CN108883956A - 红外线透过性透镜的制造方法、红外线透过性透镜和红外线摄像机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供表面品质优异的红外线透过性透镜的制造方法。特征在于,将硫属玻璃的预制件在不活泼气体气氛下进行烧制,得到烧制体之后,对上述烧制体进行热压成型。
Description
技术领域
本发明涉及在红外线传感器、红外线摄像机等中使用的红外线透过性透镜的制造方法。
背景技术
车载夜视、安全系统等具有用于夜间的生物体检测的红外线传感器。红外线传感器探测从生物体发出的波长约8~14μm的红外线,因此,在传感器部的前部设置有透过该波长范围的红外线的滤波片、透镜等光学元件。
作为如上所述的光学元件用的材料,可以列举Ge、ZnSe。它们为结晶体,因此,加工性差,难以加工成非球面透镜等的复杂的形状。因此,存在难以量产、并且红外线传感器的小型化也困难这样的问题。
为此,作为透过波长约8~14μm的红外线且比较容易加工的玻璃质的材料,提出了硫属玻璃(chalcogenide glass)。(例如参照专利文献1)
硫属玻璃能够模塑成型,通过夹入上模具和下模具进行热压,能够得到非球面透镜等光学元件。(例如参照专利文献2)
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-161374号公报
专利文献2:日本特开H06-211540号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
硫属玻璃存在由于压制时的加热而在成型得到的透镜的光学元件表面产生凹部、透镜的表面品质降低的问题。在光学元件的表面产生大量凹部时,作为摄像机的透镜使用时画面发生变形、错乱。
本发明是鉴于这样的状况作出的,目的在于提供表面品质优异的红外线透过性透镜的制造方法。
用于解决技术问题的方法
本发明的发明人等进行了各种研究的结果,得到以下的见解,从而提出了本发明。硫属玻璃在热压成型时由于硫属玻璃的表面吸附水与硫属玻璃中的成分发生反应,而产生气体。例如,在含有大量硫的硫化物系的硫属玻璃中,玻璃的表面吸附水与玻璃中的硫反应,从玻璃表面产生H2S。如果该气体在硫属玻璃与模具的界面产生,则在热压成型后的透镜表面容易产生凹陷,从而表面品质容易降低。由此,在热压成型前将硫属玻璃的预制件在不活泼气体气氛中进行烧制时,能够除去玻璃的表面吸附水,因此,在对硫属玻璃的烧制体进行热压成型时不易产生气体,在热压成型后的透镜表面就不易产生凹陷。
本发明的红外线透过性透镜的制造方法的特征在于,将硫属玻璃的预制件在不活泼气体气氛下进行烧制,得到烧制体之后,对上述烧制体进行热压成型。
本发明的红外线透过性透镜的制造方法中,优选将预制件在比屈服点低0~50℃的温度下进行烧制。
本发明的红外线透过性透镜的制造方法中,优选将预制件在氮气氛下进行烧制。
本发明的红外线透过性透镜的制造方法中,优选以硫属玻璃的屈服点以上、软化点以下的温度对烧制体进行热压成型。
本发明的红外线透过性透镜的制造方法中,优选将烧制体在不活泼气体气氛中进行热压成型。
本发明的红外线透过性透镜的制造方法中,优选将烧制体在氮气氛中进行热压成型。
本发明的红外线透过性透镜的制造方法中,优选上述的硫属玻璃含有S、Se和Te中的任意种。
本发明的红外线透过性透镜的制造方法中,优选上述的硫属玻璃以摩尔%计含有30~80%的S+Se+Te。
本发明的红外线透过性透镜的特征在于,由硫属玻璃形成,表面的每单位面积(1mm×1mm)中的直径2.5μm以上、100μm以下的凹部的个数为100个以下。
本发明的红外线摄像机是使用上述的红外线透过性透镜而成的。
发明的效果
