(57)【要約】【課題】少なくとも誘電体膜積層構造とコロイド結晶層とからなり、帯域透過領域と遮蔽領域とから形成される遷移波長領域を有する光学フィルタにおいて、撮影環境に応じてカット波長を変更できる光学フィルタ及び、該光学フィルタを有する光学撮像系を提供する。【解決手段】基板上に誘電体膜を複数層積層した誘電体膜積層構造とコロイド粒子が規則的に配列したコロイド結晶層とを有する光学フィルタ部材を備え、前記光学フィルタ部材は、前記コロイド結晶層によって決定される透過帯と反射帯との遷移波長領域を有し、前記コロイド結晶層は外部刺激に応じ、反射波長領域が変化することを特徴とする。【選択図】図１
2017003843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に誘電体膜を複数層積層した誘電体膜積層構造とコロイド粒子が規則的に配列したコロイド結晶層とを有する光学フィルタ部材を備え、
前記光学フィルタ部材は、前記コロイド結晶層によって決定される透過帯と反射帯との遷移波長領域を有し、前記コロイド結晶層は外部刺激に応じ、反射波長領域が変化することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
前記コロイド結晶層はコロイド粒子が刺激応答性高分子に規則的に配列された構成となっていることを特徴とした請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項３】
外部刺激付与機構を有することを特徴とした請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
前記コロイド結晶層が、光波長６００〜８００ｎｍの間に反射率のピークを有することを特徴とした請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項５】
前記光学フィルタが赤外カットフィルタであることを特徴とした請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項６】
前記コロイド結晶層が、ブラッグの反射条件の頃なる複数のコロイド結晶層が形成されていることを特徴とした請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項７】
前記コロイド粒子の粒径が可視光波長４００ｎｍ以下であることを特徴とした請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項８】
前記誘電体膜積層構造が少なくとも一つ遷移波長領域を決定することを特徴とした請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項９】
誘電体膜積層構造と前記コロイド結晶層がともに少なくとも１つの遷移波長領域を有し、
前記光学フィルタ部材は、前記コロイド結晶層により形成される遷移波長領域が、前記誘電体膜積層構造によって形成される遷移波長領域よりも長波長側に存在することを特徴とした請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項１０】
開口を形成する絞り羽根と、前記開口内に進退自在な請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学フィルタと、前記光学フィルタを駆動する駆動部とを有することを特徴とする光量調節装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光量調整装置を搭載した撮像光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の波長領域の透過を遮蔽する光学フィルタ、及び、光学フィルタを搭載した光量調節装置並びに撮像光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラやビデオカメラなどの撮像光学系は、撮像光学系を透過してきた光を電気信号に変換する、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等から成る撮像素子を有する。撮像素子は、人の目の感度特性とは異なる特性を有しており、従来からこの感度特性を人の目の感度に極力合わせるために所望の光波長の透過を制限する光学フィルタが設けられている。例えば赤外カットフィルタや紫外線カットフィルタ等が撮像光学系に配置される。
