集光装置、光发电装置、集光用板、光发电板及集光装置或光发电装置的制造方法与流程

本发明涉及聚集来自光源的光，利用所聚集的光发电的技术，特别涉及集光装置、光发电装置、集光用板、光发电板以及集光装置或光发电装置的制造方法。

背景技术：

近年来，从有效使用自然能的观点出发，在高楼、各种设施、住宅等设置太阳能发电装置得以推进，还提出了利用住宅等的窗玻璃的太阳能发电装置(例如，参照专利文献1)。专利文献1记载的发电窗玻璃具备透明基板、设于该透明基板的光入射面侧的光控制膜、以及配置于透明基板的端部的太阳电池。在光控制膜，光仅在以规定的角度入射时发生散射，散射后的光的一部分利用全反射在透明基板内部传播，并被配置于其端部的太阳电池接受。

另外，还推出了设置于住宅的房顶等的太阳光集光器(例如，参照专利文献2)。专利文献2记载的太阳光集光器具备导光层、配置于导光层的光源侧的前侧表面的角度转换层、以及形成于导光层的后侧表面上的多个表面结构。来自光源的光被引导为，以第一角度射入角度转换层，以第二角度向导光层转向，然后利用导光的表面结构而向第三角度改变，通过多个全反射穿过导光层进行引导。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012－23089号公报

专利文献2：日本特开2012－503221号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

专利文献1记载的发电窗玻璃(参照图19(a))在透明基板(窗玻璃)10的光入射面s1设有光控制膜12，利用透明基板10的内部的全反射等，从而能够某程度上聚集从光源照射的光。

但是，基于在光控制膜12发生的入射光l1的散射光中的以成为临界角以上的角度入射至透明基板10的散射光l1a在透明基板10内部向端部d传播，但是以成为不足临界角的角度入射至窗玻璃10的散射光l1b透射窗玻璃10从光射出面s2射出。因此，专利文献1记载的发电窗玻璃在向太阳电池11导光时，只利用了在光控制膜12散射的光的一部分，集光效率低。

另外，发电窗玻璃以太阳电池11接触窗玻璃的端部d(规定厚度的剖面)接触的方式配置，因此非常难以在现有的窗玻璃或窗构造附加设置太阳电池。而且，在专利文献1记载的发电窗玻璃中，光控制膜12设于室外侧，因此光控制膜12的屋外侧表面容易变脏且容易劣化，由此不仅光的利用效率会变差，寿命会变短，而且在从室外侧施加了物理力的情况下，还存在损坏的危险。而且，在设于高楼、住宅等的现有的窗玻璃的室外侧设置光控制膜通常伴随着高空作业，不仅危险，而且成本高。

另外，专利文献1还记载了太阳电池11设于窗玻璃的屋内侧的下部的面的方案(参照图19(b))。该情况下，相比以与窗玻璃的端部d(规定厚度的剖面)接触的方式配置的情况(参照图19(a))相比，能够容易地设置太阳电池11。但是，该太阳电池在窗玻璃的内部利用全反射传输，虽然接受以临界角以上入射的光，但是相比相对于太阳电池的受光面垂直地接受光的情况，光的利用效率降低，发电效率也降低。而且，专利文献1记载的发电窗玻璃需要使太阳电池与窗玻璃紧贴而配置，因此太阳电池的配置受限制。

另一方面，专利文献2记载的太阳光集光器的一方案(参照图20)中，在导光101的后侧表面形成有由v型组构成的棱镜结构102，由此能够在导光件内引导在接近垂直的角度范围(圆锥106)内入射的光。

但是，该太阳光集光器因为从上述圆锥106外的范围入射的光透射导光件，所以只利用了入射的光的一部分，与专利文献1记载的装置同样地集光效率低。另外，在以太阳为光源的情况下，相对于导光件的入射角根据时间带及季节而变换，但在专利文献2中为对根据来自光源的光的入射角的变化而有效地聚集光的方法进行探讨。

而且，专利文献2记载的太阳光集光器必须在导光件(玻璃、丙烯等)的后侧表面形成细微构造(棱镜)，因此难以应用于现有的窗玻璃或窗构造，且成本高。重要的是，若在窗玻璃应用细微构造(棱镜)，则景色歪曲，可视性严重受损，因此在需要眺望的情况下不推荐。而且，专利文献2记载的太阳光集光器与专利文献1记载的装置同样地，在导光件的端部设置光电池，因此光电池的配置受限制。

本发明鉴于上述的问题而做成，目的在于提供能够解决该问题的至少一部分的集光装置、光发电装置、集光用板、光发电板以及集光装置或光发电装置的制造方法。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的集光装置的特征在于，具备：导光基板，其使光在接受来自光源的光的前侧表面与后侧表面之间传输；导光用反射层，其设于后侧表面，且形成有将以不足导光基板的临界角的第一入射角入射的光以比临界角大的反射角反射的反射型全息图；以及射出窗，其设于前侧表面和后侧表面的至少一方且使以临界角以上的第二入射角入射的光从导光基板射出。

上述集光装置中，射出窗也可以包含射出用透射层，该射出用透射层形成有使以临界角以上的第二入射角入射的光以不足临界角的折射角折射的透射型全息图。另外，射出窗也可以包含射出用反射层，该射出用反射层形成有将以临界角以上的第二入射角入射的光以不足临界角的反射角反射的反射型全息图。

而且，射出窗也可以包含扩散板。根据方案1至4中任一项上述的集光装置，其特征在于，射出窗包含相对于导光基板的后侧表面或前侧表面具有倾斜的射出光学系。

上述的集光装置优选的是，导光用反射层的反射型全息图构成为，对于仰角方向或方位角方向，反射以预定的角度范围的第一入射角入射的光。优选的是，导光用反射层形成有反射角不同的多种反射型全息图。

优选的是，射出用透射层的透射型全息图构成为，将以仰角方向或方位角方向不同的第二入射角入射的光以预定的折射角向一个方向射出。另外，射出用透射层的透射型全息图也可以构成为，将以第一入射角入射的光以预定的折射角向一个方向射出。

也可以在导光用反射层以一部分相互重合的方式形成有多个圆形的反射型全息图。另外，也可以形成多个月牙形的反射型全息图。

本发明的光发电装置是在上述集光装置配置通过接受由射出窗射出的光而发电的光电池。

本发明的集光用板粘贴于导光基板，该导光基板在接受来自光源的光的前侧表面与后侧表面之间传输光，该集光用板的特征在于，包含：导光用反射层，其形成有将以不足导光基板的临界角的第一入射角入射的光以比临界角大的反射角反射的反射型全息图；以及射出窗，其射出以临界角以上的第二入射角入射的光，且由透射型全息图、反射型全息图或扩散板形成。

本发明的光发电板粘贴于导光基板，该导光基板使光在接受来自光源的光的前侧表面与后侧表面之间传输，该光发电板的特征在于，包含：导光用反射层，其形成有将以不足导光基板的临界角的第一入射角入射的光以比临界角大的反射角反射的反射型全息图；射出窗，其射出以临界角以上的第二入射角入射的光，且由透射型全息图、反射型全息图或扩散板形成；以及光电池，其通过接受从射出窗射出的光而发电。

本发明的集光装置的制造方法制造汇聚来自光源的光的集光装置，该集光装置的制造方法的特征在于，在使光在接受来自光源的光的前侧表面与后侧表面之间传输的导光基板的后侧表面粘贴导光用反射板，该导光用反射板形成有将不足导光基板的临界角的第一入射角入射的光以比临界角大的反射角反射的反射型全息图，在导光基板的前侧表面和后侧表面的至少一方粘贴射出窗用板，该射出窗用板射出以临界角以上的第二入射角入射的光且由透射型全息图、反射型全息图或扩散板形成。

