させる配光構造を有し、
前記第１凹凸構造層は、前記第１液体が前記第１空間部から排出された状態で入射する光であって、前記第２側面で全反射された光を屈折させる配光構造を有する
請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記第１側面の傾斜角は、２０°以上３５°以下であり、
前記第２側面の傾斜角は、１０°以上２０°以下である
請求項１１又は１２に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記第１空間部への前記第１液体の注入、及び、前記第１空間部からの前記第１液体の排出の少なくとも一方を行う送液部と、
前記送液部を制御する制御部とを備える
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１５】
前記制御部は、太陽高度に応じて前記送液部を制御する
請求項１４に記載の光学装置。
【請求項１６】
前記制御部は、太陽高度が閾値より低い場合に、前記第１空間部に前記第１液体を充填させ、太陽高度が前記閾値より高い場合に、前記第１空間部から前記第１液体を排出する
請求項１５に記載の光学装置。
【請求項１７】
前記配光デバイス及び前記容器の組を複数備え、
複数の前記配光デバイスは、前記第１主面を平面視した場合に、面内に並んで配置されている
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、第１電極と第２電極との間に配置され、透明状態と入射光を配光する状態とが変化可能な屈折率調整層と、第１電極と屈折率調整層との間に配置され、第２電極に向かって突出する複数の凸部を有する凹凸層とを備える光学デバイスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１８５６９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の光学デバイスでは、凸部と屈折率調整層との屈折率差が小さいので、全反射できる光の量が少ない。このため、上記従来の光学デバイスを窓に利用したとしても、屋内に光を効率良く採り入れることができない。
【０００５】
そこで、本発明は、窓に利用された場合に、効率良く光を屋内に採り入れることができる光学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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る光学装置は、入射する光を配光する配光デバイスと、前記配光デバイスに対して注入又は排出される第１液体と、前記第１液体を収容する容器とを備え、前記配光デバイスは、前記第１液体の注入又は排出によって、前記入射する光を透過させる状態を透明状態と配光状態とで切り替える第１デバイスを有し、前記第１デバイスは、透光性を有する第１基板と、前記第１基板に対向して配置された透光性を有する第２基板と、前記第２基板の、前記第１基板に対向する主面である第１主面に配置された第１凹凸構造層と、前記第１基板と前記第１凹凸構造層との間に設けられ、前記第１液体が注入又は排出される空間である第１空間部とを有し、前記第１凹凸構造層は、第１方向に並んで設けられ、かつ、前記第１方向に交差する第２方向に沿って長尺な形状を各々が有する複数の第１凸部を含む第１凸部群を複数有し、複数の前記第１凸部群は、間隔を空けて前記第２方向に並んで設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る光学装置によれば、窓に利用された場合に、効率良く光を屋内に採り入れることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光学装置の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る光学装置が備える配光デバイスの、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る配光デバイスが備える第１凹凸構造層の第１凸部の断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る配光デバイスの、図１のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る配光デバイス内の液体の排出を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る配光デバイスの透明状態を示す断面図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る配光デバイスの配光状態を示す断面図である。
【図８】図８は、実施の形態１の変形例１に係る配光デバイスの構成を示す模式図である。
【図９】図９は、実施の形態１の変形例２に係る配光デバイスの構成を示す模式図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係る配光デバイスの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る配光デバイスの液体の注入の様子を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３に係る光学装置の構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３に係る光学装置が備える配光デバイスの垂直方向に沿った断面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態３に係る配光デバイスが備える第２凹凸構造層の第２凸部の断面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態３に係る配光デバイスの透明状態を示す断面図である。
【図１６】図１６は、実施の形態３に係る配光デバイスの低角度入射用の配光状態を示す断面図である。
【図１７】図１７は、実施の形態３に係る配光デバイスの高角度入射用の配光状態を示す断面図である。
【図１８】図１８は、実施の形態３に係る配光デバイスの高角度入射用の配光状態を示す断面図である。
【図１９】図１９は、実施の形態４に係る光学装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態に係る光学装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１０】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１１】
また、本明細書において、平行又は垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、三角形又は台形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
【００１２】
また、本明細書及び図面において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、Ｚ軸に垂直な方向（ＸＹ平面に平行な方向）を水平方向としている。なお、Ｚ軸の正方向を鉛直上方としている。また、本明細書において、「厚み方向」とは、光学デバイスの厚み方向を意味し、第１基板及び第２基板の主面に垂直な方向のことであり、「平面視」とは、第１基板又は第２基板の主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。
【００１３】
（実施の形態１）
［構成］
まず、実施の形態１に係る光学装置の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る光学装置１の構成を示す模式図である。図２は、本実施の形態に係る光学装置１が備える配光デバイス２の断面図である。具体的には、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面を示している。図２に示される断面は、例えば、建物の垂直な壁に設けられた窓に配光デバイス２が取り付けられた場合における配光デバイス２の鉛直方向に沿った断面である。
【００１４】
図１に示されるように、光学装置１は、配光デバイス２と、容器３とを備える。本実施の形態では、光学装置１は、さらに、配管４ａと、ポンプ５ａと、制御部６と、バルブ７ａ及び７ｃとを備える。なお、図１では、配光デバイス２のみを断面視で模式的に図示しており、容器３、配管４ａ、ポンプ５ａ、制御部６、並びに、バルブ７ａ及び７ｃは互いの接続関係を模式的に図示している。後述する図１２及び図１９においても同様である。
【００１５】
配光デバイス２は、配光デバイス２に入射する光を制御する光制御デバイスである。具体的には、配光デバイス２は、配光デバイス２に入射する光を透過させる際に、入射した光の進行方向を変更して出射させる。すなわち、配光デバイス２は、入射する光を配光する。
【００１６】
本実施の形態では、「配光」とは、配光デバイス２に入射する入射光を透過させる際に、その進行方向を特定の方向に曲げて出射させることである。例えば、配光デバイス２は、鉛直方向に沿って立てて配置された場合に、斜め下方に向けて進む光を透過させる際に、当該光を全反射することで、斜め上方に向けて出射する。配光デバイス２による具体的な光学作用については、後で説明する。
【００１７】
配光デバイス２は、例えば、建物の窓に設置されることで、配光機能付き窓として実現することができる。配光デバイス２は、例えば、粘着層を介して既存の窓ガラスなどの透明基材に貼り付けて使用される。あるいは、配光デバイス２は、建物の窓そのものとして利用されてもよい。
【００１８】
配光デバイス２は、図２に示されるように、第１デバイス２ａを備える。配光デバイス２は、例えば、第１デバイス２ａの第２基板２０が屋内側で、第１デバイス２ａの第１基板１０が屋外側になるように建物の窓に配置される。
【００１９】
第１デバイス２ａは、透明状態と配光状態とを切り替えることができるデバイスである。図２に示されるように、第１デバイス２ａは、第１基板１０と、第２基板２０と、第１凹凸構造層３０と、第１空間部４０と、第１封止部材５０とを備える。各構成要素の詳細については、後で説明する。
【００２０】
本実施の形態では、図２に示されるように、光学装置１は、第１空間部４０を充填可能な液体８ａを備える。光学装置１は、第１空間部４０への液体８ａの注入、及び、第１空間部４０からの液体８ａの排出を制御することで、第１凹凸構造層３０の表面と当該表面に接触する媒体との屈折率差を変更することができる。
【００２１】
具体的には、第１空間部４０に液体８ａが注入された場合に、液体８ａが第１凹凸構造層３０の表面に接触する媒体になる。例えば、液体８ａと第１凹凸構造層３０との屈折率差が実質的に等しくなり、第１デバイス２ａの光学状態が透明状態になる。第１空間部４０から液体８ａが排出された場合に、排出された液体８ａの代わりに第１空間部４０に導入される気体９ａが、第１凹凸構造層３０の表面に接触する媒体になる。気体９ａと第１凹凸構造層３０との屈折率差が大きくなり、第１デバイス２ａの光学状態が配光状態になる。
【００２２】
液体８ａは、配光デバイス２に対して注入又は排出される第１液体の一例である。具体的には、液体８ａは、第１空間部４０に注入され、かつ、第１空間部４０から排出される。つまり、液体８ａは、第１のタイミングで第１空間部４０へ注入された後、第２のタイミングで第１空間部４０から排出される。排出された液体８ａは、容器３に収容される。また、排出された液体８ａは、第３のタイミングで第１空間部４０へ注入される。つまり、液体８ａは、第１空間部４０に対する注入及び排出が繰り返し行われる。
【００２３】
液体８ａの体積は、例えば、第１空間部４０の容積に等しい。これにより、液体８ａによって第１空間部４０を完全に充填することができる。なお、液体８ａの体積は、第１空間部４０の容積よりも少なくてもよく、多くてもよい。
【００２４】
本実施の形態では、液体８ａの屈折率は、第１凹凸構造層３０の屈折率に等しい。ここでの“等しい”は、完全に一致するという意味だけではなく、実質的に等しいという意味も含まれる。つまり、液体８ａの屈折率と第１凹凸構造層３０の屈折率とは、僅かな差を有してもよい。例えば、第１凹凸構造層３０の屈折率をｎ１とし、液体８ａの屈折率をｎ２とした場合、ｎ１−ｎ２の絶対値は０．０１以下であってもよい。
【００２５】
液体８ａの注入及び排出の各々のタイミング、並びに、注入量及び排出量は、制御部６によって調整される。これにより、配光デバイス２は、複数の光学状態を実現することができる。
【００２６】
液体８ａは、例えば、屈折率が高い有機材料を含有する水溶液であり、一例としてグリセリン水溶液である。グリセリン水溶液の屈折率は、例えば、１．３８以上１．４１以下の範囲である。なお、液体８ａは、屈折率が高いナノ粒子を含有する水溶液であってもよい。
【００２７】
あるいは、液体８ａは、例えばシリコーンオイルであってもよい。シリコーンオイルの屈折率は、例えば、１．５以上１．６以下の範囲である。あるいは、液体８ａは、屈折率が約１．３３の水、又は、屈折率が約１．３のアルコールでもよい。水は、純水であってもよく、水道水又は砂糖水などであってもよい。
【００２８】
液体８ａは、表面張力が２０ｍＮ／ｍ以上７６ｍＮ／ｍ以下である。具体的には、液体８ａは、０℃以上４０℃以下の範囲における表面張力が２０ｍＮ／ｍ以上７６ｍＮ／ｍ以下である。例えば、水の表面張力は、７５．８ｍＮ／ｍである。６０％（体積％）の濃度のグリセリン水溶液の表面張力は、６６．２ｍＮ／ｍである。シリコーンオイルの表面張力は、例えば２６．３ｍＮ／ｍである。グリセリン水溶液の表面張力は、グリセリンの濃度を調整することで変更可能である。例えば、グリセリンの濃度を高くした場合には表面張力が小さくなり、グリセリンの濃度を低くした場合には表面張力が大きくなる。
【００２９】
