(57)【要約】      （修正有）【課題】入射放射線の選択された電磁波部分を遮断すると同時に残りの大部分を通す一つ以上の層をもつ光学素子を提供する。【解決手段】光学素子１００を形成する層１０２、１０４、１０６は発光物質を含み、当該発光物質は発光放射線として選択された波長帯を吸収し放出することで、選択された波長帯を遮断する。発光放射線の大部分が、光学素子の境界に導かれる。【選択図】図１
2009116288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ以上の層を有し、これら層の少なくとも一つの層が少なくとも一つの発光物質を含み、当該発光物質がスペクトル的に第一の波長帯に対応する入射放射線を発光放射線に変化させ、また、少なくとも一つの層は大部分の発光放射線を総内部反射させるような屈折率を有し、それにより大部分の発光放射線が当該層の境界に導かれることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第一の波長帯は少なくとも一つの波長帯が約６００ｎｍから約２５００ｎｍの間であり、または約１００ｎｍから約４００ｎｍの間であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記一つ以上の層は第二の波長帯に対応する入射放射線に対して実質的に透明であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第二の波長帯は約４００ｎｍから約６００ｎｍの間であることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記一つ以上の層は少なくとも一つが有機ガラス層を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記一つ以上の層は少なくとも一つが無機ガラス層を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
前記一つ以上の発光物質は少なくとも一つが有機発光物質を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項８】
前記一つ以上の発光物質は少なくとも一つが無機発光物質を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項９】
前記無機発光物質は少なくとも一つの希土類元素を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの希土類元素は、セリウム、イッテルビウム、サマリウム、エルビウム、テルビウムからなる群から選択された元素またはその化合物であることを特徴とする請求項９に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記一つ以上の層は少なくとも一つが、少なくとも一つの反射物質と少なくとも一つの着色物質を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項１２】
更に、高分子層を含み、前記高分子層は一つ以上の発光物質を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記一つ以上の層の少なくとも一つが不連続となり、前記発光放射線を一つ以上の層の境界へ導くことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの光学素子の境界が反射物質を塗布し、前記反射物質は前記発光放射線を残りの境界に導くことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記光学素子は建物の窓ガラスとして使用されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項１６】
前記光学素子は自動車の窓ガラス、遮へい窓、サンルーフ、遮光板の一つとして使用されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項１７】
一つ以上の層を有し、これら層の少なくとも一つの層が少なくとも一つ以上の希土類元素を含み、前記希土類元素がスペクトル的に第一の波長帯に対応する入射放射線を発光放射線に変化させ、また、少なくとも一つの層は大部分の発光放射線を総内部反射させるような屈折率を有し、それにより大部分の発光放射線が当該層の境界に導かれることを特徴とする光学素子。
【請求項１８】
