(57)【要約】【課題】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。【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、容器３とを備える。配光デバイス２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の主面であって、第１基板１０に対向する主面である第１主面に配置された、一方向に並んで設けられた複数の第１凸部３１を有する第１凹凸構造層３０と、第１基板１０と第１凹凸構造層３０との間に設けられた間隙部４０と、第１基板１０又は第２基板２０の主面であって、間隙部４０が設けられた側とは反対側の主面である第２主面に配置された、一方向に並んで設けられた複数の第２凸部７１を有する第２凹凸構造層７０とを備える。容器３は、間隙部４０に注入され、かつ、間隙部４０から排出される液体８を収容する。【選択図】図２
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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、
容器とを備え、
前記配光デバイスは、
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基板の主面であって、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、一方向に並んで設けられた複数の第１凸部を有する第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た間隙部と、
前記第１基板又は前記第２基板の主面であって、前記間隙部が設けられた側とは反対側の主面である第２主面に配置された、一方向に並んで設けられた複数の第２凸部を有する第２凹凸構造層とを備え、
前記容器は、前記間隙部に注入され、かつ、前記間隙部から排出される液体を収容する
光学装置。
【請求項２】
前記液体の屈折率は、前記第１凹凸構造層の屈折率に等しい
請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
さらに、前記第２凹凸構造層の隣り合う第２凸部間に充填された樹脂を備え、
前記樹脂の屈折率は、前記第２凹凸構造層の屈折率と異なっている
請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記樹脂は、粘着性を有する
請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
さらに、前記第２主面に対向して前記第２凹凸構造層を覆う、前記樹脂に接触したシート材を備える
請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
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１〜５のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記第２凹凸構造層は、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、前記液体が前記間隙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６に記載の光学装置。
【請求項８】
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６又は７に記載の光学装置。
【請求項９】
前記間隙部への前記液体の注入、及び、前記間隙部からの前記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１〜８のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１０】
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９に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記制御部は、太陽高度が閾値より低い場合に、前記間隙部に前記液体を充填させ、太陽高度が前記閾値より高い場合に、前記間隙部から前記液体を排出する
請求項１０に記載の光学装置。
【請求項１２】
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、面内で並んで配置されている
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光学装置と、
透明基材とを備え、
前記配光デバイスは、前記第２凹凸構造層が前記透明基材に面した状態で前記透明基材に貼り付けられている
建材。
【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、容器とを備え、前記配光デバイスは、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基板の主面であって、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、一方向に並んで設けられた複数の第１凸部を有する第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た間隙部と、前記第１基板又は前記第２基板の主面であって、前記間隙部が設けられた側とは反対側の主面である第２主面に配置された、一方向に並んで設けられた複数の第２凸部を有する第２凹凸構造層とを備え、前記容器は、前記間隙部に注入され、かつ、前記間隙部から排出される液体を収容する。
【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が備える第２凹凸構造層の第２凸部の断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る配光デバイスの低角度入射用の配光状態（第１配光状態）を示す断面図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る配光デバイスの高角度入射用の配光状態（第２配光状態）を示す断面図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る光学装置が備える配光デバイスの断面図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係る配光デバイスの取り付け方法を説明するための断面図である。
【図９】図９は、実施の形態２に係る配光デバイスが取り付けられた建材を示す断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態の変形例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、配光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。
