(57)【要約】【課題】近赤外域の全域若しくは一部又は短波長可視光領域における分光透過特性が平坦な薄型のニュートラルフィルターを提供する。【解決手段】ＭｎＯ２，ＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，ＮｉＯ，ＣｕＯ，Ｖ２Ｏ５，Ｓｍ２Ｏ３，Ｅｒ２Ｏ３，Ｐｒ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３を二種以上組合わせて波長域８００ｎｍ〜１８００ｎｍの分光透過特性を平坦化した。Ｐ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５，ＮｉＯ，Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７，Ｐｒ６Ｏ１１のうち１種以上を組み合わせて波長域４００ｍｍ〜４５０ｎｍの分光透過特性を平坦化した。【選択図】　　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｎＯ２，ＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，ＮｉＯ，ＣｕＯ，Ｖ２Ｏ５，Ｓｍ２Ｏ３，Ｅｒ２Ｏ３，Ｐｒ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３を二種以上組合わせて波長域８００ｎｍ〜１８００ｎｍの分光透過特性を平坦化したフィルター。
【請求項２】
ＭｎＯ２，ＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，ＮｉＯ，ＣｕＯ，Ｖ２Ｏ５，Ｓｍ２Ｏ３，Ｅｒ２Ｏ３，Ｐｒ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３を一種又は二種以上組合わせて必須成分とし、波長域７００ｎｍ〜１９００ｎｍ内の一部領域における分光透過特性を平坦化したフィルター。
【請求項３】
Ｐ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５，ＮｉＯ，Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７，Ｐｒ６Ｏ１１のうち一種以上を組み合わせて必須成分とし、波長域４００ｍｍ〜４５０ｎｍの分光透過特性を平坦化したフィルター。
【請求項４】
波長域８００ｎｍ〜１８００ｎｍにおいて、平均透過率からの最大偏差が１．３％以内に平坦化されたフィルター。
【請求項５】
波長域７００ｎｍ〜９００ｎｍにおいて、平均透過率からの最大偏差が０．６％以内に平坦化されたフィルター。
【請求項６】
波長域１７００ｎｍ〜１９００ｎｍにおいて、平均透過率からの最大偏差が０．６％以内に平坦化されたフィルター。
【請求項７】
波長域４００ｎｍ〜４５０ｎｍにおいて、平均透過率からの最大偏差が４．０％以内に平坦化されたフィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近赤外域の全域もしくはその一部又は短波長可視光領域での分光透過特性が平坦なニュートラルフィルターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可視域で平坦な分光透過特性を発揮するフィルターは、一般に、ニュートラルフィルターとして知られている。このニュートラルフィルターは、長波長可視光域でのみ平坦な分光透過特性を発揮するものであるが、昨今の光通信網の普及や、発光ダイオードの発達により、通信のブロードバンド化が進み、近赤外域の全域（例えば８００ｎｍ〜１８００ｎｍ）や、近赤外域の一部（例えば７５０〜８５０ｎｍや１７００〜１９００ｎｍ）における分光透過特性が平坦なフィルターが必要とされてきた。また、照明、ディスプレイ、光記録、通信用などに使用可能な短波長可視光領域の光源である青色発光ダイオードなどが開発されたことに伴い、短波長可視光領域（例えば、４００〜４５０ｎｍ）における分光透過特性が平坦なフィルターが要求されている。
【０００３】
