(57)【要約】【課題】赤外光域でＮＤ値０〜４．５、可視光域でＮＤ値０〜６の範囲で光量調節の可能なＮＤフィルタ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】金属微粒子を分散させた金属微粒子インクの塗膜と光源からの光を９０％以上吸収する染料インクの塗膜の積層塗膜の積層膜、又は金属微粒子インクと光源からの光を９０％以上吸収する単層塗膜形成能を持つ染料インクとの混合インクの塗膜で遮光パターンを形成する。インクジェット方式で連続的に濃度が変化する遮光パターンを形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基材上に光源からの光を吸収するインクの塗布層を形成してなるＮＤフィルタにおいて、
前記光源からの光を吸収するインクの塗布層が、金属微粒子を分散させた金属微粒子インクの塗膜と光源からの光を９０％以上吸収する染料インクの塗膜とからなることを特徴とする高輝度光源用ＮＤフィルタ。
【請求項２】
透明基材上に光源からの光を吸収するインクの塗布層を形成してなるＮＤフィルタにおいて、
前記光源からの光を吸収するインクの塗布層が、金属微粒子インクと光源からの光を９０％以上吸収する単層塗膜形成能を持つ染料インクとの混合インクによる塗布層であることを特徴とする高輝度光源用ＮＤフィルタ。
【請求項３】
前記光源からの光を吸収するインクの塗布層における前記金属微粒子と前記染料を含む他の成分との重量比率が、１００：１〜１００の範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の高輝度光源用ＮＤフィルタ。
【請求項４】
前記透明基材の表面には、透明なインク受容層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項記載の高輝度光源用ＮＤフィルタ。
【請求項５】
前記インク受容層が、超微粒無機粒子と樹脂バインダからなり、その表面には孔径１ｎｍ〜１００ｎｍの細孔が形成されていることを特徴とする請求項４記載の高輝度光源用ＮＤフィルタ。
【請求項６】
前記金属微粒子インクが、分散媒１００重量部に対してＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａ及び Ｉｎから選ばれた少なくとも１種の粒径 １ｎｍ〜１００ｎｍ の金属微粒子を１〜１００重量部含有するよう調製した分散体であって、前記金属微粒子の表面には有機物質による保護コロイド層が形成されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか1項記載の高輝度光源用ＮＤフィルタ。
【請求項７】
前記光源からの光を９０％以上吸収する染料インクが黒染料インクであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項記載の高輝度光源用ＮＤフィルタ。
【請求項８】
前記黒染料インクが、分散媒及び溶剤１００重量部に対して直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料、反応染料、媒染・酸性媒染染料、アゾイック染料、硫化・硫化建染染料、建染染料の少なくとも１種を１〜４０重量部含有するよう調整されていることを特徴とする請求項７記載の高輝度光源用ＮＤフィルタ。
【請求項９】
透明基材の表面に、金属微粒子インクの塗布層、黒染料インクの塗布又は金属微粒子インクと黒染料インクとの混合インクの塗布層を所定のパターンとなるように塗布する工程が、静電塗装、印刷、インクジェット印刷及び電子写真から選ばれた少なくとも1種の塗布方法により行われることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか1項記載の高輝度光源用ＮＤ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、金属微粒子を用いた光学測距装置や光学複写装置等に使用される高輝度光源用ＮＤフィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光学装置の光量調節部材として、絞り装置の絞り羽根を調節して光が通過する穴径を調節するもの、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタを用いたもの、又はこれらを組み合わせたもの等が知られている。
【０００３】
