JPH08325033A - 赤外線用光学レンズ及び赤外線センサモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 押出し成形方法、射出成形方法、トランスフ
ァー成形方法によって、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金
からなる原料を加熱溶融し、クラック、脹らみ、陥没が
なく、しかも量産化に適応できる赤外線光学レンズを提
供するとともに、検出範囲を拡大できる赤外線センサモ
ジュールを提供することを目的とする。 【構成】 光学レンズＲを、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ
合金材料からなる原料から構成し、かつ、その原料を成
形方法により溶融成形して構成するとともに、成形方法
を、成形手段と、溶融手段と、注入手段と、冷却手段
と、第１維持手段と、第２維持手段とから構成し、光学
レンズを、それの赤外線入射面が赤外線素子に対して円
弧を描く湾曲凸面になるように構成し、かつ、内面に複
数の凸レンズが一体形成されたマルチレンズに構成して
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線を透過したり、
集光させるための赤外線用光学レンズや赤外線を感知し
て、温度計測、地球資源観測、気象観測、公害観測、防
犯・防災監視、交通関係、熱管理工程の監視計測を行う
ための赤外線センサモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光学レンズとして、例えば特公
平５−４７０５３号公報に示したものがある。これは、
ケーシングの開口部に取り付けたレンズがポリエチレン
等のプラスチック樹脂で構成されていた。

【０００３】上記構成の有機材料のレンズは、一般的に
は、赤外線の透過率の点で優位性を有していないため、
薄い肉厚で構成されたフレネルレンズを用いることによ
って、これを解消できるものの、一般の凹凸レンズと比
して集光率、歪み等の点で不利になるものであった。
又、耐熱特性がないため、照明器具や電熱器具の近傍で
の使用ができず、使用範囲が限定される不利があった。

【０００４】そこで、上記不都合を一挙に解消するため
に、従来からレンズの材料として、ＮａＣｌ等のアルカ
リハライド、ゲルマニウム（Ｇｅ）やシリコン（Ｓｉ）
等が知られている。その中でもＧｅやＳｉは、赤外線の
透過領域が広く、化学的に極めて安定で、機械的強度、
耐湿性等に最も優れており、Ｇｅ又はＳｉレンズは赤外
カメラ等の赤外の画像を扱う装置に使われる最高級のレ
ンズである。

【０００５】このＧｅレンズの製造方法は、Ｇｅインゴ
ット→ブロック加工→荒擦り→光学研磨のような工程で
ある。ここで、球面レンズの場合は光学研磨機械が円回
転すれば加工できるが、非球面レンズの場合には、ＮＣ
（数値制御）加工法で一個毎加工するしかない。さら
に、複数の曲面を持つレンズ群を組み合わせたもので
は、その組み合わせ性能が加工機や職人の技術に依存し
ている。従って、この製造方法では、大量生産が困難
で、高価なために、Ｇｅレンズは高級レンズのイメージ
が固定している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】又、原料のＧｅを加熱
して溶融し、Ｇｅレンズを成形する方法は、実際には、
極めて難しい技術であるが、例えばＧｅレンズ成形方法
として、特開昭６３−１５７７５４号公報にて、溶融状
態から真空中での注型成形方式が提案されている。

【０００７】しかし、前述の公報記載の注型成形方式で
は、真空制御しても脱泡に効果があるのみで、型温度を
制御はできるが、この方式では量産効果がないので、高
品質の量産成形方法ではない。しかも、決定的な欠陥
は、キャビティ内の圧力を自由に制御できないので、い
ろいろな形状の成形品の内部を高密度にすることには限
界がある手法である。単なる注型方法では、成形時のキ
ャビティ内への融液の注入圧力や、冷却時の融液への保
持圧力や、更に材料自身の冷却時の凝固膨張の圧力を制
御できないので、成形品にクラック、脹らみ、陥没が発
生するのである。

【０００８】一方、成形型の材料においては、Ｇｅ融液
は極めて反応性が高く、普通の金属では反応し、更に反
応性は低くても高純度のＧｅ融液を維持するには金属の
僅かな汚染も避けなければならない。そのため、成形型
（金型及び鋳型を含む）材料の選択が重要である。一般
の炭素型を使用して、光学研磨を施すと、一般の炭素材
料は極めて多孔質であるので、使用に耐ええない表面と
なる。又、ダイヤモンド薄膜コーティングをした金属型
は、コーティング層と金属との接合、剥離等の問題があ
り、更に成形型は極めて高価であるばかりでなく、コー
ティング層の摩耗は避けられない。致命的な欠陥は、酸
素雰囲気では燃焼して薄膜コーティングが簡単に消滅す
るので、ダイヤモンド薄膜コーティングは量産用の形成
型へのコーティングには採用できない。

