JP2023000285A - Infrared transmitting glass - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、赤外線透過ガラスに関する。 The present invention relates to infrared transmitting glass.
車載ナイトビジョンやセキュリティシステム等で用いる赤外線カメラの開発が進んでいる。赤外線カメラは、赤外線を透過するフィルターやレンズ等の光学素子を組み合わせて設計される。 Development of infrared cameras used for in-vehicle night vision and security systems is progressing. An infrared camera is designed by combining optical elements such as filters and lenses that transmit infrared rays.
上記光学素子には、ゲルマニウム(Ge)やカルコゲナイドガラス、シリコン(Si)等の材料がしばしば用いられる。しかし、Geは高価な材料であり、光学素子の低コスト化に不利である。また、一般にカルコゲナイドガラスやSiは赤外域における光透過率がGeよりも低く、赤外線カメラの性能向上に不利である。 Materials such as germanium (Ge), chalcogenide glass, and silicon (Si) are often used for the optical elements. However, Ge is an expensive material, which is disadvantageous in reducing the cost of optical elements. In addition, chalcogenide glass and Si generally have a lower light transmittance in the infrared region than Ge, which is disadvantageous for improving the performance of infrared cameras.
そこで、赤外域における光透過率に優れたカルコゲナイドガラスが提案されている(特許文献1)。 Therefore, a chalcogenide glass having excellent light transmittance in the infrared region has been proposed (Patent Document 1).
ところで、カルコゲナイドガラスに酸素が混入すると、ガラスの構成元素と酸素とが結合して酸化不純物が生じ、赤外吸収が生じることがある。当該赤外吸収は光学素子の光学特性を著しく低下させる恐れがある。 By the way, when oxygen is mixed into the chalcogenide glass, the constituent elements of the glass are combined with the oxygen to generate oxidative impurities, which may cause infrared absorption. The infrared absorption may significantly degrade the optical properties of the optical element.
酸化不純物に起因する赤外吸収を抑制する方法として、例えば、特許文献2にはカルコゲナイドガラスにTiを添加する方法が開示されている。しかしながら、Tiでは赤外吸収を十分に抑制しにくい酸化不純物も存在するため、赤外吸収を抑制する他の手段が求められていた。 As a method of suppressing infrared absorption caused by oxide impurities, for example, Patent Document 2 discloses a method of adding Ti to chalcogenide glass. However, since there are oxide impurities that are difficult to sufficiently suppress infrared absorption in Ti, other means for suppressing infrared absorption have been sought.
以上に鑑み、本発明は赤外域における優れた光透過特性を有する赤外線透過ガラスを提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an infrared transmitting glass having excellent light transmitting properties in the infrared region.
本発明の赤外線透過ガラスは、モル%で、S+Se+Te 20%~90%、Ge 0%超~40%、Al+Si 0%超~50%、Mg+Ca 0.01%~20%を含有することを特徴とする。 The infrared transmitting glass of the present invention is characterized by containing, in mol%, S + Se + Te 20% to 90%, Ge over 0% to 40%, Al + Si over 0% to 50%, and Mg + Ca 0.01% to 20%. do.
本発明の赤外線透過ガラスは、モル%で、Al 0%超~50%を含有することが好ましい。 The infrared transmitting glass of the present invention preferably contains more than 0% to 50% Al in mol %.
本発明の赤外線透過ガラスは、モル%で、Te 0%超~90%を含有することが好ましい。 The infrared transmitting glass of the present invention preferably contains more than 0% to 90% Te in mol %.
本発明の赤外線透過ガラスは、モル%で、Zn+Ga+In+Sn+Sb+Bi 0%~40%、Cu+Ag 0%~40%、F+Cl+Br+I 0%~40%、B+C+Cr+Mn+Ti+Fe 0%~40%を含有することが好ましい。 The infrared transmitting glass of the present invention preferably contains Zn+Ga+In+Sn+Sb+Bi 0% to 40%, Cu+Ag 0% to 40%, F+Cl+Br+I 0% to 40%, and B+C+Cr+Mn+Ti+Fe 0% to 40% in terms of mol %.
