JP6788816B2 - Infrared transmissive glass - Google Patents

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本発明は、赤外線センサー等に使用される赤外線透過ガラスに関する。 The present invention relates to infrared transmissive glass used for infrared sensors and the like.

車載ナイトビジョンやセキュリティシステム等には、夜間の生体検知に用いられる赤外線センサーを備えている。赤外線センサーは、生体から発せられる波長約8〜14μmの赤外線を感知するため、センサー部の前には当該波長範囲の赤外線を透過するフィルターやレンズ等の光学素子が設けられる。 In-vehicle night vision and security systems are equipped with infrared sensors used for biological detection at night. Since the infrared sensor senses infrared rays having a wavelength of about 8 to 14 μm emitted from a living body, an optical element such as a filter or a lens that transmits infrared rays in the wavelength range is provided in front of the sensor unit.

上記のような光学素子用の材料として、GeやZnSeが挙げられる。これらは結晶体であるため加工性に劣り、非球面レンズ等の複雑な形状に加工することが困難である。そのため量産しにくく、また赤外線センサーの小型化も困難であるという問題がある。 Examples of the material for the optical element as described above include Ge and ZnSe. Since these are crystals, they are inferior in processability, and it is difficult to process them into a complicated shape such as an aspherical lens. Therefore, there is a problem that it is difficult to mass-produce and it is also difficult to miniaturize the infrared sensor.

そこで、波長約8〜14μmの赤外線を透過し、加工が比較的容易なガラス質の材料として、カルコゲナイドガラスが提案されている(例えば特許文献1参照)。 Therefore, chalcogenide glass has been proposed as a vitreous material that transmits infrared rays having a wavelength of about 8 to 14 μm and is relatively easy to process (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−161374号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-161374

特許文献1に記載のガラスは、波長10μm以上で赤外線透過率が顕著に低下しているため、特に生体から発せられる赤外線に対する感度に劣り、赤外線センサーが十分に機能しないおそれがある。 Since the glass described in Patent Document 1 has a significantly reduced infrared transmittance at a wavelength of 10 μm or more, it is particularly inferior in sensitivity to infrared rays emitted from a living body, and the infrared sensor may not function sufficiently.

以上に鑑み、本発明は、赤外線透過率に優れ、赤外線センサー用途に好適なガラスを提供することを目的とする。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide a glass having excellent infrared transmittance and suitable for infrared sensor applications.

本発明者らが鋭意検討した結果、特定組成を有するカルコゲナイドガラスにより、前記課題を解決できることを見出した。 As a result of diligent studies by the present inventors, it has been found that the chalcogenide glass having a specific composition can solve the above-mentioned problems.

即ち、本発明の赤外線透過ガラスは、モル%で、Ge 0〜50%(ただし0%を含まない)、Te 4〜80%、Sn+Ag+Cu+Bi+Sb 0〜50%(ただし0%を含まない)、及びF+Cl+Br+I 0〜50%を含有することを特徴とする。なお、本明細書において、「○+○+・・・」は該当する各成分の含有量の合量を意味する。 That is, the infrared transmissive glass of the present invention has Ge 0 to 50% (but does not contain 0%), Te 4 to 80%, Sn + Ag + Cu + Bi + Sb 0 to 50% (but does not contain 0%), and F + Cl + Br + I in mol%. It is characterized by containing 0 to 50%. In this specification, "○ + ○ + ..." Means the total amount of the contents of each corresponding component.

本発明の赤外線透過ガラスは、Cd、Tl及びPbを実質的に含有しないことが好ましい。 The infrared transmissive glass of the present invention preferably contains substantially no Cd, Tl and Pb.

本発明の赤外線透過ガラスは、厚み2mmでの波長8〜22μmにおける30%光透過波長が20μm以上であることが好ましい。 The infrared transmissive glass of the present invention preferably has a 30% light transmissive wavelength of 20 μm or more at a wavelength of 8 to 22 μm at a thickness of 2 mm.

本発明の光学素子は、上記の赤外線透過ガラスを用いたことを特徴とする。 The optical element of the present invention is characterized by using the above-mentioned infrared transmissive glass.

本発明の赤外線センサーは、上記の光学素子を用いたことを特徴とする。 The infrared sensor of the present invention is characterized by using the above optical element.

本発明によれば、赤外線透過率に優れ、赤外線センサー用途に好適なガラスを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a glass having excellent infrared transmittance and suitable for infrared sensor applications.

実施例1で作製した赤外線透過ガラスの光透過率曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the light transmittance curve of the infrared transmittance glass produced in Example 1. FIG.

