(57)【要約】【課題】本発明は、外部から入射した光を広範囲の波長域に亘って利用することができる光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムを提供することを目的とする。【解決手段】光ダクトシステム１は、可視光線ＶＬを反射するとともに可視光線ＶＬとは異なる波長の赤外線ＩＲを透過して入射光である太陽光線ＳＬを分離する光分離部１１と、光分離部１１の光入射面１１α側に配置され、光分離部１１で反射した可視光線ＶＬを反射又は透過する光反射透過部１３と、光分離部１１の光射出面１１β側に配置され、光分離部１１を透過した赤外線ＩＲを反射又は透過する光反射透過部１５とを備えた採光部３を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長の光を反射するとともに前記第１波長とは異なる第２波長の光を透過して入射光を分離する第１の光分離部と、
前記第１の光分離部の光入射面側に配置され、前記第１の光分離部で反射した前記第１波長の光を反射又は透過する第１の光反射透過部と、
前記第１の光分離部の光射出面側に配置され、前記第１の光分離部を透過した前記第２波長の光を反射又は透過する第２の光反射透過部と
を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
請求項１記載の光学装置において、
前記第１波長の光は可視光線を含み、前記第２波長の光は赤外線を含むこと
を特徴とする光学装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学装置において、
前記第１及び／又は第２の光反射透過部は調光ミラー層を有すること
を特徴とする光学装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第１の光反射透過部の光入射面は、前記第１の光分離部の前記光入射面に対してほぼ直交して配置されていること
を特徴とする光学装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第２の光反射透過部の光入射面は、前記第１の光分離部の前記光射出面に対してほぼ４５°傾斜して配置されていること
を特徴とする光学装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第１の光分離部は、前記第１波長の光を選択的に反射する誘電体多層膜を有すること
を特徴とする光学装置。
【請求項７】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第１の光分離部は、前記第２波長の光を選択的に反射するコレステリック液晶層を有すること
を特徴とする光学装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第１の光反射透過部の光入射面側に配置され、前記第１波長の光を透過するとともに前記第２波長の光を反射して前記入射光を分離する第２の光分離部と、
前記第１の光分離部を介して前記第２の光分離部の光入射面側に配置され、前記第２の光分離部で反射した前記第２波長の光を反射する光反射部と
をさらに有することを特徴とする光学装置。
【請求項９】
請求項８記載の光学装置において、
前記第２の光分離部の前記光入射面は、前記第１の光分離部の前記光入射面に対してほぼ直交して配置されており、
前記光反射部の光入射面は、前記第２の光分離部の前記光入射面に対してほぼ平行に配置されていること
を特徴とする光学装置。
【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学装置において、
前記第１の光反射透過部の光射出面側に配置され、前記第１波長の光を散乱する第１の光散乱部と、
前記第２の光反射透過部の光射出面側に配置され、前記第２波長の光を散乱する第２の光散乱部と
をさらに有することを特徴とする光学装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の光学装置において、
前記第１及び／又は第２の光散乱部は、高分子分散型液晶層を有すること
を特徴とする光学装置。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第２の光反射透過部を透過した前記第２波長の光の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子をさらに有すること
を特徴とする光学装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第１の光分離部の光入射面側に回転自在に配置され、前記入射光を反射する入射光反射部をさらに有すること
を特徴とする光学装置。
【請求項１４】
太陽光線を採光する採光部と、前記採光部が射出した光を導光する導光部と、前記導光部が導光した光を室内空間に放光する放光部とを備えた光ダクトシステムにおいて、
前記採光部は、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の光学装置が用いられていること
を特徴とする光ダクトシステム。
【請求項１５】
請求項１４記載の光ダクトシステムにおいて、
前記導光部は、前記第１の光反射透過部を透過した前記第１波長の光と、前記第２の光反射透過部を透過した前記第２波長の光とを反射する反射膜を内壁面に有すること
を特徴とする光ダクトシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、屋外から採光した自然光を室内を照明する照明光に変換する光ダクトシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−００３５３４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】吉村和記「省エネルギー特性に優れた調光ミラーガラスの創製」応用物理、第７９巻、第７号（２０１０）ｐ．６２８−６３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された光ダクトシステムは、採光した自然光のうちの可視光線のみを照明光に利用し、照明光に不要な残余の波長域の光を導光中に吸収するように構成されている。このため、当該光ダクトシステムは、採光した自然光を広範囲の波長域に亘って利用できないという問題を有している。
【０００６】
本発明の目的は、外部から入射した光を広範囲の波長域に亘って利用することができる光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、第１波長の光を反射するとともに前記第１波長とは異なる第２波長の光を透過して入射光を分離する第１の光分離部と、前記第１の光分離部の光入射面側に配置され、前記第１の光分離部で反射した前記第１波長の光を反射又は透過する第１の光反射透過部と、前記第１の光分離部の光射出面側（本願では、「光射出」には、光源から光が出力されることに加え、光が所定の素子（例えば光分離部や光散乱部など）を透過して外部に出てくることも含まれる）に配置され、前記第１の光分離部を透過した前記第２波長の光を反射又は透過する第２の光反射透過部とを有することを特徴とする光学装置によって達成される。
【０００８】
上記本発明の光学装置において、前記第１波長の光は可視光線を含み、前記第２波長の光は赤外線を含むことを特徴とする。
【０００９】
上記本発明の光学装置において、前記第１及び／又は第２の光反射透過部は調光ミラー層を有することを特徴とする。
【００１０】
上記本発明の光学装置において、前記第１の光反射透過部の光入射面は、前記第１の光分離部の前記光入射面に対してほぼ直交して配置されていることを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の光学装置において、前記第２の光反射透過部の光入射面は、前記第１の光分離部の前記光射出面に対してほぼ４５°傾斜して配置されていることを特徴とする。
【００１２】
上記本発明の光学装置において、前記第１の光分離部は、前記第１波長の光を選択的に反射する誘電体多層膜を有することを特徴とする。
【００１３】
上記本発明の光学装置において、前記第１の光分離部は、前記第２波長の光を選択的に反射するコレステリック液晶層を有することを特徴とする。
【００１４】
上記本発明の光学装置において、前記第１の光反射透過部の光入射面側に配置され、前記第１波長の光を透過するとともに前記第２波長の光を反射して前記入射光を分離する第２の光分離部と、前記第１の光分離部を介して前記第２の光分離部の光入射面側に配置され、前記第２の光分離部で反射した前記第２波長の光を反射する光反射部とをさらに有することを特徴とする。
【００１５】
上記本発明の光学装置において、前記第２の光分離部の前記光入射面は、前記第１の光分離部の前記光入射面に対してほぼ直交して配置されており、前記光反射部の光入射面は、前記第２の光分離部の前記光入射面に対してほぼ平行に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
上記本発明の光学装置において、前記第１の光反射透過部の光射出面側に配置され、前記第１波長の光を散乱する第１の光散乱部と、前記第２の光反射透過部の光射出面側に配置され、前記第２波長の光を散乱する第２の光散乱部とをさらに有することを特徴とする。
【００１７】
上記本発明の光学装置において、前記第１及び／又は第２の光散乱部は、高分子分散型液晶層を有することを特徴とする。
【００１８】
上記本発明の光学装置において、前記第２の光反射透過部を透過した前記第２波長の光の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子をさらに有することを特徴とする。
【００１９】
上記本発明の光学装置において、前記第１の光分離部の光入射面側に回転自在に配置され、前記入射光を反射する入射光反射部をさらに有することを特徴とする。
【００２０】
また、上記目的は、太陽光線を採光する採光部と、前記採光部が射出した光を導光する導光部と、前記導光部が導光した光を室内空間に放光する放光部とを備えた光ダクトシステムにおいて、前記採光部は、上記本発明の光学装置が用いられていることを特徴とする光ダクトシステムによって達成される。
【００２１】
上記本発明の光ダクトシステムにおいて、前記導光部は、前記第１の光反射透過部を透過した前記第１波長の光と、前記第２の光反射透過部を透過した前記第２波長の光とを反射する反射膜を内壁面に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、外部から入射した光を広範囲の波長域に亘って利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による採光部３及び光ダクトシステム１の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による採光部３に備えられた光分離部１１の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による採光部３に備えられた光分離部１１の透過スペクトルの一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による採光部３に備えられた光反射透過部１３の概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による採光部３に備えられた光反射透過部１３の動作を説明する図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による光ダクトシステム１の導光部５に備えられた反射膜２１の反射スペクトルの一例を示す図である。
【図７】従来の光ダクトシステム１０１の概略構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の変形例１による採光部に備えられた光分離部３５の概略構成の断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の変形例２による採光部に備えられた光分離部３５の概略構成の断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の変形例３による採光部に備えられた光反射透過部３７の概略構成の断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の参考例１による採光部３６及び光ダクトシステム６３の概略構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の参考例２による採光部３８及び光ダクトシステム６５の概略構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態であって、光分離部１１の配置高さを変更した場合の有効面積Ｓｅｆ及び非有効面積Ｓｉｎｅｆを説明する図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態による採光部３９及び光ダクトシステム６７の概略構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態による採光部４３及び光ダクトシステム６９の概略構成を示す断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態による採光部４３に備えられた光分離部４５の透過スペクトルの一例を示す図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態を説明する図であって、採光部３６、３８、３９、４３における光反射透過部への入射光及び透過光の光強度を比較して示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態による採光部４９及び光ダクトシステム７１の概略構成を示す断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態による採光部４９に備えられた光散乱部５１の概略構成及び動作を説明する図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態による採光部５７及び光ダクトシステム７３の概略構成を示す断面図である。
