WO2020105719A1 - カルコゲナイドガラスレンズ - Google Patents

カルコゲナイドガラスレンズ

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WO2020105719A1
WO2020105719A1 PCT/JP2019/045688 JP2019045688W WO2020105719A1 WO 2020105719 A1 WO2020105719 A1 WO 2020105719A1 JP 2019045688 W JP2019045688 W JP 2019045688W WO 2020105719 A1 WO2020105719 A1 WO 2020105719A1
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chalcogenide glass
glass lens
refractive index
infrared
wavelength
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French (fr)
Inventor
佳雅 松下
佐藤　史雄
Original Assignee
日本電気硝子株式会社
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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    • C03C17/42—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating of an organic material and at least one non-metal coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/32—Non-oxide glass compositions, e.g. binary or ternary halides, sulfides or nitrides of germanium, selenium or tellurium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/10—Compositions for glass with special properties for infrared transmitting glass
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements

Definitions

  • the present invention relates to a chalcogenide glass lens used for infrared sensors, infrared cameras and the like.
  • In-vehicle night vision, security systems, etc. are equipped with infrared sensors that are used to detect living bodies at night. Since the infrared sensor senses infrared rays having a wavelength of about 8 to 14 ⁇ m 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 section.
  • Ge and ZnSe are examples of materials for the above optical elements. Since these are crystalline bodies, they are inferior in workability, and it is difficult to process them into complicated shapes such as aspherical lenses. Therefore, there is a problem that it is difficult to mass-produce and it is also difficult to downsize the infrared sensor.
  • chalcogenide glass is proposed as a vitreous material that transmits infrared rays with a wavelength of approximately 8 to 14 ⁇ m and is relatively easy to process.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Document 1
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a chalcogenide glass lens having a small chromatic aberration and suitable for an infrared sensor application.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention is characterized by containing 20 to 90% of Te in mol% and having an Abbe number ( ⁇ 10) at a wavelength of 10 ⁇ m of 100 or more.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention contains Te as an essential component, it has excellent infrared transmittance. Further, since the Abbe number ( ⁇ 10) is as high as 100 or more and the chromatic aberration is small, it is suitable for infrared sensor applications.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention preferably further contains Ge in an amount of 0 to 50% by mol.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention preferably further contains 0 to 50% Ga in mol%.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention preferably has a refractive index (n10) of 2.5 or more at a wavelength of 10 ⁇ m.
  • n10 refractive index
  • the refractive index (n10) is as high as 2.5 or more, the focal length becomes short and the infrared sensor is easily miniaturized.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention preferably has an antireflection film formed on the surface.
  • the antireflection film comprises a low refractive index layer and a high refractive index layer alternately laminated in total of two or more layers.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention preferably has a fine structure formed on the surface.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention preferably has a fine structure of a moth-eye structure.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention is preferably a press-molded body.
  • the method for producing a chalcogenide glass lens of the present invention is characterized by press-molding a chalcogenide glass containing 20 to 90% of Te in mol% and having an Abbe number ( ⁇ 10) of 100 or more at a wavelength of 10 ⁇ m.
  • the infrared sensor of the present invention is characterized by using the above chalcogenide glass lens.
  • a chalcogenide glass lens having a small chromatic aberration and suitable for an infrared sensor application.
  • the composition of the chalcogenide glass lens of the present invention will be described.
  • “%” means “mol%” unless otherwise specified.
  • “ ⁇ + ⁇ + " means the total amount of each applicable component.
  • the said description means the content containing at least one or more kinds of components selected from the group consisting of the corresponding respective components, and the constitution may not include the specific component in the above group.
  • the configuration when the configuration is “A1 + A2 + A3 + A4 + A5 p to q% is preferable”, the configuration may be “A1 + A2 + A3 + A4 p to q% (excluding A5)”. ..
  • the chalcogenide glass lens of the present invention contains Te as an essential component.
  • Te which is a chalcogen element, is a component that forms a glass skeleton and enhances infrared transmittance.
