JP7790864B2 - Optical devices, imaging devices - Google Patents
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Description
本発明は調光素子、及びこれを用いた光学装置、撮像装置、レンズユニットに関する。 The present invention relates to a photochromic element, and an optical device, imaging device, and lens unit that use the same.
調光素子の一つであるND(Neutral Density)フィルタは、色に対する影響を抑えながら光量を低減するフィルタであり、静止画や動画撮影に広く用いられている。近年NDフィルタの減光度を電気的に変化させることができる可変NDフィルタが実用化され、これまで不可能であった像表現が可能となってきている。この可変NDフィルタには外部刺激により(特に電気的に)光吸収特性が変化する複数の化合物が用いられ、その複数の化合物の光吸収の組合せにより色への影響を抑えた減光度の制御を実現している。
NDフィルタの重要な特性の一つに、色再現性に対する光源の影響が小さい(色再現性に対する光源影響が小さい)ことが挙げられる。理想的なNDフィルタは透過率が透過光の波長に依らず一定(波長平坦性が最高)なものであり、そのようなNDフィルタは色に対する光源の影響をゼロにできる。そのため従来のNDフィルタでは、波長平坦性を高めることで色再現性に対する光源影響を抑制してきた。特許文献1には、波長平坦性の高い多層膜を用いた減光度の変化しない(減光度固定の)NDフィルタが記載されている。このように高い波長平坦性を有するNDフィルタは色再現性に対する光源影響を小さいものとすることができる。
Neutral density (ND) filters, a type of light-adjusting element, reduce the amount of light while minimizing the impact on color and are widely used in still and video photography. In recent years, variable ND filters that can electrically change the ND filter's ND filter attenuation have been put into practical use, enabling previously impossible image expression. These variable ND filters use multiple compounds whose light absorption characteristics change in response to external stimuli (especially electrically), and the combination of the light absorption of these multiple compounds allows for control of ND attenuation while minimizing the impact on color.
One of the important characteristics of an ND filter is that it has a small effect on color reproducibility due to the light source. An ideal ND filter has a constant transmittance regardless of the wavelength of transmitted light (highest wavelength flatness), and such an ND filter can eliminate the effect of the light source on color. Therefore, conventional ND filters have suppressed the effect of the light source on color reproducibility by improving wavelength flatness. Patent Document 1 describes an ND filter that uses a multilayer film with high wavelength flatness and has an invariable attenuation (fixed attenuation). An ND filter with such high wavelength flatness can minimize the effect of the light source on color reproducibility.
外部刺激により光吸収特性が変化する複数の化合物を用いた可変NDフィルタでは、複数の化合物の吸収スペクトルの組合せによりND性を発現するものがある。この場合、複数の化合物の吸収波長の制御には限界があるため、減光度の変化しないNDフィルタ(従来の減光度固定のNDフィルタ)のように平坦性の高いスペクトルを実現することは困難である。本発明者は波長平坦性を高める工夫を重ねて行ってきたが、色再現性に対する光源影響を高度に抑制した可変NDフィルタを実現することは困難であった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は色再現性に対する実質的な光源影響を高度に抑制した可変NDフィルタ等の調光素子、及び該調光素子を用いた装置を提供することである。
In variable ND filters using multiple compounds whose light absorption characteristics change in response to external stimuli, the ND properties may be exhibited by combining the absorption spectra of the multiple compounds. In this case, there is a limit to how much control can be given to the absorption wavelengths of the multiple compounds, making it difficult to achieve a highly flat spectrum like an ND filter whose attenuation does not change (a conventional ND filter with fixed attenuation). The inventors have made repeated efforts to improve wavelength flatness, but it has been difficult to achieve a variable ND filter that highly suppresses the influence of the light source on color reproducibility.
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and its object is to provide a light-adjusting element such as a variable ND filter that highly suppresses the substantial influence of the light source on color reproducibility, and a device that uses the light-adjusting element.
本発明の第一は、光検出器と、外部刺激により光吸収特性が変化する複数の化合物を有する調光素子と、を有する光学装置であって、
前記複数の化合物は、それぞれ吸収波長が異なる化合物であり、
前記調光素子は、前記複数の化合物の光吸収特性を組み合わせた可変透過率VT(λ)を有し、
前記光検出器は、CIE等色関数におけるxバー:580nm乃至680nm、yバー:500nm乃至580nm、zバー:425nm乃至500nmに検出光波長領域を持ち、
基準光源は、CIEのD65、D55、D50、B光源、C光源から選択され、
対照光源は、CIEのA光源である時、
NWDMax<NWDMaxFPであることを特徴とする光学装置。
NWDMax:前記光検出器に入射する前記検出光波長領域ごとの透過光の信号強度比の、前記調光素子の透過状態と減光状態とにおける比の、前記基準光源と前記対照光源の比(基準光源/対照光源又は対照光源/基準光源)の最大値
NWDMaxFP:前記検出光波長領域における前記VT(λ)の波長平坦性TFが最小値TFFPとなる前記複数の化合物の濃度比におけるNWDMaxであることを特徴とする。
本発明の第二は、複数のレンズを有する光学系と、上記本発明の光学装置とを有する撮像装置であって、前記撮像素子は前記光学系を透過した光を受光し、前記光学系と前記撮像素子との間に前記調光素子が光学フィルタとして配置されていることを特徴とする。
A first aspect of the present invention is an optical device including a photodetector and a photochromic element having a plurality of compounds whose light absorption characteristics change in response to an external stimulus,
the plurality of compounds are compounds having different absorption wavelengths,
the light-adjusting element has a variable transmittance VT(λ) that is a combination of the light absorption characteristics of the plurality of compounds;
the photodetector has a detection light wavelength range of x bar: 580 nm to 680 nm, y bar: 500 nm to 580 nm, and z bar: 425 nm to 500 nm in CIE color matching functions;
The reference illuminant is selected from CIE D65, D55, D50, Illuminant B, and Illuminant C;
When the reference illuminant is CIE A illuminant,
An optical device characterized in that NWD Max < NWD MaxFP .
NWD Max : The maximum value of the ratio of the signal intensity of the transmitted light for each wavelength range of the detection light incident on the photodetector in the transmission state and dimming state of the dimming element, between the reference light source and the reference light source (reference light source/reference light source or reference light source/reference light source). NWD MaxFP : The NWD Max at the concentration ratio of the multiple compounds at which the wavelength flatness TF of the VT(λ) in the wavelength range of the detection light is the minimum value TF FP .
A second aspect of the present invention is an imaging device having an optical system with a plurality of lenses and the optical device of the present invention, characterized in that the imaging element receives light that has passed through the optical system, and the dimming element is arranged between the optical system and the imaging element as an optical filter.
本発明によれば、色再現性に対する実質的な光源影響を高度に抑制した可変NDフィルタ等の調光素子と、該調光素子を用いた光学装置、撮像装置、レンズユニットを提供することができる。 The present invention provides a light-adjusting element such as a variable ND filter that highly suppresses the substantial influence of the light source on color reproducibility, as well as optical devices, imaging devices, and lens units that use the light-adjusting element.
本発明の調光素子は、外部刺激により光吸収特性が変化する複数の化合物を有し、当該化合物の複数の吸収スペクトルの重ね合せにより、可視光領域において可変的な光吸収を発現する。横軸を波長とし、縦軸を透過率として、調光素子の透過スペクトルをとると、複数の化合物の濃度比等により吸収スペクトルを平坦に近づけることができる。本発明の調光素子は、吸収スペクトルの平坦性よりも色再現性に対する実質的な光源影響を抑制することを重視した素子であり、パラメーターNWDMaxを用いて評価される。 The photochromic element of the present invention contains multiple compounds whose light absorption characteristics change in response to external stimuli, and exhibits variable light absorption in the visible light region by superimposing the absorption spectra of the multiple compounds. When the transmission spectrum of the photochromic element is plotted with wavelength on the horizontal axis and transmittance on the vertical axis, the absorption spectrum can be made closer to flat by adjusting the concentration ratio of the multiple compounds. The photochromic element of the present invention is an element that places more importance on suppressing the substantial influence of the light source on color reproducibility than on the flatness of the absorption spectrum, and is evaluated using the parameter NWD Max .
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対して適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に含まれる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and appropriate modifications and improvements to the following embodiments based on the common knowledge of those skilled in the art are also included within the scope of the present invention, provided they do not deviate from the spirit of the present invention.
≪調光素子を備えた光学装置≫
図1は、本発明の調光素子を備えた光学装置の一例を示す模式図である。図1において、光学装置1000は、可変NDフィルタ等の調光素子1001と、R(赤)、G(緑)、B(青)等の複数の検出光波長領域を持つ、撮像素子等の光検出器1002を有する。尚、光学装置1000とは別に光検出器を設ける場合には、光学装置1000は光検出器1002を有さなくてよい。本実施形態に係る光学装置としては、可変NDフィルタ付きのカメラシステム(カメラ、レンズを含む)、透過率可変窓、透過率可変眼鏡、反射率可変ミラーを挙げることができる。
<Optical device equipped with a light-adjusting element>
Fig. 1 is a schematic diagram showing an example of an optical device equipped with a photochromic element of the present invention. In Fig. 1, the optical device 1000 has a photochromic element 1001 such as a variable ND filter, and a photodetector 1002 such as an image sensor having a plurality of detection light wavelength regions such as R (red), G (green), and B (blue). Note that if a photodetector is provided separately from the optical device 1000, the optical device 1000 does not need to have the photodetector 1002. Examples of optical devices according to this embodiment include a camera system (including a camera and a lens) with a variable ND filter, a variable transmittance window, variable transmittance glasses, and a variable reflectance mirror.
<光検出器>
本発明の調光素子は、特定の光検出器を対象としたものである。言い換えると、本発明の調光素子は、特定の光検出器との組み合わせで機能を発揮するように設計されたものである。その例としては、カメラシステムとCMOSセンサのような撮像素子との組み合わせ、透過率可変窓と人の目との組み合わせ、透過率可変眼鏡と人の目との組み合わせ、反射率可変ミラーと人の目との組み合わせを挙げることができる。また、この光検出器は、複数の検出光波長領域を持つ光検出器である。具体的には、撮像用のCMOSセンサの例であればR,G,B、人の目の例であれば一例としてCIE等色関数のxバー,yバー,zバーの複数の検出光波長領域を有する。CIEの等色関数の例としては、CIE(1931)、CIE(1964)、CIE(2006)などが挙げられ、2度視野、10度視野の関数が選択できる。RRGACの算出にはいずれの値を用いてもよいが、特にCIE(1931)の2度視野が好ましく用いられる。
<Photodetector>
The photochromic element of the present invention is intended for use with a specific photodetector. In other words, the photochromic element of the present invention is designed to function in combination with a specific photodetector. Examples include a combination of an imaging element such as a camera system with a CMOS sensor, a combination of a variable transmittance window with a human eye, a combination of variable transmittance glasses with a human eye, and a combination of a variable reflectance mirror with a human eye. The photodetector has multiple detection wavelength ranges. Specifically, in the case of an imaging CMOS sensor, the detection wavelength ranges are R, G, and B, and in the case of a human eye, the detection wavelength ranges are, for example, the x-bar, y-bar, and z-bar CIE color matching functions. Examples of CIE color matching functions include CIE (1931), CIE (1964), and CIE (2006), and functions for a 2-degree field of view and a 10-degree field of view can be selected. While any value may be used to calculate RRGAC, the 2-degree field of view of CIE (1931) is particularly preferred.
また、本発明の調光素子は、複数のレンズ系を有する光学系と、光学フィルタと、該光学フィルタを通した光を受光する撮像素子とを有する撮像装置の該光学フィルタの構成部材としても用いられる。さらに、本発明の調光素子は、複数のレンズを有する撮像光学系と組み合わせてレンズユニットを構成することができる。係るレンズユニットは、光検出器を有する光学装置に接続可能であり、該光学装置に接続することで、レンズユニットを透過した透過光が、上記光検出器に入射するようにレンズユニットが配置される。また、光検出器は複数の検出光波長領域を持ち、撮像素子であっても良い。 The photochromic element of the present invention can also be used as a component of an optical filter in an imaging device that includes an optical system having multiple lens systems, an optical filter, and an imaging element that receives light that has passed through the optical filter. Furthermore, the photochromic element of the present invention can be combined with an imaging optical system having multiple lenses to form a lens unit. Such a lens unit can be connected to an optical device that includes a photodetector, and by connecting the lens unit to the optical device, the lens unit is positioned so that transmitted light that has passed through the lens unit enters the photodetector. Furthermore, the photodetector has multiple detection light wavelength ranges and may be an imaging element.
≪外部刺激により光吸収特性が変化する化合物≫
本発明の調光素子は、外部刺激により光吸収特性が変化する複数の化合物を組み合わせて光を吸収する。係る外部刺激の例としては、電気的刺激、熱的刺激、光刺激、pH刺激などが挙げられる。外部刺激により光吸収特性が変化する化合物の例としては、エレクトロクロミック(EC)化合物、液晶化合物(ゲスト・ホスト液晶を含む)、サーモクロミック化合物、フォトクロミック化合物、pH応答性化合物が挙げられる。中でも安定性、外部からの制御の容易性、応答速度の観点から電気的に光吸収特性が変化する化合物が好ましく用いられる。電気的に光吸収特性が変化する化合物の中でもエレクトロクロミック化合物(EC化合物)、液晶化合物が好ましく用いられる。中でもEC化合物を用いた調光素子は透過率の高い光透過状態と透過率の低い減光状態を両立できるため、好ましく用いることができる。
<Compounds whose light absorption properties change in response to external stimuli>
The light-adjusting element of the present invention absorbs light by combining multiple compounds whose light-absorption characteristics change in response to external stimuli. Examples of such external stimuli include electrical stimuli, thermal stimuli, optical stimuli, and pH stimuli. Examples of compounds whose light-absorption characteristics change in response to external stimuli include electrochromic (EC) compounds, liquid crystal compounds (including guest-host liquid crystals), thermochromic compounds, photochromic compounds, and pH-responsive compounds. Among these, compounds whose light-absorption characteristics change electrically are preferred from the standpoints of stability, ease of external control, and response speed. Among compounds whose light-absorption characteristics change electrically, electrochromic compounds (EC compounds) and liquid crystal compounds are preferred. In particular, light-adjusting elements using EC compounds are preferred because they can achieve both a high-transmittance light-transmitting state and a low-transmittance dimming state.
これらの外部刺激により光吸収特性が変化する化合物を用いて調光素子を作製するためには、単一の化合物の光吸収特性変化だけで高い色再現性を得ることは容易でなく、複数の化合物の光吸収特性変化を利用することが好ましく行われる。複数の化合物の光吸収特性変化を効果的に利用するためには、これら複数の化合物としてそれぞれ光吸収波長が異なる化合物を選択し、それらの吸収の強いところと弱いところを組み合わせることで色再現性を向上させることが有用である。 When creating a photochromic element using compounds whose light absorption properties change in response to these external stimuli, it is not easy to achieve high color reproducibility by changing the light absorption properties of a single compound alone; it is preferable to utilize the changes in the light absorption properties of multiple compounds. To effectively utilize the changes in the light absorption properties of multiple compounds, it is useful to select compounds with different light absorption wavelengths and combine their strong and weak absorption properties to improve color reproducibility.
本発明の調光素子は、外部刺激により光吸収特性が変化する複数の化合物を組み合わせて光を吸収することで可変NDフィルタの色再現性に対する実質的な光源影響を抑制する。複数である理由は、使用する化合物が単数であれば、可変NDフィルタのスペクトルを構成するスペクトル形状が該化合物により決定され、その化合物のスペクトルの持つ色再現性以上の色再現性が望めず、色再現性に対する実質的な光源影響の抑制を図ることができないためである。 The photochromic element of the present invention absorbs light using a combination of multiple compounds whose light absorption characteristics change in response to external stimuli, thereby substantially suppressing the effect of the light source on the color reproducibility of the variable ND filter. The reason for using multiple compounds is that if only one compound is used, the spectral shape that makes up the spectrum of the variable ND filter is determined by that compound, and color reproducibility beyond that of the spectrum of that compound cannot be expected, making it impossible to substantially suppress the effect of the light source on color reproducibility.
組み合わせる化合物は、3以上であることが好ましい。この理由を以下に記述する。
(1)異なる可変吸収スペクトルを有する化合物の組み合わせで可変透過率スペクトルを形成する際に、化合物の種類が多ければ、より詳細な吸収波長の補完が可能となる。その結果、より高い色再現性、及び色再現性に対する実質的な光源影響を抑制することが可能になる。具体的には以下のように説明できる。濃度比で考えると化合物が2種類の場合には、片方の化合物の濃度比が決定すれば他方の濃度比に自由度はない。化合物が3種類以上の場合には、1種類の化合物の濃度比が決定しても、他の2種類の化合物の濃度比には自由度があり、より詳細な吸収波長の補完が可能となる。
The number of compounds to be combined is preferably three or more, for the reasons described below.
