JP2020064080A - 光学デバイス及び光学システム - Google Patents

Abstract

【課題】配向方向の制御範囲を大きくすることができる光学デバイスを提供する。【解決手段】光学デバイス１は、互いに対向して配置された、透光性を有する第１電極層４０及び第２電極層５０と、第１電極層４０と第２電極層５０との間に配置され、入射した光を配光する配光層３０とを備え、配光層３０は、第１方向に並んで配置された複数の凸部３３を有する凹凸構造層３１と、複数の凸部３３間を充填するように配置され、第１電極層４０及び第２電極層５０間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層３２とを含み、第１電極層４０及び第２電極層５０の少なくとも一方は、複数の電極片から構成され、複数の電極片は、第１電位が印加される複数の第１電極片５１と、第２電位が印加される複数の第２電極片５２とを含み、複数の第１電極片５１と複数の第２電極片５２とは、第１方向に交互に並んで配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、光学デバイス及び光学システムに関する。

屋外から入射する太陽光などの外光の透過状態を変化させることができる光学デバイスが知られている。

例えば、特許文献１には、一対の透明基板と、一対の透明基板の各々に形成された一対の透明電極と、一対の透明電極に挟まれたプリズム層及び液晶層とを有する液晶光学素子が開示されている。当該液晶光学素子は、一対の透明電極に印加される電圧によって液晶層の屈折率を変化させて、プリズムの斜面と液晶層との界面を通過する光の屈折角を変化させる。

特開２０１２−１７３５３４号公報

しかしながら、上記従来の液晶光学素子では、配光方向の制御範囲が狭いという問題がある。

そこで、本発明は、配光方向の制御範囲を大きくすることができる光学デバイス及び光学システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る光学デバイスは、透光性を有する第１基材と、前記第１基材に対向して配置された、透光性を有する第２基材と、前記第１基材と前記第２基材との間に互いに対向して配置された、透光性を有する第１電極層及び第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間に配置され、入射した光を配光する配光層とを備え、前記配光層は、第１方向に並んで配置された複数の凸部を有する凹凸構造層と、前記複数の凸部間を充填するように配置され、前記第１電極層及び前記第２電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層とを含み、前記第１電極層及び前記第２電極層の少なくとも一方は、複数の電極片から構成され、前記複数の電極片は、第１電位が印加される複数の第１電極片と、第２電位が印加される複数の第２電極片とを含み、前記複数の第１電極片と前記複数の第２電極片とは、前記第１方向に交互に並んで配置されている。

また、本発明の一態様に係る光学システムは、前記光学デバイスと、前記複数の電極片に選択的に電位を与えることで、前記第１電極層と前記第２電極層との間に所定の電圧を印加する制御部とを備える。

本発明によれば、配光方向の制御範囲を大きくすることができる。

実施の形態１に係る光学デバイスの断面図である。 実施の形態１に係る光学デバイスの拡大断面図である。 実施の形態１に係る光学デバイスを窓に設置した場合において、光学デバイスが無印加モードで動作したときの作用（配光状態）を説明するための図である。 実施の形態１に係る光学デバイスを窓に設置した場合において、光学デバイスが均一印加モードで動作したときの作用（透光状態）を説明するための図である。 実施の形態１に係る光学デバイスを窓に設置した場合において、光学デバイスが部分印加モードで動作したときの作用（配光状態）を説明するための図である。 実施の形態１に係る光学デバイスの無印加モード（配光状態）を説明するための拡大断面図である。 実施の形態１に係る光学デバイスの均一印加モード（透光状態）を説明するための拡大断面図である。 実施の形態１に係る光学デバイスの部分印加モード（配光状態）の一例を説明するための拡大断面図である。 実施の形態１に係る光学デバイスの部分印加モード（配光状態）の別の一例を説明するための拡大断面図である。 実施の形態１の変形例に係る光学デバイスの拡大断面図である。 実施の形態２に係る光学デバイスの断面図である。 実施の形態２に係る光学デバイスの拡大断面図である。 実施の形態２に係る光学デバイスの動作モードを説明するための拡大断面図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る光学デバイス及び光学システムについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

また、本明細書及び図面において、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、ｚ軸方向を鉛直方向とし、ｚ軸に垂直な方向（ｘｙ平面に平行な方向）を水平方向としている。なお、ｚ軸の正方向を鉛直上方としている。また、本明細書において、「厚み方向」とは、光学デバイスの厚み方向を意味し、第１基材及び第２基材の主面に垂直な方向のことであり、「平面視」とは、第１基材又は第２基材の主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。

（実施の形態１）
［構成］
まず、本実施の形態に係る光学デバイス１の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る光学デバイス１の断面図である。図２は、本実施の形態に係る光学デバイス１の拡大断面図であり、図１の一点鎖線で囲まれる領域ＩＩの拡大断面図である。

光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光を制御する光制御デバイスである。具体的には、光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光の進行方向を変更して（つまり、配光して）出射させることができる配光素子である。

図１及び図２に示すように、光学デバイス１は、入射する光を透過するように構成されており、第１基材１０と、第２基材２０と、配光層３０と、第１電極層４０と、第２電極層５０とを備える。

なお、第１電極層４０の配光層３０側の面には、第１電極層４０と配光層３０の凹凸構造層３１とを密着させるための密着層が設けられていてもよい。密着層は、例えば、透光性の接着シート、又は、一般的にプライマーと称される樹脂材料等である。

光学デバイス１は、対をなす第１基材１０及び第２基材２０の間に、第１電極層４０、配光層３０及び第２電極層５０がこの順で厚み方向に沿って配置された構成である。なお、第１基材１０と第２基材２０との間の距離を保つために、粒子状の複数のスペーサが面内に分散されていてもよく、柱状の構造が形成されてもよい。

以下、光学デバイス１の各構成部材について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。

［第１基材及び第２基材］
第１基材１０及び第２基材２０は、透光性を有する透光性基材である。第１基材１０及び第２基材２０としては、例えばガラス基板又は樹脂基板を用いることができる。

ガラス基板の材料としては、ソーダガラス、無アルカリガラス又は高屈折率ガラスなどが挙げられる。樹脂基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル（ＰＭＭＡ）又はエポキシなどの樹脂材料が挙げられる。ガラス基板は、光透過率が高く、かつ、水分の透過性が低いという利点がある。一方、樹脂基板は、破壊時の飛散が少ないという利点がある。

第１基材１０と第２基材２０とは、同じ材料で構成されていてもよく、あるいは、異なる材料で構成されていてもよい。また、第１基材１０及び第２基材２０は、リジッド基板に限るものではなく、可撓性を有するフレキシブル基板でもよい。本実施の形態において、第１基材１０及び第２基材２０は、ＰＥＴ樹脂からなる透明樹脂基板である。

第２基材２０は、第１基材１０に対向する対向基材であり、第１基材１０に対向する位置に配置される。第１基材１０と第２基材２０とは、例えば、１０μｍ〜３０μｍなどの所定距離を空けて略平行に配置されている。第１基材１０と第２基材２０とは、互いの端部外周に額縁状に形成された接着剤などのシール樹脂によって接着されている。