本実施の形態では、液体８ａの表面張力は、第１凹凸構造層３０の表面自由エネルギーよりも大きい。これにより、液体８ａの第１凹凸構造層３０に対する濡れ性が低くなり、液体８ａの第１凹凸構造層３０の凹部内への残留を抑制することができる。排出時の液体８ａの残留が抑制されることで、配光デバイス２の面内での光学状態の均一性を高めることができる。
【００３０】
例えば、撥水性のアクリル樹脂を用いて第１凹凸構造層３０を形成した場合、第１凹凸構造層３０の表面自由エネルギーは、約２７ｍＪ／ｍ２になる。なお、第１凹凸構造層３０の凹凸の表面には、撥水性の膜を形成してもよい。これにより、第１凹凸構造層３０の表面自由エネルギーは、約１０ｍＪ／ｍ２以上１３ｍＪ／ｍ２以下の範囲にまで低くすることができる。液体８ａの表面張力と第１凹凸構造層３０の表面自由エネルギーとの差を大きくすることができるので、液体８ａの残留をより抑制することができる。
【００３１】
液体８ａが排出された場合に代わりに導入される気体９ａは、例えば、配光デバイス２の周辺に位置する空気であるが、容器などに予め用意された気体であってもよい。例えば、気体９ａの流出入が行われる空気孔５２には、乾燥空気、窒素、又は、不活性ガスを収容する容器が接続されていてもよい。つまり、光学装置１は、不活性ガスなどの気体を収容する容器を備えていてもよい。不活性ガスは、例えば、アルゴンなどであるが、特に限定されない。
【００３２】
容器３は、液体８ａを収容するための容器である。図１に示されるように、容器３は、配管４ａを介して配光デバイス２に接続されている。具体的には、図２に示されるように、配管４ａは、第１デバイス２ａと容器３とを接続している。配管４ａは、第１デバイス２ａの第１封止部材５０に設けられた開口５１に接続されている。なお、容器３は、第１デバイス２ａの開口５１に直接接続されていてもよい。つまり、光学装置１は、配管４ａを備えていなくてもよい。
【００３３】
容器３の容量は、例えば、第１空間部４０の容量以上である。これにより、容器３は、第１空間部４０から液体８ａを完全に排出させることができる。なお、容器３の大きさ及び形状は特に限定されない。容器３及び配管４ａは、例えば樹脂材料又は金属材料を用いて形成されている。容器３及び配管４ａは、例えば、液体８ａに対して反応を起こさない材料を用いて形成されている。
【００３４】
配光デバイス２が建物の窓に利用された場合、容器３及び配管４ａは、例えば、建物の窓枠、壁、床又は天井などに埋め込んで設けられる。あるいは、容器３及び配管４ａは、建物の屋内又は屋外に設けられてもよい。
【００３５】
ポンプ５ａは、第１空間部４０への液体８ａの注入、及び、第１空間部４０からの液体８ａの排出の少なくとも一方を行う送液部の一例である。本実施の形態では、ポンプ５ａは、液体８ａの注入及び排出の両方を行う。ポンプ５ａは、例えば、配管４ａを流れる液体８ａの流量及び流れる方向を調整可能である。
【００３６】
液体８ａの注入及び排出のいずれか一方は、液体８ａの自重を利用して行われてもよい。具体的には、容器３が第１空間部４０よりも高い位置に設けられている場合、容器３から第１空間部４０への液体８ａの注入は、バルブ７ａを開けるだけで液体８ａの自重によって容易に行われる。容器３が第１空間部４０よりも低い位置に設けられている場合、第１空間部４０から容器３への液体８ａの排出は、液体８ａの自重によって容易に行われる。このように、ポンプ５ａは、第１空間部４０に対する液体８ａの注入及び排出の一方を行わなくてもよい。
【００３７】
ポンプ５ａは、例えば、配管４ａに設けられているが、容器３内に設けられてもよい。例えば、制御部６がバルブ７ａの開閉を制御することで、ポンプ５ａが第１空間部４０に対する注入及び排出を行うことができる。
【００３８】
制御部６は、ポンプ５ａを制御する。具体的には、制御部６は、ユーザからの指示、太陽高度、日時及び天候の少なくとも１つに基づいて、ポンプ５ａを制御する。制御部６は、ポンプ５ａを制御することで、液体８ａの注入及び排出のタイミング、並びに、注入量及び排出量を調整する。
【００３９】
制御部６は、例えば、マイクロコントローラなどで実現される。制御部６は、例えば、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。制御部６が有する機能は、プロセッサによって実行されるソフトウェアで実現される。あるいは、制御部６が有する機能は、複数の回路素子を含む電子回路などのハードウェアで実現されてもよい。
【００４０】
バルブ７ａは、配管４ａに接続されており、第１空間部４０に対する液体８ａの流れを制御する。バルブ７ａは、例えば、制御部６によって開閉が制御される。バルブ７ａが開いた状態で、容器３から第１空間部４０への液体８ａの注入、及び、第１空間部４０から容器３への液体８ａの排出が行われる。バルブ７ａが閉じた状態では、第１空間部４０に注入された液体８ａの漏出、及び、容器３から第１空間部４０への液体８ａの浸入を抑制することができる。
【００４１】
バルブ７ｃは、第１空間部４０に対する気体９ａの流れを制御する。バルブ７ｃは、例えば、図２に示される空気孔５２に接続された配管（図２には示していない）に接続され、制御部６によって開閉が制御される。液体８ａの注入及び排出が行われる場合に、バルブ７ｃが開けられる。
【００４２】
続いて、配光デバイス２の具体的な構成について説明する。
【００４３】
［第１基板及び第２基板］
第１基板１０及び第２基板２０はそれぞれ、透光性を有する基材である。第１基板１０及び第２基板２０としてはそれぞれ、例えばガラス基板又は樹脂基板を用いることができる。
【００４４】
ガラス基板の材料としては、ソーダガラス、無アルカリガラス又は高屈折率ガラスなどが挙げられる。樹脂基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル（ＰＭＭＡ）又はエポキシなどの樹脂材料が挙げられる。ガラス基板は、光透過率が高く、かつ、水分の透過性が低いという利点がある。一方、樹脂基板は、破壊時の飛散が少ないという利点がある。本実施の形態では、第１基板１０及び第２基板２０はそれぞれ、透明ガラス基板である。
【００４５】
第１基板１０及び第２基板２０はそれぞれ、例えば、リジッド基板であるが、フレキシブル基板であってもよい。第１基板１０及び第２基板２０の各々の厚みは、例えば３ｍｍ以上６ｍｍ以下であるが、これに限らない。第１基板１０の平面視形状は、例えば、長方形又は正方形などであるが、これに限らず、矩形以外の多角形、又は、円形であってもよい。
【００４６】
第１基板１０は、光入射側（屋外側）の基板であり、第２基板２０は、光出射側（屋内側）の基板である。第２基板２０は、第１基板１０に対向して配置されている。第２基板２０は、主面２１を有する。主面２１は、第１基板１０に対向する主面である第１主面の一例である。第１基板１０と第２基板２０とは、互いに平行に配置されており、その間隔は、例えば１ｍｍであり、一例として５００μｍである。なお、第１基板１０と第２基板２０との間隔は、１ｍｍより大きくてもよい。
【００４７】
第１基板１０は、主面１１を有する。主面１１は、第２基板２０に対向する側の主面であり、第１空間部４０に露出した主面である。主面１１は、液体８ａに対して親液性を有する。例えば、液体８ａが水溶液の場合は、主面１１は親水性を有する。液体８ａがオイルの場合は、主面１１は親油性を有する。主面１１の液体８ａに対する接触角は、例えば９０°未満である。一例として、主面１１の純水に対する接触角は、３０°以下である。なお、第２基板２０の主面２１も同様に、液体８ａに対して親液性を有してもよい。主面１１及び２１に対する親液性は、例えばプラズマ処理によって付与される。あるいは、主面１１及び２１には、親液性を有する材料を用いて形成された薄膜がコーティングされていてもよい。
【００４８】
本実施の形態では、第１基板１０と第２基板２０とは、互いの端部の外周に沿って額縁状に設けられた第１封止部材５０によって接着されている。第１基板１０と第２基板２０との間には、間隔を一定に保つために、粒子状の複数のスペーサが面内に分散されていてもよく、柱状の構造が形成されていてもよい。
【００４９】
［第１凹凸構造層］
第１凹凸構造層３０は、第２基板２０の主面２１に配置された微細形状層である。第１凹凸構造層３０は、図１に示されるように、複数の第１凸部群３０ａ及び３０ｂを有する。例えば、第１凹凸構造層３０は、２つの第１凸部群３０ａ及び３０ｂを有する。第１凸部群３０ａと第１凸部群３０ｂとは、間隔を開けて第２方向（Ｘ軸方向）に並んで設けられている。具体的には、図１に示されるように、隣り合う２つの第１凸部群３０ａ及び３０ｂの間隔は、Ｚ軸方向に沿って延びる間隙部３５を形成している。間隙部３５の構成及び機能の具体例については、後で説明する。
【００５０】
図２に示されるように、第１凹凸構造層３０は、例えば透明基材３２上に形成されている。透明基材３２が透明な接着層（図示せず）を介して主面２１に貼り付けられることで、第１凹凸構造層３０は主面２１に配置される。透明基材３２は、例えば、第１凸部群毎に設けられている。透明基材３２は、透光性を有する薄膜状の部材であり、例えば透明ＰＥＴフィルムである。なお、第１凹凸構造層３０は、第２基板２０の主面２１に直接形成されていてもよい。
【００５１】
本実施の形態では、第１凸部群３０ａと第１凸部群３０ｂとは、互いに同じ構成を有する。以下では、第１凸部群３０ａの詳細について説明する。
【００５２】
第１凸部群３０ａは、図１及び図２に示されるように、第１方向（Ｚ軸方向）に並んで設けられた複数の第１凸部３１を有する。具体的には、第１凸部群３０ａは、マイクロオーダーサイズの複数の第１凸部３１によって構成された凹凸構造体である。図２に示される例では、複数の第１凸部３１が個々に離れて位置し、根元（第２基板２０側）で基台層によって支持されている。つまり、隣り合う２つの第１凸部３１の間には平坦面が設けられている。基台層は、例えば、複数の第１凸部３１の成型の際に残膜として残った部分である。なお、複数の第１凸部３１は、根元で互いに接続されていてもよく、隣り合う２つの第１凸部３１の間には平坦面が設けられていなくてもよい。つまり、隣り合う２つの第１凸部３１の間である凹部の断面形状は、Ｖ字状であってもよい。例えば、第１凸部群３０ａは、電極層などを介さずに、主面２１に接して設けられていてもよい。
【００５３】
第１凸部群３０ａは、液体８ａが第１空間部４０から排出された状態で入射する光を全反射させる配光構造を有する。配光構造は、複数の第１凸部３１によって構成されている。
【００５４】
複数の第１凸部３１は、第１方向（Ｚ軸方向）に並んで配置されている。複数の第１凸部３１は、その並び方向（すなわち、Ｚ軸方向）に直交する第２方向（Ｘ軸方向）に延在する長尺の凸部である。具体的には、複数の第１凸部３１は、Ｘ軸に直交する断面（ＹＺ断面）の断面形状を維持しながら、Ｘ軸方向に延びたストライプ状に形成されている。例えば、複数の第１凸部３１の各々は、第２基板２０に対して横倒しに配置された台形柱である。なお、複数の第１凸部３１は、Ｘ軸方向に沿って蛇行しながら延びていてもよい。例えば、複数の第１凸部３１は、平面視において、波線のストライプ状に形成されていてもよい。
【００５５】
図２に示されるように、複数の第１凸部３１の各々は、根元から先端にかけて先細る形状を有する。具体的には、複数の第１凸部３１の各々の断面形状は、第２基板２０から第１基板１０に向かう方向に沿って先細りのテーパ形状である。本実施の形態では、複数の第１凸部３１のＹＺ断面における断面形状は、配光デバイス２の厚み方向に沿って先細る台形であるが、これに限らない。第１凸部３１の断面形状は、三角形でもよく、その他の多角形、又は、カーブを含む多角形などでもよい。
【００５６】
なお、台形又は三角形には、頂点が丸みを帯びた台形又は三角形も含まれる。また、台形又は三角形には、各辺が完全に直線ではない場合、例えば、各辺の長さの数％程度の変位で僅かに屈曲している場合、又は、微小な凹凸が含まれる場合も含まれる。
【００５７】
図３は、本実施の形態に係る配光デバイス２が備える第１凹凸構造層３０の第１凸部３１の断面図である。図３は、ＹＺ断面を表しているが、断面を表す網掛けを付していない。
【００５８】
図２及び図３に示されるように、複数の第１凸部３１の各々は、側面３１ａ及び３１ｂを有する。側面３１ａ及び３１ｂは、Ｚ軸方向に交差する面である。側面３１ａ及び３１ｂの少なくとも一方は、主面２１に直交する方向（すなわち、Ｙ軸方向）に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面である。側面３１ａと側面３１ｂとの間隔、すなわち、第１凸部３１の幅は、第２基板２０から第１基板１０に向かって漸次小さくなっている。
【００５９】
側面３１ａは、第１側面の一例であり、例えば、Ｚ軸が鉛直方向に一致するように配光デバイス２を配置した場合に、第１凸部３１を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側の側面である。図３に示されるように、側面３１ａは、入射する光Ｌ１を屈折させる屈折面である。
【００６０】
側面３１ｂは、第１側面の一例であり、例えば、Ｚ軸が鉛直方向に一致するように配光デバイス２を配置した場合に、第１凸部３１を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側の側面である。側面３１ｂは、入射する光Ｌ１を反射させる反射面である。ここでの反射は、全反射であり、側面３１ｂは、全反射面として機能する。
【００６１】
側面３１ａの傾斜角α１及び側面３１ｂの傾斜角α２はそれぞれ、例えば２０°以上３５°以下の範囲である。言い換えると、第１凸部３１の断面形状である台形又は三角形の２つの底角はそれぞれ、５５°以上７０°以下である。側面３１ａの傾斜角α１と側面３１ｂの傾斜角α２とは、互いに異なっていてもよく、等しくてもよい。つまり、第１凸部３１の断面形状は、等脚台形又は二等辺三角形でもよい。複数の第１凸部３１の各々の側面３１ａの傾斜角α１は互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。複数の第１凸部３１の各々の側面３１ｂの傾斜角α２は互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。
