JP6502282B2 - 検知方法および検知システム - Google Patents
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Description
本発明は、特に透明物品を対象物とした際に、さらに感度が高く、誤検知が少ない、円偏光を利用した検知方法および検知システムを提供することを課題とする。
[1]対象物を検知する方法であって、
照射光由来の光が上記対象物を透過した光の感知により上記対象物が検知され、
上記照射光が円偏光であり、
上記感知される光が円偏光であり、
上記対象物は透明物品であり、
上記照射光由来の光は、上記対象物の法線と、20°より大きく70°以下である角度をなして上記対象物に入射する方法。
[2]上記感知が、上記照射光が上記対象物を透過した光の直接感知であり、
上記照射光の円偏光のセンスと上記感知される光の円偏光のセンスとが逆である[1]に記載の方法。
[3]上記感知が、上記照射光由来の光の反射光の感知であり、
上記照射光の円偏光のセンスと上記感知される光の円偏光のセンスとが同一である[1]に記載の方法。
[4]上記感知が、上記照射光が上記対象物を透過した光の反射光が、上記対象物をもう一度透過した光の感知である、[3]に記載の方法。
[5]前記照射光として異なる入射面を有する2つ以上の照射光が用いられる[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6]前記の異なる入射面が、互いに10°〜90°の角度をなしている[5]に記載の方法。
[7]前記照射光として異なる入射面を有する3つの照射光が用いられる[5]または[6]に記載の方法。
円偏光を選択的に照射する照射部、対象物移動部、円偏光を選択的に感知する検出部をこの順で含み、
上記照射部が選択的に照射する円偏光のセンスと上記検出部が選択的に感知する円偏光のセンスとが逆であり、
上記照射部からの照射光由来の光が上記検出部に入射する光の光路と上記対象物移動部とが交差しており、
上記交差部で上記光路と上記対象物移動部の法線とがなす角度が、20°より大きく70°以下であるシステム。
[9]上記照射部が光源および円偏光分離フィルム1を含み、
上記検出部が円偏光分離フィルム2および受光素子を含み、
上記光源、円偏光分離フィルム1、上記対象物移動部、円偏光分離フィルム2、および上記受光素子がこの順で配置されており、
円偏光分離フィルム1および円偏光分離フィルム2が互いに逆のセンスの円偏光を選択的に透過させる[8]に記載のシステム。
[11]対象物を検知するシステムであって、
円偏光を選択的に照射する照射部、円偏光を選択的に感知する検出部、対象物移動部および鏡面反射部材を含み、
上記対象物移動部は、上記照射部と上記鏡面反射部材との間に含まれ、ならびに/または、上記鏡面反射部材と上記検出部との間に含まれ、
上記照射部および上記検出部は、上記照射部からの照射光由来の光が上記鏡面反射部材で鏡面反射して上記検出部に入射する位置にあり、
上記照射部が選択的に照射する円偏光のセンスと上記検出部が選択的に感知する円偏光のセンスとが同一であり、
上記照射部からの照射光由来の光が上記鏡面反射部材に入射する光の光路1が上記対象物移動部と交差部1で交差しており、交差部1で光路1と上記対象物移動部の法線がなす角度が、20°より大きく70°以下であり、ならびに/または
上記照射部からの照射光由来の光が上記鏡面反射部材で反射し上記検出部に感知される光の光路2は上記対象物移動部と交差部2で交差しており、交差部2で光路2と上記対象物移動部の法線方向がなす角度が、20°より大きく70°以下である、
システム。
上記検出部が円偏光分離フィルム12および受光素子を含み、
光源、円偏光分離フィルム11、および上記鏡面反射部材をこの順で含み、
上記鏡面反射部材、円偏光分離フィルム12、および受光素子をこの順で含み、ならびに、
円偏光分離フィルム11および円偏光分離フィルム12が互いの同一のセンスの円偏光を選択的に透過させる[8]に記載のシステム。
[13]円偏光分離フィルム11および円偏光分離フィルム12がいずれもコレステリック液晶相を固定した円偏光分離層を含むフィルムである[11]または[12]に記載のシステム。
[14]前記照射部として入射面の異なる照射光となる2つ以上の照射部を含み、かつ前記入射面内にそれぞれ前記検出部を含む[8]〜[13]のいずれかに記載のシステム。
[15]上記対象物が透明物品である[8]〜[14]のいずれかに記載のシステム。
本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、角度(例えば「90°」等の角度)、及びその関係(例えば「平行」、「水平」等)については、本発明が属する技術分野において許容される誤差の範囲を含むものとする。例えば、厳密な角度±10°未満の範囲内であることなどを意味し、厳密な角度との誤差は、5°以下であることが好ましく、3°以下であることがより好ましい。
Rth=((nx+ny)/2−nz)×d・・・・・・・・・・・式(B)
本明細書において「光路」は、照射部から検出部までの光の経路、またはその一部を意味する。システムの説明において、「照射部からの照射光由来の光が検出部に入射する光の光路」というときは、具体的には、照射部(より厳密には光源の中心)と検出部(より厳密には受光素子の中心)とを結ぶ直線を意味する。「照射部からの照射光由来の光が鏡面反射部材に入射する光の光路1」は、照射部(より厳密には光源の中心)と照射部からの照射光由来の光が鏡面反射部材に入射する位置とを結ぶ直線を意味する。「照射部からの照射光由来の光が鏡面反射部材で反射し検出部に感知される光の光路2」は照射部からの照射光由来の光が鏡面反射部材に入射する位置と検出部(より厳密には受光素子の中心)とを結ぶ直線を意味する。図などにおいて、光路は直線で示されているが、このことは、照射光および感知される光がいずれも指向性の高い光に限定されることを意味するものではない。