【図２１】本発明の第５の実施の形態による採光部５７に備えられた熱電変換素子５９の概略構成を示す図である。
【図２２】本発明の第６の実施の形態による採光部６１及び光ダクトシステム７５の概略構成を示す断面図である。
【図２３】本発明の第７の実施の形態による採光部６２及び光ダクトシステム７６の概略構成を示す断面図である。
【図２４】本発明の第８の実施の形態による採光部８７及び光ダクトシステム８１の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムについて図１から図１０を用いて説明する。まず、本実施の形態による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムの概略構成について図１から図７を用いて説明する。図１は、本実施の形態による光ダクトシステム１の概略構成の断面図である。図１に示すように、光ダクトシステム１は、太陽３３から照射された太陽光線ＳＬを採光する採光部３と、採光部３から射出された可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲを導光する導光部５と、導光部５を導光した可視光線ＶＬを室内空間３１の照明光として放光する放光部７とを有している。光ダクトシステム１は、導光部５を導光した赤外線ＩＲを室内空間３１の暖房のために放光部７から放光するようになっている。採光部３、導光部５及び放光部７のそれぞれの外枠は例えば樹脂を基材として形成されている。室内空間３１は床板２９と天井板４との間に設けられている。光ダクトシステム１は天井板４上に配置されている。
【００２５】
採光部３は本実施の形態による光学装置に相当する。採光部３は、太陽光線ＳＬを透過する窓部９を有しており、窓部９は屋外に向いて配置されている。窓部９は薄板平板形状を有している。窓部９は日中に、太陽光線ＳＬがほぼ直交して入射するように所定の角度に傾斜して採光部３に配置されている。最も効率が良いのは、窓部９の光入射面及び光射出面に対してほぼ０°（垂直）で太陽光線ＳＬが入射された場合である。
【００２６】
採光部３は、第１波長（例えば、３８０ｎｍから７８０ｎｍ）の光（可視光線ＶＬ）を反射するとともに第１波長とは異なる第２波長（例えば、７８０ｎｍから２１００ｎｍの波長）の光（赤外線ＩＲ）を透過し、窓部９から入射した太陽光線ＳＬを分離する光分離部（第１の光分離部）１１と、光分離部１１の光入射面１１α側に配置され、光分離部１１で反射した可視光線ＶＬを反射又は透過する光反射透過部（第１の光反射透過部）１３と、光分離部１１の光射出面１１β側に配置され、光分離部１１を透過した赤外線ＩＲを反射又は透過する光反射透過部（第２の光反射透過部）１５とを有している。光反射透過部１５は薄板平板形状を有している。光反射透過部１５は薄板平板形状を有している。
【００２７】
光分離部１１は、窓部９の光入射面及び光射出面に対してほぼ４５°傾斜して配置されている。太陽光線ＳＬは窓部９の光入射面に対してほぼ直交して入射する。このため、太陽光線ＳＬは光分離部１１の光入射面１１αに約４５°の入射角で入射する。光反射透過部１３は光分離部１１を挟んで窓部９の反対側に配置されている。光反射透過部１３は光分離部１１の一端部側に配置されている。光反射透過部１３の一端部は接続部２を介して光分離部１１の一端部に接続されている。光反射透過部１３の他端部は採光部３の上部内壁面上に固定されている。光反射透過部１３は光分離部１１に対してほぼ直交して配置されている。光反射透過部１３の光入射面１３αは、光分離部１１の光入射面１１αに対してほぼ直交して配置されている。
【００２８】
光反射透過部１５は光分離部１１を介して窓部９の反対側に配置されている。光反射透過部１５は光分離部１１の一端部側に配置されている。光反射透過部１５の一端部は接続部２を介して光分離部１１の一端部に接続されている。光反射透過部１５の他端部は採光部３の底部内壁面上に固定されている。光反射透過部１３は光分離部１１に対してほぼ４５°傾斜して配置されている。光反射透過部１５の光入射面１５αは、光分離部１１の光射出面１１βに対してほぼ４５°傾斜して配置されている。光反射透過部１５の光入射面１５αは窓部９の光入射面及び光射出面に対してほぼ平行に配置されている。このため、光分離部１１を透過した赤外線ＩＲは光反射透過部１５の光入射面１５αに対してほぼ直交して入射する。赤外線ＩＲは光反射透過部１５の光入射面１５αに約０°の入射角で入射する。
【００２９】
採光部３は、光分離部１１、光反射透過部１３及び光反射透過部１５を所定位置に保持するための支柱１７を有している。支柱１７は光反射透過部１５の光射出面１５β側に配置されている。支柱１７は光反射透過部１３の下方に配置されている。支柱１７は光反射透過部１３とほぼ一直線状に配置されている。支柱１７の一端部は接続部２に接続されている。支柱１７の他端部は採光部３の底部内壁面に固定されている。支柱１７は例えばアクリル材で形成されている。支柱１７は光反射透過部１５を透過した赤外線ＩＲを透過するようになっている。これにより、光反射透過部１５を透過した赤外線ＩＲは導光部５に入射できるようになっている。採光部３及び後述の各実施の形態における採光部は、支柱１７を備えずに、光分離部１１、光反射透過部１３及び光反射透過部１５を所定位置に保持するために各部が交わる点で採光部３の対向する側壁間に張り渡され、光分離部１１、光反射透過部１３及び光反射透過部１５を支える細い棒状の部材等を有していてもよい。
【００３０】
採光部３は内壁面の一部に形成された反射膜２２と保護膜２４とを有している。反射膜２２は例えば、高光反射率特性を備えた金属を採光部３の内壁面上にメッキ・コーティングして形成されている。保護膜２４は反射膜２２の表面上に形成されている。保護膜２４は錆や腐食から反射膜２２を保護するために設けられている。保護膜２４は高光透過率特性を有している。反射膜２２及び保護膜２４は採光部３の側部の内壁面（不図示）にも形成されている。採光部３は、反射膜２２を内壁面に備えることにより、反射膜２２を形成する金属表面の高い反射率を利用することができる。これにより、採光部３は、光分離部１１で反射した可視光線ＶＬや光分離部１１を透過した赤外線ＩＲが内壁面で反射しても光強度の減少を極力抑えて、相対的に高い光強度を維持した可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲを導光部５に射出することができる。反射膜２２は後述する反射膜２１と同様の材料で形成されている。保護膜２４は後述する保護膜２３と同様の材料で形成されている。なお、光反射透過部１３、１５の他端部は保護膜２４に接触して固定されている。
【００３１】
次に、光分離部１１の具体的な構成について図２及び図３を用いて説明する。図２は、光分離部１１の概略構成の断面図である。図２に示すように、光分離部１１は、薄板平板形状の基板１１ａと、基板１１ａ上に形成された誘電体多層膜１１ｂとを有している。基板１１ａは例えば耐熱ガラスで形成されている。誘電体多層膜１１ｂは、可視光線ＶＬを選択的に反射するように形成されている。光分離部１１は、可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲを選択的に切り分けるコールドミラーを構成している。例えば、誘電体多層膜１１ｂ側が光入射面αとなり、基板１１ａ側が光射出面βとなっている。
【００３２】
図３は、光分離部１１の透過スペクトルの一例を示している。図３において、実線で示す曲線は入射角４５°での光分離部１１の透過スペクトルを示し、破線で示す曲線は入射角０°での光分離部１１の透過スペクトルを示している。横軸は光分離部１１に入射する太陽光線ＳＬに含まれる光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光分離部１１の透過率（％）を表している。図３に示すように、太陽光線ＳＬの入射角が０°の場合、光分離部１１の光の透過率は、約８００ｎｍより短い波長の光では８５％より小さくなり、約８００ｎｍ以上の波長の光では８５％以上となる。また、太陽光線ＳＬの入射角が４５°の場合、光分離部１１の光の透過率は、約７５０ｎｍより短い波長の光では８５％より小さくなり、約７５０ｎｍ以上の波長の光では８５％以上となる。このように、光分離部１１は、入射する太陽光線ＳＬに含まれる可視光線ＶＬを透過せずに反射し、赤外線ＩＲを反射せずに透過することが可能な特性を有している。光分離部１１は、６５０ｎｍ以下の波長の光の透過率が１０％よりも低いので、可視光線ＶＬに対して９０％以上の反射率を有している。光分離部１１は、約７５０ｎｍ以上の波長の光の透過率が８５％以上であるため、赤外線ＩＲに対して８５％以上の透過率を有している。光分離部１１は、６５０ｎｍから７８０ｎｍの範囲の波長の光の反射率が９０％以下となってしまう。しかしながら、光ダクトシステム１が当該範囲の波長の光を室内空間３１に放光できなくても実用上問題はない。
【００３３】
次に、光反射透過部１３、１５の具体的な構成について図４及び図５を用いて説明する。光反射透過部１３及び光反射透過部１５は同様の構成を有しているため以下、光反射透過部１３を例にとって説明する。図４は、光反射透過部１３の概略構成の断面図である。図４に示すように、光反射透過部１３は、薄板平板形状の基板１３ａと、基板１３ａ上に形成された透明導電膜１３ｂと、透明導電膜１３ｂ上に形成されたイオン貯蔵層１３ｃと、イオン貯蔵層１３ｃ上に形成された固体電解質層１３ｄと、固体電解質層１３ｄ上に形成されたバッファ層１３ｅと、バッファ層１３ｅ上に形成された触媒層１３ｆと、触媒層１３ｆ上に形成された調光ミラー層１３ｇとを有している。基板１３ａは、例えば透明絶縁性材料で形成されている。透明導電膜１３ｂは例えば酸化インジウム（ＩＴＯ）で形成されている。イオン貯蔵層１３ｃは例えば酸化タングステン（ＷＯ３）で形成されている。固体電解質層１３ｄは例えば酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）で形成されている。バッファ層１３ｅは例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。触媒層１３ｆは例えばパラジウム（Ｐｄ）で形成されている。調光ミラー層１３ｇは例えばマグネシウム−ニッケル（Ｍｇ−Ｎｉ）合金水素化物で形成されている。
【００３４】
詳細は後述するが、光反射透過部１３は、透明導電膜１３ｂと調光ミラー層１３ｇとの間に所定の電圧を印加することに起因して反射状態と透過状態とを切り替えることができる。光反射透過部１３は、電気的に光学的性質を可逆的に可変されるエレクトロクロミックミラーを構成している。例えば、調光ミラー層１３ｇ側が光入射面１３αとなり、基板１３ａ側が光射出面１３βとなる。
【００３５】
次に、光反射透過部１３の動作について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、反射状態に駆動された光反射透過部１３を示し、図５（ｂ）は、透過状態に駆動された光反射透過部１３を示している。図５（ａ）に示すように、電源回路１４を用いて透明導電膜１３ｂに印加する電圧よりも高い電圧を調光ミラー層１３ｇに印加する。本例では、調光ミラー層１３ｇには例えば＋５Ｖの電圧が印加され、透明導電膜１３ｂには例えば０Ｖの電圧が印加される。そうすると、調光ミラー層１３ｇから水素イオンが抜け出してイオン貯蔵層１３ｃに移動する。これにより、調光ミラー層１３ｇは透明状態から鏡面状態に変化する。調光ミラー層１３ｇが鏡面状態になると、図５（ａ）に示すように、光反射透過部１３は入射する可視光線ＶＬを反射することができる。
【００３６】
一方、図５（ｂ）に示すように、電源回路１４を用いて透明導電膜１３ｂに印加する電圧よりも低い電圧を調光ミラー層１３ｇに印加する。本例では、調光ミラー層１３ｇには例えば０Ｖの電圧が印加され、透明導電膜１３ｂには例えば＋５Ｖの電圧が印加される。そうすると、イオン貯蔵層１３ｃ中の水素イオンが調光ミラー層１３ｇに移動する。これにより、調光ミラー層１３ｇは鏡面状態から透過状態に変化する。調光ミラー層１３ｇが透過状態になると、図５（ｂ）に示すように、光反射透過部１３は入射する可視光線ＶＬを透過することができる。このように、光反射透過部１３は、透明導電膜１３ｂと調光ミラー層１３ｇとの間に印加する電圧の極性に応じて透過状態と反射状態とを可逆的に変更できる。光反射透過部１３は、一旦透過状態又は反射状態に変更されると、再度電圧が印加されるまでその状態を維持できる。光反射透過部１３は光学的性質を記憶できる記憶素子である。光反射透過部１３は、反射／透過状態の切り替え時のみに電圧を印加すればよいので極めて少ない電力で駆動されることができる。
【００３７】
図１に戻って、光ダクトシステム１は、採光部３の光射出側に接続された導光部５を有している。導光部５は、内壁面によって囲まれて空洞構造を備えた導光領域２５を有している。導光領域２５は、採光部３が射出した可視光線ＶＬや赤外線ＩＲの進行方向に見て、例えば四角形形状の断面を有している。導光部５は内壁面上に形成された反射膜２１と保護膜２３とを有している。反射膜２１は例えば、高光反射率特性を備えた金属を導光部５の内壁面上にメッキ・コーティングして形成されている。反射膜２１は例えばアルミニウム又は銀（Ａｇ）を用いて形成されている。保護膜２３は反射膜２１の表面上に形成されている。保護膜２３は錆や腐食から反射膜２１を保護するために設けられている。保護膜２３は高光透過率特性を有している。反射膜２１及び保護膜２３は導光部５の側部の内壁面（不図示）にも形成されている。導光部５は、反射膜２１を内壁面に備えることにより、反射膜２１を形成する金属表面の高い反射率を利用することができる。
【００３８】
図６は、導光部５の内壁面に形成された反射膜２１の反射スペクトルを示している。図６において、実線で示す曲線は銀で形成された反射膜２１の反射スペクトルを示し、破線で示す曲線はアルミニウムで形成された反射膜２１の反射スペクトルを示している。横軸は反射膜２１で反射する光の波長（μｍ）を表し、縦軸は反射膜２１の反射率（％）を表している。図６に示すように、銀で形成された反射膜２１の反射率は、約０．３８μｍ（３８０ｎｍ）以上の波長の光では９０％以上となる。アルミニウムで形成された反射膜２１の反射率は、約０．３８μｍ（３８０ｎｍ）以上の波長の光では０．６μｍから０．９μｍの波長の光を除いて９０％以上となる。アルミニウムで形成された反射膜２１は、０．６μｍから０．９μｍの波長の光に対して反射率が９０％よりも低くなるものの約８５％から９０％の高い反射率を有する。
