(57)【要約】  光学フィルタの実施例は、法線軸に対して第１の角度遮断範囲θＡＬを有する角度遮断層と、法線軸に対して第２の角度遮断範囲θＩＦを有する、角度遮断層に隣接する干渉フィルタと、を備えることができる。θＩＦとθＡＬは少なくとも部分的に重なり合う。光学フィルタの実施例は、主面の法線軸に対して０°から最大光透過角θＴｍａｘまでの角度を含む所定の光透過ゾーンを有する。光学フィルタの実施例は、θＩＦとθＡＬの和である所定の角度の遮光帯θＢを有する。光学フィルタの実施例は、入射角依存反射帯域を有する干渉フィルタと、吸収帯域を有する吸収層とを備えてもよい。入射角依存反射帯域及び吸収帯域は、少なくとも１つの入射角で少なくとも１つの波長と重なり合ってもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学フィルタが、主面の法線軸に対して０°から最大光透過角θＴｍａｘまでの角度を含む所定の光透過ゾーンを有し、前記光学フィルタは、９０−θＴｍａｘから９０°までの角度を含む所定角度の遮光ゾーンθＢを有する、主面と、
前記法線軸に対して第１の角度の遮光範囲θＡＬを有する角度遮断層と、
前記角度遮断層に隣接する干渉フィルタであって、前記法線軸に対して第２の角度の遮光範囲θＩＦを有し、θＢはθＩＦとθＡＬの和であり、θＩＦとθＡＬは少なくとも部分的に重なり合う、干渉フィルタと、を備える、光学フィルタ。
【請求項２】
θＡＬにおける少なくとも１つの角度は、θＩＦにおける１つの角度より大きい、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項３】
θＩＦにおける少なくとも１つの角度は、θＡＬにおける１つの角度より大きい、請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
θＩＦ及びθＡＬの一方又は双方は波長依存性である、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】
前記干渉フィルタは、複屈折性多層光学フィルム又は等方性フィルムの一方又は双方を含む、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】
前記角度遮断層は、複数の角度制限機構を含む、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】
前記複数の角度制限機構は、プリズム、フレネル構造、フレネルリング、凹部、ルーバ、チャネル、又は微細複製機構、のうちの１つ以上を含む、請求項６に記載の光学フィルタ。
【請求項８】
前記複数の角度制限機構は特性寸法を有し、θＡＬは前記特性寸法と所定の関係を有する、請求項６又は７に記載の光学フィルタ。
【請求項９】
前記特性寸法が小さいほどθＡＬは小さい、請求項８に記載の光学フィルタ。
【請求項１０】
前記角度遮断層は、ターンフィルム又は輝度向上フィルムの一方又は双方を含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項１１】
前記角度遮断層は、所定の光漏れ角度透過ゾーンを有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項１２】
前記干渉フィルタは、反射帯域を含む特有な透過スペクトルを有し、前記反射帯域は、入射角が減少すると低波長にシフトする帯域端を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項１３】
前記干渉フィルタの前記反射帯域は、前記角度遮断層の所定の光漏れ角度透過ゾーンを透過した波長を含む、請求項１２に記載の光学フィルタ。
【請求項１４】
波長選択的吸収材を更に含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項１５】
前記干渉フィルタは前記波長選択的吸収材を含む、請求項１４に記載の光学フィルタ。
【請求項１６】
前記角度遮蔽層は前記波長選択的吸収材を含む、請求項１４に記載の光学フィルタ。
【請求項１７】
前記波長選択的吸収材を含む吸収層を更に備える、請求項１４に記載の光学フィルタ。
【請求項１８】
前記吸収層は、前記干渉フィルタと前記角度遮断層との間にある、請求項１７に記載の光学フィルタ。
【請求項１９】
前記干渉フィルタは、前記吸収層と前記角度遮断層との間にある、請求項１７に記載の光学フィルタ。
【請求項２０】
前記角度遮断層は、前記吸収層と前記干渉フィルタとの間にある、請求項１７に記載の光学フィルタ。
【請求項２１】
入射角依存反射帯域を有する干渉フィルタと、
吸収帯域を有する吸収層であって、前記入射角依存反射帯域と前記吸収帯域が少なくとも１つの入射角の少なくとも１つの波長で重なり合う、吸収層と、を備える、光学フィルタ。
【請求項２２】
前記干渉フィルタは、複屈折性多層光学フィルム又は等方性フィルムの一方又は双方を含む、請求項２１に記載の光学フィルタ。
【請求項２３】
前記干渉フィルタは、前記入射角依存反射帯域を含む特有な透過スペクトルを有し、前記角度依存反射帯域は、入射角が減少すると低い方へシフトする帯域端を有する、請求項２１又は２２に記載の光学フィルタ。
【請求項２４】
前記干渉フィルタの前記角度依存反射帯域は、前記吸収層によって透過される波長を含む、請求項２３に記載の光学フィルタ。
【請求項２５】
前記干渉フィルタは波長選択的吸収材を含む、請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項２６】
前記吸収層は波長選択的吸収材を含む、請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項２７】
角度遮断層を更に含む、請求項２１〜２６のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項２８】
