(57)【要約】【課題】赤外カメラ用レンズを樹脂材料のみで形成した場合、高い赤外透過性を得ることができず、また、太陽光の紫外線によって劣化しやすいという問題があった。【解決手段】赤外透過部材１０は、赤外透過性を有する樹脂材料と、樹脂材料中に分散された赤外透過性及び水溶性を有する無機材料粒子とを含む複合材料によって形成されたレンズ素子１と、疎水性を有する材料により光学素子の表面全体を覆うように形成される保護層２とを備える。保護層２には、紫外線を吸収する微粒子または紫外線を透過しない微粒子が分散されており、保護層２によって、赤外透過部材１０に入射した紫外線の少なくとも一部がカットされる。【選択図】図１
2010204246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光を透過させる赤外透過部材であって、
赤外透過性を有する樹脂材料と、前記樹脂材料中に分散された赤外透過性及び水溶性を有する無機材料粒子とを含む複合材料によって形成された光学素子と、
疎水性を有する材料により前記光学素子の表面全体を覆うように形成され、入射した紫外線の少なくとも一部の透過を阻止する保護層とを備える、赤外透過部材。
【請求項２】
前記保護層は、紫外線を吸収する紫外線吸収材の微粒子を含む、請求項１記載の赤外透過部材。
【請求項３】
前記保護層は、紫外線を透過しない無機物質の微粒子を含む、請求項１記載の赤外透過部材。
【請求項４】
前記無機材料粒子の粒径が３００ｎｍ以下である、請求項１に記載の赤外透過部材。
【請求項５】
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に記載の赤外透過部材。
【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。これらの無機材料の中では、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。
【０００５】
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。
【０００６】
そこで、ゲルマニウム結晶の代わりにオレフィン系樹脂を用いて形成した安価な赤外用レンズが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図５は、特許文献１に記載される従来の遠赤外用レンズの概略構成を示す図である。
【０００８】
遠赤外用レンズ９０は、円筒形状の防水ケース９３に固定された第１レンズ９１と、防水ケース９３の内部に収納された第２レンズ９２とから構成されている。第１レンズ９１は、遠赤外用レンズ９０の前玉としての機能と、防水ケース９３の窓材としての機能を兼ねている。第１レンズ９１及び第２レンズ９２の一方または両方は、オレフィン系樹脂によって形成されており、全てのレンズをゲルマニウムで形成する場合と比べて、遠赤外用レンズ９０の作製に要するコストが低減されている。
【特許文献１】特開平１１−８４２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、赤外カメラの検出対象となる８〜１２μｍの波長領域では、オレフィン系樹脂等の有機材料のみで形成した光学素子の赤外透過率は、ゲルマニウムを始めとする無機材料結晶で形成した光学素子の赤外透過率ほど高くはない。
【００１０】
また、車載や屋外環境で使用される赤外カメラは、使用時に強い太陽光を受ける場合があるが、有機材料で形成したレンズは、紫外線によって劣化しやすく、赤外カメラの検出感度を著しく低下させる虞がある。
【００１１】
それ故に、本発明は、赤外透過性に優れると共にその性能を持続することができ、かつ、安価な赤外透過部材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】
【００１２】
本発明に係る赤外線透過部材は、赤外透過性を有する樹脂材料と、樹脂材料中に分散された赤外透過性及び水溶性を有する無機材料粒子とを含む複合材料によって形成された光学素子と、疎水性を有する材料により光学素子の表面全体を覆うように形成され、入射した紫外線の少なくとも一部の透過を阻止する保護層とを備える。
【００１３】
保護層は、紫外線を吸収する紫外線吸収材の微粒子を含んでいても良い。
【００１４】
あるいは、保護層は、紫外線を透過しない無機物質の微粒子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、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、赤外透過特性に優れ、かつ、保護層によって赤外透過性能の低下が抑制された赤外透過部材を低コストで実現できる。
【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に係る赤外透過部材の概略構成を示す断面図である。
【００１９】
赤外透過部材１０は、赤外カメラに用いられる赤外用レンズであり、レンズ素子１と、レンズ素子１の表面に設けられた保護層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】
樹脂材料として、本実施の形態では、ポリエチレンが使用されているが、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、他の材料を使用しても良い。
【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、保護層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、保護層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の外面全体を覆う保護層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、保護層２は、赤外線透過性及び遮水性に加えて、入射した紫外線の少なくとも一部の透過を阻止する性質を備えている。例えば、保護層２は、ポリエチレン等の赤外透過性を有する樹脂と、紫外線吸収性の顔料とを含む組成物によって形成される。したがって、赤外透過部材１０が屋外の太陽光に曝される環境で用いられる場合であっても、照射される紫外線を吸収して、レンズ素子１の劣化を抑制することができる。尚、顔料の種類によっては、赤外領域に吸収特性を有するために赤外透過率を低下させる場合がある。したがって、赤外吸収特性を有する顔料を使用する場合には、基材となるポリエチレンと顔料との配合比率を変えることによって、赤外透過率と紫外線吸収率とのバランスが調整される。
【００３１】
また、別の例として、保護層２は、ポリエチレン等の赤外透過性を有する樹脂と、赤外透過性を有するが、紫外線を透過しない無機物質の微粒子とを含む組成物によって形成しても良い。赤外線を透過し、かつ、紫外線を透過しない無機材料としては、例えば、カルコゲン化合物（例えば、カルコゲナイドガラス）やシリコンを利用できる。この場合、保護層２に含まれる無機材料微粒子による散乱を防止するために、無機材料微粒子の粒径は３００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
図４は、カルコゲン化合物の透過率特性を示す図である。
【００３３】
図４に示されるように、カルコゲン化合物は、赤外カメラの検出対象となる波長８〜１２μｍ近辺の光に対して良好な透過性を示すことが知られており、保護層２の形成材料として好適に使用できることが把握される。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態に係る赤外透過部材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保護層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、保護層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、内部に分散されている紫外線吸収性の無機材料微粒子（または紫外線透過性のない無機材料微粒子）によって、照射された紫外線の少なくとも一部の透過を阻止することができるので、レンズ素子１を構成する樹脂材料の劣化を防止し、その光学性能を長期間に渡って持続することが可能となる。
【００３５】
尚、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】
また、上記の実施の形態では、赤外透過部材がレンズである例を説明したが、同様の材料を用いて形成した窓材とその表面を覆う保護層とを有する赤外線透過部材を構成しても良い。
【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に係る赤外透過部材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】カルコゲン化合物の透過率特性を示す図
【図５】従来の遠赤外用レンズの概略構成を示す図
【符号の説明】
【００３９】
１  レンズ素子
２  保護層
１０  赤外透過部材
【図１】
2010204246.tif 000003
【図２】
2010204246.tif 000004
【図３】
2010204246.tif 000005
【図４】
2010204246.tif 000006
【図５】
2010204246.tif 000007