前記第一の波長帯は少なくとも一つの波長帯が約６００ｎｍから約２５００ｎｍの間であり、または約１００ｎｍから約４００ｎｍの間であることを特徴とする請求項１７に記載の光学素子。
【請求項１９】
前記一つ以上の層は第二の波長帯に対応する入射放射線に対して実質的に透明であることを特徴とする請求項１７に記載の光学素子。
【請求項２０】
前記第二の波長帯は約４００ｎｍから約６００ｎｍの間であることを特徴とする請求項１９に記載の光学素子。
【請求項２１】
前記一つ以上の層は少なくとも一つが有機ガラス層を含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の光学素子。
【請求項２２】
前記一つ以上の層は少なくとも一つが無機ガラス層を含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の光学素子。
【請求項２３】
前記少なくとも一つの希土類元素は、セリウム、イッテルビウム、サマリウム、エルビウム、テルビウムからなる群から選択された元素またはその化合物であることを特徴とする請求項１７に記載の光学素子。
【請求項２４】
更に、高分子層を含み、前記高分子層は一つ以上の希土類元素を含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の光学素子。
【請求項２５】
前記一つ以上の層は少なくとも一つが、少なくとも一つの反射物質と少なくとも一つの着色物質を含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の光学素子。
【請求項２６】
前記一つ以上の層の少なくとも一つが不連続となり、前記発光放射線を一つ以上の層の境界へ導くことを特徴とする請求項１７に記載の光学素子。
【請求項２７】
前記少なくとも一つの光学素子の境界が反射物質を塗布され、前記反射物質は前記発光放射線を残りの境界に導くことを特徴とする請求項１７に記載の光学素子。
【請求項２８】
前記光学素子は建物の窓ガラスとして使用されていることを特徴とする請求項１７に記載の光学素子。
【請求項２９】
前記光学素子は自動車の窓ガラス、遮へい窓、サンルーフ、遮光板の一つとして使用されていることを特徴とする請求項１７に記載の光学素子。
【請求項３０】
複数の光学活性層を有し、当該複数の光学活性層の第一の光学活性層がスペクトル的に、第一の波長帯に対応する入射放射線を第一の発光放射線に変化させ、一部の第一の発光放射線が複数光学活性層の第二の光学活性層に入射し、スペクトル的に第二の光学活性層が第一の発光放射線を第二の発光放射線に変化させることを特徴とする光学素子。
【請求項３１】
前記第二の発光放射線の一部が複数の光学活性層の第三の光学活性層に入射し、第三の光学活性層がスペクトル的に、第二の発光放射線を第三の発光放射線に変化させることを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項３２】
前記複数の光学活性層は大部分の発光放射線を総内部反射させるような屈折率を有し、それにより大部分の発光放射線が複数の光学活性層の境界に導かれることを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項３３】
前記第一の波長帯は少なくとも一つの波長帯が約６００ｎｍから約２５００ｎｍの間であり、または約１００ｎｍから約４００ｎｍの間であることを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項３４】
前記複数の光学活性層は第二の波長帯に対応する入射放射を十分透過させることを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項３５】
前記第二の波長帯は約４００ｎｍから約６００ｎｍの間であることを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項３６】
前記複数の光学活性層は少なくとも一つが有機ガラス層を含んでいることを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項３７】
前記複数の光学活性層は少なくとも一つが無機ガラス層を含んでいることを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項３８】
前記複数の光学素子層は一つ以上の発光物質を含んでいることを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項３９】