【００３９】
反射膜２１は、銀で形成されている場合には可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲ（波長範囲３８０ｎｍから２１００ｎｍ）を９０％以上の反射率で反射することができる。また、反射膜２１は、アルミニウムで形成されている場合には可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲを８５％以上の反射率で反射することができる。このように、導光部５は、内壁面に反射膜２１を有することにより、採光部３が射出した可視光線ＶＬや赤外線ＩＲを内壁面で反射しても光強度の減少を極力抑えて、相対的に高い光強度を維持したまま放光部７まで可視光線ＶＬや赤外線ＩＲを導光することができる。
【００４０】
図１に戻って、光ダクトシステム１は、導光部５の底部に設けられた放光部７を有している。放光部７は、採光部３が配置されていない側の導光部５の端部近傍に設けられている。放光部７は導光部３の底部から突出して形成されている。放光部７の突出部は天井板４に形成された開口部に嵌め込まれて固定されている。放光部７は、導光部５の導光領域２５と室内空間３１とを連通するための開口部２７を有している。開口部２７は例えば円形状に形成されている。放光部７は、開口部２７を有することにより、導光部５を導光した可視光線ＶＬや赤外線ＩＲを室内空間３１に放光できるようになっている。
【００４１】
放光部７は、開口部２７の周囲の内壁面上に形成された反射膜２６と保護膜２８とを有している。保護膜２８は反射膜２１の表面上に形成されている。反射膜２６は反射膜２１と同様の材料で形成されている。保護膜２８は保護膜２３と同様の材料で形成されている。保護膜２８は錆や腐食から反射膜２６を保護するために設けられている。放光部７は、反射膜２６を内壁面に備えることにより、導光部５から射出されて内壁面に入射した光の光強度をほぼ維持したまま室内空間３１に放光することができる。
【００４２】
次に、光ダクトシステム１の動作について従来の光ダクトシステムの動作と比較しつつ説明する。図７は、特許文献１に記載された従来の光ダクトシステム１０１の概略構成の断面図である。図７に示すように、従来の光ダクトシステム１０１は、太陽３３から照射された太陽光線ＳＬを採光する採光部１０３と、採光部１０３が射出した光を導光する導光部１０５と、導光部１０５を導光した光を放光する放光部１０７とを有している。また、光ダクトシステム１０１は、採光部１０３に備えられ採光部１０３に入射した太陽光線ＳＬを反射する主反射板１１１と、導光部１０５の内壁面上に形成されて赤外線を吸収する積層膜１１３とを有している。
【００４３】
次に、光ダクトシステム１０１の動作を説明する。採光部１０３に入射した太陽光線ＳＬは主反射板１１１で反射されて導光部１０５に入射する。導光部１０５に入射した太陽光線ＳＬは、導光部１０５の内壁面での反射を繰り返して放光部１０７側に進行し、放光部１０７に入射する。導光部１０５の内壁面上には赤外線を吸収する積層膜１１３が形成されている。積層膜１１３の赤外線の反射率は３０％以下である。このため、太陽光線ＳＬが導光部１０５の内壁面で反射するたびに赤外線の光強度は減少する。このため、太陽光線ＳＬに含まれる赤外線は放光部１０７にほとんど到達しない。これにより、放光部１０７から室内空間３１に放光される光は可視光線ＶＬとなる。
【００４４】
光ダクトシステム１０１は、主反射板１１１を有しているので、屋外から採光した太陽光線ＳＬを効率よく室内空間３１の照明光に変換することができる。また、光ダクトシステム１０１は、導光部１０５の内壁面上に積層膜１１３を有しているため、室内空間３１の照明に不要な赤外線を吸収して照明に必要な可視光線ＶＬのみを放光することができる。これにより、光ダクトシステム１０１は、夏場において冷熱照明効果を有しているので、空調設備の低消費電力化に繋げることができる。
【００４５】
しかしながら、光ダクトシステム１０１は、可視光線ＶＬのみを室内空間３１に放光して赤外線を放光しないので冬場においては、赤外線による暖房効果が得られず空調設備の低消費電力化に繋がらないという問題を有している。
【００４６】
次に、本実施の形態による光ダクトシステム１の動作について図１、図２及び図５を用い説明する。図１に示すように、太陽３３から照射された太陽光線ＳＬは、窓部９を透過して採光部３に入射する。図２に示すように、採光部３に入射した太陽光線ＳＬは光分離部１１に入射して可視光線ＶＬと赤外線ＩＲとに分離される。可視光線ＶＬは光分離部１１で反射して光反射透過部１３に入射する。一方、赤外線ＩＲは光分離部１１を透過して光反射透過部１５に入射する。
【００４７】
例えば夏場において、可視光線ＶＬのみを室内空間３１に放光し、赤外線ＩＲを室内空間３１に放光したくない場合には、図５（ｂ）に示すように、光反射透過部１３が透過状態となるように透明導電膜１３ｂに例えば＋５Ｖの電圧を印加し、調光ミラー層１３ｇに例えば０Ｖの電圧を印加する。また、光反射透過部１５が反射状態となるように、光反射透過部１５に備えられた調光ミラー層に例えば＋５Ｖの電圧を印加し、透明導電膜１３ｂに０Ｖの電圧を印加する。これにより、可視光線ＶＬは光反射透過部１３を透過して導光部５に入射する。一方、赤外線ＩＲは光反射透過部１５で反射して導光部５に入射しない。赤外線ＩＲは、約０°の入射角で光反射透過部１５に入射するので、約０°の反射角で反射する。光反射透過部１５で反射した赤外線ＩＲは、光分離部１１及び窓部９を透過して採光部３の外部に射出する。このように、光反射透過部１５で反射した赤外線ＩＲは採光部３に滞留することがないので、本実施の形態による採光部３及び光ダクトシステム１は、赤外線ＩＲに起因する温度上昇を防止することができる。
【００４８】
導光部５に入射した可視光線ＶＬは、導光部５の内壁面上で繰り返し反射して導光領域２５を放光部７側に進行し、放光部７から室内空間３１に放光される。導光部５の内壁面上には反射膜２１が形成されているため、可視光線ＶＬは導光部５の内壁面上で反射しても光強度の減少が抑えられる。これにより、光ダクトシステム１は、室内空間３１を暖房せずに室内空間３１を相対的に明るい光で照明できる。
【００４９】
また、例えば冬場において、可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲの両方を室内空間３１に放光したい場合には、図５（ｂ）に示すように、光反射透過部１３が透過状態となるように透明導電膜１３ｂに例えば＋５Ｖの電圧を印加し、調光ミラー層１３ｇに例えば０Ｖの電圧を印加する。また、光反射透過部１５が透過状態となるように、光反射透過部１５に備えられた透明導電膜に例えば＋５Ｖの電圧を印加し、調光ミラー層に０Ｖの電圧を印加する。これにより、可視光線ＶＬは光反射透過部１３を透過して導光部５に入射する。また、赤外線ＩＲは光反射透過部１５を透過して導光部５に入射する。
【００５０】
導光部５に入射した可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲは、導光部５の内壁面上で繰り返し反射して導光領域２５を放光部７側に進行し、放光部７から室内空間３１に放光される。導光部５の内壁面上には反射膜２１が形成されているため、可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲは導光部５の内壁面上で反射しても光強度の減少が抑えられる。これにより、光ダクトシステム１は、相対的に明るい光で室内空間３１を照明でき、かつ相対的に高温の熱で室内空間３１を暖房できる。
【００５１】
また、可視光線ＶＬを室内空間３１に放光せずに、赤外線ＩＲのみを室内空間３１に放光する場合には、図５（ａ）に示すように、光反射透過部１３が反射状態となるように透明導電膜１３ｂに例えば０Ｖの電圧を印加し、調光ミラー層１３ｇに例えば＋５Ｖの電圧を印加する。また、光反射透過部１５が透過状態となるように、光反射透過部１５に備えられた透明導電膜に例えば＋５Ｖの電圧を印加し、調光ミラー層に０Ｖの電圧を印加する。これにより、可視光線ＶＬは光反射透過部１３で反射して導光部５に入射しない。一方、赤外線ＩＲは光反射透過部１５を透過して導光部５に入射する。可視光線ＶＬは、約４５°の入射角で光反射透過部１３に入射するので、約４５°の反射角で反射する。光反射透過部１３で反射した可視光線ＶＬは、約４５°の入射角で光分離部１１に入射して約４５°の反射角で反射して採光部３の外部に射出する。このように、光反射透過部１３で反射した可視光線ＶＬは採光部３に滞留しない。
【００５２】
導光部５に入射した赤外線ＩＲは、導光部５の内壁面上で繰り返し反射して導光領域２５を放光部７側に進行し、放光部７から室内空間３１に放光される。導光部５の内壁面上には反射膜２１が形成されているため、可視光線ＶＬは導光部５の内壁面上で反射しても光強度の減少が抑えられる。光ダクトシステム１は、室内空間３１を照明せずに相対的に高温の熱で室内空間３１を暖房できる。
【００５３】
さらに、可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲの両方を室内空間３１に放光したくない場合には、図５（ａ）に示すように、光反射透過部１３が反射状態となるように透明導電膜１３ｂに例えば０Ｖの電圧を印加し、調光ミラー層１３ｇに例えば＋５Ｖの電圧を印加する。また、光反射透過部１５が反射状態となるように、光反射透過部１５に備えられた透明導電膜１３ｂに０Ｖの電圧を印加し、印加調光ミラー層に例えば＋５Ｖの電圧を印加する。これにより、可視光線ＶＬは光反射透過部１３で反射し、赤外線ＩＲは光反射透過部１５で反射して導光部５に入射しない。これにより、可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲは放光部７から室内空間３１に放光されない。
【００５４】
以上説明したように、本実施の形態による光学装置（光分離部１１と光反射透過部１３、１５とを含む）としての採光部３は、可視光線ＶＬを反射するとともに可視光線ＶＬとは異なる波長の赤外線ＩＲを透過して入射光である太陽光線ＳＬを分離する光分離部１１と、光分離部１１の光入射面１１α側に配置され、光分離部１１で反射した可視光線ＶＬを反射又は透過する光反射透過部１３と、光分離部１１の光射出面１１β側に配置され、光分離部１１を透過した赤外線ＩＲを反射又は透過する光反射透過部１５とを有している。また、本実施の形態による光ダクトシステム１は、太陽光線ＳＬを採光する採光部３と、採光部３が射出した光を導光する導光部５と、導光部５が導光した光を室内空間３１に放光する放光部７とを有している。
【００５５】
当該構成を備えた採光部３及び光ダクトシステム１によれば、採光部３において、太陽光線ＳＬを可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲに分離し、必要に応じて可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲを選択的に導光部３に射出することができる。また、当該構成を備えた光ダクトシステム１によれば、可視光線ＶＬ及び／又は赤外線ＩＲを放光部７から室内空間３１に放光することができる。このように、本実施の形態によれば、照射された太陽光線ＳＬに含まれる可視光線ＶＬだけでなく赤外線ＩＲも有効に利用することができる。これにより、本実施の形態による光学装置及び光ダクトシステム１は、太陽エネルギーを室内照明として利用するだけではなく、可視光線ＶＬと赤外線ＩＲとに分離することで、季節（気温）や周囲の明るさに応じて必要な可視光線ＶＬや赤外線ＩＲを高効率に室内空間３１へ取り込むことができる。
【００５６】
また、本実施の形態による採光部３及び光ダクトシステム１において、光分離部１１は、可視光線ＶＬを選択的に反射する誘電体多層膜１１ｂを有している。
【００５７】
当該構成を備えた採光部３及び光ダクトシステム１によれば、光分離部１１はコールドミラーを構成する。図３に示すように、コールドミラーは、赤外線ＩＲに対して８５％以上の透過率を有し、また可視光線ＶＬに対しては９０％以上の反射率を有することができる。
【００５８】
また、本実施の形態による採光部３及び光ダクトシステム１において、光反射透過部１３は調光ミラー層１３ｇを有し、光反射透過部１５は調光ミラー層１３ｇと同様の構成の調光ミラー層を有している。
【００５９】
当該構成を備えた採光部３及び光ダクトシステム１によれば、光反射透過部１３、１５はエレクトロクロミックミラーを構成している。これにより、光反射透過部１３、１５は、調光ミラー層に印加する電圧を変更するだけで反射／透過状態を切り替えることができる。また、光反射透過部１３、１５は、光学的性質を記憶できる記憶素子であるため、反射／透過状態の切り替え時のみに電圧を印加すればよいので、採光部３及び光ダクトシステム１の低消費電力化を図ることができる。また、光反射透過部１３、１５は安価に製造されることができる。
【００６０】
また、本実施の形態による採光部３及び光ダクトシステム１において、光反射透過部１３の光入射面１３αは、光分離部１１の光入射面１１αに対してほぼ直交して配置されている。さらに、本実施の形態による採光部３において、光反射透過部１５の光入射面１５αは、光分離部１１の光射出面１１βに対してほぼ４５°傾斜して配置されている。
【００６１】
当該構成を備えた光学装置（光分離部１１と光反射透過部１３、１５とを含む）及び光ダクトシステム１によれば、光学装置（光分離部１１と光反射透過部１３とを含む）においては、光反射透過部１３は入射する可視光線ＶＬを、透過状態においては５０％以上透過し、反射状態においては８０％以上反射することができる。さらに、当該構成を備えた採光部３及び光ダクトシステム１によれば、光反射透過部１３で反射した可視光線ＶＬを採光部３の外部に射出することができる。また、当該構成を備えた光学装置（光分離部１１と光反射透過部１３、１５とを含む）及び光ダクトシステム１によれば、光学装置（光分離部１１と光反射透過部１５とを含む）においては、光反射透過部１５は入射する赤外線ＩＲを、透過状態においては５０％以上透過し、反射状態においては７０％以上反射することができる。さらに、当該構成を備えた採光部３及び光ダクトシステム１によれば、光反射透過部１５で反射した赤外線ＩＲを採光部３の外部に射出することができるので、採光部３の温度上昇を防止することができる。
