JP6616494B2 - 光学積層フィルムおよび偏光イメージングセンサ - Google Patents
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Description
この偏光イメージングセンサによれば、物体の面の傾き、判別が困難な形状および境界の明確化、物体に掛かった応力の状態の検出など、通常の白黒画像またはカラー画像では得られない情報を得ることができる。
そのため偏光イメージングセンサは、検査、医療、運転補助、操作、セキュリティー等、様々な分野での利用が考えられる。
この偏光解析装置は、位相差が一定で遅相軸方向が異なる複数の波長板領域を有する波長板アレイと、通過する偏光の偏光軸方向が異なる複数の偏光板領域を有する偏光板アレイとを、波長板アレイが前面で、偏光板アレイが後面となるように重ね合わせ、それらを通過した光の強度分布を受光素子アレイで測定し、受光素子アレイによる出力画像の濃度の変動パターンを解析することで、入射した光の偏光の状態を検出する。
その反面、特許文献1に記載される偏光イメージングセンサは、通過する偏光の偏光軸方向が異なる複数の偏光板領域を有する偏光板アレイを用いている。このような偏光軸がパターニングされた偏光板アレイは、作製が困難で生産性が悪く、また、汎用性も低い。さらに、偏光軸がパターニングされた偏光板アレイは、偏光軸の方向を、小さな角度差で細かく設定することも困難であるため、ある程度以上は、偏光の状態の検出精度の向上も困難である。
第1の位相差板のパターン光学異方性層および第2の位相差板のパターン光学異方性層は、位相差は一定で、さらに、同一面内で複数の帯状領域に分割されており、
さらに、第1の位相差板のパターン光学異方性層および第2の位相差板のパターン光学異方性層は、1つの帯状領域内における遅相軸の方向は一致し、かつ、それぞれの帯状領域における遅相軸の方向は全て異なる、複数の帯状領域からなる単位を、複数、有し、かつ、
第1の位相差板のパターン光学異方性層の帯状領域と第2の位相差板のパターン光学異方性層の帯状領域とが、面方向において、互いに交差して配置され、第1の位相差板、第2の位相差板および偏光板の順番で積層されることを特徴とする光学積層フィルムを提供する。
また、第1の位相差板のパターン光学異方性層および第2の位相差板のパターン光学異方性層は、単位における帯状領域の遅相軸の方向が、帯状領域の配列方向に向かって、順次、変わるのが好ましい。
また、第1の位相差板のパターン光学異方性層の帯状領域と、第2の位相差板のパターン光学異方性層の帯状領域とが、面方向において直交するのが好ましい。
また、第1の位相差板と第2の位相差板とが、異なる位相差板であるのが好ましい。
また、第1の位相差板および第2の位相差板は、一方がλ/4板で、他方がλ/2板であるのが好ましい。
また、第1の位相差板のパターン光学異方性層および第2の位相差板のパターン光学異方性層は、単位における帯状領域の遅相軸の方向が、帯状領域の配列方向に対して、0°から180°まで変わるのが好ましい。
さらに、第1の位相差板のパターン光学異方性層および第2の位相差板のパターン光学異方性層が、液晶性化合物を含むのが好ましい。
また、本明細書において、「直交」および「平行」とは、本発明が属する技術分野において許容される誤差の範囲を含むものとする。例えば、「直交」および「平行」とは、厳密な直交あるいは平行に対して±10°未満の範囲内であることなどを意味し、厳密な直交あるいは平行に対しての誤差は、5°以下であることが好ましく、3°以下であることがより好ましい。
また、「直交」および「平行」以外で表される角度、例えば、15°や45°等の具体的な角度についても、本発明が属する技術分野において許容される誤差の範囲を含むものとする。例えば、本発明においては、角度は、具体的に示された厳密な角度に対して、±5°未満であることなどを意味し、示された厳密な角度に対する誤差は、±3°以下であるのが好ましく、±1°以下であるのが好ましい。
偏光イメージングセンサ10は、偏光検出フィルタ12に入射して、透過した光を、イメージセンサ14で測光することにより、入射した光の偏光状態を検出するものである。
例えば、偏光検出フィルタ12とイメージセンサ14との間に公知の光学系を配置して、偏光検出フィルタ12を透過した光をイメージセンサ14の受光面に結像するようにしてもよく、また、偏光検出フィルタ12を透過した光を拡大あるいは縮小できるようにしてもよい。
図2に示すように、偏光検出フィルタ12は、第1位相差板20と、第2位相差板24と、偏光板26とを有する。偏光検出フィルタ12は、光入射面側から、第1位相差板20と、第2位相差板24と、偏光板26とを、この順番で積層し、貼合層28によって貼り合わせた構成を有する。
