(57)【要約】【課題】偏光した光のぎらつきを抑えた光偏向素子を提供する。【解決手段】光偏向素子は、基材と、基材の内部に分散された微小光学部材とを備え、基材は第１の面と第２の面とを備え、基材の内部に、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を、Ｚ軸が第１の面と第２の面とを貫くようにとり、基材の内部における各軸方向の屈折率と、微小光学部材における各軸方向の屈折率とが所定の屈折率の関係を有し、Ｚ軸に対して角度を有して入射する光がＺ軸に平行となる向きに近づくように偏向する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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であって、
前記基材は第１の面と第２の面とを備え、
前記基材の内部に、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を、前記Ｚ軸が前記第１の面と前記第２の面とを貫くようにとり、前記基材の内部において、Ｘ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎａｘ、Ｙ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎａｙ、Ｚ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎａｚとし、前記微小光学部材において、Ｘ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎｂｘ、Ｙ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎｂｙ、Ｚ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎｂｚとしたとき、ｎａｚとｎｂｚとの差の絶対値が、ｎａｘとｎｂｘとの差の絶対値およびｎａｙとｎｂｙとの差の絶対値よりも大きい屈折率の関係を有し、
前記Ｚ軸に対して角度を有して入射する光が前記Ｚ軸に平行となる向きに近づくように偏向する光偏向素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光偏向素子であって、
前記基材は、前記第１の面と前記第２の面とが対向する平板状であって、
前記微小光学部材は、前記基材と前記微小光学部材との屈折率の差の絶対値の異方性に基づいて、前記第１の面から入射した光を散乱し、前記第２の面から出射する光偏向素子。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか一項に記載の光偏向素子において、
前記基材は、ナフタレン環またはベンゼン環を含む熱可塑性樹脂を備える光偏向素子。
【請求項４】
請求項３に記載の光偏向素子において、
前記熱可塑性樹脂は、ナフタレン環またはベンゼン環がＺ軸に交差する面内で配向している光偏向素子。
【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偏向素子において、
前記微小光学部材は、粒子状であって、前記第１の面から入射する光の波長をλとしたとき、前記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６】
請求項３または４に記載の光偏向素子において、
前記熱可塑性樹脂はポリエチレンナフタレートまたはポリエチレンテレフタレートである光偏向素子。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の光偏向素子において、
前記微小光学部材は、第１の方向における屈折率の、前記基材の屈折率との差の絶対値が、第２の方向における屈折率の、前記基材の屈折率との差の絶対値よりも大きい場合、電界成分が前記第１の方向に振動する光を、電界成分が前記第２の方向に振動する光よりも強く散乱し、
前記光偏向素子は、前記第１の面から入射した光の少なくとも一部を、前記微小光学部材の屈折率と前記基材の屈折率との差の絶対値が最も小さい方向に垂直ないずれかの方向へ向けて偏向し、前記第２の面から出射する光偏向素子。
【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偏向素子において、
前記光偏向素子は、Ｚ軸方向において前記微小光学部材の屈折率と前記基材の屈折率との差の絶対値が最も大きい光偏向素子。
【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、
前記微小光学部材は、等方的な屈折率を有する光偏向素子。
【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、
前記微小光学部材の屈折率の値は、前記基材の屈折率の最大値と等しいか、より大きい値である光偏向素子。
【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、
前記微小光学部材は、ガラス粒子である光偏向素子。
【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偏向素子において、
前記屈折率の関係において、さらにｎaxとｎbxとが等しく、かつｎaｙとｎbｙとが等しい光偏向素子。
【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、所定の厚さの平板状に形成された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、複数の微小光学部材を混練することと、
前記微小光学部材が混練された前記光透過性材料を一軸延伸または二軸延伸することと、
を備え、
前記微小光学部材は、粒子状であって、入射する光の波長をλとしたとき、前記微小光学部材の円相当径が０．１λ〜１０λであり、
