(57)【要約】【課題】安価で性能・信頼性が高い赤外レンズを提供する。【解決手段】赤外線を透過する有機材料中に赤外線を透過する無機材料の粒子を分散するとともにレンズ状に成形した赤外レンズ基材１１の一面または両面に、赤外線を透過する金属薄膜１２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を透過する有機材料中に赤外線を透過する無機材料の粒子を分散するとともにレンズ状に成形した赤外レンズ基材の一面または両面に、赤外線を透過する金属薄膜を備えたことを特徴とする赤外レンズ。
【請求項２】
前記赤外線を透過する無機材料の粒子の粒径が３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の赤外レンズ。
【請求項３】
前記赤外線を透過する有機材料がポリエチレン樹脂であり、前記赤外線を透過する無機材料が塩化ナトリウムもしくは臭化カリウムであることを特徴と請求項１に記載の赤外レンズ。
【請求項４】
前記赤外線を透過する金属薄膜に電流を流して加熱することを特徴とする請求項１に記載の赤外レンズ。
【請求項５】
前記赤外線を透過する金属薄膜の加熱温度を２０℃〜３０℃に制御することを特徴とする請求項４に記載の赤外レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に８μｍ〜１２μｍ程度の波長の遠赤外線を放射する被写体を撮影する赤外レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線カメラは被写体から放出される赤外線を赤外線透過性を有する赤外レンズにより検出器上に結像させ映像として出力する。近年赤外線カメラを利用した人体検知が自動車、セキュリティ、家電へと、さまざまな分野で用いられるようになった。例えば自動車分野では夜間走行支援、歩行者検知、車室内の人体検知等に、セキュリティ分野では夜間監視に、家電ではエアコン制御に応用されている。
【０００３】
これらの赤外線カメラに使われる赤外レンズは被写体から放出される８μｍ〜１２μｍの赤外線を透過させる光学材料が必要とされる。波長８μｍ〜１２μｍの赤外線を透過する光学材料としてはゲルマニウム、シリコン、セレン化亜鉛、塩化ナトリウム、臭化カリウム、ヨウ化セシウム等の無機材料が知られている。赤外線カメラの応用拡大に伴い、これに使用される、より安価で性能・信頼性が高い赤外レンズが要望されてきている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２９８２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来から赤外線を透過する無機材料として広く用いられているのはゲルマニウム結晶である。しかしゲルマニウム結晶は、材料自体が高額であることに加えて、高コストな切削加工や研磨加工を必要とし、さらに硬脆材料であるため加工や組み立て時の欠けあるいは脱落等を生じやすいこと等から、ゲルマニウム結晶を用いた赤外レンズは高価である。シリコン、セレン化亜鉛も同様の課題を有している。一方、塩化ナトリウム、臭化カリウム等は材料自体は安価で加工も比較的容易であるが周囲の湿気や水分の影響で表面が溶解する潮解性を有し赤外線の透過率が低下するという信頼性に関する課題がある。このように赤外レンズは、高性能なレンズは高価であり、安価なレンズは性能・信頼性が低いという課題があった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、安価で性能・信頼性が高い赤外レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述したような目的を達成するために、本発明の赤外レンズは、赤外線を透過する有機材料中に赤外線を透過する無機材料の粒子を分散するとともにレンズ状に成形した赤外レンズ基材の一面または両面に、赤外線を透過する金属薄膜を備えたことを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、赤外レンズ基材へ浸透する水分を金属薄膜が遮断するので、安価で性能・信頼性が高い赤外レンズを実現することができる。
【０００８】
さらに、赤外線を透過する無機材料の粒子の粒径が３００ｎｍ以下であってもよい。このような構成によれば、赤外線の散乱を少なくして透過率を向上させることができる。
【０００９】
さらに、赤外線を透過する有機材料がポリエチレン樹脂であり、赤外線を透過する無機材料が塩化ナトリウムもしくは臭化カリウムであってもよい。このような構成によれば、赤外レンズをより安価に製造することができる。