なお、パターン光学異方性層20Aの形成材料によっては、第1位相差板20は、支持体20Bを有さなくてもよい。同様に、パターン光学異方性層24Aの形成材料によっては、第2位相差板24は、支持体24Bを有さなくてもよい。
貼合層28は、対象となる板状物(シート状物)を貼り合わせられる物であれば、公知の各種の材料からなるものが利用可能であり、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる、接着剤からなる層でも、貼り合わせる際にゲル状(ゴム状)の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない、粘着剤からなる層でも、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。従って、貼合層28は、光学透明接着剤(OCA(Optical Clear Adhesive))、光学透明両面テープ、紫外線硬化型樹脂等、光学装置および光学素子でシート状物の貼り合わせに用いられる公知のものを用いればよい。
あるいは、貼合層28で貼り合わせるのではなく、第1位相差板20と、第2位相差板24と、偏光板26とを積層して、枠体や治具等で保持して、本発明の光学積層フィルムを構成してもよい。
図3に示すように、第1位相差板20のパターン光学異方性層20Aは、同一面内において遅相軸が複数の帯状領域に分割されている。具体的には、パターン光学異方性層20Aは、同じ幅の直線状の領域である、第1帯状領域20a〜第12帯状領域20lの12個の帯状領域を有する。図3において、各帯状領域の矢印は、パターン光学異方性層20Aおよびパターン光学異方性層24Aの遅相軸の方向を示している。
第1位相差板20は、λ/4板であり、パターン光学異方性層20Aの第1帯状領域20a〜第12帯状領域20lは、位相差は一定であるが、各帯状領域において、遅相軸の方向が全て異なる。すなわち、第1位相差板20のパターン光学異方性層20Aは、遅相軸の方向が異なる複数の帯状領域に分割されたパターン光学異方性を有する。
以下の説明では、第1位相差板20および第2位相差板24において、『帯状領域の配列方向』を『基準方向』とも言う。
すなわち、第1位相差板20において、第1帯状領域20aは基準方向に対して0°傾いた遅相軸を有する。第2帯状領域20bは基準方向に対して15°傾いた遅相軸を有する。第3帯状領域20cは基準方向に対して30°傾いた遅相軸を有する。第4帯状領域20dは基準方向に対して45°傾いた遅相軸を有する。第5帯状領域20eは基準方向に対して60°傾いた遅相軸を有する。第6帯状領域20fは基準方向に対して75°傾いた遅相軸を有する。第7帯状領域20gは基準方向に対して90°傾いた遅相軸を有する。第8帯状領域20hは基準方向に対して105°傾いた遅相軸を有する。第9帯状領域20iは基準方向に対して120°傾いた遅相軸を有する。第10帯状領域20jは基準方向に対して135°傾いた遅相軸を有する。第11帯状領域20kは基準方向に対して150°傾いた遅相軸を有する。さらに、第12帯状領域20lは基準方向に対して165°傾いた遅相軸を有する。
なお、本発明において、1つの単位を構成する帯状領域の数は、図示例の12個に限定はされず、後述する隣接する帯状領域における遅相軸の角度差等に応じて、適宜、設定すればよい。また、本発明において、パターン光学異方性層20Aは、1つの単位において、図示例のように、遅相軸の方向が0〜180°まで変わるのが好ましい。以上の点に関しては、第2位相差板24のパターン光学異方性層24Aも同様である。
第2位相差板24は、λ/2板であり、パターン光学異方性層24Aの第1帯状領域24a〜第12帯状領域24lは、位相差は一定であるが、各帯状領域において、遅相軸の方向が全て異なる。すなわち、第2位相差板24も、遅相軸が帯状領域に分割されたパターン光学異方性を有する。
すなわち、第2位相差板24において、第1帯状領域24aは基準方向に対して0°傾いた遅相軸を有する。第2帯状領域24bは基準方向に対して15°傾いた遅相軸を有する。第3帯状領域24cは基準方向に対して30°傾いた遅相軸を有する。第4帯状領域24dは基準方向に対して45°傾いた遅相軸を有する。第5帯状領域24eは基準方向に対して60°傾いた遅相軸を有する。第6帯状領域24fは基準方向に対して75°傾いた遅相軸を有する。第7帯状領域24gは基準方向に対して90°傾いた遅相軸を有する。第8帯状領域24hは基準方向に対して105°傾いた遅相軸を有する。第9帯状領域24iは基準方向に対して120°傾いた遅相軸を有する。第10帯状領域24jは基準方向に対して135°傾いた遅相軸を有する。第11帯状領域24kは基準方向に対して150°傾いた遅相軸を有する。さらに、第12帯状領域24lは基準方向に対して165°傾いた遅相軸を有する。
図示例において、偏光板26は、偏光板26内に矢印で示すように、一例として、第1位相差板20の基準方向に一致する偏光軸を有する。
