JP6278254B2 - 採光システムおよび光制御部材 - Google Patents

Description

本発明は、採光システムおよび光制御部材に関する。

屋内の照明の照明強度を弱めて二酸化炭素の排出量の削減と消費電力の低減を図る一環として、窓に入射された外光を屋内の天井方向に偏向させて採光効率を向上させる光制御シートが提案されている。例えば、特許文献１には、透過部と遮光部を交互に並べた構造の光制御シートを例えば窓ガラスに貼り付けて、太陽光の入射角度の違いにより、夏季は屋内への太陽光の取り込みを減少させ、冬季は太陽光の取り込みを増加させるようにしている。

特開２０１０−２５９４０６号公報

光制御シートにて屋内に採り込んだ光は、天井面面に入射される。従来の天井面は、屋内に効率よく反射させることができない。このため、せっかく光制御シートで外光を屋内に採り込んでも、従来は採り込んだ光を採光用に有効活用することができなかった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、外光を屋内に効率よく採り込むことが可能な採光システムおよび光制御部材を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る採光システムは、
外光を屋内の天井面の方向に偏向させる第１の光制御部材と、
前記天井面に沿って配置され、前記第１の光制御部材で偏向された光が入射される第２の光制御部材と、を備える。
前記第２の光制御部材は、
前記第１の光制御部材で偏向された光が入射される面側に互いに傾斜して配置される第１面部および第２面部と、
前記第１の光制御部材で偏向された光が入射される面とは反対側に設けられる鏡面反射面と、を有し、
前記第１面部は、前記第１の光制御部材で偏向された光を屈折させて前記鏡面反射面に入射させる、前記天井面に対して傾斜した傾斜面であり、
前記第２面部は、前記鏡面反射面で反射された光を屈折させて前記第２の光制御部材から出射させる。

前記第１の光制御部材で偏向された光が前記第２の光制御部材に入射される際の前記天井面の法線方向に対する入射角度は、前記鏡面反射面で反射された光が前記第２面部で屈折されて前記第２の光制御部材から出射される際の前記天井面の法線方向に対する出射角度よりも小さくしてもよい。

前記第２面部は、前記天井面の面方向に沿った方向でもよい。

本発明の他の一態様に係る採光システムは、外光を屋内の天井面の方向に偏向させる第１の光制御部材と、
前記天井面に沿って配置され、前記第１の光制御部材で偏向された光が入射される第２の光制御部材と、を備え、
前記第２の光制御部材は、
前記第１の光制御部材で偏向された光が入射される面側に互いに傾斜して配置される第１面部および第２面部と、
前記第１の光制御部材で偏向された光が入射される面とは反対側に設けられる鏡面反射面と、を有し、
前記第１面部は、前記第１の光制御部材で偏向された光を屈折させて前記鏡面反射面に入射させるとともに、前記鏡面反射面で反射された光を屈折させて前記第２の光制御部材から出射させる、前記天井面に対して傾斜した傾斜面である。

前記第１の光制御部材で偏向された外光が前記第２の光制御部材に入射される際の前記天井面の法線方向に対する入射角度は、前記鏡面反射面で反射された光が前記第１面部で屈折されて前記第２の光制御部材から出射される際の前記天井面の法線方向に対する出射角度よりも小さくてもよい。

前記第１面部は、前記第２面部よりも前記天井面の法線方向に対する角度が大きく、かつ前記第２面部よりも面積が大きくてもよい。

前記第１面部および前記第２面部は、前記天井面の法線方向に対する傾斜角度が互いに異なる傾斜面でもよい。

前記第２の光制御部材は、
前記第１面部および前記第２面部に接する面と、前記鏡面反射面に接する面とを有する第１層と、
前記第１層に積層され、前記第１面部および前記第２面部に接する面と、この面に対向配置される平坦面と、を有する第２層と、を有し、
前記第１層と前記第２層とは、互いに屈折率が異なっていてもよい。

前記第２の光制御部材は、
前記第１面部および前記第２面部に接する面と、前記鏡面反射面に接する面とを有する第１層と、
前記鏡面反射面を有する反射層と、
前記反射層に接する粘着層または接着層と、を有していてもよい。

前記第２の光制御部材は、前記天井面に沿った二次元方向に隣接配置される複数の単位光制御部を有し、
前記複数の単位光制御部のそれぞれは、前記天井面に対する傾斜方向がそれぞれ異なる前記第１面部および前記第２面部を有していてもよい。

前記複数の単位光制御部のそれぞれの前記第１面部の前記天井面に対する傾斜方向は、太陽の移動に伴う前記第１の光制御部材からの光の入射方向の変化に合わせて設定されてもよい。

前記第１面部および前記第２面部は、前記鏡面反射面の所定の基準位置を中心とするそれぞれ径の異なる複数の円弧のうち、隣接する円弧間の径方向の面を傾斜させて形成されてもよい。

前記第２の光制御部材は、前記鏡面反射面に沿って二次元方向に配置される複数の凸部を有し、
前記複数の凸部のそれぞれは、傾斜角度が互いに異なる２種類のテーパ部を有し、
前記２種類のテーパ部のうち一方は前記第１面部であり、他方は前記第２面部であってもよい。

