エレクトロクロミック材料を用いた透過率可変素子、光学系および光学機器
【課題】カラーバランスの向上とゴーストの低減を可能にしたＥＣ材料を用いた透過率可変素子、光学系および光学機器を提供すること
【解決手段】２つの基板２ａ，２ｂと、前記２つの基板に挟まれた２つの透明電極層３ａ，３ｂと、前記２つの透明電極層に挟まれ、電気制御により透過率が可逆変化するエレクトロクロミック層４と、前記２つの基板の一方と当該一方に最も近い前記透明電極層との間に設けられ、前記透過率可変素子の反射を低減する第１の誘電体層６ａ，６ｂと、を有し、前記第１の誘電体層は、屈折率差が０．２以上の屈折率が高い層と低い層が交互に２層以上積層した多層膜である。
【解決手段】２つの基板２ａ，２ｂと、前記２つの基板に挟まれた２つの透明電極層３ａ，３ｂと、前記２つの透明電極層に挟まれ、電気制御により透過率が可逆変化するエレクトロクロミック層４と、前記２つの基板の一方と当該一方に最も近い前記透明電極層との間に設けられ、前記透過率可変素子の反射を低減する第１の誘電体層６ａ，６ｂと、を有し、前記第１の誘電体層は、屈折率差が０．２以上の屈折率が高い層と低い層が交互に２層以上積層した多層膜である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロクロミック材料を用いた透過率可変素子、光学系および光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、電気制御によって着色し、透過率が可逆変化するエレクトロクロミック（ＥＣ）材料を用いた透過率可変素子において、一対の基板に挟まれた一対の透明電極層の間にＥＣ層、電解質層が積層された構造を開示している。特許文献２は、ＥＣ材料を用いた透過率可変素子の透過率を向上させるために基板の透明電極と反対側に反射防止膜を設けることを提案している。
【０００３】
これらの透過率可変素子を撮影光学系に用いて光量調整をすると、従来の可変開口絞りの回折現象に起因した像性能の低下を抑制することができ、また、ＮＤフィルターと比較して駆動部が不要で配置の制限がないために撮影光学系が小型になる。更に、液晶と偏光子を用いた透過率可変素子と比較して、消色時の透過率が高く、偏光依存性がない。
【０００４】
また、特許文献３は、ＥＣ材料を用いた透過率可変素子の透過率を向上させるために基板と透明電極の間に基板と透明電極の中間の屈折率の反射防止層を設けることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−９５１６５号公報
【特許文献２】特開平９−１５２６３４号公報
【特許文献３】特開２００５−７７８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のＥＣ材料を用いた透過率可変素子は基板、透明電極、ＥＣ層、電解質層の各界面の屈折率差に伴う反射および各層の干渉作用が起こる。このため、撮影光学系に応用した場合、透過光の波長平坦性（カラーバランス）が悪く、且つ反射率が高いことに起因するゴーストが発生するために、像性能が低下してしまうという課題があった。
【０００７】
また、特許文献３によれば、屈折率１．７５〜１．９５の誘電体薄膜は基板と透明電極の間の反射を下げることはできる。しかしながら、透明電極層およびＥＣ層の干渉による反射を抑制することが困難であり、透過光の波長平坦性の向上とゴースト抑制の効果が十分でないという課題があった。しかも、この屈折率１．７５〜１．９５の誘電体薄膜は安定的に製造（量産）することが技術的に困難であるという課題もある。
【０００８】
そこで本発明は、安定的に製造でき、カラーバランスの向上とゴーストの低減を可能にしたＥＣ材料を用いた透過率可変素子およびそれを有する光学系および光学機器を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の透過率可変素子は、２つの基板と、前記２つの基板に挟まれた２つの透明電極層と、前記２つの透明電極層に挟まれ、電気制御により透過率が可逆変化するエレクトロクロミック層と、前記２つの基板の一方と当該一方に最も近い前記透明電極層との間に設けられ、前記透過率可変素子の反射を低減する第１の誘電体層と、を有し、前記第１の誘電体層は、屈折率差が０．２以上の屈折率が高い層と低い層が交互に２層以上積層した多層膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安定的に製造でき、カラーバランスの向上とゴーストの低減を可能にしたＥＣ材料を用いた透過率可変素子、光学系および光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の透過率可変素子の断面図である。（実施例１）
【図２】図１に示す透過率可変素子の透過率及び反射率のグラフである。（実施例１）
【図３】本発明の透過率可変素子の断面図である。（実施例２）
【図４】図３に示す透過率可変素子の透過率及び反射率のグラフである。（実施例２）
【図５】本発明の透過率可変素子の断面図である。（実施例３）
【図６】図５に示す透過率可変素子の透過率及び反射率のグラフである。（実施例３）
【図７】本発明の透過率可変素子の断面図である。
【図８】本発明の透過率可変素子の断面図である。
【図９】実施例４の撮影光学系の断面図である。（実施例４）
【図１０】従来の透過率可変素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は実施例１の透過率可変素子１Ａの断面図である。透過率可変素子１Ａは、基板２ａ、２ｂ、透明電極層３ａ、３ｂ、エレクトロクロミック層（ＥＣ層）４、電解質層５、反射防止（ＡＲ）層６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂを有する。透過率可変素子１Ａは、上から順番に、基板２ａ、反射防止層６ａ、透明電極層３ａ、反射防止層７ａ、ＥＣ層４、反射防止層７ｂ、電解質層５、透明電極層３ｂ、反射防止層６ｂ、基板２ｂが配置されている。
【００１４】
基板２ａ、２ｂは、平板またはレンズからなり、２つの基板２ａ、２ｂに挟まれた２つの透明電極層３ａ、３ｂの材料はＩＴＯである。透明電極層３ａ、３ｂに挟まれて電気制御により透過率が可逆変化するＥＣ層４の材料は高密度酸化チタン（ＴｉＯ２）である。電解質層５は透明電極層３ａ、３ｂに挟まれて可視域で透明である。
【００１５】
基板２ａと透明電極層３ａの間にある反射防止層６ａと、基板２ｂと透明電極層３ｂの間にある反射防止層６ｂは、それぞれ屈折率が高い層と低い層が交互に２層以上積層した多層膜から構成される第１の誘電体層である。本実施例では、反射防止層６ａ、６ｂは、それぞれＴｉＯ２とＳｉＯ２を交互に５層および４層積層した多層膜から構成される。反射防止層６ａは、２つの基板２ａ、２ｂの一方である基板２ａと当該一方に最も近い透明電極層３ａとの間に設けられ、透過率可変素子の反射を低減する機能を有する。また、反射防止層６ｂは、２つの基板２ａ、２ｂの他方である基板２ｂと当該他方に最も近い透明電極層３ｂとの間に設けられている。ＥＣ層４の両側にある反射防止層７ａ、７ｂは、ＴｉＯ２から構成されている単層である第２の誘電体層である。
【００１６】
表１は、実施例１の各層の材料、屈折率ｎ、消衰係数ｋ、膜厚を示す。各材料の屈折率は波長５５０ｎｍの屈折率を示している。
【００１７】
【表１】
【００１８】
図２（ａ）は実施例１の透過率可変素子１ＡのＥＣ層４が消色状態の透過率（実線）とＡＲ層６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂが設けられていない図１０の従来の透過率可変素子の透過率（破線）を示すグラフである。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（％）である。
