(57)【要約】【課題】良好な耐環境性を備える光学フィルタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】光学フィルタ１０は、平板１１と回動ピン１２と作動ピン１３とから構成される。平板１１は、透明基板３１と、透明基板３１上に形成された樹脂層３２と、樹脂層３２上に形成されたＣＮＴ層３３と、を備える。ＣＮＴ層３３は最表層に設置する。ＣＮＴ層３３に分散されたＣＮＴは、短波長の光をより吸収する特性を有するため、ＣＮＴ層３３を最表層に形成することによって、樹脂層３２に届く紫外線の強度を弱めることができ、樹脂層３２に分散する染料の劣化を防止することができる。従って、光学フィルタ１０は良好な耐環境性を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の光を減衰する光学フィルタであって、
所定波長を吸収する材料が分散された少なくとも一つの樹脂層と、
炭素系材料からなる炭素層と、を備え、
前記炭素層は前記光学フィルタの光が入射する側に形成され、前記樹脂層は前記炭素層を通過した光が入射するように前記炭素層よりも下層に形成されていることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
前記樹脂層は、透光性を備える基板上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項３】
前記樹脂層に分散された材料は、ポリエチレンジオキシチオフェンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
前記炭素系材料は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学フィルタ。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブは、径が３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学フィルタ。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブは、０．０１〜２０重量％の割合で混合されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学フィルタ。
【請求項７】
光学フィルタを製造する方法であって、
所定波長を吸収する材料が分散された少なくとも一つの樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
前記樹脂層の上に、炭素系材料からなる炭素層を形成する炭素層形成工程と、を備え、
前記炭素層形成工程では、前記樹脂層へ前記炭素層を通過した光が入射するように、前記炭素層を前記光学フィルタの光が入射する側に形成することを特徴とする光学フィルタの製造方法。
【請求項８】
前記樹脂層は、透光性を備える基板上に形成されることを特徴とする請求項７に記載の光学フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブを利用した光学フィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラ、ビデオカメラ等の撮像装置では、光の強い場所で撮影する際又は写真や映像の風合いを変化させるため撮像装置に入る光の強度だけを特定の比率で減らすＮＤフィルタ（Neutral Density filter）、赤外域の波長をカットするＩＲ（InfraRed）カットフィルタ等の光学フィルタが用いられている。
【０００３】
また、このような光学フィルタとしては、特許文献１に開示されているように透光性を備える基板上に、金属酸化膜等、特定の波長を吸収する光学特性を有する膜を形成することによって形成される。
【特許文献１】特開２００６−１７８３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特定の波長を吸収する特性を備えるフィルタは染料等を樹脂中に分散させて形成される。このような染料は、紫外線や水分に弱く、劣化してしまう問題がある。このように劣化が生ずると光学特性に変化が生ずる。
【０００５】
従って、光学特性に変化が生じないよう紫外線や水分による劣化を防ぐことができ、良好な耐環境性を備える光学フィルタ及びその製造方法が求められている。
【０００６】
また、特願２００６−７５８３号では、透明基板上にニッケル層を形成し、更にＣＮＴ層を形成した光学フィルタを示している。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、良好な耐環境性を備える光学フィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる光学フィルタは、
所定波長の光を減衰する光学フィルタであって、
所定波長を吸収する材料が分散された少なくとも一つの樹脂層と、
炭素系材料からなる炭素層と、を備え、
