JP5447166B2

JP5447166B2 - 窓部材

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Publication number: JP5447166B2
Application number: JP2010109046A
Authority: JP
Inventors: 真人田中
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: JP2011237606A

Description

本発明は、窓部材に関する。

図５は、従来の窓の平面の概略構成を示す光路図である。なお、Ｚ方向は観察者の前方であり、Ｙ方向は観察者の上方であり、Ｘ方向（設定方向）は観察者の左方である。
窓３０は、ポリカーボネイト製（屈折率ｎｇ）であり、Ｘ方向の距離がＷ_２である平板形状であり、室外側に配置される第一面３０ｂと、第一面３０ｂと−Ｚ方向で対向して、室内側に配置される第二面３０ａとを有する（例えば、特許文献１参照）。
これにより、外界光Ｌが窓３０の板内部に第一面３０ｂから入射した後、基板内部を伝搬して、さらに第二面３０ａを透過することで室内に到達する。よって、室内にいる観察者Ｐ_１は、到達した外界光Ｌ’を観察することになる。

特開平１１−１６６３０１号公報

しかしながら、上述したような窓３０では、窓３０の前方左半分に建物Ｂが存在する場合には、室内の右半分Ｗ_１には外界光Ｌが導かれるが、室内の左半分には外界光Ｌが導かれなかった。つまり、室内の右半分に位置している観察者Ｐ_１は外界景色（星印）を観察することができるが、室内の左半分に位置している観察者Ｐ_２、Ｐ_３は建物Ｂや壁３１を観察するしかなかった。

そこで、本件発明者らは、上記課題を解決するために、窓３０の前方に建物Ｂが存在する場合にも、外界景色（星印）を観察することができる窓部材について検討を行った。そこで、窓部材の右側Ｗ_１に入射面を形成するとともに、入射面の左側に出射面を形成する窓部材を作製した。その結果、窓部材の板内部に第一面から外界光を入射させた後、外界光を入射面で左方向（Ｘ方向）に反射させて、さらに外界光を第一面と第二面とで左方向へと反射させながら出射面に導き、外界光を出射面から室内に導くことを見出した。

すなわち、本発明の窓部材は、室外側に配置される第一面と、当該第一面と前後方向で対向して、室内側に配置される第二面とを有する板形状の窓部材であって、前記前後方向と垂直となる設定方向における窓部材の全体距離に対する窓部材の一部分に形成された入射面と、前記入射面から設定方向となる位置に形成された出射面とを有し、外界光を窓部材の板内部に第一面から入射させた後、前記外界光を入射面で設定方向に反射させて、さらに外界光を第一面と第二面とで外界光を設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記外界光を出射面から室内に導き、前記出射面は、前記外界光の光束の設定割合を反射するとともに、前記外界光の光束の設定割合を透過することが可能な複数の平面形状のビームスプリッタ面であり、前記ビームスプリッタ面は、お互いに平行であり、かつ、前記第一面及び第二面に対して設定角度で傾斜しているようにしている。

ここで、「設定方向」とは、設計者等によって予め決められた任意の一方向であり、例えば、左方や、右方や、上方や、下方や、左方と右方との二方向や、上方と下方との二方向等となる。
本発明の窓部材によれば、窓の前方に建物等が存在せず、外界景色が存在する位置に、窓部材の入射面を配置する。これにより、本発明の窓部材は、外界光を窓部材の板内部に第一面から入射させる。そして、外界光を入射面で設定方向に反射させる。これにより、第一面と第二面とは、外界光を交互に複数回反射しながら、出射面に導く。そこで、出射面は、外界光を室内に向かって導く。

以上のように、本発明の窓部材によれば、窓の前方に建物が存在する場合にも、外界景色を観察することができる。
また、通行人等が室外から窓部材を通して室内の様子を観察しようとしても、室外の通行人等からは室内の様子が多重表示されたりするため、通行人等が室内の様子を視認することを防止することができる。つまり、ブラインド効果を有するので、カーテンやブラインド等が不要になる。

