(57)【要約】      （修正有）【課題】透過光の波長による偏向の度合の違いを改善する光偏向素子を提供する。【解決手段】光偏向素子１０は、屈折率異方性を有し、所定の電界の振動方向を有する所定波長の光に対して第１屈折率を有する第１基材２０と、第１基材の内部に分散され、所定波長の光に対して第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する第１微小光学部材３１とを備える光偏向素子であって、光偏向素子１０は、光学要素をさらに備え、光学要素は、微小光学部材が分散された基材、または、基材２０の内部に分散された微小光学部材３２ａであって、それぞれ第１基材２０、または、第１微小光学部材３１とは、光学特性が異なる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率異方性を有し、所定の電界の振動方向を有する所定波長の光に対して第１屈折率を有する第１基材と、
前記第１基材の内部に分散され、前記所定波長の光に対して前記第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する第１微小光学部材とを備える光偏向素子であって、
前記光偏向素子は、光学要素をさらに備え、
前記光学要素は、微小光学部材が分散された基材、または、基材の内部に分散された微小光学部材であって、それぞれ前記第１基材、または、前記第１微小光学部材とは、光学特性が異なる光偏向素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光偏向素子において、
前記光学要素は、前記第１基材の内部に分散され、前記第１微小光学部材とは異なる前記光学特性の第２微小光学部材であり、
前記第２微小光学部材は、平均粒子径が前記第１微小光学部材の平均粒子径と異なる微小粒子であるか、または、前記所定波長の光に対して前記第１微小光学部材の前記第２屈折率とは異なる第３屈折率を有する微小粒子である、光偏向素子。
【請求項３】
請求項２に記載の光偏向素子において、
前記所定波長の光に対して前記第２屈折率と前記第３屈折率との差は０．１未満である、光偏向素子。
【請求項４】
請求項２または３に記載の光偏向素子において、
前記第２屈折率または前記第３屈折率は、前記所定波長を有し任意の電界の振動方向を有する光に対して前記第１基材が示す最大屈折率以上か、最小屈折率以下である光偏向素子。
【請求項５】
請求項２から４までのいずれか一項に記載の光偏向素子において、
前記第１基材を備える層は、前記第１微小光学部材が分散されている層と、前記第２微小光学部材が分散されている層に分かれている光偏向素子。
【請求項６】
請求項１に記載の光偏向素子において、
前記光学要素は、微小光学部材が分散された第２基材であり、
前記第２基材は、前記所定波長の光に対し前記第１基材の前記第１屈折率とは異なる屈折率を有し、
前記第１基材と前記第２基材とが光の透過方向に対して直列に配置されている光偏向素子。
【請求項７】
請求項６に記載の光偏向素子において、
前記第１基材および前記第２基材は、同一の化合物を含み、配向複屈折性が異なる熱可塑性樹脂を備える光偏向素子。
【請求項８】
請求項７に記載の光偏向素子において、
前記第１微小光学部材の前記光学特性と、前記第２基材に分散された微小光学部材の前記光学特性とは等しい光偏向素子。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一項に記載の光偏向素子において、
前記第１基材または第２基材は、ナフタレン環またはベンゼン環を含む熱可塑性樹脂である光偏向素子。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の光偏向素子において、
前記光偏向素子の内部に分散された微小光学部材は、粒子状であって、前記所定波長をλとしたとき、前記光偏向素子の内部に分散された微小光学部材の円相当径は０．１λ〜１０λである光偏向素子。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか一項に記載の光偏向素子において、
前記光偏向素子の内部に分散された微小光学部材はガラス粒子である光偏向素子。
【請求項１２】
基材と、前記基材の内部に分散された微小光学部材とを備える、光偏向素子の製造方法であって、
延伸により配向複屈折性が変化する光透過性材料または前記光透過性材料の原料に、微小光学部材を混錬することと、
前記微小光学部材を含む前記光透過性材料を所定の延伸倍率で延伸してシート状の部材を形成することと、
複数の前記シート状の部材を光の透過方向に対して直列に配置することと、を備え、
前記複数のシート状の部材のうち、少なくとも一つは、前記微小光学部材または前記所定の延伸倍率が前記複数のシート状の部材における他の前記シート状の部材と異なる光偏向素子の製造方法。
【請求項１３】
基材と、前記基材の内部に分散された微小光学部材とを備える、光偏向素子の製造方法であって、
延伸により配向複屈折性が変化する光透過性材料に、複数の異なる光学特性の微小光学部材を混錬することと、
前記微小光学部材が混錬された前記光透過性材料を延伸してシート状の部材を形成することと、を備える光偏向素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光偏向素子の製造方法において、
前記光学特性は、前記微小光学部材の平均粒子径または屈折率である光偏向素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１から１１までのいずれか一項に記載の光偏向素子をシート状に形成してなる光偏向シート。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光偏向シートと、板状窓材とが沿在してなる光偏向窓材であって、前記光偏向シートは、入射光を、前記入射光の進行方向から、前記板状窓材に垂直な方向に基づいて定まる所定の範囲の方向に向けて偏向する光偏向窓材。
【請求項１７】
窓材を備える、建築物または仮設構造物において、請求項１５に記載の光偏向シートが前記窓材に沿って配置された前記建築物または前記仮設構造物の採光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向素子と、光偏向シートと、光偏向窓材と、採光システムと、光偏向素子の製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
屈折率の異なる光透過性材料を組み合わせて、入射した光を偏向する素子が知られている。特許文献１の採光シートは、透光性を有するシート状の基材層の一方の面に形成された光偏向層により、入射した光を反射することで偏向する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開第２０１４−１１９７３８号
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様によると、光偏向素子は、屈折率異方性を有し、所定の電界の振動方向を有する所定波長の光に対して第１屈折率を有する第１基材と、前記第１基材の内部に分散され、前記所定波長の光に対して前記第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する第１微小光学部材とを備える光偏向素子であって、前記光偏向素子は、光学要素をさらに備え、前記光学要素は、微小光学部材が分散された基材、または、基材の内部に分散された微小光学部材であって、それぞれ前記第１基材、または、前記第１微小光学部材とは、光学特性が異なる。
本発明の第２の態様によると、光偏向素子の製造方法は、基材と、前記基材の内部に分散された微小光学部材とを備える、光偏向素子の製造方法であって、延伸により配向複屈折性が変化する光透過性材料に、微小光学部材を混錬することと、前記微小光学部材が混錬された前記光透過性材料を所定の延伸倍率で延伸してシート状の部材を形成することと、複数の前記シート状の部材を光の透過方向に対して直列に配置することと、を備え、  前記複数のシート状の部材のうち、少なくとも一つは、前記微小光学部材または前記所定の延伸倍率が前記複数のシート状の部材における他の前記シート状の部材と異なる。
