(57)【要約】光フィルタおよびそれらの製造、並びに偏光子およびミラーのような、光装置における光フィルタの使用を記載する。光フィルタは、第１の反射多層薄膜、第２の反射多層薄膜、および第１および第２の反射多層薄膜間に配置された損失が大きい素子を一般的に含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射素子と、
前記第１の反射素子のバンド・エッジの約２５ｎｍ内にバンド・エッジを有する、第２の反射素子と、
前記第１および第２の反射素子間に配置され、前記第１および第２の反射素子の少なくとも一つの前記バンド・エッジ内で少なくともある光の損失をもたらす、損失が大きい素子と、
を備えている、光フィルタ。
【請求項２】
前記損失が大きい素子のハンド・エッジは、前記第１および第２の反射素子の少なくとも一つの前記バンド・エッジの２５ｎｍ内である、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項３】
前記第１および第２の反射素子の前記バンド・エッジは、０．３の光学濃度から２の光学濃度まで延在する、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項４】
前記第１および第２の反射素子の前記バンド・エッジは、重なり合う、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項５】
前記損失が大きい素子のバンド・エッジは、前記第１および第２の反射素子の少なくとも一つの前記バンド・エッジと重なり合う、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項６】
前記損失が大きい素子は、前記第１の反射素子に積層される、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項７】
前記第２の反射素子は、前記損失が大きい素子に積層される、請求項６に記載の光フィルタ。
【請求項８】
波長範囲にわたり、前記第１および第２の多層反射薄膜は、第１の偏光を有している光を実質的に反射しかつ第２の偏光を有している光を実質的に透過する、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項９】
第１の多層反射薄膜と、
第２の多層反射薄膜であり、前記第１および第２の多層反射薄膜がそれぞれ非偏光された光に対して、同じ第１の波長範囲にわたり少なくとも１の光学濃度を有し、該第１の波長範囲が少なくとも５０ｎｍの幅を有している、第２の多層反射薄膜と、
前記第１および第２の多層反射薄膜間に配置され、前記第１および第２の多層反射薄膜がない場合、平均して、前記第１の波長範囲における光の少なくとも５％の損失をもたらす、損失が大きい素子と、
を備えている、光フィルタ。
【請求項１０】
前記第１および第２の多層反射薄膜は、それぞれポリマー多層光薄膜を備えている、請求項９に記載の光フィルタ。
【請求項１１】
前記第１および第２の多層反射薄膜の前記ポリマー多層光薄膜は、それぞれ多重ピッチ・コレステリック液晶薄膜である、請求項１０に記載の光フィルタ。
【請求項１２】
前記第１および第２の多層反射薄膜は、それぞれ無機多層光薄膜を備えている、請求項９に記載の光フィルタ。
【請求項１３】
前記第１および第２の多層反射薄膜は、実質的に同一である、請求項９に記載の光フィルタ。
【請求項１４】
前記第１および第２の多層反射薄膜は、前記第１の波長範囲にわたり光の少なくとも９５％を平均で反射する、請求項１３に記載の光フィルタ。
【請求項１５】
前記損失が大きい素子は、吸収素子である、請求項１３に記載の光フィルタ。
【請求項１６】
前記吸収素子は、前記第１の波長範囲にわたり光の少なくとも２０％を平均で吸収する、請求項１５に記載の光フィルタ。
【請求項１７】
前記吸収素子は、前記第１の波長範囲にわたり少なくとも０．２の吸収率を有する、請求項１５に記載の光フィルタ。
【請求項１８】
前記吸収素子は、前記第１の波長範囲にわたり少なくとも０．５の吸収率を有する、請求項１５に記載の光フィルタ。
【請求項１９】
前記第１および第２の多層反射素子は赤外光を反射し、かつ前記吸収素子は赤外光を吸収する、請求項１５に記載の光フィルタ。
【請求項２０】
前記第１および第２の多層反射素子は紫外光を反射し、かつ前記吸収素子は紫外光を吸収する、請求項１５に記載の光フィルタ。
【請求項２１】
第１の多層反射薄膜と、
第２の多層反射薄膜と、
前記第１および第２の多層反射薄膜間に配置された損失が大きい素子と、
を備え、
前記第１および第２の多層反射薄膜は、前記第１および第２の多層反射薄膜が、前記損失が大きい素子がない場合、それぞれ少なくとも１．５の偏光されていない光に対する光学濃度を有する反射波長範囲を画定し、かつ前記損失が大きい素子は、前記第１および第２の多層反射薄膜がない場合、前記反射波長範囲にわたり少なくとも０．１の偏光されていない光に対する光学濃度を有する、光フィルタ。
【請求項２２】
第１の多層反射薄膜と、
第２の多層反射薄膜と、
前記第１および第２の多層反射薄膜間に配置された損失が大きい素子と、
を備え、
前記光薄膜は、少なくとも５０ｎｍの第１の波長範囲にわたり少なくとも２の光学濃度を有しかつ少なくとも５０ｎｍの第２の波長範囲にわたり０．３以下の光学濃度を有し、かつ前記損失が大きい素子は、前記第１および第２の多層反射薄膜がない場合、平均して、前記第１の波長範囲における光の少なくとも５％の損失をもたらす光フィルタ。
【請求項２３】
少なくとも一つの透明基板と、
前記少なくとも一つの透明基板の主面にわたり配置された光薄膜
を備え、
前記光薄膜は、
第１の多層反射薄膜と、
第２の多層反射薄膜と、
前記第１および第２の多層反射薄膜間に配置された損失が大きい素子と、を備えている、物品。
【請求項２４】
前記少なくとも一つの透明基板は、少なくとも一つのレンズを備えている、請求項２３に記載の物品。
【請求項２５】
前記第１および第２の多層反射薄膜は、少なくとも赤外光の一部を反射する、請求項２３に記載の物品。
【請求項２６】
前記損失が大きい素子は、少なくとも赤外光の一部の損失をもたらす、請求項２５に記載の物品。
【請求項２７】
前記物品は、７００から１１８０ｎｍの波長範囲にわたり少なくとも３の光学濃度を有する、請求項２５に記載の物品。
【請求項２８】
前記レンズは、耐衝撃プラスチック材料を備えている、請求項２４に記載の物品。
【請求項２９】
光をフィルタする方法であって、
第１の多層反射薄膜と、
第２の多層反射薄膜であり、前記第１および第２の多層反射薄膜がそれぞれ、偏光されていない光に対して、同じ第１の波長範囲にわたり少なくとも１の光学濃度を有し、前記第１の波長範囲が少なくとも５０ｎｍの幅を有する、第２の多層反射薄膜と、
前記第１および第２の多層反射薄膜の間に配置され、前記第１および第２の多層反射薄膜がない場合、平均で、前記第１の波長範囲における光の少なくとも５％の損失をもたらす、損失が大きい素子と、
を備えている光フィルタを通して光をフィルタする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、光フィルタおよび光フィルタを製造しかつ使用する方法に関する。更に、本発明は、反射および損失が大きい素子の両方を含む光フィルタおよびかかる光フィルタを製造しかつ使用する方法に関する。
【０００２】
発明の背景
例えば、光ミラーおよび偏光子を含んでいる、光フィルタは、様々な機能を実行するために様々な装置に用いることができる。これらの光フィルタの多くにおいて、装置に入射する光の一部は、反射または吸収されかつ光の別の部分は、透過される。例えば、ＩＲフィルタは、可視光を透過すると同時にＩＲ光を反射および吸収する。別の例として偏光子は、特定の波長帯域に対して一つの偏光を有している光を反射しかつ直交偏光を有している光を透過する。
【０００３】
光フィルタの光特性を記載するために多くのパラメータを用いることができる。吸収または反射される波長または波長範囲の透過、Ｔ、（または吸収または反射）は、光フィルタを通して漏れている光の量を説明することができる。光学濃度は、−ｌｏｇ１０Ｔと画定され、かつ低透過光フィルタを比較するために特に有用である。ある応用では、（０．０１％透過に対応している）４またはそれ以上の光学濃度が望ましいかまたは要求されうる。
【０００４】