  • the Te content is 20 to 90%, preferably 30 to 88%, 40 to 84%, 50 to 82%, and particularly preferably 60 to 80%. If the content of Te is too small, vitrification becomes difficult and the infrared transmittance tends to decrease. On the other hand, if the content of Te is too large, the thermal stability of the glass tends to decrease, and Te-based crystals are likely to precipitate.
  • the other chalcogen elements Se and S are less likely to improve the infrared transmittance than Te, and the infrared absorption edge wavelength tends to be shortened. Therefore, the contents of Se and S are preferably 0 to 10%, 0 to 5%, 0 to 3%, and particularly preferably 0 to 1%.
  • Ge is a component that expands the vitrification range and enhances the thermal stability of glass without lowering the infrared transmittance.
  • the Ge content is preferably 0 to 50%, 1 to 40%, 3 to 35%, 5 to 30%, 7 to 25%, and particularly 10 to 20%. If the content of Ge is too large, Ge-based crystals tend to precipitate and the raw material cost tends to increase.
  • Ga is a component that expands the vitrification range and enhances the thermal stability of glass without reducing the infrared transmittance.
  • the Ga content is preferably 0 to 50%, 1 to 30%, 2 to 20%, 3 to 15%, and particularly 4 to 10%. If the Ga content is too high, Ga-based crystals tend to precipitate and the raw material cost tends to increase.
  • Ge + Ga + Te is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, 70% or more, and particularly preferably 80% or more.
  • the upper limit of Ge + Ga + Te may be 98% or less, 96% or less, and particularly 95% or less.
  • Ag is a component that enhances the thermal stability of glass (stability of vitrification).
  • the content of Ag is 0 to 50%, more than 0 to 50%, 1 to 45%, 2 to 40%, 3 to 35%, 4 to 30%, 5 to 25%, and particularly 5 to 20%. preferable. If the content of Ag is too large, it becomes difficult to vitrify.
  • Si is a component that enhances the thermal stability of glass (stability of vitrification).
  • the content of Si is 0 to 50%, more than 0 to 50%, 1 to 45%, 2 to 40%, 3 to 35%, 4 to 30%, 5 to 25%, and particularly 5 to 20%. preferable.
  • the content of Si is too large, infrared absorption due to Si is likely to occur and infrared rays are difficult to transmit.
  • Al, Ti, Cu, In, Sn, Bi, Cr, Sb, Zn, and Mn are components that enhance the thermal stability (stability of vitrification) of glass without deteriorating infrared transmission characteristics.
  • the content of Al + Ti + Cu + In + Sn + Bi + Cr + Sb + Zn + Mn (the total amount of Al, Ti, Cu, In, Sn, Bi, Cr, Sb, Zn and Mn) is 0 to 40%, 2 to 35%, 4 to 30%, especially 5 to 25%.
  • the content of Al + Ti + Cu + In + Sn + Bi + Cr + Sb + Zn + Mn is too large, vitrification becomes difficult.
  • the content of each component of Al, Ti, Cu, In, Sn, Bi, Cr, Sb, Zn, Mn is 0-40%, 1-40%, 1-30%, 1-25%, It is particularly preferably from 1 to 20%. Above all, it is preferable to use Al, Cu, and / or Sn because the effect of enhancing the thermal stability of the glass is particularly large.
  • F, Cl, Br and I are also components that enhance the thermal stability (stability of vitrification) of glass.
  • the content of F + Cl + Br + I (the total amount of F, Cl, Br and I) is preferably 0 to 40%, 2 to 35%, 4 to 30%, particularly 5 to 25%.
  • the content of each component of F, Cl, Br, and I is 0 to 40%, 1 to 40%, 1 to 30%, 1 to 25%, and particularly preferably 1 to 20%.
  • I is preferable in that elemental raw materials can be used and the effect of enhancing the thermal stability of glass is particularly large.