このようなフィルターとしては、所定の波長領域において、平坦な分光透過特性が要求されるが、更に、研磨厚（フィルターの厚み）が薄くても、所望レベルの分光透過率を発揮するものが要求されている。例えば、研磨厚が１．０ｍｍ以下であっても所望の平均透過率（典型的には１％〜５０％）であり、且つ、平均透過率からの最大偏差が１．５％以下となるような平坦な特性のニュートラルフィルターの開発が要望されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであって、近赤外域の全域若しくは一部又は短波長可視光領域における分光透過特性が平坦な薄型のニュートラルフィルターを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者が各物質の分光透過率につき鋭意研究した結果、先ず、ＣｏＯは、図１のように、近赤外域に広く強い吸収があることが明かとなった。図１は、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３の他に、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏなどのアルカリ成分や、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯなどのアルカリアース成分を適宜に含有させ、更にＣｏＯを含有させたガラスについて測定した分光透過率曲線である。なお、これらの点は、以下の図２〜図５の場合も同様である。
【０００６】
また、ＮｉＯは、可視領域に吸収ピークがあり、他の成分にＫ２Ｏを含む場合には、図２のように、近赤外域に幅広い吸収があることが明かとなった。図示の場合には、吸収ピークは、１０８４ｎｍと１９６９ｎｍにあり、最大吸収ピークは、可視領域にある。また、ＣｕＯは、吸収ピーク７５２ｎｍに広く深い吸収があり（図３）、Ｖ２Ｏ５は、９９３ｎｍに吸収ピークがあり、可視領域に強度の吸収があることも明かとなった（図４）。また、Ｓｍ２Ｏ３は、近赤外域に吸収があり（図５）、Ｅｒ２Ｏ３，Ｐｒ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３などの希土類についても、Ｓｍ２Ｏ３に近い特性が確認された。また、ＭｎＯ２についても、近赤外域に特徴的な吸収特性が認められ、Ｐ２Ｏ５，Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７，Ｐｒ６Ｏ１１には、可視領域での特徴的な吸収が確認された。
【０００７】
本発明は、このような知見に基づくものであって、請求項１に係る発明は、ＭｎＯ２，ＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，ＮｉＯ，ＣｕＯ，Ｖ２Ｏ５，Ｓｍ２Ｏ３，Ｅｒ２Ｏ３，Ｐｒ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３を二種以上組合わせて波長域８００ｎｍ〜１８００ｎｍの分光透過特性を平坦化したニュートラルフィルターである。請求項２に係る発明は、ＭｎＯ２，ＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，ＮｉＯ，ＣｕＯ，Ｖ２Ｏ５，Ｓｍ２Ｏ３，Ｅｒ２Ｏ３，Ｐｒ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３を一種又は二種以上組合わせて必須成分とし、波長域７００ｎｍ〜１９００ｎｍ内の一部領域（好適には波長範囲２００ｎｍ以内）における分光透過特性を平坦化したフィルターである。また、請求項３に係る発明は、Ｐ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５及びＮｉＯ，Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７又はＰｒ６Ｏ１１のうち一種以上を組合せて必須成分とし、波長域４００ｍｍ〜４５０ｎｍの分光透過特性を平坦化したフィルターである。
【０００８】