【００６２】
また、本実施の形態による光ダクトシステム１において、導光部５は、光反射透過部１３を透過した可視光線ＶＬと、光反射透過部１５を透過した赤外線ＩＲとを反射する反射層２１を内壁面に有している。
【００６３】
当該構成を備えた光ダクトシステム１は、導光部５の内壁面上における反射に起因する可視光線ＶＬや赤外線ＩＲの光強度の減少を抑えることができる。これにより、当該構成を備えた光ダクトシステム１は、相対的に明るい光を放光部７から室内空間３１に放光することができる。
【００６４】
採光部３がコールドミラーを構成する光分離部１１と、エレクトロクロミックミラーを構成する光反射透過部１３、１５を有することにより、本実施の形態による採光部３及び光ダクトシステム１は、製造プロセスの簡易化及び低コスト化を図ることができる。
【００６５】
次に、本実施の形態の変形例１による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムについて図８を用いて説明する。本変形例による光入出装置及びそれを備えたダクトシステムは、第２波長の光（赤外線ＩＲ）を選択的に反射するコレステリック液晶層を備えた光分離部を有する点に特徴を有している。図８は、本変形例における光分離部３５の概略構成の断面図である。図８には、光分離部３５に入射する太陽光線ＳＬと、光分離部３５で反射する赤外線ＩＲ（左円偏光の赤外線ＩＲｌ及び右円偏光の赤外線ＩＲｒ）と、光分離部３５を透過する可視光線ＶＬとが直線矢印で示されている。本変形例による光学装置は、光分離部３５で赤外線ＩＲを反射するとともに可視光線ＶＬを透過し、光反射透過部１３に赤外線ＩＲを入射し、光反射透過部１５に可視光線ＶＬを入射する点を除いて、他の構成は、図１から図６に示す光学装置としての採光部３とそれを備えた光ダクトシステム１と同一であるため説明は省略する。なお、光反射透過部１３と光反射透過部１５とは同一の材料で形成されて同一の構成を有している。このため、光反射透過部１３は赤外線ＩＲに対して、光反射透過部１５と同じ透過率及び反射率を有しているので光反射透過部１５と同様の機能を発揮する。光反射透過部１５は可視光線ＶＬに対して、光反射透過部１３と同じ透過率及び反射率を有しているので光反射透過部１３と同様の機能を発揮する。
【００６６】
図８に示すように、光分離部３５は、薄板平板形状の基板３５ａと、基板３５ａ上に形成された第１光反射板３５ｂと、第１光反射板３５ｂ上に形成された第２光反射板３５ｃとを有している。光分離部３５は全体として薄板平板形状を有している。基板３５ａは、例えば絶縁性透明材料で形成されている。第１及び第２光反射板３５ｂ、３５ｃは、赤外線ＩＲを選択的に反射するように形成されたコレステリック液晶層を有している。
【００６７】
コレステリック液晶層中に含まれる液晶分子が、第１及び第２光反射板３５ｂ、３５ｃの積層方向に順次回転して螺旋構造を形成し、螺旋構造の螺旋軸が基板面にほぼ垂直に配向すると、コレステリック液晶層はプレーナ状態となって入射光を反射する。プレーナ状態のコレステリック液晶層は、液晶分子の螺旋ピッチに応じた所定波長域の光を選択的に反射する。このとき、反射される光は螺旋ピッチの掌性に応じて左右どちらか一方の円偏光であり、これ以外の光はコレステリック液晶層を透過する。太陽光線ＳＬは左右の円偏光が入り混じった状態であるため、太陽光線ＳＬがプレーナ状態であるコレステリック液晶層に入射すると、所定波長域については、入射光の５０％が反射し、５０％が透過すると考えることができる。コレステリック液晶層の平均屈折率をｎとし、螺旋ピッチをｐとすると、反射が最大となる選択反射中心波長λは、平均屈折率ｎと螺旋ピッチｐとの積で表すことができ、λ＝ｎ・ｐのようになる。平均屈折率ｎは、コレステリック液晶層に含まれる液晶材料や光学活性化合物（キラル性（掌性）の添加剤（カイラル剤ともいう））で決定される。また、螺旋ピッチｐは、液晶材料に含有されるカイラル剤の含有率で決定される。
【００６８】
コレステリック液晶層で反射される光の選択反射波長幅Δλは、コレステリック液晶層の屈折率異方性をΔｎとすると、屈折率異方性Δｎと螺旋ピッチｐとの積で表すことができ、Δλ＝Δｎ・ｐのようになる。選択反射波長幅Δλは、螺旋ピッチｐを大きくすると広くなる。
【００６９】
本変形例における第１及び第２光反射板３５ｂ、３５ｃは、硬化性の液晶組成物を用いて形成されている。当該液晶組成物は、棒状液晶化合物、光学活性化合物（キラル性の添加剤）及び重合開始剤を少なくとも含有している。当該棒状液晶化合物にキラル性の添加剤を添加すると、コレステリック液晶層を安定的に形成することが可能である。
【００７０】
第１及び第２光反射板３５ｂ、３５ｃはそれぞれ、赤外線ＩＲを反射できるように、液晶分子の螺旋ピッチが５００ｎｍから１３５０ｎｍの間となるように形成されている。これにより、第１及び第２光反射板３５ｂ、３５ｃの選択反射波長λは、９００ｎｍから１０５０ｎｍの間になる。
【００７１】
第１光反射板３５ｂに備えられたコレステリック液晶層に含まれる液晶分子の螺旋方向は、第２光反射板３５ｃに備えられたコレステリック液晶層に含まれる液晶分子の螺旋方向と逆向きに形成されている。例えば、第１光反射板３５ｂにおける液晶分子は左向きの螺旋構造を有し、第２光反射板３５ｃにおける液晶分子は右向きの螺旋構造を有している。第１光反射板３５ｂは左円偏光の赤外線ＩＲｌを反射するとともに、右円偏光の赤外線ＩＲｒ及び可視光線ＶＬを含み赤外線ＩＲの波長と異なる波長域の光を透過する。第２光反射板３５ｃは右円偏光の赤外線ＩＲｒを反射するとともに、左円偏光の赤外線ＩＲｌ及び可視光線ＶＬを含み赤外線ＩＲの波長と異なる波長域の光を透過する。
【００７２】
本変形例における光分離部３５は、隣接して配置された第１及び第２光反射板３５ｂ、３５ｃのコレステリック液晶層に含まれる液晶分子を螺旋ピッチが同一であって螺旋方向を互いに逆向きとすることにより、選択反射中心波長λが同一であって左円偏光の赤外線ＩＲｌ及び右円偏光の赤外線ＩＲｒの双方を反射することができるように構成されている。
【００７３】
次に、本変形例による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムの動作について説明する。本変形例による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムの動作は、光分離部３５の動作が異なる点を除いて、図１に示す光学装置としての採光部３及びそれを備えた光ダクトシステム１と同様であるため、以下、光分離部３５の動作のみを簡述する。図８に示すように、太陽光線ＳＬが光分離部３５に入射すると、右円偏光の赤外線ＩＲｒは第２光反射板３５ｃで反射し、左円偏光の赤外線ＩＲｌ及び可視光線ＶＬを含み赤外線ＩＲの波長と異なる波長域の光は第２光反射板３５ｃを透過する。第２光反射板３５ｃを透過した左円偏光の赤外線ＩＲｌ及び可視光線ＶＬ等は第１光反射板３５ｂに入射する。左円偏光の赤外線ＩＲｌは第１光反射板３５ｂで反射し、可視光線ＶＬを含み赤外線ＩＲの波長と異なる波長域の光は第１光反射板３５ｂを透過する。第１光反射板３５ｂで反射した左円偏光の赤外線ＩＲｌは、第２光反射板３５ｃを透過して太陽光線ＳＬが入射する入射面側に射出する。光分離部３５で反射した左円偏光の赤外線ＩＲｌ及び右円偏光の赤外線ＩＲｒは光反射透過部１３（図８では不図示）に入射し、光分離部３５を透過した可視光線ＶＬは光反射透過部１５（図８では不図示）に入射することができる。
【００７４】
以上説明したように、本変形例による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムによれば、光分離部３５はコレステリック液晶層を備えた第１及び第２光反射板３５ｂ、３５ｃを有しているので、赤外線ＩＲと可視光線ＶＬとを分離して光反射透過部１３、１５に入射することができる。これにより、本変形例による光学装置及び光ダクトシステムは、図１及び図２に示す光学装置としての採光部３及びそれを備えた光ダクトシステム１と同様の効果が得られる。
【００７５】
次に、本実施の形態の変形例２による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムについて図９を用いて説明する。本変形例による光入出装置及び光ダクトシステムは、第２波長の光（赤外線ＩＲ）を選択的に反射する４層のコレステリック液晶層を有する光分離部を備えた点に特徴を有している。図９は、本変形例における光分離部３５の概略構成の断面図である。図９には、光分離部３５に入射する太陽光線ＳＬと、光分離部３５を透過する可視光線ＶＬと、光分離部３５で反射する赤外線ＩＲ（左円偏光の赤外線ＩＲｌ及び右円偏光の赤外線ＩＲｒ）とが直線矢印で示されている。本変形例による光学装置は、光分離部３５で赤外線ＩＲを反射し、可視光線ＶＬを透過して光反射透過部１３に赤外線ＩＲが入射し、光反射透過部１５に可視光線ＶＬが入射する点を除いて、他の構成は、図１から図６に示す光学装置としての採光部３とそれを備えた光ダクトシステム１と同一であるため説明は省略する。なお、光反射透過部１３と光反射透過部１５とは同一の材料で形成されて同一の構成を有している。このため、光反射透過部１３は赤外線ＩＲに対して、光反射透過部１５と同じ透過率及び反射率を有しているので光反射透過部１５と同様の機能を発揮する。光反射透過部１５は可視光線ＶＬに対して、光反射透過部１３と同じ透過率及び反射率を有しているので光反射透過部１３と同様の機能を発揮する。
【００７６】
図９に示すように、本変形例による光学装置における光分離部３５は、上記変形例１における光分離部３５の構成に加えてさらに第３及び第４光反射板３５ｄ、３５ｅを有している。第４光反射板３５ｅは、第１光反射板３５ｂを形成した基板３５ａの形成面の裏面上に形成されている。第３光反射板３５ｄは、第４光反射板３５ｅ上に形成されている。第３光反射板３５ｄは、第１光反射板３５ｂに備えられたコレステリック液晶層と同一材料で形成されて同一の構成を備えたコレステリック液晶層を有している。第４光反射板３５ｅは、第２光反射板３５ｃに備えられたコレステリック液晶層と同一材料で形成されて同一の構成を備えたコレステリック液晶層を有している。このため、第３光反射板３５ｄは、入射した太陽光線ＳＬのうちの左円偏光の赤外線ＩＲｌを反射し、それ以外の光を透過する。第４光反射板３５ｅは、入射した太陽光線ＳＬのうちの右円偏光の赤外線ＩＲｒを反射し、それ以外の光を透過する。
【００７７】
次に、本変形例による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムの動作について図９を用いて説明する。本変形例による光学装置及び光ダクトシステムの動作は、光分離部３５の動作が異なる点を除いて、図１に示す光学装置としての採光部３及び光ダクトシステム１と同様であるため、以下、光分離部３５の動作のみを簡述する、図９に示すように、太陽光線ＳＬが光分離部３５に入射すると、右円偏光の赤外線ＩＲｒは第２光反射板３５ｃで反射し、左円偏光の赤外線ＩＲｌ及び可視光線ＶＬを含み赤外線ＩＲの波長と異なる波長域の光は第２光反射板３５ｃを透過する。第２光反射板３５ｃの反射率は１００％でないため、右円偏光の赤外線ＩＲｒの一部は第２光反射板３５ｃを透過する。
【００７８】
第２光反射板３５ｃを透過した右円偏光の赤外線ＩＲｒの当該一部、左円偏光の赤外線ＩＲｌ及び可視光線ＶＬ等は第１光反射板３５ｂに入射する。左円偏光の赤外線ＩＲｌは第１光反射板３５ｂで反射し、右円偏光の赤外線ＩＲｒの当該一部及び可視光線ＶＬを含み赤外線ＩＲの波長と異なる波長域の光は第１光反射板３５ｂを透過する。第１光反射板３５ｂで反射した左円偏光の赤外線ＩＲｌは、第２光反射板３５ｃを透過して太陽光線ＳＬが入射する入射面側に射出する。第１光反射板３５ｂの反射率は１００％でないため、左円偏光の赤外線ＩＲｌの一部は第１光反射板３５ｂを透過する。
【００７９】
第１光反射板３５ｂを透過した右円偏光の赤外線ＩＲｒの当該一部、左円偏光の赤外線ＩＲｌの当該一部及び可視光線ＶＬ等は、基板３５ａを透過して第４光反射板３５ｅに入射する。右円偏光の赤外線ＩＲｒの当該一部は第４光反射板３５ｅで反射し、左円偏光の赤外線ＩＲｌの一部及び可視光線ＶＬを含み赤外線ＩＲの波長と異なる波長域の光は第４光反射板３５ｅを透過する。第４光反射板３５ｅで反射した右円偏光の赤外線ＩＲｒは、基板３５ａ、第１光反射板３５ｂ及び第２光反射板３５ｃを透過して太陽光線ＳＬが入射する入射面側に射出する。ここで、第４光反射板３５ｅの反射率は１００％でないため、右円偏光の赤外線ＩＲｒの一部は第４光反射板３５ｅを透過する。
【００８０】
第４光反射板３５ｅを透過した右円偏光の赤外線ＩＲｒの当該一部、左円偏光の赤外線ＩＲｌの当該一部及び可視光線ＶＬ等は第３光反射板３５ｄに入射する。左円偏光の赤外線ＩＲｌの当該一部は第３光反射板３５ｄで反射し、右円偏光の赤外線ＩＲｒの当該一部及び可視光線ＶＬを含み赤外線ＩＲの波長と異なる波長域の光は第３光反射板３５ｄを透過する。第３光反射板３５ｄで反射した左円偏光の赤外線ＩＲｌは、第４光反射板３５ｅ、基板３５ａ、第１光反射板３５ｂ及び第２光反射板３５ｃを透過して太陽光線ＳＬが入射する入射面側に射出する。ここで、第３光反射板３５ｄの反射率は１００％でないため、左円偏光の赤外線ＩＲｌの一部は第３光反射板３５ｄを透過する。
【００８１】
光分離部３５で反射した左円偏光の赤外線ＩＲｌ及び右円偏光の赤外線ＩＲｒは光反射透過部１３（図９では不図示）に入射し、光分離部３５を透過した可視光線ＶＬは光反射透過部１５（図９では不図示）に入射することができる。
【００８２】
以上説明したように、本変形例による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムは、左円偏光の赤外線ＩＲｌを反射する複数の光反射板（本例では、第１及び第３光反射板３５ｂ、３５ｄ）と、右円偏光の赤外線ＩＲｒを反射する複数の光反射板（本例では、第２及び第４光反射板３５ｃ、３５ｅ）を備えた光分離部３５を有している。これにより、本変形例による光学装置及び光ダクトシステムは、同一の波長領域の光の反射率を増大して、光強度の大きい赤外線ＩＲを放光部７から室内空間３１に放光できる。