本发明的光发电装置的制造方法制造通过汇集来自光源的光而发电的光发电装置，该光发电装置的制造方法的特征在于，在使光在接受来自光源的光的前侧表面与后侧表面之间传输的导光基板的后侧表面粘贴导光用反射板，该导光用反射板形成有将不足导光基板的临界角的第一入射角入射的光以比临界角大的反射角反射的反射型全息图，在导光基板的前侧表面和后侧表面的至少一方粘贴射出窗用板，该射出窗用板射出以临界角以上的第二入射角入射的光且由透射型全息图、反射型全息图或扩散板形成，在接受由射出窗用板射出的光的位置设置光电池。

本发明的集光装置的制造方法制造汇聚来自光源的光的集光装置，该集光装置的制造方法的特征在于，具备将集光用板粘贴于导光基板的表面的工序，集光用板构成为包含：导光用反射层，该导光用反射层形成有将以不足导光基板的临界角的第一入射角入射的光以比临界角大的反射角反射的反射型全息图；以及射出以临界角以上的第二入射角入射的光的射出窗。上述集光装置的制造方法也可以在将集光用板粘贴于导光基板的表面的工序前，具备如下的工序：剥除粘贴于导光基板的集光用板的工序、清洗导光基板的表面的工序以及将集光用板以符合导光基板的大小或形状的方式整形的工序中的一个或多个工序。

本发明的光发电装置的制造方法制造通过汇集来自光源的光而发电的光发电装置，该光发电装置的制造方法的特征在于，具备将光发电板粘贴于导光基板的表面的工序，光发电板构成为包含：导光用反射层，该导光用反射层形成有将以不足导光基板的临界角的第一入射角入射的光以比临界角大的反射角反射的反射型全息图；射出以临界角以上的第二入射角入射的光的射出窗；以及通过接受从射出窗射出的光而发电的光电池。上述光发电装置的制造方法也可以在将光发电板粘贴于导光基板的表面的工序前，具备如下的工序：剥除粘贴于导光基板的光发电板的工序、清洗导光基板的表面的工序以及将光发电板以符合导光基板的大小或形状的方式整形的工序中的一个或多个工序。

发明的效果

根据本发明的集光装置，能够既确保采光性及可视性，又高效率地收集光。另外，能够使收集到的光到达期望的方向。根据本发明的光发电装置，能够使收集到的光从射出窗到达期望的方向，因此能够在任意的场所配置光电池，减小受周围环境的限制。另外，能够适当地设定从射出窗射出的光与光电池的受光面的角度，能够提高发电效率。本发明的集光装置或光发电装置能够利用现有的窗玻璃简单地构成。对于本发明的其它效果，在具体实施方式中进行叙述。

附图说明

图1是本发明的集光装置及光发电装置的概略结构图。

图2是本发明的集光装置及光发电装置的其它例。

图3是本发明的集光装置及光发电装置的其它例。

图4是射出窗的第一结构例。

图5是射出窗的第二结构例。

图6是射出窗的第三结构例。

图7是射出窗的第四结构例。

图8是集光用板的第一结构例。

图9是集光用板的第二结构例。

图10是集光用板的第三结构例。

图11是光发电板的结构例。

图12是表示每个季节的太阳的周日运动的说明图。

图13是表示制作反射型全息图的装置及方法的说明图。

图14是表示遮光掩膜的例的说明图。

图15是表示遮光掩膜的其它例的说明图。

图16是形成有圆形的反射型全息图的例。

图17是表示使用了遮光掩膜的情况下的物体光的光束的说明图。

图18是形成有月牙型的反射型全息图的例。

图19(a)及(b)是表示第一现有例的说明图，本图分别应用了专利文献1的图5(a)及图12。

图20是表示第二现有例的说明图，本图引用了专利文献2的图1a。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。但是，本发明不限于以下的例。

[集光装置及光发电装置的结构]

图1是本发明的集光装置1及光发电装置100的概略结构图。

本发明的集光装置1是对从光源2照射的光20进行集光的装置，具备导光基板3、导光用反射层4、以及射出窗5。而且，本发明的光发电装置100组合了集光装置1和光电池10，光电池10接受由集光装置1聚集且从集光装置1射出的光而发电。

本发明的集光装置1或光发电装置100例如能够应用于住宅、高楼、各种设施、交通工具的窗。另外，集光装置1或光发电装置100也能够应用于以采光或换气为目的的窗以外的构造，例如建筑物的壁面或屋顶、车库、拱廊、温室、高速公路以及铁路等的防音壁、隧道的壁面等。图1中作为光源2，示例了太阳，但不限于此。本发明的集光装置1或光发电装置100作为光源2，还能够利用月光、其它照明(室内照明、街灯、隧道照明)、汽车的前灯等的光。

以下，在本说明书中，将集光装置1(或光发电装置100)的光源2侧称为前侧，将与光源2相反的方向称为后侧。另外，在本说明书中，在将集光装置1的尺寸用纵(x轴方向)、横(y轴方向)、厚度(z轴方向)表达时，以由纵(x轴方向)×横(y轴方向)规定的平面为基准，相对于该平面的法线n规定后述的光的入射角α、反射角β、折射角γ、临界角θc等角度。

导光基板3在接受来自光源2的光20的前侧表面31与后侧表面32之间传输光，由折射率比空气高的透明材料构成。导光基板3优选为平板状，但是也可以含有曲面。作为透明材料，只要是对入射的光具有透射性的材料即可，例如能够采用玻璃、塑料等。另外，导光基板3也可以由能够记录全息图的感光材料构成。

通常，全息图记录于全息图感光材料。全息图感光材料一般至少包含含有感光物质的全息图记录层、和支撑全息图记录层的基材。全息图记录层使用银盐、重铬酸盐明胶、光聚合物、光刻胶等，基剤使用聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氟乙烯膜等树脂。例如，在作为全息图记录材料使用光聚合物的情况下，全息图记录材料由用于记录干涉条纹的单聚物、用于维持记录材料的形状的基质以及根据需要添加的非反应性成分、各种添加剂形成。其中，基质是用于维持记录材料的形状的成分，要求高的光线透射率、透明性，且为了促进折射率调节，优选为比单聚物稍低的折射率，一般使用聚氨酯树脂、环氧树脂。另一方面，单聚物是用于记录干涉条纹的成分，要求高的光线透射率、透明性，且优选为比基质少高的折射率，通过光硬化记录干涉条纹。单聚物主要是光阳离子聚合体系和光自由基聚合体系，光阳离子聚合体系使用硅系环氧化物等树脂式环氧化合物，另外，光自由基聚合体系使用乙烯基咔唑、苯乙烯衍生物、丙烯酸、它们的预聚物等乙烯基化合物。在导光基板3本身使用全息图感光材料的情况下，例如，也可以将导光基板的大半由基质构成，使单聚物、非反应性成分、各种添加剂等分散于表面附近。

在导光基板3的内部发生全反射的临界角θc由空气的折射率与构成导光基板3的材料的折射率的比规定。例如，在导光基板3由通常用于窗玻璃的浮法玻璃(折射率1.51)构成的情况下，若将空气的折射率设为约1.0，则临界角θc为约42°。

导光用反射层4设于导光基板3的后侧表面32的至少一部分，且包含多个反射型全息图40。如图1所示，导光用反射层4也可以构成于构成导光基板3的材料本身(全息图感光材料)的一部分。该情况下，导光用反射层4的折射率为与导光基板3的材料大致相同的值，因此在构成有导光用反射层4的区域与未构成导光用反射层4的区域的边界不会产生光的折射，容易成为全息图的衍射的设计。另外，如后述的图2所示，导光用反射层4也可以形成于与导光基板3不同的材料(全息图感光材料)而与导光基板3接合。

导光用反射层4的反射型全息图40构成为使以不足导光基板3的临界角θc的第一入射角α1(也就是0°≤α1＜θc的范围)入射的光21的至少一部分以比临界角θc大的反射角β反射为光22。以第一入射角α1入射的光21既存在指以该角度范围内的固定的角度入射的一个方向的光的情况，也存在指将以该角度范围中的一部分的角度范围入射的多个光汇集而成的光束的情况，也存在指将以包含该角度范围的较宽的角度范围入射的多个光汇集而成的光束的一部分的情况。反射型全息图40的反射角β可以设定为一个值，也可以根据在导光用反射层4形成反射型全息图40的位置而设定不同的值。