本発明の赤外線透過ガラスは、Asの含有量が30%以下であることが好ましい。 The infrared transmitting glass of the present invention preferably has an As content of 30% or less.
本発明の赤外線透過ガラスは、13族元素の含有量とS+Se+Teの含有量の比(B+Al+Ga+In)/(S+Se+Te)が0.7以下であることが好ましい。 In the infrared transmitting glass of the present invention, the ratio (B+Al+Ga+In)/(S+Se+Te) of the content of Group 13 elements to the content of S+Se+Te is preferably 0.7 or less.
本発明の赤外線透過ガラスは、14族元素の含有量と、S+Se+Teの含有量の比(C+Si+Ge+Sn)/(S+Se+Te)が0.7以下であることが好ましい。 In the infrared transmitting glass of the present invention, it is preferable that the ratio (C+Si+Ge+Sn)/(S+Se+Te) of the content of Group 14 elements and the content of S+Se+Te is 0.7 or less.
本発明の光学素子は、上述した赤外線透過ガラスを用いたことを特徴とする。 An optical element of the present invention is characterized by using the above-described infrared transmitting glass.
本発明の赤外線センサは、上述した光学素子を用いたことを特徴とする。 An infrared sensor of the present invention is characterized by using the optical element described above.
本発明の赤外線カメラは、上述した光学素子を用いたことを特徴とする。 An infrared camera of the present invention is characterized by using the optical element described above.
本発明によれば、赤外域における優れた光透過特性を有する赤外線透過ガラスを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the infrared transmission glass which has the outstanding light transmission characteristic in an infrared region can be provided.
本発明の赤外線透過ガラスは、 モル%で、S+Se+Te 20%~90%、Ge 0%超~40%、Al+Si 0%超~50%、Mg+Ca 0.01%~20%を含有することを特徴とする。このようにガラス組成を規定した理由及び各成分の含有量について以下で説明する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り「%」は「モル%」を意味する。 The infrared transmitting glass of the present invention is characterized by containing, in mol%, S + Se + Te 20% to 90%, Ge over 0% to 40%, Al + Si over 0% to 50%, and Mg + Ca 0.01% to 20%. do. The reason for specifying the glass composition in this way and the content of each component will be described below. In the following description, "%" means "mol %" unless otherwise specified.
S、Se及びTeはガラス骨格を形成する成分である。S+Se+Teの含有量(S、Se及びTeの合量)は、20%~90%であり、30%~89%、40%~89%、50%~85%、50%~80%、特に50%~75%であることが好ましい。S+Se+Teの含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなる。S+Se+Teの含有量が多すぎると、S系、Se系またはTe系の結晶が析出して、光透過率が低下しやすくなる。なお、各成分の含有量の好ましい範囲は以下の通りである。 S, Se and Te are components that form a glass skeleton. The content of S + Se + Te (total amount of S, Se and Te) is 20% to 90%, 30% to 89%, 40% to 89%, 50% to 85%, 50% to 80%, especially 50 % to 75%. If the content of S+Se+Te is too small, it becomes difficult to vitrify. If the content of S+Se+Te is too high, S-, Se-, or Te-based crystals are precipitated, and light transmittance tends to decrease. In addition, the preferable range of content of each component is as follows.
Sの含有量は、0%~90%、10%~90%、20%~89%、30%~89%、40%~88%、50%~88%、50%~80%、特に50%~75%であることが好ましい。ただし、Sは波長10μm以上における光透過率を低下させやすい成分である。そのため、赤外域における光透過率を向上させるという観点からは、Sの含有量は30%以下、20%以下、10%以下、特に5%以下であることが好ましい。 The content of S is 0% to 90%, 10% to 90%, 20% to 89%, 30% to 89%, 40% to 88%, 50% to 88%, 50% to 80%, especially 50 % to 75%. However, S is a component that tends to reduce the light transmittance at wavelengths of 10 μm or more. Therefore, from the viewpoint of improving the light transmittance in the infrared region, the S content is preferably 30% or less, 20% or less, 10% or less, and particularly 5% or less.
