陶瓷光学元件及其制造方法技术

于红外光用光学元件中，寻求尽可能使成为噪声的可见光至近红外光不透过，并尽可能提高远红外光的透光率的材料。于ＺｎＳ、ＺｎＳｅ或Ｇｅ陶瓷中含有１种或２种以上遮蔽可见光至近红外光光线的添加剂的话，则能够得到遮蔽部分或全部可见光至近红外光的光线，且远红外光透光良好的光学元件材料。此光学元件材料由于可见光至近红外光不会形成噪声，因此，能够提供此目的或用途最适合作为高机能红外光利用装置所用的窗口材料或透镜材料等光学元件的材料。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种远红外光可透过的光学元件，且特别是有关于一种光学元件，用于对可见光至近红外光地光线具有遮旋光性的远红外光学系统元件，以及此光学元件的制造方法。
技术介绍
利用红外光所持有的优异性能，而持续进行开发新的高机能装置。关于活用其感测机能的实际用途，例如所举的能够应用于与物体表面非接触以进行测定的表面温度计、由上空检测地球上资源分布的资源探查系统、在暗视野中检测物体的装置、作为人体检测用感应器，且利用此人体检测用感应器的安全系统与气体分析装置等。而且，将此些的收集资料影像化处理的红外光影像处理装置、利用红外光的热能量的高功率激光加工装置也为所知。伴随着此种高机能的红外光利用装置的实用化，装设于此装置中的达成光学机能的元件，相较于从前，例如是对窗口、透镜等更增加其对高实用机能与低价化的要求。于此种的光学元件材料中，波长范围8～12μm用的元件材料，公知主要使用锗(Ge)、硒化锌(ZnSe)与硫化锌(ZnS)等无机材料。但是，近来也使用价廉且加工性优良的聚乙烯等树脂。前者的无机材料，例如是室外用机器或是承受震动或冲击的车辆所搭载的机械等暴露于严酷使用环境的用途，依照使用条件，此些无机材料单独的机械强度或表面硬度，再者紫外线使表面氧化等，也具有使上述条件(机械强度或表面硬度)不充足的场合。对于此种场合，也尝试在其表面披覆耐环境性薄膜。例如是日本早期公开昭56-87002号公报，提出在光学元件表面披覆具红外光透过性的类钻碳(diamond-like carbon)薄膜，然而此法会使成本提高。另一方面，光学元件本体为树脂制品的话，与无机材料相比，则无法避开耐热性特别是光学全体的机械强度降低等问题。例如是为了提高透光率而必须削减全体的厚度，则无法避开机械强度降低等问题。而且，此些光学元件材料，能够使可见光至红外光的广波长区域的光线通过。因此，例如是在选择性的检测由人体表面所发出波长区域为8～12μm的红外光的场合，相异于检测对象的波长区域以外的光线，特别是波长0.4～3μm的可见光至近红外光则成为噪声。此结果将会使检测部后的信号处理部产生错误动作，而具有背景值上升且检测精度下降等问题。因此，为了截断噪声，而在公知光学元件本体的表面形成具有此机能的滤光层。但是，由于此滤光层使用溅镀法、真空蒸镀法或是化学气相沉积法等气相蒸镀法所形成，因此具有增加制造成本的问题，此处光学元件的开发，则期望能够抑制所希望波长带的红外光透光率的降低、并具有确实遮蔽可见光至近红外光的机能、而且能够便宜的制造。即是期望能够开发使0.4～3μm波长区域的透光率尽量低，且8～12μm波长区域的透光率尽量高的材料。为了遮蔽可见光至近红外光，于光学元件本身分散粒子，以选择性吸收可见光至近红外光的方法，主要使用树脂进行研究。例如是日本早期公开昭61-39001号公报，提出在高密度聚乙烯等树脂内分散氧化钛(TiO2)、硫酸钡(BaSO4)、氧化铁(Fe2O3)、氧化镁(MgO)与锌(Zn)等无机颜料。但是在此场合，并不能充分遮蔽成为噪声的波长1～2μm的光，并不适于可选择检测波长3μm以上的红外光的传感器的透镜。而且，日本早期公开昭62-284303号公报中，提出在同样的树脂中分散锆(Zr)化合物，以选择使7～14μm波长的光透过。但是在此场合，由于锆化合物未分散至5～15％则无遮蔽的效果，将会使得红外光的透光率大幅降低。此处如日本早期公开平9-21701号公报记载，提出在同样的树脂中分散4％以下的ZnS微粒子。而且日本专利平7-86566号公报，提出将被覆四氧化三铁(Fe3O4)、碳黑、氧化锡(SnO2)的氧化钛、氧化锆(ZrO2)，分散在同样的树脂中。