DE69524183T2

DE69524183T2 - Optisches Kunststoffilter

Info

Publication number: DE69524183T2
Application number: DE69524183T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Katono; Takeo Ogihara; Teruo Sakagami; Masuhiro Shouji
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1994-09-07
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2015-09-01
Also published as: JPH0875919A; EP0706067B1; DE69524183D1; EP0706067A1; US5611965A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Kunststofffilter und insbesondere auf ein aus einem Acrylharz gebildeten optisches Filter, das wirksam ist bei der Blockierung oder Abschwächung von Strahlen in dem Wellenlängenbereich eines nahen Infrarotbereichs mit hoher Wirksamkeit, und das eine ausgezeichnete Ausgleichsfähigkeit des Helligkeitsfaktors und daneben eine optische Tiefpass-Filterfunktion hat.
Aus Glas hergestellte optische Filter, in denen ein Kupferion in ein spezielles Phosphatglasmaterial eingearbeitet ist, sind bisher als fotometrische Filter und Helligkeitsfaktor ausgleichende Filter für Kameras verwendet worden. Diese aus Glas hergestellten optischen Filter sind jedoch mit vielen Problemen verbunden, da ihr spezifisches Gewicht hoch und sie daher schwer sind, sie eine hohe Hygroskopizität haben, sie mit der Zeit leicht entglasen und sie schwierig zu verarbeiten und nach ihrer Herstellung zu polieren sind. Unter den vorstehenden Umständen hat somit ein starkes Bedürfnis zur Bereitstellung eines optischen Kunststofffilters bestanden, welches gute Eigenschaften für ein optisches Filter hat, und welches gleichzeitig eine optische Tiefpass-Filterfunktion hat und darüber hinaus ein niedriges spezifisches Gewicht und eine niedrige Hygroskopizität hat und leicht zu verarbeiten oder nach seiner Herstellung zu polieren ist.
EP-A-0586135 ist auf ein optisches Filter gerichtet, das aus einem Acrylharz hergestellt ist, in welches eine metallische Verbindung eingearbeitet ist, die hauptsächlich aus einer Kupferverbindung besteht, wobei das optische Filter befähigt ist, wirksam Licht im nahen Infrarotbereich zurückzuhalten, und Licht absorbierende Eigenschaften hat, die für die Lichtausbeute günstig sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Kunststofffilter bereitzustellen, welches eine kombinierte optische Funktion dahingehend hat, dass es wirksam ist bei der Blockierung oder Abschwächung von Strahlen in dem Wellenlängenbereich eines nahen Infrarotbereichs mit hoher Wirksamkeit, und eine ausgezeichnete Ausgleichsfähigkeit für den Helligkeitsfaktor und gleichzeitig eine optische Tiefpass-Filterfunktion hat, und darüber hinaus ein niedriges spezifisches Gewicht und eine niedrige Hygroskopizität hat und leicht zu verarbeiten und nach seiner Herstellung zu polieren ist.
Diese Aufgabe ist gelöst durch ein optisches Kunststofffilter, das eine Filterbasis enthält, die aus einem ein Copolymer enthaltenden Kunststoffmaterial gebildet ist, wobei das Copolymer erhältlich ist durch Copolymerisieren eines durch die folgende Formel (I) wiedergegebenen Monomers:
PO(OH)nR3-n (I)
worin R eine polymerisierbare, funktionelle Gruppe bedeutet, die durch die folgende Formel (II) wiedergegeben ist:
CH&sub2; = CXCOO(C&sub2;H&sub4;O)m- (II)
in welcher X ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe bedeutet, m eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist, und n 1 oder 2 ist, und wenigstens eines damit copolymerisierbaren Monomers, wobei der Anteil des Monomers der Formel (I) in dem Bereich von 3 bis 60 Masseteilen, bezogen auf 100 Masseteile der Monomermischung, beträgt, wobei das Copolymer weiterhin darin eingearbeitet eine Kupferion enthaltende ionische Metallkomponente enthält,
dadurch gekennzeichnet, dass das optische Kunststofffilter weiterhin ein auf einer Oberfläche der Filterbasis gebildetes Phasengitter enthält.
In dem optischen Kunststofffilter gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Phasengitter z.B. durch direkt in eine Oberfläche der Filterbasis geschnittene Rillen hergestellt werden, es kann aber auch auf einer transparenten Harzschicht gebildet werden, die auf die Oberfläche der Filterbasis laminiert ist. Als ein Material zur Bildung dieser transparenten Harzschicht kann in geeigneter Weise jedes lichtempfindliche Harz verwendet werden, wie später beschrieben wird.