【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４と、ポンプ５と、制御部６と、バルブ７ａ及び７ｂとを備える。なお、図１では、配光デバイス２のみを平面視で図示しており、容器３、配管４、ポンプ５、制御部６、並びに、バルブ７ａ及び７ｂは互いの接続関係を模式的に図示している。
【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。配光デバイス２は、例えば、図２に示される第２基板２０が屋内側で、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。
【００１８】
配光デバイス２は、第１基板１０と、第２基板２０と、第１凹凸構造層３０と、間隙部４０と、封止部材５０と、第２凹凸構造層７０とを備える。各構成要素の詳細については、後で説明する。
【００１９】
本実施の形態では、図２に示されるように、光学装置１は、間隙部４０を充填可能な液体８を備える。光学装置１は、間隙部４０への液体８の注入、及び、間隙部４０からの液体８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。
【００２０】
具体的には、間隙部４０に液体８が注入された場合に、液体８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８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、配光デバイス２の第１基板１０と第２基板２０との間の光学状態が透明状態になる。間隙部４０から液体８が排出された場合に、排出された液体８の代わりに間隙部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基板１０と第２基板２０との間の光学状態が配光状態になる。
【００２１】
液体８は、間隙部４０に注入され、かつ、間隙部４０から排出される液体である。つまり、液体８は、第１のタイミングで間隙部４０へ注入された後、第２のタイミングで間隙部４０から排出される。排出された液体８は、容器３に収容される。また、排出された液体８は、第３のタイミングで間隙部４０へ注入される。つまり、液体８は、間隙部４０に対する注入及び排出が繰り返し行われる。
【００２２】
液体８の体積は、例えば、間隙部４０の容積に等しい。これにより、液体８によって間隙部４０を完全に充填することができる。なお、液体８の体積は、間隙部４０の容積よりも少なくてもよく、多くてもよい。
【００２３】
本実施の形態では、液体８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８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８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。
【００２４】
液体８は、例えばシリコーンオイルである。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８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。あるいは、液体８は、屈折率が高いナノ粒子又は有機材料を含有する水溶液であってもよい。
【００２５】
液体８は、表面張力が２０ｍＮ／ｍ以上７６ｍＮ／ｍ以下である。具体的には、液体８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。表面張力が２０ｍＮ／ｍ以上であることで、液体８の注入及び排出が容易に行われる。例えば、排出時の液体８の残留を抑制し、かつ、注入時の液体８内への気泡の混入を抑制することができる。これにより、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。
【００２６】
液体８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。
【００２７】
容器３は、液体８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４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４は、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、配光デバイス２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４を備えていなくてもよい。
【００２８】
容器３の容量は、例えば、間隙部４０の容量以上である。これにより、容器３は、間隙部４０から液体８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４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４は、例えば、液体８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。
【００２９】
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４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４は、建物の屋内又は屋外に設けられてもよい。
【００３０】
ポンプ５は、間隙部４０への液体８の注入、及び、間隙部４０からの液体８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５は、液体８の注入及び排出の両方を行う。ポンプ５は、例えば、配管４を流れる液体８の流量及び流れる方向を調整可能である。
【００３１】
液体８の注入及び排出のいずれか一方は、液体８の自重を利用して行われてもよい。具体的には、容器３が間隙部４０よりも高い位置に設けられている場合、容器３から間隙部４０への液体８の注入は、バルブ７ａを開けるだけで液体８の自重によって容易に行われる。容器３が間隙部４０よりも低い位置に設けられている場合、間隙部４０から容器３への液体８の排出は、液体８の自重によって容易に行われる。このように、ポンプ５は、間隙部４０に対する液体８の注入及び排出の一方を行わなくてもよい。ポンプ５は、例えば、配管４に設けられているが、容器３内に設けられてもよい。
【００３２】
制御部６は、ポンプ５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５を制御する。制御部６は、ポンプ５を制御することで、液体８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。例えば、制御部６は、太陽高度に応じてポンプ５を制御することで、間隙部４０への液体８の注入量及び排出量を調整する。