Seの含有量は、0%~90%、10%~90%、20%~89%、30%~89%、40%~88%、50%~88%、50%~80%、特に50%~75%であることが好ましい。ただし、Seは毒性成分である。そのため、環境への負荷を低減するという観点からは、Seの含有量は40%以下、30%以下、20%以下、10%以下、特に実質的に含有しないことが好ましい。本明細書において、「実質的に含有しない」とは、意図的に原料中に含有させないという意味であり、不純物レベルの混入を排除するものではない。客観的には、各成分の含有量が0.1%未満を指す。 The content of Se is 0% to 90%, 10% to 90%, 20% to 89%, 30% to 89%, 40% to 88%, 50% to 88%, 50% to 80%, especially 50 % to 75%. However, Se is a toxic component. Therefore, from the viewpoint of reducing the burden on the environment, the Se content is preferably 40% or less, 30% or less, 20% or less, or 10% or less, and in particular substantially no Se. As used herein, "substantially free" means intentionally not contained in raw materials, and does not exclude contamination at an impurity level. Objectively, the content of each component is less than 0.1%.
Teの含有量は、0%~90%、0%超~90%、10%~90%、20%~89%、30%~89%、40%~88%、50%~88%、50%~80%、特に50%~75%であることが好ましい。Teの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。また、Te系結晶が析出して光透過率が低下しやすくなる。 Te content is 0% to 90%, more than 0% to 90%, 10% to 90%, 20% to 89%, 30% to 89%, 40% to 88%, 50% to 88%, 50% % to 80%, especially 50% to 75%. If the Te content is too high, it becomes difficult to vitrify. In addition, Te-based crystals are likely to precipitate and the light transmittance tends to decrease.
なお、S、Se及びTeのうち、少なくとも一種の成分を含有していればよいが、波長8μm~14μmにおける光透過率への影響を小さくしやすいという点では、Teを含有していることが特に好ましい。 At least one of S, Se, and Te may be contained, but Te is preferably contained in terms of easily reducing the effect on light transmittance at a wavelength of 8 μm to 14 μm. Especially preferred.
Geはガラス骨格を形成する成分である。Geの含有量は、0%超~40%であり、0.1%~39%、1%~30%、2%~25%、3%~20%、特に4%~20%であることが好ましい。Geの含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなる。Geの含有量が多すぎると、Ge系の結晶が析出して、光透過率が低下しやすくなる。また、原料コストが高くなりやすくなる。 Ge is a component that forms a glass skeleton. The content of Ge is more than 0% to 40%, 0.1% to 39%, 1% to 30%, 2% to 25%, 3% to 20%, especially 4% to 20% is preferred. If the Ge content is too low, it becomes difficult to vitrify. If the Ge content is too high, Ge-based crystals are precipitated and the light transmittance tends to decrease. In addition, raw material costs tend to increase.
Al及びSiはガラス骨格を形成する成分である。また、ガラスのアッベ数を低下させやすい成分でもある。Al+Siの含有量(Al及びSiの合量)は、0%超~50%であり、0.1%~50%、3%~45%、5%~35%、特に8%~25%であることが好ましい。Al+Siが少なすぎると、ガラス化しにくくなる。Al+Siが多すぎると、Al系またはSi系結晶が析出し、光透過率が低下しやすくなる。なお、各成分の含有量の好ましい範囲は以下の通りである。 Al and Si are components that form a glass skeleton. It is also a component that tends to lower the Abbe number of the glass. The content of Al+Si (total amount of Al and Si) is more than 0% to 50%, 0.1% to 50%, 3% to 45%, 5% to 35%, especially 8% to 25%. Preferably. If Al+Si is too small, it becomes difficult to vitrify. If Al+Si is too much, Al-based or Si-based crystals are precipitated, and light transmittance tends to decrease. In addition, the preferable range of content of each component is as follows.
Alの含有量は、0%~50%、0%超~50%、0.1%~40%、3%~40%、特に3%~30%であることが好ましい。 The Al content is preferably 0% to 50%, more than 0% to 50%, 0.1% to 40%, 3% to 40%, especially 3% to 30%.
