(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成により可視光の透過を抑制した赤外線透過構造体を提供する。【解決手段】赤外線透過構造体としてのレンズ１は、基板２と、当該基板２の主表面上に形成された可視光遮蔽層３とを備える。このようにすれば、基板２の表面に可視光遮蔽層３を配置するという簡単な構成によって、レンズ１における可視光の透過を抑制することができる。また、基板２の表面に可視光遮蔽層３を形成するので、レンズ１とは別体のフィルタなどを配置する必要がない。そのため、レンズ１を組込む赤外線検出器のサイズが当該フィルタを配置するために大きくなるといった問題の発生を抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の主表面上に形成された可視光遮蔽層とを備える、赤外線透過構造体。
【請求項２】
前記基板と前記可視光遮蔽層との間に配置された中間層をさらに備える、請求項１に記載の赤外線透過構造体。
【請求項３】
前記可視光遮蔽層上に形成された保護層をさらに備える、請求項１または２に記載の赤外線透過構造体。
【請求項４】
前記基板を構成する材料は、透明ＺｎＳ、焼結ＺｎＳ、およびＣＶＤ−ＺｎＳからなる群から選択される１種である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線透過構造体。
【請求項５】
前記基板を構成する材料は、ＺｎＳｅである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線透過構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、赤外線透過構造体に関し、より特定的には、可視光による影響を低減することが可能な赤外線透過構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線（波長が２．５μｍ以上１５μｍ以下の電磁波）を検知する各種の赤外線検出機器（たとえばサーモグラフィー、赤外線カメラ、赤外線センサなど）が知られている。このような赤外線検出機器には、赤外線を集光するレンズなどの赤外線透過構造体が組込まれている。このような赤外線透過構造体は、たとえばＺｎＳやＺｎＳｅなどにより形成されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２７５４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したＺｎＳやＺｎＳｅ、さらに他の赤外線透過構造体を構成する材料では、可視光（たとえば波長が０．３μｍ以上０．９μｍ以下の光）も若干透過する。このような可視光が赤外線透過構造体を透過し、赤外線の受光器に入射するとノイズの原因となり、得られる赤外線の画像などのデータの精度が低下する場合がある。
【０００４】
このようなノイズの発生を抑制するため、たとえば赤外線透過構造体とは別に可視光を遮蔽するためのフィルタを配置したり、赤外線透過構造体の材料として可視光を透過しない材料（たとえばゲルマニウム（Ｇｅ）やシリコン（Ｓｉ））を用いることが考えられる。しかし、赤外線透過構造体とはべつに上記フィルタを配置する場合赤外線検出機器のサイズが大きくなり、当該赤外線検出機器を組込む装置の大きさによっては当該フィルタを配置することが難しい場合がある。また、上記ＧｅやＳｉは結晶体のブロックから機械加工によって赤外線透過構造体を形成することになるので、加工に時間がかかり、製造コストが増大するという問題がある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、比較的簡単な構成により可視光の透過を抑制した赤外線透過構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従った赤外線透過構造体は、基板と、当該基板の主表面上に形成された可視光遮蔽層とを備える。このようにすれば、基板の表面に可視光遮蔽層を配置するという簡単な構成によって、赤外線透過構造体における可視光の透過を抑制することができる。また、基板の表面に可視光遮蔽層を形成するので、赤外線透過構造体とは別体のフィルタなどを配置する必要がない。そのため、赤外線透過構造体を組込む赤外線検出器のサイズが当該フィルタを配置するために大きくなるといった問題の発生を抑制できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡単な構成によって、赤外線透過構造体における可視光の透過を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【０００９】
