(57)【要約】  液晶素子（１）は複数の螺旋状構造体（７）を備える。液晶素子（１）は、光が入射する入射面（１３）と、入射面（１３）から入射した光を反射する反射面（１７）とを有する。螺旋状構造体（７）の各々は、複数の構造単位（９）を含む。複数の構造単位（９）は、螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の液晶分子（１１）を含む。第１方向（Ａ１）に沿って互いに隣接する構造単位（９）のうち、一方の構造単位（９）の第２端部（Ｅ２）は、他方の構造単位（９）の第１端部（Ｅ１）を構成する。複数の螺旋状構造体（７）に含まれる複数の第１端部（Ｅ１）に位置する液晶分子（１１）の配向方向は揃っている。反射面（１７）は、複数の螺旋状構造体（７）のそれぞれに含まれる少なくとも１つの第１端部（Ｅ１）を含む。反射面（１７）は、入射面（１３）に対して非平行である。
2016194961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が所定方向に沿って延びる複数の螺旋状構造体を備え、
前記所定方向に交差するとともに、光が入射する第１入射面と、
前記所定方向に交差するとともに、前記第１入射面から入射した前記光を反射する反射面と
を有し、
前記第１入射面は、前記複数の螺旋状構造体のそれぞれの両端部のうちの一方端部を含み、
前記複数の螺旋状構造体の各々は、前記所定方向に沿って連なる複数の構造単位を含み、
前記複数の構造単位は、螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の要素を含み、
前記複数の構造単位の各々は、第１端部と第２端部とを有し、
前記所定方向に沿って互いに隣接する前記構造単位のうち、一方の構造単位の前記第２端部は、他方の構造単位の前記第１端部を構成し、
前記複数の螺旋状構造体に含まれる複数の前記第１端部に位置する前記要素の配向方向は揃っており、
前記反射面は、前記複数の螺旋状構造体のそれぞれに含まれる少なくとも１つの前記第１端部を含み、
前記反射面は、前記第１入射面に対して非平行である、反射構造体。
【請求項２】
前記反射面は、前記第１入射面に対して傾斜しており、直線状の勾配を有する、請求項１に記載の反射構造体。
【請求項３】
前記反射面は、曲面を含む、請求項１又は請求項２に記載の反射構造体。
【請求項４】
前記反射面は、対称軸に対して対称である、請求項３に記載の反射構造体。
【請求項５】
前記反射面は、凸凹形状を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の反射構造体。
【請求項６】
前記反射面は、螺旋面を含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の反射構造体。
【請求項７】
前記複数の螺旋状構造体の各々において、螺旋のハーフピッチが異なり、又は螺旋のピッチが異なり、
前記ハーフピッチは、前記構造単位の前記第１端部から前記第２端部まで間隔を示し、
前記ピッチは、前記互いに隣接する前記構造単位のうち、前記一方の構造単位の前記第１端部から前記他方の構造単位の前記第２端部までの間隔を示す、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の反射構造体。
【請求項８】
前記複数の螺旋状構造体は、コレステリック相、コレステリックブルー相、カイラルスメクチックＣ相、ツイストグレインバウンダリー相、ヘリコイダルコレステリック相、カイラル液晶相、螺旋無機物、螺旋金属、螺旋結晶、又はカイラルな構造体を形成する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の反射構造体。
【請求項９】
複数の前記反射面を有し、
前記所定方向に交差するとともに、光が入射する第２入射面をさらに有し、
前記第２入射面は、前記複数の螺旋状構造体のそれぞれの前記両端部のうちの他方端部を含み、
前記複数の反射面のうち前記第１入射面の側の反射面の構造と前記第２入射面の側の反射面の構造とは、異なり、
前記第１入射面の側の前記反射面は、前記第１入射面から入射した前記光を反射し、
前記第２入射面の側の前記反射面は、前記第２入射面から入射した前記光を反射する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の反射構造体。
【請求項１０】
隣接する前記螺旋状構造体は、互いに結合されている、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の反射構造体。
【請求項１１】
前記反射面は、前記第１入射面から入射した前記光を反射し、前記光に対応する物体の像を形成する、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の反射構造体。
【請求項１２】
単数又は複数の前記螺旋状構造体が螺旋状構造体ユニットを構成し、
前記反射構造体は、
複数の前記螺旋状構造体ユニットに対応して配置される複数の支持体と、
前記複数の支持体に対応して配置される複数の回転体と
をさらに備え、
前記支持体の各々は、前記対応する螺旋状構造体ユニットを支持し、
前記回転体の各々は、前記対応する支持体を回転させる、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の反射構造体。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の反射構造体と、
前記反射構造体に刺激を付与する刺激付与部と
を備え、
前記刺激は、電気的刺激、光刺激、機械的刺激、又は化学的刺激であり、
前記反射構造体は、前記刺激に応答する、機器。
【請求項１４】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の反射構造体を製造する製造方法であって、
前記複数の螺旋状構造体のそれぞれの前記両端部のうち、一方端部に位置する要素の配向方向を算出し、第１配向データを作成する工程と、
前記第１配向データに基づいて、第２配向データを作成する工程と
を含み、
前記第１配向データは、複数の前記一方端部にそれぞれ位置する複数の前記要素の配向方向を示し、
前記第２配向データは、前記複数の要素と接触して前記複数の要素を配向させる配向層の表面構造及び／又は表面物性を定め、
前記第１配向データを作成する前記工程では、前記複数の一方端部にそれぞれ位置する前記複数の要素が、互いに異なる配向方向を有する要素を含むように、前記第１配向データを作成する、反射構造体の製造方法。
【請求項１５】
物体を表す物体データを作成する工程をさらに含み、
前記第１配向データを作成する前記工程では、前記物体データに基づいて、前記複数の螺旋状構造体のそれぞれの前記両端部のうち、前記一方端部に位置する前記要素の配向方向を算出する、請求項１４に記載の反射構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射構造体、機器、及び反射構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されたスクリーンは、コレステリック液晶（反射構造体）で構成される。例えば、右螺旋のコレステリック液晶は、右円偏光の光を反射し、左円偏光の光を透過する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１０７６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたスクリーンのコレステリック液晶では、反射面が入射面に対して平行であるため、光は鏡面反射される。例えば、コレステリック液晶に垂直に入射した光は、コレステリック液晶に対して垂直に反射される。従って、コレステリック液晶の応用範囲は制限される。【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、応用範囲を拡張できる反射構造体、機器、及び反射構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の観点によれば、反射構造体は、各々が所定方向に沿って延びる複数の螺旋状構造体を備える。反射構造体は、前記所定方向に交差するとともに、光が入射する第１入射面と、前記所定方向に交差するとともに、前記第１入射面から入射した前記光を反射する反射面とを有する。前記第１入射面は、前記複数の螺旋状構造体のそれぞれの両端部のうちの一方端部を含む。前記複数の螺旋状構造体の各々は、前記所定方向に沿って連なる複数の構造単位を含む。前記複数の構造単位は、螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の要素を含む。前記複数の構造単位の各々は、第１端部と第２端部とを有する。前記所定方向に沿って互いに隣接する前記構造単位のうち、一方の構造単位の前記第２端部は、他方の構造単位の前記第１端部を構成する。前記複数の螺旋状構造体に含まれる複数の前記第１端部に位置する前記要素の配向方向は揃っている。前記反射面は、前記複数の螺旋状構造体のそれぞれに含まれる少なくとも１つの前記第１端部を含む。前記反射面は、前記第１入射面に対して非平行である。【０００７】
本発明の反射構造体において、前記反射面は、前記第１入射面に対して傾斜しており、直線状の勾配を有することが好ましい。【０００８】
本発明の反射構造体において、前記反射面は、曲面を含むことが好ましい。【０００９】
本発明の反射構造体において、前記反射面は、対称軸に対して対称であることが好ましい。【００１０】
本発明の反射構造体において、前記反射面は、凸凹形状を有することが好ましい。【００１１】
本発明の反射構造体において、前記反射面は、螺旋面を含むことが好ましい。【００１２】
本発明の反射構造体において、前記複数の螺旋状構造体の各々において、螺旋のハーフピッチが異なり、又は螺旋のピッチが異なることが好ましい。前記ハーフピッチは、前記構造単位の前記第１端部から前記第２端部まで間隔を示し、前記ピッチは、前記互いに隣接する前記構造単位のうち、前記一方の構造単位の前記第１端部から前記他方の構造単位の前記第２端部までの間隔を示すことが好ましい。【００１３】
本発明の反射構造体において、前記複数の螺旋状構造体は、コレステリック相、コレステリックブルー相、カイラルスメクチックＣ相、ツイストグレインバウンダリー相、ヘリコイダルコレステリック相、カイラル液晶相、螺旋無機物、螺旋金属、螺旋結晶、又はカイラルな構造体を形成することが好ましい。【００１４】
本発明の反射構造体は、複数の前記反射面を有し、前記所定方向に交差するとともに、光が入射する第２入射面をさらに有することが好ましい。前記第２入射面は、前記複数の螺旋状構造体のそれぞれの前記両端部のうちの他方端部を含むことが好ましい。前記複数の反射面のうち前記第１入射面の側の反射面の構造と前記第２入射面の側の反射面の構造とは、異なっていることが好ましい。前記第１入射面の側の前記反射面は、前記第１入射面から入射した前記光を反射し、前記第２入射面の側の前記反射面は、前記第２入射面から入射した前記光を反射することが好ましい。【００１５】
本発明の反射構造体において、隣接する前記螺旋状構造体は、互いに結合されていることが好ましい。【００１６】
本発明の反射構造体において、前記反射面は、前記第１入射面から入射した前記光を反射し、前記光に対応する物体の像を形成することが好ましい。【００１７】
本発明の反射構造体において、単数又は複数の前記螺旋状構造体が螺旋状構造体ユニットを構成することが好ましい。前記反射構造体は、複数の支持体と、複数の回転体とをさらに備えることが好ましい。複数の支持体は、複数の前記螺旋状構造体ユニットに対応して配置されることが好ましい。複数の回転体は、前記複数の支持体に対応して配置されることが好ましい。前記支持体の各々は、前記対応する螺旋状構造体ユニットを支持することが好ましい。前記回転体の各々は、前記対応する支持体を回転させることが好ましい。【００１８】
本発明の第２の観点によれば、機器は、上記第１の観点による反射構造体と、前記反射構造体に刺激を付与する刺激付与部とを備える。前記刺激は、電気的刺激、光刺激、機械的刺激、又は化学的刺激であり、前記反射構造体は、前記刺激に応答する。【００１９】
本発明の第３の観点によれば、反射構造体の製造方法は、上記第１の観点による反射構造体を製造する。製造方法は、前記複数の螺旋状構造体のそれぞれの前記両端部のうち、一方端部に位置する要素の配向方向を算出し、第１配向データを作成する工程と、前記第１配向データに基づいて、第２配向データを作成する工程とを含む。前記第１配向データは、複数の前記一方端部にそれぞれ位置する複数の前記要素の配向方向を示す。前記第２配向データは、前記複数の要素と接触して前記複数の要素を配向させる配向層の表面構造及び／又は表面物性を定める。前記第１配向データを作成する前記工程では、前記複数の一方端部にそれぞれ位置する前記複数の要素が、互いに異なる配向方向を有する要素を含むように、前記第１配向データを作成する。【００２０】
本発明の反射構造体の製造方法は、物体を表す物体データを作成する工程をさらに含むことが好ましい。前記第１配向データを作成する前記工程では、前記物体データに基づいて、前記複数の螺旋状構造体のそれぞれの前記両端部のうち、前記一方端部に位置する前記要素の配向方向を算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、反射構造体の応用範囲を拡張できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態１に係る液晶素子を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る液晶素子を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る液晶素子の複数の螺旋状構造体の位相分布を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態１の変形例に係る液晶素子を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態１の変形例に係る液晶素子を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１の変形例に係る液晶素子の複数の螺旋状構造体の位相分布を示す平面図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る液晶素子を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る液晶素子の複数の反射面を示す斜視図である。