【００６２】
複数の第１凸部３１の各々の高さは、例えば１００μｍ以上である。高さが１００μｍ以上であることで、光を反射する側面３１ａ及び３１ｂを広く確保することができる。このため、配光される光の量が多くなるので、配光率を高めることができる。
【００６３】
また、複数の第１凸部３１の各々のアスペクト比は、例えば２以下である。なお、アスペクト比は、第１凸部３１の根元の幅に対する高さの割合である。アスペクト比が２以下であることで、第１凸部３１の物理的な強度を高めることができる。例えば、液体８ａの注入及び排出の際に、液体８ａの流れによって第１凸部３１の形状が変化するのを抑制することができる。
【００６４】
また、隣り合う２つの第１凸部３１の間隔は、例えば１０μｍ以上４０μｍ以下である。なお、当該間隔は、隣り合う２つの第１凸部３１の根元間の距離である。つまり、当該間隔は、隣り合う２つの第１凸部３１の間の凹部の平坦面の幅に相当する。隣り合う２つの第１凸部３１の間隔が１０μｍ以上であることで、第１空間部４０に注入された液体８ａが凹部に残留しにくくなる。このため、液体８ａを速やかに排出することができる。また、隣り合う２つの第１凸部３１の間隔が４０μｍ以下であることで、第１凸部３１の面内の密度を高めることができる。このため、配光される光の量が多くなるので、配光率を高めることができる。
【００６５】
なお、複数の第１凸部３１の各々の高さは、１ｍｍ以上であってもよい。つまり、複数の第１凸部３１は、ミリオーダーサイズの凸部であってもよい。注入された液体８ａが完全に排出されずに部分的に残留したとしても、全体として十分な大きさの反射面を確保することができる。
【００６６】
本実施の形態では、複数の第１凸部３１の各々の形状は、互いに同じであるが、異なっていてもよい。例えば、複数の第１凸部３１は、高さが互いに異なる複数の凸部を含んでいてもよい。例えば、隣り合う２つの第１凸部３１の高さが異なっていてもよい。複数の第１凸部３１の各々の高さは、例えば複数の設定値の中からランダムに選択された値であってもよい。
【００６７】
第１凸部群３０ａは、例えば、紫外線硬化樹脂材料を用いて形成される。具体的には、第１凸部群３０ａは、モールド成型又はナノインプリントなどによって形成することができる。
【００６８】
第１凸部群３０ａの材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂などの光透過性を用いる樹脂材料を用いることができる。第１凸部群３０ａの屈折率は、例えば１．３以上１．８以下の範囲である。本実施の形態では、第１凸部群３０ａは、例えば、屈折率が約１．４のアクリル樹脂を用いて形成される。
【００６９】
また、第１凸部群３０ａの表面は、液体８ａに対して親液性（具体的には、親油性又は親水性）又は超親水性を有する。例えば、第１凸部群３０ａの表面の、液体８ａに対する接触角は、６０°未満でもよい。例えば、当該接触角は、４０°以上であってもよい。
【００７０】
［第１空間部］
第１空間部４０は、第１凹凸構造層３０と第１基板１０との間に設けられている。第１空間部４０は、具体的には、第１基板１０と、第１凹凸構造層３０と、第１封止部材５０とによって囲まれた空間である。
【００７１】
第１空間部４０には、液体８ａが注入される。注入された液体８ａは、第１凹凸構造層３０の表面、具体的には、第１凸部３１の側面３１ａ及び３１ｂを接触して覆う。本実施の形態では、液体８ａの屈折率ｎ２が第１凹凸構造層３０の屈折率ｎ１に実質的に等しいので、液体８ａと第１凹凸構造層３０との間の屈折率差が十分に小さくなる。これにより、第１空間部４０及び第１凹凸構造層３０を通過する光は、第１凹凸構造層３０の表面で反射及び屈折などの光学作用を受けることなく、実質的にまっすぐ進行する。
【００７２】
第１空間部４０は、液体８ａが排出された後は、例えば気体９ａで満たされる。液体８ａが第１空間部４０から排出されることで、第１空間部４０（すなわち、気体９ａ）と第１凹凸構造層３０との間の屈折率差が大きくなる。これにより、第１空間部４０及び第１凹凸構造層３０を通過する光は、第１凸部３１の側面３１ｂで全反射又は屈折されて、入射した方向とは異なる方向に向けて出射される。
【００７３】
第１空間部４０内での液体８ａの有無による光学状態の違いについては、後で詳細に説明する。
【００７４】
［第１封止部材］
第１封止部材５０は、第１基板１０と第２基板２０との間に液体８ａを封止するための空間、すなわち、第１空間部４０を形成するための環状の部材である。具体的には、第１封止部材５０は、第１基板１０と第２基板２０との各々の端部に沿って設けられている。第１基板１０及び第２基板２０の各々の平面視形状が矩形であるので、第１封止部材５０は、矩形環状に設けられている。つまり、第１封止部材５０は、平面視において、第１基板１０及び第２基板２０の各々の四辺に沿って設けられている。
【００７５】
第１封止部材５０は、第１基板１０と第２基板２０とを周縁部分で接着している。この接着により、第１空間部４０が形成される。第１封止部材５０は、第１基板１０と第２基板２０との間隔を維持する部材である。
【００７６】
本実施の形態では、図２に示されるように、第１封止部材５０は、開口５１と、空気孔５２とを有する。
【００７７】
開口５１は、液体８ａの注入口及び排出口である。開口５１は、第１封止部材５０を貫通するように設けられており、配管４ａが接続されている。開口５１は、例えば、配光デバイス２の第１デバイス２ａの下部端面に設けられている。本実施の形態では、液体８ａは、第１デバイス２ａの下側から注入され、かつ、下側から排出される。
【００７８】
なお、開口５１は、第１デバイス２ａの下部端面の近傍の側方端面に設けられていてもよい。あるいは、開口５１は、第１基板１０及び第２基板２０の一方を貫通して設けられていてもよい。
【００７９】
空気孔５２は、第１空間部４０内の空気を出し入れするための孔である。空気孔５２は、第１封止部材５０を貫通するように設けられている。図２には示されていないが、空気孔５２には、配管が接続され、当該配管にバルブ７ｃが設けられている。
【００８０】
また、空気孔５２には、液体８ａが漏れ出ないように、液体８ａの透過を抑制し、かつ、気体を通過させるフィルタが設けられていてもよい。空気孔５２は、配光デバイス２の第１デバイス２ａの上部端面に設けられている。
【００８１】
なお、第１封止部材５０は、剛性の高いスペーサと、当該スペーサを第１基板１０及び第２基板２０の各々に接着する接着層とを含んでもよい。例えば、スペーサは、第１基板１０及び第２基板２０の間隔を維持し、ＰＥＴなどの樹脂材料、又は、金属材料を用いて形成されている。開口５１及び空気孔５２は、スペーサを貫通するように設けられていてもよい。接着層は、例えば熱硬化樹脂又は紫外線硬化樹脂などの樹脂材料を用いて形成さ
れる。
【００８２】
［凸部群間の間隙部］
続いて、第１凸部群３０ａ及び３０ｂ間に設け得られた間隙部３５について、図４及び図５を用いて説明する。
【００８３】
図４は、本実施の形態に係る配光デバイス２の断面図である。具体的には、図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線における断面を表している。図４に示される断面は、例えば、建物の垂直な壁に設けられた窓に配光デバイス２が取り付けられた場合における配光デバイス２の水平方向に沿った断面である。
【００８４】
第１凸部群３０ａ及び３０ｂは、図１及び図４に示されるように、第１封止部材５０に囲まれた第１空間部４０内に配置されている。このとき、第１凸部群３０ａ及び３０ｂの各々と第１封止部材５０との間には、隙間３６が形成される。第１凸部群３０ａと第１凸部群３０ｂとの間には、間隙部３５が形成されている。また、第１凸部群３０ａ及び３０ｂの各々と第１基板１０の主面１１との間にも隙間３７が形成されている。
【００８５】
一例として、間隙部３５の幅Ｄ、隙間３６の幅ｄ及び隙間３７の幅ｔは、以下のように設定することができる。例えば、第１基板１０及び第２基板２０の幅を１０００ｍｍ（＝１ｍ）とし、第１封止部材５０の幅を２０ｍｍとし、第１空間部４０の幅Ｗを９６０ｍｍとする。この場合、隙間３６の幅ｄは１ｍｍであり、間隙部３５の幅Ｄは２ｍｍである。つまり、間隙部３５の幅Ｄは、隙間３６の幅ｄの２倍である。なお、幅Ｄは、幅ｄの２倍でなくてもよく、例えば、幅ｄの１．５倍以上２．５倍以下であってもよい。あるいは、幅Ｄは、幅ｄの１．８倍以上２．２倍以下であってもよい。
【００８６】
また、第１封止部材５０の厚みＴは、５００μｍ（＝０．５ｍｍ）であり、第１凹凸構造層３０の厚みｔは、４２５μｍである。第１凹凸構造層３０の厚みの内訳は、透明基材３２の厚みが１２５μｍであり、第１凸部３１の高さが２００μｍであり、第１凸部３１と透明基材３２との間に位置する残膜部分の厚みが５０μｍである。したがって、隙間３７の幅ｇは、第１凸部３１の先端と第１基板１０の主面１１との距離であり、７５μｍになる。隙間３７の幅ｇは、隙間３６の幅ｄよりも小さい。なお、隙間３７の幅ｇは０μｍであってもよく、第１凸部３１の先端が第１基板１０の主面１１に接触していてもよい。
【００８７】
隙間３７の幅ｇが隙間３６の幅ｄ及び間隙部３５の幅Ｄよりも小さいため、液体８ａは、第１空間部４０への注入及び排出される際に、主に間隙部３５及び隙間３６を流れる。本実施の形態では、第１空間部４０内への液体８ａの注入口である開口５１が第１空間部４０の下側に設けられている。このため、液体８ａは、下側から液面が上昇することにより、第１空間部４０内に注入される。また、液体８ａは、上側から液面が下降することにより、第１空間部４０内から排出される。
【００８８】
ここで、仮に間隙部３５が設けられていない場合、配光デバイス２の平面視における中央部分において液体８ａが流れにくくなる。このため、配光デバイス２の端部のみが先行して液体８ａの注入及び排出が進むので、端部の光学状態のみが先行して変更される。これにより、光学状態の変更の際の見栄えが悪くなる。
【００８９】
これに対して、本実施の形態に係る配光デバイス２では、間隙部３５が設けられていることにより、液体８ａの注入及び排出を均等に行うことができる。具体的には、間隙部３５は、液体８ａの注入及び排出時の液面を水平に維持するために設けられている。
【００９０】
図５は、本実施の形態に係る配光デバイス２内の液体８ａの排出を模式的に示す断面図である。図５に示されるように、液体８ａが排出される場合に、液体８ａは、間隙部３５と２つの隙間３６との各々を通って流れる。このとき、隣り合う第１凸部３１間の液体８ａは、第１凸部３１を避けるように第１凸部３１のＸ軸方向の両端に位置する間隙部３５と隙間３６とに分かれて流れる（図５の（ｂ）の白抜きの曲がった矢印）。間隙部３５には、両隣の第１凸部３１から液体８ａが流れる。間隙部３５の幅Ｄを隙間３６の幅ｄの２倍にすることで、間隙部３５には、隙間３６に流れる量の約２倍の量の液体８ａを流すことができる。これにより、間隙部３５及び隙間３６の各々で液体８ａをスムーズに流すことができる。
【００９１】
間隙部３５の幅Ｄ及び隙間３６の幅ｄを大きくする程、液体８ａの流れがスムーズになり、液体８ａの充填及び排出を短期間で行うことができる。一方で、間隙部３５及び隙間３６は、配光に寄与する第１凸部３１が設けられていない部分であるので、幅Ｄ及び幅ｄを大きくする程、配光効率が低下する。特に、面内の中央に位置する間隙部３５の幅Ｄが大きくなった場合には、配光効率の低下の影響が大きくなる。
【００９２】
そこで、本実施の形態では、有効領域内に設けられる間隙部３５が占める割合が５％未満になる条件を満たすように、間隙部３５の幅Ｄなどが設定される。有効領域は、第１空間部４０内の端部に位置する隙間３６を除いた領域である。例えば、図４に示される配光デバイス２では、Ｄ／（Ｗ−２ｄ）＜０．０５を満たす。
【００９３】
また、間隙部３５には第１凹凸構造層３０が設けられていないので、間隙部３５の幅Ｄが大きくなると、光の筋が発生する。このため、本実施の形態では、幅Ｄは、０．５ｍｍより大きく、３ｍｍより小さくする。幅Ｄを３ｍｍより小さくすることで、間隙部３５による光の筋の発生を抑制することができる。また、幅Ｄを０．５ｍｍより大きくすることで、液体８ａの注入及び排出を行うためのスペースを確保することができる。
【００９４】
［動作及び光学状態］
続いて、本実施の形態に係る配光デバイス２の動作及び光学状態について説明する。ここでは、第１凹凸構造層３０の屈折率ｎ１及び液体８ａの屈折率ｎ２がいずれも、約１．４である場合を説明する。
【００９５】
光学装置１では、第１空間部４０に対する液体８ａの注入及び排出が繰り返し行われる。本実施の形態では、配光デバイス２は、図６に示される透明状態及び図７に示される配光状態の２つの光学状態をとることができる。制御部６は、液体８ａの注入及び排出を制御することで、２つの光学状態を切り替える。
【００９６】
例えば、制御部６は、ユーザからの指示を受け付けたタイミングで、配光デバイス２の光学状態を、指示が示す光学状態に変更する。また、例えば、制御部６は、天候が晴れの場合に、配光デバイス２の光学状態を配光状態に変更する。なお、天候は、例えば、外部装置などから取得した気象情報に基づいて判別される。あるいは、制御部６は、照度計から取得した照度が所定値より大きい場合に、晴れと判定してもよい。
【００９７】
以下では、２つの光学状態の詳細について、図６及び図７を用いて説明する。
【００９８】
＜透明状態＞
図６は、本実施の形態に係る光学装置１の配光デバイス２の透明状態を示す断面図である。図６には、配光デバイス２に対して斜めに入射する光Ｌの経路を矢印で示している。光Ｌは、配光デバイス２が窓に利用された場合に、屋外から屋内に斜め下方に向けて入射する太陽光に相当する。図７、図１５〜図１８についても同様である。
【００９９】