請求項４に係る発明は、波長域８００ｎｍ〜１８００ｎｍにおいて、平均透過率からの最大偏差が１．３％以内に平坦化されたフィルターである。本発明は、好ましくは、研磨厚１．０ｍｍ前後における分光透過特性として、波長域８００ｎｍ〜１８００ｎｍの平均透過率が２％〜６％に設定される。このようなニュートラルフィルターの組成は、特に限定されるものではないが、Ｂ２Ｏ３（好適には含有量３〜１５重量％）及びＫ２Ｏ（好適には含有量５〜２５重量％）と共に、ＣｏＯ，ＮｉＯ，ＣｕＯ，Ｖ２Ｏ５，Ｓｍ２Ｏ３の全部又は一部を、Ｂ２Ｏ３の含有量に対応させて、総量で３〜１０重量％含有させるのが好適である。
【０００９】
その他の成分としては、所定量のＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｌｉ２Ｏ，ＢａＯ，Ｓｂ２Ｏ３を含むのが典型的である。このような請求項３に係る発明は、より好ましくは、ＣｏＯを０．０１〜２重量％、ＮｉＯを１〜５重量％、ＣｕＯを０．５〜３重量％、Ｖ２Ｏ５を０．１〜５重量％、必須成分として含有するべきである。なお、ＳｉＯ２を２０〜７０重量％、Ａｌ２Ｏ３を０〜１０重量％、Ｌｉ２Ｏを０〜１０重量％、ＢａＯを０〜１０重量％、Ｓｂ２Ｏ３を０〜２重量％必須成分として含有すると好適である。より好適には、ＳｉＯ２を４０〜６０重量％、Ａｌ２Ｏ３を２〜５重量％、Ｌｉ２Ｏを０．１〜１重量％、ＢａＯを２〜８重量％、Ｓｂ２Ｏ３を０．１〜１重量％必須成分として含有させるべきである。
【００１０】
請求項５に係る発明は、波長域７００ｎｍ〜９００ｎｍにおいて、平均透過率からの最大偏差が０．６％以内に平坦化されたフィルターである。このニュートラルフィルターの組成も、特に限定されるものではないが、ＣｏＯ、ＭｎＯ２、及びＣｕＯを必須成分として含有するのが好適であり、このような場合には、研磨厚０．５ｍｍのフィルターであっても、波長域７５０ｎｍ〜８５０ｎｍにおいて平均透過率を７〜１０％に設定できる。より好適な組成としては、ＣｏＯを０．００１〜３重量％、ＭｎＯ２を１〜５重量％、ＣｕＯを０．５〜５重量％含有させるべきである。
【００１１】
その他の成分としては、所定量のＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｂ２Ｏ３，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＣａＯ，Ｓｂ２Ｏ３，ＺｎＯの全部又は一部を含むのが典型的である。より好ましくは、ＳｉＯ２を４０〜７５重量％、Ａｌ２Ｏ３を０．１〜８重量％、Ｂ２Ｏを０．１〜１０重量％、Ｎａ２Ｏを５〜３０重量％、Ｋ２Ｏを１〜１５重量％、ＣａＯを３〜１５重量％、Ｓｂ２Ｏ３を０．０１〜０．５重量％、ＺｎＯを０．１〜３重量％必須成分として含有させるべきである。
【００１２】
請求項６に係る発明は、長域１７００ｎｍ〜１９００ｎｍにおいて、平均透過率からの最大偏差が０．６％以内に平坦化されたフィルターである。本発明は、好ましくは、研磨厚１．０ｍｍ前後における分光透過特性として、波長域１７００ｎｍ〜１９００ｎｍの平均透過率が４０％〜６０％に設定される。本発明の組成も特に限定されないが、ＳｉＯ２を含有させないことが特徴的である。より好ましくは、Ｐ２Ｏ５，Ｋ２Ｏ，ＮｉＯを必須成分とすべきであり、その他、Ａｌ２Ｏ３やＢａＯを含有させるのが好ましい。ここで、Ｐ２Ｏ５３０〜８０重量％、Ｋ２Ｏを５〜３０重量％、ＮｉＯを０．５〜５重量％含有させると、より好適である。Ｐ２Ｏ５の含有量が８０％以上では、耐水性が悪くなり、一方３０％以下では結晶化を起こしやすい。
【００１３】
一般に、上記各発明に関して、ＳｉＯ２の含有量が少ないと耐水性及び耐酸性が悪くなる。一方、含有量が多すぎるとガラス溶融温度が高くなりガラス形成が困難になる。また、Ｂ２Ｏ３は、その含有量が少な過ぎるとガラスの溶融が難しく、逆に多すぎるとガラスの耐水性が悪くなる。Ａｌ２Ｏ３は、ガラスの耐水性を強化し、結晶化を防止する効果があるが、多すぎるとガラスの溶融が困難となる。なお、Ｓｂ２Ｏ３を含有させることでガラスの清澄化を図ることができる。
【００１４】