【００８３】
次に、本実施の形態の変形例３による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムについて図１０を用いて説明する。本変形例による光入出装置及び光ダクトシステムは、ガスクロミックミラーを構成する光反射透過部を備えた点に特徴を有している。図１０は、本変形例における光反射透過部３７の概略構成の断面図である。光反射透過部３７は、図１に示す光反射透過部１３及び／又は光反射透過部１５に代えて用いることができる。本変形例による光学装置は、図１に示す光反射透過部１３及び／又は光反射透過部１５に代えて光反射透過部３７が用いられる点を除いて、他の構成は、図１に示す光学装置としての採光部３及びそれを備えた光ダクトシステム１と同一であるため説明は省略する。
【００８４】
図１０に示すように、本変形例における光反射透過部３７は、薄板平板形状の基板３７ａと、基板３７ａ上に形成された触媒層３７ｃと、触媒層３７ｃ上に形成された調光ミラー層３７ｄと、調光ミラー層３７ｄと所定の間隙を設けて対向配置された基板３７ｂとを有している。調光ミラー層３７ｄと基板３７ｂとの間の間隙は不図示のスペーサを用いて確保されている。当該間隙は後述する所定の気体を導入する気体導入空間３７ｅを構成している。
【００８５】
基板３７ａ及び基板３７ｂは、例えば絶縁性透明材料を用いて形成されている。基板３７ａ及び基板３７ｂは例えばガラス基板である。触媒層３７ｃは例えばＰｄを用いて形成されている。調光ミラー層３７ｄは例えばＭｇ−Ｎｉ合金水素化物を用いて形成されている。
【００８６】
光反射透過部３７は、対向配置された基板３７ａ、３７ｂの対向面側に触媒層３７ｃ及び調光ミラー層３７ｄとを配置した２重窓ガラス構造を有している。光反射透過部３７は全体として薄板平板形状を有している。図１０の図中に直線矢印で示すように、光反射透過部３７は、約１％に希釈された水素が気体導入空間３７ｅ内に導入されると、触媒層３７ｃを形成するＰｄは、調光ミラー層３７ｄを形成するＭｇ−Ｎｉ合金水素化物が室温で水素と反応するようになるための触媒として機能し、Ｍｇ−Ｎｉ合金水素化物は水素化されて透明状態となる。これにより、光反射透過部３７は可視光線や赤外線を透過することができる。また、図１０の図中に直線矢印で示すように、約２０％に希釈された酸素が気体導入空間３７ｅ内に導入されると、Ｍｇ−Ｎｉ合金水素化物は室温で脱水素化されて鏡面状態となって反射状態となる。これにより、光反射透過部３７は可視光線や赤外線を反射することができる。気体導入空間３７ｅ内に酸素が導入されている際に導入触媒層３７ｃは、酸化しやすいＭｇ−Ｎｉ合金水素化物を酸素から保護する保護層としての機能を発揮する。このように、光反射透過部３７はガスクロミックミラーを構成している。
【００８７】
以上説明したように、本変形例による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムによれば、光反射透過部３７は、ガスクロミックミラーを構成している。このため、光反射透過部３７は、光分離部で反射した可視光線や光分離部を透過した赤外線を反射したり透過したりすることができる。これにより、本変形例による光学装置及び光ダクトシステムは、図１に示す光学装置としての採光部３及びそれを備えた光ダクトシステム１と同様の効果が得られる。
【００８８】
〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態による光学装置（光分離部１１と光反射透過部１３、１５とを含む）及びそれを備えた光ダクトシステムについて図１１から図１４を用いて説明する。図１１及び図１２は、本実施の形態による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムを説明するための参考例を示す図である。なお、上記第１の実施の形態による光学装置としての採光部３及び光ダクトシステム１と同一の作用及び機能を奏する構成要素には、同一の符号を付してその説明は省略する。図１１は、参考例１による光学装置としての採光部３６及びそれを備えた光ダクトシステム６３の概略構成の断面図である。
【００８９】
図１１に示すように、採光部３６は、図１１に示す断面において、窓部９を底辺とし、光反射透過部１３及び支柱１７を一辺とする直角二等辺三角形の形状を有している。採光部３６の底部内壁面と窓部９の光射出面との成す角θは、４５°となる。また、光反射透過部１３及び支柱１７を合わせた長さは導光部５の高さｈと等しくなっている。このため、図１１に示す断面において、太陽光線ＳＬが照射される窓部９の照射領域Ｓｓ（以下、「照射面積Ｓｓ」と称する場合もある）の長さは、三平方の定理より、（√２）ｈと表すことができる。
【００９０】
図１１に示すように、採光部３６は、高さａｈ（０＜ａ＜１）の位置に光分離部１１を有している。光分離部１１は採光部３６の底部内壁面に対して平行に配置されている。このため、窓部９は光分離部１１の光入射面１１αに対して４５°傾斜して配置されている。図１１に示す断面において、窓部９の長さ（√２）ａｈの有効領域Ｓｅｆ（以下、「有効面積Ｓｅｆ」と称する場合もある）を透過する太陽光線ＳＬ（図中に実線太矢印で示されている）が光分離部１１の光入射面１１αに入射する。有効領域Ｓｅｆは、光入射面１１αに入射可能な太陽光線ＳＬが照射される窓部９の照射領域である。一方、当該断面において、窓部９の長さ（１−ａ）ｈ／√２の非有効領域Ｓｉｎｅｆ（以下、「非有効面積Ｓｉｎｅｆ」と称する場合もある）を透過する太陽光線ＳＬ（図中に破線太矢印で示されている）は光分離部１１の光入射面１１αに入射しない。非有効領域Ｓｉｎｅｆは、光入射面１１αに入射不可能な太陽光線ＳＬが照射される窓部９の照射領域である。光分離部１１に入射する太陽光線ＳＬが最終的に放光部（図１１では不図示）から室内空間（図１１では不図示）に放光される。このため、光分離部１１に入射する太陽光線ＳＬの光強度が強いほど室内空間に放光される可視光線ＶＬや赤外線ＩＲの光強度は強くなる。
【００９１】
本参考例による採光部３６及び光ダクトシステム６３は、窓部９の照射領域Ｓｓに照射される太陽光線ＳＬを最大限として利用することができる。しかしながら、本参考例による採光部３６で実際に利用可能な太陽光線ＳＬは、光分離部１１の光入射面１１αに入射可能な有効領域Ｓｅｆに入射した分だけである。本参考例では、窓部９に照射した太陽光線ＳＬの全光強度のうち、有効領域Ｓｅｆに照射した太陽光線ＳＬの光強度が室内空間の照明や暖房等に利用され、残余の領域である非有効領域Ｓｉｎｅｆに照射した太陽光線ＳＬの光強度は室内空間の照明や暖房に利用されない。
【００９２】
図１１には、ａが１／３（＝０．３３）に設定された状態の採光部３６が示されている。照射領域Ｓｓの形状と有効領域Ｓｅｆの形状とが相似形であると仮定すると、照射領域Ｓｓと有効領域Ｓｅｆとの面積比は、図１１に示す断面の長さの比に置き換えて考えることができる。このため、本参考例による採光部３６及び光ダクトシステム６３の有効面積Ｓｅｆは、約３３．５％となり、非有効面積Ｓｉｎｅｆは約６６．５％となる。採光部３６で採光される太陽光線ＳＬの光強度は照射面積に比例する。したがって、本参考例による採光部３６及び光ダクトシステム６３は、採光部３６で採光された太陽光線ＳＬの全光強度のうちの３３．５％の光強度を最大限とする光を室内空間に放光することができる。
【００９３】
図１２は、参考例２による光学装置としての採光部３８及びそれを備えた光ダクトシステム６５の概略構成の断面図である。本参考例による採光部３８及び光ダクトシステム６５は、高さ２ｈ／３（ａ＝０．６７）の位置に光分離部１１を有している点を除いて、上記参考例１による採光部３６及び光ダクトシステム６３と同一の構成を有している。図１２に示す断面において、本参考例での有効領域Ｓｅｆの長さは、光分離部１１の光入射領域１１αの長さ（ｈ／３）を底辺とする直角二等辺三角形の一辺の長さに等しいので、（√２）ｈ／６となる。本参考例による採光部３８及び光ダクトシステム６５の有効面積Ｓｅｆは、約１６．５％となり、非有効面積Ｓｉｎｅｆは約８３．５％となる。したがって、本参考例による採光部３８及び光ダクトシステム６５は、採光部３８で採光された太陽光線ＳＬの全光強度のうちの１６．５％の光強度を最大限とする光を室内空間に放光することができる。
【００９４】
参考例１及び参考例２において説明したように、室内空間に放光できる光の光強度の最大値は、光分離部１１の配置高さを変更すると変化する。図１３は、光分離部１１の配置高さを変更した場合の有効面積Ｓｅｆ及び非有効面積Ｓｉｎｅｆを示している。図１３に示す表には、左列に「ａ（０＜ａ＜１）」、中列に「有効面積Ｓｅｆ［％］」、右列に「非有効面積Ｓｉｎｅｆ［％］」の項目が示されている。左列の「ａ（０＜ａ＜１）」は、０から１の範囲での図１１に示すａの値を示し、中列の「有効面積Ｓｅｆ」は、太陽光線ＳＬが光分離部１１の光入射面１１αに入射できる窓部９の有効領域Ｓｅｆを示し、右列の「非有効面積Ｓｉｎｅｆ」は、太陽光線ＳＬが光分離部１１の光入射面１１αに入射できない窓部９の非有効領域Ｓｉｎｅｆを示している。
【００９５】
左列の「ａ（０＜ａ＜１）」は、０．０１、０．１０、０．３３、０．６７、０．９０及び０．９９の６つに区分されている。ａ＝０．０１では、有効面積Ｓｅｆは４９．５％となり、非有効面積Ｓｉｎｅｆは５０．５％となる。ａ＝０．１０では、有効面積Ｓｅｆは４５．０％となり、非有効面積Ｓｉｎｅｆは５５．０％となる。ａ＝０．３３では、有効面積Ｓｅｆは３３．５％となり、非有効面積Ｓｉｎｅｆは６６．５％となる。ａ＝０．６７では、有効面積Ｓｅｆは１６．５％となり、非有効面積Ｓｉｎｅｆは８３．５％となる。ａ＝０．９０では、有効面積Ｓｅｆは５．０％となり、非有効面積Ｓｉｎｅｆは９５．０％となる。ａ＝０．９９では、有効面積Ｓｅｆは０．５％となり、非有効面積Ｓｉｎｅｆは９９．５％となる。
【００９６】
図１１から図１３に示すように、光分離部１１の配置位置の高さが低いほど、有効面積Ｓｅｆは広くなる。図１３に示すように、光分離部１１の配置位置がａ＝０．０１である場合、すなわち図１１又は図１２に示す断面において、窓部９を底辺とし、光分離部１１及び光反射透過部１３をそれぞれ一辺とする直角二等辺三角形を光分離部１１、光反射透過部１３及び窓部９が構成する場合に、有効面積Ｓｅｆが４９．５％となる。したがって、当該断面において、光分離部１１、光反射透過部１３及び窓部９が当該直角二等辺三角形を構成する光学装置は、窓部９の照射領域Ｓｓのほぼ半分の領域に入射する太陽光線ＳＬの光強度を最大限として利用することができる。
【００９７】
本実施の形態による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムは、４９．５％の有効面積Ｓｅｆを備えている点に特徴を有している。図１４は、本実施の形態による光学装置としての採光部３９及びそれを備えた光ダクトシステム６７の概略構成の断面図である。以下、上記第１の実施の形態による光学装置としての採光部３及び光ダクトシステム１と同一の作用及び機能を奏する構成要素には、同一の符号を付してその説明は省略し、異なる構成のみを簡述する。
【００９８】
図１４に示すように、本実施の形態による採光部３９は、接続部２に一端部が接続されて採光部３９の底部内壁面にほぼ平行に配置された光分離部１１を有している。光分離部１１の他端部は窓部９の一端部に接続されている。光反射透過部１３の光入射面１３αは、光分離部１１の光入射面１１αにほぼ直交して配置されている。光反射透過部１３の一端部は接続部２に接続され、他端部は窓部９の他端部に接続されている。図１４に示す断面において、光反射透過部１３の長さはｈである。当該断面において、光分離部１１の長さは光反射透過部１３の長さｈと同じ長さである。このため、当該断面において、光分離部１１、光反射透過部１３及び窓部９は、窓部９を底辺とし光分離部１１及び光反射透過部１３をそれぞれ一辺とする直角二等辺三角形を構成する。したがって、光分離部１１の光入射面１１αと窓部９の光射出面との成す角θは４５°となる。窓部９に入射する太陽光線ＳＬの入射角は０°であるので、光分離部１１の光入射面１１αに入射する太陽光線ＳＬの入射角は４５°となり、三平方の定理より、有効領域Ｓｅｆの長さは（√２）ｈ／２となる。このため、有効面積Ｓｅｆは約５０％となり、非有効面積Ｓｉｎｅｆも約５０％となる。
【００９９】
本実施の形態による採光部３９は、光分離部１１を透過する赤外線ＩＲの入射角がほぼ０°となるように光分離部１１の光射出面１１β側に配置された光反射透過部１５を有している。光反射透過部１５の一端部は接続部２に接続されている。光反射透過部１５の光入射面１５αと、光分離部１１の光射出面１１βとの成す角は約４５°である。採光部３９は、光反射透過部１５の他端部に接続された一端部と、光分離部１１の他端部及び窓部９の一端部に接続された他端部とを備えた保持部材４１を有している。保持部税４１は薄板平板形状を有している。保持部材４１は、光反射透過部１５に入射する赤外線ＩＲの入射角がほぼ０°となるように、光反射透過部１５を保持するために設けられている。
【０１００】
本実施の形態による採光部３９及び光ダクトシステム６７の動作は、上記第１の実施の形態による採光部３及び光ダクトシステム１と同様であるため、説明は省略する。
【０１０１】
以上説明したように、本実施の形態による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムは、太陽光線ＳＬの利用効率の向上を図ることができる。
【０１０２】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムについて図１５から図１７を用いて説明する。本実施の形態による光学装置及び光ダクトシステムは、照射領域Ｓｓと有効領域Ｓｅｆとがほぼ等しい点に特徴を有している。図１５は、本実施の形態による光学装置としての採光部４３及び光ダクトシステム６９の概略構成の断面図である。以下、上記第１及び第２の実施の形態による光学装置としての採光部及び光ダクトシステムと同一の作用及び機能を奏する構成要素には、同一の符号を付してその説明は省略し、異なる構成のみを簡述する。
