JP2016167067A - 光学素子およびその製造方法ならびに照明装置、窓材および建具 - Google Patents

Abstract

【課題】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光学素子およびその製造方法ならびに照明装置、窓材および建具を提供する。【解決手段】第１の面Ｓ１と、前記第１の面に対向する第２の面Ｓ２と、前記第１の面および前記第２の面で規定される第１の領域の内部に配列される複数の反射面１５１ｒとを備え、前記複数の反射面が、前記第１の面に垂直な第１の方向に第１の長さｄ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、前記第１の面または前記第２の面のうち、一方の面に入射した光が、前記複数の反射面により他方の面に向けて反射され、光学素子は、第１の長さ、全反射する回数、反射面の配列ピッチｐ、反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と反射面の任意の点における接線とのなす角、第１の面および第２の面で規定される領域の内部の屈折率、等に関する条件式を満たす。【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その製造方法ならびに照明装置、窓材および建具に関する。

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。

特表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。

したがって、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できる光学素子およびその製造方法ならびに照明装置、窓材および建具を提供することにある。

本発明者らは、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。その結果、複数の反射面を有し、複数の反射面の１次元方向の長さ、配列ピッチおよび入射光の入射角が所定の関係を満たすようにされた構造層を具備する光学素子および照明装置を見出すに至った。

しかしながら、製造工程上の理由により、構造層が設計値形状からの崩れを有することがある。反射面の形状の設計値からの崩れは、期待される光学特性に好ましくない影響を及ぼしてしまう。

そこで、本発明者らは、反射面の形状に設計値からの崩れが存在する場合であっても所望の光学特性が得られるようにすべく鋭意検討した。その結果、設計値形状からの崩れと光学特性との間の関係を定量評価することにより、所定の関係式を満たすように反射面の形状が設計された光学素子およびその製造方法ならびに照明装置、窓材および建具を見出すに至った。

したがって、第１の発明は、第１の面と、
第１の面に対向する第２の面と、
第１の面および第２の面で規定される第１の領域の内部に配列される複数の反射面と
を備え、
複数の反射面が、第１の面に垂直な第１の方向に第１の長さを有し、第１の方向と直交する第２の方向に沿って配列され、
第１の面または第２の面のうち、一方の面に入射した光が、複数の反射面により他方の面に向けて反射され、
下記の（１）式および（９）式を満たす光学素子である。
（ただし、ｄ：第１の長さ、ｎ：同一の反射面において入射光が全反射する回数、ｐ：反射面の配列ピッチ、β：反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と、反射面の任意の点における接線とのなす角（６．５°≦β≦８７．５°）、Ｎ：自然数の集合、ｎ_ｐ：第１の面および第２の面で規定される領域の内部の屈折率、ｎ_ａｉｒ：空気の屈折率、α：光学素子に入射する光の入射角、ψ：第１および第２の方向を含む面において、反射面の任意の点における接線と第１の方向とのなす角。）

第２の発明は、第１の面と、
第１の面に対向する第２の面と、
第１の面および第２の面で規定される第１の領域の内部に配列される複数の反射面と
を備え、
複数の反射面が、少なくとも一部に曲率を有するとともに、第１の面に垂直な第１の方向に第１の長さを有し、第１の方向と直交する第２の方向に沿って配列され、
第１の面または第２の面のうち、一方の面に入射した光が、複数の反射面により他方の面に向けて反射され、
下記の（１）式および（１６）式を満たす光学素子である。
（ただし、ｄ：第１の長さ、ｎ：同一の反射面において入射光が全反射する回数、ｐ：反射面の配列ピッチ、β：反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と、反射面の任意の点における接線とのなす角（６．５°≦β≦８７．５°）、Ｎ：自然数の集合、ｎ_ｐ：第１の面および第２の面で規定される領域の内部の屈折率、ｎ_ａｉｒ：空気の屈折率、ξ：反射面のうち曲率を有する部分をレンズとみなしたときに、反射面に入射した光が、集光後拡散された際の光の広がりの角度。）

第３の発明は、第１の面と、
第１の面に対向する第２の面と、
第１の面および第２の面で規定される第１の領域の内部に配列される複数の反射面と
を備え、
複数の反射面が、微細な凹凸を有するとともに、第１の面に垂直な第１の方向に第１の長さを有し、第１の方向と直交する第２の方向に沿って配列され、
第１の面または第２の面のうち、一方の面に入射した光が、複数の反射面により他方の面に向けて反射され、
反射面で反射された光のエネルギ分布が正反射方向を中心とするガウス分布を有し、該ガウス分布の標準偏差が、５°以下とされ、かつ下記の（１）式を満たす光学素子である。
（ただし、ｄ：第１の長さ、ｎ：同一の反射面において入射光が全反射する回数、ｐ：反射面の配列ピッチ、β：反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と、反射面の任意の点における接線とのなす角（６．５°≦β≦８７．５°）、Ｎ：自然数の集合。）

第４の発明は、原盤に形成された凹凸形状を転写材料に転写することにより、転写面に複数の反射面を有する第１の光透過層を形成する工程と、
第１の光透過層と第２の光透過層とを接合する工程と
を備え、
複数の反射面が、転写面の凹凸形状の深さ方向に第１の長さを有し、深さ方向と直交する第２の方向に沿って配列され、
第１の光透過層または第２の光透過層のうち、一方の一主面に入射した光が、複数の反射面により他方の一主面に向けて反射され、
下記の（１）式および（９）式を満たす光学素子の製造方法である。
（ただし、ｄ：第１の長さ、ｎ：同一の反射面において入射光が全反射する回数、ｐ：反射面の配列ピッチ、β：反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と、反射面の任意の点における接線とのなす角（６．５°≦β≦８７．５°）、Ｎ：自然数の集合、ｎ_ｐ：第１の光透過性部材の屈折率、ｎ_ａｉｒ：空気の屈折率、α：光学素子に入射する光の入射角、ψ：第１および第２の方向を含む面において、反射面の任意の点における接線と第１の方向とのなす角。）

第５の発明は、原盤に形成された凹凸形状を転写材料に転写することにより、転写面に複数の反射面を有する第１の光透過層を形成する工程と、
第１の光透過層と第２の光透過層とを接合する工程と
を備え、
複数の反射面が、少なくとも一部に曲率を有するとともに、転写面の凹凸形状の深さ方向に第１の長さを有し、深さ方向と直交する第２の方向に沿って配列され、
第１の光透過層または第２の光透過層のうち、一方の一主面に入射した光が、複数の反射面により他方の一主面に向けて反射され、
下記の（１）式および（１６）式を満たす光学素子の製造方法である。
（ただし、ｄ：第１の長さ、ｎ：同一の反射面において入射光が全反射する回数、ｐ：反射面の配列ピッチ、β：反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と、反射面の任意の点における接線とのなす角（６．５°≦β≦８７．５°）、Ｎ：自然数の集合、ｎ_ｐ：第１の光透過性部材の屈折率、ｎ_ａｉｒ：空気の屈折率、ξ：反射面のうち曲率を有する部分をレンズとみなしたときに、反射面に入射した光が、集光後拡散された際の光の広がりの角度。）

第６の発明は、原盤に形成された凹凸形状を転写材料に転写することにより、転写面に複数の反射面を有する第１の光透過層を形成する工程と、
第１の光透過層と第２の光透過層とを接合する工程と
を備え、
複数の反射面が、微細な凹凸を有するとともに、転写面の凹凸形状の深さ方向に第１の長さを有し、深さ方向と直交する第２の方向に沿って配列され、
第１の光透過層または第２の光透過層のうち、一方の一主面に入射した光が、複数の反射面により他方の一主面に向けて反射され、
反射面で反射された光のエネルギ分布が正反射方向を中心とするガウス分布を有し、該ガウス分布の標準偏差が、５°以下とされ、かつ下記の（１）式を満たす光学素子の製造方法である。
（ただし、ｄ：第１の長さ、ｎ：同一の反射面において入射光が全反射する回数、ｐ：反射面の配列ピッチ、β：反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と、反射面の任意の点における接線とのなす角（６．５°≦β≦８７．５°）、Ｎ：自然数の集合。）

本発明では、第１の面もしくは第２の面のうち、一方の面に入射した光が、複数の反射面により他方の面に向けて反射される。または、第１の光透過層もしくは第２の光透過層のうち、一方の一主面に入射した光が、複数の反射面により他方の一主面に向けて反射される。反射面の形状は、設計値形状からの崩れの種類に応じて、所定の関係式を満たすように設計される。したがって、構造層に設計値形状からの崩れが存在しても、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。ここで、設計値形状とは、例えば、矩形形状とされる複数の構造単位から構造層が構成される場合、該矩形形状が、歪みのない理想的な形状であることを指す。