(1) When forming a variable transmittance spectrum by combining compounds with different variable absorption spectra, the more types of compounds there are, the more detailed the absorption wavelengths can be complemented. As a result, higher color reproducibility and the substantial light source effect on color reproducibility can be suppressed. Specifically, this can be explained as follows: In terms of concentration ratio, when there are two types of compounds, once the concentration ratio of one compound is determined, there is no flexibility in the concentration ratio of the other two compounds. When there are three or more types of compounds, even if the concentration ratio of one type of compound is determined, there is flexibility in the concentration ratio of the other two compounds, making it possible to complement more detailed absorption wavelengths.
(2)NDフィルタが対象とする分光器は、人間の目やRGBセンサに代表されるように3種類以上の検出波長領域を持つ。そのため、複数の化合物が3種類以上の化合物であれば、それぞれの検出波長領域に対応する光吸収の程度を、比較的に他の化合物に対して自由度高く行うことができ、NWDMaxによる最適化の効果を飛躍的に増大させることができる。具体的な化合物の数としては、4以上が好ましく、6以上がさらに好ましい。 (2) The spectrometer targeted by the ND filter has three or more detection wavelength ranges, as typified by the human eye and RGB sensors. Therefore, if the number of compounds is three or more, the degree of light absorption corresponding to each detection wavelength range can be adjusted relatively freely relative to other compounds, thereby dramatically increasing the effect of optimization using NWD Max . Specifically, the number of compounds is preferably four or more, and more preferably six or more.
上述の観点から光検出器の複数の検出光波長領域のそれぞれ1つに、前記複数の化合物から選択される少なくとも1つの化合物が、可変吸収スペクトルのピークを有することが好ましい。これによって、光検出器の検出光波長領域に対応する光吸収の設定を他の化合物に対してさらに自由度高く行うことができる。この場合の光検出器の複数の検出光波長領域のそれぞれ1つとは、光検出器の規格化された感度スペクトルにおいて、最大となる検出波長領域の波長領域である。例としては、図2(b)において、複数の検出光波長領域(xバー、yバー、zバー)の検出光領域はxバー:580nm乃至680nm、yバー:500nm乃至580nm、zバー:425nm乃至500nmである。これらそれぞれの領域に複数の化合物から選択される化合物の少なくとも1つが、可変吸収スペクトルのピークを有することが好ましい。 From the above perspective, it is preferable that at least one compound selected from the plurality of compounds has a peak in its variable absorption spectrum in each of the plurality of detection light wavelength ranges of the photodetector. This allows for greater flexibility in setting the optical absorption corresponding to the detection light wavelength range of the photodetector for other compounds. In this case, each of the plurality of detection light wavelength ranges of the photodetector is the wavelength range of the detection wavelength range that is maximum in the normalized sensitivity spectrum of the photodetector. For example, in Figure 2(b), the detection light ranges of the plurality of detection light wavelength ranges (x bar, y bar, z bar) are x bar: 580 nm to 680 nm, y bar: 500 nm to 580 nm, and z bar: 425 nm to 500 nm. It is preferable that at least one compound selected from the plurality of compounds has a peak in its variable absorption spectrum in each of these ranges.
≪色再現性向上の原理≫
従来の調光素子では、波長平坦性を高めることにより、色再現性に対する光源影響を抑制してきた。本発明の調光素子では、波長平坦性向上よりも、光検出器の複数の検出光波長領域それぞれにおける検出信号比変化の、基準光源と対照光源との比を低減することを優先することで色再現性に対する実質的な光源影響を抑制する。本発明の調光素子における色再現性向上の原理について以下に詳細に説明する。
<Principles of improving color reproducibility>
In conventional photochromic devices, the influence of light sources on color reproducibility has been suppressed by improving wavelength flatness. In the photochromic device of the present invention, the substantial influence of light sources on color reproducibility is suppressed by prioritizing reducing the ratio of the detection signal ratio change between the reference light source and the control light source in each of the multiple detection light wavelength ranges of the photodetector, rather than improving wavelength flatness. The principle of improving color reproducibility in the photochromic device of the present invention is described in detail below.
調光素子を通して光検出器である撮像素子や人間の目に入る光の量は、調光素子の透過率に比例する。このため色について再現性を議論する場合には、光量によって規格化された透過率を用いて行うことになる。この規格化透過率のスペクトルが変化しなければ、色再現性に対する光源影響は補正によって除くことができる。しかし、本発明の調光素子は光吸収素子であり、複数の化合物を組み合わせて特定の形状を持つ吸光度(吸収)スペクトルを形成する。この場合、吸光度スペクトルの形状は、基本的には(理想的には)濃度によらず一定である(言い換えれば、規格化吸光度スペクトルは基本的に変化しない。)。一方、吸光度Absと透過率Tの関係はT=10-Absであるため、吸光度スペクトルの形状が一定であっても、規格化透過率のスペクトルは一定とはならず、吸光度の増大とともに平均値からの乖離幅は大きくなる。その結果、色再現性に対する光源影響を補正によって除くことが難しくなる。 The amount of light that passes through a photochromic element to the image sensor (photodetector) or the human eye is proportional to the photochromic element's transmittance. Therefore, when discussing color reproducibility, transmittance normalized by the amount of light is used. If the spectrum of this normalized transmittance does not change, the influence of the light source on color reproducibility can be eliminated by correction. However, the photochromic element of the present invention is a light-absorbing element, and multiple compounds are combined to form an absorbance (absorption) spectrum with a specific shape. In this case, the shape of the absorbance spectrum is basically (ideally) constant regardless of concentration (in other words, the normalized absorbance spectrum does not fundamentally change). Meanwhile, since the relationship between absorbance Abs and transmittance T is T = 10 -Abs , even if the shape of the absorbance spectrum is constant, the spectrum of the normalized transmittance is not constant, and the deviation from the average value increases as absorbance increases. As a result, it becomes difficult to eliminate the influence of the light source on color reproducibility by correction.
そこで、本発明においては、主に光検出器、光源との関係で、色再現性に対する光源影響を抑制する。具体的には光検出器の感度と光源の強度との関係において、信号強度の高い波長領域における規格化透過率の平均値からの乖離を抑制する。例えば撮像素子に用いられる光検出器は、典型的には上記<光検出器>に記載したような波長感度特性を持ち、主要光源は、光源の項(後述)で記載するように、ある程度連続的な強度スペクトルを有する。このように検出器の感度、光源の強度は、それぞれ特徴的な波長依存性を持つ。この感度と強度の積に比例する信号強度が高い波長領域において、調光素子の透過率が他の波長領域と比較して大きく乖離している場合には、光源が変化した場合への影響が大きい。逆に、この信号強度が低い波長領域においては、調光素子の透過率の乖離が大きくても比較的に影響は少ない。本発明の調光素子は、この考え方を利用してより影響の大きな波長領域における規格化透過率の平均値からの乖離を抑制することで色再現性に対する実質的な光源影響を抑制する。 Therefore, in this invention, the influence of light sources on color reproducibility is suppressed primarily through the relationship between the photodetector and the light source. Specifically, the relationship between the sensitivity of the photodetector and the intensity of the light source suppresses deviations from the average value of normalized transmittance in wavelength regions with high signal intensity. For example, photodetectors used in image sensors typically have wavelength sensitivity characteristics as described above in the <Photodetector> section, and primary light sources have a fairly continuous intensity spectrum, as described in the light source section (described below). Thus, the sensitivity of the detector and the intensity of the light source each have their own characteristic wavelength dependence. If the transmittance of the photochromic element deviates significantly compared to other wavelength regions in wavelength regions where the signal intensity is high, which is proportional to the product of this sensitivity and intensity, changes in the light source have a significant impact. Conversely, in wavelength regions with low signal intensity, even if the deviation in the transmittance of the photochromic element is large, the impact is relatively small. The photochromic element of this invention utilizes this concept to suppress deviations from the average value of normalized transmittance in wavelength regions with greater impact, thereby substantially suppressing the influence of light sources on color reproducibility.
ここで「実質的な」という表現について説明する。例えばあらゆる光源、極端な例でいうと全ての波長においてレーザー光のような波長のそろった光源があり、それらに対する光源影響を抑制しようとする場合には、波長平坦性を向上させることになる。しかし主に調光素子を使用する環境で用いられる光は、自然光或いは自然光を模した光が多く、波長分布に幅のある、ある程度連続的なスペクトルを持つ。このような調光素子を使用する環境において用いられる光源に対応することができれば、実質的な光源影響を抑制することができることになる。 Here, we will explain the term "substantially." For example, if you are trying to suppress the light source effects of any light source, or in an extreme case, a light source with a uniform wavelength at all wavelengths, such as laser light, you would be improving wavelength flatness. However, the light used in environments where photochromic elements are primarily used is often natural light or light that mimics natural light, and has a fairly continuous spectrum with a wide wavelength distribution. If it is possible to accommodate the light sources used in environments where such photochromic elements are used, then it will be possible to substantially suppress the light source effects.
<可変透過率VT(λ)>
本発明の調光素子が有する、光吸収特性が変化する複数の化合物のそれぞれの光吸収特性変化(例として変化吸光係数Δε(λ))を組み合わせた可変透過率をVT(λ)とする。ここで、変化吸光係数Δε(λ)とは、光吸収特性が変化する化合物の減光状態におけるモル吸光係数から、同化合物の透過状態におけるモル吸光係数を差し引いたモル吸光係数の変化成分である。また、可変透過率VT(λ)は、調光素子の減光状態の透過率を、同調光素子の透過状態における透過率で割った変化成分である。光吸収特性が変化する、ある化合物mの変化吸光係数をΔεm(λ)、減光状態の濃度をCm、調光素子の光路長をLとすると、VT(λ)は以下の式で記述できる。尚、mは、1以上、調光素子に用いられた光吸収特性が変化する化合物の総数以下である。
<Variable transmittance VT (λ)>
The variable transmittance VT(λ) is defined as a combination of the light absorption characteristic changes (e.g., the change in extinction coefficient Δε(λ)) of each of the multiple compounds whose light absorption characteristics are variable, which are included in the photochromic element of the present invention. Here, the change in extinction coefficient Δε(λ) is the change in the molar extinction coefficient obtained by subtracting the molar extinction coefficient of the compound whose light absorption characteristics are variable in the transmitted state from the molar extinction coefficient of the compound whose light absorption characteristics are variable in the dimmed state. Furthermore, the variable transmittance VT(λ) is the change in the transmittance of the photochromic element in the dimmed state divided by the transmittance of the photochromic element in the transmitted state. If the change in extinction coefficient of a compound m whose light absorption characteristics are variable is Δε m (λ), the concentration in the dimmed state is C m , and the optical path length of the photochromic element is L, then VT(λ) can be expressed by the following formula: Note that m is 1 or more and is equal to or less than the total number of compounds whose light absorption characteristics are variable used in the photochromic element.
Δεm(λ):化合物mの変化吸光係数(mは1乃至化合物の総数)
Cm:化合物mの減光状態の濃度
L:調光素子の光路長[m]
Δε m (λ): the change extinction coefficient of compound m (m is 1 to the total number of compounds)
C m : concentration of compound m in the dimmed state L : optical path length of the dimming element [m]
上記光路長L、減光状態の濃度Cmの例について以下に記述する。光路長Lの例としては、透過型NDフィルタでは光吸収特性が変化する化合物が保持されている層の厚さを挙げることができる。また、NDフィルタの裏面で反射して光がNDフィルタ内部を往復する場合には、その層の厚さの二倍を挙げることができる。濃度Cmは光吸収特性が変化する化合物が保持されている層の厚さにおける減光状態にある光吸収特性が変化する化合物の平均濃度である。ここで、減光状態にあるとは、光吸収特性が変化する化合物の変化しうる状態が、調光素子が透過状態の時より減光状態にある時に多くとられる状態であることを意味する。具体的な例としては、可視光領域の光吸収特性変化のあるEC化合物や二色性色素の可視光領域における光吸収の大きな状態を挙げることができる。 Examples of the optical path length L and the concentration Cm in the dimming state are described below. In the case of a transmission-type ND filter, the optical path length L can be the thickness of the layer in which the compound whose light absorption characteristics change is held. Furthermore, when light is reflected from the back surface of the ND filter and travels back and forth within the ND filter, the optical path length L can be twice the thickness of that layer. The concentration Cm is the average concentration of the compound whose light absorption characteristics change in the dimming state in the thickness of the layer in which the compound whose light absorption characteristics change. Here, being in the dimming state means that the variable state of the compound whose light absorption characteristics change is more prevalent when the photochromic element is in the dimming state than when it is in the transmitting state. Specific examples include EC compounds and dichroic dyes that exhibit changes in light absorption characteristics in the visible light region, and the state in which they exhibit high light absorption in the visible light region.
<波長平坦性TF>
光検出器の検出光波長領域におけるVT(λ)の波長平坦性をTFとする。この光検出器の検出光波長領域とは、光検出器が有意な分光感度を有する波長領域のことである。また光検出器の分光感度とは、その光検出器にとっての通常の構成で用いられた時の分光感度である。具体的には、光検出器がカメラシステムとして用いられる場合には、そのカメラシステムで通常用いられるUV、IRカットフィルタ、ローパスフィルタ等の他の光学要素を含んだ分光感度のことである。図2(a)には光検出器がカメラシステムとして用いられる場合のUV、IRカットフィルタ、ローパスフィルタの透過率の影響を含んだRGB撮像素子の分光感度の例を示す。また光検出器が人の目の場合には、CIEの等色関数がこれに当たる。
<Wavelength flatness TF>
The wavelength flatness of VT(λ) in the detection wavelength range of the photodetector is defined as TF. The detection wavelength range of the photodetector refers to the wavelength range in which the photodetector has significant spectral sensitivity. The spectral sensitivity of the photodetector refers to the spectral sensitivity when used in the normal configuration for that photodetector. Specifically, when the photodetector is used as a camera system, this refers to the spectral sensitivity including other optical elements normally used in that camera system, such as UV and IR cut filters and low-pass filters. Figure 2(a) shows an example of the spectral sensitivity of an RGB image sensor when the photodetector is used as a camera system, including the influence of the transmittance of the UV and IR cut filters and low-pass filters. When the photodetector is the human eye, this corresponds to the CIE color matching functions.
図2(b)にはCIEの等色関数を示す。これらの光検出器の検出光波長領域の典型的な例として425nm以上680nm以下の領域を挙げることができる。さらに一つの例としては、光検出器の分光感度の最大値の10%以上の感度を持つ波長領域を挙げることができる。波長平坦性TFは、下記式の通り、VT(λ)の上記光検出器の検出光波長領域における最大値と最小値の差を平均値で割ることで求められる。 Figure 2(b) shows the CIE color matching functions. A typical example of the detection light wavelength range of these photodetectors is the range from 425 nm to 680 nm. Another example is a wavelength range with a sensitivity of 10% or more of the maximum spectral sensitivity of the photodetector. The wavelength flatness TF can be calculated by dividing the difference between the maximum and minimum values of VT(λ) in the detection light wavelength range of the photodetector by the average value, as shown in the following formula.
<光源>
調光素子に入射する光(最終的に調光素子を通して光検出器に入射する光)の光源について記述する。本発明の調光素子は色再現性に対する実質的な光源影響を抑制した調光素子である。光源とは、調光素子に入射する光の源(光源)そのものと光源から出射される光がフィルタ等を透過したものとを含む。例えば人工光源の照明を使用する場合には、その人工光源だけでなく、人工光源にフィルタ等を設置して照明等として使用する場合にはフィルタ等を含めたものを含む。例えば地球上の太陽光について考えると、地球の大気を透過して地表に到達した太陽光を含む。色温度によって光源を分類すると、色温度が4000K以下の低色温度、色温度が4000K乃至7000Kの中色温度、色温度が7000K以上の高色温度の三種類に分類することができる。
<Light source>
The light source of light incident on the photochromic element (light that ultimately enters the photodetector through the photochromic element) is described below. The photochromic element of the present invention is a photochromic element that substantially suppresses the influence of the light source on color reproducibility. The light source includes the source of light incident on the photochromic element (light source) itself and light emitted from the light source that has passed through a filter or the like. For example, when using artificial light source lighting, it includes not only the artificial light source but also the filter or the like when the artificial light source is used for lighting or the like with a filter or the like attached. For example, when considering sunlight on Earth, it includes sunlight that has passed through the Earth's atmosphere and reached the Earth's surface. Light sources can be classified by color temperature into three types: low color temperatures of 4000 K or less, medium color temperatures of 4000 K to 7000 K, and high color temperatures of 7000 K or higher.