本発明の第３の態様によると、光偏向素子の製造方法は、基材と、前記基材の内部に分散された微小光学部材とを備える、光偏向素子の製造方法であって、延伸により配向複屈折性が変化する光透過性材料または前記光透過性材料の原料に、複数の異なる光学特性の微小光学部材を混錬することと、前記微小光学部材を含む前記光透過性材料を延伸してシート状の部材を形成することと、を備える。
本発明の第４の態様によると、光偏向シートは、第１の態様の光偏向素子をシート状に形成してなる。
本発明の第５の態様によると、光偏向窓材は、第４の態様の光偏向シートと、板状窓材とが沿在してなり、前記光偏向シートは、入射光を、前記入射光の進行方向から、前記板状窓材に垂直な方向に基づいて定まる所定の範囲の方向に向けて偏向する。
本発明の第６の態様によると、採光システムは、窓材を備える、建築物または仮設構造物において、第４の態様の光偏向シートが前記窓材に沿って配置された前記建築物または前記仮設構造物の採光システムである。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】一実施形態の光偏向素子の概念図である。
【図２】一実施形態の光偏向素子における基材の屈折率と微小光学部材の屈折率との関係をグラフで示した図である。
【図３】一実施形態の光偏向素子における基材の屈折率と微小光学部材の屈折率との関係をグラフで示した図である。
【図４】一実施形態の光偏向素子における基材の屈折率と微小光学部材の屈折率との関係をグラフで示した図である。
【図５】（ａ）一実施形態の光偏向素子における微小光学部材への入射光（φ＝０度）と出射光とを説明する図である。（ｂ）一実施形態の光偏向素子における微小光学部材への入射光（φ≠０度）と出射光とを説明する図である。
【図６】一実施形態の光偏向素子において光が偏向される過程を説明するための概念図である。
【図７】一実施形態の光偏向素子の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【図８】一実施形態の光偏向素子における複数の微小光学部材を配合する割合の算出方法を説明するための図である。
【図９】一実施形態の光偏向窓材を備える窓の正面図である。
【図１０】一実施形態の光偏向窓材を備える窓の端面図である。
【図１１】一実施形態の採光システムの概念図である。
【図１２】一実施形態の光偏向素子の概念図である。
【図１３】一実施形態の光偏向素子の概念図である。
【図１４】一実施形態の光偏向素子における基材の屈折率と微小光学部材の屈折率との関係をグラフで示した図である。
【図１５】一実施形態の光偏光素子の概念図である。
【図１６】一実施形態の光偏向素子における基材の屈折率と微小光学部材の屈折率との関係をグラフで示した図である。
【図１７】一実施形態の光偏向素子の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【図１８】一実施形態の光偏向素子における延伸倍率の算出方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下では、適宜図面を参照しながら、一実施形態の光偏向素子と、光偏向素子を用いた光偏向シート、光偏向窓材、採光システム等について説明する。
【０００７】
図１は、本実施形態の光偏向素子１０の構造と機能とを模式的に示した概念図である。光偏向素子１０は、第１の面１１と、第２の面１２と、基材２０と、微小光学部材３０とを備え、基材２０の内部に複数の微小光学部材３０が分散されて構成される。図１では、第１の面１１に光が入射し、光偏向素子１０の内部で偏向された後、第２の面１２から出射される構成となっているが、偏向される光の入射する面、出射する面は特に限定されず、適宜構成することができる。光偏向素子１０は、様々な形状をとり得るが、例えば数十μｍ〜数ｃｍ等の範囲の厚さをもった板状またはシート状に構成される。
【０００８】
図１には、光偏向素子１０中の微小体積要素２９を拡大して示した。微小光学部材３０は、少なくとも２種類の所定の光学特性の異なる微小光学部材３１、３２ａを含む。ここで、所定の光学特性とは、光偏向に影響を与える物性パラメータであり、基材２０の屈折率と微小光学部材３１、３２ａの屈折率との差で引き起こされる散乱、特にミー散乱の散乱断面積に影響を与える物性パラメータであることが好ましい。本実施形態では、微小光学部材３０の所定の光学特性は、所定の波長の屈折率、アッベ数、主分散、所定の２つの波長の部分分散および部分分散比、ならびに平均粒子径で構成される群から選択される少なくとも一つであることがより好ましい。以下では、微小光学部材３１と微小光学部材３２ａとは屈折率が異なるとして説明する。微小光学部材３０の形状は特に限定されないが、粒子状であることが不要な反射、散乱等を防ぐうえで好ましい。
なお、本明細書において、「屈折率が等しい」、とは、比較対象の間で屈折率の差が小さく微小光学部材３０および基材２０による光散乱の散乱断面積への影響が十分小さい場合を指し、例えば、屈折率の差が０．０１未満であることを意味する。また、本明細書において、「屈折率が異なる」とは、上記の定義で屈折率が等しい場合以外を指す。さらに、屈折率の比較で「以上」「以下」を用いる場合は、上記の定義で「屈折率が等しい」場合をも含む。また、平均粒子径は、例えば、微小光学部材の粒子径ｄを顕微鏡法による円相当径とし、頻度分布が最大の最頻粒子径で規定することができる。
【０００９】
微小光学部材３０は屈折率異方性を有してもよいが、光偏向素子１０の構成が複雑になるため、以下の実施形態では、光偏向のメカニズムの一般的な説明をする場合を除き、微小光学部材３０は等方的な屈折率を有するものとして説明する。加工性の観点から、微小光学部材３０はガラス粒子であることが好ましい。
【００１０】
光偏向素子１０は、後に詳述するが、基材２０の内部を進む光に対する、基材２０と微小光学部材３０との屈折率の差の異方性、および／または、屈折率の差の大きさの異方性に基づいて、光偏向素子１０内の様々な位置を進む光を偏向する。簡潔に述べると、光偏向素子１０は、光偏向素子１０内を進行する光が感じる屈折率に関して、基材２０の屈折率と微小光学部材３０の屈折率との差が、より小さくなる方向に光の進行方向が近付くように光を偏向する。なお、屈折率は電界の振動方向により定まることに留意されたい。
【００１１】
図１中、入射光７１ａおよび出射光７２ａ等の、光偏向素子１０の外部を進む光は実線矢印で示し、光偏向素子１０の内部を進む光の進行方向は破線矢印で示した。図１では、光偏向素子１０の内部において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に電界の振動方向がある光、例えば、Ｚ軸方向に進む光の屈折率は、Ｚ軸方向に電界の振動方向がある光、つまり、Ｚ軸に垂直な方向に進む光の屈折率よりも小さいものとして、Ｚ軸方向に光を偏向する場合を示した。
なお、特に断りの無い限り、図１中の座標軸に示された通り、Ｚ軸を第１の面１１に垂直に設定し、Ｘ軸および、Ｘ軸に垂直なＹ軸を、Ｚ軸に垂直な方向に設定する。
【００１２】
図２は、基材２０および微小光学部材３１、３２ａの所定の波長の光に対する屈折率を例示した図である。以下、微小光学部材３１を第１微小光学部材３１、微小光学部材３２ａを第２微小光学部材３２ａと呼んで区別する。図２のグラフでは、横軸を可視領域での波長、縦軸を屈折率として示した。基材２０の屈折率は、Ｚ軸方向に進行する光に対して最小値をとり（点線５２ｎｚ参照）、Ｚ軸に垂直な方向、すなわち、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に進行する光に対して最大値をとる（実線５２ｎｘ、５２ｎｙ参照）。第１微小光学部材５３ａの屈折率は、基材２０のＺ軸方向の屈折率よりも基材２０のＸ軸方向およびＹ軸方向の屈折率に近い値に設定されている。