【００１９】
図２（ｂ）は透過率可変素子１ＡのＥＣ層４が消色状態の反射率（実線）と、上記従来の透過率可変素子の反射率（破線）を示すグラフである。入射角度は垂直の場合である。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反射率（％）である。
【００２０】
なお、実施例１の透過率、反射率は透過率可変素子１Ａの基板２ａ、２ｂ間の透過率、反射率で、基板２ａ、２ｂの外側の透過率、反射率を考慮していない。基板２ａ、２ｂの外側の透過率、反射率については良く知られている各種反射防止機能を設ければ良いためである。また、電解質層５は膜厚が５０μｍと厚いため、干渉作用が発生しない非干渉層である。
【００２１】
図２（ａ）から、透過率可変素子１Ａは従来例よりも透過率の波長平坦性が良く、撮影光学系に応用した場合カラーバランスが良いことがわかる。また、図２（ｂ）から、透過率可変素子１Ａは従来例よりも反射率が低く、撮影光学系に応用した場合のゴーストを低減できることがわかる。これは、表１からわかるように、基板２ａ、２ｂ、透明電極層３ａ、３ｂ、ＥＣ層４、電解質層５の各界面の屈折率差が比較的大きく、反射防止層を設けないと各界面からの反射と各層の干渉作用が起こるためである。特に、波長５５０ｎｍにおける屈折率差（表１の屈折率ｎの差）が０．３以上の界面では反射が大きいので反射防止層を設けることが好ましい。
【００２２】
反射防止層６ａ、６ｂはそれぞれ基板２ａ、２ｂとそれぞれ透明電極３ａ、３ｂの反射防止層、反射防止層７ａは透明電極３ａとＥＣ層４の反射防止層、反射防止層７ｂはＥＣ層４と電解質層５の反射防止層としてそれぞれ機能している。透明電極層３ａ、３ｂ、ＥＣ層４も薄膜として干渉するため、これら全ての層の干渉作用を考慮して各反射防止層の膜厚を最適化している。特許文献３の構成ではこれは困難である。
【００２３】
屈折率が高い層と低い層の屈折率差が０．２以上の可視波長帯域（４００〜７００ｎｍ）で透明な誘電体薄膜を積層した反射防止層を設けることによって、透過率の波長平坦性の向上と反射率を低減することが可能になる。本発明の反射防止層は基板と透明電極層の間に設けられているため、通常の反射防止層と比較して屈折率差が大きい誘電体薄膜を必ずしも設ける必要はなく、誘電体薄膜の材料選択性が広い。また、屈折率差が０．４以上の材料を選択したほうが、反射防止効果が大きくより好ましい。
【００２４】
屈折率が高い層は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）及びそれらを含む混合材料等を用いることができる。屈折率が高い層は、これら屈折率が１．６以上の材料を用いる。また、屈折率２．０以上の材料を用いたほうが反射防止効果が大きくより好ましい。屈折率は波長５５０ｎｍのものである。
【００２５】
屈折率が低い層は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）およびそれらを含む混合材料等の屈折率が１．７以下の材料を用いることができる。屈折率１．５以下の材料を用いたほうが反射防止効果が大きくより好ましい。
【００２６】
膜厚は基板、透明電極、ＥＣ層の屈折率、膜厚に応じて適宜変更可能であるが、好ましくは５ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好ましい。また、層数は２層以上であれば適宜変更可能である。
【００２７】
また、屈折率が高い層の物理膜厚が隣合う屈折率が低い層の物理膜厚より小さくすることよって反射防止効果が大きくなるため、より好ましい。
【００２８】
本実施例では、反射防止層６ａ、６ｂはともに安定的に製造が可能な誘電体薄膜から構成されているため、本実施例の透過率可変素子を安定に製造（量産）することが可能になる。
【００２９】
透明電極層３ａ、３ｂは可視波長帯域において透明性を示す導電性材料を主成分とする透明電極層である。透明電極層３ａ、３ｂの材料としては、例えばインジウムドープ酸化錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）等の透明導電性材料を用いることができる。また、カーボンナノチューブ含有物もしくは導電性を有するナノ粒子や金属のナノ粒子、ナノロッド、ナノワイヤーを高密度に分散させた層を用いることができる。
【００３０】
これらの材料は透明性を有するが本発明のように高い透過率を要求される光学系に適用する場合、膜厚は１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましい。特に膜厚が３００ｎｍより厚くなると透過率が低下するため、光学系に適用することが困難になるためである。膜厚が薄いほど透過率が高くが電気抵抗が大きくなり、膜厚が厚いほど透過率が低く電気抵抗が小さい関係にあり、適宜設計することが可能である。
【００３１】
透過率可変素子１Ａは透明電極層３ａ、３ｂに電圧を印加することにより電解質層５、透明電極層３ａ，３ｂから金属イオンや電子がＥＣ層４に供給され、ＥＣ層４が化学変化により着色することで透過率が可逆的に変化する。このため、基板と透明電極層間には反射防止層の材質に関する制約がなく、良く知られている高屈折率薄膜と低屈折率薄膜を交互に積層した誘電体多層膜を設けることができる。但し、透明電極間は金属イオンや電子の移動、拡散のため、ある程度の導電性を持つ反射防止層のみ使用することができる。
【００３２】
透明電極間の反射防止層全体の膜厚方向の１ｃｍ２面積あたりの電気抵抗が１００Ω以下でないと金属イオンや電子の移動が阻害され、応答速度が遅くなり、透過率可変素子１Ａとして機能することが困難になる。このため、透明電極間の反射防止層７ａ、７ｂは以下の式を満足することが好ましい。
【００３３】
０＜Σｉρｉｄｉ≦１００Ωｃｍ２ （１）
ρｉは電極間の第ｉ番目の反射防止層の電気抵抗率［Ωｃｍ］、ｄｉは電極間の第ｉ番目の反射防止層の膜厚［ｃｍ］である。実施例１の反射防止層７ａ、７ｂに使用されるＴｉＯ２の電気抵抗率は５×１０６Ωｃｍであるため、実施例１の電気抵抗は５６Ωｃｍ２となり、数式１を満たす。
【００３４】
なお、反射防止層のＴｉＯ２の電気抵抗率はドーピングや製造プロセスによって変化しやすいので膜厚や製造プロセスに応じて適宜変えることも可能である。反射防止膜の低屈折率膜として知られているＳｉＯ２やＭｇＦ２は絶縁性が高い材料のために使用することが困難である。
【００３５】
実施例１においては、ＥＣ層４と反射防止層７ａ、７ｂの組成はＴｉＯ２で同じであるが、これには限定されず、異なる材料でもよい。また、反射防止層７ａ、７ｂは単層膜であるが、（１）式を満たせば多層膜でもよい。
【００３６】
反射防止層７ａ、７ｂが単層の場合は、反射防止層７ａ、７ｂの波長５５０ｎｍでの屈折率はその両側の層の波長５５０ｎｍでの屈折率の間にあるのが好ましい。例えば、本実施例での反射防止層７ａの波長５５０ｎｍでの屈折率２．２９は、その両側である透明電極３ａ及びＥＣ層４のそれぞれにおける波長５５０ｎｍでの屈折率１．９２、２．５７の間にある。さらに、反射防止層７ｂの波長５５０ｎｍでの屈折率２．２９は、その両側であるＥＣ層４及び電解質層５のそれぞれにおける波長５５０ｎｍでの屈折率２．５７、１．４８の間にある。また、透明電極３ａ、３ｂ間の反射防止層７ａ、７ｂの屈折率、膜厚、設計波長の関係ｎｄ／λが（２ｉ＋１）／４（ｉ＝０，１，２，…）のときに反射防止機能を有するが、本実施例のように、特にＥＣ材料を用いた場合には以下の式を満足することが好ましい。