例如，如图1所示，在导光用反射层4，在x轴上的位置x2、x3、x4…的位置分别形成有反射型全息图40，该情况下，位置x处的反射型全息图40的反射角β(x)能够做成β(x2)≠β(x3)≠β(x4)。能够根据位置来自由设定反射角，因此能够根据射出窗5的配置、集光装置1与光源2的位置关系、集光装置1的使用目的等进行设计，以减少多余的衍射、吸收引起的损失。例如，在反射角β全部相同的情况下，导光用反射层4的全息图40与来自光源的不足临界角θc的角度α1的光干涉而再生临界角θc以上的角度β的光，但是存在也与角度β的光干涉而损失的可能性。因此，即使仅设定多个反射角β，被全息图40反射的临界角θc以上的角度β的光也能够降低再次通过其它全息图40时的干涉，能够减少损失。另外，为了减小在导光基板内通过的光的吸收(衰减)，对于远离射出窗5的位置的全息图40，优选尽量将反射角设定得大，缩短光路长度。例如，若为图1所示的集光装置，则反射角β(x)优选设计为β(x2)＜β(x3)＜β(x4)。

射出窗5设于导光基板3的前侧表面或后侧表面的至少一方，且使以导光基板3的临界角θc以上的第二入射角α2入射的光23以预定的角度γ折射、衍射或反射而从导光基板3射出。射出光24的角度γ能够根据光电池10的数量及配置适当设定，可以与一个方向一致，也可以做成多个角度的射出光24，也可以为固定角度范围的射出光24。

如图1所示，射出窗5优选设于导光基板3的后侧表面32(与导光用反射层4相同的一侧)，但是也可以如图2所示地设于导光基板3的前侧表面31。进一步地，射出窗5也可以如后述的图3所示地设于导光基板3的前侧表面及后侧表面双方。

另外，如图1所示，射出窗5也可以构成于构成导光基板3的材料本身(全息图感光材料)的一部分。该情况下，射出窗5的折射率成为与导光基板3的材料大致相同的值，因此容易成为全息图的衍射的设计。另外，射出窗5也可以形成于与导光基板3不同的部件，也可以如后述的图2及图3所示地接合于导光基板3的前侧表面31或后侧表面32的一部分。对于射出窗5的具体的结构例，使用图4～图7后面进行叙述。

光电池10是配置于接受从射出窗5射出的光24的位置，且对射出的光24进行光电变换而发电的装置。光电池10优选为薄型，更优选为由不妨碍视野且不有损景观的透光型的模块构成。本发明的集光装置1中，通过适当地设计射出窗5，从而能够向适当的方向射出聚集的光，因此能够根据来自集光装置1的光的射出方向将光电池10配置于适当的位置。图1中示出了光电池10相对于射出窗5隔开间隔并平行地配置的例，但不限于此。例如，光电池10也可以如后述的图2所示地相对于射出窗5垂直地配置，也可以如后述的图3所示地相邻地设于射出窗5或导光基板3的表面。而且，如后述的图4(a)所示，也可以相对于射出窗5倾斜地配置。

图2及图3表示本发明的集光装置1及光发电装置100的其它例。图2及图3所示的集光装置1或光发电装置100与图1所示的例的不同点在于，导光用反射层4及射出窗5与导光基板3独立地构成，使构成有导光用反射层4及射出窗5的部件接合于导光基板3。该情况下，构成导光用反射层4的全息图感光材料若选择具有与导光基板3大致相同的折射率的材料，则在导光基板3与导光用反射层4的边界面不会产生光的折射，因此容易成为导光用反射层4的反射型全息图40的衍射的设计。

而且，图2与图1的不同点还在于，将射出窗5配置于导光基板3的前侧表面31，相对于射出窗5垂直地配置光电池10。图3与图1所示的例的不同点在于，在导光基板3的后侧表面32设置透射型的射出窗5，与透射型的射出窗5的表面相邻地配置光电池10，并且在导光基板3的前侧表面31设置反射型的射出窗5，在被反射型的射出窗5反射出的射出光24照射的位置与导光基板3的后侧表面32接合地配置光电池10。图2及图3中，对于标注了与图1相同的符号的结构，由于与图1所示的对应的结构在功能上共通，因此省略详细的说明。

图4～图7分别是本发明的集光装置1或光发电装置100的射出窗5的第一～第四结构例。

首先，图4所示的第一结构例中，射出窗5作为在全息图感光材料形成有多个透射型全息图50a的射出用透射层5a而构成。射出用透射层5a的透射型全息图50a构成为，当接受以导光基板3的临界角θc以上的第二入射角α2入射的光23时，使光23以预定的角度γ折射，作为射出光24从导光基板3向一个方向射出。透射型的射出窗5的情况下，角度γ成为折射角。图4(a)中，射出用透射层5a设于导光基板3的后侧表面32的一部分，图4(b)中，射出用透射层5a设于导光基板3的前侧表面31的一部分。

透射型全息图50a的折射角γ能够基于配置光电池10的位置适当设定。为了提高光电池10的发电效率，折射角γ优选设定为使光24相对于光电池10的受光面大致垂直地入射。图4(a)中，光电池10相对于射出用透射层5a倾斜地设置，折射角γ设定为使光24相对于光电池10的受光面垂直地入射。图4(b)中，光电池10与射出用透射层5a相邻设置，折射角γ设定为大致0°，以使光24相对于光电池10的受光面垂直地入射。如图1所示，在光电池10隔开固定间隔与射出用透射层5a平行设置的情况下，透射型全息图50a的折射角γ也优选设定为大致0°。但是，如图2所示，也可以设计为使光24相对于光电池10倾斜地入射。如上所述，透射型全息图50a能够适当设定衍射的角度γ，因此能够使聚集的光指向配置有光电池10的方向。

而且，射出用透射层5a的透射型全息图50a也可以构成为，将以不足导光基板3的临界角θc的第一入射角α1入射的光21作为预定的角度γ的射出光24从导光基板3向一个方向射出。由此，通常，以不足导光基板3的临界角θc的第一入射角α1射入射出用透射层5a的光21以射入导光基板3的角度从射出用透射层5a向空气中射出，但是利用透射型全息图50a的衍射，也能够使以不足临界角θc的第一入射角α1入射的光21作为预定的角度γ的射出光24指向一个方向，能够增大到达光电池10的受光面的光。

接下来，在图5所示的第二结构例中，射出窗5作为在全息图感光材料形成有多个反射型全息图50b的射出用反射层5b而构成。射出用反射层5b的反射型全息图50b构成为，当接受以导光基板3的临界角θc以上的第二入射角α2入射的光23时，使光23以预定的角度γ反射，作为射出光24从导光基板3向一个方向射出。在反射型的射出窗5的情况下，角度γ成为反射角。反射型全息图50b的反射角γ能够基于配置光电池10的位置而适当设定。

图5(a)中，射出用反射层5b设于导光基板3的后侧表面32的一部分，使光24向配置于导光基板3的前侧的光电池10反射。图5(b)中，射出用反射层5b与图3同样地设于导光基板3的前侧表面31的一部分，将光24向设于导光基板3的后侧表面32的一部分的光电池10反射。

图6所示的第三结构例中，作为射出窗5，在射出面侧设置扩散板5c。扩散板5c优选由折射率比导光基板3大或相同的材料形成，例如，也可以做成配列有微小的透镜阵列的结构。扩散板5c能够使以导光基板3的临界角θc以上的第二入射角α2入射的光23扩散而向外侧射出。或者，也可以构成为，取代扩散板5c，而作为射出窗5具备仅由折射率比导光基板3大的材料形成的高折射材料层。高折射材料层构成为，当接受以导光基板3的临界角θc以上的第二入射角α2入射的光23时，使入射的光23在高折射材料层与导光基板3的后侧表面32的边界折射，作为光24从导光基板3射出。