  • P, Pb, Tl, etc. may be contained within a range that does not impair the effects of the present invention. Specifically, the content of each of these components is preferably 0 to 5%, particularly preferably 0 to 2%.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention has an Abbe number ( ⁇ 10) of 100 or more, preferably 120 or more, 150 or more, 180 or more, and more preferably 220 or more. If the Abbe number is too low, chromatic aberration tends to increase.
  • the upper limit of the Abbe number is not particularly limited, but actually it is 350 or less.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention preferably has a refractive index (n10) of 2.5 or more, 2.75 or more, 3 or more, and particularly 3.25 or more. If the refractive index is too low, the focal length becomes long and it becomes difficult to downsize the infrared sensor.
  • the upper limit of the refractive index is not particularly limited, but actually it is 4.5 or less.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention has excellent infrared transmittance at a wavelength of about 8 to 18 ⁇ m.
  • An infrared absorption edge wavelength is mentioned as an index for evaluating the infrared transmittance. It can be judged that the larger the infrared absorption edge wavelength, the better the infrared transmittance.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention preferably has an infrared absorption edge wavelength of 20 ⁇ m or more at a thickness of 2 mm, particularly preferably 21 ⁇ m or more.
  • the “infrared absorption edge wavelength” refers to the maximum wavelength at which the light transmittance is 20% in the infrared region having a wavelength of 8 ⁇ m or more.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention can be manufactured, for example, as follows.
  • the raw materials are mixed so as to have the above glass composition, and a raw material batch is obtained.
  • the raw material batch is put into a quartz glass ampoule, and the quartz glass ampoule is sealed with an oxygen burner while evacuating. Note that oxygen does not have to exist in the ampoule, and an inert gas or the like may be filled therein.
  • the sealed quartz glass ampoule is heated in a melting furnace at a rate of 10 to 40 ° C./hour to 650 to 1000 ° C. and then held for 6 to 12 hours. During the holding time, the quartz glass ampoule is turned upside down and the melt is stirred, if necessary.
  • chalcogenide glass put chalcogenide glass in a precision-processed mold and press-mold it while heating it until it becomes a softened state, and transfer the surface shape of the mold to the chalcogenide glass.
  • various chalcogenide glass lenses having a biconvex shape (for example, a spherical shape), a plano-convex shape, a meniscus shape, or the like can be manufactured. It is also possible to form a fine structure on the surface of the chalcogenide glass lens by forming the fine structure in the mold.
  • the chalcogenide glass may be processed into a lens shape by cutting, polishing or the like.
  • an antireflection film may be formed on the surface of the chalcogenide glass lens.
  • the infrared transmittance can be improved.
  • the method for forming the antireflection film include a vacuum vapor deposition method, an ion plating method and a sputtering method.
  • the antireflection film preferably has a total of two or more low-refractive index layers and high-refractive index layers alternately laminated in a total of 2 to 34 layers, particularly 4 to 12 layers. If the number of laminated layers is too small, it becomes difficult to transmit infrared light. On the other hand, if the number of laminated layers is too large, the number of steps required for film formation tends to increase, which tends to cause a cost increase. There is no limitation on the combination of the low refractive index layer and the high refractive index layer, as long as the refractive index of the high refractive index layer is relatively higher than that of the low refractive index layer.
  • the thickness per layer of the low refractive index layer and the high refractive index layer is preferably 0.01 to 10 ⁇ m, 0.02 to 5 ⁇ m, and particularly preferably 0.03 to 2 ⁇ m. If the thickness per layer is too small, it becomes difficult for infrared light to pass through. On the other hand, if the thickness is too large, the stress applied to the interface between the antireflection film and the chalcogenide glass lens becomes large, and the adhesiveness of the film and the mechanical strength of the glass lens are likely to decrease.
  • the material of the refractive index layer is metal oxide (Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO, SiO 2 , MgO, TiO, TiO 2 , Ti 2 O 3 , CeO 2 , Bi 2 O 3 , HfO 2 ), Hydrogenated carbon, diamond-like carbon (DLC), Ge, Si, ZnS, ZnSe, As 2 S 3 , As 2 Se 3 , PbF 2 , metal telluride, and metal fluoride are preferable.