前記一つ以上の発光物質は少なくとも一つが有機発光物質を含んでいることを特徴とする請求項３８に記載の光学素子。
【請求項４０】
前記一つ以上の発光物質は少なくとも一つが無機発光物質を含んでいることを特徴とする請求項３８に記載の光学素子。
【請求項４１】
前記無機発光物質は少なくとも一つが希土類元素を含んでいることを特徴とする請求項４０に記載の光学素子。
【請求項４２】
前記少なくとも一つの希土類元素は、セリウム、イッテルビウム、サマリウム、エルビウム、テルビウムからなる群から選択された元素またはそれらの合成物であることを特徴とする請求項４１に記載の光学素子。
【請求項４３】
更に、高分子層を含み、前記高分子層は一つ以上の発光物質を含んでいることを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項４４】
前記一つ以上の層は少なくとも一つが、少なくとも一つの反射物質と少なくとも一つの着色物質を含んでいることを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項４５】
前記一つ以上の層の少なくとも一つが不連続となり、前記発光放射線を複数の光学活性層の境界へ導くことを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項４６】
前記光学素子は建物の窓ガラスとして使用されていることを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項４７】
前記光学素子は自動車の窓ガラス、遮へい窓、サンルーフ、遮光板の一つとして使用されていることを特徴とする請求項３０に記載の光学素子。
【請求項４８】
放射線遮断システムであって、
ａ.一つ以上の層を有し、これら層の少なくとも一つの層が少なくとも一つの発光物質を含み、前記発光物質がスペクトル的に第一の波長帯に対応する入射放射線を発光放射線に変化させ、また、少なくとも一つの層は大部分の発光放射線を総内部反射させる相対屈折率に基づき配置されており、それにより大部分の発光放射線が当該層の境界に導かれる光学素子と、
ｂ.前記一つ又またはそれ以上の境界から放出される大部分の発光放射線を取り出す放射タップユニット、と
を含むことを特徴とする放射線遮断システム。
【請求項４９】
前記第一の波長帯は少なくとも一つの波長帯が約６００ｎｍから約２５００ｎｍの間であり、または約１００ｎｍから約４００ｎｍの間であることを特徴とする請求項４８に記載の放射線遮断システム。
【請求項５０】
前記一つ以上の層は第二の波長帯に対応する入射放射を十分透過させることを特徴とする請求項４８に記載の放射線遮断システム。
【請求項５１】
前記第二の波長帯は約４００ｎｍから約６００ｎｍの間であることを特徴とする請求項４８に記載の放射線遮断システム。
【請求項５２】
前記一つ以上の発光物質は少なくとも一つが有機発光物質を含んでいることを特徴とする請求項４８に記載の放射線遮断システム。
【請求項５３】
前記一つ以上の発光物質は少なくとも一つが無機発光物質を含んでいることを特徴とする請求項４８に記載の放射線遮断システム。
【請求項５４】
前記無機発光物質は少なくとも一つの希土類元素を含んでいることを特徴とする請求項５３に記載の放射線遮断システム。
【請求項５５】
前記少なくとも一つの希土類元素は、セリウム、イッテルビウム、サマリウム、エルビウム、テルビウムからなる群から選択された元素またはその化合物であることを特徴とする請求項５４に記載の放射線遮断システム。
【請求項５６】
前記放射線遮断システムは建物の窓ガラスとして使用されていることを特徴とする請求項４８に記載の放射線遮断システム。
【請求項５７】
前記放射線遮断システムは自動車の窓ガラス、遮へい窓、サンルーフ、遮光板の一つとして使用されていることを特徴とする請求項４８に記載の放射線遮断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学素子に関する。具体的に述べると、本発明は光学素子の中でも、一部の電磁放射線を光学素子が選択的に遮断させ、同時に残りの電磁放射線を光学素子が通すことに関する。
【０００２】
ここで述べる“光学素子”とは、可視光だけに限らず、全ての電磁放射線が当てはまり、マイクロ波、赤外線、可視線、紫外線、Ｘ線、ガンマ線を含むが、これに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００３】
