JP7279718B2 - 光学フィルタおよび情報取得装置 - Google Patents
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Description
(1)入射角0°の分光透過率曲線において、640nm~760nmの波長領域に透過率が50%となる波長を有する。
(2)入射角0°の分光透過率曲線において、波長750nm~1100nmの平均透過率が3%以下である。
(3)入射角0°の分光透過率曲線において、400nm~420nmの波長領域に透過率が50%となる波長を有する。
(4)入射角0°の分光透過率曲線において、波長640nm~660nmの平均透過率が68%以上であり、最小透過率が65%以上である。
本明細書において、近赤外線吸収色素を「NIR色素」、紫外線吸収色素を「UV色素」と略記することもある。
本明細書において、式(I)で示される化合物を化合物(I)という。他の式で表される化合物も同様である。化合物(I)からなる色素を色素(I)ともいい、他の色素についても同様である。例えば、後述の式(A1)で示される化合物を化合物(A1)といい、該化合物からなる色素を色素(A1)ともいう。
本明細書において、数値範囲を表す「~」では、上下限を含む。
本明細書において、特定の波長域について、平均透過率とは、その全波長領域において特定の波長間隔(例えば1nm)で測定した透過率の相加平均である。
本発明の一実施形態の光学フィルタ(以下、「本フィルタ」ともいう)は、吸収層と、反射層と、透明基板とを備え、下記(1)~(4)の要件を満足する。
(1)入射角0°の分光透過率曲線において、640nm~760nmの波長領域に透過率が50%となる波長を有する。
(2)入射角0°の分光透過率曲線において、波長750nm~1100nmの平均透過率が3%以下である。
(3)入射角0°の分光透過率曲線において、400nm~420nmの波長領域に透過率が50%となる波長を有する。
(4)入射角0°の分光透過率曲線において、波長640nm~660nmの平均透過率が68%以上であり、最小透過率が65%以上である。
(5)入射角0°の分光透過率曲線において、640nm~760nmの波長領域に透過率が50%となる波長λLO50-0を有し、入射角35°の分光透過率曲線において、640nm~760nmの波長領域に透過率が50%となる波長λLO50-35を有し、かつ前記波長の差の絶対値|λLO50-0-λLO50-35|が11nm以下である。
本フィルタは、吸収層として、NIR色素を含有する吸収層を有するのが好ましい。NIR色素を含有する吸収層は、典型的には、透明樹脂中にNIR色素が均一に溶解または分散した層である。NIR色素は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合せて用いてもよい。該吸収層は、さらに、本発明の効果を損なわない範囲でNIR色素以外の色素、特にはUV色素を含有してもよい。
(i-2)透明樹脂に最大吸収波長λmax(A)TRにおける透過率が10%となるように含有させて測定される、波長400~1100nmの分光透過率曲線において、435~480nmの波長領域の光の平均透過率T435-480ave(A)TRおよび480~590nmの波長領域の光に対する平均透過率T480-590ave(A)TRがともに90%以上である。
(i-4)ジクロロメタンに最大吸収波長λmax(A)DCMにおける透過率が10%となるように含有させて測定される、波長400~1100nmの分光透過率曲線において、435~480nmの波長領域の光の平均透過率T435-480ave(A)DCMが90%以上、かつ、480~590nmの波長領域の光に対する平均透過率T480-590ave(A)DCMが93%以上である。
(i-5)平均透過率T435-480ave(A)DCMと平均透過率T435-480ave(A)TRの差および平均透過率T480-590ave(A)DCMと平均透過率T480-590ave(A)TRの差がともに10.5%以下である。
(i-6)上記透明樹脂に含有させたときの質量吸光係数が300/(cm・質量%)以上である。
なお、質量吸光係数は、波長350~1200nmの範囲における最大吸収波長での光の内部透過率T[%](=実測透過率[%]/(100-実測反射率[%])×100[%])を算出し、-log10(T/100)によって計算できる。以下、特に断りのない限り、色素の「質量吸光係数」は、上記方法により計算された質量吸光係数である。
R101~R109およびR121~R131は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよい炭素数1~15のアルキル基もしくはアルコキシ基、または、炭素数5~20のアリール基を示す。R110~114およびR132~136は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、または、炭素数1~15のアルキル基もしくはアルコキシ基を示す。
X-は一価のアニオンを示す。
n1およびn2はそれぞれ独立に0または1である。-(CH2)n1-を含む炭素環、および、-(CH2)n2-を含む炭素環に結合する水素原子はハロゲン原子、置換基を有してもよい炭素数1~15のアルキル基または炭素数5~20のアリール基で置換されていてもよい。
2つの環Zは、それぞれ独立して、ヘテロ原子を環中に0~3個有し、かつ置換されていてもよい、5員環または6員環であり、
R1とR2、R2とR3、およびR1と環Zを構成する炭素原子またはヘテロ原子は、互いに連結して窒素原子とともにそれぞれヘテロ環A1、ヘテロ環B1およびヘテロ環C1を形成していてもよく、ヘテロ環を形成していない場合、R1およびR2は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、または、炭素原子間に不飽和結合、ヘテロ原子、飽和もしくは不飽和の環構造を含んでよく、置換基を有してもよい炭化水素基を示し、R3およびR4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、または炭素原子間にヘテロ原子を含んでもよいアルキル基もしくはアルコキシ基を示す。