In dem optischen Kunststofffilter gemäß der vorliegenden Erfindung ist die dieses Filter aufbauende Filterbasis aus einem Kunststoffmaterial gebildet, das aus dem Copolymer zusammengesetzt ist, das als wesentliche Komponente das die Phosphatgruppe enthaltende Acryl- oder Methacrylmonomer und die Kupferion enthaltende, in das Copolymer eingearbeitete ionische Metallkomponente enthält. Daher hat die Filterbasis ein niedriges spezifisches Gewicht und eine niedrige Hygroskopizität, zeigt keine Entglasung mit der Zeit, ihre Verarbeitungs- und Polierbehandlung ist leicht durchzuführen, und sie hat optische Eigenschaften dahingehend, dass sie Strahlen in dem Wellenlängenbereich eines nahen Infrarotbereichs mit hoher Wirksamkeit blockieren oder abschwächen kann, und sie hat ausgezeichnete Ausgleichsfähigkeit für den Helligkeitsfaktor. Eine optische Tiefpass-Filterfunktion ist durch das auf der Oberfläche dieser Filterbasis gebildete Phasengitter überlagert. Demgemäß ist das optische Kunststofffilter gemäß der vorliegenden Erfindung äußerst gut als ein optisches Filter für Licht von einem Gegenstand in beispielsweise einer Videokamera verwendbar.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im Einzelnen beschrieben.
Die Filterbasis, eines der Hauptelemente, aus welchem das optische Kunststofffilter gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wird aus einem Kunststoffmaterial gebildet, das ein Copolymer, das aus einer Monomermischung erhalten wird, die ein spezielles, die Phosphatgruppe enthaltendes Acryl- oder Methacrylmonomer und wenigstens ein damit copolymerisierbares Monomer enthält, und eine Kupferion enthaltende ionische Metallkomponente enthält, die in einem speziellen Verhältnis in das Copolymer eingearbeitet ist.
Um das Copolymer zu erhalten, welches eine die Filterbasis aufbauende Harzkomponente ist, wird ein durch die Formel I wiedergegebenes Acrylmonomer oder Methacrylmonomer (nachstehend kann das Monomer als ein "eine spezielle Phosphatgruppe enthaltendes Monomer" bezeichnet sein) als eine wesentliche Komponente verwendet.
Dieses spezielle, Phosphatgruppe enthaltende Monomer enthält eine Acryloyloxygruppe oder eine Methacryloyloxygruppe als eine radikalpolymerisierbare, funktionelle Gruppe und hat eine äußerst hohe Radikalpolymerisierbarkeit und ist daher mit verschiedenen Monomeren copolymerisierbar. Die Bindung der Phosphatgruppe in diesem speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomer an das Kupferion erlaubt die Bereitstellung eines Kunststoffmaterials, welches Strahlen in dem Wellenlängenbereich eines nahen Infrarotbereichs mit hoher Wirksamkeit absorbiert, ohne die hohe Lichtdurchlässigkeit in einem sichtbaren Bereich zu beeinträchtigen. Die vorliegende Erfindung hat ihr Hauptmerkmal darin, dass ein spezielles Kunststoffmaterial als ein Material für die Filterbasis verwendet wird.
Ein Phasengitter wird auf einer Oberfläche der aus diesem Kunststoffmaterial gebildeten Filterbasis gebildet, wodurch die Bereitstellung eines optischen Filters mit einer kombinierten optischen Funktion ermöglicht wird, d.h. die in dem Kunststoffmaterial der Filterbasis inhärenten optischen Eigenschaften werden mit einer wirksamen optischen Tiefpass-Filterfunktion aufgrund des Phasengitters Kombiniert.
Wie durch die Formel II wiedergegeben, ist die Gruppe R in der Formel I eine Acryloyloxygruppe, an welche wenigstens eine Ethylenoxidgruppe gebunden worden ist, wenn X ein Wasserstoffatom ist, oder eine Methacryloyloxygruppe, an welche wenigstens eine Ethylenoxidgruppe gebunden worden ist, wenn X eine Methylgruppe ist. Die wiederkehrende Zahl m der Ethylenoxidgruppen ist eine ganze Zahl von 1 bis 5. Jeder Wert von m, der 5 übersteigt, führt zu einem Copolymer mit stark erniedrigter Härte. Somit kann keine praktisch verwendbare Filterbasis bereitgestellt werden.
Die Zahl n der Hydroxylgruppen in der Formel I wird ausgewählt unter 1 und 2, wie es für die Endverwendung des resultierenden Copolymers notwendig ist. Ein spezielles, Phosphatgruppe enthaltendes Monomer, in welchem der Wert von n 2 ist, ist ein Monomer mit einer hohen Bindungsfähigkeit an die ionische Metallkomponente, wie ein Kupferion, und hat eine radikalpolymerisierbare, funktionelle Gruppe. Andererseits hat ein spezielles, Phosphatgruppe enthaltendes Monomer, in welchem der Wert von n 1 ist, zwei radikalpolymerisierbare, funktionelle Gruppen und ist somit vernetzbar. In dem Fall, wo die das optische Kunststofffilter gemäß der vorliegenden Erfindung aufbauende Filterbasis durch Spritzgießen oder Extrusion hergestellt wird, was ein übliches Formverfahren für thermoplastische Harze ist, ist es demgemäß bevorzugt, das spezielle, Phosphatgruppe enthaltende Monomer, in welchem die Zahl n 2 ist, zu verwenden. Das Formverfahren für das Copolymer ist natürlich nicht auf diese Verfahren in der vorliegenden Erfindung beschränkt.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Wert von n gemäß der Leistung, dem Formverfahren und der beabsichtigten Endverwendung der resultierenden Filterbasis ausgewählt werden. Das spezielle, Phosphatgruppe enthaltende Monomer, in welchem der Wert von n 1 ist, und das spezielle, Phosphatgruppe enthaltende Monomer, in welchem der Wert von n 2 ist, können jedoch vorzugsweise in Kombination verwendet werden. Insbesondere ist die kombinierte Verwendung des Monomers, in welchem der Wert von n 1 ist, mit dem Monomer, in welchem der Wert von n 2 ist, in einem molaren Verhältnis von 1 : 5 bis 1 : 1 bevorzugt, da die Löslichkeit einer metallischen Verbindung, welche eine Lieferquelle einer Kupferion enthaltenden ionischen Metallkomponente ist, in einer solchen Monomermischung hoch wird.