（他の課題を解決するための手段および効果）
また、本発明の窓部材は、前記出射面は、前記外界光の光束の設定割合を反射するとともに、前記外界光の光束の設定割合を透過することが可能な複数の平面形状のビームスプリッタ面であり、前記ビームスプリッタ面は、お互いに平行であり、かつ、前記第一面及び第二面に対して設定角度で傾斜しているようにしている。
ここで、「設定割合」とは、設計者等によって予め決められた任意の割合であり、例えば、外界光の光束の１９％を反射するとともに、外界光の８１％を透過するように決められる。
また、「設定角度」とは、設計者等によって予め決められた任意の角度であり、例えば、２４°である。
本発明の窓部材によれば、ビームスプリッタ面の数を増やせば増やすほど、外界景色を観察することができる位置の範囲を広げることができる。
さらに、本発明の窓部材は、前記出射面は、前記外界光の光束の設定割合を反射するとともに、前記外界光の光束の設定割合を回折する回折面であるようにしている。
本発明の窓部材によれば、設定方向における回折面が形成される距離を長くすれば長くするほど、外界景色を観察することができる位置の範囲を広げることができる。

本発明の一実施形態である窓部材の平面の概略構成を示す光路図である。本発明の一実施形態である窓部材の平面の概略構成を示す図である。本発明の一実施形態である窓部材の平面の概略構成を示す図である。本発明の一実施形態である窓部材の平面の概略構成を示す図である。従来の窓の平面の概略構成を示す光路図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態である窓部材の平面の概略構成を示す光路図である。なお、Ｚ方向は観察者の前方であり、Ｙ方向は観察者の上方であり、Ｘ方向（設定方向）は観察者の左方である。また、上述した窓３０と同様のものについては、同じ符号を付している。
窓部材１は、ポリカーボネイト製（屈折率ｎｇ）であり、Ｘ方向の距離がＷ_３である平板形状となり、右側部分（一部分）に形成された平面形状の入射面１１と、左側部分に形成された出射面１２と、平面形状の第三面１４ａと、第三面１４ａとＸ方向で対向する平面形状の第四面１４ｂと、空気との界面によって第三面１４ａと第四面１４ｂとの間に形成される側面群１３とを有する。

側面群１３は、Ｘ方向から見ると四角形状となり、平面形状の第一面１３ｂと、第一面１３ｂと−Ｚ方向で対向する平面形状の第二面１３ａと、平面形状の第五面（図示せず）と、第五面とＹ方向で対向する平面形状の第六面（図示せず）とを有する。
Ｘ方向に対する入射面１１の角度は、Ｙ方向から見るとα（例えば、２４°）となるように配置されている。そして、入射面１１は、外界光Ｌの光束の８１％を反射するとともに、外界光Ｌの光束の１９％を透過することが可能となっている。

出射面１２は、５枚のビームスプリッタ面からなり、平面形状の第一ビームスプリッタ面１２ａと、平面形状の第二ビームスプリッタ面１２ｂと、平面形状の第三ビームスプリッタ面１２ｃと、平面形状の第四ビームスプリッタ面１２ｄと、平面形状の第五ビームスプリッタ面１２ｅとを有する。そして、Ｘ方向において順番に、第一ビームスプリッタ面１２ａと、第二ビームスプリッタ面１２ｂと、第三ビームスプリッタ面１２ｃと、第四ビームスプリッタ面１２ｄと、第五ビームスプリッタ面１２ｅとなるように配置されている。さらに、Ｘ方向に対する第一ビームスプリッタ面１２ａの角度と、Ｘ方向に対する第二ビームスプリッタ面１２ｂの角度と、Ｘ方向に対する第三ビームスプリッタ面１２ｃの角度と、Ｘ方向に対する第四ビームスプリッタ面１２ｄの角度と、Ｘ方向に対する第五ビームスプリッタ面１２ｅの角度とは、Ｙ方向から見ると同じα（設定角度）となるように配置されている。

このとき、第一ビームスプリッタ面１２ａの一端部と第二ビームスプリッタ面１２ｂの一端部と、・・・、第五ビームスプリッタ面１２ｅの一端部とは、第二面１３ａに接するとともに、第一ビームスプリッタ面１２ａの他端部と第二ビームスプリッタ面１２ｂの他端部と、・・・、第五ビームスプリッタ面１２ｅの他端部とは、第一面１３ｂに接する。
そして、第一ビームスプリッタ面１２ａと第二ビームスプリッタ面１２ｂと第三ビームスプリッタ面１２ｃと第四ビームスプリッタ面１２ｄと第五ビームスプリッタ面１２ｅとは、外界光Ｌの光束の１９％を反射するとともに、外界光Ｌの光束の８１％を透過することが可能となっている。

