(57)【要約】【課題】所望の光学特性を得ることができる光学デバイスを提供する。【解決手段】光学デバイス１は、透光性を有する一対の第１電極層２０及び２１と、第１電極層２０及び２１の間に配置された第１配光層３０と、透光性を有する一対の第２電極層５０及び５１と、第２電極層５０及び５１の間に配置された第２配光層６０とを備え、第１配光層３０は、複数の第１凸部３３を有する第１凹凸構造層３１と、屈折率が変化する第１屈折率可変層３２とを含み、第２配光層６０は、複数の第２凸部６３を有する第２凹凸構造層６１と、屈折率が変化する第２屈折率可変層６２とを含み、複数の第１凸部３３の各々は、入射する光を屈折可能な側面３３ａと、隣の第１凸部３３の側面３３ａによって屈折され、第１屈折率可変層３２を通過した光を反射可能な側面３３ｂとを有し、複数の第２凸部６３の各々は、側面３３ｂによって反射された光を屈折可能な側面６３ａを有する。【選択図】図２
2020064085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置された、透光性を有する一対の第１電極層と、
前記一対の第１電極層間に配置された第１配光層と、
前記一対の第１電極層の厚み方向において互いに対向して配置された、透光性を有する一対の第２電極層と、
前記一対の第２電極層間に配置された第２配光層とを備え、
前記第１配光層は、
複数の第１凸部を有する第１凹凸構造層と、
前記複数の第１凸部間に充填するように配置され、前記一対の第１電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する第１屈折率可変層とを含み、
前記第２配光層は、
複数の第２凸部を有する第２凹凸構造層と、
前記複数の第２凸部間に充填するように配置され、前記一対の第２電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する第２屈折率可変層とを含み、
前記複数の第１凸部の各々は、
入射する光を屈折可能な第１側面と、
隣の前記第１凸部の前記第１側面によって屈折され、前記第１屈折率可変層を通過した光を反射可能な第２側面とを有し、
前記複数の第２凸部の各々は、
前記第２側面によって反射された光を屈折可能な第３側面を有する
光学デバイス。
【請求項２】
前記第２凹凸構造層は、前記一対の第２電極層のうち、前記一対の第１電極層側の第２電極層に設けられ、
前記第３側面は、前記第２側面によって反射された光であって、前記第２凸部から前記第２屈折率可変層に入射する光を屈折可能である
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記厚み方向に対して前記第１側面及び前記第３側面の各々がなす角度をθ１［°］及びθ３［°］とした場合、
５０°−θ１≦θ３≦７０°−θ１
を満たす
請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記第２凹凸構造層は、前記一対の第２電極層のうち、前記一対の第１電極層とは反対側の第２電極層に設けられ、
前記第３側面は、前記第２側面によって反射された光であって、前記第２屈折率可変層を通過した光を屈折可能である
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記厚み方向に対して前記第１側面、前記第２側面及び前記第３側面の各々がなす角度をθ１［°］、θ２［°］及びθ３［°］とした場合、
２×θ２＋θ１−１０°≦θ３≦２×θ２＋θ１＋１０°
を満たす
請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記第１凹凸構造層の屈折率をｎ１とし、前記第２凹凸構造層の屈折率をｎ２とし、前記第１屈折率可変層の屈折率をｎ３とし、前記第２屈折率可変層の屈折率をｎ４としたとき、ｎ３≧ｎ１、かつ、ｎ４≧ｎ２である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
屋外から入射する太陽光などの外光の透過状態を変化させることができる光学デバイスが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、一対の透明基板と、一対の透明基板の各々に形成された一対の透明電極と、一対の透明電極に挟まれたプリズム層及び液晶層とを有する液晶光学素子が開示されている。当該液晶光学素子は、一対の透明電極に印加される電圧によって液晶層の屈折率を変化させて、プリズムの斜面と液晶層との界面を通過する光の屈折角を変化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１７３５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の液晶光学素子では、所望の光学特性を得ることが難しいという問題がある。例えば、光学デバイスを透過する光が虹色に見えてしまう（色づく）という問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、所望の光学特性を得ることができる光学デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る光学デバイスは、互いに対向して配置された、透光性を有する一対の第１電極層と、前記一対の第１電極層間に配置された第１配光層と、前記一対の第１電極層の厚み方向において互いに対向して配置された、透光性を有する一対の第２電極層と、前記一対の第２電極層間に配置された第２配光層とを備え、前記第１配光層は、複数の第１凸部を有する第１凹凸構造層と、前記複数の第１凸部間に充填するように配置され、前記一対の第１電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する第１屈折率可変層とを含み、前記第２配光層は、複数の第２凸部を有する第２凹凸構造層と、前記複数の第２凸部間に充填するように配置され、前記一対の第２電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する第２屈折率可変層とを含み、前記複数の第１凸部の各々は、入射する光を屈折可能な第１側面と、隣の前記第１凸部の前記第１側面によって屈折され、前記第１屈折率可変層を通過した光を反射可能な第２側面とを有し、前記複数の第２凸部の各々は、前記第２側面によって反射された光を屈折可能な第３側面を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る光学デバイスによれば、所望の光学特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る光学デバイスの断面図である。
【図２】実施の形態１に係る光学デバイスの拡大断面図である。
【図３Ａ】実施の形態１に係る光学デバイスを窓に設置した場合において、光学デバイスが無印加モードで動作したときの作用（配光状態）を説明するための図である。
【図３Ｂ】実施の形態１に係る光学デバイスを窓に設置した場合において、光学デバイスが電圧印加モードで動作したときの作用（透光状態）を説明するための図である。
【図４Ａ】実施の形態１に係る光学デバイスの無印加モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。
【図４Ｂ】実施の形態１に係る光学デバイスの電圧印加モード（透光状態）を説明するための拡大断面図である。