なお、第１基材１０及び第２基材２０の平面視形状は、例えば、正方形又は長方形などの矩形状であるが、これに限るものではなく、円形又は四角形以外の多角形であってもよく、任意の形状が採用され得る。

［配光層］
図１及び図２に示すように、配光層３０は、第１電極層４０と第２電極層５０との間に配置される。配光層３０は、透光性を有しており、入射した光を透過させる。また、配光層３０は、入射した光を配光する。つまり、配光層３０は、配光層３０を光が通過する際に、その光の進行方向を変更する。

配光層３０は、凹凸構造層３１と、屈折率可変層３２とを有する。

凹凸構造層３１は、屈折率可変層３２の表面（界面）を凹凸にするために設けられた微細形状層である。凹凸構造層３１は、図２に示すように、複数の凸部３３と、複数の凹部３４とを有する。具体的には、凹凸構造層３１は、マイクロオーダサイズの複数の凸部３３によって構成された凹凸構造体である。複数の凸部３３の間が、複数の凹部３４である。すなわち、隣り合う２つの凸部３３の間が、１つの凹部３４である。

複数の凸部３３は、第１基材１０の主面（第１電極層４０が設けられた面）に平行なｚ軸方向（第１方向）に並んで配置された複数の凸部である。すなわち、本実施の形態では、ｚ軸方向は、複数の凸部３３の並び方向である。

複数の凸部３３の各々は、根元３３ｄから先端３３ｃにかけて先細る形状を有する。本実施の形態において、複数の凸部３３の各々の断面形状は、第１基材１０から第２基材２０に向かう方向（厚み方向、ｙ軸正方向）に沿って先細りのテーパ形状である。具体的には、凸部３３の断面形状（ｙｚ断面）は、三角形であるが、これに限らない。凸部３３の断面形状は、台形でもよく、その他の多角形、又は、カーブを含む多角形などでもよい。

具体的には、図２に示すように、複数の凸部３３の各々は、一対の側面３３ａ及び３３ｂを有する。一対の側面３３ａ及び３３ｂは、ｚ軸方向に交差する面である。一対の側面３３ａ及び３３ｂの各々は、厚み方向（ｙ軸方向）に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面であり、一対の側面３３ａ及び３３ｂの間隔（凸部３３の幅（ｚ軸方向の長さ））は、第１基材１０から第２基材２０に向かって漸次小さくなっている。

側面３３ａは、例えば、凸部３３を構成する複数の側面のうち、鉛直上方側の側面（上側面）である。側面３３ａは、入射光を反射（全反射）させる反射面（全反射面）である。側面３３ｂは、例えば、凸部３３を構成する複数の側面のうち、鉛直下方側の側面（下側面）である。側面３３ｂは、入射光を屈折させる屈折面である。

本実施の形態において、複数の凸部３３は、ｘ軸方向に延びたストライプ状に形成されている。つまり、複数の凸部３３の各々は、ｘ軸方向に沿って直線状に延びる長尺状の凸部である。具体的には、複数の凸部３３の各々は、断面形状が三角形でｘ軸方向に延在する長尺状の略三角柱形状であり、ｚ軸方向に沿って略等間隔に配列されている。複数の凸部３３の各々は、同じ形状を有するが、互いに異なる形状を有してもよい。

複数の凸部３３の各々の高さ（ｙ軸方向の長さ）は、例えば２μｍ〜１００μｍであるが、これに限らない。複数の凸部３３の幅（ｚ軸方向の長さ）は、例えば、１μｍ〜２０μｍであり、好ましくは１０μｍ以下であるが、これに限らない。また、隣り合う凸部３３の先端３３ｃ間の距離Ｗ１、及び、根元３３ｄ間の距離Ｗ２、すなわち、凹部３４の幅（ｚ軸方向）は、例えば０〜１００μｍである。つまり、隣り合う２つの凸部３３は、接触することなく所定の間隔をあけて配置されていてもよく、接触して配置されていてもよい。なお、隣り合う凸部３３の間隔は、０〜１００μｍに限らない。

凸部３３の材料としては、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂などの光透過性を有する樹脂材料を用いることができる。凸部３３は、例えば、紫外線硬化樹脂材料から形成され、モールド成形又はナノインプリントなどによって形成することができる。

凹凸構造層３１は、例えば、屈折率が１．５のアクリル樹脂を用いて断面が三角形の凹凸構造を、モールド型押しにより形成することができる。凸部３３の高さは、例えば１０μｍであり、複数の凸部３３は、間隔が２μｍで等間隔にｚ軸方向に並んで配置されている。凸部３３の根元３３ｄの厚さは、例えば５μｍである。隣り合う凸部３３の根元３３ｄ間の距離Ｗ２は、例えば０μｍ〜５μｍの値をとりうる。

屈折率可変層３２は、凹凸構造層３１の複数の凸部３３の間（すなわち、凹部３４）を充填するように配置されている。屈折率可変層３２は、第１電極層４０と第２電極層５０との間に形成される隙間を充填するように配置されている。例えば、図２に示すように、凸部３３と第２電極層５０とが離れているので、屈折率可変層３２は、凸部３３と第２電極層５０との間の隙間を埋めるように配置される。なお、凸部３３と第２電極層５０とは接触していてもよく、この場合、屈折率可変層３２は、凹部３４毎に分離して設けられていてもよい。

屈折率可変層３２は、第１電極層４０及び第２電極層５０間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する。具体的には、屈折率可変層３２は、電界が与えられることによって可視光領域での屈折率が調整可能な屈折率調整層として機能する。例えば、屈折率可変層３２は、電界応答性を有する液晶分子３５を有する液晶によって構成されているので、配光層３０に電界が与えられることで液晶分子３５の配向状態が変化して屈折率可変層３２の屈折率が変化する。

屈折率可変層３２の複屈折材料は、例えば、複屈折性を有する液晶分子３５を含む液晶である。このような液晶としては、例えば、液晶分子３５が棒状分子からなるネマティック液晶、スメクティック液晶又はコレステリック液晶などを用いることができる。例えば、凸部３３の屈折率が１．５である場合、屈折率可変層３２の材料としては、常光屈折率（ｎｏ）が１．５で、異常光屈折率（ｎｅ）が１．７のポジ型の液晶を用いることができる。

屈折率可変層３２は、例えば、第１電極層４０及び凹凸構造層３１が形成された第１基材１０と、第２電極層５０が形成された第２基材２０との各々の端部外周をシール樹脂で封止した状態で、液晶材料を真空注入法で注入することで形成される。あるいは、屈折率可変層３２は、第１基材１０の第１電極層４０及び凹凸構造層３１上に液晶材料を滴下した後に第２基材２０を貼り合わせることで形成される。

なお、図２では、電圧が無印加の状態（後述する図４Ａも同様）を示しており、液晶分子３５は、長軸がｘ軸に略平行になるように配向されている。第１電極層４０及び第２電極層５０間に電圧が印加された場合には、液晶分子３５は、長軸がｙ軸に略平行になるように配向される（後述する図４Ｂを参照）。