また、本発明の他の一態様に係る光制御部材は、光が入射される面側に互いに傾斜して配置される第１面部および第２面部と、
光が入射される面とは反対側に設けられる鏡面反射面と、を有する。
前記第１面部は、入射された光を屈折させて前記鏡面反射面に入射させる、天井面に対して傾斜した傾斜面であり、
前記第１面または前記第２面部は、前記鏡面反射面で反射された光を屈折させて出射させる。

本発明によれば、外光を効率よく屋内に採り込むことができる。

本発明の第１の実施形態による採光システムの概略構成を示す図。 窓や採光具５に積層される第１の光制御部材３の断面図。 ブラインドを構成する一枚のスラット２１の斜視図。 スラット２１の主断面図。 第１の実施形態による第２の光制御部材４の断面図。 図５に保護層を設けた第２の光制御部材４の断面図。 第２の光制御部材を複数の単位光制御部に分割した図。 隣接する円弧間の径方向の面に沿って、凸部３４の第１傾斜面３４ｃ、上底面３４ｂおよび第２傾斜面３４ｄを連続的に形成した図。 光制御層３１の傾斜面の傾斜方向を連続的に変化させる第２例を示す図。 本発明の第２の実施形態による第２の光制御部材４の断面図。 第２の実施形態による第２の光制御部材４で反射および屈折される角度を説明する図。 入射角度α、出射角度βおよび傾斜角度φの関係を示す図。 第２傾斜面３４ｄを粗面化する例を示す図。 本発明の第３の実施形態による第２の光制御部材４の断面図。 第３の実施形態による第２の光制御部材４で反射および屈折される角度を説明する図。 入射角度α、出射角度βおよび傾斜角度θの関係を示す図。 第２傾斜面３４ｄを粗面化する例を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態による採光システムの概略構成を示す図である。図１の採光システム１は、外光を屋内の天井面２の方向に偏向させる第１の光制御部材３と、天井面２に沿って配置されて第１の光制御部材３で偏向された外光が入射される第２の光制御部材４とを備えている。

第１の光制御部材３は、例えば窓や採光具５に積層して用いられるか、あるいは窓や採光具５を覆うように配置されるブラインドに組み込まれる。

図２は窓や採光具５に積層される第１の光制御部材３の断面図である。図２に示す第１の光制御部材３は、基材層６の上に配置される光制御層７と、光制御層７の上に配置される接着層８と、基材層６の下に配置されるハードコート層９とを備えている。この第１の光制御部材３は、接着層８を介して窓または採光具５に積層することが可能である。なお、第１の光制御部材３は、一対の窓の間に支持されて積層されてもよく、このような場合には接着層８や基材層６は設けなくてもよい。また、第１の光制御部材３は、窓または採光具５の内部に一体的に形成されてもよい。

図２の光制御層７は、その一方の面７ａに沿って離隔して配置された複数の溝１０が形成されたベース部１１と、ベース部１１の複数の溝１０の内部に形成されてかつベース部１１とは異なる光学特性を示す複数のルーバー部１２とを備えている。ルーバー部１２の屈折率をベース部１１の屈折率よりも低くすることで、窓や採光具５から入射された太陽光をベース部１１とルーバー部１２との界面で全反射させ、屋内の天井や壁面方向に導く光偏向機能を付与することができる。また、ルーバー部１２の紫外光、可視光、赤外光などの吸収率や反射率をベース部１１よりも高くすることで、太陽光の入射角に応じた光遮蔽機能を付与することもできる。

本実施形態では、第１の光制御部材３で偏向された外光を第２の光制御部材４に入射させるようにしている。したがって、望ましくは、光拡散部材３の配置場所に合わせて、第１の光制御部材３の偏向方向を調整するのが望ましい。第１の光制御部材３の偏向方向の調整は、例えばルーバー部１２の材料や形状を調整することで可能となる。

なお、光制御層７は、ベース部１１とルーバー部１２の代わりに、入射光を所定方向に反射または屈折により偏向させるプリズム部を一方の面７ａに沿って複数配置した構造でもよい。

図３はブラインドを構成する一枚のスラット２１の斜視図、図４はスラット２１の主断面図である。スラット２１は、基材層２２と、基材層２２上に支持される光制御層２３と、光制御層２３の上に配置される機能層（保護層）２４とを備えている。基材層２２、光制御層２３および機能層２４は、スラット２１の長手方向に沿って延びている。

基材層２２は、透明または半透明の樹脂製フィルムで形成され得る。光制御層２３は、スラット２１の短手方向に沿って離隔して配置された複数の溝が形成されたベース部２５と、これら溝の内部に形成されベース部２５とは異なる光学特性を示す複数のルーバー部２６とを備えている。ベース部２５と複数のルーバー部２６のそれぞれは、スラット２１の長手方向に延びている。

図４に示すように、ルーバー部２６は、例えば異なる２つの傾斜面を有し、これら傾斜面に入射された光を屋内のそれぞれ異なる方向に反射させることができる。なお、ルーバー部２６に異なる２つの傾斜面を設けることは必ずしも必須ではなく、一つの傾斜面のみを設けて、屋内の所定の方向に光を反射させるようにしてもよい。

図２に示すルーバー部１２とベース部１１と同様に、図４のルーバー部２６とベース部２５も、それぞれの材料を相違させることで、ルーバー部２６に入射された光の反射特性を種々変更することができる。