【０００３】
これらの光学フィルタは、所望の光波長の光を吸収する染料や顔料などからなる光吸収タイプと、屈折率の異なる薄膜積層体によって所望の光波長を反射する干渉タイプとの２つに大別されるが、小型・薄型・分光特性を考慮し、カメラ等の撮像光学系には干渉タイプの光学フィルタが広く用いられている。干渉タイプの光学フィルタは一般的に、基板上に真空蒸着法やＩＡＤ法、イオンプレーティング法、スパッタ法等により屈折率の異なる複数の薄膜を積層することで形成される。
【０００４】
撮像素子は、特に近赤外光波長における感度が強く、この光波長領域において、人の目の感度と大きく異なる。このため、赤外カットフィルタは透過帯域と不透過帯域との遷移波長領域における光学特性が非常に重要となり、この特性は主に透過帯域の透過率と反射率とが略同等となる波長（以下ＩＲ半値波長）によって管理される。
【０００５】
近年は、撮像素子の高感度化に伴い、撮影条件の微妙な変化も画質に与える影響が大きくなってきており、撮像素子に入射する光量を撮影条件に合わせて調整することが求められてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１３１１１３号公報
【特許文献２】特開２００３−９８３４２号公報
【特許文献３】特開２００８−３２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、撮像光学系に赤外遮蔽領域の異なる複数の赤外カットフィルタを有する光学系が開示されている。しかしながら、特許文献１の光学系では、撮影環境に合わせて赤外遮蔽領域を変化させることはできるが、光学フィルタが複数枚必要であり、また、それぞれの光学フィルタに駆動部が必要なため、光学系の大幅な大型化を引き起こす。
【０００８】
特許文献２では、１つの基板上に、分光特性の異なる複数の誘電体積層領域を有する光学フィルタとその製造方法について開示されている。しかしながら、特許文献２では、誘電体膜成膜時の成膜速度などの調整が必要であり、制御が困難である上に、光学薄膜設計上の制限もあり、所望の光学特性を得るのは非常に困難である。また、光学フィルタ状に複数の領域が必要となり、大型化を引き起こす虞がある。
【０００９】
特許文献３では、膨張収縮材に規則的に配列されたコロイド結晶層からなる赤外反射部材が開示されている。特許文献３の赤外反射部材は、外部刺激を与え、膨張収縮材の体積変化を引き起こすことで、コロイド結晶層の面間隔が変化させ、ブラッグの反射条件によって決定される反射する波長領域を調整する事ができる。しかしながら、コロイド結晶層によって反射できる波長領域は狭帯域であり、カメラ等の撮像光学系に搭載される光学フィルタに求められる光学特性を満たすのは非常に困難である。
【００１０】
本発明は、過度な光学系の大型化を引き起こすことなく、カメラ等の撮像光学系に好適に搭載可能な、任意にカット波長を調整できる光学フィルタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光学フィルタは、基板上に誘電体膜を複数層積層した誘電体膜積層構造とコロイド粒子が規則的に配列したコロイド結晶層とを有する光学フィルタ部材を備え、前記光学フィルタ部材は、前記コロイド結晶層によって決定される透過帯と反射帯との遷移波長領域を有し、前記コロイド結晶層は外部刺激に応じ、反射波長領域が変化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮影環境に応じて刺激応答性高分子に外部刺激を与え、コロイド結晶層によって決定されるカット波長を変更することで、過度に光学系の大型化を引き起こすことなく、撮像素子に入射する光量を調整する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る光学フィルタの構成図
【図２】誘電体膜積層構造の断面図
【図３】本発明に係る誘電体膜積層構造の分光特性
【図４】本発明に係るコロイド結晶層の断面図
【図５】本発明に係るコロイド結晶層の分光特性
【図６】本発明に係る光学フィルタの分光特性
【図７】本発明に係る光学フィルタの構成例
【図８】誘電体膜積層構造の分光特性
【図９】光学特性のばらついた誘電体膜積層構造の分光特性
【図１０】本発明に係る光学フィルタの分光特性
【図１１】本発明に係る撮像光学系
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図を基に本発明の光学フィルタを詳細に説明する。