【図９】（ａ）本発明の実施形態２に係る液晶素子の複数の螺旋状構造体の位相分布を示す平面図である。（ｂ）本発明の実施形態２に係る液晶素子の複数の螺旋状構造体の位相分布を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態３に係る液晶素子を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係る液晶素子を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係る液晶素子の複数の螺旋状構造体の位相分布を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施形態４に係る液晶素子を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施形態４に係る液晶素子の反射面を示す斜視図である。
【図１５】本発明の実施形態４に係る液晶素子の液晶分子の配向方向を示す平面図である。
【図１６】本発明の実施形態４に係る液晶素子の複数の螺旋状構造体の位相分布を示す平面図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）本発明の実施形態４に係る液晶素子の液晶分子の配向方向を示す平面図である。
【図１８】本発明の実施形態５に係る液晶素子を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施形態６に係る液晶素子を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施形態７に係る液晶素子の構造単位を示す斜視図である。
【図２１】本発明の実施形態９に係る光アイソレーターを示す図である。
【図２２】（ａ）本発明の実施形態１０に係るスクリーンを示す斜視図である。（ｂ）本発明の実施形態１１に係るビームスプリッターを示す側面図である。（ｃ）本発明の実施形態１２に係るガラス板を示す側面図である。
【図２３】本発明の実施形態１３に係る機器を示すブロック図である。
【図２４】本発明の実施形態１４に係る機器を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態１５に係る液晶素子の製造装置を示すブロック図である。
【図２６】本発明の実施形態１５に係る製造装置が実行する液晶素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図２７】（ａ）本発明の実施例１に係る液晶素子の構造を表す干渉縞を示す図である。（ｂ）本発明の実施例２に係る液晶素子の構造を表す干渉縞を示す図である。
【図２８】本発明の実施例３に係る液晶素子の構造を表す干渉像を示す図である。
【図２９】（ａ）本発明の実施例３に係る液晶素子の反射光を示す図である。（ｂ）比較例に係る液晶素子の反射光を示す図である。
【図３０】本発明の実施例４に係る液晶素子の構造を表す干渉像を示す図である。
【図３１】本発明の実施例５に係る液晶素子の構造を表す干渉縞を示す図である。
【図３２】本発明の実施例６に係る液晶素子の製造装置が作成した物体データを示す図である。
【図３３】本発明の実施例６に係る液晶素子の製造装置が作成した位相分布データを示す図である。
【図３４】本発明の実施例６に係る液晶素子の製造装置が作成した配向処理データを示す図である。
【図３５】本発明の実施例６に係る液晶素子の製造装置が作成した液晶素子に基づく仮想物体の像を示す図である。
【図３６】本発明の実施形態５の変形例に係る液晶素子の螺旋状構造体を構成する複数の液晶分子の配向方向の変化を示す図である。
【図３７】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施形態１〜実施形態８、実施形態１４、及び実施形態１５に係る液晶素子又はフィルムに入射し得る円偏光の光が感じる屈折率の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図面において、互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸とを含む三次元直交座標系を用いて説明する場合がある。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。また、図面の簡略化のため、断面を示す斜線を適宜省略する。
【００２４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液晶素子１を示す断面図である。図２は、液晶素子１を示す平面図である。図１に示すように、反射構造体としての液晶素子１は、液晶層３と、基板５Ｕと、基板５Ｌとを備える。液晶層３は、入射面１３（第１入射面）と、出射面１５と、複数の反射面１７とを有する。
【００２５】
液晶層３は、コレステリック液晶により形成される。コレステリック液晶はコレステリック相に相当する。コレステリック相はカイラル液晶相の一例である。コレステリック液晶とは、１つの平面内では細長い液晶分子が長軸の方向を揃えて配列しており、平面に垂直な方向に進むに従って液晶分子が螺旋状に旋回する構造の液晶のことである。コレステリック液晶は、コレステリック液晶の螺旋のピッチと屈折率とに応じた帯域の波長を有するとともに、螺旋の回転方向と同じ回転方向の円偏光を有する光を反射するという性質を有する。具体的には、コレステリック液晶の螺旋のピッチをｐ、液晶分子の異常光に対する屈折率をｎｅ、液晶分子の常光に対する屈折率をｎｏと記載すると、コレステリック液晶は、ｎｏ×ｐ〜ｎｅ×ｐで示される帯域の波長を有するとともに、螺旋の回転方向と同じ回転方向の円偏光を有する光を反射するという性質を有する。
【００２６】
液晶層３は基板５Ｕと基板５Ｌとに挟まれる。基板５Ｕ及び基板５Ｌの各々は、例えば、ガラス基板である。基板５Ｕと基板５Ｌとは略平行に配置される。
【００２７】
液晶層３は複数の螺旋状構造体７を備える。複数の螺旋状構造体７はコレステリック液晶を形成する。螺旋状構造体７の各々は第１方向Ａ１（所定方向）に沿って延びる。第１方向Ａ１は、Ｚ軸に略平行であり、Ｚ軸の負方向を向いている。第１方向Ａ１は入射面１３に略直交する。
【００２８】
螺旋状構造体７の各々は、第１方向Ａ１に沿って連なる複数の構造単位９を含む。第１方向Ａ１に沿って連なる複数の構造単位９は、第１方向Ａ１に沿って螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の液晶分子１１（複数の要素）を含む。従って、螺旋状構造体７の各々は、第１方向Ａ１に沿って螺旋状に旋回して積み重ねられた多数の液晶分子１１を含む。液晶分子１１は、例えば、棒状である。第１方向Ａ１は、螺旋状構造体７の螺旋軸の方向を示す。
【００２９】
具体的には、本願の図面では、図面の簡略化のため、１つの液晶分子１１は、第１方向Ａ１に直交する１つの平面内に位置する複数の液晶分子のうち、ダイレクターの方向を向いている液晶分子を代表して示している。従って、螺旋状構造体７の各々において、第１方向Ａ１に直交する１つの平面内には、液晶分子１１を含む複数の液晶分子（以下、「液晶分子群」と記載する。）が位置している。そして、螺旋状構造体７の各々において、複数の液晶分子群が第１方向Ａ１に沿って配向方向を変えながら螺旋状に並んでいる。換言すれば、螺旋状構造体７の各々において、ダイレクターが螺旋軸に沿って螺旋状に回転している。ダイレクターとは、液晶分子の平均的配向方向を表す単位ベクトルのことである。
【００３０】
構造単位９の各々は第１端部Ｅ１と第２端部Ｅ２とを有する。構造単位９の各々は繰り返し単位であるため、第１方向Ａ１に沿って互いに隣接する構造単位９のうち、一方の構造単位９の第２端部Ｅ２は、他方の構造単位９の第１端部Ｅ１を構成する。
【００３１】
構造単位９の各々において、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２までにおいて、複数の液晶分子１１は、第１方向Ａ１に進むに従って螺旋状に旋回する。そして、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２までにおける複数の液晶分子１１の回転角度は、略１８０度である。
【００３２】
従って、構造単位９の各々において、第１端部Ｅ１と第２端部Ｅ２とで、液晶分子１１の配向方向は揃っている。本明細書において、液晶分子１１の配向方向が揃っていることは、液晶分子１１の配向方向が略平行であることを示しているため、液晶分子１１の配向方向が、略同一である場合だけでなく、略１８０度異なる場合も、液晶分子１１の配向方向が揃っていることを示す。
【００３３】
また、構造単位９の第２端部Ｅ２は隣接する構造単位９の第１端部Ｅ１を構成するため、螺旋状構造体７の各々において、複数の第１端部Ｅ１に位置する液晶分子１１の配向方向は揃っている。さらに、複数の螺旋状構造体７に含まれる複数の第１端部Ｅ１に位置する液晶分子１１の配向方向は揃っている。
【００３４】
具体的には、構造単位９の各々において、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２までにおいて、複数の液晶分子群は、第１方向Ａ１に進むに従って螺旋状に旋回する。そして、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２までにおける複数の液晶分子群の回転角度は、略１８０度である。
【００３５】
従って、構造単位９の各々において、第１端部Ｅ１に位置する液晶分子群の配向方向と第２端部Ｅ２に位置する液晶分子群の配向方向とは揃っている。本明細書において、液晶分子群の配向方向が揃っていることは、液晶分子群の配向方向が略平行であることを示しているため、液晶分子群の配向方向が、略同一である場合だけでなく、略１８０度異なる場合も、液晶分子群の配向方向が揃っていることを示す。
【００３６】
換言すれば、構造単位９の各々において、第１端部Ｅ１におけるダイレクターの方向と第２端部Ｅ２におけるダイレクターの方向とは揃っている。本明細書において、ダイレクターの方向が揃っていることは、ダイレクターの方向が略平行であることを示しているため、ダイレクターの方向が、略同一である場合だけでなく、略１８０度異なる場合も、ダイレクターの方向が揃っていることを示す。
【００３７】
また、構造単位９の第２端部Ｅ２は隣接する構造単位９の第１端部Ｅ１を構成するため、螺旋状構造体７の各々において、複数の第１端部Ｅ１に位置する複数の液晶分子群の配向方向は揃っている。換言すれば、螺旋状構造体７の各々において、複数の第１端部Ｅ１における複数のダイレクターの方向は揃っている。さらに、複数の螺旋状構造体７に含まれる複数の第１端部Ｅ１に位置する液晶分子群の配向方向は揃っている。換言すれば、複数の螺旋状構造体７に含まれる複数の第１端部Ｅ１におけるダイレクターの方向は揃っている。
【００３８】
ここで、本明細書及び特許請求の範囲において、各液晶分子１１を１つの要素として捉えることもできるし、各液晶分子群を１つの要素として捉えることもできる。
【００３９】
以下、本明細書において、構造単位９の各々において、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２までの間隔（つまり、螺旋の半周期）を螺旋のハーフピッチｈｐと記載する。また、第１方向Ａ１に沿って互いに隣接する構造単位９において、一方の構造単位９の第１端部Ｅ１から他方の構造単位９の第２端部Ｅ２までの間隔（つまり、螺旋の１周期）を螺旋のピッチｐと記載する。実施形態１では、ハーフピッチｈｐ及びピッチｐの各々は一定であり、ｐ＝２×ｈｐである。
【００４０】
引き続き、図１を参照して、入射面１３、出射面１５、及び反射面１７について説明する。
【００４１】
入射面１３及び出射面１５の各々は第１方向Ａ１に交差する。実施形態１では、入射面１３及び出射面１５の各々は第１方向Ａ１に略直交する。入射面１３は、複数の螺旋状構造体７のそれぞれの両端部のうちの一方端部ｅ１（具体的には、一方端部ｅ１に位置する液晶分子１１）を含む。出射面１５は、複数の螺旋状構造体７のそれぞれの両端部のうちの他方端部ｅ２（具体的には、他方端部ｅ２に位置する液晶分子１１）を含む。
【００４２】
入射面１３には、第１方向Ａ１から、直線偏光を有する光Ｌ１が入射する。光Ｌ１の波面Ｆ１は入射面１３に略平行である。複数の液晶分子１１が右回りに旋回している場合は、出射面１５からは、光Ｌ１のうち左円偏光の光Ｌ２が出射する。一方、複数の液晶分子１１が左回りに旋回している場合は、出射面１５からは、光Ｌ１のうち右円偏光の光Ｌ２が出射する。光Ｌ２の波面Ｆ２は出射面１５に略平行である。
【００４３】
本明細書において、円偏光は、厳密な円偏光であってもよいし、楕円偏光に近似した円偏光であってもよい。
【００４４】
複数の液晶分子１１の右回りの旋回とは、複数の液晶分子１１を第１方向Ａ１から見たときに、第１方向Ａ１に進むに従って液晶分子１１が時計回りに螺旋状に旋回することである。複数の液晶分子１１の左回りの旋回とは、複数の液晶分子１１を第１方向Ａ１から見たときに、第１方向Ａ１に進むに従って液晶分子１１が反時計回りに螺旋状に旋回することである。一方、右円偏光とは、光の進行方向から固定点（つまり、一定の場所）における光（つまり、電磁波）を見たときに、固定点を通過する電場ベクトルが時間とともに時計回りに旋回する円偏光のことである。左円偏光とは、光の進行方向から固定点における光を見たときに、固定点を通過する電場ベクトルが時間とともに反時計回りに旋回する円偏光のことである。
【００４５】
複数の反射面１７の各々は、複数の螺旋状構造体７のそれぞれに含まれる１つの第１端部Ｅ１を含む。従って、反射面１７の各々では、複数の螺旋状構造体７にわたって、反射面１７に位置する複数の液晶分子１１の配向方向は揃っている。換言すれば、反射面１７の各々では、複数の螺旋状構造体７にわたって、複数のダイレクターが揃っている。本明細書においては、１つの第１端部Ｅ１に対して１つのダイレクターが定められる。さらに、複数の反射面１７同志で、複数の液晶分子１１の配向方向は揃っている。換言すれば、複数の反射面１７同志で、複数のダイレクターが揃っている。また、複数の反射面１７は、互いに略平行であり、ハーフピッチｈｐに相当する一定間隔をおいて並んでいる。反射面１７は、入射面１３に対して非平行である。実施形態１では、反射面１７は、入射面１３に対して傾斜しており、直線状の勾配を有し、平面状である。
【００４６】
複数の反射面１７の各々は、第１方向Ａ１に交差するとともに、ブラッグの法則に従って、入射面１３から入射した光Ｌ１のうちの光Ｌ３を選択的に反射する。具体的には、反射面１７は、複数の液晶分子１１が右回りに旋回している場合は、光Ｌ１のうちピッチｐに応じた波長を有する右円偏光の光Ｌ３を反射する。一方、反射面１７は、複数の液晶分子１１が左回りに旋回している場合は、光Ｌ１のうちピッチｐに応じた波長を有する左円偏光の光Ｌ３を反射する。光Ｌ３の波面Ｆ３は反射面１７に略平行である。