今日、ガラスの使用は自動車業界、建設業界など様々な分野において増加している。ガラスが自動車業界や建設業界で使用される時、太陽熱の放射線のある要素を遮断できることが望ましい。例えば、熱帯の国々では、熱的快適性の改善とエアーコンディションのコスト削減のために、太陽の熱放射線に含まれる赤外線が遮断されることが望ましい。同様に、寒い地域では、建物内部から外部へのヒート・ロスを減少させることが理想的とされている。
【０００４】
先行技術として、電磁放射線に含まれる赤外線及び紫外線要素を減少させるための方法はいくつか存在している。例えば、表面を金属化したガラス、着色ガラス、電子クロムガラスがそれに当たる。加えて、望ましい質のガラスにするためのいくつかのカバー材がある。
【０００５】
表面を金属化したガラスや着色ガラスはよく使用されるが、これらは赤外線と共に可視線も遮断してしまう。更に、赤外線を吸収することで着色ガラスは熱くなる結果、赤外線の原因となる。
【０００６】
電子クロムガラスは多層膜（４４〜５５膜）で、その中で外膜と透明帯の次の膜は透明電極となっている。透明電極に適用される電圧は、膜媒体の透明度を制御する。しかし、この方法は高価で、よってオフィスや産業建築で広く使用することはできない。
【０００７】
最も普及されている放射線制御手段は、標準ガラスと結合したカバー材の使用である。合成されたカバー材は、赤外線への吸収係数が可視線への吸収係数よりもかなり高いとされる。しかし、このように赤外線を吸収したカバー材は、それによってガラスプレートを加熱し、結果、ガラスプレートは赤外線の原因となる。更に、結果として生じたガラスプレートの透過係数は、可視線に対し、一般のガラスプレートよりも低くなる。
【０００８】
別の種類の光学素子としては、太陽放射線の望ましくない要素を妨げるために発光物質を使う。しかし、発光物質はガラスにいくらか色を及ぼす傾向を持っている。例えば、ある種の光学素子は色素を使い、赤外線遮断物質がガラスにいくらか色を与えるため、結果、内装の自然なライティングをかなり妨害する。
【０００９】
よって、既存の方法では太陽放射線の望ましくない部分を遮断する第一の手段として、反射や吸収を使っている。司法権においては、反射を用いた放射線制御の使用は法律で禁止されている。更に、これらの既存方法は、赤外線を遮断せず、十分なレベルで光学素子を介して可視線を通すことはできない。
【００１０】
上述の討論から、電磁放射線の選択された部分の選択遮断効率を改善し、同時に可視線を十分に通すシステムと方法が必要とされる。よって、光学素子は、赤外線や紫外線といった電磁放射線の選択部分のみを遮断するべきではなく、改善された効率と共に可視線を通すようにするべきである。更に、光学素子の理想的な特性をもつために、層の追加は避けたほうが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、電磁放射線の第一の波長帯を遮断しながら、電磁放射線の第二の波長帯を十分に通す光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
よって、本発明は一つまたはそれ以上の層をもつ光学素子を提供する。これらの層はそれぞれ対面式で光学連結されている。一つ以上のガラス層の少なくとも一つは、電磁放射線の第一の波長帯を遮断すると同時に電磁放射線の第二の波長帯を通すための一つ以上の発光物質を含む。
【００１３】
本発明の様々な実施形態によると、第一の波長帯は赤外線または紫外線に対応する。発光物質はスペクトル的に、少なくとも赤外線又は紫外線のどちらか一つを発光放射線に変化させる。発光放射線は内部で光学素子の一つ以上の層に反射され、光学素子の境界に導かれる。
【００１４】
本発明の実施形態によると、一つ以上の層の少なくとも一つの層が、少なくともひとつの反射物質又は少なくともひとつの着色物質の少なくとも一方を含んでいる。更に別の実施形態によると、光学素子は高分子層を含んでおり、高分子層は一つ以上の発光物質を含んでいる。
【００１５】
本発明の別の実施形態によると、光学素子は複数の層を含んでおり、複数の層は複数層の第一層からの発光放射線が、複数層の第二層によって遮断されるように配置されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、入射放射線の選択部分の遮断効果を８０％改善する。更に、本発明は残りの大部分の可視線を透過可能にする。よって、本発明は効率的な赤外線放射の抑制と共に光学素子における大部分の可視線の透過を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の様々な実施形態は、添付の図面とともに述べるが、本発明はこれらの説明や図面によって限定されるものではない。