  • metal oxide, hydrogenated carbon, and diamond-like carbon (DLC) as the outermost layer.
  • a metal oxide as the intermediate layer.
  • the material of the refractive index layer may be a resin, and for example, an olefin resin or the like can be used.
  • a fine structure may be formed on the surface of the chalcogenide glass lens.
  • the infrared transmittance can be improved by forming such a fine structure.
  • a method of forming the fine structure for example, as described above, it is possible to form the fine structure on the mold to form the fine structure on the surface of the chalcogenide glass lens.
  • An example of the fine structure is a moth-eye structure.
  • the moth-eye structure obtains an antireflection effect by forming a large number of minute protrusions. It is preferable that the interval between the minute protrusions is shorter than the wavelength of light for which an antireflection effect is desired. For example, when it is desired to obtain an antireflection effect on light having a wavelength of 8 to 14 ⁇ m, it is preferable that the interval between the fine protrusions be 14 ⁇ m or less. If the distance is too large, light is scattered and it becomes difficult to obtain a sufficient antireflection effect. Further, the ratio represented by (the interval between the minute protrusions / the height of the minute protrusions) is preferably 10 or less, 5 or less, and more preferably 2 or less.
  • the ratio is preferably 1 or more. It is preferable that the minute protrusions have a pyramidal shape that gradually spreads from the tip toward the glass surface. With such a shape, the change in the refractive index from the air to the lens surface becomes gentle, and the antireflection effect can be further enhanced.
  • the cone shape in the moth-eye structure is not particularly limited, and may be a cone shape having an antireflection function, such as a cone shape, a pyramid shape, a truncated cone shape, a truncated pyramid shape, a bell shape, and an elliptical cone shape. .
  • the chalcogenide glass lens of the present invention has small chromatic aberration and excellent infrared transmittance, it is suitable as a lens for focusing infrared light on the infrared sensor section.
  • Tables 1 to 3 show Examples 1 to 28 and Comparative Example 1.
  • Raw materials were mixed so that the glass composition shown in the table was obtained, and a raw material batch was obtained.
  • the raw material batch was put into a quartz glass ampoule washed with pure water, and the quartz glass ampoule was sealed with an oxygen burner while being evacuated. Then, the sealed quartz glass ampoule was heated in the melting furnace at a rate of 10 to 40 ° C./hour to 650 to 1000 ° C. and then held for 6 to 12 hours. During the holding time, the quartz glass ampoule was turned upside down and the melt was stirred. Subsequently, the quartz glass ampoule was taken out of the melting furnace and rapidly cooled to room temperature to obtain chalcogenide glass. Then, grinding, polishing and washing were performed to obtain a chalcogenide glass lens. Various characteristics of the sample thus obtained were evaluated. The results are shown in the table.
  • the refractive index (n10) was shown as a measured value at 10 ⁇ m using a refractometer.
  • the infrared absorption edge wavelength was obtained by measuring the infrared transmittance at a thickness of 2 mm.
  • the samples of Examples 1 to 28 had a high refractive index of 2.74 to 3.92 and a high Abbe number of 194 to 285. Further, the infrared absorption edge wavelength was 24.1 to 24.3 ⁇ m, and excellent light transmittance was exhibited in the infrared region near the wavelength of 8 to 18 ⁇ m. On the other hand, Comparative Example 1 was not vitrified.
  • the chalcogenide glass lens of the present invention is suitable as a lens for focusing infrared light on the infrared sensor section.