Siの含有量は、0%~50%、0%超~50%、0.1%~40%、3%~40%、特に3%~30%であることが好ましい。 The Si content is preferably 0% to 50%, more than 0% to 50%, 0.1% to 40%, 3% to 40%, especially 3% to 30%.
なお、Al及びSiの酸化不純物は、いずれも赤外域に光吸収を有する。具体的に述べると、Si酸化不純物(Si-O)は波長約9μm前後の光を吸収する。また、Al不純物(Al-O)は波長約16μm前後の光を吸収する。そのため、これらの酸化不純物が存在すると、赤外域における光透過率へ影響が生じる。例えば、Si酸化不純物は赤外線センサ等に用いられることが多い波長域(例えば、波長8μm~14μm)における光透過率への影響が大きくなりやすい。また、AlはSiよりも酸化されやすい。そのため、Al酸化不純物は生じやすく、かつ除去が難しい。なお、SiとAlを同時にガラスに導入した場合は、熱力学の観点から、AlがSiより優先的に酸化されやすい。これらの酸化不純物による赤外吸収は、後述するMg及びCaの導入により抑制することができる。 Both Al and Si oxidation impurities have light absorption in the infrared region. Specifically, Si oxide impurities (Si—O) absorb light with a wavelength of about 9 μm. Al impurities (Al—O) absorb light with a wavelength of about 16 μm. Therefore, the presence of these oxide impurities affects the light transmittance in the infrared region. For example, Si oxide impurities tend to have a large effect on light transmittance in the wavelength range (for example, wavelengths of 8 μm to 14 μm) often used in infrared sensors and the like. Also, Al is more easily oxidized than Si. Therefore, Al oxidation impurities are likely to occur and are difficult to remove. Note that when Si and Al are introduced into the glass at the same time, Al tends to be oxidized preferentially over Si from the viewpoint of thermodynamics. Infrared absorption by these oxide impurities can be suppressed by introducing Mg and Ca, which will be described later.
Mg及びCaは、酸化不純物に起因する赤外吸収を抑制する効果が大きい成分である。詳述すると、Mg及びCaは上述した構成成分(Al、Si、Ge、S、Se及びTe)より優先的に酸化されやすいため、これらの酸化不純物に起因する赤外吸収を抑制しやすくなる。その一方で、Mg酸化不純物及びCa酸化不純物は、上述した赤外波長域における吸収がない。よってMgやCaを添加することにより、上記波長域における光透過率への影響を低減しやすい。Mg+Caの含有量(Mg及びCaの合量)は、0.01%~20%であり、0.01%~15%、0.01%~10%、0.01%~8%、0.01%~5%、0.05%~5%、0.1%~5%、特に0.3%~5%であることが好ましい。Mg+Caが少なすぎると、赤外吸収を十分に抑制できない恐れがある。Mg+Caが多すぎると、Mg系またはCa系結晶が析出し、光透過率が低下しやすくなる。 Mg and Ca are components that are highly effective in suppressing infrared absorption caused by oxidation impurities. More specifically, since Mg and Ca are preferentially oxidized over the above-described constituents (Al, Si, Ge, S, Se and Te), infrared absorption caused by these oxide impurities can be easily suppressed. On the other hand, Mg oxidation impurity and Ca oxidation impurity have no absorption in the above-mentioned infrared wavelength region. Therefore, by adding Mg or Ca, it is easy to reduce the influence on the light transmittance in the above wavelength range. The content of Mg+Ca (total amount of Mg and Ca) is 0.01% to 20%, 0.01% to 15%, 0.01% to 10%, 0.01% to 8%, 0.01% to 10%. 01% to 5%, 0.05% to 5%, 0.1% to 5%, especially 0.3% to 5%. If the content of Mg+Ca is too small, there is a possibility that infrared absorption cannot be sufficiently suppressed. If the content of Mg+Ca is too large, Mg-based or Ca-based crystals are precipitated, and light transmittance tends to decrease.
なお、熱力学の観点では、酸素と反応しやすく、赤外吸収の抑制効果が特に大きいことから、MgよりCaを用いることが好ましい。 From the viewpoint of thermodynamics, it is preferable to use Ca rather than Mg because it easily reacts with oxygen and has a particularly large effect of suppressing infrared absorption.