請求項７に係る発明は、波長域４００ｎｍ〜４５０ｎｍにおいて、平均透過率からの最大偏差が４．０％以内に平坦化されたフィルターである。このニュートラルフィルターの組成も、特に限定されるものではないが、Ｐ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５及びＮｉＯ，Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７又はＰｒ６Ｏ１１のうち一種以上を組み合わせて必須成分として含有するのが好適であり、このような場合には、研磨厚０．３〜１．５ｍｍのフィルターであっても、波長域４００ｎｍ〜４５０ｎｍにおいて平均透過率を３〜１５％に設定できる。より好適な組成としては、Ｐ２Ｏ５を４０〜６０重量％、Ｖ２Ｏ５を０．１〜１．５重量％、ＮｉＯを０．５〜２．５重量％、Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７を０．０５〜２．０重量％、Ｐｒ６Ｏ１１を１．０〜７．０重量％含有させるべきである。
【００１５】
その他の成分としては、所定量のＡｌ２Ｏ３，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＭｇＯ，ＣａＯ，ＢａＯ，Ｆｅ２Ｏ３のうち全部又は一部を含むのが典型的である。その成分組成は、所定量のＡｌ２Ｏ３を３〜１５重量％、Ｎａ２Ｏを３〜１５重量％、Ｋ２Ｏを３〜１５重量％、ＭｇＯを３〜１５重量％、ＣａＯ３〜１５重量％、ＢａＯを３〜１５重量％、Ｆｅ２Ｏ３を０．１〜２．０％とすることが好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明するが、実施例における具体的な記載内容は、特に本発明を限定するものではない。
【００１７】
各実施例の重量％の合計含量が９５ないし１００％になる組成を各種酸化物、炭酸化合物及び硝酸化合物を調合し、ＳｉＮ発熱体の電気炉で１２５０〜１４００℃で溶融した。溶融したガラスは、カーボンに流し込みハンドプレスをして急冷し、徐冷炉で歪をとり試料とした。それらの試料を、電気炉で５６０〜６５０℃の温度で３０分間熱処理を行い、研磨をして試料として分光特性を測定した。
【００１８】
［実施例１］
ガラス組成は、下記の通りである。５０．６重量％ＳｉＯ２、３．５重量％Ａｌ２Ｏ３、１６．１重量％Ｂ２Ｏ３、０．５重量％Ｌｉ２Ｏ、１７．０重量％Ｋ２Ｏ、５．３重量％ＢａＯ、０．２重量％Ｓｂ２Ｏ３、０．７５重量％ＣｏＯ、４．０重量％ＮｉＯ、１．５重量％ＣｕＯ、０．５重量％Ｖ２Ｏ５
【００１９】
研磨厚１．０ｍｍの試料の分光透過率特性は、図６に示す通りであり、波長範囲８００〜１８００ｎｍにおける平均透過率＝３．６％、最大透過率＝４．３％、最小透過率＝２．９％であった。つまり、平均透過率からの最大偏差は、０．７％以内である。なお、波長範囲８００〜１３００ｎｍにおける平均透過率＝３．２％、最大透過率＝３．７％、最小透過率＝２．９％であった。また、波長範囲１３００〜１８００ｎｍにおける平均透過率＝３．９％、最大透過率＝４．３％、最小透過率＝３．６％であった。
【００２０】
［実施例２］
ガラス組成は、下記の通りである。４９．６重量％ＳｉＯ２、３．５重量％Ａｌ２Ｏ３、１５．０重量％Ｂ２Ｏ３、０．５重量％Ｌｉ２Ｏ、１７．０重量％Ｋ２Ｏ、５．３重量％ＢａＯ、０．２重量％Ｓｂ２Ｏ３、０．７５重量％ＣｏＯ、４．０重量％ＮｉＯ、１．５重量％ＣｕＯ、０．５重量％Ｖ２Ｏ５、２．０重量％Ｓｍ２Ｏ３
【００２１】
研磨厚０．５ｍｍの試料の分光透過率特性は、図７に示す通りであり、波長範囲８００〜１８００ｎｍにおける平均透過率＝３．６％、最大透過率＝４．３％、最小透過率＝２．９％であった。つまり、平均透過率からの最大偏差は、０．７％以下であった。なお、波長範囲８００〜１３００ｎｍにおける平均透過率＝３．４％、最大透過率＝３．９％、最小透過率＝２．９％であった。また、波長範囲１３００〜１８００ｎｍにおける平均透過率＝３．９％、最大透過率＝４．３％、最小透過率＝３．３％であった。
【００２２】
［実施例３］
ガラス組成は、下記の通りである。６１．５重量％ＳｉＯ２、２．５重量％Ｂ２Ｏ３、１．３重量％Ａｌ２Ｏ３、１２．３重量％Ｎａ２Ｏ、７．５重量％Ｋ２Ｏ、８．１重量％ＣａＯ、１．０重量％ＺｎＯ、３．０重量％ＭｎＯ２、２．６重量％ＣｕＯ、０．１重量％ＣｏＯ、０．１重量％Ｓｂ２Ｏ３
【００２３】
