JPH05232301A

JPH05232301A - 弗化バリウム系複合光学部材

Info

Publication number: JPH05232301A
Application number: JP4033420A
Authority: JP
Inventors: Akito Fujii; 明人藤井; Toshihiro Sakamoto; 敏宏坂本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-02-20
Filing date: 1992-02-20
Publication date: 1993-09-10

Abstract

(57)【要約】【目的】耐湿性に優れ、かつ表面に傷が付きにくい波
長１０μｍ付近の赤外線を透過する大型形状の弗化バリ
ウム系複合光学部材を提供する。【構成】多結晶弗化バリウム焼結体の少なくとも一表
面に弗化マグネシウムおよび弗化カルシウムの少なくと
もいずれかが被覆されている。この弗化マグネシウム，
弗化カルシウムは、多結晶弗化バリウム焼結体に比較し
て、水への溶解度が低く、かつ硬度が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学部材に関し、特
に、弗化バリウム系の複合材料からなる光学部材に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、赤外線センサ，暗視装置などの赤
外線を検知する赤外線機器の発達がめざましい。これら
の赤外線機器には、窓材，レンズ，プリズムなどの赤外
線光学部材が用いられる。赤外線機器の発達により、赤
外線機器は、水中，真空中、あるいは高湿環境下などの
様々な用途で使用されるに至った。これに伴い、赤外線
機器に用いられる赤外線光学部材にも多種多様な機能が
要求されるようになっている。また、この赤外線光学部
材は、必要な波長帯の赤外線を十分に透過する材料で作
製され、様々な使用環境において直線透過率の低下しな
いものであることが要求される。

【０００３】一般に、波長１０μｍ付近の赤外線を透過
する材料として、ゲルマニウム，硫化亜鉛，セレン化亜
鉛などが用いられている。しかし、ゲルマニウム等の単
結晶材料では、単結晶を製造するのに長時間を要し、か
つ寸法的にも大きなサイズのものを製造することが困難
であった。これに対して、硫化亜鉛やセレン化亜鉛など
は、ＣＶＤ法（化学気相蒸着法）によって多結晶のもの
が得られているが、ＣＶＤ法もまた成長速度が遅いた
め、製造に長時間を要し、高価格となる。

【０００４】弗化バリウムもまた、波長１０μｍ付近の
赤外線を透過する材料として、単結晶の形で一般に製造
されている。この弗化バリウムは屈折率が低いことか
ら、反射防止膜を被覆することなく、単結晶の直線透過
率は９４．５％に至る。しかし、次のような問題点を持
っているために広く利用されていない。第１に、単結晶
ではサイズの制限があることや価格が高いことが掲げら
れる。第２に、水への溶解度が高いため耐湿性に劣り、
かつ硬度が低いため表面が傷付きやすいという耐環境性
の問題が掲げられる。

【０００５】一方、弗化バリウムは結晶型が立方晶であ
り、弗化バリウムの粉末を緻密に焼成すると光学的に透
明な焼結体が得られることが知られている。このため、
粉末焼結法による弗化バリウムの透明な多結晶体を得る
開発が行なわれている。たとえば、その一例が米国特許
第３４３１３２６号に開示されている。これによると、
波長８〜１１μｍの赤外光領域における直線透過率が７
０％の多結晶体がホットプレス法によって得られてい
る。この粉末焼結法を用いれば、低価格で比較的大きな
サイズの透明な焼結体を得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、先行技
術により比較的容易な方法で、多結晶の弗化バリウム焼
結体を得ることが可能となった。これにより、低価格で
比較的大きな弗化バリウム焼結体を得ることができる。
したがって、寸法の制限や価格については、解決されつ
つある。しかし、依然として弗化バリウム焼結体は水へ
の溶解度が高いため、水中もしくは湿度の高い環境で使
用された場合、結晶体の表面が溶け、表面粗さが増加す
るため、直線透過率の低下を招くという問題があった。

【０００７】また、弗化バリウム焼結体は硬度が低い。
このため、外部との接触により、その表面が容易に傷付
き、直線透過率が低下する一因となるという問題もあっ
た。

【０００８】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、耐湿性に優れ、かつ表面に傷がつ
きにくい波長１０μｍ付近の赤外線を透過する大型形状
の弗化バリウム系複合光学部材を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の弗化バリウム系
複合光学部材は、基材と、被覆材とを備えている。基材
は多結晶弗化バリウム焼結体からなっている。被覆材
は、基材の少なくとも一表面に被覆されている。また、
この被覆材は、基材に比較して、水への溶解度が低く、
かつ硬度の高い材料からなっている。