前記炭素系材料からなる炭素層は、前記光学フィルタの光が入射する側に形成され、前期樹脂層は前記炭素層を通過した光が入射するように前記炭素系材料からなる炭素層よりも下層に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
前記樹脂層は、透光性を備える基板上に形成されてもよい。
【００１０】
前記樹脂層に分散された材料は、ポリエチレンジオキシチオフェンであってもよい。
【００１１】
前記炭素系材料は、カーボンナノチューブであってもよい。
【００１２】
前記カーボンナノチューブは、径が３００ｎｍ以下であってもよい。
【００１３】
前記カーボンナノチューブは、０．０１〜２０重量％の割合で混合されてもよい。
【００１４】
上述した目的を達成するため、本発明の第２の観点にかかる光学フィルタの製造方法は、
光学フィルタを製造する方法であって、
所定波長を吸収する材料が分散された少なくとも一つの樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
前記樹脂層の上に、炭素系材料からなる炭素層を形成する炭素層形成工程とを備え、
前記炭素層形成工程では、前記樹脂層へ前記炭素層を通過した光が入射するように、前記炭素層を前記光学フィルタの光が入射する側に形成することを特徴とする。
【００１５】
前記樹脂層は、透明基板上に形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、カーボンナノチューブを分散させた層を最表層に形成することによって良好な耐環境性を備える光学フィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態に係る光学フィルタ及びその製造方法について図を用いて説明する。
【００１８】
本実施の形態では、光の強度だけを特定の比率で減らすＮＤフィルタ（Neutral Density filter）を例に挙げて説明する。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る光学フィルタ１０を図１に示す。図１（ａ）は、光学フィルタ１０の構成例を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。また、図２は光学フィルタ１０を用いた撮像装置２０を模式的に示した図である。
【００２０】
光学フィルタ１０は、図１（ａ）に示すように、平板状且つ羽根状で所定の硬度を備える平板１１と、平板１１の一端部に形成された回動ピン１２と、平板１１の一端部に形成され且つ回動ピン１２と反対の面に突き出して形成された作動ピン１３と、を備える。入射した光は図１（ａ）に示す平板１１の一点破線で囲まれた領域（減光領域１０ａ）を通過して、その強度を所定程度減衰される。
【００２１】
また、光学フィルタ１０は、図２に示す撮像装置２０内に設置される。回動ピン１２は、図２に示すようにフィルタ支持基板２３上の穴に嵌合されており、光学フィルタ１０の回転中心として機能する。作動ピン１３は、回動ピン１２とは反対の面に突き出て形成されており  図示しないアクチュエータによって作動させられ、回動ピン１２を中心として光学フィルタ１０が回動する。なお、回動ピン１２と作動ピン１３とは、平板１１と一体的に成形されたり、例えば平板１１に接着剤等で貼り付けられている。
【００２２】
撮像装置２０は、図２に示すようにレンズ２１ａ〜２１ｃと、絞り２２と、光学フィルタ１０と、フィルタ支持基板２３と、撮像素子２４と、基板２５とを備える。光学フィルタ１０は、この撮像装置２０内でフィルタ支持基板２３上に設置される。光学フィルタ１０の回動ピン１２は、フィルタ支持基板２３に設けられた穴に嵌合される。また、作動ピン１３は図示しないアクチュエータに係合される。アクチュエータによって作動ピン１３が駆動することで回動ピン１２を中心として光学フィルタ１０は回動し、光学フィルタの減光領域１０ａがフィルタ支持基板２３の開口部２３ａを遮る、又は開放する。このようにして、減光領域１０ａはレンズ２１ａと絞り２２から入る光を減衰させる。光が減衰される割合は可視光域でほぼ一定であるため、基板２５上に設置されたＣＣＤ（Charge Coupled Devices）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子２４に届く光の色そのものはほとんど影響を受けない。
【００２３】
光学フィルタ１０は、図１（ｂ）に示すように、平板１１を構成する透明基板３１と、樹脂層３２と、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ：carbon nanotube）層３３と、から構成される。本実施形態では、ＣＮＴ層３３が最表層かつ光が入射する側となるように形成され、ついで樹脂層３２、続いて透明基板３１が形成されている、換言すれば減光領域１０ａを通過する光は、ＣＮＴ層３３から入射し、樹脂層３２を通過し、透明基板３１から出射するように構成される。このようにＣＮＴ層３３を最表層に形成し、ＣＮＴ層３３を通過した光を樹脂層３２へ導くことによって、樹脂層３２に入射する光のうち紫外線の強度を減少させることができ、樹脂層３２内に分散された染料の劣化を防ぐことができる。