本発明によれば、構造層に設計値形状からの崩れが存在しても、所望の光学特性を得ることができる。

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。 図８は、構造層形状の倒れや曲がりの例を示す断面模式図である。 図９は、構造層形状の倒れや曲がりの例を示す断面模式図である。 図１０は、反射面が出射側に向かい上向きに傾斜している場合の、光学素子の内部を進む光の様子を模式的に示した要部断面図である。 図１１は、反射面が出射側に向かい下向きに傾斜している場合の、空隙の近傍の様子を模式的に示した要部断面図である。 図１２は、構造層を形成する構造単位の先端形状が丸みを有するものである場合に、丸みの存在が上方透過率に与える影響を説明するための図である。 図１３は、構造層を形成する構造単位の先端形状が丸みを有するものである場合に、丸みの存在が上方透過率に与える影響を説明するための図である。 図１４は、拡散光が反射面によって全反射されるための条件を説明するための図である。 図１５は、先端形状の丸みに起因する上方透過率に対する影響を緩和する方法の一例を説明するための略線図である。 図１６は、先端形状の丸みに起因する上方透過率に対する影響を緩和するための第２または第３の方法により、第１の光透過層と第２の光透過層とを熱溶着または溶剤溶着したときの光学素子の断面の例を模式的に示した図である。 図１７は、構造層形状の表面が微細な凹凸を有するものである場合に、微細な凹凸の存在が上方透過率に与える影響を説明するための図である。 図１８は、シミュレーションにおいて想定した構造層形状を説明するための図である。 図１９は、照射角度を６０°としたときのシミュレーション結果を説明するための図である。 図２０は、照射角度を３０°としたときのシミュレーション結果を説明するための図である。 図２１Ａは、試験例１−１〜試験例１−３に示す構造層を形成する構造単位に対するシミュレーションの結果示す図である。図２１Ｂは、試験例１−４〜試験例１−７に示す構造層を形成する構造単位に対するシミュレーションの結果を示す図である。 図２２は、照射角度が６０°のとき、曲率が大きくなるにつれて、光学素子に入射する光を取り込む作用が低下する様子を示す図である。 図２３には、照射角度が６０°のとき、曲率が大きくなるにつれて、光学素子に入射する光を取り込む作用が低下する様子を示す図である。 図２４Ａは、試験例２−１〜試験例２−３に示す構造層を形成する構造単位に対する、σ＝５°の条件下におけるシミュレーションの結果を示す図である。図２４Ｂは、試験例２−４〜試験例２−６に示す構造層を形成する構造単位に対する、σ＝５°の条件下におけるシミュレーションの結果を示す図である。 図２５Ａおよび図２５Ｂは、本発明の第１の変形例に係る光学素子を示す図である。 図２６は、第２の変形例に係る光学素子３０１の斜視図である。 図２７は、第３の変形例を示す図である。 図２８Ａは、採光部に光学素子を備える建具の一構成例を示す斜視図である。図２８Ｂは、採光部材の一構成例を示す断面図である。 図２９Ａは、上下に対向する面の間の距離が、光入射面側から光出射面側に向かって連続的に小さくなるようにされた空隙を有する構造層を備えた光学素子を模式的に示す図である。図２９Ｂは、光入射面側から光出射面側に向かって、上下の反射面が＋Ｚ方向へ傾斜する空隙と、上下の反射面が−Ｚ方向へ傾斜する空隙とが、Ｚ軸方向に交互に配列された構造を有する光学素子を示す図である。図２９Ｃは、Ｘ軸に対して所定の傾斜角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を備える光学素子を模式的に示した図である。 図３０は、光学素子の積層構造の他の例を示す図である。 図３１は、光学素子の積層構造の他の例を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照しながら以下の順序で説明する。
１．第１の実施形態（構造層形状に倒れや曲がりが存在する例）
２．第２の実施形態（構造層を形成する構造単位の先端形状に丸みが存在する例）
３．第３の実施形態（構造層形状の表面に微細な凹凸が存在する例）
４．変形例

＜１．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。光学素子１は、屋外から照射される太陽Ｄからの入射光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、建屋の窓材に使用される。光学素子１は、上空から照射される入射光Ｌ１を室内Ｒの天井Ｃに向けて指向的に出射する機能を有する。天井Ｃに向けて取り込まれた太陽光は、天井Ｃ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ＩＬの使用電力の削減が図られることになる。

［光学素子の概略的構成］
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の光透過層３、第２の光透過層５および基材１１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の厚み方向であり、光入射面Ｓ１と垂直の方向である。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の光透過層３は、例えば、透明性を有する材料を主成分とする。第１の光透過層３の材料としては、例えば、トリアセチルセルロース（Ｔｒｉａｃｅｔｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ〔ＴＡＣ〕）、ポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ、熱可塑性ポリエステル系エラストマー（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ〔ＴＰＥＥ〕））、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ〔ＰＥＴ〕）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ〔ＰＩ〕）、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ〔ＰＡ〕）、アラミド、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ〔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（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ〔ＰＰ〕）、ジアセチルセルロース、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂（ポリメタクリル酸メチル（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ〔ＰＭＭＡ〕））、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ〔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の光透過層５は、第１の光透過層３と対向する一方の面１５ａに、後述する構造層１５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。形状転写性に優れた樹脂材料としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、または紫外線硬化樹脂などのエネルギ線硬化性樹脂組成物を挙げることができる。本願明細書において、エネルギ線硬化性樹脂組成物とは、エネルギ線を照射することによって硬化させることができる樹脂組成物を意味する。ここで、エネルギ線とは、紫外線、可視光線等に代表されるエネルギ線を意味する。

第２の光透過層５の面１５ａは、例えば、透明な接着層７を介して第１の光透過層３に接合されている。これにより、構造層１５を内包する透明層２１が形成される。透明層２１は、第１の光透過層３、第２の光透過層５および接着層７で構成される。なお、本願明細書にいう接着層には、粘着層が含まれるものとする。

第２の光透過層５は、例えば、透明性を有する材料を主成分とする。第２の光透過層５は、第１の光透過層３と同種の樹脂材料で形成されてもよいが、第２の光透過層５は、紫外線硬化樹脂を主成分とすることが好ましい。また、第２の光透過層５は、ガラスで形成されてもよい。

紫外線硬化樹脂は、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、離型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、アクリロイル基または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。

また、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル、ポリエステル樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、メラミン樹脂、ナイロン系樹脂などが挙げられる。

熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリウレタン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂などが挙げられる。いずれも、透明性の高い材料が好ましい。

基材１１は、第２の光透過層５の他方の面１５ｂ（第２の面）に積層された、光透過性の樹脂フィルムで形成されている。基材１１は、保護層としての機能をも有し、例えば、透明性を有する材料を主成分とし、例えば、第１の光透過層３と同種の樹脂材料を主成分としている。基材は、第２の光透過層５の外表面だけでなく、第１の光透過層３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Ｆの室内側に積層される。窓材Ｆには各種ガラスが用いられ、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。本発明の一実施形態に係る光学素子１においては、第１の光透過層３の外表面が光入射面として形成され、基材１１の外表面が光出射面として形成される。なお、基材１１は必要に応じて省略可能であり、この場合、第２の光透過層５の表面１５ｂが光出射面として形成されることが好ましい。

（構造層）
次に、構造層１５の詳細について説明する。

構造層１５は、上下方向（Ｚ軸方向）に所定ピッチで配列された空隙１５１の周期構造を有する。空隙１５１は、Ｘ軸方向（第１の方向）に深さｄ（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１５１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１５１各々の上面は、光入射面Ｓ１から入射した光Ｌ１を光出射面Ｓ２に向けて反射する反射面１５１ｒを形成する。すなわち、反射面１５１ｒは、第２の光透過層５を構成する樹脂材料（第１の媒質）と空隙１５１内の空気（第２の媒質）との界面で形成される。本発明の一実施形態では、第２の光透過層５の相対屈折率が例えば１．３〜１．７とされ、空隙１５１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１５１内に第２の光透過層５よりも低屈折率の材料が充填されることで反射面１５１ｒが形成されてもよい。