別のパラメータは、バンド・エッジの鮮鋭度（例えば、高透過波長範囲から低透過波長範囲への遷移）である。すくなくともある応用に対して、５、１０、または２０ｎｍ以下の波長範囲にわたり光学濃度において２．５以上の変化を有することが望ましいかまたは要求されうる。
【０００５】
吸収光学体がこれらの応用の多くに用いられている。一般的に、これらの光学体は、基板（例えば、ガラスまたはポリマー基板）上にまたはその内に配置された吸収材料を含む。かかる吸収光学体は、光学本体を通る単一の透過において吸収される光の割合を表している、それらの吸収率パーセントによってしばしば特徴付けられる。残念ながら、吸収材料は、一般的に鋭い、広帯域吸収スペクトルを有していない。一般的に、吸収材料は、所望の透過波長範囲または偏光内の光を少なくとも部分的に吸収しかつあまり波長選択性ではない。例えば、吸収ＩＲまたはＵＶフィルタは、可視光の一部も一般的に吸収する。ＩＲまたはＵＶ吸収を増大することは、可視光のさらなる吸収を結果としてもたらす。例えば、アイウェアまたはウィンドウ処理のような、応用に対して、この現象は、視度要件に基づきどのくらいのＩＲまたはＵＶ保護を取得できるかを制限することができる。更に、可視吸収は、一般的に非均一であり、彩色外観を結果としてもたらしうる。
【０００６】
広帯域反射光学体は、例えば、多層薄膜技法を用いて製造することができる。これらの光学体の波長範囲は、一般的に層の厚さの範囲の関数である。これらの光学体の反射率は、各厚さのさらなる層を用いることによって改善される。かなり反射的な、広帯域光学体を得るために、非常に多くの薄膜の制御された形成を一般的に必要とする。より多くの層が所望の光パラメータを得るために必要であるように、光学体を製造する費用および困難性が増大する。
【０００７】
発明の概要
一般的に、本発明は、光フィルタおよびそれらの製造、並びに偏光子およびミラーのような、光学装置における光フィルタの使用に関する。一実施形態は、第１の反射多層薄膜と、第２の反射多層薄膜と、第１および第２の反射多層薄膜間に配置された損失が大きい素子とを含む光フィルタである。第１および第２の多層反射薄膜は、それぞれ、非偏光の光に対して、同じ波長範囲にわたり少なくとも１の光学濃度を有する。波長範囲は、少なくとも５０ｎｍの幅を有する。損失が大きい素子は、第１および第２の多層反射薄膜がない場合、平均して、その波長範囲における光の少なくとも５％の損失をもたらす。更に、本発明は、この光フィルタを通して光をフィルタする方法、並びに以下に説明するその他の光フィルタおよび物品に関する。
【０００８】
別の実施形態は、第１の反射素子、第２の反射素子、および第１および第２の反射素子間に配置された損失が大きい素子を含む光フィルタである。第２の反射素子は、第１の反射素子のバンド・エッジの約２５ｎｍ内にバンド・エッジを有する。損失が大きい素子は、第１および第２の反射素子の少なくとも一つのバンド・エッジ内で少なくともある光の損失をもたらす。ある場合には、損失が大きい素子のバンド・エッジは、第１または第２の反射素子のバンド・エッジの少なくとも２５ｎｍ内にある。ある場合には、二つ以上のバンド・エッジが重なり合う。
【０００９】
更に別の実施形態は、第１の反射多層薄膜、第２の反射多層薄膜、および第１および第２の反射多層薄膜間に配置された損失が大きい素子を含む光フィルタである。第１および第２の反射多層薄膜は、第１および第２の反射多層薄膜が、損失が大きい素子がない場合、偏光されていない光に対して少なくとも１．５の光度濃度を有する反射波長範囲を画定する。損失が大きい素子は、第１および第２の反射多層薄膜がない場合、反射波長範囲にわたり少なくとも０．１の偏光されていない光に対する光度濃度を有する。
【００１０】
別の実施形態は、第１の反射多層薄膜、第２の反射多層薄膜、および第１および第２の反射多層薄膜間に配置された損失が大きい素子を含む光フィルタである。光学薄膜は、少なくとも５０ｎｍの第１の波長範囲にわたり少なくとも２の光学濃度を有しかつ少なくとも５０ｎｍの第２の波長範囲にわたり０．３以下の光学濃度を有する。損失が大きい素子は、第１および第２の反射多層薄膜がない場合、第１の波長範囲における光の少なくとも５％を平均して吸収する。
【００１１】
更なる実施形態は、少なくとも一つの透明基板および基板の主面にわたり配置された光学薄膜を含む物品である。光学薄膜は、第１の多層反射薄膜と、第２の多層反射薄膜と、第１および第２の多層反射薄膜間に配置された損失が大きい素子とを有する。
【００１２】
本発明の上記概要は、本発明のそれぞれの開示された実施形態または全ての実施を説明することを意図するものではない。図および詳細の説明は、多数の実施形態を例示するものである。
【００１３】
本発明は、以下に説明する添付図面に関して本発明の様々な実施形態の詳細な説明を考慮することによりさらに完全に理解することができる。
【００１４】
本発明は、様々な変更および代替形式に従順するが、その詳細は、図面において例により示されておりかつ詳細に説明される。しかしながら、意図は、本発明を説明された特定の実施形態に限定することではないということが理解されるべきである。対照的に、意図は、本発明の精神および適用範囲内に入る全ての変更、同等物、および代替を網羅することである。
【００１５】
例示的な実施形態の詳細な説明
本発明は、光フィルタおよびそれらの製造、並びに偏光子およびミラーのような、光学装置における光フィルタの使用に適用可能であると思う。本発明は、そのように限定されるものではないが、本発明の様々な態様の理解は、以下に示す例の説明を通して取得されるであろう。
【００１６】
図２に示すような、多層薄膜の層に対する屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚは、ｘおよびｙ軸が層の平面にありかつｚ軸がその平面に垂直であるように選択される相互に垂直な軸に対応する。
【００１７】
光の偏光状態（例えば、ｘ−、ｙ−、またはｚ−軸に沿って線形的に偏光されたもの、右−または左−円形偏光されたもの、または特定された配向で楕円に偏光されたもの）に係わりなく同じ屈折率を有している材料は、“等方性”であると言える。さもなければ、材料は、“複屈折”であると言われる。材料がこれらの屈折率の正確に二つが同じである屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚを有するならば、材料は、“一軸性複屈折”であると言われる。これら３つの屈折率が全てことなるならば、材料は、“二軸性複屈折”であると言われる。
【００１８】
用語“面内複屈折”は、面内屈折率、ｎｘおよびｎｙの間の差の絶対値であると理解される。
【００１９】
用語“ポリマー”は、ポリマーとコポリマー（二つ以上のモノマーを用いて形成された）の両方、並びに例えば、エステル交換反応を含んでいる、共有押出し成形または反応によってミシブル混合で形成することができるポリマーまたはコポリマーを含むものと理解される。特に示されない限り、ブロック・ポリマーおよびランダム・コポリマーの両方が含まれる。
【００２０】
特に指定されない限り、用語“バンド・エッジ”は、高い透過から低い透過まで光学濃度における実質的に安定した増大または低い透過から高い透過まで光学濃度における実質的に安定した減少が存在する光フィルタの光学濃度スペクトルの一部を示す。バンド・エッジに関連付けられた光学濃度における増大または減少にあるリップルが存在しうるということが理解される。
【００２１】
バンド・エッジに対する透過の範囲は、応用および光フィルタの素子に用いられる材料により一般的に変化する。例えば、多くの反射素子に対して、（光学濃度の単位で）低い透過値は、０．１、０．３、０．５、０．７または１でありうる。（光学濃度の単位で）高い透過値は、例えば、１、２、または４でありうる。バンド・エッジ範囲の例は、０．１から１、０．３から２、または０．３から４を含む。吸収およびその他の損失が大きい素子に対して、（光学濃度の単位で）低い透過値は、例えば、０、０．０５、０．１、または０．３でありうる。（光学濃度の単位で）高い透過値は、例えば、０．５、１、１．５、２、または４でありうる。吸収およびその他の損失が大きい素子に対するバンド・エッジ範囲の例は、０から０．５、０から１、０．０５から１、０．１から１、０．３から１、および０．３から２を含む。
【００２２】
特に示さないかぎり、全ての複屈折および屈折率値は、６３２．８ｎｍの光に対して報告される。