【００１５】
（実施例１）
本発明に係る光学フィルタの構成を図１に示す。本発明の光学フィルタは基板上に少なくとも誘電体膜積層構造とコロイド結晶層とが形成されている。誘電体膜積層構造は屈折率の異なる誘電体膜を積層して形成される。誘電体膜積層構造は所望の光波長を透過あるいは反射させる機能を有する。一方、コロイド結晶層は、刺激応答性高分子にコロイド粒子が規則的に配列された構造となっている。刺激応答性高分子は、外部刺激に応じ、液体保持材より液体を吸収し体積を変化させることができる。コロイド結晶層は刺激応答性高分子の体積変化によってブラッグの反射条件による反射波長領域を調整する事ができる。光学フィルタは、透過帯域と遮蔽領域との遷移波長領域を有し、少なくとも１つの遷移波長領域に存在する半値波長はコロイド結晶層によって決定される。
【００１６】
＜基材＞
本実施例では基材としてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を用いたが、実質的に透明な基材であればこれに限らず、ＰＥＴ以外のポリエステル系、ポリエーテル系、アクリル系、スチレン系、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ポリスルホン、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリイミド系、ノルボルネン系、フッ素系樹脂等の種々のプラスチック基板を使用することもでき、また有機成分と無機成分からなる有機−無機ハイブリッド基板やガラス基板を用いても良い。ここで、実質的に透明とは、光学フィルタの透過帯域における光吸収率が３０％以下であることを示す。誘電体膜積層構造やコロイド結晶層形成による熱応力や膜応力による変形、耐熱性、吸水性を考慮するとノルボルネンやポリイミド系が最適な基材の１つである。なお、本実施例で使用したＰＥＴ基板の厚みは１００μｍのものを使用しているが、剛性を保てる範囲で極力薄い方が良く、基材の材質にもよるが、好ましくは２０μｍ〜２００μｍ、更に好ましくは２５μｍ〜１００μｍである。
【００１７】
＜誘電体膜積層体＞
本発明の誘電体膜積層構造は図２で示すような屈折率の異なる複数の薄膜によって形成されており、本実施例では、低屈折率層としてＳｉＯ２、高屈折率層としてＴｉＯ２を用いている。本実施例でＳｉＯ２とＴｉＯ２を用いたのは、低屈折率層と高屈折率層との現実的な組合せにおいて、最も屈折率差が大きい組合せの１つであり、所望の光学特性を得るために必要となる薄膜の積層数を少なくできるためである。本実施例で用いた材料以外にも、低屈折率層としてはＭｇＦ２など、高屈折率層５としてはＮｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｔｉ２Ｏ７（ＬａＴｉＯ３）、などが一般的に使用さる。また、低屈折率層と高屈折率層の中間的な屈折率を有する中間屈折率材料（例えばＡｌ２Ｏ３，ＭｇＯなど）を用いても良く、成膜方法や所望の分光特性に応じて任意に材料を選択可能である。
【００１８】
次に、誘電体膜積層構造の分光特性について説明する。
【００１９】
誘電体膜積層構造は図３に示すように所望の光波長領域に遮蔽領域を有しており、この遮蔽領域の中心波長をλとしたとき、誘電体膜の光学膜厚がλ／４程度ずつ、具体的には０．７〜１．３λ／４程度の薄膜を積層した構成を基本構成としている。但し、透過帯域のリップルを低減するためにλ／４から大きく離れた層を有していても良い。ここで光学膜厚とは、薄膜の屈折率をｎ、物理膜厚ｄとしたとき、ｎ×ｄで表される。誘電体積膜積層構造は所望の分光特性を得るために２０〜４０層程度の積層数を有する。プラスチック基板を用いる場合は、成膜時に発生する熱による基板の変形を抑制するために、冷却機構を有する成膜装置を用いることが有効である。本実施例では、真空蒸着法により誘電体膜積層構造を形成したが、ＩＡＤ法、イオンプレーティング法、スパッタ法などで形成可能であり、これに限られるものではない。特に、誘電体膜積層構造形成後の分光変化を低減するには、ＩＡＤ法やイオンプレーティング法などのようにアシストを加えながら成膜する事が好ましい。誘電体膜は大気中に含まれる水分が膜中に浸入することで、見かけ上の屈折率が大きくなり、分光特性が変化してしまうが、前述のアシストを利用した成膜方法を用いることで誘電体膜の密度が向上し、誘電体膜に取り込まれる水分が少なくなり、長期にわたり安定した分光特性を維持することができる。