前記延伸の延伸倍率は、前記微小光学部材の屈折率の値が、前記基材の屈折率の最大値と等しいか、より大きい値となるように設定される光偏向素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１から１２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１５】
請求項１４に記載の光偏向シートと、ガラス板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、前記光偏向シートへの入射光を、前記入射光の進行方向から、前記ガラス板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１６】
窓材を備える、建築物または仮設構造物において、請求項１４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。
【０００３】
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。しかし、直射日光の全反射を利用すると、不快なぎらつきが発生する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開第２０１４−１１９７３８号
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第１の態様によると、光偏向素子は、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、前記基材は第１の面と第２の面とを備え、前記基材の内部に、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を、Ｚ軸が前記第１の面と前記第２の面とを貫くようにとり、前記基材の内部において、Ｘ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎａｘ、Ｙ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎａｙ、Ｚ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎａｚとし、前記微小光学部材において、Ｘ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎｂｘ、Ｙ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎｂｙ、Ｚ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率をｎｂｚとしたとき、ｎａｚとｎｂｚとの差の絶対値が、ｎａｘとｎｂｘとの差の絶対値およびｎａｙとｎｂｙとの差の絶対値よりも大きい屈折率の関係を有し、前記Ｚ軸に対して角度を有して入射する光が前記Ｚ軸に平行となる向きに近づくように偏向する。
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、所定の厚さの平板状に形成された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、複数の微小光学部材を混練することと、前記微小光学部材が混練された前記光透過性材料を一軸延伸または二軸延伸することと、を備え、前記微小光学部材は、粒子状であって、入射する光の波長をλとしたとき、前記微小光学部材の円相当径が０．１λ〜１０λであり、前記延伸の延伸倍率は、前記微小光学部材の屈折率の値が、前記基材の屈折率の最大値と等しいか、より大きい値となるように設定される。
本発明の第３の態様によると、光偏向シートは、本発明の第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４の態様によると、光偏向窓材は、本発明の第３の態様の光偏向シートと、ガラス板とが沿在してなり、前記光偏向シートは、前記光偏向シートへの入射光を、前記入射光の進行方向から、前記ガラス板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５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、本発明の第３の態様の光偏向シートが前記窓材に沿って配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【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と微小光学部材との屈折率の関係を例示する図である。
【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】（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５】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６】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７】一実施形態の光偏向窓の正面図である。
【図８】一実施形態の光偏向窓の端面図である。
【図９】一実施形態の採光システムの概念図である。
【図１０】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１１】一実施形態の光偏向素子の光偏向の実証実験の結果を示す図である。
【図１２】一実施形態の光偏向素子の光散乱の実証実験を説明するための図である。
【図１３】一実施形態の光偏向素子の光散乱の実証実験の結果を示す図である。
【図１４】一実施形態の採光システムについての光偏向のシミュレーション条件の説明図である。
【図１５】一実施形態の採光システムについての光偏向のシミュレーション条件の説明図である。
【図１６】一実施形態の採光システムについての光偏向のシミュレーションデータの表示方法の説明図である。
【図１７】一実施形態の採光システムについての光偏向のシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】一実施形態の採光システムについての光偏向のシミュレーション結果を示す図である。