【００１３】
図２において、波長λ１の光に対しては、第１の微小光学部材３１の屈折率５３ａと、基材２０のＸ軸およびＹ軸方向の屈折率５２ｎｘ、５２ｎｙとは等しく（当該屈折率をｎ１とする）、第２の微小光学部材３２ａの屈折率５３ｂはｎ１よりも大きく、基材２０のＺ軸方向の屈折率５２ｎｚはｎ１よりも小さい設定になっている。一方、波長λ２の光に対しては、第２の微小光学部材３２ａの屈折率５３ｂと、基材２０のＸ軸およびＹ軸方向の屈折率５２ｎｘ、５２ｎｙとは等しく（当該屈折率をｎ２とする）、第１の微小光学部材３１の屈折率５３ａはｎ２よりも小さく、基材２０のＺ軸方向の屈折率５２ｎｚはｎ１よりも小さい設定になっている。
【００１４】
この場合、第１微小光学部材３１の屈折率５３ａと、基材２０のＸ軸およびＹ軸方向の屈折率５２ｎｘ、５２ｎｙとの差に着目すると、波長λ１の光に対する場合は波長λ２の光に対する場合と比べて小さい。従って、第１微小光学部材３１は、波長λ２の光に比べて、波長λ１の光をより強くＺ軸方向に近付くように偏向する。
【００１５】
一方、第２微小光学部材３２ａの屈折率５３ｂと、基材２０のＸ軸およびＹ軸方向の屈折率５２ｎｘ、５２ｎｙとの差に着目すると、波長λ２の光に対する場合は、波長λ１の光に対する場合と比べて小さい。従って、第２微小光学部材３２ａは、波長λ１の光に比べて、波長λ２の光をより強くＺ軸方向に近付くように偏向する。
【００１６】
本実施形態の光偏向素子１０は、屈折率の波長依存性が異なる第１微小光学部材３１と第２微小光学部材３２ａとを備える。これにより、１種類の基材２０と１種類の微小光学部材３０とで構成される光偏向素子に比べて、光の偏向度合の波長依存性をより小さくすることができるので、入射光７１ａに対する出射光７２ａの色の変化をより小さくすることができる。
【００１７】
なお、図２では、波長λ１の光に対して、第１微小光学部材３１の屈折率５３ａと第２微小光学部材３２ａの屈折率５３ｂとが、基材２０の屈折率の最大値以上の値をとるように設定した。しかし、基材２０の屈折率に関して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の屈折率５２ｎｘ、５２ｎｙがＺ軸方向の屈折率５２ｎｚよりも小さくなるように構成し、ある波長の光に対して、第１微小光学部材３１の屈折率５３ａと第２微小光学部材３２ａの屈折率５３ｂとが、基材２０の屈折率の最小値以下の値をとるように設定してもよい。
【００１８】
基材２０のとり得る屈折率の最大値と最小値の中間の値を微小光学部材３０の屈折率として設定すると、理論上、偏向する方向に広がりが出る。従って、偏向する方向の広がりを少なくしたい場合には、所定の波長の光に対し、第１微小光学部材３１の屈折率５３ａおよび／または第２微小光学部材３２ａの屈折率５３ｂは、基材２０の取り得る屈折率の最大値以上、または、最小値以下とすることが好ましい。
【００１９】
可視領域内におけるある波長、または、可視領域内の一部若しくは全ての波長域において、第１微小光学部材３１の屈折率５３ａと第２微小光学部材３２ａの屈折率５３ｂとの差Δｎは、０．１未満であることが好ましく、０．０５未満であることがさらに好ましい。これにより、第１微小光学部材３１または第２微小光学部材３２ａの一方による光偏向の度合が、他方による光偏向の度合と著しく異なってしまうことを防ぐことができる。
【００２０】
基材２０は、配向複屈折を有し、内部に配向複屈折を有する光透過性材料を含んで構成される。配向複屈折を有するためには、基材２０は、ベンゼン環またはナフタレン環を備える樹脂を含む材料からなることが好ましい。後述のミー散乱による散乱断面積は、基材２０の屈折率と微小光学部材３０の屈折率との差に依存し、電界の振動方向に依存する散乱の程度に差がある方が効率よく偏向されるから、光偏向を効率よく行うためには、基材２０は、固有複屈折の絶対値の大きい光透過性材料を含む材料からなることが好ましい。以上を鑑み、基材２０は、ポリエチレンナフタレート（以下、ＰＥＮと呼ぶ）またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。特に、ＰＥＮは、固有複屈折が顕著に高く、弾性率が高いため屈曲可能なシート状に成型することもできる等、加工性にも優れるため好ましい。
【００２１】
本実施形態では、微小光学部材３０は、粒子状であり、光偏向素子１０により偏向する光の波長をλとして、微小光学部材３０の粒子径ｄが、円相当径で０．１λ〜１０λ程度に設定されている。これにより、本実施形態の光偏向素子は、本願出願人が先に出願して公開されたＷＯ２０１１／１５８９５６号（以下、参考文献１と呼ぶ）に記載の微小光学部材と同様に、ミー散乱の理論に基づいて散乱され効率的に偏向される。
【００２２】
（光偏向の基本的なメカニズム）
以下では、基材２０と微小光学部材３０とを含む光偏向素子１０により、入射光を所望の方向に偏向して出射する基本的なメカニズムを説明する。説明をわかりやすくするため、基材２０に微小光学部材３０が一種類しか含まれていないとし、適宜波長λ１の光が、第１微小光学部材３１が分散されて含まれる基材２０に入射する場合を例に（図２参照）説明する。詳細な理論やシミュレーション結果に関しては、参考文献１を参照されたい。
【００２３】
本実施形態では、図１中の座標軸に示される通り、光偏向素子１０の第１の面１１に垂直な方向にＺ軸を設定し、Ｚ軸に垂直な平面に沿って互いに直交するＸ軸およびＹ軸を設定する。基材２０において、Ｘ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎａｘとし、Ｙ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎａｙとし、Ｚ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎａｚとする。また、微小光学部材３０において、Ｘ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎｂｘとし、Ｙ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎｂｙとし、Ｚ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎｂｚとする。
【００２４】
本実施形態の光偏向素子１０では、微小光学部材３０の屈折率は、基材２０の屈折率との比較において、所定の関係をもつように構成される。すなわち、屈折率ｎｂｚと、屈折率ｎａｚとの差の絶対値が、屈折率ｎｂｘと、屈折率ｎａｘとの差の絶対値、および、屈折率ｎｂｙと、屈折率ｎａｙとの差の絶対値よりも大きくなるように構成される。すなわち、以下の数式（１）および（２）で表される屈折率の関係を満たすように構成される。
｜ｎａｚ−ｎｂｚ｜＞｜ｎａｘ−ｎｂｘ｜  …（１）
｜ｎａｚ−ｎｂｚ｜＞｜ｎａｙ−ｎｂｙ｜  …（２）
【００２５】
屈折率は、光の電界成分の振動方向毎に定義され、電界成分の振動方向と、光の進行方向とは直交する。ミー散乱の理論によれば、基材２０の屈折率と微小光学部材３０の屈折率との差の絶対値が大きい方が、散乱断面積は大きい（参考文献１の図２２、図２５等を参照）。上記の数式（１）および（２）を満たす場合、電界成分がＺ軸方向、すなわち第１の面１１に垂直な方向に振動し、ＸＹ平面に沿って進む光は、Ｚ軸方向に進む光、例えば、電界成分がＸ軸方向またはＹ軸方向に振動する光よりも大きな散乱断面積で散乱されることになる。従って、様々な方向に進む光、すなわち電界成分が様々な方向に振動する光のうちで、Ｚ軸方向に進む光は、たとえばＸ軸あるいはＹ軸方向に進む光に比べて散乱される程度が低い。そして、各微小光学部材３０による散乱（後述の図５参照）により、様々な方向に進む光が生み出され、散乱されにくい方向に進む光は進行方向を変えずに進み、散乱されやすい方向に進む光は再び散乱するので、結果として、光偏向素子１０の内部を進む光はＸ軸やＹ軸方向に近付くようには偏向せず、Ｚ軸方向に近付くように偏向される。