また、屈折率可変層３２には、交流電力によって電界が与えられてもよく、直流電力によって電界が与えられてもよい。交流電力の場合には、電圧波形は、正弦波でもよく、矩形波でもよい。

［第１電極層及び第２電極層］
図１及び図２に示すように、第１電極層４０及び第２電極層５０は、電気的に対となっており、配光層３０に電界を与えることができるように構成されている。第１電極層４０と第２電極層５０とは、電気的だけではなく配置的にも対になっており、第１基材１０と第２基材２０との間に、互いに対向するように配置されている。具体的には、第１電極層４０及び第２電極層５０は、配光層３０を挟むように配置されている。

第１電極層４０及び第２電極層５０は、透光性を有し、入射した光を透過する。第１電極層４０及び第２電極層５０は、例えば透明導電層である。透明導電層の材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）若しくはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの透明金属酸化物、銀ナノワイヤ若しくは導電性粒子などの導電体を含有する樹脂からなる導電体含有樹脂、又は、銀薄膜などの金属薄膜などを用いることができる。なお、第１電極層４０及び第２電極層５０は、これらの単層構造でよく、これらの積層構造（例えば透明金属酸化物と金属薄膜との積層構造）でもよい。本実施の形態では、第１電極層４０及び第２電極層５０はそれぞれ、厚さ１００ｎｍのＩＴＯである。

第１電極層４０は、第１基材１０と凹凸構造層３１との間に配置されている。具体的には、第１電極層４０は、第１基材１０の配光層３０側の面に形成されている。

一方、第２電極層５０は、屈折率可変層３２と第２基材２０との間に配置されている。具体的には、第２電極層５０は、第２基材２０の配光層３０側の面に形成されている。

なお、第１電極層４０及び第２電極層５０は、例えば、外部電源との電気接続が可能となるように構成されている。例えば、外部電源に接続するための電極パッドなどが、第１電極層４０及び第２電極層５０の各々から引き出されて第１基材１０及び第２基材２０に形成されていてもよい。

本実施の形態では、第２電極層５０は、第１電極片５１及び第２電極片５２を含む複数の電極片から構成されている。具体的には、図２に示すように、第２電極層５０は、複数の第１電極片５１と、複数の第２電極片５２とに分割されている。

複数の第１電極片５１と、複数の第２電極片５２とは、複数の凸部３３の並び方向（ｚ軸方向）に交互に並んで配置されている。複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２はそれぞれ、ｘ軸方向に延びる帯状の電極片である。第１電極片５１と第２電極片５２とは、例えば、同じ形状及び同じ大きさである。

複数の第１電極片５１には、第１電位が共通して印加される。複数の第１電極片５１は、例えば、その延在方向（ｘ軸方向）の一方の端部で互いに接続されており、各々に印加される電位が等電位になるように構成されている。例えば、複数の第１電極片５１は、櫛歯状電極である。

複数の第２電極片５２には、第２電位が共通して印加される。複数の第２電極片５２は、例えば、その延在方向（ｘ軸方向）の他方の端部で互いに接続されており、各々に印加される電位が等電位になるように構成されている。例えば、複数の第２電極片５２は、櫛歯状電極である。

複数の第１電極片５１と複数の第２電極片５２とは、互いに電気的に絶縁されている。本実施の形態では、図２に示すように、第１電極片５１と第２電極片５２とは、隙間５３又は５４を空けて配置されている。このため、複数の第１電極片５１と複数の第２電極片５２とには、異なる電位を印加することができる。つまり、第１電極片５１に印加される第１電位と、複数の第２電極片５２に印加される第２電位とは、異なっていてもよく、同じでもよい。

図２に示すように、隣り合う第１電極片５１及び第２電極片５２（すなわち、一対の電極片）は、平面視において、隣り合う凸部３３の先端３３ｃ間に位置している。なお、図２には、凸部３３の先端３３ｃ及び根元３３ｄの各々を通る厚み方向に平行な線を二点鎖線で示している。

本実施の形態では、第１電極片５１と第２電極片５２との境界領域（すなわち、隙間５３）は、平面視において、隣り合う凸部３３の根元３３ｄ間に位置している。また、第１電極片５１と第２電極片５２との別の境界領域（すなわち、隙間５４）は、平面視において、凸部３３の先端３３ｃに重複する位置に位置している。すなわち、図２に示すように、先端３３ｃを通る二点鎖線が隙間５４を通過している。隙間５３及び隙間５４の幅（ｚ軸方向の長さ）は、例えば、第１電極片５１及び第２電極片５２の幅より短い。

具体的には、平面視した場合に、第１電極片５１は、凸部３３の側面３３ｂ（屈折面）に重複する位置に位置している。第１電極片５１は、凸部３３の側面３３ａ（反射面）には重複しない。第１電極片５１と第１電極層４０との間に電圧を印加することで、側面３３ｂの近傍に位置する液晶分子３５の配向を変化させることができる。これにより、光が実質的に屈折する面である実効屈折面を変化させることができる。詳細については、図４Ｃを用いて後で説明する。

また、平面視した場合に、第２電極片５２は、凸部３３の側面３３ａ（反射面）に重複する位置に位置している。第２電極片５２は、凸部３３の側面３３ｂ（屈折面）には重複しない。第２電極片５２と第１電極層４０との間に電圧を印加することで、側面３３ａの近傍に位置する液晶分子３５の配向を変化させることができる。これにより、光が実質的に反射する面である実効反射面を変化させることができる。詳細については、図４Ｄを用いて後で説明する。

第１電極層４０及び第２電極層５０はそれぞれ、例えば、蒸着、スパッタリングなどにより形成される。第２電極層５０は、例えば、ＩＴＯなどの導電膜を成膜した後、エッチングなどによりパターニングすることで、複数の電極片に分割されてもよく、あるいは、導電材料のパターニング塗布によって形成してもよい。

［光学デバイスの光学状態］
続いて、本実施の形態に係る光学デバイス１の使用例を示しながら、光学デバイス１の光学状態（動作モード）について説明する。具体的には、光学デバイス１を備える光学システムについて、図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。

図３Ａ〜図３Ｃはそれぞれ、本実施の形態に係る光学デバイス１を備える光学システム６０を建物９０に適用した例を示す図である。具体的には、図３Ａ〜図３Ｃは、光学デバイス１を窓９１に設置した場合において、光学デバイス１が各動作モードで動作したときの作用を説明するための図である。

図３Ａ〜図３Ｃに示すように、光学システム６０は、光学デバイス１と、制御部６１とを備える。なお、各図において、光学デバイス１から延びるドットの網掛けが付された領域は、光学デバイス１を通過した光（具体的にはＳ偏光成分）が通過する領域を示している。

光学デバイス１は、入射した光を透過させることができる。例えば、光学デバイス１は、建物９０の窓９１に設置することで、配光機能付き窓として実現することができる。光学デバイス１は、例えば、粘着層を介して既存の窓９１に貼り合わされる。この場合、光学デバイス１は、第１基材１０及び第２基材２０の主面が鉛直方向（ｚ軸方向）に平行になる姿勢で窓９１に設置される。