本発明の赤外線透過ガラスは、モル%で、Ge 0〜50%(ただし0%を含まない)、Te 4〜80%、Sn+Ag+Cu+Bi+Sb 0〜50%(ただし0%を含まない)、及びF+Cl+Br+I 0〜50%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を以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量の説明において、特に断りのない限り、「%」は「モル%」を意味する。 The infrared transmissive glass of the present invention is Mol%, Ge 0 to 50% (but not including 0%), Te 4 to 80%, Sn + Ag + Cu + Bi + Sb 0 to 50% (but not including 0%), and F + Cl + Br + I 0 to 0. It is characterized by containing 50%. The reason for defining the glass composition in this way will be described below. In the following description of the content of each component, "%" means "mol%" unless otherwise specified.

Geはガラス骨格を形成するための必須成分である。Geの含有量は0〜50%(ただし0%を含まない)であり、1〜40%であることが好ましく、2〜30%であることがより好ましく、5〜25%であることがさらに好ましい。Geの含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなる。一方、Geの含有量が多すぎると、Ge系結晶が析出しやすくなるとともに、原料コストが高くなる傾向がある。 Ge is an essential component for forming a glass skeleton. The content of Ge is 0 to 50% (but not including 0%), preferably 1 to 40%, more preferably 2 to 30%, and further preferably 5 to 25%. preferable. If the content of Ge is too small, it becomes difficult to vitrify. On the other hand, if the content of Ge is too large, Ge-based crystals tend to precipitate and the raw material cost tends to increase.

カルコゲン元素であるTeはガラス骨格を形成する必須成分である。Teの含有量は4〜80%であり、10〜75%であることが好ましく、20〜70%であることがより好ましい。Teの含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなり、一方、多すぎるとTe系結晶が析出しやすくなる。 The chalcogen element Te is an essential component that forms the glass skeleton. The content of Te is 4 to 80%, preferably 10 to 75%, and more preferably 20 to 70%. If the content of Te is too small, it becomes difficult to vitrify, while if it is too large, Te-based crystals tend to precipitate.

Sn、Ag、Cu、Bi、Sbはガラスの熱的安定性を高める成分である。Sn+Ag+Cu+Bi+Sbの含有量は0〜50%(ただし0%を含まない)であり、1〜40%であることが好ましく、2〜30%であることがより好ましく、3〜25%であることがさらに好ましく、5〜20%であることが特に好ましい。Sn+Ag+Cu+Bi+Sbの含有量が少なすぎる、あるいは多すぎると、ガラス化しにくくなる。なお、Sn、Ag、Cu、Bi、Sbの各成分の含有量は、各々0〜50%であり、0〜50%(ただし0%を含まない)であることが好ましく、1〜40%であることがより好ましく、2〜30%であることがさらに好ましく、3〜25%であることが特に好ましく、5〜20%であることが最も好ましい。なかでもガラスの熱的安定性を高める効果が特に大きいという点で、AgとSnを使用することが好ましい。 Sn, Ag, Cu, Bi, and Sb are components that enhance the thermal stability of glass. The content of Sn + Ag + Cu + Bi + Sb is 0 to 50% (but not including 0%), preferably 1 to 40%, more preferably 2 to 30%, and further preferably 3 to 25%. It is preferably 5 to 20%, and particularly preferably 5 to 20%. If the content of Sn + Ag + Cu + Bi + Sb is too small or too large, it becomes difficult to vitrify. The content of each component of Sn, Ag, Cu, Bi, and Sb is 0 to 50%, preferably 0 to 50% (but not including 0%), and is preferably 1 to 40%. It is more preferably 2 to 30%, particularly preferably 3 to 25%, and most preferably 5 to 20%. Of these, Ag and Sn are preferably used because they have a particularly large effect of increasing the thermal stability of glass.

F、Cl、Br、Iもガラスの熱的安定性を高める成分である。F、Cl、Br、Iの含有量は0〜50%であり、1〜40%であることが好ましく、1〜30%であることがより好ましく、1〜25%であることがさらに好ましく、1〜20%であることが特に好ましい。F+Cl+Br+Iの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなるとともに、耐候性が低下しやすくなる。なお、F、Cl、Br、Iの各成分の含有量は、各々0〜50%であり、1〜40%であることが好ましく、1〜30%であることがより好ましく、1〜25%であることがさらに好ましく、1〜20%であることが特に好ましい。なかでも元素原料を使用可能であり、ガラス安定性を高める効果が特に大きいという点で、Iを使用することが好ましい。 F, Cl, Br, and I are also components that enhance the thermal stability of glass. The content of F, Cl, Br, I is 0 to 50%, preferably 1 to 40%, more preferably 1 to 30%, still more preferably 1 to 25%. It is particularly preferably 1 to 20%. If the content of F + Cl + Br + I is too large, it becomes difficult to vitrify and the weather resistance tends to decrease. The content of each component of F, Cl, Br, and I is 0 to 50%, preferably 1 to 40%, more preferably 1 to 30%, and 1 to 25%, respectively. Is more preferable, and 1 to 20% is particularly preferable. Among them, it is preferable to use I because an elemental raw material can be used and the effect of enhancing glass stability is particularly large.