本発明の赤外線透過ガラスは、上記成分以外に、以下の任意成分を含有してもよい。 The infrared transmitting glass of the present invention may contain the following optional components in addition to the above components.
Zn、Ga、In、Sn、Sb、Biは、ガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高めやすい成分である。Zn+Ga+In+Sn+Sb+Biの含有量(Zn、Ga、In、Sn、Sb及びBiの合量)は、0%~40%、0%超~40%、0.1%~40%、0.1%~30%、0.1%~20%、0.1%~10%、特に0.1%~5%であることが好ましい。Zn+Ga+In+Sn+Sb+Biの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。なお、Zn、Ga、In、Sn、Sb、Biの各成分の含有量は、0%~40%、0%~40%、0%~40%、0%~30%、0%~20%、0%~10%、0%~5%、特に0.1%~5%であることが好ましい。 Zn, Ga, In, Sn, Sb, and Bi are components that widen the vitrification range and tend to improve the thermal stability of the glass. The content of Zn + Ga + In + Sn + Sb + Bi (the total amount of Zn, Ga, In, Sn, Sb and Bi) is 0% to 40%, more than 0% to 40%, 0.1% to 40%, 0.1% to 30% , 0.1% to 20%, 0.1% to 10%, especially 0.1% to 5%. If the content of Zn+Ga+In+Sn+Sb+Bi is too high, vitrification becomes difficult. The content of each component of Zn, Ga, In, Sn, Sb, and Bi is 0% to 40%, 0% to 40%, 0% to 40%, 0% to 30%, 0% to 20%. , 0% to 10%, 0% to 5%, especially 0.1% to 5%.
Cu及びAgは、ガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高めやすい成分である。Cu+Agの含有量(Cu及びAgの合量)は、0%~40%、0%超~40%、0.1%~40%、0.1%~30%、0.1%~20%、特に0.1%~10%であることが好ましい。Cu+Agの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。なお、Cu及びAgの各成分の含有量は、0%~40%、0%~40%、0%~40%、0%~30%、0%~20%、0%~10%、特に0.1%~10%であることが好ましい。 Cu and Ag are components that tend to widen the vitrification range and improve the thermal stability of the glass. The content of Cu + Ag (total amount of Cu and Ag) is 0% to 40%, more than 0% to 40%, 0.1% to 40%, 0.1% to 30%, 0.1% to 20% , particularly preferably 0.1% to 10%. If the content of Cu+Ag is too high, it becomes difficult to vitrify. The content of each component of Cu and Ag is 0% to 40%, 0% to 40%, 0% to 40%, 0% to 30%, 0% to 20%, 0% to 10%, especially It is preferably 0.1% to 10%.
F、Cl、Br及びIは、ガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高めやすい成分である。F+Cl+Br+Iの含有量(F、Cl、Br及びIの合量)は、0%~40%、0%~30%、0%~20%、特に0%~10%であることが好ましい。F+Cl+Br+Iの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。また、耐候性が低下しやすくなる。なお、F、Cl、Br及びIの各成分の含有量は、0%~40%、0%~30%、0%~20%、特に0%~10%であることが好ましい。 F, Cl, Br and I are components that tend to widen the vitrification range and improve the thermal stability of the glass. The content of F+Cl+Br+I (total amount of F, Cl, Br and I) is preferably 0% to 40%, 0% to 30%, 0% to 20%, particularly 0% to 10%. If the content of F+Cl+Br+I is too high, vitrification becomes difficult. Moreover, the weather resistance tends to decrease. The content of each component of F, Cl, Br and I is preferably 0% to 40%, 0% to 30%, 0% to 20%, particularly 0% to 10%.
