JP2011227120A - 光学素子および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の取り込み効率を改善でき、薄型化にも対応することが可能な光学素子を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る光学素子１は、光入射面１１に入射した光を光出射面１２に向けて反射する複数の反射面１３ａを有する構造層１３を備える。上記反射面１３ａは、Ｘ軸方向に第１の長さ（ｈ）を有し、Ｘ軸方向と直交するＺ軸方向に沿ってピッチ（ｐ）で配列され、反射面１３ａに入射する光のうちＸＺ平面内で進行する光のＸ軸方向に対する入射角をθ、反射面１３ａにおける入射光の反射回数をｎとしたとき、６．５°≦θ≦８７．５°の範囲におけるいずれかの角度で、ｈ＝（２ｎ−１）・ｐ／tanθの関係を満たす。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光や人工光などの採光器として使用される光学素子、および照明装置に関する。

近年、上空から照射される太陽光を屋内の天井に向けて取り込むことで、日中に使用される照明器具の消費電力の削減を狙った太陽光採光器の開発が進められている。従来の太陽光採光器には、光ダクト、ルーバー、ブラインドなどの各種構造体が知られている。

例えば特許文献１には、光学的に透明な本体の内部に形成された空隙における全反射を利用して、入射光を指向的に出射させる光学部品が記載されている。特許文献２には、透明材料にて製作された複数の棒状の要素部材と、前記複数の要素部材が互いに平行に並ぶように支持する支持部とを具備し、室外側から入射した太陽光を要素部材の反射面で反射して室内側の天井方向に導く太陽光照明器が記載されている。特許文献３には、平板状の透明体の表面に配列した棒状体によって入射光を拡散出射させる太陽光採光器が記載されている。そして、特許文献４には、第１の屈折率を有する透明なプラスチックからなるプレート中に第２の屈折率を有するプラスチックからなる複数の薄い帯状体を挿入し、上記プレートと上記帯状体との屈折率差によって入射光を指向的に出射させる光ガイドプレートが記載されている。

特開２００２−５２６９０６号公報 特開２００９−２６６７９４号公報 特許第３５１３５３１号公報 特開２００１−５０３１９０号公報

太陽光採光器の分野においては、光の取り込み効率あるいは上方への光線出射効率の向上が望まれている。しかしながら、上記各特許文献に記載の構成では、入射光を効率よく指向的に出射させるには採光器の厚みを大きくする必要があり、薄いフィルムで採光器を構成することは困難であった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、光の取り込み効率を改善でき、薄型化にも対応することが可能な光学素子、およびこれを備えた照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る光学素子は、第１の面と、第２の面と、構造層とを具備する。
上記第２の面は、上記第１の面と第１の方向に対向する。
上記構造層は、上記第１の面に入射した光を上記第２の面に向けて反射する複数の反射面を有する。上記複数の反射面は、上記第１の方向に第１の長さを有し、上記第１の方向と直交する第２の方向に沿って配列され、かつ、上記第１の長さをｈ、上記反射面の配列ピッチをｐ、上記反射面に入射する光のうち上記第１の方向と上記第２の方向とが属する平面内で進行する光である入射光の上記第１の方向に対する入射角をθ、上記反射面における入射光の反射回数をｎとしたとき、６．５°≦θ≦８７．５°の範囲におけるいずれかの角度で、ｈ＝（２ｎ−１）・ｐ／tanθの関係を満たす。

上記光学素子においては、上述のように構成される構造層を有することで、各反射面に対して例えば上方から上記角度範囲で入射する入射光を効率よく第２の面から上方へ向けて出射させることができる。従って、上記光学素子を太陽光採光器として使用することで、太陽光を屋内の天井に向けて効率よく取り込むことができる。また、上記光学素子によれば、上述のように構造層を構成することによって、当該光学素子の薄型化を図ることが可能となる。

入射光の設定入射角範囲を６．５°以上８７．５°以下とすることにより、地域に関係なく、季節を通じて太陽光を効率よく取り込むことができる。また、日中における照明器具の消費電力の削減に大きく貢献することができる。

本発明の一形態に係る照明装置は、第１の面と、第２の面と、構造層と、発光体とを具備する。
上記構造層は、上記第１の面に入射した光を上記第２の面に向けて反射する複数の反射面を有する。上記複数の反射面は、上記第１の方向に第１の長さを有し、上記第１の方向と直交する第２の方向に沿って配列され、かつ、上記第１の長さをｈ、上記反射面の配列ピッチをｐ、上記反射面に入射する光のうち上記第１の方向と上記第２の方向とが属する平面内で進行する光である入射光の上記第１の方向に対する入射角をθ、上記反射面における入射光の反射回数をｎとしたとき、６．５°≦θ≦８７．５°の範囲におけるいずれかの角度で、ｈ＝（２ｎ−１）・ｐ／tanθの関係を満たす。
上記発光体は、上記第１の面に対向して配置される。