（実施の形態１）
図１は、本発明によるレンズの実施の形態１を示す断面模式図である。図２は、図１に示したレンズの部分拡大断面模式図である。図１および図２を参照して、本発明によるレンズを説明する。
【００１０】
図１および図２に示すように、本発明による赤外線透過部材としてのレンズ１は、主に赤外線用のレンズであって、基板２と、この基板２の表面に形成された被覆層である可視光遮蔽層３とを備える。基板２は、上述した赤外線を透過可能な材料であって、たとえば透明ＺｎＳ、焼結ＺｎＳ、ＣＶＤ−ＺｎＳからなる。なお、ここで透明ＺｎＳとは、ＣＶＤ−ＺｎＳを熱間静水圧成形することにより透明化したＺｎＳを意味する。また、焼結ＺｎＳとは、原料粉末の集合体を、融点より低い温度で加熱成形して製造したＺｎＳを意味する。また、ＣＶＤ−ＺｎＳとは、化学気相成長法を用いて製造されたＺｎＳを意味する。また、基板２の材料としてＺｎＳｅを用いることもできる。なお、上述した基板２を構成する材料は、波長が１μｍ以下の光（たとえば可視光（波長が０．３μｍ以上０．９μｍの光））をある程度透過可能な材料であってもよい。
【００１１】
また、可視光遮蔽層３の材料としては、波長が１μｍ以下の光を遮蔽する材料を用いることができる。なお、ここで波長が１μｍ以下の光を遮蔽する材料とは、単位厚さ（厚さ１ｍｍ）の当該材料において、当該波長の光の透過率が５％以下、より好ましくは１％以下である材料を意味する。この可視光遮蔽層３の材料としては、たとえばゲルマニウム（Ｇｅ）やシリコン（Ｓｉ）などを用いることができる。このようないわゆる可視光を遮蔽する可視光遮蔽層３を基板２の表面（具体的には図１および図２に示すように一方の主表面）に形成することにより、レンズ１において可視光を遮蔽することができる。このため、可視光が当該レンズ１を透過してレンズ１により集光された赤外線を検出するセンサなどに入射することにより、センサの精度が劣化する（可視光に起因するノイズが発生する）といった問題の発生を抑制することができる。
【００１２】
上述したレンズ１は、たとえば以下のような方法で形成することができる。すなわち、基板２を従来周知の方法（たとえばモールド成形法や機械加工など）を用いて準備する。そして、当該基板２の表面に可視光遮蔽層３を形成する工程を実施する。この可視光遮蔽層３を形成する工程では、たとえば真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、ＣＶＤ法など任意の方法を用いることができる。このようにして、図１および図２に示すレンズ１を得ることができる。
【００１３】
図３は、図１および図２に示したレンズの変形例を示す部分拡大断面模式図である。なお、図３は図２に対応する。図３を参照して、本発明によるレンズの実施の形態１の変形例を説明する。
【００１４】
図３に示したレンズは、基本的には図１および図２に示したレンズ１と同様の構造を備えるが、可視光遮蔽層３の構成が異なっている。具体的には、図３に示したレンズにおいては、可視光遮蔽層３が、基板２の主表面に直接接触して形成された下層被覆層３ａと、当該下層被覆層３ａ上に積層して形成された上層被覆層３ｂという２層の構造を有している。このようにすれば、下層被覆層３ａおよび上層被覆層３ｂのそれぞれについて異なる材料や厚みなどを設定することにより、１μｍ以下の光を遮蔽する性能をより向上させることができる。
【００１５】
なお、図３に示したレンズのように、可視光遮蔽層３を２層構造とする構成以外に、たとえば可視光遮蔽層３を３層以上の多層構造としてもよい。
【００１６】
（実施の形態２）
図４は、本発明によるレンズの実施の形態２を示す部分拡大断面模式図である。図４を参照して、本発明によるレンズの実施の形態２を説明する。なお、図４は図２に対応する。
【００１７】
