JP2021018280A - 光路制限装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造であって、応答の速い光制限装置を提供する。【解決手段】光路制限装置１は、特定の波長領域の励起光を受光すると透過率が変化するフォトクロミック材料により構成された遮光部１１ａが間隔を空けて複数配列され、隣り合う遮光部１１ａの間が透明であるフォトクロミック層１１と、励起光を発光する励起光源２０とを備える。また、光路制限装置１は、フォトクロミック層１１の第１面側に配置され、励起光の少なくとも一部を遮蔽する第１遮蔽層１２と、フォトクロミック層１１の第２面側に配置され、励起光の少なくとも一部を遮蔽する第２遮蔽層１３とを備える。【選択図】図２

Description

本開示の実施形態は、透過する光の光路を制限することができる光路制限装置に関するものである。

透過光の光路を制限してその広がりの程度を変化させることができる装置が特許文献１に開示されている。
しかし、特許文献１の装置では、電気泳動を利用しており、構造が複雑であり、作製が困難であった。

特開２０１６−６２０９２号公報

本開示の実施形態の課題は、簡単な構造であって、応答の速い光制限装置を提供することである。

本開示の実施形態は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本開示の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

第１の開示の実施形態は、特定の波長領域の励起光を受光すると透過率が変化するフォトクロミック材料により構成された遮光部（１１ａ）が間隔を空けて複数配列され、隣り合う前記遮光部（１１ａ）の間が透明であるフォトクロミック層（１１）と、前記励起光を発光する励起光源（２０）と、を備える光路制限装置（１）である。

第２の開示の実施形態は、第１の開示の実施形態に記載の光路制限装置（１）において、前記フォトクロミック層（１１）の第１面側に配置され、前記励起光の少なくとも一部を遮蔽する第１遮蔽層（１２）と、前記フォトクロミック層（１１）の第２面側に配置され、前記励起光の少なくとも一部を遮蔽する第２遮蔽層（１３）と、を備える光路制限装置（１）である。

第３の開示の実施形態は、第２の開示の実施形態に記載の光路制限装置（１）において、前記第１遮蔽層（１２）と前記第２遮蔽層（１３）との間に配置され、端部から入射する光を導光して少なくとも一部の光を前記フォトクロミック層（１１）側へ出射する導光層（１４）を備える、光路制限装置（１）である。

第４の開示の実施形態は、第３の開示の実施形態に記載の光路制限装置（１）において、前記導光層（１４）は、高屈折率層（１５）と、前記高屈折率層（１５）の第１面側に配置され、前記高屈折率層（１５）よりも屈折率の低い第１低屈折率層（１６）と、前記高屈折率層（１５）の第２面側に配置され、前記高屈折率層（１５）よりも屈折率の低い第２低屈折率層（１７）と、を備える、光路制限装置（１）である。

第５の開示の実施形態は、第３の開示の実施形態又は第４の開示の実施形態に記載の光路制限装置（１）において、前記導光層（１４）は、導光する光の一部の進む向きを変える進路変更部（１５ａ）を備える、光路制限装置（１）である。

本開示の実施形態によれば、簡単な構造であって、応答の速い光制限装置を提供することができる。

本開示の実施形態による光路制限装置１の第１実施形態を示す図である。 図１中の矢印Ａ−Ａの位置で光学部材１０を切断した断面図である。 フォトクロミック層１１のみを第２面側から見た図である。 第１実施形態の光路制限装置１において励起光源２０を発光させた状態を説明する図である。 本開示の実施形態の第２実施形態におけるフォトクロミック層１１のみを第２面側から見た図である。

以下、本開示の実施形態を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本開示の実施形態による光路制限装置１の第１実施形態を示す図である。なお、光学部材１０は、シート状の形状をしており、図１は、シート面に垂直な方向から見た平面視を示している。
図２は、図１中の矢印Ａ−Ａの位置で光学部材１０を切断した断面図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張、又は、簡略化している。
本明細書中において、記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
本明細書中において、板、シート、フィルム等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、これらの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
本明細書中において、シート面とは、各シートにおいて、そのシート全体として見たときにおける、シートの平面方向となる面を示すものであるとする。なお、板面、フィルム面についても同様である。