上記成分以外に、B、C、Cr、Mn、Ti、Fe等を含有してもよい。B+C+Cr+Mn+Ti+Feの含有量(B、C、Cr、Mn、Ti及びFeの合量)は、0%~40%、0%~30%、0%~20%、0%~10%、0%~5%、0%~1%、特に0%~1%未満であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、所望の光学特性が得づらくなる恐れがある。なお、B、C、Cr、Mn、Ti、Feの各成分の含有量は、0%~10%、0%~5%、0%~1%、特に0%~1%未満であることが好ましい。 In addition to the above components, B, C, Cr, Mn, Ti, Fe, etc. may be contained. The content of B + C + Cr + Mn + Ti + Fe (total amount of B, C, Cr, Mn, Ti and Fe) is 0% to 40%, 0% to 30%, 0% to 20%, 0% to 10%, 0% to 5 %, 0% to 1%, especially 0% to less than 1%. If the content of these components is too high, it may become difficult to obtain the desired optical properties. The content of each component of B, C, Cr, Mn, Ti, and Fe is 0% to 10%, 0% to 5%, 0% to 1%, particularly 0% to less than 1%. preferable.
上述した任意成分の合量Zn+Ga+In+Sn+Sb+Bi+Cu+Ag+F+Cl+Br+I+B+C+Cr+Mn+Ti+Feの含有量は、0%~40%、0%~30%、0%~20%、0%~10%、特に0.1%~5%が好ましい。なお本発明において、「Zn+Ga+In+Sn+Sb+Bi+Cu+Ag+F+Cl+Br+I+B+C+Cr+Mn+Ti+Fe X%~Y%」は、例えば「Fe=0%、Ga+In+Sn+Sb+Bi+Cu+Ag+F+Cl+Br+I+B+C+Cr+Mn+Ti+Fe X%~Y%」や「Fe=0%、Ti=0%、In+Sn+Sb+Bi+Cu+Ag+F+Cl+Br+I+B+C+Cr+Mn+Ti+Fe X%~Y%」の場合を含む。 The content of the above-described optional components Zn+Ga+In+Sn+Sb+Bi+Cu+Ag+F+Cl+Br+I+B+C+Cr+Mn+Ti+Fe is preferably 0% to 40%, 0% to 30%, 0% to 20%, 0% to 10%, and particularly preferably 0.1% to 5%.なお本発明において、「Zn+Ga+In+Sn+Sb+Bi+Cu+Ag+F+Cl+Br+I+B+C+Cr+Mn+Ti+Fe X%~Y%」は、例えば「Fe=0%、Ga+In+Sn+Sb+Bi+Cu+Ag+F+Cl+Br+I+B+C+Cr+Mn+Ti+Fe X%~Y%」や「Fe=0%、Ti=0%、In+Sn+Sb+Bi+Cu+Ag+F+Cl+Br+I+B+C+Cr+Mn+Ti+Fe X%~Y%」の場合including.
Asは、ガラスの熱的安定性を高める成分である。ただし、Asは毒性成分であるため、環境への負荷を低減するという観点からは、Asの含有量は30%以下、25%以下、20%以下、10%以下、5%以下、特に実質的に含有しないことが好ましい。 As is a component that enhances the thermal stability of glass. However, since As is a toxic component, from the viewpoint of reducing the burden on the environment, the content of As is 30% or less, 25% or less, 20% or less, 10% or less, 5% or less, especially substantially It is preferable not to contain in
Cd、Tl及びPbは実質的に含有しないことが好ましい。このようにすれば、環境面への影響を最小限に抑えることができる。 It is preferable not to contain Cd, Tl and Pb substantially. In this way, environmental impact can be minimized.
13族元素(B、Al、Ga、In)の含有量の合量(モル%)と、カルコゲン元素(S、Se、Te)の含有量の合量(モル%)の比(B+Al+Ga+In)/(S+Se+Te)は、0.7以下、0.6以下、0.5以下、0.4以下、0.3以下、特に0.2以下であることが好ましい。下限は、例えば0.01以上であることが好ましい。13族元素とカルコゲン元素の含有量の比が上記を満たすことにより、ガラス化しやすくなる。 Ratio of the total content (mol%) of the Group 13 elements (B, Al, Ga, In) to the total content (mol%) of the chalcogen elements (S, Se, Te) (B + Al + Ga + In) / ( S+Se+Te) is preferably 0.7 or less, 0.6 or less, 0.5 or less, 0.4 or less, 0.3 or less, particularly 0.2 or less. The lower limit is preferably 0.01 or more, for example. When the content ratio of the group 13 element and the chalcogen element satisfies the above, vitrification is facilitated.