このような窓部材１を、第一面１３ｂを室外側に配置するとともに、第二面１３ａを室内側に配置する。このとき、入射面１１の前方に建物Ｂが存在しないように配置する。
その結果、このような窓部材１において、まず、外界光Ｌが窓部材１の板内部に第一面１３ｂから入射する。そして、外界光Ｌは入射面１１に導かれる。そこで、入射面１１は、外界光Ｌの光束の８１％を反射するとともに、外界光Ｌの光束の１９％を透過する。つまり、外界光Ｌの光束の１９．０％である外界光Ｌ’の光束を観察者Ｐ_１に向かって導く。
一方、８１％の外界光Ｌは入射面１１で略Ｘ方向（設定方向）へと反射する。そして、外界光Ｌは第一面１３ｂと第二面１３ａとで交互に複数回反射しながら、第一ビームスプリッタ面１２ａに導かれる。そこで、第一ビームスプリッタ面１２ａは、外界光Ｌの光束の１９％を反射するとともに、外界光Ｌの光束の８１％を透過する。つまり、外界光Ｌの光束の１５．４％である外界光Ｌａの光束を室内に向かって導く。

また、第一ビームスプリッタ面１２ａを透過した外界光Ｌは、第二ビームスプリッタ面１２ｂに到達する。そこで、第二ビームスプリッタ面１２ｂは、外界光Ｌの光束の１９％を反射するとともに、外界光Ｌの光束の８１％を透過する。つまり、外界光Ｌの光束の１２．５％である外界光Ｌｂの光束を観察者Ｐ_２に向かって導く。
さらに、第二ビームスプリッタ面１２ｂを透過した外界光Ｌは、第三ビームスプリッタ面１２ｃや第四ビームスプリッタ面１２ｄや第五ビームスプリッタ面１２ｅに到達していき、各ビームスプリッタ面１２ｃ〜１２ｅは、外界光Ｌの光束の１９％を反射するとともに、外界光Ｌの光束の８１％を透過していく。

また、このような窓部材１において、窓部材１の板内部に第二面１３ａから入射した室内光は、第一ビームスプリッタ面１２ａや第二ビームスプリッタ面１２ｂや・・・第五ビームスプリッタ面１２ｅに導かれる。そこで、第一ビームスプリッタ面１２ａや第二ビームスプリッタ面１２ｂや・・・第五ビームスプリッタ面１２ｅは、室内光の光束の１９％を反射するとともに、室内光の光束の８１％を透過する。つまり、第一ビームスプリッタ面１２ａや第二ビームスプリッタ面１２ｂや・・・第五ビームスプリッタ面１２ｅは、室内光の光束の一部を入射面１１に向かって反射することになる。
入射面１１は、室内光の光束の８１％を反射するとともに、室内光の光束の１９％を透過する。つまり、入射面１１は、室内光の光束を通行人（星印位置）等に向かって導くことになる。よって、通行人等は室外から窓部材１を通して室内の様子を観察しようとしても、通行人等からは室内の様子が、第一ビームスプリッタ面１２ａや第二ビームスプリッタ面１２ｂや・・・第五ビームスプリッタ面１２ｅで反射されたものが重なるように視認される。

以上のように、窓部材１によれば、窓３０の前方右半分に建物Ｂが存在する場合にも、室内のどこにいても外界景色（星印）を観察することができる。
また、通行人等が室外から窓部材１を通して室内の様子を観察しようとしても、室外の通行人等からは室内の様子が多重表示されたりするため、通行人等が室内の様子を視認することを防止することができる。

＜第二の実施形態＞
上述した窓部材１では、窓部材１を用いる構成を示したが、窓部材１の代わりに下述する窓部材５０を用いるような構成としてもよい。図２は、窓部材１の代わりに用いる窓部材５０の平面の概略構成を示す図である。
窓部材５０は、ポリカーボネイト製（屈折率ｎｇ）の平板形状となり、右側部分に形成された平面形状の入射面５１と、左側部分に形成された出射面５２と、平面形状の第三面５４ａと、第三面５４ａとＸ方向で対向する平面形状の第四面５４ｂと、空気との界面によって第三面５４ａと第四面５４ｂとの間に形成される側面群５３とを有する。

側面群５３は、Ｘ方向から見ると四角形状となり、平面形状の第一面５３ｂと、第一面５３ｂと−Ｚ方向で対向する平面形状の第二面５３ａと、平面形状の第五面（図示せず）と、第五面とＹ方向で対向する平面形状の第六面（図示せず）とを有する。
入射面５１は、平面形状の回折面からなり、第二面５３ａ上に形成されている。そして、入射面５１は、外界光Ｌの全光束を略Ｘ方向（設定方向）に回折することが可能となっている。