本発明の方法で検知される対象物は透明物品である。本明細書において、透明とは、用いている光の波長域の自然光が透過する状態を意味する。用いている光の波長域としては、照射光の波長域であればよい。光は50%以上、60%以上、80%以上、90%以上、または95%以上の光線透過率であればよい。透明の尺度として用いられる光線透過率は、JIS−K7105に記載された方法、すなわち積分球式光線透過率測定装置を用いて全光線透過率および散乱光量を測定し、全光線透過率から拡散透過率を引いて算出することができる。本明細書において、透明物品という場合は、用いている光の波長域の自然光が透過すると同時に可視光領域の自然光が透過する物品であることも好ましい。例えば、可視光領域における光線透過率が、80%以上、または85%以上などであればよい。
低複屈折性のフィルムの例としては、アクリルフィルム(例えば、エスカーボシート株式会社製テクノロイフィルムS000等)、アクリル板(例えば、エスカーボシート株式会社製テクノロイシート、日東樹脂工業株式会社製CLAREX精密板等)、ポリカーボネートフィルム(例えば、エスカーボシート株式会社製テクノロイフィルムC000等)、ガラス(例えば、旭硝子製合成石英ガラス等)、TAC(トリアセチルセルロース)フィルム(例えば、富士フイルム株式会社製フジタック)などが挙げられる。
本発明の検知方法においては、上記のように、円偏光が利用される。そして、対象物の検知は、対象物への照射光由来の光が対象物を透過した光の感知により行われる。本発明の検知方法においては、対象物の無い状態では、照射部からの照射光に由来する光は、検出部において感知されないかまたは光量が少ない状態とする。これは、照射光の円偏光のセンスと感知する円偏光のセンスを後述のように調整することにより達成することができる。さらに、本発明の方法では、上記の状態で照射光由来の光が対象物を透過することにより感知される光量が増加して対象物が検知される。すなわち、対象物を透過した光は、対象物の複屈折により偏光状態が変化して透過前の円偏光とは逆センスの円偏光を含むため、これを利用して照射部で感知される光量を増加させる。
このときの光量の増加は対象物が無い状態の光量に対し、例えば、200%以上、300%以上、500%以上の光量になっていればよい。
そのため、本発明のシステムにおいては、例えば複屈折性が低いとされているフィルム材料についても感度良く検知することが可能である。
上記角度は、25°以上65°以下であることが好ましく、30°以上62°以下であることがより好ましい。
2つ以上の照射光を用いて感知される円偏光の光量は加算して検知に用いてもよく、より感度の高い(S/Nが大きい)照射光に基づき感知される円偏光の光量を検知に用いてもよい。感度の高い(S/Nが大きい)照射光に基づいて検知が行われることが好ましい。
異なる入射面で対象物に入射する2つ以上の照射光が用いられる場合、それらの照射光のうちの任意の2つの照射光の2つの入射面は10°〜90°の角度をなしていることが好ましく、30°〜90°の角度をなしていることがより好ましく、45°〜90°の角度をなしていることがさらに好ましい。また、それらの照射光のうちの任意の2つの照射光の入射方向がなす角度(対象物の法線方向から見たときの法線を中心とした角度)は、10°〜170°が好ましく、30°〜150°がより好ましく、45°〜135°がさらに好ましい。互いに異なる入射面で対象物に入射する照射光である場合、3つ以上の照射光が用いられることが好ましく、3つの照射光が用いられることが特に好ましい。
第1の態様(透過型)では、照射光が対象物を透過した光の直接感知を行い、照射光が選択的に含む円偏光のセンスと感知される光が選択的に含む円偏光のセンスとを逆にする。光の直接感知とは、対象物の透過光、特に直透過光の感知を意味する。光の直接感知では、感知までに照射光由来の光が反射されていなければよく、対象物を透過した光はそのまま感知されればよい。
第2の態様(反射型)では、照射光由来の光の反射光の感知を行い、照射光が選択的に含む円偏光のセンスと感知される光が選択的に含む円偏光のセンスとを同一とする。このとき、反射光は鏡面反射光であることが好ましい。第2の態様において、照射光由来の光は反射前に対象物を透過していても、反射後に対象物を透過していても、いずれにおいても透過していてもよい。このうち特に、いずれにおいても透過していることが好ましい。すなわち、感知は、照射光が対象物を透過した光の反射光が、対象物をもう一度透過した光の感知であることが好ましい。対象物を2回透過することになるため、検知の感度を上げることができるからである。
本発明の方法を実現するために、例えば本発明のシステムを用いることができる。本発明のシステムは、少なくとも、照射部、対象物移動部、検出部を含む装置であってもよく、または、対象物移動部と、照射部と、検出部とを含む組み合わせであってもよい。
一つの態様(透過型)では、システムは円偏光を選択的に照射する照射部、対象物移動部、円偏光を選択的に感知する検出部をこの順で含む。このとき、検出部は、照射部から照射された光が入射する位置にあり、照射部から照射された光が検出部に入射する光の光路は対象物移動部と交差しており、照射部が選択的に照射する円偏光のセンスと検出部が選択的に感知する円偏光のセンスとは逆であるようにする。
上記いずれの態様においても、検出部は照射部から照射された光の入射面内にあることが好ましい。
透過型の態様である配置A、B、Dにおいては、光源22、光源側の円偏光分離フィルム(本明細書において円偏光分離フィルム1ということがある。)、対象物移動部24、受光素子側の円偏光分離フィルム(本明細書において円偏光分離フィルム2ということがある。)、および受光素子23がこの順で配置されている。円偏光分離フィルム1と円偏光分離フィルム2とは逆のセンスの円偏光を選択的に透過し、対象物が存在しないときは、光源からの光の大部分は、直接受光素子に感知されない。対象物が光路と対象物移動部との交差部に配置されると、受光素子で感知される光の光量が増加し、その増加により対象物が検知される。
配置Cにおいては、対象物から見て円偏光分離フィルムの同じ側面側に光源と受光素子とが配置されている。この構成において、受光素子が光源からの直接の光の影響を受けないよう受光素子と光源との間には光(特に照射光領域の波長の光)を遮断する層などが設けられていてもよい。
また、反射型の態様の本発明のシステムにおいては、検出部は照射部からの直接の光の影響を受けないよう、照射部と検出部との間に、光(特に照射光領域の波長の光)を遮断する層などが設けられていればよい。