【００３３】
太陽高度は、光学装置１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１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、本実施の形態では、制御部６は、現在時刻及び日付を示す日時情報に基づいてポンプ５を制御する。例えば、制御部６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６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。
【００３４】
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。
【００３５】
バルブ７ａは、配管４に接続されており、間隙部４０に対する液体８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から間隙部４０への液体８の注入、及び、間隙部４０から容器３への液体８の排出が行われる。バルブ７ａが閉じた状態では、間隙部４０に注入された液体８の漏出、及び、容器３から間隙部４０への液体８の浸入を抑制することができる。
【００３６】
バルブ７ｂは、間隙部４０に対する気体９ａの流れを制御する。バルブ７ｂ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８の注入及び排出が行われる場合に、バルブ７ｂが開けられる。
【００３７】
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。
【００３８】
［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。
【００３９】
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、ＰＥＴ樹脂からなる透明樹脂基板である。
【００４０】
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１μｍ以上１０００μｍ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。
【００４１】
本実施の形態では、図２に示されるように、第１基板１０は、主面１１を有する。主面１１は、間隙部４０が設けられた側とは反対側の主面である第２主面の一例である。
【００４２】
本実施の形態では、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。例えば、２枚の透明基板の一方、第２基板２０、第１凹凸構造層３０、間隙部４０及び封止部材５０を備える第１デバイスと、２枚の透明基板の他方及び第２凹凸構造層７０を備える第２デバイスとを別々に製造した後、接着層を介して第１デバイスと第２デバイスとを貼り合わせてもよい。
【００４３】
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である。
【００４４】
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。
【００４５】
なお、第１基板１０及び第２基板２０の少なくとも１つには、各基板を支持する剛性の高い透明基材が設けられていてもよい。例えば、配光デバイス２を挟むように一対の支持ガラス基板が設けられていてもよい。第１基板１０と第２基板２０との各々は、透明な粘着層を介して支持ガラス基板に貼り付けられていてもよい。支持ガラス基板の厚みは、例えば３ｍｍ以上６ｍｍ以下であるが、これに限らない。
【００４６】
［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２に示されるように、一方向に並んで設けられた複数の第１凸部３１を有する。
【００４７】
具体的には、第１凹凸構造層３０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凹凸構造層３０は、電極層など他の部材を介さずに、主面２１に接して設けられている。なお、第１凹凸構造層３０と第２基板２０との間には、透明の接着層などが設けられていてもよい。
【００４８】
第１凹凸構造層３０は、液体８が間隙部４０から排出された状態で入射する光であって、第２凹凸構造層７０の第２凸部７１の側面７１ｂで全反射された光を屈折させる配光構造を有する。配光構造は、複数の第１凸部３１によって構成されている。
【００４９】
複数の第１凸部３１は、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。図３に示されるように、側面３１ｂは、下方から入射する光Ｌ２を屈折させる屈折面として機能する。光Ｌ２は、例えば、第２凹凸構造層７０の第２凸部７１で全反射されて上向きに進行する光である。
【００５６】
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。
【００５７】
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３１ｂ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。
【００５８】
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８の注入及び排出の際に、液体８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。
【００５９】
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、間隙部４０に注入された液体８が凹部に残留しにくくなる。このため、液体８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。
【００６０】
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８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。
【００６１】
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。
【００６２】
第１凹凸構造層３０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凹凸構造層３０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。
【００６３】
第１凹凸構造層３０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凹凸構造層３０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１凹凸構造層３０は、例えば、屈折率が約１．５のアクリル樹脂を用いて形成される。
【００６４】