図６に示されるように、第１デバイス２ａの第１空間部４０には、液体８ａが充填されている。第１凹凸構造層３０の屈折率ｎ１と、液体８ａの屈折率ｎ２とが実質的に等しいため、光Ｌは、第１凸部３１と液体８ａとの界面で光学作用を受けない。つまり、光Ｌは、第１凸部３１の側面３１ａ及び３１ｂのいずれでも屈折又は全反射されない。このため、第１基板１０に入射する光Ｌは、進行方向を曲げることなく、液体８ａ及び第１凹凸構造層３０を順に直進し、第２基板２０から屋内に出射される。つまり。第１デバイス２ａの光学状態は、透明状態になる。
【０１００】
第１デバイス２ａ（配光デバイス２）の光学状態が透明状態であるので、例えば、屋内に居る人が配光デバイス２を介して屋外を見た場合に、屋外の景色をクリアに見ることができる。
【０１０１】
なお、説明を簡単にするため、図６では図示していないが、光Ｌは、実際には、通過する媒体が変化するときに屈折率差に応じて屈折する。具体的には、光Ｌは、第１基板１０に入射するとき、第２基板２０から出射するとき、第１基板１０と液体８ａとの界面を通過するときなどにおいて、屈折率差に応じて屈折する。後述する図７、図１５〜図１８についても同様である。
【０１０２】
図６に示されるように、透明状態は、第１空間部４０に液体８ａが注入されることにより形成される。例えば、制御部６は、バルブ７ａ及び７ｃを開け、ポンプ５ａを制御することで、第１空間部４０に液体８ａを注入する。液体８ａが第１空間部４０に注入されることで、第１空間部４０に含まれる気体９ａは空気孔５２から排出される。制御部６は、液体８ａを第１空間部４０に完全に充填した後、バルブ７ａ及び７ｃを閉じる。これにより、配光デバイス２の光学状態を透明状態にすることができる。
【０１０３】
＜配光状態＞
図７は、本実施の形態に係る光学装置１の配光デバイス２の配光状態を示す断面図である。例えば、配光デバイス２は、光学状態が配光状態である場合に、太陽光を効率良く、屋内の奥の方まで進行させることができる。
【０１０４】
図７に示されるように、第１デバイス２ａの第１空間部４０からは液体８ａが排出され、代わりに気体９ａが導入されている。このため、光Ｌは、第１凹凸構造層３０に入射する際に光学作用を受ける。具体的には、第１デバイス２ａの第１基板１０から入射した光Ｌは、側面３１ａで屈折された後、側面３１ｂで全反射される。側面３１ｂで全反射された光Ｌは、第２基板２０から斜め上方に出射される。このときの上向きの出射角度は、例えば４５°より小さい。
【０１０５】
このように、配光デバイス２は、太陽光を全反射させることにより斜め上方に向けて進行させる配光状態になる。これにより、効率良く光を屋内に採り入れることができる。
【０１０６】
図７に示されるように、配光状態は、第１空間部４０から液体８ａを排出することにより形成される。例えば、透明状態から配光状態にする場合に、制御部６は、バルブ７ａ及び７ｃを開けることで、第１空間部４０から液体８ａを排出する。液体８ａが開口５１を介して排出されると同時に、空気孔５２を介して気体９ａが第１空間部４０に導入される。制御部６は、液体８ａが第１空間部４０から完全に排出され、第１空間部４０の全体が気体９ａによって満たされた後、バルブ７ａ及び７ｃを閉じる。これにより、配光デバイス２の光学状態を配光状態にすることができる。
【０１０７】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る光学装置１は、入射する光を配光する配光デバイス２と、配光デバイス２に対して注入又は排出される液体８ａと、液体８ａを収容する容器３とを備える。配光デバイス２は、液体８ａの注入又は排出によって、入射する光を透過させる状態を透明状態と配光状態とで切り替える第１デバイス２ａを有する。第１デバイス２ａは、透光性を有する第１基板１０と、第１基板１０に対向して配置された透光性を有する第２基板２０と、第２基板２０の主面２１に配置された第１凹凸構造層３０と、第１基板１０と第１凹凸構造層３０との間に設けられ、液体８ａが注入又は排出される空間である第１空間部４０とを有する。第１凹凸構造層３０は、第１方向（Ｚ軸方向）に並んで設けられ、かつ、第１方向に交差する第２方向（Ｘ軸方向）に沿って長尺な形状を各々が有する複数の第１凸部３１を含む第１凸部群３０ａ及び３０ｂを有する。複数の第１凸部群３０ａ及び３０ｂは、間隔を空けて第２方向（Ｘ軸方向）に並んで設けられている。
【０１０８】
これにより、第１空間部４０に対する液体８ａの注入及び排出を制御することによって、配光デバイス２の光学状態を調整することができる。例えば、第１空間部４０から液体８ａが排出された場合には、第１凸部３１と第１空間部４０（すなわち、気体９ａ）との屈折率差が大きくなる。このため、第１凸部３１で全反射される光の量が多くなる。例えば、配光デバイス２が窓に設置された場合に、屋内の天井を照らす光（すなわち、配光された光）の光量が多くなる。
【０１０９】
このように、本実施の形態に係る光学装置１によれば、窓に利用された場合に、効率良く光を屋内に採り入れることができる。
【０１１０】
また、複数の第１凸部群３０ａ及び３０ｂ間に間隙部３５が設けられているので、間隙部３５を利用して液体８ａの注入及び排出を短時間で行うことができる。これにより、光学状態を速やかに変化させることができる。また、間隙部３５が設けられていることで、液体８ａの注入及び排出の途中で液体８ａの液面が水平に維持されやすくなる。したがって、光学状態の変更途中の配光デバイス２の見栄えの悪化を抑制することができる。
【０１１１】
また、例えば、第１基板１０の、第２基板２０に対向する主面１１は、液体８ａに対して親液性を有する。
【０１１２】
これにより、液体８ａが第１空間部４０に残留するのを抑制することができるので、液体８ａが排出されたときの光学状態の面内での均一性を高めることができる。
【０１１３】
また、例えば、第１基板１０の、第２基板２０に対向する主面１１は、液体８ａに対する接触角が３０°以下である。
【０１１４】
これにより、グリセリン水溶液などの水溶液を液体８ａとして用いた場合に、液体８ａが第１空間部４０に残留するのを十分に抑制することができる。したがって、液体８ａが排出されたときの光学状態の面内での均一性を高めることができる。
【０１１５】
また、例えば、隣り合う２つの第１凸部群３０ａ及び３０ｂの間隔は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿って延びる間隙部３５を形成している。
【０１１６】
これにより、第１凸部３１の並び方向に沿って間隙部３５が延びているので、液体８ａが間隙部３５に沿ってスムーズに流れやすくなる。これにより、注入及び排出に要する時間を短縮することができ、かつ、光学状態の変更途中の見栄えの悪化を抑制することができる。
【０１１７】
また、例えば、液体８ａは、第１凹凸構造層３０の表面自由エネルギーよりも大きい表面張力を有する。
【０１１８】
これにより、液体８ａが第１凸部３１間（凹部）に残留するのを抑制することができるので、液体８ａが排出されたときの光学状態の面内での均一性を高めることができる。
【０１１９】
［変形例］
続いて、実施の形態１の変形例について説明する。変形例では、実施の形態１に係る配光デバイス２と比較して、第１凸部群の配置又は形状が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
【０１２０】
＜変形例１＞
まず、変形例１について図８を用いて説明する。
【０１２１】
図８は、本変形例に係る配光デバイス１０２の構成を示す模式図である。配光デバイス１０２では、複数の第１凸部群３０ａ及び３０ｂの代わりに、複数の第１凸部群１３０ａ及び１３０ｂを備える。
【０１２２】
実施の形態１に係る配光デバイス２では、図１に示されるように、第１凸部群３０ａに含まれる第１凸部３１と、第１凸部群３０ｂに含まれる第１凸部３１とがＸ軸方向に並んでいる。言い換えると、第１凸部群３０ａに含まれる第１凸部３１の端面（間隙部１３５に面する端面）と、第１凸部群３０ｂに含まれる第１凸部３１の端面（間隙部１３５に面する端面）とが正面に対向して位置している。
【０１２３】
これに対して、本変形例では、複数の第１凸部群１３０ａ及び１３０ｂは、Ｚ軸方向にずれて設けられている。具体的には、第１凸部群１３０ａに含まれる第１凸部３１と、第１凸部群１３０ｂに含まれる第１凸部３１とがＺ軸方向にずれて設けられている。第１凸部群１３０ａに含まれる第１凸部３１の端面（間隙部３５に面する端面）と、第１凸部群１３０ｂに含まれる第１凸部３１の端面（間隙部３５に面する端面）とは、一部のみが対向して位置している。なお、第１凸部群１３０ｂに含まれる第１凸部３１は、第１凸部群１３０ａに含まれる２つの第１凸部３１の間（すなわち、凹部）に対向するように設けられていてもよい。言い換えると、第１凸部群１３０ａに含まれる第１凸部３１の長尺方向（Ｘ軸方向）への延長線上には、第１凸部群１３０ｂに含まれる第１凸部３１が位置していなくてもよい。
【０１２４】
本変形例に係る配光デバイス１０２においても、実施の形態１と同様に、窓に利用された場合に、効率良く光を屋内に採り入れることができ、かつ、光学状態の変更途中の配光デバイス１０２の見栄えの悪化を抑制することができる。
【０１２５】
なお、本変形例では、間隙部１３５の幅Ｄは、実施の形態１と同様に、第１凸部群１３０ａに含まれる第１凸部３１の端面（間隙部１３５に面する端面）と、第１凸部群１３０ｂに含まれる第１凸部３１の端面（間隙部１３５に面する端面）とのＸ軸方向における距離とみなすことができる。
【０１２６】
＜変形例２＞
次に、変形例２について図９を用いて説明する。
【０１２７】
図９は、本変形例に係る配光デバイス２０２の構成を示す模式図である。配光デバイス２０２では、複数の第１凸部群３０ａ及び３０ｂの代わりに、複数の第１凸部群２３０ａ〜２３０ｃを有する。
【０１２８】
本変形例では、複数の第１凸部群２３０ａ〜２３０ｃの形状が互いに異なっている。具体的には、第１凸部群２３０ｂは、互いに同じ大きさ及び形状の複数の第１凸部３１を含んでいる。第１凸部群２３０ａ及び２３０ｃの各々は、第１凸部３１とは長尺方向の長さが異なる第１凸部２３１ａ及び２３１ｂを含んでいる。第１凸部２３１ａは、長手方向において第１凸部３１より長い。第１凸部２３１ｂは、長手方向において第１凸部３１より短い。
【０１２９】
第１凸部群２３０ａに含まれる複数の第１凸部３１、２３１ａ及び２３１ｂは、一端（Ｘ軸の負側の端部）がＺ軸方向に揃って設けられており、他端（Ｘ軸の正側の端部）はＺ軸方向に沿って蛇行している。第１凸部群２３０ｃに含まれる複数の第１凸部３１、２３１ａ及び２３１ｂは、一端（Ｘ軸の正側の端部）がＺ軸方向に揃って設けられており、他端（Ｘ軸の負側の端部）はＺ軸方向に沿って蛇行している。第１凸部群２３０ｂに含まれる複数の第１凸部３１は、Ｚ軸方向に沿って蛇行して並んでいる。
【０１３０】
このため、隣り合う第１凸部群２３０ａと第１凸部群２３０ｂとの間である間隙部２３５は、第１凸部３１の並び方向（Ｚ軸方向）に沿って蛇行している。隣り合う第１凸部群２３０ｂと第１凸部群２３０ｃとの間である間隙部２３５も同様に、第１凸部３１の並び方向（Ｚ軸方向）に沿って蛇行している。
【０１３１】
このように、複数の第１凸部群２３０ａ〜２３０ｃの各々の形状などが異なっている場合であっても、実施の形態１と同様に、効率良く光を屋内に採り入れることができ、かつ、光学状態の変更途中の配光デバイス２０２の見栄えの悪化を抑制することができる。
【０１３２】
なお、本変形例に係る配光デバイス２０２のように、間隙部２３５が複数設けられている場合、Ｄ／（Ｗ−２ｄ）＜０．０５の条件は、Ｘ軸方向に並ぶ間隙部２３５の個数をＮ個として、Ｎ×Ｄ／（Ｗ−２ｄ）＜０．０５となる。これにより、有効領域内に含まれる複数の間隙部２３５の面積が大きくなることを抑制し、配光効率が低下するのを抑制することができる。
【０１３３】
また、間隙部２３５が複数設けられている場合、間隙部２３５の幅の和は、第１凸部２３１の行毎で互いに等しい。すなわち、間隙部２３５の幅の和は、有効領域内で一定である。これにより、液体８ａの注入及び排出の速度が一定に維持されやすくなる。したがって、光学状態の変更途中の配光デバイス２の見栄えの悪化を抑制することができる。
【０１３４】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。
【０１３５】
実施の形態１では、液体８ａの注入口及び排出口である開口５１が第１空間部４０に直接つながっている例を示した。これに対して、実施の形態２では、第１凸部３１の並び方向における第１空間部の端部には、液体８ａを第１凸部３１の長尺方向に沿って流すための流路空間が設けられている。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
【０１３６】
［構成］
図１０は、本実施の形態に係る配光デバイス３０２の一部を拡大して示す拡大断面図である。具体的には、図１０は、配光デバイス３０２の下側端部を拡大して示している。
【０１３７】
図１０に示されるように、配光デバイス３０２（第１デバイス）は、第１スペーサ３５１と、第２スペーサ３５２とを備える。第１スペーサ３５１及び第２スペーサ３５２はそれぞれ、実施の形態１に係る第１封止部材５０の一部に相当している。
【０１３８】
第１スペーサ３５１は、第１凸部３１の並び方向（第１方向）における第１空間部４０の端部を形成している。第１スペーサ３５１は、第１凸部３１の長尺方向である第２方向に沿って長尺な形状を有する。
【０１３９】
第２スペーサ３５２は、第１スペーサ３５１の第１空間部４０とは反対側に、流路空間３５４を形成するように間隔を空けて設けられている。第２スペーサ３５２は、第１凸部３１の長尺方向である第２方向に沿って長尺な形状を有する。つまり、第２スペーサ３５２は、第１スペーサ３５１と平行に配置されている。第２スペーサ３５２と第１スペーサ３５１との間の空間が流路空間３５４である。
【０１４０】
流路空間３５４は、Ｘ軸方向に沿って長尺な空間である。流路空間３５４の幅、すなわち、第１スペーサ３５１と第２スペーサ３５２との間隔は、例えば、隙間３６の幅ｄ及び間隙部３５の幅Ｄよりも大きい。流路空間３５４の両端には、容器３と接続された配管４ａが接続される開口３５５が設けられている。液体８ａは、２つの開口３５５を介して流路空間３５４の両端から流路空間３５４内に注入される。