【００２６】
より詳しく言えば、光偏向素子１０は、第１の面１１から入射した光の少なくとも一部を、基材２０の屈折率と微小光学部材３０の屈折率との差の絶対値が最も小さい方向に対して垂直ないずれかの方向に近付くように偏向する。光偏向素子１０は、特に、入射面に対して基材２０の屈折率と微小光学部材３０の屈折率とが対称となるように分布している場合には、光偏向素子１０に入射した光は対称性から平均的に入射面に沿った方向に進むから、上記いずれかの方向のうち、入射面に沿った方向に偏向される。
【００２７】
微小光学部材３０が等方性の屈折率を有する場合、基材２０の内部での微小光学部材３０の配向を調整する必要がないため製造工程が複雑化することを防ぐことができる。以下の説明は、波長λ１の光に対する第１微小光学部材３１を例に、微小光学部材を等方性の屈折率ｎｂを有するガラス粒子とし、さらに、基材２０の屈折率を、屈折率ｎａｘが屈折率ｎａｙおよび屈折率ｎｂと等しく、屈折率ｎａｚがこれらの屈折率ｎａｘ、ｎａｙ、ｎｂと異なる場合を前提とする。
【００２８】
図３は、波長λ１の光に対する、光偏向素子１０の基材２０と第１微小光学部材３１とのそれぞれの方向の屈折率を示した図である。光偏向素子１０は、基材２０の内部においてＸ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率ｎａｘおよびＹ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率ｎａｙと、第１微小光学部材３１の屈折率ｎｂ（＝ｎｂｘ＝ｎｂｙ＝ｎｂｚ）とが等しい。一方、基材２０の内部において、Ｚ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率ｎａｚは、第１微小光学部材３１の屈折率ｎｂよりも小さい。
【００２９】
ＸＹ平面に沿って電界成分が振動する光であるＺ軸方向に進む光は、基材２０と第１微小光学部材３１とで屈折率が等しいため、第１微小光学部材３１により散乱されないか、その他の方向に進む光に比べ弱く散乱される。Ｚ軸に沿って電界成分が振動する光、つまり、ＸＹ平面に沿って進む光は、基材２０と第１微小光学部材３１とで屈折率が異なるため、その他の方向に進む光よりも、強く散乱される。
【００３０】
図４は、波長λ１の光に対する、光偏向素子１０の基材２０と第１微小光学部材３１とのそれぞれの三次元方向の屈折率を、グラフで示した図である。光偏向素子１０の内部を進む光の電界成分の振動方向について、三次元方向の屈折率は、図３で示したＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の屈折率が実質的に連続的に変化するように構成される。この点を反映し、基材２０の三次元方向の屈折率は、屈折率楕円体４０で示される。一方、微小光学部材３０の屈折率は、等方的であるため屈折率球４１となる。ＸＹ平面上で屈折率楕円体４０と屈折率球４１とが重なる断面４９は円の形状であるが、Ｙ軸が斜視的に表されているため輪郭が楕円（破線）で図示される。
【００３１】
例えば、電界成分がＸＺ平面で振動する光を考える。Ｚ軸からＸ軸の方向に向けて光の電界成分の振動方向までの角度をθとすると、電界成分がθ方向に振動する光の屈折率の差は破線矢印４８の長さで示される。Ｘ軸方向から、Ｚ軸方向まで電界成分の振動方向を変化させたとすると、上記光の基材２０での屈折率と第１微小光学部材３１での屈折率との差は、増加していくことがグラフから読み取れる。同様に、Ｘ軸方向以外の電界成分の振動方向の光に対しても、電界成分の振動方向がＸＹ平面に沿った方向から、Ｚ軸に沿った方向に変化していくと、光の基材２０での屈折率と第１微小光学部材３１での屈折率との差は、増加していくことがわかる。
なお、以降では、光の振動方向がＸＺ平面内にない場合でも、Ｚ軸から光の振動方向までとった角度をθ（０度≦θ≦９０度）とする。
【００３２】
以上説明した内容と、ミー散乱における散乱断面積が屈折率の差（の絶対値）と正の相関を有することとを併せ、光偏向素子１０は、電界成分の振動方向とＺ軸との角度が９０度に近い光ほど、より弱く散乱する傾向を示すことになる。
【００３３】
図５は、光偏向素子１０の内部での、第１微小光学部材３１の各々についての、光の入射方向と出射方向とを説明するための図である。Ｚ軸に対して光の進行方向がなす角度をφ（０度≦φ≦９０度）とする。図５（ａ）では、第１微小光学部材３１に対し、基材２０の内部を進む光はφ＝０度、すなわちＺ軸方向に沿って入射する。この場合、光の電界成分の振動方向（光の進行方向と垂直）を示す角度θは９０度となるため、基材２０と第１微小光学部材３１とは屈折率が等しく、第１微小光学部材３１に入射した光は散乱されず、入射光と同一の方向であるＺ軸方向に出射される。
【００３４】
一方、図５（ｂ）では、第１微小光学部材３１に対し、基材２０の内部を進む光は、基材２０の屈折率と第１微小光学部材３１の屈折率が異なる方向から入射する（φ≠０）。この場合、光の電界成分の振動方向は、光の進行方向に垂直なあらゆる方向をとり得る。図４のグラフにおいては、屈折率楕円体４０と屈折率球４１とをＺ軸に対してφの角度の法線方向をもつ平面で切った断面において、基材２０と第１微小光学部材３１とのそれぞれの電界成分の振動方向毎の屈折率が示される。基材２０の屈折率と第１微小光学部材３１の屈折率とが異なる方向に電界成分が振動する光の場合、第１微小光学部材３１は、入射した光を散乱し、入射方向とは異なる方向を含んだ様々な方向に光を出射する。
【００３５】
図６は、光偏向素子１０の内部で、複数の第１微小光学部材３１による散乱により、光偏向素子１０への入射光が偏向される点を説明する図である。光偏向素子１０の第１の面１１から入射した光は、例えば第１微小光学部材３１ａにおいて散乱され、Ｚ軸方向に散乱された光は、他の第１微小光学部材３１ｂに散乱されずそのまま光偏向素子１０から出射される。一方、第１微小光学部材３１ａで散乱されてＸ軸方向に近い方向に進む光は、再び別の微小光学部材３１ｃで散乱される。第１微小光学部材３１ｃで散乱された光のうちＺ軸方向に進むものは、他の第１微小光学部材３１に散乱されずＺ軸方向に進む光として出射される。
なお、偏向させたい方向とは別の方向に進む光であって、例えば、入射光がＸＺ平面内を進む場合のＹ軸方向に電界成分が振動する光のように、散乱断面積が小さい電界成分の振動方向も存在し得る（図４参照）。しかしながら、既に述べたように、散乱により様々な方向の光が生み出され、全体として屈折率の差の絶対値の小さいＺ軸方向に向けて、入射光は偏向される（参考文献１の図２７等も参照）。
【００３６】
（光偏向素子１０の製造方法について）
図７は、光偏向素子１０を製造する流れを示すフローチャートである。Ｚ軸に関して軸対称の屈折率を有し、Ｚ軸方向の屈折率がＸ軸方向およびＹ軸方向の屈折率より小さい基材２０（図４参照）は、正の固有複屈折をもった配向複屈折を有する材料をＸ軸およびＹ軸に二軸延伸することで好適に作成される。
なお、基材２０に必要な屈折率の異方性に応じて、延伸の方向、延伸倍率を適宜調節し、電界成分の振動方向により様々な屈折率の分布をもった基材２０を実現することができる。また、適宜一軸延伸や、ローラにより押しつぶして延伸する方法を用いてもよい。
なお、図７のフローチャートでは、２種類のガラス粒子を混練する構成としているが、異なる光学特性を有する２種類以上の微小光学部材３０が混錬されるのであれば、特に微小光学部材３０の態様は限定されない。
【００３７】
ステップＳ１００１において、ビーズミル等の粉砕機により、異なる屈折率を有する２種類の、微小光学部材３０の原料となるガラス材料を破砕し、２種類のガラス粒子を作成する。破砕後のガラス粒子は、粒子の大きさについて、入射する光の波長をλとしたときに円相当径が０．１λ〜１０λとなるものを含むように適宜調節される。２種類のガラス粒子が作成されたら、ステップＳ１００３に進む。ステップＳ１００３において、２種類のそれぞれのガラス粒子について、気流分級機等の分級装置により、ガラス粒子を分級し、円相当径が０．１λ〜１０λとなるガラス粒子を取り出す。ステップＳ１００３が終了したら、ステップＳ１００５に進む。
