(57)【要約】【課題】無機材料結晶で形成した赤外カメラ用レンズは、材料費及び加工費が高価であったり、安価であるが吸湿により光学性能の低下を招きやすかったりするなど、低コストと高性能の両立が困難であった。【解決手段】赤外用光学素子１０は、赤外透過性を有する樹脂材料と、赤外透過性を有する無機材料微粒子とを混合して複合化した複合材料によって形成されたレンズ素子１と、赤外透過性及び疎水性を有する材料によって形成された疎水膜２とを備える。疎水膜２は、レンズ素子１の表面全体を覆ってレンズ素子１に含まれる水溶性の無機材料微粒子の吸湿を防止すると共に、その表面に設けられた光学機能面によって赤外用光学素子１０の光学特性を調整することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光を透過させる赤外用光学素子であって、
赤外透過性を有する樹脂材料と、赤外透過性及び水溶性を有する無機材料粒子との複合材料によって形成されたレンズ素子と、
疎水性を有する材料よりなり、前記レンズ素子の表面全体を覆う疎水膜とを備え、
前記レンズ素子の少なくとも一方面側に、光学特性を変化させるための機能面が前記疎水膜の一部によって形成されている、赤外用光学素子。
【請求項２】
前記機能面は非球面または回折構造を含む、請求項１に記載の赤外用光学素子。
【請求項３】
前記無機材料粒子の粒径が３００ｎｍ以下である、請求項１に記載の赤外用光学素子。
【請求項４】
前記樹脂材料がポリエチレン樹脂であり、
前記無機材料微粒子が塩化ナトリウムまたは臭化カリウムである、請求項１に記載の赤外用光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外カメラ等に用いられる赤外用光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や家電、セキュリティ等の様々な分野において、人を検知するために赤外カメラが利用されている。例えば、自動車分野での夜間走行支援や歩行者検知、車内の乗員検知、セキュリティ分野での夜間監視、家電分野でのエアコン制御など、赤外カメラの応用範囲は益々拡大している。
【０００３】
赤外カメラは、被写体から放射された赤外線を、赤外透過性を有するレンズによって検出器の受光面上に結像させ、被写体の赤外像を映像として出力する。一般に、赤外カメラ用のレンズを形成するためには、被写体から放射される波長８〜１２μｍの赤外線を透過させる光学材料が必要とされている。また、赤外カメラの応用範囲の拡大に伴って、より安価なレンズの開発が要望されている。
【０００４】
波長８〜１２μｍの赤外線を透過させ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。
【０００５】
また、近年、光学性能の向上を目的として、レンズ面に非球面や回折面を付与した赤外線用レンズが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図４は、特許文献１に記載された従来の赤外線レンズを示す断面図である。
【０００７】
赤外線レンズ９０は、硫化亜鉛やシリコンよりなるレンズ基材９１と、レンズ基材９１の表面にカルコゲナイドガラスをモールド成形することによって形成された薄肉レンズ層９２とから構成されている。薄肉レンズ層９２には、モールド形状に対応する回折面が形成されている。
【特許文献１】特開２００６−２２０７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した無機材料の中では、従来、赤外光透過材料としてゲルマニウムが広く用いられている。
【０００９】
しかしながら、ゲルマニウム結晶は、材料自体が高価であることに加え、研磨あるいは精密旋盤等による切削によってレンズに加工するため、加工コストも高いという問題がある。
【００１０】
一方、上記の無機材料の中には、塩化ナトリウムや臭化カリウムのように安価なものもあるが、これらの材料は潮解性を有しており、吸湿により赤外透過性能が低下するので、そのままでは赤外レンズとして使用することができない。
【００１１】
また、無機材料結晶は硬脆材料であるので、切削加工時や組み立て時に部分的な欠けや脱落などが生じやすく、完成品の更なるコスト増を招く可能性がある。
【００１２】
それ故に、本発明は、赤外カメラレンズとして使用できる安価かつ高性能な赤外用光学素子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】
【００１３】
本発明に係る赤外用光学素子は、赤外透過性を有する樹脂材料と、赤外透過性及び水溶性を有する無機材料粒子との複合材料によって形成されたレンズ素子と、疎水性を有する材料よりなり、レンズ素子の表面全体を覆う疎水膜とを備える。レンズ素子の少なくとも一方面側に、光学特性を変化させるための機能面が疎水膜の一部によって形成されている。
【００１４】
機能面は、非球面または回折構造を含んでいても良い。
【００１５】
無機材料粒子の粒径は、３００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
また、樹脂材料がポリエチレン樹脂であり、無機材料微粒子が塩化ナトリウムまたは臭化カリウムであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、疎水膜によって、レンズ素子の吸湿が防止されると共に、光学特性を変化させるための機能面が形成されるので、樹脂材料と潮解性を有する安価な無機材料との複合材料を用いて、加工性及び光学特性に優れた安価なレンズ素子を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る赤外用光学素子の概略構成を示す断面図である。
【００１９】
赤外用光学素子１０は、赤外カメラに用いられるレンズであり、レンズ素子１と、レンズ素子１の表面に設けられた疎水膜２とを備えている。
【００２０】