本発明の赤外線透過ガラスには、上記成分以外にも、下記の成分を含有させることができる。 In addition to the above components, the infrared transmissive glass of the present invention may contain the following components.

Zn、In、Ga及びPはガラス化範囲を広げ、ガラスの熱安定性を高める成分である。その含有量はそれぞれ0〜20%であることが好ましく、0.5〜10%であることがより好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。なお、Gaは高コストであるため、その含有量は10%以下、5%以下、特に含有しないことが好ましい。 Zn, In, Ga and P are components that widen the vitrification range and enhance the thermal stability of glass. The content thereof is preferably 0 to 20%, more preferably 0.5 to 10%. If the content of these components is too high, it becomes difficult to vitrify. Since Ga has a high cost, its content is preferably 10% or less, 5% or less, and particularly preferably not contained.

Se、Asはガラス化範囲を広げ、ガラスの熱安定性を高める成分である。その含有量はそれぞれ0〜10%であることが好ましく、0.5〜5%であることがより好ましい。ただし、これらの物質は毒性を有するため、環境や人体への影響を低減する観点からは含有しないことが好ましい。 Se and As are components that widen the vitrification range and enhance the thermal stability of glass. The content thereof is preferably 0 to 10%, more preferably 0.5 to 5%. However, since these substances are toxic, it is preferable not to contain them from the viewpoint of reducing the influence on the environment and the human body.

なお、本発明の赤外線透過ガラスは有毒物質であるCd、Tl及びPbを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。ここで、「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。 It is preferable that the infrared transmissive glass of the present invention does not substantially contain toxic substances Cd, Tl and Pb. In this way, the impact on the environment can be minimized. Here, "substantially not contained" means that it is intentionally not contained in the raw material, and does not exclude contamination at the impurity level. Objectively, it means that the content of each component is less than 0.1%.

本発明の赤外線透過ガラスは波長約8〜22μmにおける赤外線透過率に優れる。波長約8〜22μmにおける赤外線透過率を評価するための指標として、赤外領域における30%透過波長が挙げられる。波長8〜22μmにおける30%光透過波長が大きいほど、赤外線透過性に優れると判断できる。本発明の赤外領域における30%透過波長(厚み2mm)は20μm以上であることが好ましく、21μm以上であることがより好ましい。 The infrared transmissive glass of the present invention has excellent infrared transmittance at a wavelength of about 8 to 22 μm. As an index for evaluating the infrared transmittance at a wavelength of about 8 to 22 μm, a 30% transmission wavelength in the infrared region can be mentioned. It can be judged that the larger the 30% light transmission wavelength at a wavelength of 8 to 22 μm, the better the infrared transmission. The 30% transmission wavelength (thickness 2 mm) in the infrared region of the present invention is preferably 20 μm or more, and more preferably 21 μm or more.

本発明の赤外線透過ガラスは、例えば以下のようにして作製することができる。まず、所望の組成となるように原料を調合する。加熱しながら真空排気を行った石英ガラスアンプルに原料を入れ、真空排気を行いながら酸素バーナーで封管する。封管された石英ガラスアンプルを650〜800℃程度で6〜12時間保持した後、室温まで急冷することにより本発明の赤外線透過ガラスが得られる。 The infrared transmissive glass of the present invention can be produced, for example, as follows. First, the raw materials are prepared so as to have a desired composition. Put the raw material in a quartz glass ampoule that has been evacuated while heating, and seal it with an oxygen burner while evacuating. The infrared transmissive glass of the present invention can be obtained by holding the sealed quartz glass ampoule at about 650 to 800 ° C. for 6 to 12 hours and then quenching it to room temperature.

原料としては、元素原料(Ge、Te、Ag、Cu、I等)を用いてもよく、化合物原料(GeTe、AgI、CuI等)を用いても良い。また、これらを併用することも可能である。 As the raw material, an elemental raw material (Ge, Te, Ag, Cu, I, etc.) may be used, or a compound raw material (GeTe 4 , AgI, CuI, etc.) may be used. It is also possible to use these in combination.

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。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

表1及び表2は本発明の実施例及び比較例をそれぞれ示している。 Tables 1 and 2 show examples and comparative examples of the present invention, respectively.