以下の実施形態において、入射する光の波長λは、使用態様に応じて例えば可視光線に対応する光の波長とすることができ、具体的には３６０ｎｍ以上、または３８０ｎｍ以上、あるいは４００ｎｍ以上等とすることができ、また、７６０ｎｍ以下、あるいは７８０ｎｍ以下等とすることができる。
【００３８】
ステップＳ１００５において、ステップＳ１００３で得られた２種類のガラス粒子の表面を処理する。例えば、ヘンシェルミキサーを用いてガラス粒子とシランカップリング剤とを混合して撹拌し、ガラス粒子の表面にシランカップリング処理を行うことにより、樹脂とガラス粒子との密着性を向上させてもよい。表面処理が終わったら、ステップＳ１００７に進む。ステップＳ１００７において、二軸混練装置等の混練装置により、ステップＳ１００５で得られた２種類のガラス粒子を、基材２０の原料である熱可塑性樹脂を溶融したものに所定の割合で混練する。
なお、ステップＳ１００５における表面処理は、適宜省略してもよい。
【００３９】
図８は、２種類のガラス粒子を混練する際の割合を決定する方法を説明するための図である。図中、左上のグラフは、所定の波長の光について、第１微小光学部材３１が基材２０に分散された場合の、粒子半径に対するミー散乱の散乱断面積の理論値を示すグラフである。図中、右上のグラフは、所定の波長の光について、第２微小光学部材３２ａが基材２０に分散された場合の、粒子半径に対するミー散乱の散乱断面積の理論値を示すグラフである。左上のグラフと右上のグラフとでは、少なくとも一部の波長域について、波長の変化に対して散乱断面積が逆方向に変化している。
【００４０】
第１微小光学部材３１に関する散乱断面積のデータと第２微小光学部材３２ａに関する散乱断面積のデータとを所定の割合で足し合わせて重み付け平均をとり、図８中、下のグラフのように、適宜最小二乗法等を用いて散乱断面積に波長依存性が少なくなるような割合が算出される。上記割合の算出では、製造する光偏向素子の用途に応じて適宜入射角や電界の振動方向等について適切な光を想定して最適化することが好ましい。求めた割合で第１微小光学部材３１と第２微小光学部材３２ａとが熱可塑性樹脂に混練される。２種類のガラス粒子が所定の割合で熱可塑性樹脂に混練されたら、ステップＳ１００９に進む。
なお、基材２０の原料である熱可塑性樹脂は、延伸前に複屈折を示していないものを用いることも好ましい。これにより、延伸時における各方向の屈折率の調整が比較的容易になる。
【００４１】
ステップＳ１００９において、単層押し出し装置等の押出機により、２種類のガラス粒子が混練された熱可塑性樹脂をシート成型する。シート成型されたら、ステップＳ１０１１に進む。
【００４２】
ステップＳ１０１１において、延伸機により、所定の温度で熱可塑性樹脂のシートが二軸延伸される。延伸は、基材２０において所望の屈折率が得られるように適宜延伸倍率、温度等が調節される。好ましくは、延伸倍率は、基材２０の屈折率が最大となる方向の屈折率の値が、微小光学部材３１または微小光学部材３２ａの屈折率と等しいか、より小さい値になるように設定される。延伸は、加工可能な程度において、より低い温度で行う方が、樹脂の結晶化による光透過性の低下を防ぐことができるので好ましい。ＰＥＮは、ガラス転移点Ｔｇ以下の温度での延伸でも、ナフタレン環同士の平行性が良くなり延伸により配向し、複屈折を生じることが知られている。従って、基材２０の材料としてＰＥＮを用いた場合、２種類のガラス粒子に用いられているいずれかまたは両方のガラスの転移点Ｔｇ以下の温度で延伸することが、光透過性の低下を防ぐために好ましい。また、延伸において、ロールプレス等により、加熱とともに、適宜加圧することも好ましい。ロールプレスによりシートの表面が平たん化されて、無駄な散乱光の発生が抑制される。熱可塑性樹脂が延伸され、光偏向素子１０が成型されたら、ステップＳ１０１３に進む。
【００４３】
ステップＳ１０１３において、ステップＳ１０１１で得られた光偏向素子１０の光学特性を実験により確認する。光偏向素子１０に適宜所定の方向の偏光成分を有する光を照射し、光強度等を検出し、光強度分布を作成する等して評価する。光学特性が評価されたら、処理を終了する。
なお、製造条件が安定している場合は、光学特性の評価ステップは省略することも可能である。
【００４４】
（窓材について）
上述の光偏向素子１０は、入射する光を偏向する光偏向窓材に好適に用いられる。光偏向窓材は、直射日光を構造物内部の奥行方向等に偏向するとともに、適度に拡散させ、色合いを調整しつつ直射日光の不快なぎらつきを抑えることができる。
【００４５】
図９は、光偏向素子１０を用いて作成した光偏向窓１０３の正面図である。光偏向窓１０３は、窓枠１０９と、光偏向窓材１０２を備えて構成される。
【００４６】
図１０は、光偏向窓１０３のＡ−Ａ端面図である。光偏向窓材１０２は、光偏向素子１０（図１）をシート状に形成した光偏向シート１０１と、光透過層１０６と、コート層１０７とを備えて構成される。光偏向シート１０１は、本実施形態の光偏向素子１０を備え、入射光を、光透過層１０６に垂直な方向または光透過層１０６に垂直な方向から１５度以下、３０度以下、４５度以下等の所定の角度の方向に向けて偏向する。光透過層１０６は、ガラス板や樹脂板等の、通常の構造物等に用いられる、光透過性を有する板状窓材により構成され、外光を取り入れつつ、外気を遮るものである。コート層１０７は、光偏向窓材１０２の表面の保護のため、擦り傷等が容易に形成しない材質で構成される。コート層が紫外線等の所望の光を遮断する構成にしてもよい。
なお、光偏向窓材１０２は三層からなるものとして説明したが、層の数や各層の構成は適宜調整してもよい。また、光偏向窓材１０２は、光偏向シート１０１が挟み込まれて形成されるが、光透過層１０６に光偏向シート１０１が着脱可能に接着される構成としてもよい。これにより、光偏向シート１０１の厚さを調整したり、季節による太陽の方角等に合わせ、適切な向きに光偏向シート１０１を配置することができる。
【００４７】
（採光システムについて）
図１１は、本実施形態の光偏向シート１０１を用いた採光システム２００の例を示した図である。建築物５１において、光透過層１０６を備える窓材１０５に沿って光偏向シート１０１が配置されている。これにより、太陽５からの仰角の大きい直射日光に対しても、奥行き方向に光を偏向することができ、また、微小部材による散乱光であるため、建築物５１の内部に居る人間にとって不快なぎらつきを避けることができる。  
なお、本実施形態の採光システム２００は、建築物５１のみならず、テントや組み立てバンガロー等の仮設構造物や、電車や車等の乗り物にも好適に採用することができる。また、図１１では、光偏向シート１０１を窓材１０５に片側から貼付する構成にしたが、図１０のように光偏向シート１０１を光透過層１０６やコート層１０７等で挟み込む形にしてもよい。
【００４８】
また、光偏向素子１０の他の応用として、ファイバー等の光を通す媒体と接続し、建築物５１の各部屋に光を誘導し、光源または熱源として利用する他、建築物５１への直射日光を建築物５１の外部へと誘導することにより、排熱等したりすることができる。
【００４９】
上述の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）本実施形態の光偏向素子１０は、基材２０および第１微小光学部材３１に加え、さらなる光学要素である第２微小光学部材３２ａをさらに備え、第２微小光学部材３２ａは、基材２０の内部に分散された微小光学部材であって、第１微小光学部材３１とは、波長λ１等の光に対して屈折率が異なる。
これにより、光偏向素子１０に入射する複数の波長の光について、波長による偏向の度合の違いを少なくすることができ、入射光の色合いと出射光の色合いが大きく変化することを防ぐことができる。また、適宜出射光の色合いの調整を行うことができる。
【００５０】