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Abstract

色収差が小さく、赤外線センサ用途に好適なカルコゲナイドガラスレンズを提供する。 モル％で、Ｔｅ　２０～９０％を含有し、波長１０μｍにおけるアッベ数（ν１０）が１００以上であることを特徴とするカルコゲナイドガラスレンズ。

Description

カルコゲナイドガラスレンズ
　本発明は、赤外線センサ、赤外線カメラ等に使用されるカルコゲナイドガラスレンズに関する。
　車載ナイトビジョンやセキュリティシステム等は、夜間の生体検知に用いられる赤外線センサを備えている。赤外線センサは、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。
　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、また赤外線センサの小型化も困難であるという問題がある。
　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）
特開２００９－１６１３７４号公報
　しかしながら、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、赤外線センサが十分に機能しないおそれがある。さらに、前記ガラスは、色収差が大きいという問題がある。
　本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、色収差が小さく、赤外線センサ用途に好適なカルコゲナイドガラスレンズを提供することを目的とする。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、モル％で、Ｔｅ　２０～９０％を含有し、波長１０μｍにおけるアッベ数（ν１０）が１００以上であることを特徴とする。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、必須成分としてＴｅを含有させているため、赤外線透過率に優れている。また、アッベ数（ν１０）が１００以上と高く色収差が小さいため、赤外線センサ用途に好適である。なお、アッベ数（ν１０）は、波長８μｍ、１０μｍ、及び１２μｍにおける屈折率の値を用い、アッベ数（ν１０）＝｛（ｎ１０－１）／（ｎ８－ｎ１２）｝の式から算出する。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、さらに、モル％で、Ｇｅ　０～５０％を含有することが好ましい。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、さらに、モル％で、Ｇａ　０～５０％を含有することが好ましい。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、波長１０μｍにおける屈折率（ｎ１０）が２．５以上であることが好ましい。屈折率（ｎ１０）が２．５以上と高いと、焦点距離が短くなるため赤外線センサを小型化しやすい。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、表面に反射防止膜が形成されていることが好ましい。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、反射防止膜が、低屈折率層と高屈折率層が交互に合計２層以上積層されていることが好ましい。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、表面に微細構造が形成されていることが好ましい。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、微細構造がモスアイ構造であることが好ましい。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、プレス成型体であることが好ましい。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズの製造方法は、モル％で、Ｔｅ　２０～９０％を含有し、波長１０μｍにおけるアッベ数（ν１０）が１００以上であるカルコゲナイドガラスをプレス成形することを特徴とする。
　本発明の赤外線センサは、上記のカルコゲナイドガラスレンズを用いることを特徴とする。
　本発明によれば、色収差が小さく、赤外線センサ用途に好適なカルコゲナイドガラスレンズを提供することができる。
　まず、本発明のカルコゲナイドガラスレンズの組成について説明する。なお、以下の各成分の含有量に関する説明において、特に断りのない限り、「％」は「モル％」を意味する。なお、本明細書において、「○＋○＋・・・」は該当する各成分の合量を意味する。ただし、当該記載は、該当する各成分からなる群から選択される少なくとも１種以上の成分を含む含有量を意味するものであり、上記群のうち、特定成分を含まない構成としてもよい。例えば、「Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ａ５　ｐ～ｑ％が好ましい」構成であるとき、「Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４　ｐ～ｑ％（ただしＡ５は含まない）」という構成にしてもよい。　