【０１４１】
第１スペーサ３５１は、図１０に示されるように、複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃを有する。複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃの各々は、流路空間３５４と第１空間部４０とを連通している。液体８ａは、複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃの各々を通って流路空間３５４と第１空間部４０とを行き来する。言い換えると、液体８ａは、流路空間３５４及び複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃを通って、第１空間部４０に対して注入又は排出される。
【０１４２】
複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃのうち、開口３５５に近い貫通孔３５３ｃ（第１貫通孔）は、開口３５５から遠い貫通孔３５３ａ（第２貫通孔）よりも、孔径が大きい。具体的には、複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃは、中央に近い貫通孔３５３ａ程、孔径が大きい。本実施の形態では、貫通孔３５３ａ、３５３ｂ、３５３ｃの順に、孔径が小さくなる。
【０１４３】
これにより、図１１に示されるように、開口３５５から注入される液体８ａは、複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃの各々を通って均等に第１空間部４０に注入される。したがって、液体８ａの液面が水平に維持されやすくなるので、液体８ａの注入時の見栄えの悪化を抑制することができる。液体８ａの排出時も同様である。
【０１４４】
なお、貫通孔３５３ａ〜３５３ｃの各々の孔径は、貫通孔の設けられた位置及び開口３５５からの距離などに基づいて、第１空間部４０内の液体８ａの液面が水平になるように調整されている。
【０１４５】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る光学装置では、第１デバイス２ａは、さらに、第１方向（Ｚ軸方向）における第１空間部４０の端部を形成する、第２方向（Ｘ軸方向）に沿って長尺な形状を有する第１スペーサ３５１と、第１スペーサ３５１の第１空間部４０とは反対側に、液体８ａが流れる流路空間３５４を形成するように間隔を空けて設けられた、第２方向に沿って長尺な形状を有する第２スペーサ３５２とを備える。第１スペーサ３５１は、流路空間３５４と第１空間部４０とを連通する複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃを有する。液体８ａは、流路空間３５４及び複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃを通って、第１空間部４０に対して注入又は排出される。
【０１４６】
これにより、第１空間部４０の下側の端部に流路空間３５４が設けられ、流路空間３５４を流れる液体８ａが複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃを通って第１空間部４０に注入される。開口３５５から第１空間部４０に液体８ａが直接注入される場合に比べて、流路空間３５４が緩衝的な機能を果たすので、液面が水平になるように第１空間部４０内に液体８ａが注入されやすくなる。これにより、液体８ａの注入時の見栄えの悪化を抑制することができる。液体８ａの排出時も同様である。
【０１４７】
また、例えば、流路空間３５４には、容器３に接続されて、液体８ａが注入又は排出される開口３５５が設けられている。複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃのうち、開口３５５に近い貫通孔３５３ｃは、開口３５５から遠い貫通孔３５３ａよりも、孔径が大きい。
【０１４８】
これにより、開口３５５に近い貫通孔３５３ｃの孔径が開口３５５から離れた貫通孔３５３ａの孔径よりも小さいので、開口３５５から流路空間３５４に注入される液体８ａは、貫通孔３５３ｃから第１空間部４０に注入されるよりも流路空間３５４を流れやすく、開口３５５から離れた位置にまで到達されやすくなる。このため、複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃを通って第１空間部４０の下側から均等に液体８ａが注入されやすくなり、見栄えの悪化を抑制することができる。液体８ａの排出時も同様である。
【０１４９】
また、例えば、流路空間３５４の第２方向における両端にそれぞれ、容器３に接続されて、液体８ａが注入又は排出される開口３５５が設けられている。複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃは、第１スペーサ３５１の第２方向における中央に近い貫通孔３５３ａ程、孔径が大きい。
【０１５０】
これにより、複数の貫通孔３５３ａ〜３５３ｃを通って第１空間部４０の下側から均等に液体８ａが注入されやすくなり、見栄えの悪化を抑制することができる。液体８ａの排出時も同様である。
【０１５１】
（実施の形態３）
続いて、実施の形態３について説明する。
【０１５２】
実施の形態１では、配光デバイス２が液体の注入及び排出が可能な１つのデバイスを備える。これに対して、実施の形態２では、液体の注入及び排出が可能な２つのデバイスを配光デバイスが備える。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
【０１５３】
［構成］
まず、本実施の形態に係る光学装置の構成について、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、本実施の形態に係る光学装置４０１の構成を示す模式図である。図１３は、本実施の形態に係る光学装置４０１が備える配光デバイス４０２の断面図である。
【０１５４】
図１２に示されるように、光学装置４０１は、配光デバイス４０２と、容器３とを備える。本実施の形態では、光学装置４０１は、さらに、配管４ａ及び４ｂと、ポンプ５ａ及び５ｂと、制御部４０６と、バルブ７ａ〜７ｄとを備える。
【０１５５】
図１３に示されるように、配光デバイス４０２は、第１デバイス２ａと、第２デバイス２ｂとを備える。第１デバイス２ａは、実施の形態１と同じである。配光デバイス４０２は、例えば、第１デバイス２ａが屋内側で、第２デバイス２ｂが屋外側になるように建物の窓に配置される。
【０１５６】
第２デバイス２ｂは、第１デバイス２ａと同様に、透明状態と配光状態とを切り替えることができるデバイスである。図１３に示されるように、第２デバイス２ｂは、第３基板６０と、第２凹凸構造層７０と、第２空間部８０と、第２封止部材９０とを備える。
【０１５７】
第３基板６０、第２凹凸構造層７０、第２空間部８０及び第２封止部材９０はそれぞれ、第１デバイス２ａの第１基板１０、第１凹凸構造層３０、第１空間部４０及び第１封止部材５０に対応している。第２凹凸構造層７０の構成が第１凹凸構造層３０の構成とは相違している。
【０１５８】
また、配管４ｂ、ポンプ５ｂ、バルブ７ｂ及び７ｄはそれぞれ、配管４ａ、ポンプ５ａ、バルブ７ａ及び７ｃと同様である。配管４ｂ、ポンプ５ｂ、バルブ７ｂ及び７ｄはそれぞれ、第２デバイス２ｂに対する液体８ｂの注入及び排出を行うために設けられている。
【０１５９】
以下では、液体８ｂ及び第２凹凸構造層７０について詳細に説明し、第１デバイス２ａの各構成要素、並びに、配管４ａ、ポンプ５ａ、バルブ７ａ及び７ｃと同様の構成要素については説明を省略する。
【０１６０】
［液体］
図１３に示されるように、本実施の形態に係る光学装置４０１は、第２空間部８０を充填可能な液体８ｂを備える。光学装置４０１は、第２空間部８０への液体８ｂの注入、及び、第２空間部８０からの液体８ｂの排出を制御することで、第２凹凸構造層７０の表面と当該表面に接触する媒体との屈折率差を変更することができる。
【０１６１】
具体的には、第２空間部８０に液体８ｂが注入された場合に、液体８ｂが第２凹凸構造層７０の表面に接触する媒体になる。例えば、液体８ｂと第２凹凸構造層７０との屈折率差が実質的に等しくなり、第２デバイス２ｂの光学状態が透明状態になる。第２空間部８０から液体８ｂが排出された場合に、排出された液体８ｂの代わりに第２空間部８０に導入される気体９ｂが、第２凹凸構造層７０の表面に接触する媒体になる。気体９ｂと第２凹凸構造層７０との屈折率差が大きくなり、第２デバイス２ｂの光学状態が配光状態になる。
【０１６２】
液体８ｂは、配光デバイス４０２に対して注入又は排出される第２液体の一例である。具体的には、液体８ｂは、第２空間部８０に注入され、かつ、第２空間部８０から排出される。液体８ｂは、第２空間部８０に対する注入及び排出が繰り返し行われる。液体８ｂが注入されるタイミング、及び、排出されるタイミングについては、後で説明する。
【０１６３】
液体８ｂの体積は、例えば、第２空間部８０の容積に等しい。これにより、液体８ｂによって第２空間部８０を完全に充填することができる。なお、液体８ｂの体積は、第２空間部８０の容積より少なくてもよく、多くてもよい。
【０１６４】
本実施の形態では、液体８ｂの屈折率は、第２凹凸構造層７０の屈折率に等しい。ここでの“等しい”は、完全に一致するという意味だけではなく、実質的に等しいという意味も含まれる。つまり、液体８ｂの屈折率と第２凹凸構造層７０の屈折率とは、僅かな差を有してもよい。例えば、第２凹凸構造層７０の屈折率をｎ３とし、液体８ｂの屈折率をｎ４とした場合、ｎ３−ｎ４の絶対値は０．０１以下であってもよい。
【０１６５】
液体８ｂの注入及び排出の各々のタイミング、並びに、注入量及び排出量は、制御部４０６によって調整される。これにより、配光デバイス４０２は、複数の光学状態を実現することができる。
【０１６６】
液体８ｂの屈折率及び表面張力は、例えば、液体８ａと同じである。具体的には、液体８ｂには、液体８ａと同じ材料を用いることができる。例えば、液体８ｂは、液体８ａと同様にグリセリン水溶液である。これにより、液体８ａと液体８ｂとを容器３内の同一の空間内に収容することができる。あるいは、液体８ｂは、液体８ａとは異なる材料であってもよい。この場合、容器３内には２つの収容空間が設けられ、液体８ａと液体８ｂとが混合されないように収容される。
【０１６７】
液体８ｂの表面張力は、第２凹凸構造層７０の表面自由エネルギーよりも大きい。これにより、液体８ｂの第２凹凸構造層７０に対する濡れ性が低くなり、液体８ｂの第２凹凸構造層７０の凹部内への残留を抑制することができる。排出時の液体８ｂの残留が抑制されることで、配光デバイス４０２の面内での光学状態の均一性を高めることができる。
【０１６８】
液体８ｂが排出された場合に代わりに導入される気体９ｂは、例えば、配光デバイス４０２の周辺に位置する空気であるが、容器などに予め用意された気体であってもよい。例えば、気体９ｂの流出入が行われる空気孔９２には、乾燥空気、窒素、又は、不活性ガスを収容する容器が接続されていてもよい。つまり、光学装置４０１は、不活性ガスなどの気体を収容する容器を備えていてもよい。不活性ガスは、例えば、アルゴンなどであるが、特に限定されない。
【０１６９】
［第２凹凸構造層］
第２凹凸構造層７０は、第１基板１０の主面１２（第２主面）に配置された微細形状層である。第２凹凸構造層７０は、図１２に示されるように、複数の第２凸部群７０ａ及び７０ｂを有する。例えば、第２凹凸構造層７０は、２つの第２凸部群７０ａ及び７０ｂを有する。第２凸部群７０ａと第２凸部群７０ｂとは、間隔を開けて第２方向（Ｘ軸方向）に並んで設けられている。具体的には、図１２に示されるように、隣り合う２つの第２凸部群７０ａ及び７０ｂの間隔は、Ｚ軸方向に沿って延びる間隙部７５を形成している。
【０１７０】
間隙部７５の構成及び機能の具体例については、実施の形態１で説明した間隙部３５と同様である。間隙部７５の幅Ｄと隙間７６の幅ｄとの関係についても、実施の形態１と同様である。これにより、第２デバイス２ｂに対して注入及び排出される液体８ｂの液面が水平に維持されやすくなる。したがって、第２デバイス２ｂの光学状態を変更するときの見栄えの悪化を抑制することができる。
【０１７１】
図１３には示されるように、第２凹凸構造層７０は、例えば透明基材７２上に形成されている。透明基材７２が透明な接着層（図示せず）を介して、第１基板１０の主面１２に貼り付けられることで、第２凹凸構造層７０は主面１２に配置される。透明基材７２は、例えば、第２凸部群毎に設けられている。透明基材７２は、透光性を有する薄膜状の部材であり、例えば透明ＰＥＴフィルムである。なお、第２凹凸構造層７０は、第１基板１０の主面１２に直接形成されていてもよい。
【０１７２】
なお、第１基板１０は、単一の基板から構成されているが、これに限らない。第１基板１０は、複数の基板の積層構造を有してもよい。例えば、第１基板１０は、互いに対向して配置された２枚の透明基板と、当該２枚の透明基板を接着する透明の接着層とを有してもよい。２枚の透明基板の一方は、第１デバイス２ａの一部であって、第２基板２０との間に第１空間部４０を形成する。２枚の透明基板の他方は、第２デバイス２ｂの一部であって、第３基板６０との間に第２空間部８０を形成する。第１デバイス２ａと第２デバイス２ｂとが接着層を介して貼り合わされることによって、各々が有する透明基板と接着層とによって第１基板１０が構成されてもよい。つまり、第１デバイス２ａと第２デバイス２ｂとは、第１基板１０を共有してもよい。
【０１７３】
本実施の形態では、第２凸部群７０ａと第２凸部群７０ｂとは、互いに同じ構成を有する。以下では、第２凸部群７０ａの詳細について説明する。
【０１７４】