本発明の調光素子は光検出器の複数の検出光波長領域それぞれにおける検出信号比変化の、基準光源と対照光源との比を低減することを優先することで色再現性に対する実質的な光源影響を抑制する。ここで基準光源と対照光源との選択について、二つの方法がある。理解を容易にするために、調光素子を撮像装置の光学フィルタとして使用する場合を例として説明する。一方は撮像装置の設定(補正)を光源によっては変化させずに行う場合であり、他方は撮像装置の設定(補正)を光源によって変化させる場合である。それぞれの場合について、以下に説明する。 The photochromic element of the present invention suppresses the substantial light source impact on color reproducibility by prioritizing reducing the ratio between the reference light source and the control light source in the change in the detection signal ratio in each of the multiple detection light wavelength ranges of the photodetector. There are two methods for selecting the reference light source and the control light source. For ease of understanding, we will use an example in which the photochromic element is used as an optical filter in an imaging device. One method involves leaving the settings (corrections) of the imaging device unchanged depending on the light source, while the other involves changing the settings (corrections) of the imaging device depending on the light source. Each method is described below.
前者の場合、基準光源としては、調光素子を用いる頻度の高い昼間の自然光が好ましく選択され、これに対応する中色温度の光源が好ましく選択される。図3(a)に、昼間の自然光及び色温度約5000Kの擬似太陽光源のスペクトルの例を示す。定義された光源の例としては、CIEのD65、D55、D50、B光源、C光源等を挙げることができる。 In the former case, natural daylight, which is frequently used with dimming elements, is preferably selected as the reference light source, and a light source with a corresponding medium color temperature is preferably selected. Figure 3(a) shows examples of the spectrum of natural daylight and a simulated solar light source with a color temperature of approximately 5000 K. Examples of defined light sources include CIE D65, D55, D50, illuminant B, and illuminant C.
基準光源に対する対照光源については、調光素子の使用される環境において重要な(比較的に高い頻度で使用される)光源を選択することで、調光素子のND性を高度に発現することが可能となる。対照光源の色温度の一例としては、2000K乃至9000Kの色温度を挙げることができる。それぞれの色温度に対応する光源の例として、図3(b)に、色温度3200K,5600K,8000Kの光源のスペクトルの例を示す。低色温度の光源は、高度の低い位置にある太陽光や白熱電灯やハロゲンランプといった伝統的によく使用される人工光として重要である。中色温度の光源は、基準光源としての昼間の自然光を模した人工光として重要である。高色温度の光源は例えば日陰における色を表現したい場合に重要である。中でも中色温度の基準光源との両立という観点で、対照光源としては2000K乃至4000K又は7000K乃至9000Kの色温度を持つ光源が重要である。 Selecting a reference light source for the reference light source that is important (used relatively frequently) in the environment in which the photochromic element will be used makes it possible to highly demonstrate the ND properties of the photochromic element. An example of the color temperature of the reference light source is a color temperature of 2000K to 9000K. Figure 3(b) shows examples of light sources corresponding to each color temperature, including the spectra of light sources with color temperatures of 3200K, 5600K, and 8000K. Light sources with low color temperatures are important as traditionally commonly used artificial light, such as sunlight at low altitudes, incandescent lamps, and halogen lamps. Light sources with medium color temperatures are important as artificial light that simulates natural daylight as a reference light source. Light sources with high color temperatures are important, for example, when trying to express colors in the shade. In particular, light sources with color temperatures of 2000K to 4000K or 7000K to 9000K are important as reference light sources, from the perspective of compatibility with a reference light source with a medium color temperature.
さらに上記基準光源との両立の観点に加えて、よく使用される人工光として2000K乃至4000Kの色温度を持つ光源が重要である。具体的な光源としては、前述の低色温度の光源の部分に挙げたものを、定義された光源の例としては、CIEのA光源を挙げることができる。 In addition to compatibility with the above-mentioned standard light sources, light sources with a color temperature of 2000K to 4000K are important as commonly used artificial light. Specific light sources include those listed in the low color temperature light sources section above, and an example of a defined light source is the CIE A illuminant.
本発明の調光素子では、複数の色温度の光源に対して対応できることが好ましい。また中色温度を含む複数の色温度に対応できることがさらに好ましい。例示すると、中色温度と低色温度、中色温度と高色温度、中色温度と低色温度と高色温度とに対応できることが好ましい。ここで、ある色温度の光源に対応できるとは、その光源を用いた場合においても、NWDMax<NWDMaxFPを実現できることを意味する。複数の色温度の光源に対して対応できることで調光素子の適用範囲を拡大することができる。具体的には、光源の色温度に依らず調光素子は高い色再現性を発揮することができる。例えばカメラであれば光源の色温度を識別することなく、高い色再現性を発現することができる。 The photochromic element of the present invention is preferably compatible with light sources of multiple color temperatures. It is even more preferable that it be compatible with multiple color temperatures, including a medium color temperature. For example, it is preferable that it be compatible with medium and low color temperatures, medium and high color temperatures, and medium, low, and high color temperatures. Here, compatibility with a light source of a certain color temperature means that NWD Max < NWD MaxFP can be achieved even when that light source is used. Being compatible with light sources of multiple color temperatures can expand the range of application of photochromic elements. Specifically, photochromic elements can exhibit high color reproducibility regardless of the color temperature of the light source. For example, a camera can exhibit high color reproducibility without having to distinguish the color temperature of the light source.
後者(撮像装置の設定(補正)を光源によって変化させる)の場合の例としては、光源の色温度を推定してその色温度ごとに撮像装置の設定(補正値)を変化させることが挙げられる。この補正値の例としては、ホワイトバランスの補正値を挙げることができる。この場合は、光源の色温度に基づく補正値の変化は、光源の推定色温度に基づく補正によって補償されるため、(複数の色温度の光源に対して対応できてもよいが、それに先立って)一つの色温度領域の複数の光源に対応できることが好ましい。具体的には、中色温度の基準光源と中色温度の対照光源、といった組み合わせになる。大きな傾向としては、同じ色温度領域から選択される異なる光源を用いた場合は、異なる色温度領域から選択される光源を用いた場合と比較して色再現性に対する光源影響は小さいことが多いが、例外もよく出現する。同じ色温度領域から選択される異なる光源を用いた場合の色再現性に対する光源影響の課題として多く上がるのは、強度変動の大きなスペクトルを持つ光源の影響である。具体的には、蛍光灯、LED光源を挙げることができる。図14には、昼白色蛍光灯(色温度5000K)のスペクトルを例示する。ここからスペクトル強度の大きな変化があることがわかる。特に蛍光灯は輝線の影響が大きく、色再現性に対する光源影響の課題となりやすい。このような光源を用いる場合の基準光源と対照光源の選択方法としては、基準光源として連続的なスぺクトルを持つ光源を選択し、対照光源として強度変動の大きなスペクトルを持つ光源を選択するのが好ましい。連続的なスぺクトルを持つ光源としては、中色温度の光源としては昼間の自然光、擬似太陽光源、D65、D55、D50、B光源、C光源等を挙げることができる。また、低色温度の光源としては、ハロゲンランプやA光源を挙げることができる。 An example of the latter (changing the imaging device settings (corrections) depending on the light source) is estimating the color temperature of the light source and changing the imaging device settings (correction values) for each color temperature. An example of this correction value is the white balance correction value. In this case, changes in the correction value based on the light source color temperature are compensated for by correction based on the estimated color temperature of the light source. Therefore, while it is possible to accommodate light sources with multiple color temperatures, it is preferable to first accommodate multiple light sources within a single color temperature range. Specifically, this would involve a combination of a reference light source with a medium color temperature and a control light source with a medium color temperature. Generally, when different light sources selected from the same color temperature range are used, the light source's influence on color reproducibility is often smaller than when light sources selected from different color temperature ranges are used, but exceptions do occur frequently. When different light sources selected from the same color temperature range are used, the most common issue regarding the influence of light sources on color reproducibility is the influence of light sources with spectra with large intensity fluctuations. Specific examples include fluorescent lamps and LED light sources. Figure 14 shows an example of the spectrum of a daylight fluorescent lamp (color temperature 5000 K). This shows that there are large changes in spectral intensity. Fluorescent lamps, in particular, are greatly affected by emission lines, making the influence of the light source on color reproducibility a common issue. When using such light sources, it is preferable to select a reference light source and a control light source by selecting a light source with a continuous spectrum as the reference light source and a light source with a spectrum with large intensity fluctuations as the control light source. Light sources with a continuous spectrum include natural daylight, simulated sunlight, D65, D55, D50, B light source, and C light source as light sources with medium color temperatures. Furthermore, halogen lamps and A light source are examples of light sources with low color temperatures.
また、調光素子の色再現性を向上させるためには、さまざまな色を忠実に再現することが望まれる。そのため、上述の光源光を様々な色のサンプルに反射させた光を調光素子に入射する光として想定するのが好ましい。色のサンプルの具体例としてはカラーチェッカー(例えばx-rite ColorChecker)を挙げることができる。 Furthermore, to improve the color reproducibility of a photochromic element, it is desirable to faithfully reproduce a variety of colors. Therefore, it is preferable to imagine the light incident on the photochromic element as light from the above-mentioned light source reflected by samples of various colors. A specific example of a color sample is a color checker (e.g., an x-rite Color Checker).
<NWDMax>
本発明の調光素子では、波長平坦性を高めることよりも、光検出器の複数の検出光波長領域それぞれにおける検出信号比変化の、基準光源と対照光源との比を低減することを優先することで色再現性に対する実質的な光源影響を抑制する。これを実現するためのパラメーターであるNWDMaxについて図1の光学装置の模式図を用いて説明する。
<NWD Max >
In the photochromic element of the present invention, the substantial influence of the light source on color reproducibility is suppressed by prioritizing the reduction of the ratio of the change in the detection signal ratio between the reference light source and the control light source in each of the multiple detection light wavelength ranges of the photodetector, rather than improving wavelength flatness. The parameter NWD Max for achieving this will be explained using the schematic diagram of the optical device in Figure 1.
調光素子1001の可変透過率をVT(λ)、透過状態の透過スペクトルをT0(λ)、光検出器(RGB撮像素子)1002の分光感度をR、G、BそれぞれDR(λ)、DG(λ)、DB(λ)とする。この光学装置1000にIn(λ)のスペクトルを持つ入射光1003が入射し、調光素子1001を透過した時の光検出器1002から得られる信号強度をそれぞれSRn,SGn,SBnとする。ここでn=0は基準光源(I0)、n=1は対照光源(I1)を意味する。この時、透過状態の時の信号強度SRTn(SRT0又はSRT1),SGTn(SGT0又はSGT1),SBTn(SBT0又はSBT1)は下式で記述される。 The variable transmittance of the dimming element 1001 is VT(λ), the transmission spectrum in the transmitted state is T0 (λ), and the spectral sensitivities of the photodetector (RGB image sensor) 1002 are D R (λ), D G (λ), and D B (λ) for R, G, and B, respectively. When incident light 1003 having a spectrum of I n (λ) is incident on this optical device 1000 and passes through the dimming element 1001, the signal intensities obtained from the photodetector 1002 are S Rn , S Gn , and S Bn , respectively. Here, n = 0 means the reference light source ( I0 ), and n = 1 means the control light source ( I1 ). At this time, the signal intensities S RTn (S RT0 or S RT1 ), S GTn (S GT0 or S GT1 ), and S BTn (S BT0 or S BT1 ) in the transmitted state are described by the following equations:
λ0:光検出器の検出光波長領域の下限波長
λ1:光検出器の検出光波長領域の上限波長
λ 0 : Lower limit wavelength of the detection light wavelength range of the photodetector λ 1 : Upper limit wavelength of the detection light wavelength range of the photodetector
同様に、減光状態の調光素子(透過状態からの可変透過率をVT(λ)とする)の信号強度SRCn(SRC0又はSRC1),SGCn(SGC0又はSGC1),SBCn(SBC0又はSBC1)は下式で記述される。 Similarly, the signal intensities SRCn (SRC0 or SRC1), SGCn ( SGC0 or SGC1 ), and SBCn ( SBC0 or SBC1 ) of the dimming element (where the variable transmittance from the transmitting state is VT ( λ )) are described by the following equations:
減光状態の調光素子の透過率は、透過状態に可変透過率VT(λ)をかけた透過率として作用する。この透過状態の調光素子は、減光状態の調光素子より透過率の高い状態である。典型的には調光素子の最も透過率の高い状態である。調光素子の最も透過率の高い状態のスペクトルの与える色再現性が低い場合には、調光素子として有効に使用できる範囲で透過状態を選択することが好ましい。この調光素子の透過状態と減光状態との減光比(同じ光量の光を入射し、出射される光の光量の比(透過状態/減光状態))は、8(ND8)以上であることが望ましく、32(ND32)以上であることがさらに好ましい。これには以下の二つの理由がある。 The transmittance of a dimming element in the dimming state functions as the transmittance multiplied by the variable transmittance VT (λ). A dimming element in this transmissive state has higher transmittance than a dimming element in the dimming state. This is typically the dimming element's highest transmittance state. If the spectrum of the dimming element in the highest transmittance state provides poor color reproduction, it is preferable to select a transmissive state within the range in which the dimming element can be effectively used. The dimming ratio between the transmissive and dimming states of this dimming element (the ratio of the amount of light emitted when the same amount of light is incident (transmissive state/dimming state)) is preferably 8 (ND8) or greater, and more preferably 32 (ND32) or greater. There are two reasons for this:
(1)調光素子としての有用性
減光比が8以下である場合には、調光素子の調整可能な範囲が限定的であり調光素子としての適用範囲が強く限定されてしまう。また、減光比が32以上ある場合には、調光素子としての応用可能性が飛躍的に拡大する。
(1) Usefulness as a dimming element: When the dimming ratio is 8 or less, the adjustable range of the dimming element is limited, and the range of application as a dimming element is severely limited. On the other hand, when the dimming ratio is 32 or more, the applicability as a dimming element is dramatically expanded.
(2)減光比が大きいほど高い色再現性を実現することが困難になる。
光吸収特性が変化する複数の化合物を組み合わせて光を吸収する調光素子は光吸収素子であり、複数の化合物を組み合わせて特定の形状を持つ吸光度(吸収)スペクトルを形成する。この吸光度スペクトルの形状は、基本的には(理想的には)濃度によらず一定である。一方、光検出器である撮像素子や、人間の目に入る光量は「入射光量×透過率」によって決定される。このため光量によって規格化された色について再現性を議論する場合には規格化された透過率を用いて行うことになる。ここで吸光度Absと透過率Tの関係はT=10-Absであるため、吸光度の波長によるばらつきの影響は、吸光度が大きくなるほど指数関数的に大きくなる。このため減光比が8以下と小さい場合には、調光素子の減光度変化が色再現性へ与える影響は比較的に小さい。一方で減光比が8以上の場合には、調光素子の減光度変化が色再現性へ与える影響は大きくなり、32以上の場合には非常に大きくなる。本発明の調光素子の手法を用いることで、このような大きな減光比の領域においても、調光素子に高い色再現性を与えることができる。
(2) The greater the dimming ratio, the more difficult it becomes to achieve high color reproducibility.
A photochromic element that absorbs light by combining multiple compounds with variable light absorption characteristics is a light-absorbing element, and by combining multiple compounds, it forms an absorbance (absorption) spectrum with a specific shape. The shape of this absorbance spectrum is essentially (ideally) constant regardless of concentration. Meanwhile, the amount of light entering the image sensor (a photodetector) or the human eye is determined by the ratio of incident light amount x transmittance. Therefore, when discussing color reproducibility normalized by light amount, normalized transmittance is used. Here, the relationship between absorbance Abs and transmittance T is T = 10 -Abs , so the influence of wavelength-dependent variations in absorbance increases exponentially with increasing absorbance. Therefore, when the extinction ratio is small, at 8 or less, the impact of changes in the extinction ratio of the photochromic element on color reproducibility is relatively small. On the other hand, when the extinction ratio is 8 or more, the impact of changes in the extinction ratio of the photochromic element on color reproducibility becomes significant, and when the extinction ratio is 32 or more, the impact becomes extremely large. By using the photochromic element technique of the present invention, high color reproducibility can be achieved even in such a large extinction ratio range.