【図１９】一実施形態の採光システムについての光偏向のシミュレーション結果を示す図である。
【図２０】一実施形態の採光システムについての光偏向のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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。
【０００８】
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とを備え、基材２０の内部に複数の微小光学部材２１が分散された所定の厚さの平板状に構成される。本実施形態では、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で説明するが、発明の意図に沿って偏向される光の入射する面は特に限定されず、適宜構成することができる。微小光学部材２１は、光偏向素子１０中の微小体積要素９１を拡大して図示した。光偏向素子の厚さは、所望の光偏向が実現できれば特に限定されないが、例えば数十μｍ〜数十ｃｍ等の範囲で好適に作成され得る。
【０００９】
光偏向素子１０は、基材２０の内部を進む光に対する、基材２０と微小光学部材２１との屈折率の差の絶対値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。図１中、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。光偏向素子１０では、所定の方向７１ａに進む光は、偏向しないかあるいはその他の方向７１ｂに進む光に比べて弱く偏向する。光偏向素子１０では、所定の方向７１ａ以外の他の方向７１ｂに進む光は、少なくとも特定の偏光成分の光を所定の方向７１ａに向けて偏向される。
【００１０】
基材２０は、配向複屈折を有し、配向複屈折を有する光透過性材料を含んで構成される。後述のミー散乱による散乱断面積は基材２０と微小光学部材２１との屈折率の差に依存するから、光偏向を効率よく行うために、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ことが好ましい。好ましくは、基材２０は、固有複屈折の絶対値が０．１より大きい光透過性材料を含む。より好ましくは、基材２０は、固有複屈折の絶対値が０．２より大きい光透過性材料を含む。さらに好ましくは、基材２０は、固有複屈折の絶対値が０．３より大きい光透過性材料を含む。
【００１１】
ベンゼン環またはナフタレン環等の平面構造を有する高分子材料は、延伸によりこれらの平面構造の平行性が高まり、配向複屈折を示すことが知られている（「ポリエチレンナフタレートの延伸過程における構造形成」、高分子論文集 Vol. 54, No. 4, pp.183-198（１９９７年４月）。この観点から、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ことが好ましい。また、基材２０は、ベンゼン環またはナフタレン環を含むモノマーを重合して成る樹脂を含むことがより好ましい。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さらに好ましい。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形することもできる等、加工性にも優れるため好ましい。
【００１２】
基材２０のアッベ数と微小光学部材２１のアッベ数の差は小さい方が、波長による屈折率の差がばらつかず、波長の異なる光について偏向の度合に偏りがなくなるため好ましい。逆に、あえて基材２０のアッベ数と微小光学部材２１のアッベ数とが異なる材料を組み合わせることにより、特定の波長で偏向されるように活用することもできる。
【００１３】
本実施形態では、微小光学部材２１は、粒子状であり、光偏向素子１０が偏向する光の波長をλとして、微小光学部材２１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。
【００１４】
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の厚さ方向に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２１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。
【００１５】
本実施形態の光偏向素子１０では、微小光学部材２１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）
【００１６】
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と微小光学部材２１との屈折率の差の絶対値が大きい方が、散乱断面積は大きくなる傾向にある（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、すなわち厚さ方向に振動し、ＸＹ平面に沿って進む光が、Ｚ軸方向に進む、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、電界成分が様々な方向に振動する光を考えた際、Ｚ軸方向に進む光は、全体として、Ｘ軸およびＹ軸方向等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２１による散乱（後述の図４参照）により、様々な方向に進む光が生み出されるから、それらが全体として散乱されにくい方向に進む光に偏り、結果として光偏向素子１０の内部を進む光はＸ軸やＹ軸方向に向かず、Ｚ軸方向に向けて偏向される傾向を持つ。
【００１７】
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と微小光学部材２１との屈折率の差の絶対値が最も小さい方向に垂直ないずれかの方向に向けて偏向する。光偏向素子１０は、特に、入射面に対して基材２０と微小光学部材２１の屈折率が対称であるときに、入射面と、屈折率の差の絶対値が最も小さい方向に垂直な面との交線の方向に向けて偏向する。
【００１８】