次に、本実施形態の特徴部分である第２の光制御部材４について説明する。図５は第１の実施形態による第２の光制御部材４の断面図である。図５の第２の光制御部材４は、光制御層（第１層）３１と、反射層３２と、粘着層３３とを積層して形成されている。粘着層３３は接着層と呼ばれる場合もあるが、本明細書では粘着層３３と呼ぶ。

光制御層３１は、天井面２に沿って複数の凸部３４を配置したものであり、各凸部３４の断面は、台形形状である。なお、各凸部３４は、一方向の断面が台形形状のものを、一方向に交差する他方向に延在させてもよく、あるいは、他方向の断面も台形状にして、複数の凸部３４を二次元方向に配置してもよい。

本実施形態では、光制御層３１の反射層３２に接する面を下底面３４ａと呼び、その反対側の面を上底面（第２面部）３４ｂと呼ぶ。各凸部３４は、上底面３４ｂおよび下底面３４ａに連なる第１傾斜面（第１面部）３４ｃと、同じく上底面３４ｂおよび下底面３４ａに連なる第２傾斜面３４ｄとを有する。第１傾斜面３４ｃは、第２傾斜面３４ｄよりも、天井面２に対する傾斜が緩やかで、かつ広い面積を有する。第２傾斜面３４は、天井面２の法線方向すなわち鉛直方向に近い方向に延在されている。

光制御層３１の下底面３４ａには反射層３２が接している。反射層３２は、光制御層３１との界面が鏡面反射面３２ａとなるような材料で形成されている。例えば、反射層３２は、母材の上に反射率の高い金属材料等を蒸着して形成されている。反射層３２の上に形成される粘着層３３は、天井材との接着のために設けられている。

第１の光制御部材３は、第２の光制御部材４における第２傾斜面３４ｄよりも第１傾斜面３４ｃに近い側に設置されている。よって、第１の光制御部材３で偏向された光は、第１傾斜面３４ｃと上底面３４ｂに入射されることになる。

このように、第１傾斜面３４ｃと上底面３４ｂは、第１の光制御部材３で偏向された光が入射される面側に互いに傾斜して配置され、その反対側の面側に鏡面反射面３２ａが配置される。

本実施形態では、後述するように、第１傾斜面３４ｃに入射された光を採光に積極的に利用することを念頭に置いている。なお、上底面３４ｂは、必ずしも天井面２に平行である必要はなく、多少傾斜していてもよい。

第１傾斜面３４ｃに入射された光の大部分は、第１傾斜面３４ｃが天井面２に対して緩やかに傾斜していることから、第１傾斜面３４ｃで大きく屈折することなく光制御層３１の内部に進入して、鏡面反射面３２ａで正反射する。そして、再び光制御層３１の内部を進行して、上底面３４ｂに到達し、上底面３４ｂで屈折して第２の光制御部材４から出射される。

光制御層３１の屈折率は、約１．４〜１．６程度であり、空気の屈折率である１よりも大きい。よって、光制御層３１の内部を進行して上底面３４ｂに到達した光は、天井面２により近い方向に屈折され、屋内の奥の方向に進行することになる。

なお、光制御層３１の形状や屈折率を調整することで、光制御層３１と上底面３４ｂでの屈折角度を調整することができる。本実施形態は、基本的には、できるだけ屋内の奥の方まで外光を採り入れることを念頭に置いているが、場合によっては、屋内の中央付近や特定の方向に外光をより多く届かせたい要望もありうる。その場合、光制御層３１の形状を調整したり、母材の材料や添加剤の種類等を変えることで、光制御層３１の屈折率を調整したりすればよい。

外光を屋内のより奥の方まで届かせたい場合は、図５に示すように、第１の光制御部材３から第２の光制御部材４に入射される光の天井面２の法線方向に対する入射角度αよりも、第２の光制御部材４から出射（反射）される光の天井面２の法線方向に対する出射角度βが大きくなるようにすればよい。逆に、外光を屋内の中央寄りの採光に利用したい場合は、α≧βとなるようにすればよい。

光制御層３１の材料としては、例えば、電子線硬化樹脂層、紫外線硬化樹脂層、熱硬化樹脂層または熱可塑性樹脂層を用いることができる。

電子線硬化樹脂層は、電子線硬化性樹脂に電子線を照射することにより形成される硬化物である。電子線硬化性樹脂は、例えば、重合性モノマー、重合性オリゴマー、またはプレポリマー等を適宜用いて形成される。重合性モノマーとしては、例えば多官能性アクリレートが用いられる。重合性オリゴマーとしては、例えばエポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系等が用いられる。

熱硬化樹脂層は、熱硬化性樹脂に熱を与えて形成される硬化物である。熱硬化性樹脂は、例えば、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂などである。

光制御層３１の具体的材料となる電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂等は、耐久性、耐候性、および耐擦性に優れていることを特徴とする。耐久性、耐候性、および耐擦性をより向上させるために、電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂等に、各種の添加剤を含有させてもよい。例えば、耐候性をより向上させるために、紫外線吸収剤や光安定剤を添加してもよい。また、熱硬化性樹脂は、電子線硬化性樹脂に比べて一般に耐擦性に劣るため、熱硬化性樹脂を用いる場合は、熱硬化性樹脂に耐擦性向上のための添加物を含有させてもよい。