【図５】実施の形態２に係る光学デバイスの断面図である。
【図６】実施の形態２に係る光学デバイスの拡大断面図である。
【図７Ａ】実施の形態２に係る光学デバイスの無印加モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。
【図７Ｂ】実施の形態２に係る光学デバイスの電圧印加モード（透光状態）を説明するための拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では、本発明の実施の形態に係る光学デバイスについて、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、本発明の最上位概念を示す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。
【００１１】
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。
【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基材及び第２基材の主面に垂直な方向のことであり、「平面視」とは、第１基材又は第２基材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）
［構成］
まず、本実施の形態に係る光学デバイス１の概要について、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デバイス１の断面図である。図２は、本実施の形態に係る光学デバイス１の拡大断面図であり、図１の一点鎖線で囲まれる領域ＩＩの拡大断面図である。
【００１４】
光学デバイス１は、光学デバイス１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、光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光の進行方向を変更して（つまり、配光して）出射させることができる配光素子である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、光学デバイス１は、入射する光を透過するように構成されており、一対の第１基材１０及び１１と、一対の第１電極層２０及び２１と、第１配光層３０と、一対の第２基材４０及び４１と、一対の第２電極層５０及び５１と、第２配光層６０と、接着層７０とを備える。
【００１６】
光学デバイス１は、対をなす２組の基材（具体的には、第１基材１０及び１１と第２基材４０及び４１）が厚み方向（ｙ軸方向）に沿って配置された２層構造を有する。具体的には、一対の第１基材１０及び１１の間に、第１電極層２０、第１配光層３０及び第１電極層２１がこの順で厚み方向に沿って配置されている。さらに、一対の第２基材４０及び４１の間に、第２電極層５０、第２配光層６０及び第２電極層５１がこの順で厚み方向に沿って配置されている。なお、第１基材１０及び１１の間の距離、並びに、第２基材４０及び４１の間の距離をそれぞれ保つために、それぞれの基材間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。
【００１７】
以下、光学デバイス１の各構成部材について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、光学デバイス１の１層目を構成する一対の第１基材１０及び１１と、第１電極層２０及び２１と、第１配光層３０とについて主に説明する。光学デバイス１の２層目を構成する一対の第２基材４０及び４１と、第２電極層５０及び５１と、第２配光層６０とはそれぞれ、一対の第１基材１０及び１１と、第１電極層２０及び２１と、第１配光層３０とに対応している。このため、光学デバイス１の２層目の説明は、１層目との相違点を中心に説明する。
【００１８】
［一対の第１基材、一対の第２基材及び接着層］
一対の第１基材１０及び１１は、透光性を有する透光性基材である。一対の第１基材１０及び１１としては、例えばガラス基板又は樹脂基板を用いることができる。
【００１９】
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。
【００２０】
一対の第１基材１０及び１１は、同じ材料で構成されていてもよく、あるいは、異なる材料で構成されていてもよい。また、一対の第１基材１０及び１１は、リジッド基板に限るものではなく、可撓性を有するフレキシブル基板でもよい。本実施の形態において、一対の第１基材１０及び１１とは、ＰＥＴ樹脂からなる透明樹脂基板である。
【００２１】
第１基材１１は、第１基材１０に対向する対向基材であり、第１基材１０に対向する位置に配置される。第１基材１０及び１１は、例えば、１０μｍ〜３０μｍなどの所定距離を空けて略平行に配置されている。第１基材１０及び１１は、互いの端部外周に額縁状に形成された接着剤などのシール樹脂によって接着されている。
【００２２】
なお、一対の第１基材１０及び１１の平面視形状は、例えば、正方形又は長方形などの矩形状であるが、これに限るものではなく、円形又は四角形以外の多角形であってもよく、任意の形状が採用され得る。
【００２３】
一対の第２基材４０及び４１は、一対の第１基材１０及び１１と同じ構成を有するため、詳細な説明を省略する。なお、第２基材４０は、接着層７０を介して第１基材１１に接着されて固定されている。第２基材４１の主面であって、第２電極層５１が設けられた面の反対側の主面は、光学デバイス１の光出射面として機能する。
【００２４】
接着層７０は、第１基材１１と第２基材４０とを貼り合わせて固定する。接着層７０は、透光性及び接着性（粘着性）を有する樹脂材料を用いてシート状に形成されている。接着層７０は、例えば、透光性の接着シート、又は、一般的にプライマーと称される樹脂材料などである。
【００２５】
本実施の形態では、図１及び図２に示すように、第１基材１１と第２基材４０とは、接着層７０を介して貼り付けられているが、これに限らない。例えば、光学デバイス１は、第１基材１１、第２基材４０及び接着層７０の代わりに、一枚の基材を備えてもよい。例えば、当該一枚の基材の一方の面に第１電極層２１が形成され、他方の面に第２電極層５０が形成されていてもよい。
【００２６】
［一対の第１電極層及び一対の第２電極層］
図１及び図２に示すように、一対の第１電極層２０及び２１は、電気的に対となっており、第１配光層３０に電界を与えることができるように構成されている。一対の第１電極層２０及び２１は、電気的だけではなく配置的にも対になっており、一対の第１基材１０及び１１の間に、互いに対向するように配置されている。具体的には、一対の第１電極層２０及び２１は、第１配光層３０を挟むように配置されている。
【００２７】
一対の第１電極層２０及び２１は、透光性を有し、入射した光を透過する。一対の第１電極層２０及び２１はそれぞれ、例えば透明導電層である。透明導電層の材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）若しくはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）などの透明金属酸化物、銀ナノワイヤ若しくは導電性粒子などの導電体を含有する樹脂からなる導電体含有樹脂、又は、銀薄膜などの金属薄膜などを用いることができる。
【００２８】
