JP4409424B2 - 光学フィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カーボンナノチューブを利用した光学フィルタとその製造方法に関する。

従来、カメラ、ビデオカメラ等の撮像装置で光の強い場所で撮影する場合や、写真や映像の風合いを変化させる場合に撮像装置に入る光の強度だけを特定の比率で減らす光学フィルタ（ＮＤフィルタ；Neutral Density filter）が用いられている。この光学フィルタとして、樹脂材料に吸収剤を分散させたフィルタ、表面に無機膜を蒸着させたフィルタ、カーボンナノチューブを分散させたインクをフィルム等の透明基材に塗布したフィルタ（特許文献１）が用いられている。

近年デジタルカメラ等が携帯電話などの小型機器に搭載されるようになり、光学フィルタも小型の撮像装置に対応することが求められるようになった。そこで、従来の光学フィルタを小さく切断し、光学フィルタを駆動するための部材をフィルタに接着剤で貼り付けた光学フィルタが利用されている。
特開２００４−１４５０５４号公報

しかし、駆動用の部材を光学フィルムに貼り付けて利用する場合、接着剤の厚みの制御が難しく、また接着剤で貼り付けるため駆動用の部材の強度を確保するのが難しいという問題があった。

また、従来の光学フィルムは抜き加工で小さく切断されるため、捨てる材料が多くなり製造コストが増大する問題もあった。

そこで、容易に製造することが可能であり、光学フィルタに形成された突起等の強度も確保された光学フィルタが求められていた。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、所定の強度を備え、容易に製造可能な光学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。

本発明の第１の観点にかかる光学フィルタは、
可視光域の光を減衰する光学フィルタであって、
光を減衰する減衰領域を備える平板と、
前記平板の面から突出して形成され、前記平板を駆動するための突起と、を備え、
前記平板と前記突起とは樹脂にカーボンナノチューブを添加したフィルタ材により一体に形成されており、
前記突起中に分散された前記カーボンナノチューブは、前記光学フィルタの面方向に対して垂直に配向されることを特徴とする。

径が１０〜２５０ｎｍ、長さが０．０１〜３０μｍである前記カーボンナノチューブを備えてもよい。

ポリカーボネイト、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、脂環式オレフィン樹脂、脂環式アクリル樹脂、ノルボルネン系耐熱透明樹脂、環状オレフィンコポリマーのいずれかである前記樹脂を備えてもよい。

前記フィルタ材に対し３０重量パーセント以下で添加されている前記カーボンナノチューブを備えてもよい。

本発明の第２の観点にかかる光学フィルタの製造方法は、
光学フィルタを製造する方法であって、
平板と、前記平板の面から突出して形成された突起とを備える光学フィルタの形状に対応したキャビティを有する金型に、溶融させた樹脂に所定の割合でカーボンナノチューブを混合させたフィルタ材を前記平板の面方向に沿った方向から注入し、前記キャビティ内に前記フィルタ材を充填させる充填工程と、
前記キャビティ内に充填された前記フィルタ材を硬化させる硬化工程と、
前記金型から光学フィルタを取り出す取出工程と、を備え、
前記突起中に分散された前記カーボンナノチューブは、前記光学フィルタの面方向に対して垂直に配向されることを特徴とする。

本発明によれば、平板と突起とが一体に形成されるため突起の強度が確保され、容易に製造可能な光学フィルタ及びその製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る光学フィルタについて図を用いて説明する。
本発明の実施の形態に係る光学フィルタ１０を図１に示す。また、図２は光学フィルタ１０を用いた撮像装置２０を模式的に示した図である。

光学フィルタ１０は、図１に示すように、平板状且つ羽根状で所定の硬度を備える平板１１と、平板１１の一端部に形成された回動ピン１２と、平板１１の一端部に形成され、且つ回動ピン１２と反対の面に突き出して形成された作動ピン１３と、を備える。光学フィルタ１０は、樹脂にカーボンナノチューブを所定の割合で添加した後述するフィルタ材から形成され、平板１１と、回動ピン１２と、作動ピン１３とは一体に形成される。

撮像装置２０は、図２に示すようにレンズ２１ａ〜２１ｃ、絞り２２、光学フィルタ１０、フィルタ支持基板２３、撮像素子２４、基板２５を備える。光学フィルタ１０は、この撮像装置２０内でフィルタ支持基板２３上に設置される。光学フィルタ１０の回動ピン１２は、フィルタ支持基板２３に設けられた穴に嵌合される。また、作動ピン１３は図示しないアクチュエータに係合される。アクチュエータによって作動ピン１３が駆動することで回動ピン１２を中心として光学フィルタ１０は回動し、フィルタ支持基板２３の開口部２３ａを遮る、又は開放する。このようにして、光学フィルタ１０はレンズ２１ａと絞り２２から入る光を減衰させることができる。光が減衰する割合は可視光域でほぼ一定であるため、基板２５上に設置されたＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等の撮像素子２４に届く光の色は影響を受けない。