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、Ｔｅを必須成分として含有する。カルコゲン元素であるＴｅはガラス骨格を形成し、赤外線透過率を高める成分である。Ｔｅの含有量は、２０～９０％であり、３０～８８％、４０～８４％、５０～８２％、特に６０～８０％であることが好ましい。Ｔｅの含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなり、赤外線透過率が低下しやすくなる。一方、Ｔｅの含有量が多すぎるとガラスの熱安定性が低下しやすく、Ｔｅ系の結晶が析出しやすくなる。ちなみに、他のカルコゲン元素Ｓｅ、Ｓは、Ｔｅより赤外線透過率を向上させにくく、赤外吸収端波長が短くなりやすい。そのため、Ｓｅ、Ｓの含有量は、それぞれ０～１０％、０～５％、０～３％、特に０～１％であることが好ましい。
　上記成分以外にも、以下に示す種々の成分を含有させることができる。
　Ｇｅは赤外線透過率を低下させることなく、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。Ｇｅの含有量は、０～５０％、１～４０％、３～３５％、５～３０％、７～２５％、特に１０～２０％であることが好ましい。Ｇｅの含有量が多すぎると、Ｇｅ系の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。
　Ｇａは赤外線透過率を低下させることなく、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。Ｇａの含有量は、０～５０％、１～３０％、２～２０％、３～１５％、特に４～１０％であることが好ましい。Ｇａの含有量が多すぎると、Ｇａ系の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。
　なお、ガラス化の安定性を高める観点からは、Ｇｅ、Ｇａ及びＴｅの含有量の合量が多いことが好ましい。具体的には、Ｇｅ＋Ｇａ＋Ｔｅが５０％以上であることが好ましく、６０％以上、７０％以上、特に８０％以上であることが好ましい。ただし、他成分を導入するために、Ｇｅ＋Ｇａ＋Ｔｅの上限値については９８％以下、９６％以下、特に９５％以下としてもよい。
　Ａｇは、ガラスの熱的安定性（ガラス化の安定性）を高める成分である。Ａｇの含有量は０～５０％、０超～５０％、１～４５％、２～４０％、３～３５％、４～３０％、５～２５％、特に５～２０％であることが好ましい。Ａｇの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。
　Ｓｉは、ガラスの熱的安定性（ガラス化の安定性）を高める成分である。Ｓｉの含有量は０～５０％、０超～５０％、１～４５％、２～４０％、３～３５％、４～３０％、５～２５％、特に５～２０％であることが好ましい。Ｓｉの含有量が多すぎると、Ｓｉ起因の赤外吸収が発生しやすくなり、赤外線が透過しにくくなる。
　Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｍｎは赤外線透過特性を低下させることなく、ガラスの熱的安定性（ガラス化の安定性）を高める成分である。Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｃｒ＋Ｓｂ＋Ｚｎ＋Ｍｎの含有量（Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｚｎ及びＭｎの合量）は０～４０％、２～３５％、４～３０％、特に５～２５％であることが好ましい。Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｃｒ＋Ｓｂ＋Ｚｎ＋Ｍｎの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。なお、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｍｎの各成分の含有量は、各々０～４０％、１～４０％、１～３０％、１～２５％、特に１～２０％であることが好ましい。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Ａｌ、Ｃｕ、及び／又はＳｎを使用することが好ましい。
　Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉもガラスの熱的安定性（ガラス化の安定性）を高める成分である。Ｆ＋Ｃｌ＋Ｂｒ＋Ｉの含有量（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩの合量）は０～４０％、２～３５％、４～３０％、特に５～２５％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０～４０％、１～４０％、１～３０％、１～２５％、特に１～２０％であることが好ましい。なかでもＩは、元素原料を使用可能であり、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好ましい。