なお、一対の第１電極層２０及び２１はそれぞれ、これらの単層構造でよく、これらの積層構造（例えば透明金属酸化物と金属薄膜との積層構造）でもよい。本実施の形態では、一対の第１電極層２０及び２１はそれぞれ、厚さ１００ｎｍのＩＴＯである。
【００２９】
第１電極層２０は、第１基材１０と第１凹凸構造層３１との間に配置されている。具体的には、第１電極層２０は、第１基材１０の第１配光層３０側の面に形成されている。
【００３０】
一方、第１電極層２１は、第１屈折率可変層３２と第１基材１１との間に配置されている。具体的には、第１電極層２１は、第１基材１１の第１配光層３０側の面に形成されている。
【００３１】
なお、一対の第１電極層２０及び２１はそれぞれ、例えば、外部電源との電気接続が可能となるように構成されている。例えば、外部電源に接続するための電極パッドなどが、一対の第１電極層２０及び２１の各々から引き出されて一対の第１基材１０及び１１に形成されていてもよい。
【００３２】
一対の第１電極層２０及び２１はそれぞれ、例えば、蒸着、スパッタリングなどにより、ＩＴＯなどの導電膜を成膜することで形成される。
【００３３】
一対の第２電極層５０及び５１は、一対の第１電極層２０及び２１の厚み方向（ｙ軸方向）において互いに対向して配置された、透光性を有する電極層である。具体的には、一対の第２電極層５０及び５１は、電気的及び配置的に対になっており、第２配光層６０に電界を与えることができるように、第２配光層６０を間に挟んで配置されている。一対の第２電極層５０及び５１は、一対の第１電極層２０及び２１と同じ構成を有するため、詳細な説明を省略する。
【００３４】
［第１配光層及び第２配光層］
図１及び図２に示すように、第１配光層３０は、一対の第１電極層２０及び２１の間に配置される。第１配光層３０は、透光性を有しており、入射した光を透過させる。また、第１配光層３０は、入射した光を配光する。つまり、第１配光層３０は、第１配光層３０を光が通過する際に、その光の進行方向を変更する。
【００３５】
第１配光層３０は、第１凹凸構造層３１と、第１屈折率可変層３２とを有する。第１配光層３０は、一対の第１電極層２０及び２１の間に印加される電圧に応じて、第１凹凸構造層３１と第１屈折率可変層３２との間に屈折率の差を生み出すことで、光の配光を行う。
【００３６】
第２配光層６０は、一対の第２電極層５０及び５１の間に配置される。第２配光層６０は、透光性を有しており、入射した光を透過させる。また、第２配光層６０は、入射した光を配光する。つまり、第２配光層６０は、第２配光層６０を光が通過する際に、その光の進行方向を変更する。
【００３７】
第２配光層６０は、第２凹凸構造層６１と、第２屈折率可変層６２とを有する。第２配光層６０は、一対の第２電極層５０及び５１の間に印加される電圧に応じて、第２凹凸構造層６１と第２屈折率可変層６２との間に屈折率の差を生み出すことで、光の配光を行う。
【００３８】
本実施の形態では、第１凹凸構造層３１の屈折率をｎ１とし、第２凹凸構造層６１の屈折率をｎ２とし、第１屈折率可変層３２の屈折率をｎ３とし、第２屈折率可変層６２の屈折率をｎ４としたとき、ｎ３≧ｎ１、かつ、ｎ４≧ｎ２である。
【００３９】
本実施の形態では、例えば、ｎ１＝ｎ２＝１．５である。ｎ３は、第１屈折率可変層３２に与えられる電界に応じて、例えば１．５以上１．７以下の範囲内で変化する。ｎ４は、第２屈折率可変層６２に与えられる電界に応じて、例えば１．５以上１．７以下の範囲内で変化する。
【００４０】
例えば、ｎ１＝ｎ２＝ｎ３＝ｎ４になった場合に、光学デバイス１は、入射する光をそのまま（進行方向を変化させることなく）出射する。また、例えば、ｎ３＞ｎ１になった場合に、光学デバイス１は、入射する光を所定方向に曲げて出射する。また、例えば、ｎ３＞ｎ１、かつ、ｎ４＞ｎ２となった場合に、光学デバイス１は、分光（波長分離）を抑制しつつ、入射する光を所定方向に曲げて出射する。
【００４１】
なお、分光は、第１凹凸構造層３１、第２凹凸構造層６１、第１屈折率可変層３２及び第２屈折率可変層６２の各々の屈折率が波長依存性を有するために生じる。上記屈折率の関係は、例えば緑色光などの所定の波長成分に対して成立する。
【００４２】
例えば、白色光に含まれる赤色成分、緑色成分及び青色成分の各々が受ける光学作用（屈折）が異なるので、各波長成分で屈折角（すなわち、光の進行方向）が変化する。詳細については、図４Ａ及び図４Ｂを用いて後で説明する。
【００４３】
本実施の形態では、第１配光層３０の第１凹凸構造層３１と第２配光層６０の第２凹凸構造層６１との断面形状が異なっている。以下では、まず、第１凹凸構造層３１及び第２凹凸構造層６１について説明する。
【００４４】
［第１凹凸構造層及び第２凹凸構造層］
第１凹凸構造層３１は、第１屈折率可変層３２の表面（界面）を凹凸にするために設けられた微細形状層である。第１凹凸構造層３１は、図２に示すように、複数の第１凸部３３と、複数の第１凹部３４とを有する。具体的には、第１凹凸構造層３１は、マイクロオーダサイズの複数の第１凸部３３によって構成された凹凸構造体である。複数の第１凸部３３の間が、複数の第１凹部３４である。すなわち、隣り合う２つの第１凸部３３の間が、１つの第１凹部３４である。
【００４５】
第２凹凸構造層６１は、第２屈折率可変層６２の表面（界面）を凹凸にするために設けられた微細形状層である。第２凹凸構造層６１は、第２電極層５０（すなわち、光入射側）に設けられている。第２凹凸構造層６１は、図２に示すように、複数の第２凸部６３と、複数の第２凹部６４とを有する。具体的には、第２凹凸構造層６１は、マイクロオーダサイズの複数の第２凸部６３によって構成された凹凸構造体である。複数の第２凸部６３の間が、複数の第２凹部６４である。すなわち、隣り合う２つの第２凸部６３の間が、１つの第２凹部６４である。
【００４６】
複数の第１凸部３３は、第１基材１０の主面（第１電極層２０が設けられた面）に平行なｚ軸方向（第１方向）に並んで配置された複数の凸部である。複数の第２凸部６３は、第２基材４０の主面（第２電極層５０が設けられた面）に平行なｚ軸方向（第１方向）に並んで配置された複数の凸部である。本実施の形態では、ｚ軸方向は、複数の第１凸部３３の並び方向であり、複数の第２凸部６３の並び方向でもある。
【００４７】
複数の第１凸部３３及び複数の第２凸部６３の各々は、根元から先端にかけて先細る形状を有する。本実施の形態において、複数の第１凸部３３及び複数の第２凸部６３の各々の断面形状は、第１基材１０から第２基材４１に向かう方向（厚み方向、ｙ軸正方向）に沿って先細りのテーパ形状である。具体的には、第１凸部３３及び第２凸部６３の断面形状（ｙｚ断面）は、三角形であるが、これに限らない。第１凸部３３及び第２凸部６３の断面形状は、台形でもよく、その他の多角形、又は、カーブを含む多角形などでもよい。
【００４８】
本実施の形態において、複数の第１凸部３３及び複数の第２凸部６３はそれぞれ、ｘ軸方向に延びたストライプ状に形成されている。つまり、複数の第１凸部３３の各々及び複数の第２凸部６３の各々は、ｘ軸方向に沿って直線状に延びる長尺状の凸部である。具体的には、複数の第１凸部３３の各々及び複数の第２凸部６３の各々は、断面形状が三角形でｘ軸方向に延在する長尺状の略三角柱形状であり、ｚ軸方向に沿って略等間隔に配列されている。複数の第１凸部３３の各々及び複数の第２凸部６３の各々は、同じ形状を有するが、互いに異なる形状を有してもよい。
【００４９】
第１凸部３３と第２凸部６３とでは、ｙｚ面における断面形状が互いに異なっている。
【００５０】