上記照明装置においては、発光体から射出された光を上記構造層の反射面を介して出射させることで、所望の角度方向に出射量の高い照明効果を得ることができる。また、上記構造層は薄いフィルムで構成することが可能であるため、例えば光出射側の面に広告媒体を設けることで、薄型で装飾性の高い広告塔を提供することができる。

本発明によれば、所定の角度範囲で入射する光を所定の角度範囲に効率よく出射することができる。また、当該光学素子の薄型化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る光学素子を太陽光採光器に用いた例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学素子の断面図である。 上記光学素子の反射面の機能を説明する模式図である。 上記反射面の寸法変化による上方出射光量の変動を説明する模式図である。 上記反射面の厚みと配列ピッチとの関係を説明する模式図である。 上記反射面の厚みによる上方出射光量の変動を説明する模式図である。 上記反射面の各部の寸法、配列ピッチと上方出射光量との関係示すシミュレーション結果である。 上記反射面の各部の寸法、配列ピッチと上方出射光量との関係示すシミュレーション結果である。 上記光学素子の製造方法の一例を示す主要な工程の斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る光学素子の構成を示す要部断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る光学素子の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る照明装置の構成を示す分解斜視図である。 上記反射面の構成の変形例を示す光学素子の模式図である。 上記反射面の構成の変形例を示す光学素子の模式図である。 上記反射面の構成の変形例を示す光学素子の模式図である。 上記反射面の構成の変形例を示す光学素子の模式図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子の構造の変形例を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子の構造の変形例を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る光学素子を窓に用いた例を示す室内の概略斜視図である。本実施形態の光学素子１は、屋外から照射される太陽光Ｌ１を室内Ｒへ取り込む太陽光採光器として構成され、例えば、建屋の窓材に適用される。光学素子１は、上空から照射される太陽光Ｌ１を室内Ｒの天井Ｒｔに向けて指向的に出射する機能を有する。天井Ｒｔに向けて取り込まれた太陽光は、天井Ｒｔにおいて拡散反射されて室内Ｒを照射する。このように太陽光が室内の照明に用いられることで、日中における照明器具ＬＦの使用電力の削減が図られることになる。

［光学素子］
図２は、光学素子１の構成を示す概略断面図である。光学素子１は、第１の透光フィルム１０１、第２の透光フィルム１０２および基材１１１の積層構造を有する。図２において、Ｘ軸方向は光学素子１の厚み方向、Ｙ軸方向は光学素子１の表面における水平方向、そしてＺ軸方向は上記表面における上下方向を意味する。

第１の透光フィルム１０１は、透明性を有する材料で形成される。第１の透光フィルム１０１としては、例えば、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエステル（ＴＰＥＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、アラミド、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン（ＰＰ）、ジアセチルセルロース、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂などが挙げられるが、これらに限られない。

第２の透光フィルム１０２（第１の基体）は、第１の透光フィルム１０１と対向する一方の表面１０２ａ（第１の面）に、後述する構造層１３が形成されている。このため、形状転写性に優れた樹脂材料を用いることで、形状精度に優れた構造層を形成することができる。また、第２の透光フィルム１０２は、ガラスで形成されてもよい。第２の透光フィルム１０２の表面１０２ａは、透明な粘着層１０４を介して第１の透光フィルム１０１に接合されている。これにより、構造層１３を内包する透光層１４が形成される。透光層１４は、第１の透光フィルム１０１、第２の透光フィルム１０２および粘着層１０４で構成される。

第２の透光フィルム１０２は、透明性を有する材料で形成される。第２の透光フィルム１０２は、第１の透光フィルム１０１と同種の樹脂材料で形成されてもよいが、本実施形態では、第２の透光フィルム１０２は、紫外線硬化樹脂で形成されている。

紫外線硬化樹脂を構成する組成物は、例えば、（メタ）アクリレートと、光重合開始剤とを含有する。また、必要に応じて、光安定剤、難燃剤、レベリング剤、酸化防止剤などがさらに含まれてもよい。アクリレートとしては、２個以上の（メタ）アクリロイル基を有するモノマーおよび／またはオリゴマーを用いることができる。このモノマーおよび／またはオリゴマーとしては、例えば、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、ポリオール（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレートなどを用いることができる。ここで、（メタ）アクリロイル基とは、アクリロイル基およびメタアクリロイル基のいずれかを意味する。オリゴマーとは、分子量５００以上６０００以下の分子をいう。光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン誘導体、アセトフェノン誘導体、アントラキノン誘導体などを単独で、または併用して用いることができる。

