JPH054835A - 赤外線透過性ガラスおよびその製造方法 - Google Patents

赤外線透過性ガラスおよびその製造方法

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JPH054835A
JPH054835A JP15141091A JP15141091A JPH054835A JP H054835 A JPH054835 A JP H054835A JP 15141091 A JP15141091 A JP 15141091A JP 15141091 A JP15141091 A JP 15141091A JP H054835 A JPH054835 A JP H054835A
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JP
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glass
carbon
infrared
melting vessel
benzene
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JP15141091A
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English (en)
Inventor
Yasuo Mizuno
康男 水野
Masakatsu Sugai
正克 菅井
Masaki Ikeda
正樹 池田
Akihiko Yoshida
昭彦 吉田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Glass Compositions (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】波長12.5μm付近のGe−O伸縮振動に起
因する吸収ピークを小さくして、人体から出る8〜12
μmの赤外線を効率よく透過することができるガラスを
成形して得られる、赤外線透過性レンズとその製造方法
を提供する。 【構成】ゲルマニウムおよびイオウを主体とし、炭素
(C)を0.00015〜1.0原子%含ませる。また
炭素原料として、活性炭、黒鉛または溶融容器1内面に
形成されたベンゼン分解物を使用する。ベンゼン分解物
の形成方法は、溶融容器1を真空に排気しながら110
0℃で空焼きしたのち、ベンゼンの蒸気を導入してただ
ちに熱分解させて、ガラス溶融用容器1の内壁に炭素膜
を形成する。この構成により、赤外光と可視光を透過
し、毒性のないガラスを熱プレス成形して、赤外線セン
サ用の赤外線レンズを生産性よく作成することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は赤外線センサの赤外線集
光に用いる、ゲルマニウムおよびイオウを主体とするガ
ラスを熱プレス成形する赤外線透過性ガラスおよびその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】焦電型赤外センサを用いた人体検出セン
サは家電製品や産業機器分野において広く利用されてい
る。例えばドアーの開閉、便器の自動給水栓、エアコン
の風向き制御などに用いられている。一般に、赤外線セ
ンサの前部には人体から出る8〜12μm の赤外線を効
率よく集光するため、赤外光のみを透過するフィルタや
レンズが設けられている。このフィルタ材料としてはカ
ルコゲナイドガラスが注目されている。カルコゲナイド
ガラスはカルコゲン元素(イオウ、セレン、テルル)を
主成分とするガラスであり、実用的には、ヒ素−イオ
ウ、ゲルマニウム−ヒ素−セレン、ゲルマニウム−セレ
ン−テルル、ゲルマニウム−セレン−アンチモンがおも
に研究開発されている(例えば第31回ガラス討論会講
演要旨集、p.71−74(1990))。しかし、前2
者のガラスはヒ素を含有しており、毒性に問題があっ
た。また後2者は可視光をほとんど透過しないため、組
み立て時のレンズとセンサとの光軸合わせを目視で調整
することは不可能で、その光軸合わせには数千万円もす
る高価な赤外撮像装置(サーマルイメージャ)が必要で
あった。
【0003】そこで、発明者らは以上の問題点を解決す
るため、毒性の無い元素を主成分とするカルコゲナイド
ガラスを探索した。カルコゲナイドガラスの主要元素は
イオウ、セレン、テルル、ゲルマニウム、ヒ素、アンチ
モンである。このうち毒物に指定されているのはヒ素と
セレンであるが、特に毒性の強いのはヒ素とされてい
る。セレンはトマトジュースに多く含まれ、家畜の必須
栄養素であることからそれ自体の毒性は弱いとされてい
る。ヒ素を除いた元素から、さらに可視光も透過するこ
とを条件に入れるとゲルマニウム、イオウが主成分とな
る。またガラスにはゲルマニウム、イオウ以外に、赤外
透過域の拡大や結晶化の抑制のためヨウ素、アンチモ
ン、テルル、セレンなどを含有するものもある。さらに
熱膨張係数を調節するため少量のリチウム、ナトリウ
ム、銅、銀、ホウ素、ガリウム、インジウム、シリコ
ン、スズ、鉛、ビスマス、リン、臭素を含ませることが