さらに、図2および図3に示すように、第1位相差板20と第2位相差板24とは、互いのパターン光学異方性層の帯状領域を直交して配置される。すなわち、第1位相差板20と第2位相差板24とは、互いの基準方向を直交して配置される。従って、第1位相差板20の1個の帯状領域は、第2位相差板24の第1帯状領域24a〜第12帯状領域24lの全てと、繰り返し交差する。他方、第2位相差板24の1個の帯状領域は、第1位相差板20の第1帯状領域20a〜第12帯状領域20lの全てと繰り返し交差する。
これにより、偏光検出フィルタ12は、正面すなわち光の入射方向から見た際に、第1位相差板20の1つの単位と第2位相差板24の1つの単位とによって、第1位相差板20の第1帯状領域20a〜第12帯状領域20lと、第2位相差板24の第1帯状領域24a〜第12帯状領域24lとの、それぞれの交差によって形成された、面方向に144個の矩形の領域が形成されたような状態となる。
以下の説明では、第1位相差板20の1個の帯状領域と、第2位相差板24の1個の帯状領域との交差によって形成された、1個の矩形の領域を、『交差領域』とも言う。
偏光イメージングセンサ10(偏光検出フィルタ12)においては、交差して積層された第1位相差板20のパターン光学異方性層20Aの1つの単位と、第2位相差板24のパターン光学異方性層24Aの1つの単位とによって、偏光イメージングセンサ10の1画素が形成される。すなわち、図示例においては、第1位相差板20の第1帯状領域20a〜第12帯状領域20lと、第2位相差板24の第1帯状領域24a〜第12帯状領域24lとの、それぞれの交差によって形成された、12×12の144個の交差領域で、偏光イメージングセンサ10の1画素が構成される。
従って、偏光イメージングセンサ10の1画素において、面内に形成された144個の交差領域は、全て、第1位相差板20の遅相軸と第2位相差板の遅相軸との組み合わせが、全て互いに異なる。
そのため、偏光検出フィルタ12の1画素に同じ偏光状態の光が入射して、第1位相差板20および第2位相差板24を透過すると、光は、透過した交差領域の遅相軸の組み合わせに応じた偏光になる。すなわち、第1位相差板20および第2位相差板24を透過した光は、面方向に、透過した交差領域に応じて、最大、144種の異なる偏光になる。
さらに、この最大144種の異なる偏光状態の光が、直線偏光板である偏光板26を透過すると、透過光量は、各光の偏光状態と偏光板26の偏光軸の方向とに応じた光量になり、光量分布が形成される。
従って、偏光検出フィルタ12の1つの画素に入射して、偏光板26を透過した光をCCDセンサ等のイメージセンサ14で測光して、モノクロ画像あるいはカラー画像として再生し、濃度パターン(色濃度パターン)を検出することにより、偏光検出フィルタ12の1画素に入射した光の偏光状態を検出できる。例えば、予め、各種の偏光状態の光を偏光検出フィルタ12の1画素に入射してイメージセンサ14で光量を測定して、もしくは、シミュレーションおよび/または計算を行って、偏光状態に対応する濃度の変動パターンを知見しておき、テーブル化しておけば、偏光検出フィルタ12の1画素に入射した光の偏光状態を検出できる。
つまり、偏光イメージングセンサ10は、各場所における偏光状態や、場所による偏光状態の差などを、1回の偏光で測定することができる。
すなわち、第1位相差板20および第2位相差板24のパターン光学異方性層は、1つの単位において隣接する帯状領域の遅相軸の方向の角度差は、15°超であっても、15°未満であってもよい。
また、第1位相差板20および第2位相差板24のパターン光学異方性層は、1つの単位における帯状領域の遅相軸の方向の角度変化は、15°刻みのように一定幅での変化ではなく、基準方向に向かって5°→10°→20°…のように、異なる角度で変化してもよい。さらに、第1位相差板20および第2位相差板24のパターン光学異方性層は、1つの単位における帯状領域の遅相軸の方向の角度は、図示例の0°→15°→30°…のように、順次、変化するのではなく、0°→60°→15°…のように、遅相軸の角度が重複しないようにランダムに変化してもよい。
従って、第1位相差板20および第2位相差板24の帯状領域の遅相軸の方向の角度差は、偏光イメージングセンサ10に要求される偏光検出の精度と空間分解能とに応じて、適宜、設定すればよい。
第1位相差板20および第2位相差板24の基準方向に隣接する帯状領域の遅相軸の角度差を5°以内とし、かつ、同じ角度差で、基準方向に向かって、順次、変化する構成とすることにより、非常に高精度な偏光の検出が可能になると共に、偏光に応じたイメージセンサ14の出力画像のパターン解析も簡易にできる。