基材１１１は、第２の透光フィルム１０２の他方の表面１０２ｂ（第２の面）に積層された、透光性の樹脂フィルムで形成されている。基材１１１は、保護層としての機能をも有し、透明性を有する材料で形成され、例えば、第１の透光フィルム１０１と同種の樹脂材料で形成されている。基材１１１は、第２の透光フィルムフィルム１０２の外表面だけでなく、第１の透光フィルム１０１の外表面にも積層されてもよい。

以上のような積層構造を有する光学素子１は、窓材Ｗの室内側に積層される。窓材Ｗには各種ガラス材料が用いられ、その種類は特に限定されず、フロート板ガラス、合わせガラス、防犯ガラス等が適用可能である。本実施形態に係る光学素子１においては、第１の透光フィルム１０１の外表面が光入射面として形成され、基材１１１の外表面が光出射面として形成される。本実施形態では、第１の透光フィルム１０１は、なお、基材１１１は必要に応じて省略可能であり、この場合、第２の透光フィルム１０２の表面１０２ｂが光出射面として形成される。

［構造層］
次に、構造層１３の詳細について説明する。

構造層１３は、上下方向（Ｚ軸方向）に所定ピッチで配列された空隙１３０（反射体）の周期構造を有する。空隙１３０は、Ｘ軸方向（第１の方向）に高さｈ（第１の長さ）、Ｚ軸方向（第２の方向）に幅ｗ（第２の長さ）を有し、Ｚ軸方向に配列ピッチｐで形成されている。また、空隙１３０は、Ｙ軸方向に直線的に形成されている。

図２において空隙１３０各々の上面は、光入射面１１から入射した光Ｌ１を光出射面１２に向けて反射する反射面１３ａを形成する。すなわち、反射面１３ａは、第２の透光フィルム１０２を構成する樹脂材料と空隙１３０内の空気との界面で形成される。本実施形態では、第２の透光フィルム１０２の相対屈折率が例えば１．３〜１．７とされ、空隙１３０内の空気（屈折率１）との屈折率差を有する。なお、上記第２の媒質は空気に限られない。例えば、空隙１３０内に第２の透光フィルム１０２よりも低屈折率の材料が充填されることで反射面１３ａが形成されてもよい。

図３は、反射面１３ａの作用を説明する模式図である。反射面１３ａは、反射面１３ａに対し上方から入射する入射光Ｌ１を全反射することで、上方へ向けて出射される出射光Ｌ２を形成する。なお、ここでは光の出射方向が上方である場合を説明するが、これに限定されず、光の入射方向や当該光学素子の設置方向などに応じて光の出射方向は変更され得る。

図３を参照して、反射面１３ａの高さをｈ、配列ピッチをｐ、反射面１３ａに入射する入射光Ｌ１のＸ軸方向に対する入射角をθとする。ここで、入射角θは、反射面１３ａに入射する光のうちＸＹ平面内で進行する光のＸ軸方向に対する入射角を意味する。このとき、反射面１３ａにおいて入射光Ｌ１が全反射する場合、以下の（１）式を満たすとき、入射角θで入射する全入射光線は角度θで上方へ向けて出射される。

ここで、ｎは自然数であり、同一の反射面１３ａにおいて入射光Ｌ１が全反射する回数を表す。

本実施形態に係る光学素子１は、所定の角度範囲におけるいずれかの角度（θ）で、上記（１）式を満たすように、反射面１３ａの高さ（ｈ）および配列ピッチ（ｐ）が設定される。（１）式を満たす入射角θを以下、設定入射角という。

上記（１）式において、上方へ出射される出射光Ｌ２の出射光量は、図３に示すように出射光Ｌ２の出射幅Ｔに置き換えて考えることができる。このとき、出射光Ｌ２の出射光量（Ｔ（θ））は、入射光Ｌ１の入射角θと、反射面１３ａの配列ピッチｐとによって、以下の（２）式で定式化される。

一方、入射光Ｌ１が上記設定入射角とは異なる角度で反射面１３ａに入射したとき、上方へ出射される出射光Ｌ２の光量が減少する。入射角の変化は、反射面１３ａの高さｈの変化として考えることができる。図４は、反射面１３ａの高さがｘだけ増加したときの上方への出射光量を説明する模式図である。図４に示すように、反射面１３ａの高さｘだけ増加したときの上方への出射光量（Ｔ（ｘ））は、以下の（３）式で表される。

反射面１３ａの高さの増加は、隣接する反射面の間での光の多重反射を引き起こし、下方へ出射される光Ｌ３の増加を招く。したがって、図４に示した例では、上記設定入射角における上方への出射光量（Ｔ（θ））に対する出射光量比は、以下の（４）式で表される。