【００３７】
１／６ ＜ ｎｄ／λ０ ＜ １／３ （２）
但し、ｎは波長λ０の屈折率、ｄは反射防止層の膜厚、λ０は可視波長帯域（４００〜７００ｎｍ）内の設計波長で、ここでは５５０ｎｍである。数式２を満たすと、膜厚が薄くなるので、透過率可変素子１Ａの電気抵抗が小さく応用速度が速くなる。実施例１の反射防止層７ａ、７ｂ層のｎｄ／λ０はそれぞれ０．２５、０．２２であり、数式２を満たしている。実施例１においては、ＥＣ層４と反射防止層７ａ、７ｂの組成はＴｉＯ２で同じであるため、反射防止機能と同時にＥＣ層として機能する。
【００３８】
透過率可変素子１Ａの透過率は次式を満たすことが好ましい。
【００３９】
０．９ ＜ Ｔ（λｖ±２０ｎｍ）／Ｔ（λｖ） ＜ １．１ （３）
但し、Ｔ（λｖ）は波長λｖの透過率、λｖは可視波長帯域４２０〜６８０ｎｍに含まれる任意の波長である。数式３を満足しないと撮影光学系に応用した場合に透過率の波長平坦性が悪く、カラーバランスが悪化してしまうため、好ましくない。
【００４０】
透過率可変素子１Ａの反射率は可視域全域で５％以下で、かつ、次式を満たすことが好ましい。
【００４１】
０．５ ＜ Ｒ（λｖ±２０ｎｍ）／Ｒ（λｖ） ＜ ２．０ （４）
但し、Ｒ（λｖ）は波長λｖの反射率、λｖは可視波長帯域４２０〜６８０ｎｍに含まれる任意の波長である。数式４を満足しないと撮影光学系に応用した場合に反射率が高く、ゴーストが発生し、且つゴーストの色味が強く目立ちやすくなるため、好ましくない。
【００４２】
実施例１について数式３、４の数値を表２に示す。表２より数式３、４を満足していることが分かる。
【００４３】
【表２】
【００４４】
以上から、透過率可変素子１Ａは、基板２ａ，２ｂと透明電極３ａ、３ｂ間に高屈折率膜と低屈折率膜を積層した誘電体多層層である反射防止層６ａ、６ｂを設け、透明電極間３ａ、３ｂは導電性を有する反射防止層７ａ、７ｂを有する。この結果、透過率可変素子１Ａは、安定して製造でき、カラーバランスの向上とゴーストの低減を実現することができる。
【実施例２】
【００４５】
図３は実施例２の透過率可変素子１Ｂの断面図である。実施例２は実施例１と比較して透明電極層３ａ，３ｂの膜厚が２０ｎｍと薄く、透明電極３ａとＥＣ層４との間の反射防止膜７ａがなく、ＥＣ層４と電解質層５の間にＴｉＯ２からなる単層の反射防止層７が積層されている点で相違する。また、実施例２の反射防止層６ａ、６ｂはＴｉＯ２およびＳｉＯ２を交互にそれぞれ４層と３層積層した多層膜で実施例１よりも層数が少なくなっている。
【００４６】
表３は、実施例２の各層の材料、屈折率ｎ、消衰係数ｋ、膜厚を示す。各材料の屈折率は波長５５０ｎｍの屈折率を示している。
【００４７】
【表３】
【００４８】
図４に実施例２の透過率可変素子１Ｂと従来例のＥＣ層が消色状態の透過率および反射率を図２と同様に示す。
【００４９】
図４より、実施例１と同様に透過率の波長平坦性の向上と反射率を低減していることがわかる。また、透明電極層の膜厚が薄いために透過率も高くなっている。
【００５０】
実施例１と比較して透明電極の膜厚が薄くなっているため、反射防止層６ａと透明電極３ａが基板２ａとＥＣ層４の反射防止層、反射防止層６ｂと透明電極３ｂが基板２ｂと電解質層５の反射防止層として機能している。また、反射防止層７はＥＣ層４と電解質５の反射防止層として機能している。さらに全ての層の干渉作用を考慮して各反射防止層の膜厚を最適化している。このような、反射防止層を設けることによって、実施例１と同様に、透過率の波長平坦性の向上と反射率を低減することが可能になる。
【００５１】
実施例２の反射防止層７の電気抵抗は２５．５Ωｃｍ２であり、数式１を満たし、ｎｄ／λ０は０．２１であり、数式２を満たしている。実施例２の数式３、４の数値を表４に示す。表４より、実施例２は数式３、４式を共に満たしている。
【００５２】
【表４】
【００５３】
このように、素子構成が変更された透過率可変素子１Ｂも実施例１と同様の効果を奏することができる。本実施例は実施例１の透明電極層の膜厚を薄くしているが、他の層の膜厚や材料を実施例１と異ならせてもよい。
【実施例３】
【００５４】
図５は、実施例３の透過率可変素子１Ｃの断面図である。実施例３は実施例１、２と異なる有機ＥＣ層を使用し、透過率可変素子１Ｃは、実施例１、２の単層反射防止層７、７ａ、７ｂを使用していない。また、実施例３の反射防止層６ａ、６ｂはＴｉＯ２およびＳｉＯ２を交互にそれぞれ４層積層した多層膜である。
【００５５】
表５に透過率可変素子１Ｃの各層の材料、屈折率ｎ、消衰係数ｋ、膜厚を示す。各材料の屈折率は波長５５０ｎｍの屈折率を示している。
【００５６】
【表５】
【００５７】
図６に透過率可変素子１ＣのＥＣ層が消色状態の透過率および反射率を図２、４と同様に示す。
【００５８】
図６より、実施例１、２と同様に、透過率可変素子１Ｃの透過率の波長平坦性の向上と反射率を低減していることがわかる。
【００５９】
実施例１、２と比較してＥＣ層の屈折率が低いため、反射防止層６ａと透明電極３ａとＥＣ層４が基板２ａと電解質層５の反射防止層、反射防止層６ｂと透明電極３ｂが基板２ｂと電解質層５の反射防止層として機能している。さらに全ての層の干渉作用を考慮して各反射防止層の膜厚を最適化している。このような、反射防止層を設けることによって、実施例１、２と同様に、透過率可変素子１Ｃの透過率の波長平坦性の向上と反射率を低減することが可能になる。
【００６０】
このように、素子構成が変更された透過率可変素子１Ｃも実施例１、２と同様の効果を奏することができる。本実施例ではＥＣ層４の材料が実施例１、２と異なっているが、他の層の膜厚や材料を実施例１と異ならせてもよい。
【００６１】
透過率可変素子１Ｃでは単層の反射防止層がないので、数式１、２の数値は存在しない。また、透過率可変素子１Ｃについて数式３、４の数値を表６に示す。表６より、透過率可変素子１Ｃは、数式３、４を共に満たしている。
【００６２】
【表６】
【００６３】
透過率可変素子１Ｃにおいて有機ＥＣ層は、有機材料で構成され、エレクトロクロミック特性を示すエレクトロクロミック部位と、該エレクトロクロミック部位と直接結合している芳香環とから構成される。該エレクトロクロミック部位は一つの共役面を形成し、該芳香環が有し、かつ該エレクトロクロミック部位と結合している原子と隣り合う原子は、メチル基以上の体積を有する置換基を有していることが好ましい。周辺部位がエレクトロクロミック部位を保護するので、化合物の酸化に対する安定性が高く、酸化に対する安定性が高い化合物を有することによって、素子の耐久性を高くすることができる。これら芳香環が有する置換基は、エレクトロクロミック部位の共役面と周辺部位が有する面とを直交させるとともに、立体障害の効果によりラジカルカチオンが生成するエレクトロクロミック部位を保護する役割を持つ。この観点では、メチル基以上の体積を有する置換基が好ましい。
【００６４】
透過率可変素子１Ｃにおいて有機ＥＣ層は着色状態において波長平坦性を得るために複数の有機ＥＣ材料を混合したほうが好ましく、混合した材料の屈折率に応じて反射防止層を適宜変更することが可能である。
【００６５】
また、図７に示す透過率可変素子１Ｃ’ように、着色状態において波長平坦性を得るためにＥＣ層４は、異なる種類の複数の層４ａ、４ｂ、４ｃを積層したものから構成されていてもよく、各材料の屈折率差が大きい場合は各界面に反射防止層を設けてもよい。
【００６６】