図３は、反射面１５１ｒの作用を説明する模式図である。反射面１５１ｒは、反射面１５１ｒ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。ここで、本願明細書にいう上方とは、光出射面Ｓ２から出射される出射光Ｌ２の出射角θ_ｏｕｔ（図２）が、０°以上９０°以下となる方向を指す。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において、反射面１５１ｒのＸ軸方向に対する長さをｄ、配列ピッチをｐ、反射面１５１ｒに入射する光のＸＺ平面への射影とＸ軸とのなす角をβとする。以下、反射面１５１ｒのＸＺ断面の輪郭線と、反射面１５１ｒに入射する光のＸＺ平面への射影とのなす角を照射角度と適宜称する。反射面１５１ｒが曲率を有している場合には、ＸＺ断面の輪郭線に接線を引き、該接線と反射面１５１ｒに入射する光のＸＺ平面への射影とのなす角をとればよい。図３に示す例では、角βが照射角度に相当する。ここで、以下の（１）式を満たすとき、反射面１５１ｒにおいて入射光Ｌ１が全反射する。図３に示す例では、反射面１５１ｒに照射角度βで入射する全入射光線は、角度β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１５１ｒにおいて入射光Ｌ１が全反射する回数を表す。

本発明の一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照射角度βで、上記（１）式を満たすように、反射面１５１ｒのＸ軸方向に対する長さｄおよび配列ピッチｐが設定される。（１）式を満たす角度を以下、設定照射角という。

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（β））は、ＸＺ面内において入射光Ｌ１とＸ軸とがなす角βと、反射面１５１ｒ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が設定照射角とは異なる角度で反射面１５１ｒ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。反射面１５１ｒに対する照射角度の変化は、反射面１５１ｒのＸ軸方向に対する長さｄの変化として考えることができる。図４は、反射面１５１ｒのＸ軸方向に対する長さがｘだけ増加したときの上方への出射光量の変化を説明する模式図である。図４に示すように、反射面１５１ｒのＸ軸方向に対する長さが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１５１ｒのＸ軸方向に対する長さの増加は、隣接する反射面の間での光の多重反射を引き起こし、下方へ反射される光Ｌ３の増加を招く。したがって、図４に示した例では、設定照射角における上方への出射光量（Ｔ（β））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１５１ｒによる上方への出射光量は、入射角の設定照射角からの変化に応じて変化し、設定照射角からの変化量が大きいほど出射光量の減少量も大きくなる。したがって、設定照射角は、当該設定照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１５１ｒへ入射する光の照射角度の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、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。

本発明の一実施形態では、例えば６．５°以上８７．５°以下の範囲に設定照射角が存在するように反射面１５１ｒ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。設定照射角は、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１５１ｒのＸ軸方向に対する長さｄ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ｄ＝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１５１ｒは、Ｚ軸方向に幅ｗを有する空隙１５１の表面に形成される。したがって、本発明の一実施形態に係る光学素子１における反射面１５１ｒの実質的な配列ピッチは、空隙１５１の幅ｗの大きさの影響を受けることになる。図５は、反射面１５１ｒの配列ピッチｐと、空隙１５１の幅ｗとの関係を示す。図５に示すように、反射面１５１ｒ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１５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１５１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１５１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。したがって、空隙１５１の幅ｗを考慮した入射光Ｌ１の反射面１５１ｒ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。

本発明の一実施形態では、空隙１５１の幅ｗの大きさは、例えば、０．１μｍ以上とされ、その上限は、例えば、反射面１５１ｒの配列ピッチｐの大きさで定まる。また、構造層１５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。

［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７Ａ〜図７Ｃは、本発明の一実施形態に係る光学素子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７Ａに示すように、第２の光透過層５を作製するための原盤１０５を準備する。原盤１０５は、金型、樹脂型等で構成され、その一方の表面に、構造層１５に対応する形状の凹凸形状１１５が形成されている。そして、図７Ｂに示すように、この原盤１０５の凹凸形状１１５を転写材料に転写することで、構造層１５を有する第２の光透過層５が形成される。

転写材料としては、エネルギ線硬化性樹脂組成物、樹脂シートまたは樹脂フィルム上にエネルギ線硬化性樹脂組成物を塗布したものなどを用いることができる。エネルギ線硬化性樹脂組成物としては、紫外線硬化樹脂を用いることが好ましい。

具体的には、第２の光透過層５の材料として紫外線硬化樹脂を用いる場合には、基材１１と原盤１０５との間に当該樹脂を挟み込んだ状態で、例えば、基材１１を介して紫外線を照射することで、第２の光透過層５が作製される。この場合、基材１１には、紫外線の透過性に優れたＰＥＴ等の樹脂材料を用いることが好ましい。

また、第２の光透過層５は、ロール・ツー・ロール方式で連続的に製作することも可能である。この場合、原盤１０５は、ロール形状に形成することができ、例えば、転写法などを用いて原盤の凹凸形状を転写材料に転写することができる。

転写法としては、例えば、帯状の樹脂シートをロールから供給し、熱や圧力を加えながら型の形状を転写する方法（ラミネート転写法）などが挙げられる。また、例えば、帯状の樹脂フィルムに未硬化のエネルギ線硬化性樹脂組成物を塗布し、エネルギ線硬化性樹脂組成物を、ロール形状とされた原盤にニップさせながらエネルギ線を照射して硬化させる方法が挙げられる。エネルギ線としては、例えば、電子線、紫外線、可視光線、ガンマ線、電子線などを用いることができ、生産設備の観点から、紫外線が好ましい。

次に、図７Ｃに示すように、第２の光透過層５を、例えば、接着層７を介して第１の光透過層３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。第１の光透過層と第２の光透過層との接合は、加熱や加圧により溶着させてもよいし、化学溶剤を用いて溶着させてもよい。

上記製造方法によれば、構造層１５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、原盤の凹凸形状を複雑な形状とする必要がなく、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の光透過層５に基材１１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Ｆ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。本発明の一実施形態によれば、構造層１５の各反射面１５１ｒ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Ｓ２から上方へ向けて出射させることができる。したがって、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。

上述したように、光学素子の内部に構造層を形成することにより、光学素子からの出射光の配光分布を制御することが可能である。このとき、構造層の形状に設計値形状からの崩れが存在すると、期待した光学特性を満たさないということが起こり得る。そこで、本発明者らは検討を重ね、崩れを分類し、光学特性との関係を定量評価することにより、所定の関係式を満たすように構造層を設計することを見出した。

構造層の形状における設計値形状からの崩れのうち、光学素子１の光学特性に好ましくない影響を与えるものとして、以下の３つを挙げることができる。
・構造層形状の倒れ・曲がり
・構造層を形成する構造単位の先端形状
・構造層形状の表面の粗度

これらは、例えば製造工程上の理由により発生するが、発生を完全に防止することは困難である。したがって、崩れに対する許容範囲を策定することが、期待する光学特性を得るための方法の一つとして有効である。

第１の実施形態に係る光学素子は、構造層形状に倒れや曲がりが存在した場合であっても、上方への出射光量の減少が抑えられた光学素子に関する。以下、光学素子に入射した光のうち、光学素子に対して上方へ出射される光の割合を上方透過率と適宜記載する。

図８および図９は、構造層形状の倒れや曲がりの例を示す断面模式図である。接着層７および基材１１の図示は省略している。図８Ａ、ＣおよびＥは、空隙１５１が、出射側に向かい上向きに傾斜している例である。図８Ｂ、ＤおよびＦのそれぞれに、反射面１５１ｒでの反射の様子を模式的に示す。図８ＣおよびＥに示す例では、反射面１５１ｒはある曲率を有している。図９Ａ、ＣおよびＥは、空隙１５１が、出射側に向かい下向きに傾斜している例である。図９Ｂ、ＤおよびＦのそれぞれに、反射面１５１ｒでの反射の様子を模式的に示す。図９ＣおよびＥに示す例では、反射面１５１ｒはある曲率を有している。図８および図９では、空隙１５１の断面形状として、対向する辺のそれぞれが略平行とされた例を示しているが、空隙１５１の断面形状の例は、これらに限られない。例えば、一辺だけが曲率を有している形状や、対向する辺がそれぞれ空隙の外部へ向けて膨らんでいる形状等、種々の場合を考えることができる。

以下では、反射面１５１ｒの形状に着目して説明を行う。なお、以下の説明において、第１の光透過層３と第２の光透過層５の間の屈折率差は、無視できるほど小さいものとする。接着層７や基材１１が、光学素子１の内部のいずれかの位置に介在する場合においても、第１の光透過層３または第２の光透過層５との間の屈折率差は、無視できるほど小さいものとする。

光学素子１への入射光Ｌ１は、光入射面Ｓ１で屈折し、反射面１５１ｒで反射される。反射面１５１ｒで反射された光は、光出射面Ｓ２で屈折し、光学素子１の外部へ出射される。構造層１５に倒れや曲がりが存在すると、反射面１５１ｒに対する照射角度が設計値からずれ、光学素子１から上方に向けて出射される光量に変化が生じてしまう。このとき、空隙１５１が、出射側に向かい上向きに傾斜しているか、下向きに傾斜しているかのどちらであるかによって、上方に向けて出射される光量の変化の過程は異なる。