【００２３】
ここに説明した光フィルタは、少なくとも部分的に、光フィルタに対して選択された材料および光フィルタの素子の構成により、例えば、ミラーおよび偏光子として有用である。一般的に、光フィルタは、二つの反射素子間に配置された損失が大きい素子を含む。図１は、基本素子を示している光フィルタ１００の一実施例を示す。更なる素子を追加できるかまたは基本素子を変更することができる。光フィルタ１００は、第１の反射素子１０２、第２の反射素子１０４、および吸収素子１０６を含む。第１および第２の反射素子１０２、１０４は、同じであるかまたは異なりうる。
【００２４】
吸収素子１０６は、損失が大きい素子の一種である。吸収素子は、例えば、光の吸光度を増大するために散乱のような機構を採用する損失が大きい素子を含んでいるその他の損失が大きい素子で置き換えるかまたはそれらと一緒に用いることができる。吸収素子の使用に関してここに説明した設計事項は、その他の損失が大きい素子に当業者によって適応されうるということが理解される。
【００２５】
第１および第２の反射素子および吸収素子は、図１に示すように、ユニタリー構造として形成することができる。例えば、３つの素子（またはあらゆる二つの素子）は、固定され、光学接着剤を用いて粘着的に一緒に取付けられ、共押出され、同時にまたは逐次に基板（図示せず）に被覆されるか、またはさもなければ結合されうる。代替的に、一つ以上の素子をその他のものから間隔をおいて配置することができる。
【００２６】
一般的に、光１１０が光フィルタ１００の方向に指向されるときに、光の一部１１２は、反射されかつ光の残りの部分１１４は、第１の反射素子１０２によって透過される。透過された光１１４は、光の一部が吸収される吸収素子１０６を通って移動する。次いで、吸収されなかった光は、光の一部１１６が反射されかつ光の残りの部分１１８が透過される第２の反射素子１０４に遭遇する。反射された光１１６は、再び、光の一部が吸収される吸収素子１０６を通って戻るように移動する。次いで光１１６は、第１の反射素子１０２に遭遇し、そこで光の一部１２０は、反射されかつ光の一部１２２は、透過される、等である。
【００２７】
一般的に、第１および第２の反射素子１０２、１０４は、特定の反射帯域幅にわたる光または特定の反射偏光を有している光を反射するように選択される。しかしながら、これらの反射素子は、反射帯域幅内または反射偏光を有しているある光を、素子を通して透過（例えば、漏出）させる。吸収素子は、これらの素子を通って漏出する光の少なくとも一部を吸収するように一般的に選択される。
【００２８】
一般的に、図１の構成は、反射素子または吸収素子だけを用いてまたは二つの素子（例えば、二つの反射素子または一つの反射素子および一つの吸収素子）の組合せまたは二つの反射素子間に吸収素子を有する以外に三つの素子の組合せで取得することができる高い光学濃度（ＯＤ）を結果としてもたらす。
【００２９】
光学濃度は、
ＯＤ＝−ｌｏｇ１０Ｉｔ／Ｉ０，
と画定される。ここで、Ｉｔは、光フィルタを通って透過された光の強度でありＩ０は、所望の帯域幅に対するかまたは特定の波長における光フィルタに入射する光の強度である。図１の構成は、反射素子による吸収素子への光の後方反射により延在した光路（例えば、光路１１６、１２０）のために、吸収素子による光のさらなる吸収を結果としてもたらす。
【００３０】
位相関係が無視されるかまたは平均化されかつ反射素子が非吸収であると仮定される、多重反射の理由を説明する簡単なモデルを用いて、特定の波長、λ、に対する光フィルタによる、透過、Ｔは、数式：
【数１】
2004507781.tif 000003
によって与えられる。ここで、Ｒ１はλに対する第１の反射素子の反射率、Ｒ２はλに対する第２の反射素子の反射率、ｈは吸収素子の厚さ、およびαは吸収素子の吸収率でありかつベールの法則により：
【数２】
2004507781.tif 000004
で与えられる。ここで、Ｉ０は、吸収素子に入射する光の強度、Ｉは、吸収素子を通って距離ｈを移動した後の光の強度であり、
【数３】
2004507781.tif 000005
そしてｎ”は、波長、λに対する吸収素子の複素屈折率の虚数部である。同様な数式が、光フィルタの反射率Ｒに対して展開されうる：
【数４】
2004507781.tif 000006
そして光フィルタの吸収Ａは、数式
【数５】
2004507781.tif 000007
によって与えられる。
【００３１】
この簡単なモデルを用いて、様々な光フィルタの透過、反射、および吸収を推定することができる。例えば、特定の波長に対して、９８％反射率を有している反射素子および５０％吸収率（即ち、ｅｘｐ（−αｈ）＝０．５）を有している吸収素子により、二つの反射素子の組合せは、１．０１％透過を有しかつ反射素子と吸収素子の組合せは、１％透過を有する。両方の例において、光学濃度は、約２である。対照的に、図１の光フィルタは、このモデルによれば、約３．７の光学濃度に対応している約０．０２％透過を有する。
【００３２】
二つの反射素子間の吸収素子の相乗組合せは、いずれかの種類の素子だけによってまたはその他の組合せで構成された素子によっても達成することができない光学濃度および吸収性能における増大を結果としてもたらす。更なる向上は、好適には、交互するように（例えば、第２の反射素子と第３の反射素子との間に第２の吸収素子を追加することに）更なる吸収または反射素子を追加することによって達成することができるということが分るであろう。
【００３３】
ベールの法則は、層における吸収の効果を予測する。反射素子１０２、１０４が図１に示す構造から取り除かれるときに、簡単な吸収素子１０６だけが残される。屈折率ｎ″の虚数部を増大することが、層を通る単一の光路に吸収される光の割合にどのように影響を及ぼすかの例を、図３に示す。
【００３４】
吸収および反射素子の両方を含んでいる光フィルタにおける強化された吸収のレベルを量的に記載するために、かかるシステムにおける吸収効率の測定をまず開発することは、有用である。光フィルタが、追加の反射素子１０４なしで、反射素子１０２および吸収素子１０６を含むときには、吸収に利用可能な入射光の量は、反射素子１０２によって反射される光の量だけ減少される。そこで、吸収素子の吸収効率の良好な測定は、吸収素子の前方に配置される、反射素子の透過レベル、Ｔによって正規化された光フィルタＡの吸収として、正規化吸収、Ａｎｏｒｍ、を画定することである（即ち、Ａｎｏｒｍ＝Ａ／Ｔ）。これは、反射素子において吸収損が存在しないということを仮定する。この画定により、光が吸収素子に到達することを防ぐことにおける反射素子の効果は、吸収素子の吸収効率の決定に対して正規化される。これは、図４において以下に示され、図４では、吸収素子は、ｎ”＝２．４×１０−５を伴う２．１ｍｍの厚さを有し、かつ反射素子１０２は、図４のｘ−軸に与えられたような反射率を有する。
【００３５】
図５および６は、図１の光フィルタに対する実効吸収および光学濃度がどのように反射素子１０２および１０４の反射率に依存しかつ吸収素子１０６の特性に依存するかを示す。図５は、吸収素子が存在しないときに、第２の反射素子が強度において増大するときに二つの反射素子が光学濃度をほんのわずか増大するために組合されるということを示す。この場合には、正規化吸収は、勿論、ゼロである。しかしながら、図６に示すように、吸収素子が、例えば、５０％吸収率で光を吸収するときに、第２の反射素子１０４の反射率における増大は、光学濃度および正規化吸収に劇的な影響を及ぼす。光学濃度は、０．９５反射率（反射素子１０２）および０．９９反射率（反射素子１０４）の反射素子の組合せに対してほぼ９０％正規化吸収により４の値まで増大する。
【００３６】
図７および８は、図１の光フィルタに対する推定性能曲線のファミリーを示し、反射素子１０２、１０４は、吸収素子１０６における吸収率の異なるレベルに対する、反射率の範囲を有する。図７は、光学濃度性能を示し、図８は、二つの反射素子間に挟まれた吸収素子の正規化吸収を示す。
【００３７】
光学フィルタは、多種多様な応用において、特に不要な光を濾過して除去することに対して、有用である。例えば、光フィルタは、ＩＲ、ＵＶ、または可視光フィルタまたは偏光子として用いることができる。これらの光学フィルタの使用からの利益を得ることができる製品の例は、ＵＶまたはＩＲ感知薄膜またはその他のオブジェクト、偏光アイウェアおよびウィンドウ、レーザー保護アイウェア、および電子情報ディスプレイ用高吸収度偏光子のような、アイテムを含む。