このようなＮＤフィルタの用途は、単なる光量調節の用途に限られず、例えば移動距離や回転角を測定する目的で、距離や回転角に対応して連続的に透過率を変化させたものを光源と受光素子との間に介挿させ、このＮＤフィルタを透過した光量を検出することにより、現在の移動距離や回転角を測定することが行われている。
【０００４】
従来、このようなＮＤフィルタとしては、次のようなものが知られている。  
(１)金属膜や誘電体膜を蒸着により単層又は多層に成膜したもの。  
(２)ガラスや透明フィルムの形成材料に光を吸収する顔料や染料を練り込んだもの。  
(３)ガラスや透明フィルムに光を吸収する顔料や染料を塗布したもの。  
(４)銀塩フィルムを利用したもの。
【０００５】
しかしながら、これらのＮＤフィルタには次のような問題があった。  
まず、(１)の蒸着で膜を形成したＮＤフィルタでは、製造装置が大規模となり製造工程も複雑となるため生産性が低いという問題があり、濃度勾配を付与したＮＤフィルタでは、さらに製造工程が複雑になるという問題がある。
【０００６】
また、(２)及び(３)のガラスや透明フィルムに顔料や染料を練り込んだり塗布するなどして得られたＮＤフィルタでは、精度の良い濃度勾配を付与することが困難であるという問題がある。また顔料や染料を練りこんだＮＤフィルタは光の透過率が高いために高輝度光源に対して高いＮＤ値を得ることは難しいという問題もある。
【０００７】
(４)の銀塩フィルムを利用したＮＤフィルタは、精度の高い濃度勾配を付与することは可能であるが、高輝度光源の光量調節のための高ＮＤ値、例えばＮＤ値６(透過率１００万分の１)のような濃度を持つＮＤフィルタを製造することは困難であるという問題がある。
【０００８】
このようなＮＤフィルタにより高い精度で広いレンジで移動距離や回転角を測定するためには、ＮＤフィルタとして、透過率の高い（ＮＤ値の低い）ところから透過率の低い（ＮＤ値の高い）ところまでカバーするものを使用し高輝度の光源を使用する必要がある。
【０００９】
一般に、光透過率の高いところは遮光用のインクの塗布量を少なくしたり濃度を低くしたりすればよいので問題はあまりないが、ＮＤ値が６（透過率１００万分の１）のような高い濃度をもつＮＤフィルタの製造は困難である。
【００１０】
このように高輝度光源に対する光量調節においては従来の製造方法によるＮＤフィルタでは生産性が低く、高ＮＤ値を高い信頼性で実現することが困難であり、今後要求される高解像度の光量調節の実現にあたって、これらの高輝度光源に用いられるＮＤフィルタには、さらなる技術的改良が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述した通り、従来から光学装置全般における光量調節部材には、絞り装置において絞り羽根を調節する方法、ＮＤフィルタを用いる方法又はこれらを組合わせた方法が知られているが、いずれも高輝度光源における高解像度の光量調節を行う用途に適用できるものは製造が困難であった。また金属膜や誘電体膜を蒸着等により単層又は多層に成膜するＮＤフィルタでは十分な遮光性能が得られるが、製造工程数が多くなり設備費がかさむ上に生産性も低くなるという問題があった。
【００１２】
本発明は、かかる従来の問題点を解消すべくなされたもので、赤外光域でＮＤ値０〜４．５、可視光域でＮＤ値０〜６と解像度の高い範囲まで光量調節の可能なＮＤ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】
【００１３】
本発明者らは、前記課題を解決するために、透明基材上に金属微粒子を分散させた金属微粒子インクの塗布層と黒染料インクの塗布層を重ねて塗布してなる高輝度光源用ＮＤフィルタ、もしくは透明基材上に金属微粒子インクと黒染料インクとの混合インクを塗布してなる高輝度光源用ＮＤフィルタが、前述した従来の問題点を解決することができることを見出し本発明を完成するに至った。
【００１４】
本発明の高輝度光源用ＮＤフィルタは、透明基材上に光源からの光を吸収するインクの塗布層を形成してなるＮＤフィルタにおいて、前記光源からの光を吸収するインクの塗布層が、金属微粒子を分散させた金属微粒子インクの塗膜と光源からの光を９０％以上吸収する染料インクの塗膜とからなることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の高輝度光源用ＮＤフィルタは、上記のような積層構造とする代わりに、透明基材上に、金属微粒子インクと光源からの光を９０％以上吸収する単層塗膜形成能を持つ染料インクとの混合インクを用いて、塗膜を形成させてもよい。