なお、図３Ａ〜図３Ｃでは、光学デバイス１の詳細な構造は図示されていないが、光学デバイス１は、第１基材１０が屋外側で第２基材２０が屋内側になり、かつ、凸部３３の側面３３ａが天井９２側で側面３３ｂが床９３側になるように配置されている。

また、制御部６１が床９３上に設置されているが、これは模式的に図示したものであり、制御部６１の設置場所には特に限定されない。例えば、制御部６１は、光学デバイス１と一体に構成され、窓９１の窓枠などに固定されていてもよい。あるいは、制御部６１は、建物９０の天井９２、床９３又は壁などに埋め込まれていてもよい。

制御部６１は、光学デバイス１を駆動する制御部である。具体的には、制御部６１は、第１電極層４０と第２電極層５０との間に所定の電圧を印加する。本実施の形態では、制御部６１は、第２電極層５０を構成する複数の電極片に選択的に電位を与えることで、第１電極層４０と第２電極層５０との間に所定の電圧を印加する。

本実施の形態では、制御部６１は、第１電極層４０及び第２電極層５０間への電圧の印加状態に応じた３つの動作モードを有する。具体的には、３つの動作モードは、電圧を印加しない無印加モード（第１動作モード）と、電極層間に略均一に電圧を印加する均一印加モード（第２動作モード）と、電極層間に部分的に電圧を印加する部分印加モード（第３動作モード）とである。各動作モードに応じて、配光層３０に印加される電界の大きさ及び向きが変化する。制御部６１は、ユーザ操作又は予め定められたスケジュール情報などに基づいて、３つの動作モードを切り替えて実行する。また、第２動作モード及び第３動作モードでは、印加する電圧水準を複数設定し、適宜切り替えを行ってもよい。

光学デバイス１では、配光層３０に印加される電界に応じて、屈折率可変層３２に含まれる液晶分子３５の配向が変化する。なお、液晶分子３５は、複屈折性を有する棒状の液晶分子であるので、入射する光の偏光状態に応じて、当該光が受ける屈折率が異なる。ここでは、例えば、凸部３３の屈折率が１．５であり、液晶分子３５としては、常光屈折率（ｎｏ）が１．５で、異常光屈折率（ｎｅ）が１．７のポジ型の液晶分子である場合を例に挙げて説明する。

光学デバイス１に入射する太陽光などの光は、Ｐ偏光（Ｐ偏光成分）とＳ偏光（Ｓ偏光成分）とを含んでいる。Ｐ偏光は、３つのモードのいずれのモードにおいても、その振動方向が液晶分子３５の短軸に対して略平行になる。このため、Ｐ偏光についての液晶分子３５の屈折率は、動作モードに依存せず、常光屈折率（ｎｏ）であって、具体的には１．５である。このため、Ｐ偏光についての屈折率は、動作モードに依存せず、配光層３０内で略一定になるので、Ｐ偏光は、配光層３０をそのまま直進する。

一方で、Ｓ偏光についての液晶分子３５の屈折率は、図３Ａ〜図３Ｃで示した動作モードに応じて変化する。

具体的には、光学デバイス１は、無印加モードで駆動された場合に、入射する光Ｌ（Ｓ偏光）の進行方向を変更させる配光状態になる。光学デバイス１は、均一印加モードで駆動された場合に、入射する光Ｌ（Ｓ偏光）をそのまま（進行方向を変更することなく）通過させる透光（透明）状態になる。部分印加モードは、無印加モードと均一印加モードとの中間の光学状態を形成するモードである。このため、光学デバイス１は、部分印加モードで駆動された場合に、無印加モードとは異なる方向への配光状態になる。

以下では、各動作モードの詳細について、図３Ａ〜図３Ｃを適宜参照しながら、図４Ａ〜図４Ｄを用いて説明する。図４Ａ〜図４Ｄはそれぞれ、本実施の形態に係る光学デバイス１の各動作モードを説明するための拡大断面図である。なお、図４Ａ〜図４Ｄでは、光学デバイス１に入射する光Ｌ（例えば太陽光）の経路を太線の矢印で示している。なお、実際には、光Ｌは、第１基材１０に入射する際、及び、第２基材２０から出射する際に屈折するが、これらの屈折による経路の変化は図示していない。

＜無印加モード（配光状態）＞
図４Ａは、無印加モードで駆動された場合の光学デバイス１の状態と、光学デバイス１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。

制御部６１は、光学デバイス１を無印加モードで動作させる場合、第１電極層４０と第２電極層５０との間に電圧を印加しない。具体的には、第１電極層４０と第２電極層５０を構成する複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２とが略等しい電位（例えば接地電位）になることで、配光層３０には電界が印加されない。このため、屈折率可変層３２の屈折率を面内で略均一にすることができる。

この場合、光Ｌ（Ｓ偏光）が受ける屈折率は、凸部３３が１．５であるのに対して、屈折率可変層３２が１．７になる。このため、図４Ａに示すように、光学デバイス１に対して斜めに入射する光Ｌは、凸部３３の側面３３ｂで屈折して進行方向が変化した後、凸部３３の側面３３ａで反射（全反射）される。側面３３ａで反射された光は、斜め上方に向けて出射される。すなわち、光学デバイス１は、斜め下方に入射した光Ｌを、斜め上方に向けて出射する。したがって、図３Ａに示すように、斜め下方に入射する太陽光などの光Ｌは、光学デバイス１によって進行方向が曲げられて、建物９０の天井９２を照射する。

＜均一印加モード（透光状態）＞
図４Ｂは、均一印加モードで駆動された場合の光学デバイス１の状態と、光学デバイス１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。

制御部６１は、光学デバイス１を均一印加モードで動作させる場合、第２電極層５０を構成する複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２の全てに等しい電位を与えることで、第１電極層４０と第２電極層５０との間に所定の電圧（第１電圧）を印加する。これにより、配光層３０に印加される電界が面内で略均一になり、屈折率可変層３２の屈折率を面内で略均一にすることができる。

この場合、光Ｌが受ける屈折率は、凸部３３及び屈折率可変層３２ともに１．５となる。このため、図４Ｂに示すように、光学デバイス１に対して斜めに入射する光Ｌは、そのまま光学デバイス１を通過する。つまり、光学デバイス１は、斜め下方に入射した光Ｌを、そのまま斜め下方に出射する。したがって、図３Ｂに示すように、斜め下方に入射する太陽光などの光Ｌは、光学デバイス１をそのまま通過して、建物９０の床９３の窓９１に近い部分を照射する。

＜部分印加モード（配光状態）＞
図４Ｃ及び図４Ｄは、部分印加モードで駆動された場合の光学デバイス１の状態と、光学デバイス１を通過する光Ｌの経路とを模式的に示している。なお、図４Ｃは、第２電極層５０を構成する第１電極片５１と第１電極層４０との間に電圧を印加した場合を示しており、図４Ｄでは、第２電極片５２と第１電極層４０との間に電圧を印加した場合を示している。

制御部６１は、光学デバイス１を部分印加モードで動作させる場合、複数の第１電極片５１と複数の第２電極片５２とで互いに異なる電位を与えることで、第１電極層４０と第２電極層５０との間に所定の電圧（第２電圧）を印加する。なお、部分印加モードで印加される第２電圧は、均一印加モードで印加される第１電圧より小さい。