【００１８】
本発明は、電磁放射線の第一の波長帯を遮断させると同時に電磁放射線の第二の波長帯を通す一つ以上の層を含む光学素子を提供する。特に、前記光学素子は、第一の波長帯を遮断させるように、前記一つ以上の層の少なくとも一つに一つ以上の発光物質が分散されている。前記一つ以上の発光物質は、第一の波長帯に対応する入射放射線の選択部分を吸収し、スペクトル的に第一の波長帯を発光放射線に変換する。続いて、発光放射線の大部分は一つ以上の層の境界に導かれる。
【００１９】
図１は本発明の実施形態により、光学素子１００の略図の説明図である。光学素子１００は、対面で互いに光学結合している層１０２、層１０４、層１０６と名付けられた一つ以上の層を含んでいる。層１０４は一つ以上の発光物質１０８を含んでいる。また、図１は入射し透過された電磁波、光学界面１−１’、光学界面２−２’、光学界面３−３’、光学界面４−４’を説明している。
【００２０】
第一の波長帯と第二の波長帯を含む入射放射線は、光学素子１００に入射し、層１０２、層１０４、層１０６を通る。一つ以上の発光物質１０８は第一の波長帯を吸収し、発光放射線に変化させる。発光放射線は光学素子１００の境界に導かれる。第二の波長帯は透過電磁波として、光学素子１００を通り抜ける。
【００２１】
本発明の実施形態によると、光学素子１００に入射する入射放射線は、紫外線、可視線、そして赤外線を含んでいる。一つ以上の発光物質１０８は赤外線と紫外線を吸収し、可視線を光学素子１００に通過させる。
【００２２】
本発明の別の実施形態によると、入射放射線は赤外線、紫外線、そして可視線を含む太陽熱の放射線である。紫外線は電磁放射線ベースによって分けられるＵＶ−Ａ、ＵＶ−Ｂ、そしてＵＶ−Ｃを含んでいる。ＵＶ−Ａは３１５ｎｍから４００ｎｍの波長帯で、ＵＶ−Ｂは２８０ｎｍから３１５ｎｍの波長帯で、ＵＶ−Ｃは１００ｎｍから２８０ｎｍの波長帯である。
【００２３】
本発明の実施形態によると、第一波の波長帯は約６００ｎｍから約２５００ｎｍまで様々で、一方、第二波の波長帯は約４００ｎｍから約６００ｎｍまで様々である。
【００２４】
本発明の別の実施形態によると、第一波の波長帯は約１００ｎｍから約４００ｎｍまで様々で、第二波の波長帯は約４００ｎｍから約６００ｎｍまで様々である。
【００２５】
更に本発明の別の実施形態によると、第一波の波長帯は約１００ｎｍから約４００ｎｍと約６００ｎｍから約２５００ｎｍまで様々で、一方、第二波の波長帯線は約４００ｎｍから約６００ｎｍまで様々である。
【００２６】
層１０２、層１０４、そして層１０６は、お互い対面で光学結合されている。光学界面２−２’は層１０２と層１０４の間の界面である。同様に、光学界面３−３’は層１０４と層１０６の間の界面である。光学界面１−１’と光学界面４−４’はそれぞれ周囲と層１０２また周囲と層１０６の間の界面である。一つ以上の層は、有機ガラス又は無機ガラスで構成されている。一つ以上の層の物質例としては、ポリメタクリル酸メチル、石英などがあげられるが、それに限ったものではない。
【００２７】
本発明の実施形態によると、光学素子１００はまた、一つ以上の発光物質１０８を含む高分子層を含んでいる。高分子層は光学素子１００の表面の少なくとも一つに適用されている。高分子層に使われている物質の例としては、ポリビニル・ブチラール（ＰＶＢ）があるが、それに限ったものではない。本発明の実施形態によると、高分子層は光学素子１００の表面の少なくとも一つに適用されている接着層である。
【００２８】
一つ以上の発光物質１０８は層１０４に均等分布されている。それぞれの発光物質１０８は吸収帯としての特徴を持っている。吸収帯は、発光物質１０８が吸収できる波長帯で、スペクトル的により高い波長帯に変化する。一つ以上の発光物質１０８は、有機や無機のどちらであってもよい。有機発光物質の例としては、有機染料があげられるが、それに限ったものではない。同様に、無機発光物質の例としては、一つ以上の希土類元素があげられるが、それに限ったものではない。一つ以上の希土類元素は、セリウム、イッテルビウム、サマリウム、エルビウム、テルビウム、またはそれらの化合物からなるグループから選択されるものである。本発明の様々な実施形態によると、一つ以上の希土類元素は純元素状、希土類元素の塩、または合成物とされる。一つ以上の発光物質１０８を含んだ一つ以上の層は、光学的に活性層とされる。
【００２９】