光路制限装置１は、光学部材１０と、励起光源２０とを備えている。光路制限装置１は、例えば、建築物の窓、乗物の窓等に取り付けられ、透過する光の広がりを制限する。
光学部材１０は、フォトクロミック層１１と、第１遮蔽層１２と、第２遮蔽層１３と、導光層１４とを備えた板状、シート状、又は、フィルム状の部材であって、シート面に垂直な方向から見た形状（平面視の形状）が、四角形に構成されている。なお、本実施形態では、光学部材１０の平面視の形状を四角形としたが、励起光源２０を配置する端部から光を入射可能であれば、平面視の形状は、どのような形状としてもよい。
なお、本実施形態の光学部材１０は、使用形態において特に表裏の区別を行う必要はないが、対称な構成ではないので、以下の説明では、図１の紙面手前側として示す側、すなわち、図２中の左側を第１面側と呼び、右側を第２面側と呼ぶものとする。

フォトクロミック層１１は、遮光部１１ａと、透光部１１ｂとを備えている。
図３は、フォトクロミック層１１のみを第２面側から見た図である。
遮光部１１ａは、特定の波長領域の励起光を受光すると透過率が変化するフォトクロミック材料により構成されている。遮光部１１ａは、図２に示す断面形状が略長方形形状に構成され、後述する導光方向に直交する方向に長方形の断面形状を維持して延在している。また、遮光部１１ａは、導光方向に沿って、複数が間隔を空けて配置されている。本実施形態の遮光部１１ａは、図２に示す断面形状が長方形（矩形形状）としたが、断面形状が三角形形状であってもよいし、台形形状や楕円形状の一部形状等、その形状は適宜変更してもよい。

本実施形態の遮光部１１ａは、通常は可視光の透過率が高く可視光に対して略透明であり、紫外光を受光することによりグレー又は黒色に変色して可視光の透過率が低下した状態となる。また、紫外光を受光した遮光部１１ａは、紫外光の受光が終了すると、徐々に可視光の透過率が上昇して透明な状態に戻る。
遮光部１１ａは、フォトクロミック材料を含有する樹脂により構成されている。フォトクロミック材料としては、例えば、ジアリールエテン系化合物、スピロピラン系化合物、スピロペリミジン系化合物、フルギド系化合物、ヘキサアリールビイミダゾール系化合物、ナフトピラン系化合物等が挙げられるが、これらに限らず、従来公知のフォトクロミック材料を適宜利用することができる。

本実施形態の遮光部１１ａは、紫外光により変色されていない状態の垂直に入射する可視光の最大透過率が４３０ｎｍ〜７００ｎｍで７０％であり、紫外光によって最も濃く変色された状態の最小透過率が４３０ｎｍ〜７００ｎｍで５％である。

透光部１１ｂは、導光方向に並んで配列されている遮光部１１ａの間と、フォトクロミック層１１の第１面側とに設けられている。透光部１１ｂは、励起光を受光しても透過率の変化が生じない通常の透明樹脂により構成されている。

フォトクロミック層１１は、透光部１１ｂの形状を賦形法等により形成し、透光部１１ｂに設けられた溝形状に未硬化の遮光部１１ａの素材樹脂を充填、スキージ等することにより作製することができる。

第１遮蔽層１２は、フォトクロミック層１１の第１面側に配置され、励起光である紫外光を遮蔽する層である。より具体的には、第１遮蔽層１２は、紫外線吸収層として構成してもよいし、紫外線反射層として構成してもよい。第１遮蔽層１２は、遮断する紫外光以外の帯域の光は透過する（透過率が十分に高い）ので、可視光に対しては略透明である。本実施形態では、第１遮蔽層１２は、光学部材１０の第１面側の最表面に配置されている。

第２遮蔽層１３は、フォトクロミック層１１の第２面側に配置され、励起光である紫外光を遮蔽する層である。より具体的には、第２遮蔽層１３は、紫外線吸収層として構成してもよいし、紫外線反射層として構成してもよい。第２遮蔽層１３は、遮断する紫外光以外の帯域の光は透過する（透過率が十分に高い）ので、可視光に対しては略透明である。本実施形態では、第２遮蔽層１３は、光学部材１０の第２面側の最表面に配置されている。

本実施形態では、第１遮蔽層１２及び第２遮蔽層１３は、同一の構成となっており、紫外線吸収層として構成されており、垂直に入射する２８０ｎｍ〜３８０ｎｍの紫外光の９０％以上を遮蔽（吸収）する。より好ましくは、第１遮蔽層１２及び第２遮蔽層１３は、垂直に入射する２８０ｎｍ〜３８０ｎｍの紫外光の９５％以上を遮蔽（吸収）するとよい。