【００１６】
本発明においては、前記光源からの光を吸収するインクの塗布層における前記金属微粒子と前記染料を含む他の成分との重量比率が、１００：１〜１００の範囲とすることが望ましい。
【００１７】
本発明に使用される透明基材としては無機、有機いずれのものでもよく、その形状はモールド品のような固形状のもの、板状のもの、あるいはフィルム状のもの、のいずれであってもよい。このような透明基材としては、ポリエステル、ポリエーテルサルフォン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ガラスなどの板状又はフィルム状のもの、熱可塑性樹脂とガラス繊維のような有機バインダと無機フィラーからなるモールド品などが例示される。
【００１８】
また、本発明の透明基材として、その表面にインク層を保持させるための１ｎｍ〜１００ｎｍの細孔を形成したものは、アンカー効果より遮光パターンの密着性を高めて、さらに信頼性の高いＮＤフィルタを作製できる。このような細孔は、透明基材そのものの表面を改質するか、あるいは透明基材の表面に有機化合物、無機化合物あるいはその複合体からなる厚み１μｍ以上の透明な層として形成することができ、たとえばバインダ樹脂溶液に有機あるいは無機の微粒子を分散させた塗料を透明基材表面に塗布・乾燥することによって容易に形成することができる。またこの場合、細孔の大きさと密度は、微粒子の粒径とバインダ樹脂との比率を変えることによって容易に調節することができる。
【００１９】
さらに、透明基材がたとえばガラス板のような場合には、その表面にフッ化水素酸の蒸気を接触させて表面を梨地処理するようなエッチング法によっても細孔を形成することが可能である。
【００２０】
本発明において上記のようなインク受容層を有する透明基材に、金属微粒子インクと染料インクを重ねて塗布すると、染料インクは細孔を通って受容層の中に吸収され、細孔に入れない粒子径である金属微粒子インクは、受容層表面に膜を形成する。この結果、染料インクと金属微粒子インクにより形成された膜のピンホールは極めて少ないものとなり、高濃度ＮＤフィルタを製造することができる。
【００２１】
上記細孔を有する透明層における細孔径は非常に重要であり、例えば細孔径が１ｎｍ以下の場合にはこのような染料インク層の浸透層が形成されない。また逆に、細孔径が大きすぎると金属微粒子が細孔内に充填されてしまうため金属微粒子が表面に配列しにくくなる結果、効率的な遮光性能が得られない。したがって、遮光性能のあるNDフィルタを迅速に得るための細孔の大きさは１ｎｍ〜１００ｎｍ、望ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲となるように調節される。
【００２２】
本発明に係る金属微粒子インクは、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａ及び Ｉｎ から選ばれた少なくとも１種の金属微粒子を水または有機溶剤に分散させて得られる。使用する金属微粒子としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｎなどが特に望ましい。
【００２３】
上記の金属微粒子としては、蒸着あるいはスパッタして得られた金属粒子のクラスタ、有機金属粒子を分解して析出させた金属微粒子、あるいは金属イオンを含む溶液中に還元剤を添加して析出させた金属微粒子などに保護膜を被覆して作製した金属微粒子が適している。この保護膜を被覆した金属微粒子は、水または有機溶剤中で極めて安定に分散する。これらの保護膜を被覆した金属微粒子のうち、金属イオンを含む溶液中に還元剤を添加して金属微粒子を析出させた保護膜を被覆した金属微粒子は、特に水やアルコールあるいはアクリル系モノマーなどの親水性分散媒中に安定な分散体を与える。典型的な金属微粒子の一つである銀微粒子は、たとえば硝酸銀の水溶液中に櫛型ポリマーに代表されるような分散剤を共存せしめた中に、第3級アミンを加えて徐々に注下して銀粒子が析出せしめることにより得られる。析出した銀微粒子の表面には、ただちに櫛型ポリマーが吸着して保護コロイド層が形成され、粒径１〜１００ｎｍ の粒度範囲で平均粒径２０ｎｍ程度の粒度分布のシャープな銀微粒子の分散液を容易に得ることができる。得られた銀微粒子液は、たとえば限外ろ過によって硝酸イオン及び余剰の櫛型ポリマーを除去したのち、所望濃度に濃縮して用いる。
【００２４】