また、図８に示す透過率可変素子１Ｃ”は、酸化タングステン（ＷＯ３）に代表される酸化性ＥＣ層４ｄと酸化ニッケル（ＮｉＯ）に代表される還元性ＥＣ層４ｅを有する。透過率可変素子１Ｃ”においては、比較的各ＥＣ層の界面の屈折率差が大きいために実施例１と同様に反射防止層７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを設ける構成が好ましい。
【００６７】
このように、素子構成が変更された透過率可変素子１Ｃ’、１Ｃ”も実施例１と同様の効果を奏することができる。
【実施例４】
【００６８】
図９はカメラ等の撮影光学系の断面図であり、１０１〜１０６はレンズで、１０７は光軸、１０８は結像面であり、フィルムまたはＣＣＤ等の光電変換素子が配置されている。透過率可変素子１０９は、透過率可変素子１Ａ~１Ｃ”のいずれかから構成され、不図示の電気信号線で制御回路と電気的に接続されている。制御回路により透過率可変素子１０９の透過率を電気的に制御している。
【００６９】
透過率可変素子１０９によって、カラーバランスが良く、ゴーストが少ない高性能な撮影光学系が得られる。図９では平板基板の貼り合せ面に透過率可変素子を設けたが、これに限定されるものではなく、レンズ表面やレンズ貼り合せ面に設けてもよい。
【００７０】
また、本実施例では、カメラの撮影レンズの場合を示したが、これに限定するものではなく、ビデオカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナーや、デジタル複写機のリーダーレンズなどで使用される結像光学系に使用しても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
透過率可変素子は、光学機器に使用される光学系に適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｃ’、１Ｃ”…透過率可変素子、２ａ、２ｂ…基板、３ａ、３ｂ…透明電極層、６ａ、６ｂ…反射防止層（第１の誘電体層）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロクロミック材料を用いた透過率可変素子、光学系および光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、電気制御によって着色し、透過率が可逆変化するエレクトロクロミック（ＥＣ）材料を用いた透過率可変素子において、一対の基板に挟まれた一対の透明電極層の間にＥＣ層、電解質層が積層された構造を開示している。特許文献２は、ＥＣ材料を用いた透過率可変素子の透過率を向上させるために基板の透明電極と反対側に反射防止膜を設けることを提案している。
【０００３】
これらの透過率可変素子を撮影光学系に用いて光量調整をすると、従来の可変開口絞りの回折現象に起因した像性能の低下を抑制することができ、また、ＮＤフィルターと比較して駆動部が不要で配置の制限がないために撮影光学系が小型になる。更に、液晶と偏光子を用いた透過率可変素子と比較して、消色時の透過率が高く、偏光依存性がない。
【０００４】
また、特許文献３は、ＥＣ材料を用いた透過率可変素子の透過率を向上させるために基板と透明電極の間に基板と透明電極の中間の屈折率の反射防止層を設けることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−９５１６５号公報
【特許文献２】特開平９−１５２６３４号公報
【特許文献３】特開２００５−７７８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のＥＣ材料を用いた透過率可変素子は基板、透明電極、ＥＣ層、電解質層の各界面の屈折率差に伴う反射および各層の干渉作用が起こる。このため、撮影光学系に応用した場合、透過光の波長平坦性（カラーバランス）が悪く、且つ反射率が高いことに起因するゴーストが発生するために、像性能が低下してしまうという課題があった。
【０００７】
また、特許文献３によれば、屈折率１．７５〜１．９５の誘電体薄膜は基板と透明電極の間の反射を下げることはできる。しかしながら、透明電極層およびＥＣ層の干渉による反射を抑制することが困難であり、透過光の波長平坦性の向上とゴースト抑制の効果が十分でないという課題があった。しかも、この屈折率１．７５〜１．９５の誘電体薄膜は安定的に製造（量産）することが技術的に困難であるという課題もある。
【０００８】
そこで本発明は、安定的に製造でき、カラーバランスの向上とゴーストの低減を可能にしたＥＣ材料を用いた透過率可変素子およびそれを有する光学系および光学機器を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の透過率可変素子は、２つの基板と、前記２つの基板に挟まれた２つの透明電極層と、前記２つの透明電極層に挟まれ、電気制御により透過率が可逆変化するエレクトロクロミック層と、前記２つの基板の一方と当該一方に最も近い前記透明電極層との間に設けられ、前記透過率可変素子の反射を低減する第１の誘電体層と、を有し、前記第１の誘電体層は、屈折率差が０．２以上の屈折率が高い層と低い層が交互に２層以上積層した多層膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安定的に製造でき、カラーバランスの向上とゴーストの低減を可能にしたＥＣ材料を用いた透過率可変素子、光学系および光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の透過率可変素子の断面図である。（実施例１）
【図２】図１に示す透過率可変素子の透過率及び反射率のグラフである。（実施例１）
【図３】本発明の透過率可変素子の断面図である。（実施例２）
【図４】図３に示す透過率可変素子の透過率及び反射率のグラフである。（実施例２）
【図５】本発明の透過率可変素子の断面図である。（実施例３）
【図６】図５に示す透過率可変素子の透過率及び反射率のグラフである。（実施例３）
【図７】本発明の透過率可変素子の断面図である。
【図８】本発明の透過率可変素子の断面図である。
【図９】実施例４の撮影光学系の断面図である。（実施例４）
【図１０】従来の透過率可変素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は実施例１の透過率可変素子１Ａの断面図である。透過率可変素子１Ａは、基板２ａ、２ｂ、透明電極層３ａ、３ｂ、エレクトロクロミック層（ＥＣ層）４、電解質層５、反射防止（ＡＲ）層６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂを有する。透過率可変素子１Ａは、上から順番に、基板２ａ、反射防止層６ａ、透明電極層３ａ、反射防止層７ａ、ＥＣ層４、反射防止層７ｂ、電解質層５、透明電極層３ｂ、反射防止層６ｂ、基板２ｂが配置されている。
【００１４】
基板２ａ、２ｂは、平板またはレンズからなり、２つの基板２ａ、２ｂに挟まれた２つの透明電極層３ａ、３ｂの材料はＩＴＯである。透明電極層３ａ、３ｂに挟まれて電気制御により透過率が可逆変化するＥＣ層４の材料は高密度酸化チタン（ＴｉＯ２）である。電解質層５は透明電極層３ａ、３ｂに挟まれて可視域で透明である。
【００１５】
基板２ａと透明電極層３ａの間にある反射防止層６ａと、基板２ｂと透明電極層３ｂの間にある反射防止層６ｂは、それぞれ屈折率が高い層と低い層が交互に２層以上積層した多層膜から構成される第１の誘電体層である。本実施例では、反射防止層６ａ、６ｂは、それぞれＴｉＯ２とＳｉＯ２を交互に５層および４層積層した多層膜から構成される。反射防止層６ａは、２つの基板２ａ、２ｂの一方である基板２ａと当該一方に最も近い透明電極層３ａとの間に設けられ、透過率可変素子の反射を低減する機能を有する。また、反射防止層６ｂは、２つの基板２ａ、２ｂの他方である基板２ｂと当該他方に最も近い透明電極層３ｂとの間に設けられている。ＥＣ層４の両側にある反射防止層７ａ、７ｂは、ＴｉＯ２から構成されている単層である第２の誘電体層である。