この時、R、G、BのGを基準とする透過状態の光検出器のR及びBの検出波長領域の信号強度比WRTn(WRT0又はWRT1)、WBTn(WBT0又はWBT1)は下式のようにGを基準とするゲイン(逆数)で記述される。
WRTn=SGTn/SRTn
WBTn=SGTn/SBTn
At this time, the signal intensity ratio W RTn (W RT0 or W RT1 ) and W BTn (W BT0 or W BT1 ) of the R and B detection wavelength ranges of the photodetector in the transmitted state, with G as the reference, is described as the gain (reciprocal) with G as the reference, as shown in the following equation.
W RTn = S GTn / S RTn
WBTn = SGTn / SBTn
同様に、Gを基準とする減光状態の光検出器のR及びBの検出光波長領域の信号強度比WRCn(WRC0又はWRC1)、WBCn(WBC0又はWBC1)は下式のようにGを基準とするゲイン(逆数)で記述される。
WRCn=SGCn/SRCn
WBCn=SGCn/SBCn
Similarly, the signal intensity ratio WRCn ( WRC0 or WRC1 ) and WBCn ( WBC0 or WBC1 ) of the R and B detected light wavelength regions of a photodetector in a dimmed state, with G as the reference, are expressed as gains (reciprocals) with G as the reference, as shown in the following equation:
WRCn = SGCn / SRCn
WBCn = SGCn / SBCn
検出信号比変化の程度として用いるNWRn(NWR0又はNWR1)、NWBn(NWB0又はNWB1)は、下式のように上記透過状態の信号強度比と減光状態の信号強度比との変化(減光状態/透過状態)で記述される。
NWRn=WRCn/WRTn
NWBn=WBCn/WBTn
NW Rn (NW R0 or NW R1 ) and NW Bn (NW B0 or NW B1 ) used as the degree of change in the detection signal ratio are described by the change between the signal intensity ratio in the transmitted state and the signal intensity ratio in the dimmed state (dimmed state/transmitted state) as shown in the following equation:
NW Rn =W RCn /W RTn
NW Bn =W BCn /W BTn
そして検出信号比変化の、基準光源と対照光源との比NWDMaxは、上記NWRn、NWBnそれぞれの基準光源と対照光源との比(基準光源/対照光源又は対照光源/基準光源)の中で最も大きいものになる。即ち以下の4つの比の中で最大の値がNWDMaxである。
NWR1/NWR0
NWR0/NWR1
NWB1/NWB0
NWB0/NWB1
The ratio NWD Max of the detection signal ratio change between the reference light source and the control light source is the largest of the ratios between the reference light source and the control light source for each of NW Rn and NW Bn (reference light source/control light source or control light source/reference light source). In other words, NWD Max is the largest value among the following four ratios:
NW R1 / NW R0
NW R0 / NW R1
NW B1 / NW B0
NW B0 / NW B1
複数の化合物の光吸収特性変化スペクトルを組み合わせた透過スペクトルの波長平坦性の最小値をTFFP、その際のNWDMaxをNWDMaxFPとする。この最小値TFFPと、TFFPを与える可変透過率VTFP(λ)は、複数の化合物の光吸収特性変化スペクトルを用いて最小化計算を行うことによって算出できる。そしてNWDMaxFPは、VTFP(λ)と上記の式を用いて算出する。 The minimum value of the wavelength flatness of the transmission spectrum obtained by combining the optical absorption characteristic change spectra of multiple compounds is defined as TF FP , and the NWD Max at this point is defined as NWD MaxFP . This minimum value TF FP and the variable transmittance VT FP (λ) that gives TF FP can be calculated by performing a minimization calculation using the optical absorption characteristic change spectra of multiple compounds. NWD MaxFP is then calculated using VT FP (λ) and the above formula.
本発明の調光素子では、波長平坦性を高めることよりも、光検出器の複数の検出光波長領域それぞれにおける検出信号比変化の、基準光源と対照光源との比を低減することを優先する。そのため、本発明の調光素子の波長平坦性TFは、TF>TFFPであり、且つNWDMax<NWDMaxFPである。 In the photochromic element of the present invention, priority is given to reducing the ratio of the change in the detection signal ratio between the reference light source and the control light source in each of the multiple detection light wavelength ranges of the photodetector rather than improving the wavelength flatness, so that the wavelength flatness TF of the photochromic element of the present invention satisfies TF > TF FP and NWD Max < NWD MaxFP .
NWDMaxの好ましい値について記載する。NWDMaxの値は、可変透過率VT(λ)の変化量によって変化するため、規格化された値で評価を行うことが好ましい。そこで、可変透過率VT(λ)の光検出器の複数の検出光波長領域における平均変化量を1/64(ND64)となるよう規格化した値で評価する。可変透過率のスペクトルは、透過率の変化によって形状が変化するため、規格化は、可変透過率スペクトルを可変吸光度スペクトル(-log(VT(λ))で与えられる)に変換して規格化を行い、可変透過率スペクトルに戻すことで行われる。NWDMax値の異なるフィルタ群の減光状態を通した場合のシミュレーション画像を官能的に評価したところ、同じフィルタの透過状態を通した場合の画像と比較して、画像に違和感がないと認識されるNWDMaxの範囲は1.03以下であった。このことから、好ましいNWDMaxの値は、平均変化量をND64となるよう規格化した可変透過率VT(λ)を用いた値で1.03以下である。 A preferred value of NWD Max will be described. Because the value of NWD Max changes depending on the amount of change in the variable transmittance VT(λ), it is preferable to evaluate it using a normalized value. Therefore, it is evaluated using a value normalized so that the average change in the variable transmittance VT(λ) in multiple detection light wavelength regions of the photodetector is 1/64 (ND64). Because the shape of the variable transmittance spectrum changes with changes in transmittance, normalization is performed by converting the variable transmittance spectrum to a variable absorbance spectrum (given by -log(VT(λ))), and then normalizing it back to the variable transmittance spectrum. When simulated images passed through a group of filters with different NWD Max values in a dimming state were sensorily evaluated, the range of NWD Max in which the image was perceived as natural was 1.03 or less, compared to images passed through the same filters in a transmitting state. Therefore, a preferred NWD Max value is 1.03 or less when using a variable transmittance VT(λ) normalized so that the average change is ND64.
≪エレクトロクロミック素子(EC素子)≫
本発明の調光素子は、外部刺激により光吸収特性が変化する複数の化合物を組み合わせて光を吸収する。EC化合物を用いたEC素子は透過率の高い光透過状態と透過率の低い減光状態を両立できるため、最も好ましく用いられる。以下にEC素子を用いた調光素子について詳細に記載する。
<Electrochromic element (EC element)>
The photochromic element of the present invention absorbs light by combining multiple compounds whose light absorption properties change in response to an external stimulus. EC elements using EC compounds are most preferably used because they can achieve both a high light transmission state and a low light transmission state. Photochromic elements using EC elements are described in detail below.
EC素子としては、無機材料を用いたもの、有機材料を用いたものがあり、前者の例としては、酸化タングステンを用いたものが挙げられる。有機材料を用いたものとしては、高分子型、低分子型のEC素子があり、前者の例としては、ポリチオフェンを用いたものが挙げられる。色再現性の高い調光素子を作製するためには、光吸収特性を精密に制御する必要があり、この観点から低分子型のEC素子が好ましく用いられる。具体的には、それぞれ光吸収波長が異なる低分子EC化合物を選択し、それらの吸収の強いところと弱いところを組み合わせることで色再現性を向上させることが好ましく行われる。 EC elements are available in two types: those made with inorganic materials and those made with organic materials; an example of the former is one made with tungsten oxide. EC elements made with organic materials include polymer-type and low-molecular-weight EC elements; an example of the former is one made with polythiophene. In order to create a light-controlling element with high color reproducibility, it is necessary to precisely control the light absorption characteristics, and from this perspective, low-molecular-weight EC elements are preferred. Specifically, it is preferable to select low-molecular-weight EC compounds with different light absorption wavelengths and combine their strong and weak absorption points to improve color reproducibility.
典型的なEC素子は、少なくとも一方が透明な二枚の透明導電性電極を対向して配置して、その間の空間にEC化合物を含むEC層を配置して、周辺をシール材で封止して構成される。そしてそれらの電極間の電圧を制御することでEC素子を透過状態から減光状態に変化させることができる。 A typical EC element is constructed by placing two transparent conductive electrodes, at least one of which is transparent, facing each other, placing an EC layer containing an EC compound in the space between them, and sealing the periphery with a sealant. By controlling the voltage between these electrodes, the EC element can be changed from a transmissive state to a dimming state.
<電極>
電極としては、EC素子の動作環境において安定に存在し、外部からの電圧の印加に応じて速やかに酸化還元反応を進行させることのできる材料が好ましく用いられる。電極の構成材料としては、例えば、スズドープ酸化インジウム(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)といった透明導電性材料や金属等を用いることができる。電極のうち少なくとも一方が透明電極であることによって、EC素子の外部より効率的に光を取り込み、EC層中のEC化合物と相互作用させて、EC化合物の光学的特性を出射光に反映させることができる。
<Electrode>
The electrodes are preferably made of a material that can stably exist in the operating environment of the EC device and rapidly undergo a redox reaction in response to the application of an external voltage. Examples of materials that can be used for the electrodes include transparent conductive materials such as tin-doped indium oxide (ITO) and fluorine-doped tin oxide (FTO), as well as metals. By using a transparent electrode for at least one of the electrodes, light can be efficiently taken in from outside the EC device, allowing it to interact with the EC compound in the EC layer, thereby allowing the optical properties of the EC compound to be reflected in the emitted light.
<シール材>
シール材としては、化学的に安定で、気体及び液体を透過しにくく、EC化合物の酸化還元反応を阻害しない材料で構成されていることが好ましい。例えば、ガラスフリット等の無機材料、エポキシ系、アクリル系樹脂等の有機材料、金属等を用いることができる。尚、シール材は、スペーサー材料を含有する等して二枚の電極間の距離を保持する機能を有していてもよい。このことによって、電極間距離を規定し、光路長を規定することができる。スペーサーの素材としては、シリカビーズ、ガラスファイバー等の無機材料や、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジビニルベンゼン、フッ素ゴム、エポキシ樹脂等の有機材料を用いることができる。
<Sealing material>
The sealing material is preferably composed of a material that is chemically stable, impermeable to gases and liquids, and does not inhibit the redox reaction of the EC compound. For example, inorganic materials such as glass frit, organic materials such as epoxy and acrylic resins, and metals can be used. The sealing material may also contain a spacer material to maintain the distance between the two electrodes. This allows the distance between the electrodes to be determined, thereby defining the optical path length. The spacer material can be inorganic materials such as silica beads and glass fiber, or organic materials such as polyimide, polytetrafluoroethylene, polydivinylbenzene, fluororubber, and epoxy resin.
<エレクトロクロミック層(EC層)>
EC素子は、片側の電極において電気化学反応が進行する単極型のEC素子と、両側の電極において電気化学反応が進行する相補型のEC素子がある。本発明の調光素子としては、どちらのタイプのEC素子も用いることができるが、調光素子の透過状態と減光状態の減光比を大きくするためには相補型のEC素子が好ましい。典型的な相補型のEC素子では、酸化反応によって透過状態から減光状態に変化するアノード性のEC化合物と、還元反応によって透過状態から減光状態に変化するカソード性のEC化合物とを有する。典型的な相補型のEC素子の中でもEC化合物の電気化学反応以外の電気化学反応を高度に抑制したEC素子は、繰り返し動作させても減光状態の色変化が少なく、本発明の調光素子として好ましい形態である。
<Electrochromic Layer (EC Layer)>
EC elements include unipolar EC elements in which an electrochemical reaction proceeds at one electrode, and complementary EC elements in which an electrochemical reaction proceeds at both electrodes. While either type of EC element can be used as the photochromic element of the present invention, complementary EC elements are preferred in order to increase the extinction ratio between the transmissive and dimmed states of the photochromic element. A typical complementary EC element contains an anodic EC compound that changes from the transmissive state to the dimmed state through an oxidation reaction, and a cathodic EC compound that changes from the transmissive state to the dimmed state through a reduction reaction. Among typical complementary EC elements, EC elements that highly suppress electrochemical reactions other than the electrochemical reaction of the EC compound exhibit minimal color change in the dimmed state even after repeated operation, making them a preferred form of photochromic element of the present invention.
EC化合物の電気化学反応以外の電気化学反応を高度に抑制した相補型EC素子では、アノード性のEC化合物の反応が進行する時に用いられる電荷と、カソード性のEC化合物の反応が進行する時に用いられる電荷とが略等しくなる。そのため、このような相補型EC素子では、複数の化合物の光吸収特性変化を組み合わせた可変透過率VT(λ)を構成する際には、アノード性のEC化合物の光吸収特性変化とカソード性のEC化合物の光吸収特性変化とを区別して行う必要がある。具体的には、アノード性のEC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とカソード性のEC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とが略等しくなるように構成する。 In a complementary EC element that highly suppresses electrochemical reactions other than those of the EC compound, the charge used when the reaction of the anodic EC compound progresses is approximately equal to the charge used when the reaction of the cathodic EC compound progresses. Therefore, in such a complementary EC element, when configuring a variable transmittance VT(λ) that combines changes in the light absorption characteristics of multiple compounds, it is necessary to distinguish between changes in the light absorption characteristics of the anodic EC compound and changes in the light absorption characteristics of the cathodic EC compound. Specifically, the element is configured so that the total charge concentration of the anodic EC compound in the dimmed state is approximately equal to the total charge concentration of the cathodic EC compound in the dimmed state.
ここで、減光状態の電荷濃度とは、減光状態のEC化合物の濃度を作り出すのに要する電荷を言い、EC材料を透過状態から減光状態にする反応に用いられる反応電子数をnとし、減光状態のEC化合物の濃度をcとするとn×cで表すことができる。また、電荷濃度の合計が略等しくなるとは、電荷濃度の合計の差異が10%以内、好ましくは5%以内であることを意味する。 Here, the charge concentration in the dimmed state refers to the charge required to produce a concentration of EC compound in the dimmed state, and can be expressed as n x c, where n is the number of reaction electrons used in the reaction that changes the EC material from a transparent state to a dimmed state, and c is the concentration of the EC compound in the dimmed state. Furthermore, "the total charge concentrations are approximately equal" means that the difference in the total charge concentrations is within 10%, preferably within 5%.
上述のように、相補型のEC素子では、可変透過率スペクトルを構成する際に、アノード性のEC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とカソード性のEC化合物の減光状態の電荷濃度の制限がある。上述したように、この複数の化合物は、3以上の化合物であることが好ましい。相補型のEC素子では、この電荷濃度の制限下における可変透過率スペクトルの構成の自由度を確保するために、さらにアノード性のEC化合物、カソード性のEC化合物の双方を複数有することが好ましい。これは、上述の電荷濃度の制限があったとしても、アノード性EC化合物同士の間、カソード性のEC化合物同士の間では、それぞれの減光状態の濃度比を、自由度をもって設定できるためである。これによって本発明のNWDMaxによる最適化の効果を飛躍的に増大させることができる。 As described above, in a complementary EC device, when configuring a variable transmittance spectrum, there are limitations on the sum of the charge concentrations of the anodic EC compounds in the dimmed state and the charge concentration of the cathodic EC compounds in the dimmed state. As described above, the plurality of compounds is preferably three or more compounds. In a complementary EC device, to ensure the degree of freedom in configuring a variable transmittance spectrum under these charge concentration limitations, it is preferable to further include a plurality of both anodic EC compounds and cathodic EC compounds. This is because, even if the above-mentioned charge concentration limitations are present, the dimmed state concentration ratios between anodic EC compounds and between cathodic EC compounds can be freely set. This dramatically increases the optimization effect of the NWD Max of the present invention.
EC素子におけるEC化合物は、溶媒等に溶解されてEC層を形成していてもよく、電極に固定化されていてもよい。電極に固定化されている場合には、電極として多孔質の電極を用いることで吸着するEC化合物の濃度を多くすることにより、透過状態と減光状態の減光比を大きくすることができる。この場合のEC層の厚さは、透過率が変化するEC化合物の存在する範囲であり、その濃度はEC層の厚さにおける平均濃度である。 The EC compound in the EC element may be dissolved in a solvent or the like to form an EC layer, or may be immobilized on an electrode. If immobilized on an electrode, the extinction ratio between the transmitting state and the dimming state can be increased by using a porous electrode to increase the concentration of the adsorbed EC compound. In this case, the thickness of the EC layer is the range in which the EC compound exists where the transmittance changes, and the concentration is the average concentration throughout the thickness of the EC layer.