Als das Copolymer, das die Filterbasis aufbaut, welche eines der Hauptelemente des optischen Kunststofffilters gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wird ein Copolymer aus dem speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomer mit wenigstens einem damit copolymerisierbaren Monomer (nachstehend als "ein copolymerisierbares Monomer" bezeichnet) verwendet. Der Grund, weshalb ein solches Copolymer verwendet wird, ist, dass es schwierig sein würde, ein gutes optisches Filter bereitzustellen, da ein durch Polymerisieren des speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomers allein erhaltenes Homopolymer eine extreme Hygroskopizität und eine hohe Weichheit und daher eine niedrige Selbsterhaltung der Form hat.
Der Anteil des speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomers, das in der Monomermischung zum Erhalt des Copolymers für die Filterbasis enthalten ist, beträgt 3 bis 60 Masseteile, bezogen auf 100 Masseteile der Monomermischung. Wenn der Anteil des speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomers geringer ist als 3 Masseteile, ist es unmöglich, eine Filterbasis mit vorteilhaften optischen Eigenschaften bereitzustellen. Andererseits führt jeder 60 Masseteile übersteigende Anteil zu einem Copolymer mit hoher Hygroskopizität und zu hoher Weichheit, um einen Formkörper mit ausgezeichneter Selbsterhaltung der Form bereitzustellen. Es ist somit unmöglich, ein gutes optisches Filter zu erhalten.
In der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, dass das copolymerisierbare Monomer, das mit dem speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomer copolymerisiert wird, die folgenden Eigenschaften hat:
(1) mischbar mit und gleichmäßig löslich ist in dem verwendeten speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomer;
(2) eine gute Radikalpolymerisierbarkeit mit dem verwendeten speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomer hat; und
(3) fähig ist, ein optisch durchlässiges Copolymer zu ergeben.
Es besteht keine besondere Beschränkung bezüglich der Art des copolymerisierbaren Monomers, sofern das Monomer diese Eigenschaften erfüllt.
Als spezielle Beispiele eines solchen copolymerisierbaren Monomers können monofunktionelle Acrylate und Methacrylate, wie Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, n-Propylacrylat, n-Propylmethacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, 2-Hydroxypropylmethacrylat, n-Butylacrylat, n-Butylmethacrylat, Isobutylacrylat, Isobutylmethacrylat, 2-Hydroxybutylacrylat, 2-Hydroxybutylmethacrylat, n-Hexylacrylat, n-Hexylmethacrylat, n-Heptylacrylat, n-Heptylmethacrylat, n-Octylacrylat, n-Octylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat, 2-Hydroxy-3-phenoxypropylacrylat, 2-Hydroxy-3-phenoxypropylmethacrylat, Phenoxypolyethylenglycolacrylat, Phenoxypolyethylenglycolmethacrylat, Methoxypolyethylenglycolacrylat, Methoxypolyethylenglycolmethacrylat, 3-Chlor-2-hydroxypropylacrylat und 3-Chlor-2-hydroxypropylmethacrylat; polyfunktionelle Acrylate und Methacrylate, wie Ethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Diethylenglycoldiacrylat, Diethylenglycoldimethacrylat, Polyethylenglycoldiacrylat, Polyethylenglycoldimethacrylat, Polypropylenglycoldiacrylat, Polypropylenglycoldimethacrylat, 1, 3-Butylenglycoldiacrylat, 1, 3-Butylenglycoldimethacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat, 1,4-Butandioldimethacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, 1,6-Hexandioldimethacrylat, Neopentylglycoldiacrylat, Neopentylglycoldimethacrylat, 2-Hydroxy-1,3-dimethacryloxypropan, 2,2-Bis[4-(methacryloxyethoxy)phenyl]propan, 2-Hydroxy-1-acryloxy-3-methacryloxypropan, Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Pentaerythrittriacrylat, Pentaerythrittrimethacrylat, Pentaerythrittetraacrylat und Pentaerythrittetramethacrylat; ungesättigte Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, 2-Methacryloyloxyethylbernsteinsäure und 2-Methacryloyloxyethylphthalsäure; und aromatische Vinylverbindungen, wie Styrol, α-Methylstyrol, Chlorstyrol, Dibromstyrol, Methoxystyrol, Divinylbenzol, Vinylbenzoesäure, Hydroxymethylstyrol und Trivinylbenzol genannt werden. Diese Verbindungen können entweder einzeln oder in jeder Kombination davon verwendet werden.