【００１６】
表１は、実施例１の各層の材料、屈折率ｎ、消衰係数ｋ、膜厚を示す。各材料の屈折率は波長５５０ｎｍの屈折率を示している。
【００１７】
【表１】
【００１８】
図２（ａ）は実施例１の透過率可変素子１ＡのＥＣ層４が消色状態の透過率（実線）とＡＲ層６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂが設けられていない図１０の従来の透過率可変素子の透過率（破線）を示すグラフである。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（％）である。
【００１９】
図２（ｂ）は透過率可変素子１ＡのＥＣ層４が消色状態の反射率（実線）と、上記従来の透過率可変素子の反射率（破線）を示すグラフである。入射角度は垂直の場合である。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反射率（％）である。
【００２０】
なお、実施例１の透過率、反射率は透過率可変素子１Ａの基板２ａ、２ｂ間の透過率、反射率で、基板２ａ、２ｂの外側の透過率、反射率を考慮していない。基板２ａ、２ｂの外側の透過率、反射率については良く知られている各種反射防止機能を設ければ良いためである。また、電解質層５は膜厚が５０μｍと厚いため、干渉作用が発生しない非干渉層である。
【００２１】
図２（ａ）から、透過率可変素子１Ａは従来例よりも透過率の波長平坦性が良く、撮影光学系に応用した場合カラーバランスが良いことがわかる。また、図２（ｂ）から、透過率可変素子１Ａは従来例よりも反射率が低く、撮影光学系に応用した場合のゴーストを低減できることがわかる。これは、表１からわかるように、基板２ａ、２ｂ、透明電極層３ａ、３ｂ、ＥＣ層４、電解質層５の各界面の屈折率差が比較的大きく、反射防止層を設けないと各界面からの反射と各層の干渉作用が起こるためである。特に、波長５５０ｎｍにおける屈折率差（表１の屈折率ｎの差）が０．３以上の界面では反射が大きいので反射防止層を設けることが好ましい。
【００２２】
反射防止層６ａ、６ｂはそれぞれ基板２ａ、２ｂとそれぞれ透明電極３ａ、３ｂの反射防止層、反射防止層７ａは透明電極３ａとＥＣ層４の反射防止層、反射防止層７ｂはＥＣ層４と電解質層５の反射防止層としてそれぞれ機能している。透明電極層３ａ、３ｂ、ＥＣ層４も薄膜として干渉するため、これら全ての層の干渉作用を考慮して各反射防止層の膜厚を最適化している。特許文献３の構成ではこれは困難である。
【００２３】
屈折率が高い層と低い層の屈折率差が０．２以上の可視波長帯域（４００〜７００ｎｍ）で透明な誘電体薄膜を積層した反射防止層を設けることによって、透過率の波長平坦性の向上と反射率を低減することが可能になる。本発明の反射防止層は基板と透明電極層の間に設けられているため、通常の反射防止層と比較して屈折率差が大きい誘電体薄膜を必ずしも設ける必要はなく、誘電体薄膜の材料選択性が広い。また、屈折率差が０．４以上の材料を選択したほうが、反射防止効果が大きくより好ましい。
【００２４】
屈折率が高い層は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）及びそれらを含む混合材料等を用いることができる。屈折率が高い層は、これら屈折率が１．６以上の材料を用いる。また、屈折率２．０以上の材料を用いたほうが反射防止効果が大きくより好ましい。屈折率は波長５５０ｎｍのものである。
【００２５】
屈折率が低い層は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）およびそれらを含む混合材料等の屈折率が１．７以下の材料を用いることができる。屈折率１．５以下の材料を用いたほうが反射防止効果が大きくより好ましい。
【００２６】
膜厚は基板、透明電極、ＥＣ層の屈折率、膜厚に応じて適宜変更可能であるが、好ましくは５ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好ましい。また、層数は２層以上であれば適宜変更可能である。
【００２７】
また、屈折率が高い層の物理膜厚が隣合う屈折率が低い層の物理膜厚より小さくすることよって反射防止効果が大きくなるため、より好ましい。
【００２８】
本実施例では、反射防止層６ａ、６ｂはともに安定的に製造が可能な誘電体薄膜から構成されているため、本実施例の透過率可変素子を安定に製造（量産）することが可能になる。
【００２９】
透明電極層３ａ、３ｂは可視波長帯域において透明性を示す導電性材料を主成分とする透明電極層である。透明電極層３ａ、３ｂの材料としては、例えばインジウムドープ酸化錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）等の透明導電性材料を用いることができる。また、カーボンナノチューブ含有物もしくは導電性を有するナノ粒子や金属のナノ粒子、ナノロッド、ナノワイヤーを高密度に分散させた層を用いることができる。
【００３０】
これらの材料は透明性を有するが本発明のように高い透過率を要求される光学系に適用する場合、膜厚は１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましい。特に膜厚が３００ｎｍより厚くなると透過率が低下するため、光学系に適用することが困難になるためである。膜厚が薄いほど透過率が高くが電気抵抗が大きくなり、膜厚が厚いほど透過率が低く電気抵抗が小さい関係にあり、適宜設計することが可能である。
【００３１】
透過率可変素子１Ａは透明電極層３ａ、３ｂに電圧を印加することにより電解質層５、透明電極層３ａ，３ｂから金属イオンや電子がＥＣ層４に供給され、ＥＣ層４が化学変化により着色することで透過率が可逆的に変化する。このため、基板と透明電極層間には反射防止層の材質に関する制約がなく、良く知られている高屈折率薄膜と低屈折率薄膜を交互に積層した誘電体多層膜を設けることができる。但し、透明電極間は金属イオンや電子の移動、拡散のため、ある程度の導電性を持つ反射防止層のみ使用することができる。
【００３２】
透明電極間の反射防止層全体の膜厚方向の１ｃｍ２面積あたりの電気抵抗が１００Ω以下でないと金属イオンや電子の移動が阻害され、応答速度が遅くなり、透過率可変素子１Ａとして機能することが困難になる。このため、透明電極間の反射防止層７ａ、７ｂは以下の式を満足することが好ましい。
【００３３】
０＜Σｉρｉｄｉ≦１００Ωｃｍ２ （１）
ρｉは電極間の第ｉ番目の反射防止層の電気抵抗率［Ωｃｍ］、ｄｉは電極間の第ｉ番目の反射防止層の膜厚［ｃｍ］である。実施例１の反射防止層７ａ、７ｂに使用されるＴｉＯ２の電気抵抗率は５×１０６Ωｃｍであるため、実施例１の電気抵抗は５６Ωｃｍ２となり、数式１を満たす。
【００３４】
なお、反射防止層のＴｉＯ２の電気抵抗率はドーピングや製造プロセスによって変化しやすいので膜厚や製造プロセスに応じて適宜変えることも可能である。反射防止膜の低屈折率膜として知られているＳｉＯ２やＭｇＦ２は絶縁性が高い材料のために使用することが困難である。
【００３５】
実施例１においては、ＥＣ層４と反射防止層７ａ、７ｂの組成はＴｉＯ２で同じであるが、これには限定されず、異なる材料でもよい。また、反射防止層７ａ、７ｂは単層膜であるが、（１）式を満たせば多層膜でもよい。
【００３６】