EC化合物は、酸化還元反応により、繰り返しEC素子の対象とする光波長領域において光吸収特性が変化する化合物である。EC化合物の中には、比較的に変化吸光係数が小さい化合物もある。このような比較的に変化吸光係数が小さい化合物も、小さいながらも光吸収特性が変化し、反応電荷に寄与するため、上述の電荷濃度を算出する上では、このような変化吸光係数が小さい化合物をEC化合物として含めて計算を行う。 EC compounds are compounds whose light absorption characteristics change repeatedly in the target light wavelength range of the EC element due to an oxidation-reduction reaction. Some EC compounds have a relatively small change in extinction coefficient. Even compounds with a relatively small change in extinction coefficient change their light absorption characteristics, albeit small, and contribute to the reaction charge. Therefore, when calculating the charge concentration described above, compounds with a small change in extinction coefficient are included as EC compounds.
アノード性EC化合物としては、例えば、チオフェン誘導体、芳香環を有するアミン類(例えば、フェナジン誘導体、トリアリルアミン誘導体)、ピロール誘導体、チアジン誘導体、トリアリルメタン誘導体、ビスフェニルメタン誘導体、キサンテン誘導体、フルオラン誘導体、スピロピラン誘導体等が挙げられる。これらの中でも、アノード性EC化合物としては、低分子の芳香環を有するアミン類が好ましく、ジヒドロフェナジン誘導体が最も好ましい。これはこれらの化合物をEC化合物として用いることにより、所望の吸収スペクトルを有するEC素子を提供しやすく、繰り返し使用に対する高い耐久性を有しているためである。これらの化合物は、中性状態(還元体)において紫外領域に吸収ピークを有し、可視光領域には吸収を有さず、可視光領域の透過率が高い透過状態を取る。そして、酸化反応によりこれらの分子がラジカルカチオン(酸化体)となると、吸収ピークが可視光領域にシフトして減光状態となる。これらの分子は、そのπ共役長を拡大縮小させること、また置換基を変更してπ共役系に変化を加えることで、その吸収波長を任意に設計することができる。ここでいう低分子とは、分子量で2000以下である。 Examples of anodic EC compounds include thiophene derivatives, amines having aromatic rings (e.g., phenazine derivatives, triallylamine derivatives), pyrrole derivatives, thiazine derivatives, triallylmethane derivatives, bisphenylmethane derivatives, xanthene derivatives, fluoran derivatives, and spiropyran derivatives. Among these, low-molecular-weight amines having aromatic rings are preferred as anodic EC compounds, with dihydrophenazine derivatives being the most preferred. This is because using these compounds as EC compounds facilitates the production of EC devices with desired absorption spectra and provides high durability for repeated use. In their neutral state (reduced form), these compounds have an absorption peak in the ultraviolet region, no absorption in the visible region, and a transparent state with high transmittance in the visible region. When these molecules undergo an oxidation reaction to become radical cations (oxidized forms), the absorption peak shifts to the visible region, resulting in a dimming state. The absorption wavelength of these molecules can be freely designed by adjusting their π-conjugation length and by changing the substituents to modify the π-conjugated system. Here, low molecular weight refers to a molecular weight of 2000 or less.
カソード性EC化合物は特に限定はされないが、例えば、ピリジン誘導体、キノン化合物等が挙げられる。これらの中でも、ピリジン誘導体、特にビオロゲン誘導体が最も好ましく用いられる。これらの化合物は、典型的には、二価のカチオン状態(酸化体)において紫外領域に吸収ピークを有し、可視光領域には吸収を有さず、可視光領域の透過率が高い透過状態を取る。そして、還元反応によりこれらの分子がラジカルカチオン(還元体)となると、吸収ピークが可視光領域にシフトして減光状態となる。これらの分子も、そのπ共役長を拡大縮小させること、また置換基を変更してπ共役系に変化を加えることで、その吸収波長を任意に設計することができる。ここでいう低分子とは、カウンターイオンを含まない分子量で2000以下である。 Cathodic EC compounds are not particularly limited, but examples include pyridine derivatives and quinone compounds. Of these, pyridine derivatives, particularly viologen derivatives, are most preferred. These compounds typically have an absorption peak in the ultraviolet region in their divalent cationic state (oxidized form), no absorption in the visible light region, and a transparent state with high transmittance in the visible light region. When these molecules become radical cations (reduced forms) through a reduction reaction, the absorption peak shifts to the visible light region, resulting in a dimmed state. The absorption wavelength of these molecules can also be freely designed by expanding or contracting their π-conjugation length or by changing the substituents to modify the π-conjugated system. Here, "small molecules" refers to molecules with a molecular weight of 2000 or less, excluding counterions.
≪色再現性の評価方法≫
本発明の調光素子の色再現性の評価方法について以下に記述する。本発明の調光素子では、減光度を変化させた時の色変化が、光源によって変化しないことが望まれる。そのため調光素子への入射光の光検出器における色について、調光素子の透過状態と減光状態とにおける変化(比)について、基準光源を基準として対照光源に適用した時の差を評価する。具体的には調光素子の減光度を変化させると明るさが変化するため、調光素子の透過状態と減光状態における明るさを揃えた上で、その色の差異をL*a*b*空間のa*b*平面にプロットして評価する。また数値的には、色差(CIEDE2000(ΔE00))を用いて評価する。
<Color reproducibility evaluation method>
The method for evaluating the color reproducibility of the photochromic element of the present invention is described below. It is desirable that the color change of the photochromic element of the present invention when the dimming level is changed does not vary depending on the light source. Therefore, the color of the light incident on the photodetector is evaluated by comparing the change (ratio) between the transmission state and the dimming state of the photochromic element with a reference light source. Specifically, since the brightness changes when the dimming level of the photochromic element is changed, the brightness in the transmission state and the dimming state of the photochromic element are made uniform, and the color difference is plotted on the a * b * plane in the L * a * b * color space for evaluation. Furthermore, the evaluation is numerically performed using color difference (CIEDE 2000 (ΔE 00 )).
この色差の値が小さいほど色再現性が高いと言える。その指標として広く知られている日本電色工業株式会社の表を参照して記載する。
C級許容差(ΔE00:6.5乃至13.0):JIS標準色票、マンセル色票などの1歩度に相当する色差。
B級許容差(ΔE00:3.2乃至6.5):印象レベルでは同じ色として扱える範囲であり、塗料業界やプラスチック業界では色違いでクレームになることがある色差。
A級許容差(ΔE00:1.6乃至3.2)色の離間比較では、ほとんど気づかれない色差レベルであり、一般的には同じ色だと思われているレベル。
AA級許容差(ΔE00:0.8乃至1.6):色の隣接比較でわずかに色差が感じられるレベル。一般の測色機関の誤差を含む許容色差の範囲。
The smaller the color difference, the higher the color reproducibility. The following table, published by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd., is a widely known indicator of this.
Class C tolerance (ΔE 00 : 6.5 to 13.0): color difference equivalent to one degree on a JIS standard color chart, Munsell color chart, or the like.
Class B tolerance (ΔE 00 : 3.2 to 6.5): A color difference within the range that can be treated as the same color at the impression level, but which may result in complaints in the paint and plastics industries.
Class A tolerance (ΔE 00 : 1.6 to 3.2) This is a color difference level that is barely noticeable when comparing colors closely, and is generally considered to be the same color.
AA tolerance (ΔE 00 : 0.8 to 1.6): A level where slight color difference can be perceived when comparing adjacent colors. This is the range of allowable color difference that includes errors of general color measurement institutions.
≪効果≫
本発明の調光素子によれば、外部刺激により光吸収特性が変化する複数の化合物等の複数の化合物を用いた調光素子を備えた光学装置においても、色再現性に対する実質的な光源影響を抑制することができる。本発明は、波長平坦性を高めることよりも、光検出器の複数の検出光波長領域それぞれにおける検出信号比変化の、基準光源と対照光源との比を低減することを優先する。そのことで、波長平坦性を高めた場合よりもさらに色再現性に対する実質的な光源影響を抑制することができる。
Effect
The photochromic element of the present invention can suppress the substantial influence of light sources on color reproducibility even in an optical device equipped with a photochromic element using multiple compounds, such as multiple compounds whose light absorption characteristics change in response to external stimuli. The present invention prioritizes reducing the ratio of detection signal ratio changes between a reference light source and a control light source in each of multiple detection light wavelength ranges of a photodetector over improving wavelength flatness. This allows the substantial influence of light sources on color reproducibility to be further suppressed than when wavelength flatness is improved.
具体的には以下のような光学装置を実現できる。例えば、可変NDフィルタを用いて光量を調整するカメラシステムにおいて、様々な照明下においても高い色再現性を発揮するカメラシステムが挙げられる。また、様々な照明下においても違和感のない色を示す透過率可変窓、透過率可変眼鏡(サングラス)が挙げられる。さらには、様々な照明下においても違和感のない色を示す透過率可変ミラー(防眩ミラー)が挙げられる。 Specific examples of optical devices that can be realized include camera systems that use variable ND filters to adjust the amount of light, and that exhibit high color reproducibility under a variety of lighting conditions. Other examples include variable transmittance windows and variable transmittance glasses (sunglasses) that display natural colors under a variety of lighting conditions. Furthermore, examples include variable transmittance mirrors (anti-glare mirrors) that display natural colors under a variety of lighting conditions.
以下、実施例により本発明の調光素子について説明する。尚、以下の実施例は全て参考実施例である。具体的には、電気的に光吸収特性が変化する複数のEC材料を組み合わせて光を吸収する相補型EC素子を用いた可変NDフィルタを備えたEC素子を例に説明する。但し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 The following describes the light-adjusting element of the present invention using examples. Note that all of the following examples are reference examples. Specifically, the following describes an EC element equipped with a variable ND filter using a complementary EC element that absorbs light by combining multiple EC materials whose light absorption characteristics are electrically changed. However, the present invention is not limited to these examples.
〔EC化合物〕
〈アノード性EC化合物〉
以下に、本実施例で用いたアノード性EC化合物を示す。但し、本発明に用いられるEC化合物はこれらに限定されるものではない。
[EC compound]
<Anodic EC Compound>
The anodic EC compounds used in this example are listed below, but the EC compounds used in the present invention are not limited to these.
上記EC化合物(1)乃至(5)は、下記式(A)で示される反応を用いて合成できる。 The above EC compounds (1) to (5) can be synthesized using the reaction shown in formula (A) below.
上記式(A)中、R1は、水素原子、アルキル基またはフェノキシ基であり、R2は水素原子、アルキル基またはアリール基である。フェナジン環の還元とイソプロピル化を行うことにより、EC化合物(1)乃至(5)を合成することができる。 In the above formula (A), R1 is a hydrogen atom, an alkyl group, or a phenoxy group, and R2 is a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group. EC compounds (1) to (5) can be synthesized by performing reduction and isopropylation of the phenazine ring.
EC化合物(2)乃至(4)については、上記式(A)の反応に先立って、下記式(B)で示される置換フェナジンのハロゲン体(Xはハロゲン)と、オルト位(R3,R4)に置換アルキル基、アルコキシ基を有するフェニルボロン酸もしくはボロン酸エステル化合物の組み合わせで、公知のPd触媒によるカップリング反応で前駆体を合成することができる。尚、R1位置もR2位置と同様に行うことができる。 For the EC compounds (2) to (4), a precursor can be synthesized prior to the reaction of formula (A) above by a known Pd-catalyzed coupling reaction using a combination of a halogenated substituted phenazine (X is a halogen) represented by formula (B) below and a phenylboronic acid or boronic acid ester compound having a substituted alkyl group or alkoxy group at the ortho-position (R3, R4 ). The R1 position can also be subjected to the same reaction as the R2 position.
EC化合物(3)については、上記式(A)、(B)の反応に先立ってフェナジン環の7位のフェノキシ基を導入することになる。そのフェノキシ基は、フェナジンのハロゲン体に対して、フェノールを用いた公知のCu触媒によるカップリング反応で導入することができる。式(A)、(B)の反応の具体例の意味も含めて、EC化合物(3)の合成スキームを下記式(C)に示す。 For EC compound (3), a phenoxy group is introduced at the 7-position of the phenazine ring prior to the reactions of formulas (A) and (B) above. The phenoxy group can be introduced by a known Cu-catalyzed coupling reaction using phenol with a halogenated phenazine. The synthesis scheme for EC compound (3), including specific examples of the reactions of formulas (A) and (B), is shown in formula (C) below.
EC化合物(3)は、例えば以下の手順で合成できる。先ず、一段階目の中間体を合成した。2,7-ジブロモフェナジン、フェノールをDMSO(ジメチルスフホキシド)中で混合し、窒素で溶存酸素を除去した。次に、CuI/Spartein錯体、炭酸カリウムを添加し、8時間還流する。反応溶液を減圧濃縮、シリカゲルクロマトグラフィーで精製し、黄色固体の一段階目の中間体を得た。 EC compound (3) can be synthesized, for example, by the following procedure. First, the first-stage intermediate was synthesized. 2,7-Dibromophenazine and phenol were mixed in DMSO (dimethyl sulfoxide), and dissolved oxygen was removed with nitrogen. Next, CuI/Spartein complex and potassium carbonate were added, and the mixture was refluxed for 8 hours. The reaction solution was concentrated under reduced pressure and purified by silica gel chromatography to obtain the first-stage intermediate as a yellow solid.
次に、一段階目の中間体、2-イソプロポキシ-6-メトキシフェニルボロン酸を、トルエン/1,4-ジオキサン混合溶媒中で混合し、窒素で溶存酸素を除去した。Pd(OAc)2、2-ジシクロヘキシルフォスフィノ-2’,6’-ジメトキシビフェニル(S-Phos)、リン酸三カリウムを添加し、15時間還流する。反応溶液を減圧濃縮し、シリカゲルクロマトグラフィーで分離精製し、黄色固体の二段階目の中間体を得た。 Next, the first-stage intermediate, 2-isopropoxy-6-methoxyphenylboronic acid, was mixed in a toluene/1,4-dioxane mixed solvent, and dissolved oxygen was removed with nitrogen. Pd(OAc)2, 2-dicyclohexylphosphino-2',6'-dimethoxybiphenyl (S-Phos), and tripotassium phosphate were added, and the mixture was refluxed for 15 hours. The reaction solution was concentrated under reduced pressure and separated and purified by silica gel chromatography to obtain the second-stage intermediate as a yellow solid.
続いて、二段階目の中間体、2-ヨードプロパンをアセトニトリル/水混合溶媒中で混合し、窒素で溶存酸素を除去した。ハイドロサルファイトナトリウム、炭酸カリウムを添加し、10時間還流した。反応溶液を減圧濃縮、シリカゲルクロマトグラフィーで分離精製し、固体のEC化合物(3)を得た。
1H-NMR(重アセトン)δ(ppm):7.35(m,2H),7.19(t,1H),7.06(t,1H),6.99(d,2H),6.8-6.65(m,6H),6.49(d,1H),6.42(dd,1H),4.47(sep,1H),4.17(sep,1H),3.97(sep,1H),3.71(s,3H),1.51(d,6H),1.46(d,6H),1.18(d,6H)。
Next, the second-stage intermediate, 2-iodopropane, was mixed in an acetonitrile/water mixed solvent, and dissolved oxygen was removed with nitrogen. Sodium hydrosulfite and potassium carbonate were added, and the mixture was refluxed for 10 hours. The reaction solution was concentrated under reduced pressure and separated and purified by silica gel chromatography to obtain a solid EC compound (3).
1 H-NMR (heavy acetone) δ (ppm): 7.35 (m, 2H), 7.19 (t, 1H), 7.06 (t, 1H), 6.99 (d, 2H), 6.8-6.65 (m, 6H), 6.49 (d, 1H), 6.4 2 (dd, 1H), 4.47 (sep, 1H), 4.17 (sep, 1H), 3.97 (sep, 1H), 3.71 (s, 3H), 1.51 (d, 6H), 1.46 (d, 6H), 1.18 (d, 6H).
〈カソード性EC化合物〉
以下に、本実施例で用いたカソード性EC化合物を示す。但し、本発明に用いるEC化合物はこれらに限定されるものではない。
<Cathodic EC Compound>
The cathodic EC compounds used in this example are shown below, but the EC compounds used in the present invention are not limited to these.
上記EC化合物(6)乃至(8)は、下記式(D)で示される反応を用いて合成できる。 The above EC compounds (6) to (8) can be synthesized using the reaction shown in formula (D) below.
上記式(D)中、R4は水素原子又はメチル基、R5は水素原子又はアルキル基である。例として、EC化合物(7)の具体的な合成法を記載する。 In the above formula (D), R4 is a hydrogen atom or a methyl group, and R5 is a hydrogen atom or an alkyl group. As an example, a specific synthesis method for the EC compound (7) will be described.