Das die Filterbasis aufbauende Copolymer, welches ein Hauptelement für das optische Kunststofffilter gemäß der vorliegenden Erfindung ist, kann durch Radikalpolymerisieren einer Monomermischung, die aus einem speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomer und einem copolymerisierbaren Monomer zusammengesetzt ist, erhalten werden. In diesem Fall kann die Radikalpolymerisation der Monomermischung in einem Zustand durchgeführt werden, dass eine metallische Verbindung, welche eine Lieferquelle der ionischen Metallkomponente ist, die eine andere wesentliche Komponente für das Kunststoffmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist und nachstehend beschrieben wird, mit der Monomermischung zu einer Lösung vermischt worden ist.
Das verwendete Radikalpolymerisationsverfahren unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Es kann jedes bekannte Verfahren unter Verwendung eines üblichen Radikalpolymerisationsinitiators, wie Polymerisation in Masse (Gießpolymerisation), Suspensionspolymerisation, Emulsionspolymerisation oder Lösungspolymerisation, verwendet werden.
Die ionische Metallkomponente, die in das Kunststoffmaterial eingearbeitet ist, welches die Filterbasis der vorliegenden Erfindung aufbaut, dient zur Absorption von Strahlen in dem Wellenlängenbereich von nahem Infrarot mit hoher Wirksamkeit in Wechselwirkung mit der Phosphatgruppe in dem Copolymer.
Diese ionische Metallkomponente enthält ein zweiwertiges Kupferion. Eine kleine Menge von anderen Metallionen kann ohne Probleme enthalten sein. Damit die resultierende Filterbasis die Leistung erreicht, dass Strahlen in dem Wellenlängenbereich von nahem Infrarot mit hoher Wirksamkeit absorbiert werden, ist es jedoch notwendig, dass der Anteil des Kupferions, der in sämtlichen der Metallionen, welche die ionische Metallkomponente aufbauen, enthalten ist, wenigstens 80 Masseprozent beträgt.
Die das Kupferion enthaltende ionische Metallkomponente wird vorzugsweise in einem Anteil von 0,1 bis 20 Masseteilen, bezogen auf 100 Masseteile des Copolymers, verwendet.
Jeder Anteil der ionischen Metallkomponente, der niedriger ist als 0,1 Masseteil, führt zu einer Filterbasis, die keine Strahlen in den Wellenlängenbereich von nahem Infrarot mit hoher Wirksamkeit absorbiert. Andererseits führt jeder Anteil, der 20 Masseteile übersteigt, zu Schwierigkeiten beim Dispergieren einer solchen ionischen Metallkomponente in dem Copolymer.
In der vorliegenden Erfindung kann das Kupferion in das Copolymer in Form von verschiedenen Arten von Kupferverbindungen eingebracht werden. Als spezielle Beispiele davon können Anhydride und Hydride von Kupferacetat, Kupferchlorid, Kupferformiat, Kupferstearat, Kupferbenzoat, Kupferethylacetoacetat, Kupferpyrophosphat, Kupfernaphthenat, Kupfercitrat und Ähnliche genannt werden. Die Kupferverbindungen sind jedoch nicht nur auf diese Verbindungen beschränkt.
In der vorliegenden Erfindung können andere Metallionen, wie Natrium-, Kalium, Calcium-, Eisen-, Mangan-, Cobalt-, Magnesium-, Nickel- und Zinkionen ebenfalls in das Copolymer in Grenzen eingearbeitet werden, die 20 Masseprozent der Gesamtmasse sämtlicher Metallionen nicht übersteigen, wie es für die beabsichtigte Endverwendung notwendig ist.
Die speziellen Verfahren zur Einverleibung der das Kupferion enthaltenden Metallkomponente in das Copolymer unterliegen keiner besonderen Beschränkung. Die folgenden zwei Verfahren können jedoch vorzugsweise verwendet werden.
(1) Ein Verfahren, in welchem die Kupferverbindung in der Monomermischung zum Erhalt des Copolymers aufgelöst ist, wodurch eine Monomerzusammensetzung hergestellt wird, und diese Monomerzusammensetzung wird der Radikalpolymerisation unterworfen.
In diesem Verfahren ist die das Kupferion enthaltende ionische Metallkomponente in dem erhaltenen Copolymer enthalten. Dieses Copolymer wird als ein Kunststoffmaterial verwendet und poliert, wenn es oder nachdem es zu der beabsichtigten Form, z.B. einer Platte, verformt wurde, wodurch eine Filterbasis erhalten wird.
(2) Ein Verfahren, in welchem das spezielle, Phosphatgruppe enthaltende Monomer mit dem copolymerisierbaren Monomer copolymerisiert wird, und die Metallverbindung zur Lieferung der das Kupferion enthaltenden ionischen Metallkomponente zu dem resultierenden Copolymer zugesetzt wird, um die resultierende Mischung zu vermischen.
In dem letzteren Verfahren kann als ein Verfahren zum Zusetzen der Metallverbindung zu dem Copolymer verwendet werden ein Verfahren, in welchem die Metallverbindung zu dem Copolymer in einem Zustand zugesetzt wird, dass das Copolymer geschmolzen worden ist, und die resultierende geschmolzene Mischung vermischt wird, ein Verfahren, in welchem das Copolymer in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel aufgelöst oder dispergiert wird, und die Metallverbindung zu dieser Lösung oder Dispersion zugesetzt wird, um die resultierende Mischung zu vermischen, oder Ähnliches.