【０１０３】
図１５に示すように、本実施の形態による採光部４３は、上記第２の実施の形態による採光部３９と同様に図１５に示す断面において、窓部９を底辺とし光分離部１１及び光反射透過部１３をそれぞれ一辺とする直角二等辺三角形を構成する光分離部１１、光反射透過部１３及び窓部９を有している。採光部４３は、光反射透過部１３の光入射面１３α側に配置され、可視光線ＶＬを透過するとともに赤外線ＩＲを反射して太陽光線ＳＬを分離する光分離部（第２の光分離部）４５を有している。光分離部４５は薄板平板形状を有している。光分離部４５の光入射面４５αは光分離部１１の光入射面１１αに対してほぼ直交して配置されている。光分離部４５の光射出面４５βは光反射透過部１３の光入射面１３αと対面して配置されている。
【０１０４】
図１６は、光分離部４５の透過スペクトルの一例を示している。図１６において、実線で示す曲線は入射角４５°での光分離部４５の透過スペクトルを示し、破線で示す曲線は入射角０°での光分離部４５の透過スペクトルを示している。横軸は光分離部４５に入射する太陽光線ＳＬに含まれる光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光分離部４５の透過率（％）を表している。図１６に示すように、光分離部４５は、太陽光線ＳＬの入射角によらず、４５０ｎｍから６７５ｎｍの波長範囲で平均８５％の透過率を有している。また、光分離部４５は、太陽光線ＳＬの入射角によらず、７５０ｎｍから１２００ｎｍの波長範囲で平均１０％の透過率を有し、特に７５０ｎｍから１０５０ｎｍの波長範囲ではほぼ０％の透過率を有している。光分離部４５は、太陽光線ＳＬの入射角によらず、７５０ｎｍから１２００ｎｍの波長範囲で平均９０％の反射率を有し、特に７５０ｎｍから１０５０ｎｍの波長範囲ではほぼ１００％の反射率を有している。このように、光分離部４５は、入射する太陽光線ＳＬに含まれる可視光線ＶＬを反射せずに透過し、赤外線ＩＲを透過せずに反射することが可能な特性を有している。光分離部１１がコールドミラーを構成しているのに対し、光分離部４５はホットミラーを構成している。図示は省略するが、光分離部４５は例えば、光分離部１１と同一の材料で形成された基板と、当該基板上に形成されて赤外線ＩＲを選択的に反射する誘電体多層膜とを有している。また、光分離部４５は、図８又は図９に示す光分離部３５と同様の構成を有していてもよい。
【０１０５】
図１５に戻って、採光部４３は、光分離部１１を介して光分離部４５の光入射面４５α側に配置され、光分離部４５で反射した赤外線ＩＲを反射する赤外線反射部（光反射部）４７を有している。赤外線反射部４７は例えば薄板平板形状を有している。赤外線反射部４７は例えば銀で形成された反射膜を光反射面４７γ側に有している。赤外線反射部４７の光反射面４７γは、光分離部４５の光入射面４５αに対してほぼ平行に配置されている。赤外線反射部４７の両端の一方は光分離部１１の他端部及び窓部９の一端部に接続され、他方は光反射透過部１５の他端部に接続されている。光反射透過部１５の一端部は接続部２に接続されている。光反射透過部１５の光射出面１５βと採光部４３の底部内壁面との成す角θは４５°になっている。
【０１０６】
次に、本実施の形態による採光部４３及び光ダクトシステム６９の動作について図１５を用いて説明する。図１５に示すように、太陽３３（図１５では不図示）から照射された太陽光線ＳＬは、窓部９を透過して採光部４３に入射する。窓部９の照射領域Ｓｓのうちの相対的に下方に位置する照射領域Ｓｓｂを介して採光部４３に入射した太陽光線ＳＬｂは、光分離部１１に入射して可視光線ＶＬｂと赤外線ＩＲｂとに分離される。可視光線ＶＬｂは光分離部１１で反射して光分離部４５に入射する。光分離部４５は可視光線ＶＬｂを透過する。このため、光分離部４５に入射した可視光線ＶＬｂは光反射透過部１３に入射する。可視光線に対する光分離部４５の平均透過率は約８５％であるため、光反射透過部１３に入射する可視光線ＶＬｂの光強度は、光分離部４５に入射する可視光線ＶＬｂの光強度の約８５％となる。一方、光分離部１１を透過した赤外線ＩＲｂは光反射透過部１５に入射する。
【０１０７】
窓部９の照射領域Ｓｓのうちの相対的に上方に位置する照射領域Ｓｓｔを介して採光部４３に入射した太陽光線ＳＬｔは、光分離部４５に入射して可視光線ＶＬｔと赤外線ＩＲｔとに分離される。可視光線ＶＬｔは光分離部４５を透過して光反射透過部１３に入射する。可視光線に対する光分離部４５の平均透過率は約８５％であるため、光反射透過部１３に入射する可視光線ＶＬｔの光強度は、光分離部４５に入射する可視光線ＶＬｔの光強度の約８５％となる。
【０１０８】
太陽光線ＳＬｔの入射角は４５°であるため、光分離部４５で反射した赤外線ＩＲｔの反射角は４５°となる。光分離部４５の光入射面４５αに対して光分離部１１の光入射面１１αは直交して配置されている。このため、赤外線ＩＲｔは入射角４５°で光分離部１１に入射する。光分離部１１は赤外線ＩＲｔを透過する。このため、光分離部１１に入射した赤外線ＩＲｔは光分離部１１を透過して赤外線反射部４７に入射する。赤外線反射部４７の光反射面４７γは、光分離部４５の光入射面４５αと平行に配置されているので、光分離部１１の光射出面１１βと直交して配置されている。このため、赤外線ＩＲｔは入射角４５°で赤外線反射部４７に入射する。赤外線に対する光分離部１１の透過率は約８５％であるため、赤外線反射部４７に入射する赤外線ＩＲｔの光強度は、光分離部１１に入射する赤外線ＩＲｔの光強度の約８５％となる。
【０１０９】
赤外線ＩＲｔは入射角４５°で赤外線反射部４７に入射するので、反射角４５°反射する。赤外線反射部４７の光反射面４７γと光反射透過部１５の光入射面１５αとの成す角は４５°である。このため、赤外線ＩＲｔは入射角０°で光反射透過部１５に入射する。
【０１１０】
光反射透過部１３の反射状態及び透過状態が切り替えられて、可視光線ＶＬｔ、ＶＬｂは必要に応じて導光部５に射出される。また、光反射透過部１５の反射状態及び透過状態が切り替えられて、赤外線ＩＲｔ、ＩＲｂは必要に応じて導光部５に射出される。光反射透過部１５で反射した赤外線ＩＲｂは、光分離部１１及び窓部９を透過して採光部４３の外部に射出する。また、光反射透過部１５で反射した赤外線ＩＲｔは、赤外線反射部４７で反射し、次いで光分離部１１を透過し、次いで光分離部４５で反射し、次いで窓部９を透過して採光部４３の外部に射出する。このように、光反射透過部１５で反射した赤外線ＩＲｔ、ＩＲｂは採光部４３に滞留することがないので、採光部４３の温度上昇は防止される。
【０１１１】
以上説明したように、本実施の形態による採光部４３及び光ダクトシステム６９は、窓部９から入射した太陽光線ＳＬｔ、ＳＬｂに含まれる可視光線ＶＬｔ、ＶＬｂを光反射透過部１３に入射し、可視光線ＶＬｔ、ＶＬｂを室内空間の照明に利用することができる。また、本実施の形態による採光部４３及び光ダクトシステム６９は、窓部９から入射した太陽光線ＳＬｔ、ＳＬｂに含まれる赤外線ＩＲｔ、ＩＲｂを光反射透過部１５に入射し、赤外線ＩＲｔ、ＩＲｂを室内空間の暖房に利用することができる。このように、本実施の形態による採光部４３及び光ダクトシステム６９は、照射領域Ｓｓと有効領域Ｓｅｆとをほぼ等しくできるので、太陽光線ＳＬの利用効率の向上を図ることができる。
【０１１２】
図１７は、図１１、図１２、図１４及び図１５に示す採光部３６、３８、３９、４３における光反射透過部への入射光及び透過光の光強度を比較して示している。図１７に示す表には、左列に「採光部」、中列に「光反射透過部通過前の光強度」、右列に「光反射透過部通過後の光強度」の項目が示されている。左列の「採光部」は、採光部３６、３８、３９、４３を示し、中列の「光反射透過部通過前の光強度」は、光反射透過部１３、１５に入射する光の光強度を示し、右列の「光反射透過部通過後の光強度」は、光反射透過部１３、１５を透過した光の光強度を示している。図１７に示す各数値は、光分離部１１の可視光線の反射率を９０％とし、赤外線の透過率を８５％とし、光分離部４５の可視光線の透過率を８５％とし、赤外線の反射率を９０％とし、光反射透過部１３、１５の可視光線及び赤外線の透過率を５０％とし、反射率を８０％とし、赤外線反射部４７の反射率を１００％として算出されている。また、当該各数値は、照射領域Ｓｓに照射された太陽光線ＳＬの光強度を「１」として規格化されている。
【０１１３】
図１７に示すように、採光部３８では、光反射透過部１５に入射する赤外線ＩＲの光強度は０．１４となり、光反射透過部１５を透過した赤外線ＩＲの光強度は０．０７となり、光反射透過部１３に入射する可視光線ＶＬの光強度は０．１５となり、光反射透過部１３を透過した可視光線ＶＬの光強度は０．０７となる。採光部３６では、光反射透過部１５に入射する赤外線ＩＲの光強度は０．２８となり、光反射透過部１５を透過した赤外線ＩＲの光強度は０．１４となり、光反射透過部１３に入射する可視光線ＶＬの光強度は０．３０となり、光反射透過部１３を透過した可視光線ＶＬの光強度は０．１５となる。採光部３９では、光反射透過部１５に入射する赤外線ＩＲの光強度は０．４２となり、光反射透過部１５を透過した赤外線ＩＲの光強度は０．２１となり、光反射透過部１３に入射する可視光線ＶＬの光強度は０．４５となり、光反射透過部１３を透過した可視光線ＶＬの光強度は０．２２となる。採光部４３では、光反射透過部１５に入射する赤外線ＩＲの光強度は０．８１となり、光反射透過部１５を透過した赤外線ＩＲの光強度は０．４０となり、光反射透過部１３に入射する可視光線ＶＬの光強度は０．８１となり、光反射透過部１３を透過した可視光線ＶＬの光強度は０．４０となる。
【０１１４】
図１７に示すように、有効領域Ｓｅｆが広くなるほど光反射透過部１３、１５から射出された可視光線ＶＬの光強度及び赤外線ＩＲの光強度は強くなり、太陽光線ＳＬの利用効率が向上する。したがって、本実施の形態による採光部４３は、上記第２の実施の形態による採光部３９及び参考例による採光部３６、３８よりも太陽光線ＳＬの利用効率の向上を図ることができる。
【０１１５】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムについて図１８及び図１９を用いて説明する。本実施の形態による光学装置及び光ダクトシステムは、光反射透過部から射出した光を散乱する光散乱部を備えた点に特徴を有している。図１８は、本実施の形態による光学装置としての採光部４９及び光ダクトシステム７１の概略構成の断面図である。以下、上記第１から第３の実施の形態による光学装置としての採光部及び光ダクトシステムと同一の作用及び機能を奏する構成要素には、同一の符号を付してその説明は省略し、異なる構成のみを簡述する。
【０１１６】
図１８に示すように、本実施の形態による採光部４９は、例えば上記参考例による採光部３６とほぼ同様の構成を有している。採光部４９は、光反射透過部１３の光射出面１３β側に配置され、可視光線ＶＬを散乱する光散乱部（第１の光散乱部）５１と、光反射透過部１５の光射出面１５β側に配置され、赤外線ＩＲを散乱する光散乱部（第２の光散乱部）５３と有している。光散乱部５１は、光反射透過部１３の光射出面１３βに対面して設けられている。光散乱部５３は、支柱１７の光射出面に対面して設けられている。
【０１１７】
次に、光散乱部５１、５３の具体的な構成について図１９を用いて説明する。光散乱部５１及び光散乱部５３は同様の構成を有しているため以下、光散乱部５１を例にとって説明する。図１９は、光散乱部５１の概略構成の断面図である。図１９（ａ）は、可視光線ＶＬを散乱する光散乱状態の光散乱部５１を示し、図１９（ｂ）は、可視光線ＶＬを散乱せずに透過する非光散乱状態の光散乱部５１を示している。
【０１１８】
図１９に示すように、光散乱部５１は、対向配置された一対の基板５１ａ、５１ｂを有している。基板５１ａ、５１ｂは薄板平板形状を有している。基板５１ａ、５１ｂは例えば絶縁性材料で形成されている。基板５１ａ、５１ｂは例えばガラス基板である。光散乱部５１は、一対の基板５１ａ、５１ｂ間に封止された高分子分散型液晶層５２を有している。高分子分散型液晶層５２は、高分子層５１ｃと、高分子層５１ｃに設けられた複数の液晶ドロップレット５１ｄと、液晶ドロップレット５１ｂに包まれた複数の液晶分子５１ｅとを有している。光散乱部５１は全体として薄板平板形状を有している。
【０１１９】
次に、本実施の形態による採光部４９及び光ダクトシステム７１の動作について説明する。可視光線ＶＬが光反射透過部１３に入射し、赤外線ＩＲが光反射透過部１５に入射するまでの動作は、上記第１の実施の形態による採光部３と同様であるため、説明は省略する。例えば可視光線ＶＬの散乱光ＶＬｓを導光部５の導光領域２５に射出する場合には、図１９（ａ）に示すように、スイッチ回路５５をオフ状態として電源回路５４から光散乱部５１を切り離すと、光散乱部５１の高分子分散型液晶層５２には電圧が印加されない。これにより、複数の液晶分子５１ｅは液晶ドロップレット５１ｄ内でランダムな方向に向く。液晶分子５１ｅが無作為な方向に向くと、高分子層５１ｃの屈折率と液晶ドロップレット５１ｄの屈折率とが異なる。これにより、例えば基板５１ｂ側から入射した可視光線ＶＬは高分子分散型液晶層５２で散乱され、光散乱部５１から可視光線の散乱光ＶＬｓが射出される。
【０１２０】
例えば散乱していない可視光線ＶＬを導光部５の導光領域２５に射出する場合には、図１９（ｂ）に示すように、スイッチ回路５５をオン状態として電源回路５４と光散乱部５１とを接続すると、例えば基板５１ｂには基板５１ａよりも高い電圧が印加される。これにより、光散乱部５１の高分子分散型液晶層５２には、基板５１ｂから基板５１ａに向かう電界が発生する。複数の液晶分子５１ｅの長軸は、当該電界の方向に向いて液晶ドロップレット５１ｄ内で一定方向に揃う。液晶分子５１ｅの長軸が同一方向に向くと、高分子層５１ｃの屈折率と液晶ドロップレット５１ｄの屈折率とが等しくなる。これにより、例えば基板５１ｂ側から入射した可視光線ＶＬは高分子分散型液晶層５２で散乱されずにそのまま透過して光散乱部５１から射出される。採光部４９は、光散乱部５３も光散乱部５１と同様に駆動することにより、赤外線ＩＲの散乱光ＩＲｓを導光部５に射出したり、散乱させずに赤外線ＩＲを導光部５に射出したりすることができる。
【０１２１】