【００４７】
選択的に反射される光Ｌ３の中心波長λは、例えば、液晶分子１１の異常光に対する屈折率ｎｅ、液晶分子１１の正常光に対する屈折率ｎｏ、及びピッチｐのような各種パラメーターに依存する。ただし、これらのパラメーターは一例であり、例えば、追加のパラメーターが含まれてもよい。
【００４８】
選択的に反射される光Ｌ３の波長幅Δλは、例えば、中心波長λ、屈折率ｎｅ、及び屈折率ｎｏのような各種パラメーターに依存する。ただし、これらのパラメーターは一例であり、例えば、追加のパラメーターが含まれてもよい。
【００４９】
反射面１７は、光Ｌ３の波面Ｆ３が反射面１７と略平行になるように、光Ｌ３を反射する。つまり、反射面１７は、入射面１３に対する反射面１７の傾斜角度θ１に応じて光Ｌ３を反射する。実施形態１では、光Ｌ３の波面Ｆ３の入射面１３に対する傾斜角度θ３は、反射面１７の傾斜角度θ１と略同一である。
【００５０】
図２を参照して、第１方向Ａ１から液晶素子１を見たときの液晶素子１について説明する。図２は、液晶素子１を示す平面図である。図２では、図面の簡略化のため、基板５Ｕ及び基板５Ｌを省略し、入射面１３が示されている。図２に示すように、複数の螺旋状構造体７は、第２方向Ａ２及び第３方向Ａ３それぞれに沿って並んでいる。
【００５１】
具体的には、入射面１３に位置する複数の液晶分子群に含まれる複数の液晶分子（液晶分子１１を含む。）の配向方向が、第２方向Ａ２に沿って、連続して変化している。又は、入射面１３に位置する複数の液晶分子群に含まれる複数の液晶分子（液晶分子１１を含む。）の配向方向が、第２方向Ａ２に沿って、有限の距離をもって離散的に変化している。一方、第３方向Ａ３においては、入射面１３に位置する複数の液晶分子群に含まれる複数の液晶分子（液晶分子１１を含む。）の配向方向が揃っている。
【００５２】
第２方向Ａ２は、Ｘ軸に略平行であり、Ｘ軸の正方向を向いている。第３方向Ａ３は、Ｙ軸に略平行であり、Ｙ軸の正方向を向いている。第１方向Ａ１と第２方向Ａ２と第３方向Ａ３とは互いに交差する。本明細書では、第１方向Ａ１と第２方向Ａ２と第３方向Ａ３とは互いに略直交する。
【００５３】
図１〜図３を参照して、空間的位相の観点から液晶素子１について説明する。本明細書において、螺旋状構造体７の空間的位相（以下、本明細書において、「位相」と記載する。）は、螺旋状構造体７の端部ｅ１に位置する液晶分子１１の配向方向を示す。換言すれば、螺旋状構造体７の位相は、螺旋状構造体７に含まれる液晶分子１１の入射面１３における配向方向を示す。具体的には、螺旋状構造体７の位相は、螺旋状構造体７の端部ｅ１に位置する液晶分子群（つまり、液晶分子１１を含む複数の液晶分子）の配向方向を示す。換言すれば、螺旋状構造体７の位相は、螺旋状構造体７の端部ｅ１におけるダイレクターの方向を示す。更に換言すれば、螺旋状構造体７の位相は、螺旋状構造体７に含まれる液晶分子群の入射面１３における配向方向を示す。更に換言すれば、螺旋状構造体７の位相は、螺旋状構造体７の入射面１３におけるダイレクターの方向を示す。
【００５４】
図１に示すように、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相は異なる。実施形態１では、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７において、複数の第１端部Ｅ１は、入射面１３に対して直線状に傾斜するように並んでいる。従って、反射面１７は入射面１３に対して傾斜している。換言すれば、反射面１７が入射面１３に対して傾斜するように、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相が変化している。
【００５５】
図２に示すように、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７において、入射面１３に位置する複数の液晶分子１１の配向方向は異なる。従って、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相は第２方向Ａ２に沿って異なる。螺旋状構造体７の位相を液晶分子１１の回転角度で表すと、例えば、入射面１３において配向方向が第２方向Ａ２に平行な液晶分子１１（図中左端の液晶分子１１）を含む螺旋状構造体７の位相は０度である。また、入射面１３において配向方向が第２方向Ａ２に垂直な液晶分子１１（図中左から４番目の液晶分子１１）を含む螺旋状構造体７の位相は９０度である。さらに、入射面１３において配向方向が第２方向Ａ２に平行な液晶分子１１（図中左から７番目の液晶分子１１）を含む螺旋状構造体７の位相は１８０度である。
【００５６】
本明細書において、一定方向に沿って位相が１８０度だけ変化するときの２つの螺旋状構造体７の間隔を螺旋状構造体７の周期と定義する。従って、ある周期の終点での位相は１８０度と示され、次の周期の始点での周期は０度と示される。ただし、ある周期の終点は次の周期の始点であるため、ある周期の終点での液晶分子１１の配向方向と、次の周期の始点での液晶分子１１の配向方向とは同じである。実施形態１では、第２方向Ａ２に沿って位相が１８０度だけ変化するときの２つの螺旋状構造体７の間隔が、螺旋状構造体７の周期Ｔ１である。
【００５７】
一方、第３方向Ａ３に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７において、入射面１３に位置する複数の液晶分子１１の配向方向は揃っている。従って、第３方向Ａ３に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相は第３方向Ａ３に沿って揃っている（つまり、略一致している）。例えば、入射面１３において配向方向が第２方向Ａ２に平行な液晶分子１１（図中左端の液晶分子１１）を含む螺旋状構造体７の各々の位相は０度である。
【００５８】
ここで、光Ｌ３の波面Ｆ３の入射面１３に対する傾斜角度θは、光Ｌ３の波長λと、螺旋状構造体７の周期Ｔとを用いて、式（１）により表される。従って、傾斜角度θ３は、ａｒｃ  ｔａｎ（λ／Ｔ１）、である。
【００５９】
θ＝ａｒｃ  ｔａｎ（λ／Ｔ）      …（１）
【００６０】
図３は、複数の螺旋状構造体７の位相分布を示す平面図である。図３では、第１方向Ａ１から液晶層３を見たときの位相分布が、液晶分子１１の回転角度で表される。また、図３では、周期Ｔ１の範囲の位相分布が示され、０度の位相を黒色で表し、１８０度の位相を白色で表す。０度と１８０度との間は、濃度の異なる灰色で示される。濃い灰色ほど０度に近い値を示し、淡い灰色ほど１８０度に近い値を示す。
【００６１】
図３に示すように、螺旋状構造体７の位相は、第２方向Ａ２に進むに従って、０度から徐々に１８０度に近づく。一方、第３方向Ａ３においては、螺旋状構造体７の位相は、揃っており（つまり、略一致しており）、変化していない。
【００６２】
以上、図１〜図３を参照して説明したように、実施形態１によれば、反射面１７は入射面１３に対して非平行である。従って、鏡面反射する場合の反射方向と異なる方向に光Ｌ３を反射できる。その結果、鏡面反射する液晶素子と比較して、液晶素子１の応用範囲を拡張できる。
【００６３】
特に、実施形態１では、反射面１７は、入射面１３に対して傾斜しており、直線状の勾配を有する。従って、波面Ｆ３が反射面１７の傾斜角度θ１に対応した傾斜角度θ３を有するように、光Ｌ３を偏向して反射できる。光Ｌ３を偏向できるため、例えば、液晶素子１、又は液晶層３を重合させて製造されたフィルムは、円偏光ビームスプリッター又は光アイソレーターとして応用可能である。
【００６４】
また、実施形態１によれば、入射面１３に対して非平行な反射面１７は、液晶の一般的な配向技術（例えば、光配向技術）を利用し、液晶分子１１の配向方向、ひいては、螺旋状構造体７の位相を制御することによって容易に形成できる。従って、液晶素子１を容易に製造できる。
【００６５】
さらに、実施形態１によれば、螺旋状構造体７の位相を制御することによって反射面１７を形成するため、螺旋状構造体７に欠陥又は不連続が発生することが抑制される。その結果、欠陥又は不連続に起因した光Ｌ３の異常を抑制できる。
【００６６】
さらに、実施形態１によれば、螺旋状構造体７の位相を制御することによって反射面１７を形成するため、液晶の一般的な配向技術を利用することによって、液晶層の表面の形状を成形する場合よりも容易に液晶素子１を製造できる。
【００６７】
さらに、実施形態１によれば、液晶材料を変更することによって、つまり、液晶分子１１の種類を変更することによって、ピッチｐ及びハーフピッチｈｐを容易に変更できる。例えば、ピッチｐ又はハーフピッチｈｐは、数１００ｎｍ以上数１００μｍ以下の範囲で変更できる。ピッチｐ又はハーフピッチｈｐを変更することによって、反射される光Ｌ３の波長λ及び波長幅Δλを容易に変更できる。
【００６８】
さらに、実施形態１によれば、螺旋状構造体７（複数の液晶分子１１）の螺旋の回転方向と同じ回転方向の円偏光を有する光Ｌ１を入射することにより、偏向した光Ｌ３を高い効率で取り出すことができる。
【００６９】
（変形例）
図４〜図６を参照して、本発明の実施形態１の変形例に係る液晶素子１について説明する。変形例に係る液晶素子１では、反射面１７の傾斜角度が大きい点で、図１〜図３を参照して説明した実施形態１に係る液晶素子１と異なる。以下、変形例が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【００７０】
図４は、変形例に係る液晶素子１を示す平面図である。図５は、変形例に係る液晶素子１を示す断面図である。図４に示すように、反射構造体としての液晶素子１において、螺旋状構造体７の周期Ｔ２は、図２を参照して説明した周期Ｔ１の略１／２である。従って、図５に示すように、入射面１３に対する反射面１７の傾斜角度θ２は、図１を参照して説明した傾斜角度θ１の略２倍になる。そして、反射面１７は、傾斜角度θ２に応じて光Ｌ３を反射する。変形例では、光Ｌ３の波面Ｆ３の入射面１３に対する傾斜角度θ４は、反射面１７の傾斜角度θ２と略同一である。従って、変形例に係る光Ｌ３の波面Ｆ３の傾斜角度θ４は、実施形態に係る光Ｌ３の波面Ｆ３の傾斜角度θ３の略２倍である。
【００７１】
図６は、変形例に係る液晶素子１の複数の螺旋状構造体７の位相分布を示す平面図である。図６では、第１方向Ａ１から液晶層３を見たときの位相分布が、液晶分子１１の回転角度で表される。また、図６では、周期Ｔ２の２倍の範囲の位相分布が示され、位相の表し方は、図３での位相の表し方と同じである。
【００７２】
図６に示すように、螺旋状構造体７の位相は、一方の周期Ｔ２の範囲（図中左側の周期Ｔ２の範囲）において、第２方向Ａ２に進むに従って、０度から徐々に１８０度に近づく。また、螺旋状構造体７の位相は、他方の周期Ｔ２の範囲（図中右側の周期Ｔ２の範囲）において、第２方向Ａ２に進むに従って、０度から徐々に１８０度に近づく。一方、第３方向Ａ３においては、螺旋状構造体７の位相は、揃っており（つまり、略一致しており）、変化していない。
【００７３】
以上、図１〜図６を参照して説明したように、実施形態１及び変形例によれば、螺旋状構造体７の周期Ｔを調整することによって、光Ｌ３の波面Ｆ３の傾斜角度θを容易に調整できる（式（１））。つまり、光Ｌ３の偏向方向を容易に調整できる。液晶の一般的な配向技術（例えば、光配向技術）を利用することによって、螺旋状構造体７の周期Ｔの長さを任意に設定できる。周期Ｔを大きくするほど傾斜角度θを小さくでき、周期Ｔを小さくするほど傾斜角度θを大きくできる。
【００７４】
（実施形態２）
図７〜図９を参照して、本発明の実施形態２に係る液晶素子１について説明する。実施形態２では、反射面１７が曲面である点で、実施形態１と異なる。以下、実施形態２が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【００７５】
図７は、実施形態２に係る液晶素子１を示す断面図である。図７に示すように、反射構造体としての液晶素子１は複数の反射面１７を有する。複数の反射面１７の各々は、複数の螺旋状構造体７のそれぞれに含まれる１つの第１端部Ｅ１を含む。複数の反射面１７は、互いに略平行であり、ハーフピッチｈｐに相当する一定間隔をおいて並んでいる。
【００７６】
反射面１７は、入射面１３に対して非平行である。実施形態２では、反射面１７は、入射面１３に対して傾斜しており、入射面１３に向かって凸状の曲面を形成している。反射面１７は、光Ｌ３の波面Ｆ３が反射面１７に対応して曲面になるように、光Ｌ３を反射する。つまり、反射面１７は、光Ｌ３が拡散するように光Ｌ３を反射する。
【００７７】
図８を参照して、反射面１７の詳細について説明する。図８は、複数の反射面１７を示す斜視図である。図８に示すように、複数の反射面１７は、ハーフピッチｈｐに相当する一定間隔をおいて、対称軸Ｂ１に沿って積み重なるように形成される。実施形態２では、対称軸Ｂ１は第１方向Ａ１に略平行である。反射面１７は対称軸Ｂ１に対して対称である。複数の反射面１７は、ドーム状の反射面１７ａと、切頭ドーム状の反射面１７ｂとを含む。
【００７８】
図７及び図９を参照して、空間的位相の観点から液晶素子１について説明する。図７に示すように、複数の螺旋状構造体７は、対称軸Ｂ１に対して対称になるように、対称軸Ｂ１を中心に放射状に配置される。径方向Ｒに沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相は異なる。径方向Ｒは、対称軸Ｂ１に略直交する方向であり、対称軸Ｂ１から離れる方向を向いている。径方向Ｒは、対称軸Ｂ１に略直交し、対称軸Ｂ１から離れる方向を向いている限り、３６０度のうちの任意の方向を取り得る。
【００７９】
径方向Ｒに沿って並んだ複数の螺旋状構造体７において、複数の第１端部Ｅ１は、曲線状（例えば、放物線状）に並んでいる。従って、反射面１７は曲面を形成する。換言すれば、反射面１７が曲面を形成するように、複数の螺旋状構造体７の位相が変化している。
【００８０】
図９（ａ）は、複数の螺旋状構造体７の位相分布を示す平面図である。図９（ａ）では、第１方向Ａ１から液晶層３を見たときの位相分布が、液晶分子１１の回転角度で表される。また、図９（ａ）での位相の表し方は、図３での位相の表し方と同じである。図９（ｂ）は、螺旋状構造体７の位相分布を示すグラフである。縦軸は、液晶分子１１の回転角度で表される位相を示し、横軸は、径方向Ｒに沿った液晶層３における位置を示す。