【００２０】
＜コロイド結晶層＞
本実施例ではコロイド粒子として粒子径２５５ｎｍのコロイド粒子を用いた。なお、コロイド粒子は、屈折率１．４５の二酸化ケイ素粒子を用いた。二酸化ケイ素粒子に限らず実質的に透明であれば、アクリル系やポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、塩化ビニルなどの樹脂系粒子や、ホウケイ酸ガラス、ニオブ酸リチウム、二酸化チタン、酸化イットリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、セレン化亜鉛、臭ヨウ化タリウム、ダイアモンドなど様々な材料を使用することができる。これらのコロイド粒子は単体でも２種類以上の混合体であっても良い。また、粒子が中空となっているものを用いることもできる。なお、これらのコロイド粒子はコア粒子をコアシェル層によって被覆したものであっても良い。また、コロイド粒子の配列は、面心立方、体心立方、単純立方などの任意の充填構造をとることができる。
【００２１】
コロイド結晶層は図４のようになっており、その反射特性はブラッグの反射条件によって決まる。ブラッグの反射条件によるコロイド結晶層の反射波長のピーク波長（λｐ）は、コロイド結晶層の格子面距離（ｄ）、コロイド結晶層の屈折率（ｎａ）、コロイド結晶層に入射する光の入射角度（θ）より、式１で表される。
【００２２】
λｐ＝２ｄ（ｎａ２−ｓｉｎ２θ）１/２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１
【００２３】
ここで、ｎａはコロイド粒子の屈折率（ｎｓｐｈｅｒｅ）、コロイド粒子の保持材の屈折率（ｎｖｏｉｄ）、コロイド粒子の体積占有率（ｆ）により、式２によって与えられる。
【００２４】
ｎａ＝（ｎ２ｓｐｈｅｒｅｆ＋ｎ２ｖｏｉｄ（１−ｆ））１/２・・・・・・・・・・・・式２
【００２５】
本実施例では、コロイド粒子径２５５ｎｍとしているが、式１と式２より、所望の光波長領域に反射ピークが現れるような任意の格子面間隔ｄを得られる粒子径とする事ができる。但し、コロイド粒子径は可視光波長よりも小さい粒子径とすることが好ましい。可視光波長よりもコロイド粒子が大きくなると、可視光波長領域においてコロイド粒子による光の拡散が発生し、ヘイズ値が高くなり、カメラ等に搭載された場合、画質の劣化を引き起こす虞がある。ここで可視光波長とは４００〜７００ｎｍを指す。また、コロイド粒子の屈折率（ｎｓｐｈｅｒｅ）に関しても、式１と式２より、所望の光波長領域に反射ピークがくるように保持材の屈折率（ｎｖｏｉｄ）や、コロイド粒子の体積占有率（ｆ）などのパラメータを考慮し、任意の値を選択できる。  
【００２６】
コロイド結晶層の厚みは任意の反射率を発生できる厚みとして良く、また必要に応じてブラッグの反射条件の異なるコロイド結晶層を膜厚方向に複数層積層しても良い。反射ピーク波長の強度は、コロイド層の厚みが厚いほど強いピークとなる。また、ブラッグの反射条件の異なる複数のコロイド結晶層を設けることで、コロイド結晶層による反射波長領域を広くすることができる。
【００２７】
コロイド結晶層の形成には、本実施例ではバーコーター法を用いたが、スピンコーター法やディップコート法などが好適に用いることができ、またこれらの方法に限らず既存の様々な方法で形成しても良い。
【００２８】
＜刺激応答性高分子＞
刺激応答性高分子とは、ｐＨ、熱、光、電場などの刺激に応答し、水分を吸収又は放出することによりその体積を変化させる高分子のことを指す。
【００２９】
ｐＨによって体積変化を発現する刺激応答性高分子としては、ポリ（メタ）アクリル酸の架橋物やその塩；（メタ）アクリル酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその塩；ポリマレイン酸の架橋物やその塩；マレイン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその塩；ポリビニルスルホン酸の架橋物やビニルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物；ポリビニルベンゼンスルホン酸の架橋物やその塩；ビニルベンゼンスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその塩；ポリアクリルアミドアルキルスルホン酸の架橋物やその塩；アクリルアミドアルキルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその塩；ポリジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドの架橋物や４級化物や塩；ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドと（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその４級化物や塩；ポリジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドとポリビニルアルコールとの複合体の架橋物やその４級化物や塩；ポリビニルアルコールとポリ（メタ）アクリル酸との複合体の架橋物やその塩；カルボキシアルキルセルロース塩の架橋物、ポリ（メタ）アクリロニトリルの架橋物の部分加水分解物やその塩；などが挙げられる。
【００３０】
熱によって体積変化を発現する刺激応答性高分子としては、下限臨界共融温度をもつ高分子の架橋体や、水素結合する２成分の高分子からなる相互侵入網目構造体などが挙げられ、下限臨界共融温度をもつ高分子の架橋体としてはポリＮ−イソプロピルアクリルアミドなどのポリ〔Ｎ−アルキル置換（メタ）アクリルアミド〕の架橋体；Ｎ−アルキル置換（メタ）アクリルアミドと、（メタ）アクリル酸およびその塩、（メタ）アクリルアミド、または（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどと、の２成分以上の共重合体の架橋体；ポリビニルメチルエーテルの架橋体；メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのアルキル置換セルロース誘導体の架橋体；などが挙げられる。一方、相互侵入網目構造体としては、ポリ（メタ）アクリルアミドの架橋体と、ポリ（メタ）アクリル酸の架橋体と、からなる相互侵入網目構造体およびその部分中和体；ポリ（メタ）アクリルアミドを主成分とする共重合体の架橋体と、ポリ（メタ）アクリル酸の架橋体と、からなる相互侵入網目構造体およびその部分中和体；などが挙げられる。より好ましくは、ポリ〔Ｎ−アルキル置換〕アクリルアミドの架橋体、または、ポリ（メタ）アクリルアミドの架橋体と、ポリ（メタ）アクリル酸の架橋体との相互侵入網目構造体およびその部分中和体などが挙げられる。
【００３１】
光によって体積変化する刺激応答性高分子としては、ビニル置換トリアリールメタンロイコ誘導体と（メタ）アクリルアミドとの共重合体の架橋物などが挙げられる。
【００３２】
電場により体積変化する刺激応答性高分子としては、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどアミノ置換（メタ）アクリルアミドの架橋物；ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレートやジメチルアミノプロピルアクリレートなどの（メタ）アクリル酸アミノ置換アルキルエステルの架橋物；ポリスチレンの架橋物；ポリビニルピリジンの架橋物；ポリビニルカルバゾールの架橋物；ポリジメチルアミノスチレンの架橋物；などが挙げられる。
【００３３】
上述の高分子以外にも刺激応答性高分子として、磁場やイオン濃度などに反応し体積変化を引き起こすものを使用することも可能である。なお、刺激調整の簡易性などを考慮すると、電場応答性の刺激応答性高分子であることが好ましい。
【００３４】
刺激応答性高分子のゲル化のために、活性化エネルギーによってゲル化を開始する開始剤を用いても良い。活性エネルギー線、例えば、熱線や紫外線、可視光線、電子線などを用いることができ、その照射量はゲル化が進行するエネルギー量であれば良い。
【００３５】