微小光学部材２１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２１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。以下の本実施形態では、微小光学部材２１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と異なるとする。
なお、本明細書において、「屈折率が等しい」、とは、屈折率の差が小さいことにより微小光学部材２１による光散乱の散乱断面積が十分小さくなる場合で、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。
【００１９】
図２は、本実施形態の光偏向素子１０の基材２０と微小光学部材２１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、微小光学部材の屈折率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、微小光学部材２１の屈折率ｎｂよりも小さい。
なお、Ｚ軸方向に電界成分が振動する光の屈折率ｎａｚは、微小光学部材２１の屈折率ｎｂよりも大きく設定してもよい。
【００２０】
ＸＹ平面に沿って電界成分が振動する光、つまり、Ｚ軸方向に進む光は、基材２０と微小光学部材２１とで屈折率が等しいため、微小光学部材２１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と微小光学部材２１とで屈折率が異なるため、その他の方向に進む光よりも、強く散乱されることになる。
【００２１】
図３は、本実施形態の光偏向素子１０の基材２０と微小光学部材２１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が振動方向について、三次元方向の屈折率は、図２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３０で示される。一方、微小光学部材３１の屈折率は、等方的であるため屈折率球３１となる。ＸＹ平面上で屈折率楕円体３０と屈折率球３１とが重なる断面３９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）で示される。
【００２２】
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振動方向までとった角度を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３８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が変化した場合、上記光の基材２０での屈折率と微小光学部材２１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での屈折率と微小光学部材２１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。
【００２３】
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にある。
【００２４】
図４は、光偏向素子１０の内部での、微小光学部材２１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４（ａ）では、微小光学部材２１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を示す角度θは９０度となるため、基材２０と微小光学部材２１とは屈折率が等しく、微小光学部材２１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。
【００２５】
一方、図４（ｂ）では、微小光学部材２１に対し、基材２０の内部を進む光は、基材２０の屈折率と微小光学部材２１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であり、図３のグラフにおいては、屈折率楕円体３０と屈折率球３１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と微小光学部材２１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と微小光学部材２１との屈折率が異なる方向に電界成分が振動する光の場合、微小光学部材２１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。
【００２６】
図５は、光偏向素子１０の内部で、複数の微小光学部材２１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、例えば微小光学部材２１ａにおいて散乱され、Ｚ軸方向に散乱された光は、他の微小光学部材２１ｂ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、微小光学部材２１ａ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２１ｃで散乱される。微小光学部材２１ｃで散乱された光のうちＺ軸方向に進むものは、他の微小光学部材２１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平面内にある場合のＹ軸方向への散乱光のように、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）。
【００２７】
（光偏向素子１０の製造方法について）
図６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。Ｘ軸方向およびＹ軸方向の屈折率に対称性を有し、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。配向複屈折を有する材料が、ナフタレン環またはベンゼン環を有する場合、ナフタレン環またはベンゼン環は、延伸によりそれぞれＺ軸に交差する面内で配向する。これにより、大きな値の正の固有複屈折をもった基材２０により偏光効率の高い偏向素子を実現することができる。