対象物移動部は、検知すべき対象物を配置できる部位を意味し、対象物を平面的に保持できる部分を含む。本発明のシステムにおいては、この部分において、対象物が検知されるようになっていればよい。例えば、図1の配置A、B、Dにおいて、対象物は、図に示す直線のように左右の方向で連続的に移動していてもよく、紙面の手前と奥の方向で連続的に移動していてもよく、単に図に示す直線部位に配置されてもよい。配置Cにおいて対象物は、図に示す直線のように紙面の上下の方向で移動していてもよく、紙面の手前と奥の方向で移動していてもよく、単に図に示す直線部位に配置されてもよい。
なお、本明細書において、対象物の「移動」は一方方向のものであってもよく、行き来するものであってもよく、配置と除去とからなる非連続的な移動であってもよい。
検知システムの具体例としては、工場の製造ラインなどで製品の通過を確認するシステムなどが挙げられる。製品の例としては、光学フィルム、包装フィルム、アクリルフィルムまたはアクリル板などが挙げられる。
照射部は特定の光の波長域で円偏光を選択的に照射する。照射光の波長域は対象物に応じて選択すればよい。照射部は、光源を含む。また、照射部は光源と円偏光分離フィルムを含むことが好ましい。光源が直線偏光を照射する光源である場合においては、照射部は光源とλ/4位相差層などの位相差フィルムとを含んでいてもよい。
光源としては、ハロゲンランプ、タングステンランプ、LED、LD、キセノンランプ、メタハラランプなど受光素子の感光波長の光を発光するものであればいずれも使用できるが、小型、発光指向性、単色光、パルス変調適性の点でLEDまたはLDが好ましい。
また、本発明のシステムは照射光の波長域の異なる2種以上の照射部を含んでいてもよい。
検出部は照射部からの照射光の波長域で円偏光を選択的に感知していればよい。
検出部は、例えば受光素子と、円偏光分離フィルムからなっていればよい。
受光素子の例としては、Si、Ge、HgCdTe、PtSi、InSb、PbSなどの半導体を使用したフォトダイオード型センサーや光検出素子を線状に配列した検出器や画像を取り込めるCCD(電荷結合素子 (Charge Coupled Device))やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)が挙げられる。
検出部は光量を測定できる光量感知部となっていることが好ましい。
円偏光分離フィルムは、検出部の部品として、円偏光分離フィルムが右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる波長の光を感知できる受光素子と組み合わせて用いられていればよい。受光素子の受光面に円偏光分離フィルムを配置すればよい。
また、本発明のシステムが照射光の波長域の異なる2種以上の照射部を含む場合、それぞれの波長域の光を検出可能な受光素子を含む検出部を含むことが好ましい。
円偏光分離フィルムは、特定の波長域において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させるフィルムである。円偏光分離フィルムは、片側面から入射した特定の光(自然光、非偏光)を右円偏光および左円偏光に分離し、いずれか一方を選択的に他側面側に透過させることができることが好ましい。このとき他方の円偏光は反射していても吸収していてもよい。
円偏光分離フィルムは、特定の波長域において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる円偏光分離層を含む。なお、本明細書において、光源側で用いられる円偏光分離層を円偏光分離層1ということがあり、また、受光素子側で用いられる円偏光分離層を円偏光分離層2ということがある。
円偏光分離層としては、例えば、コレステリック液晶相を固定した層、または直線偏光分離層とλ/4位相差層とを含む積層体からなる層を用いることができる。
円偏光分離フィルムは、反射光散乱性円偏光分離層を含んでいてもよい。反射光散乱性円偏光分離層は特定の波長において選択的に透過するセンスの円偏光の散乱透過率/直透過率より、他方のセンスの円偏光の拡散反射率/正反射率が大きい。本明細書において、反射光散乱性円偏光分離層を含む円偏光分離フィルムを散乱型円偏光分離フィルム、反射光散乱性円偏光分離層を含まない円偏光分離フィルムを鏡面型円偏光分離フィルムということがある。
また、反射光散乱性円偏光分離層は上記の特定の波長の自然光で測定したヘイズ値が10より大きく55以下、好ましくは、20より大きく50以下であればよい。なお、ここで、ヘイズ値は、{(自然光の散乱透過率)/(自然光の散乱透過率+自然光の直透過率)×100(%)}である。ヘイズ値は、円偏光の散乱透過率/直透過率等の測定について上述したように分光光度計と積分球ユニットを用いて測定した値に基づいて計算することができ、測定の際は光源側で上記の円偏光フィルタとして機能するフィルタを用いずに測定すればよい。
反射光非散乱性円偏光分離層は、一方のセンスの特定の波長(選択反射波長)の円偏光に対しての反射光および透過光の散乱性は、その逆のセンスの円偏光に対しての散乱性と実質的に同一であり、上記特定の波長の上記センスの円偏光の散乱透過率/直透過率が0.00以上0.05以下、好ましくは0.00以上0.03以下であり、他方のセンスの円偏光の拡散反射率/正反射率が0.0以上0.05以下、好ましくは0.0以上0.03以下であればよい。上記特定の波長の自然光で測定したヘイズ値が3.0以下、好ましくは1.0以下であればよい。
反射光散乱性円偏光分離層としては、コレステリック液晶相を固定した層を用いればよい。反射光非散乱性円偏光分離層としては、コレステリック液晶相を固定した層、または直線偏光分離層とλ/4位相差層とを含む積層体を用いればよい。
コレステリック液晶相は、右円偏光または左円偏光のいずれか一方のセンスの円偏光を選択的に反射させるとともに他方のセンスの円偏光を透過する円偏光選択反射を示すことが知られている。円偏光選択反射性を示すコレステリック液晶化合物やコレステリック液晶化合物から形成されたフィルムは従来から数多く知られており、円偏光分離フィルムにおいてコレステリック液晶相を固定した層を用いる場合には、それらの従来技術を参照することができる。