图6(a)中，扩散板5c设于导光基板3的后侧表面32的一部分，使光24向配置于导光基板3的后侧的光电池10射出。图6(b)中，扩散板5c设于导光基板3的前侧表面31的一部分，将光24向配置于导光基板3的前侧的光电池10射出。

图7所示的第四结构例中，射出窗5作为射出光学系5d而构成。射出光学系5d是相对于导光基板3的表面倾斜的倾斜部，且形成于导光基板3的端部。倾斜部也可以平坦，也可以具有曲面。射出光学系5d当接受以临界角θc以上的第二入射角α2入射的光23时，使接受的光23折射，作为光24从导光基板3射出。另外，也能够通过在射出光学系5d的表面设置反射层而做成反射型的射出窗。

图7(a)中，射出光学系5d设于导光基板3的端部的后侧表面的一部分，使光24向配置于导光基板3的下方的光电池10射出。图7(b)中，射出光学系5d设于导光基板3的端部的前侧表面31和后侧表面的一部分，将光24向配置于导光基板3的下方的光电池10射出。此外，在图7中，在导光基板3的端面设有倾斜部，但是也可以在前侧表面或后侧表面设置倾斜部。例如，也可以粘贴具有倾斜的表面的倾斜板，经由倾斜板的倾斜的表面射出光。

如以上所说明，根据本发明的集光装置，利用包含多个反射型全息图40的导光用反射层4的功能，在导光用反射层4以临界角θc以上的角度反射的光22一边在导光基板3的前侧表面31及后侧表面32反复反射，一边在导光基板3内部传输，能够高效地向固定方向集光。另外，通过在导光用反射层4设计反射型全息图40的角度选择性，能够通过导光用反射层4控制以反射角β反射的光的比例，能够调整采光性及可视性。

另外，目前，汇聚的光只能从导光基板3的端部获取，但本发明的集光装置1中，在导光基板3的表面的适当的位置设有射出窗5，因此能够使以导光基板3的临界角θc以上的第二入射角α2入射的光23在导光基板3的表面不反射而从导光基板的期望的区域射出。作为射出窗5，若采用形成有透射型全息图的射出用透射层或形成有反射型全息图的射出用反射层，则利用全息图的衍射，也能够使收集到的光到达期望的一个方向。

另外，目前，接受集光到的光而发电的光电池的配置受限制，但利用全息图的衍射，能够使收集到的光到达期望的一个方向，因此能够在任意的场所配置光电池，减少受周围环境的限制。而且，能够适当设定从射出窗射出的光与光蓄电池的受光面的角度，能够提高发电效率。另外，因为能够将导光用反射层设于导光基板的屋内侧，因此导光用反射层的入光面因与导光基板的表面抵接而不会变脏，减少劣化、物理性地损坏的可能性。而且，集光装置1能够应用于住宅、高楼等的现有的窗玻璃，能够将窗玻璃本身作为导光基板3使用(以下，也称为窗玻璃3)。该情况下，导光用反射层4及射出窗5(射出用透射层5a、射出用反射层5b)优选作为能够简单地粘贴于窗玻璃3的集光用板而构成。

[集光用板的结构例]

集光用板含有板状的全息图感光材料。全息图感光材料一般至少包含含有感光物质的全息图记录层、和支撑全息图记录层的基材。全息图记录层使用银盐、重铬酸盐明胶、光聚合物、光刻胶等，基剂使用聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氟乙烯膜等树脂。全息图感光材料中，记录有预定的全息图的全息图记录层对应于本发明的导光用反射层4、射出用透射层5a、射出用反射层5b等。

图8～图10分别表示本发明的集光用板7的第一～第三结构例。各图(a)是从y轴防线观察集光用板7的剖视图，各图(b)是从z轴方向观察集光用板7的剖视图。

图8所示的第一结构例中，集光用板7具备：包含全息图记录层61及基材62的全息图感光材料60、设于全息图感光材料60的后侧(室内侧)的保护层63、以及设于全息图感光材料60的前侧(与导光基板的粘接侧)的粘接材层64。全息图记录层61的一部分形成反射型全息图40，构成导光用反射层4。全息图记录层61的另一部分形成透射型全息图50a或反射型全息图50b，作为射出窗5而构成射出用透射层5a或射出用反射层5b。保护层63由树脂等构成，防止全息图感光材料60的损伤。粘接材层64能够粘接地构成于导光基板3的表面。集光用板7的大小及形状能够根据导光基板的条件(大小、形状、设置处所、日照条件、采光的必要性等)适当设定。另外，集光用板7可以制造成与导光基板的大小及形状对应的通用的尺寸，也可以构成为，制造得过大(例如，辊状的长带状)，以能够根据作为粘贴对象的导光基板的大小及形状进行整形、加工。

根据本例的集光用板7，例如能够粘贴于现有的窗玻璃3的后侧表面，无需大幅修改现有的窗玻璃，能够利用现有的窗玻璃3来简单且低成本地构成集光装置。另外，集光用板7设于窗玻璃3的屋内侧，因此作业危险小。而且，集光用板7优选构成为，在粘贴于现有的窗玻璃3(导光基板)后，能够根据需要简单地剥除。由此，即使在集光用板7因长时间的紫外线的照射等而劣化的情况或因物理冲击而损坏的情况下，也能够容易的更换。

能够通过将这种集光用板粘贴于导光基板的表面来制造集光装置。另外，也可以在将集光用板粘贴于导光基板的表面的工序前具有清洗导光基板的表面的工序。而且，也可以在将集光用板粘贴于导光基板的表面的工序前具有对集光用板行整形的工序，以符合导光基板的大小及形状。在更换集光装置的集光用板的情况下，在将集光用板粘贴于导光基板的表面的工序前具有剥除粘贴于导光基板的集光用板的工序，根据需要，也可以具有清洗导光基板的表面的工序及具有对集光用板行整形的工序，以符合导光基板的大小及形状。

另外，在图8所示的第一结构例中，导光用反射层4和射出窗5(射出用透射层5a或射出用反射层5b)构成为一张板，但不限于此。

如图9所示的第二结构例所示，集光用板7也可以由包含导光用反射层4的导光用反射板7a、和包含射出窗5(射出用透射层5a或射出用反射层5b)的射出窗用板7b这两张独立的板构成。

在由本例的集光用板7构成集光装置的情况下，也可以将导光用反射板7a及射窗用板7b粘贴于现有的窗玻璃3的后侧表面32，也可以将导光用反射板7a粘贴于窗玻璃3的后侧表面32，将射出窗用板板7b粘贴于窗玻璃3的前侧表面31。

另外，第一或第二结构例中，集光用板7包含一个导光用反射层4和一个射出窗5，但集光用板7能够根据窗玻璃的形态适当变更导光用反射层4及射出窗5的数量、大小以及配置。

图10所示的第三结构例中，集光用板7隔开间隔配置有三个全息图感光材料60，在各全息图感光材料60中形成有一组导光用反射层4及射出窗5，各全息图感光材料60通过树脂的保护层63而被一体化。

以上，说明了本发明的集光用板，但上述只是示例，根据目的用途，能够进行各种变更。另外，在将该集光用板设于导光基板之后，若在接受从集光用板的射出窗射出的光的位置适当设置光电池，则能够构成光发电装置。另外，通过构成在集光用板预先装入有光电池的光发电板，将光发电板设于导光基板，从而也能够简单地构成光发电装置。

[光发电板的结构例]

图11表示本发明的光发电板8的结构例。图11(a)所示的结构例中，光发电板8具备：包含全息图记录层61及基材62的全息图感光材料60、光电池10、设于全息图感光材料60的后侧(室内侧)的保护层63、以及设于全息图感光材料60的前侧(与导光基板的粘接侧)的粘接材层64。

