CN113302164A - 红外线透射玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于：提供一种热稳定的红外线透射玻璃。该红外线透射玻璃的特征在于：以摩尔％计，含有大于15％且为40％以下的Ge、大于0且为40％以下的Ga、40％以上且小于80％的Te、0～40％的Si+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Sb+Zn+Mn+Cs+Ag+As+Pb和0～40％的F+Cl+Br+I。

Description

红外线透射玻璃
技术领域
本发明涉及一种红外线传感器等所使用的红外线透射玻璃。
背景技术
车载夜视仪和安全系统等中设置有用于检测夜间的生物体的红外线传感器。红外线传感器是感知从生物体发出的波长约8～14μm的红外线的装置，在传感器部之前设置有透过该波长范围的红外线的滤光器或透镜等光学元件。
目前，作为上述的光学元件用材料，能够使用Ge和ZnSe。然而，这些材料为结晶体，因此有加工性差、难以加工成非球面透镜等复杂形状这样的问题。
因此，作为透过波长约8～14μm的红外线并且加工比较容易的玻璃质的材料，提出了硫属玻璃(例如专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：欧州专利第1642870号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1所记载的玻璃的玻璃化范围窄，并且热不稳定。
鉴于以上说明，本发明的目的在于：提供一种热稳定的红外线透射玻璃。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的发明人进行了精心研究，结果发现利用具有特性组成的玻璃能够解决上述技术问题。即，本发明的红外线透射玻璃的特征在于：以摩尔％计，含有大于15％且为40％以下的Ge、大于0且为40％以下的Ga、40％以上且小于80％的Te、0～40％的Si+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Sb+Zn+Mn+Cs+Ag+As+Pb和0～40％的F+Cl+Br+I。其中，在本说明书中，“○+○+···”是指所对应的各成分的含量的合计量。
本发明的光学元件的特征在于：使用上述的红外线透射玻璃。
本发明的红外线传感器的特征在于：使用上述的光学元件。
发明效果
利用本发明的红外线透射玻璃，能够提供一种热稳定的红外线透射玻璃。
具体实施方式
本发明的红外线透射玻璃的特征在于：以摩尔％计，含有大于15％且为40％以下的Ge、大于0且为40％以下的Ga、40％以上且小于80％的Te、0～40％的Si+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Sb+Zn+Mn+Cs+Ag+As+Pb和0～40％的F+Cl+Br+I。以下，对如此规定玻璃组成的理由进行说明。其中，在以下的各成分的含量的说明中，只要没有特别限定，“％”就是指“摩尔％”。
Ge是用于形成玻璃骨架的必须成分。Ge的含量大于15％且为40％以下，优选为18～30％，更优选为22～25％。Ge的含量过少时，不易玻璃化。另一方面，Ge的含量过多时，有Ge系结晶析出、红外线不易透过并且原料成本变高的倾向。
Ga是提高玻璃的热稳定性(玻璃化的稳定性)的必须成分。Ga的含量大约0且为40％以下，优选为1～30％，更优选为2～20％。Ga的含量过少时，不易玻璃化。另一方面，Ga的含量过多时，有Ga系结晶析出、红外线不易透过并且原料成本变高的倾向。
作为硫属元素的Te是形成玻璃骨架的必须成分。Te的含量为40％以上且小于80％，更优选为50～79％，特别优选为65～78％。Te的含量过少时，不易玻璃化。另一方面，Te的含量过多时，Te系结晶析出，红外线不易透过。
Si、Al、Ti、Cu、In、Sn、Bi、Cr、Sb、Zn、Mn、Cs、Ag、As、Pb是不降低红外线透射特性而提高玻璃的热稳定性的成分。Si+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Sb+Zn+Mn+Cs+Ag+As+Pb的含量为0～40％，优选为0.1～20％，特别优选为0.2～10％。Si+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Sb+Zn+Mn+Cs+Ag+As+Pb的含量过多时，不易玻璃化。其中，从毒性和环境负荷的观点考虑，优选实质上不含As、Pb。因此，实质上不含As和Pb时，Si+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Sb+Zn+Mn+Cs+Ag的含量优选为0～40％，更优选为0.1～20％，特别优选为0.2～10％。其中，在本说明书中，“实质上不含”是指在原料中不有意含有，并不排除杂质水平的混入。客观而言，优选各成分的含量小于0.1％。另外，Si、Al、Ti、Cu、In、Sn、Bi、Cr、Sb、Zn、Mn、Cs、Ag、As、Pb的各成分的含量分别优选为0～40％，更优选为0.1～20％，特别优选为0.2～10％。其中，就提高玻璃的热稳定性的效果特别大的方面而言，优选使用Ag和/或Sn。
F、Cl、Br、I也是提高玻璃的热稳定性的成分。F+Cl+Br+I的含量为0～40％，优选为0～20％，特别优选为0.1～10％。F+Cl+Br+I的含量过多时，不易玻璃化，并且耐候性容易下降。其中，F、Cl、Br、I的各成分的含量分别优选为0～40％，更优选为0～20％，特别优选为0.1～10％。其中，就能够使用元素原料并且提高玻璃的热稳定性的效果特别大的方面而言，优选使用I。