熱重合開始剤としては、過酸化ベンゾイル、ｔ−ブチルパーベンゾエイト、クメンヒドロパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−ｎ−プロピルパーオキシジカーボネート、ジ（２−エトキシエチル）パーオキシジカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ブチルパーオキシビバレート、（３，５，５−トリメチルヘキサノイル）パーオキシド、ジプロピオニルパーオキシド、ジアセチルパーオキシド、２，２−アゾビスイソブチロニトリル、２，２−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、１，１−アゾビス（シクロヘキサン−１−カルボニル）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２−アゾビス（２，４−ジメチル−４−メトキシバレロニトリル）、ジメチル２，２−アゾビス（２−メチルプロピオネート）、４，４−アゾビス（４−シアノバレリック酸）、等が挙げられるが、これらに限定されるものでなく、単独又は複数で用いても良い。
【００３６】
光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、ベンジル、４，４−ジメチルアミノベンゾフェノン、２−クロロチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン、ベンゾインエチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン、１−ヒドロキシシクヘキシルフェニルケトン、テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、ヒドラゾン、α−アシロキシムエステルなどが挙げられるが、これらに限定されるものでなく、単独又は複数で用いても良い。
【００３７】
また、コロイド結晶層には光学フィルタの遮蔽領域に光吸収を有する色素が分散されていても良い。コロイド結晶層に色素を分散することで、光学フィルタの遮蔽領域を形成する誘電体膜積層構造の積層数を減らすことが可能となる。色素としては、光学フィルタの透過領域において実質的に透明であれば、シアニン系、アゾ系、フタロシアニン系、ナフタロシアニン系、ジイモニウム系、ポリメチン系、アンスラキノン系、ナフトキノン系、トリフェニルメタン系、アミニウム系、ピリリウム系、スクワリリウム系等の色素が好適に利用可能であり、またこれらを２種類以上混合して用いることもできる。
【００３８】
また、コロイド結晶層には、酸化防止剤や紫外線吸収材などの安定剤が分散されていても良い。これらの安定剤は、光学フィルタの分光・物性などの経時変化を低減する効果を有し、特に紫外線に弱いＰＣなどのプラスチック基板を用いたときや、コロイド結晶層に染料などの光吸収剤を添加したときなどには効果的である。酸化防止剤としては、フェノール系、ビンダードフェノール系、アミン系、ビンダードアミン系、硫黄系、リン酸系、亜リン酸系等が挙げられ、紫外線吸剤としては、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、ベンゾエート系等が挙げられるが、これらに限定されたものではない。また、これらの酸化防止剤や紫外線吸収剤は単独又は複数を混合して用いてもよい。
【００３９】
刺激応答性高分子の収縮時・膨張時の体積比は、所望のブラッグの反射条件を得られれば、特に限定されないが、できるだけ大きいほうがよく、また、収縮・膨張の反応が可逆変化であることが好ましい。
【００４０】
＜刺激付与機構＞
本実施例では、外部刺激として電場を選択し、刺激付与機構として電極を選択した。具体的にはＩＴＯとＣＮＴ（カーボンナノチューブ）を用いている。電極は可能な限り透明性が高いことが好ましく、ＩＴＯやＣＮＴ以外にも、例えばＺｎＯ、ＦＴＯ、やグラフェンなどからなる電極などを好適に用いることができる。また、光学フィルタの分光特性を維持できる膜厚であれば金属薄膜を用いても良い。
【００４１】
なお、刺激付与機構は電場を付与するものに限らず、使用する刺激応答性高分子に応じて、最適な刺激付与機構を設ければよく、イオンや温度、光、磁場などの刺激を付与するものであっても良い。
【００４２】
＜封止材＞
光吸収層は刺激応答性高分子の体積変化に利用する水分の蒸発を低減するため、封止材を設けることが好ましい。封止材としてはアクリル系、エポキシ系、フッ素系樹脂などが使用でき、単層でも複数層でも良い。また、光吸収層との密着性を改善するためにシランカップリング剤などを使用しても良い。
【００４３】
なお、封止材が光学フィルタの光路に挿入される領域の最表層に存在するときは、封止材の厚みを調整し、光学フィルタの反射率が小さくなるように調整する事が好ましい。具体的には，光学フィルタの透過帯域の中心波長をλ（λ＝５５０ｎｍ）、封止材の屈折率をｎｓ、反射防止層の物理膜厚をｄｓとしたとき、ｎｓ×ｄｓが略λ／４となるような厚みとなるように成膜されることが好ましい。ここで、略λ／４とは０．７×λ／４〜１．３×λ／４である