さらに、電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂等に散乱粒子を含有させてもよい。散乱粒子３４を含有させることで、鏡面反射面３２ａで反射された光が光制御層３１を通って上底面３４ｂに到達するまでの間に光が散乱されて、屋内の広い範囲に散乱させることができ、屋内の広い範囲を均一に照明できる。

図５では、第２の光制御部材４の表面に光制御層３１内の複数の凸部３４が露出される例を示している。したがって、屋内の埃等が凸部３４の隙間に入り込んで、第２の光制御部材４から出射される光の方向が変化したり、出射光の光強度が弱くなるおそれがある。また、天井面２の清掃のために第２の光制御部材４の表面を清掃用具で拭いたりすると、凸部３４の形状が物理的に変形して、第２の光制御部材４の光学特性が変化してしまうおそれもある。

これらの不具合を解消するために、図６に示すように、光制御層３１の表面、すなわち光制御層３１の鏡面反射面３２ａとは反対側の面側を保護層（第２層）３５で覆ってもよい。保護層３５は、例えば、光制御層３１とは異なる屈折率を有する電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層で形成することができる。保護層３５を設けることで、光制御層３１の光学特性の経時変化を抑制できる。また、保護層３５内に散乱粒子を含有させてもよい。これにより、散乱粒子に衝突した光は広い範囲に散乱されることにより、屋内のより広範な範囲に外光を採り入れることもできる。

太陽の位置は一日の間に絶えず変化し、太陽の位置に応じて外光の入射方向も変わる。外光の入射方向が変わると、第１の光制御部材３で偏向される光の反射方向も変化する。したがって、第２の光制御部材４の光制御層３１への入射方向も時間に応じて変化する。

本実施形態では、光制御層３１の第１傾斜面３４ｃに入射された光を、上底面３４ｂを介して屋内の奥に採り入れており、できるだけ多くの光を第１傾斜面３４ｃに入射させるのが望ましい。そのためには、第１傾斜面３４ｃと上底面３４ｂとの境界線に直交する面に沿って、光制御層３１の第１傾斜面３４ｃに光を入射するのが望ましい。

ところが、太陽の位置は時間に応じて変化するため、第１の光制御部材３で偏向された光の進行方向も時間に応じて変化し、第２の光制御部材４の光制御層３１の第１傾斜面３４ｃに入射される光の入射方向も随時変化する。よって、光制御層３１の第１傾斜面３４ｃの傾斜方向を固定にして天井面２２に設置すると、時間帯によっては、光制御層３１の第１傾斜面３４ｃの光線に対する実効的な傾き角度θが変わり、入射角と出射角の対応関係が変わってしまう。

そこで、図７に示すように、第２の光制御部材４を、二次元方向に隣接配置される複数の単位光制御部４１で構成し、各単位光制御部４１における第１傾斜面３４ｃの傾斜方向がそれぞれ異なる方向を向くようにしてもよい。図７の各単位光制御部４１の内部に描かれた複数の線は、第１傾斜面３４ｃと上底面３４ｂとの境界線を表している。単位光制御部４１ごとに境界線の方向が異なっており、これはすなわち、図７に示す複数の単位光制御部４１は、天井面２２に対する傾斜方向がそれぞれ異なる第１傾斜面３４ｃを有することを意味する。

図７では、第１傾斜面３４ｃの傾斜方向がそれぞれ異なる計５つの単位光制御部４１を隣接配置する例を示したが、これら５つの単位光制御部４１を一組として、二次元方向に複数の組を配置して第２の光制御部材４を構成してもよい。また、図７の例では、５つの単位光制御部４１の第１傾斜面３４ｃの傾斜方向は４５度ずつ異なっているが、傾斜方向のずれが４５度とは異なる任意の数の単位光制御部４１を二次元方向に配置してもよい。

図７の矢印線Ａ〜Ｅは、第１の光制御部材３からの光の入射方向を示している。太陽の位置は一日の間に随時変化し、それに応じて、第１の光制御部材３からの光の入射方向も時間に応じて変化する。例えば、早朝は矢印線Ａの方向から光が入射し、時間の経過とともに、矢印線Ｂ、Ｃ、Ｄの順に入射方向が変化する。

図７に示すように、第１傾斜面３４ｃの傾斜方向がそれぞれ異なる計５つの単位光制御部４１を隣接配置することで、どの時間帯であっても、第２の光制御部材４内の光制御層３１の第１傾斜面３４ｃと上底面３４ｂとの境界線の直交面に沿う方向からの光を第１傾斜面３４ｃに入射可能な単位光制御部４１が存在することになる。よって、５つの単位光制御部４１のうち１つは、理想的な状態で第１傾斜面３４ｃから光を反射でき、昼間のどの時間帯であっても、ほぼ均一な量の外光を屋内の奥の方向に採り込める。