また、上記条件を満たすことにより、第1位相差板20と第2位相差板24との位置ズレが生じても光量分布は変わらず、偏光検出フィルタ12とイメージセンサ14との位置ズレが生じた場合でも、光量分布全体がズレるだけであり、偏光の検出精度の低下を最小限に抑えられる。言い換えれば、上記条件を満たすことにより、第1位相差板20と第2位相差板24との位置合わせ、および、偏光検出フィルタ12とイメージセンサ14との位置合わせに掛かる負担を、大幅に低減できる。
すなわち、第1位相差板20および/または第2位相差板24は、互いに異なる単位を含んでもよい。
例えば、第1位相差板20および/または第2位相差板24において、或る単位は図示例のように15°刻みで基準方向に対する遅相軸の角度が変化し、別の単位は30°刻みで基準方向に対する遅相軸の角度が変化し、さらに別の単位は7.5°刻みで基準方向に対する遅相軸の角度が変化するような構成であってもよい。あるいは、第1位相差板20および/または第2位相差板24において、或る単位は図示例のように12個の帯状領域を有し、別の単位は30個の帯状領域を有し、さらに別の単位は45個の帯状領域を有するような構成であってもよい。
従って、第1位相差板20および第2位相差板24における帯状領域の幅は、イメージセンサ14の受光素子のサイズあるいは受光素子のサイズの整数倍となるのが好ましい。
また、画素ピッチや、偏光検出フィルタ12とイメージセンサ14との間に光学系を有する場合には、第1位相差板20および第2位相差板24における帯状領域の幅は、イメージセンサ14の受光素子のサイズに加え、配置する光学系に応じて、適宜、設定すればよい。
なお、一般的なイメージセンサの1個の受光素子は正方形であるため、イメージセンサの画素と交差領域との対応が容易になる点で、第1位相差板20および第2位相差板24における帯状領域の幅は、全て同じであるのが好ましいが、異なる複数の幅の帯状領域を有してもよい。
さらに、帯状領域の数、1個の単位を構成する帯状領域の数、および、パターン光学異方性層を構成する単位の数は、第1位相差板20と第2位相差板24とで、同じでも異なってもよい。
第1位相差板20のパターン光学異方性層20Aの各帯状領域において、波長550nmの面内レターデーションRe(550)は特に限定はないが、115〜165nmが好ましく、120〜150nmがより好ましく、125〜145nmがさらに好ましい。なお、第1位相差板20が支持体20Bなどのパターン光学異方性層20A以外の他の層を含んでいる場合であっても、第1位相差板20全体で上記面内レターデーションの範囲を示すのが好ましい。
第2位相差板24のパターン光学異方性層24Aの各帯状領域において、波長550nmの面内レターデーションRe(550)は特に限定はないが、255〜295nmが好ましく、260〜290nmがより好ましく、265〜285nmがさらに好ましい。同様に、第2位相差板24が支持体24B等などのパターン光学異方性層24A以外の他の層を含んでいる場合であっても、第2位相差板24全体で上記面内レターデーションの範囲を示すのが好ましい。
すなわち、光入射側となる第1位相差板20をλ/2板とし、第2位相差板24をλ/4板としてもよく、あるいは、第1位相差板20および第2位相差板24を共にλ/4板とするなど、第1位相差板20および第2位相差板24を同じ位相差板としてもよい。あるいは、第1位相差板20および第2位相差板24として、λ/8板や5λ/8板など、λ/4板およびλ/2板以外の位相差板を用いてもよい。
ただ、本発明者らの検討によれば、検出精度を高くできる点で、第1位相差板20の面内レターデーションReはλ/8〜3λ/8で、かつ、第2位相差板24の面内レターデーションReは、第1位相差板20の面内レターデーションReよりも大きいのが好ましい。
第1位相差板20のパターン光学異方性層20Aおよび第2位相差板24のパターン光学異方性層24Aが、液晶性化合物を含むことにより、帯状領域の幅、および、帯状領域における遅相軸の方向を、高精度かつ高い分解能で制御できる。例えば、容易に、隣接する帯状領域における遅相軸の角度差を1°未満にできる。
液晶性化合物に含まれる不飽和二重結合の種類は特に制限されず、付加重合反応が可能な官能基が好ましく、重合性エチレン性不飽和基または環重合性基が好ましい。より具体的には、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、スチリル基、アリル基などが好ましく挙げられ、(メタ)アクリロイル基がより好ましい。
棒状液晶性化合物としては、例えば、特表平11−513019号公報の請求項1や特開2005−289980号公報の段落[0026]〜[0098]に記載のものを好ましく用いることができ、ディスコティック液晶性化合物としては、例えば、特開2007−108732号公報の段落[0020]〜[0067]や特開2010−244038号公報の段落[0013]〜[0108]に記載のものを好ましく用いることができるが、これらに限定されない。