在全息图记录层61的一部分形成反射型全息图40，构成导光用反射层4。在全息图记录层61的另一部分形成透射型全息图50a，构成射出用透射层5a。全息图记录层61也可以包含未形成全息图的部分。光电池10与射出用透射层5a邻接配置。保护层63覆盖全息图感光材料60及光电池10，将它们一体化，防止损伤。粘接材层64能够粘接的构成于导光基板3的表面。

另外，图11(a)所示的结构例中，将实现集光功能的导光用反射层4的部分、和实现光发电的射出用透射层5a及光电池10的部分构成为一张板，但不限于此。如图11(b)所示，光发电板8也可以由导光用反射板7a、和包含射出用透射层5a及光电池10的带光电池的射出窗用板7c这两张独立的板构成。

在利用现有的窗玻璃3构成光发发电装置的情况下，也可以将一张光发电板8粘贴于窗玻璃3的后侧表面32，也可以将导光用反射板7a粘贴于窗玻璃3的后侧表面32，且将带光电池的射出窗用板7c粘贴于窗玻璃3的前侧表面31或后侧表面32。根据本发明的光发电板，不大幅修改现有的窗玻璃，能够简单且低成本地构成光发电装置。

光发电板8的大小及形状能够根据导光基板的条件(大小、形状、设置处所、日照条件、采光的必要性等)适当设定。另外，光发电板8可以制造成与导光基板的大小及形状对应的通用的尺寸，也可以构成为，制造得过大(例如，辊状的长带状)，以能够根据作为粘贴对象的导光基板的大小及形状进行整形、加工。而且，光发电板8优选构成为，在粘贴于现有的窗玻璃3(导光基板)后，能够根据需要简单地剥除。由此，即使在光发电板8因长时间的紫外线的照射等而劣化的情况或因物理冲击而损坏的情况下，也能够容易的更换。

能够通过将这种光发电板粘贴于导光基板的表面来制造光发电装置。另外，也可以在将光发电板粘贴于导光基板的表面的工序前具有清洗导光基板的表面的工序。而且，也可以在将光发电板粘贴于导光基板的表面的工序前具有对光发电板整形的工序，以符合导光基板的大小及形状。在更换光发电装置的光发电板的情况下，在将光发电板粘贴于导光基板的表面的工序前具有剥除粘贴于导光基板的光发电板的工序，根据需要，也可以具有清洗导光基板的表面的工序及具有对光发电板整形的工序，以符合导光基板的大小及形状。

[光的传输路径]

接下来，使用图1及图4(a)，对在作为射出窗5采用了射出用透射层5a的情况下，来自光源2(以下，也称为太阳2)的光20射入导光基板3后被光电池10受光前的光路的光的传输路径进行说明。

从太阳2照射的光20在一日中仰角及方位角发生变化，在此，为了简单，来自太阳2的光20作为在含有集光装置1的法线n且相对于地面垂直的面(以下，称为垂直基准面)具有仰角φ进行照射的光来处理。另外，对于对集光装置1的各构成单元的入射、反射、折射，为了简单，对上述垂直基准面内进行说明。

首先，来自太阳2的光20以仰角φ射入导光基板3的前侧表面31。太阳的中天时的仰角φ根据季节及纬度而不同，例如，在北纬35°(东京)，如后述的图12所示，在冬至为约32°，在春分或秋分为约55°，在夏至为约78°。

入射的光20在前侧表面31折射，折射后的光21以不足导光基板3的临界角θc的第一入射角α1朝向导光基板3的后侧表面32。

在此，为了简单，若导光基板3的折射率设为1.5，空气的折射率设为1.0，则根据斯涅耳定律，在导光基板3的前侧表面31与后侧表面32之间发生全反射的临界角θc为约42°。

然后，以仰角φ为约32°(冬至)入射的光20通过在导光基板3的前侧表面31的折射成为第一入射角α1为约21°的光21，向后侧表面32前进。同样地，以仰角φ为约55°(春分及秋分)入射的光20成为第一入射角α1为约33°的光21，向后侧表面32前进。仰角φ为约78°(夏至)入射的光20成为第一入射角α1为约41°的光21，向后侧表面32前进。这样，以仰角φ为约32°～78°的范围入射的光20根据斯涅耳定律在导光基板3的前侧表面31折射，折射后的光21以21°～41°的范围(不足临界角θc)的第一入射角α1到达导光基板3的后侧表面32。

然后，当在后侧表面32的形成于导光用反射层4的反射型全息图40入射不足临界角θc的第一入射角α1的光21时，入射的光21利用反射型全息图40的衍射作用反射临界角θc以上的反射角β的光22，反射的光22向前侧表面31前进。

此外，在导光用反射层4，当在未形成反射型全息图40的位置以不足临界角θc的第一入射角α1入射光21时，入射的光21透射导光用反射层4向集光装置1的后侧射出。另外，在反射型全息图40构成为具有角度选择性或波长选择性，与期望的角度范围、波长范围的光干涉的情况下，超过了该角度范围、波长范围的光透射导光用反射层4，向集光装置1的后侧射出。因此，集光装置1也具备采光性和可视性。

进一步地，反射至前侧表面31的光22以临界角θc以上的角度β向前侧表面31入射，因此在前侧表面31以反射角β全反射，反射后的光23同样地在后侧表面32同样地以反射角β全反射，之后，反复进行多次全反射，从而在导光基板3的内部向下传输。

此外，来自太阳2的光20的仰角φ可以包含临界角θc(例如42°)以上的范围，但是在前侧表面31折射后的光21根据空气与导光基板3的相对折射率的关系在导光基板3内以不足临界角θc的第一入射角α1到达后侧表面32。因此，形成于后侧表面32的反射型全息图40只要构成为衍射不足临界角θc地入射的光即可。换言之，导光用反射层4的反射型全息图40只要用于聚集以临界角θc为半角的圆锥状的范围的光，以在导光基板3内部发生全反射的方式反射即可。而且，在导光基板3的内部经过了一次以上的反射的光以临界角θc以上向后侧表面32入射，因此对于经过了一次以上的反射的光，也可以不通过反射型全息图40变更反射角。

接下里，参照图4(a)，在形成于射出用透射层5a的透射型全息图50a的位置，当光23以临界角θc以上的第二入射角α2入射时，入射的光23利用透射型全息图50a的衍射作用再生预定的角度γ的射出光24，射出光24从导光基板3的后侧向一个方向射出。另外，在形成于射出用透射层5a的透射型全息图50a的位置，以不足临界角θc的第一入射角α1到达后侧表面32的光特别地不受透射型全息图50a的影响而向后侧射出。但是，透射型全息图50a也可以构成为使以第一入射角α1入射的光也以上述角度γ从后侧射出，该情况下，以第一入射角α1入射的光也能够与通过全反射传输来的光22一致地射出，能够提高光的聚集效率。

以上，使用图1说明了光的传输路径，图2所示的集光装置1的光的传输路径除了光的传输方向向上外，与图1所述的情况相同。另外，在图3所示的集光装置1中，在形成于导光用反射层4的位置x2的反射型全息图40以第一入射角α1入射的光21与图1所示的例同样地向下传输，入射至射出窗5的光23折射后到达设于射出窗5的后侧的光电池10。另一方面，在形成于导光用反射层4的位置x3的反射型全息图40以第一入射角α1入射的光21与图2所示的例同样的向上传输，入射至射出窗5的光23反射而向后侧前进，进而到达设于导光基板3的后侧表面32的光电池10。

另外，图1中，为了说明对来自太阳2的光20仅对垂直基准面内的传输进行了处理。但是，实际上，太阳进行周日运动，因此从集光装置1观察到的太阳的位置根据时刻发生变化。而且，周日运动的轨道根据季节而不同。

图12是表示每个季节的太阳2的周日运动的说明图。图12(a)在天球的垂直坐标系中表示每个季节的太阳2的轨道。图12(b)在天球的地平坐标系中表示每个季节的太阳的轨道。