【０００９】そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決
しようとするところは、押出し成形方法、射出成形方
法、トランスファー成形方法によって、Ｇｅ、Ｓｉ又は
Ｇｅ−Ｓｉ合金からなる原料を加熱溶融し、クラック、
脹らみ、陥没がなく、しかも量産化に適応できる赤外線
用光学レンズを提供し、そして、検出範囲の広い赤外線
センサモジュールを提供する点にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、赤外線を透過可能な光学レンズを、Ｇｅ、
Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料からなる原料から構成し、
かつ、その原料を成形方法により溶融成形して構成する
とともに、前記成形方法を、成形型への融液の注入圧力
や保持圧力を制御し得る成形手段と、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧ
ｅ−Ｓｉ合金材料からなる原料をその融点以上に加熱し
て溶融させる溶融手段と、成形型を原料の融点以上に加
熱したのち、原料の融液を前記成形型のキャビティ内に
所定圧力にて注入する注入手段と、注入後の注入圧力を
強めて比較的高い成形圧力を維持した状態で冷却する冷
却手段と、それの冷却過程において、凝固点付近で注入
圧力を弱めて低い保持圧力を維持する第１維持手段と、
凝固点を通過すると圧力を再度強めて所定の保持圧力を
維持する第２維持手段とから構成してある。

【００１１】前記成形手段として、押出し成形方法、射
出成形方法、トランスファー成形方法を用い、成形型に
原料の融液を注入してなることが望ましい。

【００１２】前記成形型として、高密度炭素材料からな
る型材のキャビティ内面を光学研磨した成形型、又は、
金属上にセラミックコーティングした型材のキャビティ
内面を光学研磨した成形型を用いることが望ましい。

【００１３】赤外線を感知する赤外線素子を、電子部品
を備える基盤に取り付け、前記赤外線素子を覆うための
ケーシングを、前記基盤に固設するとともに、前記ケー
シングに形成された開口部に、前記赤外線素子への赤外
線を透過可能な光学レンズを設けてある赤外線センサモ
ジュールであって、前記光学レンズを、Ｇｅ、Ｓｉ又は
Ｇｅ−Ｓｉ合金材料からなる原料から構成し、かつ、そ
の原料を成形方法により溶融成形して構成し、前記成形
方法を、成形型への融液の注入圧力や保持圧力を制御し
得る成形手段と、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料か
らなる原料をその融点以上に加熱して溶融させる溶融手
段と、成形型を原料の融点以上に加熱したのち、原料の
融液を前記成形型のキャビティ内に所定圧力にて注入す
る注入手段と、注入後の注入圧力を強めて比較的高い成
形圧力を維持した状態で冷却する冷却手段と、それの冷
却過程において、凝固点付近で注入圧力を弱めて低い保
持圧力を維持する第１維持手段と、凝固点を通過すると
圧力を再度強めて所定の保持圧力を維持する第２維持手
段とから構成するとともに、前記光学レンズを、それの
赤外線入射面が赤外線検出部に対して円弧を描く湾曲凸
面になるように構成し、かつ、内面に複数の凸レンズが
一体形成されたマルチレンズに構成してある。

【００１４】前記ケーシング及び前記光学レンズを、Ｇ
ｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料からなる原料から構成
し、かつ、これらケーシング及び光学レンズを前記成形
方法により一体溶融成形してある。

【００１５】前記ケーシングに被係合部を形成するとと
もに、このケーシングの被係合部と係合作用して前記光
学レンズを該ケーシングに固定するための係合部を該光
学レンズに形成してある。

【００１６】前記成形手段として、押出し成形方法、射
出成形方法、トランスファー成形方法を用い、成形型に
原料の融液を注入してなることが望ましい。

【００１７】又、 前記成形型として、高密度炭素材料
からなる型材のキャビテイ内面を光学研磨した成形型、
又は、金属上にセラミックコーティングした型材のキャ
ビテティ内面を光学研磨した成形型を用いることが望ま
しい。

【００１８】

【作用】以上の如き内容からなる本発明の赤外線光学レ
ンズを、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料からなる原
料から構成し、この原料をその融点以上に加熱して溶融
させるとともに、成形型を原料の融点以上に加熱したの
ち、原料の融液を前記成形型のキャビティ内に所定圧力
にて注入することによって、原料の融液が成形型によっ
て冷却されても融液が部分的に凝固することがなく、成
形型のキャビティ内に均一に加圧注入されるのである。
又、成形型のキャビティ内に原料の融液を注入した後、
成形型に原料を注入する圧力を強めて比較的高い成形圧
力を維持した状態で冷却することにより、融液の密度を
高めることが可能となる。そして、冷却過程において、
凝固点付近で注入圧力を弱めて低い保持圧力を維持する
ことにより、材料の凝固膨張の圧力を吸収して内部歪み
の発生を防止するのである。それから、凝固点を通過す
ると圧力を再度強めて所定の保持圧力を維持することに
より、成形品の密度を高めるとともに、高い寸法精度を
出すことが可能となり、しかも成形品にクラック、脹ら
み、陥没が発生しないのである。この溶融成形方法によ
って、一成形工程でＧｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料
からなる光学レンズを製造することができるのである。

【００１９】この場合、成形手段として、押出し成形方
法、射出成形方法、トランスファー成形方法を用い、成
形型に原料の融液を注入してなることによって、成形プ
ロセスが簡単になり量産化を達成でき、しかも成形圧力
を高めることができ、高密度の成形品を得るのである。

【００２０】又、成形型として、高密度炭素材料からな
る型材のキャビティ内面を光学研磨した成形型、又は、
金属上にセラミックコーティングした型材のキャビティ
内面を光学研磨した成形型を用いることによって、融液
に不純物が混入することがなく、しかも成形型の耐久性
に優れ量産化に適応し、後加工の必要がない光学レンズ
を製造することができるのである。