以上のように、反射面１３ａによる上方への出射光量は、上記設定入射角からの入射角の変化に応じて変化し、入射角の変化量が大きいほど出射光量の減少量も大きくなる。従って、上記設定入射角は、当該設定入射角からの角度の変化による出射ロスを含めて考慮され、用途や反射面１３ａへ入射する光の入射角範囲に応じて任意に設定可能であり、また、上方へ向けて出射させるべき光の量に応じて最適化される。例えば、本実施形態のように光学素子１が太陽光採光器として使用される場合、採光を利用する地域や季節あるいは時間帯における太陽光の入射角範囲、採光した出射光の照射範囲等に応じて設定することができる。

本実施形態では、例えば６．５°以上８７．５°以下の範囲に上記設定入射角が存在するように反射面１３ａが形成される。下限である６．５°は北欧（例えばオスロ（ノルウェー））の冬至における太陽の高度に相当し、上限である８７．５°は那覇（日本）の夏至における太陽の高度に相当する。上記設定入射角は、例えば、約６０°とされる。これにより、世界のいずれの地域においても一年を通じて太陽光を効率よく取り込むことができる。また、日中における照明器具の消費電力の削減に大きく貢献することができる。反射面１３ａの高さ（ｈ）および配列ピッチ（ｐ）は、光学素子１の厚み（Ｘ軸方向の寸法）によって適宜設定可能であり、例えばｈ＝１０〜１０００μｍ、ｐ＝１００〜８００μｍの各範囲で最適化される。

次に、構造層１３の開口率について説明する。

図２に示す構成の反射面１３ａは、Ｚ軸方向に幅または厚み（ｗ）を有する空隙１３０の表面に形成される。したがって、本実施形態の光学素子１における反射面１３ａの実質的な配列ピッチは、空隙１３０の幅の大きさの影響を受けることになる。図５は、反射面１３ａの配列ピッチ（ｐ）と、空隙１３０の幅（ｗ）との関係を示す。図５に示すように、反射面１３ａの実効的な配列ピッチは、以下の（５）式に示すように表される。

ここで、ＡＲは、構造層１３の開口率（Aperture Ratio）を示す。開口率が小さいと、入射光の出射割合が減少するだけでなく、窓外の視認性の大きな低下を招く。図６は、空隙１３０の幅（ｗ）による入射光Ｌ１の出射光量の減少を説明する模式図である。図６に示すように、入射光Ｌ１は、空隙１３０の幅ｗに相当する量だけ反射面への入射が遮られることになる。従って、空隙１３０の幅ｗを考慮した入射光Ｌ１の反射面１３ａへの入射光量は上記（５）式で表され、上記（４）式と組み合わせると、入射光Ｌ１の上方への出射比率は、以下の（６）式で表される。

本実施形態では、空隙１３０の幅（ｗ）の大きさは、０．１μｍ以上とされ、その上限は、反射面１３ａの配列ピッチ（ｐ）の大きさで定まる。また、構造層１３の開口率（ＡＲ）は、０．２以上とされることにより、上方への出射光を有効に取り出すことが可能となる。

図７および図８は、上方へ向けて出射される光の入射光に対する出射比率に関する反射面の高さ（ｈ：空隙高さ）と空隙の幅（ｗ）との関係を示すシミュレーション結果である。反射面に対する上方からの入射角は６０°とした。なお、シミュレーションには、ＯＲＡ（Optical Research Associates）社製「LightTools」を用いた。

図７（Ａ）は、反射面の配列ピッチ（ｐ）が１００μｍのときのシミュレーション結果である。同様に、図７（Ｂ）はｐ＝３００μｍ、図７（Ｃ）はｐ＝４００μｍ、図８（Ａ）はｐ＝５００μｍ、図８（Ｂ）はｐ＝７００μｍ、図８（Ｃ）はｐ＝８００μｍのときのシミュレーション結果である。図７及び図８から、空隙幅が小さいほど高い上方出射比率を得られることがわかる。また、反射面の配列ピッチが大きくなるほど、空隙高さが大きい領域で高い上方出射比率が得られることがわかる。

［光学素子の製造方法］
次に、以上のように構成される光学素子１の製造方法について説明する。図９（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態の光学素子１の製造方法を説明する主要工程の概略斜視図である。

まず、図９（Ａ）に示すように、第２の透光フィルム１０２（図２）を作製するための原盤１００を準備する。原盤１００は、金型、樹脂型等で構成され、その一方の表面に、構造層１３に対応する形状の凹凸形状１１３が形成されている。そして、図９（Ｂ）に示すように、この原盤１００の凹凸形状１１３を樹脂シートに転写することで、構造層１３を有する第２の透光フィルム１０２が形成される。