【００３８】
反射素子
一般的にあらゆる反射素子が動作するが、様々な応用に対する好適な反射素子は、多層光学薄膜である。適切な多層光学薄膜の例は、無機多層光学薄膜、ポリマー多層光学薄膜、および多重ピッチ・コレステリック液晶薄膜を含む。これらの多層光学薄膜は、それらを様々な応用に対して特に適切にする以下の特性の一つ以上を有することができる：軽量、可撓性、成形可能、良好なオフ・アングル・カラー、低ヘーズ、および反射された波長範囲外での高透過。
【００３９】
図２は、例えば、光偏光子またはミラーとして用いることができる、ポリマーまたは無機多層光学薄膜のような、多層光学薄膜１０を示す。薄膜１０は、一つ以上の第１の光学層１２、一つ以上の第２の光学層１４、および、任意に、一つ以上の非光学層１８を含む。非光学層１８は、例えば、皮膜のような、光学薄膜の面上に配置するかまたは、例えば、製造中または製造後に支持を供給するために、光学層間に配置することができる。
【００４０】
第１および第２の光学層１２、１４は、第１の光学層１２の少なくとも一つの面内屈折率が第２の光学層１４の（同じ方向における）屈折率とは異なるように、選択される。光学層１２、１４および、任意に、非光学層１８の一つ以上は、層のスタック１６を形成するように交互に重ね合わされる。一般的に、光学層１２、１４は、異なる光学特性を有する層間に一連のインタフェースを形成するために、図２に示すように、交互対として配列される。光学層１２、１４は、一般的に、厚さが２μｍ以下でありかつ、ある実施形態では、厚さが１μｍ以下である。
【００４１】
図２は、６つの光学層１２、１４だけを示すが、多層光学薄膜１０は、非常に多くの光学層を有することができる。適切な多層光学薄膜の例は、約２〜５０００の光学層を有しているものを含む。一般的に、多層光学薄膜は、約２５〜２０００の光学層を有しかつ典型的には約５０〜１５００の光学層または約７５〜１０００の光学層を有する。単一のスタック１６が図２に示されているが、多層光学薄膜１０は、薄膜１０を形成するためにその後に組合される多重ストックから作ることができるということが理解される。また、第１および第２の光学層１２、１４に類似する、光学層の追加の組を多層光学薄膜１０に用いることもできる。第１および第２の光学層の組に対してここに開示された設計原理は、光学層のあらゆる追加の組に適用することができる。
【００４２】
典型的に、特定のインタフェースに対する最大の反射率は、インタフェースを形成する一対の光学層１２、１４の組合せ光学的厚さの二倍に対応している波長で発生する。光学的厚さは、一対の光学層の下部および上部面から反射された光線間の光路長における差を記載する。光学薄膜の面に対して９０度で入射する光（垂直入射光）に対して、二つの層の光学的厚さは、ｎ１ｄ１＋ｎ２ｄ２であり、ここでｎ１、ｎ２は、二つの層の面内屈折率であり、ｄ１、ｄ２は、対応する層の厚さである。これは、数式は、各層に対する面内屈折率を用いて垂直入射光に対して光学層を同調するために用いることができる。その他の角度において、光学的距離は、層を通って移動した距離（層の厚さよりも大きい）および層の３つの光軸の少なくとも２つに対する屈折率に依存する。斜入射光に関する詳細は、Ｗｅｂｅｒ等によるＳｃｉｅｎｃｅ、２８７、５４６２（２０００）に見出すことができる。層１２、１４は、それぞれ１／４（四分の一）波長厚さでありうるか、または光学的厚さの合計が波長の１／２（二分の一）（またはその奇数倍）である限り、層１２、１４は、異なる光学的厚さを有することができる。二つ以上の光学層を有している薄膜は、波長の範囲にわたり薄膜の反射率を増大するために異なる光学的厚さを有する光学層を含むことができる。例えば、薄膜は、特定の波長を有している垂直入射光の最適な反射を達成するために個別に同調される層のいくつかの対またはいくつかの組を含むことができる。ある実施形態では、多層反射素子の層は、厚さ勾配を有する。厚さ勾配は、単調的に増大または減少することができるかまたは勾配は、増大または減少する厚さ領域を有することができる。
【００４３】
反射素子の反射波長範囲は、応用に対して選択することができる。反射波長範囲は、波長の主要部における（反射素子だけの）光学濃度がしきい値を越えるような波長の範囲として特徴付けることができる。反射波長範囲における波長の、好適には、少なくとも８０％、より好適には、少なくとも９０％、最も好適には、少なくとも９５％の光学濃度がしきい値を越える。ある実施形態では、例えば、少なくともあるレーザ保護応用では、反射波長範囲における波長の１００％の光学濃度は、しきい値を越える。光学濃度のしきい値は、少なくとも部分的に、応用および光フィルタのその他のコンポーネント（例えば、吸収素子）に、典型的に依存する。例えば、光学濃度のしきい値は、少なくとも１、１．５、２、２．５、３、またはそれ以上であるように選択することができる。波長範囲の大きさは、反射および吸収素子を作るために用いられた材料、並びにそれらの厚さおよび層の配列に依存する。光フィルタは、少なくとも５０、１００、２００、および４００ｎｍの反射波長範囲で作ることができる。
【００４４】
典型的に、ＩＲフィルタに用いられる反射薄膜は、７００から５０００ｎｍの範囲のある部分、好適には７８０から１２００ｎｍの範囲のある部分を含む反射波長範囲を有する。ＵＶフィルタに対して、反射波長範囲は、２００から４１０ｎｍの範囲の少なくとも一部を典型的に含む。
【００４５】
光フィルタが光の両方の偏光を反射するように構築されるときには、第１の光学層の面内屈折率は、典型的に、第２の光学層の対応する面内屈折率とは実質的に異なる。一例では、第１および第２の光学層は、異なる等方性屈折率を有する。別の例では、第１の光学層、第２の光学層、またはそれらの両方は、複屈折でありかつ第１の光学層の面内屈折率は、第２の光学層の対応する面内屈折率とは異なる。
【００４６】
他方、光フィルタは、光の一偏光を好適に反射するように構築することができる（例えば、一つの偏光を有している光を実質的に反射しかつ直交偏光を有している光を実質的に透過する光フィルタ）。第１の光学層、第２の光学層、またはそれらの両方は、この実施形態では複屈折である。典型的に、これらの光フィルタに対して、第１の光学層の一つの面内屈折率は、第２の光学層の対応する面内屈折率と実質的に同じである。
【００４７】
無機多層光学薄膜は、例えば、Ｈ．Ａ．Ｍａｃｌｅｏｄ、Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｌｔｅｒｓ，２ｎｄ　Ｅｄ．，Ｍａｃｍｉｌｌａｎ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏ．（１９８６）およびＡ．Ｔｈｅｌａｎ，Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｆｉｌｔｅｒｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｉｎｃ．（１９８９）に記載されている。
【００４８】
光フィルタで用いるポリマー多層光学薄膜は、例えば、ＰＣＴ公報第ＷＯ９５／１７３０３；ＷＯ９５／１７６９１；ＷＯ９５／１７６９２；ＷＯ９５／１７６９９；ＷＯ９６／１９３４７；およびＷＯ９９／３６２６２に記載されている。多層反射偏光子の一つの市販されている形式は、ミネソタ州セント・ポールの３Ｍにより「二重輝度強化薄膜」（Ｄｕａｌ　Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｆｉｌｍ（ＤＢＥＦ））として市場に出回っている。ポリマー多層光学薄膜は、異なる屈折率を有するポリマー材料の交互層を用いて一般的に形成される。典型的に、あらゆるポリマーは、ポリマーが透過の波長範囲にわたり相対的に透明である限り長く用いることができる。偏光応用に対して、第１の光学層、第２の光学層、またはそれらの両方は、複屈折であるかまたはそのように作ることができるポリマーを用いて形成される。また、複屈折ポリマーは、同様に、非偏光応用に用いることもできる。
【００４９】