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することができる。
【００２８】
ステップＳ１００１において、ジェットミル等の粉砕機により、微小光学部材２１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Ｓ１００３に進む。ステップＳ１００３において、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。
ここで、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以上とすることができ、また、７６０ｎｍ以下、あるいは７８０ｎｍ以下とすることができる。
【００２９】
ステップＳ１００５において、ステップＳ１００３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混練する。この熱可塑性樹脂は、延伸により配向複屈折を示す。ガラス粒子が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。また、ステップＳ１００５における表面処理は、適宜省略してもよい。
【００３０】
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、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。
【００３１】
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の屈折率が最小となる方向の屈折率の値が、微小光学部材２１の屈折率と等しいか、より大き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、ガラス転移点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が成形されたら、ステップＳ１０１３に進む。
【００３２】
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。
【００３３】
（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に偏向するとともに、適度に拡散させ、直射日光の不快なぎらつきを抑えることができる。
【００３４】
図７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。
【００３５】
図８は、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パネルにより構成され、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、光偏向シート１０１が異方性を持つ場合等に、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。
【００３６】
（採光システムについて）
図９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９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８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。
【００３７】
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。
【００３８】
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と、基材２０の内部に分散された微小光学部材２１とを備え、基材２０は、第１の面１１と、第２の面１２とを備え、基材２０の内部に、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を、Ｚ軸が第１の面１１と第２の面１２とを貫くようにとり、ｎaｚとｎbｚとの差の絶対値が、ｎaｘとｎbｘとの差の絶対値およびｎaｙとｎbｙとの差の絶対値よりも大きい屈折率の関係を有し、Ｚ軸に対して角度を有して入射する光が前記Ｚ軸に平行となる向きに近づくように偏向する。これにより、光偏向素子１０に入射する光を、Ｚ軸方向に進む光に偏向して出射することができる他、入り組んだ構造をしていないため、様々な場所に配置し、応用することができる。
【００３９】
（２）本実施形態の光偏向素子１０において、基材２０は、第１の面１１と第２の面１２とが対向する平板状であって、微小光学部材２１は、基材２０と微小光学部材２１との屈折率の差の絶対値の異方性に基づいて、第１の面１１から入射した光を散乱し、第２の面１２から出射する。これにより、平板状の光偏向素子１０を様々な場所に配置し、偏向素子として有効に使用することができる。
【００４０】
（３）本実施形態の光偏向素子１０において、微小光学部材２１は、ある第１の方向における屈折率の、基材２０との差の絶対値が、第２の方向における屈折率の、基材２０の屈折率との差の絶対値よりも大きい場合、電界成分が第１の方向に振動する光を、電界成分が第２の方向に振動する光よりも強く散乱し、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、微小光学部材２１の屈折率と基材２０の屈折率との差の絶対値が最も小さい方向に垂直ないずれかの方向へ向けて偏向し、第２の面１２から出射する。これにより、光偏向素子１０は、第１の方向に進む光の散乱断面積が他の方向よりも大きいことを利用し、光偏向素子１０に入射する光を偏向することができる。
【００４１】
（４）本実施形態の光偏向素子１０は、Ｚ軸方向において微小光学部材２１の屈折率と基材２０の屈折率との差の絶対値が最も大きい。これにより、光偏向素子１０は、入射した光を、Ｚ軸方向に向けて、好適に偏向することができる。
【００４２】
（５）本実施形態の光偏向素子１０は、（１）の屈折率の関係に加え、さらにｎaxとｎbxとが等しく、かつｎaｙとｎbｙとが等しい。これにより、Ｚ軸方向に光を効率良く偏向することができるとともに、二軸延伸を用いて加工できる。