除了上述成分以外，本发明的红外线透射玻璃还可以含有下述的成分。
作为硫属元素的Se是扩大玻璃化范围并且提高玻璃的热稳定性的成分。其含量优选为0～40％，更优选为0.1～20％，特别优选为0.2～10％。但是，Se具有毒性，因此从降低对环境和人体的影响的观点考虑，优选为5％以下，更优选为3％以下，进一步优选为1％以下，特别优选实质上不含。
作为硫属元素的S是扩大玻璃化范围并且提高玻璃的热稳定性的成分。但是，S的含量过多时，红外线不易透过。因此，S的含量优选为0～40％、0～20％、0～10％、0～4％，特别优选实质上不含。
本发明的红外线透射玻璃优选实质上不含属于有毒物质的Cd和Tl。如此，能够将对环境方面的影响抑制至最小限度。
本发明的红外线透射玻璃优选不存在长径500μm以上的结块。即使在红外线透射玻璃中存在结块，其长度也小于500μm，优选为200μm以下、100μm以下、50μm以下，特别优选为10μm以下。如此，能够抑制红外线透射特性的下降。另外，因熔融中玻璃氧化而产生的Ga2O3容易成为结块，因此优选利用后述的方法抑制该结块的产生。其中，在本发明中，结块是存在于玻璃中的异物，表示由未熔解原料或结晶析出物形成的颗粒或颗粒的凝聚体。
本发明的红外线透射玻璃的厚度2mm时的红外吸收端波长优选为15μm以上，更优选为20μm以上，特别优选为21μm以上。其中，在本发明中，“红外吸收端波长”是指在波长8μm以上的红外区域内透光率为10％的波长。
本发明的红外线透射玻璃的在波长约8～14μm的平均红外线透射率优异。具体而言，在波长8～14μm的平均内部透射率优选为80％以上，特别优选为90％以上。内部透射率过低时，对红外线的敏感度差，红外线传感器可能无法充分发挥功能。
本发明的红外线透射玻璃例如可以按照如下方式进行制作。以上述的玻璃组成混合原料，得到原料批料。接着，将石英玻璃安瓿加热并真空排气后，加入原料批料，利用氧燃烧器对石英玻璃安瓿进行封管。其中，只要安瓿中不存在氧即可，也可以封入不活泼气体等。接着，将封管后的石英玻璃安瓿在熔融炉内以10～40℃/小时的速度升温至650～1000℃后，保持6～12小时。保持期间，根据需要将石英玻璃安瓿上下翻转，对熔融物进行搅拌。
接着，将石英玻璃安瓿从熔融炉中取出，急冷至室温，由此得到本发明的红外线透射玻璃。
将如此得到的红外线透射玻璃加工成规定形状(圆盘状、透镜状等)，由此能够制作光学元件。
以提高透射率为目的，可以在光学元件的一个面或两个面形成防反射膜。作为防反射膜的形成方法，可以列举真空蒸镀法、离子镀法、溅射法等。
另外，可以在红外线透射玻璃上形成防反射膜后，加工成规定形状。其中，由于在加工工序中容易发生防反射膜的剥离，因此只要没有特殊情况，优选在将红外线透射玻璃加工成规定形状后，形成防反射膜。
本发明的红外线透射玻璃由于红外线透射率优异，因此适合作为用于保护红外线传感器的传感器部的盖部件、用于使红外光聚光于红外线传感器部的透镜等光学元件。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行说明，但本发明并不限于这些实施例。
表1～3分别表示了本发明的实施例和比较例。
[表1]
Figure BDA0003160027450000051
[表2]
Figure BDA0003160027450000052
[表3]
Figure BDA0003160027450000061
按照如下方式制作实施例1～24、比较例25的试样。将石英玻璃安瓿加热并真空排气后，加入以表中所示的玻璃组成调配而成的原料批料。接着，利用氧燃烧器对石英玻璃安瓿进行封管。接着，将封管后的石英玻璃安瓿在熔融炉内以10～40℃/小时的速度升温至650～1000℃后，保持6～12小时。保持期间，将石英玻璃安瓿上下翻转，对熔融物进行搅拌。接着，将石英玻璃安瓿从熔融炉中取出，急冷至室温，由此得到试样。
对所得到的试样进行X射线衍射，根据其衍射谱确认是否玻璃化。在表中，玻璃化的情况标记为“○”，未玻璃化的情况标记为“×”。
另外，对于各试样，测定内部透射率。关于内部透射率，对于研磨成厚度2mm±0.1mm和10mm±0.1mm的各试样，测定包含表面反射损失的透射率，根据所得到的测定值算出在波长8～14μm的内部透射率，将其平均值为80％以上的情况标记为“○”，将80％以下的情况标记为“×”。
如表所示，确认了实施例1～24的试样已玻璃化。另外，在波长8～14μm的内部透射率高至80％以上，显示了良好的红外透射特性。
另一方面，比较例25的试样未玻璃化，无法测定在波长8～14μm的内部透射率。
产业上的可利用性
本发明的红外线透射玻璃适合作为用于保护红外线传感器的传感器部的盖部件、用于使红外光聚光于传感器部的透镜等光学元件。

Claims (3)

1.一种红外线透射玻璃，其特征在于：
以摩尔％计，含有大于15％且为40％以下的Ge、大于0且为40％以下的Ga、40％以上且小于80％的Te、0～40％的Si+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Sb+Zn+Mn+Cs+Ag+As+Pb和0～40％的F+Cl+Br+I。
2.一种光学元件，其特征在于：
使用权利要求1所述的红外线透射玻璃。
3.一种红外线传感器，其特征在于：
使用权利要求2所述的光学元件。
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