第１凹凸構造層３０の表面の、液体８に対する接触角は、例えば、６０°以上１２０°以下である。当該接触角は、９０°以上１２０°以下であってもよい。つまり、第１凸部３１の側面３１ａ及び３１ｂはそれぞれ、液体８に対して撥液性（具体的には、撥油性又は撥水性）又は超撥液性を有する。例えば、第１凹凸構造層３０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８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。
【００６５】
また、第１凹凸構造層３０の表面は、液体８に対して親液性（具体的には、親油性又は親水性）又は超親水性を有してもよい。例えば、第１凹凸構造層３０の表面の、液体８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。
【００６６】
［間隙部］
間隙部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。間隙部４０は、具体的には、第１基板１０と、第１凹凸構造層３０と、封止部材５０とによって囲まれた空間である。
【００６７】
間隙部４０には、液体８が注入される。注入された液体８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８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８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、間隙部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。
【００６８】
間隙部４０は、液体８が排出された後は、例えば気体９ａで満たされる。液体８が間隙部４０から排出されることで、間隙部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、間隙部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。
【００６９】
間隙部４０内での液体８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。
【００７０】
［封止部材］
封止部材５０は、第１基板１０と第２基板２０との間に液体８を封止するための空間、すなわち、間隙部４０を形成するための環状の部材である。具体的には、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、封止部材５０は、矩形環状に設けられている。つまり、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。
【００７１】
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、間隙部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。
【００７２】
本実施の形態では、図２に示されるように、封止部材５０は、開口５１と、空気孔５２とを有する。
【００７３】
開口５１は、液体８の注入口及び排出口である。開口５１は、封止部材５０を貫通するように設けられており、配管４が接続されている。開口５１は、例えば、配光デバイス２の下部端面に設けられている。本実施の形態では、液体８は、配光デバイス２の下側から注入され、かつ、下側から排出される。
【００７４】
なお、開口５１は、配光デバイス２の上部端面に設けられていてもよい。つまり、液体８は、配光デバイス２の上側から注入され、かつ、上側から排出されてもよい。また、開口５１は、配光デバイス２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。
【００７５】
空気孔５２は、間隙部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７ｂが設けられている。
【００７６】
また、空気孔５２には、液体８が漏れ出ないように、液体８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の上部端面に設けられている。
【００７７】
なお、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。
【００７８】
［第２凹凸構造層］
第２凹凸構造層７０は、第１基板１０の主面１１に配置された微細形状層である。第２凹凸構造層７０は、図２に示されるように、一方向に並んで設けられた複数の第２凸部７１を有する。
【００７９】
具体的には、第２凹凸構造層７０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２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凹凸構造層７０は、電極層など他の部材を介さずに、主面１１に接して設けられている。なお、第２凹凸構造層７０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。
【００８０】
第２凹凸構造層７０は、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。
【００８１】
複数の第２凸部７１は、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。
【００８２】
図２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２基板２０とは反対側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。
【００８３】
図４は、本実施の形態に係る配光デバイス２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４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。
【００８４】
図２及び図４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２基板２０とは反対側に向かって漸次小さくなっている。
【００８５】
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２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４に示されるように、側面７１ａは、入射する光Ｌ１及びＬ２を屈折させる屈折面である。
【００８６】
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２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Ｌ１及びＬ２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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