センサと、
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の光学フィルタと、を備えるシステム。
【請求項２９】
光源を更に含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
反射器を更に含み、前記反射器は、鏡面反射面、拡散反射面、又は再帰反射面、のうちの１つ以上を画定する、請求項２８又は２９に記載のシステム。
【請求項３１】
光源と、
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の光学フィルタと、を備えるシステム。
【請求項３２】
反射器を更に含み、前記反射器は、鏡面反射面、拡散反射面、又は再帰反射面、のうちの１つ以上を画定する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
鏡面反射面、拡散反射面、又は再帰反射面、のうちの１つ以上を画定する反射器と、
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の光学フィルタと、を備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学フィルタ及び光学フィルタを含むセンサに関する。本開示はまた、相補的角度遮断領域を有する光学フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学フィルタは、光通信システム、光センサ、撮像、科学及び産業用光学機器、及びディスプレイシステムなどの広範な用途に使用されている。光学フィルタは、光を含む入射電磁放射の透過を管理する光学層を備えてもよい。光学フィルタは、入射光の一部を反射又は吸収し、入射光の別の部分を透過させることができる。光学フィルタ内の光学層は、波長選択性、光透過率、光学的透明性、光学ヘイズ、及び屈折率が異なってもよい。
【０００３】
シリコン光センサ及びＣＭＯＳイメージセンサを含む、上記の用途に使用することができるさまざまな種類の光センサがある。これらのセンサは、可視及び近赤外にまたがるスペクトル感度機能を有し、これは上記の範囲にわたって均一ではない。光センサは広いスペクトル感度機能を有するので、周囲の光源は光ノイズを発生させ、センサの機能を妨害する恐れがある。望ましくない光は、太陽、白熱灯、ＬＥＤ、ＯＬＥＤなどを含む多数の周囲光源から到来する可能性がある。問題を引き起こす周囲光源に加えて、センサを含む光学システム内の光源が問題を引き起こす恐れがある。例えば、パルス酸素濃度計は、血液の酸素化又は脱酸素化を感知するデバイスである。これらのデバイスは、２つの異なる波長で発光する２つのＬＥＤ、及び各ＬＥＤと対になった２つの異なるセンサを有することができる。この場合、第１のＬＥＤからの光が第２のセンサと干渉する恐れがあるため、センサが誤ったＬＥＤからの光を受光しないようにする光学フィルタによって、この干渉を低減することができる。
【発明の概要】
【０００４】
一実施例では、本開示は、主面を含む光学フィルタの実施例を説明する。光学フィルタの実施例は、主面の法線軸に対して０°から最大光透過角θＴｍａｘまでの角度を含む所定の光透過ゾーンを有する。光学フィルタの実施例は、９０−θＴｍａｘから９０°までの角度を含む所定角度の遮光ゾーンθＢを有する。光学フィルタの実施例は、法線軸に対して第１の角度の遮光範囲θＡＬを有する角度遮断層を含んでいる。光学フィルタの実施例は、角度遮断層に隣接する干渉フィルタを含む。干渉フィルタは、法線軸に対して第２の角度の遮光範囲θＩＦを有する。θＢはθＩＦとθＡＬの和である。θＩＦとθＡＬは少なくとも部分的に重なり合う。
【０００５】
一実施例において、本開示は、入射角依存反射帯域を有する干渉フィルタを含む光学フィルタの実施例を説明する。光学フィルタの実施例は、吸収帯域を有する吸収層を含む。入射角依存反射帯域と吸収帯域は、少なくとも１つの入射角の少なくとも１つの波長で重なり合う。
【０００６】
本発明の１つ以上の態様の詳細は、添付の図面及び以下の説明に記載されている。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、明細書及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の上記及び他の態様は、以下の「発明を実施するための形態」において、添付の図面を併せて読むことによって、より明らかとなる。
【０００８】
【図１Ａ】角度遮断層の実施例の角度透過率を示すチャートである。
【図１Ｂ】角度遮断層の実施例の角度透過率を示すチャートである。
【０００９】
【図１Ｃ】入射角の変化に伴う、干渉フィルタの実施例の帯域シフトの概念図である。
【００１０】
【図２Ａ】凹状構造を含む物品の実施例の概念的かつ概略的な横断面図である。
【図２Ｂ】凹状構造を含む物品の実施例の概念的かつ概略的な横断面図である。
【００１１】
【図２Ｃ】凹状構造及び干渉フィルタを含む物品の実施例の概念的かつ概略的な横断面図である。
【００１２】
【図２Ｄ】凹状構造のみを含む物品と比較した、凹状構造と干渉フィルタを含む物品の薄型化の概念的かつ概略的な側面断面図である。
【００１３】
【図３Ａ】吸収層の実施例の透過スペクトルを示すチャートである。
【図３Ｂ】吸収層の実施例の透過スペクトルを示すチャートである。
【図３Ｃ】吸収層の実施例の透過スペクトルを示すチャートである。
【００１４】
【図４Ａ】角度遮断層、干渉フィルタ、及び吸収層を含む光学フィルタの実施例の概略的及び概念的な分解断面図である。
【図４Ｂ】角度遮断層、干渉フィルタ、及び吸収層を含む光学フィルタの実施例の概略的及び概念的な分解断面図である。
【００１５】
【図４Ｃ】角度遮断層を含む光学フィルタの実施例の概略的かつ概念的な分解断面図であり、傾斜した通過ゾーンを有する。