本明細書においてコレステリック液晶相を固定した層をコレステリック液晶層または液晶層ということがある。
λd=n2×P×cosθ2
屈折率1.0の空気層から屈折率n2のコレステリック液晶層に光がコレステリック液晶層の法線方向に対してθ1の角度で入射するときのθ2は以下の式で表される。
θ2=arcsin(sinθ1/n2)
コレステリック液晶層に対して斜めに光が入射する形態で用いる場合は、上記式に従ってn値とP値を調節して所望の中心波長とすればよい。
円偏光分離層としては、螺旋のセンスが右または左のいずれかであるコレステリック液晶層を用いればよく、特定の波長で円偏光選択性を高くするためなどの目的のために積層する際には、周期Pが同じで、同じ螺旋のセンスのコレステリック液晶層を複数積層すればよい。この際は、後述の方法などにより別途作製されたコレステリック液晶層を接着層などにより接着してもよく、後述の方法などにより先に形成されたコレステリック液晶層の表面に直接、重合性液晶化合物等を含む液晶組成物を塗布し、配向および固定の工程を繰り返すことにより積層してもよい。後者の方法により、先に形成したコレステリック液晶層の空気界面側の液晶分子の配向方位と、その上に形成するコレステリック液晶層の下側の液晶分子の配向方位が一致し、円偏光分離層の偏光特性が良好となる。
コレステリック液晶層は、いずれの面から入射した光に対しても右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させ、かついずれの面から入射した光であっても右円偏光および左円偏光に分離していずれか一方を選択的に他側面側に透過させることができる。
上記コレステリック液晶層の形成に用いる材料としては、重合性液晶化合物とキラル剤(光学活性化合物)とを含む液晶組成物などが挙げられる。必要に応じてさらに界面活性剤や重合開始剤などと混合して溶剤などに溶解した上記液晶組成物を、基材(支持体、配向層、透明層、下層となるコレステリック液晶層など)に塗布し、コレステリック配向熟成後、固定化してコレステリック液晶層を形成することができる。
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよいが、棒状液晶化合物であることが好ましい。
コレステリック液晶層を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
キラル剤はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル化合物は、化合物によって誘起する螺旋のセンスまたは螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4−3項、TN、STN用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載)、イソソルビド、イソマンニド誘導体を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物あるいは面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファンおよびこれらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と硬化性コレステリック液晶化合物が重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性コレステリック液晶化合物との重合反応により、コレステリック液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性コレステリック液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であることが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが特に好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
液晶組成物における、キラル剤の含有量は、重合性液晶化合物量の0.01モル%〜200モル%が好ましく、1モル%〜30モル%がより好ましい。
液晶組成物は、重合開始剤を含有していることが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であることが好ましい。光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)およびオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、重合性液晶化合物の含有量に対して0.1〜20質量%であることが好ましく、0.5質量%〜5質量%であることがさらに好ましい。
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス[3−(1−アジリジニル)プロピオネート]、4,4−ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、ビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ビニルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、3質量%〜20質量%が好ましく、5質量%〜15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量が、3質量%未満であると、架橋密度向上の効果が得られないことがあり、20質量%を超えると、コレステリック層の安定性を低下させてしまうことがある。
液晶組成物中には、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック液晶層とするために寄与する配向制御剤を添加してもよい。配向制御剤の例としては特開2007−272185号公報の段落〔0018〕〜〔0043〕等に記載のフッ素(メタ)アクリレート系ポリマー、特開2012−203237号公報の段落〔0031〕〜〔0034〕等に記載の式(I)〜(IV)で表される化合物などが挙げられる。