図２に示すように、複数の第１凸部３３の各々は、一対の側面３３ａ及び３３ｂを有する。一対の側面３３ａ及び３３ｂは、ｚ軸方向に交差する面である。一対の側面３３ａ及び３３ｂの各々は、厚み方向（ｙ軸方向）に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面であり、一対の側面３３ａ及び３３ｂの間隔（第１凸部３３の幅（ｚ軸方向の長さ））は、第１基材１０から第１基材１１に向かって漸次小さくなっている。
【００５１】
側面３３ａは、入射する光を屈折可能な第１側面（屈折面）の一例である。側面３３ａは、例えば、第１凸部３３を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側の側面（下側面）である。側面３３ａは、厚み方向に対して傾斜角θ１［°］で傾斜している。なお、図２には、厚み方向に平行な直線を二点鎖線で示している。
【００５２】
側面３３ｂは、隣の第１凸部３３の側面３３ａによって屈折され、第１屈折率可変層３２を通過した光を反射（全反射）可能な第２側面（全反射面）の一例である。側面３３ｂは、例えば、第１凸部３３を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側の側面（上側面）である。側面３３ｂは、厚み方向に対して傾斜角θ２［°］で傾斜している。
【００５３】
また、図２に示すように、複数の第２凸部６３の各々は、側面６３ａを有する。側面６３ａは、ｚ軸方向に交差する面である。側面６３ａは、厚み方向（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６３ａは、側面３３ｂによって反射された光であって、第２凸部６３から第２屈折率可変層６２に入射する光を屈折可能な第３側面の一例である。側面６３ａは、厚み方向に対して傾斜角θ３［°］で傾斜している。
【００５４】
本実施の形態では、傾斜角θ１及びθ３は、以下に示す条件（Ａ）を満たしている。
【００５５】
５０°−θ１≦θ３≦７０°−θ１  …（Ａ）
【００５６】
複数の第１凸部３３の各々及び複数の第２凸部６３の高さ（ｙ軸方向の長さ）は、例えば２μｍ〜１００μｍであるが、これに限らない。複数の第１凸部３３の各々及び複数の第２凸部６３の各々の幅（ｚ軸方向の長さ）は、例えば、１μｍ〜２０μｍであり、好ましくは１０μｍ以下であるが、これに限らない。また、第１凹部３４及び第２凹部６４の幅（ｚ軸方向）は、例えば０〜１００μｍである。つまり、隣り合う２つの第１凸部３３及び隣り合う２つの第２凸部６３の各々は、接触することなく所定の間隔をあけて配置されていてもよく、接触して配置されていてもよい。なお、隣り合う第１凸部３３の間隔及び隣り合う第２凸部６３の間隔は、０〜１００μｍに限らない。
【００５７】
第１凸部３３及び第２凸部６３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有する樹脂材料を用いることができる。第１凸部３３及び第２凸部６３は、例えば、紫外線硬化樹脂材料から形成され、モールド成形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。
【００５８】
第１凹凸構造層３１及び第２凹凸構造層６１はそれぞれ、例えば、屈折率が１．５のアクリル樹脂を用いて断面が三角形の凹凸構造を、モールド型押しにより形成することができる。第１凸部３３の高さは、例えば１０μｍであり、複数の第１凸部３３は、間隔が２μｍで等間隔にｚ軸方向に並んで配置されている。第１凸部３３の根元の厚さは、例えば５μｍである。隣り合う第１凸部３３の根元間の距離は、例えば０μｍ〜５μｍの値をとりうる。第２凸部６３についても同様の寸法で形成される。
【００５９】
なお、第１電極層２０の第１配光層３０側の面には、第１電極層２０と第１凹凸構造層３１とを密着させるための密着層が設けられていてもよい。密着層は、例えば、透光性の接着シート、又は、一般的にプライマーと称される樹脂材料などである。第２電極層５０の第２配光層６０側の面には、第２電極層５０と第２凹凸構造層６１とを密着させる密着層が設けられていてもよい。
【００６０】
［屈折率可変層］
次に、第１屈折率可変層３２及び第２屈折率可変層６２について説明する。
【００６１】
第１屈折率可変層３２は、第１凹凸構造層３１の複数の第１凸部３３の間（すなわち、第１凹部３４）を充填するように配置されている。第１屈折率可変層３２は、第１電極層２０及び２１の間に形成される隙間を充填するように配置されている。例えば、図２に示すように、第１凸部３３と第１電極層２１とが離れているので、第１屈折率可変層３２は、第１凸部３３と第１電極層２１との間の隙間を埋めるように配置される。なお、第１凸部３３と第１電極層２１とは接触していてもよく、この場合、第１屈折率可変層３２は、第１凹部３４毎に分離して設けられていてもよい。
【００６２】
第１屈折率可変層３２は、一対の第１電極層２０及び２１の間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する。具体的には、第１屈折率可変層３２は、電界が与えられることによって可視光領域での屈折率が調整可能な屈折率調整層として機能する。例えば、第１屈折率可変層３２は、電界応答性を有する液晶分子３５を有する液晶によって構成されているので、第１配光層３０に電界が与えられることで液晶分子３５の配向状態が変化して第１屈折率可変層３２の屈折率が変化する。
【００６３】
第１屈折率可変層３２の複屈折材料は、例えば、複屈折性を有する液晶分子３５を含む液晶である。このような液晶としては、例えば、液晶分子３５が棒状分子からなるネマティック液晶、スメクティック液晶又はコレステリック液晶などを用いることができる。例えば、第１凸部３３の屈折率が１．５である場合、第１屈折率可変層３２の材料としては、常光屈折率（ｎｏ）が１．５で、異常光屈折率（ｎｅ）が１．７のポジ型の液晶を用いることができる。
【００６４】
第１屈折率可変層３２は、例えば、第１電極層２０及び第１凹凸構造層３１が形成された第１基材１０と、第１電極層２１が形成された第１基材１１との各々の端部外周をシール樹脂で封止した状態で、液晶材料を真空注入法で注入することで形成される。あるいは、第１屈折率可変層３２は、第１基材１０の第１電極層２０及び第１凹凸構造層３１上に液晶材料を滴下した後、第１基材１１を貼り合わせることで形成されてもよい。
【００６５】
なお、図２では、電圧が無印加の状態（後述する図４Ａも同様）を示しており、液晶分子３５は、長軸がｘ軸に略平行になるように配向されている。第１電極層２０及び２１の間に電圧が印加された場合には、液晶分子３５は、長軸がｙ軸に略平行になるように配向される（後述する図４Ｂを参照）。
【００６６】
また、第１屈折率可変層３２には、交流電力によって電界が与えられてもよく、直流電力によって電界が与えられてもよい。交流電力の場合には、電圧波形は、正弦波でもよく、矩形波でもよい。
【００６７】
第２屈折率可変層６２は、第２凹凸構造層６１の複数の第２凸部６３の間（すなわち、第２凹部６４）を充填するように配置されている。第２凹凸構造層６１の形状が第１凹凸構造層３１と異なっているため、第２屈折率可変層６２の形状も第１屈折率可変層３２とは異なっている。形状が異なる点を除いて、本実施の形態では、第２屈折率可変層６２は、第１屈折率可変層３２と同じ構成を有するので、詳細な説明を省略する。例えば、第２屈折率可変層６２は、第１屈折率可変層３２と同様に、複屈折性を有する液晶分子３５を含む液晶である。