Das Kunststoffmaterial für die Filterbasis gemäß der vorliegenden Erfindung, das aus dem Copolymer zusammengesetzt ist, welches die das Kupferion enthaltende ionische Metallkomponente enthält, kann nach jedem Verfahren erhalten werden, wie vorstehend beschrieben.
Dieses Kunststoffmaterial wird z.B. verformt zu einer Platte, wie sie für die beabsichtigte Endverwendung notwendig ist, und die so erhaltene Platte wird poliert, wodurch eine Filterbasis erhalten wird.
In der vorliegenden Erfindung wird auf einer Oberfläche der aus einem solchen Kunststoffmaterial gebildeten Filterbasis ein Phasendiffraktionsgitter gebildet, wodurch der Filterbasis eine Tiefpass-Filterfunktion verliehen wird.
Die Bildung dieses Phasengitters auf der Filterbasis erlaubt die Beschränkung einer hohen Ortsfrequenzkomponente von durchgelassenem Licht, und so ist das resultierende optische Filter als ein optisches Filter verwendbar, das zur Entfernung von Farbkomponenten befähigt ist, die verschieden sind von denen eines Gegenstands, welche an der Erzeugung falscher Signale, z.B. in einer Videokamera, beteiligt sind.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst das optische Filter gemäß der vorliegenden Erfindung als Hauptelemente die aus einem speziellen Kunststoffmaterial gebildete Filterbasis und das Phasengitter und hat deshalb eine ausgezeichnete Helligkeitsfaktor-Ausgleichsfähigkeit, absorbiert Strahlen in dem Wellenlängenbereich von nahem Infrarot in einem großen Ausmaß und hat auch eine optische Tiefpass-Filterfunktion.
Dieses Phasengitter zur Verleihung der optischen Tiefpass-Filterfunktion kann direkt auf wenigstens Teilen einer oder beider Seiten der Filterbasis vorgesehen sein, durch welche Licht hindurchtritt, durch Schneiden von Rillen in einer Linie oder in Gitterform, wobei die sektionale Form zum Erhalt ihrer Absperr-Ortsfrequenz rechtwinklig oder sinusförmig ist.
Spezielle Beispiele des Verfahrens zum Definieren der das Phasengitter aufbauenden Rillen umfassen (a) ein Verfahren, in welchem eine z.B. aus Glas hergestellte Form, in deren innere Oberfläche Rillen gemäß einem negativen Muster entsprechend dem Phasengitter geschnitten worden sind, verwendet wird, und ein Rohmaterial, wie die Monomerzusammensetzung, in diese Form gegossen wird, um eine Gießpolymerisation durchzuführen, wodurch direkt ein optisches Filter hergestellt wird, auf dessen Oberfläche das Muster des Phasengitters durch Formen des Kunststoffmaterials gebildet worden ist, (b) ein Verfahren, in welchem eine Form, auf deren Formoberfläche ein negatives Muster entsprechend dem Phasengitter eingestempelt worden ist, verwendet wird, um ein optisches Filter zu bilden, auf dessen Oberfläche das Phasengitter durch Spritzgießen geformt worden ist, und (c) ein Verfahren, in welchem ein Stempel, in welchem ein negatives Muster entsprechend dem Phasengitter gebildet worden ist, erwärmt und in Kontakt mit einer Oberfläche einer zu einer Platte geformten Filterbasis gebracht wird, wodurch ein Muster des Phasengitters auf der Oberfläche der Filterbasis gebildet wird.
Das Phasengitter kann durch Schneiden von Rillen in Elemente zur Bildung eines aus einer transparenten Harzschicht gebildeten Phasengitters bereitgestellt werden, wobei die Harzschicht auf eine oder beide Seiten der Filterbasis laminiert worden ist. Spezielle Beispiele eines solchen Verfahrens umfassen ein Verfahren, in welchem ein lichtempfindliches Harz gleichmäßig auf eine Oberfläche der Filterbasis aufgebracht wird, und die so gebildete Schicht aus lichtempfindlichem Harz einem Muster des Phasengitters, unter Verwendung einer Mustermaske ausgesetzt und entwickelt wird, wodurch das Phasengitter aufbauende Rillen in der Schicht des lichtempfindlichen Harzes definiert werden, und ein Verfahren, in welchem ein Phasengitter aus einem filmartigen Material gebildet wird, das aus einem optischen Harz mit ausgezeichneter Lichtdurchlässigkeit zusammengesetzt ist, und dieser Film, auf welchem das Phasengitter gebildet worden ist, auf eine oder beide Seiten der Filterbasis laminiert wird.
In dem Fall, wo das Element zur Bildung eines Phasengitters auf die Filterbasis laminiert wird, ist es nicht immer notwendig, einen Kleber oder druckempfindlichen Kleber zum Laminieren des Phasengitterelements auf die Filterbasis zu verwenden. Ein wärmehärtbarer oder lichthärtbarer Kleber oder druckempfindlicher Kleber mit ausgezeichneter Lichtdurchlässigkeit, z.B. ein Epoxy-Urethan- oder Acrylkleber, oder ein druckempfindlicher Acrylkleber mit ausgezeichneter Lichtdurchlässigkeit und Wetterbeständigkeit kann jedoch, falls erwünscht, vorzugsweise verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend durch die folgenden Beispiele beschrieben. Diese Erfindung ist jedoch nicht auf und durch diese Beispiele beschränkt.
Sämtliche Bezeichnungen von "Teil" oder "Teilen", wie sie in den folgenden Beispielen verwendet werden, bedeuten Masseteil oder Masseteile.