例えば、ＰＣＴ公報ＷＯ９５／１７３０３；ＷＯ９５／１７６９１；ＷＯ９５／１７６９２；ＷＯ９５／１７６９９；ＷＯ９６／１９３４７；およびＷＯ９９／３６２６２に記載されるような、多くのポリエステルを含んでいる、あるポリマーは、例えば、所望の方向にポリマーを用いて作られた層（または、より典型的には、光学薄膜全体）を伸張することによって複屈折性にすることができる。ポリマー層は、例えば、単一方向に層または薄膜を伸張することによって、単軸配向にすることができる。複屈折性、単軸配向薄膜は、典型的に、配向方向（即ち、伸張方向）に並行な偏光面を有している入射光線および横方向（即ち、伸張方向に直交する方向）に並行な偏光面を有している入射光線の透過および／または反射間の差を示す。例えば、配向可能なポリエステル薄膜がｘ軸に沿って伸張されるときには、典型的な結果は、ｎｘ≠ｎｙであり、ここでｎｘおよびｎｙは、それぞれ“ｘ”および“ｙ”軸に並行な面に偏光された光に対する屈折率である。伸張方向に沿った屈折率における変化の程度は、例えば、伸張の大きさ、伸張速度、伸張中の薄膜の温度、薄膜の厚さ、薄膜厚さにおける変化、および薄膜の成分のような要因に依存する。その他の実施形態では、第１の光学層１２は、二つの異なる方向に薄膜を伸張することによって二軸配向にすることができる。二つの方向への光学層１２の伸張は、二つの選択された直交軸における正味対称または非対称伸張を結果としてもたらすことができる。
【００５０】
偏光光学薄膜は、単軸配向第１の光学層１２を、配向された層の内面屈折率の一つに概ね等しい等方性屈折率を有している第２の光学層１４と組合せることによって作ることができる。代替的に、光学層１２、１４の両方は、複屈折性ポリマーから形成されかつ単一内面方向における屈折率が概ね等しいように多重延伸処理で配向される。反射率は、層の数を増大することによってまたは第１および第２の光学層１２、１４間の屈折率における差を増大することによって増大することができる。
【００５１】
非偏光光学薄膜の形成の一例は、二軸配向光学層１２と、二軸配向層の内面屈折率の両方と異なる屈折率を有している第２の光学層１４との組合せである。光学薄膜は、二つの光学層１２、１４間の屈折率不一致によるいずれかの偏光を有している光を反射することによって動作する。かかる光学薄膜は、また、かなり異なる内面屈折率を有する単軸配向層の組合せを用いて作ることもできる。用いることができるミラーと偏光子の両方を生成するために知られているその他の方法および層の組合せが存在する。上述したこれらの特定な組合せは、例である。
【００５２】
コレステリック液晶光学薄膜は、例えば、米国特許第５，７９３，４５６号、米国特許公報第５，５０６，７０４号、米国特許第５，６９１，７８９号、およびＥＰ９４０７０５に記載されている。一つのコレステリック反射偏光子は、Ｍｅｒｃｋ　Ｃｏ．によってＴＲＡＮＳＭＡＸＴＭとして市販されている。コレステリック液晶光学薄膜は、光波長の特定の帯域幅にわたり一つの円偏波（例えば、左または右円偏波光）を有している光を実質的に反射しかつその他の円偏波（例えば、右または左円偏波光）を有している光を実質的に透過する。この特徴付けは、コレステリック液晶材料のディレクタに垂直入射に指向された光の反射および透過を説明する。その他の角度で指向される光は、典型的にコレステリック液晶材料によって楕円形に偏光される。
【００５３】
コレステリック液晶光学薄膜のピッチは、コレステリック液晶によって反射された光の中心波長およびスペクトル帯域幅を決定することにおいて重要な要因である。これらの光学薄膜に対するピッチは、ポリマーおよび無機多層光学薄膜における膜厚に類似する。ある範囲にわたり多重ピッチ値を用いることは、典型的に、光学薄膜の帯域幅を増大する。（例えば、帯域幅を増大するために）多重ピッチ値を有するコレステリック液晶光学薄膜は、例えば、異なる材料または同じ材料の異なる組合せを用いて作られたコレステリック液晶光学薄膜をスタックすることによって形成することができる。代替は、一つ以上の層のそれぞれを通してピッチを変えることによって光学薄膜を形成することである。ピッチの異なる値は、光の異なる波長を反射する異なる光学層として作用し、多層光学薄膜に類似する多重ピッチ・コレステリック液晶光学薄膜を作る。
【００５４】
更に、特定のピッチにおけるコレステリック液晶層の厚さは、ポリマーおよび無機多層光学薄膜における層の数に類似する。典型的に、より厚いコレステリック液晶層は、より高い反射率を結果としてもたらす。
【００５５】
吸収素子
一般的に、あらゆる光学的吸収構造は、少なくとも部分的に、吸収および透過の所望の波長に依存して、吸収素子として用いることができる。吸収素子の一例は、例えば、支持マトリックス中または支持基板上に配置された染料、顔料、またはインクのような、光吸収材料を含む。例えば、光吸収材料は、ポリマー或いはガラス・マトリックス中またはポリマー或いはガラス基板上に配置することができる。
【００５６】
適切な吸収素子は、近赤外では強力に吸収するが可視では比較的透過である熱制御フィルタのＫＧシリーズを含んでいる、ペンシルバニア州ＤｕｒｙｅａｒのＳｃｈｏｔｔ　Ｇｌａｓｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なもののような、ガラス・フィルタを含む。Ｇｅｎｔｅｘ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ペンシルバニア州Ｃａｒｂｏｎｄａｌｅ）は、ＦｉｌｔｒｏｎＴＭとしてプラスチック光フィルタを製造している。更に、染料が装填されたポリカーボネートまたはアクリル・シートは、可視およびＩＲにわたり様々な波長で吸収する。様々なＩＲおよび可視吸収染料がＥｐｏｌｉｎ、Ｉｎｃ．（ニュージャージー州、Ｎｅｗａｒｋ）から入手可能である。ＥｐｏｌｉｔｅＴＭシリーズは、例えば、ポリカーボネートで射出成形することができる良好な熱安定性を有する染料を含む。その他の染料は、広い溶解度を有しかつ溶体コーディングに推奨される。代替の吸収材料は、カーボンブラックおよび酸化鉄のような顔料を含む。これらは、ガラスまたはポリマー・ホスト・マトリックス中に装填されうる。例は、Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ，ｐｌｃ（英国、Ｓｔ．Ｈｅｌｅｎｓ）から入手可能な、ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｂｌｕｅ　２１、ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｇｒｅｅｎ　５８、およびＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｇｒｅｅｎ　９０ガラスのような、酸化鉄−装填ガラスを含む。
【００５７】
光吸収材料の選択は、例えば、光吸収材料の吸収度スペクトル、費用、処理可能性、安定性、および光フィルタのその他の素子との適合性のような、要因に基づき行うことができる。好適には、光吸収材料は、反射／吸収されるべき波長範囲にわたり少なくとも約５％、１０％、２０％、３０％、または５０％の平均吸収度で選択される。より好適には、光吸収材料は、透過が望ましい波長範囲にわたり比較的低い平均吸収度（例えば、４０％、２０％、１０％、５％、または１％以下）を有する。しかしながら、ブロードバンド吸収素子に適する多くの光吸収材料は、波長の比較的広い範囲にわたり実質的な吸収度または透過および反射波長範囲の両方の部分にわたり比較的一定の吸収度値を有するということが理解されるであろう。二つの反射素子間での吸収素子の組合せの使用は、吸収素子が単独でまたは単一の反射素子と共に用いられる場合よりも低い光吸収材料の装填の使用を許容する。図１に示した組合せは、典型的に、透過が望ましい波長におけるより低い吸収を結果としてもたらす。
【００５８】
偏光応用に対して、偏光吸収素子が有用である。偏光吸収素子は、光の一つの偏光を優先的に透過する。一つの特に有用な偏光吸収素子は、配向型、染料含有、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）薄膜である。かかる薄膜および偏光吸収素子としてのそれらの使用の例は、例えば、米国特許第４，８９５，７６９号、米国特許第４，６５９，５２３号およびＰＣＴ公開公報ＷＯ９５／１７６９１号に記載されている。吸収偏光子として機能するために、ポリビニルアルコール薄膜は、薄膜を配向するために典型的に伸張される。偏光染料または顔料で着色されるときには、薄膜の配向は、薄膜の光学的特性（例えば、吸光軸）を決定する。
【００５９】
その他の損失が大きい素子