【００４３】
（６）本実施形態の光偏向素子１０において、微小光学部材２１は、ガラス粒子である。これにより、微小光学部材２１は加工性に優れ、光偏向素子１０を比較的簡便に製造できる。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。
【００４４】
（７）本実施形態の光偏向素子１０において、微小光学部材２１の屈折率の値は、基材２０の屈折率の最大値と等しいか、より大きい値である。これにより、正の固有複屈折を有する熱可塑性樹脂を延伸することにより比較的簡便な方法で製造することができる。
【００４５】
（８）本実施形態の光偏向素子１０の製造方法は、基材２０と、基材２０の内部に分散された微小光学部材２１とを備える、所定の厚さの平板状に形成された光偏向素子１０の製造方法であって、延伸により配向複屈折が変化する光透過性材料に、複数の微小光学部材２１を混練することと、微小光学部材２１が混練された光透過性材料を一軸延伸または二軸延伸することと、を備え、微小光学部材２１は、粒子状であって、入射する光の波長をλとしたとき、微小光学部材２１の円相当径が０．１λ〜１０λであり、延伸の延伸倍率は、微小光学部材２１の屈折率の値が、基材２０の屈折率の最大値と等しいか、より大きい値となるように設定される。これにより、延伸により生じる配向複屈折を利用して、精密に光偏向素子１０を製造することができる。
【００４６】
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。
（変形例１）
上述の実施形態においては、図２で示されたように、微小光学部材２１を等方性の屈折率ｎｂを有するガラス粒子とし、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と異なるとした。しかし、基材２０の屈折率を、屈折率ｎａｘが屈折率ｎｂと等しく、屈折率ｎａｙおよび屈折率ｎａｚがこれらの屈折率ｎａｘ、ｎｂと異なるとしてもよい。
【００４７】
図１０は、上記のように屈折率の関係を設定した場合の基材２０の屈折率楕円体４０と、屈折率球４１とを示す図である。ＸＹ平面による屈折率球４１の断面４８は輪郭を一点鎖線で示し、ＸＹ平面による屈折率楕円体４１の断面４９は輪郭を破線で示した。この屈折率の関係を示したグラフからは、電界成分がＸ軸方向に振動する光が、電界成分が他の方向に振動する光よりも基材２０と微小光学部材２１の屈折率の差が小さく、散乱断面積が小さいことがわかる。これにより、図１０で示された屈折率の関係を有する光偏向素子１０は、ＹＺ平面に沿って進む光が散乱を受けにくいため、基材２０の内部を進む光をＹＺ平面に沿って進むように偏向することができ、拡散シート等としても好適に用いられる。また、正の固有複屈折を有する材料を基材２０に用いてＸ軸に沿った一軸延伸により好適に作成することができる。
【００４８】
（実施例）
所定の屈折率を有するガラスカレット（光ガラス株式会社）をナノジェットマイザー（登録商標）（株式会社アイシンナノテクノロジーズ）により粉剤、分級し、表面処理した後、二軸混練装置を用いて溶融したＰＥＮ樹脂（帝人株式会社）に混練した。ガラス粒子が混練されたＰＥＮ樹脂を単層押し出し装置によりシート成型（厚さ約２００μｍ）した後、室温とガラス転移点との間の温度条件で延伸機により二軸延伸した。ガラス粒子の屈折率は等方性を有し１．７０の値であった。延伸後の光偏向シートの厚さは１００〜１３０μｍであり、屈折率は、ｎａｘ＝ｎａｙ＝１．７０、ｎａｚ＝１．５２であった。
【００４９】
得られた光偏向シート１枚、４枚、および１０枚重ねたものに対し、厚さ方向から７０度傾けた角度（φ＝７０度）で、可視光を照射し、光偏向シートの裏面から出射される光の角度ごとの強度分布を測定した。可視光については、光源からの光をグリーンフィルタを使用して、波長域を狭めて照射した。光偏向シートが１枚のものは１１３μｍ、４枚重ねたものは４７９μｍ、１０枚重ねたものは１０８２μｍの厚さを有していた。
【００５０】
図１１は、光偏向シートからの出射光の出射角度に対する強度分布を示す図である。横軸の角度は、入射面上に、Ｚ軸の負の向きから入射光側を正の角度に取っている。入射光は−７０度の方向に沿って入射させている。１１３μｍの厚さの光偏向シートでは、−７０度の方向に顕著な強度のピークが観察される。このピークは、偏向が不十分で入射光が入射方向とほぼ同一の方向に出射されたことを示している。一方、４７９μｍの厚さの光偏向シートでは、ピークとなる角度は−５９度、１０８２μｍの厚さの光偏向シートでは、ピークとなる角度は−５０度となり、光偏向シートからの光がＺ軸方向に偏向されていることが観察された。
【００５１】
次に、作成した光偏向シートにおいて、電界成分の振動方向に依存した散乱が起きているかを確認するための実証実験を行った。
【００５２】
図１２は、作成した光偏向シートに対し、入射方向と反対側においたディテクタにどの程度光が届くかを計測することで散乱の程度を調べる実験の装置の概略図である。
レーザー８１から発振した光は、ピームスプリッタ８２で分割され、一方の光はディテクタ８３に入射して光量変動の補正用に用いられる。もう一方の光は、λ／２板８４に入射し、Ｐ波またはＳ波にそれぞれ偏光変換されてサンプル８５に入射する。サンプル８５に入射した光のうち、ディテクタ８６に届く光の強度がディテクタ８６により計測される。なお、ディテクタ８６は、サンプル８５から出射する光の広がりに対して十分遠くにあり、サンプル８５により実質的に偏向されなかった光のみを検出する。
【００５３】
サンプル８５としては、ガラス８７の間に、光偏向シート１０１を挟み、マッチングオイルでコンタクトさせたものを複数用意し、光偏向シートの光軸に対する角度は、サンプル８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ毎に複数の異なる角度を設定した。散乱係数αは、
Ｉ＿ｄｅｔｅｃｔ：検出強度
Ｉ＿ｉｎｐｕｔ：入射強度
Ｒ：１面の反射率（約４％）