各試料は次のようにして調製した。所定の組成比となるように、原料を混合し、原料バッチを得た。純水で洗浄した石英ガラスアンプルを加熱しながら真空排気した後、前記原料バッチを入れ、真空排気を行いながら酸素バーナーで石英ガラスアンプルを封管した。 Each sample was prepared as follows. The raw materials were mixed so as to have a predetermined composition ratio, and a raw material batch was obtained. After vacuum exhausting the quartz glass amplifier washed with pure water while heating, the raw material batch was put in, and the quartz glass amplifier was sealed with an oxygen burner while vacuum exhausting.

封管された石英ガラスアンプルを溶融炉内で10〜20℃/時間の速度で650〜800℃まで昇温後、6〜12時間保持した。保持時間中、2時間ごとに石英ガラスアンプルの上下を反転し、溶融物を攪拌した。その後、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。 The sealed quartz glass ampoule was heated to 650 to 800 ° C. at a rate of 10 to 20 ° C./hour in a melting furnace and then held for 6 to 12 hours. During the holding time, the quartz glass ampoule was turned upside down every 2 hours to stir the melt. Then, the quartz glass ampoule was taken out from the melting furnace and rapidly cooled to room temperature to obtain a sample.

得られた試料についてX線回折を行い、その回折スペクトルからガラス化しているかどうかを確認した。表中には、ガラス化しているものは「○」、ガラス化していないものは「×」として表記した。また、各試料につき厚み2mmでの光透過率を測定し、波長8〜22μmの赤外領域における30%透過波長を測定した。なお、図1に実施例1の試料の光透過率曲線を示す。 The obtained sample was subjected to X-ray diffraction, and it was confirmed from the diffraction spectrum whether or not it was vitrified. In the table, those that are vitrified are marked with "○" and those that are not vitrified are marked with "x". In addition, the light transmittance at a thickness of 2 mm was measured for each sample, and the 30% transmitted wavelength in the infrared region having a wavelength of 8 to 22 μm was measured. Note that FIG. 1 shows the light transmittance curve of the sample of Example 1.

表1に示すように、実施例1〜10の試料はガラス化しており、30%透過波長が21.0〜21.7μmであり、波長8〜22μm付近の赤外領域において良好な光透過率を示していた。 As shown in Table 1, the samples of Examples 1 to 10 are vitrified, have a 30% transmission wavelength of 21.0 to 21.7 μm, and have good light transmittance in the infrared region near a wavelength of 8 to 22 μm. Was shown.

一方、表2に示すように、比較例1〜5の試料はガラス化しておらず、波長2〜24μmの範囲で光透過率がほぼ0%であった。 On the other hand, as shown in Table 2, the samples of Comparative Examples 1 to 5 were not vitrified, and the light transmittance was almost 0% in the wavelength range of 2 to 24 μm.

本発明の赤外線透過ガラスは、赤外線センサー等に用いられる赤外線透過光学素子として好適である。 The infrared transmissive glass of the present invention is suitable as an infrared transmissive optical element used in an infrared sensor or the like.

本発明の赤外線透過ガラスは、赤外線センサーのセンサー部を保護するためのカバー部材や、センサー部に赤外光を集光させるためのレンズ等の光学素子として使用することがきる。 The infrared transmissive glass of the present invention can be used as a cover member for protecting the sensor portion of an infrared sensor or as an optical element such as a lens for condensing infrared light on the sensor portion.

Claims (5)

モル%で、Ge 25%、Te 60〜80%、Sn+Ag+Cu+Bi+Sb 〜25%(ただしAg及び/又はSnを含む)、及びF+Cl+Br+I 0〜20%を含有し、Se及びAsを含有しないことを特徴とする赤外線透過ガラス。 In mol%, it contains Ge 5 to 25%, Te 60 to 80%, Sn + Ag + Cu + Bi + Sb 1 to 25% (but including Ag and / or Sn), and F + Cl + Br + I 0 to 20 %, and does not contain Se and As. Infrared transmissive glass as a feature. Cd、Tl及びPbを実質的に含有しないことを特徴とする請求項1に記載の赤外線透過ガラス。 The infrared transmissive glass according to claim 1, which is substantially free of Cd, Tl and Pb. カルコゲナイドガラスであることを特徴とする請求項1または2に記載の赤外線透過ガラス。 The infrared transmissive glass according to claim 1 or 2, which is a chalcogenide glass. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の赤外線透過ガラスを用いたことを特徴とする光学素子。 An optical element according to any one of claims 1 to 3, wherein the infrared transmissive glass is used. 請求項4に記載の光学素子を用いたことを特徴とする赤外線センサー。 An infrared sensor according to claim 4, wherein the optical element is used.
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