図４に示したレンズは、基本的には図１および図２に示したレンズと同様の構造を備えるが、基板２と可視光遮蔽層３との間に中間層５が形成されている点が図１および図２に示したレンズ１と異なっている。この中間層５は、基板２と可視光遮蔽層３との密着力を向上させるために配置されている。中間層５の材料としては、たとえばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、フッ化イットリウム（ＹＦ3）、フッ化イッテルビウム（ＹｂＦ3）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）などを用いることができる。中間層５の材料は、赤外光をよく透過する材料が好ましいが、当該中間層５の厚さを１００ｎｍ以下とすれば、赤外線をあまり透過しない材料を用いることも可能である。また、中間層５の厚みとしてはたとえば１００ｎｍ以下とすることが好ましい。このように中間層として酸化物やフッ化物などを厚さ１００ｎｍ以下という条件で形成することにより、図１および図２に示したレンズ１による効果に加えて、基板２と可視光遮蔽層３との間の密着性を向上させることができる。なお、この中間層の形成方法についても、上述した可視光遮蔽層３と同様に、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、ＣＶＤ法など任意の方法を用いることができる。
【００１８】
（実施の形態３）
図５は、本発明によるレンズの実施の形態３を示す部分拡大断面模式図である。図５を参照して、本発明によるレンズの実施の形態３を説明する。なお、図５は図２に対応する。
【００１９】
図５に示したレンズは、基本的には図４に示したレンズと同様の構造を備えるが、可視光遮蔽層３の上に保護層６が形成されている点が図４に示したレンズと異なる。保護層６は、レンズ１の耐久性を向上させるために設けられている。保護層６の材料としては、たとえばダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）などを用いることができる。このようにすれば、レンズ１の耐久性を向上させることができる。
【００２０】
なお、上述した各実施の形態においては、可視光遮蔽層３の上層側に他の機能層（たとえば、屈折率を変化させた複数の層など）を形成してもよい。また、実施の形態３に示した保護層６を、図１〜図３に示したレンズ１に適用してもよい。
【００２１】
以下、上述した説明と重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
この発明に従った赤外線透過構造体としてのレンズ１は、基板２と、当該基板２の主表面上に形成された可視光遮蔽層３とを備える。このようにすれば、基板２の表面に可視光遮蔽層３を配置するという簡単な構成によって、レンズ１における可視光の透過を抑制することができる。また、基板２の表面に可視光遮蔽層３を形成するので、レンズ１とは別体のフィルタなどを配置する必要がない。そのため、レンズ１を組込む赤外線検出器のサイズが当該フィルタを配置するために大きくなるといった問題の発生を抑制できる。
【００２２】
上記レンズ１において、可視光遮蔽層３は波長１μｍ以下の光の透過率が２０％以下である。また、当該透過率は好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、もっとも好ましくは１％以下であってもよい。また、上記基板２は単位厚さ（厚さ１ｍｍあたり）での赤外線の透過率が８０％以上であってもよい。この場合、可視光遮蔽層３において十分に可視光を遮断することができるので、レンズ１を組込んだ赤外線検出器において可視光に起因するノイズの発生などを確実に抑制できる。
【００２３】
上記レンズ１は、図４や図５に示すように、基板２と可視光遮蔽層３との間に配置された中間層５をさらに備えていてもよい。この場合、可視光遮蔽層３と基板２との密着性があまりよくない場合などに、基板２および可視光遮蔽層３のそれぞれと密着性が良好な材料からなる上記中間層５を配置することによって基板２と可視光遮蔽層３との密着性を向上させることができる。なお、中間層５の厚みはたとえば１００ｎｍ以下とすることが好ましい。このようにすれば、レンズ１における赤外線の透過率が中間層５の存在に起因して低下する程度を十分小さくすることができる。
【００２４】
上記レンズ１において、中間層５を構成する材料はＡｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＹｂＦ３、ＭｇＦ２、ＺｎＳ、ＺｎＳｅからなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。この場合、上述のように基板２と可視光遮蔽層３とを、上記中間層５を介して確実に接続することができるとともに、レンズ１における赤外線の透過率が中間層５の存在に起因して低下する程度を十分小さくする（つまり赤外線の透過率を十分な値に維持する）ことができる。
【００２５】