例えば、図４Ｃに示す例では、制御部６１は、第１電極片５１に対して、第１電極層４０とは異なる電位を与えることで、第１電極片５１と第１電極層４０との間に第２電圧を印加する。このとき、制御部６１は、第２電極片５２に対して、第１電極層４０と等しい電位（例えば、接地電位）を与えている。これにより、第２電極片５２と第１電極層４０との間には電界が生じないようにされている。

この場合、第１電極層４０と第１電極片５１との間に位置する液晶分子３５は、長軸が厚み方向（ｙ軸方向）側にある程度傾く方向に配向される。このため、屈折率可変層３２における、凸部３３の側面３３ｂに近い部分では、屈折率が１．５と１．７との中間の値になって、凸部３３の屈折率とも異なり、電圧を印加していない屈折率可変層３２とも異なる状態になる。よって、光Ｌの進行経路において、側面３３ｂの手前に別の屈折面（あるいは屈折領域）が形成されることになる。

一方で、第１電極層４０と第２電極片５２との間に位置する液晶分子３５は、長軸が凸部３３の延在方向（ｘ軸方向）に沿って配向された状態のままである。このため、屈折率可変層３２における、凸部３３の側面３３ａに近い部分では、屈折率が１．７のままであり、凸部３３の屈折率とは相違する。つまり、側面３３ａは、光Ｌの反射面として機能する。

このように、屈折率可変層３２の屈折率が均一にならず、屈折率可変層３２の内部で屈折率が異なる部分が形成される。したがって、図４Ｃに示すように、光学デバイス１に入射する光Ｌは、側面３３ｂに到達する前に当初の進行方向からは屈折され、その上で、側面３３ｂで屈折される。図４Ｃでは、この振る舞いを実効屈折面３３ｅで屈折されるとして模式的に表現している。なお、実効屈折面３３ｅの形状はあくまでも一例であり、図示した例に限らない。実効屈折面３３ｅで屈折された光Ｌは、側面３３ａによって反射されて、斜め上方に向けて出射される。

また、例えば、図４Ｄに示す例では、制御部６１は、第２電極片５２に対して、第１電極層４０とは異なる電位を与えることで、第２電極片５２と第１電極層４０との間に所定の電圧を印加する。このとき、制御部６１は、第１電極片５１に対して、第１電極層４０と等しい電位（例えば、接地電位）を与えている。これにより、第１電極片５１と第１電極層４０との間には電界が生じないようにされている。この場合、図４Ａの場合と同様に、屈折率可変層３２の屈折率が均一にならず、屈折率可変層３２の内部で屈折率が異なる部分が形成される。

具体的には、第１電極層４０と第２電極片５２との間に位置する液晶分子３５は、長軸が厚み方向（ｙ軸方向）側にある程度傾く方向に配向される。このため、屈折率可変層３２における、凸部３３の側面３３ａに近い部分では、屈折率が１．５と１．７との中間の値になって、凸部３３の屈折率とも異なり、電圧を印加していない屈折率可変層３２とも異なる状態になる。よって、光Ｌの進行経路において、側面３３ａの手前に別の屈折面（あるいは屈折領域）が形成されることになる。

一方で、第１電極層４０と第１電極片５１との間に位置する液晶分子３５は、長軸が凸部３３の延在方向（ｘ軸方向）に沿って配向された状態のままである。このため、屈折率可変層３２における、凸部３３の側面３３ｂに近い部分では、屈折率が１．７のままであり、凸部３３の屈折率とは相違する。つまり、側面３３ｂは、光Ｌの反射面として機能する。

このため、図４Ｄに示すように、光学デバイス１に入射する光Ｌは、側面３３ｂで屈折された後、側面３３ａに到達する前に当初の進行方向からは屈折され、その上で、側面３３ａで反射される。図４Ｄでは、この振る舞いを実効反射面３３ｆで反射されるとして模式的に表現している。なお、実効反射面３３ｆの形状はあくまでも一例であり、図示した例に限らない。実効反射面３３ｆによって反射された光Ｌは、斜め上方に向けて出射される。

なお、図４Ｃ及び図４Ｄの各々には、太点線の矢印で、第１モードにおける光Ｌの出射方向を図示している。図４Ｃ及び図４Ｄから分かるように、部分印加モードによれば、光Ｌは、無印加モードの場合よりも光学デバイス１から離れる方向に出射される。このため、図３Ｃに示すように、斜め下方に入射する太陽光などの光Ｌは、光学デバイス１によって、斜め上方のより遠方にまで届くように進行方向が曲げられて、建物９０の天井９２の奥側を照射する。

また、図４Ｃ及び図４Ｄでは、実効屈折面３３ｅ及び実効反射面３３ｆがそれぞれ、平面である例を示しているが、液晶分子３５の配向状態によって実効屈折面３３ｅ及び実効反射面３３ｆは、斜め平面、垂直平面の他にも凸面又は凹面などの曲面になりうる。

また、部分印加モードでは、第１電極片５１及び第２電極片５２のいずれか一方のみと第１電極層４０との間に電圧を印加したが、これに限らない。例えば、図４Ｃで示した場合において、第２電極片５２と第１電極層４０との間に電圧を印加してもよい。これにより、配光方向をより細かく調整することができる。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る光学デバイス１は、透光性を有する第１基材１０と、第１基材１０に対向して配置された、透光性を有する第２基材２０と、第１基材１０と第２基材２０との間に互いに対向して配置された、透光性を有する第１電極層４０及び第２電極層５０と、第１電極層４０と第２電極層５０との間に配置され、入射した光を配光する配光層３０とを備え、配光層３０は、第１方向に並んで配置された複数の凸部３３を有する凹凸構造層３１と、複数の凸部３３間を充填するように配置され、第１電極層４０及び第２電極層５０間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層３２とを含み、第２電極層５０は、複数の電極片から構成され、複数の電極片は、第１電位が印加される複数の第１電極片５１と、第２電位が印加される複数の第２電極片５２とを含み、複数の第１電極片５１と複数の第２電極片５２とは、第１方向に交互に並んで配置されている。

これにより、第２電極層５０が複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２から構成されているので、第２電極層５０に印加する電位を面内で部分的に異ならせることができる。例えば、第１電極片５１のみに印加、第２電極片５２のみに印加、又は、第１電極片５１と第２電極片５２とで異なる電位を印加するなど、第２電極層５０を構成する複数の電極片に対して、選択的に異なる電位の印加及び無印加を行うことができる。このため、配光層３０に印加される電界の大きさ及び向きを変化させることができるので、光学デバイス１に入射する光Ｌの実効屈折面３３ｅ又は実効反射面３３ｆが変化する。したがって、光学デバイス１による配光方向の制御範囲を大きくすることができる。

また、例えば、複数の凸部３３の各々は、根元３３ｄから先端３３ｃに向けて先細る形状を有し、隣り合う第１電極片５１及び第２電極片５２は、平面視において、隣り合う凸部３３の先端３３ｃ間に位置し、隣り合う第１電極片５１と第２電極片５２との境界領域（すなわち、隙間５３）は、平面視において、隣り合う凸部３３の根元３３ｄ間に位置している。