このようにして得られた金属微粒子の分散性は非常に安定で常温下、密栓状態で1年間以上保存しても凝集あるいは沈殿して固形化するような問題は生じないのみならず、高固形分であっても低粘度を示すので、高濃度の金属微粒子インクをインクジェットプリンターでも使用することができる。
【００２５】
遮光性と、分散安定性の観点から、金属微粒子の粒径は０．５〜３００ ｎｍ 、望ましくは１〜１００ ｎｍの範囲のものが適しており、粒径が０．５ｎｍより小さい粒子で作製された金属微粒子のインクでは十分な遮光性が得られず、また粒径が３００ｎｍより大きい粒子で作製された金属微粒子のインクでは粒子の分散安定性を維持することが困難となる。
【００２６】
また、あらかじめ金属微粒子を酸化や硫化等の処理をすることによって、黒色等に着色した金属微粒子を分散させた金属微粒子インクはより効果的な遮光性能が得られる。
【００２７】
上記の黒染料インクは直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料、反応染料、媒染・酸性媒染染料、アゾイック染料、硫化・硫化建染染料、建染染料から選ばれた少なくとも１種の黒染料を水または有機溶剤に分散させて得られる。使用する黒染料としては直接染料系、酸性染料系、分散染料系、反応染料系などが特に望ましい。黒染料インクは、分散媒及び溶剤１００重量部に対してこれらの染料の少なくとも１種を１〜４０重量部含有するように調製される。なお、光源が特定波長の色相を持つものの場合には、黒染料に変えてその光源特有の波長を少なくとも９９％吸収する染料であれば、黒染料以外の色相の染料も使用可能である。
【００２８】
通常、インク中には金属微粒子が１ｗｔ％〜5０ｗｔ％望ましくは５ｗｔ％〜３０ｗｔ％、黒染料が１ｗｔ％〜３０ｗｔ％望ましくは３ｗｔ％〜１０ｗｔ％を含有するように調節されるが、これを水やアルコールなどの有機溶剤に分散させたものの粘度は１０ｃＰ 以下であり、インクジェット装置を使用して塗布するのに適している。印刷版を用いて塗布する場合にはあまりにも低粘度であるため、水溶性樹脂あるいは樹脂エマルションと混合してその粘度を １０ｃＰ〜２００ｃＰ の範囲に調節する。
【００２９】
上記インクを透明基材表面に塗布して遮光パターンを形成するための塗布方法としては、静電塗装印刷、インクジェット印刷、電子写真印刷、凹版印刷などを適用可能であるが、インクの塗布量を制御できるインクジェット装置が好適している。インクジェット装置はサーマル方式・ピエゾ方式のいずれも使用可能である。インクジェット装置によるＮＤフィルタの作成方法としては、透明基材上にインクジェット装置から吐出されるインク量によって所望する濃淡を有する遮光パターンが塗布される。塗布するインクは金属微粒子インクと黒染料インクを、個別の又は同一のインクカートリッジから吐出せしめることによって塗布できる。ちなみに、インクジェット方式によるインクの吐出量は、コンピュータ制御により非常に高い精度で制御可能であるから、例えば予め作成した原稿パターンをスキャナーで読み取り、この原稿パターンに忠実に透明基材上に印刷パターンを形成することができる。また、他の印刷法とは異なり、一旦パターンを読取れば、ただの一枚でも特別な作業の段取りを必要とすることなく、透明基材上に印刷することが可能である。
【００３０】
なお、凹版印刷は通常グラビア印刷の印刷版に用いられており、本発明の高輝度光源用ＮＤフィルタをこの方法で制作することも可能であるが、必ずしもこのような方法に限定されるものではない。すなわち、凹版の印刷版には基材のインク吸収量に応じて適量のインクを供給し、この版を透明基材表面に押圧することによって基材上には所望厚みのインク層からなる遮光パターンを形成することも可能である。
【００３１】
このようにして各種の方法で形成されたＮＤフィルタの遮光パターンは、自然乾燥、紫外線あるいは熱線を照射して透明基材に定着させる。透明基板の表面に細孔が存在する場合、塗布されたインク量は、定着時に細孔に浸入した樹脂バインダ及び樹脂エマルション量が細孔の吸収能力以上の量となって細孔からあふれ出ない量に調節する。このようにして得られた乾燥・定着工程後の遮光パターンでは、塗布されたパターンの表面上に、遮光効果のある金属微粒子が配列しており、黒染料はこの金属微粒子層の下もしく基板表面に細孔が存在する場合は細孔内に存在する。金属微粒子のみのインクパターンではピンホールやインク層の厚さの関係から高輝度光源に対して十分な遮光効果が得られないが、本発明においては、黒染料による遮光効果と組み合わせることによって赤外光域でＮＤ値０〜４．５、可視光域でＮＤ値０〜６と解像度の高い光量調節のできるＮＤフィルタを単純で設備コストの安い製造費工程で高い生産性のもとに生産することができる。