本実施形態では、第２の透光フィルム１０２は紫外線硬化樹脂で形成される。図示せずとも基材１１１と原盤１００との間に当該樹脂を挟み込んだ状態で、基材１１１を介して紫外線を照射することで、第２の透光フィルム１０２が作製される。この場合、基材１１１には、紫外線の透過性に優れたＰＥＴ等の樹脂材料が用いられる。

また、第２の透光フィルム１０２は、ロール・ツー・ロール方式で連続的に製作することが可能である。この場合、原盤１００は、ロール形状に形成することができる。

次に、図９（Ｃ）に示すように、第２の透光フィルム１０２を、粘着層１０４（図２）を介して第１の透光フィルム１０１に接着する。これにより、図２に示す光学素子１が作製される。

上記製造方法によれば、構造層１３を内部に有する光学素子１を容易に作製することができる。また、光学素子１の薄型化（例えば２５μｍ〜２５００μｍ）を容易に図ることができる。さらに、第２の透光フィルム１０２に基材１１１が積層されているので、光学素子に適度な剛性を付与することができ、ハンドリング性および耐久性を向上させることができる。

以上のように作製される光学素子１は、窓材Ｗに貼り付けられることで使用されるが、光学素子１単体で使用されてもよい。本実施形態によれば、構造層１３の各反射面１３ａに対して上方から所定の角度範囲で入射する入射光を効率よく光出射面１２から上方へ向けて出射させることができる。従って、上記光学素子１を太陽光採光器として使用することで、太陽光を屋内の天井に向けて効率よく取り込むことができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１０（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る光学素子を示している。

本実施形態の光学素子２は、基本構成として、第１の透光フィルム２０１と第２の透光フィルム２０２とを有する。図１０（Ａ）に示すように、第１の透光フィルム２０１は、光入射面２１を形成する外表面と、Ｙ軸方向に延びＺ軸方向に配列された複数の凹部２０１ａが形成された内表面とを有する。一方、第２の透光フィルム２０２は、光出射面２２を形成する外表面と、Ｙ軸方向に延びＺ軸方向に配列された複数の凹部２０２ａが形成された内表面とを有する。これら第１の透光フィルム２０１および第２の透光フィルム２０２の各々の内表面には、凹部２０１ａおよび凹部２０２ａに区画された凸部２０１ｂおよび凸部２０２ｂをそれぞれ有する。両凸部２０１ｂ、２０２ｂはそれぞれＸ軸方向に略平行に突出し、それぞれ同一の突出長さを有する。

本実施形態の光学素子２は、第１の透光フィルム２０１と第２の透光フィルム２０２とを図１０（Ｂ）に示すように、一方側の凸部２０１ｂ、２０２ｂが他方側の凹部２０１ａ、２０２ａの中間に位置するように相互に重ね合わせることで作製される。これにより、凹部２０１ａ、２０２ａと凸部２０１ｂ、２０２ｂとの間に、Ｚ軸方向に配列された同一形状の複数の空隙２３０を有する構造層２３が形成される。以上のように、構造層２３を内包する透光層２４を備えた光学素子２が構成される。

本実施形態の光学素子２においては、各空隙２３０の上面に太陽光を反射する反射面２３ａが形成される。反射面２３ａの高さ、厚さおよび配列ピッチは、凸部２０１ｂ、２０２ｂの高さ、幅およびピッチでそれぞれ設定される。このような構成の光学素子１においても、上述の第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

なお、第１の透光フィルム２０１および第２の透光フィルム２０２は、それぞれ、図９（Ａ）に示した原盤１００を用いて作製することができる。両透光フィルム２０１、２０２の接合には、透明な粘着層等が用いられてもよい。

＜第３の実施形態＞
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る光学素子の斜視図である。本実施形態の光学素子３は、空隙１３０が一方の表面に形成された透光フィルム１０２と、プリズム１１２ｐが配列された構造面を有するプリズムシート１１２（第２の基体）との積層構造を有する。空隙１３０は、透光フィルム１０２の光入射側の面に形成され、プリズム１１２ｐは光出射側の面に形成されている。プリズム１１２ｐは、Ｚ軸方向に稜線方向を有し、Ｙ軸方向に配列されている。

以上のように構成される光学素子３は、プリズム１１２ｐが空隙１３０の配列方向（Ｚ軸方向）に稜線方向を有している。このため、空隙１３０の上面（反射面）にて反射された入射光は、プリズムシート１１２を透過する際にプリズム１１２ｐの斜面における屈折作用によって、Ｙ軸方向に拡散して出射される。これにより、当該光学素子３へ入射した光を上方に向けて出射する機能と、横方向へ拡散する機能とを同時に得ることが可能となる。