第２凹凸構造層７０は、図１３に示されるように、一方向（Ｚ軸方向）に並んで設けられた複数の第２凸部７１を有する。具体的には、第２凸部群７０ａは、マイクロオーダーサイズの複数の第２凸部７１によって構成された凹凸構造体である。図１３に示される例では、複数の第２凸部７１が個々に離れて位置し、根元（第１基板１０側）で基台層によって支持されている。つまり、隣り合う２つの第２凸部７１の間には平坦面が設けられている。基台層は、例えば、複数の第２凸部７１の成型の際に残膜として残った部分である。なお、複数の第２凸部７１は、根元で互いに接続されていてもよく、隣り合う２つの第２凸部７１の間には平坦面が設けられていなくてもよい。つまり、隣り合う２つの第２凸部７１の間である凹部の断面形状は、Ｖ字状であってもよい。例えば、第２凸部群７０ａは、電極層など他の部材を介さずに、主面１２に接して設けられていてもよい。なお、第２凸部群７０ａと第１基板１０との間には、透明の接着層などが設けられていてもよい。
【０１７５】
第２凸部群７０ａは、液体８ｂが第２空間部８０から排出された状態で入射する光を全反射させる配光構造を有する。配光構造は、複数の第２凸部７１によって構成されている。
【０１７６】
複数の第２凸部７１は、第１方向（Ｚ軸方向）に並んで配置されている。複数の第２凸部７１は、その並び方向（すなわち、Ｚ軸方向）に直交する第２方向（Ｘ軸方向）に延在する長尺の凸部である。具体的には、複数の第２凸部７１は、Ｘ軸に直交する断面（ＹＺ断面）の断面形状を維持しながら、Ｘ軸方向に延びたストライプ状に形成されている。例えば、複数の第２凸部７１の各々は、第１基板１０に対して横倒しに配置された台形柱である。なお、複数の第２凸部７１は、Ｘ軸方向に沿って蛇行しながら延びていてもよい。例えば、複数の第２凸部７１は、平面視において、波線のストライプ状に形成されていてもよい。
【０１７７】
図１３に示されるように、複数の第２凸部７１の各々は、根元から先端にかけて先細る形状を有する。具体的には、複数の第２凸部７１の各々の断面形状は、第１基板１０から第３基板６０に向かう方向に沿って先細りのテーパ形状である。本実施の形態では、複数の第２凸部７１のＹＺ断面における断面形状は、配光デバイス４０２の厚み方向に沿って先細る台形であるが、これに限らない。第２凸部７１の断面形状は、三角形でもよく、その他の多角形、又は、カーブを含む多角形などでもよい。
【０１７８】
図１４は、本実施の形態に係る配光デバイス４０２が備える第２凹凸構造層７０の第２凸部７１の断面図である。図１４は、ＹＺ断面を表しているが、断面を表す網掛けを付していない。
【０１７９】
図１３及び図１４に示されるように、複数の第２凸部７１の各々は、側面７１ａ及び７１ｂを有する。側面７１ａ及び７１ｂは、Ｚ軸方向に交差する面である。側面７１ａ及び７１ｂの少なくとも一方は、主面１２に直交する方向（すなわち、Ｙ軸方向）に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面である。側面７１ａと側面７１ｂとの間隔、すなわち、第２凸部７１の幅は、第１基板１０から第３基板６０に向かって漸次小さくなっている。
【０１８０】
側面７１ａは、第２側面の一例であり、例えば、Ｚ軸が鉛直方向に一致するように配光デバイス１０２を配置した場合に、第２凸部７１を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側の側面である。図１４に示されるように、側面７１ａは、入射する光Ｌ２及びＬ３を屈折させる屈折面である。
【０１８１】
側面７１ｂは、第２側面の一例であり、例えば、Ｚ軸が鉛直方向に一致するように配光デバイス１０２を配置した場合に、第２凸部７１を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側の側面である。側面７１ｂは、入射する光Ｌ２及びＬ３を反射させる反射面である。ここでの反射は、全反射であり、側面７１ｂは、全反射面として機能する。
【０１８２】
側面７１ａの傾斜角β１及び側面７１ｂの傾斜角β２はそれぞれ、例えば１０°以上２０°以下の範囲である。言い換えると、第２凸部７１の断面形状である台形又は三角形の２つの底角はそれぞれ、７０°以上８０°以下である。側面７１ａの傾斜角β１と側面７１ｂの傾斜角β２とは、互いに異なっていてもよく、等しくてもよい。つまり、第２凸部７１の断面形状は、等脚台形又は二等辺三角形でもよい。複数の第２凸部７１の各々の側面７１ａの傾斜角β１は互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。複数の第２凸部７１の各々の側面７１ｂの傾斜角β２は互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。
【０１８３】
複数の第２凸部７１の各々の高さは、例えば１００μｍ以上である。高さが１００μｍ以上であることで、光を反射する側面７１ｂ及び７１ｂを広く確保することができる。このため、配光される光の量が多くなるので、配光率を高めることができる。
【０１８４】
また、複数の第２凸部７１の各々のアスペクト比は、例えば２以下である。なお、アスペクト比は、第２凸部７１の根元の幅に対する高さの割合である。アスペクト比が２以下であることで、第２凸部７１の物理的な強度を高めることができる。例えば、液体８ｂの注入及び排出の際に、液体８ｂの流れによって第２凸部７１の形状が変化するのを抑制することができる。
【０１８５】
また、隣り合う２つの第２凸部７１の間隔は、例えば１０μｍ以上４０μｍ以下である。なお、当該間隔は、隣り合う２つの第２凸部７１の根元間の距離である。つまり、当該間隔は、隣り合う２つの第２凸部７１の間の凹部の平坦面の幅に相当する。隣り合う２つの第２凸部７１の間隔が１０μｍ以上であることで、第２空間部８０に注入された液体８ｂが凹部に残留しにくくなる。このため、液体８ｂを速やかに排出することができる。また、隣り合う２つの第２凸部７１の間隔が４０μｍ以下であることで、第２凸部７１の面内の密度を高めることができる。このため、配光される光の量が多くなるので、配光率を高めることができる。
【０１８６】
なお、複数の第２凸部７１の各々の高さは、１ｍｍ以上であってもよい。つまり、複数の第２凸部７１は、ミリオーダーサイズの凸部であってもよい。注入された液体８ｂが完全に排出されずに部分的に残留したとしても、全体として十分な大きさの反射面を確保することができる。
【０１８７】
本実施の形態では、複数の第２凸部７１の各々の形状は、互いに同じであるが、異なっていてもよい。例えば、複数の第２凸部７１は、高さが互いに異なる複数の凸部を含んでいてもよい。例えば、隣り合う２つの第２凸部７１の高さが異なっていてもよい。複数の第２凸部７１の各々の高さは、例えば複数の設定値の中からランダムに選択された値であってもよい。
【０１８８】
第２凸部群７０ａは、例えば、紫外線硬化樹脂材料を用いて形成される。具体的には、第２凸部群７０ａは、モールド成型又はナノインプリントなどによって形成することができる。
【０１８９】
第２凸部群７０ａの材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂などの光透過性を用いる樹脂材料を用いることができる。第２凸部群７０ａの屈折率は、例えば１．４以上１．８以下の範囲である。本実施の形態では、第２凸部群７０ａは、例えば、屈折率が約１．４のアクリル樹脂を用いて形成される。
【０１９０】
また、第２凸部群７０ａの表面は、液体８ｂに対して親液性（具体的には、親油性又は親水性）又は超親水性を有する。例えば、第２凸部群７０ａの表面の、液体８ｂに対する接触角は、６０°未満でもよい。例えば、当該接触角は、４０°以上であってもよい。
【０１９１】
［２種類の凸部の配光特性］
ここで、第１凹凸構造層３０が有する複数の第１凸部３１と、第２凹凸構造層７０が有する複数の第２凸部７１との傾斜角の違いに基づいた配光特性の差異について説明する。
【０１９２】
上述したように、第１凸部３１と第２凸部７１とでは側面の傾斜角が異なるので、第１凸部３１と第２凸部７１とでは、同じ入射角の光が入射したとしても全反射により出射される光の角度、すなわち、配光の出射角が異なる。このため、配光デバイス４０２に対する入射光のうち、最適な方向へ全反射させることができる入射角の範囲が第１凸部３１と第２凸部７１とでは異なる。
【０１９３】
なお、最適な方向とは、配光デバイス４０２を建物の窓に適用した場合に、屋内に居る人に眩しさを与えずに、かつ、屋内の奥の方まで太陽光を到達させることができる方向である。最適な方向は、例えば、出射角が上向きで８°以上１０°以下の範囲であり、より多くの光の出射角が上向きで３．６°以上８０°以下の範囲になるように第１凸部３１及び第２凸部７１の形状が定められている。
【０１９４】
例えば、第２凸部７１は、図１４の実線で示される光Ｌ３のように、所定の角度よりも小さい入射角の太陽光を最適な方向へ配光させることができる。つまり、第２凸部７１は、太陽高度が閾値より小さい場合に配光性に優れた低角度入射用の凸部である。所定の角度及び閾値は、例えば４５°である。
【０１９５】
具体的には、第２凸部７１は、側面７１ｂによる全反射によって、下向き２０°で入射する光を上向き８°で出射させることができる。また、第２凸部７１は、下向き４５°で入射する光を上向き３３°で出射させることができる。また、第２凸部７１は、下向き７０°で入射する光を上向き５８°で出射させることができる。
【０１９６】
図１４の破線で示される光Ｌ２のように、第２凸部７１は、高角度で入射する光も全反射により上向きに出射させることが可能であるが、その出射角度が大きすぎるため、配光デバイス１０２に近い側（例えば、窓際）に配光されてしまう。つまり、第２凸部７１は、高角度で入射する光を屋内の奥の方までは到達させることが難しい。本実施の形態では、高角度で上向きに反射される光Ｌ２を、第１凸部３１によって屈折させることにより、最適な方向へ進行させることができる。
【０１９７】
具体的には、図３に示されるように、第１凸部３１は、第２凸部７１の側面７１ｂで全反射され、上向きに進行する光Ｌ２を側面３１ｂで屈折させる。これにより、光Ｌ２は、上向きの角度が小さくなり、屋内のより奥の方まで進行することができる。例えば、第２凸部７１の側面７１ｂで反射された上向き５８°の光を、第２基板２０から上向き１０°で出射させることができる。このように、第１凸部３１は、第２凸部７１による全反射を利用することで、所定の角度以上の入射角の太陽光を最適な方向へ配光させることができる。
【０１９８】
なお、第１凸部３１は、図３の実線で示される光Ｌ１のように、単独でも（すなわち、第２凸部７１による全反射を利用しなくても）所定の角度以上の入射角を最適な方向へ配光させることができる。つまり、第１凸部３１は、太陽高度が閾値以上である場合に配光性に優れた高角度入射用の凸部である。
【０１９９】
具体的には、第１凸部３１は、側面３１ｂによる全反射によって、下向き４５°で入射する光を上向き８°で出射させることができる。また、第１凸部３１は、側面３１ｂによる全反射によって、下向き７０°で入射する光を上向き３３°で出射させることができる。一方で、下向き２０°で入射する光は、第１凸部３１の側面３１ｂで屈折してしまい、下向き１７°で出射する。つまり、第１凸部３１は、下向き２０°で入射する光を全反射させることができない。
【０２００】
以上のように、第１凸部３１及び第２凸部７１は、互いに異なる配光特性を有する。本実施の形態では、制御部４０６が、太陽高度（すなわち、光の入射角）に基づいて液体８ａ及び８ｂの注入及び排出を制御することで、第１凸部３１及び第２凸部７１の各々の配光特性を有効に利用する。以下では、本実施の形態に係る光学装置４０１の動作及び光学状態について説明する。
【０２０１】
［動作及び光学状態］
続けて、本実施の形態に係る配光デバイス４０２の動作及び光学状態について説明する。第１凹凸構造層３０の屈折率ｎ１、液体８ａの屈折率ｎ２、第２凹凸構造層７０の屈折率ｎ３及び液体８ｂの屈折率ｎ４がいずれも、１．４である場合を説明する。
【０２０２】
光学装置４０１では、第１空間部４０に対する液体８ａの注入及び排出、並びに、第２空間部８０に対する液体８ｂの注入及び排出が繰り返し行われる。本実施の形態では、配光デバイス１０２は、図１５に示される透明状態、図１６に示される第１配光状態、図１７に示される第２配光状態、及び、図１８に示される第３配光状態の４つの光学状態をとることができる。制御部４０６は、液体８ａ及び８ｂの注入及び排出を制御することで、４つの光学状態を切り替える。
【０２０３】
例えば、制御部４０６は、ユーザからの指示を受け付けたタイミングで、配光デバイス４０２の光学状態を、指示が示す光学状態に変更する。また、例えば、制御部４０６は、天候が晴れの場合に、配光デバイス４０２の光学状態を第１配光状態、第２配光状態及び第３配光状態のいずれかに変更する。
【０２０４】
本実施の形態では、制御部４０６は、太陽高度に応じてポンプ５ａ及び５ｂを制御することで、第１空間部４０への液体８ａの注入量及び排出量、並びに、第２空間部８０への液体８ｂの注入量及び排出量を調整する。太陽高度は、光学装置４０１が設置された地点の緯度及び経度、並びに、日時に基づいて決定される。光学装置４０１が建物の窓に利用される場合、緯度及び経度は通常、不変であるので、太陽高度は、日時に基づいて決定される。このため、制御部４０６は、現在時刻及び日付を示す日時情報に基づいてポンプ５ａ及び５ｂを制御することができる。例えば、制御部４０６は、日時情報を取得する時計機能を有する。あるいは、制御部４０６は、外部装置と通信することで、日時情報を取得する通信ＩＦを有してもよい。
【０２０５】
具体的には、制御部４０６は、太陽高度（すなわち、時刻）に基づいて第１配光状態、第２配光状態及び第３配光状態のいずれかに変更する。例えば、制御部４０６は、太陽高度が第１閾値より低い場合に、配光デバイス４０２の光学状態を第１配光状態に変更する。制御部４０６は、太陽高度が第１閾値より高い場合に、配光デバイス４０２の光学状態を第２配光状態又は第３配光状態に変更する。第１閾値は、例えば４５°であるが、これに限らない。