第２凹凸構造層７０は、図２に示されるように、配光デバイス２の外部に露出している。具体的には、第２凹凸構造層７０の表面（より具体的には、第２凸部７１の側面７１ａ及び７１ｂ）は、気体９ｂに接触している。気体９ｂは、空気であり、屈折率は、約１である。
【００９４】
第２凹凸構造層７０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凹凸構造層７０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。
【００９５】
第２凹凸構造層７０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凹凸構造層７０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凹凸構造層７０は、例えば、屈折率が約１．５のアクリル樹脂を用いて形成される。
【００９６】
［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。
【００９７】
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２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。
【００９８】
なお、最適な方向とは、配光デバイス２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。
【００９９】
例えば、第２凸部７１は、図４の実線で示される光Ｌ１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。
【０１００】
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。
【０１０１】
図４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２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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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６が、太陽高度（すなわち、光の入射角）に基づいて液体８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１の動作及び光学状態について説明する。
【０１０４】
［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、液体８の屈折率ｎ２及び第２凹凸構造層７０の屈折率ｎ３がいずれも、１．５である場合を説明する。
【０１０５】
光学装置１では、間隙部４０に対する液体８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５に示される第１配光状態及び図６に示される第１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８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。
【０１０６】
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、太陽高度（すなわち、時刻）に基づいて第１配光状態及び第２配光状態のいずれかに変更する。例えば、制御部６は、太陽高度が閾値より低い場合に、配光デバイス２の光学状態を第１配光状態に変更する。制御部６は、太陽高度が閾値より高い場合に、配光デバイス２の光学状態を第２配光状態に変更する。閾値は、例えば４５°であるが、これに限らない。
【０１０７】
以下では、２つの光学状態の詳細について、図５及び図６を用いて説明する。
【０１０８】
＜第１配光状態（低角度入射）＞
図５は、本実施の形態に係る光学装置１の配光デバイス２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２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。
【０１０９】
なお、図５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６についても同様である。
【０１１０】
図５に示されるように、第２凹凸構造層７０の第２凸部７１の側面７１ａ及び７１ｂは、気体９ｂに接触している。気体９ｂは、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の屈折率と気体９ｂの屈折率との差は約０．５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。より具体的には、配光デバイス２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Ｌは、第１基板１０に入射する。
【０１１１】
間隙部４０には、液体８が充填されている。第１凹凸構造層３０の屈折率ｎ１と、液体８の屈折率ｎ２とが等しいため、光Ｌは、第１凸部３１と液体８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。言い換えると、第１基板１０と第２基板２０との間の光学状態が透明状態になっている。このため、側面７１ｂで全反射された光Ｌは、第１基板１０、液体８及び第１凹凸構造層３０をそのまま通過し、第２基板２０から出射される。図４で示したように、第２凸部７１は、低角度で入射する光を、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。
【０１１２】
このように、配光デバイス２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。
【０１１３】
なお、説明を簡単にするため、図５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２基板２０から出射するとき、第１基板１０と液体８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６についても同様である。
【０１１４】
図５に示されるように、第１配光状態は、間隙部４０には液体８を注入す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７ｂを開け、ポンプ５を制御することで、間隙部４０に液体８を注入する。液体８が間隙部４０に注入されることで、間隙部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８が間隙部４０に完全に充填された後、バルブ７ａ及び７ｂを閉じる。これにより、配光デバイス２の光学状態を第１配光状態にすることができる。