【００１６】
【図４Ｄ】角度遮断層及び干渉フィルタを含む光学フィルタの実施例の概略的かつ概念的な分解断面図であり、拡張された遮断ゾーンによって画定される傾斜した通過ゾーンを有する。
【００１７】
【図５Ａ】４Ａの光学フィルタの実施例による角度透過及び角度遮断の概略的かつ概念的な図である。
【００１８】
【図５Ｂ】図５Ａの光学フィルタの実施例による角度透過及び角度遮断の概略的かつ概念的な図である。
【００１９】
【図５Ｃ】光学フィルタの実施例による角度透過及び角度遮断の概略的かつ概念的な図である。
【００２０】
【図６Ａ】干渉フィルタと吸収層とを含む光学フィルタの実施例の入射角の変化に伴う帯域シフトの概念図である。
【００２１】
【図６Ｂ】多層光学フィルム干渉フィルタ、染料フィルタ、及び多層光学フィルム干渉フィルタと染料フィルタとの組み合わせを含む物品による光の透過及び遮断を比較する写真である。
【００２２】
【図７Ａ】図６Ｂの多層光学フィルム干渉フィルタの実施例の透過スペクトルを示すチャートである。
【００２３】
【図７Ｂ】図６Ｂの吸収層の透過スペクトルを示すチャートである。
【００２４】
【図７Ｃ】図７Ａの干渉フィルタと図７Ｂの吸収層とを含む光学フィルタの実施例の透過スペクトルを示すチャートである。
【００２５】
【図８Ａ】多層光学フィルム干渉フィルタの実施例の透過スペクトルを示すチャートである。
【００２６】
【図８Ｂ】吸収層の実施例の透過スペクトルを示すチャートである。
【００２７】
【図８Ｃ】図８Ａの干渉フィルタ及び図８Ｂの吸収層を含む光学フィルタの実施例の透過スペクトルを示すチャートである。
【００２８】
【図９】光学フィルタ、光源、センサ、及び反射器を含むシステムの実施例を示す概略的かつ概念的な図である。
【００２９】
本開示の特定の図の特徴は必ずしも原寸に比例して描かれているわけではなく、図は、本明細書に開示されている技法の非排他的な実施例を示していることを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
光学フィルタを使用して、反射光又は透過光のスペクトルを変更することができる。例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ、multilayer optical films）を光学フィルタに使用することができる。ＭＯＦは、多層薄膜技術を用いて作製することができ、ＭＯＦの波長範囲及び他の光学特性は、層の厚さ及び屈折率の範囲の関数とすることができる。光学フィルタはまた、所定の波長の光が透過又は反射される角度を制御するために使用してもよい。
【００３１】
例えばＭＯＦ干渉フィルタのＭＯＦ反射帯域の帯域端の位置の波長が変動すると、入射角又は視野角が変化するにつれて、視覚的に検出され得る光学的アーチファクトをもたらす可能性がある。例えば、特に干渉フィルタを含む光学フィルタの通過ゾーンと消光ゾーンとの間の遷移角において厚さがわずかに変動すると、これが感知される場合があり、これによって遮断角と透過角との間の視覚的に均一な遷移が損なわれる恐れがある。
【００３２】
かかる変動は、角度制限要素、例えば構造化表面フィルムを組み合わせることによって軽減することができる。構造化表面、例えばプリズムフィルムは、通過から遮断への急激な遷移を達成することができるが、遮断ゾーンの反対側にあり得る他の角度で光を漏出することがある。大きな入射角で最小量の漏れを有するプリズムフィルムでさえ、可視光漏れを呈することがある。更に、最小の高角度光放射を有するプリズムフィルムは、通過から遮断への移行角度が特定の用途に望まれるよりも垂直入射から更に遠くに設計されることを必要とする場合がある。加えて、プリズムフィルムは、プリズムの軸を横切る角度に沿って最もよく機能することができ、直交平面に沿ってはあまりよく機能しない。単独で使用した場合、プリズムフィルムは特定の条件下で金属的外観を呈することがある。したがって、プリズムフィルムは、通過から遮断への角度の比較的鋭い遷移を示すことができるが、高角を包含する単一の連続ゾーンを遮断することはできない。
【００３３】
光学フィルタにおいて干渉フィルタを角度制限要素と組み合わせると、それらの各制約を克服することができる。例えば、角度制限要素が干渉フィルタによって示される帯域端の変動を緩和する一方で、干渉フィルタは角度制限要素がブロックし得ない高角度で光透過を効果的に遮断することができる。
【００３４】
本開示に係る光学フィルタの実施例は、狭い波長の光源から検出器への光の角度範囲を制限することができる。いくつかの実施例では、光学フィルタの実施例は、所定の波長帯域内の光の角強度分布を制御することができる。いくつかの実施例では、光学フィルタの実施例は、干渉フィルタ、例えばＭＯＦ干渉フィルタ、及び角度制限要素、例えば角度遮断層を含んでもよい。角度遮断層は、屈折性であってもよく、又は光学現象、例えば吸収によって所定の角度で光を物理的に遮断してもよい。干渉フィルタ及び角度遮断層は、相補的な角度遮断領域を有することができる。例えば、干渉フィルタは、法線に対して第１の範囲の入射角で光の透過を遮断し、角度遮断層は、法線に対して第２の範囲の入射角で光の透過を遮断してもよい。干渉フィルタ及び角度遮断層のうちの一方によって遮断されない少なくともいくつかの角度は、干渉フィルタ及び角度遮断層のうちの他方によって遮断することができる。いくつかの実施例では、干渉フィルタによって遮断された少なくとも１つの角度はまた、角度遮断層によって遮断されてもよい。いくつかの実施例では、干渉フィルタによって遮断される第１の角度範囲及び角度遮断要素によって遮断される第２の角度範囲のうちの一方又は双方は、光の波長に依存してもよい。
【００３５】
本開示に係る光学フィルタの実施例において使用するための角度遮蔽層及び干渉フィルタの光学的特性は、図１Ａ〜図１Ｃを参照して以下に説明する。
【００３６】