（出射側に対して上向きの傾斜）
図８に示すように、反射面１５１ｒが、出射側に向かい上向きに傾斜している場合、反射面１５１ｒで反射されたのち光出射面Ｓ２に入射する光の光出射面Ｓ２に対する入射角が、設計値からずれてしまう。そのため、光出射面Ｓ２において意図しない全反射が起こり、上方透過率が低下してしまう。

図１０は、反射面が出射側に向かい上向きに傾斜している場合の、光学素子の内部を進む光の様子を模式的に示した要部断面図である。図１０に示す例では、反射面１５１ｒが、Ｘ軸に対して角度ψだけ傾斜している。以下、角度ψを傾斜角と適宜記載する。

図１０に示すように、入射角αで光学素子１へ入射する入射光Ｌ１は、入射面Ｓ１で屈折する。このときの屈折角をφとする。光学素子１の内部を進む光は、照射角度（φ＋ψ）でもって反射面１５１ｒに入射し、反射面１５１ｒで反射されたのち、光出射面Ｓ２に向かって進む。光出射面Ｓ２へ入射した光は、光出射面Ｓ２で屈折し、外部への出射光Ｌ２となる。このとき、光出射面Ｓ２への入射角度は（φ＋２ψ）である。

光学素子１の外部へ出射される光の成分の減少を抑制するには、光出射面Ｓ２において全反射が起こらないようにすることが有効であるが、このときの臨界角は、光出射面Ｓ２に対する入射角度が（φ＋２ψ）であることから、傾斜角ψの大きさに依存する。

空気の屈折率をｎ_ａｉｒ、光学素子１内部の屈折率をｎ_ｐとすると、光入射面Ｓ１において、以下の（７）式が成り立つ。また、光出射面からの出射光Ｌ２の出射角をθ_ｏｕｔとすると、光出射面Ｓ２で全反射が起こらないための条件は、以下の（８）式で表される。

（７）式、（８）式から、以下の（９）式を得る。

したがって、構造層形状の倒れが上記（９）式を満たすこととなるように光学素子１の設計を行えば、光出射面Ｓ２における全反射を抑制することができ、上方透過率の低下を抑制することができる。

なお、上記（９）式は、空隙１５１の断面形状が曲がりを有している場合にも適用することができる。この場合、角度ψとして、反射面１５１ｒのＸＺ断面の輪郭線にひいた接線のうち、Ｘ軸に対する傾きが最大となるものとＸ軸とがなす角度をとればよい。

（出射側に対して下向きの傾斜）
図９に示すように、反射面１５１ｒが、出射側に向かい下向きに傾斜している場合、反射に寄与する面積の減少と同様の影響が生じる。例えば、Ｘ軸に対してごく浅い角度をなす方向からの入射光は、反射面１５１ｒでの反射が起こらない。そのため、反射面１５１ｒにおける反射光が減少し、その減少分が光学素子１の下方へ向けて出射されてしまう。

図１１は、反射面が出射側に向かい下向きに傾斜している場合の、空隙の近傍の様子を模式的に示した要部断面図である。図１１Ａに示す例では、反射面１５１ｒが、Ｘ軸に対して角度ψだけ傾斜している。図１１Ｂに示す例では、反射面１５１ｒが、上方に凸となる曲率を持ちながら全体として下向きに傾斜している。また、図１１Ｃに示す例では、ＸＺ断面において、反射面１５１ｒの光入射側および光出射側の端点を結ぶ直線が、Ｘ軸に対して角度ψだけ傾斜している。なお、図１１において、反射面１５１ｒに入射する光とＸ軸とのなす角をφとする。

図１１Ａおよび図１１Ｂの場合と、図１１Ｃの場合とに分けて検討する。図１１Ａおよび図１１Ｂの場合、反射面１５１ｒで確実に反射を起こさせるためには、ＸＺ断面において、反射面１５１ｒの光入射側の端点における接線の傾きが、反射面１５１ｒに入射する光とＸ軸とのなす角に対して小さいことが必要である。すなわち、図１１Ａに示す例では、傾斜角ψが角φに対して小となるように光学素子１の設計を行えばよい。

図１１Ｃの場合、反射面１５１ｒで確実に反射を起こさせるためには、ＸＺ断面において、反射面１５１ｒの光入射側および光出射側の端点を結ぶ直線の傾きが、反射面１５１ｒに入射する光とＸ軸とのなす角に対して小さいことが必要である。すなわち、図１１Ｃに示す例では、傾斜角ψが角φに対して小となるように光学素子１の設計を行えばよい。

したがって、構造層形状の倒れまたは曲がりに応じて、反射面１５１ｒの入射光線側の端点における接線の傾きが、反射面１５１ｒに入射する光とＸ軸とのなす角に対して小となるように光学素子１の設計を行う。または、反射面１５１ｒの光入射側および光出射側の端点を結ぶ直線の傾きが、反射面１５１ｒに入射する光とＸ軸とのなす角に対して小となるように光学素子１の設計を行う。なお、第１の長さｄとしては、ＸＺ面における反射面１５１ｒの輪郭線の長さをとればよい。このような設計を行うことで、入射する光を反射面１５１ｒにおいて確実に反射させることができる。さらに、反射面１５１ｒで反射された光が、光出射面Ｓ２で全反射されないようにすることで、上方透過率の低下を抑制することができる。

以上より、構造層形状の倒れまたは曲がりが、上記（９）式を満たすこととなるように光学素子１の設計を行えばよいことがわかる。この場合において、傾斜角ψを、ＸＺ面において、反射面１５１ｒの任意の点における接線とＸ軸とのなす角と読み替えれば、空隙１５１が出射側に向かい上向きに傾斜しているか、下向きに傾斜しているかに関わらず、光出射面Ｓ２における全反射を抑制することができる。したがって、構造層形状に倒れや曲がりが存在した場合であっても、上方透過率の低下を抑制することができる。

＜２．第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る光学素子は、構造層を形成する構造単位の先端形状に丸みが存在した場合であっても、光学素子に対して上方へ出射される光量の減少が抑えられた光学素子に関する。ここで、形状先端とは、光が入射してくる側に突出した構造の頂部をいう。

図１２および図１３は、構造層を形成する構造単位の先端形状が丸みを有するものである場合に、丸みの存在が上方透過率に与える影響を説明するための図である。構造層を形成する構造単位の先端形状として、図１２Ａ〜Ｃに示す先端形状を想定し、シミュレーションを行った。シミュレーションは、ＯＲＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）社の光学シミュレーションソフト（Ｌｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓ）を用いた。以下、シミュレーションを用いた説明においては、構造層は樹脂などで包埋されておらず、光は形状先端側から入射されるものであるとする。

図１３Ａ〜Ｃは、図１２Ａ〜Ｃに示す先端形状にそれぞれ対応するシミュレーション結果を示す略線図である。図１３Ａは、構造単位の先端形状に丸みがない（曲率がない）場合、図１３Ｂは、構造単位の先端における曲率が０．０１の場合、図１３Ｃは、構造単位の先端における曲率が０．０２の場合に相当する。図１３に示すように、先端形状が丸みを有することにより、先端形状がレンズのように作用し、構造層に入射した光が疑似的な焦点において結像したのち、拡散することがわかった。このような集光作用により、反射面１５１ｒで反射される光量が減少し、上方透過率の低下につながることがわかった。また、上方透過率の低下は、丸みの増大に伴い顕著になることがわかった。したがって、反射面１５１ｒに入射する光が拡散光となった場合であっても、そのほとんどが反射面１５１ｒにおける全反射条件を満たすように光学素子１の設計を行えば、先端形状の丸みによる光学素子１の光学特性への影響を低減することができる。

図１４は、拡散光が反射面によって全反射されるための条件を説明するための図である。図１４Ａは、構造層の一部を模式的に示した要部断面図である。図１４Ａに示すように、構造層の形状先端側から入射角度αで入射した光は、入射面で屈折して反射面１５１ｒに向かう。このときの屈折角をβとすると、入射角αと屈折角βは、以下の（１０）式の関係を満たす。

入射面で屈折した光は、反射面１５１ｒに照射角度βで入射する。照射角度βが以下の（１１）式を満たすとき、反射面１５１ｒにおいて全反射が起こる。

図１４Ｂは、構造層を形成する構造単位の先端を模式的に示した断面図である。構造先端は、Ｚ軸方向（第２の方向）に幅Ｖを有するものとし、形状先端の丸みは、半径Ｒの円弧であるものとする。また、丸み部分をレンズとみなしたときの焦点をｆ、仮想的な光軸と構造単位との交点をＡおよびＢとする。焦点ｆで集光したのち、拡散する光の広がりをξとすると、反射面１５１ｒへの照射角度はβ〜（β＋ξ）の範囲にある。以下、光の広がりξを便宜上、拡散角ξと称する。