（２）本実施形態の光偏向素子１０において、第２微小光学部材３２ａは、平均粒子径が第１微小光学部材３１の平均粒子径と異なる微小粒子であるか、または、波長λ１等の光に対して第１微小光学部材３１の屈折率とは異なる屈折率を有する微小粒子であるとすることができる。これにより、ミー散乱の散乱特性の違いを利用して、効果的に波長による偏向の度合の違いを少なくすることができる。
【００５１】
（３）本実施形態の光偏向素子１０において、波長λ１の光に対する、第１微小光学部材３１の屈折率および／または第２微小光学部材３２ａの屈折率は、波長λ１を有し任意の電界の振動方向を有する光に対して基材２０が示す最大屈折率以上か、最小屈折率以下である。これにより、第１微小光学部材３１および／または第２微小光学部材３２ａにより偏向される光の方向の精度を上げることができる。
【００５２】
（４）本実施形態の光偏向素子１０において、第１微小光学部材３１、第２微小光学部材３２ａは、粒子状であって、偏向する光の波長をλとしたとき、第１微小光学部材３１、第２微小光学部材３２ａの円相当径は０．１λ〜１０λである。これにより、ミー散乱を利用して効率的に光偏向を行うことができ、さらに反射材を用いないためぎらつきを防ぐことができる。
【００５３】
（５）本実施形態の光偏向素子１０は、第１微小光学部材３１、第２微小光学部材３２ａはガラス粒子である。これにより、容易に加工することができる。また、ガラス粒子は材料を選択することにより、適した屈折率の材料を採用できると共に、材料による吸収が少ない。
【００５４】
（６）本実施形態の光偏向素子の製造方法は、延伸により配向複屈折性が変化するＰＥＮ等の光透過性材料に、複数の異なる光学特性の微小光学部材３０を混錬することと、微小光学部材３０が混錬された当該光透過性材料を延伸してシート状の部材１０１を形成することと、を備える。これにより、微小光学部材３０を複数準備する他は、１種類の微小光学部材３０を備える光偏向素子を製造する時と同等の手間で、波長により偏向の度合の変化がより小さい光偏向素子１０を製造することができる。
【００５５】
（７）本実施形態の光偏向素子の製造方法において、微小光学部材３１と微小光学部材３２ａとで異なる光学特性は、平均粒子径または屈折率である。これにより、ミー散乱を利用して波長により偏向の度合の変化がより小さい光偏向素子１０を製造できる。
【００５６】
（８）本実施形態の光偏向シート１０１は、光偏向素子１０をシート状に形成してなる。これにより、様々な場所に容易に設置し、出射光の色合いが調整された光偏向を実現することができる。
【００５７】
次のような変形も本発明の範囲内であり、上述の実施形態と組み合わせることが可能である。以下の変形例において、上述の実施形態と同様の構造、機能を示す部位に関しては、同一の符号で参照し、適宜説明を省略する。
（変形例１）
上述の実施形態においては、図１で示されたように、第１微小光学部材３１と第２微小光学部材３２ａとを基材２０に分散させる構成とした。しかし、光偏向素子が、第１微小光学部材を基材２０に分散させた第１の層と、第２微小光学部材を基材２０に分散させた第２の層とを備えてもよい。これにより、１種類の基材と１種類の微小光学部材から構成される光偏向素子を様々に組み合わせて、光偏向の度合の波長依存性が減少した光偏向素子１０ａを構成することができる。
【００５８】
図１２は、本変形例の光偏向素子１０ａの構造を示す概念図である。光偏向素子１０ａは、第１の層１３と、第２の層１４を備える。第１の層１３は、第１微小光学部材３１と基材２０を備える。図１２では、第１の層１３の微小体積要素２９ａを拡大して図示している。第２の層１４は、第２微小光学部材３２ａと、基材２０とを備える。図１２では、第２の層１４の微小体積要素２９ｂを拡大して図示している。言い換えると、第１基材２０ａを備える層１３、１４を一つの層とすると、当該層は、第１微小光学部材３１が分散されている第１の層１３と、第２微小光学部材３２ａが分散されている第２の層１４に分かれている。
【００５９】
第１の層１３および第２の層１４は、入射光７１ａ、７１ｂの透過方向に対して直列に配置され、入射光７１ａ、７１ｂは第１の層および第２の層１４を透過した後、それぞれ出射光７２ａ、７２ｂとして出射される。これにより、入射光７１ａのように第１の層１３ではあまり偏向されない光でも、第１の層１３とは異なる第２微小光学部材３２ａを備える第２の層１４を透過する間に偏向させることができる。
なお、第１の層１３および第２の層１４は、層状ではなく、任意の形状にすることができる。また、第１の層１３と第２の層１４で異なる屈折率の基材２０を用いてもよい。
【００６０】
第１の層１３の厚さと、第２の層１４の厚さとは、光偏向素子１０ａを透過した光の偏向の度合の波長依存性が少なくなるように適宜調節される。光偏向素子１０ａの製造方法においては、例えば、図８で示したように、２種類の微小光学部材３０と基材２０に関する、波長ごとの、粒子半径に対する散乱断面積のデータに基づいて、光偏向素子１０ａ全体の厚さに対する、第１の層１３の厚さと第２の層１４の厚さの割合を決定することができる。第１微小光学部材３１に関する散乱断面積のデータと第２微小光学部材３２ａに関する散乱断面積のデータとを所定の割合で足し合わせて重み付け平均をとり、図８中、下のグラフのように散乱断面積に波長依存性が少なくなるような割合が算出される。光偏向素子１０ａの製造方法においては、求めた上記割合から第１の層１３の厚さと第２の層３２ｂの厚さとが決定され、決定された厚さの第１の層１３と第２の層１４とが光の透過方向に対して直列に配置される。
【００６１】
（変形例２）
上述の実施形態の図１では、光偏向素子１０の第１の面１１と対向する第２の面から偏向した光を出射する構成にしたが、入射光を４５度〜１３５度、または９０度等の任意の角度偏向し、光偏向素子の側面から出射する構成にしてもよい。これにより、特に太陽電池等の平面状のパネル等において、コンパクトな形状で効率的に光を集光することができる。
【００６２】
図１３は、本変形例の光偏向素子１０ｂの構造を示す概念図である。光偏向素子１０ｂは、第１の面１１と、第２の面１２と、基材２０と、微小光学部材３０とを備える。図１３中では、基材２０の内部の微小体積要素２９ｄを拡大して図示した。微小光学部材３０は、第１微小光学部材３１と、第２微小光学部材３２ａとを備える。
【００６３】
光偏向素子１０ｂは、第１の面１１から入射する入射光７１ｃを、第１の面１１および第１の面１１と対向する第２の面１２とは異なる面から出射光７２ｃとして出射する。
【００６４】
図１４は、本変形例における基材２０および微小光学部材３１、３２ａの所定の範囲の波長の光に対する屈折率を例示した図である。図１４のグラフでは、横軸を可視領域での波長、縦軸を屈折率として示した。基材２０の屈折率は、Ｚ軸方向において最小値をとり（実線５２ｎｚ参照）、Ｚ軸に垂直な方向、例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において最大値をとる（点線５２ｎｘ、５２ｎｙ参照）。図２とは実線と点線の定義が入れ替わっているので留意されたい。第１微小光学部材３１の屈折率５３ａは、基材２０のＸ軸方向およびＹ軸方向の屈折率５２ｎｘ、５２ｎｙよりも基材２０のＺ軸方向の屈折率５２ｎｚに近い値に設定されている。
【００６５】
図１４において、波長λ３の光に対しては、第１の微小光学部材３１の屈折率５３ａと、基材２０のＺ軸方向の屈折率５２ｎｚとは等しく（当該屈折率をｎ３とする）、第２の微小光学部材３２ａの屈折率５３ｂはｎ３よりも小さく、基材２０のＸ軸方向およびＹ軸方向の屈折率５２ｎｘ、５２ｎｙはｎ３よりも大きい設定になっている。一方、波長λ４の光に対しては、第２の微小光学部材３２ａの屈折率５３ｂと、基材２０のＺ軸方向の屈折率５２ｎｚとは等しく（当該屈折率をｎ４とする）、第１の微小光学部材３１の屈折率５３ａはｎ４よりも大きく、基材２０のＸ軸方向およびＹ軸方向の屈折率５２ｎｘ、５２ｎｙはｎ４よりも大きい設定になっている。
【００６６】