図１Ａ及び図１Ｂは、角度遮断層の実施例の角度透過率を示すチャートである。図１Ａは、一方の側に所定のプリズム構造と反対側に平滑面とを備えた３Ｍ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｆｉｌｍ（３Ｍ，Ｓａｉｎｔ  Ｐａｕｌ，ＭＮ）を含む角度遮断層の実施例に関する透過光分布パターンを示すチャートである。図１Ａの角度遮断層の実施例は、法線から約３０°まで延びる法線の周りの光の放射又は透過のゾーンＡＢＮを有し、約３０°を超える光をカットオフし、約３５°を超える光の透過を遮断する。カットオフ角は線ＡＢで示される。しかし、約６０度を超える角度では、光は再び透過する。消光又は遮断の角度の範囲は、領域ＡＢＣに含まれる、即ち約３５°〜６０°である。したがって、図１Ａの角度遮断層の実施例は、ゾーンＣＢＤにおいて光漏れを示す。
【００３７】
図１Ｂは、３Ｍ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ  Ｒｉｇｈｔ  Ａｎｇｌｅ  Ｆｉｌｍ（ＴＲＡＦ）（３Ｍ，Ｓａｉｎｔ  Ｐａｕｌ，ＭＮ）を備えた角度遮断層の実施例に関する透過光分布パターンを示すチャートである。図１Ｂの角度遮断層の実施例は、Ａ１Ｂ１Ｎゾーンにおける光透過、それに続くＣ１Ｂ１Ａ１ゾーンにおける遮断、それに続くＤ１Ｂ１Ｃ１ゾーンにおける高角度光漏れを伴う、図１Ａのものと同様の遮断ゾーンを示す。
【００３８】
光学物品の実施例を参照して説明するように、干渉フィルタは、角度遮断層によって示される光漏れ、例えば、高角度での光漏れを遮断するために使用することができる。
【００３９】
図１Ｃは、入射角の変化に伴って、干渉フィルタの実施例によって示される帯域シフトの概念図である。干渉フィルタは、スペクトル的に選択的であってもよく、透過波長範囲及び反射（又は遮断）波長範囲を有する。これら２つの範囲の間の遷移点は「帯域端」である。反射帯域は、光の入射角が法線から斜めに変化するにつれて、より短い波長にシフトする。干渉フィルタのこの特性は、光源から発光されるか又はセンサによって受信される所定の波長の光の角度範囲を制限するために、使用することができる。法線入射では、干渉フィルタの透過スペクトルにおける反射帯域の帯域端は、所定の通信波長よりも長い波長であるが、目的とされる斜めの入射角で通信波長をさえぎるのに十分近い。例えば、干渉フィルタは、法線入射ではＬＥＤ通信波長よりも１０〜１００ｎｍ高い位置に配置された帯域端を有することができる。斜めの入射角では、反射帯域はより短い波長にシフトし、通信波長を遮断する。その結果、円錐形の受信角度となる。
【００４０】
本開示に係る光学物品の実施例は、各々が相補的な角度ゾーンを遮断するように、角度選択的要素の角度遮断ゾーンと組み合わせて、干渉フィルタのかかる角度シフトを利用することができる。
【００４１】
本開示に係る光学物品の実施例は、通常はより厚いシステムを必要とするであろう角度範囲を遮断するより薄いシステムに到達するために使用され得る。例えば、図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明するように、物理的な壁が透過角を幾何学的に制限する凹部に基づく角度制限要素を使用することができる。
【００４２】
図２Ａ及び図２Ｂは、凹状構造壁を含む物品の実施例の概念的かつ概略的な横断面図である。図２Ａに示す物品の実施例１ａは、特性寸法Ｌ１を有する凹状構造壁１３ａを持つ角度遮断層１２ａを備えている。凹状構造壁１３ａは、多角形、円形、楕円形、又は他の断面、を有する凹状構造壁、例えば、凹状円筒壁構造とすることができる。凹状構造壁１３ａにより、光源１６からの入射光１４ａは透過角α１以内で透過することができ、透過角α１を超える光は物理的又は光学的に遮断される。光源１６としては、誘導光又は周囲光、太陽光、ＬＥＤ、レーザ、白熱光、蛍光灯、コンパクト蛍光灯、又は他の直接又は間接の光源などの光源を挙げることができる。透過角α１の大きさは、特性寸法Ｌ１に関連している。Ｌ１が低下すると、α１は増加する。例えば、図２Ｂに示す物品の実施例１ｂは、Ｌ１よりも小さい特性寸法Ｌ２を有する凹状壁１３ｂを持つ角度遮断層１２ｂを備えている。その結果、物品の実施例１ｂが示す透過角α２は、α１よりも大きい。したがって、比較的小さい透過角、例えばα１を達成するためには、凹状構造壁の比較的大きい特性寸法、例えば凹状構造壁１３ａのＬ１が必要とされるであろう。しかし、凹状構造の特性寸法を増大すると、物品１ａの厚さが増大することになり、これは望ましくないであろう。
【００４３】
図２Ｃは、凹状構造壁１３ｂを有する角度遮断層１２ｂ及び干渉フィルタ１８を含む物品の実施例１０の概念的かつ概略的な横断面図である。（凹状構造壁１３ａのＬ１と比較して）より短い特性寸法Ｌ２を有する凹状構造壁１３ｂは、（α２を超える）より大きい光角度を遮断し、一方、干渉フィルタ１８は、より小さい透過角（例えばα１とα２の間）を遮断して、透過角を効果的に小さくしてα１にする。したがって、物品の実施例１０は、物品１ｂに関連したより大きい透過角α２の代わりに、より厚い物品１ａに関連したより小さい透過角α１を提供しながら、物品１ｂと同じくらい薄くすることができる。
【００４４】
図２Ｄは、より小さい特性寸法Ｌ２を有する凹状構造壁１３ｂ及び干渉フィルタ１８を含む物品の厚さの減少の概念的かつ概略的な横断面図である。対照的に、凹状構造壁１３ａのみを含む物品は、基板１９上のセンサ２０に対して同様の光の透過角を達成するためにより大きい特性寸法Ｌ１を有する。
【００４５】
いくつかの実施例では、光学フィルタの実施例は、干渉フィルタに対して相補的な波長遮断範囲を有するスペクトル選択的吸収材を含んでもよい。例えば、スペクトル選択的吸収材及び干渉フィルタのうちの一方によって遮断されない波長は、干渉フィルタ及びスペクトル選択的吸収材のうちの他方によって遮断されてもよい。スペクトル選択的吸収材は、染色されたＰＥＴフィルム、又は鋭い吸収スペクトルを有し得る「ゲルフィルタ」を含むことができる。