上記レンズ１は、図５に示すように、可視光遮蔽層３上に形成された保護層６をさらに備えていてもよい。この場合、レンズ１の耐久性を向上させることができる。また、当該レンズ１を組込んだ赤外線検出器を屋外で使用する場合など、レンズ１を保護するためにレンズ１とは別に保護レンズを配置する場合があるが、上記のような保護層６を形成することで、当該保護レンズを配置する必要がなくなる。このため、上記保護レンズを用いることによる赤外線検出器のサイズの大型化やコストの増大を抑制することができる。
【００２６】
上記レンズ１において、保護層６を構成する材料はダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）の少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。この場合、保護層６の強度を十分高めることができる。
【００２７】
上記レンズ１において、基板２を構成する材料は、透明ＺｎＳ、焼結ＺｎＳ、およびＣＶＤ−ＺｎＳからなる群から選択される１種であってもよい。この場合、基板２における赤外線の透過率を十分高くすることができるとともに、上記材料については可視光がある程度透過するため、上述した可視光遮蔽層３を形成することが特に有効である。
【００２８】
上記レンズ１において、基板２を構成する材料はＺｎＳｅであってもよい。この場合も、基板２における赤外線の透過率を十分高くすることができるとともに、上記材料については可視光がある程度透過するため、上述した可視光遮蔽層を形成することが特に有効である。
【００２９】
（実施例）
本発明の効果を確認するため、以下のような実験を行なった。
【００３０】
（試料の作製）
本発明の試料として、図６に示す構造を有する実施例１および実施例２という２種類のレンズを準備した。図６は、実施例のレンズの構造を説明するための断面模式図である。図６に示すように、実施例のレンズは基板２の主表面上に可視光遮蔽層としてのＧｅ層１３を形成している。このＧｅ層１３上にＹＦ3層１４を形成している。そして、ＹＦ3層１４上にＺｎＳ層１５を形成している。実施例１および実施例２ともに、基板２としてはＺｎＳからなる基板を用い、当該基板２の厚みは３ｍｍとした。そして、実施例１の試料においては、Ｇｅ層１３の厚みを２１０ｎｍ、ＹＦ3層１４の厚みを８１０ｎｍ、ＺｎＳ層１５の厚みを５１０ｎｍとした。また、実施例２の試料については、Ｇｅ層１３の厚みを７０ｎｍ、ＹＦ3層１４の厚みを８００ｎｍ、ＺｎＳ層１５の厚みを３００ｎｍとした。なお、ＹＦ3層１４は相対的に低い屈折率を示す低屈折率材料からなる低屈折率層として形成され、ＺｎＳ層１５は相対的に高い屈折率を示す高屈折率材料層として形成されている。また、Ｇｅ層１３も同様に相対的に高い屈折率を示す高屈折率層として機能する。このように屈折率の相対的に高い層と低い層とを交互に積層することにより、赤外域の光の透過率を向上させることが可能である。
【００３１】
また、比較のための試料として、比較例のレンズも準備した。比較例のレンズは、図７に示すようにＺｎＳからなる基板２であり、当該基板２の厚みは３ｍｍである。ここで、図７は、比較例のレンズの構造を説明するための断面模式図である。
【００３２】
（測定内容）
実施例１、実施例２および比較例の試料（レンズ）について、波長４００ｎｍから波長１４．５μｍまでの波長範囲の光について透過率を測定した。透過率は、分光光度計を用いて測定した。
【００３３】
（測定結果）
実施例１のレンズの波長と透過率との測定結果を図８〜図１０に示す。図８〜図１０は、本発明の実施例１の試料のレンズについての波長と透過率との関係を示すグラフである。図８〜図１０の横軸は波長を示しており、縦軸は透過率を示している。なお、図８および図１０の横軸に示した波長の単位はｎｍであり、図９の横軸に示した波長の単位はμｍである。また、図８〜図１０の縦軸の透過率の単位は％である。また、本発明の実施例２の試料のレンズの波長と透過率との測定結果を図１１〜図１３に示す。図１１〜図１３は、本発明の実施例２の試料のレンズについての波長と透過率との関係を示すグラフである。図１１〜図１３の横軸および縦軸はそれぞれ図８〜図１０のグラフの横軸および縦軸と同様となっている。また、本発明の比較例の試料のレンズの波長と透過率との測定結果を図１４〜図１６に示す。図１４〜図１６は、本発明の比較例の試料のレンズについての波長と透過率との関係を示すグラフである。図１４〜図１６のグラフの横軸および縦軸はそれぞれ図８〜図１０に示したグラフの横軸および縦軸と同様である。
【００３４】