一段階目の反応は、反応容器に、3-メチル-4-クロロピリジン塩酸塩、4-ピリジルボロン酸、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)、トリシクロヘキシルホスフィン、リン酸三カリウムをジオキサン/水溶媒で、窒素気流下、8時間加熱還流して反応させた。反応液を濃縮後、酢酸エチルで抽出、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、再結晶で生成を行い3-メチル-4、4’-ビピリジンを得た。 In the first step, 3-methyl-4-chloropyridine hydrochloride, 4-pyridylboronic acid, tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0), tricyclohexylphosphine, and tripotassium phosphate were placed in a reaction vessel and heated under reflux for 8 hours in a dioxane/water solvent under a nitrogen stream. After concentrating the reaction mixture, it was extracted with ethyl acetate, purified by silica gel column chromatography, and recrystallized to obtain 3-methyl-4,4'-bipyridine.
二段階目の反応は、3-メチル-4、4’-ビピリジン、2,4-ジニトロブロモベンゼンをN,N,-ジメチルホルムアミド溶媒中、100℃で24時間反応させ、析出結晶をろ過、アセトニトリルで洗浄して、中間体1を得た。 In the second step, 3-methyl-4,4'-bipyridine and 2,4-dinitrobromobenzene were reacted in N,N-dimethylformamide solvent at 100°C for 24 hours, and the precipitated crystals were filtered and washed with acetonitrile to obtain Intermediate 1.
三段階目の反応は、中間体1、o-トルイジンをエタノール溶媒中8時間還流反応させた。溶媒除去後、酢酸エチルを加え沈殿をろ過した。得られた結晶を水に溶解させ、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムを溶解した水溶液を滴下し、室温で3時間撹拌した後、さらに、イソプロピルアルコールを加えて再結晶を行い、EC化合物(7)を得た。
1H-NMR(CD3CN)σ(ppm):9.00(d,2H),8.89(s,1H),8.83(d,1H),8.33(d,2H),8.12(d,1H),7.76-7.66(m,2H),7.64-7.51(m,6H),2.57(s,3H),2.27(s,3H),2.25(s,3H)。
In the third step, intermediate 1, o-toluidine, was refluxed in ethanol for 8 hours. After removing the solvent, ethyl acetate was added and the precipitate was filtered. The resulting crystals were dissolved in water, and an aqueous solution of lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide was added dropwise. The mixture was stirred at room temperature for 3 hours, and then isopropyl alcohol was added to recrystallize the mixture to obtain EC compound (7).
1 H-NMR (CD3CN) σ (ppm): 9.00 (d, 2H), 8.89 (s, 1H), 8.83 (d, 1H), 8.33 (d, 2H), 8.12 (d , 1H), 7.76-7.66 (m, 2H), 7.64-7.51 (m, 6H), 2.57 (s, 3H), 2.27 (s, 3H), 2.25 (s, 3H).
上記EC化合物(9)、(10)は、下記式(E)で示される反応を用いて合成できる。 The above EC compounds (9) and (10) can be synthesized using the reaction shown in formula (E) below.
上記式(E)において、R6、R7は水素原子又はアルキル基(R6、R7を通して環を形成する)である。例として、EC化合物(9)の具体的な合成法を式(F)に記載する。 In the above formula (E), R 6 and R 7 are hydrogen atoms or alkyl groups (forming a ring through R 6 and R 7 ). As an example, a specific synthesis method for EC compound (9) is described in formula (F).
先ず中間体である9,9-ジメチル-2,7-ジアザフルオレンの合成法について記述する。技術文献(E.Botana,et al.,Angew.Chem.Int.Ed.46,198-201(2007).)を参考に合成した。反応容器に3,8-フェナントロリン、水酸化カリウム、水を加え、90℃で加熱した。その後、水、過マンガン酸カリウムを混合し90℃に加熱した溶液を、反応溶液に滴下した。1時間反応させた後、析出した固体をろ過、クロロホルムで抽出し、水及び飽和食塩水で洗浄し、乾燥、濃縮することで、褐色粉末を得た。これをシリカゲルクロマトグラフィーで分離精製し、黄色の固体である第一の中間体を得た。 First, we will describe the synthesis of the intermediate 9,9-dimethyl-2,7-diazafluorene. The synthesis was carried out with reference to technical literature (E. Botana, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 46, 198-201 (2007)). 3,8-phenanthroline, potassium hydroxide, and water were added to a reaction vessel and heated to 90°C. A solution of water and potassium permanganate mixed and heated to 90°C was then added dropwise to the reaction solution. After reacting for one hour, the precipitated solid was filtered, extracted with chloroform, washed with water and saturated brine, dried, and concentrated to obtain a brown powder. This was then separated and purified by silica gel chromatography to obtain the first intermediate, a yellow solid.
反応容器に第一の中間体、ジエチレングリコール、ヒドラジン一水和物を加え、100℃で12時間反応させた。得られた黒赤色懸濁液に水を加え、ジクロロメタンで抽出し、水及び飽和食塩水で洗浄し、乾燥、濃縮することで、黒黄色固体を得た。これをシリカゲルクロマトグラフィーで分離精製し、黄褐色の固体である第二の中間体を得た。 The first intermediate, diethylene glycol, and hydrazine monohydrate were added to a reaction vessel and reacted at 100°C for 12 hours. Water was added to the resulting black-red suspension, which was then extracted with dichloromethane, washed with water and saturated brine, dried, and concentrated to yield a black-yellow solid. This was then separated and purified using silica gel chromatography to yield the second intermediate, a yellow-brown solid.
反応容器に第二の中間体、DMF(ジメチルホルムアミド)を加え、氷浴で冷却した。その後、カリウムtert-ブトキシドを加えて同温で30分間撹拌し、DMFに希釈したヨードメタンを滴下した。さらに同温で30分間撹拌した後、室温下で3時間反応させた。得られた赤褐色懸濁液を飽和重曹水に加え、酢酸エチルで抽出し、水及び飽和食塩水で洗浄し、乾燥、濃縮することで、黒黄色固体を得た。これをシリカゲルクロマトグラフィーで分離精製し、ベージュ色の固体である9,9-ジメチル-2,7-ジアザフルオレンを得た。 The second intermediate, DMF (dimethylformamide), was added to the reaction vessel and cooled in an ice bath. Potassium tert-butoxide was then added and stirred at the same temperature for 30 minutes, after which iodomethane diluted in DMF was added dropwise. After stirring at the same temperature for another 30 minutes, the reaction was allowed to proceed at room temperature for 3 hours. The resulting reddish-brown suspension was added to saturated aqueous sodium bicarbonate, extracted with ethyl acetate, washed with water and saturated brine, dried, and concentrated to yield a black-yellow solid. This was then separated and purified by silica gel chromatography to yield 9,9-dimethyl-2,7-diazafluorene as a beige solid.
反応容器に9,9-ジメチル-2,7-ジアザフルオレン、過剰量の1-ブロモペプタンを加え、DMFを溶媒として19時間110℃で反応させた。析出物を回収し、水に溶解、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムを過剰に加え、析出物をろ過回収、乾燥することで、EC化合物(9)を得た。 9,9-Dimethyl-2,7-diazafluorene and an excess amount of 1-bromoheptane were added to a reaction vessel, and the mixture was allowed to react at 110°C for 19 hours using DMF as the solvent. The precipitate was collected and dissolved in water, and an excess of lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide was added. The precipitate was collected by filtration and dried to obtain EC compound (9).
〔EC素子の作製〕
インジウムドープ酸化スズ(ITO)膜が成膜されている透明導電性ガラスを2枚用意し、ITO膜同士が対向するように配置した。そして、2枚の透明導電性ガラスの外周を、粒径50μmのスペーサービーズを混合したシール材を用いて接着した。所定のEC化合物を溶解させた溶液を透明導電性ガラスに予め形成した注入口から注入することで、2枚の透明導電性ガラスとシール材によって形成されている空間内に当該溶液を充填した。その後、シール剤で注入口を封止して、EC素子を得た。
[Fabrication of EC Device]
Two sheets of transparent conductive glass coated with indium-doped tin oxide (ITO) films were prepared and placed so that the ITO films faced each other. The two sheets of transparent conductive glass were then bonded together at their outer peripheries using a sealant containing spacer beads with a particle size of 50 μm. A solution containing a specific EC compound was injected through a pre-formed injection port in the transparent conductive glass, filling the space formed by the two sheets of transparent conductive glass and the sealant with the solution. The injection port was then sealed with a sealant to obtain an EC device.
〔EC化合物の変化吸光係数Δε(λ)〕
単独のEC化合物の変化吸光度(減光状態における吸光度から、同化合物の透過状態における吸光度を差し引いた値)スペクトルを得た。具体的には、EC化合物を1mmol/Lの濃度で0.1mol/Lのテトラブチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェートの炭酸プロピレン溶液に溶解させた。白金メッシュ電極を作用電極、白金線電極を対極に、Ag/Ag+電極を参照極とし、光路長1mmのキュベット内で、EC化合物が減光状態となる電位を120s印加し、変化吸光度スペクトルを得た。
[Change in extinction coefficient Δε(λ) of EC compound]
The absorbance change spectrum (absorbance in the dimmed state minus absorbance in the transmitted state) of a single EC compound was obtained. Specifically, the EC compound was dissolved at a concentration of 1 mmol/L in a 0.1 mol/L propylene carbonate solution of tetrabutylammonium hexafluorophosphate. A platinum mesh electrode was used as the working electrode, a platinum wire electrode as the counter electrode, and an Ag/Ag + electrode as the reference electrode. A potential was applied for 120 seconds to induce a dimmed state in a cuvette with a 1 mm optical path length, and the absorbance change spectrum was obtained.
次にアノード性EC化合物1種と、カソード性EC化合物1種とをそれぞれ0.05mol/Lの濃度で炭酸プロピレンに溶解させ、この溶液を用いてEC素子を作製した。EC化合物の電気化学反応以外の電気化学反応を高度に抑制した相補型のEC素子では、アノード性EC化合物、カソード性EC化合物、それぞれの減光状態を作り出すのに用いられる電荷量が等しくなる。そのことを利用し、基準化合物の変化吸光係数を用いて、反対側の極性となるEC化合物の変化吸光係数を決定した。ここで参照化合物としては、5,10-ジイソプロピル-5,10-ジヒドロフェナジン(Δε(480nm)=6.5×103mol-1Lcm-1)を基準として用いた。 Next, one anodic EC compound and one cathodic EC compound were each dissolved in propylene carbonate at a concentration of 0.05 mol/L, and this solution was used to fabricate an EC device. In a complementary EC device in which electrochemical reactions other than those of the EC compounds are highly suppressed, the amount of charge used to create the dimmed state for the anodic EC compound and the cathodic EC compound is equal. Taking advantage of this, the extinction coefficient change of the reference compound was used to determine the extinction coefficient change of the EC compound with the opposite polarity. Here, 5,10-diisopropyl-5,10-dihydrophenazine (Δε (480 nm) = 6.5 × 10 3 mol -1 Lcm -1 ) was used as the reference compound.
図4(a)には、EC化合物(1)乃至(5)の、図4(b)にはEC化合物(6)乃至(10)の、それぞれの変化吸光係数Δε(λ)スペクトルを示す。尚、本実施例では相補型のEC素子であるために変化吸光係数Δε(λ)を決定してから可変透過率VT(λ)を算出しているが、変化吸光度から(Δε(λ)を決定せずに)直接可変透過率VT(λ)、またその波長平坦性TFを算出することも可能である。 Figure 4(a) shows the spectra of the change in extinction coefficient Δε(λ) for EC compounds (1) to (5), and Figure 4(b) shows the spectra of the change in extinction coefficient Δε(λ) for EC compounds (6) to (10). Note that in this example, because the EC element is a complementary type, the change in extinction coefficient Δε(λ) is determined before the variable transmittance VT(λ), but it is also possible to calculate the variable transmittance VT(λ) and its wavelength flatness TF directly from the change in absorbance (without determining Δε(λ)).
(実施例1、比較例1)
図4に示したΔε(λ)スペクトルを有するアノード性EC化合物(1)、(2)、(3)、及びカソード性EC化合物(6)、(7)、(9)を用いて可変透過率VT(λ)を有するEC素子を構成した。この時の光検出器の検出光波長領域としては、図2(a)に記載の光検出器の425nm以上680nm以下の領域を用いた。ここでEC化合物(6)、(7)、(9)が光検出器のR領域に、EC化合物(2)、(3)が光検出器のG領域に、EC化合物(1)、(6)が光検出器のB領域に可変吸収スペクトルのピークを有する。また、このEC素子の透過状態と減光状態との減光比は64(=平均可変透過率1.56%)とした。
(Example 1, Comparative Example 1)
An EC device with variable transmittance VT(λ) was constructed using anodic EC compounds (1), (2), and (3) and cathodic EC compounds (6), (7), and (9) having the Δε(λ) spectrum shown in Figure 4. The wavelength range of the light detected by the photodetector was the 425 nm to 680 nm range of the photodetector shown in Figure 2(a). Here, EC compounds (6), (7), and (9) have variable absorption spectrum peaks in the R region of the photodetector, EC compounds (2) and (3) have variable absorption spectrum peaks in the G region of the photodetector, and EC compounds (1) and (6) have variable absorption spectrum peaks in the B region of the photodetector. The extinction ratio between the transmission state and the extinction state of this EC device was 64 (= average variable transmittance of 1.56%).
図5に、複数のEC化合物(1)、(2)、(3)、(6)、(7)、(9)のΔε(λ)を組み合わせ、図3に示した各種光源に対しNWDMaxが小さくなるよう構成したスペクトルを示す。この時のEC化合物の組成を備えたEC素子を実施例1とし、減光状態の各EC化合物の濃度(単位mmol/L)、及びアノード性EC化合物、カソード性EC化合物それぞれの電荷濃度の合計を表1に示す。また、図6に、実施例1と同様のEC化合物群を組み合わせ、可変透過率の波長平坦性を最小化したスペクトルを示す。この組成のEC化合物を備えたEC素子を比較例1とし、各EC化合物の減光状態の濃度(単位mmol/L)、及びアノード性EC化合物、カソード性EC化合物それぞれの電荷濃度の合計を表1に示す。 Figure 5 shows spectra obtained by combining the Δε(λ) of multiple EC compounds (1), (2), (3), (6), (7), and (9) to reduce NWD Max for the various light sources shown in Figure 3. An EC device having this EC compound composition is designated Example 1, and the concentrations (units: mmol/L) of each EC compound in the dimmed state and the sum of the charge concentrations of the anodic EC compound and the cathodic EC compound are shown in Table 1. Figure 6 also shows spectra obtained by combining the same EC compounds as in Example 1 to minimize the wavelength flatness of the variable transmittance. An EC device having an EC compound with this composition is designated Comparative Example 1, and the concentrations (units: mmol/L) of each EC compound in the dimmed state and the sum of the charge concentrations of the anodic EC compound and the cathodic EC compound are shown in Table 1.
表1からアノード性EC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とカソード性EC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とが実施例1では68.5mmol/L、比較例1では66.2mmol/Lと66.3mmol/Lで、略等しいことが確認できる。 Table 1 confirms that the total charge concentration in the dimmed state of the anodic EC compound and the total charge concentration in the dimmed state of the cathodic EC compound are approximately equal, at 68.5 mmol/L in Example 1 and 66.2 mmol/L and 66.3 mmol/L in Comparative Example 1.
図5(a)は、実施例1のEC素子の可変吸光度スペクトルVA(λ)、図5(b)は実施例1のEC素子のVA(λ)を透過率に変換した可変透過率VT(λ)を示す。また図6(a)は、比較例1のEC素子の可変吸光度スペクトルVA(λ)、図6(b)は比較例1のEC素子のVA(λ)を透過率に返還した可変透過率VTFP(λ)を示す。 Fig. 5(a) shows the variable absorbance spectrum VA(λ) of the EC element of Example 1, and Fig. 5(b) shows the variable transmittance VT(λ) obtained by converting VA(λ) of the EC element of Example 1 into transmittance. Fig. 6(a) shows the variable absorbance spectrum VA(λ) of the EC element of Comparative Example 1, and Fig. 6(b) shows the variable transmittance VT FP (λ) obtained by converting VA(λ) of the EC element of Comparative Example 1 into transmittance.
検出光波長領域における波長平坦性TFは、実施例1が103%、比較例1が67.6%であり、比較例1の波長平坦性TFは、使用したEC化合物の組み合わせにおけるもっとも低い波長平坦性TFFPであった。 The wavelength flatness TF in the detection light wavelength region was 103% for Example 1 and 67.6% for Comparative Example 1, and the wavelength flatness TF of Comparative Example 1 was the lowest wavelength flatness TF FP among the combinations of EC compounds used.