なお、配向制御剤としては1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
その他、液晶組成物は、塗膜の表面張力を調整し膜厚を均一にするための界面活性剤、および重合性モノマー等の種々の添加剤から選ばれる少なくとも1種を含有していてもよい。また、液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、金属酸化物微粒子等を、光学的性能を低下させない範囲で添加することができる。
有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、エーテル類、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が特に好ましい。
重合反応率は、重合性の官能基の消費割合を、IR吸収スペクトルを用いて測定することにより、決定することができる。
本発明者らの検討の結果、特定の波長において拡散反射率が高い液晶層は、層の少なくとも一方の表面、好ましくは層の両表面で液晶分子のチルト角が小さく、且つ液晶分子の面内配向方位をランダムとすることにより得られることが判明した。すなわち、上記のチルト角および面内配向方位を調整することにより、選択反射波長における拡散反射率を調整することができる。コレステリック液晶層表面近傍の液晶配向方向、チルト角はコレステリック液晶層断面の膜表面近傍を透過電子顕微鏡(TEM)像などで確認すればよい。
コレステリック液晶層表面の液晶分子のチルト角と面内配向方位とを上記のように調整することにより、最表面でコレステリック液晶相の螺旋軸の傾きを有する構成を実現することができる。螺旋軸の傾きを有するとは、後述の螺旋軸の傾きが2°以上である面内の位置があることを意味する。最表面でコレステリック液晶相の螺旋軸の傾きを有する構成によりコレステリック液晶相の螺旋軸は面内で僅かなうねりを持って分布させることができると考えられる。すなわち、層の法線方向から螺旋軸のずれを、生じさせることができる。この螺旋軸のずれにより、拡散反射率/正反射率が高い散乱性の層となる。この層の内部には、複数の配向欠陥が存在しうる。
コレステリック液晶層断面をTEM観察すると、明部と暗部との縞模様が観察できる。縞模様は、層面に略平行な方向に明部と暗部とが繰り返されるように観察される。この明部と暗部の繰り返し2回分(明部2つおよび暗部2つ)が螺旋1ピッチ分に相当する。縞模様の法線方向が螺旋軸となる。コレステリック液晶層の最表面の螺旋軸の傾きは、最表面から1本目の暗部がなす線と同じ側の最表面との角度として得ることができる。
コレステリック液晶層を、最表面の螺旋軸の傾きが面内で変化しているように構成することにより、拡散反射率/正反射率が高い反射光散乱性円偏光分離層を得ることができる。なお、「螺旋軸の傾きが変化している」とは、例えば、表面の任意の直線上で一定間隔で螺旋軸の傾きを測定すると、直線進行方向で増加および減少が確認される状態を示す。増加および減少は、好ましくは繰り返されており、変化は好ましくは連続的である。
最表面はコレステリック液晶層の少なくともいずれか一方(最上面または最下面)であってもよく、両方(最上面および最下面)であってもよいが、両方であることが好ましい。
さらに螺旋軸の傾きの最大値を20°以下程度とすればよい。螺旋軸の傾きの最大値は2°以上20°以下であればよく、5°以上20°以下であることが好ましい。
液晶分子の面内配向方位とは、液晶分子の上記の最大の屈折率の方向最大の屈折率の方向の、層と平行な面内での方位を意味する。面内配向方位がランダムであるとは、面内の液晶化合物分子の面内配向方位の平均方位と4°以上異なる面内配向方位を有する液晶分子がTEMにて10%以上20%以下で確認できる状態を意味する。
なお、本明細書において、液晶分子というとき、液晶組成物においては重合性液晶化合物の分子を意味し、重合性液晶化合物が液晶組成物の硬化反応により高分子化している場合は、上記重合性液晶化合物分子に該当する部分構造を意味する。
直線偏光分離層とλ/4位相差層とを含む積層体からなる円偏光分離層では、直線偏光分離層の面から入射する光は、反射もしくは吸収によって直線偏光に変換され、その後λ/4位相差層を通過することによって右または左の円偏光に変換される。一方、λ/4位相差層からの光入射の場合、いずれの偏光状態の光でも最後に通過する直線偏光分離層によって直線偏光となるが、特に入射光が円偏光の場合はλ/4位相差層によって直線偏光層の透過軸に平行または直交する直線偏光に変換されるので、入射円偏光センスの識別に利用するためにはλ/4位相差層側から光を入射することが好ましく、出射円偏光を利用する場合には、直線偏光分離層側から光を入射することが好ましい。
直線偏光分離層としては、直線偏光子を用いることができ、使用する光の波長域に対応した偏光子であればよい。
好適に用いることができる赤外線直線偏光子としては、屈折性を有し屈折率の異なる樹脂を多層積層し、延伸により厚みと位相差値を制御した多層誘電体反射偏光子、多数の平行導体線配列(グリット)により構成されたグリット偏光子、形状異方性のある金属ナノ粒子を配列固定した偏光子、二色性色素を配列固定した偏光子などが挙げられる。これらはいずれも薄層状、フィルム状、 あるいは板状に形成することが容易であり、円偏光分離層を形成する工程において、後述のシート状の位相差層を単に貼り合せて形成できる。または、赤外線直線偏光子上に直接、位相差層形成のための組成物を塗布することにより位相差層を形成してすることができ、より薄膜の円偏光分離層の作製が可能である。
これは、PVAのフィルムをヨウ素/ヨウ化物などの染色性組成物槽中に通してPVA層の染色を行ったのち4〜6倍の倍率で延伸することによって二色性色素の配向を得ることができる。PVAのポリビニレンへの変換は米国特許第2.445,555号に記載されているような塩酸蒸気法で行うことができる。またこの偏光用材料の安定性を改善するために、ホウ酸とボラツクスを含有する水性ボレート化浴を使用してボレート化することも行われる。市販のエドモンド・オプティクス・ジャパン株式会社製の直線偏光フィルムを、これに相当するものとして挙げることができる。
直線偏光分離層の厚さは、0.05μm〜300μmが好ましく、0.2μm〜150μmがより好ましく、0.5μm〜100μmが更に好ましい。