反射防止層７ａ、７ｂが単層の場合は、反射防止層７ａ、７ｂの波長５５０ｎｍでの屈折率はその両側の層の波長５５０ｎｍでの屈折率の間にあるのが好ましい。例えば、本実施例での反射防止層７ａの波長５５０ｎｍでの屈折率２．２９は、その両側である透明電極３ａ及びＥＣ層４のそれぞれにおける波長５５０ｎｍでの屈折率１．９２、２．５７の間にある。さらに、反射防止層７ｂの波長５５０ｎｍでの屈折率２．２９は、その両側であるＥＣ層４及び電解質層５のそれぞれにおける波長５５０ｎｍでの屈折率２．５７、１．４８の間にある。また、透明電極３ａ、３ｂ間の反射防止層７ａ、７ｂの屈折率、膜厚、設計波長の関係ｎｄ／λが（２ｉ＋１）／４（ｉ＝０，１，２，…）のときに反射防止機能を有するが、本実施例のように、特にＥＣ材料を用いた場合には以下の式を満足することが好ましい。
【００３７】
１／６ ＜ ｎｄ／λ０ ＜ １／３ （２）
但し、ｎは波長λ０の屈折率、ｄは反射防止層の膜厚、λ０は可視波長帯域（４００〜７００ｎｍ）内の設計波長で、ここでは５５０ｎｍである。数式２を満たすと、膜厚が薄くなるので、透過率可変素子１Ａの電気抵抗が小さく応用速度が速くなる。実施例１の反射防止層７ａ、７ｂ層のｎｄ／λ０はそれぞれ０．２５、０．２２であり、数式２を満たしている。実施例１においては、ＥＣ層４と反射防止層７ａ、７ｂの組成はＴｉＯ２で同じであるため、反射防止機能と同時にＥＣ層として機能する。
【００３８】
透過率可変素子１Ａの透過率は次式を満たすことが好ましい。
【００３９】
０．９ ＜ Ｔ（λｖ±２０ｎｍ）／Ｔ（λｖ） ＜ １．１ （３）
但し、Ｔ（λｖ）は波長λｖの透過率、λｖは可視波長帯域４２０〜６８０ｎｍに含まれる任意の波長である。数式３を満足しないと撮影光学系に応用した場合に透過率の波長平坦性が悪く、カラーバランスが悪化してしまうため、好ましくない。
【００４０】
透過率可変素子１Ａの反射率は可視域全域で５％以下で、かつ、次式を満たすことが好ましい。
【００４１】
０．５ ＜ Ｒ（λｖ±２０ｎｍ）／Ｒ（λｖ） ＜ ２．０ （４）
但し、Ｒ（λｖ）は波長λｖの反射率、λｖは可視波長帯域４２０〜６８０ｎｍに含まれる任意の波長である。数式４を満足しないと撮影光学系に応用した場合に反射率が高く、ゴーストが発生し、且つゴーストの色味が強く目立ちやすくなるため、好ましくない。
【００４２】
実施例１について数式３、４の数値を表２に示す。表２より数式３、４を満足していることが分かる。
【００４３】
【表２】
【００４４】
以上から、透過率可変素子１Ａは、基板２ａ，２ｂと透明電極３ａ、３ｂ間に高屈折率膜と低屈折率膜を積層した誘電体多層層である反射防止層６ａ、６ｂを設け、透明電極間３ａ、３ｂは導電性を有する反射防止層７ａ、７ｂを有する。この結果、透過率可変素子１Ａは、安定して製造でき、カラーバランスの向上とゴーストの低減を実現することができる。
【実施例２】
【００４５】
図３は実施例２の透過率可変素子１Ｂの断面図である。実施例２は実施例１と比較して透明電極層３ａ，３ｂの膜厚が２０ｎｍと薄く、透明電極３ａとＥＣ層４との間の反射防止膜７ａがなく、ＥＣ層４と電解質層５の間にＴｉＯ２からなる単層の反射防止層７が積層されている点で相違する。また、実施例２の反射防止層６ａ、６ｂはＴｉＯ２およびＳｉＯ２を交互にそれぞれ４層と３層積層した多層膜で実施例１よりも層数が少なくなっている。
【００４６】
表３は、実施例２の各層の材料、屈折率ｎ、消衰係数ｋ、膜厚を示す。各材料の屈折率は波長５５０ｎｍの屈折率を示している。
【００４７】
【表３】
【００４８】
図４に実施例２の透過率可変素子１Ｂと従来例のＥＣ層が消色状態の透過率および反射率を図２と同様に示す。
【００４９】
図４より、実施例１と同様に透過率の波長平坦性の向上と反射率を低減していることがわかる。また、透明電極層の膜厚が薄いために透過率も高くなっている。
【００５０】
実施例１と比較して透明電極の膜厚が薄くなっているため、反射防止層６ａと透明電極３ａが基板２ａとＥＣ層４の反射防止層、反射防止層６ｂと透明電極３ｂが基板２ｂと電解質層５の反射防止層として機能している。また、反射防止層７はＥＣ層４と電解質５の反射防止層として機能している。さらに全ての層の干渉作用を考慮して各反射防止層の膜厚を最適化している。このような、反射防止層を設けることによって、実施例１と同様に、透過率の波長平坦性の向上と反射率を低減することが可能になる。
【００５１】
実施例２の反射防止層７の電気抵抗は２５．５Ωｃｍ２であり、数式１を満たし、ｎｄ／λ０は０．２１であり、数式２を満たしている。実施例２の数式３、４の数値を表４に示す。表４より、実施例２は数式３、４式を共に満たしている。
【００５２】
【表４】
【００５３】
このように、素子構成が変更された透過率可変素子１Ｂも実施例１と同様の効果を奏することができる。本実施例は実施例１の透明電極層の膜厚を薄くしているが、他の層の膜厚や材料を実施例１と異ならせてもよい。
【実施例３】
【００５４】
図５は、実施例３の透過率可変素子１Ｃの断面図である。実施例３は実施例１、２と異なる有機ＥＣ層を使用し、透過率可変素子１Ｃは、実施例１、２の単層反射防止層７、７ａ、７ｂを使用していない。また、実施例３の反射防止層６ａ、６ｂはＴｉＯ２およびＳｉＯ２を交互にそれぞれ４層積層した多層膜である。
【００５５】
表５に透過率可変素子１Ｃの各層の材料、屈折率ｎ、消衰係数ｋ、膜厚を示す。各材料の屈折率は波長５５０ｎｍの屈折率を示している。
【００５６】
【表５】
【００５７】
図６に透過率可変素子１ＣのＥＣ層が消色状態の透過率および反射率を図２、４と同様に示す。
【００５８】
図６より、実施例１、２と同様に、透過率可変素子１Ｃの透過率の波長平坦性の向上と反射率を低減していることがわかる。
【００５９】
実施例１、２と比較してＥＣ層の屈折率が低いため、反射防止層６ａと透明電極３ａとＥＣ層４が基板２ａと電解質層５の反射防止層、反射防止層６ｂと透明電極３ｂが基板２ｂと電解質層５の反射防止層として機能している。さらに全ての層の干渉作用を考慮して各反射防止層の膜厚を最適化している。このような、反射防止層を設けることによって、実施例１、２と同様に、透過率可変素子１Ｃの透過率の波長平坦性の向上と反射率を低減することが可能になる。
【００６０】
このように、素子構成が変更された透過率可変素子１Ｃも実施例１、２と同様の効果を奏することができる。本実施例ではＥＣ層４の材料が実施例１、２と異なっているが、他の層の膜厚や材料を実施例１と異ならせてもよい。
【００６１】
透過率可変素子１Ｃでは単層の反射防止層がないので、数式１、２の数値は存在しない。また、透過率可変素子１Ｃについて数式３、４の数値を表６に示す。表６より、透過率可変素子１Ｃは、数式３、４を共に満たしている。
【００６２】
【表６】
【００６３】
透過率可変素子１Ｃにおいて有機ＥＣ層は、有機材料で構成され、エレクトロクロミック特性を示すエレクトロクロミック部位と、該エレクトロクロミック部位と直接結合している芳香環とから構成される。該エレクトロクロミック部位は一つの共役面を形成し、該芳香環が有し、かつ該エレクトロクロミック部位と結合している原子と隣り合う原子は、メチル基以上の体積を有する置換基を有していることが好ましい。周辺部位がエレクトロクロミック部位を保護するので、化合物の酸化に対する安定性が高く、酸化に対する安定性が高い化合物を有することによって、素子の耐久性を高くすることができる。これら芳香環が有する置換基は、エレクトロクロミック部位の共役面と周辺部位が有する面とを直交させるとともに、立体障害の効果によりラジカルカチオンが生成するエレクトロクロミック部位を保護する役割を持つ。この観点では、メチル基以上の体積を有する置換基が好ましい。
【００６４】