これにより、第１電極片５１と第１電極層４０との間に電圧を印加した場合には、凸部３３の側面３３ｂ（屈折面）の近傍に位置する液晶分子３５の配向を調整することができる。また、第２電極片５２と第１電極層４０との間に電圧を印加した場合には、凸部３３の側面３３ａ（反射面）の近傍に位置する液晶分子３５の配向を調整することができる。いずれの場合も、光学デバイス１に入射する光Ｌの実効屈折面３３ｅ又は実効反射面３３ｆを変化させることができ、配光方向を変更することができる。

また、例えば、複数の凸部３３は、並び方向に直交する第２方向に延びたストライプ状に形成されている。

これにより、光Ｌの屈折面（又は実効屈折面）及び反射面（又は実効反射面）がストライプに沿って延びるので、光学デバイス１の面内での屈折面及び反射面の面積が大きくなる。このため、光学デバイス１による配光量を大きくすることができる。

また、本実施の形態に係る光学システム６０は、例えば、光学デバイス１と、複数の電極片に選択的に電位を与えることで、第１電極層４０と第２電極層５０との間に所定の電圧を印加する制御部６１とを備える。

これにより、複数の電極片に選択的に電位を与えることで、配光層３０に印加される電界を面内で部分的に異ならせることができる。このため、光学デバイス１に入射する光Ｌの実効屈折面３３ｅ又は実効反射面３３ｆが変化するので、配向方向の制御範囲を大きくすることができる。

また、例えば、制御部６１は、無印加モードでは、第１電極層４０及び第２電極層５０の間に電圧を印加せず、均一印加モードでは、複数の電極片の全てに等しい電位を与えることで、第１電極層４０及び第２電極層５０間に第１電圧を印加し、部分印加モードでは、複数の第１電極片５１と複数の第２電極片５２とに互いに異なる電位を与えることで、第１電極層４０及び第２電極層５０間に第２電圧を印加する。

これにより、光学デバイス１の光学状態を動作モードに応じて切り替えることができる。

また、例えば、制御部６１は、部分印加モードでは、複数の第１電極片５１のみ又は複数の第２電極片５２のみと、対向する電極層との間に第２電圧を印加する。

これにより、例えば、実効屈折面３３ｅ及び実効反射面３３ｆの各々を独立して変更することができる。

また、例えば、部分印加モードで印加する第２電圧は、均一印加モードで印加する第１電圧より小さい。

これにより、部分印加モードで配光層３０に印加される電界の大きさが、均一印加モードで配光層３０に印加される電界の大きさより小さくなるので、液晶分子３５の配向状態をより細かく調整することができる。

（実施の形態１の変形例）
続いて、実施の形態１の変形例について説明する。実施の形態１では、第２電極層５０を構成する複数の電極片が第１電極片５１と第２電極片５２とを含んでいる例について示したが、本変形例では、複数の電極片は、さらに、第３電極片を含んでいる。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。

図５は、本変形例に係る光学デバイス１ａの拡大断面図である。

図５に示すように、本変形例に係る光学デバイス１ａは、実施の形態１に係る光学デバイス１と比較して、第２電極層５０の代わりに第２電極層５０ａを備える点が相違する。第２電極層５０ａは、複数の第１電極片５１ａと、複数の第２電極片５２ａと、複数の第３電極片５３ａとから構成されている。

複数の第１電極片５１ａと、複数の第３電極片５３ａと、複数の第２電極片５２ａとは、この順で、複数の凸部３３の並び方向（ｚ軸方向）に交互に並んで配置されている。複数の第１電極片５１ａ、複数の第３電極片５３ａ及び複数の第２電極片５２ａはそれぞれ、ｘ軸方向に延びる帯状の電極片である。本変形例では、第１電極片５１ａ、第３電極片５３ａ及び第２電極片５２ａは、例えば、それぞれの幅が互いに異なっている。

複数の第１電極片５１ａには、第１電位が共通して印加される。複数の第１電極片５１ａは、例えば、その延在方向（ｘ軸方向）の一方の端部で互いに接続されており、各々に印加される電位が等電位になるように構成されている。例えば、複数の第１電極片５１ａは、櫛歯状電極である。

複数の第２電極片５２ａには、第２電位が共通して印加される。複数の第２電極片５２ａは、例えば、その延在方向（ｘ軸方向）の他方の端部で互いに接続されており、各々に印加される電位が等電位になるように構成されている。例えば、複数の第２電極片５２ａは、櫛歯状電極である。

複数の第３電極片５３ａには、第３電位が共通して印加される。複数の第３電極片５３ａは、例えば、その延在方向（ｘ軸方向）の一方の端部又は他方の端部で互いに接続されており、各々に印加される電位が等電位になるように構成されている。例えば、複数の第３電極片５３ａは、櫛歯状電極である。

複数の第１電極片５１ａ、複数の第２電極片５２ａ及び複数の第３電極片５３ａは、互いに電気的に絶縁されている。複数の第３電極片５３ａは、例えば、第１電極片５１ａ又は第２電極片５２ａと交差する部分において絶縁層などが間に設けられている。

本変形例では、図５に示すように、第１電極片５１ａと第２電極片５２ａとは、隙間５４ａを空けて配置されている。第１電極片５１ａと第３電極片５３ａとは、隙間５５ａを空けて配置されている。第３電極片５３ａと第２電極片５２ａとは、隙間５６ａを空けて配置されている。

このため、複数の第１電極片５１ａと複数の第２電極片５２ａと複数の第３電極片５３ａとには、異なる電位を印加することができる。つまり、第１電極片５１ａに印加される第１電位と、複数の第２電極片５２ａに印加される第２電位と、複数の第３電極片５３ａに印加される第３電位とは、異なっていてもよく、同じでもよい。

図５に示すように、順に並んだ第１電極片５１ａ、第３電極片５３ａ及び第２電極片５２ａ（すなわち、一組の電極片）は、平面視において、隣り合う凸部３３の先端３３ｃ間に位置している。なお、図５には、凸部３３の先端３３ｃ及び根元３３ｄの各々を通る厚み方向に平行な線を二点鎖線で示している。

本変形例では、平面視した場合に、第１電極片５１ａは、凸部３３の先端３３ｃと根元３３ｄとの間で、かつ、側面３３ｂ（屈折面）に重複する位置に位置している。第１電極片５１ａと第１電極層４０との間に電圧を印加することで、側面３３ｂの近傍に位置する液晶分子３５の配向を変化させることができる。これにより、光が実質的に屈折する面である実効屈折面３３ｅを変化させることができる。詳細については、図４Ｃを用いて説明した通りである。

また、平面視した場合に、第２電極片５２ａは、凸部３３の先端３３ｃと根元３３ｄとの間で、かつ、側面３３ａ（反射面）に重複する位置に位置している。第２電極片５２ａと第１電極層４０との間に電圧を印加することで、側面３３ａの近傍に位置する液晶分子３５の配向を変化させることができる。これにより、光が実質的に反射する面である実効反射面３３ｆを変化させることができる。詳細については、図４Ｄを用いて説明した通りである。