根据本发明,能够提供表面品质优异的红外线透过性透镜的制造方法。
附图说明
图1是表示实施例中得到的透镜的表面状态的照片。
图2是表示比较例中得到的透镜的表面状态的照片。
具体实施方式
本发明的红外线透过性透镜的制造方法的特征在于,将硫属玻璃的预制件在不活泼气体气氛下进行烧制,得到烧制体之后,对上述烧制体进行热压成型。以下,对本发明的红外线透过性透镜的制造方法详细地进行说明。
首先,例如,如下所述操作,得到硫属玻璃的预制件。此外,关于硫属玻璃的组成在后文叙述。将原料混合,使其成为所期望的玻璃组成,得到原料母料。接着,将石英玻璃安瓿边加热边进行真空排气后,加入原料母料,边进行真空排气边用氧气燃烧器将石英玻璃安瓿封管。将封管后的石英玻璃安瓿在熔融炉内以10~20℃/小时的速度升温至650~1000℃后,保持6~12小时。在保持时间中,根据需要,将石英玻璃安瓿的上下翻转,搅拌熔融物。然后,将石英玻璃安瓿从熔融炉取出,骤冷至室温,由此得到硫属玻璃。通过将所得到的硫属玻璃切断、研磨等,进行加工,得到硫属玻璃的预制件。
对所得到的预制件进行烧制,得到烧制体。由此,如上所述,能够抑制从玻璃表面产生气体。
烧制气氛优选为不活泼气氛,优选为氮、氩或氦气氛。从低价的方面考虑,特别优选为氮气氛。不进行气氛控制地进行烧制时,玻璃被氧化,存在红外线透过特性降低的趋势。烧制温度优选为比玻璃的屈服点低0~50℃的温度,更优选低0~40℃的温度,特别优选低0~20℃的温度。如果烧制温度过高,在烧制时,表面吸附水和硫属玻璃中的成分发生反应从而产生气体,烧制体的表面品质降低。另一方面,如果烧制温度过低,玻璃的表面吸附水无法完全除去,在热压成型时产生气体,存在成型后的表面品质降低的趋势。
将所得到的烧制体用模具进行热压成型,得到外线透过性透镜。热压气氛优选为不活泼气氛,例如为氮、氩或氦气氛。从低价的方面考虑,特别优选为氮气氛。不进行气氛控制地进行烧制时,玻璃被氧化,存在红外线透过特性降低的趋势。另外,存在由于模具被氧化而发生劣化,模具的使用寿命缩短,制造成本变高的趋势。另外,压制温度优选为玻璃的屈服点以上、软化点以下的温度,更优选比玻璃的屈服点高0~50℃的温度,进一步优选比玻璃的屈服点高0~30℃的温度,特别优选比玻璃的屈服点高0~20℃的温度。如果压制温度过低,则玻璃不软化变形,存在被压制压力破坏的担忧。另外,如果压制温度过高,压制时的气体发生量增加,存在成型后的透镜表面品质降低的趋势。并且,模具优选具有光学的研磨面。另外,透镜形状优选为凹凸透镜形状。
由本发明制得的红外线透过性透镜的表面品质优异。具体而言,每单位面积(1mm×1mm)的直径2.5μm以上100μm以下的凹部的个数优选为100个以下,更优选为50个以下,进一步优选为30个以下,特别优选为10个以下。由本发明制得的红外线透过性透镜的表面品质优异,因此,适于作为红外线摄像机的用于使红外光在红外线传感器部聚光的透镜等光学元件。
以下,对本发明中使用的硫属玻璃进行说明。
硫属玻璃优选含有S、Se和Te中的任意种。作为硫属元素的S、Se和Te是形成玻璃骨架的成分。S+Se+Te的含量(S、Se和Te的合量)以摩尔%计,优选为30~80%,更优选为35~70%。S+Se+Te的含量过少时,难以玻璃化,另一方面过多时,担心耐候性降低。
此外,作为硫属元素,从环境方面考虑,优选选择S或Te。
在上述成分以外,也能够含有下述的成分。
Ge、Ga、Sb、Bi和Sn是拓宽玻璃化范围、提高玻璃的热稳定性的成分,其含量以摩尔%计,优选分别为0~50%,更优选为0~40%。这些成分的含量过多时,变得难以玻璃化。
Zn、In和P是拓宽玻璃化范围的成分,其含量以摩尔%计,优选分别为0~20%。这些成分的含量过多时,变得难以玻璃化。