ここで、拡散角ξと構造単位の形状との関係について考える。円弧の端点をａ、ｂとし、点ａおよび点ｂを結ぶ直線と仮想的な光軸ＡＢとの交点から焦点ｆまでの距離をｌ_１とする。また、焦点ｆから点Ｂまでの距離をｌ_２とする。点Ｂを通り、仮想的な光軸ＡＢと垂直な直線を引き、点ａおよび焦点ｆを結ぶ直線との交点をｄとする。また、仮想的な光軸ＡＢと垂直な直線を引き、点ｂおよび焦点ｆを結ぶ直線との交点をｃとする。点ｃと点ｄとの間の距離Ｄを、形状先端の丸み部分がレンズであるとみなしたときの光拡散の度合いであると考えることができる。

三角形ａｂｆと三角形ｄｃｆは相似の関係にあるから、以下の（１２）式が成り立つ。

ここで、焦点ｆから点Ｂまでの距離ｌ_２は、以下の（１３）式を満たす。

（１２）式および（１３）式から、光拡散の度合いＤは、円弧ａＡｂの半径Ｒ、距離ｌ_１および構造先端のＺ軸方向の幅Ｖを用いて、以下の（１４）式によって表される。

したがって、集光後の光線の拡散角ξは、（１４）式のＤを用いて以下の（１５）式によって表される。

ここで、反射面１５１ｒに照射角度βで入射した光が反射面１５１ｒにおいて全反射されるための条件は、（１１）式で表される。また、形状先端の丸み部分をレンズとみなしたとき、集光後に拡散された光の、反射面１５１ｒに対する照射角度は、β〜（β＋ξ）の範囲にある。これらから、拡散光が反射面１５１ｒによって全反射されるための条件は、以下の（１６）式で表されることがわかる。

なお、（１０）式および（１１）式から、入射角度αが、以下の式（１７）の範囲にあることが望ましい。

以上より、（１６）式で表される条件のもとで、（１７）式で表される条件が満たされるように光学素子１の設計を行う。このような設計を行うことで、先端形状の丸みによる光学素子１の上方透過率の低下を抑制することができる。

（形状先端の丸みに対する光学補償）
図７を参照して説明したように、第２の実施形態に係る光学素子は、原盤の凹凸形状が転写された光透過層と他の光透過層とを接着することにより形成することができる。すなわち、構造層を形成する構造単位の形状先端側には、接着層が配置される。したがって、原盤の凹凸形状が転写された光透過層の形状先端と他の光透過層との接着工程を工夫することにより、先端形状の丸みに起因する上方透過率に対する影響を緩和することができる。

図１５は、先端形状の丸みに起因する上方透過率に対する影響を緩和する方法の一例を説明するための略線図である。図１５Ａ〜図１５Ｃは、上方透過率に対する影響を緩和する第１の方法〜第３の方法にそれぞれ対応する。

上方透過率に対する影響を緩和する第１の方法は、形状先端と他の光透過層とを接着剤または粘着剤を介して貼り合わせるようにし、形状先端の少なくとも一部を接着剤または粘着剤からなる貼合層に埋没させる方法である。図１５Ａに示すように、形状先端の丸みを有する部分が、貼合層３７に埋没されるようにすることで、形状先端の丸み部分による光拡散を低減させることができる。図１５Ａに示す例では、接着剤または粘着剤があらかじめセパレータ３９の片面上に形成されているので、セパレータ３９を介して圧力をかけることで、形状先端を貼合層３７に埋没させることができる。または、形状先端と貼合層３７とを接着した後にセパレータ３９を剥離し、他の光透過層と形状先端とを貼合層３７を介して接着する際に圧力をかけることで、形状先端を貼合層３７に埋没させることができる。この場合において、貼合層３７の材料と構造層の構造先端を形成する材料との屈折率差が、できる限り小さくされていることが好ましい。

上方透過率に対する影響を緩和する第２の方法は、形状先端の表層部を化学溶剤により膨潤させたうえで、圧力を加えながら、形状先端と他の光透過層とを接着する方法である。図１５Ｂに示すように、化学溶剤により膨潤した形状先端と他の光透過層とを圧着する。このようにして、形状先端の丸み形状を設計値形状に近づけるようにし、例えば、上述した手順で求められる設計上の許容範囲内のものとする。

第２の方法に用いる化学溶剤としては、基本的には使用する樹脂を溶解できればどのような化学溶剤を用いてもよいが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒、トルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチルなどのエステル系、炭化水素系（鎖状、環状、Ｎ−メチルピロリドンなどの複素環式も含む）など適宜選択できる。使用する樹脂の溶解性パラメーターと近い溶解性パラメーターを有する化学溶剤を用いるとよい。

上方透過率に対する影響を緩和する第３の方法は、形状先端に熱および圧力を加えながら、形状先端と他の光透過層とを接着する方法である。図１５Ｃに示すように、第１の光透過層を介して形状先端に熱Ｈを加え、他の光透過層と圧着することで、形状先端の丸み形状を設計値形状に近づけるようにし、例えば、上述した手順で求められる設計上の許容範囲内のものとする。このようにすることで、形状先端において丸み部分が占める割合を低減させることができ、形状先端の丸み部分による光拡散を低減させることができる。

図１６は、上述した第２または第３の方法により、第１の光透過層３と第２の光透過層５とを熱溶着または溶剤溶着したときの光学素子の断面の例を模式的に示した図である。構造層を形成する構造の先端形状が、図１６Ａに示すような形状であったときに、上述した第２の方法により、形状先端と他の光透過層とを接着を行った。そのときに得られた光学素子１の断面形状は、図１６Ｂに示すように、形状先端における頂部が溶着され、界面が確認できないものとなっていた。したがって、形状先端において丸み部分が占める割合を低減させることができ、形状先端の丸み部分による光拡散を低減させることができる。また、上述した第２または第３の方法を適用して熱溶着または溶剤溶着したときの圧力が過多であると、図１６Ｃに示すような断面形状となることがある。この場合も、形状先端における頂部が溶着されて界面が確認できないものとなるため、形状先端の丸み部分による光拡散を低減させることができる。

＜３．第３の実施形態＞
第３の実施形態に係る光学素子は、構造層形状の表面に微細な凹凸が存在する場合であっても、光学素子に対して上方へ出射される光量の減少が抑えられた光学素子に関する。

図１７は、構造層形状の表面が微細な凹凸を有するものである場合に、微細な凹凸の存在が上方透過率に与える影響を説明するための図である。図１７Ａは、構造層の一部を模式的に示した要部断面図である。光学素子の構造層形状の表面すなわち反射面１５１ｒは、理想的には、平滑面であることが望ましいが、図１７Ａに示すように、反射面１５１ｒには微細な凹凸が存在する。この微細な凹凸は、例えば、原盤を製作する際に生じた微細な凹凸が転写されたものである。

反射面１５１ｒの微細な凹凸は、略周期的であってもよいが、ランダム形状である可能性が高いと考えられる。反射面１５１ｒの微細な凹凸は、反射面１５１ｒに入射する光を拡散反射させると考えられる。そこで、微細な凹凸を有する反射面で反射された光のエネルギ分布は、正反射方向を中心としたガウス分布に従うと考えられる。

図１７Ｂは、微細な凹凸を有する反射面で反射された光のエネルギ分布を模式的に示した略線図である。図１７Ｂに示す角度θは、ＸＺ面内において正反射方向に対して測った角度である。θ方向の光度または放射輝度に対応するＰ（θ）は、以下の（１８）式で表される。

上記（１８）式において、Ｐ_０は、正反射方向の光度または放射輝度であり、σはガウス分布の標準偏差である。以下、標準偏差σを便宜上、表面粗度と称する。

微細な凹凸を有する反射面で反射された光は、Ｐ（θ）で表されるエネルギ分布を有すると考えられる。そのため、反射面１５１ｒで反射されたのち光出射面Ｓ２に入射する光の光出射面Ｓ２に対する入射角が、ある程度のばらつきを有するものとなる。そうすると、光出射面Ｓ２に対する入射角によっては、光出射面Ｓ２において意図しない全反射が起こり、反射面１５１ｒが平滑面であるとしたときと比較して、上方透過率が低下してしまう。

反射面の微細な凹凸が上方透過率に与える影響を調べるため、図１８Ａおよび図１８Ｂに示す構造層形状を想定し、シミュレーションを行った。シミュレーションには、ＯＲＡ社のＬｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓを用いた。