【００６８】
［光学デバイスの光学状態］
続いて、本実施の形態に係る光学デバイス１の使用例を示しながら、光学デバイス１の光学状態（動作モード）について説明する。具体的には、光学デバイス１を備える光学システムについて、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。
【００６９】
図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る光学デバイス１を備える光学システム８０を建物９０に適用した例を示す図である。具体的には、図３Ａ及び図３Ｂは、光学デバイス１を窓９１に設置した場合において、光学デバイス１が各動作モードで動作したときの作用を説明するための図である。
【００７０】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、光学システム８０は、光学デバイス１と、制御部８１とを備える。なお、各図において、光学デバイス１から延びるドットの網掛けが付された領域は、光学デバイス１を通過した光（具体的にはＳ偏光成分）が通過する領域を示している。
【００７１】
光学デバイス１は、入射した光を透過させることができる。例えば、光学デバイス１は、建物９０の窓９１に設置することで、配光機能付き窓として実現することができる。光学デバイス１は、例えば、粘着層を介して既存の窓９１に貼り合わされる。この場合、光学デバイス１は、一対の第１基材１０及び１１と一対の第２基材４０及び４１の主面が鉛直方向（ｚ軸方向）に平行になる姿勢で窓９１に設置される。
【００７２】
なお、図３Ａ及び図３Ｂでは、光学デバイス１の詳細な構造は図示されていないが、光学デバイス１は、第１基材１０が屋外側で第２基材４１が屋内側になり、かつ、第１凸部３３の側面３３ｂ及び第２凸部６３の側面６３ａが天井９２側で側面３３ａが床９３側になるように配置されている。
【００７３】
また、制御部８１が床９３上に設置されているが、これは模式的に図示したものであり、制御部８１の設置場所には特に限定されない。例えば、制御部８１は、光学デバイス１と一体に構成され、窓９１の窓枠などに固定されていてもよい。あるいは、制御部８１は、建物９０の天井９２、床９３又は壁などに埋め込まれていてもよい。
【００７４】
制御部８１は、光学デバイス１を駆動する制御部である。具体的には、制御部８１は、一対の第１電極層２０及び２１の間と、一対の第２電極層５０及び５１の間とにそれぞれ所定の電圧を印加することで、第１配光層３０及び第２配光層６０にそれぞれ電界を与える。
【００７５】
本実施の形態では、制御部８１は、一対の第１電極層２０及び２１の間と一対の第２電極層５０及び５１の間とへの電圧の印加状態に応じた２つの動作モードを有する。具体的には、２つの動作モードは、電圧を印加しない無印加モード（第１動作モード）と、電極層間に略均一に電圧を印加する電圧印加モード（第２動作モード）とである。制御部８１は、ユーザ操作又は予め定められたスケジュール情報などに基づいて、２つの動作モードを切り替えて実行する。また、第２動作モードでは、印加する電圧水準を複数設定し、適宜切り替えを行ってもよい。
【００７６】
光学デバイス１では、第１配光層３０及び第２配光層６０に与えられる電界に応じて、第１屈折率可変層３２及び第２屈折率可変層６２の各々に含まれる液晶分子３５の配向が変化する。なお、液晶分子３５は、複屈折性を有する棒状の液晶分子であるので、入射する光の偏光状態に応じて、当該光が受ける屈折率が異なる。ここでは、例えば、入射光に含まれる緑色光に対して、第１凸部３３及び第２凸部６３の屈折率が１．５であり、液晶分子３５としては、常光屈折率（ｎｏ）が１．５で、異常光屈折率（ｎｅ）が１．７のポジ型の液晶分子である場合を例に挙げて説明する。
【００７７】
光学デバイス１に入射する太陽光などの光は、Ｐ偏光（Ｐ偏光成分）とＳ偏光（Ｓ偏光成分）とを含んでいる。Ｐ偏光は、無印加モード及び電圧印加モードのいずれのモードにおいても、その振動方向が液晶分子３５の短軸に対して略平行になる。このため、Ｐ偏光についての液晶分子３５の屈折率は、動作モードに依存せず、常光屈折率（ｎｏ）であって、具体的には１．５である。このため、Ｐ偏光についての屈折率は、動作モードに依存せず、第１配光層３０及び第２配光層６０内で略一定になるので、Ｐ偏光は、第１配光層３０及び第２配光層６０をそのまま直進する。
【００７８】
一方で、Ｓ偏光についての液晶分子３５の屈折率は、動作モードに応じて変化する。
【００７９】
具体的には、光学デバイス１は、無印加モードで駆動された場合に、入射する光（Ｓ偏光）の進行方向を変更させる配光状態になる。光学デバイス１は、電圧印加モードで駆動された場合に、入射する光（Ｓ偏光）をそのまま（進行方向を変更することなく）通過させる透光（透明）状態になる。
【００８０】
以下では、各動作モードの詳細について、図３Ａ及び図３Ｂを適宜参照しながら、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る光学デバイス１の各動作モードを説明するための拡大断面図である。
【００８１】
なお、図４Ａ及び図４Ｂでは、光学デバイス１に入射する光Ｌ（例えば太陽光）の経路を太線の矢印で示している。なお、実際には、光Ｌは、第１基材１０に入射する際、及び、第２基材４１から出射する際に屈折するが、これらの屈折による経路の変化は図示していない。
【００８２】
＜無印加モード（配光状態）＞
図４Ａは、無印加モードで駆動された場合の光学デバイス１の状態と、光学デバイス１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。
【００８３】
制御部８１は、光学デバイス１を無印加モードで動作させる場合、一対の第１電極層２０及び２１の間と、一対の第２電極層５０及び５１の間との各々に電圧を印加しない。具体的には、一対の第１電極層２０及び２１と一対の第２電極層５０及び５１とがそれぞれ、略等しい電位（例えば接地電位）になることで、第１配光層３０及び第２配光層６０には電界が与えられない。このため、第１屈折率可変層３２の屈折率及び第２屈折率可変層６２の屈折率をそれぞれ、面内で略均一にすることができる。
【００８４】
なお、制御部８１は、一対の第２電極層５０及び５１の間には、所定の電圧を印加してもよい。第２凹凸構造層６１と第２屈折率可変層６２との屈折率差を調整することで、第１配光層３０で生じる分光（波長分離）を効果的に抑制することができる。
【００８５】
この場合、第１配光層３０及び第２配光層６０の各層の屈折率は、例えば、ｎ３＞ｎ１、ｎ４＞ｎ２となる。具体的には、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、第１凸部３３及び第２凸部６３が１．５であるのに対して、第１屈折率可変層３２及び第２屈折率可変層６２が１．７になる。このため、図４Ａに示すように、光学デバイス１に対して斜めに入射する光Ｌは、第１凸部３３の側面３３ａで屈折して進行方向が変化した後、第１凸部３３の側面３３ｂで反射（全反射）される。側面３３ｂで反射された光は、第２配光層６０の第２凸部６３に入射し、側面６３ａで屈折されて斜め上方に向けて出射される。
【００８６】