【０２０６】
太陽高度が第１閾値より高い場合に、第２配光状態及び第３配光状態のいずれに変更してもよい。例えば、制御部４０６は、太陽高度が、第１閾値より大きい値である第２閾値より高い場合に、第２配光状態に変更する。制御部４０６は、太陽高度が、第１閾値以上で第２閾値よりも低い場合に、第３配光状態に変更する。あるいは、制御部４０６は、太陽高度が第２閾値よりも大きい値である第３閾値よりも高い場合に、第３配光状態に変更してもよい。このとき、第２閾値は、第１閾値に等しくてもよい。
【０２０７】
以下では、４つの光学状態の詳細について、図１５〜図１８を用いて説明する。
【０２０８】
＜透明状態＞
図１５は、本実施の形態に係る光学装置４０１の配光デバイス４０２の透明状態を示す断面図である。図１５には、配光デバイス４０２に対して斜めに入射する光Ｌの経路を矢印で示している。
【０２０９】
図１５に示されるように、第２デバイス２ｂの第２空間部８０には、液体８ｂが充填されている。第２凹凸構造層７０の屈折率ｎ３と、液体８ｂの屈折率ｎ４とが等しいため、光Ｌは、第２凸部７１と液体８ｂとの界面で光学作用を受けない。つまり、光Ｌは、第２凸部７１の側面７１ａ及び７１ｂのいずれでも屈折又は全反射されない。このため、屋外から第３基板６０に入射する光Ｌは、進行方向を曲げることなく、液体８ｂ及び第２凹凸構造層７０を順に直進し、第１基板１０に入射する。つまり、第２デバイス２ｂの光学状態は、透明状態になる。
【０２１０】
同様に、第１デバイス２ａの第１空間部４０には、液体８ａが充填されているので、実施の形態１と同様に、第１デバイス２ａの光学状態も、透明状態になる。
【０２１１】
第１デバイス２ａ及び第２デバイス２ｂの両方の光学状態が透明状態であるので、配光デバイス４０２の光学状態も透明状態になる。配光デバイス４０２の光学状態が透明状態であるので、例えば、屋内に居る人が配光デバイス４０２を介して屋外を見た場合に、屋外の景色をクリアに見ることができる。
【０２１２】
図１５に示されるように、透明状態は、第１空間部４０及び第２空間部８０の各々に液体８ａ及び８ｂが注入されることにより形成される。例えば、制御部４０６は、バルブ７ａ〜７ｄを開け、ポンプ５ａ及び５ｂを制御することで、第１空間部４０に液体８ａを注入し、かつ、第２空間部８０に液体８ｂを注入する。液体８ａが第１空間部４０に注入されることで、第１空間部４０に含まれる気体９ａは空気孔５２から排出される。液体８ｂが第２空間部８０に注入されることで、第２空間部８０に含まれる気体９ｂは空気孔９２から排出される。制御部４０６は、液体８ａを第１空間部４０に完全に充填し、かつ、液体８ｂを第２空間部８０に完全に充填した後、バルブ７ａ〜７ｄを閉じる。これにより、配光デバイス４０２の光学状態を透明状態にすることができる。
【０２１３】
＜第１配光状態（低角度入射）＞
図１６は、本実施の形態に係る光学装置４０１の配光デバイス４０２の低角度入射用の第１配光状態を示す断面図である。第１配光状態は、太陽光の入射角が小さい場合、すなわち、太陽高度が低い場合に適した配光状態である。例えば、配光デバイス４０２は、光学状態が第１配光状態である場合に、太陽高度が２０°以上４５°未満のときの太陽光を効率良く、屋内の奥の方まで進行させることができる。
【０２１４】
図１６に示されるように、第２デバイス２ｂの第２空間部８０からは液体８ｂが排出され、代わりに気体９ｂが導入されている。気体９ｂは、例えば空気であるので、その屈折率は、１である。第２凹凸構造層７０の屈折率ｎ３と気体９ｂの屈折率との差は約０．４であるため、光Ｌは、第２凹凸構造層７０に入射する際に光学作用を受ける。具体的には、複数の第２凸部７１が配光構造を構成するので、光Ｌは、配光される。
【０２１５】
より具体的には、図１６に示されるように、配光デバイス４０２に入射する光Ｌは、複数の第２凸部７１の側面７１ａで屈折した後、側面７１ｂで全反射される。側面７１ｂで全反射された光は、第１基板１０に入射する。
【０２１６】
一方で、第１デバイス２ａの第１空間部４０には、液体８ａが充填されている。つまり、図１５で示した場合と同様に、第１デバイス２ａは透明状態になる。したがって、第２デバイス２ｂの側面７１ｂで全反射された光は、第１デバイス２ａをそのまま透過する。このため、屋内のより奥の方にまで光Ｌを進行させることができる。
【０２１７】
このように、配光デバイス４０２は、低角度に適した配光状態（すなわち、第１配光状態）になる。これにより、効率良く光を屋内に採り入れることができる。
【０２１８】
図１６に示されるように、第１配光状態は、第１空間部４０には液体８ａを注入し、かつ、第２空間部８０から液体８ｂを排出することにより形成される。例えば、透明状態から第１配光状態にする場合に、制御部４０６は、バルブ７ｂ及び７ｄを開けることで、第２空間部８０から液体８ｂを排出する。例えば、液体８ｂは、その自重によって開口９１から配管４ｂを通って容器３へ排出される。このとき、制御部４０６は、ポンプ５ｂを制御することで、第２空間部８０から容器３に向かう方向に液体８ｂを流してもよい。これにより、速やかに液体８ｂの排出が行われ、光学状態の切り替えに要する時間を短くすることができる。
【０２１９】
液体８ｂが開口９１を介して排出されると同時に、空気孔９２を介して気体９ｂが第２空間部８０に導入される。制御部４０６は、液体８ｂが第２空間部８０から完全に排出され、第２空間部８０の全体が気体９ｂによって満たされた後、バルブ７ｂ及び７ｄを閉じる。これにより、配光デバイス４０２の光学状態を第１配光状態にすることができる。
【０２２０】
＜第２配光状態（高角度入射）＞
図１７は、本実施の形態に係る光学装置４０１の配光デバイス４０２の高角度入射用の第２配光状態を示す断面図である。第２配光状態は、太陽光の入射角が大きい場合、すなわち、太陽高度が高い場合に適した配光状態である。例えば、配光デバイス４０２は、光学状態が第２配光状態である場合に、太陽高度が４５°以上７０°以下のときの太陽光を効率良く、屋内の奥の方まで進行させることができる。
【０２２１】
図１７に示されるように、第２デバイス２ｂの第２空間部８０からは液体８ｂが排出され、代わりに気体９ｂが導入されている。つまり、図１６で示した場合と同様に、第２デバイス２ｂは、配光状態になる。具体的には、配光デバイス４０２に入射する光Ｌは、複数の第２凸部７１の側面７１ａで屈折した後、側面７１ｂで全反射される。側面７１ｂで全反射された光は、第１基板１０に入射する。側面７１ｂで全反射された光Ｌは、図１６に示される場合に比べて、反射の角度が大きくなる。つまり、光Ｌは、図１６に示される第１配光状態の場合より上向きの角度で第１基板１０に入射される。
【０２２２】
また、第１デバイス２ａの第１空間部４０からも液体８ａが排出され、代わりに気体９ａが導入されている。気体９ａは、例えば空気であるので、その屈折率は、１である。第１凹凸構造層３０の屈折率ｎ１と気体９ａの屈折率との差は約０．４であるため、光Ｌは、第１凹凸構造層３０に入射する際に光学作用を受ける。具体的には、複数の第１凸部３１が配光構造を構成するので、光Ｌは、屈折されることにより配光される。より具体的には、上向きに進行する光Ｌは、側面３１ｂで屈折されることにより、上向きの角度が小さくなって第２基板２０から出射される。
【０２２３】
このように、配光デバイス４０２は、高角度に適した配光状態（すなわち、第２配光状態）になる。これにより、効率良く光を屋内に採り入れることができる。
【０２２４】
図１７に示されるように、第２配光状態は、第１空間部４０から液体８ａを排出し、かつ、第２空間部８０から液体８ｂを排出することにより形成される。例えば、第１配光状態から第２配光状態にする場合に、制御部４０６は、バルブ７ａ及び７ｃを開けることで、第１空間部４０から液体８ａを排出する。例えば、液体８ａは、その自重によって開口５１から配管４ａを通って容器３へ排出される。このとき、制御部４０６は、ポンプ５ａを制御することで、第１空間部４０から容器３に向かう方向に液体８ａを流してもよい。これにより、速やかに液体８ａの排出が行われ、光学状態の切り替えに要する時間を短くすることができる。
【０２２５】
液体８ａが開口５１を介して排出されると同時に、空気孔５２を介して気体９ａが第１空間部４０に導入される。制御部４０６は、液体８ａが第１空間部４０から完全に排出され、第１空間部４０の全体が気体９ａによって満たされた後、バルブ７ａ及び７ｃを閉じる。これにより、配光デバイス４０２の光学状態を第２配光状態にすることができる。
【０２２６】
＜第３配光状態（高角度入射）＞
図１８は、本実施の形態に係る光学装置４０１の配光デバイス４０２の高角度入射用の第３配光状態を示す断面図である。第３配光状態は、太陽光の入射角が大きい場合、すなわち、太陽高度が高い場合に適した配光状態である。例えば、配光デバイス４０２は、光学状態が第３配光状態である場合に、太陽高度が４５°以上７０°以下のときの太陽光を効率良く、屋内の奥の方まで進行させることができる。
【０２２７】
図１８に示されるように、第２デバイス２ｂの第２空間部８０には、液体８ｂが充填されている。つまり、図１５で示した場合と同様に、第２デバイス２ｂは、透明状態になる。
【０２２８】
また、第１デバイス２ａの第１空間部４０からは液体８ａが排出され、代わりに気体９ａが導入されている。このため、図１７に示される場合と同様に、光Ｌは、第１凹凸構造層３０に入射する際に光学作用を受ける。具体的には、透明状態の第２デバイス２ｂをそのまま通過した光Ｌは、側面３１ａで屈折された後、側面３１ｂで全反射される。側面３１ｂで全反射された光Ｌは、第２基板２０から斜め上方に出射される。このときの上向きの出射角度は、例えば４５°より小さい。
【０２２９】
このように、配光デバイス４０２は、高角度に適した配光状態（すなわち、第２配光状態）になる。これにより、効率良く光を屋内に採り入れることができる。
【０２３０】
図１８に示されるように、第３配光状態は、第１空間部４０から液体８ａを排出し、かつ、第２空間部８０に液体８ｂを注入することにより形成される。例えば、第１配光状態から第３配光状態にする場合に、制御部４０６は、バルブ７ａ〜７ｄを開けることで、第１空間部４０から液体８ａを排出し、かつ、ポンプ５ｂを制御することで、液体８ｂを第２空間部８０に注入する。液体８ａが開口５１を介して排出されると同時に、空気孔５２を介して気体９ａが第１空間部４０に導入される。また、液体８ｂが開口９１を介して注入されると同時に、空気孔９２を介して気体９ｂが排出される。制御部４０６は、液体８ａが第１空間部４０から完全に排出され、第１空間部４０の全体が気体９ａによって満たされた後、かつ、第２空間部８０の全体が液体８ｂで満たされた後、バルブ７ａ〜７ｄを閉じる。これにより、配光デバイス４０２の光学状態を第３配光状態にすることができる。
【０２３１】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る光学装置４０１は、さらに、配光デバイス４０２に対して注入又は排出される液体８ｂを備える。容器３は、さらに、液体８ｂを収容する。配光デバイス４０２は、さらに、液体８ｂの注入又は排出によって、入射する光を透過させる状態を透明状態と配光状態とで切り替える第２デバイス２ｂを有する。第２デバイス２ｂは、第１基板１０の主面１２に対向して配置された、透光性を有する第３基板６０と、第３基板６０の、主面１２に対向する主面６１及び主面１２のいずれか一方に配置された第２凹凸構造層７０と、第２凹凸構造層７０と、第２凹凸構造層７０に対向する主面６１又は主面１２との間に設けられ、液体８ｂが注入又は排出される空間である第２空間部８０とを有する。第２凹凸構造層７０は、第１方向（Ｚ軸方向）に並んで設けられ、かつ、第２方向（Ｘ軸方向）に沿って長尺な形状を各々が有する複数の第２凸部７１を含む第２凸部群７０ａ及び７０ｂを有する。複数の第２凸部群７０ａ及び７０ｂは、間隔を空けて第２方向（Ｘ軸方向）に並んで設けられている。
【０２３２】
これにより、実施の形態１と同様に、窓に利用された場合に、効率良く光を屋内に採り入れることができる。また、複数の第２凸部群７０ａ及び７０ｂ間に間隙部７５が設けられているので、間隙部７５を利用して液体８ｂの注入及び排出を短時間で行うことができる。これにより、光学状態を速やかに変化させることができる。また、間隙部７５が設けられていることで、液体８ｂの注入及び排出の途中で液体８ｂの液面が水平に維持されやすくなる。したがって、光学状態の変更途中の配光デバイス４０２の見栄えの悪化を抑制することができる。
【０２３３】
また、例えば、液体８ｂは、第２凹凸構造層７０の表面自由エネルギーよりも大きい表面張力を有する。
【０２３４】
これにより、液体８ｂが第２凸部７１間（凹部）に残留するのを抑制することができるので、液体８ｂが排出されたときの光学状態の面内での均一性を高めることができる。
【０２３５】
また、例えば、複数の第１凸部３１の各々は、側面３１ｂを有する。複数の第２凸部７１の各々は、側面７１ｂを有する。主面２１に直交する方向に対する側面３１ｂの傾斜角α２は、主面２１に直交する方向に対する側面７１ｂの傾斜角β２より大きい。
【０２３６】
これにより、第１凸部３１と第２凸部７１とで側面の傾斜角が異なるので、配光デバイス４０２に入射する光の入射角が大きい場合も小さい場合も、光を効率良く配光させることができる。具体的には、配光デバイス４０２は、太陽高度が２０°以上７０°以下のときの太陽光を効率良く屋内の奥の方まで進行させることができる。
【０２３７】
また、例えば、第２凹凸構造層７０は、液体８ｂが第２空間部８０から排出された状態で入射する光を側面７１ｂで全反射させる配光構造を有する。第１凹凸構造層３０は、液体８ａが第１空間部４０から排出された状態で入射する光であって、側面７１ｂで全反射された光を屈折させる配光構造を有する。
【０２３８】
これにより、第１空間部４０から液体８ａを排出し、かつ、第２空間部８０から液体８ｂを排出することによって、入射角が大きい光を、第２凸部７１の側面７１ｂで全反射させ、かつ、第１凸部３１の側面３１ｂで屈折させることができる。これにより、側面７１ｂによる全反射後の上向きの角度を小さくすることができ、より屋内の奥の方まで光を進行させることができる。