図１９Ａは、照射角度を６０°としたときの出射角度θ_ｏｕｔ［°］に対する透過率Ｔ［％］を示した図である。θ_ｏｕｔ≧０°における透過率Ｔが、上方透過率に相当する。図１９Ａにおいて、Ｇ１〜Ｇ５が、それぞれσ＝０°、０．５°、１°、３°、５°のシミュレーション結果に対応する。図１９Ｂは、照射角度を６０°としたときの表面粗度σに対する相対上方透過率Ｒｒ［％］を示した図である。図２０Ａは、照射角度を３０°としたときの出射角度θ_ｏｕｔ［°］に対する透過率Ｔ［％］を示した図である。図２０Ａにおいて、Ｇ６〜Ｇ１０が、それぞれσ＝０°、０．５°、１°、３°、５°のシミュレーション結果に対応する。図２０Ｂは、照射角度を３０°としたときの表面粗度σに対する相対上方透過率Ｒｒ［％］を示した図である。ここで、相対上方透過率Ｒｒ［％］は、σ＝０°における上方透過率に対する、各σにおける上方透過率との比である。

図１９および図２０の結果から、以下のことがわかった。表面粗度σとして、σ≦５°であることが好ましく、σ≦２．５°であることがより好ましい。σ≦５°であると、相対上方透過率として少なくとも１％以上を確保できるからである。また、σ≦２．５°であると、相対上方透過率として１０％以上を確保できるからである。さらに、σ≦１°であることが特に好ましい。σ≦１°であると、相対上方透過率として２５％以上を確保できるからである。

光学素子の表面粗度σは、例えば、以下のようにして見積もることができる。まず、光学素子をＸＺ面で切断し、反射面１５１ｒの断面形状の観察を行うことにより、算術平均粗さＲａを算出する。次に、あらかじめＲａがわかっている比較用サンプルを準備し、分光ゴニオメータを用いてＰ（θ）を測定する。または、シミュレーションによりＰ（θ）を求める。光学素子の断面観察から得られたＲａに近い値を有する比較サンプルのＰ（θ）におけるσを、光学素子の表面粗度σとして見積もることができる。

したがって、構造層形状の表面に微細な凹凸が存在する場合であっても、反射光のエネルギ分布における標準偏差が上述した条件を満たすように光学素子１の設計を行う。このような設計を行うことで、反射面に存在する微細な凹凸による光学素子１の上方透過率の低下を抑制することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

［試験例１］
以下に説明する試験例１では、構造層を形成する構造単位の先端形状の丸みが透過率に与える影響をシミュレーションにより求めた。シミュレーションは、ＯＲＡ社のＬｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓを用い、下記の試験例１−１〜試験例１−７に示す光学素子に対して行った。また、丸み部分は円弧であるとし、円弧の曲率を変化させた場合の透過率Ｔ［％］を求めた。

（試験例１−１）
まず、図１４に示すものと同様の構造層を形成する構造単位を想定した。曲率として０．０１、照射角度として０°を想定した。

（試験例１−２）
曲率を０．０２とする以外は試験例１−１と同様にして、構造層を形成する構造単位を想定した。

（試験例１−３）
曲率を０．０３とする以外は試験例１−１と同様にして、構造層を形成する構造単位を想定した。

（試験例１−４）
構造単位の先端形状に丸みがない（曲率がない）とし、照射角度を６０°とする以外は試験例１−１と同様にして、構造層を形成する構造単位を想定した。

（試験例１−５）
曲率を０．０１、照射角度を６０°とする以外は試験例１−１と同様にして、構造層を形成する構造単位を想定した。

（試験例１−６）
曲率を０．０２、照射角度を６０°とする以外は試験例１−１と同様にして、構造層を形成する構造単位を想定した。

（試験例１−７）
曲率を０．０３、照射角度を６０°とする以外は試験例１−１と同様にして、構造層を形成する構造単位を想定した。

試験例１−１〜試験例１−３に示す構造層を形成する構造単位に対するシミュレーションの結果を図２１Ａに示す。図２１Ａにおいて、Ｒ１〜Ｒ３が、それぞれ試験例１−１、試験例１−２および試験例１−３のシミュレーション結果に対応する。また、試験例１−４〜試験例１−７に示す構造層を形成する構造単位に対するシミュレーションの結果を図２１Ｂに示す。図２１Ｂにおいて、Ｒ４〜Ｒ７が、それぞれ試験例１−４、試験例１−５、試験例１−６および試験例１−７のシミュレーション結果に対応する。

図２１から以下のことがわかった。照射角度が０°のとき、曲率が大きくなるにつれてピークが低下し、光学素子はブロードな光学特性を示す。照射角度が６０°のとき、曲率が大きくなるにつれて上方透過率（θ_ｏｕｔ≧０°）、下方透過率（θ_ｏｕｔ＜０°）がともに低下する。すなわち、光学素子に入射する光を取り込む作用が低下することがわかった。図２２および図２３に、照射角度が６０°のとき、曲率が大きくなるにつれて、光学素子に入射する光を取り込む作用が低下する様子を示す図である。図２２Ａが試験例１−４に、図２２Ｂが試験例１−５に、図２３Ａが試験例１−６に、図２３Ｂが試験例１−７のシミュレーション結果に対応する。

［試験例２］
以下に説明する試験例２では、構造層形状の表面の微細な凹凸が透過率に与える影響をシミュレーションにより求めた。シミュレーションは、ＯＲＡ社のＬｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓを用い、下記の試験例２−１〜試験例２−６に示す光学素子に対して行い、反射面が散乱特性を有する場合と有しない場合（σ＝０°）について、照射角度を変化させた場合の透過率Ｔ［％］を求めた。

（試験例２−１）
まず、図１８に示すものと同様の構造層を形成する構造単位を想定した。反射面１５１ｒが散乱特性を有するものとし、すなわち、反射光のエネルギ分布がガウス分布に従うものとし、照射角度として１０°を想定した。

（試験例２−２）
照射角度を３０°とする以外は試験例２−１と同様にして、構造層を形成する構造単位を想定した。

（試験例２−３）
照射角度を３０°とする以外は試験例２−１と同様にして、構造層を形成する構造単位を想定した。

（試験例２−４）
反射面１５１ｒが散乱特性を有しないものとし、照射角度を１０°とする以外は試験例２−１と同様にして、構造層を形成する構造単位を想定した。

（試験例２−５）
反射面１５１ｒが散乱特性を有しないものとし、照射角度を３０°とする以外は試験例２−１と同様にして、構造層を形成する構造単位を想定した。

（試験例２−６）
反射面１５１ｒが散乱特性を有しないものとし、照射角度を６０°とする以外は試験例２−１と同様にして、構造層を形成する構造単位を想定した。

試験例２−１〜試験例２−３に示す構造層を形成する構造単位に対するシミュレーションの結果を図２４Ａに示す。図２４Ａにおいて、Ｒ８〜Ｒ１０が、それぞれ試験例２−１、試験例２−２および試験例２−３のσ＝５°の条件下におけるシミュレーション結果に対応する。また、試験例２−４〜試験例２−６に示す構造層を形成する構造単位に対するシミュレーションの結果を図２４Ｂに示す。図２４Ｂにおいて、Ｒ１１〜Ｒ１３が、それぞれ試験例２−４、試験例２−５および試験例２−６のσ＝５°の条件下におけるシミュレーション結果に対応する。

図２４から、反射面１５１ｒが散乱特性を有するものであると、反射面１５１ｒが散乱特性を有しない場合と比較して、上方透過率が低下することがわかった。また、上方透過率の低下は、照射角度が大きいほど顕著であることがわかった。

＜４．変形例＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

［第１の変形例］
図２５Ａおよび図２５Ｂは、本発明の第１の変形例に係る光学素子を示している。

第１の変形例に係る光学素子は、基本構成として、第１の光透過層２０３と第２の光透過層２０５とを有する。図２５Ａに示すように、第１の光透過層２０３は、光入射面Ｓ１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２０３ａが形成された内表面とを有する。一方、第２の光透過層２０５は、光出射面Ｓ２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２０５ａが形成された内表面とを有する。これら第１の光透過層２０３および第２の光透過層２０５の各々の内表面には、凹部２０３ａおよび凹部２０５ａに区画された凸部２０３ｂおよび凸部２０５ｂをそれぞれ有する。両凸部２０３ｂ、２０５ｂ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。

第１の変形例に係る光学素子２０１は、第１の光透過層２０３と第２の光透過層２０５とを図２５Ｂに示すように、一方側の凸部２０３ｂ、２０５ｂが他方側の凹部２０３ａ、２０５ａ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２０３ａ、２０５ａと、凸部２０３ｂ、２０５ｂとの間に、Ｚ軸方向に配列された同一形状の複数の空隙２５１を有する構造層２１５が形成される。以上のように、構造層２５を内包する透明層２２１を備えた光学素子２０１が構成される。