【０１１５】
＜第２配光状態（高角度入射）＞
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２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。
【０１１６】
図６に示されるように、配光デバイス２に入射する光Ｌが第２凹凸構造層７０の第２凸部７１によって受ける光学作用は、図５で示した場合と同様である。つまり、配光デバイス２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５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５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。
【０１１７】
また、間隙部４０からは液体８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０．５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。
【０１１８】
このように、配光デバイス２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。
【０１１９】
図５に示されるように、第２配光状態は、間隙部４０から液体８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６は、バルブ７ａ及び７ｂを開けることで、間隙部４０から液体８を排出する。例えば、液体８は、その自重によって開口５１から配管４を通って容器３へ排出される。このとき、制御部６は、ポンプ５を制御することで、間隙部４０から容器３に向かう方向に液体８を流してもよい。これにより、速やかに液体８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。
【０１２０】
液体８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が間隙部４０に導入される。制御部６は、液体８が間隙部４０から完全に排出され、間隙部４０の全体が気体９ａによって満たされた後、バルブ７ａ及び７ｂを閉じる。これにより、配光デバイス２の光学状態を第２配光状態にすることができる。
【０１２１】
［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、容器３とを備える。配光デバイス２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の主面であって、第１基板１０に対向する主面である第１主面に配置された、一方向に並んで設けられた複数の第１凸部３１を有する第１凹凸構造層３０と、第１基板１０と第１凹凸構造層３０との間に設けられた間隙部４０と、第１基板１０又は第２基板２０の主面であって、間隙部４０が設けられた側とは反対側の主面である第２主面に配置された、一方向に並んで設けられた複数の第２凸部７１を有する第２凹凸構造層７０とを備える。容器３は、間隙部４０に注入され、かつ、間隙部４０から排出される液体８を収容する。
【０１２２】
これにより、間隙部４０に対する液体８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、間隙部４０から液体８が排出された場合には、第１凸部３１と間隙部４０（すなわち、気体９ａ）との屈折率差が大きくなる。このため、光が第１凸部３１を通過する際に受ける光学作用を大きくすることができるので、所望の方向に光を曲げて進行させることが容易になる。したがって、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）の光量を多くすることができる。
【０１２３】
また、例えば、液体８の屈折率は、第１凹凸構造層３０の屈折率に等しい。
【０１２４】
これにより、間隙部４０に液体８が注入された場合に、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。
【０１２５】
また、例えば、複数の第１凸部３１の各々は、側面３１ｂを有し、複数の第２凸部７１の各々は、側面７１ｂを有する。第１主面に直交する方向に対する側面３１ｂの傾斜角α２は、第１主面に直交する方向に対する側面７１ｂの傾斜角β２より大きい。
【０１２６】
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２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２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。
【０１２７】
また、例えば、第２凹凸構造層７０は、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８が間隙部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。
【０１２８】
これにより、間隙部４０から液体８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。
【０１２９】
また、例えば、側面３１ｂの傾斜角α２は、２０°以上３５°以下であり、側面７１ｂの傾斜角β２は、１０°以上２０°以下である。
【０１３０】
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２凸部７１と第１凸部３１と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。
【０１３１】
また、例えば、本実施の形態に係る光学装置１は、間隙部４０への液体８の注入、及び、間隙部４０からの液体８の排出の少なくとも一方を行うポンプ５と、ポンプ５を制御する制御部６とを備える。
【０１３２】
これにより、間隙部４０に対する液体８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。
【０１３３】
また、例えば、制御部６は、太陽高度に応じてポンプ５を制御する。
【０１３４】
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。
【０１３５】
また、例えば、制御部６は、太陽高度が閾値より低い場合に、間隙部４０に液体８を充填させ、太陽高度が閾値より高い場合に、間隙部４０から液体８を排出する。
【０１３６】
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。
【０１３７】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。
【０１３８】