图12(a)的垂直坐标系是以地平线上的观察者(集光装置1、光发电装置100)为中心，从地平线上的西的点向东的点的方向观察地平线上的南的点、天顶(观测者的正上方的点)、地平线上的北的点、点底(观测者的正下方的点)作成的大圆的天顶侧一半的坐标。图12(a)中，观察者仰视天球的角度为仰角，将地平线方向设为0°，将天顶设为90°。

图12(b)的地平坐标系是以地平线上的观察者为中心，从地平线上的北的点向南的点的方向观察地平线上的东的点、天顶、地平线上的西的点、点底作成的大圆的天顶侧一半的坐标。图12(b)中，将观察者观察地平面上的某点的情况的方向称为方位角，将地平面上的南的点的方向设为0°，将地平面上的东的点的方向设为－90°，将地平面上的西的点的方向设为+90°，将地平面上的北的点的方向设为180°。

在图12(a)及(b)的各坐标系中示出冬至的太阳的周日运动的轨道t1、春分及秋分的太阳的周日运动的轨道t2、以及夏至的太阳的周日运动的轨道t3。

然后，如图示，观测者例如在位于北纬35°(东京)的情况下，冬至的太阳的中天高度在一年中最低，称为约32°(90°－观测地点的维度－23.4°)。春分及秋分的中天高度称为约55°(“90°－观测地点的维度”)。夏至的太阳的中天高度在一年内最高，称为约78°(“90°－观测地点的维度+23.4°”。

另外，如图示，在冬至(参照轨道t1)，太阳从正东偏南(北纬35度的情况下，约－61°)升起，在正西偏南(北纬35度的情况下，约+61°)下落。在春分及秋分(参照轨道t2)，太阳从正东(－90°)升起，在正西(+90°)下落。在夏至(参照轨道t3)，太阳从正东偏北(北纬35度的情况下，约－119°)升起，在正西偏北(北纬35度的情况下，约+119°)下落。

如上述，在将光源2设为太阳的情况下，太阳的位置根据时刻、季节而变化。但是，导光基板3的折射率比空气高，因此来自太阳的光20在导光基板3的前侧表面31折射，相对于导光基板3的后侧表面32以不足临界角θc的第一入射角α1入射。

因此，在本发明的集光装置1中，反射型全息图优选具有使以临界角θc为半角的圆锥的范围成为最大的角度选择性。而且，反射型全息图也可以构成为具有与以临界角θc为半角的圆锥的范围的一部分对应的角度选择性。以下，对反射型全息图的制作装置及制作方法进行说明。

[反射型全息图的制作装置]

图13是说明制作反射型全息图40的装置及方法的一例的说明图。制作装置具备激光光源2a、激光光源2b、准直透镜11、遮光掩膜12、物镜13、载置台14、参照光入射用光学部件15、参照光射出用光学部件16、全息图感光材料60、扫描机构(省略图示)、控制机构(省略图示)等。此外，虽未图示，但是也可以适当设置分束镜、扩展器、光圈等。

激光光源2a例如是半导体激光等，使物体光l1经由物镜13汇聚而向全息图感光材料60照射。全息图感光材料60是记录反射型全息图40的材料，优选具有与导光基板3相同的折射率。全息图感光材料60也可由是将保护层、粘接剂层及粘接保护层的一个或多个层叠而成的构造。

准直透镜11将来自激光光源2a的光成形为大致平行光。物镜13使成形为大致平行光的物体光l1折射而作为汇聚的光照射全息图感光材料60的记录对象部分。照射全息图感光材料60的汇聚后的物体光l1对应于能够被反射型全息图40干涉的光，反射型全息图40能够干涉以与汇聚后的物体光l1相同方向、相同角度入射的光，再生反射光。因此，能够根据汇聚后的物体光l1的照射角度、照射方向调节反射型全息图40的角度选择性及方向选择性。例如，能够通过后述的遮光掩膜12使向物镜13入射的物体光l1的平面形状变形，由此能够调节反射型全息图40的角度选择性及方向选择性。在制作图1的导光用反射层4的情况下，物体光l1设定为含有经由图1所示的导光基板3而向反射型全息图40入射的光21的不足临界角θc的范围(0°～θc)的至少一部分。另外，根据物体光l1的波长也能够调整反射型全息图40的波长选择性。

图13中，剖面圆形的物体光l1通过物镜13而以汇聚成以汇聚角θf为半角的圆锥状的方式照射。物体光l1的汇聚角θf是指入射至全息图感光材料60的汇聚后的物体光的最大入射角，在物体光l1的剖面不是圆的情况下(通过遮光掩膜12改变了物体光l1的形状的情况等)，存在因xy平面的方位(平行于光轴的剖面)而汇聚角θf不同的情况。汇聚角θf若设为经由图1所示的导光基板3而向反射型全息图40入射的光21的临界角θc以上，则能够反射不足临界角θc的范围(0°～θc)的入射光，因此较为优选。

遮光掩膜12是配置于准直透镜11与物镜13之间的部件，具有遮断物体光l1的一部分的作用，能够用于使物镜13的入射面生成期望的形状的照射区域时。由此，在反射型全息图设定期望的角度范围。遮光掩膜12构成为能够利用未图示的移动机构移动，且优选能够变更遮光部分的范围、形状。遮光掩膜12能够采用各种形状、大小，以实现期望的角度范围。另外，也可以不设置或不使用遮光掩膜12，而形成圆锥状的反射型全息图。

图14(a)表示未配置遮光掩膜12的情况下的物镜13的入射面，图14(b)表示配置了遮光掩膜12的情况下的物镜13的入射面。图14(b)所示的遮光掩膜12是具备比物镜13的入射面(圆形)的曲率大的曲线的部件，能够使物镜的入射面形成月牙型的照射区域。

图15是表示遮光掩膜12的形状的其它例的说明图。图15(a)所示的遮光掩膜12是矩形的部件，能够使物镜的入射面形成半圆的照射区域。图15(b)所示的遮光掩膜12是在中心具有矩形的开口的部件，能够使物镜的入射面形成矩形的照射区域。图15(c)所示的遮光掩膜12是在中心具有椭圆的开口的部件，能够使物镜的入射面形成椭圆的照射区域。

载置台14是支撑全息图感光材料60的透明部件，在图13中配置于全息图感光材料60的前侧。载置台14根据装置的结构而适当设置，例如，也可以配置于全息图感光材料60的后侧，也可以配置于两侧。载置台14作为对应于导光基板的结构，若使用相同的折射率的材料并配置为与使用时的导光基板的配置相同，则能够再现与经由使用时的导光基板向全息图感光材料60入射的光相同的光学系，因此容易进行设计。另外，也可以构成为将参照光入射用光学部件15和/或参照光射出用光学部件16用作载置台来支撑全息图感光材料60。

激光光源2b例如是半导体激光等，对全息图感光材料60的记录对象部分以入射角θr照射参照光l2。参照光l2通过未图示的光学系成为平行光。参照光l2的入射角θr成为从记录后的反射型全息图40射出的再生光(反射光)的射出角。在制作图1的导光用反射层4的情况下，入射角θr对应于反射的光22的反射角β，设置为经由图1所示的导光基板3而向反射型全息图40入射的光21的临界角θc以上的范围。

另外，激光光源2b优选构成为能够利用未图示的移动机构、镜子或棱镜等适当地变更相对于全息图感光材料60的入射角θr。该情况下，通过变更入射角θr，能够在同一全息图感光材料60根据反射型全息图的记录对象部分(图1的符号x2～x4)构成具有不同的反射角β的反射型全息图40。入射角θr不仅在仰角方向上变更，也能够在方位角方向上变更，反射型全息图能够构成为向垂直基准面以外的方向也射出再生光(图1的光22)。

此外，在图13所示的例中使用了两个激光光源2a、2b，但是也可以经由分束镜等将来自一个激光光源的光分离成两个光束，将一方用作物体光l1，将另一方用作参照光l2。

参照光入射用光学部件15配置于全息图感光材料60的后侧，是具有相对于来自激光光源2b的参照光l2的入射端面15a的透明部件。而且，参照光入射用光学部件15具有使通过了全息图感光材料60的物体光l1不反射而射出的后表面15b。