【００８１】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、複数の螺旋状構造体７の位相分布は、対称軸Ｂ１に対して対称であり、同心円状に形成される。また、螺旋状構造体７の位相は、径方向Ｒに沿って鋸歯状に変化する。螺旋状構造体７の周期Ｔの各々において、螺旋状構造体７の位相は、対称軸Ｂ１から径方向Ｒに向かうに従って、曲線状に０度から１８０度まで変化する。例えば、位相は、放物線状（つまり、２次関数的）に変化する。
【００８２】
実施形態２では、径方向Ｒに沿って位相が１８０度だけ変化するときの２つの螺旋状構造体７の間隔が、螺旋状構造体７の周期Ｔである。ある周期Ｔの終点での位相は１８０度と示され、次の周期Ｔの始点での周期は０度と示される。ただし、ある周期Ｔの終点は次の周期Ｔの始点であるため、ある周期Ｔの終点での液晶分子１１の配向方向と、次の周期Ｔの始点での液晶分子１１の配向方向とは同じである。周期Ｔは、対称軸Ｂ１から径方向Ｒに向かって段階的に小さくなる。周期Ｔが大きいほど位相の勾配は小さくなり、周期Ｔが小さいほど位相の勾配は大きくなる。
【００８３】
以上、図７〜図９を参照して説明したように、実施形態２によれば、反射面１７は入射面１３に対して非平行である。従って、実施形態１と同様に、鏡面反射する液晶素子と比較して、液晶素子１の応用範囲を拡張できる。その他、実施形態２は実施形態１と同様の効果を有する。
【００８４】
特に、実施形態２では、反射面１７は曲面を含む。従って、波面Ｆ３が曲面に沿うように、光Ｌ３を拡散して反射できる。光Ｌ３を拡散できるため、例えば、液晶素子１、又は液晶層３を重合させて製造されたフィルムは、ホログラフィック素子として応用可能である。また、反射面１７は、対称軸Ｂ１に対して対称である。従って、対称軸Ｂ１を中心に均等に光Ｌ３を拡散できる。
【００８５】
さらに、実施形態２によれば、螺旋状構造体７の周期Ｔを調整することによって、光Ｌ３の拡散の範囲（つまり、光Ｌ３の拡がる範囲）を容易に調整できる。液晶の一般的な配向技術（例えば、光配向技術）を利用することによって、螺旋状構造体７の周期Ｔの長さを任意に設定できる。周期Ｔを大きくするほど反射面１７の曲率半径が大きくなるため、光Ｌ３の拡散の範囲を狭くでき、周期Ｔを小さくするほど反射面１７の曲率半径が小さくなるため、光Ｌ３の拡散の範囲を拡げることができる。例えば、光Ｌ３の拡散の範囲としての視野角特性を容易に調整できるため、液晶素子１、又は液晶層３を重合させて製造されたフィルムをディスプレイに応用する場合に好適である。
【００８６】
さらに、実施形態２によれば、螺旋状構造体７の位相分布が、対称軸Ｂ１に対して対称になるように、鋸歯状に形成されている。そして、鋸歯状の位相分布に対応して、ドーム状の反射面１７ａと切頭ドーム状の反射面１７ｂとが積み重なっている。従って、更に効果的に光Ｌ３を拡散して反射できる。
【００８７】
さらに、実施形態２によれば、螺旋状構造体７の位相を制御することによって反射面１７を形成して光Ｌ３を拡散させる。従って、螺旋状構造体の螺旋軸の方向をばらつかせて配置することによって光を拡散する場合と比較して、螺旋状構造体７に欠陥又は不連続が発生することが抑制される。その結果、欠陥又は不連続に起因した光Ｌ３の異常を抑制できる。
【００８８】
さらに、実施形態２によれば、螺旋状構造体７の位相を制御することによって反射面１７を形成して光Ｌ３を拡散させる。従って、液晶層の表面の形状を成形することによって光を拡散させる場合よりも、液晶の一般的な配向技術を利用することによって容易に液晶素子１を製造できる。
【００８９】
さらに、実施形態２によれば、螺旋状構造体７（複数の液晶分子１１）の螺旋の回転方向と同じ回転方向の円偏光を有する光Ｌ１を入射することにより、拡散した光Ｌ３を高い効率で取り出すことができる。
【００９０】
（実施形態３）
図１０〜図１２を参照して、本発明の実施形態３に係る液晶素子１について説明する。実施形態３では、反射面１７が凸凹形状である点で、実施形態１と異なる。以下、実施形態３が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【００９１】
図１０は、実施形態３に係る液晶素子１を示す断面図である。図１０に示すように、反射構造体としての液晶素子１は複数の反射面１７を有する。複数の反射面１７の各々は、複数の螺旋状構造体７のそれぞれに含まれる１つの第１端部Ｅ１を含む。複数の反射面１７は、互いに略平行であり、ハーフピッチｈｐに相当する一定間隔をおいて並んでいる。反射面１７は、入射面１３に対して非平行である。実施形態３では、反射面１７は、凸凹形状を有しており、光Ｌ３を拡散する。
【００９２】
図１１を参照して、第１方向Ａ１から液晶素子１を見たときの液晶素子１について説明する。図１１は、液晶素子１を示す平面図である。図１１では、図面の簡略化のため、基板５Ｕ及び基板５Ｌを省略し、入射面１３が示されている。図１１に示すように、複数の螺旋状構造体７は、第２方向Ａ２及び第３方向Ａ３それぞれに沿って並んでいる。
【００９３】
図１０〜図１２を参照して、空間的位相の観点から液晶素子１について説明する。図１０及び図１１に示すように、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相は第２方向Ａ２に沿って異なり、第３方向Ａ３に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相は第３方向Ａ３に沿って異なる。実施形態３では、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相は、第２方向Ａ２に沿って不規則に変化し、第３方向Ａ３に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相は、第３方向Ａ３に沿って不規則に変化している。従って、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７において、複数の第１端部Ｅ１は、不規則に並んでおり、第３方向Ａ３に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７において、複数の第１端部Ｅ１は、不規則に並んでいる。その結果、反射面１７は、凸凹形状を有しており、入射面１３に対して非平行である。換言すれば、反射面１７が凸凹形状を有するように、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相と第３方向Ａ３に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相とが変化している。
【００９４】
図１２は、複数の螺旋状構造体７の位相分布を示す平面図である。図１２では、第１方向Ａ１から液晶層３を見たときの位相分布が、液晶分子１１の回転角度で表される。また、図１２での位相の表し方は、図３での位相の表し方と同じである。図１２に示すように、螺旋状構造体７の位相は不規則に分布している。例えば、螺旋状構造体７の位相はランダムに分布している。
【００９５】
以上、図１０〜図１２を参照して説明したように、実施形態３によれば、反射面１７は入射面１３に対して非平行である。従って、実施形態１と同様に、鏡面反射する液晶素子と比較して、液晶素子１の応用範囲を拡張できる。その他、実施形態３は実施形態１と同様の効果を有する。
【００９６】
特に、実施形態３では、反射面１７は凸凹形状を有する。従って、光Ｌ１の入射角に依存することなく、凸凹形状に応じて光Ｌ３を拡散できる。つまり、微細な周期で各螺旋状構造体７の位相を変化させることで、光Ｌ１の入射角に依存することなく、光Ｌ３を拡散できる。例えば、液晶素子１、又は液晶層３を重合させて製造されたフィルムは、視野角特性のない光反射フィルム若しくはスクリーンとして応用したり、真正性を識別するために応用したりすることが可能である。
【００９７】
また、反射される光Ｌ３の波長帯域が、近赤外線を示す波長帯域になるように、液晶層３を形成する。つまり、反射される光Ｌ３の波長帯域が、近赤外線を示す波長帯域になるように、ピッチｐと屈折率ｎｅと屈折率ｎｏとを設定する。この場合、液晶層３は、例えば、熱線（例えば、太陽光）を効果的に反射できる。従って、例えば、液晶層３を重合させて製造されたフィルムを、窓に貼付する熱線反射フィルムとして効果的に利用できる。近赤外線を示す波長帯域は、例えば、０．７５μｍ以上１．４μｍ以下の範囲である。
【００９８】
また、実施形態３によれば、微細な周期で各螺旋状構造体７の位相を変化させて、凸凹形状の反射面１７を形成することで、モルフォ蝶の鱗粉による光反射原理を再現できる。
【００９９】
さらに、実施形態３によれば、液晶の一般的な配向技術（例えば、光配向技術）を利用し、液晶分子１１の配向方向、ひいては、螺旋状構造体７の位相を制御することによって、凸凹形状を有する反射面１７を容易に形成できる。従って、光Ｌ３を拡散できる液晶素子１を容易に製造できる。
【０１００】
さらに、実施形態３によれば、螺旋状構造体７（複数の液晶分子１１）の螺旋の回転方向と同じ回転方向の円偏光を有する光Ｌ１を入射することにより、拡散した光Ｌ３を高い効率で取り出すことができる。
【０１０１】
（実施形態４）
図１３〜図１７を参照して、本発明の実施形態４に係る液晶素子１について説明する。実施形態４では、反射面１７が螺旋面を形成している点で、実施形態１と異なる。以下、実施形態４が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【０１０２】
図１３は、実施形態４に係る液晶素子１を示す断面図である。図１４は、液晶素子１の反射面１７を示す斜視図である。図１３及び図１４に示すように、に示すように、反射構造体としての液晶素子１は反射面１７を有する。反射面１７は、螺旋軸Ｂ２の周りに螺旋面を形成しており、複数の螺旋状構造体７のそれぞれに含まれる１以上の第１端部Ｅ１を含む。螺旋軸Ｂ２は第１方向Ａ１に略平行である。ただし、螺旋軸Ｂ２は第１方向Ａ１に対して傾斜していてもよい。
【０１０３】
反射面１７は、光Ｌ３の波面Ｆ３が反射面１７に対応して螺旋面になるように、光Ｌ３を反射する。つまり、反射面１７は、光Ｌ３を光渦として反射する。光渦とは、特異点を有し、等位相面が螺旋面を形成する光のことである。特異点では光強度が０である。実施形態４では、螺旋軸Ｂ２上に特異点が存在する。
【０１０４】
図１５〜図１７を参照して、空間的位相の観点から液晶素子１について説明する。図１５は、液晶分子１１の配向方向を示す平面図である。図１５では、反射面１７における液晶分子１１を示している。図１５に示すように、液晶分子１１は、特異点Ｐの周りに、２π（ラジアン）だけ回転している。従って、複数の螺旋状構造体７の位相は、特異点Ｐの周りに２πだけ変化している。その結果、光Ｌ３の位相は４πだけ変化する。
【０１０５】
図１６は、複数の螺旋状構造体７の位相分布を示す平面図である。図１６では、第１方向Ａ１から液晶層３を見たときの位相分布が、液晶分子１１の回転角度で表される。また、図１６での位相の表し方は、図３での位相の表し方と同じである。図１６に示すように、複数の螺旋状構造体７の位相が、特異点Ｐの周りに２πだけ変化している。
【０１０６】
ただし、複数の螺旋状構造体７の位相は、特異点Ｐの周りにｎπ（ラジアン）だけ変化していてもよい。ｎは１以上の整数を示す。つまり、液晶分子１１は、特異点Ｐの周りに、ｎπだけ回転していてもよい。この場合、光Ｌ３の位相は２ｎπだけ変化する。以下に、液晶分子１１が特異点Ｐの周りにπだけ回転している例と、液晶分子１１が特異点Ｐの周りに３πだけ回転している例とを説明する。
【０１０７】
図１７（ａ）は、液晶分子１１の配向方向を示す平面図である。図１７（ａ）に示すように、液晶分子１１が特異点Ｐの周りにπだけ回転している。従って、複数の螺旋状構造体７の位相は、特異点Ｐの周りにπだけ変化している。その結果、光Ｌ３の位相は２πだけ変化する。
【０１０８】
図１７（ｂ）は、液晶分子１１の配向方向を示す平面図である。図１７（ｂ）に示すように、液晶分子１１が特異点Ｐの周りに３πだけ回転している。従って、複数の螺旋状構造体７の位相は、特異点Ｐの周りに３πだけ変化している。その結果、光Ｌ３の位相は６πだけ変化する。
【０１０９】
以上、図１３〜図１７を参照して説明したように、実施形態４によれば、反射面１７は入射面１３に対して非平行である。従って、実施形態１と同様に、鏡面反射する液晶素子と比較して、液晶素子１の応用範囲を拡張できる。その他、実施形態４は実施形態１と同様の効果を有する。
【０１１０】
特に、実施形態４では、反射面１７は螺旋面を含む。従って、光Ｌ３を光渦として反射できる。液晶素子１を利用することで、簡素な構成の光学系によって光渦を生成できる。また、ピッチｐに応じた波長の光Ｌ１を入射することで、光渦としての光Ｌ３を生成できるため、螺旋が取り得るピッチｐに応じた広範な波長の光Ｌ３を利用できる。従って、単一波長でのみ光渦を生成できる素子と比較して、光学系の制約を受けず、容易に光渦を生成できる。また、中心波長λの光Ｌ１だけでなく、波長幅Δλに収まる光Ｌ１も利用できるため、更に容易に光渦を生成できる。例えば、光渦はレーザー加工又は顕微鏡下での細胞の操作に用いられるため、液晶素子１、又は液晶層３を重合させて製造されたフィルムは、これらの分野で好適に利用できる。
【０１１１】
また、実施形態４によれば、液晶の一般的な配向技術（例えば、光配向技術）を利用し、液晶分子１１の配向方向、ひいては、螺旋状構造体７の位相を制御することによって、螺旋面を有する反射面１７を容易に形成できる。従って、光渦を生成するための液晶素子１を容易に製造できる。
【０１１２】
さらに、実施形態４によれば、螺旋状構造体７（複数の液晶分子１１）の螺旋の回転方向と同じ回転方向の円偏光を有する光Ｌ１を入射することにより、光渦としての光Ｌ３を高い効率で取り出すことができる。
【０１１３】
（実施形態５）
図１８を参照して、本発明の実施形態５に係る液晶素子１について説明する。実施形態５では、螺旋状構造体７の各々において螺旋のピッチｐが異なっている点で、実施形態１と異なる。以下、実施形態５が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【０１１４】
図１８は、本発明の実施形態５に係る液晶素子１を示す断面図である。図１８に示すように、反射構造体としての液晶素子１は液晶層３を備える。液晶層３は複数の螺旋状構造体７を含む。螺旋状構造体７の各々は複数の構造単位９を含む。また、液晶素子１は複数の反射面１７を有する。
【０１１５】
螺旋状構造体７の各々において、螺旋のハーフピッチｈｐは異なっている。具体的には、螺旋状構造体７の各々において、入射面１３から離れるにしたがって、螺旋のハーフピッチｈｐは大きくなる。同様に、螺旋状構造体７の各々において、螺旋のピッチｐは異なっている。具体的には、螺旋状構造体７の各々において、入射面１３から離れるにしたがって、螺旋のピッチｐは大きくなる。
【０１１６】