式(A1)、式(A2)において、R102~R105、R108、R109、R122~R127、R130およびR131はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1~15のアルキル基もしくはアルコキシ基、または炭素数5~20のアリール基が好ましく、高い可視光透過率が得られる観点から水素原子がより好ましい。
色素(II)としては、例えば、式(II-1)~(II-3)のいずれかで示される化合物が挙げられる。
-C(CH3)2-CH(CH3)- …(11-1)
-C(CH3)2-CH2- …(11-2)
-C(CH3)2-CH(C2H5)- …(11-3)
-C(CH3)2-C(CH3)(nC3H7)- …(11-4)
-C(CH3)(CH2-CH(CH3)2)-CH(CH3)-…(11-5)
(v-1)ジクロロメタンに溶解して測定される波長350~800nmの分光透過率曲線において、最大吸収波長λmax(U)DCMが、360~415nmの波長領域にある。
アクリルイミド樹脂として、PLEXIMID8817(ダイセルエボニック社製、商品名)等が挙げられる。
本フィルタにおける透明基板は、可視光を透過すれば、構成する材料は特に制限されず、近赤外光や近紫外光を吸収する材料でもよい。例えば、ガラスや結晶等の無機材料や、透明樹脂等の有機材料が挙げられる。
反射層は、例えば、誘電体多層膜からなり、特定の波長域の光を遮蔽する機能を有する。反射層としては、例えば、可視光を透過し、特には、可視光の長波長側の赤色光まで十分に透過し、吸収層の遮光域以外の波長の光を主に反射する波長選択性を有するものが挙げられる。反射層は、近赤外光を反射する反射領域を有することが好ましい。この場合、反射層の反射領域は、吸収層の近赤外域における遮光領域を含んでもよい。反射層は、上記特性に限らず、所定の波長域の光、例えば、近紫外域をさらに遮断する仕様に適宜設計してよい。
(ii-1)入射角0°の分光透過率曲線において、波長420nm~650nmの反射率R420-650(0)が1%以下である。
(iv-1)λABSHT20-0°+5nm≦λRESHT20-0°≦λABSHT20-0°+70nm
(iv-2)λRESHT20-0°からλRESHT20-0°+350nmまでの波長領域の光における平均透過率が10%以下である。
(v-1)λRESUV50-0°≦λABSUV50-0°-25nm
反射防止層としては、誘電体多層膜や中間屈折率媒体、屈折率が漸次的に変化するモスアイ構造などが挙げられる。中でも光学的効率、生産性の観点から誘電体多層膜が好ましい。反射防止層は、反射層と同様に誘電体膜を交互に積層して得られる。
(NIR色素)
色素(A)として、色素(A11-1B)、色素(A12-1B)、色素(A22-1P)を、Dyes and pigments 73(2007) 344-352に記載の方法で合成した。また、色素(II-3-2)を国際公開第2017/135359号に記載された方法により合成した。
UV色素として式(M-2)で示されるメロシアニン色素(M-2)を常法により合成し準備した。メロシアニン色素(M-2)のジクロロメタンに溶解して測定される最大吸収波長λmax(U)DCMは、396nmであった。
図4に示す光学フィルタ10Dと同様の構成の光学フィルタを以下のとおり製造し評価した。なお、例1~4は全て本フィルタの実施例である。
基板A;AGC社製、SP-50T、銅イオンを含むリン酸ガラス基板、線膨張係数5.0×100×10-6/℃、厚さ0.01mm
基板B;SCHOTT製、D263、ホウケイ酸ガラス、線膨張係数7.2×10-6/℃、厚さ0.2mm
反射層A;TiO2膜とSiO2膜を交互に積層した誘電体多層膜からなり、入射角と各波長域における透過率の関係が表9に示される反射層。
表11に示す、透明基板、反射層、吸収層および反射防止層を有する例1~4の光学フィルタを製造した。
得られた例1~例4の光学フィルタにおける入射角と各波長域における透過率の関係をそれぞれ表12~表15および図5~8に示す。
Claims (15)
- 吸収層と、低屈折率の誘電体膜と高屈折率の誘電体膜とを交互に積層した誘電体多層膜から構成される反射層と、透明基板とを備え、下記(1)~(4)の要件を満たすことを特徴とする光学フィルタ。
(1)入射角0°の分光透過率曲線において、690nm~710nmの波長領域に透過率が50%となる波長を有する。
(2)入射角0°の分光透過率曲線において、波長750nm~1100nmの平均透過率が3%以下である。
(3)入射角0°の分光透過率曲線において、400nm~420nmの波長領域に透過率が50%となる波長を有する。
(4)入射角0°の分光透過率曲線において、波長640nm~660nmの平均透過率が68%以上であり、最小透過率が65%以上である。 - 下記(5)の要件をさらに満たす請求項1に記載の光学フィルタ。
(5)入射角0°の分光透過率曲線において、640nm~760nmの波長領域に透過率が50%となる波長λLO50-0を有し、入射角35°の分光透過率曲線において、640nm~760nmの波長領域に透過率が50%となる波長λLO50-35を有し、かつ前記波長の差の絶対値|λLO50-0-λLO50-35|が11nm以下である。 - 前記吸収層は、近赤外線吸収色素を含み、前記近赤外線吸収色素は、スクアリリウム色素、シアニン色素、フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素、ジチオール金属錯体色素、アゾ色素、ポリメチン色素、フタリド色素、ナフトキノン色素、アン卜ラキノン色素、インドフェノール色素、ピリリウム色素、チオピリリウム色素、ク口コニウム色素、テ卜ラデヒドオコリン色素、卜リフェニルメタン色素、アミニウム色素およびジイモニウム色素からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1または2に記載の光学フィルタ。