図８〜図１６からもわかるように、本発明の実施例１の試料については、特に図１０などに示されるように、波長１０００ｎｍ（１μｍ）以下の光についての透過率が２％以下になっている。これは、図１４〜図１６に示した比較例の試料と対比して１μｍ以下の波長の光の透過率が十分低減されていることを示している。また、図１１〜図１３に示した本発明の実施例２の試料についても、実施例１のレンズよりも光の透過率の値は大きくなっているものの、比較例のレンズに比べてたとえば８００ｎｍ以下の波長範囲について光の透過率が１０％以下に抑制されており、比較例のレンズに比べて当該波長範囲の光（いわゆる可視光）が十分遮蔽されていることがわかる。
【００３５】
（実施例２）
上記実施例１において測定対象とした本発明の実施例１および実施例２の試料について、耐久性（具体的には耐湿性）を検証した。
【００３６】
（試料）
測定対象の試料としては、上記実施例１の試験において測定した本発明の実施例１および実施例２の試料を用いた。
【００３７】
（測定方法）
実施例１および実施例２の試料を高温高湿槽の内部に配置した。そして、この高温高湿槽の雰囲気を温度８５℃とし、湿度を９５％とした。この状態で１００時間保持した。そして、当該時間が経過した後、レンズ表面の膜の剥がれの有無について目視で確認するとともに、膜表面に粘着テープを貼り、当該粘着テープを剥がした場合に、膜の剥がれが発生するかどうかを確認した。さらに、レンズ特性について、透過率の測定を行なうことにより、当該レンズ特性の劣化の有無について確認した。
【００３８】
（測定結果）
実施例１および実施例２の試料のいずれにおいても、膜の剥がれは確認されなかった。また、レンズの特性においても、透過率の低下などの問題は発生しなかった。このことから、本発明によるレンズは十分な耐湿性を備えていることがわかる。
【００３９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、ＺｎＳやＺｎＳｅなど可視光をある程度透過する材料により構成されるレンズなどの赤外線透過構造体に特に有利に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明によるレンズの実施の形態１を示す断面模式図である。
【図２】図１に示したレンズの部分拡大断面模式図である。
【図３】図１および図２に示したレンズの変形例を示す部分拡大断面模式図である。
【図４】本発明によるレンズの実施の形態２を示す部分拡大断面模式図である。
【図５】本発明によるレンズの実施の形態３を示す部分拡大断面模式図である。
【図６】実施例のレンズの構造を説明するための断面模式図である。
【図７】比較例のレンズの構造を説明するための断面模式図である。
【図８】本発明の実施例１の試料のレンズについての波長と透過率との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例１の試料のレンズについての波長と透過率との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例１の試料のレンズについての波長と透過率との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例２の試料のレンズについての波長と透過率との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例２の試料のレンズについての波長と透過率との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例２の試料のレンズについての波長と透過率との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の比較例の試料のレンズについての波長と透過率との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の比較例の試料のレンズについての波長と透過率との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の比較例の試料のレンズについての波長と透過率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１  レンズ、２  基板、３  可視光遮蔽層、３ａ  下層被覆層、３ｂ  上層被覆層、５  中間層、６  保護層、１３  Ｇｅ層、１４  ＹＦ3層、１５  ＺｎＳ層。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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