図７では、光制御層３１の第１傾斜面３４ｃの傾斜方向を４５度単位で変化させているが、第１傾斜面３４ｃの傾斜方向を連続的に変化させることも可能である。図８は光制御層３１の第１傾斜面３４ｃの傾斜方向を連続的に変化させる第１例を示す図である。図８は、光制御層３１の鏡面反射面３２ａ側における所定の基準位置を中心とするそれぞれ径の異なる複数の円弧のうち、隣接する円弧間の径方向の面に沿って、凸部３４の第１傾斜面３４ｃ、上底面３４ｂおよび第２傾斜面３４ｄを連続的に形成したものである。

よって、図８の構造を有する第２の光制御部材４を設ければ、どの時間帯であっても、第１の光制御部材３から第２の光制御部材４の光制御層３１に入射された光を適切な角度で反射させることができる。

図９は光制御層３１の傾斜面の傾斜方向を連続的に変化させる第２例を示す図である。図９では、光制御層３１の第２主面３１ｂ側に側面がテーパ状の凸部３４を面方向に多数設けるものである。凸部３４の側面の約半分は傾斜が緩やかなテーパ４３ａとなっており、残り半分は傾斜が急峻なテーパ４３ｂとなっている。テーパ４３ａが第１傾斜面３４ｃに相当し、テーパ４３ｂが第２傾斜面３４ｄに相当し、テーパ４３ａ，４３ｂの間の平坦部４３ｃが上底面３４ｂに相当する。

凸部３４の傾斜が緩やかなテーパ４３ａ部分は、第１の光制御部材３に近い側に配置される。図９の例では、テーパ４３ａ部分は、東から南を通って西までの領域に配置されているため、太陽の位置が変化しても、太陽からの外光の一部はテーパ４３ａ部分に適した角度で照射されることになり、どの時間帯であっても、効率よく太陽光を屋内の奥の方まで採り入れることができる。

このように、第１の実施形態では、第１の光制御部材３で偏向された光が入射される第２の光制御部材４の内部に、断面が台形形状の複数の凸部３４を有する光制御層３１を設けるため、各凸部３４の第１傾斜面３４ｃに入射された光を各凸部３４の下底面３４ａに接する鏡面反射面３２ａで全反射させて、その後、各凸部３４の上底面３４ｂで屈折させて第２の光制御部材４から出射させることができる。これにより、外光を屋内の奥の方まで採り入れることができ、採光効率がよくなり、人工的な照明の使用量を削減でき、二酸化炭素の排出量を削減できる。

また、第２主面３１ｂ側の第１傾斜面３４ｃと上底面３４ｂを光制御部３１で保護することができ、第１傾斜面３４ｃと上底面３４ｂの酸化やゴミの付着、物理的な傷の発生等を防止できる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、第２の光制御部材４内の光制御層３１の断面が台形形状である例を示したが、光制御層３１の断面形状は、必ずしも台形形状でなくてもよい。

図１０は本発明の第２の実施形態による第２の光制御部材４の断面図である。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。図１０の第２の光制御部材４は、断面が三角形状の複数の凸部３４を有する。なお、各凸部３４は、一方向の断面が三角形状のものを、一方向に交差する他方向に延在させてもよく、あるいは、他方向の断面も三角形状にして、複数の凸部３４を二次元方向に配置してもよい。

各凸部３４は、天井面２に対して傾斜した第１傾斜面（第１面部）３４ｃおよび第２傾斜面（第２面部）３４ｄと、反射層３２の鏡面反射面３２ａに接する底面３４ａとを有する。第１傾斜面３４ｃと第２傾斜面３４ｄは天井面２に対する傾斜角度が互いに異なっている。

第１の光制御部材は、第２傾斜面３４ｄよりも第１傾斜面３４ｃに近い側に設置されているため、第１の光制御部材３からの光の大半は、第１傾斜面３４ｃに入射される。第１傾斜面３４ｃに入射された光は、光制御層３１内を進行して、鏡面反射面３２ａで全反射されて、再び光制御層３１内を進行して、第２傾斜面３４ｄに到達する。

第１傾斜面３４ｃと第２傾斜面３４ｄでは、傾斜角度が異なるため、出射光は天井面２により近い方向に偏向されて、屋内の奥の方向に進行することになる。

図１１は第２の実施形態による第２の光制御部材４で反射および屈折される角度を説明する図である。第１の実施形態と同様に、外光を屋内のより奥の方まで採り入れたい場合は、第１の光制御部材３から第２の光制御部材４に入射される光の天井面２の法線方向に対する入射角度αよりも、第２の光制御部材４から出射（反射）される光の天井面２の法線方向に対する出射角度βが大きくなるようにすればよい。逆に、外光を屋内の中央寄りの採光に利用したい場合は、α≧βとなるようにすればよい。

図１１に示すように、第１の光制御部材からの光は、第１傾斜面３４ｃで屈折されて光制御層３１の内部に入り込むが、その際の屈折の条件は以下の（１）式で表される。

ｓｉｎ（θ−α）＝ｎｓｉｎ（θ−α’） …（１）

（１）式において、θは第１傾斜面３４ｃの天井面２に対する傾斜角度、αは第１の光制御部材からの入射光の入射角度、ｎは空気の屈折率に対する光制御層３１の屈折率、α’は第１傾斜面３４ｃでの光の屈折角度である。入射角度αと屈折角度α’はいずれも、天井面２の法線方向に対する角度である。