第１遮蔽層１２及び第２遮蔽層１３によってフォトクロミック層１１を挟んで構成されていることにより、光学部材１０へ第１面側及び第２面側から到達する紫外光は、その殆どが第１遮蔽層１２及び第２遮蔽層１３によって遮蔽され、フォトクロミック層１１へは到達しない。よって、フォトクロミック層１１の遮光部１１ａは、外来光によっては透過率の変化を生じない。また、励起光が光学部材１０から出射されてしまうことも防止できる。

導光層１４は、第１遮蔽層１２と第２遮蔽層１３との間に配置され、光学部材１０の端部から入射する光を導光して少なくとも一部の光をフォトクロミック層１１側へ出射する。本実施形態では、導光層１４は、フォトクロミック層１１よりも第１面側に配置されている。
導光層１４は、高屈折率層１５と、第１低屈折率層１６と、第２低屈折率層１７とを有している。

高屈折率層１５は、導光される励起光（本実施形態では、紫外光）が導光される領域であり、第１低屈折率層１６及び第２低屈折率層１７の屈折率よりも屈折率が高い。また、高屈折率層１５は、可視光及び励起光である紫外光の透過率が高い材料を用いて形成することが望ましい。
第１低屈折率層１６は、高屈折率層１５の第１面側に隣接して配置され、高屈折率層１５よりも屈折率が低い。
第２低屈折率層１７は、高屈折率層１５の第２面側に隣接して配置され、高屈折率層１５よりも屈折率が低い。
第１低屈折率層１６及び第２低屈折率層１７は、いずれも、可視光及び励起光である紫外光の透過率が高い材料を用いて形成することが望ましい。本実施形態では、第１低屈折率層１６及び第２低屈折率層１７は、同一の素材により構成されている。
導光層１４は、上述したような構成、すなわち、高屈折率層１５を第１低屈折率層１６及び第２低屈折率層１７によって挟み込む構成とすることにより、高屈折率層１５と第１低屈折率層１６との界面、及び、高屈折率層１５と第２低屈折率層１７との界面において、臨界角よりも大きな角度でこれらの界面に到達する励起光源２０からの励起光が全反射される。これにより、導光方向（図１及び図２中の下から上に向かう方向）へと励起光が導光される。

また、導光層１４は、導光する光の一部の進む向きを変える進路変更部１５ａを備えている。本実施形態の進路変更部１５ａは、高屈折率層１５の第１面側に設けられた溝形状として構成されている。この進路変更部１５ａは、導光方向に直交する方向、すなわち、図１中の左右方向に溝形状が同一形状を維持して延在している。また、進路変更部１５ａは、導光方向に沿って、複数が間隔を空けて配置されている。本実施形態の進路変更部１５ａは、図２に示す断面形状が矩形形状としたが、断面形状が三角形形状であってもよいし、半円形状や楕円形状の一部形状等、その形状は適宜変更してもよい。
また、進路変更部１５ａの溝形状の内部には、例えば、第１低屈折率層１６を形成する樹脂が充填された構成としてもよいし、他の樹脂を充填してもよい。ただし、進路変更部１５ａの溝形状の内部を空隙としてしまうと、結露する等して進路変更部１５ａが視認されやすくなる恐れがあるので、何らかの樹脂により充填することが望ましい。

励起光源２０は、光学部材１０の端部１０ａに配置されており、励起光となる紫外光を発光し、端部１０ａへ励起光を照射する。端部１０ａへ照射された励起光は、端部１０ａから高屈折率層１５内へ入射して、導光方向へ進む。本実施形態では、励起光源２０は、点光源のＬＥＤ（発光ダイオード）光源を複数配置した。

端部１０ａについては、図示しないが、高屈折率層１５の端部以外の端部、特に、フォトクロミック層１１の端部については、励起光が直接入射しないように遮光膜や遮光部材等を配置することが望ましい。また、端部１０ａと対向する側の端部１０ｂや、光学部材１０の導光方向に沿って延びる端部１０ｃ、１０ｄについては、例えば、励起光を反射する紫外光反射材料を配置して励起光を戻すようにしてもよいし、励起光を吸収する紫外光吸収材料を配置してもよい。