また、液晶性化合物を水平配向、垂直配向状態とするために、水平配向、垂直配向を促進する添加剤(配向制御剤)を使用してもよい。添加剤としては各種公知のものを使用できる。
第1の好適態様は、液晶性化合物の配向を制御する複数の作用を利用し、その後、外部刺激(熱処理等)によりいずれかの作用を消失させて、所定の配向制御作用を支配的にする方法である。上記の方法としては、例えば、配向膜による配向制御能と、液晶性化合物中に添加される配向制御剤の配向制御能との複合作用により、液晶性化合物を所定の配向状態とし、それを固定して一方の位相差領域を形成した後、外部刺激(熱処理等)により、いずれかの作用(例えば配向制御剤による作用)を消失させて、他の配向制御作用(配向膜による作用)を支配的にし、それによって他の配向状態を実現し、それを固定して他方の位相差領域を形成する。この方法の詳細については、特開2012−008170号公報の段落[0017]〜[0029]に記載があり、その内容は本明細書に参照として取り込まれる。
例えば、図示例の偏光検出フィルタ12において、第1位相差板20は透明な支持体20Bを有し、第2位相差板24は透明な支持体24Bを有する。つまり、両位相差板は、透明な支持体と、支持体上に配置されたパターン光学異方性層を有する構成であってもよい。支持体を備えることにより、位相差板の機械的強度が向上する。
支持体20Bおよび24Bを形成する材料としては、例えば、ポリカーボネート系ポリマー、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ポリメチルメタクリレート等の(メタ)アクリル系ポリマー、ポリスチレンやアクリロニトリル・スチレン共重合体(AS樹脂)等のスチレン系ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等のポリオレフィン系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、ナイロンや芳香族ポリアミド等のアミド系ポリマー、イミド系ポリ交差領域ルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、ビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー、ポリオキシメチレン系ポリマー、エポキシ系ポリマーなどが挙げられる。
また、支持体を形成する材料としては、トリアセチルセルロースに代表される、セルロース系ポリマー(以下、セルロースアシレートという)も好ましく用いることができる。
なお、支持体には、種々の添加剤(例えば、光学的異方性調整剤、波長分散調整剤、微粒子、可塑剤、紫外線吸収剤、劣化防止剤、剥離剤、など)を加えることができる。
配向膜は、一般的にはポリマーを主成分とする。配向膜用ポリマー材料としては、多数の文献に記載があり、多数の市販品を入手することができる。利用されるポリマー材料は、ポリビニルアルコールまたはポリイミド、および、その誘導体が好ましい。特に、変性または未変性のポリビニルアルコールが好ましい。本発明に使用可能な配向膜については、WO01/88574A1号公報の43頁24行〜49頁8行、特許第3907735号公報の段落[0071]〜[0095]に記載の変性ポリビニルアルコールを参照することができる。なお、配向膜には、通常、公知のラビング処理が施される。つまり、配向膜は、通常、ラビング処理されたラビング配向膜であることが好ましい。
また、本発明では光配向膜を利用することも好ましい。光配向膜としては特に限定はされないが、WO2005/096041号の段落[0024]〜[0043]に記載のものやRolic echnologies社製の商品名LPP−JP265CPなどを用いることができる。
また、支持体20Bの上方に、支持体20Bと互いの端辺を一致して、支持体20Bを覆わないように遮光板32を固定する。これにより、移動ステージ30を遮光板32側に移動した際に、移動量だけ、支持体20B(光異性化組成物層L)が遮光板32の下方に隠れるようにする。
さらに、遮光板32よりも上方に、支持体20Bに対面して、ワイヤーグリッド偏光板などの直線偏光板34を、中心を回転軸として回転可能に設ける。直線偏光板34の回転は、UV(紫外線)透過性の回転ステージ等を用いる公知の方法で行えばよい。
また、光異性化組成物層Lを配向させる光、例えばUVを、直線偏光板34を通して、光異性化組成物層Lに照射するように、光源を配置する。
次いで、所定の角度、例えば、1°、直線偏光板34を回転し、かつ、帯状領域の幅と同じ距離、移動ステージ30を矢印x方向すなわち遮光板32に向かって移動させる。従って、光異性化組成物層Lは、帯状領域の幅だけ、遮光板32によってUVから遮光される。その後、再度、直線偏光板34を通してUVを光異性化組成物層Lに照射し、光異性化組成物層Lを配向させる。