この場合、第１微小光学部材３１の屈折率５３ａと、基材２０のＺ軸方向の屈折率５２ｎｚとの差に着目すると、波長λ３の光に対する場合は、波長λ４の光に対する場合と比べて小さい。従って、第１微小光学部材３１は、波長λ３の光に対して、波長λ４の光に比べて、波長λ３の光をより強くＺ軸方向と垂直なＸ軸またはＹ軸方向等に近付くように偏向する。
【００６７】
一方、第２微小光学部材３２ａの屈折率５３ｂと、基材２０のＺ軸方向の屈折率５２ｎｚとの差に着目すると、波長λ４の光に対する場合は、波長λ３の光に対する場合と比べて小さい。従って、第２微小光学部材３２ａは、波長λ４の光に対して、波長λ３の光に比べて、波長λ４の光をより強くＺ軸方向と垂直なＸ軸またはＹ軸方向に近付く方向に偏向する。
【００６８】
本実施形態の光偏向素子１０ｂは、屈折率の波長依存性が異なる第１微小光学部材３１と第２微小光学部材３２ａとを備える。これにより、１種類の基材２０と１種類の微小光学部材３０とで構成される光偏向素子に比べて、光の偏向の波長依存をより小さくすることができるので、入射光７１ｃに対する出射光７２ｃの色の変化をより小さくすることができる。
【００６９】
光偏向素子１０ｂは、基材２０の屈折率との関係で、第１微小光学部材３１および第２微小光学部材３２ａの屈折率が変わる他は、上述の実施形態の光偏向素子１０と同様の方法（図７参照）で製造することができる。
【００７０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る光偏向素子１０ｃは、第１の実施形態に係る光偏向素子１０と同様の構成を有しているが、異なる所定の光学特性を有する複数の基材２０（２０ａ、２０ｂ）を備える点が、第１の実施形態とは異なっている。ここで、所定の光学特性とは、光偏向に影響を与える物性パラメータであり、基材２０と微小光学部材３１、３２ａとの屈折率の差で引き起こされる散乱、特にミー散乱の散乱断面積に影響を与える物性パラメータが好ましい。本実施形態では、基材２０における所定の光学特性は、所定の振動方向を有し所定の波長の光に対する屈折率、所定の電界成分の振動方向を有する光に対するアッベ数、主分散、所定の２つの波長の部分分散および部分分散比、ならびに屈折率の最大値と最小値との差で構成される群から選択される少なくとも一つがより好ましい。以下では、基材２０ａと基材２０ｂとは所定の電界成分の振動方向を有する所定の波長の光に対し屈折率が異なる（図１６参照）として説明する。第１の実施形態との同一部分については第１の実施形態と同一の符号で参照し、場合に応じ説明を省略する。
【００７１】
図１５は、第２の実施形態の光偏向素子１０ｃの構造を示す概念図である。光偏向素子１０ｃは、第１の面１１と、第２の面１２と、第１の層１５と、第２の層１６とを備える。第１の層１５は、第１基材２０ａと、第１基材２０ａに分散された第１微小光学部材３１とを備える。第２の層１６は、第２基材２０ｂと、第２基材２０ｂに分散された第１微小光学部材３１とを備える。図１５中では、第１の層１５の内部の微小体積要素２９ａおよび第２の層１６の内部の微小体積要素２９ｅを拡大して図示した。
なお、第１の層１５と、第２の層１６とに光学特性の異なる微小光学部材が分散されている構成にしてもよい。
【００７２】
光偏向素子１０ｃは、入射光７１ａ、７１ｂをそれぞれ第１の面１１または第２の面１２に垂直な方向に偏向し、第２の面１２から出射光７２ａ、７２ｂとして出射する。光偏向素子１０ｃは、第１基材２０ａと第２基材２０ｂとの光学特性が異なるため、例えば光偏向の波長依存性等が原因で、入射光７１ａのように第１の層１５で光偏向の度合が弱い場合でも、第２の層１６で光偏向させることができる。これにより、光の偏向の程度を波長ごとにより均一にすることができ、１種類の基材２０と１種類の微小光学部材３０とで構成される光偏向素子よりも、入射光と出射光とで色の変化を少なくすることができる。
【００７３】
第１基材２０ａと第２基材２０ｂとの組成は特に限定されないが、第１基材２０ａと、第２基材２０ｂとは、ＰＥＮまたはＰＥＴ等の、同一の化合物を含み、配向複屈折性が異なる熱可塑性樹脂を備えることが好ましい。これにより、同一の原料から異なる光学特性を有する基材が製造でき、製造の際の延伸倍率により屈折率等の光学特性を容易に調節することができる。
【００７４】
第１微小光学部材３１は異方性をもつ屈折率を有してもよいが、光偏向素子１０の構成が複雑になるため、本実施形態では、第１微小光学部材３１は等方的な屈折率のガラス粒子として説明する。
【００７５】
図１６は、第２の実施形態における第１微小光学部材３１と、第１基材２０ａおよび第２基材２０ｂとの所定の波長の光に対する屈折率を例示した図である。図１６のグラフでは、横軸を可視領域での波長、縦軸を屈折率として示した。第１微小光学部材３１の屈折率５３は実線で示した。第１基材２０ａの屈折率は、Ｚ軸方向において最小値をとり（点線５２−１ｎｚ参照）、Ｚ軸に垂直な方向、例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において最大値をとる（一点鎖線５２−１ｎｘ、５２−１ｎｙ参照）。第２基材２０ｂの屈折率は、Ｚ軸方向において最小値をとり（破線５２−２ｎｚ参照）、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向において最大値をとる（二点鎖線５２−２ｎｘ、５２−２ｎｙ参照）図２とは各線の定義が異なっているので留意されたい。第１微小光学部材３１の屈折率５３は、基材２０ａのＺ軸方向の屈折率５２−１ｎｚよりもＸ軸方向およびＹ軸方向の屈折率５２−１ｎｘ、５２−１ｎｙに近い値に設定されている。第１微小光学部材３１の屈折率５３は、基材２０ｂのＺ軸方向の屈折率５２−２ｎｚよりもＸ軸方向およびＹ軸方向の屈折率５２−２ｎｘ、５２−２ｎｙに近い値に設定されている。
【００７６】
図１６では、同一の熱可塑性樹脂から延伸倍率を異ならせてＸＹ方向に二軸延伸し第１基材２０ａおよび第２基材２０ｂを形成した場合を想定している。第１基材２０ａよりも第２基材２０ｂの方が延伸倍率が高くなっているため、屈折率の取り得る範囲（各基材のＸ軸およびＹ軸方向の屈折率に対応する曲線とＺ軸方向の屈折率に対応する曲線との間の数値範囲）は、第１記載２０ａよりも第２基材２０ｂの方が広くなっている。
なお、各波長に対する所望の光偏向の度合が実現できれば、第１微小光学部材３１と第１基材２０ａと第２基材２０ｂとにおける屈折率の値は特に限定されない。
【００７７】
図１６において、波長λ５の光に対しては、第１微小光学部材３１の屈折率５３と、基材２０ａのＸ軸およびＹ軸方向の屈折率５２−１ｎｘ、５２−１ｎｙとは等しく（当該屈折率をｎ５とする）、第２基材２０ｂのＸ軸およびＹ軸方向の屈折率５２−２ｎｘ、５２−２ｎｙはｎ５よりも大きく、基材２０ａおよび基材２０ｂのＺ軸方向の屈折率５２−１ｎｚ、５２−２ｎｚはｎ５よりも小さい設定になっている。一方、波長λ６の光に対しては、第１微小光学部材３１の屈折率５３と、基材２０ｂのＸ軸およびＹ軸方向の屈折率５２−２ｎｘ、５２−２ｎｙとは等しく（当該屈折率をｎ６とする）、第１基材２０ａのＸ軸およびＹ軸方向の屈折率５２−１ｎｘ、５２−１ｎｙはｎ６よりも大きく、基材２０ａおよび基材２０ｂのＺ軸方向の屈折率５２−１ｎｚ、５２−２ｎｚはｎ６よりも小さい設定になっている。
【００７８】
この場合、第１微小光学部材３１の屈折率５３と、基材２０ａのＸ軸およびＹ軸方向との屈折率５２−１ｎｘ、５２−１ｎｙとの差に着目すると、波長λ５の光に対する場合は、波長λ６の光に対する場合と比べて小さい。従って、第１微小光学部材３１は、波長λ６の光に比べて、波長λ５の光をより強くＺ軸方向に近付くように偏向する。
【００７９】
一方、第１微小光学部材３１の屈折率５３と、基材２０ｂのＸ軸およびＹ軸方向との屈折率５２−１ｎｘ、５２−１ｎｙとの差が、波長λ６の光に対する場合は、波長λ５の光に対する場合と比べて小さい。従って、第１微小光学部材３１は、波長λ５の光に比べて、波長λ６の光をより強くＺ軸方向に近付くように偏向する。
【００８０】