更に別の実施形態によると、反射物質又は着色物質は、一つ以上の発光物質１０８に添加するために使用される。反射物質の例としては、硫化鉛（ＰｂＳ）、硫化銅（ＣｕＳ）、硫化鉛と硫化銅の合成物（ＰｂＳ−ＣｕＳ）などの金属硫化物があげられるが、それに限ったものではない。
【００３０】
光学素子１００の様々な応用としては、建物の窓枠や自動車の窓ガラス、遮へい窓、サンルーフ、遮光板などがあげられるが、それに限ったものではない。
【００３１】
本発明の様々な実施形態は以下において、第一波の波長帯は赤外線に、第二波の波長帯は可視線に、そして一つ以上の発光物質１０８は一つ以上の希土類元素になることを説明する。注目すべきは、本発明の様々な実施形態は、図１で説明されるように、第一波の波長帯、第二波の波長帯、そして発光物質のその他のバリエーションで同等に応用できることである。
【００３２】
図２は本発明の実施形態として、光学要素１００における発光放射線の経路を説明する。層１０４は層１０４に分散された一つ以上の希土類元素１０８を含んでいる。図２もまた、典型的な粒子として一つ以上の希土類元素１０８から放出される光線２０２、光線２０４、光線２０８、粒子Ｐを示している。可視線と紫外線を含む入射放射線が光学素子１００に当たる時、層１０２は影響を受けずに入射放射線を通す。入射放射線が層１０４を通る時、一つ以上の希土類元素１０８の各粒子は赤外線を吸収し、その後、全方向に長波長帯の発光放射線を放出する。光線２０２及び光線２０４に代表される少量の発光放射線がそれぞれ、光学素子１００の前後の表面から放出される。しかし、光線２０６及び光線２０８に代表される大量の発光放射線は、光学素子１００の光学界面１−１’と光学界面４−４’の総内部反射により、光学素子１００に閉じ込められ、光学素子１００の境界に導かれる。
【００３３】
総内部反射により光学素子１００に「閉じ込められた」発光放射線の量は、一つ以上の層の相対屈折率となる。一つ以上の層の相対屈折率は周囲媒質によって求められる。本発明の実施形態として、光学素子１００は空気に囲まれている。よって、光学素子１００に閉じ込められる発光放射線の量は、式１により求められる。
【００３４】
【数１】
2009116288.tif 000003
【００３５】
ここで‘ｒ’は一つ以上の層の相対屈折率で、‘ｎ’は総内部反射の角度である。
【００３６】
光学素子の前後表面の間から放出され、閉じ込められ、境界に導かれる全発光放射線の割合は式２により求められる。
【００３７】
【数２】
2009116288.tif 000004
【００３８】
よって、‘Ｎ’は‘ｒ’で表されることができ、式３により求められる。
【００３９】
【数３】
2009116288.tif 000005
【００４０】
一つ以上の層を作るために使われるガラス材は、１.５に近い屈折率を有し、通常のケイ酸塩又は無機ガラスを含んでいる。よって、式３でｒ＝１.５となる。
【００４１】
【数４】
2009116288.tif 000006
【００４２】
よって、発光放射線の約７５％が光学素子１００の境界から放出される。更に、光学素子１００の光学界面１−１’と光学界面４−４’は横ばいとなり、各界面を通る発光放射線は約１２.５％と考えられる。可視線は光学素子１００を十分に通り抜ける。
【００４３】
図３は本発明の一つの実施形態として、光学素子３００の縦続接続の略図を説明する。光学素子３００は層３０２、層３０４、層３０６、層３１０を含んでいる。層３０４と層３０８はそれぞれ、希土類元素３１２と希土類元素３１４を含んでいる。層３０４と層３０８はまた、それぞれ光学活性層３０４と光学活性層３０８と言い換えることができる。同様に、層３０２、層３０６、層３１０はそれぞれ、光学活性層３０２、光学活性層３０６、光学活性層３１０とされる。赤外線と紫外線を含む入射放射線は、光学素子３００へ入射する。入射放射線が層３０４を通る時、希土類元素３１２は赤外線波長帯の選択部分を吸収し、スペクトル的に形質転換の放射線を発光放射線として放出する。
【００４４】
本発明の実施形態として、希土類元素３１２及び希土類元素３１４は、希土類元素３１４の吸収帯を希土類元素３１２の発光放射線帯に一致させる。よって、層３０６を横断する間に、希土類元素３１２から放出された発光放射線は、希土類元素３１４によって吸収される。この一つ以上の層の配列は、効果的に赤外線を遮断する。
【００４５】
当業者は、説明したカスケード効果を光学活性層及び光学不活性層の様々な組み合わせによって配置された多層膜に拡張されることができる。
【００４６】