平板１１は、図１に示すように光学フィルタ１０の他端に一点破線で示す減衰領域１１ａを備える。減衰領域１１ａは、光学フィルタ１０が図２に示すようにフィルタ支持基板２３の開口部２３ａを遮るように配置された際、開口部２３ａを覆い、絞り２２の開口部２２ａから入る光を減衰させる。従って減衰領域１１ａはフィルタ支持基板２３の開口部２３ａ及び絞り２２の開口部２２ａと同じか、これらより大きい。また、撮像装置２０に入る光は光学フィルタ１０の減衰領域１１ａのみを通過するため、少なくとも減衰領域１１ａにおいて光を減衰する割合が可視光域で一定となっていればよい。従って、光の減衰に影響を与える平板１１の厚みや、カーボンナノチューブの添加率等は少なくとも減衰領域１１ａで一定となっていればよい。また、平板１１の両面は、カーボンナノチューブが分散されているため凹凸となっており、平板１１の両面で生ずる反射を抑制することができる。

回動ピン１２は、図２に示すようにフィルタ支持基板２３上の穴に嵌合されており、光学フィルタ１０の回転中心として機能する。
作動ピン１３は、回動ピン１２とは反対の面に突き出て形成される。作動ピン１３は図示しないアクチュエータによって作動させられ、回動ピン１２を中心として光学フィルタ１０が回動する。

光学フィルタ１０のフィルタ材として用いられる樹脂は、光学的に透明であれば良く、例えばＰＣ（Polycarbonate）、ＰＭＭＡ（Polymethylmethacrylate）、ＰＳ（Polystyrene）、ＰＥＴ（PolyEthyleneTerephthalate）、ＰＥＳ（PolyEtherSulfone）、脂環式オレフィン樹脂、脂環式アクリル樹脂、ノルボルネン系耐熱透明樹脂、環状オレフィンコポリマー等を用いることができる。

また、フィルタ材に用いられるカーボンナノチューブは炭素から構成され、それぞれ中空の円筒形状である。本発明では、例えば径が１０〜２５０ｎｍ、長さが０．０１〜３０μｍのカーボンナノチューブを用いる。なお、カーボンナノチューブの長さは、可視光の波長（３００〜７００ｎｍ）より大きいと散乱されるため、０．３μｍ以下が好ましい。光学フィルタ１０は、可視光域で光を減衰する割合が一定であることが必要とされる。光学フィルタ１０が光を減衰する割合はカーボンナノチューブの添加量が多いほど低く、少ないほど高い。これを利用し、光学フィルタ１０に要求される減衰の割合に応じてカーボンナノチューブの添加率を変化させる。また、樹脂に対するカーボンナノチューブの添加率が増加するとフィルタ材の粘度が上昇し成形が困難となる。このため、カーボンナノチューブはフィルタ材に対して、３０重量％以下、好ましくは１５重量％以下の添加率で添加される。

以上の構成を採る光学フィルタ１０は、カーボンナノチューブの添加率を変化させることで、光を減衰する割合を可視光域でほぼ一定とすることができる。そして、減衰する割合はカーボンナノチューブの添加率で容易に調節することができる。また、本発明の光学フィルタ１０の回動ピン１２及び作動ピン１３は、後述する製造方法により光学フィルタ１０と同一のフィルタ材から一体に形成される。従って、回動ピン１２及び作動ピン１３を別の工程でフィルタに取り付ける場合と比較して強度が高くなる。

また、光学フィルタ１０はカーボンナノチューブを分散させた樹脂を硬化させて形成されるため、光学フィルタ１０の表面は両面ともカーボンナノチューブが分散されている。従って、光学フィルタ１０の表面は予め凹凸な面となっており、光学フィルタ１０の表面で起きる反射を抑えることができる。

次に、本発明の実施の形態に係る光学フィルタ１０の製造方法を図面を用いて説明する。

本実施の形態で光学フィルタ１０は射出成形によって形成される。この射出成形で用いられる金型を模式的に図３に示す。固定金型５１及び可動金型５２は、図３に示すように光学フィルタ１０に対応するキャビティ５３、回動ピン１２に対応するキャビティ５３ａ、作動ピン１３に対応するキャビティ５３ｂ、ゲート５４、ランナー５５を備えるように形成される。固定金型５１には、キャビティ５３ｂが形成されており、可動金型５２には、キャビティ５３ａが形成されている。また、キャビティ５３は、予めフィルタ材が硬化した際の収縮を考慮して形成される。

フィルタ材は、溶融された樹脂にカーボンナノチューブを好ましくは１５重量％以下で添加し、樹脂中に均一に分散させる。このフィルタ材を図示しない射出用シリンダで、図示しないスプル、ランナー５５及びゲート５４を通じてキャビティ５３内に所定の温度と圧力で注入する。キャビティ５３の面方向に沿ったゲート５４を通じてフィルタ材は注入されることから、フィルタ材中のカーボンナノチューブは光学フィルタ１０の面方向に配向しやすくなる。また、同様にキャビティ５３ａ、キャビティ５３ｂ内でカーボンナノチューブは、光学フィルタ１０の面方向に対し垂直に配向しやすくなる。このようにカーボンナノチューブが特定方向に配向しやすくなることから回動ピン１２、作動ピン１３の強度が増す。