【００２４】
また、減光領域１０ａは、光学フィルタ１０が図２に示すようにフィルタ支持基板２３の開口部２３ａを遮るように配置された際、開口部２３ａを覆い、絞り２２の開口部２２ａから入る光を減衰させる。従って減光領域１０ａはフィルタ支持基板２３の開口部２３ａ及び絞り２２の開口部２２ａと同じか、これらより大きい面積を備える。
【００２５】
ところで、本実施の形態において撮像装置２０に入る光が減光領域１０ａを通過することによって減衰される割合は波長に対しほぼ一定である必要がある。本実施の形態では樹脂層３２内に分布する染料及びＣＮＴ層３３内に分布するＣＮＴを、少なくとも減光領域１０ａでほぼ一定に分布させることにより光が減衰する割合を波長に対しほぼ一定にすることが可能である。
【００２６】
また、平板１１の上面は、ＣＮＴ層３３が形成されるため、ＣＮＴ層３３に分散されたカーボンナノチューブによって凹凸状に形成される。従って、平板１１の上面で生ずる反射が良好に抑制される。
【００２７】
平板１１を構成する透明基板３１は、光学的に透明であれば良く、例えばＰＥＴ（PolyEthyleneTerephthalate）から構成される。透明基板３１は、例えば１００μｍ程度の厚みを備える。
【００２８】
樹脂層３２は、透明基板３１とＣＮＴ層３３との間に形成される。樹脂層３２は、光学的に透明なＰＥＴ等の樹脂に、有機導電材料等の所定の染料等が分散されている。分散される染料としては、例えば以下の化学式に示すポリエチレンジオキシチオフェン(ＰＥＤＴ)が挙げられる。なお、ＰＥＤＴは、短波長域と比較し長波長域の光をより吸収するという光学特性を備える。具体的に、図３に示すように、４５０ｎｍでは透過率が７５％程度であるが、４５０ｎｍをピークに、４５０ｎｍから８００ｎｍにかけて、透過率が７５％程度から５５％程度まで徐々に低下するという特性を備える。
【化１】
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【００２９】
また、樹脂中にＰＥＤＴをより多く分散させることにより、透過率を低くすることができ、また樹脂層３２を厚くすることによって透過率を低下させる。このように、分散させる染料の量を増減させる、及び／又は樹脂層３２の厚みを増減させることにより、樹脂層３２の光学特性、具体的に光の透過率（吸収率）を調節することが可能である。なお、樹脂層３２は本実施の形態においては、例えば印刷法、塗布法等によって透明基板３１上に形成される。
【００３０】
ＣＮＴ層３３は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を分散させた樹脂から構成され、樹脂層３２の上面に例えば０．１〜１００μｍ程度の厚みに形成される。ＣＮＴ層３３中に分散されたカーボンナノチューブは炭素から構成され、それぞれ中空の円筒形状である。ＣＮＴの径が太すぎると可視光に対して散乱が生じ曇りとなるため、例えば径が１０〜３００ｎｍ、長さが０．１〜３０μｍのカーボンナノチューブを用いるのがよい。また、光学フィルタ１０は、可視光域で光を減衰する割合が一定であることが必要とされる。光学フィルタ１０が光を減衰する割合はカーボンナノチューブの添加量が多いほど高く、少ないほど低い。これを利用し、カーボンナノチューブの添加率を変化させることで光学フィルタ１０に要求される光の減衰率を調整することができる。ただし樹脂に対するカーボンナノチューブの添加率が増加するとフィルタ材の粘度が上昇し、やがて印刷、成形等に支障が出る。従ってカーボンナノチューブの添加量は光の減衰率と印刷、成形性を勘案する必要がある。本実施形態では、０．０１〜２０重量％程度でカーボンナノチューブを混入するとよい。また、ＣＮＴ層３３は、本実施の形態では、樹脂層３２上に印刷法、塗布法等によって形成される。
【００３１】
ＣＮＴ層３３を構成するカーボンナノチューブは、図４に示すような光学特性を備える。図４は、透明樹脂に混入させたＣＮＴ層の透過率を示すものである。図４から明らかなように、波長３５０ｎｍの場合は約１０％の透過率であるが、波長が長くなるにつれ透過率は上昇し、８００ｎｍでは約２０％程度の透過率である。このように、ＣＮＴは波長が長くなるにつれ、透過率が高くなる傾向を示す。
【００３２】
次に、樹脂層３２及びＣＮＴ層３３を形成した透明フィルムの、光の透過率特性を図５に示す。図５から明らかなように、樹脂層３２とＣＮＴ層３３とを重ねて形成することにより、それぞれが有する波長に対して傾斜する透過率特性が補われ、波長に対してほぼ均一な透過率特性を示すことが分かる。
【００３３】
また、ＣＮＴは、図４に示すように短波長領域の光を吸収しやすい特性があるため、樹脂層３２の上にＣＮＴ層３３を形成することにより、樹脂層３２に届く短波長の光（紫外線等）を減衰させることができる。また、樹脂層３２がＣＮＴ層３３に覆われることによって、樹脂層３２は水分等と接触しない。従って、紫外線、水分等による樹脂層３２の劣化を防ぐことができ、光学フィルタ１０は良好な耐環境性を備える
【００３４】