図４は本発明の一つの実施形態として、単層ガラスである光学素子４００の略図を説明する。単層ガラス４０２は、一つ以上の希土類元素４０４を含んでいる。図４もまた、典型的な粒子とする一つ以上の希土類元素４０４から放出される光線４０６、光線４０８、光線４１０、光線４１２、粒子Ｓを示している。光学素子４００はまた、３つの境界にあるミラー反射層４１４を含んでいる。赤外線と可視線を含む入射放射線が単層ガラス層４０２を通る時、一つ以上の希土類元素４０４が赤外線を吸収し、発光放射線を放出する。光線４０６及び光線４０８といった発光放射線が、光学素子４００の表面から放出され、光線４１０及び光線４１２といった大部分の発光放射線が単層４０２の境界に導かれ、放出される。図に示すように、光学素子４００の一つ以上の境界がミラー反射層４１４で覆われた場合、ミラー反射層４１４に関係なく、発光放射線は残りの境界から放出される。
【００４７】
図５は本発明の一つの実施形態として、表面に欠陥のある不連続面を持つ光学素子５００の略図を説明する。光学素子５００は、境界５０２ａと境界５０２ｂをもつ層５０２、境界５０４ａと境界５０４ｂをもつ層５０４、境界５０６ａと境界５０６ｂをもつ層５０６、反射コーティング５０８、不連続面５１０、そして典型的な粒子とする一つ以上の希土類元素５１２を含んでいる。図で示されるように、光学素子は光学素子５００の表面に不連続面５１０を含んでいる。不連続面５１０は、光学素子５００を通り抜ける発光放射線ゾーンを含んでいる。このような不連続面は、溝、窪み、へこみ、うねり、又は突起とすることができる。別の修正箇所は、境界５０２ａと境界５０２ｂの角をそいで斜面を形成することができる。境界５０４ａ、境界５０６ａ、境界５０６ｂを含む残りの境界を反射コーティング５０８で覆い、これらの層を反射層にさせ、発光放射線を残りの境界を通るようにさせる。
【００４８】
不連続面５１０は、発光放射線を光学素子５００の選択部分に導くために用いることができ、それにより発光放射線を様々な目的に役立つように取り出すことができる。
【００４９】
図６Ａから図６Ｅは本発明の様々な実施形態として、光学素子から放出された発光放射線を制御する様々な方法を説明する。
【００５０】
図６Ａは光学素子６００、フレーム６０２、壁６０４、入射放射線側とする外側Ａ、そして透過電磁波側とする内部Ｂを示している。光学素子６００はフレーム６０２に配置することによって壁６０４に固定されている。可視線と赤外線を含む入射放射線は、光学素子６００へ入射する。光学素子６００は発光放射線を放出し、結果、フレーム６０２の温度を上昇させる。
【００５１】
図６Ｂは光学素子６００、ミラー反射層で覆われた境界６０６、境界６０８、金属シート６１０を示している。発光放射線は反射素子を持たない境界６０８から放出される。小さな隙間が境界６０８の前方に残され、発光放射線は壁６０４を熱することはない。境界６０８からの発光放射線に影響を受ける壁６０４の部分は金属シート６１０で覆うことができる。また、境界６０８を刻むことで（図では示されていない）、発光放射線を壁６０４の外側Ａ刻面の表面で反射されるようにしてもよい。
【００５２】
図６Ｃは、光線６１２の発光放射線からフレーム６０２と壁６０４を守る配置を示している。光学素子６００の個体の一部は、凸面を与えられる。これらの一部において、光学素子６００の内部表面から前方表面に入射する角度は臨界角より下がり、よって、全体的な発光放射線が起こらず、発光放射線は光線６１２として光学素子から逃げる。
【００５３】
図６Ｄは、発光放射線からフレーム６０２と壁６０４を守る配置を示している。この図は、軸６１４、回転ミラー６１６、ガラス６１８を示している。回転ミラー６１６は、軸６１４の境界の一つにそって付けられており、図に記載している実線と破線の二つの定位置に位置する。一年で暑い月の間は、赤外線からの最大保護を求めるために回転ミラー６１６は破線で示される位置にする。その場合、境界６０８から逃げた全放射線がミラー６１６により壁６０４の外側Ａに反射される。一年で太陽が照ってはいるが、気温が低い間は、回転ミラー６１６が実線で示された位置に回転する。この場合、境界６０８から逃れ、回転ミラー６１６で反射された発光放射線は、ガラス６１８を通じて内部Ｂに移動する。
【００５４】
図６Ｅは、光学素子６００から発光放射線が取り出される配置を示している。この図は、吸収式温水器６２０と断熱層６２２を含む放射タップユニットを示している。光学素子６００の境界６０６は、断熱層６２２で覆われたパイプから吸収式温水器６２２に連結している。放射タップユニットは、境界６０６を通って光学素子から放射された発光放射線を取り出す。
【００５５】