- 前記吸収層は、近赤外線吸収色素と透明樹脂を含み、前記近赤外線吸収色素は下記(i-1)~(i-5)の特性を満足する近赤外線吸収色素(A)を含む請求項1~3のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
(i-1)前記透明樹脂に含有させて測定される波長400~1100nmの分光透過率曲線において、最大吸収波長λmax(A)TRが740~900nmの波長領域にある。
(i-2)前記透明樹脂に最大吸収波長λmax(A)TRにおける透過率が10%となるように含有させて測定される、波長400~1100nmの分光透過率曲線において、435~480nmの波長領域の光の平均透過率T435-480ave(A)TRおよび480~590nmの波長領域の光に対する平均透過率T480-590ave(A)TRがともに90%以上である。
(i-3)ジクロロメタンに溶解して測定される波長400~1100nmの分光透過率曲線において、最大吸収波長λmax(A)DCMが730~900nmの波長領域にある。
(i-4)ジクロロメタンに最大吸収波長λmax(A)DCMにおける透過率が10%となるように含有させて測定される、波長400~1100nmの分光透過率曲線において、435~480nmの波長領域の光の平均透過率T435-480ave(A)DCMが90%以上、かつ、480~590nmの波長領域の光に対する平均透過率T480-590ave(A)DCMが93%以上である。
(i-5)平均透過率T435-480ave(A)DCMと平均透過率T435-480ave(A)TRの差および平均透過率T480-590ave(A)DCMと平均透過率T480-590ave(A)TRの差がともに10.5%以下である。 - 前記近赤外線吸収色素(A)は、スクアリリウム色素、シアニン色素およびフタロシアニン色素から選ばれる少なくとも1種を含む請求項4記載の光学フィルタ。
- 前記近赤外線吸収色素(A)は、下記式(A1)または式(A2)で示されるシアニン色素および下記式(II)で示されるスクアリリウム色素から選ばれる少なくとも1種を含む請求項4または5に記載の光学フィルタ。
R101~R109およびR121~R131は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよい炭素数1~15のアルキル基もしくはアルコキシ基、または、炭素数5~20のアリール基を示す。R110~114およびR132~136は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、または、炭素数1~15のアルキル基もしくはアルコキシ基を示す。
X-は一価のアニオンを示す。
n1およびn2はそれぞれ独立に0または1である。-(CH2)n1-を含む炭素環、および、-(CH2)n2-を含む炭素環に結合する水素原子はハロゲン原子、置換基を有してもよい炭素数1~15のアルキル基または炭素数5~20のアリール基で置換されていてもよい。
2つの環Zは、それぞれ独立して、ヘテロ原子を環中に0~3個有し、かつ置換されていてもよい、5員環または6員環であり、
R1とR2、R2とR3、およびR1と環Zを構成する炭素原子またはヘテロ原子は、互いに連結して窒素原子とともにそれぞれヘテロ環A1、ヘテロ環B1およびヘテロ環C1を形成していてもよく、ヘテロ環を形成していない場合、R1およびR2は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、または、炭素原子間に不飽和結合、ヘテロ原子、飽和もしくは不飽和の環構造を含んでよく、置換基を有してもよい炭化水素基を示し、R3およびR4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、または炭素原子間にヘテロ原子を含んでもよいアルキル基もしくはアルコキシ基を示す。 - 前記吸収層は、透明樹脂を含み、前記透明樹脂の100質量部に対して前記近赤外線吸収色素を0.01~20質量部含有する、請求項3~6のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
- 前記透明基板は、線膨張係数が49×10-6/℃以下である請求項1~7のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
- 前記透明基板の一方の主面上に前記吸収層を備え、前記透明基板の他方の主面上に前記反射層を備える請求項1~8のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
- 前記透明基板の両方の主面上に前記吸収層および前記反射層を備える請求項1~8のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
- 前記透明基板は、樹脂またはガラスを含む請求項1~10のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
- 前記ガラスは、吸収型のガラスを含む請求項11に記載の光学フィルタ。
- 前記反射層は、入射角0°の分光透過率曲線において、波長420nm~650nmの反射率が1%以下である請求項1~12のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
- 請求項1~13のいずれか1項に記載の光学フィルタを備える情報取得装置。
- 前記情報取得装置は、輸送機用である請求項14に記載の情報取得装置。
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