14族元素(C、Si、Ge、Sn)の含有量と、カルコゲン元素(S、Se、Te)の含有量の比(C+Si+Ge+Sn)/(S+Se+Te)は、0.7以下、0.6以下、0.5以下、特に0.4以下であることが好ましい。下限は、例えば0.01以上であることが好ましい。14族元素とカルコゲン元素の含有量の比が上記を満たすことにより、ガラス化しやすくなる。 The ratio (C+Si+Ge+Sn)/(S+Se+Te) of the content of Group 14 elements (C, Si, Ge, Sn) and the content of chalcogen elements (S, Se, Te) is 0.7 or less, 0.6 or less, It is preferably 0.5 or less, particularly 0.4 or less. The lower limit is preferably 0.01 or more, for example. When the content ratio of the group 14 element and the chalcogen element satisfies the above, vitrification is facilitated.
本発明の赤外線透過ガラスは、赤外吸収端波長が15μm以上、16μm以上、特に17μm以上であることが好ましい。赤外吸収端波長が大きいほど、より長波長側の赤外線を透過することができる。ここで、赤外吸収端波長とは、波長1μm以上の赤外域において、厚み2mmで光透過率が10%となる、最も長波長側の波長を意味する。 The infrared transmitting glass of the present invention preferably has an infrared absorption edge wavelength of 15 μm or more, 16 μm or more, particularly 17 μm or more. The larger the infrared absorption edge wavelength, the more infrared rays on the longer wavelength side can be transmitted. Here, the infrared absorption edge wavelength means the wavelength on the longest wavelength side at which the light transmittance is 10% with a thickness of 2 mm in the infrared region with a wavelength of 1 μm or longer.
本発明の赤外線透過ガラスは、例えば、以下のように作製することができる。はじめに、所望の組成となるように原料を調合する。次に、加熱しながら真空排気を行った石英ガラスアンプルに調合した原料を入れ、真空排気を行いながら酸素バーナーで封管する。次に、封管された石英ガラスアンプルを650℃~1000℃程度で6時間~12時間保持する。その後、室温まで急冷することにより、赤外線透過ガラスを得ることができる。 The infrared transmitting glass of the present invention can be produced, for example, as follows. First, raw materials are blended so as to have a desired composition. Next, the prepared raw materials are put into a quartz glass ampoule which has been evacuated while being heated, and the tube is sealed with an oxygen burner while being evacuated. Next, the sealed quartz glass ampoule is held at about 650° C. to 1000° C. for 6 hours to 12 hours. After that, by rapidly cooling to room temperature, an infrared transmitting glass can be obtained.
原料には、元素原料(Ge、Ga、Si、Te、Ag、I等)を用いてもよく、化合物原料(GeTe4、Ga2Te3、AgI等)を用いても良い。また、これらを併用してもよい。 As raw materials, element raw materials (Ge, Ga, Si, Te, Ag, I, etc.) may be used, and compound raw materials (GeTe 4 , Ga 2 Te 3 , AgI, etc.) may be used. Moreover, you may use these together.
得られた赤外線透過ガラスを所定形状(円盤状、レンズ状等)に加工することにより、光学素子を作製することができる。 An optical element can be produced by processing the obtained infrared transmitting glass into a predetermined shape (disk shape, lens shape, etc.).
透過率の向上を目的として、光学素子の片面又は両面に、反射防止膜を形成させても構わない。反射防止膜の形成方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等が挙げられる。 For the purpose of improving transmittance, an antireflection film may be formed on one side or both sides of the optical element. Methods for forming the antireflection film include a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, and the like.
赤外線透過ガラスに反射防止膜を形成した後、所定形状に加工してもよい。ただし、加工工程において反射防止膜の剥離が生じやすくなるため、特段の事情がない限り、赤外線透過ガラスを所定形状に加工した後に、反射防止膜を形成することが好ましい。 After forming an antireflection film on the infrared transmitting glass, the glass may be processed into a predetermined shape. However, since the antireflection film tends to peel off during the processing step, it is preferable to form the antireflection film after processing the infrared transmitting glass into a predetermined shape unless there are special circumstances.