【００１０】好ましくは、被覆材が、弗化マグネシウム
および弗化カルシウムの少なくともいずれかからなって
いてもよい。

【００１１】また、好ましくは、被覆材の膜厚が０．１
〜１０μｍであってもよい。

【００１２】

【作用】本発明の弗化バリウム系複合光学部材によれ
ば、基材の少なくとも一表面に被覆される被覆材は、基
材に比較して水への溶解度が低く、かつ硬度の高い材料
からなっている。このため、基材に比較して被覆材は、
水中や湿度の高い雰囲気下で使用されても表面粗さの増
大は見られず、直線透過率の低下は見られない。

【００１３】また、基材に比較して被覆材は、硬度が高
い。したがって、被覆材で覆われた表面は傷付き難くな
り、直線透過率の低下を防ぐことができる。

【００１４】本発明の弗化バリウム系複合光学部材に
は、弗化マグネシウム（ＭｇＦ₂）と弗化カルシウム
（ＣａＦ₂）を用いることが好ましい。これら弗化マグ
ネシウム（ＭｇＦ₂）と弗化カルシウム（ＣａＦ₂）の
水への溶解度，ヌープ硬度および屈折率について、弗化
バリウム（ＢａＦ₂）と比較した結果を表１に示す。

【００１５】

【表１】表１に示されるように、弗化マグネシウム（ＭｇＦ₂）
と弗化カルシウム（ＣａＦ₂）は、基材となる弗化バリ
ウム（ＢａＦ₂）に比較して、水への溶解度が極めて低
く、かつ硬度も著しく高い。また、弗化マグネシウムと
弗化カルシウムは、弗化バリウムに比較して屈折率も小
さい。このため、上記に述べたように被覆材として弗化
マグネシウムおよび弗化カルシウムの少なくともいずれ
かを基材表面に被覆すると、高湿環境下での直線透過率
の低下を防止でき、かつその表面に傷も付き難たくな
る。

【００１６】また、これらの光学薄膜は通常の真空蒸着
法やスパッタリング法により形成でき、かつ緻密で屈折
率の安定した膜が得られる。さらに、これらの光学薄膜
は直径１５０ｍｍ以上の基材に対しても均一な厚みに形
成できるため、大口径の光学部品にも適している。

【００１７】本発明の弗化バリウム系複合光学部材にお
いては、被覆材の膜厚が０．１〜１０μｍであることが
好ましい。被覆材の膜厚が０．１μｍより小さくなる
と、膜強度が弱いため、基材との熱膨張差に起因する剥
離やクラックが発生しやすくなり、被覆材の耐湿性およ
び硬度の効果が得難くなる。また、被覆材の膜厚が１０
μｍより大きくなると、膜自体の光吸収が大きくなり、
直線透過率が大幅に低下する。

【００１８】また、この基材表面の被覆膜の膜厚を精密
に制御することにより、反射防止膜の機能を付加するこ
とができる。反射防止の条件として、光学の基本原理か
ら以下の２式が与えられる。

【００１９】振幅条件ｎ_C ²＝ｎ_S 位相条件ｎ_C・ｄ＝Ｎ・λ／４（Ｎ＝１，
３，５…）ｎ_C：膜の屈折率ｎ_S：基材の屈折率 λ：目的とする透過率の波長ｄ：膜厚上記の式より、目的とする光の波長λを１０μｍとし、
かつ基材である弗化バリウムの屈折率ｎ_Sを１．４０と
すると、被覆される光学膜に要求される膜厚は、以下の
とおりである。

【００２０】（１）弗化マグネシウムの場合、Ｎ＝１に対して、ｄ＝２．０３μｍＮ＝３に対して、ｄ＝６．０９μｍ（２）弗化カルシウムの場合、Ｎ＝１に対して、ｄ＝１．９１μｍＮ＝３に対して、ｄ＝５．７３μｍ以上の条件を満たした場合、膜の吸収が無いものとする
と、理論的に直線透過率は、弗化マグネシウムでは５．
２％、弗化カルシウムでは３．５％それぞれ向上する。
すなわち、基材のみでは９０％であった直線透過率が、
弗化マグネシウムを被覆すると、９５．２％に、また弗
化カルシウムを被覆すると９３．５％になる。

【００２１】本発明の弗化バリウム系複合光学部材にお
いては、基材の形状は、平板状，ドーム状，レンズ状ま
たはプリズム状などの様々な用途に対応した特殊な形状
であってもよい。