キャビティ５３、キャビティ５３ａ、キャビティ５３ｂ内にフィルタ材が充填された後、フィルタ材を硬化させる。

フィルタ材が硬化した後、可動金型５２を動かして図示しない突出しピンにより光学フィルタ１０を取り出す。

以上のように、金型を用いて光学フィルタ１０を必要な大きさに成形することによって従来必要であった抜き加工等の工程を省略することができ、抜き加工によって発生するゴミも削減することができる。また、回動ピン１２及び作動ピン１３を同時に形成することができるため、回動ピン１２等をフィルタに形成する工程も省略することが可能である。

また、本発明はカーボンナノチューブが樹脂に混ぜられたフィルタ材を利用するため、完成した光学フィルタ１０の表面は両面とも凹凸となっている。従って、従来のフィルムを利用する方法と異なり、フィルム表面の反射を防ぐ粗面処理が不要となるため更に工程を省略することができる。

このように、従来光学フィルタを製造する上で必要であった複数の工程を全て省略することができ、光学フィルタ１０を容易に製造することが可能となる。

本発明は上述した実施の形態に限られず、様々な修正及び応用が可能である。例えば、上述した実施の形態では固定金型５１及び可動金型５２の横方向からフィルタ材を注入する構成を例に挙げて説明したが、これに限られず、減衰領域１１ａ以外の箇所であれば垂直な方向からフィルタ材を注入する構成を採ることも可能である。

また、上述した実施の形態では作動ピン１３に対応したキャビティ５３ｂが固定金型５１に形成され、回動ピン１２に対応したキャビティ５３ａが可動金型５２に形成される場合を例に挙げて説明したが、これに限られず回動ピン１２に対応したキャビティが固定金型５１に形成されても良い。

また、上述した実施の形態では、回動ピン１２を回動中心として、作動ピン１３をアクチュエータによって作動させることによって、光学フィルタ１０を回動させる構成を採って説明したが、これに限られない。例えば、作動ピンのみを備え、作動ピンをアクチュエータ等で回転させることで、光学フィルタ１０を回動させる等光学フィルタ１０を駆動する構成によって適宜変更することが可能である。また、回動ピン１２の代わりにガイド穴を形成してもよい。また、回動ピン１２と作動ピン１３は同一面上にあってもよい。また、光学フィルタ１０は更にガイドを備えることも可能である。固定金型５１及び可動金型５２は、光学フィルタ１０の形状に合わせて適宜変更することが可能である。

本発明の実施の形態に係る光学フィルタの構成例を示す図である。 撮像装置を示す図である。 本発明の実施の形態に係る固定金型及び可動金型を示す図である。

符号の説明

１０ 光学フィルタ
１１ 平板
１１ａ 減衰領域
１２ 回動ピン
１３ 作動ピン
２０ 撮像装置
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ レンズ
２２ 絞り
２２ａ 開口部
２３ フィルタ支持基板
２３ａ 開口部
２４ 撮像素子
２５ 基板
５１ 固定金型
５２ 可動金型
５３ キャビティ
５３ａ、５３ｂ キャビティ
５４ ゲート
５５ ランナー

Claims (5)

1. 可視光域の光を減衰する光学フィルタであって、
   光を減衰する減衰領域を備える平板と、
   前記平板の面から突出して形成され、前記平板を駆動するための突起と、を備え、
   前記平板と前記突起とは樹脂にカーボンナノチューブを添加したフィルタ材により一体に形成されており、
   前記突起中に分散された前記カーボンナノチューブは、前記光学フィルタの面方向に対して垂直に配向されることを特徴とする光学フィルタ。
2. 径が１０〜２５０ｎｍ、長さが０．０１〜３０μｍである前記カーボンナノチューブを備えたことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
3. ポリカーボネイト、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、脂環式オレフィン樹脂、脂環式アクリル樹脂、ノルボルネン系耐熱透明樹脂、環状オレフィンコポリマーのいずれかである前記樹脂を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
4. 前記フィルタ材に対し３０重量パーセント以下で添加される前記カーボンナノチューブを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学フィルタ。
5. 光学フィルタを製造する方法であって、
   平板と、前記平板の面から突出して形成された突起とを備える光学フィルタの形状に対応したキャビティを有する金型に、溶融させた樹脂に所定の割合でカーボンナノチューブを混合させたフィルタ材を前記平板の面方向に沿った方向から注入し、前記キャビティ内に前記フィルタ材を充填させる充填工程と、
   前記キャビティ内に充填された前記フィルタ材を硬化させる硬化工程と、
   前記金型から光学フィルタを取り出す取出工程と、を備え、
   前記突起中に分散された前記カーボンナノチューブは、前記光学フィルタの面方向に対して垂直に配向されることを特徴とする光学フィルタの製造方法。

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