このように、本発明の赤外線透過ガラスは、モル%で、S+Se+Te 20%~90%、Ge 0%超~40%、Al+Si 0%超~50%、Mg+Ca 0.01%~20%を含有する構成を有する。当該構成を有する赤外線透過ガラスは、酸化不純物による赤外吸収を抑制しやすく、赤外域において優れた光透過特性を示しやすい。 Thus, the infrared transmitting glass of the present invention contains 20% to 90% S + Se + Te, more than 0% to 40% Ge, more than 0% to 50% Al + Si, and 0.01% to 20% Mg + Ca. have a configuration. The infrared-transmitting glass having such a structure tends to suppress infrared absorption due to oxidation impurities, and tends to exhibit excellent light-transmitting properties in the infrared region.
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
表1~4は本発明の実施例1~26及び比較例27、28を示している。 Tables 1-4 show Examples 1-26 and Comparative Examples 27 and 28 of the present invention.
実施例、比較例の試料は以下のように作製した。はじめに、石英ガラスアンプルを加熱しながら真空排気した後、表1~4に示すガラス組成となるよう原料を調合し、石英ガラスアンプルに入れた。次に、石英ガラスアンプルを酸素バーナーで封管した。次に、封管された石英ガラスアンプルを溶融炉に入れ、10℃~40℃/時間の速度で650℃~1000℃まで昇温後、6時間~12時間保持した。保持時間中、石英ガラスアンプルの上下を反転し、溶融物を攪拌した。最後に、石英ガラスアンプルを溶融炉から取り出し、室温まで急冷することにより試料を得た。得られた試料について赤外域における光透過率を測定し、赤外吸収の有無を調べた。 Samples of Examples and Comparative Examples were prepared as follows. First, after heating and evacuating a quartz glass ampoule, raw materials were mixed so as to have the glass compositions shown in Tables 1 to 4, and charged into the quartz glass ampoule. Next, the quartz glass ampoule was sealed with an oxygen burner. Next, the sealed quartz glass ampoule was placed in a melting furnace, heated to 650° C. to 1000° C. at a rate of 10° C. to 40° C./hour, and held for 6 to 12 hours. During the holding time, the quartz glass ampoule was turned upside down to stir the melt. Finally, the quartz glass ampoule was removed from the melting furnace and rapidly cooled to room temperature to obtain a sample. The obtained sample was measured for light transmittance in the infrared region to examine the presence or absence of infrared absorption.
厚み2mmtの試料を用いて、波長8μm~14μmの赤外域における光透過率を測定した。得られた透過率スペクトルにおいて、波長10μmにおける光透過率から透過率が10%以上低下する波長域が酸化吸収であると判断し、表1~4の該当箇所に「あり」と記載した。上記波長域が13μm~14μmであればGeの酸化吸収、14μm~18μmであればAlの酸化吸収であると判断した。吸収が見られない場合は「なし」と記載した。 A sample with a thickness of 2 mmt was used to measure the light transmittance in the infrared region with a wavelength of 8 μm to 14 μm. In the obtained transmittance spectrum, the wavelength region in which the transmittance decreased by 10% or more from the light transmittance at a wavelength of 10 μm was judged to be oxidation absorption, and was described as "present" in Tables 1 to 4. It was determined that oxidation absorption of Ge occurred when the wavelength range was 13 μm to 14 μm, and oxidation absorption of Al occurred when the wavelength range was 14 μm to 18 μm. When absorption was not observed, it was described as "none".
表1~4から明らかなように、Mg又はCaを添加することで、Ge、Alと酸素の結合に起因する赤外吸収を抑制することができる。 As is clear from Tables 1 to 4, the addition of Mg or Ca can suppress the infrared absorption caused by the bonding of Ge, Al and oxygen.
本発明の赤外線透過ガラスは、赤外線センサや赤外線カメラ等に用いられるフィルターやレンズ等の光学素子に好適に用いることができる。 The infrared transmitting glass of the present invention can be suitably used for optical elements such as filters and lenses used in infrared sensors, infrared cameras, and the like.
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