例えば、散乱または散乱と吸収の組合せを採り入れる損失が大きい素子を含んでいる、その他の損失が大きい素子を用いることができる。例えば、粒子の大きさにより、光フィルタに用いられる顔料またはその他の粒子は、光線を散乱することができる。これは、更なるヘーズを導きうるが、散乱損は、典型的に吸収損に等しい。一般的に、散乱は、ゆっくりとした波長依存でありかつ典型的に短い波長に対してより強力である。散乱は、散乱粒子の形状に基づき偏光依存でありうる。
【００６０】
その他の素子およびコーティング
様々な機能層またはコーディングは、特に光フィルタの面に沿って、それらの物理的または化学的特性を変更または改善するために本発明の光フィルタに追加することができる。かかる層またはコーディングは、例えば、ＷＯ９７／０１４４０に記載されたような、薄膜または装置の機械的保全性または強度を改善するために設計された、滑剤、低接着後部材料、導電層、静電気防止コーティングまたは薄膜、障壁層、難燃剤、ＵＶ安定剤、耐摩耗材料、光コーディング、および／または基板を含むことができる。その他のコーティングおよび層は、噴霧防止コーディング（例えば、ミネソタ州セント・ポールの３ＭカンパニーからのＰｈｏｔｏｇａｒｄＴＭのようなＵＶ硬化形シリコン・ポリマー）および例えば、米国特許第４，８３０，４４１号および第５，１９８，９１１号に記載されたようなホログラフィック反射体を含む。
【００６１】
フィルタ
光フィルタは、特定の波長範囲にわたりまたは特定の偏光を有している光を吸収／反射するために用いることができる。かかるフィルタは、例えば、可視光を透過すると同時に有害なＩＲまたはＵＶ光を除去するために用いることができる。光フィルタの低透過波長範囲は、応用に対して選択することができる。低透過波長範囲は、波長の主要部における（反射素子だけの）光学濃度がしきい値を越える波長の範囲として特徴付けることができる。好適には、反射波長範囲における波長の少なくとも８０％、より好適には、少なくとも９０％、そして最も好適には、少なくとも９５％の光学濃度がしきい値を越える。ある実施形態では、例えば、少なくともレーザ保護応用において、低透過波長範囲における波長の１００％の光学濃度は、しきい値を越える。例えば、光学濃度のしきい値は、少なくとも１、１．５、２、２．５、３、またはそれ以上であるように選択することができる。低透過波長範囲の大きさは、反射および吸収素子を作るために用いられる材料、並びにそれらの厚さおよび層の配列に依存する。光フィルタは、少なくとも５０、１００、２００、および４００ｎｍの低透過波長範囲で作ることができる。
【００６２】
ここで強化フィルタリング効果を得るために、第１および第２の反射素子１０２、１０４の反射波長領域の少なくともある重複が存在する。この重複は、典型的に少なくとも幅が５０ｎｍである。ある実施形態では、重複は、幅が１００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ、または１０００ｎｍまたはそれ以上である。一般的に、吸収素子１０６は、反射波長領域の重複の少なくとも一部にわたり、そして少なくともある実施形態では、重複全体にわたり、光を吸収する。反射波長領域の重複領域内で、反射素子は、典型的に、例えば、この重複領域にわたり１、１．５、２、またはそれ以上の光学濃度をそれぞれ有する。吸収素子は、重複領域内で０．１、０．３、０．５、１、またはそれ以上の光学濃度を有することができる。これらの素子の光学濃度は、典型的に、応用および特定の素子に用いられる材料に依存する。以下は、光フィルタのある使用を示す例である。
【００６３】
シャープ・バンド・エッジ・フィルタ
例えば、フィルタリング応用のような、光学薄膜のある応用は、シャープ反射または吸収バンド・エッジ（例えば、より高い反射または吸収から、例えば、１０、２０、または３０ｎｍのような、狭い波長範囲にわたるより高い透過へのシャープ・チェンジ）を要求するかまたはそれから利益を得ることができる。説明的（図示的）な例として、赤外ファイバ光装置は、フィルタが、例えば、５、１０、または２０ｎｍによって分離される波長を有している光を選択的に反射しかつ透過するということを要求することができる。これは、一つの波長において高い吸光および反射と接近して離間された波長において高い透過とを要求することによってファイバに重い負荷を負わせる。
【００６４】
別の説明的な例とし、紫外（ＵＶ）フィルタは、例えば、基礎をなしている材料の劣化を防ぐためにＵＶ光を阻止するように用いることができる。好適には、ＵＶフィルタは、４１０ｎｍ以下の光の少なくとも９９％（および、より好適には、少なくとも９９．９９％）をブロックする。この目標を達成する多数の通常のフィルタは、可視光波長に少なくとも１０から４０ｎｍに対して延在する吸収／反射テールを有する。図９は、吸収テールを示しているいくつかの市販されているＵＶ吸収フィルタの吸収スペクトルを示す。青色波長における吸収／反射が低くても、この量は、美的に魅力がなく、かつある場合には、機能的に不利益でありうる、黄色の外観をフィルタに与えることができる。
【００６５】
シャープ・バンド・エッジ・フィルタは、互いに接近して（例えば、５０、２０、または１０ｎｍ内に）延在しているハンド・エッジを有する第１および第２の反射素子を選択することによって形成することができる。吸収素子は、典型的に、所望のバンド・エッジに接近して（例えば、５０、２５、または１０ｎｍ内に）少なくとも５％、１０％、３０％、５０％、または６０％吸収度を有する。用語“バンド・エッジ”は、低から高透過までの光学濃度における実質的に安定した増大または高から低透過までの光学濃度における実質的に安定した減少が存在する光フィルタの光学濃度スペクトルの一部を示す。ハンド・エッジに関連付けられた光学濃度における増大または減少にリップルが存在しうるということが理解される。
【００６６】
バンド・エッジに対する透過の範囲は、典型的に、応用および素子に対して用いられる材料に依存して変化する。例えば、多くの反射素子に対して、低透過値は、一般的に０．１、０．３、０．５、０．７または１である。高透過値は、例えば、１、２、または４である。範囲の例は、０．１から１、０．３から２または０．３から４を含む。吸収およびその他の損失が大きい素子に対して、低透過値は、一般的に０、０．０５、０．１、または０．３である。高透過値は、０．５、１、１．５、２、または４である。範囲の例は、０から０．５、０から１、０．０５から１、０．１から１、０．３から１、および０．３から２を含む。
【００６７】
ある実施形態では、バンド・エッジにおける光学濃度は、２０、１０、５、または１ｎｍにわたり１単位の平均変化を有する。代替として、バンド・エッジは、例えば、透過が５０％または１０％であるところの波長と画定することができる。
【００６８】
異なる素子のバンド・エッジ間の距離（ｎｍ）は、二つのバンド・エッジの波長間の最小差に対応する。一般的に、シャープ・バンド・エッジを得るために、二つの反射素子１０２、１０４のバンド・エッジは、互いに１０、２５、または５０ｎｍ内にある。ある例では、二つのバンド・エッジは、二つのバンド・エッジの波長範囲が重複するところで重複することができる。好適には、反射素子の少なくとも一つの（および、より好適には、反射素子の両方の）バンド・エッジは、１０、２５、または５０ｎｍ以下だけ吸収素子のバンド・エッジから離間されるかまたはバンド・エッジが重複する。
【００６９】
図１０は、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）およびポリ（エチレン−コ−ビニルアセテート）（ＥＶＡ）で作られた交互する層を有する多層ポリマー光フィルタに対するモデル化された透過および反射スペクトルを示す。図１１は、ａ）市販されている吸収体、ｂ）一緒に積層された図１０のモデル化された多層ポリマー光学薄膜の二つ、およびｃ）二つの多層ポリマー光学薄膜間の市販されている吸収体の組合せ、に対するモデル化された吸光スペクトルを示す。説明するように、吸収体／多層ポリマー光学薄膜組合せは、かなりシャープなバンド・エッジ（例えば、２の光学濃度から０．３の光学濃度までの遷移）を有する。
【００７０】
別の例として、図１２は、ａ）市販されている吸収体、ｂ）市販されている吸収体と一つの市販されている反射薄膜の組合せ、およびｃ）二つの市販されている反射薄膜間の市販されている吸収体の組合せ、に対する吸光スペクトルを示す。再び、二つの反射薄膜間の吸収体の組合せに対するバンド・エッジは、かなり狭い（例えば、２の光学濃度から０．１の光学濃度までの遷移）。