ある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなゲ
ルマニウムとイオウを主成分とするガラスは、ガラスの
構成成分であるゲルマニウムと不純物として含まれる酸
素との伸縮振動に起因する吸収が波長12.5μm付近
にある。そのため人体から出る8〜12μmの赤外線を
効率よく透過しないという問題点があった。これは、こ
の12.5μm の吸収のモル吸光係数が大きく、ガラス
中に酸素または酸素不純物が極微量(数ppm)存在して
も、12.5μm 付近のGe−O伸縮振動の吸収が明確
に確認され、かつその吸収の裾が波長10μm以下の短波
長領域にまで及ぶためである。
【0005】このような不純物に起因する吸収を除去す
るため、例えば特願昭63-218518号公報にはMg,Z
r,Alをガラス原料中に添加したり、特願昭62-59534
号公報には内側表面にカーボン(炭素)膜を有するガラ
ス容器でガラスを溶融したりする方法が開示されてい
る。しかし、前者の方法ではMg,Zr,Alが溶融後
のガラス中に残存すると不純物吸収の原因となる。また
後者ではカーボン膜の形成方法が煩雑で到底量産には使
用できないものであった。すなわち後者の方法を実施例
から引用すると以下のようになる。溶融用石英容器の中
にエチルアルコールを約2ccいれ容器内を均一に濡ら
す。その後、余剰のエチルアルコールを石英容器外に流
しだし、直ちに容器内を窒素ガスで置換し、該容器の原
料が入る部分のみをプロパン−酸素バーナーの炎で均一
に約100℃/秒の加熱速度で約1200℃に加熱す
る。約10秒後にエチアルコールが熱分解しはじめ、容
器内壁に厚さ約750nmのカーボン膜が均一に付着す
る。その後、容器を室温に冷却し、再びエチルアルコー
ルを適量入れて容器内を充分に洗浄した後に乾燥すると
されている。しかしながら、この方法では、容器内を窒
素ガスで置換する間にエチルアルコールが揮発しやす
く、しかもエチルアルコールが熱分解を開始するまでの
間にエチルアルコールが揮発したり、内壁を伝わり流下
して、内壁に均一な厚さの膜を形成しにくいという問題
があった。
【0006】本発明はこのような課題を解決するもの
で、赤外領域に不純物に基ずく吸収がなく、赤外線透過
性に優れた、毒性のないカルコゲナイドガラスを主体と
する赤外線透過性ガラスおよびその製造方法を提供する
ことを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、ゲルマニウムおよびイオウを主体とし、炭
素(C)を0.00015〜1.0原子%含ませるよう
にしたものである。
【0008】また、炭素の原料として、活性炭または黒
鉛を使用するようにしたものである。
【0009】さらに、ゲルマニウムおよびイオウを主体
とし、ガラス溶融容器を真空に排気しながら1100℃
で空焼きしたのち、前記ガラス溶融容器内にベンゼン蒸
気を導入し、熱分解させて得た炭素(C)を含ませるよ
うにしたものである。
【0010】
【作 用】ガラスに、炭素(C)を0.00015〜
1.0原子%含ませることによって波長12.5μm 付
近に生じる吸収を小さくすることができ、その結果、赤
外透過性に優れたカルコゲナイドガラスを得ることがで
きる。炭素はガラス原料中の酸素を捕獲し、COまたは
CO2(いずれも気体)となり、揮散するのでガラス中
には残存しない。ここで炭素の含有量が0.00015
原子%より少ないとGe−O伸縮振動の吸収を低減させ
る効果がなく、1.0原子%より多いとガラスの安定性
が低下し、結晶化しやすくなる。なお、本発明に使用す
る炭素は活性炭や黒鉛、あるいはベンゼン分解物であ
る。またベンゼン分解物の炭素は、ガラス溶融容器を真
空に排気しながら1100℃で空焼きしたのち、ベンゼ
ンの蒸気を導入して、ただちに熱分解させて得られたも
のである。
【0011】この方法によれば、赤外光〜可視光を透過
し、毒性が無く、結晶化しにくいカルコゲナイドガラス
を容易に製造することができることとなる。
【0012】
【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。
【0013】(実施例1)原子%でGe:S:I=3
0:60:10の比でゲルマニウムとイオウとヨウ素を
秤量し、活性炭は外割で0.03原子%添加して石英ア
ンプルに真空封止した。これを電気炉中で800℃、1
2時間溶融してガラスを得た。得られたガラスは茶色
で、その赤外吸収スペクトルを図2に示す。
【0014】(実施例2)原子%でGe:S:I=3
0:60:10の比でゲルマニウムとイオウとヨウ素を
秤量し、黒鉛は外割で0.03原子%添加して石英アン
プルに真空封止した。これを電気炉中で800℃、12
時間溶融してガラスを得た。得られたガラスは茶色で、
その赤外吸収スペクトルは図2に示す実施例1のガラス
と同じであった。
【0015】(比較例)実施例1または2の組成のガラ
スについて、活性炭または黒鉛を添加しないで他は実施
例1または2と同様に溶融した。得られたガラスは茶色
で、その赤外吸収スペクトルを図3に示す。
【0016】図2と図3を比較すると、図3に示す赤外
吸収スペクトルは炭素を含有していないため波長12.