【００２１】又、上記成形手段を用いることによって、
光学レンズを、それの赤外線入射面が赤外線素子に対し
て円弧を描く湾曲凸面になるように、かつ、内面に複数
の凸レンズが一体形成されたマルチレンズに構成するこ
とが容易にでき、図４に示すように、赤外線に対する入
射角度を平面のレンズに比して大きく拡大することが可
能になる。そして、入射してきた赤外線は、凸レンズに
よって赤外線素子の受光部に確実に集光させることがで
きる。

【００２２】又、ケーシング及び光学レンズを、Ｇｅ、
Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料からなる原料から構成し、
かつ、成形方法によりこれらケーシングと光学レンズと
を一体溶融成形することによって、ケーシングを別体形
成する必要がないとともに、光学レンズとケーシングと
の組付け作業も不要になる。しかも、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧ
ｅ−Ｓｉ合金材料が半導体材料であるため、電磁波に対
するシールド効果があり、外部からの電気的ノイズ等に
影響されることなく、常に正確な検出を行うことができ
るのである。

【００２３】又、ケーシングに被係合部を、かつ、光学
レンズに係合部を形成することによって、ケーシングの
被係合部と光学レンズの係合部とを係合させるだけで、
それらの組付け作業が完了し、ハンダ付けなどによる組
付けに比して作業時間の短縮化を図ることができる。

【００２４】

【実施例】赤外線を透過可能な光学レンズの製造方法に
ついて説明すれば、この光学レンズは、Ｇｅ、Ｓｉ又は
Ｇｅ−Ｓｉ合金材料からなる原料から構成され、かつ、
その原料を成形方法により溶融成形して構成されてお
り、その具体構成を説明する。図１に、溶融成形方法に
係る圧力（Ｐ）と温度（Ｔ）の成形サイクルを簡略化し
て示したものであり、横軸は型締めシリンダーの圧力、
縦軸は融液又は成形型の温度である。この成形サイクル
は、成形型への融液の注入圧力や保持圧力を制御し得る
手段、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料をその融点以
上に加熱して溶融させる溶融手段（Ａ→Ｂ：加熱過
程）、成形型を原料の融点以上に加熱したのち、原料の
融液を前記成形型のキャビティ内に所定圧力にて注入す
る注入手段（Ｂ→Ｃ：注入過程）、注入後の注入圧力を
強めて比較的高い成形圧力を維持した状態で冷却する冷
却手段（Ｃ→Ｄ成形・冷却過程）、それの冷却過程にお
いて、凝固点付近で注入圧力を弱めて低い保持圧力を維
持する第１維持手段（Ｄ→Ｅ→Ｆ：減圧・保圧過程）、
凝固点を通過すると圧力を再度強めて所定の保持圧力を
維持する第２維持手段（Ｆ→Ｇ→Ｈ：加圧・保圧過程）
から構成し、それから室温程度まで冷却した後、減圧し
て成形型から成形品を取り出し（Ｈ→Ａ：減圧・離型過
程）て成形工程を終了するのである。

【００２５】ここで、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材
料からなる原料の融液（Ｇｅ：m.p.=958.5℃、Ｓｉ:m.
p.=1414℃）を、同じく原料の融点以上に加熱した成形
型に押し出し成形、射出成形又はトランスファー成形に
よって注入して成形するのである。成形型（鋳型）のキ
ャビティは、光学レンズＲのサイズや目的の違いに応じ
て鋳型加工され、その内面は、光学研磨されており、原
料を溶融状態にして、成形型内で凝固点（一般的に融点
と一致する）以下に冷却した後、剥離すると、後加工の
不用なＧｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金の光学研磨レベル
の鏡面外観を持つ高精度の赤外レンズの成形品が成形さ
れる。

【００２６】又、成形型の材料には、以下に示す選択基
準が必要である。 (1) ＧｅやＳｉは、高純度の半導体材料であり、金属汚
染が生じると、赤外透過領域等の性能を劣化させるの
で、融液に接する材料は汚染や反応が生じない材料を使
用すること。 (2) 成形型は、光学研磨して鏡面となる表面を保つ材料
であること。 (3) ＧｅやＳｉ融液の固化時の特徴的な物性（熱伝導
率、膨張係数）とよく似た物性の材料であること。 以上の条件を満たす成形型として、本発明では内面光学
研磨された高密度炭素型（鋳型）又は耐熱性金属にセラ
ミックコーティングをして、そのコーティング層の表面
を光学研磨処理をした複合型（鋳型）を採用している。

【００２７】前記成形方法は、真空注型方式よりは充填
密度の高い成形ができる押し出し成形方法、トランスフ
ァー成形方法や量産効果の大きい射出成形方法が最適で
ある。これらの方法では、成形品の充填密度が高く、レ
ンズに成形した場合には透過度が結晶体と同じような優
れた性能となる。これらの成形手段を採用して、融液の
注入圧力、型冷却時の保持圧力、材料自身の冷却時の凝
固膨張等を制御するのである。つまり、成形型内へ融液
を所定の注入圧力で注入した後、注入圧力を強めて比較
的高い成形圧力を維持して冷却し、その高い成形圧力を
融液の凝固点まで保ち、それから凝固点付近で注入圧力
を弱めて圧力を下げ、凝固点を通過すると再び圧力を強
めて圧力を上昇させ、十分に温度が下がるまでその保持
圧力を維持する等の制御を行うのである。