複数の反射面１７は、互いに略平行であり、ハーフピッチｈｐに相当する間隔をおいて並んでいる。ハーフピッチｈｐは入射面１３から離れるに従って大きくなるため、隣り合う反射面１７の間隔は、入射面１３から離れるに従って大きくなる。
【０１１７】
反射面１７の各々は、複数の螺旋状構造体７のそれぞれに含まれる１つの第１端部Ｅ１を含む。また、反射面１７の各々は、第１方向Ａ１に交差するとともに、ブラッグの法則に従って、入射面１３から入射した光Ｌ１のうちの光Ｌ３を選択的に反射する。この場合、螺旋状構造体７の各々においてピッチｐが異なっているため、反射光の波長幅Δλはピッチｐごとに異なる。従って、反射される光Ｌ３の波長幅は、ピッチｐごとの波長幅Δλの合計になり、広範囲になる。つまり、複数の反射面１７は、広帯域の光Ｌ３を反射する。例えば、複数の反射面１７は、白色光として光Ｌ３を反射する。
【０１１８】
以上、図１８を参照して説明したように、実施形態５によれば、反射面１７は入射面１３に対して非平行である。従って、実施形態１と同様に、鏡面反射する液晶素子と比較して、液晶素子１の応用範囲を拡張できる。その他、実施形態５は実施形態１と同様の効果を有する。
【０１１９】
特に、実施形態５では、複数の螺旋状構造体７の各々において、螺旋のハーフピッチｈｐが異なり、及び／又は螺旋のピッチｐが異なる。その結果、容易に広帯域の光Ｌ３（例えば、白色光）を生成できる。
【０１２０】
さらに、実施形態５によれば、螺旋状構造体７（複数の液晶分子１１）の螺旋の回転方向と同じ回転方向の円偏光を有する光Ｌ１を入射することにより、広帯域の光Ｌ３（例えば、白色光）を高い効率で取り出すことができる。
【０１２１】
（実施形態６）
図１９を参照して、本発明の実施形態６に係る液晶素子１について説明する。実施形態６に係る液晶素子１では、液晶層３が２つの領域（第１領域３Ａ及び第２領域３Ｂ）を有する点で、実施形態１に係る液晶素子１と異なる。以下、実施形態６が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【０１２２】
図１９は、実施形態６に係る液晶素子１を示す断面図である。図１９では、図面の簡略化のため、螺旋状構造体７を省略している。図１９に示すように、反射構造体としての液晶素子１は、液晶層３と、基板５Ｕと、基板５Ｌとを備える。液晶層３には、第１領域３Ａと第２領域３Ｂとが形成される。第１領域３Ａと第２領域３Ｂとは第１方向Ａ１に沿って並んで形成され、基板５Ｕと基板５Ｌとに挟まれる。液晶素子１は、入射面１３（第１入射面）と入射面１９（第２入射面）とを有する。入射面１３は、複数の螺旋状構造体７のそれぞれの両端部のうちの一方端部ｅ１（具体的には、一方端部ｅ１に位置する液晶分子１１）を含む。入射面１３は第１方向Ａ１に交差し、入射面１３には光が入射する。入射面１９は、複数の螺旋状構造体７のそれぞれの両端部のうちの他方端部ｅ２（具体的には、他方端部ｅ２に位置する液晶分子１１）を含む。入射面１９は第１方向Ａ１に交差し、入射面１９には光が入射する。
【０１２３】
第１領域３Ａの反射面１７（つまり、入射面１３の側の反射面１７）の構造と第２領域３Ｂの反射面１７（つまり、入射面１９の側の反射面１７）の構造とは異なる。例えば、第１領域３Ａの反射面１７と第２領域３Ｂの反射面１７とは非平行である。実施形態６では、第１領域３Ａの反射面１７は、実施形態１の反射面１７と同様である。第２領域３Ｂの反射面１７は、実施形態２の反射面１７と同様である。ただし、第２領域３Ｂの反射面１７の湾曲方向は、実施形態２の反射面１７の湾曲方向と逆である。また、入射面１３の側の反射面１７は、入射面１３から入射した光を反射し、入射面１９の側の反射面１７は、入射面１９から入射した光を反射する。
【０１２４】
具体的には、第１領域３Ａにおける螺旋状構造体７の構造と第２領域３Ｂにおける螺旋状構造体７の構造とは異なる。例えば、基板５Ｕに基づく液晶分子１１の配向処理と基板５Ｌに基づく液晶分子１１の配向処理とを異ならせることによって、第１領域３Ａにおける螺旋状構造体７の構造と第２領域３Ｂにおける螺旋状構造体７の構造とを異ならせる。つまり、基板５Ｕに対するパターニングと基板５Ｌに対するパターニングとを異ならせることによって、第１領域３Ａにおける螺旋状構造体７の構造と第２領域３Ｂにおける螺旋状構造体７の構造とを異ならせる。空間的位相の観点から説明すると、第１領域３Ａにおける螺旋状構造体７の位相のパターンと第２領域３Ｂにおける螺旋状構造体７の位相のパターンとが異なる。
【０１２５】
また、第１領域３Ａにおける螺旋状構造体７（複数の液晶分子１１）の螺旋の回転方向と、第２領域３Ｂにおける螺旋状構造体７（複数の液晶分子１１）の螺旋の回転方向とは同じである。基板５Ｕ及び入射面１３から、第１領域３Ａにおける螺旋の回転方向と同じ円偏光の光を入射するとともに、基板５Ｌ及び入射面１９から、第２領域３Ｂにおける螺旋の回転方向と同じ円偏光の光を入射する。その結果、第１領域３Ａの反射面１７の特性に応じた反射光と第２領域３Ｂの反射面１７の特性に応じた反射光との双方を、単一の液晶素子１から取り出すことができる。
【０１２６】
なお、第１領域３Ａの反射面１７の構造と第２領域３Ｂの反射面１７の構造とが異なる限り、第１領域３Ａの反射面１７は、実施形態１（変形例を含む。）〜実施形態５のいずれかの反射面１７であってよいし、第２領域３Ｂの反射面１７は、実施形態１（変形例を含む。）〜実施形態５のいずれかの反射面１７であってよい。
【０１２７】
以上、図１９を参照して説明したように、実施形態６によれば、液晶素子１は第１領域３Ａと第２領域３Ｂとを備えている。従って、第１領域３Ａの反射面１７の特性と第２領域３Ｂの反射面１７の特性との双方を有する液晶素子１を提供できる。
【０１２８】
（実施形態７）
図１及び図２０を参照して、本発明の実施形態７に係る液晶素子１について説明する。実施形態７に係る液晶素子１では、液晶層３をコレステリックブルー相により形成する点で、実施形態１に係る液晶素子１と異なる。つまり、実施形態７では、複数の螺旋状構造体７はコレステリックブルー相を形成する。以下、実施形態７が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【０１２９】
図２０は、実施形態７に係る液晶素子１の構造単位９Ａを示す斜視図である。図１及び図２０に示すように、反射構造体としての液晶素子１において、螺旋状構造体７の各々は、実施形態１に係る複数の構造単位９に代えて、複数の構造単位９Ａを含む。構造単位９Ａの各々は、コレステリックブルー相により形成される。
【０１３０】
構造単位９Ａの各々は、立方体状であり、第１方向Ａ１に沿って延びる２重ねじれシリンダーＴＷ、第２方向Ａ２方向に沿って延びる２重ねじれシリンダーＴＷ、及び第３方向Ａ３に沿って延びる２重ねじれシリンダーＴＷを含む。第１方向Ａ１に沿って延びる２重ねじれシリンダーＴＷは、第１方向Ａ１に沿って螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の液晶分子（複数の要素）を含む。第２方向Ａ２に沿って延びる２重ねじれシリンダーＴＷは、第２方向Ａ２に沿って螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の液晶分子（複数の要素）を含む。第３方向Ａ３に沿って延びる２重ねじれシリンダーＴＷは、第３方向Ａ３に沿って螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の液晶分子（複数の要素）を含む。
【０１３１】
以上、図１及び図２０を参照して説明したように、実施形態７によれば、実施形態１と同様に、反射面１７は入射面１３に対して非平行である。従って、実施形態１と同様に、鏡面反射する液晶素子と比較して、液晶素子１の応用範囲を拡張できる。その他、実施形態７は実施形態１と同様の効果を有する。
【０１３２】
また、実施形態２〜実施形態６の液晶素子１の各々が、構造単位９に代えて、構造単位９Ａを含んでもよい。この場合は、実施形態２〜実施形態６のそれぞれの液晶素子１と同様の効果を有する。
【０１３３】
（実施形態８）
図１を参照して、本発明の実施形態８に係るフィルム（以下、「本フィルム」と記載する。）について説明する。本フィルムは、実施形態１（変形例を含む。）に係る液晶素子１の液晶層３に基づいて形成される。
【０１３４】
図１に示すように、反射構造体としての本フィルムは、例えば、液晶層３の複数の螺旋状構造体７を重合させることによって形成される。具体的には、本フィルムは、液晶層３を構成する複数の液晶分子１１を重合させることによって形成される。この場合、例えば、液晶層３に光を照射することによって、複数の液晶分子１１を重合させる。
【０１３５】
又は、反射構造体としての本フィルムは、例えば、所定の温度又は所定の濃度において液晶状態を示す高分子液晶材料を、液晶状態において実施形態１（変形例を含む）に係る複数の螺旋状構造体７を形成するように配向制御し、その後配向を維持したまま固体に転移させることで形成される。
【０１３６】
重合又は固体への転移によって、本フィルムでは、隣り合う螺旋状構造体７は、螺旋状構造体７の配向を維持したまま、つまり、螺旋状構造体７の位相を維持したまま、互いに結合している。その結果、本フィルムでは、各液晶分子１１の配向方向が固定されている。なお、本フィルムは、基板５Ｕ及び基板５Ｌを含まない。
【０１３７】
本フィルムと同様にして、実施形態２〜実施形態７に係る液晶素子１の液晶層３に基づいて、本発明の実施形態に係る反射構造体としてのフィルムを形成できる。
【０１３８】
実施形態８によれば、本フィルム及びこれらのフィルムは、実施形態１〜実施形態７のそれぞれの液晶素子１と同様の効果を有する。
【０１３９】
（実施形態９）
図２１を参照して、本発明の実施形態９に係る光アイソレーター１００について説明する。図２１は、実施形態９に係る光アイソレーター１００を示す図である。図２１に示すように、光アイソレーター１００は、順方向ＦＤに進む光Ｓ１を透過し、順方向ＦＤの逆方向ＢＤに進む光Ｓ４を反射する。順方向ＦＤとは、光源５１（例えば、レーザー）からターゲット５３（例えば、光ファイバー）に向かう方向のことである。
【０１４０】
具体的には、光アイソレーター１００は、実施形態１に係る液晶素子１を備える。液晶素子１の各螺旋状構造体７の液晶分子１１は右回りに旋回している。光源５１は、直線偏光の光Ｓ１を順方向ＦＤに出射し、光Ｓ１を液晶素子１に照射する。液晶素子１は、光Ｓ１のうち右円偏光の光Ｓ３を反射する。また、液晶素子１は、光Ｓ１のうち左円偏光の光Ｓ２を透過し、ターゲット５３に向けて順方向ＦＤに出射する。光Ｓ２のうちターゲット５３によって右円偏光となって反射された光Ｓ４は、逆方向ＢＤに進み、液晶素子１に入射する。液晶素子１は、入射した光Ｓ４を光Ｓ５として反射する。
【０１４１】
なお、液晶素子１の各螺旋状構造体７の液晶分子１１は左回りに旋回していてもよい。この場合は、光Ｓ３、光Ｓ４、及び光Ｓ５は左円偏光を有し、光Ｓ２は右円偏光を有する。また、光アイソレーター１００は、液晶素子１に代えて、実施形態８に係るフィルムを含んでもよい。
【０１４２】
以上、図２１を参照して説明したように、実施形態９によれば、実施形態１に係る液晶素子１、又は実施形態８に係るフィルムを使用することにより、簡素な構成により、光アイソレーター１００を実現できる。
【０１４３】
（実施形態１０〜実施形態１２）
図２２（ａ）を参照して、本発明の実施形態１０に係るスクリーン２００について説明する。図２２（ａ）は、実施形態１０に係るスクリーン２００を示す斜視図である。スクリーン２００は、フィルム６１と、ガラス基板６３とを備える。フィルム６１はガラス基板６３の表面に貼付される。フィルム６１は、実施形態８に係るフィルムである。スクリーン２００は、例えば、ウェアラブルデバイスのディスプレイとして利用できる。
【０１４４】
図２２（ｂ）を参照して、本発明の実施形態１１に係るビームスプリッター３００について説明する。図２２（ｂ）は、実施形態１１に係るビームスプリッター３００を示す側面図である。ビームスプリッター３００は液晶素子１を備える。液晶素子１は実施形態１に係る液晶素子１である。液晶素子１の各螺旋状構造体７の液晶分子１１は右回りに旋回している。液晶素子１は、直線偏光の入射光７１のうちの右円偏光の光７３を反射し、入射光７１のうちの左円偏光の光７５を透過及び出射する。なお、液晶素子１の各螺旋状構造体７の液晶分子１１は左回りに旋回していてもよい。この場合は、光７３は左円偏光を有し、光７５は右円偏光を有する。ビームスプリッター３００は、例えば、偏光分離素子として利用できる。
【０１４５】
図２２（ｃ）を参照して、本発明の実施形態１２に係るガラス板４００について説明する。図２２（ｃ）は、実施形態１２に係るガラス板を示す側面図である。ガラス板４００は、フィルム８１と、ガラス８３とを備える。フィルム８１は、ガラス８３に貼付される。フィルム８１は、実施形態８に係るフィルムである。フィルム８１は、入射光８５の一部を反射光８７として反射する。この場合、フィルム８１は、反射光８７を入射光８５の入射方向と略逆方向に反射する。又は、フィルム８１は、入射光８５の入射角度に依存することなく、入射光８５の一部を反射光８７として反射する。
【０１４６】
例えば、ガラス板４００は、自動車又は建造物の窓ガラスとして利用できる。この場合、熱線としての入射光８５が入射したときに、熱線としての反射光８７の反射方向を制御して、人間が反射光８７を浴びないようにすることができる。また、熱線としての反射光８７を、人間が反射光８７を浴びないように、特定の方向に集光したりできる。また、例えば、ガラス板４００を、高い視野角特性を有する透過率の透明型プロジェクタースクリーンとして利用できる。
【０１４７】
（実施形態１３）
図２３を参照して、本発明の実施形態１３に係る機器５００について説明する。機器５００は、液晶素子１と、刺激付与部９１と、制御部９３とを備える。液晶素子１は、実施形態１〜実施形態７に係る液晶素子１のいずれかである。なお、機器５００は、液晶素子１に代えて、実施形態８に係るフィルムを備えていてもよい。
【０１４８】
制御部９３は、刺激付与部９１を制御する。制御部９３は、例えば、コンピューターである。例えば、刺激付与部９１は、制御部９３の制御を受けて、液晶素子１に電気的刺激を付与する（例えば、電圧又は電流の印加）。液晶素子１は、電気的刺激に応答し、複数の螺旋状構造体７の配向又は位相を変化させる。例えば、刺激付与部９１は、制御部９３の制御を受けて、液晶素子１に光刺激を付与する（例えば、光の照射）。液晶素子１は、光刺激に応答し、複数の螺旋状構造体７の配向又は位相を変化させる。例えば、刺激付与部９１は、制御部９３の制御を受けて、液晶素子１に機械的刺激を付与する（例えば、応力の印加）。液晶素子１は、機械的刺激に応答し、複数の螺旋状構造体７の配向又は位相を変化させる。例えば、刺激付与部９１は、制御部９３の制御を受けて、液晶素子１に化学的刺激を付与する（例えば、化学反応の誘起）。液晶素子１は、化学的刺激に応答し、複数の螺旋状構造体７の配向又は位相を変化させる。