また、図3(a)に示した昼間の自然光のスペクトルを基準光源として用い、A光源、ハロゲンランプ、図3(b)に示した色温度のスペクトルの低色温度から高色温度までの5種類を対照光源として算出したNWDMaxの値を表2に示す。 Table 2 also shows the NWD Max values calculated using the spectrum of natural daylight in the daytime shown in FIG. 3(a) as the reference light source and using light source A, a halogen lamp, and five types of color temperature spectrum shown in FIG. 3(b) ranging from low to high color temperatures as control light sources.
表2の比較から、実施例1のEC素子は比較例1のEC素子に比べて、中色温度、低色温度、高色温度により対応できることが確認できた。 From the comparison in Table 2, it can be confirmed that the EC element of Example 1 is more capable of handling medium, low, and high color temperatures than the EC element of Comparative Example 1.
図7(a)には実施例1の、図7(b)には比較例1の、それぞれのEC素子の透過状態(ND0)と減光状態(ND64)の透過スペクトルを示す。また、図8(a)には実施例1の、(b)には比較例1の、それぞれのEC素子について、以下の条件を用いて色再現性に対する光源の影響を評価した結果を示す。
透過スペクトル:図7(a)、図7(b)
分光感度:図2(a)
基準光源:図3(a)に示した昼間の自然光スペクトル
対照光源:A光源、ハロゲンランプ、図3(b)に示した色温度のスペクトル
Fig. 7(a) shows the transmission spectrum of the EC element in the transmitted state (ND0) and the dimmed state (ND64) of Example 1, and Fig. 7(b) shows the transmission spectrum of the EC element in the comparative example 1. Fig. 8(a) shows the results of evaluating the influence of the light source on color reproducibility under the following conditions for the EC element in Example 1, and Fig. 8(b) shows the results of evaluating the influence of the light source on color reproducibility for the EC element in the comparative example 1, under the following conditions.
Transmission spectrum: Figure 7(a) and Figure 7(b)
Spectral sensitivity: Figure 2(a)
Reference light source: Daytime natural light spectrum shown in Figure 3(a) Control light source: Light source A, halogen lamp, color temperature spectrum shown in Figure 3(b)
評価は、まず基準光源の光源光(被写体反射率=1)を用いて、EC素子を透過状態から減光状態へと変化させた時のホワイトバランス変化(倍数)を取得、これを補償する(変化をゼロにする)補正値を算出する。次に対照光源の光源光(被写体反射率=1)に対し、EC素子の透過状態(ND0)でホワイトバランスを実施し、先に取得した基準光源の補正値を適用する。この時の輝度を規格化したEC素子の減光状態の色をL*a*b*空間のa*b*平面上にプロットした。この図において減光状態のプロットが原点(ホワイトバランスを実施したEC素子の透過状態)に近いほど色再現性が高い。言い換えれば色再現性に対する光源の影響は小さい。意味合いとしては、異なった光源を使用し減光度が変化しても被写体としての白画像としても白く表現されることを意味する。 The evaluation was performed by first obtaining the white balance change (multiple) when the EC element was changed from a transmissive state to a dimmed state using the light source light of a reference light source (subject reflectance = 1), and then calculating a correction value to compensate for this (reduce the change to zero). Next, white balance was performed with the EC element in a transmissive state (ND0) using the light source light of a control light source (subject reflectance = 1), and the correction value of the reference light source obtained earlier was applied. The color of the dimmed state of the EC element, with the luminance normalized at this time, was plotted on the a * b * plane in the L * a * b * space. In this figure, the closer the dimmed state plot is to the origin (the transmissive state of the EC element after white balancing), the higher the color reproducibility. In other words, the influence of the light source on color reproducibility is small. This means that even when a different light source is used and the dimming level changes, the white image of the subject will still appear white.
図8(a)と図8(b)とを比較すると、NWDMaxを優先した実施例1の方が、波長平坦性を優先した比較例1よりも減光状態のプロットが原点(透過状態)に近い。ここからNWDMaxを優先した実施例1のEC素子の方が、波長平坦性を優先した比較例1のEC素子よりも色再現性に対する光源の影響を低減できていることがわかる。表5には、図8に示した各対照光源を用いた場合の減光状態(プロット)と透過状態(原点)との色差(ΔE00)の値を示す。 8(a) and 8(b), the plot of the dimming state in Example 1, which prioritizes NWD Max , is closer to the origin (transmitting state) than in Comparative Example 1, which prioritizes wavelength flatness. This shows that the EC element of Example 1, which prioritizes NWD Max , is able to reduce the influence of the light source on color reproducibility more than the EC element of Comparative Example 1, which prioritizes wavelength flatness. Table 5 shows the color difference (ΔE 00 ) between the dimming state (plot) and the transmitting state (origin) when each control light source shown in FIG. 8 is used.
ここから、同じEC化合物を組み合わせた場合であっても、波長平坦性を優先した場合と比較して、本発明のようにNWDMaxを優先した場合の方が光源影響を抑制できることがわかった。具体的には低色温度から高色温度までの5種類の対照光源全てについて光源影響を2.8倍乃至11倍抑制できることがわかった。また、実施例のEC素子を可変NDフィルタとして撮像素子を有するカメラに設置した際に、光源を変化させた場合のシミュレーション画像の官能評価を行った。実施例のEC素子は、基準光源、対照光源いずれの光源においても、素子の透過状態と減光状態それぞれの画像を比較して違和感が小さいと認識された。このことから、NWDMaxの値を平均変化量をND64となるよう規格化した可変透過率VT(λ)を用いた値で1.03以下とすることで良好な色再現性が得られることがわかった。 This indicates that even when the same EC compounds are combined, prioritizing NWD Max as in the present invention can suppress light source effects more effectively than prioritizing wavelength flatness. Specifically, it was found that light source effects could be suppressed by 2.8 to 11 times for all five reference light sources, from low to high color temperatures. Furthermore, when the EC element of the example was installed as a variable ND filter in a camera having an image sensor, a sensory evaluation of simulated images was performed when the light source was changed. The EC element of the example was recognized as having minimal discomfort when comparing images in the transmission state and dimming state of the element, both for the reference light source and the reference light source. This indicates that good color reproducibility can be achieved by setting the NWD Max value to 1.03 or less using the variable transmittance VT(λ) normalized to an average change of ND64.
基準光源と対照光源を変更した場合の、実施例1、比較例1のEC素子におけるNWDMaxの値を表4に、また、図9に、上記と同様にして色再現性に対する光源影響を評価した結果を示す。 Table 4 shows the NWD Max values for the EC elements of Example 1 and Comparative Example 1 when the reference light source and the control light source were changed. FIG. 9 also shows the results of evaluating the influence of the light source on color reproducibility in the same manner as above.
表4の比較から、実施例1のEC素子は比較例1のEC素子に比べて、中色温度と低色温度とにより対応できることが確認できた。また、図9より、実施例1のプロットの方が、比較例1のプロットより、対照光源の減光状態のプロットが原点(透過状態)に近い。ここから実施例1のEC素子の方が、比較例1のEC素子よりも色再現性に対する光源影響を低減できていることがわかる。表7には、図9に示した各基準光源を用いた場合の減光状態(プロット)と透過状態(原点)との色差(ΔE00)の値を示す。 A comparison of Table 4 confirms that the EC element of Example 1 is more capable of handling medium and low color temperatures than the EC element of Comparative Example 1. Furthermore, FIG. 9 shows that the plot for Example 1 in the dimmed state of the reference light source is closer to the origin (transmitted state) than the plot for Comparative Example 1. This indicates that the EC element of Example 1 is able to reduce the influence of the light source on color reproducibility more than the EC element of Comparative Example 1. Table 7 shows the color difference (ΔE 00 ) between the dimmed state (plot) and the transmitted state (origin) when each reference light source shown in FIG. 9 is used.
ここから、同じEC化合物を組み合わせた場合であっても、波長平坦性を優先した場合と比較して、本発明のようにNWDMaxを優先した場合の方が光源影響を抑制できることが分かった。具体的には3種類の基準光源全てについて光源影響を2.1倍乃至3.2倍抑制できることがわかった。また、実施例のEC素子を可変NDフィルタとして撮像素子を有するカメラに設置した際に、光源を変化させた場合のシミュレーション画像の官能評価を行った。実施例のEC素子は、基準光源、対照光源いずれの光源においても、素子の透過状態と減光状態それぞれの画像を比較して違和感が小さいと認識された。このことから、NWDMaxの値を平均変化量をND64となるよう規格化した可変透過率VT(λ)を用いた値で1.03以下とすることで良好な色再現性が得られることがわかった。 This indicates that even when the same EC compounds are combined, prioritizing NWD Max as in the present invention can suppress light source effects more effectively than prioritizing wavelength flatness. Specifically, it was found that light source effects could be suppressed by 2.1 to 3.2 times for all three reference light sources. Furthermore, when the EC element of the example was installed as a variable ND filter in a camera having an image sensor, a sensory evaluation of simulated images was performed when the light source was changed. The EC element of the example was recognized as having minimal discomfort when comparing images in the transmission state and dimming state of the element, both for the reference light source and the control light source. This indicates that good color reproducibility can be achieved by setting the NWD Max value to 1.03 or less using the variable transmittance VT(λ) normalized to an average change of ND64.
(実施例2、3)
図10に、実施例1と同様のEC化合物群を用いて、異なった組成(濃度比)でEC層を構成した実施例2、3のEC素子のVT(λ)を示す。検出光波長領域における波長平坦性TFは、実施例2が110%、実施例3が97.5%であった。各EC化合物の減光状態の濃度(単位mmol/L)、及びアノード性EC化合物、カソード性EC化合物それぞれの電荷濃度の合計を表6に示す。
(Examples 2 and 3)
10 shows the VT(λ) of the EC elements of Examples 2 and 3, in which the EC layers were constructed with different compositions (concentration ratios) using the same EC compounds as in Example 1. The wavelength flatness TF in the detection light wavelength range was 110% for Example 2 and 97.5% for Example 3. Table 6 shows the dimmed-state concentration (unit: mmol/L) of each EC compound, and the sum of the charge concentrations of the anodic and cathodic EC compounds.
表6から実施例2、3のアノード性EC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とカソード性EC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とがそれぞれ66.5mmol/Lと66.6mmol/L、67.6mmol/Lと67.5mmol/Lで、略等しいことが確認できる。表7には、図3(a)に示した昼間の自然光のスペクトルを基準光源として用い、ハロゲンランプを対照光源として算出したNWDMaxと波長平坦性TFの値を示す。表7には、同じ化合物群を用いて構成された実施例1(NWDMax優先)、比較例1(波長平坦性優先)のNWDMaxの値と波長平坦性も併記する。 Table 6 confirms that the total dimmed-state charge concentrations of the anodic EC compounds and the cathodic EC compounds in Examples 2 and 3 were approximately equal, at 66.5 mmol/L and 66.6 mmol/L, and 67.6 mmol/L and 67.5 mmol/L, respectively. Table 7 shows the NWD Max and wavelength flatness TF values calculated using the daytime natural light spectrum shown in Figure 3(a) as the reference light source and a halogen lamp as the control light source. Table 7 also lists the NWD Max and wavelength flatness TF values for Example 1 (prioritizing NWD Max ) and Comparative Example 1 (prioritizing wavelength flatness), which were constructed using the same compound group.
表7より、実施例1乃至3のEC素子は、比較例1のEC素子よりも中色温度と低色温度とにより対応できることが確認できた。 Table 7 confirms that the EC elements of Examples 1 to 3 are more capable of handling medium and low color temperatures than the EC element of Comparative Example 1.
図11に、実施例1乃至3、比較例1の各EC素子において、基準光源に図3(a)に示した昼間の自然光を用い、対照光源にハロゲンランプを用いた場合の、色再現性に対する光源影響を評価した結果を示す。図11より、実施例1乃至3の方が、比較例1よりも、対照光源の減光状態のプロットが原点(透過状態)に近い。ここからNWDMaxを優先した実施例1乃至3のEC素子の方が、波長平坦性を優先した比較例1のEC素子よりも、色再現性に対する光源影響を低減できていることがわかる。表7に、図11に示した減光状態(プロット)と透過状態(原点)との色差(ΔE00)の値を示す。 Figure 11 shows the results of evaluating the light source influence on color reproducibility for each of the EC elements of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, when daytime natural light shown in Figure 3(a) was used as the reference light source and a halogen lamp was used as the control light source. Figure 11 shows that the plots for the dimmed state of the control light source are closer to the origin (transmitted state) for Examples 1 to 3 than for Comparative Example 1. This shows that the EC elements of Examples 1 to 3, which prioritize NWD Max , are able to reduce the light source influence on color reproducibility more than the EC element of Comparative Example 1, which prioritizes wavelength flatness. Table 7 shows the color difference (ΔE 00 ) between the dimmed state (plot) and the transmitted state (origin) shown in Figure 11.
表7より、同じEC化合物を組み合わせた場合であっても、波長平坦性を優先した組成と比較して、本発明のようにNWDMaxを優先した組成の方が光源影響を抑制できることが分かった。具体的には3種類の濃度比全てについて光源影響を約3倍以上抑制できることがわかった。また、実施例のEC素子を可変NDフィルタとして撮像素子を有するカメラに設置した際に、光源を変化させた場合のシミュレーション画像の官能評価を行った。実施例のEC素子は、基準光源、対照光源いずれの光源においても、素子の透過状態と減光状態それぞれの画像を比較して違和感が小さいと認識された。このことから、NWDMaxの値を平均変化量をND64となるよう規格化した可変透過率VT(λ)を用いた値で1.03以下とすることで良好な色再現性が得られることがわかった。 Table 7 shows that, even when the same EC compounds are combined, a composition prioritizing NWD Max , as in the present invention, can suppress light source effects compared to a composition prioritizing wavelength flatness. Specifically, it was found that light source effects could be suppressed by approximately three times or more for all three concentration ratios. Furthermore, when the EC element of the example was installed as a variable ND filter in a camera having an image sensor, a sensory evaluation of simulated images was performed when the light source was changed. The EC element of the example was recognized as having minimal discomfort when comparing images in the transmission state and dimming state of the element, both for the reference light source and the control light source. This shows that good color reproducibility can be achieved by setting the NWD Max value to 1.03 or less using the variable transmittance VT(λ) normalized so that the average change is ND64.
図4に示したスペクトルを有するEC化合物の組み合わせと組成とを変えて、実施例4,5、比較例2,3のEC素子を作製した。実施例4及び比較例2は、アノード性EC化合物(1)、(4)、(5)とカソード性EC化合物(6)、(7)、(9)を用いてEC層を構成した。実施例5及び比較例3は、アノード性EC化合物(1)、(2)、(3)とカソード性EC化合物(8)、(9)、(10)を用いてEC層を構成した。EC化合物(6)乃至(10)が光検出器のR領域に、EC化合物(2)乃至(4)が光検出器のG領域に、EC化合物(1)、(5)、(6)、(8)が光検出器のB領域に可変吸収スペクトルのピークを有する。また、各EC素子の透過状態と減光状態との減光比は64(=平均可変透過率1.56%)とした。光検出器の検出光波長領域としては、図2(a)に記載の光検出器の425nm以上680nm以下の領域を用いた。 EC devices in Examples 4 and 5 and Comparative Examples 2 and 3 were fabricated by varying the combination and composition of EC compounds with the spectra shown in Figure 4. In Example 4 and Comparative Example 2, the EC layer was constructed using anodic EC compounds (1), (4), and (5) and cathodic EC compounds (6), (7), and (9). In Example 5 and Comparative Example 3, the EC layer was constructed using anodic EC compounds (1), (2), and (3) and cathodic EC compounds (8), (9), and (10). EC compounds (6) to (10) have peaks in the R region of the photodetector, EC compounds (2) to (4) have peaks in the G region of the photodetector, and EC compounds (1), (5), (6), and (8) have peaks in the B region of the photodetector. The extinction ratio between the transmitted and extinction states of each EC device was 64 (= average variable transmittance of 1.56%). The detection light wavelength range of the photodetector was the 425 nm to 680 nm range of the photodetector shown in Figure 2(a).
図12に、実施例4、5、比較例2,3の可変透過率VT(λ)スペクトルを示す。表8には、各EC化合物の減光状態の濃度(単位mmol/L)、及びアノード性EC化合物、カソード性EC化合物それぞれの電荷濃度の合計を示す。 Figure 12 shows the variable transmittance VT(λ) spectra for Examples 4 and 5 and Comparative Examples 2 and 3. Table 8 shows the dimmed-state concentration (unit: mmol/L) of each EC compound, as well as the total charge concentration of the anodic EC compound and cathodic EC compound.