第１の変形例に係る光学素子２０１においては、各空隙２５１の上面に太陽光を反射する反射面が形成される。空隙２５１の深さ、幅および配列ピッチは、凸部２０３ｂ、２０５ｂ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２０１においても、構造層の形状の崩れに対して、上述した設計手法を適用することにより、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、第１の光透過層２０３および第２の光透過層２０５は、それぞれ、図７Ａに示した原盤１１５を用いて作製することができる。両光透過層２０３、２０５の接合には、透明な粘着剤等が用いられてもよいし、形状の先端に丸みを有するようであれば、図１５に示した方法により、丸み部分を緩和するような形で接合を行ってもよい。

［第２の変形例］
図２６は、第２の変形例に係る光学素子３０１の斜視図である。第２の変形例に係る光学素子３０１は、空隙３５１が一方の表面に形成された光透過層３０５と、プリズム３１１Ｐが配列された構造面を有するプリズムシート３１１（第２の基体）との積層構造を有する。空隙３５１は、光透過層３０５の光入射側の面に形成され、プリズム３１１Ｐは光出射面の側に形成されている。プリズム３１１Ｐ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３０１は、プリズム３３１Ｐが空隙３５１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３５１の上面（反射面）にて反射された入射光は、プリズムシート３１１を透過する際にプリズム３１１Ｐ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３０１へ入射した光を上方へ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３１１Ｐ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、光透過層３０５およびプリズムシート３１１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３１１Ｐ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３１１は、光透過層３０５の光入射側に設置されてもよい。さらに、プリズム３１１Ｐ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３５１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光透過性フィルムや、表面上に半球状あるいは円柱状の曲面レンズが形成された光透過性フィルムなど、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の光透過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、光透過層３０５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光透過層３０５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３の変形例］
図２７は、第３の変形例を示している。第３の変形例に係る照明装置４００は、発光体４０と、広告媒体４８と、これら発光体４０と広告媒体４８との間に配置された光透過フィルム４０５とを有する。

発光体４０は、複数本の線状光源４４と、光源４４を収容するケーシング４２とを有する。ケーシング４２の内面は光反射性を有しており、必要に応じて光源４４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。

光透過フィルム４０５は、上述した実施形態と同様の構成を有しており、発光体４０に対向する光入射面と、広告媒体４８に対向する光出射面とを有する。光透過フィルム４０５の光入射面側には、反射面を有する空隙がＺ軸方向に所定ピッチで配列されている。

広告媒体４８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、光透過フィルム４０５を被覆するようにして発光体４０と一体化されており、発光体４０および光透過フィルム４０５によって形成される照明光が照射されることで、正面方向へ広告情報を表示する。

第３の変形例では、光透過フィルム４０５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４８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４８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、第３の変形例によれば、視認方向によって広告媒体４８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４８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、第３の変形例によれば、光透過フィルム４０５の空隙部の形状、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。

［第４の変形例］
照明器具のほか、採光部を備える建具（内装部材または外装部材）に対して光学素子を適用してもよい。図２８Ａは、採光部に光学素子を備える建具の一構成例を示す斜視図である。図２８Ａに示すように、建具５０１は、その採光部５０４に採光部材５０２を備える構成を有している。具体的には、建具５０１は、採光部材５０２と、採光部材５０２の周縁部に設けられる枠材５０３とを備える。採光部材５０２は枠材５０３により固定され、必要に応じて枠材５０３を分解して採光部材５０２を取り外すことが可能である。建具５０１としては、例えば障子を挙げることができるが、この例に限定されるものではなく、採光部を有する種々の建具に適用可能である。

図２８Ｂは、採光部材の一構成例を示す断面図である。図２８Ｂに示すように、採光部材５０２は、基材５１１と、光学素子１とを備える。光学素子１は、基材５１１の両主面のうち、外光を入射させる入射面側（窓材に対向する面側）に設けられる。光学素子１と基材５１１とは、接着層または粘着層などの貼合層などにより貼り合わされる。なお、障子５０２の構成はこの例に限定されるものではなく、光学素子１を採光部材５０２として用いるようにしてもよい。建具として、サッシに備えられた窓材に、光学素子と同様の構成を適用してもよい。

［その他の変形例］
上述した実施形態では、反射面１５１ｒが素子の厚み方向（Ｘ軸方向）に延在するように配置した例を説明したが、空隙部の上下面に形成される一対の反射面は、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２９Ａは、上下に対向する面の間の距離が、光入射面Ｓ１側から光出射面Ｓ２側に向かって連続的に小さくなるようにされた空隙５５１Ａ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２９Ｂに示す光学素子は、光入射面Ｓ１側から光出射面Ｓ２側に向かって、上下の反射面が＋Ｚ方向へ傾斜する空隙５５１Ｂｕと、上下の反射面が−Ｚ方向へ傾斜する空隙５５１Ｂｄとが、Ｚ軸方向に交互に配列された構造を有する。または、空隙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。図２９Ｃは、Ｘ軸に対して所定の傾斜角ψで傾斜する反射面５５１ｒと、Ｘ軸方向に平行な反射面とを有する空隙５５１Ｃを備える光学素子を模式的に示した図である。

図２９Ａ、図２９Ｂおよび図２９Ｃに示す光学素子は、図７を参照して説明したように、２枚の光透過層を重ね合わせることで作製される。すなわち、図２９Ａおよび図２９Ｃに示した光学素子は、台形状の凸部が形成された光透過層に、平坦な光透過層を接合することで作製できる。また、図２９Ｂに示した光学素子は、台形状の凸部が形成された２つの光透過層を互い違いとなるようにして重ね合わせることで作製することができる。

図２９Ａ、図２９Ｂおよび図２９Ｃに示す例のほか、図８および図９に示すような空隙の断面形状を意図的に作り出すこともできる。例えば、図７を参照して説明した製造工程において、他方に対して一方を、第１の方向に垂直な方向に力を加えながら２つの光透過層を接合すればよい。

第１の実施形態の説明において示したように、反射面の傾斜、構造層形状の倒れまたは構造層形状の曲がりが、上記（９）式を満たすこととなるように光学素子の設計を行う。この場合における傾斜角ψは、反射面の任意の点における接線とＸ軸とのなす角である。上記（９）式を満たすこととなるように光学素子を設計することで、上方透過率の低下を抑制しながら、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。

そのほかにも、例えば図３０Ａ〜図３０Ｆおよび図３１Ａ〜図３１Ｄ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３０Ａは、空隙を有する光透過層５を接着層７を介して直接窓材Ｆに貼り付けた例を示す図である。基材１１は、図３０Ｅに示すように省略されてもよい。図３０Ｂは、光透過層５の空隙の形成面に、基材１１を貼設して窓材Ｆに貼り付けた例を示す図である。この例では、光透過層５の成形後、熱溶着などによって光透過層５と基材１１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、接着層７の空隙部内への侵入を回避することができる。

図３０Ｃおよび図３０Ｄは、空隙が光出射側に位置するように光透過層５を窓材Ｆ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３０Ｃにおいて、基材１１は、図３０Ｆに示すように省略されてもよい。また、図３０Ｄは、光透過層５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６１１を積層した例を示す図である。この作用効果は、図２６を参照して説明した例と同様である。

図３１Ａおよび図３１Ｂは、光透過層５と基材１１とを、光透過性を有する接着層７７を介して接合した例を示す図である。接着層７７には、接着層７と同種の材料を用いることができる。図３１Ａに示す構成例では、光透過層５は、光入射側に空隙を有し、その光入射側に基材１１が接合される。図３１Ｂに示す構成例では、光透過層５は、光出射側に空隙を有し、その光出射側に基材１１が接合される。

図３１Ｃは、図３０Ａにおける基材１１を、光拡散性を有するフィルム６１１に置き換えた構成例を示す図である。図３１Ｄは、図３０Ｂの構成例において、光透過層５の光出射側に、光拡散性を有する形状付きフィルム６１３を接合した例を示している。形状付きフィルム６１３の接合に代えて、光透過層５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。

また、光学素子は、表面に耐擦傷性などを付与する観点から、ハードコート層をさらに備えるようにしてもよい。このハードコート層は、光学素子１の光入射面および光出射面のうち、窓材などの被着体に貼り合わされる面とは反対側の面に形成されることが好ましい。光学素子は、光出射面に、防汚性などを付与する観点から、撥水性または親水性を有する層を備えてもよい。そのほか、光学素子は、熱線カット層、紫外線カット層、表面反射防止層などの機能層と併用して用いることができ、窓材などの被着体に貼り合わされる側の面に、粘着層と剥離層がさらに積層されていてもよい。このようにすることで、窓材などの被着体に容易に貼り合わせることができる。

