(57)【要約】【課題】加工性に優れた低コストの赤外光学素子用材料と、これを用いた赤外光学素子を提供する。【解決手段】赤外光学素子用材料１０４は、赤外透過樹脂１００と、赤外透過樹脂１００に分散された赤外透過無機粒子１０１〜１０３とから構成されている。赤外光学素子用材料１０４の透過時に赤外透過無機粒子１０１〜１０３による赤外光の散乱を適度に抑制できるように、赤外透過無機粒子１０１〜１０３の粒度分布が調整されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光学素子の形成に用いられる赤外光学素子用材料であって、
赤外光に対する透過性を有する赤外透過樹脂と、
赤外光に対する透過性を有し、前記赤外透過樹脂に混合された赤外透過無機粒子とを備える、赤外光学素子用材料。
【請求項２】
前記赤外透過無機粒子の粒度分布のピーク値が７０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載の赤外光学素子用材料。
【請求項３】
前記赤外透過無機粒子に含まれる粒径１００ｎｍ以上の粒子の割合が３０％以下であることを特徴とする、請求項１記載の赤外光学素子用材料。
【請求項４】
前記赤外透過無機粒子が水溶性であることを特徴とする、請求項２または３記載の赤外光学素子用材料。
【請求項５】
前記赤外透過無機粒子は、無機塩を含む溶液をスプレードライヤーにおいて噴霧乾燥して得られる粒子であることを特徴とする、請求項４記載の赤外光学素子用材料。
【請求項６】
前記赤外透過無機粒子は、塩化ナトリウム、臭化カリウム、塩化カリウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項４記載の赤外光学素子用材料。
【請求項７】
前記赤外透過樹脂は、ポリエチレン樹脂、シクロオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、４フッ化エチレン樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の赤外光学素子用材料。
【請求項８】
赤外光を透過する赤外光学素子であって、
赤外光に対する透過性を有する赤外透過樹脂と、
赤外光に対する透過性を有し、前記赤外透過樹脂に混合された赤外透過無機粒子とを備える、赤外光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外光学素子の形成に用いられる赤外光学素子用材料及び当該材料を用いた赤外光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像光学系には、可視光を結像するもの、紫外光を結像するもの、赤外光を結像するものなどがあるが、中でも赤外光を結像する撮像光学系は、監視用途やセキュリティ用途として、例えば人体等の熱物体から放射される赤外光を結像するために用いられることが多い。
【０００３】
熱物体から放射される赤外光の放射スペクトル強度は放射則に従う。侵入者監視等の用途では、人体から放射される１０μｍ前後の波長にピーク強度を持つ赤外光が検出対象となる。また、熱的反応を行う工業プラント装置の監視では、監視温度が高い場合は３μｍ、低い温度の場合は５μｍ程度の波長にピーク強度を持つ赤外光が検出対象となる。
【０００４】
このような赤外波長域で用いられる撮像光学系には、反射光学系、屈折光学系、更に反射光学系及び屈折光学系を組み合わせたカタジオプトリック光学系がある。一般に、可視光用光学素子が使える反射光学系は視野が狭いという大きな問題があるため、実質的には、屈折光学系とカタジオプトリック光学系が主に用いられている。
【０００５】
これらの光学系を構成する材料としては、Ｇｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等が報告されている（例えば、特許文献１及び２参照）。また、赤外透過材料として、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ等も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平０６−０２７３６８号公報
【特許文献２】特開平０４−１２５５１５号公報
【特許文献３】特開平０５−０８８００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
赤外透過光学素子を形成する材料としてＧｅやＳｉを用いる場合、赤外光の透過率は比較的良好であるが、加工性に問題がある。したがって、これらの材料は、研磨加工により球面レンズを形成するために用いられることが多く、非球面化には適していない。
【０００７】
ＺｎＳｅやＺｎＳを赤外光学素子の材料として用いる場合、赤外の透過率は比較的良好であるが、これらの材料には、毒性及び材料コストが高いという問題がある。
【０００８】
ＡｇＣｌやＡｇＢｒを赤外光学素子の材料として用いる場合には、可視光や紫外光が照射されたときに材料中のＡｇイオンが金属Ａｇとして析出し、赤外の透過率を急激に低下させるという問題がある。そこで、可視光や紫外光を遮蔽するため、これらの材料で形成された光学素子の表面に、ピンホールのない高信頼性の膜を設ける必要がある。しかしながら、このような膜を設けることは、高コスト化に繋がるのみならず、膜にダメージを与えることなく光学素子を保持可能となる鏡筒構成及びその組立工程を必要とするなど、取り扱い面で問題がある。
【０００９】