透過率可変素子１Ｃにおいて有機ＥＣ層は着色状態において波長平坦性を得るために複数の有機ＥＣ材料を混合したほうが好ましく、混合した材料の屈折率に応じて反射防止層を適宜変更することが可能である。
【００６５】
また、図７に示す透過率可変素子１Ｃ’ように、着色状態において波長平坦性を得るためにＥＣ層４は、異なる種類の複数の層４ａ、４ｂ、４ｃを積層したものから構成されていてもよく、各材料の屈折率差が大きい場合は各界面に反射防止層を設けてもよい。
【００６６】
また、図８に示す透過率可変素子１Ｃ”は、酸化タングステン（ＷＯ３）に代表される酸化性ＥＣ層４ｄと酸化ニッケル（ＮｉＯ）に代表される還元性ＥＣ層４ｅを有する。透過率可変素子１Ｃ”においては、比較的各ＥＣ層の界面の屈折率差が大きいために実施例１と同様に反射防止層７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを設ける構成が好ましい。
【００６７】
このように、素子構成が変更された透過率可変素子１Ｃ’、１Ｃ”も実施例１と同様の効果を奏することができる。
【実施例４】
【００６８】
図９はカメラ等の撮影光学系の断面図であり、１０１〜１０６はレンズで、１０７は光軸、１０８は結像面であり、フィルムまたはＣＣＤ等の光電変換素子が配置されている。透過率可変素子１０９は、透過率可変素子１Ａ~１Ｃ”のいずれかから構成され、不図示の電気信号線で制御回路と電気的に接続されている。制御回路により透過率可変素子１０９の透過率を電気的に制御している。
【００６９】
透過率可変素子１０９によって、カラーバランスが良く、ゴーストが少ない高性能な撮影光学系が得られる。図９では平板基板の貼り合せ面に透過率可変素子を設けたが、これに限定されるものではなく、レンズ表面やレンズ貼り合せ面に設けてもよい。
【００７０】
また、本実施例では、カメラの撮影レンズの場合を示したが、これに限定するものではなく、ビデオカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナーや、デジタル複写機のリーダーレンズなどで使用される結像光学系に使用しても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
透過率可変素子は、光学機器に使用される光学系に適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｃ’、１Ｃ”…透過率可変素子、２ａ、２ｂ…基板、３ａ、３ｂ…透明電極層、６ａ、６ｂ…反射防止層（第１の誘電体層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの基板と、
前記２つの基板に挟まれた２つの透明電極層と、
前記２つの透明電極層に挟まれ、電気制御により透過率が可逆変化するエレクトロクロミック層と、
前記２つの基板の一方と当該一方に最も近い前記透明電極層との間に設けられ、前記透過率可変素子の反射を低減する第１の誘電体層と、
を有し、
前記第１の誘電体層は、屈折率差が０．２以上の屈折率が高い層と低い層が交互に２層以上積層した多層膜であることを特徴とする透過率可変素子。
【請求項２】
前記第１の誘電体層は、前記２つの基板の他方と当該他方に最も近い前記透明電極層との間に更に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の透過率可変素子。
【請求項３】
前記第１の誘電体層の屈折率が高い層の屈折率が１．６以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の透過率可変素子。
【請求項４】
前記第１の誘電体層の屈折率が低い層の屈折率が１．７以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項５】
前記第１の誘電体層の屈折率が高い層の物理膜厚が隣合う屈折率が低い層の物理膜厚より小さいことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項６】
前記透明電極層の膜厚が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項７】
前記エレクトロクロミック層と当該エレクトロクロミック層に最も近く波長５５０ｎｍにおける屈折率差が０．３以上の前記透明電極層の間に設けられ、前記透過率可変素子の反射を低減する第２の誘電体層と、
を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項８】
前記２つの透明電極層に挟まれ、可視域で透明な電解質層と、
前記エレクトロクロミック層と前記電解質層との間に設けられ、前記透過率可変素子の反射を低減する第２の誘電体層と、
を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項９】
前記第２の誘電体層の波長５５０ｎｍでの屈折率は、前記第２の誘電体層の両側の層の波長５５０ｎｍでの屈折率の間にあることを特徴とする請求項７または８に記載の透過率可変素子。
【請求項１０】
前記第２の誘電体層は導電性の材料で構成されていることを特徴とする請求項７乃至９のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項１１】
前記第２の誘電体層が以下の式を満足することを特徴とする請求項１０に記載の透過率可変素子。
０＜Σｉρｉｄｉ≦１００Ωｃｍ２
ここで、ρｉは前記透明電極間の第ｉ番目の前記第２の誘電体層の電気抵抗率［Ωｃｍ］、ｄｉは電極間の第ｉ番目の反射防止層の膜厚［ｃｍ］である。
【請求項１２】
前記第２の誘電体層は単層であることを特徴とする請求項７乃至１１のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項１３】
前記第２の誘電体層は前記エレクトロクロミック層と同じ組成であることを特徴とする請求項７乃至１２のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項１４】
前記第２の誘電体層の膜厚が以下の式を満たすことを特徴とする請求項７乃至１３のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
１／６ ＜ ｎｄ／λ０ ＜ １／３
ここで、ｎは波長λ０の屈折率、ｄは反射防止層の膜厚、λ０は５５０ｎｍである。
【請求項１５】
前記エレクトロクロミック層および前記第２の誘電体層は酸化チタンであることを特徴とする請求項７乃至１４のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項１６】
前記エレクトロクロミック層が有機材料で構成され、
エレクトロクロミック特性を示すエレクトロクロミック部位と、前記エレクトロクロミック部位と直接結合している芳香環とから構成され、
前記エレクトロクロミック部位は一つの共役面を形成し、
前記芳香環が有し、かつ前記エレクトロクロミック部位と結合している原子と隣り合う原子は、メチル基以上の体積を有する置換基を有していることを特徴とする請求項１乃至１４のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項１７】
前記透過率可変素子の消色状態における透過率が次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１６のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
０．９ ＜ Ｔ（λｖ±２０ｎｍ）／Ｔ（λｖ） ＜ １．１
ここで、Ｔ（λｖ）は波長λｖの透過率、λｖは可視波長帯域４２０〜６８０ｎｍに含まれる任意の波長である。