図４は、第１実施形態の光路制限装置１において励起光源２０を発光させた状態を説明する図である。なお、図４では、フォトクロミック層１１の遮光部１１ａが変色して透過率が低下した状態を、黒色に示すことによって表現している。
励起光源２０が発光すると、励起光が端部１０ａから入射して、図４中の矢印のように進む。高屈折率層１５内を進む励起光は、先に説明したように、高屈折率層１５と第１低屈折率層１６との界面、及び、高屈折率層１５と第２低屈折率層１７との界面において、臨界角よりも大きな角度でこれらの界面に到達すると全反射される。これを繰り返すことにより、導光方向へと励起光が導光される。また、進路変更部１５ａに到達した励起光は、その進む方向が大きく変更される。ここで、進路変更部１５ａによって変更される励起光の進む向きは様々であるが、一部の光は、高屈折率層１５と第２低屈折率層１７との界面に臨界角よりも小さい角度で入射する。この励起光は、この界面を通過して導光層１４から出射して、フォトクロミック層１１へと到達して、フォトクロミック層１１の遮光部１１ａの透過率が低下する。

上述したように進路変更部１５ａは、励起光の進路を変更することによりフォトクロミック層１１へ励起光を進める。よって、進路変更部１５ａへ励起光が当たる程度によってフォトクロミック層１１へ向かう励起光の分布具合が変わる。フォトクロミック層１１全体における透過率を均一にするためには、進路変更部１５ａの配置を適宜最適化することが望ましい。なお、導光層１４は、励起光の面光源として捉えることができるので、従来公知の面光源装置と同様な構成を進路変更部１５ａの具体的な構成として適宜利用することができる。

本実施形態のような進路変更部１５ａの形態の場合には、進路変更部１５ａの溝の深さを場所によって変えることにより、励起光の出射光量の分布を均一化することができる。具体的には、励起光源２０に近い側の進路変更部１５ａの溝の深さを励起光源２０から遠い側の進路変更部１５ａの溝の深さよりも小さくするとよい。なお、複数の進路変更部１５ａの溝の深さは、導光方向に沿って、進路変更部１５ａが１個ずつの単位で変化していてもよいし、導光方向に沿って、進路変更部１５ａ複数個ずつの単位で段階的に変化していてもよい。
なお、進路変更部１５ａの幅（導光方向の幅）及びその配列ピッチを変えることによっても励起光の出射光量の分布を均一化することが可能である。しかし、進路変更部１５ａの幅及びその配列ピッチについては、一定とすることが望ましい。これは、進路変更部１５ａが視認されてしまうことを防止するためである。

図４のように励起光源２０が励起光を発光すると、フォトクロミック層１１の遮光部１１ａの透過率が下がり、光学部材１０を透過する光の光路を制限する作用を発揮することができ、透過光の広がりの程度を変化させることができる
すなわち、図４中に示すように、光学部材１０に対して略垂直に入射する光のうち、少なくとも透光部１１ｂを通過する光Ｌ１については、遮光部１１ａの影響を受けることなくそのまま光学部材１０を通過することができる。一方、光学部材１０に対して大きな入射角度で入射する光Ｌ４のような光については、遮光部１１ａによってその多くが吸収されて、光学部材１０を通過することができないか、大幅に透過光量が減少する。よって、遮光部１１ａの第２面側の端部をギリギリに通過し、かつ、隣接する遮光部１１ａの第１面側の端部をギリギリに通過する光Ｌ２から光Ｌ３の範囲の光に、透過する光の光路が制限され、透過光の広がる範囲を狭くすることができる。なお、本実施形態では、図１中の左右方向から入射する光については、光路制限をする作用はごく僅かとなり、ルーバーのような機能を発揮することができる。

以上説明したように、第１本実施形態によれば、励起光源２０から励起光を発光させることにより、即座に遮光部１１ａの透過率を低下させることができ、必要に応じて光路を制限することができる。しかも、光路制限装置１は、上述したような簡単な構成により実現することが可能である。

（第２実施形態）
図５は、本開示の実施形態の第２実施形態におけるフォトクロミック層１１のみを第２面側から見た図である。
第２実施形態は、第１実施形態の光路制限装置１におけるフォトクロミック層１１の構成を図５に示す形態に変更した点のみが、第１実施形態と異なるものである。よって、第２実施形態の説明は、フォトクロミック層１１について行う。
第２実施形態のフォトクロミック層１１は、遮光部１１ａを格子状に配置した点のみが、第１実施形態のフォトクロミック層１１と異なっている。
第２実施形態では、遮光部１１ａを格子状に配置したことにより、上下方向、及び、左右方向の双方向について光路を制限することが可能である。