次に、光制御層３１内を進行する光が鏡面反射面３２ａで正反射される条件は、以下の（２）式で表される。

β’＝α’ …（２）

（２）式において、β’は鏡面反射面３２ａでの天井面２の法線方向に対する反射角度である。

次に、鏡面反射面３２ａで反射された光が第２傾斜面３４ｄで屈折されて第２の光制御部材４から出射される際の屈折の条件は以下の（３）式で表される。

ｓｉｎ（β−φ）＝ｎｓｉｎ（β’−φ） …（３）

（３）式において、βは第２傾斜面３４ｄからの出射光の天井面２の法線方向に対する角度、φは第２傾斜面３４ｄの天井面２に対する傾斜角度である。

なお、光制御層３１の内部を通って第２傾斜面３４ｄに到達した光は、第２傾斜面３４ｄで全反射せずに、屈折しなければならず、以下の（４）式の条件を満たさなければならない。

ｓｉｎ（β’−φ）＜１／ｎ …（４）

（４）式の関係を満たさない場合、第２傾斜面３４ｄで全反射されて、再び光制御層３１の内部を通って鏡面反射層３２で反射されて、最終的に第２の光制御部材４から出射されるが、光の強度は弱まってしまうため、採光効率は低下してしまう。よって、上述した（４）式の条件を満たすのが望ましい。

図１２は傾斜角度θを４５°に固定した場合の上述した入射角度α、出射角度βおよび傾斜角度φの関係を示す図である。この図では、第２傾斜面３４ｄの傾斜角度φを１０°刻みで変化させた場合の入射角度αと出射角度βとの関係を示している。

図１２の場合、第２傾斜面３４ｄの傾斜角度φ＝１０°の場合、入射角度α＝約５４°のときに出射角度β＝９０°となる。これは、入射角度α＞５４°のときに、第２傾斜面３４ｄから出射した光は天井面側に向かうことを示している。

第２の光制御部材４に入射される光の入射角度α、第２の光制御部材４から出射される光の出射角度β、および光制御層３１の第１傾斜面３４ｃの傾斜角度の対応関係は、図１２に示した通りである。図１２は、光制御層３１の屈折率が１．５の場合の特性を示しているが、屈折率が１．５以外の場合は、上述した（１）〜（４）により上述した対応関係を求めることができる。

第２傾斜面３４ｄで天井面側に向かう光を防止するには、光制御層３１の屈折率ｎや形状を調整することが考えられるが、それ以外には、図１３のように、第２傾斜面３４ｄを粗面化することも考えられる。第２傾斜面３４ｄを粗面化すると、鏡面反射面３２ａで正反射した光が第２傾斜面３４ｄで散乱されやすくなり、第２傾斜面３４ｄを介して屋内に出射される光の割合を増やすことができる。ただし、この場合、第２傾斜面３４ｄから出射される光の進行方向は、天井面２２の法線方向に近い方向になる。したがって、屋内の奥の方向だけでなく、屋内の広い範囲に外光をできるだけ多く採り込みたい場合は、第２傾斜面３４ｄを粗面化して光の散乱性能を向上させてもよい。

このように、第２の実施形態では、第１の光制御部材３で偏向された光が入射される第２の光制御部材４の内部に、断面が三角形状の複数の凸部３４を有する光制御層３１を設けるため、各凸部３４の第１傾斜面３４ｃに入射された光を各凸部３４の底面に接する鏡面反射面３２ａで正反射させて、その後、各凸部３４の第２傾斜面３４ｄで屈折させて第２の光制御部材４から出射させることができる。これにより、外光を屋内の奥の方まで採り入れることができ、採光効率がよくなり、人工的な照明の使用量を削減でき、二酸化炭素の排出量を削減できる。

（第３の実施形態）
上述した第１および第２の実施形態では、第２の光制御部材４の内部に複数の凸部３４を設けて、各凸部３４の２つの面のうち一方に第１の光制御部材３からの光を入射し、他方の面から光を出射している。これに対して、以下に説明する第３の実施形態は、凸部３４の一つ面で光の入射および出射を行うものである。

図１４は本発明の第３の実施形態による第２の光制御部材４の断面図である。以下では、第１および第２の実施形態との相違点を中心に説明する。図１４の光制御部材は、反射層３２に接する光制御層３１を有する。光制御層３１の第１主面３６は、反射層３２の鏡面反射面３２ａに接している。光制御層３１の第１主面３６とは反対側の第２主面３７は、第１傾斜面（第１面部）３４ｃと第２傾斜面（第２面部）３４ｄとを有する。第１傾斜面３４ｃと第２傾斜面３４ｄは、天井面２に対する傾斜角度が互いに異なっている。

図１４では、第１傾斜面３４ｃと第２傾斜面３４ｄの各端辺がいずれも鏡面反射面３２ａに接していないが、第１傾斜面３４ｃと第２傾斜面３４ｄの各端辺が鏡面反射面３２ａに接していてもよい。

第１の光制御部材は、第２傾斜面３４ｄよりも第１傾斜面３４ｃに近い側に設置されているため、第１の光制御部材３からの光の大半は、第１傾斜面３４ｃに入射される。第１傾斜面３４ｃに入射された光は、光制御層３１内を進行して、鏡面反射面３２ａで正反射されて、再び光制御層３１内を進行して、第１傾斜面３４ｃに到達する。