【００２８】次に、図２に、トランスファー成形方法を
用い、成形型として高密度炭素型を用いてＧｅのレンズ
を製造する第１成形装置を示し、図３に、射出成形方法
を用い、成形型として耐熱性金属にセラミックコーティ
ングした複合型を用いてＧｅの特殊形状のレンズを製造
する第２成形装置を示しており、これら装置について説
明する。

【００２９】前記第１成形装置に使用する成形型１は、
Ｇｅを溶融する高周波溶融炉の材料として使用している
炭素材料で加工した型が使用され、更にキャビティに対
応する部分は、高密度炭素材料の加工品で組み立てら
れ、その内面を光学研磨したものである。高密度炭素材
料は、従来の多孔質の炭素材料では得られなかった高性
能の光学研磨面を加工で得ることができるのである。
又、キャビティ以外のＧｅ融液に接する部分は、全て炭
素材料であるので、融液が汚染される心配がない。

【００３０】前記第１成形装置は、前記成形型１を保持
枠２の中央部に配設し、該保持枠２の上部にはエアシリ
ンダー３を配設して、そのエアシリンダー３に供給する
空気圧に応じて変位し、成形型１内に挿入するプランジ
ャ４を備えるとともに、エアシリンダー３を操作する圧
縮空気供給系５を備え、更に成形型４の周囲に950 〜11
00℃の温度範囲で制御できる加熱炉６を配設したもので
ある。又、プランジャ４には、ロードセル４ａを取り付
けて圧力を計測し、制御するようにしている。前記エア
シリンダー３には、プランジャ４を押し出し操作するた
めの第１給気口３ａと引き込み操作する第２給気口３ｂ
を有し、それら給気口３ａ，３ｂに前記圧縮空気供給系
５から圧縮空気を供給するのである。ここで、圧縮空気
供給系５は、図示しないコンプレッサーから供給された
圧縮空気を二つに分岐してそれぞれ第１減圧弁７と第２
減圧弁８に供給し、それから第１減圧弁７から圧力計９
を介して電磁弁１０に供給し、一方、第２減圧弁８から
圧力計１１を介して二つの電磁弁１２，１３に分岐して
供給し、そして前記電磁弁１０と電磁弁１２の出口側を
合流して前記第１給気口３ａに供給するとともに、前記
電磁弁１３から前記第２給気口３ｂに供給するのであ
る。前記給気口３ａ，３ｂに供給する空気の圧力は、コ
ンプレッサーの供給圧をそれぞれ減圧弁７，８を調節す
ることによって所定値に減圧して設定する。本実施例で
は、第１減圧弁７を高い圧力に設定し、第２減圧弁８を
低い圧力に設定している。尚、前記各電磁弁１０，１
２，１３の出口側の配管をそれぞれライン１０ａ，１２
ａ，１３ａと称する。

【００３１】前記第１成形装置によってＧｅ赤外レンズ
を製造するには、先ず粒子状のＧｅ原料粉末（約2 〜3
ｍｍΦ) を前記成形型１の下部に配管したガス供給管１
４から還元性ガス、例えばフォーミングガスを流して、
原料粉末中の水分等を置換し、前記電磁弁１３を開いて
ライン１３ａからエアシリンダ３の第２給気口３ｂに圧
縮空気を供給してプランジャ４を上の位置に設定した状
態で、加熱炉６を操作して原料粉末及び成形型１を加熱
する。ここで、前記成形型１の温度及び加熱炉６内の温
度は、温度モニター１５で測定して温度制御する。そし
て、温度モニター１５で成形型１の温度が原料の融点以
上になると、前記電磁弁１０を開いてライン１０ａから
エアシリンダー３の第１給気口３ａに高い圧力の圧縮空
気を供給するとともに、電磁弁１３を閉じて、プランジ
ャ４を下方へ移動させて成形型１に圧力を加えて、原料
の融液をキャビティ内で加圧し、それを維持する。この
圧力が成形圧力である。次に、加熱炉６の温度を下げて
又は加熱炉６の加熱を停止して、あるいは強制空冷等に
よって成形型１を冷却する。この冷却速度は、成形品の
厚みや熱容量に応じて最適に設定される。そして、冷却
を継続して原料の凝固点付近まで温度が下がると、電磁
弁１０を閉じるとともに、電磁弁１２を開いてライン１
２ａから低い圧力の圧縮空気を第１給気口３ａに供給
し、プランジャ４によって成形型１に加える圧力を下
げ、その保持圧力を維持する。その後、成形型１の温度
が原料の凝固点を通過して下がると、前記電磁弁１２を
閉じるとともに、電磁弁１０を開いてライン１０ａから
第１給気口３ａに高い圧力の圧縮空気を供給しプランジ
ャ４によって成形型１に加える圧力を上げ、その高い保
持圧力を維持する。この保圧工程は、基本的には射出圧
を高くし、冷却時の保持圧力を十分に保つことが高密度
成形の制御条件となる。