【０２３９】
また、例えば、側面３１ｂの傾斜角α２は、２０°以上３５°以下である。側面７１ｂの傾斜角β２は、１０°以上２０°以下である。
【０２４０】
これにより、太陽高度が低い場合の太陽光を第２凸部７１によって効率良く屋内の奥の方まで進行させることができ、太陽高度が高い場合の太陽光を第１凸部３１と第２凸部７１と、又は、第１凸部３１のみによって効率良く屋内の奥の方まで進行させることができる。
【０２４１】
また、例えば、第１空間部４０への液体８ａの注入、及び、第１空間部４０からの液体８ａの排出の少なくとも一方を行うポンプ５ａ（送液部）と、ポンプ５ａを制御する制御部４０６とを備える。
【０２４２】
これにより、第１空間部４０に対する液体８ａの注入及び排出の少なくとも一方を速やかに行うことができるので、配光デバイス４０２の光学状態の切り替えをスムーズに行うことができる。
【０２４３】
また、例えば、制御部４０６は、太陽高度に応じてポンプ５ａを制御する。
【０２４４】
これにより、太陽高度に適した光学状態を形成することができるので、屋内への光の採り込み効率を高めることができる。
【０２４５】
また、例えば、制御部４０６は、太陽高度が閾値より低い場合に、第１空間部４０に液体８ａを充填させ、太陽高度が閾値より高い場合に、第１空間部４０から液体８ａを排出する。
【０２４６】
これにより、太陽高度が高い場合と太陽高度が低い場合との両方において、屋内に効率良く光を採り入れることができる。
【０２４７】
（実施の形態４）
続いて、実施の形態４について説明する。
【０２４８】
実施の形態４では、実施の形態１に係る配光デバイス２又は実施の形態３に係る配光デバイス４０２を平面内に複数並べて配置されている。以下では、実施の形態１〜３との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
【０２４９】
図１９は、本実施の形態に係る光学装置５０１の構成を示す模式図である。本実施の形態に係る光学装置５０１は、実施の形態３に係る光学装置４０１の配光デバイス４０２、容器３、配管４ａ及び４ｂ、ポンプ５ａ及び５ｂ、バルブ７ａ〜７ｄの組を複数備える。
【０２５０】
具体的には、図１９に示されるように、光学装置５０１は、配光デバイス４０２及び５０２と、容器３及び５０３とを備える。本実施の形態では、光学装置５０１は、さらに、配管４ａ、４ｂ、５０４ａ及び５０４ｂと、ポンプ５ａ、５ｂ、５０５ａ及び５０５ｂと、制御部５０６と、バルブ７ａ〜７ｄ及び５０７ａ〜５０７ｄとを備える。また、光学装置５０１は、容器３に収容される液体８ａ及び８ｂと、容器５０３に収容される液体５０８ａ及び２０８ｂとを備える。
【０２５１】
配光デバイス５０２、容器５０３、配管５０４ａ及び５０４ｂ、ポンプ５０５ａ及び５０５ｂ、バルブ５０７ａ〜５０７ｄ、並びに、液体５０８ａ及び５０８ｂはそれぞれ、実施の形態３に係る配光デバイス４０２、容器３、配管４ａ及び４ｂ、ポンプ５ａ及び５ｂ、バルブ７ａ〜７ｄ、並びに、液体８ａ及び８ｂと同じである。制御部５０６は、制御部４０６と同様であり、ポンプ５ａ、５ｂ、５０５ａ及び５０５ｂと、バルブ７ａ〜７ｄ及び５０７ａ〜５０７ｄとを制御する。
【０２５２】
本変形例では、図１９に示されるように、配光デバイス４０２と配光デバイス５０２とは、平面視において、面内に並んで配置されている。例えば、配光デバイス４０２と配光デバイス５０２とは、一辺を共有するように上下に並んで配置されている。あるいは、配光デバイス４０２と配光デバイス５０２とは、左右に並んで配置されていてもよい。また、光学装置５０１は、３つ以上の配光デバイス４０２又は５０２を備えてもよい。例えば、複数の配光デバイス４０２が上下左右に行列状に配置されていてもよい。なお、光学装置５０１は、配光デバイス４０２又は５０２の代わりに、実施の形態１又は２に係る配光デバイス２又は１０２を備えてもよい。
【０２５３】
以上のように、本実施の形態に係る光学装置５０１では、配光デバイス４０２及び容器３の組を複数備える。複数の配光デバイス４０２は、主面２１を平面視した場合に、面内に並んで配置されている。
【０２５４】
これにより、配光デバイス４０２又は５０２を自由に配置することができるので、広いサイズの窓にも利用することができる。
【０２５５】
（その他）
以上、本発明に係る光学装置について、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【０２５６】
例えば、第３基板６０の主面６１（第３主面）は、液体８ｂに対して親液性（親水性又は親油性）を有してもよい。主面６１の液体８ｂに対する接触角は、例えば９０°未満である。一例として、主面６１の純水に対する接触角は、３０°以下である。なお、第１基板１０の主面１２（第２主面）も同様に、液体８ｂに対して親液性を有してもよい。主面６１及び１２に対する親液性は、例えばプラズマ処理によって付与される。あるいは、主面６１及び１２には、親液性を有する材料を用いて形成された薄膜がコーティングされていてもよい。
【０２５７】
また、例えば、第１凸部３１の側面３１ａ及び３１ｂはそれぞれ、液体８ａに対して撥液性（具体的には、撥油性又は撥水性）又は超撥液性を有してもよい。第２凸部７１の側面７１ａ及び７１ｂはそれぞれ、液体８ｂに対して撥液性（具体的には、撥油性又は撥水性）又は超撥液性を有してもよい。例えば、第１凹凸構造層３０及び第２凹凸構造層７０の各々の表面は、フッ素コーティングが行われていてもよい。あるいは、第１凹凸構造層３０及び第２凹凸構造層７０の各々の表面の分子構造では、フッ素系の官能基が導入されていてもよい。なお、液体８ａ又は８ｂの分子構造に、フッ素系の官能基が導入されていてもよい。第１凹凸構造層３０の表面の、液体８ａに対する接触角は、例えば、６０°以上１２０°以下であってもよく、９０°以上１２０°以下であってもよい。第２凹凸構造層７０の表面の、液体８ｂに対する接触角は、例えば、６０°以上１２０°以下であってもよく、９０°以上１２０°以下であってもよい。
【０２５８】
また、例えば、第２デバイス２ｂは、第２基板２０の主面であって、第１空間部４０が設けられた側とは反対側の主面に設けられてもよい。つまり、第２デバイス２ｂは、第２基板２０の主面２１とは反対側の主面に設けられてもよい。第１デバイス２ａが屋内側であり、第２デバイス２ｂが屋外側に配置されていてもよい。また、例えば、第２凹凸構造層７０は、第３基板６０の主面６１に設けられてもよい。
【０２５９】
また、配管４ａ及び４ｂの少なくとも一方には、配管を流れる液体８ａ又は８ｂの流量を検知する流量センサが設けられていてもよい。制御部４０６は、流量センサによって検知された流量に基づいて、液体８ａ又は８ｂの注入量及び排出量を調整してもよい。
【０２６０】
また、例えば、光学装置４０１は、ポンプ５ａ及び５ｂの少なくとも一方を備えなくてもよい。液体８ａ又は８ｂの自重を利用して、液体８ａ又は８ｂを移動させてもよい。例えば、光学装置４０１は、容器３の高さを変更する駆動機構を備えてもよい。容器３を第１空間部４０又は第２空間部８０より高い位置に持ち上げることで、容器３から第１空間部４０又は第２空間部８０へ液体８ａ又は８ｂを注入することができる。容器３を第１空間部４０又は第２空間部８０より低い位置に下ろすことで、第１空間部４０又は第２空間部８０から液体８ａ又は８ｂを容器３に排出することができる。
【０２６１】
また、例えば、光学装置４０１は、バルブ７ａ〜７ｄの少なくとも１つを備えなくてもよい。
【０２６２】
また、例えば、容器３の容量は、第１空間部４０の容量及び第２空間部８０の容量の合計より小さくてもよい。例えば、容器３の容量と配管４ａ及び４ｂの容量との和が、第１空間部４０の容量及び第２空間部８０の容量の合計以上であってもよい。これにより、第１空間部４０及び第２空間部８０に注入された液体８ａ及び８ｂの全てを容器３並びに配管４ａ及び４ｂに排出させることができる。
【０２６３】
あるいは、液体８ａは、第１空間部４０から完全に排出されなくてもよい。すなわち、第１空間部４０の一部に液体８ａが残留していてもよい。例えば、液体８ａの注入量を調整することで、液面の高さを調整することができる。液面の高さを境界にして、第１デバイス２ａの光学状態を上部と下部とで異ならせることができる。
【０２６４】
例えば、配光デバイス２が窓に利用された場合、配光デバイス２の下部よりも上部が、屋内に光を採り入れるのに有効に利用される。このとき、配光デバイス２の下部の光を配光した場合、屋内に居る人の目に光が入射しやすくなるため、眩しさを感じさせてしまう場合が起こり得る。このため、配光デバイス２の下部は、常に第１空間部４０に液体８ａが充填された状態であり、光学状態が透明状態であってもよい。例えば、高さ２ｍの配光デバイス２の場合、上側の１ｍの範囲で第１空間部４０内の液体８ａの液面の調整を行い、下側の１ｍの範囲は常に液体８ａが充填されていてもよい。また、配光デバイス２の下部では、第１凹凸構造層３０が設けられていなくてもよい。つまり、第１凹凸構造層３０は、第２基板２０の全面に設けられていなくてもよく、一部の領域のみに設けられていてもよい。第２凹凸構造層７０及び第２空間部８０についても同様であってもよい。
【０２６５】
また、例えば、第１空間部４０に対する液体８ａの注入口と排出口とは、異なっていてもよい。例えば、配光デバイス２の第１封止部材５０は、複数の開口５１を有してもよい。光学装置１は、複数の開口５１の各々に接続された複数の配管４ａを備えてもよい。これにより、液体８ａの注入口と排出口とを分けることで、液体８ａの流れを制御しやすくすることができ、配光デバイス２の光学状態の切り替えをスムーズに行うことができる。なお、複数の開口５１の各々が、注入口であり、かつ、排出口であってもよい。
【０２６６】
同様に、第２空間部８０に対する液体８ｂの注入口と排出口とは、異なっていてもよい。第２封止部材９０は、複数の開口９１を有してもよい。
【０２６７】
複数の開口５１又は９１はそれぞれ、例えば、配光デバイス４０２の下部端面に設けられる。あるいは、複数の開口５１又は９１の少なくとも１つは、配光デバイス４０２の上部端面又は側方端面に設けられてもよい。空気孔５２又は９２も同様に、複数設けられていてもよい。
【０２６８】
また、液体８ａ又は８ｂの循環経路が形成されてもよい。例えば、液体８ａは、容器３、１つの配管４ａ、１つの開口５１、配光デバイス２の第１空間部４０、別の開口５１、別の配管４ａを順に流れてもよい。液体８ｂについても同様であってもよい。
【０２６９】
なお、光学装置４０１は、複数の容器３を備えてもよい。複数の容器３の各々には、異なる種類の液体８ａ及び８ｂが収容される。これにより、配光デバイス４０２の光学状態を透明状態及び配光状態の２つの状態だけでなく、例えば、散乱状態又は遮光状態などを含む３つ以上の状態に変化させることができる。
【０２７０】
また、例えば、複数の第１凸部３１と複数の第２凸部７１とで、側面の傾斜角が等しくてもよい。
【０２７１】
また、例えば、配光デバイス２に入射する光は、太陽光などの自然光に限定されず、照明装置などの発光装置が発する光であってもよい。
【０２７２】
また、例えば、配光デバイス２は、建物の窓に設置する場合に限るものではなく、例えば、車の窓などに設置されてもよい。また、配光デバイス２は、例えば、照明器具の透光カバーなどの配光制御部材などに利用することもできる。
【０２７３】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０２７４】
１、４０１、５０１  光学装置
２、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２  配光デバイス
２ａ  第１デバイス
２ｂ  第２デバイス
３、５０３  容器
５ａ、５ｂ、５０５ａ、５０５ｂ  ポンプ（送液部）
６、４０６、５０６  制御部
８ａ、５０８ａ  液体（第１液体）
８ｂ、５０８ｂ  液体（第２液体）
１０  第１基板
１１  主面
１２  主面（第２主面）
２０  第２基板
２１  主面（第１主面）
３０  第１凹凸構造層
３０ａ、３０ｂ、１３０ａ、１３０ｂ、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ  第１凸部群
３１、２３１ａ、２３１ｂ  第１凸部
３１ａ、３１ｂ  側面（第１側面）
３５、７５、１３５、２３５  間隙部
４０  第１空間部
６０  第３基板
６１  主面（第３主面）
７０  第２凹凸構造層
７０ａ、７０ｂ  第２凸部群
７１  第２凸部
７１ａ、７１ｂ  側面（第２側面）
８０  第２空間部
３５１  第１スペーサ
３５２  第２スペーサ
３５３ａ、３５３ｂ、３５３ｃ  貫通孔
３５４  流路空間
３５５  開口
【図１】
2020181109.tif 000003
【図２】
2020181109.tif 000004
【図３】
2020181109.tif 000005
【図４】
2020181109.tif 000006
【図５】
2020181109.tif 000007
【図６】
2020181109.tif 000008
【図７】
2020181109.tif 000009
【図８】
2020181109.tif 000010
【図９】
2020181109.tif 000011
【図１０】
2020181109.tif 000012
【図１１】
2020181109.tif 000013
【図１２】
2020181109.tif 000014
【図１３】
2020181109.tif 000015
【図１４】
2020181109.tif 000016
【図１５】
2020181109.tif 000017
【図１６】
2020181109.tif 000018
【図１７】
2020181109.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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