【００７１】
レーザ光フィルタ応用
産業、研究、運輸、ターゲティング、識別、商取引、およびその他の設定における高電力レーザ装置の使用は、増大的に広く行き渡るようになってきている。これらのレーザは、レーザの近傍にいる人の目に深刻な脅威を引き起しうる。有害なレーザ放射が人間の目に達することを防ぐために多数のアプローチが用いられている。一つのかかるアプローチは、レーザ放射を吸収する染料またはその他の材料で装填された透明ポリマーの使用である。レーザ光フィルタは、特定の狭い波長帯域を阻止するように設計することができるが、同調可能なレーザまたは異なる種類のレーザの使用は、広帯域保護を要求しうる。しかしながら、広帯域吸収フィルタの使用は、また、典型的に、可視光の透過も低減する。例えば、４より大きい光学濃度を有する広帯域ＩＲ吸収薄膜は、４０％よりも少ない（小さい）可視透過、Ｔｖｉｓを有しうる。
【００７２】
ここでＴｖｉｓは、標準１９３１ＣＩＥ２度観察者に対して計算されたフォトピック透過と画定される。透過スペクトルＴ（λ）は、（２度の視野を有する観察者に対して１９３１年にＣＩＥによって画定された）フォトピック重み関数Ｖ（λ）およびＣＩＥ画定Ｄ６５光源Ｓ（λ）で乗算されかつ全ての可視波長（３８０−７８０ｎｍ）にわたり積分される：
Ｔｖｉｓ＝ΣＴ（λ）Ｖ（λ）Ｓ（λ）
次いで、結果は、フィルタの存在なしで計算されたフォトピック透過、即ち、Ｔ（λ）＝１による除算を通して正規化される。その他のＴｖｉｓの画定が利用可能でありかつ特定の応用に用いられる。
【００７３】
ポリマー多層光学薄膜およびコレステリック液晶光学薄膜を含んでいる、上述した多層反射素子は、レーザ保護アイウェアおよび、ウィンドウズおよびエアクラフト・キャノピーのような、その他の応用に対して用いることができる。図１３〜２０は、レーザ保護アイウェアおよびその他の応用に対する多数の可能なレンズ組立体構成を示す。典型的に、アイウェアは、基板３０２に配置された多層反射素子３０１を含む。基板３０２は、発射体保護を供給することができる、ポリカーボネートのような、耐衝撃材料を含んでいる、レンズ材料またはその他の透明面を用いて形成することができる。多層反射素子３０１は、例えば、光学接着剤を用いて、レンズまたはその他の透明面に配置される。反射素子に対してポリマー多層光学薄膜を用いることの一つの利点は、これらの薄膜が典型的に形成されかつ曲がったレンズに配置することができることである。
【００７４】
例えば、防止フォギング層３０３（図１３〜２０）、耐スクラッチ層３０４（図１３〜２０）、吸収層３０５（図１４および１９）、無機多層光学薄膜３０６（図１５）、ホログラフィック反射薄膜３０７（図１６）のような、その他の任意の層、薄膜、およびコーティング、およびその他の層、薄膜、およびコーティングは、レンズまたはその他の透明面に適用することができる。
【００７５】
ある例では、多層反射素子３０１は、図１８に示すように、基板なしで用いることができる。その他の実施態様では、図１７、１９、および２０に示すように、第２の多層反射素子３１１は、二つの反射素子３０１、３１１の間に吸収素子３０５または非吸収空胴（図示省略）を伴って、任意で、第１の多層反射素子３０１にわたり配置される。第２の基板３１２は、図２０に示すように、更なる支持または追加の発射体保護を供給するために任意に用いることができる。グラス、ゴーグル、バイザー、およびマスクのような、アイウェアに加えて、図１３から２０に示す組立体は、ウィンドウズ、エアークラフト・キャノピー、およびその他の同様な物品での使用に適応させることができる。
【００７６】
上述したような、二つの反射素子間の吸収素子の組合せは、良好な可視透過を伴う高い光学濃度を得るために用いることができる。図２１から図２８は、いくつかの光フィルタに対する計測されかつ計算された光学濃度スペクトルおよびその他の特性を示す。反射素子は、コ−ポリエチレン・ナフタレート（ポリエステルのカルボン酸部分に対して９０重量％ナフタレート・ユニットおよび１０重量％テレフタレート・ユニットを含んでいるコポリマー）およびポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）の４４８の交互層を伴うポリマー多層光学薄膜である。層は、それぞれが２２４層の二つのパケットに分類される。第２のパケットは、第１のものよりも約１．３倍厚い。両方のパケットは、第１のものの１．４倍の厚さである最後のポリエチレン・ナフタレート層および約０．２から０．３５μｍの範囲の厚さを有している層のペアを伴う線形厚さ勾配を有している。このポリマー多層光学薄膜は、約７５０から１２００ｎｍまで約１．５よりも大きい光学濃度を有する。これらの反射素子の測定した光学濃度スペクトルを図２１に示す。
【００７７】
３つの異なる吸収素子は、これらの例で用いられた；Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ，ｐｌｃ（Ｓｔ．Ｈｅｌｅｎｓ，Ｇｒｅａｔ　Ｂｒｉｔａｉｎ（英国））から入手可能な、ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｂｌｕｅ　２１、ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｇｒｅｅｎ　５８、およびＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｇｒｅｅｎ　９０。各吸収素子に対するｎ”の分散値（屈折率の虚数部）および光学濃度スペクトルを図２２および２３にそれぞれ示す。
【００７８】
図２４は、単一の光フィルタに積層された図２１の二つの反射素子の組合せに対する測定した光学濃度スペクトルを示す。この例では、組合せの二つの反射素子に対する光学濃度は、単一反射素子（図２１参照）に対してほんのわずか改良される。
【００７９】
図２５は、吸収素子１０６がＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｂｌｕｅ　２１である、図１の構成に対して測定した光学濃度スペクトルと計算した光学濃度スペクトルとの比較を示す。この例では、９００から１５００ｎｍの波長領域におけるＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｂｌｕｅ　２１吸収素子の適度な吸収は、可視領域における透過をかなり高くしておく（ＴＶＩＳ＝７０％）と同時に、この波長領域にわたり光学濃度における認識可能な増大を供給する。
【００８０】
図２６は、吸収素子１０６がＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｇｒｅｅｎ　５８である、図１の構成に対して測定した光学濃度スペクトルと計算した光学濃度スペクトルとの比較を示す。ここで、（ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｂｌｕｅ　２１吸収素子と比較して）ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｇｒｅｅｎ　５８吸収素子における増大した損失は、反射素子の高い反射領域における実質的により高い光学濃度を結果としてもたらす。可視透過は、かなり高いままで残る（Ｔｖｉｓ＝６６％）。
【００８１】
図２７は、吸収素子１０６がＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｇｒｅｅｎ　９０である、図１の構成に対して測定した光学濃度スペクトルと計算した光学濃度スペクトルとの比較を示す。ここで、光学濃度は、平均して高い反射領域において約４であり、吸収層を伴わない二つの積層反射体と比較して光学濃度における約１．５から２の増大を示す。測定された光学濃度は、７５０から１１８０ｎｍまで延在している波長範囲にわたり３．５より大きい。再度、可視透過は、かなり実質的なＩＲ透過低減の利益を伴うほんの些少の低減を有して、高いままで残る（Ｔｖｉｓ＝６４％）。図２５、２６、および２７に示すもののようなかかる広範囲に吸収する顔料は、ＩＲ特定染料よりも費用がかからないしかつ反射素子との組合せを形成することは、所望の光学濃度を得るためにより少ない顔料を必要とする。
【００８２】