プリズム１１２ｐの配列ピッチ、高さ、頂角の大きさなどは、目的とする光出射特性に応じて適宜設定することができる。また、透光フィルム１０２およびプリズムシート１１２によって入射光を上下左右の４方向へ分離することが可能である。

プリズム１１２ｐは、周期的に形成される例に限られず、非周期的に大きさや形状を異ならせて形成されてもよい。また、プリズムシート１１２は、透光フィルム１０２の光入射側に設置されてもよい。さらに、プリズム１１２ｐの配列方向は上述のようにＹ軸方向だけに限られず、空隙１３０の配列方向に対して斜めに交差する方向であってもよい。

光拡散性を有する基体としては、上述のプリズムシートに限られず、シボ付きのフィルムや、スジ状のシボが形成された透光性フィルムや、表面に半球状あるいは円柱状の曲面レンズが形成された透光性フィルムなど、周期的または非周期的な形状の光拡散要素を有する各種透光性フィルムを用いることができる。また、光拡散性フィルムとして、透光フィルム１０２と同一の構造面を有するフィルムを用いてもよい。この場合、光入射側に位置する透光フィルム１０２と形状が交差するような向きに当該フィルムを積層することで、拡散度を高めることができる。

＜第４の実施形態＞
図１２は、本発明の第４の実施形態を示している。本実施形態に係る照明装置５００は、発光体５０と、広告媒体５１と、これら発光体５０と広告媒体５１との間に配置された透光フィルム１０２とを有する。

発光体５０は、複数本の線状光源５０１と、光源５０１を収容するケーシング５０２とを有する。ケーシング５０２の内面は光反射性を有しており、必要に応じて光源５０１から出射された光を前面に向けて集光する機能が付加されてもよい。

透光フィルム１０２は、上述の第１の実施形態と同様の構成を有しており、発光体５０に対向する光入射面と、広告媒体５１に対向する光出射面とを有する。透光フィルム１０２の光入射面側には、反射面（１３ａ）を有する空隙（１３０）がＺ軸方向に所定ピッチで配列されている。

広告媒体５１は、光透過性を有するフィルムあるいはシートで形成され、文字、図形、写真等の広告的情報が表示された表面を有する。広告媒体は、透光性フィルム１０２を被覆するようにして発光体５０と一体化されており、発光体５０および透光フィルム１０２によって形成される照明光を照射されることで、正面方向へ広告情報を表示する。

本実施形態では、透光フィルム１０２は、例えば上方へ向けて光を指向的に出射する機能を有しているため、広告媒体５０を透過する光量に上下方向で一定の差を生じさせる。このように、広告媒体５０に所望の輝度分布を付与することができるため、輝度差に基づく広告媒体の装飾効果が高まり、広告表示の意匠性を向上させることができる。また、本実施形態によれば、視認方向によって広告媒体５０の表示光に輝度の分布を持たせることが可能であるため、広告媒体５０を視る位置、角度、高さ等に応じて異なった表示感あるいは装飾感を需要者に与えることができる。

また、本実施形態によれば、透光フィルム１０２の空隙部（１３０）の形状、配列ピッチ、幅、深さ、周期性等を適宜変更することにより、広告媒体の表示内容に応じた所望の輝度分布を容易に付与することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、光学素子１の光入射面および光出射面を垂直方向（Ｚ軸方向）に配置した例を説明したが、水平面や傾斜面に当該光学素子が設置されてもよい。この場合、採光した光が所望の領域へ出射されるように、反射面の高さ等を適宜調整することができる。また、採光の対象は太陽光に限られず、人工光であってもよい。さらに、光の採り込み方向は必ずしも上方に限られず、横方向でもよいし下方向でもよく、複数方向に分離出射させることも可能である。

また、以上の実施形態では、図１３（Ａ）に模式的に示すように、反射面１３ａを素子の厚み方向（Ｘ軸方向）に平行に配置した例を説明したが、図１３（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、反射面１３ａをＸ軸に対して傾斜させてもよい。このように、反射面１３ａをＸ軸に対して傾斜させることによっても出射光Ｌ２の出射方向を制御することが可能となるため、反射面１３ａに対する入射光Ｌ１の入射角（θ）、反射面１３ａの高さ（ｈ）、厚さ（ｗ）、ピッチ（ｐ）等を組み合わせて、光学素子の光学設計を行うことができる。