参照光入射用光学部件15的入射端面15a以使参照光l2以比相对于全息图感光材料60的参照光l2的入射角θr靠近垂直的角度入射的方式倾斜，优选构成为相对于参照光l2的入射角θr，成为大致垂直。为了使参照光l2经由参照光入射用光学部件15以临界角以上的入射角θr照射全息图感光材料60，因此需要形成该结构。临界角θc由空气的折射率(约1.0)与构成导光基板3的材料的折射率(例如，浮法玻璃为1.51)的比规定，但是参照光入射用光学部件15的折射率需要至少比空气大，优选尽量接近导光基板3的折射率，最优选为与导光基板3的折射率相同。在参照光入射用光学部件15的折射率与导光基板3的折射率相同的情况下，从激光光源2b照射来的参照光l2在向参照光入射用光学部件15入射时因折射率的差异而折射，因此即使向与全息图感光材料60平行的后表面15b倾斜照射参照光l2，通过折射，通过参照光入射用光学部件15后的参照光l2也能够以临界角θc以上的期望的入射角θr照射全息图感光材料60。因此，使参照光入射用光学部件15的供参照光l2入射的入射端面15a倾斜，相对于倾斜的参照光l2，使入射端面15a接近垂直，从而减少折射，或者消除折射(垂直的情况)，由此能够使参照光l2经由参照光入射用光学部件15以临界角以上的入射角θr照射全息图感光材料60。另外，参照光入射用光学部件15的后表面15b优选做成与全息图感光材料60平行的平面，以使物体光l1尽量不反射而透射。

参照光射出用光学部件16配置于全息图感光材料60的前侧，是具有相对于通过了全息图感光材料60的参照光l2的射出端面16a的透明部件。而且，参照光射出用光学部件16具有供通过了物镜13的汇聚后的物体光l1入射的前表面16b。射出端面16a优选参照光l2以接近垂直的角度倾斜，以使通过了全息图感光材料60的参照光l2尽量不反射而透射。另外，参照光射出用光学部件16的前表面16b优选作成与全息图感光材料60平行的平面，以使物体光l1尽量不反射而透射。

物镜13、参照光射出用光学部件16、载置台14以及参照光入射用光学部件15优选由折射率相近的材料构成，最优选由具有相同的折射率的材料构成。而且，物镜13、参照光射出用光学部件16、载置台14以及参照光入射用光学部件15之间也优选被折射率相近的浸液17充满，最优选被具有相同的折射率的浸液17充满。通过对这些部件采用相同的折射率，从而来自激光光源2a的物体光l1及来自激光光源2b的参照光l2在各光学部件的边界面不会折射而直线前进。但是，即使这些部件的折射率不相同，只要折射率的差引起的折射在容许范围内，则也能够通过含有折射设计光学系来制造反射型全息图40。

而且，在该制作装置中，将参照光入射用光学部件15的入射端面15a相对于参照光l2垂直，且将参照光入射用光学部件15与全息图感光材料60之间用浸液17充满，从而能够使参照光l2在境界面(参照光入射用光学部件15的前侧的表面及全息图感光材料60的后侧的表面)不折射而保持维持临界角θc以上的角度的状态到达全息图感光材料60的记录对象部分。由此，能够再现在图1所示的导光基板3的内部具有临界角θc以上的反射角β而通过全反射传输的光22。而且，在该制作装置中，将参照光射出用光学部件16的射出端面16a相对于参照光l2垂直，将全息图感光材料60与参照光射出用光学部件16之间用浸液17充满，从而能够使透射了全息图感光材料60的记录对象部分的参照光l2在射出端面16a不反射而向外部射出。因此，不会发生向全息图感光材料60的返回光，能够高精度地形成全息图。

另外，物镜13优选构成为使物体光l1经由浸液17而向与全息图感光材料60接触的载置台14(及参照光射出用光学部件16)入射。即，物镜13作为液浸物镜发挥功能。

在此，来自太阳(夏至的中天时)的光相距窗玻璃的法线最大以接近80°的仰角入射。因此，为了生成直至接近该80°的角度θf的物体光，在入射角为80°、且空气的折射率为1.0的情况下，所需的开口数成为na＝n×sinθf＝1.0×sin80°≈0.98，理论上，需要使用具有开口数na≈0.98的高分辨率且较大的入射角的物镜。但是，在不使用液浸的物镜的情况下，能够实现的最大的开口数被认为0.95左右。

但是，如图13所示，在使用了液浸物镜13的情况下，因为在物镜13、载置台14(也存在隔着参照光射出用光学部件16的情况)以及浸液的介质之间作出了没有折射率的差的状态，因此只要能够通过物镜13生成载置台14内的角度的光即可。例如，当80°的光从空气中向折射率1.51的载置台14入射时，在载置台14内，根据斯涅耳定律(sin^-1(0.98/1.51)≈40.5°)，呈约40.5°折射，因此，在液浸物镜的情况下，若使浸液的折射率为n＝1.51，则没有折射率的差，因此只要通过物镜13生成θf≈40.5°的物体光，并使经过浸液而向载置台14入射即可。即，液浸物镜13的开口数na最大只要设定为能够实现与全息图感光材料60相接的载置台14的临界角θc左右的入射角(在折射率1.51的载置台14，临界角θc为约42°)即可，相比上述的θf＝80°的物镜，具有容易设计光学系的优点。

而且，制作装置设置为能够利用未图示的扫描机构移动全息图感光材料60的物体光l1及参照光l2的相对的照射位置。扫描机构也可以不使全息图感光材料60移动而变更光学系的至少一部分或光学部件(镜子或棱镜)的朝向、配置来使物体光l1及参照光l2的照射位置移动，也可以不使物体光l1及参照光l2的照射位置移动而使全息图感光材料60移动，也可以使全息图感光材料60和物体光l1及参照光l2的照射位置均移动。扫描机构例如也可以如下扫描：使相对的照射位置在图13的y轴方向上移动，在结束一行的反射型全息图40的记录后，使相对的照射位置在x轴方向上移动，从而记录下一行的反射型全息图40。另外，也可以将多个光学系在y轴方向上排成一行配置，在通过一次照射记录一行的反射型全息图40后，使全息图感光材料60在x轴方向上移动。

另外，也可以具有未图示的焦点调整机构，以使全息图感光材料60的记录对象部分对准物镜13的焦点附近。焦点调整机构例如也可以构成为在参照光入射用光学部件15与参照光射出用光学部件16之间使载置台14及全息图感光材料60在z轴方向上移动，也可以构成为相对于物镜13，使参照光射出用光学部件16、载置台14、全息图感光材料60以及参照光入射用光学部件15整体在z轴方向上移动。

控制机构控制激光光源2a、激光光源2b的激光照射、遮光掩膜12的配置、扫描机构等，从而在全息图感光材料60记录反射型全息图40。

[反射型全息图的制作方法(不利用遮光掩膜的情况)]

如图13所示，在制作反射型全息图时，首先从激光光源2a照射物体光l1。照射出的物体光l1经由准直透镜11整形成大致平行光而向物镜13入射。在不利用遮光掩膜12的情况下(参照图14(a))，物体光l1的光束的剖面是大致圆形。入射至物镜13的物体光l1汇聚成以汇聚角θf为半角的圆锥形状，经由浸液17向参照光射出用光学部件16的前表面16b入射，再通过参照光射出用光学部件16，经由浸液17及载置台14而向对准配置于物体光l1的焦点附近的全息图感光材料60的记录对象部分入射。进一步地，通过了全息图感光材料60的物体光l1作为发散的光经由浸液17而向参照光入射用光学部件15的前表面入射，通过参照光入射用光学部件15后从后表面15b射出。