このように本実施の形態に係る光学フィルタ１０は、透明基板３１上に樹脂層３２を形成した上で、ＣＮＴ層３３を形成する。このようにＣＮＴ層３３を最表層に形成することにより、紫外線をＣＮＴ層３３で吸収させることができ、劣化しやすい染料が分散された樹脂層３２を保護することができ、樹脂層３２の光学特性の劣化を防ぐことができる。従って、良好な耐環境性を備える光学フィルタを提供することができる。
【００３５】
また、ＣＮＴ層３３は短波長域、具体的に紫外線域に吸収特性を備えるため、長波長域に吸収特性を有する層を更に形成することにより、波長に対し平坦な吸収特性を備える光学フィルタを提供することができる。
【００３６】
また、本実施の形態の光学フィルタ１０の上面はカーボンナノチューブを分散させたＣＮＴ層３３が光学フィルタ１０の表面に形成されており、ＣＮＴ層３３は凹凸な面に形成されることから、光学フィルタ１０の表面で起きる反射を良好に抑えることができる。更にカーボンナノチューブは導電性を備えるため、図２に示す撮像装置２０内で回動した場合であっても、良好に静電気の発生を抑制することができる。
【００３７】
（実施例）
次に、蛍光オレンジのフィルタ上に、ＣＮＴ層を被覆した場合と被覆しなかった場合との耐光試験の結果を図６に示す。耐光試験は、まずＣＮＴ層を被覆させない状態で蛍光オレンジのフィルタの光の透過率を測定する。次に、ＣＮＴ層を被覆させたフィルタと、被覆させないフィルタとを、所定の耐光検査装置において所定時間光を照射した上で、フィルタの光の透過率がどのように変化するかを測定した。なお、耐光試験は、温度湿度条件を４０℃９０％恒温恒湿、ＵＶランプとして水銀ランプ（ピーク波長３６５ｎｍ）を用い、照度を３．０ｍＷ／ｃｍ2とし、２４時間照射で７日間、の試験条件で行った。
【００３８】
図６に示すようにＣＮＴ層を被覆させないフィルタでは、３５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長域の全体にわたって、光の透過率が上昇することが分かる。一方、ＣＮＴ層を被覆させた場合、初期状態のフィルタと比較してわずかに透過率の上昇が見られるものの、初期状態のフィルタの透過率をほぼ維持していることがわかる。この結果から明らかなように、ＣＮＴ層を形成することによって、ＣＮＴ層下のフィルタ内に分散された染料の劣化を防ぐことができる。従って、ＣＮＴ層によって光学特性の低下を防ぐことができる。
【００３９】
上述したように、本実施形態の光学フィルタ１０は、光の入射する最表層にＣＮＴ層３３を形成し、ＣＮＴ層３３によって所定波長の光を減衰させた上で樹脂層３２、透明基板３１へと光を導くことにより、樹脂層３２に分散された染料が紫外線等によって劣化することを防ぐことができる。更に、樹脂層３２がＣＮＴ層３３に覆われることによって水分等から保護される。このように、ＣＮＴ層３３を形成することによって、光学フィルタ１０の光学特性が低下することを良好に防ぐことができる。このように本実施の形態によれば、良好な耐環境性を有する光学フィルタ１０を提供することができる。
【００４０】
次に、本実施の形態に係る光学フィルタ１０の製造方法を用いて説明する。
【００４１】
まず、透明基板を用意する。透明基板は、光学的に透明であればいずれを用いても良く、例えばＰＥＴを用いる。透明基板は、複数枚の光学フィルタ１０を形成可能な面積を備え、例えば１００μｍの厚みを備える。
【００４２】
次に、樹脂中に染料をほぼ均一に分散させ、透明基板上に塗布法、印刷法等によって樹脂層を形成する。樹脂層に分散させる染料の種類、量は光学フィルタに要求される特性に応じて適宜調節する。
【００４３】
続いて、予め気相成長法等の合成方法で形成したＣＮＴを、バインダ中に混合、攪拌することによって均一に分散させる。バインダは、フッ素樹脂としてフッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンの共重合体を、溶剤としてのメチルエチルケトンに混合させたものを用いる。なお、フッ素樹脂に限らず、光学的に透明であれば例えばポリエステル、塩化ビニル、シリコーン等を用いることができる。ＣＮＴは、バインダ中に容易に分散させることができるよう、予めイオン交換水に分散させておく。また、ＣＮＴは、径が太すぎると可視光に対して散乱が生じ曇りとなるため、例えば径が１０〜３００ｎｍ、長さが０．１〜３０μｍのものを用いる。また、ＣＮＴは０．０１重量％〜２０重量％程度分散させる。
【００４４】
続いて、樹脂層の上面に光学フィルタの形状に対応する開口部を備えるスクリーン印刷版またはメタルマスクを作成し、バインダに分散させたＣＮＴを印刷法、または塗布法等を用いて印刷する、または塗布する。印刷、または塗布が完了したらスクリーン印刷版またはメタルマスクは取り外しておく。続いて、例えば１００℃程度で約１時間焼成することにより、ＣＮＴ層を形成する。なお、ＣＮＴ層の厚さは０．１〜１００μｍ程度に形成される。
【００４５】
これで光学フィルタ１０の平板１１が完成する。更に、光学フィルタ１０の形に切り取り、回動ピン１２、作動ピン１３を接着剤等によって光学フィルタ１０に貼り付ける。これによって、光学フィルタ１０が完成する。