【００２２】また、上記の条件を満たす範囲で、弗化マ
グネシウムと弗化カルシウムの膜を多層に形成しても同
様の効果が得られる。

【００２３】

【実施例】粉末焼結法によって９９．５％以上に緻密に
焼結し、かつ表面を鏡面研磨加工することで、厚さ３ｍ
ｍの多結晶弗化バリウム焼結体を得た。この焼結体は、
波長８〜１１μｍの赤外光領域における直線透過率が平
均９０％であった。

【００２４】この多結晶弗化バリウム焼結体を基材とし
て以下のような比較実験（実施例１、実施例２、比較
例）を行なった。

【００２５】（実施例１）基材の表面両面に弗化マグネ
シウムを２．０μｍの厚みで成膜した。このようにして
得られた弗化バリウム系複合光学部材の直線透過率を分
光光度計で測定した。その結果を図１に示す。図１に示
すように、波長８〜１１μｍの赤外光領域における直線
透過率は平均９２％であった。また、粘着テープによる
剥離試験を行なったが、被覆層に剥離は生じなかった。

【００２６】さらに、試験規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−８１０
Ｃに基づき、恒温恒湿槽を用いて温度７１℃および相対
湿度９５％の条件で１０日間の湿度サイクル試験を行な
った。その後、も波長８〜１１μｍの赤外光領域におけ
る直線透過率の低下は見られなかった。また、上記剥離
試験によっても膜の剥離は生じなかった。

【００２７】（実施例２）基材の表面両面に弗化カルシ
ウムを１．９μｍの厚みで成膜した。このようにして得
られた弗化バリウム系複合光学部材の直線透過率を分光
光度計で測定した。その結果を図２に示す。図２に示す
ように、波長８〜１１μｍの赤外光領域における直線透
過率は平均９１％であった。また、粘着テープによる剥
離試験を行なったが、被覆層に剥離は生じなかった。

【００２８】さらに、試験規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−８１０
Ｃに基づき、恒温恒湿槽を用いて温度７１℃および相対
湿度９５％の条件で１０日間の湿度サイクル試験を行な
った。その後も、波長８〜１１μｍの赤外光領域におけ
る直線透過率の低下は見られなかった。また、上記剥離
試験によっても膜の剥離は生じなかった。

【００２９】（比較例）基材表面に被覆膜を形成せず
に、直線透過率を分光光度計で測定した。その結果を図
３に示す。図３に示すように、波長８〜１１μｍの赤外
光領域における直線透過率は平均９０％と良好な光学
特性を示した。

【００３０】この試料を用いて試験規格ＭＩＬ−ＳＴＤ
−８１０Ｃに基づき、恒温恒湿槽を用いて、温度７１℃
および相対湿度９５％の条件で１０日間の湿度サイクル
試験を行なった。試験後の試料の直線透過率を図３に示
す。図３に示すように、波長８〜１１μｍの赤外光領域
における直線透過率は平均７０％と大きく低下した。

【００３１】

【発明の効果】本発明に記載の弗化バリウム系複合光学
部材によれば、基材に比較して水への溶解度が低く、か
つ硬度の高い材料からなる被覆材が、基材の少なくとも
一表面に被覆される。このため、基材に比較して、被覆
材は水中や湿度の高い雰囲気下で使用されても表面粗さ
の増大は見られず、直線透過率の低下は見られない。

【００３２】また、基材に比較して被覆材は硬度が高
い。したがって、弗化バリウム系複合光学部材の表面が
傷付き難くなり、被覆材は保護膜として大きな効果を発
揮する。表面に傷が付き難いため、直線透過率の低下を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の弗化マグネシウムを被覆した弗化バ
リウム系複合光学部材の直線透過率を示す図である。

【図２】実施例２の弗化カルシウムを被覆した弗化バリ
ウム系複合光学部材の直線透過率を示す図である。

【図３】比較例の光学膜を被覆していない弗化バリウム
系複合光学部材の湿度サイクル試験前後での直線透過率
を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多結晶弗化バリウム焼結体からなる基材
と、前記基材の少なくとも一表面に被覆される被覆材とを備
え、前記被覆材は、前記基材に比較して、水への溶解度が低
く、かつ硬度の高い材料からなることを特徴とする、弗
化バリウム系複合光学部材。
【請求項２】前記被覆材が、弗化マグネシウムおよび
弗化カルシウムの少なくともいずれかからなることを特
徴とする、請求項１に記載の弗化バリウム系複合光学部
材。
【請求項３】前記被覆材の膜厚が０．１μｍ以上１０
μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の弗
化バリウム系複合光学部材。