【請求項１８】
前記透過率可変素子の消色状態における反射率が可視域全域で５％以下で、かつ、次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１６のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
０．５ ＜ Ｒ（λｖ±２０ｎｍ）／Ｒ（λｖ） ＜ ２．０
ここで、Ｒ（λｖ）は波長λｖの反射率、λｖは可視波長帯域４２０〜６８０ｎｍに含まれる任意の波長である。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子を有することを特徴とする光学系。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光学系を有する光学機器。
【請求項１】
２つの基板と、
前記２つの基板に挟まれた２つの透明電極層と、
前記２つの透明電極層に挟まれ、電気制御により透過率が可逆変化するエレクトロクロミック層と、
前記２つの基板の一方と当該一方に最も近い前記透明電極層との間に設けられ、前記透過率可変素子の反射を低減する第１の誘電体層と、
を有し、
前記第１の誘電体層は、屈折率差が０．２以上の屈折率が高い層と低い層が交互に２層以上積層した多層膜であることを特徴とする透過率可変素子。
【請求項２】
前記第１の誘電体層は、前記２つの基板の他方と当該他方に最も近い前記透明電極層との間に更に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の透過率可変素子。
【請求項３】
前記第１の誘電体層の屈折率が高い層の屈折率が１．６以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の透過率可変素子。
【請求項４】
前記第１の誘電体層の屈折率が低い層の屈折率が１．７以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項５】
前記第１の誘電体層の屈折率が高い層の物理膜厚が隣合う屈折率が低い層の物理膜厚より小さいことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項６】
前記透明電極層の膜厚が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項７】
前記エレクトロクロミック層と当該エレクトロクロミック層に最も近く波長５５０ｎｍにおける屈折率差が０．３以上の前記透明電極層の間に設けられ、前記透過率可変素子の反射を低減する第２の誘電体層と、
を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項８】
前記２つの透明電極層に挟まれ、可視域で透明な電解質層と、
前記エレクトロクロミック層と前記電解質層との間に設けられ、前記透過率可変素子の反射を低減する第２の誘電体層と、
を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項９】
前記第２の誘電体層の波長５５０ｎｍでの屈折率は、前記第２の誘電体層の両側の層の波長５５０ｎｍでの屈折率の間にあることを特徴とする請求項７または８に記載の透過率可変素子。
【請求項１０】
前記第２の誘電体層は導電性の材料で構成されていることを特徴とする請求項７乃至９のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項１１】
前記第２の誘電体層が以下の式を満足することを特徴とする請求項１０に記載の透過率可変素子。
０＜Σｉρｉｄｉ≦１００Ωｃｍ２
ここで、ρｉは前記透明電極間の第ｉ番目の前記第２の誘電体層の電気抵抗率［Ωｃｍ］、ｄｉは電極間の第ｉ番目の反射防止層の膜厚［ｃｍ］である。
【請求項１２】
前記第２の誘電体層は単層であることを特徴とする請求項７乃至１１のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項１３】
前記第２の誘電体層は前記エレクトロクロミック層と同じ組成であることを特徴とする請求項７乃至１２のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項１４】
前記第２の誘電体層の膜厚が以下の式を満たすことを特徴とする請求項７乃至１３のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
１／６ ＜ ｎｄ／λ０ ＜ １／３
ここで、ｎは波長λ０の屈折率、ｄは反射防止層の膜厚、λ０は５５０ｎｍである。
【請求項１５】
前記エレクトロクロミック層および前記第２の誘電体層は酸化チタンであることを特徴とする請求項７乃至１４のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項１６】
前記エレクトロクロミック層が有機材料で構成され、
エレクトロクロミック特性を示すエレクトロクロミック部位と、前記エレクトロクロミック部位と直接結合している芳香環とから構成され、
前記エレクトロクロミック部位は一つの共役面を形成し、
前記芳香環が有し、かつ前記エレクトロクロミック部位と結合している原子と隣り合う原子は、メチル基以上の体積を有する置換基を有していることを特徴とする請求項１乃至１４のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
【請求項１７】
前記透過率可変素子の消色状態における透過率が次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１６のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
０．９ ＜ Ｔ（λｖ±２０ｎｍ）／Ｔ（λｖ） ＜ １．１
ここで、Ｔ（λｖ）は波長λｖの透過率、λｖは可視波長帯域４２０〜６８０ｎｍに含まれる任意の波長である。
【請求項１８】
前記透過率可変素子の消色状態における反射率が可視域全域で５％以下で、かつ、次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１６のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子。
０．５ ＜ Ｒ（λｖ±２０ｎｍ）／Ｒ（λｖ） ＜ ２．０
ここで、Ｒ（λｖ）は波長λｖの反射率、λｖは可視波長帯域４２０〜６８０ｎｍに含まれる任意の波長である。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のうちいずれか１項に記載の透過率可変素子を有することを特徴とする光学系。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光学系を有する光学機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１０１３０９（Ｐ２０１３−１０１３０９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８８１５４（Ｐ２０１２−１８８１５４）
【出願日】平成２４年８月２９日（２０１２．８．２９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２９日（２０１２．８．２９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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