出射面５２は、平面形状の回折面からなり、第一面５３ｂ上に所定の面積（Ｘ方向での長さは、外界光Ｌをｉ回反射させるために必要な長さである）で形成されている。そして、出射面５２は、外界光Ｌの８１％を反射するとともに、外界光Ｌの１９％を観察者に回折させて導くことが可能となっている。

＜第三の実施形態＞
上述した窓部材１では、窓部材１を用いる構成を示したが、窓部材１の代わりに下述する窓部材６０を用いるような構成としてもよい。図３は、窓部材１の代わりに用いる窓部材６０の平面の概略構成を示す図である。
窓部材６０は、ポリカーボネイト製（屈折率ｎｇ）の平板形状となり、右側部分に形成された平面形状の入射面６１と、左側部分に形成された出射面６２と、平面形状の第三面６４ａと、第三面６４ａとＸ方向で対向する平面形状の第四面６４ｂと、空気との界面によって第三面６４ａと第四面６４ｂとの間に形成される側面群６３とを有する。

側面群６３は、Ｘ方向から見ると四角形状となり、平面形状の第一面６３ｂと、第一面６３ｂと−Ｚ方向で対向する平面形状の第二面６３ａと、平面形状の第五面（図示せず）と、第五面とＹ方向で対向する平面形状の第六面（図示せず）とを有する。
Ｘ方向に対する入射面６１の角度は、Ｙ方向から見るとα（例えば、２４°）となるように配置されている。そして、入射面６１は、外界光Ｌの光束の１００％を反射することが可能となっている。

出射面６２は、ｉ枚のビームスプリッタ面からなり、平面形状の第一ビームスプリッタ面６２ａと、平面形状の第二ビームスプリッタ面６２ｂと、・・・、平面形状の第ｉビームスプリッタ面６２ｉとを有する。そして、Ｘ方向において順番に、第一ビームスプリッタ面６２ａと、第二ビームスプリッタ面６２ｂと、・・・、第ｉビームスプリッタ面６２ｉとなるように配置されている。さらに、Ｘ方向に対する第一ビームスプリッタ面６２ａの角度と、Ｘ方向に対する第二ビームスプリッタ面６２ｂの角度と、・・・、Ｘ方向に対する第ｉビームスプリッタ面６２ｉの角度とは、Ｙ方向から見ると同じαとなるように配置されている。

このとき、第一ビームスプリッタ面６２ａの一端部と第二ビームスプリッタ面６２ｂの一端部と、・・・、第ｉビームスプリッタ面６２ｉの一端部とは、第二面６３ａに接しないとともに、第一ビームスプリッタ面６２ａの他端部と第二ビームスプリッタ面６２ｂの他端部と、・・・、第ｉビームスプリッタ面６２ｉの他端部とは、第一面６３ｂに接しない。
そして、第一ビームスプリッタ面６２ａと、第二ビームスプリッタ面６２ｂと、・・・、第ｉビームスプリッタ面６２ｉとは、外界光Ｌの光束の１００％を反射することが可能となっている。

＜第四の実施形態＞
上述した窓部材１では、窓部材１を用いる構成を示したが、窓部材１の代わりに下述する窓部材７０を用いるような構成としてもよい。図４は、窓部材１の代わりに用いる窓部材７０の平面の概略構成を示す図である。
窓部材７０は、ポリカーボネイト製（屈折率ｎｇ）の平板形状となり、中央左部分（一部分）に形成された平面形状の第一入射面７１と、左側部分に形成された第一出射面７２と、中央右部分（一部分）に形成された平面形状の第二入射面８１と、右側部分に形成された第二出射面８２と、平面形状の第三面７４ａと、第三面７４ａとＸ方向で対向する平面形状の第四面７４ｂと、空気との界面によって第三面７４ａと第四面７４ｂとの間に形成される側面群７３とを有する。

側面群７３は、Ｘ方向から見ると四角形状となり、平面形状の第一面７３ｂと、第一面７３ｂと−Ｚ方向で対向する平面形状の第二面７３ａと、平面形状の第五面（図示せず）と、第五面とＹ方向で対向する平面形状の第六面（図示せず）とを有する。