また、空隙部の上下面に形成される一対の反射面は、上述のように相互に平行である場合に限られず、相互に非平行であってもよい。例えば、図１４（Ａ）は、光入射面３１側から光出射面３２側に向かって厚みが連続的に減少するように上下の反射面にテーパが形成された空隙３３０ａを有する構造層を備えた光学素子を模式的に示している。一方、図１４（Ｂ）に示す光学素子は、光入射面３１側から光出射面３２側に向かって、上下の反射面が＋Ｚ方向へ傾斜する空隙３３０ｂと、上下の反射面が−Ｚ方向へ傾斜する空隙３３０ｃとが、Ｚ軸方向に交互に配列された構造を有する。このように、空隙の上下面のテーパ角度あるいはテーパ方向を組み合わせることで、より緻密な光の配光制御あるいはより複合的な調光機能を実現することが可能となる。

図１４（Ａ）、（Ｂ）に示す光学素子は、図１０を参照して説明した実施形態のように、２枚の透光フィルムを重ね合わせることで作製される。すなわち、図１４（Ａ）に示した光学素子は、テーパ状の反射面を有する凸部が形成されたフィルムの内面に平坦なフィルムを重ね合わせることで作製される。また、図１４（Ｂ）に示した光学素子は、双方の透光フィルムの内面に形成されたテーパ状の反射面を有する凸部を相互に互い違いとなるようにして重ね合わせることで作製される。

なお、空隙部の上下面に形成される一対の反射面のうち、少なくとも一方がＸ軸方向に対して傾斜する形状でもよい。例えば図１５に、Ｘ軸に関して所定のテーパ角（ψ）で傾斜する反射面と、Ｘ軸方向に平行な反射面とを有する空隙３３１を示す。

さらに、反射面のテーパ角は、光学素子を透過する光の光出射面における全反射を考慮する必要がある。例えば、図１５は、空隙部３３１を内包する透光フィルム３０１を備えた光学素子を模式的に示す。空隙部３３１は、その上面に、Ｘ軸に関してテーパ角ψで傾斜する反射面１３ａを有する。このとき、反射面１３ａで全反射した入射光Ｌ１が、光出射面３０１ｂで全反射せずに外部（空気）へ出射光Ｌ２として取り出すための条件は、以下の（７）式で表される。テーパ角ψは、上記式を満たす範囲で定めることができる。

ここで、n_ｉは、透光フィルム３０１の屈折率、ｎ_airは空気の屈折率、θ_inは、反射面１３ａに対する入射光線Ｌ１の入射角である。

一方、図１６は、反射面１３ａが曲面形状で形成された空隙部３３２を内包する透光フィルム３０２を備えた光学素子を模式的に示す。反射面１３ａは、光入射面３０２ａ側から光出射面３０２ｂ側に向かってＺ軸方向へ湾曲する曲面形状を有する。したがって、反射面１３ａに向けて入射する光Ｌ１は、反射面１３への到達位置に応じて異なる角度で反射される。その結果、光出射面３０２ｂから取り出される光Ｌ２は、図１６において上方に向けて所定の角度範囲に分布することになるため、取り出し光の照射範囲を広げることが可能となる。

そして以上の実施形態では、光学素子は、図１に示したように、窓材Ｗに第１の透光フィルム１０１、粘着層１０４、第２の透光フィルム１０２および基材１１１を順に積層した構成を説明したが、これに限られない。例えば図１７（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、光学素子の積層構造は、任意に設定することが可能である。

図１７（Ａ）は、空隙部を有する透光フィルム１０２を粘着層１０４を介して直接窓材Ｗに貼り付けた例を示す。基材１１１は、図１７（Ｅ）に示すように省略されてもよい。図１７（Ｂ）は、透光フィルム１０２の空隙部形成面に基材１１１を貼設して窓材Ｗに貼り付けた例を示す。この例では、透光フィルム１０２の成形後、熱溶着などによって透光フィルム１０２と基材１１１とが一体化される。この場合、両フィルム間に界面が存在しないように溶着させることができる。また、この例によれば、粘着材１０４の空隙部内への侵入を回避することができる。

図１７（Ｃ）および（Ｄ）は、空隙部が光出射側に位置するように透光フィルム１０２を窓材Ｗに貼り付けた例をそれぞれ示す。このような構成によっても、上述の第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。図１７（Ｃ）において、基材１１１は、図１７（Ｅ）に示すように省略されてもよい。また、図１７（Ｄ）は、透光フィルム１０２の光出射側にプリズムやシボ等の光拡散要素が表面に形成された形状付きフィルム１１４を積層した例を示す。この作用効果は、図１１を参照して説明した実施形態と同様である。

図１８（Ａ）および（Ｂ）は、透光フィルム１０２と基材１１１とを透光性を有する粘着層１０５を介して接合した例を示す。粘着層１０５には、粘着層１０４と同種の材料を用いることができる。図１８（Ａ）に示す構成例では、透光フィルム１０２は、光入射側に空隙部を有し、その光入射側に基材１１１が接合される。図１８（Ｂ）に示す構成例では、透光フィルム１０２は、光出射側に空隙部を有し、その光出射側に基材１１１が接合される。