次いで、同様に、例えば、1°、直線偏光板34を回転し、かつ、帯状領域の幅と同じ距離、移動ステージ30を矢印x方向に移動させ、再度、直線偏光板34を通してUVを組成物の層Lに照射し、光異性化組成物層Lを配向させる。
以下、同様に、直線偏光板34の所定角度の回転、矢印x方向への移動ステージ30の移動、およびUVの照射を、繰り返し行って、支持体20Bの表面に光配向膜を形成する。
周知のように、光配向膜となる光異性化組成物の配向は、最後に照射された偏光に応じたものになる。従って、このように光配向膜を形成して、パターン光学異方性層20Aを形成することにより、図3に示すように、遅相軸の方向が、順次、変化する複数の帯状領域を有するパターン光学異方性層20Aを形成できる。
偏光板26の種類には特に限定はなく、前述のように、一般的に用いられている偏光板26が、各種、利用可能である。従って、例えば、ヨウ素系偏光板、二色性染料を利用した染料系偏光板、および、ポリエン系偏光板の、いずれも用いることができる。ヨウ素系偏光板、および染料系偏光板は、一般に、ポリビニルアルコールにヨウ素または二色性染料を吸着させ、延伸することで作製される。
なお、本発明の偏光イメージングセンサ10においては、第1位相差板20および第2位相差板24のパターン光学異方性層における帯状領域の交差によって形成される多数の交差領域を有し、個々の交差領域毎にイメージセンサ14による測定を行う。前述のように、イメージセンサ14の受光素子は、1素子が1個の交差領域に対応しても、複数素子が1個の交差領域に対応してもよい。従って、イメージセンサ14の受光素子数は、偏光検出フィルタ12が有する全ての交差領域の数以上であるのが好ましい。
<支持体の作製>
下記の材料をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、セルロースアセテート溶液を調製した。
・酢化度60.7〜61.1%のセルロースアセテート 100質量部
・トリフェニルホスフェート(可塑剤) 7.8質量部
・ビフェニルジフェニルホスフェート(可塑剤) 3.9質量部
・メチレンクロライド(第1溶媒) 336質量部
・メタノール(第2溶媒) 29質量部
・1−ブタノール(第3溶媒) 11質量部
このフィルムを、支持体とする。
<<重合体>>
撹拌機、温度計、滴下漏斗および還流冷却管を備えた反応容器に、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン100質量部、メチルイソブチルケトン500質量部、および、トリエチルアミン10質量部を仕込み、室温で混合した。
次いで、脱イオン水100質量部を滴下漏斗より30分かけて反応容器内の溶液に滴下した後、得られた溶液を還流下で混合しつつ、80℃で6時間反応させた。反応終了後、溶液から有機相を取り出し、0.2質量%硝酸アンモニウム水溶液により有機相を洗浄後の水が中性になるまで、有機相を洗浄した。その後、減圧下で溶媒および水を留去することにより、エポキシ基含有ポリオルガノシロキサンを粘調な透明液体として得た。
このエポキシ基含有ポリオルガノシロキサンについて、1H−NMR(Nuclear Magnetic Resonance)分析を行ったところ、化学シフト(δ)=3.2ppm付近にオキシラニル基に基づくピークが理論強度どおりに得られ、反応中にエポキシ基の副反応が起こっていないことが確認された。このエポキシ基含有ポリオルガノシロキサンの重量平均分子量Mwは2,200、エポキシ当量は186g/モルであった。
次に、100mLの三口フラスコに、上記で得たエポキシ基含有ポリオルガノシロキサン10.1質量部、アクリル基含有カルボン酸(商品名「アロニックスM−5300」、東亜合成社製、アクリル酸ω−カルボキシポリカプロラクトン(重合度n≒2))0.5質量部、酢酸ブチル20質量部、特開2015−26050号公報の合成例1の方法で得られた桂皮酸誘導体1.5質量部、および、テトラブチルアンモニウムブロミド0.3質量部を仕込み、得られ反応溶液を90℃で12時間撹拌した。
反応終了後、反応溶液と等量(質量)の酢酸ブチルで希釈し、3回水洗した。
得られた溶液を濃縮し、酢酸ブチルで希釈する操作を2回繰り返し、最終的に、光配向性基を有するポリオルガノシロキサン(重合体)を含む溶液を得た。この重合体の重量平均分子量Mwは9,000であった。また、1H−NMR分析の結果、重合体中のシンナメート基を有する成分は23.7質量%であった。
酢酸ブチルを溶媒として、先に作製した重合体、ならびに、下記の化合物D1および化合物D2を、以下の量で添加し、光配向膜用組成物を調製した。
(光配向膜用組成物)
・酢酸ブチル 100質量部
・重合体 4.35質量部
・化合物D1 0.48質量部
・化合物D2 1.15質量部
下記組成のパターン光学異方性層用塗布液1を調製した。