　また、上記成分以外にも、Ｐ、Ｐｂ、Ｔｌ等を本発明の効果を損なわない範囲で含有させても構わない。具体的には、これらの成分の含有量は、各々０～５％、特に各々０～２％であることが好ましい。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、アッベ数（ν１０）が１００以上であり、１２０以上、１５０以上、１８０以上、特に２２０以上であることが好ましい。アッベ数が低すぎると、色収差が大きくなりやすい。なお、アッベ数の上限は特に限定されないが、現実的には３５０以下である。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、屈折率（ｎ１０）が２．５以上、２．７５以上、３以上、特に３．２５以上であることが好ましい。屈折率が低すぎると、焦点距離が長くなり赤外線センサを小型化しにくくなる。なお、屈折率の上限は特に限定されないが、現実的には４．５以下である。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは波長約８～１８μｍにおける赤外線透過率に優れる。赤外線透過率を評価するための指標として、赤外吸収端波長が挙げられる。赤外吸収端波長が大きいほど、赤外線透過性に優れると判断できる。本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、厚み２ｍｍでの赤外吸収端波長が２０μｍ以上、特に２１μｍ以上であることが好ましい。なお、「赤外吸収端波長」とは、波長８μｍ以上の赤外域において光透過率が２０％となる最大波長をいう。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、例えば以下のようにして作製することができる。
　まず、上記のガラス組成となるように、原料を混合し、原料バッチを得る。次に、石英ガラスアンプルに原料バッチを入れ、真空排気しながら酸素バーナーで石英ガラスアンプルを封管する。なお、アンプル中は酸素が存在しなければよく、不活性ガス等を封入してもよい。次に、封管された石英ガラスアンプルを溶融炉内で１０～４０℃／時間の速度で６５０～１０００℃まで昇温後、６～１２時間保持する。保持時間中、必要に応じて、石英ガラスアンプルの上下を反転し、溶融物を攪拌する。
　続いて、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カルコゲナイドガラスを作製する。
　続いて、精密加工を施した金型中にカルコゲナイドガラスを投入して軟化状態となるまで加熱しながらプレス成型し、金型の表面形状をカルコゲナイドガラスに転写させる。このようにすれば、両凸形状（例えば球状）、平凸形状、メニスカス形状等、種々のカルコゲナイドガラスレンズを作製することが可能である。また、金型に微細構造を形成しておくことで、カルコゲナイドガラスレンズ表面に微細構造を形成することも可能である。なお、カルコゲナイドガラスを切削、研磨等することによりレンズ形状に加工しても構わない。
　また、カルコゲナイドガラスレンズの表面に、反射防止膜を形成させても構わない。反射防止膜を形成させることにより、赤外線透過率を向上させることができる。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。
　次に、反射防止膜について具体的に説明する。
　反射防止膜は、低屈折率層と高屈折率層が交互に合計２層以上、２～３４層、特に４～１２層積層されていることが好ましい。積層数が少なすぎると赤外光を透過しにくくなる。一方、積層数が多すぎると成膜に要する工程が多くなり高コスト化の要因となる傾向がある。なお、低屈折率層及び高屈折率層の組合わせに制限は無く、高屈折率層の屈折率が低屈折率層の屈折率より相対的に大きければよい。
　低屈折率層及び高屈折率層（以下、単に屈折率層という）の１層当りの厚みは、０．０１～１０μｍ、０．０２～５μｍ、特に０．０３～２μｍが好ましい。１層当たりの厚みが小さすぎると赤外光を透過しにくくなる。一方、厚みが大きすぎると、反射防止膜とカルコゲナイドガラスレンズの界面にかかる応力が大きくなり、膜の密着性、ガラスレンズの機械的強度が低下しやすくなる。
　屈折率層の材質は、金属酸化物（Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＨｆＯ２）、水素化炭素、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、Ｇｅ、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ａｓ２Ｓ３、Ａｓ２Ｓｅ３、ＰｂＦ２、テルル化金属、フッ化金属が好ましい。なお、機械的強度をより向上させるためには、金属酸化物、水素化炭素、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を最外層にすることが好ましい。また、密着性をより向上するためには、金属酸化物を中間層にすることが好ましい。なお、屈折率層の材質は、樹脂でもよく、例えばオレフィン系樹脂等を用いることができる。
　また、カルコゲナイドガラスレンズの表面に微細構造を形成させても構わない。このような微細構造を形成させることにより、赤外線透過率を向上させることができる。微細構造の形成方法としては、例えば上述したように、金型に微細構造を形成しておくことにより、カルコゲナイドガラスレンズ表面に微細構造を形成することが可能である。微細構造の一例として、例えば、モスアイ構造が挙げられる。
　次に、モスアイ構造について具体的に説明する。