Beispiel 1:

Ein spezielles, Phosphatgruppe enthaltendes Monomer, das durch die folgende Formel III wiedergegeben wird, in einer Menge von 32 Teilen, und ein anderes spezielles, Phosphatgruppe enthaltendes Monomer, das durch die folgende Formel IV wiedergegeben wird, in einer Menge von 13 Teilen, werden gründlich mit 34 Teilen Methylmethacrylat, 20 Teilen Diethylenglycoldimethacrylat und 1 Teil α-Methylstyrol vermischt. Zu dieser Monomermischung werden 32 Teile wasserfreies Kupferbenzoat zugesetzt. Die resultierende Mischung wird bei 80ºC gründlich gerührt und zu einer Lösung vermischt, um eine Monomerzusammensetzung zu erhalten, in welcher wasserfreies Kupferbenzoat in der Monomermischung aufgelöst war.
In dieser Monomerzusammensetzung betrug das molare Verhältnis des speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomers, das durch die Formel III wiedergegeben wird, zu dem speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomer, das durch die Formel IV wiedergegeben wird, etwa 1 : 1, und der Anteil des in der Monomerzusammensetzung enthaltenen Kupferions betrug 6,6 Teile, bezogen auf 100 Teile der Monomerzusammensetzung:
Zwei Teile t-Butylperoxy(2-ethylhexanoat) wurden zu der so hergestellten Monomerzusammensetzung zugesetzt. Die resultierende Monomermischung wurde in eine Glasform gegossen und aufeinanderfolgend auf verschiedene Temperaturen von 55ºC für 16 Stunden, 70ºC für 8 Stunden und 100ºC für 2 Stunden erhitzt, um eine Gießpolymerisation durchzuführen, wodurch ein vernetztes Copolymer erhalten wird, das Kupferion darin enthält und eine ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit hat.
Das so erhaltene Copolymer wurde zu einer 1 mm dicken Platte geschnitten. Benzoesäure, welche ein Reaktionsprodukt der Kupferverbindung und der Phosphatgruppe war, wurde extrahiert und aus dieser Platte entfernt, und die Platte wurde dann dem Polieren der Oberfläche unterworfen, wodurch eine Filterbasis 1 hergestellt wurde.
Andererseits wurde eine lichtempfindliche Harzzusammensetzung, erhalten durch Einarbeiten von 10% 3-Benzoylbenzophenon in ein aus Crotylmethacrylat und Methylmethacrylat erhaltenes Copolymer, in Toluol aufgelöst, um eine Feststoffkonzentration von 4% zu ergeben, wodurch eine Beschichtungsflüssigkeit aus dem lichtempfindlichen Harz hergestellt wurde. Diese Beschichtungsflüssigkeit wurde auf eine Seite der vorstehend hergestellten Filterbasis 1 aufgebracht. Die so erhaltene beschichtete Basis wurde einer Wärmebehandlung bei 60ºC für 30 Minuten unterworfen, um Toluol zu entfernen, wodurch ein 2 um dicker lichtempfindlicher Film auf der Oberfläche der Filterbasis 1 gebildet wurde. Dieser lichtempfindliche Film wurde dann 10 Minuten ultravioletter Strahlung mit einer Lichtintensität von 30 mW/cm² bei einer Wellenlänge von 365 nm durch eine Photomaske ausgesetzt, auf welcher ein Muster gebildet worden war, und dann entwickelt, wodurch ein Phasengitter mit einem Abstand von 160 um und einer sinusförmigen, sektionalen Form gebildet wurde, um ein optisches Kunststofffilter herzustellen.
Das so erhaltene optische Filter 1 wurde in eine Videokamera montiert, um einen aktuellen Bildtest durchzuführen. Als Ergebnis wurde ein Rauschen aufgrund eines Moiré- Musters und Aliasing-Beanspruchung verringert im Vergleich mit dem Fall, wo kein optisches Filter 1 montiert war. Durch diese Tatsache wurde bestätigt, dass dieses optische Filter 1 eine wirksame optische Tiefpass-Filterfunktion hat.
Die spektralen Durchlässigkeiten dieses optischen Filters 1 wurden mittels eines Spektrofotometers gemessen. Als Ergebnis wurde gefunden, dass die Lichtdurchlässigkeiten in einem sichtbaren Bereich so hoch wie wenigstens 60% waren und daher eine ausgezeichnete Durchlässigkeit aufwiesen. Andererseits betragen die Lichtdurchlässigkeiten im nahen infraroten Bereich einer Wellenfänge von 700 bis 1000 nm 10% oder weniger, und so zeigte das optische Filter 1 eine Absorption von Strahlen in dem Wellenbereich des nahen Infrarots mit hoher Wirksamkeit.