レンズ素子１は、赤外透過性を有する樹脂材料と、赤外透過性を有する無機材料の微粒子とを混合して複合化した複合材料によって形成されている。
【００２１】
樹脂材料は、赤外光を透過させる性質を有し、成形性に優れたものであれば良い。本実施の形態では、例えば、ポリエチレンが使用されている。
【００２２】
また、樹脂材料に混合される無機材料は、透過光の波長より十分に小さな粒径を有するように微粒子化されている。人体から放射される波長８〜１２μｍの赤外光を検出する用途では、無機材料微粒子の粒径は、３００ｎｍ以下であることが好ましい。無機材料微粒子の粒径を波長８〜１２μｍに対して十分に小さくすることによって、無機材料微粒子による散乱に起因して透過率が低下するのを防止できる。
【００２３】
無機材料としては、例えば、ゲルマニウム、フッ化カルシウム、臭化カリウム、塩化ナトリウム等が使用できるが、低コスト化の面では、臭化カリウムまたは塩化ナトリウムを用いることが好ましい。
【００２４】
図２は、臭化カリウム及び塩化カリウムの透過率特性を示す図である。
【００２５】
図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、臭化カリウム及び塩化カリウムのいずれも、赤外波長領域において高い透過率を示し、赤外用光学素子の形成材料として適していることが把握される。
【００２６】
図３は、ポリエチレン樹脂に粒径３００ｎｍ以下の臭化カリウム（ＫＢｒ）微粒子を添加した複合材料の分光透過率を示す図である。
【００２７】
図３に示されるように、ポリエチレンに臭化カリウムを混合することによって、赤外光の透過率が向上する。また、臭化カリウムの混合率（重量％）が増えるにつれて、透過率も増加していることが確認される。尚、臭化カリウムに代えて、他の無機材料（例えば、塩化ナトリウム）を用いた場合でも、同様に透過率が向上することが確認されている。
【００２８】
このように、赤外透過性を有する無機材料を微粒子化して樹脂材料に混合することによって、無機材料が有する光学特性を付与でき、複合材料全体の赤外透過性を向上させることが可能となる。また、複合材料のベースが樹脂材料であるので、所望形状のレンズ素子を容易に成形することができる。
【００２９】
図１に戻って、遮水膜２は、赤外光を透過させる性質を有し、かつ、透湿性の低い材料により形成されている。本実施の形態では、遮水膜２は、ポリエチレンによって形成されている。結晶性ポリエチレンは、透湿性が低い材料として知られている。レンズ素子１の外面全体を覆う遮水膜２を設けることによって、レンズ素子１が大気中の水分から遮断されるため、レンズ素子１の形成材料に臭化カリウムや塩化ナトリウム等、潮解性があるが、安価で赤外透過性に優れた材料を使用することが可能となる。
【００３０】
また、レンズ素子１の一方面側には、遮水膜２の一部に回折構造を形成することによって、光学特性を変化させるための機能面３が設けられている。このように、レンズ素子１の少なくとも一方面側に機能面３を設けることによって、レンズ設計の自由度が増し、赤外用光学素子１０及び赤外カメラシステム全体の高性能化が実現できる。
【００３１】
本実施の形態に係る赤外用光学素子１０は、２層成形や２色成形等で成形することができる。したがって、金型に機能面３に応じた回折形状や非球面形状を形成することで、所望の特性を有する機能面３を容易に形成することができる。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態に係る赤外用光学素子１０では、レンズ素子１の材料として、樹脂と安価な無機材料微粒子との複合材料が使用されているので、所望の形状を有するレンズ素子１を安価かつ容易に作製することができる。また、レンズ素子１の表面全体を覆うように遮水膜２が形成されているので、潮解性を有する無機材料をレンズ素子１の形成に用いた場合でも、無機材料の吸湿による光学特性の低下が防止される。更に、遮水膜２は、レンズ素子１を大気中の水分から遮断するだけでなく、その表面に形成された機能面３によって光学特性を変化させることができるので、収差が良好に補正された高性能な赤外用光学素子１０を実現できる。
【００３３】
尚、上記の実施の形態においては、遮水膜２の表面に形成した機能面３が回折面である例を説明したが、当該機能面３は非球面であっても良い。
【００３４】
また、上記の実施の形態においては、レンズ素子１の一方面側にのみ機能面３が形成された赤外用光学素子１０を示したが、レンズ素子１の両方の面にそれぞれ機能面を形成しても良い。
【００３５】
更に、上記の実施の形態では、レンズ素子１は両凸形状を有しているが、レンズ素子１の形状は、両凹形状や平凸形状、平凹形状、メニスカス形状であっても良い。
【００３６】
更に、上記の実施の形態において、レンズ素子１の一方または両方の面を、回折面または非球面としても良い。この場合、レンズ素子に形成された機能面と、遮水膜２に形成された機能面との両方によって、より良好に諸収差が補正された赤外用光学素子を構成できる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る赤外用光学素子は、例えば、車載用、監視用、セキュリティ用、家電用、工場品質管理用の赤外カメラのレンズとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る赤外用光学素子の概略構成を示す断面図
【図２】臭化カリウム及び塩化カリウムの透過率特性を示す図
【図３】ポリエチレン樹脂に粒径３００ｎｍ以下の臭化カリウム（ＫＢｒ）微粒子を添加した複合材料の分光透過率を示す図
【図４】従来の赤外線レンズを示す断面図
【符号の説明】
【００３９】
１  レンズ素子
２  遮水膜
３  機能面
１０  赤外用光学素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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