本実施の形態に係る光学装置は、実施の形態１に係る光学装置と比較して、露出した第２凹凸構造層７０を覆う部材を新たに備える点が相違する。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。
【０１３９】
図７は、本実施の形態に係る光学装置が備える配光デバイス１０２の断面図である。図７には示されていないが、本実施の形態に係る光学装置は、実施の形態１に係る光学装置１と比較して、配光デバイス２の代わりに配光デバイス１０２を備える点が相違する。本実施の形態に係る光学装置は、実施の形態１と同様に、容器３、配管４、ポンプ５、制御部６、並びに、バルブ７ａ及び７ｂを備える。
【０１４０】
図７に示されるように、配光デバイス１０２は、シート材１６０と、樹脂１８０とを備える。
【０１４１】
シート材１６０は、第１基板１０の主面１１に対向して第２凹凸構造層７０を覆うシート状の部材である。シート材１６０は、樹脂１８０に接触している。シート材１６０は、第２凹凸構造層７０に接触していてもよい。
【０１４２】
シート材１６０は、いわゆる離型シートである。例えば、図８に示されるように、シート材１６０は、人の手Ｕなどによって、樹脂１８０及び第２凹凸構造層７０から容易に剥離することができる。なお、図８は、本実施の形態に係る配光デバイス２の取り付け方法を説明するための断面図である。
【０１４３】
本実施の形態に係る配光デバイス２は、シート材１６０を剥離して用いられる。このため、シート材１６０は、遮光性を有してもよい。例えば、シート材１６０は、遮光性を有する樹脂材料を用いて形成されている。あるいは、シート材１６０は、透光性を有してもよい。
【０１４４】
樹脂１８０は、第２凹凸構造層７０の隣り合う第２凸部７１間に充填されている。樹脂１８０は、第２凸部７１の側面７１ａ及び７１ｂの各々を接触して覆っている。なお、樹脂１８０と側面７１ａ及び７１ｂとの間には隙間（空気）が介在していてもよい。
【０１４５】
樹脂１８０は、透光性を有する樹脂である。例えば、樹脂１８０の屈折率ｎ４は、第２凹凸構造層７０の屈折率ｎ３と異なっている。具体的には、ｎ４とｎ３との差分の絶対値は、０．１より大きい。なお、当該差分の絶対値は、０．２以上でもよく、０．３以上でもよく、０．５以上でもよい。差分の絶対値が大きい程、側面７１ａ又は７１ｂで全反射できる光の量を増やすことができる。
【０１４６】
なお、樹脂１８０の屈折率ｎ４が第２凹凸構造層７０の屈折率ｎ３より小さい場合、実施の形態１と同様に、斜め上方から下向きに入射する光に対して、側面７１ａが屈折面として機能し、側面７１ｂが全反射面として機能する。樹脂１８０の屈折率ｎ４が第２凹凸構造層７０の屈折率ｎ３より大きい場合、斜め上方から下向きに入射する光に対して、側面７１ｂが屈折面として機能し、側面７１ａが全反射面として機能する。
【０１４７】
本実施の形態では、樹脂１８０は、粘着性を有する。樹脂１８０は、シート材１６０に対する粘着性よりも、第２凹凸構造層７０に対する粘着性の方が強い。このため、例えば、図８に示されるように、シート材１６０を剥離した場合に、樹脂１８０は、第２凹凸構造層７０内に残ったままになる。
【０１４８】
図９は、本実施の形態に係る配光デバイス１０２が取り付けられた建材１９０を示す断面図である。図９に示されるように、建材１９０は、透明基材１９１と、配光デバイス１０２とを備える。建材１９０は、例えば、窓ガラスである。建材１９０は、例えば、建物の壁に設けられた窓枠に取り付けられる。
【０１４９】
透明基材１９１は、透光性を有する板状の透明なガラス板である。なお、透明基材１９１は、透明な樹脂基板であってもよい。
【０１５０】
配光デバイス１０２は、第２凹凸構造層７０が透明基材１９１に面した状態で透明基材１９１に貼り付けられている。具体的には、配光デバイス１０２は、シート材１６０が剥離された状態で、樹脂１８０と透明基材１９１とが密着するように貼り付けられている。このとき、透明基材１９１と第２凹凸構造層７０とは接触していてもよい。
【０１５１】
以上のように、本実施の形態に係る光学装置は、例えば、さらに、第２凹凸構造層７０の隣り合う第２凸部７１間に充填された樹脂１８０を備える。樹脂１８０の屈折率は、第２凹凸構造層７０の屈折率と異なっている。
【０１５２】
これにより、第２凸部７１間に樹脂１８０が埋められているので、第２凸部７１を樹脂１８０によって保護することができる。これにより、第２凸部７１の破損などが抑制され、配光デバイス１０２の信頼性を高めることができる。
【０１５３】
また、例えば、樹脂１８０は、粘着性を有する。
【０１５４】
これにより、樹脂１８０を利用して他の部材に配光デバイス１０２を貼り付けることができる。例えば、窓ガラスなどに配光デバイス１０２を容易に取り付けることができる。
【０１５５】
また、例えば、本実施の形態に係る光学装置は、さらに、第２主面に対向して第２凹凸構造層７０を覆う、樹脂１８０に接触したシート材１６０を備える。
【０１５６】
これにより、シート材１６０を剥離することで、窓ガラスなどに配光デバイス１０２を容易に取り付けることができる。また、取り付け前はシート材１６０によって第２凹凸構造層７０が保護されるので、例えば配光デバイス１０２の搬送時の破損などを抑制することができる。
【０１５７】
また、例えば、本実施の形態に係る建材１９０は、例えば、配光デバイス１０２を備える光学装置と、透明基材１９１とを備える。配光デバイス１０２は、第２凹凸構造層７０が透明基材１９１に面した状態で透明基材１９１に貼り付けられている。
【０１５８】
（変形例）
以下では、本実施の形態に係る光学装置の変形例について図１０を用いて説明する。
【０１５９】
図１０は、本変形例に係る光学装置２０１の構成を示す模式図である。本変形例に係る光学装置２０１は、実施の形態に係る光学装置１の配光デバイス２、容器３、配管４、ポンプ５、バルブ７ａ及び７ｂの組を複数備える。
【０１６０】
具体的には、図１０に示されるように、光学装置２０１は、配光デバイス２及び２０２と、容器３及び２０３とを備える。本変形例では、光学装置２０１は、さらに、配管４及び２０４と、ポンプ５及び２０５と、制御部２０６と、バルブ７ａ、７ｂ、２０７ａ及び２０７ｂとを備える。また、光学装置２０１は、容器３に収容される液体８と、容器２０３に収容される液体２０８とを備える。
【０１６１】
配光デバイス２０２、容器２０３、配管２０４、ポンプ２０５、バルブ２０７ａ及び２０７ｂ、並びに、液体２０８はそれぞれ、実施の形態に係る配光デバイス２、容器３、配管４、ポンプ５、バルブ７ａ及び７ｂ、並びに、液体８と同じである。制御部２０６は、制御部６と同様であり、ポンプ５及び２０５と、バルブ７ａ、７ｂ、２０７ａ及び２０７ｂとを制御する。
【０１６２】
本変形例では、図１０に示されるように、配光デバイス２と配光デバイス２０２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２と配光デバイス２０２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２と配光デバイス２０２とは、左右に並んで配置されていてもよい。また、光学装置２０１は、３つ以上の配光デバイス２又は２０２を備えてもよい。例えば、複数の配光デバイス２が上下左右に行列状に配置されていてもよい。