図１の光フィルタ構成の独自性は、図２８から理解することができる。ここでは、３つの素子が二つのその他の構成、吸収／反射／反射（円）および反射／反射／吸収（線）で配置されている。これら二つの構成に対する計算された光学濃度スペクトルは、吸収素子がない二つの反射素子の場合に対するものとほとんど変わらない。
【００８３】
本発明は、上述した特定の例に限定されると考えられるべきではなく、それよりも添付した特許請求の範囲に適正に示されるような本発明の全ての態様を網羅するように理解されるべきである。本発明を適用可能でありうる様々な変更、同等な処理、並びに多数の構造は、この明細書の評価により本発明が指向される当業者にとって容易に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、光フィルタの一実施形態の断面図である。
【図２】本発明による、多層光学薄膜の一実施形態の断面図である。
【図３】ベールの法則による吸収材の入射光の部分吸収（ｙ−軸）対屈折率の虚数部（ｘ−軸）のグラフであり、吸収素子の厚さが２．１ｍｍでかつ光の波長が９００ｎｍであり、ｎ”は、０から８×１０−５まで変化する。
【図４】吸収素子の前方に配置された反射素子を有している光学体の吸収素子に対する部分吸収（星印）と正規化吸収（正方形）対反射率（ｘ−軸）のグラフであり、吸収素子の厚さが２．１ｍｍでかつ光の波長が９００ｎｍであり、吸収素子の屈折率の虚数部は、２．４×１０−５である。
【図５】反射率０．９５を有する第１の反射素子を有しかつ第１および第２の反射素子間に吸収素子を有さない光学体の第２の反射素子の光学濃度（左ｙ−軸、正方形）および正規化吸収（右ｙ−軸、星印）対反射率（ｘ−軸）のグラフである。
【図６】反射率０．９５を有している第１の反射素子１０２および０．５０の吸収率を有している吸収素子１０６を伴う図１の光フィルタの第２の反射素子１０４の光学濃度（左ｙ−軸、正方形）および正規化吸収（右ｙ−軸、星印）対反射率（ｘ−軸）のグラフである。
【図７】吸収素子１０６の異なる吸収率値（正方形＝０％吸収率、Ｘ’ｓ＝１５％吸収率、円形（丸印）＝３０％吸収率、星印＝４５％吸収率、三角形＝６０％吸収率）に対する図１の光フィルタの反射素子１０２、１０４の光学濃度（ｙ−軸）対反射率（ｘ−軸）のグラフである。
【図８】吸収素子１０６の異なる吸収率値（正方形＝０％吸収率、Ｘ’ｓ＝１５％吸収率、円形（丸印）＝３０％吸収率、星印＝４５％吸収率、三角形＝６０％吸収率）に対する図１の光フィルタの反射素子１０２、１０４の正規化吸収（ｙ−軸）対反射率（ｘ−軸）のグラフである。
【図９】３つの市販されているＵＶ吸収体：Ｃｏｒｎｉｎｇ８５１０フィルタ（Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｉｎｃ．Ｃｏｒｎｉｎｇ，ＮＹ）（実線）；ＵＦ−５アクリル１／８”フィルタ（ＥＬＦ−Ａｔｏｃｈｅｍ、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）（破線）；およびＵＶＮＵＬ３０５０（ＢＡＳＦ、Ｐｏｒｔｓｍｏｕｔｈ，ＶＡ）（点線）に対する光学濃度（ｙ−軸）対波長（ｘ−軸）のグラフである。
【図１０】厚さ勾配１０３．５から１２５．７ｎｍを有するポリエチレン・テレフタラートとポリ（エチレン−コ−ビニル（アセテート））の１８０の交互層を有する厚さ１０．６μｍの多層光学薄膜に対するモデル化された透過（実線）および反射（点線）対波長（ｘ−軸）のグラフである。
【図１１】（ａ）ＵＦ−５アクリル１／８”フィルタ（ＥＬＦ−Ａｔｏｃｈｅｍ、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）（実線）；（ｂ）図１０の二つの積層光学薄膜の組合せ（破線／点線）；および（ｃ）図１０の二つの積層光学薄膜間のＵＦ−５アクリル・フィルタの組合せ（点線）、に対する光学濃度（ｙ−軸）対波長（ｘ−軸）のグラフであり、線（ｂ）および（ｃ）は、モデルに基づき両方とも計算される。
【図１２】（ａ）ＵＦ−５アクリル１／８”フィルタ（ＥＬＦ−Ａｔｏｃｈｅｍ、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）（実線）；（ｂ）ＵＦ−５アクリル・フィルタと一つの積層絶縁体ＵＶカットオフ・フィルタ（４２０ｎｍカットオフ、特注、Ｕｎａｘｉｓ　Ｏｐｔｉｃｓ　Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ　ＧｍｂＨ、Ｇｅｒｍａｎｙ）の組合せ（破線）；および（ｃ）二つの積層絶縁体ＵＶカットオフ・フィルタ間のＵＦ−５アクリル・フィルタの組合せ（点線）、に対する光学濃度（ｙ−軸）対波長（ｘ−軸）のグラフである。
【図１３】本発明による、レンズ組立体の第１の実施形態の略断面図である。
【図１４】本発明による、レンズ組立体の第２の実施形態の略断面図である。
【図１５】本発明による、レンズ組立体の第３の実施形態の略断面図である。
【図１６】本発明による、レンズ組立体の第４の実施形態の略断面図である。
【図１７】本発明による、レンズ組立体の第５の実施形態の略断面図である。
【図１８】本発明による、レンズ組立体の第６の実施形態の略断面図である。
【図１９】本発明による、レンズ組立体の第７の実施形態の略断面図である。
【図２０】本発明による、レンズ組立体の第８の実施形態の略断面図である。
【図２１】一対の層毎に約０．２から０．３５μｍの範囲にわたる概ね線形の厚さ勾配を有する４４８交互コ−ポリエチレン・ナフタレート（ポリエステルのカルボン酸部分に対して９０重量％ナフタレート・ユニットおよび１０重量％テレフタレート・ユニットを含んでいるコポリマー）およびポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）層で構成されたポリマー多層光学薄膜の測定した光学濃度（ｙ−軸）対波長（ｘ−軸）のグラフである。
【図２２】厚さ２．１ｍｍにおける、Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ，ｐｌｃ（Ｓｔ．Ｈｅｌｅｎｓ，Ｇｒｅａｔ　Ｂｒｉｔａｉｎ（英国））から入手可能な、３つの吸収素子：（ａ）ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｂｌｕｅ　２１、（ｂ）ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｇｒｅｅｎ　５８、および（ｃ）ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｇｒｅｅｎ　９０に対する屈折率の虚数部（ｙ−軸）対波長（ｘ−軸）のグラフである。
【図２３】図２２の３つの吸収素子に対する光学濃度（ｙ−軸）対波長（ｘ−軸）のグラフである。
【図２４】単一の光学体に積層された図２１のポリマー多層光学薄膜の二つを有する光フィルタに対する測定された光学濃度（ｙ−軸）対波長（ｘ−軸）のグラフである。
【図２５】図２１のポリマー多層光学薄膜の二つの間の図２２の吸収素子ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｂｌｕｅ　２１を有する光フィルタに対する測定された（暗線）および計算された（丸印）光学濃度（ｙ−軸）対波長（ｘ−軸）のグラフである。
【図２６】図２１のポリマー多層光学薄膜の二つの間の図２２の吸収素子ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｇｒｅｅｎ　５８を有する光フィルタに対する測定された（暗線）および計算された（丸印）光学濃度（ｙ−軸）対波長（ｘ−軸）のグラフである。
【図２７】図２１のポリマー多層光学薄膜の二つの間の図２２の吸収素子ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｇｒｅｅｎ　９０を有する光フィルタに対する測定された（暗線）および計算された（丸印）光学濃度（ｙ−軸）対波長（ｘ−軸）のグラフである。
【図２８】図２１のポリマー多層光学薄膜の二つの前（丸印）または後（実線）の図２２の吸収素子ＯｐｔｉｆｌｏａｔＴＭ　Ｇｒｅｅｎ　９０を有する光フィルタに対する計算された光学濃度（ｙ−軸）対波長（ｘ−軸）のグラフである。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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