位相差板の面内遅相軸は、上記偏光板の吸収軸もしくは透過軸から45°回転させた方位に設置する。光源としてLEDやレーザーなどの単色光光源を用いる場合には、位相差板の正面位相差は、光源の発光波長の中心波長の1/4の長さ、または「中心波長*n±中心波長の1/4(nは整数)」であることが望ましく、例えば、光源の発光中心波長が1000nmであれば、250nm、750nm、1250nm、1750nmなどの位相差であることが好ましい。また位相差の光入射角度の依存性は小さいほど好ましく、中心波長の1/4の長さの位相差を持つ位相差板がこの点において最も好ましい。
λ/4層の厚さは、0.2μm〜300μmが好ましく、0.5μm〜150μmがより好ましく、1μm〜80μmが更に好ましい。
円偏光分離フィルムは、支持体、上記の液晶化合物の配向のための配向層、円偏光分離層と可視光遮断層の貼合のための接着層、検知に用いる特定の波長域以外の光を透過させないための光遮断層などの他の層を含んでいてもよい。
(支持体)
支持体は特に限定されず、例としては、プラスチックフィルムガラス等が挙げられる。可視光遮断層や円偏光分離層の光学的性質を相殺する性質を有していないことが好ましく、一般的には透明であり、低複屈折性であることが好ましい。プラスチックフィルムの例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリオレフィン、セルロース誘導体、シリコーンなどが挙げられる。上記のコレステリック液晶層の作製のために用いられる支持体は、円偏光分離フィルムにおいては剥離されていてもよい。
支持体と円偏光分離層とを含む円偏光分離フィルムを照射部に用いる場合、円偏光分離層に対し支持体側が光源側になっていることが好ましい。また、支持体と円偏光分離層とを含む円偏光分離フィルムを検出部に用いる場合、円偏光分離層に対し支持体側が受光素子側になっていることが好ましい。
配向層は、有機化合物、ポリマー(ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、変性ポリアミドなどの樹脂)のラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成、またはラングミュア・ブロジェット法(LB膜)を用いた有機化合物(例えば、ω−トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライド、ステアリル酸メチル)の累積のような手段で、設けることができる。更に、電場の付与、磁場の付与または光照射により、配向機能が生じる配向層も知られている。これらの中でも、ポリマーのラビング処理により形成する配向層が特に好ましい。ラビング処理は、ポリマー層の表面を、紙、布で一定方向に、数回擦ることにより実施することができる。
配向層を設けずに支持体表面、または支持体をラビング処理した表面に、液晶組成物を塗布してもよい。
反射光散乱性円偏光分離層の作製の際などにおいて、コレステリック液晶層の形成の際に液晶組成物が塗布される下層として、透明層を含んでいてもよい。透明層としては、その表面に設けられる液晶組成物中の重合性液晶化合物分子に対して低いプレチルト角を与える材料からなる層を好ましく用いることができる。
透明層としては、例えば、(メタ)アクリレートモノマー、ゼラチン、ウレタンモノマーなどを含む非液晶性の重合性組成物を塗布硬化したものを用いることができる。例えば、(メタ)アクリレートモノマーを含む層を塗布硬化して得られるアクリル層は面内において等方的であるため、アクリル層表面にラビング処理を施さずに液晶層を形成すると、アクリル層に接している液晶の面内配向方位はランダムとなる。
そのためアクリル層表面に液晶組成物を塗布して形成されるコレステリック液晶層を配向欠陥を有する層とすることができる。
そして、配向欠陥を有する液晶層上に液晶層を形成すると、同様に配向欠陥を有する液晶層を形成することができる。
透明層の厚さは0.01〜50μmであることが好ましく、0.05〜20μmであることがさらに好ましい。
接着剤としては硬化方式の観点からホットメルトタイプ、熱硬化タイプ、光硬化タイプ、反応硬化タイプ、硬化の不要な感圧接着タイプがあり、それぞれ素材としてアクリレート系、ウレタン系、ウレタンアクリレート系、エポキシ系、エポキシアクリレート系、ポリオレフィン系、変性オレフィン系、ポリプロピレン系、エチレンビニルアルコール系、塩化ビニル系、クロロプレンゴム系、シアノアクリレート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリスチレン系、ポリビニルブチラール系などの化合物を使用することができる。作業性、生産性の観点から、硬化方式として光硬化タイプが好ましく、光学的な透明性、耐熱性の観点から、素材はアクリレート系、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系などを使用することが好ましい。
円偏光分離フィルムは、上記の特定の波長域以外での光に対して低い光線透過率を有していることが好ましい。光遮断層は、上記の特定の波長域以外での光を遮断するために設けられる。
光遮断層としては、光反射層または光吸収層が挙げられる。
光反射層の例としては、誘電体多層膜およびコレステリック液晶層などを挙げることができる。
光吸収層としては顔料や染料などの着色剤を分散剤、バインダーやモノマーを含む溶媒に分散した分散液を、基材(受光素子が光を感知する赤外線波長域で十分な光透過性を有するものが好ましい)の上に塗工して形成された層、染料を用いて直接高分子基材表面を染色した層、染料を含む高分子材料から形成された層を用いることができる。