【０１６３】
以上のように、本変形例に係る光学装置２０１は、配光デバイス及び容器の組を複数備え、複数の配光デバイス２及び２０２は、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。
【０１６４】
これにより、配光デバイス２又は２０２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。
【０１６５】
（その他）
以上、本発明に係る光学装置について、上記の実施の形態及びその変形例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。
【０１６６】
例えば、配管４には、配管を流れる液体８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６は、流量センサによって検知された流量に基づいて、液体８の注入量及び排出量を調整してもよい。
【０１６７】
また、例えば、光学装置１は、ポンプ５を備えなくてもよい。液体８の自重を利用して、液体８を移動させてもよい。例えば、光学装置１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を間隙部４０より高い位置に持ち上げることで、容器３から間隙部４０へ液体８を注入することができる。容器３を間隙部４０より低い位置に下ろすことで、間隙部４０から液体８を容器３に排出することができる。
【０１６８】
また、例えば、光学装置１は、バルブ７ａ及び７ｂの少なくとも１つを備えなくてもよい。
【０１６９】
また、例えば、液体８は、透光性を有しなくてもよい。液体８は、光散乱性又は遮光性を有してもよい。例えば、液体８は、黒色などの有色の粒子を含有してもよく、光散乱性の粒子を含有してもよい。これにより、配光デバイス２は、透明状態の代わりに散乱状態又は遮光状態を実現することができる。あるいは、液体８は、熱反射性粒子又は熱吸収性粒子を含有してもよい。容器３には、容器３内に液体８を入れるための開口が設けられていてもよく、液体８は入れ替えが可能であってもよい。あるいは、容器３が配管４に対して着脱自在であってもよい。
【０１７０】
また、例えば、第１凹凸構造層３０の屈折率をｎ１とし、液体８の屈折率をｎ２とした場合に、ｎ１−ｎ２の絶対値は０．０１より大きくてもよい。つまり、第１凹凸構造層３０の屈折率は、液体８の屈折率に等しくなくてもよい。
【０１７１】
また、例えば、容器３の容量は、間隙部４０の容量より小さくてもよい。例えば、容器３の容量と配管４の容量との和が、間隙部４０の容量以上であってもよい。これにより、間隙部４０に注入された液体８の全てを容器３及び配管４に排出させることができる。
【０１７２】
あるいは、液体８は、間隙部４０から完全に排出されなくてもよい。すなわち、間隙部４０の一部に液体８が残留していてもよい。例えば、液体８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、配光デバイス２の光学状態を上部と下部とで異ならせることができる。
【０１７３】
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、常に間隙部４０に液体８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の範囲で間隙部４０内の液体８の液面の調整を行い、下側の１ｍの範囲は常に液体８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についても同様であってもよい。
【０１７４】
また、例えば、間隙部４０に対する液体８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４を備えてもよい。これにより、液体８の注入口と排出口とを分けることで、液体８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。
【０１７５】
複数の開口５１はそれぞれ、例えば、配光デバイス２の下部端面に設けられる。あるいは、複数の開口５１の少なくとも１つは、配光デバイス２の上部端面又は側方端面に設けられてもよい。空気孔５２も同様に、複数設けられていてもよい。
【０１７６】
また、液体８の循環経路が形成されてもよい。例えば、液体８は、容器３、１つの配管４、１つの開口５１、配光デバイス２の間隙部４０、別の開口５１、別の配管４を順に流れてもよい。
【０１７７】
なお、光学装置１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８が収容される。これにより、配光デバイス２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。
【０１７８】
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。なお、第１凸部３１の側面３１ａの傾斜角α１及び側面３１ｂの傾斜角α２の少なくとも一方は、２０°より小さくてもよく、３５°より大きくてもよい。また、第２凸部７１の側面７１ａの傾斜角β１及び側面７１ｂの傾斜角β２の少なくとも一方は、１０°より小さくてもよく、２０°より大きくてもよい。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。あるいは、配光デバイス２は、第１凹凸構造層３０の界面での光の散乱を利用した目隠し部材としても利用することができる。
【０１８１】
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】
【０１８２】
１、２０１  光学装置
２、１０２、２０２  配光デバイス
３、２０３  容器
５、２０５  ポンプ（送液部）
６、２０６  制御部
８、２０８  液体
９ａ、９ｂ  気体
１０  第１基板
１１  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
３１  第１凸部
３１ａ、３１ｂ  側面（第１側面）
４０  間隙部
７０  第２凹凸構造層
７１  第２凸部
７１ａ、７１ｂ  側面（第２側面）
１６０  シート材
１８０  樹脂
１９０  建材
１９１  透明基材
【図１】
2020067619.tif 000003
【図２】
2020067619.tif 000004
【図３】
2020067619.tif 000005
【図４】
2020067619.tif 000006
【図５】
2020067619.tif 000007
【図６】
2020067619.tif 000008
【図７】
2020067619.tif 000009
【図８】
2020067619.tif 000010
【図９】
2020067619.tif 000011
【図１０】
2020067619.tif 000012