【００４６】
このように本実施の形態の製造方法では、透明基板上に樹脂層を形成し、その上にＣＮＴ層を形成するため、良好な耐環境性を有する光学フィルタ１０を製造することができる。
【００４７】
本発明は上述した各実施の形態に限られず、様々な変形及び応用が可能である。例えば、上述した実施の形態では、透明基板３１上に、染料を分散させた樹脂層３２を形成する構成を例に挙げた。しかし、これに限られず、図７（ａ）及び（ｂ）に示す光学フィルタ５０のように、透明基板を省略することもできる。光学フィルタ５０は、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、減光領域５０ａを備え、更に平板５１と回動ピン５２と作動ピン５３とを備える。平板５１は、染料が分散された樹脂層６１と、この樹脂層上に形成されたＣＮＴ層６２とを備える。本実施形態でも、樹脂層６１上にＣＮＴ層６２が形成されるため、樹脂層６１に届く紫外線を減衰させ、樹脂層６１に水分が付着することがないため、光学フィルタ５０は良好な耐環境性を備える。
【００４８】
また、光学フィルタは、波長に対して平坦な吸収特性を有するものに限らず、短波長のみを吸収するフィルタであっても良い。特定波長を吸収するフィルタであっても良い。これらは樹脂層において、どのような染料を分散させるかによって適宜変更することが可能である。
【００４９】
また、上述した実施の形態では樹脂層は１層から構成される場合を例に挙げて説明したが、これに限られず多層に形成しても良い。
【００５０】
また、回動ピン１２を回動中心として、作動ピン１３をアクチュエータによって作動させることによって、光学フィルタ１０を回動させる構成を採って説明したが、これに限られない。例えば、作動ピンのみを備え、作動ピンをアクチュエータ等で回転させることで、光学フィルタ１０を回動させる等、光学フィルタ１０を駆動する構成によって適宜変更することが可能である。また、回動ピン１２と作動ピン１３は同一面上にあってもよい。また、光学フィルタ１０は更にガイドを備えることも可能である。
【００５１】
また、樹脂層３２とＣＮＴ層６２は透明基板３１の全面に形成されていなくともよく、少なくとも減光領域１０ａを覆うことができればよい。さらに樹脂層３２とＣＮＴ層６２のどちらかが全面に形成されて、どちらかが少なくとも減光領域１０ａを覆う面積だけ形成されていてもよい。
【００５２】
また、上述した実施の形態では、ＣＮＴ層３３が光の入射する最表面に形成される構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、光学フィルタ１０は透明基板３１上にＣＮＴ層３３が形成され、さらにＣＮＴ層３３上に樹脂層３２が形成されてもよい。この場合はＣＮＴ層３３が光の入射側になるように光学フィルタ１０を配置すれば、減光領域１０ａを通過する光は、透明基板３１から入射し、ＣＮＴ層３３を通過し、樹脂層３２から出射する。こうした構成によっても、樹脂層３２に入射する光のうち紫外線の強度を減少させることができ、樹脂層３２内に分散された染料の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る光学フィルタの構成例を示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すI−I線断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の光学フィルタが搭載された撮像装置を示す図である。
【図３】樹脂層に分散された染料（有機導電材料）の光の透過率を示す図である。
【図４】ＣＮＴ層の光の透過率を示す図である。
【図５】透明フィルム上に樹脂層とＣＮＴ層を形成した場合の、光の透過率を示す図である。
【図６】蛍光フィルムの耐光試験結果を示す図である。
【図７】図７（ａ）は本発明の変形例を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のII−II線断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０，５０  光学フィルタ
１０ａ，５０ａ  減光領域
１１，５１  平板
１２，５２  回動ピン
１３，５３  作動ピン
２０  撮像装置
２１ａ〜２１ｃ  レンズ
２２  絞り
２２ａ  開口部
２３  フィルタ支持基板
２３ａ  開口部
２４  撮像素子
２５  基板
３１  透明基板
３２，６１  樹脂層
３３，６２  ＣＮＴ層
【図１】
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【図２】
2008083504.tif 000005
【図３】
2008083504.tif 000006
【図４】
2008083504.tif 000007
【図５】
2008083504.tif 000008
【図６】
2008083504.tif 000009
【図７】
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