以上説明したように、本実施の形態による採光部４９及び光ダクトシステム７１は、散乱光を導光部５に射出して放光部から室内空間に散乱光を放光できる。これにより、本実施の形態による採光部４９及び光ダクトシステム７１は、室内空間の明るさのむらや温度むらを軽減できる。また、採光部４９は、可視光線ＶＬを散乱するための光散乱部５１と、赤外線ＩＲを散乱するための光散乱部５３とを別個独立に有している。このため、採光部４９及び光ダクトシステム７１は、可視光線ＶＬのみを散乱させたり赤外線ＩＲのみを散乱させたりというように、散乱させる光を選択することができる。
【０１２２】
〔第５の実施の形態〕
次に、本発明の第５の実施の形態による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムについて図２０及び図２１を用いて説明する。本実施の形態による光学装置及び光ダクトシステムは、光反射透過部から射出した赤外線の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子を備えた点に特徴を有している。図２０は、本実施の形態による光学装置としての採光部５７及び光ダクトシステム７３の概略構成の断面図である。以下、上記第１から第４の実施の形態による光学装置としての採光部及び光ダクトシステムと同一の作用及び機能を奏する構成要素には、同一の符号を付してその説明は省略し、異なる構成のみを簡述する。
【０１２３】
図２０に示すように、本実施の形態による採光部５７は、例えば上記参考例による採光部３６とほぼ同様の構成を有している。採光部５７は、光反射透過部１５の光射出面１５β側に配置され、光反射透過部１５から射出された赤外線ＩＲの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子５９を有している。熱電変換素子５９は、例えば支柱１７の導光部５側の一部に配置されている。これにより、採光部５７は、光反射透過部１５を透過した赤外線ＩＲの一部を熱電変換素子５９に入射し、残余の赤外線ＩＲを導光部５に入射することができる。また、熱電変換素子５９は、採光部５７に移動可能に取り付けられており、光反射透過部１５を透過した赤外線ＩＲを遮断したり遮断しなかったりできるようになっていてもよい。これにより、光ダクトシステム７３は、例えば夏場などの時季に赤外線ＩＲを室内空間に放光する必要のない場合には、熱電変換素子５９に赤外線ＩＲを吸収させ、冬場などの時季に赤外線ＩＲを室内空間に放光する必要のある場合には、熱電変換素子５９に赤外線ＩＲを吸収させずに室内空間に放光することができる。
【０１２４】
次に、熱電変換素子５９の具体的な構成の一例について図２１を用いて説明する。図２１は、熱電変換素子５９の概略構成を示している。図２１に示すように、熱電変換素子５９は、光反射透過部１５を透過した赤外線ＩＲを吸収する赤外線吸収部５９ａを有している。赤外線吸収部５９ａは、赤外線ＩＲを吸収することに起因して高温状態になる。赤外線吸収部５９ａは熱電変換素子５９の高温側熱源として機能するようになっている。赤外線吸収部５９ａは、光反射透過部１５の光射出面１５βに向けられて配置されている。赤外線吸収部５９ａは電気的に絶縁性を有している。
【０１２５】
熱電変換素子５９は、赤外線吸収部５９ａに接触して形成された電極５９ｅを有している。熱電変換素子５９は、電極５９ｅに一端部が接触して形成されたＮ型半導体素子５９ｃと、電極５９ｅに一端部が接触して形成されたＰ型半導体素子５９ｄとを有している。赤外線吸収部５９ａ及び電極５９ｅは、Ｎ型半導体素子５９ｃとＰ型半導体素子５９ｄとの間に跨って配置されている。熱電変換素子５９は、Ｎ型半導体素子５９ｃの他端部に接触して形成された電極５９ｆと、Ｐ型半導体素子５９ｄの他端部に接触して形成された電極５９ｇとを有している。熱電変換素子５９は、電極５９ｆ及び電極５９ｇに接触して設けられた低温側放熱部５９ｂを有している。低温側放熱部５９ｂは、Ｎ型半導体素子５９ｃ及び電極５９ｆと、Ｐ型半導体素子５９ｄ及び電極５９ｇとの間に跨って配置されている。低温側放熱部５９ｂの温度は赤外線吸収部５９ａの温度よりも低くなるように設定されている。低温側放熱部５９ｂは電気的に絶縁性を有している。
【０１２６】
熱電変換素子５９は、物質の温度差が電圧に直接変換される現象であるゼーベック効果を利用して熱起電力を発生するようになっている。熱電変換素子５９は、Ｎ型半導体素子５９ｃ及びＰ型半導体素子５９ｄのそれぞれの両端に温度差を生じさせて熱起電力を発生するようになっている。
【０１２７】
熱電変換素子５９の電極５９ｆ及び電極５９ｇには、熱電変換素子５９で発生した熱起電力を用いて駆動される所定の電気回路が接続される。本例では、所定の電気回路として蓄電池６０が熱電変換素子５９に接続されている。蓄電池６０の一方の電極は電極５９ｇに接続され、他方の電極は電極５９ｆに接続されている。
【０１２８】
次に、本実施の形態による採光部５７及び光ダクトシステム７３の動作について説明する。可視光線ＶＬが光反射透過部１３に入射し、赤外線ＩＲが光反射透過部１５に入射するまでの動作は、上記第１の実施の形態による採光部３と同様であるため、説明は省略する。例えば光反射透過部１５を透過した赤外線ＩＲは、熱電変換素子５９に備えられた赤外線吸収部５９ａに入射する。赤外線吸収部５９ａは、赤外線ＩＲを吸収すると温度が上昇する。Ｎ型半導体素子５９ｃの一端部は赤外線吸収部５９ａに接触し、他端部は低温側放熱部５９ｂに接触している。このため、赤外線吸収部５９ａの温度が上昇すると、Ｎ型半導体素子５９ｃの一端部と他端部との間には温度差が生じる。当該温度差に基づいて、Ｎ型半導体素子５９ｃには、高温側（赤外線吸収部５９ａ側）から低温側（低温側放熱部５９ｂ側）に向かってキャリア（電子）が移動するように熱起電力が発生する。また、Ｐ型半導体素子５９ｄの一端部は赤外線吸収部５９ａに接触し、他端部は低温側放熱部５９ｂに接触している。このため、赤外線吸収部５９ａの温度が上昇すると、Ｐ型半導体素子５９ｄの一端部と他端部との間には温度差が生じる。当該温度差に基づいて、Ｐ型半導体素子５９ｄには、高温側（赤外線吸収部５９ａ側）から低温側（低温側放熱部５９ｂ側）に向かってキャリア（正孔）が移動するように熱起電力が発生する。
【０１２９】
Ｎ型半導体素子５９ｃ及びＰ型半導体素子５９ｄに当該熱起電力が発生すると、「Ｎ型半導体素子５９ｃ→電極５９ｅ→Ｐ型半導体素子５９ｄ→蓄電池６０の一方の電極」の向きに電流が流れるので、蓄電池６０は充電される。
【０１３０】
以上説明したように、本実施の形態による採光部５７及び光ダクトシステム７３は、熱電変換素子５９を有している。これにより、採光部５７及び光ダクトシステム７３は、採光部５７で採光した太陽光線ＳＬに含まれる赤外線ＩＲの熱エネルギーを電気エネルギーに変換して、当該電気エネルギーを室内の家電製品（例えば、空調機や冷蔵庫等）の電源として用いることができる。
【０１３１】
〔第６の実施の形態〕
次に、本発明の第６の実施の形態による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムについて図２２を用いて説明する。本実施の形態による光学装置及び光ダクトシステムは、入射光を反射する入射光反射部を備えた点に特徴を有している。また、本実施の形態による光学装置及び光ダクトシステムは、光学装置の正面側から入射する太陽光線を効率的に利用できる点に特徴を有している。図２２は、本実施の形態による光学装置としての採光部６１及び光ダクトシステム７５の概略構成の断面図である。以下、上記第１から第５の実施の形態による光学装置としての採光部及び光ダクトシステムと同一の作用及び機能を奏する構成要素には、同一の符号を付してその説明は省略し、異なる構成のみを簡述する。
【０１３２】
図２２に示すように、本実施の形態による採光部６１は、例えば上記参考例による採光部３６とほぼ同様の構成を有している。採光部６１は、光分離部１１の光入射面１１α側に回転自在に配置され、太陽光線ＳＬを反射する太陽光線反射部（入射光反射部）７７を有している。太陽光線反射部７７と光分離部１１の光入射面１１αとの間には、窓部９が配置されている。太陽光線反射部７７は薄板平板形状を有している。採光部６１は、光反射透過部１３の他端部及び窓部９の他端部に設けられた回転機構７９を有している。太陽光線反射部７７の一端部は回転機構７９に回転自在に取り付けられている。図中に曲線の双方向矢印で示すように、太陽光線反射部７７は、光反射面７７γと光分離部１１の光入射面１１αとがほぼ平行となる位置から光反射面７７γと光入射面１１αとがほぼ直交する位置まで回転できるように回転機構７９に取り付けられている。太陽光線反射部７７は採光部６１の前方に配置され、太陽３３の動きを追尾しながら回転するように制御される。
【０１３３】
次に、本実施の形態による採光部６１及び光ダクトシステム７５の動作について説明する。例えば窓部９が東から南の間の範囲内に向けられて採光部６１が家屋に取り付けられている場合、朝方などの太陽３３の高度が低い時間帯では、太陽光線反射部７７は、光反射面７７γが光入射面１１αに対してほぼ平行な状態から４５°の傾斜状態となる範囲内で回転するように制御される。これにより、太陽光線反射部７７は、０°の入射角で太陽光線ＳＬが窓部９に入光するように太陽光線ＳＬを反射できる。また、例えば昼時の太陽３３の高度が高い時間帯では、太陽光線反射部７７は、光反射面７７γが光入射面１１αに対して４５°の傾斜状態からほぼ直交する状態となる範囲内で回転するように制御される。これにより、採光部６１は、太陽光線反射部７７を介さずに太陽光線ＳＬを窓部９に直接入光することができる。
【０１３４】
また、例えば、窓部９が南から西の間の範囲内に向けられて採光部６１が家屋に取り付けられている場合、昼時の太陽３３の高度が高い時間帯では、太陽光線反射部７７は、光反射面７７γが光入射面１１αに対してほぼ直交する状態から４５°の傾斜状態となる範囲内で回転するように制御される。これにより、採光部６１は、太陽光線反射部７７を介さずに太陽光線ＳＬを窓部９に直接入光することができる。また、夕方などの太陽３３の高度が低い時間帯では、太陽光線反射部７７は、光反射面７７γが光入射面１１αに対して４５°の傾斜状態からほぼ平行な状態となる範囲内で回転するように制御される。これにより、太陽光線反射部７７は、０°の入射角で太陽光線ＳＬが窓部９に入光するように太陽光線ＳＬを反射できる。
【０１３５】
このように、採光部６１は、窓部９の光入射面側（正面側）に位置する太陽３３から照射された太陽光線ＳＬを効率的に採光できる。採光部６１は時間帯によらずに太陽光反射部７７を用いることによって太陽光線ＳＬを約４５°の入射角で光分離部１１に入射できる。採光部６１及び光ダクトシステム７５は、太陽光線ＳＬが光分離部１１に入射した後は、上記第１の実施の形態による採光部３及び光ダクトシステム１と同様に動作するので、説明は省略する。
【０１３６】
以上説明したように、本実施の形態による採光部６１及び光ダクトシステム７５は、太陽光線反射部７７を有している。これにより、採光部６１及び光ダクトシステム７５は、採光部６１が東側に向けて家屋に取り付けられている場合には、朝方の太陽光線ＳＬであっても効率的に採光することができる。採光部６１及び光ダクトシステム７５は、採光部６１が西側に向けて家屋に取り付けられている場合には、夕方の太陽光線ＳＬであっても効率的に採光することができる。このため、採光部６１及び光ダクトシステム７５は、太陽光線ＳＬの角度依存性をなくし、日の出から日の入りまでの時間帯を問わず太陽光線ＳＬを導光部５に送り込んで室内空間を照明したり暖房できたりするので、照明設備や暖房設備の低消費電力化を図ることができる。
【０１３７】
〔第７の実施の形態〕
次に、本発明の第７の実施の形態による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムについて図２３を用いて説明する。本実施の形態による光学装置及び光ダクトシステムは、上記第６の実施の形態と同様に、入射光を反射する入射光反射部を備えた点に特徴を有している。また、本実施の形態による光学装置及び光ダクトシステムは、光学装置の背面側から入射する太陽光線を効率的に利用できる点に特徴を有している。図２３は、本実施の形態による光学装置としての採光部６２及び光ダクトシステム７６の概略構成の断面図である。以下、上記第１から第６の実施の形態による光学装置としての採光部及び光ダクトシステムと同一の作用及び機能を奏する構成要素には、同一の符号を付してその説明は省略し、異なる構成のみを簡述する。
【０１３８】
図２３に示すように、本実施の形態による採光部６２は、例えば上記参考例による採光部３６とほぼ同様の構成を有している。採光部６２は、光分離部１１の光入射面１１α側に回転自在に配置され、太陽光線ＳＬを反射する太陽光線反射部（入射光反射部）７８を有している。太陽光線反射部７８と光分離部１１の光入射面１１αとの間には、窓部９が配置されている。太陽光線反射部７８は薄板平板形状を有している。採光部６２は、採光部６２の底部及び窓部９の一端部に設けられた回転機構７９を有している。太陽光線反射部７８の一端部は回転機構７９に回転自在に取り付けられている。図中に曲線の双方向矢印で示すように、太陽光線反射部７８は、光反射面７８γと窓部９の光入射面との成す角が４５°となる位置から光反射面７８γと窓部９の光入射面との成す角が２２５°となる位置まで回転できるように回転機構７９に取り付けられている。太陽光線反射部７８は採光部６２の前方に配置され、太陽３３の動きを追尾しながら回転するように制御される。
【０１３９】
次に、本実施の形態による採光部６２及び光ダクトシステム７６の動作について説明する。例えば窓部９が東から南の間の範囲内に向けられて採光部６２が家屋に取り付けられている場合、昼時の太陽３３の高度が高い時間帯では、太陽光線反射部７８は、光反射面７８γと窓部９の光入射面との成す角が６７．５°となる状態から４５°となる状態の範囲内で回転するように制御される。これにより、採光部６２は、太陽光線ＳＬを太陽光線反射部７８で反射させて窓部９の光入射面に対して垂直に入光することができる。
【０１４０】
また、例えば、窓部９が南から西の間の範囲内に向けられて採光部６２が家屋に取り付けられている場合、例えば昼時の太陽３３の高度が高い時間帯では、太陽光線反射部７８は、光反射面７８γと窓部９の光入射面との成す角が４５°となる状態から６７．５°となる状態の範囲内で回転するように制御される。これにより、採光部６２は、太陽光線ＳＬを太陽光線反射部７８で反射させて窓部９の光入射面に対して垂直に入光することができる。