【００４４】
＜光学フィルタの製造方法＞
次に本実施例の光学フィルタの作製方法を説明する。
【００４５】
ＰＥＴ基板上に、蒸着膜を形成する領域に開口を有する成膜マスクをセットする。これを蒸着ドームに配置し、蒸着ドームを蒸着機内にセットし、蒸着機内を排気する。蒸着機内が十分な真空状態となったら、ＳｉＯ２層の蒸着材料が充填された坩堝を電子ビームにより過熱し、基板にＳｉＯ２層を付着させる。ＳｉＯ２を所望の膜厚成膜したら、ＴｉＯ２層の蒸着材料が充填された坩堝を電子ビームで過熱し、同じく所望の膜厚を形成する。任意の層数この作業を繰り返し、所望の分光特性を得る。この際、必要に応じて、蒸着機内に反応性ガスを導入してもよい。誘電体膜積層構造の積層が終わったら、誘電体膜積層構造上に電極であるＩＴＯ膜を形成する。ＩＴＯ膜の成膜が終わったらベントを行い、蒸着機内の圧力を外圧程度とし、基板を取り出す。
【００４６】
次にコロイド結晶層を形成する。電場応答性高分子であるアクリルアミドにＳｉＯ２からなるコロイド粒子とアルコール−水からなる溶媒とを分散させ、これをコロイド結晶層溶液とする。コロイド結晶溶液をスピンコート法によって、コロイド結晶層の膜厚が２５μｍとなるようにＩＴＯ膜上に成膜し、紫外線を照射しゲル化させた。本実施例では、溶媒としてアルコール−水を使用しているが、これに限らず、アセトンやテトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジエチルエーテル、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレンなど刺激応答性高分子やコロイド粒子の特性に合わせて様々な溶媒を単独あるいは複数混合して使用することができる。なお、各工程において必要に応じて架橋剤や重合開始剤などを添加している。
【００４７】
次に、コロイド結晶層上にＣＮＴとポリマーからなるＣＮＴインクをスピンコート法でコーティングし、溶剤によりポリマー成分を除去し、電極とした。なお、ポリマー成分の除去には光焼成処理を用いても良い。
【００４８】
本実施例で作製したコロイド結晶層と光学フィルタに刺激を付与したときの分光特性を図５、図６に示す。本実施例の場合、コロイド結晶層に刺激を与えると、刺激応答性高分子が収縮し、コロイド粒子の格子面間隔ｄが小さくなり、反射ピーク波長は短波長側にシフトする。それに伴い、光学フィルタのＩＲ半値波長も短波長側へシフトする。
【００４９】
本実施例では、図１の構成に限らず、様々な構成が可能である。例えば、図７（ａ）のように誘電体積層構造とコロイド結晶層とを同一面に形成しても良いし、基板の両面にコロイド結晶層を形成しても良い。本実施例によって形成したコロイド結晶層の分光特性、光学フィルタの分光特性はそれぞれ図５、図６のようになっている。
【００５０】
図７（ｂ）のように誘電体膜積層構造を２つ以上に分割して基板の両面に形成しても良い。誘電体膜積層構造を２つ以上に分割して成膜する場合には、例えば図８に示すような分光特性を有する誘電体膜積層構造とすることが考えられる。具体的には、光学フィルタによって遮蔽される波長領域を２つ以上に分割し、それぞれの誘電体膜積層構造に異なる波長領域を遮蔽させることが可能である。誘電体膜積層構造体はそれぞれの遮蔽する光波長における中心波長をλとすると、λ／４程度の光学膜厚を有する屈折率の異なる複数の薄膜から形成される。基板の両面に誘電体膜積層構造を配置することで、誘電体膜積層構造体の膜応力による光学フィルタの反りを低減することが可能である。
【００５１】
なお、複数の誘電体膜積層構造から遮蔽領域を形成する光学フィルタに色素を分散したコロイド結晶層を形成する場合は、それぞれの誘電体膜積層構造の形成する遮蔽領域が重なる領域に光吸収特性を有する色素を用いることが好ましい。本実施例では、図８の第一遮蔽領域と第二遮蔽領域の重なり合う波長領域を指す。誘電体膜積層構造の光学特性は比較的ばらつきやすく、成膜装置の状態などにより分光特性がずれることがある。複数の誘電体膜積層構造から遮蔽領域を形成する場合、それぞれの誘電体膜積層構造の遮蔽領域が重なりあう領域における分光の変化が発生しやすく、例えば図９に示したように、遮蔽すべき赤外光波長の領域の透過率が上がってしまう。コロイド結晶層に含まれる色素にこの波長領域における光吸収を有するものを使用することで、誘電体膜積層構造の成膜ばらつきによる赤外波長領域の透過率向上を効果的に抑制する事ができる。