東洋紡株式会社製コスモシャインA−4100(厚み100μm)の易接着処理していないPET面上にラビング処理を施し、表1に示す塗布液A−1を乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にて塗布した。塗布層を室温にて30秒乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱し、その後30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射し、液晶層を得た。この液晶層上に表1に示す塗布液A−2を乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にて塗布した。塗布層を室温にて30秒乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱し、その後30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射し、液晶層を得た。さらにこの液晶層上に表1に示す塗布液A−3を乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にて塗布した。塗布層を室温にて30秒乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱し、その後30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射し、反射フィルムMR−1を得た。
塗布液A−1〜A−3の代わりに以下に示す3つの塗布液をそれぞれ用いた以外は、反射フィルムMR−1の作製と同様にして反射フィルムMR−2〜MR−6を作製した。
MR−2:B−1〜B−3
MR−3:A−4〜A−6
MR−4:B−4〜B−6
MR−5:A−3、A−7、A−8
MR−6:B−3、B−7、B−8
東洋紡株式会社製コスモシャインA−4100(厚み100μm)の易接着処理していないPET面上にラビング処理を施し、表1に示す塗布液Cを乾燥後の乾膜の厚みが8μmになるように室温にて塗布した。塗布層を室温にて30秒乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱し、その後30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射し、アクリル層を得た。このアクリル層上に表1に示す塗布液A−1を乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にて塗布した。塗布層を室温にて30秒乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱し、その後30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射し、液晶層を得た。この液晶層上に表1に示す塗布液A−2を乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にて塗布した。塗布層を室温にて30秒乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱し、その後30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射し、液晶層を得た。さらにこの液晶層上に表1に示す塗布液A−3を乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にて塗布した。塗布層を室温にて30秒乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱し、その後30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射し、反射フィルムSC−1を得た。
塗布液A−1〜A−3の代わりに以下に示す3つの塗布液をそれぞれ用いた以外は、反射フィルムSC−1の作製と同様にして反射フィルムSC−2〜SC−6を作製した。
SC−2:B−1〜B−3
SC−3:A−4〜A−6
SC−4:B−4〜B−6
SC−5:A−3、A−7、A−8
SC−6:B−3、B−7、B−8
作製した反射フィルムMR−1〜MR−6および反射フィルムSC−1〜SC−6を、以下表2に示すように、そのまま、または貼り合わせて円偏光分離フィルムa1〜a10を作製した。上記で作製したMRフィルムとSCフィルムとを貼り合わせる際は以下の手順で行った。
表2に示す下層の反射フィルムの、液晶層側の表面に、DIC株式会社製UV硬化型接着剤Exp.U12034−6を、乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にてワイヤーバーを用いて塗布する。塗布面と、表2に示す上層の反射フィルムの液晶層側とを気泡が入らないように貼り合わせ、30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射する。その後上層の支持体となっていたPETフィルムを剥離する。
a11はλ/4板と直線偏光板の光軸の角度を45°ずらして貼り合わせ、a12はλ/4板と直線偏光板の光軸の角度を−45°ずらして貼り合わせて作製した。λ/4板は、Edmund optics Japan製アクロマティック波長板(位相差板)の700−1000nmの1/4λを用いた。直線偏光板は、Edmund optics Japan製NIR用高コントラスト偏光フィルタを用いた。
λ/4板と直線偏光板との接着は、DIC株式会社製UV硬化型接着剤Exp.U12034−6を用いて、上記のMRフィルムとSCフィルムとの貼り合わせと同様に行った。
直線偏光分離フィルムb1としては、上記で使用した直線偏光板Edmund optics Japan製NIR用高コントラスト偏光フィルタを用いた。
直線偏光分離フィルムb2としては、直線偏光板Edmund optics Japan製近赤外用偏光フィルムを用いた。
作製した円偏光分離フィルムa1〜a12、直線偏光分離フィルムb1、b2を、表3に示すように、照射部および検出部で組み合わせて用いて、試料検知を行った。光源としては図2に示した発光スペクトル450nmまたは940nmに発光強度の中心波長を有するLED、受光素子(光検出器)としてはアンリツ社製 光パワーメーターML9001A、試料としては、Reが約0nmかつRthが約100nmのTACフィルムを用いた。
円偏光分離フィルムa1〜a12、直線偏光分離フィルムb1、b2は、光源に設置するときは表2に示す下層側が光源側になるように、光検出器に設置するときは表2に示す下層側が光検出器側になるようにした。傾斜角度および光源の波長を表3に示すように選択した。