【００４６】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、吸収層の実施例の透過スペクトルを示すチャートである。図３Ａは、赤色染色ＰＥＴフィルムを含む吸収層の実施例の透過スペクトルを示すチャートである。このフィルムは、５００〜６００ｎｍの間で、スペクトル的に鋭いカットオフを示す。図３Ｂは、濃い黄緑色の染色ＰＥＴフィルムを含む吸収層の実施例の透過スペクトルを示すチャートである。図３Ｃは、青色染色ＰＥＴフィルムを含む吸収層の実施例の透過スペクトルを示すチャートである。図３Ｂ及び図３Ｃのフィルムは、透過強度が２０〜６０％の範囲で変動する可能性があり、かつ、可視スペクトルの異なる波長に配置することができる、スペクトル漏れを示す。
【００４７】
本開示に係る光学フィルタの実施例は、図４Ａ及び４Ｂの光学フィルタの実施例に関して説明するように、干渉フィルタ及び角度遮断層に加えて、吸収層を任意選択で含んでもよい。図４Ａ及び図４Ｂは、角度遮断層、干渉フィルタ、及び吸収層を含む光学フィルタの実施例の概略的及び概念的な分解断面図である。
【００４８】
図４Ａの光学フィルタの実施例１０ａは、角度遮断層１２と、光源１６からの光を選択的に透過させるための干渉フィルタ１８ａとを含む。角度遮断層１２は、角度制限又は、角度選択的要素又は、他の角度制限機構、例えば、凹状壁、プリズム、フレネル構造、フレネルリング、凹部、ルーバ、チャネル、又は微細複製機構、のうちの一つ以上を含んでもよい。いくつかの実施例では、ルーバは、角度遮断層１２の主面に対して垂直な、又は実質的に垂直な面を含むことができる。複数の角度制限機構２１は、実質的に一様な機構、対称的な機構、非対称的な機構、機構の線もしくは溝、又は機構の配列、のうちの１つ以上を含んでもよい。いくつかの実施例では、角度遮断層１２は、屈折基板上に配置された複数の角度制限機構２１を含むことができる。例えば、屈折基板は、ターンフィルム、輝度向上フィルム、又は微細構造光学フィルムを含んでもよい。いくつかの実施例では、複数の角度制限機構２１は、第１の平面内で光角度を制限する第１の下位の複数の角度制限機構、及び第２の平面内で光角度を制限する第２の下位の複数の角度制限機構を含むことができる。例えば、第２の平面は第１の平面と直交してもよい。いくつかの実施例では、第１及び第２の下位の複数の角度制限機構は、非対称な光分布、例えば楕円形の光パターンの範囲内に光を制限するように効果的に作用することができる。いくつかの実施例では、角度遮断層１２は、図４Ａに示すようにプリズムフィルムを含んでもよい。角度遮断層１２は、例えば、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明したように、法線入射を中心とした透過ゾーンと、軸外遮断ゾーンと、それに続く高角度透過ゾーンとを示すことができる。透過ゾーンでは、全ての可視波長を透過することができる。
【００４９】
いくつかの実施例では、干渉フィルタ１８ａは、ＭＯＦ、例えば複屈折ＭＯＦを含んでもよい。いくつかの実施例では、干渉フィルタ１８ａは、等方性フィルム、例えば３Ｍ  Ｃｏｎｄｏｒ  Ｆｉｌｍ（３Ｍ，Ｓａｉｎｔ  Ｐａｕｌ，ＭＮ）、又は蒸着もしくはスパッタリングによって形成されたフィルムを含むことができる。いくつかの実施例では、ＭＯＦは、選択された波長を反射し、選択された波長を透過させる色付きミラーとして機能することができる。いくつかの実施例では、干渉フィルタ１８ａは、垂直入射で６００〜９００ｎｍの帯域の光を反射することができ、これは、例えば、図１Ｃを参照して説明したように、軸外又は斜めの角度でより短い波長にシフトする。例えば、帯域端の位置は、約６０度の角度でそれらの法線入射値の約８０％までシフトすることがある。
【００５０】
いくつかの実施例では、光学フィルタ１０ａは、吸収層２０ａを任意選択で含んでもよい。いくつかの実施例では、吸収層２０ａはスペクトル選択的吸収材を含むことができる。いくつかの実施例では、図４Ａに示すように、干渉フィルタ１８ａは、吸収層２０ａと角度遮断層１２との間に配置してもよい。いくつかの実施例では、吸収層２０ａは、所定の波長帯域の透過、例えば５２５〜５７５ｎｍの透過のみを可能にし、他の波長を吸収又は遮断することができる。いくつかの実施例では、吸収層２０の透過帯域は、角度的にシフトしないか、そうでなければ、角度に依存しなくてもよい。例えば、吸収層２０ａに到達する透過帯域内の唯一の光は、法線入射を中心とする制限された円錐角内にあり得、吸収層２０ａから放射される唯一の光は緑色（又は所定の波長帯域に関連する別の所定の色）であり、かつ限定された角度範囲である。この波長範囲外の光は吸収される。
【００５１】
いくつかの実施例では、光学フィルタ１０ａは、例えば、可視波長（例えば、約４００〜約７００ｎｍの間）、紫外線波長（例えば、約４００ｎｍ未満）、及び赤外線及び近赤外波長（例えば、約７００〜約２０００ｎｍ）を含む所定の波長帯域にわたって作用することができる。
【００５２】
光学フィルタ１０ａの光学的特性は、角度遮断層１２を変更する必要なしに、干渉フィルタ１８ａ及び吸収層２０ａの一方又は双方の特性を変更することによって、調整することができる。例えば、図４Ｂの光学フィルタ１０ｂは角度遮断層１２と干渉フィルタ１８ｂを含む。干渉フィルタ１８ｂは、垂直入射で４００〜７００ｎｍ帯域の光を通過させ、斜め角度で４００〜６３０ｎｍの光を通過させ、そして斜め角度で６３０〜７００ｎｍ帯域の光を反射することができる。吸収層２０ｂは、６３０〜７００ｎｍの角度非依存帯域の光を通過させることができる。したがって、図４Ａの光学フィルタの実施例１０ａは、緑色透過スタックとなるであろう一方、図４Ｂの光学フィルタの実施例１０ｂは赤色透過スタックとなるであろう。したがって、本開示に係る光学フィルタの実施例の光学的特性は、高価であり得る角度遮断層１２の新しいバッチを再製造又は調達する必要なしに、その代わりに比較的安価に干渉フィルタ又は吸収層を変更することによって、変更することができる。