【００５２】
また、コロイド結晶層による反射波長領域を広げたいときは、図７（ｃ）に示したような、ブラッグの反射条件の異なる複数のコロイド結晶層を膜厚方向に複数層形成することができる。図７（ｃ）では複数のコロイド結晶層が隣接しているが、必ずしも隣接している必要は無く、複数のコロイド結晶層が基板の反対面に配置されていてもよい。
【００５３】
（実施例２）
本発明の光学フィルタは透過帯域と遮蔽領域とにより形成される遷移波長領域を２つ以上有していても良い。このような光学フィルタとしてはＵＶ−ＩＲカットフィルタが挙げられる。２つ以上の遷移波長領域を有する光学フィルタを形成する場合、少なくとも一方を誘電体膜積層構造により決定しても良い。少なくとも一方の遷移波長領域を誘電体膜積層構造により決定する場合は、コロイド結晶層によって決定される遷移波長領域よりも短波長側の遷移波長領域を誘電体膜積層構造によって決定することが好ましい。誘電体膜積層構造の光学膜厚がばらついたとき、一般に長波長側の分光特性のバラツキが大きくなり、例えば、ＵＶ−ＩＲカットフィルタの場合、ＵＶ半値波長に比べ、ＩＲ半値波長のほうがバラツキが大きくなるためである。図１０に、ＵＶ半値波長を誘電体膜積層構造、ＩＲ半値をコロイド結晶層によって決定した、光学フィルタにおいて、コロイド結晶層に刺激を付与したときの分光特性を示す。
【００５４】
（実施例３）
図１１は本発明に係る撮像光学系を示した図である。入射光はレンズ１１、１６〜１９、絞り羽根１２ａ、１２ｂやＮＤフィルタ１３、光学フィルタ１４等から形成される光量調整装置２１を通り、ＣＣＤやＭＯＳセンサから成る撮像素子１９へと入射して電気信号に変換され映像化される。絞り羽根１２ａ、１２ｂの位置情報は光量制御部２０へと伝達され、光量制御部２０は撮像素子１９からの光量情報と絞り羽根１２ａ、１２ｂの位置情報から最適な開口となるように絞り羽根１２ａ、１２ｂを駆動させる。光学フィルタ１４には実施例１や２で作製した光学フィルタが挿入され、光学フィルタは撮像素子に入射する光量によって光学フィルタ１４を自由に駆動させる光学フィルタ駆動部１５によって、光路へ進退させられる。光学フィルタ駆動部１５の駆動は、光量制御部２０によって判断される。具体的には、夜のように光量が不足気味となると、光学フィルタ１４は光路から退避され、赤外光波長の光を積極的に使用した撮影が行われる。一方、昼間のように光量が十分なときには光学フィルタ１４が光学フィルタ駆動部１５によって光路へ挿入される。光学フィルタが光路へ挿入される時、撮影環境の変化によって、撮像素子１９へ入射する光量が変化すると、光量制御部２０によって、光学フィルタのコロイド結晶層に刺激を付与する刺激付与機構に信号が送られる。刺激付与機構はコロイド結晶層を形成する刺激応答性高分子に光量制御部２０より指示された任意の刺激量を付与し、コロイド結晶層の面間隔を適宜変化させ、光学フィルタのカット波長を調整する。具体的には、撮像素子１９に入射する光量を増やしたいときは、刺激応答性高分子に刺激を付与し、光学フィルタ１４のカット波長を短波長側へとシフトさせる。撮像素子１９に入射する光量を減らしたいときは、コロイド結晶層に付与する刺激を減らすまたは刺激付与を止めることで、光学フィルタ１４のカット波長を長波長側へとシフトさせる。
【符号の説明】
【００５５】
１．基板
２、２’．誘電体膜積層構造
３、３’、３’’．コロイド結晶層
４．コロイド粒子
５．誘電体膜（ＳｉＯ２）
６．誘電体膜（ＴｉＯ２）
７．液体供与部
８．刺激付与機構
９．封止材
１１、１６〜１９．レンズ
１２ａ、１２ｂ．絞り羽根
１３．ＮＤフィルタ
１４．光学フィルタ
１５．光学フィルタ駆動部
１９．撮像素子
２０．光量制御部
２１．光量調整装置
【図１】
2017003843.tif 000003
【図２】
2017003843.tif 000004
【図３】
2017003843.tif 000005
【図４】
2017003843.tif 000006
【図５】
2017003843.tif 000007
【図６】
2017003843.tif 000008
【図７】
2017003843.tif 000009
【図８】
2017003843.tif 000010
【図９】
2017003843.tif 000011
【図１０】
2017003843.tif 000012
【図１１】
2017003843.tif 000013