【０１４１】
このように、採光部６２は、窓部９の背面側に位置する太陽３３から照射された太陽光線ＳＬを効率的に採光できる。採光部６２は時間帯によらずに太陽光線ＳＬを約４５°の入射角で光分離部１１に入射できる。採光部６２及び光ダクトシステム７６は、太陽光線ＳＬが光分離部１１に入射した後は、上記第１の実施の形態による採光部３及び光ダクトシステム１と同様に動作するので、説明は省略する。
【０１４２】
以上説明したように、本実施の形態による採光部６２及び光ダクトシステム７６は、太陽光線反射部７８を有している。これにより、採光部６２及び光ダクトシステム７６は、採光部６２が東側に向けて家屋に取り付けられている場合には、例えば昼時の太陽３３の高度が高い時間帯（太陽が採光部と反対側を向く時も含む）のときに効率的に採光することができる。また、採光部６２及び光ダクトシステム７６は、採光部６２が西側に向けて家屋に取り付けられている場合でも例えば昼時の太陽３３の高度が高い時間帯（太陽が採光部と反対側を向く時も含む）のときに効率的に採光することができる。このため、採光部６２及び光ダクトシステム７６は、太陽光線ＳＬの角度依存性を小さくし、特に、太陽の高度が高い昼間時には効率的に太陽光線ＳＬを導光部５に送り込んで室内空間を照明したり暖房できたりするので、照明設備や暖房設備の低消費電力化を図ることができる。
【０１４３】
採光部６２及び光ダクトシステム７６は、太陽光線反射部７８に加えて、上記第６の実施の形態における太陽光線反射部７７を有していてもよい。太陽の高度が高い昼間時（太陽が採光部と反対側を向く時も含む）には太陽光線反射部７８が効率的に用いられ、太陽の高度が低い朝方時には太陽光線反射部７７が効率的に用いられる。それゆえ、昼間時の効率を上げる目的に限定した場合、太陽光線反射部７８だけでよく、一方、朝方時の効率を上げる目的に限定した場合、太陽光線反射部７７だけで良い。当該構成を備えた採光部６２及び光ダクトシステム７６は、採光部６２の窓部９の向けられる方角によらず、太陽光線ＳＬの角度依存性をなくし、日の出から日の入りまでの時間帯を問わず太陽光線ＳＬを導光部５に送り込んで室内空間を照明したり暖房できたりするので、照明設備や暖房設備の低消費電力化を図ることができる。
【０１４４】
〔第８の実施の形態〕
次に、本発明の第８の実施の形態による光学装置及びそれを備えた光ダクトシステムについて図２４を用いて説明する。本実施の形態による光学装置及び光ダクトシステムは、電気泳動装置で構成され、可視光線や赤外線を吸収又は透過する光吸収透過部を備えた点に特徴を有している。図２４は、本実施の形態による光学装置としての採光部８７及び光ダクトシステム８１の概略構成の断面図である。以下、上記第１から第６の実施の形態による光学装置としての採光部及び光ダクトシステムと同一の作用及び機能を奏する構成要素には、同一の符号を付してその説明は省略し、異なる構成のみを簡述する。
【０１４５】
図２４に示すように、本実施の形態による採光部８７は、例えば上記参考例による採光部３６とほぼ同様の構成を有している。採光部８７は、電気泳動装置で構成された光吸収透過部８３と、電気泳動装置で構成された光吸収透過部８５とを有している。電気泳動装置は透明状態と着色状態（例えば、黒色）とを電気的に切り替えることができる。光吸収透過部８３は、電気泳動装置の当該特性を利用して可視光線ＶＬを吸収したり透過したりするように構成されている。光吸収透過部８５は、電気泳動装置の当該特性を利用して赤外線ＩＲを吸収したり透過したりするように構成されている。
【０１４６】
光吸収透過部８３は、複数の集積電極（不図示）と、当該集積電極で画定された画素（不図示）と、帯電着色粒子（不図示）とを有している。集積電極は細長い形状を有している。複数の集積電極に所定の電圧を印加して画素内に所定の電界を発生させると、画素内の帯電着色粒子は集積電極上に集塵したり画素内に均一に分散したりする。このため、帯電着色粒子が集積電極上に集塵すると画素内にほとんど存在しなくなるため、画素内の透過率は向上する。これにより、光吸収透過部８３は透明状態となって光分離部１１で反射して光入射面８３αに入射した可視光線ＶＬを透過することができる。また、画素内に均一に分散した帯電着色粒子は画素内の透過率を低下させる。これにより、光吸収透過部８３は、着色状態となって光分離部１１で反射した可視光線ＶＬを吸収し、光射出面８３β側に可視光線ＶＬを透過しなくなる。光吸収透過部８５は、光吸収透過部８３と同様の構成を有し、同様の機能を発揮して、光入射面８５αに入射した赤外線ＩＲを吸収したり、光射出面８５β側に透過したりすることができる。光吸収透過部８３、８５の透過率は、透過状態では例えば７４％となり、着色状態では例えば１４％となる。電気泳動装置は、透明状態の透過率と着色状態の透過率との比が高く、高コントラストを実現できる。このため、光吸収透過部８３、８５を備えた採光部８７は、エレクトロクロミックミラーで構成された光反射透過部１３、１５を備えた採光部３と比較して、高効率なシャッター機能を発揮する。
【０１４７】
このように、光吸収透過部８３は可視光線ＶＬを選択的に吸収又は透過することができる。また、光吸収透過部８５は赤外線ＩＲを選択的に吸収又は透過することができる。これにより、本実施の形態による採光部８７は、気温や外部環境に応じて、選択的に可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲを導光部５に伝搬したり伝搬しなかったりすることができる。このため、本実施の形態による採光部８７及び光ダクトシステム８１は、上記実施の形態による採光部及び光ダクトシステムと同様の効果が得られる。
【０１４８】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
上記第１から第６の実施の形態では、光分離部１１は誘電体多層膜１１ｂを用いて選択的に可視光線ＶＬを反射するように構成されているが、本発明はこれに限られない。例えば光分離部１１は、誘電体多層膜１１ｂに代えて微細周期構造を備えた金属薄膜を有し、当該金属薄膜を用いて可視光線ＶＬを反射するように構成されていてもよい。また、光分離部１１は、誘電体多層膜１１ｂに代えてコレステリック液晶層を有し、当該コレステリック液晶層を用いて可視光線ＶＬを反射するように構成されていてもよい。
【０１４９】
また、光分離部１１は、可視光線と赤外線とを分離する機能を発揮できれば、コールドミラーを構成していなくてもよい。
【０１５０】
上記第１から第６の実施の形態では、導光部５は、四角形形状の断面を有しているが本発明はこれに限られない。導光部５は、四角形以外の多角形、円形及び楕円などの断面形状を有していてもよい。導光部５は、導光する可視光線ＶＬや赤外線ＩＲの光強度の減衰を少なくする観点において、円形の断面形状を有しているのが好ましい。
【０１５１】
上記第４の実施の形態では、光散乱部５１、５３は採光部４９に設けられているが、本発明はこれに限られない。例えば、光散乱部は放光部に設けられていてもよい。当該構成を備えた光ダクトシステムは、エネルギーの有効的利用を図ることができる。
【０１５２】
上記第１から第６の実施の形態では、光学装置として光ダクトシステムに用いられる採光部を例にとって説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、光学装置は、携帯可能な大きさ及び重量を有し、例えば太陽光線を採光して暗所を照明できたり指先や足元を温めることができたりする小型の装置であってもよい。また、例えば、光学装置は、太陽光線又はその他の照明光等の入射光を入射して、当該入射光を所定波長の光（例えば、赤色、緑色及び青色の光）に分離して、当該所定波長の光の射出の有無を必要に応じて切り替えることが可能な構成を有していてもよい。
【０１５３】
光反射透過部又は光吸収透過部は、上記第１から第８の実施の形態における構成に限られない。光反射透過部は、光を透過又は反射できる機能を有していれば、例えば光を透過する部材と光を反射する部材とを機械的に切り替える構成を有していてもよい。また、光吸収透過部は、光を吸収又は反射できる機能を有していれば、例えば光を吸収する部材と光を反射する部材とを機械的に切り替える構成を有していてもよい。
【０１５４】
上記第６及び第７の実施の形態を除いて上記実施の形態では、光分離部１１に対する太陽光線ＳＬの入射角は４５°に固定されている。例えば図１１においてａ＝１／３の採光部３６では、太陽光線ＳＬの利用効率が最も高いのは有効面積Ｓｅｆが３３．５％の場合である。しかしながら、採光部３６において、太陽光線ＳＬの入射角が４５°からずれてしまうと、有効面積Ｓｅｆが３３．５％であっても、太陽光線ＳＬの利用効率が低下してしまう場合がある。太陽光線ＳＬの入射角が例えば３０°となると、光分離部１１で反射した可視光線ＶＬの一部は光反射透過部１３に入射せずに窓部９に抜け出てしまい効率的でない。また、光分離部１１及び光反射透過部１５を透過した赤外線ＩＲの一部は、採光部３６の底部に設けられた反射膜２２で反射し、直接導光部５に入射せずに光反射透過部１３を介して導光部５へと入射してしまう。これにより、採光部３６は、入射する太陽光線ＳＬの選択的な入射ができず、太陽光線ＳＬの利用効率の低下を招いてしまう。
【０１５５】
また、例えば、太陽光線ＳＬの入射角が６０°となると、光分離部１１で分離した可視光線ＶＬ及び赤外線ＩＲの全てを光反射透過部１３及び光反射透過部１５にそれぞれ入射できるが、有効面積Ｓｅｆが３３．５％よりも小さくなってしまう。これにより、採光部３６に入射する太陽光線ＳＬの利用効率が低下してしまう。このように、採光部３は太陽光線ＳＬの入射角度依存性を有している。なお、当該入射角依存性は、０＜ａ＜１の範囲で同様に成立する。
【０１５６】
また、上記実施の形態では、光反射透過部１５の光入射面１５αは、光分離部１１の光射出面１１βに対してほぼ４５°傾斜して配置されている。また、上記実施の形態では、採光部の底部内壁面と光反射透過部１５との成す角度θは４５°に固定されている。しかしながら、本発明はこれに限られない。
【０１５７】
例えば図１１においてａ＝１／３の採光部３６では、採光部３６の底部内壁面と光反射透過部１５との成す角度θが４５°の場合、有効面積Ｓｅｆが３３．５％であると太陽光線ＳＬの利用効率が最も高くなる。しかしながら、当該角度θが４５°からずれてしまうと、有効面積Ｓｅｆが３３．５％であっても、太陽光線ＳＬの利用効率が低下してしまう場合がある。図１１に示す断面において、光反射透過部１５の長さを固定したままθ＝３０°とすると、光分離部１１を透過した赤外線ＩＲの一部は、光反射透過部１５に入射できない。これにより、採光部３６に入射する太陽光線ＳＬの利用効率が低下してしまう。
【０１５８】
また、図１１に示す断面において、光反射透過部１５の長さを固定したままθ＝６０°とすると、光分離部１１を透過した赤外線ＩＲは全て光反射透過部１５に入射するが、有効面積Ｓｅｆが３３．５％よりも小さくなってしまう。これにより、採光部３６に入射する太陽光線ＳＬの利用効率が低下してしまう。
【０１５９】
そこで、当該角度θは、光分離部１１に対する太陽光線ＳＬの入射角と当該角度θとの和が９０°となるように設定されると、採光部３６は、入射する太陽光線ＳＬの利用効率の低下を防止できる。この場合、当該角度θは、採光部３６の底部内壁面と窓部９との成す角度と等しくなる。すなわち、光反射透過部１５と窓部９とは平行な状態で採光部３６に設置される。当該構成を備えた採光部３６は、当該角度θ（０＜θ＜９０°）によらず、３３．５％の有効面積Ｓｅｆを確保しつつ、有効面積Ｓｅｆに入射して光分離部１１を透過した赤外線ＩＲ（あるいは可視光線ＶＬ）の全てを光反射透過部１５（あるいは光反射透過部１３）に入射できる。これにより、当該構成を備えた採光部３６は、入射する太陽光線ＳＬの利用効率の低下を防止できる。例えば、密集して建設されて急峻な屋根の家屋に採光部３６が設置される場合、窓部９の傾斜角度は急峻となってしまう場合がある。この場合、光反射分離部１５が窓部９とほぼ平行に採光部３６に設置されることにより、採光部３６及びそれを備えた光ダクトシステムは、太陽光線ＳＬの利用効率の向上を図ることができる。
【０１６０】
なお、上記詳細な説明で説明した事項は組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【０１６１】
１、６３、６５、６７、６９、７１、７３、７５、８１  光ダクトシステム
２  接続部
３、３６、３８、３９、４３、４９、５７、６１、８７  採光部
４  天井板
５  導光部
７  放光部
９  窓部
１１、３５、４５  光分離部
１１ａ、１１ｂ、１３ａ、３５ａ、３７ａ、３７ｂ、５１ａ、５１ｂ  基板
１３、１５、３７  光反射透過部
１３ｂ  透明導電膜
１３ｃ  イオン貯蔵層
１３ｄ  固体電解質層
１３ｅ  バッファ層
１３ｆ、３７ｃ  触媒層
１３ｇ、３７ｄ  調光ミラー層
１４  電源回路
１７  支柱
２１、２２  反射膜
２３、２４、２８  保護膜
２５  導光領域
２６  反射膜
２７  開口部
２９  床板
３１  室内空間
３３  太陽
３５ｂ  第１光反射板
３５ｃ  第２光反射板
３５ｄ  第３光反射板
３５ｅ  第４光反射板
３７ｅ  気体導入空間
４１  保持部材
４７  赤外線反射部
４７γ、７７γ、７８γ  光反射面
５１、５３  光散乱部
５１ｃ  高分子層
５１ｄ  液晶ドロップレット
５１ｅ  液晶分子
５２  高分子分散型液晶層
５４  電源回路
５５  スイッチ回路
５９  熱電変換素子
５９ａ  赤外線吸収部
５９ｂ  低温側放熱部
５９ｃ  Ｎ型半導体素子
５９ｄ  Ｐ型半導体素子
５９ｅ、５９ｆ、５９ｇ  電極
６０  蓄電池
７７、７８  太陽光線反射部
７９  回転機構
８３、８５  光吸収反射部
ＩＲ、ＩＲｂ、ＩＲｔ  赤外線
ＳＬ、ＳＬｂ、ＳＬｔ  太陽光線
ＶＬ、ＶＬｂ、ＶＬｔ  可視光線
Ｓｅｆ  有効領域（有効面積）
Ｓｉｎｅｆ  非有効領域（非有効面積）
Ｓｓ、Ｓｓｔ、Ｓｓｂ  照射領域
【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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