【００３２】次に、第２成形装置を図３に基づいて説明
する。この成形装置の成形型１６は、耐熱性金属（ＳＫ
鋼、ハステロイ等）で組み合わされ、原料と接触する内
部は全てセラミックコーティングされたものである。こ
の成形装置は、前記成形型１６の一方の型をハウジング
１７内に垂直に配設した固定盤１８に固定し、成形型１
６の他方の型を型締めシリンダー１９の型締めラム２０
の先端に取り付けた可動盤２１に固定し、又、ハウジン
グ１７内には原料溜部２２とそれに連通する射出シリン
ダー２３を横設するとともに、射出シリンダー２３には
射出・保圧シリンダー２５のピストン２５が圧縮空気等
の駆動によって挿入可能となっている。又、射出シリン
ダー２３の先端のノズル部は前記固定盤１８を貫通して
成形型１６に接続されている。そして、前記射出シリン
ダー２３の周囲には原料粉末を溶融するための横型加熱
炉２６を配設するとともに、成形型１６の周囲には型温
度を制御するためのヒータ２７を配設している。更に、
前記ハウジング１７の上部には、成形型１６を収容した
区画と、原料溜部２２の内部と、横型加熱炉２６を設け
た区画とにそれぞれガス供給口２８，・・・が設けら
れ、ガス供給系２９からフォーミングガスをハウジング
１７内の各部に供給している。ここで、原料が溶融する
前記射出シリンダー２３の内面もセラミックコーティン
グしている。又、前記射出・保圧シリンダー２４の第１
給気口２４ａ及び第２給気口２４ｂには、図示しない前
記同様の圧縮空気供給系を接続して、該射出・保圧シリ
ンダー２４に供給する圧縮空気の圧力や流路を変更して
ピストン２５によって成形型１６へ加える圧力を調節す
るのである。

【００３３】前述の第２成形装置によってＧｅの特殊形
状のレンズを製造するには、先ず粒子状のＧｅ原料粉末
を原料溜部２２に充填し、上部からフォーミングガスを
流して原料表面の精製をする。そして、型締めシリンダ
ー１９に圧力流体を供給して型締めラム２０を前進させ
て成形型１６を閉じる。次に、前記ピストン２５を後退
させた状態で、原料を射出シリンダー２３内に導き、そ
れからピストン２５を前進させて原料粉末を横型加熱炉
２６の部分に移動させてそれを加熱して溶融する。一
方、前記成形型１６は、周囲のヒータ２７によって原料
の融点以上の温度に加熱されており、融液が成形型１６
のキャビティ内に注入する。このピストン２５には、圧
力変動を監視するロードセル４ａが取り付けられてお
り、融液が成形型１６のキャビティ内部で必要な保持さ
れる圧力（保持圧力）や型温度の制御のためのヒータ２
７で、成形、冷却を制御する。そして、保持圧力を加え
ながら、融液を冷却成形し、型締めラム２０を後退させ
て、成形型１６を離型して成形品を取り出すのである。
この場合における圧力や温度制御の詳細は、前述同様の
ため省略する。

【００３４】前記成形型１６として、高密度炭素材料か
らなる成形型を用いて、溶融したＳｉを成形型内に射出
成形して光学レンズを製造してもよいし、又、金属にセ
ラミックコーティングした成形型を用いて、Ｇｅ−Ｓｉ
合金からなる光学レンズを製造してもよい。

【００３５】前記成形方法にて成形された光学レンズＲ
を用いた本発明の赤外線センサモジュールＭが、図４〜
図５に示されてあり、この赤外線センサモジュールＭ
は、赤外線を感知する赤外線素子Ｎと、この赤外線素子
Ｎを覆うためのケーシングＫと、前記ケーシングＫに形
成された開口部に設けられた光学レンズＲとから構成さ
れており、人体から放射される赤外線を赤外線素子Ｎに
より検出することができるようにしている。

【００３６】前記赤外線素子Ｎは、気密封止と電磁シー
ルドを有する金属パッケージ３０と、この金属パッケー
ジ３０に形成の開口部に備えた赤外線透過窓としての光
学フィルター３１と、この光学フィルター３１から透過
する赤外線を受光する一対の受光部３２，３２とから構
成されている。

【００３７】前記赤外線素子Ｎが、電子部品を備えるプ
リント基盤３４に取り付けられ、前記ケーシングＫが、
前記プリント基盤３４にハンダ付けにより固定されてい
る。尚、図に示す３４ａは、前記プリント基盤３４に形
成されたビス止め用の孔であり、又、３３は、前記プリ
ント基盤３４の下端から下方へ突出する電子部品等を覆
うためのケーシングである。

【００３８】前記一対の受光部３２，３２は、分極処理
の方向が相反するように接続されており、前記光学フィ
ルター３１を通して入射する赤外線に対して両受光部３
２，３２が機能するものの、同相で影響を及ぼすセンサ
周辺の温度変化や機械的な衝撃等の外乱には出力しない
ようにしている。

【００３９】前記光学レンズＲは、図４及び図５に示す
ように、それの内面側一面に内方側へ突出する複数個の
凸レンズｒが一体形成されたマルチレンズに構成すると
ともに、それの赤外線線入射面が前記赤外線素子Ｎに対
して円弧を描く湾曲凸面になるように構成してあり、赤
外線に対する入射角度Ｚを平面のレンズに比して大きく
拡大することができるとともに、複数の凸レンズｒによ
り入射してくる赤外線を赤外線素子Ｎの受光部３２，３
２へ確実に集光させることができるようにしている。

【００４０】そして、前記ケーシングＫを前記光学レン
ズＲと同一原料のＧｅ原料から構成し、かつ、前述の成
形方法により光学レンズＲと一体溶融成形してあり、ケ
ーシングＫ自体が電磁波に対するシールド効果を発揮す
るとともに、ケーシングＫを別体形成し、光学レンズＲ
とケーシングＫとを組付ける作業を不要にできるのであ
る。