また、平面視した場合に、第３電極片５３ａは、隣り合う凸部３３の根元３３ｄ間に位置している。具体的には、第３電極片５３ａは、凸部３３に重複しない位置に位置している。

第１電極片５１ａと第２電極片５２ａとの境界領域（すなわち、隙間５４ａ）は、平面視において、凸部３３の先端３３ｃに重複する位置に位置している。すなわち、図５に示すように、先端３３ｃを通る二点鎖線が隙間５４ａを通過している。

第１電極片５１ａと第３電極片５３ａとの境界領域（すなわち、隙間５５ａ）は、平面視において、凸部３３の側面３３ｂ側の根元３３ｄに重複する位置に位置している。すなわち、図５に示すように、根元３３ｄを通る二点鎖線が隙間５５ａを通過している。

第２電極片５２ａと第３電極片５３ａとの境界領域（すなわち、隙間５６ａ）は、平面視において、凸部３３の側面３３ａ側の根元３３ｄに重複する位置に位置している。すなわち、図５に示すように、根元３３ｄを通る二点鎖線が隙間５６ａを通過している。

隙間５４ａ、隙間５５ａ及び隙間５６ａの幅（ｚ軸方向の長さ）は、例えば、第１電極片５１ａ、第２電極片５２ａ及び第３電極片５３ａの幅より短い。

以上のように、本変形例に係る光学デバイス１ａによれば、例えば、複数の電極片は、さらに、第３電位が印加される複数の第３電極片５３ａを含み、複数の第１電極片５１ａと、複数の第３電極片５３ａと、複数の第２電極片５２ａとは、この順で凸部３３の並び方向に交互に配置されている。

これにより、配光層３０に印加される電界の大きさ及び向きを、より細かく調整することができる。したがって、光学デバイス１ａによる配光方向をより細かく制御することができる。

また、例えば、複数の凸部３３の各々は、根元３３ｄから先端３３ｃに向けて先細る形状を有し、順に並んだ第１電極片５１ａ、第３電極片５３ａ及び第２電極片５２ａは、平面視において、隣り合う凸部３３の先端３３ｃ間に位置し、第３電極片５３ａは、隣り合う凸部３３の根元３３ｄ間に位置している。

これにより、光学デバイス１に入射する光Ｌの実効屈折面３３ｅ又は実効反射面３３ｆを、凸部３３間で変化させることができ、配光方向を変更することができる。

（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。実施の形態１では、第２電極層５０のみが複数の電極片から構成されている例について示したが、本実施の形態では、第１電極層４０も複数の電極片から構成されている。

図６は、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の断面図である。図７は、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の拡大断面図であり、図６の一点鎖線で囲まれる領域ＶＩＩの拡大断面図である。

図６及び図７に示すように、光学デバイス１０１は、実施の形態１に係る光学デバイス１と比較して、第１電極層４０の代わりに第１電極層１４０を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。

第１電極層１４０は、図７に示すように、複数の第１電極片１４１及び複数の第２電極片１４２から構成されている。つまり、本実施の形態では、第１電極層１４０及び第２電極層５０はそれぞれ、複数の電極片から構成されている。

複数の第１電極片１４１と、複数の第２電極片１４２とは、複数の凸部３３の並び方向（ｚ軸方向）に交互に並んで配置されている。複数の第１電極片１４１及び複数の第２電極片１４２はそれぞれ、ｘ軸方向に延びる帯状の電極片である。複数の第１電極片１４１及び複数の第２電極片１４２並びに複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２は、例えば、同じ形状及び同じ大きさである。

複数の第１電極片１４１と複数の第２電極片１４２とは、互いに絶縁されている。本実施の形態では、第１電極片１４１と第２電極片１４２とは、隙間を空けて配置されている。このため、複数の第１電極片１４１と複数の第２電極片１４２とには、異なる電位を印加することができる。

本実施の形態では、第１電極層１４０を構成する複数の電極片と第２電極層５０を構成する複数の電極片とは、平面視において、凸部３３の並び方向にずれて配置されている。具体的には、第１電極片１４１は、平面視において、第２電極層５０の第１電極片５１及び第２電極片５２の各々の一部と重複している。第２電極片１４２も同様に、平面視において、第２電極層５０の第１電極片５１及び第２電極片５２の各々の一部と重複している。例えば、第１電極片１４１及び第２電極片１４２はそれぞれ、第１電極片５１及び第２電極片５２の各々の略半分と重複している。

なお、重複量は、略半分に限らない。例えば、第１電極片１４１は、第１電極片５１の１／４と第２電極片５２の３／４とに重複していてもよい。また、第１電極片１４１、第２電極片１４２、第１電極片５１及び第２電極片５２の形状及び大きさが異なる場合には、第１電極片１４１又は第２電極片１４２は、第１電極片５１及び第２電極片５２のいずれか一方と完全に重複していてもよい。

本実施の形態に係る光学デバイス１０１では、対向して配置された第１電極層１４０及び第２電極層５０のそれぞれが、複数の電極片から構成されているため、配光層３０に印加する電界の大きさ及び向きをより細かく調整することができる。

図８は、本実施の形態に係る光学デバイス１０１の動作モードを説明するための拡大断面図である。図８には、制御部６１によって、第１電極層１４０の第１電極片１４１と第２電極層５０の第１電極片５１との間に所定の電圧（第２電圧）が印加された場合を図示している。ここでは、第１電極層１４０の第２電極片１４２と第２電極層５０の第２電極片５２との間には、電圧は印加されていない。例えば、制御部６１は、第１電極片５１に正の電位を与え、第１電極片１４１に負の電位を与え、第２電極片５２及び１４２に接地電位を与える。これにより、第２電極層５０の第１電極片５１と第１電極層１４０の第１電極片１４１との間に、最も強い電界が印加される。

本実施の形態では、第２電極層５０の第１電極片５１と第１電極層１４０の第１電極片１４１とが、ｚ軸方向にずれて配置されている。このため、第１電極片５１と第１電極片１４１との間に印加される電界は、厚み方向（ｙ軸方向）に平行にはならず、ｙ軸方向に斜め方向に印加される。このため、第１電極片５１と第１電極片１４１との間に位置する液晶分子３５は、図８に示すように、斜め方向に配向する。また、第２電極片５２と第２電極片１４２との間に位置する液晶分子３５には、電界がほとんど印加されないので、配向状態は変化しない。

このため、屈折率可変層３２内において屈折率差が生じ、実効屈折面１３３ｅが形成される。光学デバイス１０１に入射する光Ｌは、実効屈折面１３３ｅで屈折された後、凸部３３の側面３３ａで反射され、斜め上方に向けて出射される。実効屈折面１３３ｅの形状は、電圧を印加する電極片の組み合わせ、及び、印加する電圧の大きさなどによって変更する。このため、電極片の組み合わせ、及び、電圧の大きさを調整することで、配光方向を調整することができる。

［効果など］
以上、本実施の形態に係る光学デバイス１０１では、例えば、第１電極層１４０及び第２電極層５０はそれぞれ、複数の電極片から構成されている。

これにより、配光層３０に印加される電界の大きさ及び向きを、より細かく調整することができる。したがって、光学デバイス１０１による配光方向をより細かく制御することができる。