Ｘ方向に対する第一入射面７１の角度は、Ｙ方向から見るとα（例えば、２４°）となるように配置されている。そして、第一入射面７１は、外界光Ｌの光束の８１％を反射するとともに、外界光Ｌの光束の１９％を透過することが可能となっている。
第一出射面７２は、３枚のビームスプリッタ面からなり、平面形状の第一ビームスプリッタ面７２ａと、平面形状の第二ビームスプリッタ面７２ｂと、平面形状の第三ビームスプリッタ面７２ｃとを有する。そして、Ｘ方向において順番に、第一ビームスプリッタ面７２ａと、第二ビームスプリッタ面７２ｂと、第三ビームスプリッタ面７２ｃとなるように配置されている。さらに、Ｘ方向に対する第一ビームスプリッタ面７２ａの角度と、Ｘ方向に対する第二ビームスプリッタ面７２ｂの角度と、Ｘ方向に対する第三ビームスプリッタ面７２ｃの角度とは、Ｙ方向から見ると同じαとなるように配置されている。

このとき、第一ビームスプリッタ面７２ａの一端部と第二ビームスプリッタ面７２ｂの一端部と、第三ビームスプリッタ面７２ｃの一端部とは、第二面７３ａに接するとともに、第一ビームスプリッタ面７２ａの他端部と第二ビームスプリッタ面７２ｂの他端部と、第三ビームスプリッタ面７２ｃの他端部とは、第一面７３ｂに接する。
そして、第一ビームスプリッタ面７２ａと第二ビームスプリッタ面７２ｂと第三ビームスプリッタ面７２ｃとは、外界光Ｌの光束の１９％を反射するとともに、外界光Ｌの光束の８１％を透過することが可能となっている。

Ｘ方向に対する第二入射面８１の角度は、Ｙ方向から見るとβ（例えば、−２４°）となるように配置されている。そして、第二入射面８１は、外界光Ｌの光束の８１％を反射するとともに、外界光Ｌの光束の１９％を透過することが可能となっている。
第二出射面８２は、１枚のビームスプリッタ面８２からなる。さらに、−Ｘ方向に対するビームスプリッタ面８２の角度は、Ｙ方向から見るとβとなるように配置されている。

このとき、ビームスプリッタ面８２の一端部は、第二面７３ａに接するとともに、ビームスプリッタ面８２の他端部は、第一面７３ｂに接する。
そして、ビームスプリッタ面８２は、外界光Ｌの光束の１９％を反射するとともに、外界光Ｌの光束の８１％を透過することが可能となっている。

＜他の実施形態＞
上述した窓部材１において、Ｘ方向と設定方向とは一致するような構成を示したが、Ｘ方向と設定方向とは一致しないような構成としてもよく、設定方向は任意の一方向とすることができる。
上記窓部材を形成する材料としては、例えば、ポリカーボネイト、ポリメタクリル酸（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィン、硝材等が挙げられる。

上述した窓部材１において、各ビームスプリッタ面１２ａ〜１２ｅが、外界光Ｌの光束の１９％を反射するとともに、外界光Ｌの光束の８１％を透過するビームスプリッタ面であるような構成を示したが、各ビームスプリッタ面が、それぞれ異なる割合を反射するとともに、それぞれ異なる割合を透過するビームスプリッタ面であるような構成としてもよい。

本発明は、窓部材等に利用することができる。

１窓部材
１１入射面
１２出射面
１３ａ第二面
１３ｂ第一面
Ｌ外界光

Claims

室外側に配置される第一面と、当該第一面と前後方向で対向して、室内側に配置される第二面とを有する板形状の窓部材であって、
前記前後方向と垂直となる設定方向における窓部材の全体距離に対する窓部材の一部分に形成された入射面と、
前記入射面から設定方向となる位置に形成された出射面とを有し、
外界光を窓部材の板内部に第一面から入射させた後、前記外界光を入射面で設定方向に反射させて、さらに外界光を第一面と第二面とで外界光を設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記外界光を出射面から室内に導き、
前記出射面は、前記外界光の光束の設定割合を反射するとともに、前記外界光の光束の設定割合を透過することが可能な複数の平面形状のビームスプリッタ面であり、
前記ビームスプリッタ面は、お互いに平行であり、かつ、前記第一面及び第二面に対して設定角度で傾斜していることを特徴とする窓部材。
室外側に配置される第一面と、当該第一面と前後方向で対向して、室内側に配置される第二面とを有する板形状の窓部材であって、
前記前後方向と垂直となる設定方向における窓部材の全体距離に対する窓部材の一部分に形成された入射面と、
前記入射面から設定方向となる位置に形成された出射面とを有し、
外界光を窓部材の板内部に第一面から入射させた後、前記外界光を入射面で設定方向に反射させて、さらに外界光を第一面と第二面とで外界光を設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記外界光を出射面から室内に導き、
前記出射面は、前記外界光の光束の設定割合を反射するとともに、前記外界光の光束の設定割合を回折する回折面であることを特徴とする窓部材。