このとき、第１凹凸構造層３１の屈折率ｎ１及び第１屈折率可変層３２の屈折率ｎ３は、波長依存性を有するため、側面３３ａで光が屈折する際に波長分離（分光）される。すなわち、白色光に含まれる赤色成分Ｌ（Ｒ）と青色成分Ｌ（Ｂ）とでは、受ける屈折率に差があるため、各々の屈折角が異なり、進行方向が異なる。このため、側面３３ｂで反射された後も、赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）はそれぞれ、互いの間隔が徐々に広がるように進行する。これらの光がこのまま光学デバイス１から出射された場合には色むら（虹状のむら）の原因となる。
【００８７】
本実施の形態では、赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）は、さらに側面６３ａで屈折される。第２凹凸構造層６１の屈折率ｎ２と第２屈折率可変層６２の屈折率ｎ４とにも、波長依存性がある。このため、分光された赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）は、略平行になって第２基材４１から出射される。これにより、虹状のむらの発生が抑制される。
【００８８】
このように、光学デバイス１は、斜め下方に入射した光Ｌを、斜め上方に向けて出射する。したがって、図３Ａに示すように、斜め下方に入射する太陽光などの光Ｌは、光学デバイス１によって進行方向が曲げられて、建物９０の天井９２を照射する。このとき、側面３３ａでの屈折によって波長分離した光を、側面６３ａで再度屈折させることにより集光させることができる。これにより、虹状のむらの発生を抑制することができる。
【００８９】
なお、第１配光層３０における屈折率差と第２配光層６０における屈折率差とは異なっていてもよい。具体的には、第１配光層３０及び第２配光層６０の各々に与えられる電界は、互いに異なっていてもよく、第１屈折率可変層３２の屈折率ｎ３と、第２屈折率可変層６２の屈折率ｎ４とが互いに異なっていてもよい。
【００９０】
＜電圧印加モード（透光状態）＞
図４Ｂは、電圧印加モードで駆動された場合の光学デバイス１の状態と、光学デバイス１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。
【００９１】
制御部８１は、光学デバイス１を電圧印加モードで動作させる場合、一対の第１電極層２０及び２１の間と、一対の第２電極層５０及び５１の間との各々に所定の電圧を印加する。これにより、第１配光層３０及び第２配光層６０の各々に与えられる電界が面内で略均一になり、第１屈折率可変層３２の屈折率及び第２屈折率可変層６２の屈折率をそれぞれ、面内で略均一にすることができる。
【００９２】
この場合、第１配光層３０及び第２配光層６０の各層の屈折率は、例えば、ｎ１＝ｎ２＝ｎ３＝ｎ４となる。具体的には、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、第１凸部３３、第１屈折率可変層３２、第２凸部６３及び第２屈折率可変層６２がいずれも１．５となる。このため、図４Ｂに示すように、光学デバイス１に対して斜めに入射する光Ｌは、そのまま光学デバイス１を通過する。つまり、光学デバイス１は、斜め下方に入射した光Ｌを、そのまま斜め下方に出射する。したがって、図３Ｂに示すように、斜め下方に入射する太陽光などの光Ｌは、光学デバイス１をそのまま通過して、建物９０の床９３の窓９１に近い部分を照射する。
【００９３】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る光学デバイス１は、互いに対向して配置された、透光性を有する一対の第１電極層２０及び２１と、一対の第１電極層２０及び２１の間に配置された第１配光層３０と、一対の第１電極層２０及び２１の厚み方向において互いに対向して配置された、透光性を有する一対の第２電極層５０及び５１と、一対の第２電極層５０及び５１の間に配置された第２配光層６０とを備える。第１配光層３０は、複数の第１凸部３３を有する第１凹凸構造層３１と、複数の第１凸部３３間に充填するように配置され、一対の第１電極層２０及び２１の間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する第１屈折率可変層３２とを含む。第２配光層６０は、複数の第２凸部６３を有する第２凹凸構造層６１と、複数の第２凸部６３間に充填するように配置され、一対の第２電極層５０及び５１の間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する第２屈折率可変層６２とを含む。複数の第１凸部３３の各々は、入射する光を屈折可能な側面３３ａと、隣の第１凸部３３の側面３３ａによって屈折され、第１屈折率可変層３２を通過した光を反射可能な側面３３ｂとを有する。複数の第２凸部６３の各々は、側面３３ｂによって反射された光を屈折可能な側面６３ａを有する。
【００９４】
これにより、側面３３ａで屈折することにより波長分離（分光）された光を、側面６３ａで再度屈折させることで集光することができる。したがって、虹状のむらの発生を抑制することができる。
【００９５】
また、光学デバイス１が２層構造を有するので、各々の設計の自由度を高めることができる。例えば、第１配光層３０及び第２配光層６０の各々において、凹凸構造の形状を異ならせることが容易になり、配光方向などを所望の方向に容易に実現することができる。
【００９６】
また、本実施の形態に係る光学デバイス１では、第１配光層３０と第２配光層６０とをそれぞれ独立して制御することができる。このため、第１配光層３０によって発生する分光の程度に合わせて適切な電界を第２配光層６０に与えることができる。これにより、虹状のむらの発生を効果的に抑制することができる。なお、例えば、第１配光層３０及び第２配光層６０の一方を配光状態とし、他方を透光状態とすることもできる。これにより、配光範囲を広げることもできる。
【００９７】
このように、本実施の形態によれば、所望の光学特性を得ることができる光学デバイス１を提供することができる。
【００９８】
また、例えば、第２凹凸構造層６１は、一対の第２電極層５０及び５１のうち、一対の第１電極層２０及び２１側の第２電極層５０に設けられ、側面６３ａは、側面３３ｂによって反射された光であって、第２凸部６３から第２屈折率可変層６２に入射する光を屈折可能である。
【００９９】
これにより、第２凹凸構造層６１が第２基材４０側に配置されているので、波長分離されてから側面６３ａに至るまでの光の光路長を短くすることができる。したがって、互いに離れる方向に進行する光が大きく広がる前に側面６３ａに入射させて屈折させることができる。このように、効果的に側面６３ａに波長分離した光を入射させることができるので、虹状のむらの発生を効果的に抑制することができる。
【０１００】
また、例えば、厚み方向に対して側面３３ａ及び側面６３ａの各々がなす角度をθ１［°］及びθ３［°］とした場合、５０°−θ１≦θ３≦７０°−θ１を満たす。
【０１０１】
これにより、側面３３ａでの屈折により発生した分光（波長分離）を、側面６３ａでの屈折により効果的に抑制することができる。よって、虹状のむらの発生を効果的に抑制することができる。
【０１０２】
また、例えば、第１凹凸構造層３１の屈折率をｎ１とし、第２凹凸構造層６１の屈折率をｎ２とし、第１屈折率可変層３２の屈折率をｎ３とし、第２屈折率可変層６２の屈折率をｎ４としたとき、ｎ３≧ｎ１、かつ、ｎ４≧ｎ２である。
【０１０３】
これにより、例えば、ｎ１＝ｎ２＝ｎ３＝ｎ４とすることで、光学デバイス１を透光（透明）状態にすることができる。また、例えば、ｎ３＞ｎ１、かつ、ｎ４＞ｎ２とすることで、光学デバイス１を配光状態にすることができ、かつ、配光時の虹色のむらの発生を抑制することができる。