Beispiel 2:

Die gleichen speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomere, die durch die Formeln III und IV wiedergegeben werden, wie diejenigen, die in Beispiel 1 verwendet wurden, in Mengen von 49 Teilen bzw. 21 Teilen, wurden gründlich mit 27 Teilen Methylmethacrylat, 2 Teilen Diethylenglycoldimethacrylat und 1 Teil α-Methylstyrol vermischt. Zu dieser Monomermischung wurden 20 Teile wasserfreies Kupferacetat zugesetzt. Die erhaltene Mischung wurde gründlich gerührt und bei 40ºC zu einer Lösung vermischt, um eine Monomerzusammensetzung zu erhalten, in welcher wasserfreies Kupferacetat in der Monomermischung aufgelöst war.
In dieser Monomerzusammensetzung betrug das molare Verhältnis des speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomers, das durch die Formel III wiedergegeben wird, zu dem speziellen, Phosphatgruppe enthaltenden Monomer, das durch die Formel IV wiedergegeben wird, etwa 1,5 : 1, und der Anteil an Kupferion, das in der Monomerzusammensetzung enthalten ist, betrug 7,0 Teile, bezogen auf 100 Teile der Monomerzusammensetzung.
Drei Teile t-Butylperoxypivalat wurden zu der so hergestellten Monomerzusammensetzung zugesetzt. Die resultierende Monomermischung wurde in eine Glasform gegossen, in welcher ein Paar von Formgliedern einander gegenüber in einem Abstand von 1 mm angeordnet war, und ein negatives Muster entsprechend einem Phasengitter, gebildet aus rechtwinkligen Rillen, auf eine Tiefe von 0,4 um in Sektion bei einem Abstand von 160 um auf der inneren Oberfläche von einem der Formelemente gebildet worden war, und wurde nacheinander auf verschiedene Temperaturen von 45ºC für 16 Stunden, 60ºC für 28 Stunden und 90ºC für 3 Stunden erhitzt, um eine Gießpolymerisation durchzuführen, wodurch ein optisches Filter 2 erhalten wurde, das aus einem vernetzten Copolymer gebildet ist, welches darin Kupferion enthält.
Die Oberfläche des so erhaltenen optischen Filters 2 wurde durch ein Abtastelektronenmikroskop betrachtet. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass eine Form entsprechend dem negativen Muster des in der Glasform gebildeten Phasengitters übertragen wird, wodurch das Phasengitter auf der Oberfläche der Filterbasis gebildet wird.
Dieses optische Filter 2 wurde in eine Videokamera montiert, um einen aktuellen Bildtest durchzuführen. Als Ergebnis wurde, wie mit dem optischen Filter 1 gemäß Beispiel 1, bestätigt, dass dieses optische Filter 2 eine wirksame optische Tiefpass-Filterfunktion hat.
Die spektralen Durchlässigkeiten dieses optischen Filters 2 wurden mittels eines Spektrofotometers gemessen. Als Ergebnis wurde gefunden, dass die spektralen Durchlässigkeiten sich auf der gleichen Höhe befanden, wie bei dem optischen Filter 1 gemäß Beispiel 1, und so hat das optische Filter 2 hohe Lichtdurchlässigkeiten im sichtbaren Bereich und eine ausgezeichnete Lichtabsorption im nahen infraroten Bereich.