Ｌ：光偏向シートの見かけの厚さ（例えば、４５度だと、約１．４１倍）、として、以下の式（３）から導出した。
Ｉ＿ｄｅｔｅｃｔ＝Ｉ＿ｉｎｐｕｔ×（１−Ｒ）＾２×ｅｘｐ（−αＬ）  …（３）
【００５４】
図１３は、光偏向シートの延伸倍率ごとの、Ｐ偏光およびＳ偏光の光に対する散乱係数を示した図である。Ｓ偏光は、電界成分が入射面に垂直（つまり、ＸＹ平面に平行）であるため、理論上、散乱されず影響を受けない。Ｖ、Ｈは、それぞれサンプル８５を傾ける方向が９０度異なり、光偏向シートのＸＹ方向の構造上の異方性を比較するために計測している。図１３（ａ）は、延伸倍率が１．００、図１３（ｂ）は延伸倍率が１．２７、図１３（ｃ）は延伸倍率が１．５３、図１３（ｄ）は延伸倍率が１．８６の場合の光偏向シートの散乱係数のグラフである。
【００５５】
図１３（ａ）の延伸倍率１．００（未延伸）のシートに対する散乱係数は、サンプル８５の角度によらず散乱係数は一定であり、未延伸時には光偏向シートの基材の屈折率に異方性が十分に小さいことを示している。図１３（ｂ）の１．２７倍の延伸倍率のシートでは、サンプル８５の光軸に対する角度が大きくなるにつれ、Ｐ偏光について散乱される度合が高くなっている傾向が観察される。Ｓ偏光に関しては、Ｐ偏光よりは少ないが、製造上の微小な誤差により散乱係数の変化が観察された。図１３（ｃ）の１．５３倍の延伸倍率の光偏向シートの実験、図１３（ｄ）の１．８６倍の延伸倍率の光偏向シートの実験では、さらに、延伸倍率が高くなることにより、Ｐ偏光の散乱が顕著になることが観察された。図１３（ｃ）の１．５３倍の延伸倍率の光偏向シートの実験では、未延伸の場合と比較し０度入射時の散乱係数が低下しており、透過率が高くなっていることも確認された。
【００５６】
（採光シミュレーション）
窓に光偏向シートが配設されている仮想オフィスについて、所定の太陽位置から光が入射することとして窓を透過した光の床面での強度分布をシミュレーションにより算出した。
【００５７】
図１４は、仮想オフィス５１の寸法形状を示したものである。窓部５２に光偏向シートが配設される場合と、配設されない場合との両方の場合をシミュレーションした。仮想オフィスは、正面（窓部５２を有する面）が南を向くように設定されている。
【００５８】
図１５は、採光シミュレーションにおける太陽位置を模式的に示した図である。図１５（ａ）は、仮想オフィスの右側面図であり、窓部５２は、側壁に遮られて本来見えないが、破線で示した。図１５（ｂ）は、仮想オフィスの上面図であり、窓部５２は、天井に遮られて本来見えないが、同様に破線で示した。太陽位置の設定は以下の通りである。
(i)春分南中時（方位：０度（南）、太陽高度：５５度）
(ii)夏至南中時（方位：０度（南）、太陽高度：７８．５度）
(iii)冬至南中時（方位：０度（南）、太陽高度：３１．５度）
(iv)冬至日入り（方位６０度（南西）、太陽高度：０度）
【００５９】
採光シミュレーションのその他の条件については、以下の通りである。
光偏向シートの厚さ：０．７５ｍｍ
基材の屈折率（ｎｄ）：ｎａｘ＝ｎａｙ＝１．７０、ｎａｚ＝１．５２
微小光学部材の直径：２μｍ、総体積：全体の４．０％、屈折率：ｎ＝１．７０
また、樹脂の結晶化に伴う全方位への散乱成分を、直径２μｍ、総体積：０．１％、ｎ＝１．７０の粒子に対しｎａｘ＝ｎａｙ＝ｎａｚ＝１．６４の基材内で光がミー散乱するとして散乱分布を算出した。
【００６０】
図１６は、シミュレーション結果を示す際の、各測定箇所を示した図である。窓部５２を備える壁面から、奥行き方向に対抗する壁面に向けてとった各線分（矢印）上のデータについて後述する。
【００６１】
図１７は(i)春分南中時（方位：０度（南）、太陽高度：５５度）についての採光シミュレーション結果を示した図である。図１７（ａ）では、仮想オフィス５１の床面について、図１６に示された各線分（矢印）上の光強度分布を示している。図１７（ｂ）は、光偏向シートが無い場合について、同様の光強度分布を示した。光偏向シートを窓部５２に配設した場合の方が、奥行方向に光が広がっていることがわかる。
【００６２】
図１８は(ii)夏至南中時（方位：０度（南）、太陽高度：７８．５度）についての採光シミュレーション結果を示す図である。図１８（ａ）では、仮想オフィス５１の床面について、図１６に示された各線分（矢印）上の光強度分布を示している。図１８（ｂ）は、光偏向シートが無い場合について、同様に光強度分布を示した。光の差し込む量が全体的に少なくなっているが、光偏向シートを窓部に配設した場合の方が、奥行方向に光が広がっていることがわかる。
【００６３】
図１９は(iii)冬至南中時（方位：０度（南）、太陽高度：３１．５度）についての採光シミュレーション結果を示す図である。図１９（ａ）では、仮想オフィス５１の床面について、図１６に示された各線分（矢印）上の光強度分布を示している。図１９（ｂ）は、光偏向シートが無い場合について、同様に光強度分布を示した。光偏向シートを窓部に配設した場合の方が、光が広がっていることがわかる。
【００６４】
図２０は(iv)冬至日入り時（方位：６０度（南西）、太陽高度：０度）についての採光シミュレーション結果を示す図である。図２０（ａ）では、仮想オフィス５１の床面について、図１６に示された各線分（矢印）上の光強度分布を示している。図２０（ｂ）は、光偏向シートが無い場合について、光強度分布を示した。光偏向シートがない場合と比べ、光偏向シートがある場合では、光の差し込む方と逆側の、−２ｍや−４ｍで示されるラインにも光が広がっていることがわかる。
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
１０…光偏向素子、１１…第１の面、１２…第２の面、２０…基材、２１…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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【図１９】
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【図２０】
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