5μm付近にGe−O伸縮振動に起因する吸収ピークが
強く生じ、かつその吸収の裾が波長10μm 以下の短波
長領域にまで及んでいる。しかし、炭素を含有する図2
のガラスでは、12.5μm の吸収が著しく小さくなっ
ていることが判明した。なお、赤外吸収スペクトルの測
定に用いたガラス試料は、いずれもガラスの厚さは4mm
である。
【0017】(実施例3)図1に実施例3のベンゼン分
解物の製造設備の構成を示す。図1に示すように、石英
製の溶融容器1は、電気炉3の中央に配設され、ゴム管
2を介して、3は電気炉、真空コック4、5を備えた、
ベンゼン導入パイプ6と、排気ポンプ7に連結されてい
るT字形のガラス管8に接続されている。まず真空コッ
ク5を閉じ、排気ポンプ7のスイッチを入れて、真空コ
ック4を開き溶融容器1内を排気する。このとき電気炉
3によって溶融容器1は1100℃に加熱されている。
真空度が10-3Torrになったとき真空コック4を閉じ、ベ
ンゼン導入パイプ6にベンゼンの入ったフラスコをつな
ぎ、真空コック5をゆっくり開いてベンゼンを少しずつ
溶融容器1に導入した。導入されたベンゼンは溶融容器
1内で直ちに熱分解し、溶融容器1の内壁に黒色で光沢
のある炭素皮膜が得られた。ここで1100℃より低い
温度では熱分解が非常に遅く、しかも炭素膜の付着力も
弱かった。1100℃より高くすることは差し支えない
が、加熱エネルギーが無駄になる。
【0018】溶融容器1内に原子%でGe:S:I=3
0:60:10の比でゲルマニウムとイオウとヨウ素を
秤量し、真空封止した。これを電気炉中で800℃、1
2時間溶融してガラスを得た。得られたガラスは茶色
で、赤外スペクトルは図2と同じであった。
【0019】
【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に、本発明の赤外線透過性ガラスは、波長12.5μm
付近のGe−O伸縮振動に起因する吸収ピークが小さい
ために、人体から出る8〜12μmの赤外線を効率よく
透過することができる。また本方法はCO2レーザ(波
長10.6μm)用ファイバの製造にも有用である。
【0020】また、本発明によって製造したガラスは可
視光をも透過し、毒性の無いカルコゲナイドガラスを使
用しているので、レンズの組み立てが簡単であり、しか
も民生器具や産業機器に安心して組み込むことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の赤外線透過性ガラスの製造装
置の構成図
【図2】同赤外線透過性ガラスの赤外吸収スペクトル図
【図3】従来の赤外線透過性ガラスの赤外吸収スペクト
ル図
【符号の説明】
1 溶融容器 2 ゴム管 3 電気炉 4、5 真空コック 6 ベンゼン導入パイプ 7 排気ポンプ 8 ガラス管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 昭彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲルマニウムおよびイオウを主体とし、
    炭素(C)を0.00015〜1.0原子%含んでなる
    赤外線透過性ガラス。
  2. 【請求項2】 炭素の原料として、活性炭または黒鉛を
    使用する請求項1記載の赤外線透過性ガラス。
  3. 【請求項3】 ゲルマニウムおよびイオウを主体とし、
    ガラス溶融容器を真空に排気しながら1100℃で空焼
    きしたのち、前記ガラス溶融容器内にベンゼン蒸気を導
    入し、熱分解させて得た炭素(C)を含ませる赤外線透
    過性ガラスの製造方法。
JP15141091A 1991-06-24 1991-06-24 赤外線透過性ガラスおよびその製造方法 Pending JPH054835A (ja)

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