第１傾斜面３４ｃでは入射と出射で屈折の条件が異なるため、天井面２により近い方向に偏向されて、屋内の奥の方向に進行することになる。

図１５は第３の実施形態による第２の光制御部材４で反射および屈折される角度を説明する図である。第１の実施形態と同様に、外光を屋内のより奥の方まで採り入れたい場合は、第１の光制御部材３から第２の光制御部材４に入射される光の天井面２の法線方向に対する入射角度αよりも、第２の光制御部材４から出射（反射）される光の天井面２の法線方向に対する出射角度βが大きくなるようにすればよい。逆に、外光を屋内の中央寄りの採光に利用したい場合は、α≧βとなるようにすればよい。

図１５に示すように、第１の光制御部材３からの光は、第１傾斜面３４ｃで屈折されて光制御層３１の内部に入り込むが、その際の屈折の条件は以下の（５）式で表される。

ｓｉｎ（α−θ）＝ｎｓｉｎ（α’−θ） …（５）

（５）式において、θは第１傾斜面３４ｃの天井面２に対する傾斜角度、αは第１の光制御部材３からの入射光の入射角度、α’は第１傾斜面３４ｃでの光の屈折角度である。

次に、光制御層３１内を進行する光が鏡面反射面３２ａで正反射される条件は、以下の（６）式で表される。

β’＝α’ …（６）

（６）式において、β’は鏡面反射面３２ａでの天井面２の法線方向に対する反射角度である。

次に、鏡面反射面３２ａで反射された光が第１傾斜面３４ｃで屈折されて第２の光制御部材４から出射される際の屈折の条件は以下の（７）式で表される。

ｓｉｎ（β＋θ）＝ｎｓｉｎ（β’＋θ） …（７）

（７）式において、βは第１傾斜面３４ｃからの出射光の天井面２の法線方向に対する角度である。

なお、光制御層３１の内部を通って第１傾斜面３４ｃに到達した光は、第１傾斜面３４ｃで全反射せずに、屈折しなければならず、以下の（８）式の条件を満たさなければならない。

ｓｉｎ（β’＋θ）＜１／ｎ …（８）

図１６は上述した入射角度α、出射角度βおよび傾斜角度θの関係を示す図である。この図では、第１傾斜面３４ｃの傾斜角度θを０°から１０°まで２°刻みで変化させた場合の入射角度αと出射角度βとの関係を示している。

図１６の場合、反射層３２の傾き角度θ＝６°のとき、入射角度α＝４５°の光は、出射角度β＝５８．０７５．２°で第２の光制御部材４から出射する。

図１６の各グラフの形状は、第２の光制御部材４を構成する光制御層３１の材料を調整することで、変わる可能性がある。

また、図１６の場合、反射層３２の傾き角度θ＝６°の場合、入射角度α＝約５４°のときに出射角度β＝８４°となり、対応曲線の端点になる。これは、入射角度α＞５４°のときに、反射層３２で反射した光は、第１傾斜面３４ｃで全反射することを示している。

そこで、第１傾斜面３４ｃで全反射した光を効率よく光制御層３１から屋内に出射させるために、図１７のように、第２傾斜面３４ｄを粗面化してもよい。第２傾斜面３４ｄを粗面化すると、第１傾斜面３４ｃで全反射した光が第２傾斜面３４ｄに入射されると、第２傾斜面３４ｄで散乱されやすくなり、第１傾斜面３４ｃを介して屋内に出射される光の割合を増やすことができる。ただし、この場合、第１傾斜面３４ｃから出射される光の進行方向は、天井面２２の法線方向に近い方向になる。したがって、屋内の奥の方向だけでなく、屋内の広い範囲に外光をできるだけ多く採り込みたい場合は、第２傾斜面３４ｄ部を粗面化して光の散乱性能を向上させてもよい。

このように、第３の実施形態では、第１の光制御部材３で偏向された光が入射される第２の光制御部材４の内部に設けられる光制御層３１の第１傾斜面３４ｃで光の入射と出射を行うようにしたため、外光を屋内の奥の方まで採り入れることができ、採光効率がよくなり、人工的な照明の使用量を削減でき、二酸化炭素の排出量を削減できる。

第２および第３の実施形態においても、図６と同様に、光制御層３１の鏡面反射層３２と反対側の表面を保護層３５で覆ってもよい。これにより、光制御層３１に形成された凸部３４にゴミ等が付着するのを防止できるとともに、凸部３４が物理的に損傷することも防止できる。また、保護層３５内に散乱粒子を含有させてもよい。

また、第２および第３の実施形態においても、光制御層３１を図７〜図９のような形状にしてもよい。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１ 採光システム、２ 天井面、３ 第１の光制御部材、４ 第２の光制御部材、５ 窓または採光具、６ 基材層、７ 光制御層、８ 接着層、９ ハードコート層、１０ 溝、１１ ベース部、１２ ルーバー部、２１ スラット、２２ 基材層、２３ 光制御層、２４ 機能層、２５ ベース部、２６ ルーバー部、３１ 光制御層、３２ 反射層、３３ 粘着層、３４ａ 下底面、３４ｂ 上底面、３４ｃ 第１傾斜面、３４ｄ 第２傾斜面、３５ 保護層、３６ 第１主面、３７ 第２主面、４１ 単位光制御部、４３ａ，４３ｂ テーパ