【０１０４】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。
【０１０５】
本実施の形態では、実施の形態１と比較して、光学デバイス１の２層目（光出射側）の配光層の構成が相違する。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。
【０１０６】
［構成］
図５は、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の断面図である。図６は、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の拡大断面図であり、図５の一点鎖線で囲まれる領域ＶＩの拡大断面図である。
【０１０７】
図５及び図６に示すように、光学デバイス１０１は、実施の形態１に係る光学デバイス１と比較して、第２配光層６０の代わりに第２配光層１６０を備える点が相違している。第２配光層１６０は、第２凹凸構造層１６１と、第２屈折率可変層６２とを備える。
【０１０８】
第２凹凸構造層１６１は、第２屈折率可変層６２の表面（界面）を凹凸にするために設けられた微細形状層である。第２凹凸構造層１６１は、実施の形態１とは異なり、第２電極層５１（すなわち、光出射側）に設けられている。
【０１０９】
第２凹凸構造層１６１は、図６に示すように、複数の第２凸部１６３と、複数の第２凹部１６４とを有する。具体的には、第２凹凸構造層１６１は、マイクロオーダサイズの複数の第２凸部１６３によって構成された凹凸構造体である。複数の第２凸部１６３の間が、複数の第２凹部１６４である。すなわち、隣り合う２つの第２凸部１６３の間が、１つの第２凹部１６４である。
【０１１０】
複数の第２凸部１６３は、第２基材４１の主面（第２電極層５１が設けられた面）に平行なｚ軸方向（第１方向）に並んで配置された複数の凸部である。本実施の形態では、ｚ軸方向は、複数の第２凸部１６３の並び方向である。
【０１１１】
複数の第２凸部１６３の各々は、根元から先端にかけて先細る形状を有する。本実施の形態において、複数の第２凸部１６３の各々の断面形状は、第２基材４１から第１基材１０に向かう方向（厚み方向、ｙ軸負方向）に沿って先細りのテーパ形状である。具体的には、第２凸部１６３の断面形状（ｙｚ断面）は、三角形であるが、これに限らない。第２凸部１６３の断面形状は、台形でもよい。
【０１１２】
本実施の形態において、複数の第２凸部１６３は、ｘ軸方向に延びたストライプ状に形成されている。つまり、複数の第２凸部１６３の各々は、ｘ軸方向に沿って直線状に延びる長尺状の凸部である。具体的には、複数の第２凸部１６３の各々は、断面形状が三角形でｘ軸方向に延在する長尺状の略三角柱形状であり、ｚ軸方向に沿って略等間隔に配列されている。複数の第２凸部１６３の各々は、同じ形状を有するが、互いに異なる形状を有してもよい。
【０１１３】
また、図６に示すように、複数の第２凸部１６３の各々は、側面１６３ａを有する。側面１６３ａは、ｚ軸方向に交差する面である。側面１６３ａは、厚み方向（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１６３ａは、側面３３ｂによって反射された光であって、第２屈折率可変層６２を通過した光を屈折可能な第３側面の一例である。側面１６３ａは、厚み方向に対して傾斜角θ３［°］で傾斜している。
【０１１４】
本実施の形態では、傾斜角θ１、θ２及びθ３は、以下に示す条件（Ｂ）を満たしている。
【０１１５】
２×θ２＋θ１−１０°≦θ３≦２×θ２＋θ１＋１０°  …（Ｂ）
【０１１６】
複数の第２凸部１６３の大きさ（高さ、幅など）は、実施の形態１に係る第２凸部６３と同様である。第２凸部１６３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有する樹脂材料を用いることができる。第２凸部１６３は、例えば、紫外線硬化樹脂材料から形成され、モールド成形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。第２凹凸構造層１６１の屈折率は、例えば、１．５である。
【０１１７】
［光学デバイスの光学状態］
続いて、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の光学状態（動作モード）について、図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。図７Ａ及び図７Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の各動作モードを説明するための拡大断面図である。
【０１１８】
なお、図７Ａ及び図７Ｂでは、光学デバイス１０１に入射する光Ｌ（例えば太陽光）の経路を太線の矢印で示している。なお、実際には、光Ｌは、第１基材１０に入射する際、及び、第２基材４１から出射する際に屈折するが、これらの屈折による経路の変化は図示していない。
【０１１９】
＜無印加モード（配光状態）＞
図７Ａは、無印加モードで駆動された場合の光学デバイス１０１の状態と、光学デバイス１０１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。
【０１２０】
制御部８１は、光学デバイス１を無印加モードで動作させる場合、実施の形態１と同様に、一対の第１電極層２０及び２１の間と、一対の第２電極層５０及び５１の間との各々に電圧を印加しない。この場合、第１配光層３０及び第２配光層１６０の各層の屈折率は、例えば、ｎ３＞ｎ１、かつ、ｎ４＞ｎ２となる。例えば、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、第１凸部３３及び第２凸部１６３が１．５であるのに対して、第１屈折率可変層３２及び第２屈折率可変層６２が１．７になる。
【０１２１】
なお、制御部８１は、一対の第２電極層５０及び５１の間に所定の電圧を印加してもよい。第２配光層６０に与える電界を調整することで、第１配光層３０で生じる分光を効果的に抑制することができる。つまり、第２屈折率可変層６２の屈折率ｎ４は、第１屈折率可変層３２の屈折率ｎ３とは異なっていてもよい。
【０１２２】
このため、図７Ａに示すように、光学デバイス１０１に対して斜めに入射する光Ｌは、第１凸部３３の側面３３ａで屈折して進行方向が変化した後、第１凸部３３の側面３３ｂで反射（全反射）される。側面３３ｂで反射された光は、第２配光層１６０の第２屈折率可変層６２に入射した後、側面１６３ａで屈折されて第２凹凸構造層１６１を通過して斜め上方に向けて出射される。
【０１２３】
このとき、実施の形態１と同様に、入射した光は、側面３３ａで屈折する際に波長分離（分光）される。このため、側面３３ｂで反射された後も、赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）はそれぞれ、互いの間隔が徐々に広がるように進行する。
【０１２４】
本実施の形態では、赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）は、さらに側面１６３ａで屈折される。第２凹凸構造層１６１の屈折率ｎ２と第２屈折率可変層６２の屈折率ｎ４とにも、波長依存性がある。このため、分光された赤色成分Ｌ（Ｒ）及び青色成分Ｌ（Ｂ）は、略平行になって第２凸部１６３内を進行し、第２基材４１から出射される。これにより、虹状のむらの発生が抑制される。