另一方面，将来自激光光源2b的参照光l2设置成平行光而向参照光入射用光学部件15照射。照射出的参照光l2向参照光入射用光学部件15的入射端面15a入射，经由参照光入射用光学部件15内及浸液17而以入射角θr照射全息图感光材料60的记录对象部分。然后，通过了全息图感光材料60的参照光l2从参照光射出用光学部件16的射出端面16a射出。入射角θr的值能够通过适当变更激光光源2b(或未图示的镜子等光学部件)的朝向开适当设定。

当物体光l1和参照光l2在全息图感光材料60的记录对象部分交叉时，形成由以汇聚角θf为半角的圆锥状的光束即物体光l1、和从相反侧作为入射角θr的平行光而照射出的参照光l2而产生的干涉条纹，记录反射型全息图40。

若一边通过未图示的扫描机构使全息图感光材料60的相对的照射位置依次移动，一边反复进行上述的全息图记录的工序，则在全息图感光材料上记录多个反射型全息图40。另外，若调整移动量，则能够变更反射型全息图40的记录间隔，也能够以使相邻的反射型全息图40一部分重合的方式进行记录。

图16(a)是在全息图感光材料60不重合地形成有圆形的反射型全息图40的例。该图中，为了说明，将反射型全息图40表示得较大，实际上，反射型全息图40是纵横为20～1000μm的微小的大小，反射型全息图40的形状能够通过利用显微镜放大来确认。

图16(a)所示的反射型全息图40是不使用遮光掩膜12而通过以汇聚角θf为半角的圆锥状的光束即物体光l1记录而得到。因此，反射型全息图40如图16(b)的角度分布所示地具有与以汇聚角θf为半角的圆锥对应的角度范围、即在x轴方向(方位角方向)上－θf～+θf、且在y轴方向(仰角方向)上－θf～+θf的角度范围。由此，反射型全息图40在入射相当于先前的狭窄的圆锥状的光束的角度范围中不足汇聚角θf的光时发生衍射，且射出与参照光l2的入射角θr对应的再生光。在制作图1的导光用反射层4的情况下，优选设计为，将汇聚角θf设定为导光基板の临界角θc且将参照光l2的入射角θr设定为导光基板的临界角θc以上，当入射具有不足临界角θc的第一入射角α的任意的光(图1的光21)时，发生衍射，射出与参照光l2的入射角θr对应的角度(图1的反射角β)的临界角θc以上的再生光(图1的光22)。此外，在图16(a)中使反射型全息图40纵横排列，但是例如也可以形成为以在奇数行和偶数行互不相同的方式配置，在奇数行的相邻的反射型全息图40的中间位置配置偶数行的反射型全息图40。

图16(c)是在全息图感光材料60形成有一部分相互重合的圆形的反射型全息图40的例。在图16(c)中，在使用多重度的小的全息图感光材料，而且将曝光用的光点向记录媒质的上方依次移动而进行曝光的情况下，最初曝光的全息图是圆形，但是之后形成的各个反射型全息图40主要依次作为全息图形成新记录的光照射区域即月牙状的部分。也就是，之后形成的各个反射型全息图40由以焦点角度θf为半角的圆锥状的光束的一部分记录。

该反射型全息图40如图16(d)的角度分布所示，具有与被点a(0，－θf)、点b(θf，0)、点c(0，θf)、点d(θm，0)包围的月牙形的部分对应的角度范围。角度θm根据制作时的全息图的重合的区域(全息图间的间距)而能够设定于0°＜θm＜θf的范围的任意的角度，优选对应于光源的仰角的下限。角度θm例如也可以设为图12所示的冬至的太阳的中天高度(在东京，约32°)。月牙形的反射型全息图40在入射该角度范围内的第一入射角α1的光时，发生衍射，射出与参照光l2的入射角β对应的角度的再生光。

在图16(c)中仅在纵向上重合，但是也可以根据建筑物的维度、经度以及设置的窗的方位、倾斜度等在横向上重合，以有效地获取太阳光。而且，图16(c)中，以预定的角度范围外的入射角入射的光不会全反射而是透射，因此具有采光性和可视性不会大幅受损的特征。

此外，在使用了多重度比较大的全息图感光材料的情况下，对于使圆形的全息图重合的部分(月牙以外的部分)，因为也记录全息图，所以能够重合地记录能够衍射在图16(b)所示的角度范围入射的光的全息图。

[反射型全息图的制作方法(利用遮光掩膜的情况)]

在制作反射型全息图时，从激光光源2a照射出的物体光l1经由准直透镜11被整形成大致平行光，利用配置于准直透镜11与物镜13之间的遮光掩膜12遮断一部分大致平行光，另一部分大致平行光以期望的形状向物镜13入射。例如，在利用了图14(b)所示的形状的遮光掩膜12的情况下，比遮光掩膜12靠后侧的物体光l1的光束的剖面成为月牙形。

图17是表示成为剖面为月牙形的光束的物体光的例的说明图。同时参照图13，在比遮光掩膜12靠前侧的位置z1，从激光光源2a照射出的物体光l1的光束s0的剖面形状成为大致圆形。在比遮光掩膜12靠后侧的位置z2，物体光l1的光束s1的剖面形状成为月牙形，通过遮光掩膜12遮断光束，从而产生非照射部分s2。而且，在比物镜13靠后侧的位置z3，利用物镜13的汇聚作用，物体光l1的光束s1的剖面形状缩小，在位置z4的全息图感光材料60的全息图记录对象部分成像。然后，若物体光l1和参照光l2在全息图感光材料60的记录对象部分交叉，则形成由汇聚角θf的物体光l1的光束和入射角βθr的参照光l2引起的干涉条纹，记录月牙形的反射型全息图40。

图18(a)是在全息图感光材料60不重叠地形成有月牙形的反射型全息图40的例。各个反射型全息图40是由以焦点角度θf为半角的圆锥状的光束的一部分记录而成。该反射型全息图40如图18(b)的角度分布所示，具有与被点a(0，－θf)、点b(θf，0)、点c(0，θf)、以及点d(θm，0)包围的月牙形的部分对应的角度范围。角度θm根据制作装置的遮光掩膜的形状及配置能够设定为0°＜θm＜θf的范围的任意的角度，优选对应于光源的仰角的下限。角度θm例如也可以设置为图12所示的冬至的太阳的中天高度(在东京，约32°)。月牙形的反射型全息图40在入射该角度范围内的第一入射角α1的光时发生衍射，射出与参照光l2的入射角β对应的角度的再生光。

图18所示的反射型全息图的记录方式通过适当设定汇聚角θf、角度θm、遮光掩膜的形状及配置等，能够在仰角方向及方位角方向记录期望的形状及角度范围的全息图，能够根据来自光源的照射方向高效率地收集光。例如，能够制作具有与太阳的每个季节的周日运动对应的角度范围的反射型全息图，能够制作能够效率良好地收集来自太阳的光的导光用反射层4。

而且，图18中，即使将圆形的全息图互不重合，也能够如图16(c)及(d)所示地形成月牙型的反射型全息图。而且，在使用了多重度比较大的全息图感光材料的情况下，通过偏移记录位置多重记录互相的全息图，从而能够高密度地记录具有期望的形状及角度范围的反射型全息图。该情况下，因为重合记录多个全息图，所以能够将用于集光的预定角度范围的入射角的光在全息图感光材料的基本所有的区域全反射，因此能够提高集光性。该情况下，由于以预定的角度范围外的入射角入射的光透射，因此可视性不会大幅受损。

如上所述，本说明书对多个方式进行了说明，但是本发明的应用范围不限定于各个方式。例如，也能够组合这些多个方式。

符号说明

1—集光装置，2—光源，3—导光基板，4—导光用反射层，5—射出窗，5a—射出用透射层，5b—射出用反射层，7—集光用板，7a—导光用反射板，7b—射出窗用板，7c—附带光电池的射出窗用板，8—光发电板，10—光电池，31—前侧表面，32—后侧表面，40—反射型全息图，50a—透射型全息图，50b—反射型全息图，60—全息图感光材料，100—光发电装置。