それ故に、本発明は、成形性等の良好な加工性を備え、低コスト化が可能な赤外光学素子用材料及びこれを用いた赤外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】
【００１０】
本発明は、赤外光学素子の形成に用いられる赤外光学素子用材料に関するものであり、赤外光に対する透過性を有する赤外透過樹脂と、赤外光に対する透過性を有し、赤外透過樹脂に混合された赤外透過無機粒子とを備えるものである。
【００１１】
この場合、赤外透過無機粒子の粒度分布のピーク値が７０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
あるいは、赤外透過無機粒子に含まれる粒径１００ｎｍ以上の粒子の割合が３０％以下であることが好ましい。
【００１３】
上記のように赤外透過無機粒子の粒度分布を調整すると、赤外光学素子用材料を赤外光が通過する際における散乱の程度が適度に抑制される。
【００１４】
赤外透過無機粒子は、水溶性であることが好ましい。この場合、赤外透過無機粒子としては、無機塩を含む溶液をスプレードライヤーにおいて噴霧乾燥して得られる粒子を用いることができる。赤外透過無機粒子は、塩化ナトリウム、臭化カリウム、塩化カリウムの少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００１５】
無機塩水溶液をスプレードライヤーにより噴霧乾燥して赤外透過無機粒子を生成する場合、無機塩濃度やスプレードライヤーの条件（温度、噴霧速度等）を制御することで、所望の粒度分布を有する赤外透過無機粒子を得ることができる。
【００１６】
また、赤外透過樹脂は、ポリエチレン樹脂、シクロオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、４フッ化エチレン樹脂のいずれかであることが好ましい。
【００１７】
これらの樹脂材料を用いる場合、熱を加えて軟化させた後に、赤外透過無機粒子を混練することによって、容易に赤外光学素子用材料を得ることができる。
【００１８】
また、本発明は、赤外光を透過する赤外光学素子に関するものであって、赤外光に対する透過性を有する赤外透過樹脂と、赤外光に対する透過性を有し、赤外透過樹脂に混合された赤外透過無機粒子とを備えるものである。
【００１９】
赤外光学素子は、赤外透過樹脂及びこれに混合される赤外透過無機粒子とからなり、加工性に優れるため、非球面の作用面を設けて収差を良好に補正することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、加工性に優れた赤外光学素子用材料を低コストで提供することが可能となる。また、本発明に係る赤外光学素子用材料を用いれば、形成される作用面を非球面化することにより、良好に収差が補正された光学素子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】
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る赤外光学素子用材料の部分拡大図である。
【００２２】
赤外光学素子材料１０４は、赤外透過樹脂１００と、赤外透過樹脂１００に混合された赤外透過無機粒子１０１〜１０３とから構成されている。
【００２３】
赤外透過樹脂１００は、赤外透過無機粒子をその内部に分散した状態で保持でき、所望の形状の赤外光学素子に形成できるように、熱可塑性樹脂であることが望ましい。本発明においては、赤外透過樹脂として、ポリエチレン樹脂、シクロオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂あるいは４フッ化エチレン樹脂を用いることが望ましい。赤外領域の光に対する樹脂材料の特性吸収は、分子の各原子間の化学結合力と個々の原子の質量とに応じて、固有かつ独立に現れるところ、ポリエチレン樹脂、シクロオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂あるいは４フッ化エチレン樹脂は赤外吸収が少ない。また、これらの樹脂は熱可塑性であるので、成形が容易であり、本発明に係る赤外光学素子材料１０４には好適である。
【００２４】
赤外透過無機粒子１０１〜１０３は、赤外光に対する透過性を有する無機塩であり、例えば、塩化ナトリウム、臭化カリウム、塩化カリウムを用いることができる。赤外透過無機粒子１０１〜１０３は、１粒子毎に完全に分散した状態で赤外透過樹脂に混合されることが理想的ではあるが、実際には、図１に示されるように、赤外透過樹脂１００中において、複数個の粒子が凝集した状態で分散する場合がある。この場合でも所望の光学特性が得られるように、本実施形態では、赤外透過無機粒子１０１〜１０３の粒径分布が調節されている。具体的には、赤外透過無機粒子１０１〜１０３（赤外透過樹脂１００への混合前）の粒度分布のピーク値が、７０ｎｍ以下であることが好ましく、６５ｎｍ以下であればより好ましい。
【００２５】
短波長側の波長３μｍ近傍の赤外光は、赤外透過無機粒子１０１〜１０３による散乱の影響を受けやすい。赤外光が赤外光学素子用材料１０４を透過する際に赤外透過無機粒子１０１〜１０３によって散乱すると、フレア成分となる不要光が発生する。赤外透過無機粒子１０１〜１０３の粒度分布のピーク値が７０ｎｍを超えると、散乱強度が増大し、フレア成分による不要光を結像の際に無視できなくなる。
【００２６】
ここで、本実施の形態に係る赤外透過無機粒子１０１〜１０３の調整方法を説明する。
【００２７】
図２は、赤外透過性無機塩の水溶液から赤外透過無機粒子を製造する装置の概略構成図である。
【００２８】