表8から実施例4,5のアノード性EC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とカソード性EC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とがそれぞれ68.3mmol/L,63.5mmol/Lで、略等しいことが確認できる。また、比較例2,3のアノード性EC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とカソード性EC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とがそれぞれ66.6mmol/Lと66.7mmol/L、61.3mmol/Lで、略等しいことが確認できる。 Table 8 confirms that the total dimmed state charge concentration of the anodic EC compound and the total dimmed state charge concentration of the cathodic EC compound in Examples 4 and 5 are approximately equal, at 68.3 mmol/L and 63.5 mmol/L, respectively. It also confirms that the total dimmed state charge concentration of the anodic EC compound and the total dimmed state charge concentration of the cathodic EC compound in Comparative Examples 2 and 3 are approximately equal, at 66.6 mmol/L, 66.7 mmol/L, and 61.3 mmol/L, respectively.
また、図3(a)に示した昼間の自然光のスペクトルを基準光源として用い、ハロゲンランプを対照光源として算出したNWDMaxの値を表9に示す。表9より、実施例1,4,5は、中色温度と低色温度とに対応できることが確認できる。 Furthermore, the NWD Max values calculated using the spectrum of daytime natural light shown in Figure 3(a) as the reference light source and a halogen lamp as the control light source are shown in Table 9. From Table 9, it can be confirmed that Examples 1, 4, and 5 can accommodate medium and low color temperatures.
図13に、実施例1,4,5及び比較例1,2,3の各EC素子の色再現性に対する光源影響を評価した結果を示す。図13より、実施例1,4,5の方が、比較例1,2,3よりも、対照光源の減光状態のプロットが原点(透過状態)に近い。ここからNWDMaxを優先した実施例1,4,5のEC素子の方が、波長平坦性を優先した比較例1,2,3のEC素子よりも色再現性に対する光源影響を低減できていることがわかる。表9には、図13に示した減光状態(プロット)と透過状態(原点)との色差(ΔE00)の値を示す。 Figure 13 shows the results of evaluating the light source influence on color reproducibility of each EC element of Examples 1, 4, and 5 and Comparative Examples 1, 2, and 3. As can be seen from Figure 13, the plots of the dimmed state of the control light source are closer to the origin (transmitted state) for Examples 1, 4, and 5 than for Comparative Examples 1, 2, and 3. This shows that the EC elements of Examples 1, 4, and 5, which prioritize NWD Max , are able to reduce the light source influence on color reproducibility more than the EC elements of Comparative Examples 1, 2, and 3, which prioritize wavelength flatness. Table 9 shows the color difference (ΔE 00 ) between the dimmed state (plot) and the transmitted state (origin) shown in Figure 13.
表12より、EC化合物が異なった場合であっても、波長平坦性を優先した場合と比較して、本発明のようにNWDMaxを優先した場合の方が色再現性に対する光源影響を抑制できることが分かった。具体的には3種類の化合物の組合せ全てについて光源影響を約2.4倍以上抑制できることがわかった。また、実施例のEC素子を可変NDフィルタとして撮像素子を有するカメラに設置した際に、光源を変化させた場合のシミュレーション画像の官能評価を行った。実施例のEC素子は、基準光源、対照光源いずれの光源においても、素子の透過状態と減光状態それぞれの画像を比較して違和感が小さいと認識された。このことから、NWDMaxの値を平均変化量をND64となるよう規格化した可変透過率VT(λ)を用いた値で1.03以下とすることで良好な色再現性が得られることがわかった。 Table 12 shows that, even when different EC compounds are used, prioritizing NWD Max as in the present invention can suppress the light source effect on color reproducibility compared to prioritizing wavelength flatness. Specifically, it was found that the light source effect could be suppressed by approximately 2.4 times or more for all three compound combinations. Furthermore, when the EC element of the example was installed as a variable ND filter in a camera having an image sensor, a sensory evaluation of simulated images was performed when the light source was changed. The EC element of the example was recognized as having little discomfort when comparing images in the transmission state and dimming state of the element, both for the reference light source and the control light source. From this, it was found that good color reproducibility can be obtained by setting the NWD Max value to 1.03 or less using the variable transmittance VT(λ) normalized so that the average change is ND64.
(実施例6)
図15に、比較例3と同様のEC化合物群を用いて、異なった組成(濃度比)でEC層を構成した実施例6のEC素子のVT(λ)を示す。検出光波長領域における波長平坦性TFは、130%であった。各EC化合物の減光状態の濃度(単位mmol/L)、及びアノード性EC化合物、カソード性EC化合物それぞれの電荷濃度の合計を表10に示す。
Example 6
Figure 15 shows the VT(λ) of the EC element of Example 6, in which the EC layer was constructed with a different composition (concentration ratio) using the same EC compounds as in Comparative Example 3. The wavelength flatness TF in the detection light wavelength range was 130%. Table 10 shows the dimmed concentration (unit: mmol/L) of each EC compound, as well as the sum of the charge concentrations of the anodic and cathodic EC compounds.
表10から実施例6のアノード性EC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とカソード性EC化合物の減光状態の電荷濃度の合計とがそれぞれ60.2mmol/Lと60.2mmol/Lで、略等しいことが確認できる。 Table 10 confirms that the total charge concentration in the dimmed state of the anodic EC compound in Example 6 and the total charge concentration in the dimmed state of the cathodic EC compound are approximately equal, at 60.2 mmol/L and 60.2 mmol/L, respectively.
表11には、図3(a)に示した昼間の自然光のスペクトルを基準光源として用い、図14に示した昼白色蛍光灯を対照光源として算出したNWDMaxと波長平坦性TFの値を示す。表11には、同じ化合物群を用いて構成された比較例3(波長平坦性優先)のNWDMaxの値と波長平坦性も併記する。 Table 11 shows the NWD Max and wavelength flatness TF values calculated using the spectrum of daytime natural light shown in Fig. 3(a) as the reference light source and the daylight white fluorescent lamp shown in Fig. 14 as the control light source. Table 11 also shows the NWD Max and wavelength flatness of Comparative Example 3 (priority given to wavelength flatness) which was constructed using the same compound group.
表11より、実施例1乃至3のEC素子は、比較例1のEC素子よりも中色温度領域において、強度変動の大きなスペクトルを持つ蛍光灯により対応できることが確認できた。 Table 11 confirms that the EC elements of Examples 1 to 3 are more adaptable to fluorescent lamps with spectra with greater intensity fluctuations in the mid-color temperature range than the EC element of Comparative Example 1.
図16に、実施例6、比較例3の各EC素子において、基準光源に図3(a)に示した昼間の自然光を用い、対照光源に図14に示した昼白色蛍光灯を用いた場合の、色再現性に対する光源影響を評価した結果を示す。図16より、実施例6の方が、比較例3よりも、対照光源の減光状態のプロットが原点(透過状態)に近い。ここからNWDMaxを優先した実施例6のEC素子の方が、波長平坦性を優先した比較例3のEC素子よりも、色再現性に対する光源影響を低減できていることがわかる。表11に、図16に示した減光状態(プロット)と透過状態(原点)との色差(ΔE00)の値を示す。 FIG. 16 shows the results of evaluating the light source influence on color reproducibility for each of the EC elements of Example 6 and Comparative Example 3, when daytime natural light shown in FIG. 3( a) was used as the reference light source and a daylight white fluorescent lamp shown in FIG. 14 was used as the control light source. As shown in FIG. 16, the plot of the dimmed state of the control light source is closer to the origin (transmitted state) for Example 6 than for Comparative Example 3. This shows that the EC element of Example 6, which prioritizes NWD Max , is able to reduce the light source influence on color reproducibility more than the EC element of Comparative Example 3, which prioritizes wavelength flatness. Table 11 shows the color difference (ΔE 00 ) between the dimmed state (plot) and the transmitted state (origin) shown in FIG. 16 .
表11より、同じEC化合物を組み合わせた場合であっても、波長平坦性を優先した組成と比較して、本発明のようにNWDMaxを優先した組成の方が光源影響を抑制できることが分かった。具体的には比較的に強度変化の小さい昼間の自然光のスペクトルを基準光源として用い、強度変動の大きなスペクトルを持つ蛍光灯光源を対照光源として用いた場合に、光源影響を約26倍抑制できることがわかった。また、実施例のEC素子を可変NDフィルタとして撮像素子を有するカメラに設置した際に、光源を変化させた場合のシミュレーション画像の官能評価を行った。実施例のEC素子は、基準光源、対照光源いずれの光源においても、素子の透過状態と減光状態それぞれの画像を比較して違和感が小さいと認識された。このことから、NWDMaxの値を平均変化量をND64となるよう規格化した可変透過率VT(λ)を用いた値で1.03以下とすることで良好な色再現性が得られることがわかった。 Table 11 shows that, even when the same EC compounds are combined, a composition prioritizing NWD Max , as in the present invention, can suppress light source effects compared to a composition prioritizing wavelength flatness. Specifically, when the spectrum of daytime natural light, which has relatively little intensity change, is used as the reference light source and a fluorescent light source, which has a spectrum with large intensity fluctuations, is used as the control light source, it was found that light source effects can be suppressed by approximately 26 times. Furthermore, when the EC element of the example was installed as a variable ND filter in a camera having an image sensor, a sensory evaluation of simulated images was performed when the light source was changed. The EC element of the example was recognized as having little discomfort when comparing images in the transmission state and the dimming state of the element, both for the reference light source and the control light source. This shows that good color reproducibility can be obtained by setting the NWD Max value to 1.03 or less using the variable transmittance VT(λ) normalized so that the average change is ND64.
Claims (17)
前記複数の化合物は、それぞれ吸収波長が異なる化合物であり、
前記調光素子は、前記複数の化合物の光吸収特性を組み合わせた可変透過率VT(λ)を有し、
前記光検出器は、CIE等色関数におけるxバー:580nm乃至680nm、yバー:500nm乃至580nm、zバー:425nm乃至500nmに検出光波長領域を持ち、
基準光源は、CIEのD65、D55、D50、B光源、C光源から選択され、
対照光源は、CIEのA光源である時、
NWDMax<NWDMaxFPであることを特徴とする光学装置。
NWDMax:前記光検出器に入射する前記検出光波長領域ごとの透過光の信号強度比の、前記調光素子の透過状態と減光状態とにおける比の、前記基準光源と前記対照光源の比(基準光源/対照光源又は対照光源/基準光源)の最大値
NWDMaxFP:前記検出光波長領域における前記VT(λ)の波長平坦性TFが最小値TFFPとなる前記複数の化合物の濃度比におけるNWDMax An optical device having a photodetector and a photochromic element having a plurality of compounds whose light absorption characteristics change in response to an external stimulus,
the plurality of compounds are compounds having different absorption wavelengths,
the light-adjusting element has a variable transmittance VT(λ) that is a combination of the light absorption characteristics of the plurality of compounds;
the photodetector has a detection light wavelength range of x bar: 580 nm to 680 nm, y bar: 500 nm to 580 nm, and z bar: 425 nm to 500 nm in CIE color matching functions;
The reference illuminant is selected from CIE D65, D55, D50, Illuminant B, and Illuminant C;
When the reference illuminant is CIE A illuminant,
An optical device characterized in that NWD Max < NWD MaxFP .
NWD Max : the maximum value of the ratio of the signal intensity ratio of the transmitted light for each wavelength region of the detection light incident on the photodetector in the transmission state and the dimming state of the dimming element, between the reference light source and the reference light source (reference light source/reference light source or reference light source/reference light source); NWD MaxFP : the NWD Max at the concentration ratio of the plurality of compounds at which the wavelength flatness TF of the VT(λ) in the wavelength region of the detection light is the minimum value TF FP;
Cm:化合物mの減光状態の濃度
L:前記調光素子の光路長[m] 2. The optical device according to claim 1, wherein the variable transmittance VT(λ) is expressed by the following formula:
C m : concentration of compound m in the dimmed state L : optical path length of the dimming element [m]
NWR0:前記基準光源から出射され前記調光素子を透過した透過光の赤の波長領域の前記光検出器における検出信号比変化
NWR1:前記対照光源から出射され前記調光素子を透過した透過光の赤の波長領域の前記光検出器における検出信号比変化
NWB0:前記基準光源から出射され前記調光素子を透過した透過光の青の波長領域の前記光検出器における検出信号比変化
NWB1:前記対照光源から出射され前記調光素子を透過した透過光の青の波長領域の前記光検出器における検出信号比変化
NWR0=WRC0/WRT0
NWR1=WRC1/WRT1
NWB0=WBC0/WBT0
NWB1=WBC1/WBT1
WRC0=SGC0/SRC0
WRC1=SGC1/SRC1
WRT0=SGT0/SRT0
WRT1=SGT1/SRT1
WBC0=SGC0/SBC0
WBC1=SGC1/SBC1
WBT0=SGT0/SBT0
WBT1=SGT1/SBT1
SRT0、SRT1:前記基準光源、前記対照光源から出射し、透過状態の前記調光素子を透過した透過光の赤の波長領域の前記光検出器における検出信号強度
SGT0、SGT1:前記基準光源、前記対照光源から出射し、透過状態の前記調光素子を透過した透過光の緑の波長領域の前記光検出器における検出信号強度
SBT0、SBT1:前記基準光源、前記対照光源から出射し、透過状態の前記調光素子を透過した透過光の青の波長領域の前記光検出器における検出信号強度
SRC0、SRC1:前記基準光源、前記対照光源から出射し、減光状態の前記調光素子を透過した透過光の赤の波長領域の前記光検出器における検出信号強度
SGC0、SGC1:前記基準光源、前記対照光源から出射し、減光状態の前記調光素子を透過した透過光の緑の波長領域の前記光検出器における検出信号強度
SBC0、SBC1:前記基準光源、前記対照光源から出射し、減光状態の前記調光素子を透過した透過光の青の波長領域の前記光検出器における検出信号強度 3. The optical device according to claim 1, wherein NWD Max is the maximum value among NW R1 /NW R0 , NW R0 /NW R1 , NW B1 /NW B0 , and NW B0 /NW B1 .
NW R0 : change in the detection signal ratio in the photodetector of the red wavelength region of the transmitted light emitted from the reference light source and transmitted through the light control element NW R1 : change in the detection signal ratio in the photodetector of the red wavelength region of the transmitted light emitted from the control light source and transmitted through the light control element NW B0 : change in the detection signal ratio in the photodetector of the blue wavelength region of the transmitted light emitted from the reference light source and transmitted through the light control element NW B1 : change in the detection signal ratio in the photodetector of the blue wavelength region of the transmitted light emitted from the control light source and transmitted through the light control element NW R0 = W RC0 /W RT0
NW R1 =W RC1 /W RT1
NW B0 =W BC0 /W BT0
NW B1 =W BC1 /W BT1
WRC0 = SGC0 / SRC0
WRC1 = SGC1 / SRC1
W RT0 = S GT0 / S RT0
W RT1 = S GT1 / S RT1
W BC0 = S GC0 / S BC0
W BC1 = S GC1 / S BC1
WBT0 = SGT0 / SBT0
WBT1 = SGT1 / SBT1
S RT0 , S RT1 : Detected signal intensities S GT0 , S GT1 in the red wavelength region of transmitted light emitted from the reference light source and the control light source and transmitted through the light control element in the transmission state, at the photodetector; S BT0 , S BT1 : Detected signal intensities S BT0 , S BT1 in the green wavelength region of transmitted light emitted from the reference light source and the control light source and transmitted through the light control element in the transmission state, at the photodetector; S RC0 , S RC1 : Detected signal intensities S GC0 , S GC1 in the red wavelength region of transmitted light emitted from the reference light source and the control light source and transmitted through the light control element in the dimming state, at the photodetector; S BC0 , S BC1 in the green wavelength region of transmitted light emitted from the reference light source and the control light source and transmitted through the light control element in the dimming state, at the photodetector . : Detected signal intensity in the photodetector of the blue wavelength region of transmitted light emitted from the reference light source and the control light source and transmitted through the dimming element in the dimming state
前記アノード性のエレクトロクロミック化合物の減光状態の電荷濃度の合計と前記カソード性のエレクトロクロミック化合物の減光状態の電荷濃度の合計とが略等しいことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光学装置。 the plurality of compounds are anodic electrochromic compounds and cathodic electrochromic compounds;
8. The optical device according to claim 1, wherein the sum of the charge densities of the anodic electrochromic compounds in the dimmed state is approximately equal to the sum of the charge densities of the cathodic electrochromic compounds in the dimmed state.
前記レンズユニットを通した光が、前記光検出器に入射するように前記レンズユニットが配置されていることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一項に記載の光学装置。 the imaging optical system further includes a plurality of lenses, and the light control element and the imaging optical system form a lens unit;
16. The optical device according to claim 1, wherein the lens unit is arranged so that light passing through the lens unit is incident on the photodetector.
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