【００５３】
いくつかの実施例では、通過ゾーンは、例えば図４Ａ及び図４Ｂに示すように、光学物品の主面に対して垂直又は実質的に垂直な軸の周りに画定することができる。しかし、他の実施例では、通過ゾーンは、非垂直軸、例えば約１度と約９０度未満との間の傾斜軸の周りに画定してもよい。図４Ｃは、角度遮断層１２ａを含み、かつ、傾斜した通過ゾーンを有する光学フィルタの実施例１０ｃの概略的かつ概念的な分解断面図である。例えば、通過ゾーンは、図４Ｃに示されるように、傾斜軸２３ａの周りに画定してもよい。角度遮断層１２ａは、傾斜通過ゾーン、例えば傾斜通過又は傾斜透過の円錐、を画定するように構成された複数の角度制限機構２１ａを含むことができる。いくつかの実施例では、複数の角度制限機構２１ａは、図４Ａの複数の角度制限機構２１に関して説明した機構を含んでもよい。いくつかの実施例では、複数の角度制限機構２１ａは、図４Ｃに示すように、透過ゾーン又は通過ゾーンが傾斜軸２３ａの周りに画定されるように、非垂直、傾斜、又は傾いたルーバを含むことができる。
【００５４】
図４Ｄは、角度遮断層１２ｃと干渉フィルタ１８ａとを含み、かつ、傾斜軸２３ｂの周りに、拡張遮断ゾーンによって画定される傾斜通過ゾーンを有する、光学フィルタの実施例１０ｄの概略的かつ概念的な分解断面図である。拡張遮断ゾーンは、例えば図４ｃと同様の傾斜ルーバを含む、複数の角度制限機構２１から生じる遮断ゾーンに加えて、干渉フィルタ１８ａから生じる遮断ゾーンを含む。
【００５５】
図４Ａの光学フィルタ１０ａの光透過及び遮断特性は、図５Ａを参照して理解することができる。図５Ａは、４Ａの光学フィルタの実施例１０ａによる光源１６からの光の角度透過及び角度遮断の概略的及び概念的な図である。配光パターンは図の上部に示されている。緑色光が透過する中央ゾーン、即ち通過ゾーン２２がある。線ＡＢは、角度遮断層１２によって提供される通過から遮断への遷移角度を示す。線ＡＣは、干渉フィルタ１８ａの反射帯域が（吸収層２０ａと組み合わさって）光を遮断するのに十分にシフトした角度を示す。線ＡＤは、角度遮断層１２が再び光を透過し始める角度を示し、続いて、干渉フィルタ１８ａと吸収層２０ａとの組み合わせによって遮断される。ＤＡＢで示される角度ゾーンによって、干渉フィルタ１８ａが視覚的に検出できない可能性がある位置にシフトするための（製造厚さの変動を有するエリアを含む）緩衝ゾーンを得ることができる。したがって、この緩衝ゾーンは、帯域端が透過ゾーンに侵入するときに干渉フィルタ１８ａから生じる不均一性の知覚を防ぐことができる。図５Ｂは、図５Ａの光学フィルタ１０ａによる角度透過及び角度遮断の概略的かつ概念的な図である。θＩＦは、干渉フィルタ１８ａによって遮断される角度範囲である。θＡＬは、角度遮断層１２によって遮断される角度範囲である。θＴｒａｎｓは、光学フィルタ１０ａの主面の法線軸に対する半角角度透過範囲である。したがって、通過ゾーン２２は、半角θＴｒａｎｓによって画定される円錐内で、法線軸の周りに延びる。半角θＴｒａｎｓは、光学フィルタ１０ａの主面１７の法線軸に対して最大透過角θＴｍａｘまで延びることができる。
【００５６】
光学フィルタ１０ａは干渉フィルタ１８ａと光源１６との間に角度遮断層１２を含むが、いくつかの実施例では、干渉フィルタ１８ａは光源１６に面してもよく、角度遮断層１２は光源１６から離して配置してもよい。図５Ｃは、干渉フィルタ１８ａが光源１６に面する光学フィルタの実施例１０ｄによる角度透過及び角度遮断の概略的かつ概念的な図である。
【００５７】
いくつかの実施例では、光学フィルタ１０ａは主面１７を備えている。光学フィルタ１０ａは、主面１７の法線軸に対して０°から最大光透過角θＴｍａｘまでの角度を含む所定の光透過ゾーンを有することができる。光学フィルタ１０ａは、９０−θＴｍａｘから９０°までの角度を含む所定角度の遮光ゾーンθＢを有してもよい。いくつかの実施例では、光学フィルタ１０ａは、法線軸に対して第１の角度の遮光範囲θＡＬを有する角度遮断層１２を備えている。いくつかの実施例では、光学フィルタ１０ａは、角度遮断層１２に隣接して干渉フィルタ１８ａを備える。干渉フィルタは、法線軸に対して第２の角度の遮光範囲θＩＦを有することができる。θＢは、θＩＦとθＡＬとの和である。例えば、θＢはθＩＦ又はθＡＬのいずれかに属する全ての角度を含む。いくつかの実施例では、θＩＦ及びθＡＬは少なくとも部分的に重なり合う。例えば、少なくとも１つの角度又は角度の範囲は、θＩＦ及びθＡＬの双方に属する場合がある。いくつかの実施例では、θＡＬにおける少なくとも１つの角度は、θＩＦにおける１つの角度より大きい。いくつかの実施例では、θＩＦ内の少なくとも１つの角度は、θＡＬ内の１つの角度より大きい。いくつかの実施例では、θＩＦ及びθＡＬの一方又は双方は波長依存性である。例えば、入射光の波長が増減すると、θＩＦ及びθＡＬの一方又は双方における少なくとも１つの角度が増減する可能性がある。いくつかの実施例では、干渉フィルタ１８ａは、複屈折性多層光学フィルム又は等方性フィルムの一方又は双方を含んでもよい。いくつかの実施例では、角度遮断層１２は、複数の角度制限機構２１を含むことができる。いくつかの実施例では、複数の角度制限機構２１は、プリズム、フレネル構造、フレネルリング、凹部、ルーバ、溝、又は微細複製機構、のうちの１つ以上を含んでいる。
【００５８】