なお、光学素子の用途に応じて、光学素子に対して着色を施し、意匠性を付与するようにしてもよい。

以上に示した例では、光学素子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、空隙の形状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、光の取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。

１…光学素子
３…第１の光透過層
５…第２の光透過層
７…接着層
１１…基材
１５…構造層
１０５…原盤
１１５…凹凸形状
１５１…空隙
１５１ｒ…反射面
２１…透明層
３７…貼合層
３９…セパレータ
Ｌ１…入射光
Ｌ２…出射光
Ｓ１…光入射面
Ｓ２…光出射面
Ｆ…窓材
ｄ…空隙の深さ（第１の長さ）
ｗ…空隙の幅（第２の長さ）
ｐ…反射面の配列ピッチ

Claims (16)

1. 第１の面と、
   前記第１の面に対向する第２の面と、
   前記第１の面および前記第２の面で規定される第１の領域の内部に配列される複数の反射面と
   を備え、
   前記複数の反射面が、前記第１の面に垂直な第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、
   前記第１の面または前記第２の面のうち、一方の面に入射した光が、前記複数の反射面により他方の面に向けて反射され、
   下記の（１）式および（９）式を満たす光学素子。
   （ただし、ｄ：第１の長さ、ｎ：同一の反射面において入射光が全反射する回数、ｐ：反射面の配列ピッチ、β：反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と、反射面の任意の点における接線とのなす角（６．５°≦β≦８７．５°）、Ｎ：自然数の集合、ｎ_ｐ：第１の面および第２の面で規定される領域の内部の屈折率、ｎ_ａｉｒ：空気の屈折率、α：光学素子に入射する光の入射角、ψ：第１および第２の方向を含む面において、反射面の任意の点における接線と第１の方向とのなす角。）
   

   

   
2. 第１の面と、
   前記第１の面に対向する第２の面と、
   前記第１の面および前記第２の面で規定される第１の領域の内部に配列される複数の反射面と
   を備え、
   前記複数の反射面が、少なくとも一部に曲率を有するとともに、前記第１の面に垂直な第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、
   前記第１の面または前記第２の面のうち、一方の面に入射した光が、前記複数の反射面により他方の面に向けて反射され、
   下記の（１）式および（１６）式を満たす光学素子。
   （ただし、ｄ：第１の長さ、ｎ：同一の反射面において入射光が全反射する回数、ｐ：反射面の配列ピッチ、β：反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と、反射面の任意の点における接線とのなす角（６．５°≦β≦８７．５°）、Ｎ：自然数の集合、ｎ_ｐ：第１の面および第２の面で規定される領域の内部の屈折率、ｎ_ａｉｒ：空気の屈折率、ξ：反射面のうち曲率を有する部分をレンズとみなしたときに、反射面に入射した光が、集光後拡散された際の光の広がりの角度。）
   

   

   
3. 第１の面と、
   前記第１の面に対向する第２の面と、
   前記第１の面および前記第２の面で規定される第１の領域の内部に配列される複数の反射面と
   を備え、
   前記複数の反射面が、微細な凹凸を有するとともに、前記第１の面に垂直な第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、
   前記第１の面または前記第２の面のうち、一方の面に入射した光が、前記複数の反射面により他方の面に向けて反射され、
   前記反射面で反射された光のエネルギ分布が正反射方向を中心とするガウス分布を有し、該ガウス分布の標準偏差が、５°以下とされ、かつ下記の（１）式を満たす光学素子。（ただし、ｄ：第１の長さ、ｎ：同一の反射面において入射光が全反射する回数、ｐ：反射面の配列ピッチ、β：反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と、反射面の任意の点における接線とのなす角（６．５°≦β≦８７．５°）、Ｎ：自然数の集合。）
   

   
4. 前記反射面が、
   前記第２の方向に第２の長さを有し、前記第１の領域の内部の屈折率とは異なる屈折率を有する第２の領域と、
   前記第１の領域と
   の界面から形成され、
   前記第２の長さをｗとしたときに、（ｐ−ｗ）／ｐ≧０．２の関係を満たす請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 前記第２の領域が、空気層である
   請求項４に記載の光学素子。
6. 前記第１の領域の外側に、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構造層をさらに備える
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子。
7. 前記凹凸形状が、前記第２の方向が稜線方向とされ、前記第１の方向および前記第２の方向と直交する方向に配列されたプリズムである
   請求項６記載の光学素子。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学素子を備える照明装置。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学素子を備える窓材。
10. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学素子を採光部に備える建具。
11. 原盤に形成された凹凸形状を転写材料に転写することにより、転写面に複数の反射面を有する第１の光透過層を形成する工程と、
    前記第１の光透過層と第２の光透過層とを接合する工程と
    を備え、
    前記複数の反射面が、前記転写面の凹凸形状の深さ方向に第１の長さを有し、前記深さ方向と直交する第２の方向に沿って配列され、
    前記第１の光透過層または前記第２の光透過層のうち、一方の一主面に入射した光が、前記複数の反射面により他方の一主面に向けて反射され、
    下記の（１）式および（９）式を満たす光学素子の製造方法。
    （ただし、ｄ：第１の長さ、ｎ：同一の反射面において入射光が全反射する回数、ｐ：反射面の配列ピッチ、β：反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と、反射面の任意の点における接線とのなす角（６．５°≦β≦８７．５°）、Ｎ：自然数の集合、ｎ_ｐ：第１の光透過層の屈折率、ｎ_ａｉｒ：空気の屈折率、α：光学素子に入射する光の入射角、ψ：第１および第２の方向を含む面において、反射面の任意の点における接線と第１の方向とのなす角。）
    

    

    
12. 原盤に形成された凹凸形状を転写材料に転写することにより、転写面に複数の反射面を有する第１の光透過層を形成する工程と、
    前記第１の光透過層と第２の光透過層とを接合する工程と
    を備え、
    前記複数の反射面が、少なくとも一部に曲率を有するとともに、前記転写面の凹凸形状の深さ方向に第１の長さを有し、前記深さ方向と直交する第２の方向に沿って配列され、
    前記第１の光透過層または前記第２の光透過層のうち、一方の一主面に入射した光が、前記複数の反射面により他方の一主面に向けて反射され、
    下記の（１）式および（１６）式を満たす光学素子の製造方法。
    （ただし、ｄ：第１の長さ、ｎ：同一の反射面において入射光が全反射する回数、ｐ：反射面の配列ピッチ、β：反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と、反射面の任意の点における接線とのなす角（６．５°≦β≦８７．５°）、Ｎ：自然数の集合、ｎ_ｐ：第１の光透過層の屈折率、ｎ_ａｉｒ：空気の屈折率、ξ：反射面のうち曲率を有する部分をレンズとみなしたときに、反射面に入射した光が、集光後拡散された際の光の広がりの角度。）
    

    

    
13. 原盤に形成された凹凸形状を転写材料に転写することにより、転写面に複数の反射面を有する第１の光透過層を形成する工程と、
    前記第１の光透過層と第２の光透過層とを接合する工程と
    を備え、
    前記複数の反射面が、微細な凹凸を有するとともに、前記転写面の凹凸形状の深さ方向に第１の長さを有し、前記深さ方向と直交する第２の方向に沿って配列され、
    前記第１の光透過層または前記第２の光透過層のうち、一方の一主面に入射した光が、前記複数の反射面により他方の一主面に向けて反射され、
    前記反射面で反射された光のエネルギ分布が正反射方向を中心とするガウス分布を有し、該ガウス分布の標準偏差が、５°以下とされ、かつ下記の（１）式を満たす光学素子の製造方法。
    （ただし、ｄ：第１の長さ、ｎ：同一の反射面において入射光が全反射する回数、ｐ：反射面の配列ピッチ、β：反射面に入射する光の第１および第２の方向を含む面への射影と、反射面の任意の点における接線とのなす角（６．５°≦β≦８７．５°）、Ｎ：自然数の集合。）
    

    
14. 前記第１の光透過層と第２の光透過層とを接合する工程が、前記転写面の凸部の先端の少なくとも一部を粘着剤に埋没させて接合する工程である
    請求項１２に記載の光学素子の製造方法。
15. 前記第１の光透過層と第２の光透過層とを接合する工程が、前記転写面の凸部の先端を膨潤させて前記第２の光透過層に圧着することにより、前記転写面の凸部の形状を、設計値形状に近づくように変形させて接合を行う工程である
    請求項１２に記載の光学素子の製造方法。
16. 前記第１の光透過層と第２の光透過層とを接合する工程が、前記転写面の凸部の先端に熱を加えながら、前記転写面の凸部を前記第２の光透過層に圧着することにより、前記転写面の凸部の形状を、設計値形状に近づくように変形させて接合を行う工程である
    請求項１２に記載の光学素子の製造方法。

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