【００４１】又、前記光学レンズＲの外表面は、前述の
ように、光学研磨された成形型（鋳型）のキャビティに
て後加工不用な鏡面に仕上げられ、しかも前記光学レン
ズＲの内外表面は夫々、透明薄膜による赤外コーティン
グ処理が施され、詳しくは、レンズ外面が、透過領域が
６ミクロンカットオンフィルタとして機能するように赤
外多層コーティングにて表面処理され、レンズ内面が、
無反射となるように一層の透明薄膜にて表面処理されて
いる。

【００４２】前記ケーシングＫと前記光学レンズＲとを
一体溶融成形する他、図６及び図７に示すように、別体
形成した金属性のケーシングＫを光学レンズＲにハンダ
付け等により接合してもよく、ケーシングＫの材質は自
由に選択できる。この場合、光学レンズＲの内面コーテ
ィング処理がケーシングＫと一体溶融成形した光学レン
ズＲを行う場合と比して容易に行える利点がある。

【００４３】前記光学レンズＲとして、図８及び図９に
示すように、赤外線素子Ｎの光学フィルター３１の幅と
同一幅になるように構成して赤外線センサモジュールＭ
の小型化を図るようにしてもよく、光学レンズＲの大き
さは自由に設定できる。又、前記光学レンズＲの内面側
一面に複数個の凸面ｒを備えさせる他、光学レンズＲの
内面側の一部又は外面側一部、もしくは外面側全部に備
えさせてもよいし、光学レンズＲ自体をフレネルレンズ
に構成する等、光学レンズＲの形状は自由に設定でき
る。

【００４４】又、前記成形方法にて製造された凹レンズ
が、図１０に示され、この凹レンズＲの赤外線入射側表
面の全部に、ＡｌやＡｕなどの金属を蒸着してなる金属
層３５をコーティングしてあり、集光ミラーとして機能
するように構成している。

【００４５】又、図１１に、前記凹レンズＲの赤外線入
射側表面の中心部分を除いた他の部分のみに、前記同様
にＡｌやＡｕなどの金属を蒸着してなる金属層３６をコ
ーティングしてあり、金属層３６部分で赤外線を集光さ
せるとともに、金属層３６のない部分３６ａで赤外線を
透過させる干渉フィルターとして機能できるようにして
いる。

【００４６】又、前記レンズＲの他の実施例として図１
２に示している。これは、赤外線を感知する赤外線素子
Ｎを、電子部品を備える基盤３４に取り付け、前記赤外
線素子Ｎを覆うための金属製のケーシングＫを、前記基
盤３４にハンダ付けにより固定するとともに、前記ケー
シングＫに形成された開口部に、前記赤外線素子Ｎへの
赤外線を透過可能なレンズＲをメッキ処理した後、接合
してある。このメッキ処理、換言すればＮｉ無電解メッ
キ処理、あるいは電解メッキ処理後のメッキ処理部３７
は、洗浄・乾燥が行われた後、低融点金属、あるいはハ
ンダ等により接合されるのである。尚、図１２中説明し
なかった番号は、前述の同一番号のものと同じものを示
すため、説明を省略する。

【００４７】前記レンズＲの表裏両面は、反射抑制の目
的でコーティング処理が施されてあり、これら２つのコ
ーティング層３８，３９により、特定の波長のみを透過
させる干渉フィルターとして機能するようにしている。

【００４８】前記赤外線センサモジュールＭとしては、
熱電対やボロメータの他、フォトン検知器など赤外線を
検知するものであれば、各種の検知器を使用できる。

【００４９】前記光学レンズＲと前記ケーシングＫとの
組付け方法として、図１３に示すようにしてもよい。こ
れは、ケーシングＫに側面視略逆Ｌ字状の案内溝４０を
形成し、この案内溝４０の案内終端側にケーシングＫの
被係合部としての凹部４０ａを形成するとともに、この
ケーシングＫの溝部４０に係合作用して光学レンズＲを
ケーシングＫに固定するための係合部としての係合凸部
４１ａを光学レンズＲの下端に突設した側面視略逆Ｌ字
状の係合片４１に形成してある。したがって、光学レン
ズＲの係合片４１をケーシングＫの溝部４０に上方から
差し込んだ後、光学レンズＲを時計周りに回転させるこ
とによって、溝部４０の凹部４０ａに係合片４１の係合
凸部４１ａを係合してケーシングＫに光学レンズＲが固
定するのである。尚、光学レンズＲの固定状態から、光
学レンズＲを反時計周りに回転させることによって、前
記係合を解除してケーシングＫから光学レンズＲを取り
外すことができるのである。又、図では、係合部４１ａ
と被係合部４０ａとを１組しか示さなかったが、２組以
上設けてもよく、これらの個数及び形状などは、自由に
変更可能である。

【００５０】前記ケーシングＫの外表面は、前述のよう
に鏡面に仕上げられておらず、粗面になっているととも
に、前述の透明薄膜によるコーティング処理も一切施さ
れていないが、前述同様鏡面仕上げ又はコーティング処
理してもよい。

【００５１】前述のように、ケーシングＫの下端部を、
プリント基盤３４の上面にハンダ付けにより固定するこ
とによって、このハンダ付け部分でのシールド効果が減
衰することがないようにしている。