Cl、F和I是拓宽红外线的透过波长范围的成分,其含量以摩尔%计,优选分别为0~20%。这些成分的含量过多时,耐候性变得容易降低。
此外,优选实质上不含作为有毒物质的As、Cd、Tl和Pb。这样,能够将对环境方面的影响抑制为最低限度。这里,“实质上不含”是指不在原料中有意地含有的意思,不排除杂质水平的混入,客观地说,是指各成分的含量低于1000ppm。
硫属玻璃的屈服点优选为200~400℃,特别优选为220~340℃。软化点优选为230~430℃,特别优选为250~370℃。
实施例
(实施例)
以下,基于实施例对本发明进行说明,但是,本发明不限定于这些实施例。
实施例的透镜如下所述制作。调配原料,使得以摩尔%计为S61%、Ge 5%、Bi1%、Sb 33%,得到原料母料。接着对用纯水清洗过的石英玻璃安瓿边进行加热边进行真空排气之后,加入原料母料,边进行真空排气边用氧气燃烧器将石英玻璃安瓿封管。
将封管后的石英玻璃安瓿在熔融炉内以10~20℃/小时的速度升温至650~1000℃后,保持6~12小时。保持时间期间,每隔2小时将石英玻璃安瓿的上下翻转,搅拌熔融物。然后,将石英玻璃安瓿从熔融炉取出,骤冷至室温,由此得到硫属玻璃(屈服点240℃、软化点270℃)。
将所得到的硫属玻璃加工为预制件形状。加工后,在氮气氛下,以比屈服点低10~20℃的温度烧制6~12小时,除去玻璃的表面附着水。
将烧制后的预制件在氮气氛下加热到比屈服点高10~20℃的温度,用具有光学研磨面的模具进行热压成型,使其为凹凸透镜形状,得到透镜。对所得到的透镜,用数码显微镜进行表面观察。图1中表示对透镜的表面状态进行拍摄得到的照片。透镜表面的每单位面积(1mm×1mm)中的直径2.5μm以上100μm以下的凹部的个数为6个,为良好的表面品质。
(比较例)
除了不进行预制件的烧制地进行热压成型以外,与实施例同样操作,得到透镜。图2中表示对透镜的表面状态进行拍摄得到的照片。透镜表面的每单位面积(1mm×1mm)中的直径2.5μm以上100μm以下的凹部的个数为162个,表面品质差。
工业上的可利用性
本发明中制得的红外线透过性透镜适于作为红外线摄像机的用于使红外光在红外线传感器部聚光的透镜等光学元件。
Claims (10)
1.一种红外线透过性透镜的制造方法,其特征在于:
将硫属玻璃的预制件在不活泼气体气氛下进行烧制,得到烧制体之后,对所述烧制体进行热压成型。
2.如权利要求1所述的红外线透过性透镜的制造方法,其特征在于:
将预制件在比屈服点低0~50℃的温度下进行烧制。
3.如权利要求1或2所述的红外线透过性透镜的制造方法,其特征在于:
将预制件在氮气氛下进行烧制。
4.如权利要求1~3中任一项所述的红外线透过性透镜的制造方法,其特征在于:
以硫属玻璃的屈服点以上、软化点以下的温度,对烧制体进行热压成型。
5.如权利要求1~4中任一项所述的红外线透过性透镜的制造方法,其特征在于:
将烧制体在不活泼气体气氛中进行热压成型。
6.如权利要求5所述的红外线透过性透镜的制造方法,其特征在于:
将烧制体在氮气氛中进行热压成型。
7.如权利要求1~6中任一项所述的红外线透过性透镜的制造方法,其特征在于:
硫属玻璃含有S、Se和Te中的任意种。
8.如权利要求1~7中任一项所述的红外线透过性透镜的制造方法,其特征在于:
硫属玻璃以摩尔%计含有30~80%的S+Se+Te。
9.一种红外线透过性透镜,其特征在于:
其由硫属玻璃形成,表面的每单位面积中的直径2.5μm以上、100μm以下的凹部的个数为100个以下,所述单位面积为1mm×1mm。
10.一种红外线摄像机,其特征在于:
其是使用权利要求9所述的红外线透过性透镜而成的。
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