Claims (13)

1. 外光を屋内の天井面の方向に偏向させる第１の光制御部材と、
   前記天井面に沿って配置され、前記第１の光制御部材で偏向された光が入射される第２の光制御部材と、を備え、
   前記第２の光制御部材は、
   前記第１の光制御部材で偏向された光が入射される面側に互いに傾斜して配置される第１面部および第２面部と、
   前記第１の光制御部材で偏向された光が入射される面とは反対側に設けられる鏡面反射面と、を有し、
   前記第１面部は、前記第１の光制御部材で偏向された光を屈折させて前記鏡面反射面に入射させる、前記天井面に対して傾斜した傾斜面であり、
   前記第２面部は、前記鏡面反射面で反射された光を屈折させて前記第２の光制御部材から出射させ、
   前記第２面部は、前記天井面の面方向に沿った方向である採光システム。
2. 前記第１の光制御部材で偏向された光が前記第２の光制御部材に入射される際の前記天井面の法線方向に対する入射角度は、前記鏡面反射面で反射された光が前記第２面部で屈折されて前記第２の光制御部材から出射される際の前記天井面の法線方向に対する出射角度よりも小さい請求項１に記載の採光システム。
3. 外光を屋内の天井面の方向に偏向させる第１の光制御部材と、
   前記天井面に沿って配置され、前記第１の光制御部材で偏向された光が入射される第２の光制御部材と、を備え、
   前記第２の光制御部材は、
   前記第１の光制御部材で偏向された光が入射される面側に互いに傾斜して配置される第１面部および第２面部と、
   前記第１の光制御部材で偏向された光が入射される面とは反対側に設けられる鏡面反射面と、を有し、
   前記第１面部は、前記第１の光制御部材で偏向された光を屈折させて前記鏡面反射面に入射させるとともに、前記鏡面反射面で反射された光を屈折させて前記第２の光制御部材から出射させる、前記天井面に対して傾斜した傾斜面である採光システム。
4. 前記第１の光制御部材で偏向された外光が前記第２の光制御部材に入射される際の前記天井面の法線方向に対する入射角度は、前記鏡面反射面で反射された光が前記第１面部で屈折されて前記第２の光制御部材から出射される際の前記天井面の法線方向に対する出射角度よりも小さい請求項３に記載の採光システム。
5. 前記第１面部は、前記第２面部よりも前記天井面の法線方向に対する角度が大きく、かつ前記第２面部よりも面積が大きい請求項３または４に記載の採光システム。
6. 前記第１面部および前記第２面部は、前記天井面の法線方向に対する傾斜角度が互いに異なる傾斜面である請求項１乃至５のいずれかに記載の採光システム。
7. 前記第２の光制御部材は、
   前記第１面部および前記第２面部に接する面と、前記鏡面反射面に接する面とを有する第１層と、
   前記第１層に積層され、前記第１面部および前記第２面部に接する面と、この面に対向配置される平坦面と、を有する第２層と、を有し、
   前記第１層と前記第２層とは、互いに屈折率が異なる請求項１乃至６のいずれかに記載の採光システム。
8. 前記第２の光制御部材は、
   前記第１面部および前記第２面部に接する面と、前記鏡面反射面に接する面とを有する第１層と、
   前記鏡面反射面を有する反射層と、
   前記反射層に接する粘着層または接着層と、を有する請求項１乃至７のいずれかに記載の採光システム。
9. 前記第２の光制御部材は、前記天井面に沿った二次元方向に隣接配置される複数の単位光制御部を有し、
   前記複数の単位光制御部のそれぞれは、前記天井面に対する傾斜方向がそれぞれ異なる前記第１面部および前記第２面部を有する請求項１乃至８のいずれかに記載の採光システム。
10. 前記複数の単位光制御部のそれぞれの前記第１面部の前記天井面に対する傾斜方向は、太陽の移動に伴う前記第１の光制御部材からの光の入射方向の変化に合わせて設定される請求項９に記載の採光システム。
11. 前記第１面部および前記第２面部は、前記鏡面反射面の所定の基準位置を中心とするそれぞれ径の異なる複数の円弧のうち、隣接する円弧間の径方向の面を傾斜させて形成される請求項１乃至８のいずれかに記載の採光システム。
12. 前記第２の光制御部材は、前記鏡面反射面に沿って二次元方向に配置される複数の凸部を有し、
    前記複数の凸部のそれぞれは、傾斜角度が互いに異なる２種類のテーパ部を有し、
    前記２種類のテーパ部のうち一方は前記第１面部であり、他方は前記第２面部である請求項２乃至８のいずれかに記載の採光システム。
13. 光が入射される面側に互いに傾斜して配置される第１面部および第２面部と、
    光が入射される面とは反対側に設けられる鏡面反射面と、を有し、
    前記第１面部は、入射された光を屈折させて前記鏡面反射面に入射させる、天井面に対して傾斜した傾斜面であり、
    前記第１面部または前記第２面部は、前記鏡面反射面で反射された光を屈折させて出射させ、
    前記第２面部は、前記天井面の面方向に沿った方向である光制御部材。

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