【０１４９】
以上、図２３を参照して説明したように、実施形態１３によれば、刺激を付与することによって、液晶素子１又はフィルムの特性を動的に制御できる。なお、刺激の付与によって、複数の螺旋状構造体７の位相を、同一位相から異なる位相になるように制御してもよいし、異なる位相から同一位相になるように制御してもよいし、異なる位相から他の異なる位相になるように制御してもよい。
【０１５０】
（実施形態１４）
図２４を参照して、本発明の実施形態１４に係る機器５００Ａについて説明する。機器５００Ａは、反射構造体としての液晶素子１Ａと、制御部３３とを備える。液晶素子１Ａは、複数のユニット２９を含む。複数のユニット２９は、敷き詰めて配置されている。ユニット２９の各々は略円柱状である。ユニット２９の各々は、略円柱状の螺旋状構造体ユニット３０と、略円柱状の支持体３１と、略円柱状の回転体３２とを含む。螺旋状構造体ユニット３０の底面の直径と支持体３１の上面の直径とは略同一である。支持体３１の底面の直径と回転体３２の上面の直径とは略同一である。複数のユニット２９において、螺旋状構造体ユニット３０の底面に対する上面に高さは略同一であり、支持体３１の底面に対する上面の高さは略同一であり、回転体３２の底面に対する上面の高さは略同一である。
【０１５１】
螺旋状構造体ユニット３０の各々は複数の螺旋状構造体７を含む。つまり、複数の螺旋状構造体７が螺旋状構造体ユニット３０を構成している。螺旋状構造体ユニット３０の各々において、複数の螺旋状構造体７は液晶層３を形成する。螺旋状構造体７の構成は、実施形態１に係る螺旋状構造体７の構成と同様である。以下、実施形態１の説明で使用した参照符号を使用して、実施形態１４を説明する。ただし、図２４では、図面の簡略化のため、液晶素子１Ａの各構成要素の図示を適宜省略している。
【０１５２】
螺旋状構造体ユニット３０の各々は基板５Ｕ及び基板５Ｌを含む。螺旋状構造体ユニット３０の各々は微小入射面及び微小出射面を有する。微小入射面は基板５Ｕに略平行であり、微小出射面は基板５Ｌに略平行である。複数の微小入射面によって入射面１３が形成され、複数の微小出射面によって出射面１５が形成される。また、液晶素子１Ａは、単数又は複数の反射面１７を有する。反射面１７は入射面１３と出射面１５との間に位置している。
【０１５３】
螺旋状構造体ユニット３０の各々は、単数又は複数の微小反射面を有する。反射面１７は、複数の螺旋状構造体ユニット３０のそれぞれに含まれる少なくとも１つの微小反射面を含む。そして、反射面１７では、複数の螺旋状構造体ユニット３０にわたって、反射面１７に位置する複数の液晶分子１１の配向方向は揃っている。換言すれば、反射面１７では、複数の螺旋状構造体ユニット３０にわたって、複数のダイレクターが揃っている。
【０１５４】
１つの螺旋状構造体ユニット３０に含まれる複数の螺旋状構造体７の位相は同じである。また、複数の螺旋状構造体ユニット３０のうち少なくとも２つの螺旋状構造体ユニット３０の位相は異なっている。その結果、反射面１７は、入射面１３に対して非平行である。螺旋状構造体ユニット３０の位相とは、螺旋状構造体７の位相のことである。
【０１５５】
複数の支持体３１は、複数の螺旋状構造体ユニット３０に対応して配置される。支持体３１の各々は、対応する螺旋状構造体ユニット３０を支持する。つまり、支持体３１の上面に螺旋状構造体ユニット３０の底面が固定されている。
【０１５６】
複数の回転体３２は、複数の支持体３１に対応して配置されている。回転体３２は、対応する支持体３１を回転させる。具体的には、回転体３２は、回転体３２の軸線ＡＸの回りに、回転方向Ｒ１と回転方向Ｒ２とに回転可能である。回転体３２が回転方向Ｒ１に回転すると、支持体３１及び螺旋状構造体ユニット３０が回転方向Ｒ１に回転する。一方、回転体３２が回転方向Ｒ２に回転すると、支持体３１及び螺旋状構造体ユニット３０が回転方向Ｒ２に回転する。複数の回転体３２は、互いに依存することなく、個別に回転可能である。
【０１５７】
回転体３２は、例えば、マイクロモーターである。複数のマイクロモーターは、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）として形成される。
【０１５８】
制御部３３は、回転体３２の各々を駆動し、回転体３２を回転させる。制御部３３は、例えば、コンピューターである。制御部３３は、複数の回転体３２を個別に制御可能である。従って、制御部３３は、回転体３２ごとに、回転体３２の回転角度を制御する。
【０１５９】
次に、図２４を参照して、螺旋状構造体ユニット３０の位相の制御について説明する。複数の螺旋状構造体ユニット３０の初期状態では、複数の螺旋状構造体ユニット３０の位相は同じである。
【０１６０】
制御部３３は、回転体３２を制御することによって、螺旋状構造体ユニット３０ごとに、支持体３１を介して螺旋状構造体ユニット３０の回転角度を制御する。そして、制御部３３は、螺旋状構造体ユニット３０ごとに割り当てられた回転角度（以下、「個別回転角度」と記載する。）で、螺旋状構造体ユニット３０の各々を停止させる。従って、螺旋状構造体ユニット３０の各々の位相が、個別回転角度に対応した位相に設定される。つまり、制御部３３は、複数の螺旋状構造体ユニット３０の位相を個別に制御できる。
【０１６１】
以上、図２４を参照して説明したように、実施形態１４によれば、回転体３２は、支持体３１を回転させて、螺旋状構造体ユニット３０を回転させる。従って、制御部３３は、複数の回転体３２を制御することによって複数の螺旋状構造体ユニット３０の位相を個別に制御し、入射面１３に対する反射面１７の姿勢を制御したり、反射面１７の形状を制御したりすることができる。つまり、実施形態１４では、螺旋状構造体ユニット３０の位相及び反射面１７は可変である。その結果、１つの液晶素子１Ａによって、異なる反射特性を有する反射面１７を形成でき、液晶素子１Ａの応用範囲を更に拡張できる。換言すれば、反射面１７が反射する光の波面を動的に制御できる。
【０１６２】
なお、複数の螺旋状構造体ユニット３０の位相を同じに設定することもできるし、複数の螺旋状構造体ユニット３０のうち、少なくとも２つの螺旋状構造体ユニット３０の位相を異ならせることもできる。少なくとも２つの螺旋状構造体ユニット３０の位相が異なっていると、反射面１７は入射面１３に対して非平行である。
【０１６３】
また、螺旋状構造体ユニット３０の各々は、基板５Ｕ及び基板５Ｌを含まなくてもよい。そして、螺旋状構造体ユニット３０の各々は、フィルムを含んでもよい。フィルムは、実施形態８に係るフィルムと同様にして形成される。
【０１６４】
さらに、螺旋状構造体ユニット３０の各々は、単数の螺旋状構造体７を含んでいてもよい。つまり、単数の螺旋状構造体７が螺旋状構造体ユニット３０を構成していてもよい。そして、反射面１７は、複数の螺旋状構造体７のそれぞれに含まれる少なくとも１つの第１端部Ｅ１を含む。従って、反射面１７の各々では、複数の螺旋状構造体７にわたって、反射面１７に位置する複数の液晶分子１１の配向方向は揃っている。換言すれば、反射面１７の各々では、複数の螺旋状構造体７にわたって、複数のダイレクターが揃っている。
【０１６５】
さらに、螺旋状構造体ユニット３０、支持体３１、及び回転体３２の形状は、円柱状に限定されず、任意の形状を取り得る。また、液晶素子１Ａは、実施形態１３の液晶素子１（図２３）として使用することができる。
【０１６６】
（実施形態１５）
図２５及び図２６を参照して、本発明の実施形態１５に係る液晶素子１、製造装置、及び製造方法について説明する。実施形態１５に係る液晶素子１は、ホログラム素子として機能する点で、実施形態１に係る液晶素子１と異なる。具体的には、実施形態１５の反射面の形状及び螺旋状構造体の位相が、実施形態１の反射面１７の形状及び螺旋状構造体７の位相と異なる。実施形態１５の螺旋状構造体の構造は、実施形態１の螺旋状構造体７の構造と同様である。また、実施形態１５の反射面は、実施形態１の反射面１７と同様に、入射面に対して非平行である。以下、実施形態１５が実施形態１と異なる点を主に説明する。また、理解を容易にするために、実施形態１の説明で使用した参照符号を使用して、実施形態１４を説明する。
【０１６７】
まず、図２５を参照して、実施形態１５に係る液晶素子１の製造装置１０１の構成を説明する。図２５は、製造装置１０１を示すブロック図である。図２５に示すように、製造装置１０１は、反射構造体としての液晶素子１を製造する。液晶素子１の反射面１７は、入射面１３から入射した光を反射し、光に対応する仮想物体の像を形成する。具体的には、反射面１７は、入射面１３から入射した光Ｌ１を反射し、光Ｌ１のうちの光Ｌ３を選択的に反射して、光Ｌ３に対応する仮想物体の像を形成する。仮想物体は物体の一例である。仮想物体とは、コンピューターが作り出した仮想空間に配置されている物体のことである。仮想物体は、立体であってもよいし、平面であってもよい。
【０１６８】
製造装置１０１は、情報処理装置１１０と、配向処理装置１２０と、液晶配置装置１３０とを備える。情報処理装置１１０は、物体データ作成部１１１と、位相分布データ作成部１１３と、配向処理データ作成部１１５とを含む。具体的には、情報処理装置１１０は、コンピューターであり、プロセッサーと記憶装置とを有する。そして、プロセッサーは、記憶装置に記憶されたコンピュータープログラムを実行することによって、物体データ作成部１１１、位相分布データ作成部１１３、及び配向処理データ作成部１１５として機能する。記憶装置は、例えば、半導体メモリーのようなメモリーを含み、ハードディスクドライブを含んでいてもよい。
【０１６９】
次に、図２５及び図２６を参照して、製造装置１０１の動作について説明する。図２６は、製造装置１０１が実行する液晶素子１の製造方法を示すフローチャートである。図２６に示すように、製造方法は、工程Ｓ１〜工程Ｓ９を含む。
【０１７０】
図２５及び図２６に示すように、工程Ｓ１において、物体データ作成部１１１は、仮想物体を表す物体データを作成する。具体的には、物体データは、仮想物体の形態を表す。仮想物体の形態は、仮想物体の形状、模様、若しくは色彩、又はこれらの一部若しくは全部の結合を示す。模様は記号及び図形を含む。記号は、文字、数字、及びマークを含む。
【０１７１】
工程Ｓ３において、位相分布データ作成部１１３は、物体データに基づいて、複数の螺旋状構造体７の位相を算出し、位相分布データ（第１配向データ）を作成する。位相分布データは、複数の螺旋状構造体７の位相の分布を示す。
【０１７２】
具体的には、位相分布データ作成部１１３は、物体データに基づいて、複数の螺旋状構造体７のそれぞれの両端部のうち、一方端部ｅ１に位置する液晶分子１１（要素）の配向方向を算出し、位相分布データを作成する。従って、位相分布データは、複数の一方端部ｅ１にそれぞれ位置する複数の液晶分子１１の配向方向の分布を示す。
【０１７３】
例えば、複数の端部ｅ１にそれぞれ位置する複数の液晶分子１１が、互いに異なる配向方向を有する液晶分子１１を含むように、位相分布データ作成部１１３は、物体データに基づいて位相分布データを作成する。なお、複数の端部ｅ１にそれぞれ位置する複数の液晶分子１１が、互いに異なる配向方向を有する液晶分子１１を含むと、螺旋状構造体７の位相が異なる。従って、反射面１７が入射面１３に対して非平行になる。
【０１７４】
例えば、位相分布データは、端部ｅ１に位置する液晶分子１１の配向方向、つまり、螺旋状構造体７の位相を、第１角度範囲内で示す。第１角度範囲は、例えば、０ラジアン以上２πラジアン以下である。なお、例えば、液晶分子１１の配向方向は液晶分子１１の回転角度で示され、螺旋状構造体７の位相は液晶分子１１の回転角度で示される。
【０１７５】
工程Ｓ５において、配向処理データ作成部１１５は、位相分布データに基づいて、配向処理データ（第２配向データ）を作成する。配向処理データは、配向処理装置１２０の実行する配向処理方法に対応して作成され、配向処理装置１２０によって使用される。配向処理データは、位相分布データが示す位相の分布に対応する配向パターンを示す。具体的には、複数の端部ｅ１にそれぞれ位置する複数の液晶分子１１の配向方向が位相分布データの示す配向方向を示すように、配向処理データは、配向層の表面構造及び／又は表面物性を定める。配向層は、基板５Ｕ及び基板５Ｌの各々に形成され、複数の液晶分子１１と接触して複数の液晶分子１１を配向させる。配向層は、例えば、配向膜、又は基板５Ｕ及び基板５Ｌの各々に形成された構造（具体的には、微細構造）である。配向層の表面物性は、例えば、配向層の液晶に対するアンカーリング方位である。
【０１７６】
例えば、配向処理データは、液晶分子１１の配向方向を示す配向パターンを第２角度範囲内で示す。第２角度範囲は第１角度範囲の１／２である。なぜなら、液晶分子１１の配向方向が、ある値からπラジアンだけ変化すると、光Ｌ３の位相が、２πラジアンだけ変化するからである。第２角度範囲は、例えば、−π／２以上π／２以下である。
【０１７７】
例えば、配向処理データ作成部１１５は、位相分布データに基づいて、配向処理方法に対応して配向処理データを作成する。例えば、配向処理方法が光配向法である場合、照射偏光に対して、液晶分子１１が、平行に配向したり、垂直に配向したりする。従って、配向処理方法及び液晶材料の特性を反映して、配向処理データが作成される。
【０１７８】
工程Ｓ７において、配向処理装置１２０は、配向処理データに従って配向層を処理する。その結果、配向層に接触した液晶分子１１の配向方向が位相分布データの示す配向方向を示すように、配向層の表面構造及び／又は表面物性が変化する。なお、配向処理データに従って配向層を処理することを配向処理と記載する場合がある。
【０１７９】
例えば、配向処理装置１２０は、配向処理方法として、光配向法、マイクロラビング法、斜方蒸着法、又は構造配向法を実行することができる。
【０１８０】
光配向法は、基板に成膜した感光性の配向膜に偏光を照射することにより、配向膜に接触する液晶分子の配向方向を制御する。配向膜と液晶材料との組み合わせによって、液晶分子１１は、照射した偏光に対して、平行に配向したり、垂直に配向したりする。
【０１８１】
マイクロラビング法は、基板に成膜した配向膜（例えば、ポリイミド系の配向膜）を布で擦ることにより液晶分子の配向を促す。配向膜の特性に依存して、液晶分子は、擦った方向に対して、平行又は垂直に配向する。
【０１８２】
斜方蒸着法は、基板に対して斜め方向から配向膜（例えば、二酸化ケイ素膜）を成膜することにより、配向膜に接触する液晶分子の配向を促す。成膜は原料を基板に蒸着させることにより実行される。蒸着する角度によって液晶分子の配向方向が変わる。
【０１８３】