【００５２】前記ケーシングＫの原料は、Ｇｅの他、Ｓ
ｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料から構成してもよい。

【００５３】前記赤外線素子Ａの金属パッケージ３０を
Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料からなる原料から構
成したり、前記赤外線素子Ａの光学フィルター３１をＧ
ｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料からなる原料から構成
してもよい。尚、この光学フィルター３１を本発明の光
学レンズＲに構成することによって、赤外線素子Ａを覆
うケーシングＫやこのケーシングＫの開口部を覆う光学
レンズＲ等を省略できる。

【００５４】

【発明の効果】光学レンズを、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓ
ｉ合金材料からなる原料を成形方法にて溶融成形するこ
とによって得ることができるから、材料の凝固膨張の圧
力を吸収して内部歪みを防止して、成形品の密度を高め
ることができるとともに、高い寸法精度を出すことがで
き、しかも成形品にクラック、脹らみ、陥没が発生する
ことがなく、製品のバラツキなどに起因する製造面にお
ける不利を回避することができるのである。しかも、従
来のように、光学研磨機械による研磨加工に比して材料
費の高いＧｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料を無駄のな
い有効利用が可能となるとともに、照明器具や電熱器具
の近傍でも使用可能な適応範囲の広い赤外線用光学レン
ズを提供することができる。さらに、上記成形方法によ
り焦点の短いレンズを作成しても、歪みや収差が少ない
ため、レンズの小型化を図ることができるとともに、赤
外線透過率の向上を図ることができることから、信号処
理系のＳ／Ｎ比を向上させてノイズ等の外的要因から発
生する各種機器の誤動作の低減化をも図ることができ
る。

【００５５】前記光学レンズを、それの赤外線入射面が
赤外線素子に対して円弧を描く湾曲凸面になるように構
成することによって、平面のレンズに比して入射角度の
拡大を図ることができるとともに、内面に一体形成され
た凸レンズにより入射してくる赤外線を赤外線素子の受
光部へ確実に集光させることができ、歪みなどによる検
出ミスを回避しながらも、検出範囲を拡大することがで
きる赤外線センサモジュールを提供することができる。

【００５６】前記ケーシングを、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−
Ｓｉ合金材料からなる原料から構成し、かつ、成形方法
により前記光学レンズと一体溶融成形することによっ
て、別体形成された２つの部材を組付けるものに比して
組付け作業面及び製造面において有利にすることができ
るとともに、ケーシング自体が電磁波シールド効果を有
することから、特別な電磁遮蔽をすることなく、常に正
確な検出が行える信頼性の高い赤外線センサモジュール
を提供することができる。

【００５７】ケーシングに被係合部を形成するととも
に、このケーシングの被係合部と係合作用して光学レン
ズをケーシングに固定するための係合部を光学レンズに
形成すれば、別体構成されたそれら２つをハンダ付け等
により接合するものに比して、組付け作業面において有
利にすることができ、製造時間の短縮化を図ることがで
きる赤外線センサモジュールを提供することができる。

【００５８】前記成形手段として、押出し成形方法、射
出成形方法、トランスファー成形方法を用いることによ
って、成形プロセスが簡単になり、量産化が容易にな
り、成形品の密度を高めることができるとともに、成形
品の多数個取りや、２次元配列の複合レンズ等の製造時
に成形法の利点をそのまま生かすことができる。

【００５９】前記成形型として、高密度炭素材料からな
る型材のキャビティ内面を光学研磨した成形型、又は金
属上にセラミックコーティングした型材のキャビティ内
面を光学研磨した成形型を用いることによって、融液に
不純物が混入することがなく、しかも成形型の耐久性に
優れ、量産化に適応し、後加工の必要のない光学的表面
を有するレンズを安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶融成形方法における注入用シリンダー圧力と
材料の温度との関係を示す成形サイクルのグラフ