研磨厚０．５ｍｍの試料の分光透過率特性は、図８に示す通りであり、波長域７５０〜８５０ｎｍの平均透過率＝８．２％、最高透過率＝８．６％、最低透過率＝７．９％であった。つまり、平均透過率からの最大偏差は、０．４％以下であった。
【００２４】
［実施例４］
ガラス組成は、下記の通りである。６２．２重量％Ｐ２Ｏ５、７．７重量％Ａｌ２Ｏ３、１１．０重量％Ｋ２Ｏ、１６．２重量％ＢａＯ、３．０重量％ＮｉＯ
【００２５】
研磨厚１．０ｍｍの試料の分光透過率特性は、図９に示す通りであり、波長域１７００〜１９００ｎｍの平均透過率＝５７．７％、最高透過率＝５７．８％、最低透過率＝５７．２％であった。つまり、平均透過率からの最大偏差は、０．５％以下であった。
【００２６】
［実施例５］
ガラス組成は、下記の通りである。６０．１重量％Ｐ２Ｏ５、０．３重量％Ｖ２Ｏ５、１．４重量％ＮｉＯ、０．４重量％Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７、５．０重量％Ｐｒ６Ｏ１１、８．０重量％Ａｌ２Ｏ３、１１．０重量％Ｋ２Ｏ、２．６重量％ＭｇＯ、３．９重量％ＣａＯ、７．２重量％ＢａＯ
【００２７】
研磨厚０．５ｍｍの試料の分光透過率特性は、図１０に示す通りであり、波長域４００〜４５０ｍｍの平均透過率＝４．８％、最高透過率＝８．２％、最低透過率＝３．７％であった。つまり、平均透過率からの最大偏差は、３．４％以下であった。なお、波長域４００〜４４５ｍｍの場合は、平均透過率＝４．５％、最高透過率＝５．６％、最低透過率＝３．７％であり、平均透過率からの最大偏差は、１．１％以下であった。
【００２８】
これらの結果より、ワイドレンジ８００ｎｍ〜１８００ｎｍの近赤外域で研磨厚１．０ｍｍで平均透過率が５％±３％、平均透過率からの最大偏差１％以下（実施例では０．７％以下）の近赤外域ニュートラルフィルターを実現できることが確認される。他の実験により、研磨厚を変えることにより、平均透過率０．１％〜５０％位まで対応ができることも確認された。なお、波長範囲を限定したり研磨厚を変えることにより、平均透過率からの最大偏差をさらに小さくすることもできる。
【００２９】
また、ナロウレンジ７５０ｎｍ〜８５０ｎｍの近赤外域では、研磨厚０．５ｍｍで平均透過率８．３％±３％、平均透過率からの最大偏差０．６％以下（実施例では０．４％以下）の近赤外域ニュートラルフィルターを実現でき、また、ナロウレンジ１７００ｎｍ〜１９００ｎｍの近赤外域では、研磨厚１．０ｍｍで平均透過率５７．７％、平均透過率からの最大偏差０．６％以下（実施例では０．５％以下）の近赤外域ニュートラルフィルターを実現できる。
【００３０】
また、４４０〜４５０ｎｍの近赤外域では、研磨厚０．５ｍｍで平均透過率９±６％、平均透過率からの最大偏差４．０％以下（実施例では３．４％以下）の短波長可視光域ニュートラルフィルターを実現できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、近赤外域の全域若しくは一部又は短波長可視光域における分光透過特性が平坦な薄型のニュートラルフィルターを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣｏＯを含有するガラスの分光透過率曲線を図示したものである。
【図２】ＮｉＯを含有するガラスの分光透過率曲線を図示したものである。
【図３】ＣｕＯを含有するガラスの分光透過率曲線を図示したものである。
【図４】Ｖ２Ｏ５を含有するガラスの分光透過率曲線を図示したものである。
【図５】Ｓｍ２Ｏ３を含有するガラスの分光透過率曲線を図示したものである。
【図６】実施例１のフィルターの分光透過率特性を示す図面である。
【図７】実施例２のフィルターの分光透過率特性を示す図面である。
【図８】実施例３のフィルターの分光透過率特性を示す図面である。
【図９】実施例４のフィルターの分光透過率特性を示す図面である。
【図１０】実施例５のフィルターの分光透過率特性を示す図面である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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