（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本開示の実施形態の範囲内である。

（１）各実施形態において、励起光源２０は、端部１０ａに沿って複数配置しているが、励起光源は、１つであってもよいし、線状構成された長さの長い発光部を有する光源を用いてもよい。また、本実施形態では、光学部材１０の端部１０ａ側のみに励起光源２０を配置する構成を例示したが、複数の端部に励起光源を配置してもよい。

（２）各実施形態において、進路変更部１５ａは、図１に示すように左右方向（導光方向に交差する方向）に同一断面形状で高屈折率層１５の全体にわたって連続して延在している例を示したが、例えば、不連続で離散的に配置されていてもよい。

（３）各実施形態において、進路変更部１５ａは、高屈折率層１５に設けられた溝形状とした例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、進路変更部は、導光層に含められた光拡散材により構成してもよい。光拡散材としては、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、シリコン系等の樹脂製の粒子や無機粒子等を用いることができ、無機系拡散材と有機系拡散材とを組み合わせて用いてもよい。拡散材は、略球形であり、その平均粒径が約１〜５０μｍであるものを使用することが好ましく、より使用に適した拡散材の平均粒径の範囲は、約５〜３０μｍである。また、他の拡散成分としては、例えば、金属化合物、気体を含有した多孔質物質、金属化合物を周囲に保持した樹脂ビーズ、白色微粒子、気泡等を用いてもよい。

（４）各実施形態において、光学部材１０の層構成を例示したが、これらの層構成は適宜変更してもよい。例えば、導光層１４の第１面側にさらにフォトクロミック層を追加してもよい。また、例えば、光学部材の剛性を高めるための支持板をさらに積層してもよいし、印刷層や各種光学機能層等、他の層を積層してもよい。

（５）各実施形態において、励起光として紫外光を利用するフォトクロミック層を例に挙げて説明した。これに限らず、励起光によって透過率が変化するフォトクロミック層であれば、本開示の実施形態の調光装置に適用することができる。

（６）各実施形態において、光源として励起光源２０のみを設けた例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、フォトクロミック層１１の透過率を高める作用を有する光（例えば、可視光）を導光層１４へ入射する光源をさらに設けてもよい。

なお、各実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本開示の実施形態は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。

１ 光路制限装置
１０ 光学部材
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 端部
１１ フォトクロミック層
１１ａ 遮光部
１１ｂ 透光部
１２ 第１遮蔽層
１３ 第２遮蔽層
１４ 導光層
１５ 高屈折率層
１５ａ 進路変更部
１６ 第１低屈折率層
１７ 第２低屈折率層
２０ 励起光源

Claims (5)

1. 特定の波長領域の励起光を受光すると透過率が変化するフォトクロミック材料により構成された遮光部が間隔を空けて複数配列され、隣り合う前記遮光部の間が透明であるフォトクロミック層と、
   前記励起光を発光する励起光源と、
   を備える光路制限装置。
2. 請求項１に記載の光路制限装置において、
   前記フォトクロミック層の第１面側に配置され、前記励起光の少なくとも一部を遮蔽する第１遮蔽層と、
   前記フォトクロミック層の第２面側に配置され、前記励起光の少なくとも一部を遮蔽する第２遮蔽層と、
   を備える光路制限装置。
3. 請求項２に記載の光路制限装置において、
   前記第１遮蔽層と前記第２遮蔽層との間に配置され、端部から入射する光を導光して少なくとも一部の光を前記フォトクロミック層側へ出射する導光層を備える、光路制限装置。
4. 請求項３に記載の光路制限装置において、
   前記導光層は、
   高屈折率層と、
   前記高屈折率層の第１面側に配置され、前記高屈折率層よりも屈折率の低い第１低屈折率層と、
   前記高屈折率層の第２面側に配置され、前記高屈折率層よりも屈折率の低い第２低屈折率層と、
   を備える、
   光路制限装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載の光路制限装置において、
   前記導光層は、導光する光の一部の進む向きを変える進路変更部を備える、
   光路制限装置。

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