構造配向法は、基板に、微細な構造を配向層として形成し、配向層に接触する液晶分子の配向を促す。例えば、棒状液晶分子は基板に形成された微細な溝構造に沿って配向する。なお、配向層の処理は、基板に、微細な構造を配向層として形成することを含む。
【０１８４】
また、例えば、工程Ｓ７では、配向層を形成した２枚の基板を重ね合わせて空の素子が作製される。作製の後に、配向処理装置１２０は、空の素子の配向層に対して配向処理を実行する。
【０１８５】
例えば、工程Ｓ７では、配向層を形成した２枚の基板を用意する。そして、配向処理装置１２０は、基板ごとに、配向層に対して配向処理を実行する。さらに、配向処理の後に、２枚の基板を重ね合わせて空の素子が作製される。この例では、一方の基板の配向層に対する配向パターンと他方の基板の配向層に対する配向パターンとを異ならせることができる。具体的には、一方の基板の配向層の表面構造及び／又は表面物性と、他方の基板の配向層の表面構造及び／又は表面物性とを異ならせることができる。
【０１８６】
工程Ｓ９において、液晶配置装置１３０は、液晶が配向層に接触するように液晶を配置する。配向層には配向処理が実行されているため、液晶の液晶分子１１が配向し、液晶層３が形成される。その結果、液晶素子１が製造される。例えば、液晶配置装置１３０は、配向処理後の配向層を有する空の素子に液晶を封入し、液晶を配向層に接触させる。
【０１８７】
なお、工程Ｓ７と工程Ｓ９との順番を入れ替え、工程Ｓ９を工程Ｓ７の前で実行することができる。例えば、工程Ｓ９において、液晶が配向処理前の配向層に接触するように、液晶配置装置１３０は液晶を配置する。例えば、液晶配置装置１３０は、配向処理前の配向層を有する空の素子に液晶を封入し、液晶を配向層に接触させる。次に、工程Ｓ７において、配向処理装置１２０は、配向処理データに従って配向層を処理する。従って、液晶の液晶分子１１が配向し、液晶層３が形成される。その結果、液晶素子１が製造される。
【０１８８】
以上、図２５及び図２６を参照して説明したように、実施形態１５によれば、ホログラム素子として機能する液晶素子１を製造できる。
【０１８９】
すなわち、製造装置１０１は、仮想物体を表す物体データに基づいて位相分布データを作成し、位相分布データに基づいて配向処理データを作成する。従って、液晶層３には、仮想物体の像が、複数の螺旋状構造体の位相として記録される。換言すれば、仮想物体の像が、反射面１７の形状として液晶層３に記録される。そして、反射面１７に光を照射し、反射面１７が光を反射することにより、記録された仮想物体の像が再生される。つまり、液晶素子１がホログラム素子として機能する。このように、実施形態１５では、ホログラム素子として機能する液晶素子１を製造できる。
【０１９０】
また、実施形態１５によれば、配向処理を実行して液晶分子１１を配向させ、仮想物体の像を、複数の螺旋状構造体の位相として記録させる。従って、一般的なホログラム素子と比較して、ホログラム素子として機能する液晶素子１を容易に製造できる。なお、一般的なホログラム素子では、例えば、半導体製造用の電子線描画装置により原版を微細加工して記録処理することが要求される。
【０１９１】
さらに、実施形態１５によれば、仮想物体を任意に設定して、物体データを作成できる。従って、所望の仮想物体の像を液晶素子１に容易に記録させることができる。
【０１９２】
さらに、実施形態１５によれば、液晶素子１は、入射面１３から入射した光を反射し、光に対応する仮想物体の像を形成する。つまり、液晶素子１は、仮想物体の像を記録及び再生でき、ホログラム素子として機能する。その結果、液晶素子１の応用範囲を更に拡張できる。例えば、液晶素子１をセキュリティ素子として機能させることができる。例えば、セキュリティ素子としての液晶素子１は、再生する像（例えば、図柄）を、入射する偏光に依存して変化させる。この場合、特に、真贋判定において有効である。例えば、セキュリティ素子としての液晶素子１は、特定の偏光の光を入射したときだけ、像（例えば、図柄）を再生する。この場合も、特に、真贋判定において有効である。実施形態１５では、液晶層３の円偏光選択性を有効に活用できる。例えば、液晶素子１を透明なセキュリティ素子として機能させることができる。具体的には、不可視波長域（例えば、近赤外域）の光を反射するようにピッチｐを設定する。従って、液晶素子１に可視波長域の光が入射した場合、液晶素子１は透明である。一方、液晶素子１に不可視波長域（例えば、近赤外域）の光を照射した場合、仮想物体の像が形成される。
【０１９３】
なお、液晶素子１は、基板５Ｕ及び基板５Ｌを含まなくてもよい。具体的には、液晶層３によって、反射構造体としてのフィルムを形成してもよい。フィルムは、実施形態８に係るフィルムと同様にして形成される。フィルムは、例えば、液晶素子１と同様に、セキュリティ素子又はセキュリティシールとして機能できる。なお、実施形態１５に係る液晶素子１は、実施形態１３の液晶素子１（図２３）として使用することができる。
【０１９４】
次に、本発明が実施例に基づき具体的に説明されるが、本発明は以下の実施例によって限定されない。
【実施例】
【０１９５】
（実施例１）
図１及び図２７（ａ）を参照して、本発明の実施例１に係る液晶素子１について説明する。液晶素子１としては、実施形態１に係る液晶素子１を使用した。そして、液晶素子１に光を照射し、反射した光Ｌ３をマイケルソン干渉計によって観測した。【０１９６】
図２７（ａ）は、実施例１に係る液晶素子１の構造を表す干渉縞を示す図である。図２７（ａ）に示すように、反射面１７（つまり、波面Ｆ３）に対応して傾斜している干渉縞が観測された。【０１９７】
（実施例２）
図５及び図２７（ｂ）を参照して、本発明の実施例２に係る液晶素子１について説明する。液晶素子１としては、実施形態１の変形例に係る液晶素子１を使用した。そして、液晶素子１に光を照射し、反射した光Ｌ３をマイケルソン干渉計によって観測した。【０１９８】
図２７（ｂ）は、実施例２に係る液晶素子１の構造を表す干渉縞を示す図である。図２７（ｂ）に示すように、反射面１７（つまり、波面Ｆ３）に対応して傾斜している干渉縞が観測された。【０１９９】
図２７（ａ）及び図２７（ｂ）に示すように、実施例２に係る液晶素子１の干渉縞の傾斜は、実施例１に係る液晶素子１の干渉縞の傾斜よりも大きいことが観測され、実施例２に係る液晶素子１の反射面１７の傾斜角度θ２（つまり、光Ｌ３の波面Ｆ３の傾斜角度θ４）が実施例１に係る液晶素子１の反射面１７の傾斜角度θ１（つまり、光Ｌ３の波面Ｆ３の傾斜角度θ３）よりも大きいことを確認できた。【０２００】
（実施例３）
図２８を参照して、本発明の実施例３に係る液晶素子１について説明する。液晶素子１としては、図７を参照して説明した実施形態２に係る液晶素子１を使用した。【０２０１】
液晶素子１に光を照射し、反射した光Ｌ３をマイケルソン干渉計によって観測した。図２８は、実施例３に係る液晶素子１の構造を表す干渉像を示す図である。図２８に示すように、図９（ａ）に示した位相分布と同様の位相分布が観測された。【０２０２】
また、液晶素子１にレーザー光を照射し、反射した光Ｌ３を観測した。図２９（ａ）は、実施例３に係る液晶素子１が反射した光Ｌ３を示す図である。図２９（ｂ）は、比較例に係る液晶素子が反射した光を示す図である。比較例に係る液晶素子の複数の反射面は入射面に略平行であった。図２９（ａ）及び図２９（ｂ）に示すように、実施例３では、比較例よりも、反射した光Ｌ３が拡がっていることが観測された。【０２０３】
（実施例４）
図３０を参照して、本発明の実施例４に係る液晶素子１について説明する。液晶素子１としては、図１０を参照して説明した実施形態３に係る液晶素子１を使用した。そして、液晶素子１に光を照射し、反射した光Ｌ３をマイケルソン干渉計によって観測した。【０２０４】
図３０は、実施例４に係る液晶素子１の構造を表す干渉像を示す図である。図３０に示すように、図１２に示した位相分布と同様の位相分布が観測された。【０２０５】
（実施例５）
図３１を参照して、本発明の実施例５に係る液晶素子１について説明する。液晶素子１としては、図１３を参照して説明した実施形態４に係る液晶素子１を使用した。そして、液晶素子１に光を照射し、反射した光Ｌ３をマイケルソン干渉計によって観測した。【０２０６】
図３１は、実施例５に係る液晶素子１の構造を表す干渉像を示す図である。図３１に示すように、一般的に使用される光渦を発生させるためのホログラムパターンと同様の干渉像が観測された。この観測結果は、液晶素子１によって光渦を発生できることを裏付けた。【０２０７】
（実施例６）
図３２〜図３５を参照して、本発明の実施例６に係る液晶素子１の製造装置１０１について説明する。製造装置１０１としては、図２５及び図２６を参照して説明した実施形態１５に係る製造装置１０１を使用した。
図３２は、製造装置１０１が作成した物体データＤ１を示す図である。図３２に示すように、物体データ作成部１１１は、仮想物体を表す物体データを作成した。仮想物体は、平面であり、図柄と文字列とを含んでいた。【０２０８】
図３３は、製造装置１０１が作成した位相分布データＤ２を示す図である。図３３に示すように、位相分布データ作成部１１３は、物体データＤ１に基づいて位相分布データＤ２を作成した。位相分布データＤ２は、第１角度範囲内で示された。第１角度範囲は、０ラジアン以上２πラジアン以下であった。【０２０９】
なお、図３３では、０ラジアンの位相を黒色で表し、２πラジアンの位相を白色で表す。０ラジアンと２πラジアンとの間は、濃度の異なる灰色で示される。濃い灰色ほど０ラジアンに近い値を示し、淡い灰色ほど２πラジアンに近い値を示す。【０２１０】
図３４は、製造装置１０１が作成した配向処理データＤ３を示す図である。図３４に示すように、配向処理データ作成部１１５は、位相分布データＤ２に基づいて配向処理データＤ３を作成した。配向処理データＤ３は、第２角度範囲内で示された。第２角度範囲は、−π／２以上π／２ラジアン以下であった。【０２１１】
なお、図３４では、−π／２ラジアンの位相を黒色で表し、π／２ラジアンの位相を白色で表す。０ラジアンの位相は、黒色と白色との中間の濃度を有する灰色で示される。−π／２ラジアンとπ／２ラジアンとの間は、濃度の異なる灰色で示される。濃い灰色ほど−π／２ラジアンに近い値を示し、淡い灰色ほどπ／２ラジアンに近い値を示す。【０２１２】
次に、配向処理装置１２０は、配向処理データＤ３に従って配向層を処理した。具体的には、配向層を形成した２枚の基板を重ね合わせて空の素子が作製された。そして、作製の後に、配向処理装置１２０は、空の素子の配向層に対して配向処理を実行した。【０２１３】
次に、液晶配置装置１３０は、空の素子に液晶を封入し、液晶を配向層に接触させて、液晶層３を形成した。その結果、液晶素子１が製造された。【０２１４】
次に、液晶素子１に、偏光子を介してレーザー光を照射した。そして、液晶素子１は、スクリーンに向けてレーザー光を反射した。その結果、仮想物体の像が、スクリーンに投影され、スクリーンに形成された。【０２１５】
図３５は、仮想物体の像１４１を示す図である。図３５に示すように、仮想物体の像１４１がスクリーン１４０に形成された。つまり、仮想物体の像１４１がスクリーン１４０上で再生された。像１４１は、物体データＤ１（図３２）の表す仮想物体を表していた。具体的には、像１４１は、仮想物体の表す図柄と文字列とを含んでいた。【０２１６】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明した。但し、本発明は、上記の実施形態及び実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である（例えば、下記に示す（１）〜（１４））。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明の形成が可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる３実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質、形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。【０２１７】
（１）実施形態１では（図１〜図３）、液晶素子１は１周期（Ｔ１）を含み、実施形態１に係る変形例では（図４〜図６）、液晶素子１は２周期（２×Ｔ２）を含んでいる。ただし、液晶素子１は、３以上の複数の周期Ｔを含んでいてもよい。また、図２に示すように、第３方向Ａ３に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相は第３方向Ａ３に沿って揃っていた。ただし、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相が第２方向Ａ２に沿って一定回転方向（第１回転方向）に向かって変化し、第３方向Ａ３に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７の位相が第３方向Ａ３に沿って一定回転方向（第２回転方向）に向かって変化していてもよい。換言すれば、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７において、複数の第１端部Ｅ１は、入射面１３に対して直線状に傾斜し、第３方向Ａ３に沿って並んだ複数の螺旋状構造体７において、複数の第１端部Ｅ１は、入射面１３に対して直線状に傾斜していてもよい。その結果、入射面１３に対する反射面１７の傾斜を任意に設定できる。これらのことは、実施形態５（図１８）でも同様である。なお、第１回転方向と第２回転方向とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。【０２１８】
（２）実施形態２において（図７〜図９）、反射面１７ａは１以上であれば、任意の数だけ形成できる。また、反射面１７ｂを形成しなくてもよいし、任意の数だけ形成してもよい。反射面１７は対称でなくてもよい。【０２１９】
また、実施形態２では、反射面１７は入射面１３に向かって凸状に湾曲している。ただし、反射面１７は入射面１３から離れるように凹状に湾曲していてもよい。この場合、反射面１７は、光Ｌ１のうち光Ｌ３が集光するように光Ｌ３を反射する。また、図８において、Ｚ軸の正方向を上方向としたときに、反射面１７は、上下を反転させた構成になる。この場合、反射面１７は、フレネルレンズを形成する。また、周期Ｔを大きくするほど反射面１７の曲率半径が大きくなるため、光Ｌ３の焦点距離を長くでき、周期Ｔを小さくするほど反射面１７の曲率半径が小さくなるため、光Ｌ３の焦点距離を短くできる。【０２２０】
さらに、実施形態２では、反射面１７の対称軸Ｂ１は、第１方向Ａ１に略平行であるが、第１方向Ａ１に対して傾斜していてもよい。この場合、反射面１７の向きが変わるため、光Ｌ３を偏向させつつ拡散できる。【０２２１】