Claims

1. Ein optisches Kunststofffilter, das eine Filterbasis enthält, die aus einem ein Copolymer enthaltenden Kunststoffmaterial gebildet ist, wobei das Copolymer erhältlich ist durch Copolymerisieren eines durch die folgende Formel (I) wiedergegebenen Monomers:

PO(OH)nR3-n (I)

worin R eine polymerisierbare, funktionelle Gruppe bedeutet, die durch die folgende Formel (II) wiedergegeben ist:

CH&sub2;=CXCOO(C&sub2;H&sub4;O)m- (II)

in welcher X ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe bedeutet, m eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist, und n 1 oder 2 ist, und

wenigstens eines damit copolymerisierbaren Monomers, wobei der Anteil des Monomers der Formel (I) in dem Bereich von 3 bis 60 Masseteilen, bezogen auf 100 Masseteile der Monomermischung, beträgt,

wobei das Copolymer weiterhin darin eingearbeitet eine Kupferion enthaltende ionische Metallkomponente enthält,

dadurch gekennzeichnet, dass das optische Kunststofffilter weiterhin ein auf einer Oberfläche der Filterbasis gebildetes Phasengitter enthält.

2. Das optische Kunststofffilter gemäß Anspruch 1, worin das Phasengitter aus Rillen gebildet ist, die in eine Oberfläche der Filterbasis geschnitten sind.

3. Das optische Kunststofffilter gemäß Anspruch 1, worin das Phasengitter aus einer transparenten Harzschicht gebildet ist, die auf eine Oberfläche der Filterbasis laminiert ist.

4. Das optische Kunststofffilter gemäß Anspruch 3, worin die transparente Harzschicht aus einem lichtempfindlichen Harz zusammengesetzt ist.

5. Das optische Kunststofffilter gemäß Anspruch 1, worin die Kupferion enthaltende ionische Metallkomponente in einem Anteil von 0,1 bis 20 Masseteilen, bezogen auf 100 Masseteile des Copolymers, enthalten ist.