A:85℃湿度85%で100時間放置後の、試料が無いときの光検出器の出力の変化量が0.5未満
B:上記変化量が0.5以上1.0未満
C:上記変化量が1.0以上
Reが約25nmかつRthが約100nmのTACフィルムを試料として、実施例1と同じ光源および受光素子を用いて測定を行った。測定は図1のAの配置で行い、傾斜角度は60°、測定波長は940nmとした。作製した円偏光分離フィルムa2を光源側に、a4を受光側に用いた。円偏光分離フィルムa2は、表2に示す下層側が光源側になるように、円偏光分離フィルムa4は、表2に示す下層側が光検出器側になるようにした。
試料の法線方向から見たときの一方向を基準として0°としたとき、光源の照射光の入射面の角度(センサー面内角度:図3参照)が0°、60°、90°、120°となるように光源および受光素子を配置した。このとき、試料の遅相軸の、試料の法線方向から見たときの方向(遅相軸面内角度:図3参照)を、同様に上記の方向を基準として、0°、45°または、90°になるように試料を設置したときの光検出器での出力を測定し、試料がないときの光検出器での出力との比として、上記と同様の「試料あり/なし」の値を求めた。結果を表4に示す。
2 円偏光分離フィルム2
11 円偏光分離フィルム11
12 円偏光分離フィルム12
16 鏡面反射部材
17 アタッチメント
22 光源
23 受光素子
24 対象物移動部
25 光路
26 傾斜角度
27 センサー面内角度
28 遅相軸面内角度
29 試料の遅相軸
30 試料(法線方向から観察)
31 照射光の入射面
Claims (13)
- 対象物を検知する方法であって、
照射光由来の光が前記対象物を透過した光の感知により前記対象物が検知され、
前記照射光が円偏光であり、
前記感知される光が円偏光であり、
前記対象物は透明物品であり、
前記照射光由来の光は、前記対象物の法線と、20°より大きく70°以下である角度をなして前記対象物に入射し、
前記照射光として異なる入射面を有する2つ以上の照射光が用いられる方法。 - 前記感知が、前記照射光が前記対象物を透過した光の直接感知であり、
前記照射光の円偏光のセンスと前記感知される光の円偏光のセンスとが逆である請求項1に記載の方法。 - 前記感知が、前記照射光由来の光の反射光の感知であり、
前記照射光の円偏光のセンスと前記感知される光の円偏光のセンスとが同一である請求項1に記載の方法。 - 前記感知が、前記照射光が前記対象物を透過した光の反射光が前記対象物をもう一度透過した光の感知である、請求項3に記載の方法。
- 前記の異なる入射面が、互いに10°〜90°の角度をなしている請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記照射光として異なる入射面を有する3つの照射光が用いられる請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 対象物を検知するシステムであって、
円偏光を選択的に照射する照射部、対象物移動部、円偏光を選択的に感知する検出部をこの順で含み、
前記照射部が選択的に照射する円偏光のセンスと前記検出部が選択的に感知する円偏光のセンスとが逆であり、
前記照射部からの照射光由来の光が前記検出部に入射する光の光路と前記対象物移動部とが交差しており、
前記交差部で前記光路と前記対象物移動部の法線とがなす角度が、20°より大きく70°以下であり、
前記照射部として入射面の異なる照射光となる2つ以上の照射部を含み、かつ前記入射面内にそれぞれ前記検出部を含むシステム。 - 前記照射部が光源および円偏光分離フィルム1を含み、
前記検出部が円偏光分離フィルム2および受光素子を含み、
前記光源、円偏光分離フィルム1、前記対象物移動部、円偏光分離フィルム2、および前記受光素子がこの順で配置されており、
円偏光分離フィルム1および円偏光分離フィルム2が互いに逆のセンスの円偏光を選択的に透過させる請求項7に記載のシステム。 - 円偏光分離フィルム1および円偏光分離フィルム2がいずれもコレステリック液晶相を固定した円偏光分離層を含むフィルムである請求項8に記載のシステム。
- 対象物を検知するシステムであって、
円偏光を選択的に照射する照射部、円偏光を選択的に感知する検出部、対象物移動部および鏡面反射部材を含み、
前記対象物移動部は、前記照射部と前記鏡面反射部材との間に含まれ、ならびに/または、前記鏡面反射部材と前記検出部との間に含まれ、
前記照射部および前記検出部は、前記照射部からの照射光由来の光が前記鏡面反射部材で鏡面反射して前記検出部に入射する位置にあり、
前記照射部が選択的に照射する円偏光のセンスと前記検出部が選択的に感知する円偏光のセンスとが同一であり、
前記照射部からの照射光由来の光が前記鏡面反射部材に入射する光の光路1が前記対象物移動部と交差部1で交差しており、交差部1で光路1と前記対象物移動部の法線がなす角度が、20°より大きく70°以下であり、ならびに/または
前記照射部からの照射光由来の光が前記鏡面反射部材で反射し前記検出部に感知される光の光路2は前記対象物移動部と交差部2で交差しており、交差部2で光路2と前記対象物移動部の法線方向がなす角度が、20°より大きく70°以下であり、
前記照射部として入射面の異なる照射光となる2つ以上の照射部を含み、かつ前記入射面内にそれぞれ前記検出部を含むシステム。 - 前記照射部が光源および円偏光分離フィルム11を含み、
前記検出部が円偏光分離フィルム12および受光素子を含み、
光源、円偏光分離フィルム11、および前記鏡面反射部材をこの順で含み、
前記鏡面反射部材、円偏光分離フィルム12、および受光素子をこの順で含み、ならびに、
円偏光分離フィルム11および円偏光分離フィルム12が互いの同一のセンスの円偏光を選択的に透過させる請求項10に記載のシステム。 - 円偏光分離フィルム11および円偏光分離フィルム12がいずれもコレステリック液晶相を固定した円偏光分離層を含むフィルムである請求項10または11に記載のシステム。
- 前記対象物が透明物品である請求項7〜12のいずれか一項に記載のシステム。
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