放射タップユニットで取り出された発光放射線（以下、タップされた放射線とも言う）は、様々に応用して使用することができる。このタップされた放射線は、天気の良い日に温水を提供することに使用でき、毎日、家庭用として、又は建物の集中暖房システムの貯蔵タンクに送られて使用することができる。タップされた放射線はまた、再び放出された放射線を電子エネルギーに変換して光電池に使用することができる。更に、タップされた放射線は、パネル外部の可視部分により、視覚的なハイライト効果で装飾的な目的に使用することができる。
【００５６】
よって、本発明は入射放射線の選択部分の遮断効率を約８０％改善する。更に、本発明は残りの入射放射線の十分に通過させ、それにより効率的な赤外線遮断と共に、大部分の光学素子を透過可能にする。更に、本発明は様々な有益な目的のために発光放射線を取り出される。タップされた発光放射線の応用は、光電池、装飾などがあげられるが、それに限ったものではない。
【００５７】
本発明の様々な実施形態の説明や描写により、本発明がこれらの実施形態だけに限られたものでないことは明らかである。クレームで述べられたように、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、多くの改良、変化、バリエーション、代用、同等物がこの技術によってもたらされることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明のひとつの実施形態の光学素子の概念図である。
【図２】本発明の実施形態による光学素子の発光放射線の経路の説明図である。
【図３】本発明のひとつの実施形態の光学素子の縦続接続の説明図である。
【図４】本発明のひとつの実施形態の単一のガラス層を含む光学素子の説明図である。
【図５】本発明のもうひとつの実施形態による表面が変形した光学素子の説明図である。
【図６Ａ】本発明の様々な実施形態によって光学素子から放出された発光放射線を制御するための様々な方法を説明する。
【図６Ｂ】本発明の様々な実施形態によって光学素子から放出された発光放射線を制御するための様々な方法を説明する。
【図６Ｃ】本発明の様々な実施形態によって光学素子から放出された発光放射線を制御するための様々な方法を説明する。
【図６Ｄ】本発明の様々な実施形態によって光学素子から放出された発光放射線を制御するための様々な方法を説明する。
【図６Ｅ】本発明の様々な実施形態によって光学素子から放出された発光放射線を制御するための様々な方法を説明する。
【符号の説明】
【００５９】
１００      光学素子
１０２      層
１０４      層
１０６      層
１−１’    光学界面
２−２’    光学界面
３−３’    光学界面
４−４’    光学界面
１０８      発光物質
２０２      光線
２０４      光線
２０６      光線
２０８      光線
３００      光学素子
３０２      光学活性層
３０４      光学活性層
３０６      光学活性層
３０８      光学活性層
３１０      光学活性層
３１２      希土類元素
３１４      希土類元素
４００      光学素子
４０２      単層ガラス
４０４      希土類元素
４０６      光線
４０８      光線
４１０      光線
４１２      光線
４１４      ミラー反射層
５００      光学素子
５０２      層
５０２ａ    境界
５０２ｂ    境界
５０４      層
５０４ａ    境界
５０４ｂ    境界
５０６      境層
５０６ａ    界
５０６ｂ    境界
５０８      反射コーティング
５１０      不連続面
５１２      希土類元素
６００      光学素子
６０２      フレーム
６０４      壁
６０６      境界
６０８      境界
６１０      金属シート
６１２      光線
６１４      軸
６１６      回転ミラー
６１８      ガラス
６２０      吸収式温水器
６２２      断熱層
Ａ          入射放射線側とする外側
Ｂ          透過電磁波側とする内部
Ｐ          粒子
Ｓ          粒子
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【外国語明細書】
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