(パターン光学異方性層用塗布液1)
・メトキシエチルアクリレート 211質量部
・下記の棒状液晶性化合物の混合物 100質量部
・下記のモノマー 5質量部
・下記の重合開始剤 6質量部
・下記の界面活性剤 0.25質量部
先に作製した支持体上に、先に調製した光配向膜用組成物をスピンコート法によって塗布した。その後、光配向膜用組成物が塗布された支持体を100℃のホットプレート上で5分間乾燥して溶剤を除去し、厚さ0.2μmの光異性化組成物層を形成した。
移動ステージ(ALS−305−CM、中央精機社製)と、回転ステージ(SGSP−60YAW−0B、シグマ光機社製)と、遮光板と、ワイヤーグリッド偏光板(商品コード#46−636、エドモンド社製)と、紫外線照射機(EX250−W、HOYA−SCOTT社製)とを用いて、光配向膜を、次のように作製した。
図4に概念的に示すように、作製した光異性化組成物層付きの支持体を、移動ステージ上に置き、移動ステージ上に遮光板を固定して配置した。遮光板は、支持体と互いの端辺を一致して、支持体を覆わないように設けた。これにより、移動ステージを遮光板側に移動した際に、移動量だけ支持体の光異性化組成物層が遮光板の下方に隠れるようにした。
さらに、移動ステージ上に回転ステージを固定して配置し、その回転ステージ上にワイヤーグリッド偏光板を置き、回転できるようにした。ワイヤーグリッド偏光板は、移動ステージの移動方向に偏光軸を一致させた。
ワイヤーグリッド偏光板を通して紫外線を30mJ/cm2照射した。その後、移動ステージを15μm、移動させ、ワイヤーグリッド偏光板を5°回転させた。その後、同様に紫外線を照射した。これ以降、移動ステージの15μm移動、偏光板の5°回転、紫外線照射を、移動ステージの全稼動距離が21mmになるまで繰り返し行って支持体の上に光配向膜を形成した。すなわち、繰り返し回数は1400回である。
このようにして形成した光配向膜上に、先に調製したパターン光学異方性層用塗布液1をスピンコート法によって塗布した。
その後、パターン光学異方性層用塗布液1が塗布された支持体を90℃のホットプレート上で2分乾燥して、パターン光学異方性層となる組成物の層を形成した。その後、60℃に保ち、紫外線を照射(500mJ/cm2)して配向を固定し、膜厚1.8μmのパターン光学異方性層1を形成して、位相差板1を作製した。
パターン光学異方性層用塗布液1の調製において、メトキシエチルアクリレート(溶媒量)を533.68質量部に変更した以外は、同様にしてパターン光学異方性層用塗布液2を調製した。
このパターン光学異方性層用塗布液2を用いた以外は、パターン光学異方性層1同様にして、パターン光学異方性層2を形成し、位相差板2を作製した。
また、位相差板1と位相差板2ともに、36本の帯状領域からなる単位が38回繰り返して形成されていることより、38×38画素で撮影可能な偏光イメージングセンサを作製できる。
作製した位相差板1のパターン光学異方性層1および位相差板2のパターン光学異方性層2を、偏光顕微鏡(ECLIPSE E600−POL)で観察した。
その結果、両パターン光学異方性層には、図3に示されるように、15μm幅で、遅相軸の方向が、基準方向(移動ステージの移動方向)に対して、0°から180°まで5°間隔で連続的に変化する帯状領域が、長手方向と直交する方向に連続的に、繰り返し形成されていることが確認できた。
正面位相差を測定するため、支持体に光配向膜となる厚さ0.2μmの光異性化組成物層を形成し、この光異性化組成物層に、ワイヤーグリッド偏光板を回転させずに、紫外線を1回照射(30mJ/cm2)した以外は、同様に、光配向膜を形成した。
その後、同様に、パターン光学異方性層用塗布液1およびパターン光学異方性層用塗布液2を塗布、乾燥、紫外線硬化し、膜厚が1.8μmのパターン光学異方性層1を有する位相差板1−2、および、膜厚が0.9μmのパターン光学異方性層2を有する位相差板2−2を作製した。
Axometry(Axometric社製)を用いて、それぞれの位相差板の正面位相差を測定した。その結果、位相差板1−2の正面位相差は275nm、位相差板2−2の正面位相差は138nmであった。
このようにして作製した位相差板1および位相差板2、ならびに、ワイヤーグリッド偏光板フィルタ(商品コード#33−082、エドモンド社製)を用いて、偏光検出フィルタを作製した。
偏光検出フィルタは、位相差板2(λ/4板)を第1位相差板とし、位相差板1(λ/2板)を第2位相差板として、位相差板2と位相差板1とワイヤーグリッド偏光板とを、この順に粘着剤で貼合し、偏光検出フィルタを作製した。この時、第1位相差板と第2位相差板とは、帯状領域が直交するようにした。
その後、USB(Universal Serial Bus)カメラ(UI−1490LE−M、プロリンクス社製)の受光面上に上記偏光検出フィルタを粘着剤で貼合し、偏光イメージングセンサを作製した。この時、ワイヤーグリッド偏光板フィルタ側が、受光素子と隣接するようにした。