図２に示される製造装置は、スプレードライヤー２０４と、スプレードライヤー２０４内に液体を噴霧するノズル方式のアトマイザー２００とを中心に構成されている。アトマイザー２００には、貯留タンク２００から配管２０２を通じて、赤外透過無機粒子の材料となる無機塩の水溶液が供給される。また、スプレードライヤー２０４には、熱風発生装置（図示せず）からの熱風を吹き込むための配管２０３が設けられている。配管２０３から吹き込まれる熱風は、アトマイザー２００の噴出口近傍に導かれ、アトマイザー２００から噴霧された無機塩水溶液を瞬時に乾燥させ、無機塩粒子（赤外透過無機粒子）を析出させる。噴霧乾燥によって得られた赤外透過無機粒子は、スプレードライヤー２０４の下部に設けられた配管２０５を通じて外部に取り出される。
【００２９】
生成される赤外透過無機粒子の粒径及び粒度分布は、無機塩水溶液の濃度や単位時間当たりの噴霧量、スプレードライヤー２０４に吹き込む熱風温度を調整することによって制御される。
【００３０】
一例として、スプレードライヤーの入口熱風温度２００℃、出口温度１５０℃の条件下で、濃度１％以下の塩化ナトリウム水溶液を１ｍｌ／分でノズルから噴霧することで、粒径６５ｎｍをピークとする粒度分布の塩化ナトリウムの粒子が得られた。また、臭化カリウムまたは塩化カリウムが用いられる場合でも、塩化ナトリウムの場合と略同等の条件下で、同様の粒度分布を有する粒子を作成できた。
【００３１】
尚、赤外透過無機粒子の表面を改質剤で処理して表面性状を改善しても良い。この場合、赤外透過無機粒子の凝集を抑制して赤外透過樹脂中での均一な分散を促進したり、赤外透過無機粒子表面の濡れ性を改善して赤外透過樹脂との混ざりやすさを向上させたりすることができる。
【００３２】
赤外域の光に対して良好な透過特性を有する赤外透過樹脂に、上記の方法で得られた赤外透過無機粒子を混合した赤外光学素子用材料は、元の赤外透過樹脂よりも優れた赤外透過特性を獲得することができる。また、本実施の形態に係る赤外光学素子用材料は、良好な成形性を有するため、作用面を成形加工で非球面化した赤外光学素子の形成が容易となり、それ故に、収差が良好に補正される赤外光学素子を実現できる。更に、本実施の形態によれば、赤外光学素子用材料及びこれにより形成される赤外光学素子の低コスト化を図ることも可能となる。
【００３３】
また、塩化ナトリウムや、臭化カリウム、塩化カリウムは、赤外透過特性が良好な材料ではあるが、吸湿性や潮解性を有するため、取り扱いが困難であるという問題があった。しかしながら、本実施の形態では、赤外透過無機粒子が赤外透過樹脂中に分散して混合されるので、雰囲気中の水分から隔離された状態となるので、赤外光学素子用材料及びこれによって形成された赤外光学素子の使用環境に関する制約を解消することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る赤外光学素子用材料の部分拡大図である。
【００３５】
本実施の形態に係る赤外光学素子用材料３０３は、実施の形態１に係るものと同じ赤外透過樹脂３００及び赤外透過無機粒子３０１及び３０２から構成されているが、赤外透過無機粒子３０１及び３０２の粒度分布が実施の形態１に係るものと若干異なっている。
【００３６】
具体的に、本実施の形態では、粒径が１００ｎｍ以上である粒子の割合が３０％以下となるように、赤外透過無機粒子の粒度分布が調整されている。粒径が１００ｎｍ以上の粒子の割合が３０％を超えると、赤外透過無機粒子３０１及び３０２による散乱光の強度が増大し、結像の際にフレア成分による不要光を無視することができなくなる。
【００３７】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係る赤外撮像カメラの要部を示す模式図である。
【００３８】
赤外撮像カメラ４００は、赤外レンズ４０１及び４０２を保持し、赤外光学系４０４を構成をする鏡筒４０３と、受光した光の強度に応じた信号を出力する赤外撮像素子４０５とを備えている。赤外レンズ４０１及び４０２は、上記の実施の形態１または２に係る赤外光学素子材料を、例えば熱プレスや射出成形等の成形加工により形成された球面または非球面のレンズである。
【００３９】
上述したように、本発明に係る赤外光学素子用材料は、熱可塑性の赤外透過樹脂に赤外透過無機粒子を分散させたものであるので、熱プレスや射出成形によって、金型面を転写した面形状を有する赤外レンズ４０１及び４０２を容易かつ高精度に得ることができる。金型面形状を非球面化することで収差補正能力の高い赤外レンズを実現できるので、赤外レンズの構成枚数が少なく解像性能の高い赤外撮像光学系を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る赤外光学素子用材料は、赤外撮像カメラ等に用いられる赤外光学素子を形成するために利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る赤外光学素子用材料の部分拡大図
【図２】赤外透過無機粒子の製造装置を示す概略構成図
【図３】本発明の実施の形態２に係る赤外光学素子用材料の部分拡大図
【図４】本発明の実施の形態３に係る赤外撮像カメラの要部を示す模式図
【符号の説明】
【００４２】
１００、３００  赤外透過樹脂
１０１〜１０３、３０１、３０２  赤外透過無機粒子
１０４、３０３  赤外光学素子用材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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