（３）実施形態５において（図１８）、ピッチｐ及びハーフピッチｈｐの各々は、入射面１３から離れるに従って長くなる。ただし、ピッチｐ及びハーフピッチｈｐの各々は、各螺旋状構造体７において、入射面１３から離れるに従って短くなっていてもよいし、長短が交互になっていてもよい。また、反射面１７は、入射面１３に略平行であってもよい。また、ピッチｐだけを変化させて、１つのピッチｐ内の２つのハーフピッチｈｐが同じでもよい。【０２２２】
また、実施形態５では、１ハーフピッチｈｐ内において、第１方向Ａ１に沿った複数の液晶分子１１の配向方向は、一定回転角度で変化している。ただし、１ハーフピッチｈｐ内において、第１方向Ａ１に沿った複数の液晶分子１１の配向方向が、連続的に増大する回転角度で変化していてもよいし、連続的に減少する回転角度で変化していてもよい。すなわち、各螺旋状構造体７において、端部ｅ１から端部ｅ２まで、第１方向Ａ１に沿った複数の液晶分子１１の配向方向が、連続的に増加する回転角度で変化していてもよいし、連続的に減少する回転角度で変化していてもよい。例えば、各螺旋状構造体７において、第１方向Ａ１に沿った複数の液晶分子１１の配向方向は、端部ｅ１から端部ｅ２に向かって周期が変化する正弦関数又は余弦関数（つまり、チャープしている正弦波又は余弦波）によって表される。【０２２３】
図３６を参照して、実施形態５の変形例として、第１方向Ａ１に沿った複数の液晶分子１１の配向方向が、連続的に増加する回転角度で変化している例を説明する。図３６は、実施形態５の変形例に係る液晶素子１の螺旋状構造体７を構成する複数の液晶分子１１の配向方向の変化を示す図である。図３６では、横軸は、端部ｅ１から端部ｅ２に向かう距離を示し、横軸の「０」は端部ｅ１の位置を示し、横軸の「１」は端部ｅ２の位置を示す。縦軸は、ある螺旋状構造体７において、第１方向Ａ１に沿った複数の液晶分子１１の配向方向を示す。【０２２４】
図３６に示すように、ある螺旋状構造体７において、第１方向Ａ１に沿った複数の液晶分子１１の配向方向は、端部ｅ１から端部ｅ２に向かって周期が長くなるように変化する正弦関数（又は余弦関数）によって表される。第２方向Ａ２に沿って並んでいる各螺旋状構造体７では、互いに位相が異なるだけで、同様に、第１方向Ａ１に沿った複数の液晶分子１１の配向方向は、端部ｅ１から端部ｅ２に向かって周期が長くなるように変化する正弦関数（又は余弦関数）によって表される。なお、ある螺旋状構造体７において、第１方向Ａ１に沿った複数の液晶分子１１の配向方向は、端部ｅ１から端部ｅ２に向かって周期が短くなるように変化する正弦関数（又は余弦関数）によって表されてもよい。第２方向Ａ２に沿って並んでいる各螺旋状構造体７では、互いに位相が異なるだけで、同様に、第１方向Ａ１に沿った複数の液晶分子１１の配向方向は、端部ｅ１から端部ｅ２に向かって周期が短くなるように変化する正弦関数（又は余弦関数）によって表される。【０２２５】
（４）実施形態１〜実施形態８、実施形態１４、及び実施形態１５では、光Ｌ１を、入射面１３に対して入射角度が略９０度になるように、入射面１３に入射させたが、入射面１３に対して入射角度が鋭角になるように、入射面１３に入射させることもできる。実施形態６の入射面１９に入射する光についても同様である。【０２２６】
（５）実施形態１〜実施形態８及び実施形態１５では、１つの液晶素子１又は１つのフィルムについて説明した。ただし、複数の液晶素子１が密着するように、複数の液晶素子１を第１方向Ａ１に沿って並べて配置することができる。また、複数のフィルムが密着するように、複数のフィルムを第１方向Ａ１に沿って並べて配置することができる。複数のフィルムの各々は、液晶層３を重合させて製造される。これらの例において、複数の液晶層３の反射面１７は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、液晶層３として、実施形態１（変形例を含む。）〜実施形態７及び実施形態１５に係る液晶層３を採用できる。また、複数の液晶層３において、螺旋状構造体７の螺旋の回転方向は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。【０２２７】
（６）実施形態１〜実施形態８、実施形態１４、及び実施形態１５における反射面１７について、円偏光の光に含まれる偏光成分との関係で説明する。一般的に、媒質は円偏光の光に対してブラッグ反射を示す。ブラッグ反射される円偏光の光は螺旋状の空間分布を有する。そして、円偏光の光と螺旋状構造体７との重なり方によって、円偏光の光が感じる屈折率が、液晶分子１１の長軸方向の屈折率から液晶分子１１の短軸方向の屈折率まで、正弦的に連続に変化する。【０２２８】
図３７を参照して、円偏光の光が感じる屈折率の変化について説明する。図３７（ａ）〜図３７（ｃ）は、実施形態１〜実施形態８、実施形態１４、及び実施形態１５に係る液晶素子１、フィルム、又は液晶素子１Ａに入射し得る円偏光の光ＣＬが感じる屈折率の変化を示す図である。図３７（ａ）に示すように、ある時刻において、円偏光の光ＣＬは、液晶分子１１の長軸方向の屈折率を感じる。理解の容易のため、図３７（ａ）において、長軸方向を棒ＬＤで示している。また、図３７（ｂ）に示すように、ある時刻において、円偏光の光ＣＬは、液晶分子１１の長軸と短軸との中間方向の屈折率を感じる。理解の容易のため、図３７（ｂ）において、中間方向を棒ＬＤで示している。さらに、図３７（ｃ）に示すように、ある時刻において、円偏光の光ＣＬは、液晶分子１１の短軸方向の屈折率を感じる。理解の容易のため、図３７（ｃ）において、短軸方向を棒ＬＤで示している。【０２２９】
円偏光の光ＣＬの進行に伴って、屈折率が徐々に変化するので、フレネル反射が徐々に起こる。屈折率が最も大きく変化する位置、すなわち、光ＣＬの電界ベクトルの方向が螺旋状構造体７中の各液晶分子１１に対して４５度ずれた位置（又は４５度ずれた位置から更に９０度回転した位置）において、フレネル反射が最も強く起こる。換言すれば、光ＣＬと螺旋状構造体７との重なり方が図３７（ｂ）に示すようになったとき、フレネル反射が最も強く起こる。フレネル反射が最も強く起こる面が反射面１７である。【０２３０】
フレネル反射が最も強く起こる位置は、円偏光の光ＣＬの偏光成分ごとに異なる。従って、図１、図５、図７、図１０、図１４、図１８、及び図１９では、円偏光の光ＣＬ（光Ｌ３に相当）のうち、ある偏光成分に対する反射面１７が示されている。光ＣＬは、偏光成分として、Ｘ軸方向に沿って振動する光と、Ｙ軸方向に沿って振動する光と、Ｘ成分とＹ成分との双方を有する光とを有する。【０２３１】
（７）実施形態１〜実施形態８、実施形態１４、及び実施形態１５において、液晶層３が、コレステリック相以外のカイラル液晶相であってもよい。つまり、複数の螺旋状構造体７は、コレステリック相以外のカイラル液晶相を形成していてもよい。コレステリック相以外のカイラル液晶相は、例えば、カイラルスメクチックＣ相、ツイストグレインバウンダリー相、又はコレステリックブルー相である。また、コレステリック相は、例えば、ヘリコイダルコレステリック相であってもよい。さらに、実施形態１４及び実施形態１５において、複数の螺旋状構造体７はコレステリックブルー相を形成していてもよい。【０２３２】
（８）複数のフレーク状物体を形成し、流体（例えば、液体）又は樹脂に分散させ、素子又はフィルムを形成することができる。この場合、反射構造体としてのフレーク状物体の各々は、実施形態１〜実施形態８、実施形態１４、及び実施形態１５のいずれかの液晶層３と同様の構成を有する。また、この場合の素子又はフィルムを反射構造体として捉えることもできる。【０２３３】
（９）本発明の適用は、液晶に限定されない。例えば、実施形態１〜実施形態８、実施形態１４、及び実施形態１５において、液晶層３に代えて、カイラルな構造体を配置してもよい。つまり、複数の螺旋状構造体７は、カイラルな構造体を形成してもよい。カイラルな構造体は、例えば、螺旋無機物、螺旋金属、又は螺旋結晶である。なお、基板５Ｕ及び基板５Ｌは、配置してもよいし、配置しなくてもよい。【０２３４】
螺旋無機物は、例えば、Ｃｈｉｒａｌ  Ｓｃｕｌｐｔｕｒｅｄ  Ｆｉｌｍ（以下、「ＣＳＦ」と記載する。）である。ＣＳＦは、基板を回転させながら無機物を基板に蒸着した光学薄膜であり、螺旋状の微細構造を有する。その結果、ＣＳＦは、コレステリック液晶と同様の光学特性を示す。【０２３５】
螺旋金属は、例えば、Ｈｅｌｉｘ  Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ（以下、「ＨＭ」と記載する。）である。ＨＭは、金属を微細な螺旋構造体に加工した物質であり、コレステリック液晶のように円偏光を反射する。【０２３６】
螺旋結晶は、例えば、Ｇｙｒｏｉｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ（以下、「ＧＰＣ」と記載する。）である。ＧＰＣは、３次元的な螺旋構造を有する。一部の昆虫又は人工構造体はＧＰＣを含む。ＧＰＣは、コレステリックブルー相のように円偏光を反射する。【０２３７】
（１０）実施形態１５に係る液晶素子１は、基板５Ｕ及び基板５Ｌを備える。ただし、液晶層３によって、反射構造体としてのフィルムを形成することもできる。例えば、図２６に示すように、工程Ｓ７では、配向層を形成した１枚の基板を用意する。そして、配向処理装置１２０は、配向層に対して配向処理を実行する。次に、例えば、工程Ｓ９では、液晶配置装置１３０は、配向処理後の配向層の表面に塗布法により液晶を塗布し、液晶を配向層に接触させる。その結果、液晶層３が形成される。そして、実施形態８に係るフィルムと同様にして、液晶層３からフィルムを形成する。つまり、フィルムを製造する。【０２３８】
また、フィルムを製造する場合に、工程Ｓ７と工程Ｓ９との順番を入れ替え、工程Ｓ９を工程Ｓ７の前で実行することができる。例えば、工程Ｓ９において、液晶配置装置１３０は、配向処理前の配向層の表面に塗布法により液晶を塗布し、液晶を配向層に接触させる。次に、工程Ｓ７において、配向処理装置１２０は、配向処理データに従って配向層を処理する。従って、液晶の液晶分子１１が配向し、液晶層３が形成される。そして、実施形態８に係るフィルムと同様にして、液晶層３からフィルムを形成する。つまり、フィルムを製造する。【０２３９】
なお、フィルムを基板から剥離してもよいし、フィルムを基板に配置したままでもよい。【０２４０】
また、複数のフィルムを製造して、複数のフィルムを多層化することもできる。この場合、例えば、多層化された複数のフィルムは、互いに異なる仮想物体の像を形成でき、応用範囲を更に拡張できる。【０２４１】
例えば、第１層のフィルムが仮想物体としてのリンゴの「軸」の像を茶色で形成し、第２層のフィルムが仮想物体としてのリンゴの「葉」の像を緑色で形成し、第３層のフィルムが仮想物体としてのリンゴの「果実」の像を赤色で形成する。その結果、「軸」と「葉」と「果実」とで、カラーのリンゴの像が形成される。この例では、第１層のフィルムによって反射される光の波長が茶色を示すように、第１層のフィルムに含まれる螺旋状構造体７のピッチｐを設定する。また、第２層のフィルムによって反射される光の波長が緑色を示すように、第２層のフィルムに含まれる螺旋状構造体７のピッチｐを設定する。さらに、第３層のフィルムによって反射される光の波長が赤色を示すように、第３層のフィルムに含まれる螺旋状構造体７のピッチｐを設定する。そして、積層された第１層〜第３層のフィルムに白色光を照射する。【０２４２】
例えば、ある偏光の光を照射したときは、第１層のフィルムが第１の仮想物体の像を形成し、他の偏光の光を照射したときは、第２層のフィルムが第２の仮想物体の像を形成する。本発明では、液晶層３の円偏光選択性を有効に活用できる。【０２４３】
（１１）例えば、実施形態１〜実施形態８、実施形態１４、及び実施形態１５に係る液晶素子１、フィルム、又は液晶素子１Ａ（以下、「液晶素子１等」と記載する。）は、ホログラフィック光学素子として機能することができる。例えば、液晶素子１等は、光を特定の方向に反射又は拡散させることで、折り返しミラー、スクリーン、又はレンズとして機能する。例えば、ホログラフィック光学素子は、ウェアラブルディスプレイに搭載できる。【０２４４】
例えば、液晶素子１等は、装飾用素子又は装飾用フィルムとして機能することができる。例えば、液晶素子１等は、どの角度から見ても同じ色の光を反射する。その結果、液晶素子１等は、半透過型かつ金属光沢を有する装飾用素子又は装飾用フィルムとして機能する。【０２４５】
（１２）実施形態１５及び上記（１０）に示す製造装置１０１及び製造方法は、実施形態１〜実施形態７に係る液晶素子１、実施形態８に係るフィルム、及び実施形態１４に係る液晶素子１Ａ（具体的には螺旋状構造体ユニット３０）の製造に適用できる。この場合、物体データ作成部１１１及び工程Ｓ１を設けなくてもよい。そして、位相分布データ作成部１１３は、液晶層３に反射面１７が形成されるように、位相分布データを作成する。【０２４６】
（１３）実施形態１〜実施形態８、実施形態１４、及び実施形態１５では、一例として、隣り合う螺旋状構造体７のピッチｐが略同一であり、隣り合う螺旋状構造体７のハーフピッチｈｐが略同一であることを示した。ただし、反射面１７が入射面１３に対して非平行である限り、つまり、隣り合う螺旋状構造体７の位相が異なる限り、隣り合う螺旋状構造体７のピッチｐが異なっていてもよいし、隣り合う螺旋状構造体７のハーフピッチｈｐが異なっていてもよい。【０２４７】
（１４）実施形態１〜実施形態８及び実施形態１５に係る液晶素子１及びフィルムにおいて、螺旋状構造体７の螺旋の回転方向は、液晶素子１及びフィルムが設置されている環境（例えば、温度）に依存して変化してもよい。ただし、変化前及び／又は変化後において、反射面１７は入射面１３に対して非平行、つまり、隣り合う螺旋状構造体７の位相は異なる。
【産業上の利用可能性】
【０２４８】
本発明は、反射構造体（例えば、素子又はフィルム）、反射構造体を備える機器、及び反射構造体の製造方法を提供するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【０２４９】
１、１Ａ    液晶素子（反射構造体）
７    螺旋状構造体
９、９Ａ    構造単位
１１    液晶分子（要素）
１３    入射面（第１入射面）
１７    反射面
１９    入射面（第２入射面）
３０    螺旋状構造体ユニット
３１    支持体
３２    回転体
９１    刺激付与部
９３    制御部
５００  機器
Ａ１    第１方向（所定方向）
Ｂ１    対称軸
Ｅ１    第１端部
Ｅ２    第２端部
ｐ    ピッチ
ｈｐ    ハーフピッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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