また、例えば、第１電極層１４０を構成する複数の電極片と第２電極層５０を構成する複数の電極片とは、平面視において、凸部３３の並び方向（ｚ軸方向）にずれて配置されている。

これにより、配光層３０に対して斜め方向に電界を印加することができるので、配光層３０に印加される電界の大きさ及び向きを、より細かく調整することができる。したがって、光学デバイス１０１による配光方向をより細かく制御することができる。

（その他）
以上、本発明に係る光学デバイス及び光学システムについて、上記の実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記の実施の形態では、第１電極層４０及び第２電極層５０の少なくとも一方を、２種類又は３種類の電極片に分割する例について示したが、４種類以上の電極片に分割してもよい。また、第１電極層４０及び第２電極層５０の双方を分割する場合に、分割数が異なっていてもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、複数の第１電極片５１及び複数の第２電極片５２を１つずつ交互に配置したが、複数個ずつ交互に配置してもよい。他の電極片についても同様である。

また、例えば、上記の実施の形態では、屈折率可変層３２を構成する液晶材料としてポジ型の液晶材料を用いたが、ネガ型の液晶材料を用いてもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、凸部３３の長手方向がｘ軸方向となるように光学デバイスを窓に配置したが、これに限らない。例えば、凸部３３の長手方向がｚ軸方向となるように光学デバイスを窓に配置してもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、凹凸構造層３１を構成する複数の凸部３３の各々は、長尺状であったが、これに限らない。例えば、複数の凸部３３は、マトリクス状などに点在するように配置されていてもよい。つまり、複数の凸部３３を、ドット状に点在するように配置してもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、複数の凸部３３の各々は、同じ形状としたが、これに限るものではなく、例えば、面内において異なる形状であってもよい。例えば、光学デバイス１におけるｚ軸方向の上半分と下半分とで複数の凸部３３の側面３３ａ又は３３ｂの傾斜角を異ならせてもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、複数の凸部３３の高さは、一定としたが、これに限るものではない。例えば、複数の凸部３３の高さは、ランダムに異なっていてもよい。このようにすることで、光学デバイスを透過する光が虹色に見えてしまうことを抑制できる。つまり、複数の凸部３３の高さをランダムに異ならせることで、凹凸界面での微小な回折光や散乱光が波長で平均化されて出射光の色付きが抑制される。

また、上記の実施の形態では、光学デバイス１に入射する光として太陽光を例示したが、これに限らない。例えば、光学デバイス１に入射する光は、照明装置などの発光装置が発する光であってもよい。

また、上記の実施の形態では、光学デバイス１は、窓９１の屋内側の面に貼り付けたが、窓９１の屋外側の面に貼り付けてもよい。屋内側に貼り付けることで、光学素子の劣化を抑制することができる。また、光学デバイス１を窓９１に貼り付けたが、光学デバイスを建物９０の窓そのものとして用いてもよい。また、光学デバイス１は、建物９０の窓９１に設置する場合に限るものではなく、例えば車の窓などに設置してもよい。

なお、これらの変形例は、他の実施の形態及び変形例にも適用できる。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１、１ａ、１０１ 光学デバイス
１０ 第１基材
２０ 第２基材
３０ 配光層
３１ 凹凸構造層
３２ 屈折率可変層
３３ 凸部
３３ｃ 先端
３３ｄ 根元
４０、１４０ 第１電極層
５０、５０ａ 第２電極層
５１、５１ａ、１４１ 第１電極片
５２、５２ａ、１４２ 第２電極片
５３、５４、５４ａ、５５ａ、５６ａ 隙間（境界領域）
５３ａ 第３電極片
６０ 光学システム
６１ 制御部

Claims (11)

1. 透光性を有する第１基材と、
   前記第１基材に対向して配置された、透光性を有する第２基材と、
   前記第１基材と前記第２基材との間に互いに対向して配置された、透光性を有する第１電極層及び第２電極層と、
   前記第１電極層と前記第２電極層との間に配置され、入射した光を配光する配光層とを備え、
   前記配光層は、
   第１方向に並んで配置された複数の凸部を有する凹凸構造層と、
   前記複数の凸部間を充填するように配置され、前記第１電極層及び前記第２電極層間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層とを含み、
   前記第１電極層及び前記第２電極層の少なくとも一方は、複数の電極片から構成され、
   前記複数の電極片は、
   第１電位が印加される複数の第１電極片と、
   第２電位が印加される複数の第２電極片とを含み、
   前記複数の第１電極片と前記複数の第２電極片とは、前記第１方向に交互に並んで配置されている
   光学デバイス。
2. 前記複数の凸部の各々は、根元から先端に向けて先細る形状を有し、
   隣り合う前記第１電極片及び前記第２電極片は、平面視において、隣り合う前記凸部の先端間に位置し、
   隣り合う前記第１電極片と前記第２電極片との境界領域は、平面視において、隣り合う前記凸部の根元間に位置している
   請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記第１電極層及び前記第２電極層はそれぞれ、複数の電極片から構成されている
   請求項１又は２に記載の光学デバイス。
4. 前記第１電極層を構成する複数の電極片と前記第２電極層を構成する複数の電極片とは、平面視において、前記第１方向にずれて配置されている
   請求項３に記載の光学デバイス。
5. 前記複数の電極片は、さらに、第３電位が印加される複数の第３電極片を含み、
   前記複数の第１電極片と、前記複数の第３電極片と、前記複数の第２電極片とは、この順で前記第１方向に交互に配置されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学デバイス。
6. 前記複数の凸部の各々は、根元から先端に向けて先細る形状を有し、
   順に並んだ前記第１電極片、前記第３電極片及び前記第２電極片は、平面視において、隣り合う前記凸部の先端間に位置し、
   前記第３電極片は、隣り合う前記凸部の根元間に位置している
   請求項５に記載の光学デバイス。
7. 前記複数の凸部は、前記第１方向に直交する第２方向に延びたストライプ状に形成されている
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学デバイス。
8. 請求項１〜７に記載の光学デバイスと、
   前記複数の電極片に選択的に電位を与えることで、前記第１電極層と前記第２電極層との間に所定の電圧を印加する制御部とを備える
   光学システム。
9. 前記制御部は、
   第１動作モードでは、前記第１電極層及び前記第２電極層の間に電圧を印加せず、
   第２動作モードでは、前記複数の電極片の全てに等しい電位を与えることで、前記第１電極層及び前記第２電極層間に第１電圧を印加し、
   第３動作モードでは、前記複数の第１電極片と前記複数の第２電極片とに互いに異なる電位を与えることで、前記第１電極層及び前記第２電極層間に第２電圧を印加する
   請求項８に記載の光学システム。
10. 前記制御部は、前記第３動作モードでは、前記複数の第１電極片のみ又は前記複数の第２電極片のみと、対向する電極層との間に前記第２電圧を印加する
    請求項９に記載の光学システム。
11. 前記第２電圧は、前記第１電圧より小さい
    請求項１０に記載の光学システム。
    

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