【００１０】
さらに、赤外線を透過する金属薄膜に電流を流して加熱してもよい。このような構成によれば、赤外レンズへの水分の吸収および結露を防ぎ赤外線の透過率を安定的に維持することができる。
【００１１】
さらに、赤外線を透過する金属薄膜の加熱温度を２０℃〜３０℃に制御してもよい。このような構成によれば、赤外レンズへの結露を防ぐとともに人体のより良好な画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の赤外レンズによれば、赤外線を透過する有機材料中に赤外線を透過する無機材料を分散するとともにレンズ状に成形した赤外レンズの一面または両面に、赤外線を透過する金属薄膜を備えたことで、安価で性能・信頼性が高い赤外レンズを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における赤外レンズ１０の断面図、図２は同じく正面図である。図１において、赤外レンズ１０は、レンズ状に成形した赤外レンズ基材１１の一面に赤外線を透過する金属薄膜１２が形成されている。赤外レンズ基材１１は赤外線を透過する有機材料中に、赤外線を透過する無機材料の粒子を分散させたものである。赤外線を透過する有機材料中に赤外線を透過する無機材料を混ぜると、赤外線を透過する無機材料の持つ光学特性が赤外線を透過する有機材料に転化される。赤外レンズ基材１１の赤外線を透過する有機材料としてはポリエチレン樹脂を用いている。赤外線を透過する無機材料としてはゲルマニウム、フッ化カルシウム、臭化カリウム、塩化ナトリウム等を用いることができるが、特に臭化カリウム、塩化ナトリウムは安価であるのでこれらを用いることで製造コストを抑えることができる。
【００１５】
図３は、臭化カリウム、塩化ナトリウムの赤外線透過率を示すグラフである。ここでは横軸に波長、縦軸に透過率をとっている。このグラフから分かるようにいずれも赤外波長領域において高い透過率を示している。ポリエチレン樹脂の赤外線透過率はこれらより低いが臭化カリウムまたは塩化ナトリウム等の赤外線を透過する無機材料の粒子をこれに分散させることにより赤外線透過率の性能を向上させることができる。
【００１６】
図４は、本発明の実施の形態における、赤外線を透過する有機材料であるポリエチレン樹脂に赤外線を透過する無機材料である臭化カリウム（ＫＢｒ）の粒子を分散した赤外レンズ基材１１の分光透過率を示すグラフである。グラフから臭化カリウムの混合率（重量％）を増やすほど透過率が上昇していることが確認される。他の赤外線を透過する無機材料でも同様に透過率が向上することが確認された。また臭化カリウム、塩化ナトリウム等の赤外線を透過する無機材料の粒子は、人体より放射する波長８μｍ〜１２μｍより充分小さな３００ｎｍ以下の粒径にして分散させることで赤外線の散乱を少なくすることができる。このような構成によりさらに透過率を向上させることができる。
【００１７】
ポリエチレン樹脂は熱可塑性の樹脂であり、赤外線を透過する無機材料の粒子を分散させた赤外レンズ基材１１は射出成形が可能で、容易に量産することができ安価に製造することができる。すなわちポリエチレン樹脂等の赤外線を透過する有機材料に、粒径が３００ｎｍ以下の臭化カリウム、塩化ナトリウム等の赤外線を透過する無機材料の粒子を分散することにより安価で高性能な赤外レンズ基材１１を得ることができる。
【００１８】
しかしながら臭化カリウム、塩化ナトリウムは、周囲の湿気や水分により表面が溶解する潮解性を有し、水分を吸収して赤外線の透過率が低下する性質がある。これら赤外線を透過する無機材料の粒子を分散させた赤外レンズ基材１１はこのままでは同様に水分を吸収して赤外線が透過率が低下するという課題がある。
【００１９】
図６は、ポリエチレンに５０ｗｔ％の塩化ナトリウムを加えた赤外レンズ基材（ｔ＝１ｍｍ）を温度６０℃湿度９０％の高湿度雰囲気中に暴露したときの赤外線透過率の経時変化を示すグラフである。ここで横軸には時間経過、縦軸には透過率変化をとり、初期透過率を１００％としている。グラフで明らかなように時間の経過の中で水分を吸収していくと赤外線透過率が急速に下降している。この結果から明らかなように、このままではセンサーの感度が著しく低下して画像の認識が困難となる等、信頼性に課題がある。
【００２０】