【０１２５】
このように、実施の形態１と同様に、側面３３ａでの屈折によって波長分離した光を、側面１６３ａで再度屈折させることにより集光させることができる。これにより、虹状のむらの発生を抑制することができる。
【０１２６】
＜電圧印加モード（透光状態）＞
図７Ｂは、電圧印加モードで駆動された場合の光学デバイス１の状態と、光学デバイス１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。
【０１２７】
制御部８１は、光学デバイス１を電圧印加モードで動作させる場合、一対の第１電極層２０及び２１の間と、一対の第２電極層５０及び５１の間との各々に所定の電圧を印加する。これにより、第１配光層３０及び第２配光層１６０の各々に与えられる電界が面内で略均一になり、第１屈折率可変層３２の屈折率及び第２屈折率可変層６２の屈折率をそれぞれ、面内で略均一にすることができる。
【０１２８】
この場合、第１配光層３０及び第２配光層１６０の各層の屈折率は、例えば、ｎ１＝ｎ２＝ｎ３＝ｎ４となる。具体的には、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、第１凸部３３、第１屈折率可変層３２、第２凸部１６３及び第２屈折率可変層６２がいずれも１．５となる。このため、図７Ｂに示すように、光学デバイス１に対して斜めに入射する光Ｌは、そのまま光学デバイス１を通過する。
【０１２９】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る光学デバイス１０１では、例えば、第２凹凸構造層１６１は、一対の第２電極層５０及び５１のうち、一対の第１電極層２０及び２１とは反対側の第２電極層５１に設けられ、側面６３ａは、側面３３ｂによって反射された光であって、第２屈折率可変層６２を通過した光を屈折可能である。
【０１３０】
これにより、側面３３ａで屈折することにより波長分離（分光）された光を、側面１６３ａで再度屈折させることで集光することができる。したがって、虹状のむらの発生を抑制することができる。実施の形態１と同様に、所望の光学特性を得ることができる光学デバイス１０１を提供することができる。
【０１３１】
また、例えば、厚み方向に対して側面３３ａ、側面３３ｂ及び側面６３ａの各々がなす角度をθ１［°］、θ２［°］及びθ３［°］とした場合、２×θ２＋θ１−１０°≦θ３≦２×θ２＋θ１＋１０°を満たす。
【０１３２】
これにより、屈折により波長分離した光が側面１６３ａに入射した際、側面１６３ａによって光を効果的に屈折させて集光することができる。よって、虹状のむらの発生を効果的に抑制することができる。
【０１３３】
（その他）
以上、本発明に係る光学デバイスについて、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。
【０１３４】
例えば、一対の第２基材４０及び４１は、一対の第１基材１０及び１１と異なる構成を有してもよい。例えば、一対の第２基材４０及び４１の少なくとも一方は、第１基材１０又は１１と異なる材料を用いて形成されていてもよい。また、一対の第２基材４０及び４１の間の距離（基材間距離）は、一対の第１基材１０及び１１の基材間距離と異なっていてもよい。
【０１３５】
また、例えば、一対の第２電極層５０及び５１は、一対の第１電極層２０及び２１と異なる構成を有してもよい。例えば、一対の第２電極層５０及び５１の少なくとも一方は、第１電極層２０又は２１と異なる材料を用いて形成されていてもよい。一対の第２電極層５０及び５１の少なくとも一方の大きさ又は形状は、第１電極層２０又は２１の大きさ又は形状と異なっていてもよい。
【０１３６】
また、例えば、第１凸部３３と第２凸部６３との各々がｘ軸方向に延在している例について示したが、これに限らない。例えば、第１凸部３３がｘ軸方向に延在し、第２凸部６３がｚ軸方向に延在してもよい。あるいは、第１凸部３３及び第２凸部６３の少なくとも一方が、ｘ軸又はｚ軸に対して斜めに傾斜した方向に延在していてもよい。
【０１３７】
また、例えば、第２屈折率可変層６２は、第１屈折率可変層３２と異なる材料を用いて形成されていてもよい。
【０１３８】
また、例えば、上記の実施の形態では、第１凸部３３の長手方向がｘ軸方向となるように光学デバイスを窓に配置したが、これに限らない。例えば、第１凸部３３の長手方向がｚ軸方向となるように光学デバイスを窓に配置してもよい。
【０１３９】
また、例えば、上記の実施の形態では、第１凹凸構造層３１を構成する複数の第１凸部３３の各々は、長尺状であったが、これに限らない。例えば、複数の第１凸部３３は、マトリクス状などに点在するように配置されていてもよい。つまり、複数の第１凸部３３を、ドット状に点在するように配置してもよい。複数の第２凸部６３についても同様である。
【０１４０】
また、例えば、上記の実施の形態では、複数の第１凸部３３の各々は、同じ形状としたが、これに限るものではなく、例えば、面内において異なる形状であってもよい。例えば、光学デバイス１におけるｚ軸方向の上半分と下半分とで複数の第１凸部３３の側面３３ａ又は３３ｂの傾斜角を異ならせてもよい。複数の第２凸部６３についても同様である。
【０１４１】
また、例えば、上記の実施の形態では、複数の第１凸部３３の高さは、一定としたが、これに限るものではない。例えば、複数の第１凸部３３の高さは、ランダムに異なっていてもよい。このようにすることで、光学デバイスを透過する光が虹色に見えてしまうことを抑制できる。つまり、複数の第１凸部３３の高さをランダムに異ならせることで、凹凸界面での微小な回折光や散乱光が波長で平均化されて出射光の色付きが抑制される。複数の第２凸部６３についても同様である。
【０１４２】
また、上記の実施の形態では、光学デバイス１に入射する光として太陽光を例示したが、これに限らない。例えば、光学デバイス１に入射する光は、照明装置などの発光装置が発する光であってもよい。
【０１４３】
また、上記の実施の形態では、光学デバイス１は、窓９１の屋内側の面に貼り付けたが、窓９１の屋外側の面に貼り付けてもよい。屋内側に貼り付けることで、光学素子の劣化を抑制することができる。また、光学デバイス１を窓９１に貼り付けたが、光学デバイスを建物９０の窓そのものとして用いてもよい。また、光学デバイス１は、建物９０の窓９１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してもよい。
【０１４４】
なお、これらの変形例は、他の実施の形態及び変形例にも適用できる。
【０１４５】
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】
【０１４６】
１、１０１  光学デバイス
２０、２１  第１電極層
３０  第１配光層
３１  第１凹凸構造層
３２  第１屈折率可変層
３３  第１凸部
３３ａ  側面（第１側面）
３３ｂ  側面（第２側面）
５０、５１  第２電極層
６０、１６０  第２配光層
６１、１６１  第２凹凸構造層
６２  第２屈折率可変層
６３、１６３  第２凸部
６３ａ、１６３ａ  側面（第３側面）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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