再者于日本早期公开平8-54478号公报，提出在同样的树脂制透镜中，为了选择遮蔽近红外光而使用硒化锌做为颜料。但是可见光至近红外光的遮蔽能与远红外光的透光率为相反的关系，即使是采用了上述的方法，也不能得到满足两者的平衡良好的光学元件材料。再者，致密的ZnS烧结体其1～14μm的广范围的透光性良好。此处日本早期公开平11-295501号公报中提出一种ZnS烧结体及其制造方法，由控制ZnS烧结体所含气孔率，遮蔽可见光至近红外光并提升远红外光的透光率。此控制气孔率的方法，由将可见光散乱以遮蔽可见光。因此，于传感器的应用中，将此ZnS烧结体应用于窗口或是透镜的场合，虽然窗口或是透镜与传感器的距离长的话则能够遮蔽可见光，在距离短的场合，则会产生将散乱光视为噪声而检测出的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种关于远红外线用光学元件的材料及其制造方法，在克服上述问题点，提升远红外光(波长8～12μm)的透光率的同时，并提升成为噪声的可见光至近红外光(波长0.4～3μm)的遮光率。本专利技术有关于一种遮蔽可见光至近红外光的陶瓷红外光学元件，其特征为在陶瓷中，于波长8～12μm的区域，透光率为50％以上，于波长3μm以下的可见光与近红外光的透光率为50％以下。而且，其特征为于波长3μm以下的可见光与近红外光的透光率为30％以下。尚且，其特征为于波长3μm以下的可见光与近红外光的透光率为5％以下。陶瓷以ZnS为主成分。而且，较佳为ZnS。再者陶瓷也可以为ZnSe或是Ge。而且，遮蔽波长3μm以下的光线的手段，其特征为在前述陶瓷中含有遮蔽波长3μm以下的光线的添加剂。前述添加剂由铁、钴、银、氧化铁、碳黑、石墨、钻石、钛黑、铜、镍、铬、金、锰、钼、钨、硅与锗的中选择1种或是2种以上的元素或是其化合物。附图说明图1为以实线表示本专利技术第一实施例的光学特性，以虚线表示作为比较的公知ZnS的光学特性；图2为以实线表示本专利技术第二实施例的光学特性，以虚线表示作为比较的公知ZnS的光学特性；图3为以实线表示本专利技术第三实施例的光学特性，以虚线表示作为比较的公知ZnS的光学特性；图4为以a～d表示本专利技术第四实施例的光学特性，以虚线表示作为比较的公知ZnS的光学特性；图5为以实线表示本专利技术第六实施例的光学特性，以虚线表示作为比较的公知ZnSe的光学特性；以及图6为以实线表示本专利技术第七实施例的光学特性，以虚线表示作为比较的公知锗的光学特性。具体实施例方式本专利技术的陶瓷材料，使用对8～12μm波长区域的远红外光的直线透光率高的陶瓷，例如是使用硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、氟化钡(BaF2)与砷化镓(GeAs)为主成分的陶瓷，以及使用硅(Si)或是镓(Ge)的多晶体。此处较佳为使用价廉且透光率的波长特性优良的ZnS为主成分或ZnSe亦或是Ge。而且为了提升远红外光的透光率，陶瓷的结晶粒子的平均粒径较佳为较此光线的波长小。就本专利技术的远红外光的波长区域，结晶粒子的平均粒径为8μm以下，较佳为5μm以下。基于同样理由，其晶粒边界较佳为较小。因此，形成结晶的晶粒边界的烧结助剂甚或是主成分以外的添加剂或不纯物的量，较佳为尽可能的少。而且，也可以施以抗反射涂布，以更提升红外光的上升等级。特别是使用镓的场合，未施加抗反射涂布则无法得到本专利技术的红外光透光率。遮蔽0.4～3μm波长的可见光至近红外光的添加剂，为铁、钴、银、氧化铁(一氧化铁或三氧化二铁或是四氧化三铁)、碳黑、石墨、钻石、钛黑、铜、镍、铬、金、锰、钼、钨、硅与锗等元素或是其化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷光学元件，其特征为：使用一陶瓷作为主成分，其中０．４～３μｍ的波长区域的透光率为５０％以下，且８～１２μｍ的波长区域的透光率为５０％以上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川干人，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]