そこで本実施の形態では、赤外線を透過する金属薄膜１２を赤外レンズ基材１１の表面に設けることで赤外レンズ基材１１の吸湿を防止している。赤外線を透過する金属薄膜１２は本実施の形態ではシリコン薄膜を用いている。シリコンは水分を全く通さず高い防湿効果を持つとともに波長８μｍ〜１２μｍ帯でも高い透過率を示す。これにより赤外レンズ１０は耐湿性が向上し高い信頼性を得ることができる。赤外レンズ基材１１の一面に赤外線を透過する金属薄膜１２を形成した場合は赤外線を透過する金属薄膜１２を形成していない面を、気密した鏡筒内に配置することで信頼性が保たれる。また赤外レンズ基材１１の両面に赤外線を透過する金属薄膜１２を形成した場合は、さらに耐湿性が向上するので大気中に設置することもできる。すなわちこのような構成により、安価で性能・信頼性が高い赤外レンズを実現することができる。
【００２１】
さらに本発明の実施の形態では図２に示すように、赤外線を透過する金属薄膜１２に電極１３および電極１４を設け、この電極１３、１４間に電流を流すことにより赤外線を透過する金属薄膜１２の面上を略均一に発熱させる構成となっている。これにより周辺水分の吸湿を防ぐとともに外気の温度の急激な変化による結露を防止することができる。このとき加熱された赤外レンズ基材１１から赤外線エネルギー（Ｗ１）がノイズとして放出され被写体、例えば人から放出される赤外線エネルギー（Ｗ２）と同等のエネルギーになればセンサーではその区別がつきにくくなり鮮明な画像を得ることができなくなる。一般に赤外線エネルギー（Ｗ）は
Ｗ＝εσＴ＾４・・・（１）
で表される。ここでεは放射率、σはステファン・ボルツマン定数、Ｔは絶対温度を示す。被写体からのエネルギー（Ｗ２）が加熱された赤外レンズ基材１１からのエネルギー（Ｗ１）より充分大きければ鮮明度の高い画像が得られることとなる。上記（１）式においてσは定数であるので放出赤外線エネルギーは放射率εと絶対温度Ｔに比例することとなる。人体の放射率は０．９８とされる（３２℃にて）。従って赤外レンズ基材１１の放射率が人体と比較して充分に小さな値、例えば０．５以下であれば赤外レンズ基材１１の温度が人体の温度、３５℃〜４０℃になっても比較的ノイズの少ない画像が得られる。しかし放射率εはその材質に加えて、温度や表面状態に依存し、さまざまな値を示すため絶対温度Ｔを制御した方が鮮明な画像を得やすい。実験の結果、人体の体温より低い３０℃以下であれば良好な画像を得られることが確認された。また外気の温度の変化による結露を考慮したとき赤外レンズ基材１１の温度は２０℃以上にすることが好ましいことも確認された。これらのことから赤外レンズ基材１１の温度は２０℃〜３０℃の間でコントロールされることが望ましい。本実施の形態においては赤外レンズ基材１１の周辺に温度センサー（図示せず）を装着させ、その温度変化に応じて電極１３、電極１４に印加する電圧を変えることにより温度をコントロールしている。このような構成により、さらに高性能で高い信頼性を持つ赤外レンズを実現することができる。
【００２２】
図５は、本実施の形態における赤外レンズを温度６０℃湿度９０％の高湿度雰囲気中に長時間暴露したときの赤外線透過率の経時変化を示すグラフである。ここで横軸には時間経過、縦軸には透過率変化をとり、初期透過率を１００％としている。このグラフに示すように長時間が経過しても赤外線透過率の低下がほとんど認められず高い信頼性があることが確認された。
【００２３】
このように本発明の赤外レンズによれば、赤外線を透過する有機材料中に赤外線を透過する無機材料の粒子を分散するとともにレンズ状に成形した赤外レンズの一面または両面に、赤外線を透過する金属薄膜を備えたことで、安価で性能・信頼性が高い赤外レンズを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の赤外レンズは、車載用、監視用、セキュリティ用、家電用、工場品質管理用等さまざま分野に活用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態における赤外レンズの断面図
【図２】同正面図
【図３】臭化カリウム、塩化ナトリウムの赤外線透過率を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態における赤外レンズ基材の分光透過率を示すグラフ
【図５】本発明の実施の形態における赤外レンズの高湿度雰囲気中での赤外線透過率の経時変化を示すグラフ
【図６】赤外レンズ基材の高湿度雰囲気中での赤外線透過率の経時変化を示すグラフ
【符号の説明】
【００２６】
１０    赤外レンズ
１１    赤外レンズ基材
１２    赤外線を透過する金属薄膜
１３    電極
１４    電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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