前述のように、位相差板2および位相差板1は、偏光イメージングセンサの1画素に対応する、36本の帯状領域からなる1つの単位が38回、繰り返し形成されている。従って、この偏光イメージングセンサ(偏光検出フィルタ)は、38×38=1444画素の偏光イメージングセンサである。
面光源(LED(Light Emitting Diode)ビューワープロ、フジフイルム社製)上に直線偏光板を1枚置き、直線偏光板の透過光を作製した偏光イメージングセンサで撮影した。その結果、偏光イメージングセンサの各画素の光量分布が図5と同様になったことを確認した。
また、直線偏光板を円偏光板にした以外は同様に撮影を行い、偏光イメージングセンサの各画素の光量分布が図6と同様になっていることを確認した。
これにより、本発明の偏光イメージングセンサで、光の偏光状態の検出が可能なことを確認できた。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
12 偏光検出フィルタ
14 イメージセンサ
20 第1位相差板
20A パターン光学異方性層
20B 支持体
20a,24a 第1帯状領域
20b,24b 第2帯状領域
20c,24c 第3帯状領域
20d,24d 第4帯状領域
20e,24e 第5帯状領域
20f,24f 第6帯状領域
20g,24g 第7帯状領域
20h,24h 第8帯状領域
20i,24i 第9帯状領域
20j,24j 第10帯状領域
20k,24k 第11帯状領域
20l,24l 第12帯状領域
24 第2位相差板
24A パターン光学異方性層
24B 支持体
26 偏光板
28 貼合層
30 移動ステージ
32 遮光板
34 直線偏光板
L 光異性化組成物層
Claims (9)
- パターン光学異方性層を有する第1の位相差板と、パターン光学異方性層を有する第2の位相差板と、偏光軸が一方向の偏光板と、を有し、
前記第1の位相差板の前記パターン光学異方性層および前記第2の位相差板の前記パターン光学異方性層は、位相差は一定で、さらに、同一面内で複数の帯状領域に分割されており、
さらに、前記第1の位相差板の前記パターン光学異方性層および前記第2の位相差板の前記パターン光学異方性層は、1つの前記帯状領域内における遅相軸の方向は一致し、かつ、それぞれの前記帯状領域における遅相軸の方向は全て異なる、複数の前記帯状領域からなる単位を、複数、有し、かつ、
前記第1の位相差板の前記パターン光学異方性層の帯状領域と前記第2の位相差板の前記パターン光学異方性層の帯状領域とが、面方向において、互いに交差して配置され、前記第1の位相差板、前記第2の位相差板および前記偏光板の順番で積層されることを特徴とする光学積層フィルム。 - 前記第1の位相差板の前記パターン光学異方性層および前記第2の位相差板の前記パターン光学異方性層は、同じ前記単位を、前記帯状領域の配列方向に繰り返し有する請求項1に記載の光学積層フィルム。
- 前記第1の位相差板の前記パターン光学異方性層および前記第2の位相差板の前記パターン光学異方性層は、前記単位における帯状領域の遅相軸の方向が、前記帯状領域の配列方向に向かって、順次、変わる、請求項1または2に記載の光学積層フィルム。
- 前記第1の位相差板のパターン光学異方性層の帯状領域と、前記第2の位相差板のパターン光学異方性層の帯状領域とが、面方向において直交する請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学積層フィルム。
- 前記第1の位相差板と前記第2の位相差板とが、異なる位相差板である請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学積層フィルム。
- 前記第1の位相差板および前記第2の位相差板は、一方がλ/4板で、他方がλ/2板である請求項5に記載の光学積層フィルム。
- 前記第1の位相差板のパターン光学異方性層および前記第2の位相差板の前記パターン光学異方性層は、前記単位における帯状領域の遅相軸の方向が、前記帯状領域の配列方向に対して、0°から180°まで変わる請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学積層フィルム。
- 前記第1の位相差板のパターン光学異方性層および前記第2の位相差板のパターン光学異方性層が、液晶性化合物を含む請求項1〜7のいずれか1項に記載の光学積層フィルム。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の光学積層フィルムと、イメージセンサとを有することを特徴とする偏光イメージングセンサ。
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