本実施形態の光偏向素子１０ｃは、屈折率の波長依存性が異なる第１基材２０ａと第２基材２０ｂとを備える。これにより、１種類の基材２０と１種類の微小光学部材３０とで構成される光偏向素子に比べて、光の偏向の波長依存をより小さくすることができるので、入射光７１ａおよび７１ｂに対する出射光７２ａ、７２ｂの色の変化をより小さくすることができる。
【００８１】
（光偏向素子１０ｃの製造方法について）
図１７は、光偏向素子１０ｃを製造する流れを示すフローチャートである。Ｚ軸に関して軸対称の屈折率を有し、Ｚ軸方向の屈折率がＸ軸方向およびＹ軸方向の屈折率より小さい第１基材２０ａおよび第２基材２０ｂ（図１６参照）は、正の固有複屈折をもった配向複屈折を有する材料をＸ軸およびＹ軸に二軸延伸することで好適に作成される。
なお、基材２０ａ、２０ｂに必要な屈折率の異方性に応じて、延伸の方向、延伸倍率を適宜調節し、電界成分の振動方向について様々な屈折率の分布をもった基材２０ａ、２０ｂを実現することができる。また、適宜一軸延伸や、ローラにより押しつぶして延伸する方法を用いてもよい。
【００８２】
ステップＳ２００１において、ジェットミル等の粉砕機により、第１微小光学部材３１の原料となるガラス材料を破砕し、ガラス粒子を作成する。破砕後のガラス粒子は、粒子の大きさについて、入射する光の波長をλとしたときに円相当径が０．１λ〜１０λとなるものを含むように適宜調節される。ガラス粒子が作成されたら、ステップＳ２００３に進む。ステップＳ２００３において、ステップＳ２００１で作成されたガラス粒子について、気流分級機等の分級装置により、ガラス粒子を分級し、円相当径が０．１λ〜１０λとなるガラス粒子を取り出す。ステップＳ２００３が終わったら、ステップＳ２００５に進む。
【００８３】
ステップＳ２００５において、ステップＳ２００３で得られたガラス粒子の表面を処理する。例えば、ヘンシェルミキサーを用いてガラス粒子とシランカップリング剤とを混合して撹拌し、ガラス粒子の表面にシランカップリング処理を行うことにより、樹脂とガラス粒子との密着性を向上させてもよい。表面処理が終わったら、ステップＳ２００７に進む。ステップＳ２００７において、二軸混練装置等の混練装置により、ステップＳ２００５で得られたガラス粒子を、基材２０ａおよび基材２０ｂの原料である熱可塑性樹脂を溶融したものに所定の量混練する。ステップＳ２００７が終了したら、ステップＳ２００９に進む。
なお、ステップＳ２００５における表面処理は、適宜省略してもよい。また、第１基材２０ａ、第２基材２０ｂの原料である熱可塑性樹脂は、延伸前に複屈折を示していないものを用いることも好ましい。これにより、延伸時における各方向の屈折率の調整が比較的容易になる。さらに、熱可塑性樹脂に対し、原料となるモノマー等の段階すなわち重合前の段階でガラス粒子を混練し、重合させた後に延伸することもできる。
【００８４】
ステップＳ２００９において、単層押し出し装置等の押出機により、ガラス粒子が混練された熱可塑性樹脂の複数のシートを成型する。ステップＳ２００９が終了したら、ステップＳ２０１１に進む。ステップＳ２０１１において、延伸機により、所定の温度でステップＳ２０１１で成型した複数の熱可塑性樹脂のシートがそれぞれ異なる延伸倍率で二軸延伸される。
【００８５】
図１８は、基材２０ａおよび基材２０ｂの延伸倍率を決定する方法を説明するための図である。図中、左上のグラフは、所定の波長の光について、第１微小光学部材３１が第１基材２０ａ（延伸倍率２倍）に分散された場合の、粒子半径に対するミー散乱の散乱断面積の理論値を示すグラフである。図中、右上のグラフは、所定の波長の光について、第１微小光学部材３１が基材２０ｂ（延伸倍率３倍）に分散された場合の、粒子半径に対するミー散乱の散乱断面積の理論値を示すグラフである。左上のグラフと右上のグラフとでは、一部の波長域で波長の変化に対して散乱断面積が逆方向に変化している。
【００８６】
様々な延伸倍率の基材について検討し、第１基材２０ａに関する散乱断面積のデータと第２基材２０ｂに関する散乱断面積のデータとを第１基材２０ａおよび第２基材２０ｂにおける第１微小光学部材３１の密度により重み付け平均をとり、図１８中、下のグラフのように散乱断面積に波長依存性が少なくなるような延伸倍率が算出される。上記割合の算出では、製造する光偏向素子の用途に応じて適宜入射角や電界の振動方向等について適切な光を想定して最適化することが好ましい。求めた延伸倍率で熱可塑性樹脂が延伸され、第１基材２０ａ第２基材２０ｂとが形成される。熱可塑性樹脂が延伸され、光偏向素子１０ｃが成型されたら、ステップＳ２０１３に進む。
なお、延伸倍率の調整に加え、第１の層１５と第２の層１６との厚さを調整してもよい。
【００８７】
ステップＳ２０１３において、ステップＳ２０１３で延伸した複数のシートを積層等して、光の透過方向に対して直列に配置し、光偏向素子１０ｃを成型する。ステップＳ２０１３が終了したら、ステップＳ２０１５に進む。ステップＳ２０１５において、ステップＳ２０１３で得られた光偏向素子１０ｃの光学特性等を実験により確認する。光偏向素子１０ｃに適宜所定の方向の偏光成分を有する光を照射し、光強度等を検出し、光強度分布を作成する等して評価する。光学特性が評価されたら、処理を終了する。
なお、製造条件が安定している場合は、光学特性の評価ステップは省略することも可能である。
【００８８】
上述の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態により得られる作用効果の他に、次の作用効果が得られる。
（１）本実施形態の光偏向素子１０ｃは、第１微小光学部材３１と第１基材２０ａに加え、さらなる光学要素として、第１微小光学部材３１が分散された第２基材２０ｂを備え、第２基材２０ｂは、波長λ６等の光に対し第１基材２０ａの屈折率とは異なる屈折率を有し、第１基材２０ａと第２基材２０ｂとが光の透過方向に対して直列に配置されている。これにより、光偏向素子１０ｃに入射する複数の波長の光について、波長による偏向の度合の違いを少なくすることができ、入射光の色合いと出射光の色合いが大きく変化することを防ぐことができる。また、適宜色合いの調整を行うことができる。
【００８９】
（２）本実施形態の光偏向素子１０ｃにおいて、第１基材２０ａに分散された第１微小光学部材３１の光学特性と、第２基材２０ｂに分散された微小光学部材の光学特性とは等しい。これにより、光学特性の異なる複数の微小光学部材を製造することなく、波長による偏向の度合の違いを少なくすることができる。
【００９０】
（３）本実施形態の光偏向素子１０ｃにおいて、第１基材２０ａおよび／または第２基材２０ｂは、ＰＥＴ等のナフタレン環またはベンゼン環を含む熱可塑性樹脂とすることができる。これにより、延伸倍率を異ならせることにより、出射光の色合いの調整をより柔軟に行うことができる。
【００９１】
本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。特に、光偏向素子１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ等は、光学特性が異なる三種類以上の微小光学部材３０および／または三種類以上の基材２０を備えることができる。また、各光偏向素子１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ等を複数組み合わせて構成することもできる。
【符号の説明】
【００９２】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…光偏向素子、１１…第１の面、１２…第２の面、１３，１５…第１の層、１４，１６…第２の層、２０，２０ａ，２０ｂ…基材、３０，３１，３２ａ…微小光学部材、１０１…光偏向シート、１０２…光偏向窓材、１０３…光偏向窓、２００…採光システム。
【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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