【００３２】
本発明における遮光膜を構成する塗膜のパターンは、用途によって、各種のパターンとすることができる。
【００３３】
例えば、移動距離の検出等の用途に用いる場合には、連続的に濃度が変化する帯状のパターン、回転角の検出には連続的に濃度が変化する円弧状、開螺旋状又は放射状のパターン、その他バーコード状、散点状、中心から外側へ連続的に濃度が変化する円状等任意の形状に形成することが可能である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば可視光域でＮＤ値０〜６．３、赤外光域でＮＤ値０〜４．６という広い濃度勾配を有するＮＤフィルタを簡便に製造することが出来る。例えば透明基材の両面にＮＤフィルタを作製したり、２枚重ねることで、ＮＤ値０〜１１程度の１０１１倍という広い光量調節も可能である。また金属微粒子インクを使用していることで、さらに長波長の光源の高輝度光源用ＮＤフィルタとしての応用も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００３６】
厚さ０．１ｍｍのＰＥＴ透明フィルムに、インク受容層としてアルミナ微粒子を主材とした３０μｍ厚の多孔質膜を形成した透明基材上に、Ａｇ微粒子０．１ｗｔ％、１ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％を含有するインク（Ａｇの平均粒子径１０ｎｍ、保護コロイド樹脂５ｗｔ％、水分散体）と黒染料含有量５ｗｔ％を含有するインク（反応染料：Reactive Black ３１）とをそれぞれのインク供給装置に入れ、サーマル式のインクジェット装置を用いて同じ吐出量で重ねて遮光パターンを形成した。その後８０℃で１時間乾燥させ、可視光の光束径０．２ｍｍφ及び５０ｍｍφで最大濃度を測定した。測定結果を図１に示す。図中、Ａ１は光束径０．２ｍｍφで未焼成状態、Ａ２は光束径０．２ｍｍφで焼成後、Ｂ１は光束径５０ｍｍφで未焼成状態、Ｂ２は光束径５０ｍｍφで焼成後に、それぞれ測定した結果である。図１の結果に示されるように、ＮＤ値は最大５．５と６．３とすぐれた遮光性が得られた。
【実施例２】
【００３７】
実施例１と同じ透明基材上に、Ａｇ微粒子２５ｗｔ％と黒染料含有量５ｗｔ％を含有するインクをサーマル式のインクジェット装置を用いて、薄い濃度から絶縁コイル濃度まで連続的に変化する帯状の遮光パターンを形成した。その後、８０℃で１時間乾燥させ、５μｍ厚の透明ＰＥＴフィルムに５μｍ厚のアクリル樹脂接着剤が均一塗布されている保護フィルムでラミネートして長さ１２０ｍｍにわたって連続した濃度勾配を有するＮＤフィルタを得た。このＮＤフィルタについて波長８５０ｎｍの赤外光、光束２ｍｍφで濃度勾配を測定した。測定結果を図２に示す。図２の結果に示されるように、ＮＤ値０〜４．６のすぐれた濃度勾配を有することが認められた。
【実施例３】
【００３８】
厚さ０．１ｍｍのＰＥＴ透明フィルム上に、Ａｇ微粒子４０ｗｔ％と黒染料含有量1ｗｔ％とを含有するインクを膜厚５μｍのグラビアコーターで塗布した。その後、８０℃で１時間乾燥させ、可視光の光束径０．２ｍｍφ及び５０ｍｍφで最大濃度を測定したところＮＤ値は最大４．５と５．６とすぐれた遮光性が得られた。
【比較例１】
【００３９】
実施例1と同じ透明基材上にＡｇ微粒子４０ｗｔ％のインクをサーマル式のインクジェット装置を用いて、実施例１と同様の条件で塗布、乾燥させた。可視光の光束径０．２ｍｍφ及び５０ｍｍφで最大濃度を測定したところＮＤ値は最大２．５と３．１であり、Ａｇ微粒子のみの塗布層では十分な遮光性が得られなかった。
【比較例２】
【００４０】
実施例1と同じ透明基材上に黒染料含有量３０ｗｔ％のインクをサーマル式のインクジェット装置を用いて、実施例１と同様の条件で塗布、乾燥させた。可視光の光束径０．２ｍｍφ及び５０ｍｍφで最大濃度を測定したところＮＤ値は最大１．３と１．７であり、黒染料のみの塗布層では十分な遮光性が得られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１で形成したＮＤフィルタの遮光性を示すグラフ
【図２】本発明の実施例２で形成したＮＤフィルタの遮光性を示すグラフ
【図１】
2007219396.tif 000003
【図２】
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