いくつかの実施例では、複数の角度制限機構２１は特性寸法を有してもよく、θＡＬは特性寸法と所定の関係を有することができる。例えば、θＡＬは、特性寸法が大きくなると小さくなり、特性寸法が小さくなると大きくなる。例えば、特性寸法が小さいほどθＡＬは小さくなってもよい。いくつかの実施例では、角度遮断層１２は、ターンフィルム又は輝度向上フィルムの一方又は双方を含むことができる。いくつかの実施例では、角度遮蔽層１２は、所定の光漏れ角度透過ゾーンを有することがある。いくつかの実施例では、干渉フィルタ１８ａは、反射帯域を含む特有な透過スペクトルを有することができ、反射帯域は、入射角が減少すると低い方へシフトする帯域端を有する。いくつかの実施例では、干渉フィルタ１８ａの反射帯域は、角度遮断層１２の所定の光漏れ角度透過ゾーンを透過した波長を含むことができる。
【００５９】
いくつかの実施例では、光学フィルタ１８ａは波長選択的又はスペクトル選択的吸収材を含んでもよい。いくつかの実施例では、スペクトル選択的吸収材は、所定の波長を吸収する染料又は顔料を含むことができる。いくつかの実施例では、干渉フィルタ１８ａは波長選択的吸収材を含んでもよい。いくつかの実施例では、角度遮断層１２は波長選択的吸収材を含む。
【００６０】
いくつかの実施例では、光学フィルタ１８ａは、波長選択的吸収材を含む吸収層２０ａを含んでもよい。いくつかの実施例では、吸収層２０ａは、干渉フィルタ１８ａと角度遮断層１２との間にあってもよい。いくつかの実施例では、干渉フィルタ１８ａは、吸収層２０ａと角度遮断層１２との間にあってもよい。いくつかの実施例では、角度遮断層１２は、吸収層と干渉フィルタとの間にあってもよい。
【００６１】
いくつかの実施例では、光学フィルタ１０ａは、別個の角度遮断層１２を含まなくてもよく、代わりに干渉フィルタ１８ａ及び吸収層２０ａを含むことができる。図６Ａは、干渉フィルタと吸収層とを含む光学フィルタの実施例の入射角の変化に伴う帯域シフトの概念図である。図６Ａに示されるように、吸収層２０ａの吸収帯域と干渉フィルタ１８ａの反射帯域との間の透過帯域通過は、法線入射で幅Δλを有することができる。入射角が増大するにつれて、各々の帯域の一方又は双方が、例えば、干渉フィルタ１８ａの反射帯域がシフトダウンして、最終的に帯域の間隙を塞ぐことがある。図６Ｂは、ＭＯＦを含む干渉フィルタと、染料を含む吸収層と、干渉フィルタと吸収層の組み合わせを含む物品とによる光の透過及び遮断を比較した写真である。図６Ｂに示されるように、たとえ吸収層及び干渉フィルタが個々に少なくともいくらかの光を透過するとしても、その組み合わせは実質的に光の透過を遮断する。
【００６２】
図６Ｂの物品の実施例のスペクトル特性は、図７Ａ〜図７Ｃを参照して理解することができる。図７Ａは、図６Ｂの多層光学フィルム干渉フィルタの実施例の透過スペクトルを示すチャートである。図７Ｂは、図６Ｂの吸収層の透過スペクトルを示すチャートである。図７Ｃは、図７Ａの干渉フィルタと図７Ｂの吸収層とを含む光学フィルタの実施例の透過スペクトルを示すチャートである。図７Ｃに示すように、干渉フィルタと吸収層を組み合わせると、約６４０ｎｍの法線入射でノッチフィルタが得られる。別の実施例として、図８Ａ〜図８Ｃは、緑色角度選択的光学フィルタの実施例のスペクトル特性を示す。図８Ａは、角度シフトを示す、異なる角度での多層光学フィルム干渉フィルタの実施例の透過スペクトルを示すチャートである。図８Ｂは、吸収層の実施例の透過スペクトルを示すチャートである。図８Ｃは、図８Ａの干渉フィルタ及び図８Ｂの吸収層を含む光学フィルタの実施例の透過スペクトルを示すチャートである。図８Ｃに示すように、図８Ａの干渉フィルタと図８Ｂの吸収層とを組み合わせると、法線入射では緑色の透過が起こり、斜めの角度では緑色の消光が生じる。
【００６３】
いくつかの実施例では、角度遮断層１２は、複数の角度遮断機構とスペクトル選択的吸収材の双方を含んでもよい。いくつかの実施例では、角度遮断層１２は、複数の角度制限機構のうちの１つのみ又はスペクトル選択的吸収材を含むことができる。例えば、吸収層２０ａは角度遮断層１２を置き換えてもよい。
【００６４】
いくつかの実施例では、光学フィルタ１８ａは、入射角依存反射帯域を有する干渉フィルタ１２と、吸収帯域を有する吸収層２０ａとを含むことができ、入射角依存反射帯域と吸収帯域とは、少なくとも１つの波長の少なくとも一つの入射角で重なり合う。いくつかの実施例では、干渉フィルタ１８ａは、入射角依存反射帯域を含む特有な透過スペクトルを有してもよい。例えば、角度依存反射帯域は、入射角が減少すると、より低い方へシフトする帯域端を有することができる。いくつかの実施例では、干渉フィルタ１８ａの角度依存反射帯域は、吸収層２０ａによって透過される波長を含む。いくつかの実施例では、干渉フィルタ１８ａは波長選択的吸収材を含んでもよい。いくつかの実施例では、吸収層１８ａは波長選択的吸収材を含んでもよい。
【００６５】
本開示に係る光学フィルタの実施例は、光の角度を制限することが望ましいシステムで使用することができる。図９は、光学フィルタ１０ａ、光源１６、センサ２０、及び反射器３１を含むシステムの実施例３０を示す概略的かつ概念的な図である。いくつかの実施例では、システム３０は、図９に示すように、光源１６、センサ２０、及び反射器３１の全てを含むことができるが、他の実施例では、システム３０は、光源１６、センサ２０、又は反射器３１のうちの１つ又は２つのみを含んでもよい。
【００６６】
システム３０は、光学フィルタ１０ａ、光源１６、又はセンサ２０のうちの１つ以上を含んでもよいが、いくつかの実施例では、システム３０は、本開示に係る任意の光学フィルタ、光源、又はセンサを含むことができる。例えば、システム３０は、１つ以上の狭波長光源、可視光源、紫外線光源、又は近赤外線もしくは赤外線光源、ＬＥＤ、レーザ、又は他の好適な波長光源を含んでもよい。いくつかの実施例では、光源は、４０ｎｍ未満の半値全幅（ＦＷＨＭ）のスペクトルスパイクを示してもよい。検出及び通信のための特定のシステムは、特定の通信波長を含むことができる。例えば、光源としては、約２０ｎｍの半値全幅の発光を有し得る緑色、赤色、又は近赤外ＬＥＤなどの単波長ＬＥＤを挙げることができる。いくつかの実施例では、システム３０は、複数の波長で発光する複数のタイプのＬＥＤを含んでもよい。