【図２】トランスファー成形方法を用いた成形装置を示
す簡略説明図

【図３】射出成形方法を用いた成形装置を示す簡略説明
図

【図４】赤外線センサモジュールの縦断面図

【図５】赤外線センサモジュールの平面図

【図６】他の実施例の赤外線センサモジュールの縦断面
図

【図７】他の実施例の赤外線センサモジュールの平面図

【図８】他の実施例の赤外線センサモジュールの縦断面
図

【図９】他の実施例の赤外線センサモジュールの平面図

【図１０】光学レンズの縦断面図

【図１１】他の実施例の光学レンズの縦断面図

【図１２】他の実施例の赤外線センサモジュールの縦断
面図

【図１３】光学レンズとケーシングとの組付け構造を示
す側面図

【符号の説明】

１ 成形型 ２ 保持枠 ３ エアシリンダー 3a 第１給気口 3b 第２給気口 ４ プランジャ 4a ロードセル ５ 圧縮空気供給系 ６ 加熱炉 ７ 第１減圧弁 ８ 第２減圧弁 9,11 圧力計 10,12,13 電磁弁 14 ガス供給管 15 温度モニター 16 成形型 17 ハウジング 18 固定盤 19 型締めシリンダー 20 型締めラム 21 可動盤 22 原料溜部 23 射出シリンダー 24 射出・保圧シリンダー 24a 第１給気口 24b 第２給気口 25 ピストン 26 横型加熱炉 27 ヒータ 28 ガス供給口 29 ガス供給系 30 金属パッケージ 31 光学フィルター 32 受光部 33 ケーシング 34 プリント基盤 34a 孔 35 金属層 36 金属層 36a 部分 37 メッキ処理部 38 コーティング層 39 コーティング層 40 案内溝 40a 凹部 41 係合片 41a 係合凸部 Ｍ 赤外線センサモジュール Ｎ 赤外線素子 Ｋ ケーシング Ｒ 光学レンズ ｒ 凸レンズ Ｚ 入射角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｊ 1/04 Ｇ０１Ｊ 1/04 Ａ Ｇ０２Ｂ 1/00 Ｇ０２Ｂ 1/00 1/10 13/14 13/14 1/10 Ｚ // Ｇ０１Ｖ 8/14 9406−2Ｇ Ｇ０１Ｖ 9/04 Ｃ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線を透過可能な光学レンズを、Ｇ
   ｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料からなる原料から構成
   し、かつ、その原料を成形方法により溶融成形して構成
   するとともに、前記成形方法を、成形型への融液の注入
   圧力や保持圧力を制御し得る成形手段と、Ｇｅ、Ｓｉ又
   はＧｅ−Ｓｉ合金材料からなる原料をその融点以上に加
   熱して溶融させる溶融手段と、成形型を原料の融点以上
   に加熱したのち、原料の融液を前記成形型のキャビティ
   内に所定圧力にて注入する注入手段と、注入後の注入圧
   力を強めて比較的高い成形圧力を維持した状態で冷却す
   る冷却手段と、それの冷却過程において、凝固点付近で
   注入圧力を弱めて低い保持圧力を維持する第１維持手段
   と、凝固点を通過すると圧力を再度強めて所定の保持圧
   力を維持する第２維持手段とから構成してあることを特
   徴とする赤外線用光学レンズ。
2. 【請求項２】 前記光学レンズの赤外線入射側表面の一
   部又は全部に、金属を蒸着してなる金属層を設けてある
   請求項１記載の赤外線用光学レンズ。
3. 【請求項３】 前記成形手段として、押出し成形方法、
   射出成形方法、トランスファー成形方法を用い、成形型
   に原料の融液を注入してなる請求項１記載の赤外線用光
   学レンズ。
4. 【請求項４】 前記成形型として、高密度炭素材料から
   なる型材のキャビティ内面を光学研磨した成形型を用い
   てなる請求項１記載の赤外線用光学レンズ。
5. 【請求項５】 前記成形型として、金属上にセラミック
   コーティングした型材のキャビティ内面を光学研磨した
   成形型を用いてなる請求項１記載の赤外線用光学レン
   ズ。
6. 【請求項６】 赤外線を感知する赤外線素子を、電子部
   品を備える基盤に取り付け、前記赤外線素子を覆うため
   のケーシングを、前記基盤に固設するとともに、前記ケ
   ーシングに形成された開口部に、前記赤外線素子への赤
   外線を透過可能な光学レンズを設けてある赤外線センサ
   モジュールであって、前記光学レンズを、Ｇｅ、Ｓｉ又
   はＧｅ−Ｓｉ合金材料からなる原料から構成し、かつ、
   その原料を成形方法により溶融成形して構成し、前記成
   形方法を、成形型への融液の注入圧力や保持圧力を制御
   し得る成形手段と、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料
   からなる原料をその融点以上に加熱して溶融させる溶融
   手段と、成形型を原料の融点以上に加熱したのち、原料
   の融液を前記成形型のキャビティ内に所定圧力にて注入
   する注入手段と、注入後の注入圧力を強めて比較的高い
   成形圧力を維持した状態で冷却する冷却手段と、それの
   冷却過程において、凝固点付近で注入圧力を弱めて低い
   保持圧力を維持する第１維持手段と、凝固点を通過する
   と圧力を再度強めて所定の保持圧力を維持する第２維持
   手段とから構成するとともに、前記光学レンズを、それ
   の赤外線入射面が前記赤外線素子に対して円弧を描く湾
   曲凸面になるように構成し、かつ、内面に複数の凸レン
   ズが一体形成されたマルチレンズに構成してある赤外線
   センサモジュール。
7. 【請求項７】 前記ケーシング及び前記光学レンズを、
   Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料からなる原料から構
   成し、かつ、これらケーシング及び光学レンズを前記成
   形方法により一体溶融成形してある請求項６記載の赤外
   線センサモジュール。
8. 【請求項８】 前記ケーシングに被係合部を形成すると
   ともに、このケーシングの被係合部と係合作用して前記
   光学レンズを該ケーシングに固定するための係合部を該
   光学レンズに形成してある請求項６記載の赤外線センサ
   モジュール。
9. 【請求項９】 前記成形手段として、押出し成形方法、
   射出成形方法、トランスファー成形方法を用い、成形型
   に原料の融液を注入してなる請求項６記載の赤外線セン
   サモジュール。
10. 【請求項１０】 前記成形型として、高密度炭素材料か
    らなる型材のキャビティ内面を光学研磨した成形型を用
    いてなる請求項６記載の赤外線センサモジュール。
11. 【請求項１１】 前記成形型として、金属上にセラミッ
    クコーティングした型材のキャビティ内面を光学研磨し
    た成形型を用いてなる請求項６記載の赤外線センサモジ
    ュール。