　モスアイ構造は、微小突起を多数形成することにより反射防止効果を得るものである。微小突起間の間隔は、反射防止効果を得ようとする光の波長よりも短いことが好ましい。例えば、８～１４μｍの波長の光に対して反射防止効果を得ようとする場合、微小突起間の間隔は１４μｍ以下であることが好ましい。間隔が大きすぎると、光が散乱し十分な反射防止効果を得づらくなる。また、（微小突起の間隔／微小突起の高さ）で表される比は、１０以下、５以下、特に２以下が好ましい。上記比が大きすぎると、十分な反射防止効果を得づらくなる。一方で、上記比が小さすぎても十分な反射防止効果を得ることができないため、上記比は１以上であることが好ましい。微小突起は先端部からガラス表面に向け緩やかに広がっていく錐体形状であることが好ましい。このような形状にすることにより、空気からレンズ表面までの屈折率変化が緩やかになり、反射防止効果をより大きくすることができる。モスアイ構造における錐体形状は特に限定されるものではなく、円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状、釣鐘形状、楕円錐台形状など、反射防止機能を有する錐体形状であればよい。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、色収差が小さく、赤外線透過率に優れるため、赤外線センサ部に赤外光を集光させるためのレンズ等として好適である。
　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。
　表１～３は、実施例１～２８、比較例１を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表に示すガラス組成になるように原料を調合し、原料バッチを得た。次に、純水で洗浄した石英ガラスアンプルに原料バッチを入れ、真空排気しながら石英ガラスアンプルを酸素バーナーで封管した。次いで、封管された石英ガラスアンプルを溶融炉内で１０～４０℃／時間の速度で６５０～１０００℃まで昇温後、６～１２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。続いて、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カルコゲナイドガラスを得た。その後、研削、研磨、洗浄してカルコゲナイドガラスレンズを得た。このようにして得られた試料について、各種特性を評価した。結果を表に示す。
　屈折率（ｎ１０）は、屈折率計を用いて、１０μｍにおける測定値で示した。
　アッベ数（ν１０）は、波長８μｍ、１０μｍ、及び１２μｍにおける屈折率の値を用い、アッベ数（ν１０）＝｛（ｎ１０－１）／（ｎ８－ｎ１２）｝の式から算出した。
　赤外吸収端波長は、厚み２ｍｍでの赤外線透過率を測定することにより求めた。
　表から明らかなように、実施例１～２８の試料は、屈折率が２．７４～３．９２と高く、アッベ数が１９４～２８５と高かった。また、赤外吸収端波長が２４．１～２４．３μｍであり、波長８～１８μｍ付近の赤外域において良好な光透過率を示していた。一方、比較例１は、ガラス化しなかった。
　本発明のカルコゲナイドガラスレンズは、赤外線センサ部に赤外光を集光させるためのレンズ等として好適である。
 

Claims (11)

  1. 　モル％で、Ｔｅ　２０～９０％を含有し、波長１０μｍにおけるアッベ数（ν１０）が１００以上であることを特徴とするカルコゲナイドガラスレンズ。
  2. 　さらに、モル％で、Ｇｅ　０～５０％を含有することを特徴とする請求項１に記載のカルコゲナイドガラスレンズ。
  3. 　さらに、モル％で、Ｇａ　０～５０％を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のカルコゲナイドガラスレンズ。
  4. 　波長１０μｍにおける屈折率（ｎ１０）が２．５以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のカルコゲナイドガラスレンズ。
  5. 　表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のカルコゲナイドガラスレンズ。
  6. 　反射防止膜が、低屈折率層と高屈折率層が交互に合計２層以上積層されていることを特徴とする請求項５に記載のカルコゲナイドガラスレンズ。
  7. 　表面に微細構造が形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のカルコゲナイドガラスレンズ。
  8. 　微細構造がモスアイ構造であることを特徴とする請求項７に記載のカルコゲナイドガラスレンズ。
  9. 　プレス成型体であることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載のカルコゲナイドガラスレンズ。
  10. 　モル％で、Ｔｅ　２０～９０％を含有し、波長１０μｍにおけるアッベ数（ν１０）が１００以上であるカルコゲナイドガラスをプレス成形することを特徴とする、カルコゲナイドガラスレンズの製造方法。
  11. 　請求項１～９のいずれかに記載のカルコゲナイドガラスレンズを用いることを特徴とする赤外線センサ。
     
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