図１８（Ｃ）は、図１７（Ａ）における基材１１１を、光拡散性を有するフィルム１１４に置き換えた構成例を示している。図１８（Ｄ）は、図１７（Ｂ）の構成例において透光フィルム１０２の光出射側に、光拡散性を有する形状付きフィルム１１５を接合した例を示している。形状付きフィルム１１５の接合に代えて、透光フィルム１０２の光出射面に直接凹凸形状を形成することで光拡散機能を付与してもよい。

１、２、３…光学素子
１１、２１、３１…光入射面
１２、２２、３２…光出射面
１３、２３…構造層
１３ａ、２３ａ…反射面
１４、２４…透光層
１０１、２０１…第１の透光フィルム
１０２、２０２…第２の透光フィルム
１０４、１０５…粘着層
１１２…プリズムシート
１１４、１１５…形状付きフィルム
１３０、２３０、３３０ａ、３３０ｂ、３３１、３３２…空隙
Ｌ１…入射光
Ｌ２…出射光
Ｗ…窓材
θ…入射角

Claims (11)

1. 第１の面と、
   前記第１の面と第１の方向に対向する第２の面と、
   前記第１の面に入射した光を前記第２の面に向けて反射する複数の反射面を有し、前記複数の反射面は、前記第１の方向に第１の長さを有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って配列され、かつ、前記第１の長さをｈ、前記反射面の配列ピッチをｐ、前記反射面に入射する光のうち前記第１の方向と前記第２の方向とが属する平面内で進行する光である入射光の前記第１の方向に対する入射角をθ、前記反射面における入射光の反射回数をｎとしたとき、６．５°≦θ≦８７．５°の範囲におけるいずれかの角度で、
   ｈ＝（２ｎ−１）・ｐ／tanθ
   の関係を満たす構造層と
   を具備する光学素子。
2. 請求項１に記載の光学素子であって、
   前記第１の長さがｘだけ増加したとき、前記反射面で反射され前記第２の面から出射される光量の、前記第１の長さの増加前に対する光量の比をＴとしたとき、
   Ｔ＝１−（tanθ／ｐ）・ｘ
   を満たす光学素子。
3. 請求項２に記載の光学素子であって、
   前記反射面は、前記第２の方向に第２の長さを有する反射体であり、
   前記第２の長さをｗとしたとき、前記光量（Ｔ）は、
   Ｔ＝｛１−（tanθ／ｐ）・ｘ｝・（ｐ−ｗ）／ｐ
   の関係を満たす光学素子。
4. 請求項３に記載の光学素子であって、
   前記構造層は、
   （ｐ−ｗ）／ｐ≧０．２
   の関係を満たす光学素子。
5. 請求項３に記載の光学素子であって、
   前記反射体は、空気層であり、
   前記反射面は、前記空気層の前記第２の方向に対向する一対の表面にそれぞれ形成され、
   前記各反射面の少なくとも一つは、前記第１の方向に平行である光学素子。
6. 請求項５に記載の光学素子であって、
   前記各反射面は、相互に非平行である光学素子。
7. 請求項５に記載の光学素子であって、
   前記各反射面の少なくとも一つは、曲面である光学素子。
8. 請求項１に記載の光学素子であって、
   前記第１の面と前記第２の面との間に、前記構造層を内包する透光性の第１の基体をさらに具備する光学素子。
9. 請求項８に記載の光学素子であって、
   前記第１の基体に積層され、周期的または非周期的に形成された光拡散性の凹凸形状を有する第２の基体をさらに具備する光学素子。
10. 請求項９に記載の光学素子であって、
    前記凹凸形状は、前記第２の方向に稜線方向を有し、前記第１の方向と前記第２の方向と直交する第３の方向に配列されたプリズムである光学素子。
11. 第１の面と、
    前記第１の面と第１の方向に対向する第２の面と、
    前記第１の面に入射した光を前記第２の面に向けて反射する複数の反射面を有し、前記複数の反射面は、前記第１の方向に第１の長さを有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って配列され、かつ、前記第１の長さをｈ、前記反射面の配列ピッチをｐ、前記反射面に入射する光のうち前記第１の方向と前記第２の方向とが属する平面内で進行する光である入射光の前記第１の方向に対する入射角をθ、前記反射面における入射光の反射回数をｎとしたとき、６．５°≦θ≦８７．５°の範囲におけるいずれかの角度で、
    ｈ＝（２ｎ−１）・ｐ／tanθ
    の関係を満たす構造層と、
    前記第１の面に対向して配置された発光体と
    を具備する照明装置。