【００６７】
システム３０は、可視光センサ、紫外線センサ、近赤外線又は赤外線センサ、広帯域センサ、狭帯域センサ、ライダ（ＬＩＤＡＲ）センサ、ＣＭＯＳセンサ、近接センサ、ジェスチャセンサ、カメラセンサ、画像センサ、ＣＣＤセンサ、飛行時間センサ、虹彩スキャナ、又はその他のセンサ、のうちの１つ以上を備えることができる。
【００６８】
いくつかの実施例では、システム３０はセンサ２０及び光学フィルタ１０ａを含んでもよい。光学フィルタ１０ａは、センサ２０によって受信する光の角度を制限することができる。例えば、光学フィルタ１０ａは、通過ゾーン又は透過ゾーンを超えた角度で光を伝送させ得るノイズ源からの光を遮断することができる。いくつかの実施例では、システム３０は、センサ２０、光学フィルタ１０ａ、及び光源１６を含んでもよい。
【００６９】
いくつかの実施例では、システム３０は反射器３１を含むことができる。反射器３１は、鏡面反射面、拡散反射面、又は再帰反射面のうちの１つ以上を画定することができる。例えば、反射器３１としては、反射層、又は、反射体もしくは反射物体を挙げることができる。図９に示すシステム３０の構成の実施例では、反射器３１はセンサ２０に隣接して光源１６の反対側に配置されているが、他の実施例では、反射器３１は任意の好適な位置に配置することができる。例えば、センサ２０及び光源は双方とも、光学フィルタ１０ａを挟んで反射器３１の反対側に配置することができ、その結果、反射器３１は光源１６からの光をセンサ２０へ反射する。いくつかの実施例では、システム３０はセンサ２０を含まなくてもよく、反射器３１は光源１６からの光を光学フィルタ１０ａを横切って反射してもよい。いくつかの実施例では、システム３０は反射器３１も光学フィルタ１０ａも含まなくてもよく、反射器３１は周囲光を光学フィルタ１０ａを横切って反射してもよい。
【００７０】
いくつかの実施例では、システム３０は光源１６及び光学フィルタ１０ａを含むことができる。いくつかの実施例では、システム３０は、プライバシーのために、又は人間工学的な理由のために、光源１６によって放射される放射角度を制限することができる。例えば、システム３０は、ストップライト又はブレーキライトから自動車の運転者に向けられるグレアを低減することができる。光学物品の実施例、例えば光学フィルタ１０ａは、例えば室内のグレア制御が必要とされる車両表示システムを含むシステム３０の実施例において、現金自動預払機などのディスプレイのプライバシー機能として、交通信号の交通制御フィルムとして、又はセンターハイマウントストップランプ（ＣＨＩＭＳＬ）において、使用することができる。
【００７１】
したがって、本開示に係る光学フィルタの実施例は、角度の関数として色（赤又は緑など）から黒への鋭い遷移を有し、かつ、入射角が高角度及び全ての方位角でも、光の消光を維持することができる、配光パターンを達成するために、使用することができる。かかる配光パターンは、構造化表面又は他の物品を使用するだけでは不可能であろう。本開示に係る光学フィルタの実施例は、以下の特性のうちの１つ以上を提示することができる。１）所定の波長の光に関する単一の連続通過ゾーン及び単一の連続遮断ゾーン。２）所定の円錐角の円錐形透過パターン。３）高入射角での消光又は遮光。４）通過ゾーンから遮断ゾーンへの急激な遷移。５）遷移角においても広い面積にわたる外観の一様性。６）通過ゾーンから遮断ゾーンへの遷移時に知覚される色相のシフトがないか又は小さいこと。７）プリズム軸を横切る平面内での良好な性能。既存の市販の製品を組み合わせて光学特性を調整することによって、本開示に係る光学フィルタの実施例を調製することができ、これが製造コストの低減につながる。
【００７２】
本発明のさまざまな実施例を説明してきた。これら及び他の実施例は、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。
【図１Ａ】
2020500334.tif 000003
【図１Ｂ】
2020500334.tif 000004
【図１Ｃ】
2020500334.tif 000005
【図２Ａ】
2020500334.tif 000006
【図２Ｂ】
2020500334.tif 000007
【図２Ｃ】
2020500334.tif 000008
【図２Ｄ】
2020500334.tif 000009
【図３Ａ】
2020500334.tif 000010
【図３Ｂ】
2020500334.tif 000011
【図３Ｃ】
2020500334.tif 000012
【図４Ａ】
2020500334.tif 000013
【図４Ｂ】
2020500334.tif 000014
【図４Ｃ】
2020500334.tif 000015
【図４Ｄ】
2020500334.tif 000016
【図５Ａ】
2020500334.tif 000017
【図５Ｂ】
2020500334.tif 000018
【図５Ｃ】
2020500334.tif 000019
【図６Ａ】
2020500334.tif 000020
【図６Ｂ】
2020500334.tif 000021
【図７Ａ】
2020500334.tif 000022
【図７Ｂ】
2020500334.tif 000023
【図７Ｃ】
2020500334.tif 000024
【図８Ａ】
2020500334.tif 000025
【図８Ｂ】
2020500334.tif 000026
【図８Ｃ】
2020500334.tif 000027
【図９】
2020500334.tif 000028
【国際調査報告】
2020500334.tif 000029
2020500334.tif 000030
2020500334.tif 000031
2020500334.tif 000032
2020500334.tif 000033