JPH08210910A - 赤外線センサ用光学材料および光学素子 - Google Patents
赤外線センサ用光学材料および光学素子Info
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- JPH08210910A JPH08210910A JP7016864A JP1686495A JPH08210910A JP H08210910 A JPH08210910 A JP H08210910A JP 7016864 A JP7016864 A JP 7016864A JP 1686495 A JP1686495 A JP 1686495A JP H08210910 A JPH08210910 A JP H08210910A
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- polyethylene
- optical element
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、平均分子量の大きいポリエチレン
を赤外線センサ用の光学素子素材として用いることによ
り透過率が高く、安価で光学性能の良好な赤外線光学素
子を提供することを目的とする。 【構成】 フレネルレンズ５１とフレネルレンズの輪帯
５２を製造するにあたり、分子量が１００万〜１０００
万の高分子量ポリエチレンを用いて、１００℃〜３００
℃の温度にて加圧成形する。
を赤外線センサ用の光学素子素材として用いることによ
り透過率が高く、安価で光学性能の良好な赤外線光学素
子を提供することを目的とする。 【構成】 フレネルレンズ５１とフレネルレンズの輪帯
５２を製造するにあたり、分子量が１００万〜１０００
万の高分子量ポリエチレンを用いて、１００℃〜３００
℃の温度にて加圧成形する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線を集光あるいは
透過させる赤外線センサ用光学材料およびそれを用いた
光学素子に関するものである。
透過させる赤外線センサ用光学材料およびそれを用いた
光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、赤外線を利用した機器や計測機器
が盛んに開発されている。特に遠赤外（５μｍ〜１５μ
ｍ）の光学機器（例えば、焦電型赤外線センサー等）の
開発が活発になってきている。
が盛んに開発されている。特に遠赤外（５μｍ〜１５μ
ｍ）の光学機器（例えば、焦電型赤外線センサー等）の
開発が活発になってきている。
【０００３】特に人体の位置や温度が測定できる焦電型
の赤外線センサーについては、人体の温度（体温）が３
００Ｋ付近であるため赤外線の波長が８μｍ〜１２μｍ
に当り、この波長を良く透過する材料が必要である。
の赤外線センサーについては、人体の温度（体温）が３
００Ｋ付近であるため赤外線の波長が８μｍ〜１２μｍ
に当り、この波長を良く透過する材料が必要である。
【０００４】一般にこの波長を透過する材料として、安
価で成形しやすい平均分子量が１０万〜３０万のポリエ
チレンや、高価であるが性能の良いゲルマニウム（Ｇ
ｅ）、シリコン（Ｓｉ）、亜鉛化セレン（ＺｎＳｅ）等
の材料が、研磨や切削加工をそれらに施すことによって
レンズやフィルターとして用いられてきた（例えば、遠
山精二 精密工学会誌 ｖｏｌ．５６ Ｎｏ．１１、１
９９０年 Ｐ．１９６７〜Ｐ．１９７０）。
価で成形しやすい平均分子量が１０万〜３０万のポリエ
チレンや、高価であるが性能の良いゲルマニウム（Ｇ
ｅ）、シリコン（Ｓｉ）、亜鉛化セレン（ＺｎＳｅ）等
の材料が、研磨や切削加工をそれらに施すことによって
レンズやフィルターとして用いられてきた（例えば、遠
山精二 精密工学会誌 ｖｏｌ．５６ Ｎｏ．１１、１
９９０年 Ｐ．１９６７〜Ｐ．１９７０）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
赤外線用のレンズや窓材に用いられてきたＳｉ、Ｇｅ、
ＺｎＳｅ等の材料は、光学研磨法では従来の光学ガラス
の研磨法と異なり、結晶の方位等を考慮せねばならず加
工性、量産性が悪化するためレンズや光学素子が高価に
なるという欠点を有していた。
赤外線用のレンズや窓材に用いられてきたＳｉ、Ｇｅ、
ＺｎＳｅ等の材料は、光学研磨法では従来の光学ガラス
の研磨法と異なり、結晶の方位等を考慮せねばならず加
工性、量産性が悪化するためレンズや光学素子が高価に
なるという欠点を有していた。
【０００６】又一方、赤外線を比効的良く透過し、直接
プレス成形してフレネルレンズあるいは回析格子等の光
学素子として従来から広く一般に用いられてきた比較的
低分子量（平均分子量１０万〜３０万）のポリエチレン
は、分子量が少ないため、成形性は良好であるが、レン
ズや窓材としての強度や耐熱性が低いため、これを用い
て耐久性の良好な光学素子を作成するには、レンズや窓
の厚みを厚くしなければならず、その結果赤外線の透過
率が低下し、赤外線センサの感度が低くなるという課題
があった。
プレス成形してフレネルレンズあるいは回析格子等の光
学素子として従来から広く一般に用いられてきた比較的
低分子量（平均分子量１０万〜３０万）のポリエチレン
は、分子量が少ないため、成形性は良好であるが、レン
ズや窓材としての強度や耐熱性が低いため、これを用い
て耐久性の良好な光学素子を作成するには、レンズや窓
の厚みを厚くしなければならず、その結果赤外線の透過
率が低下し、赤外線センサの感度が低くなるという課題
があった。
【０００７】本発明は、上記問題点を解消し、安価で高
性能な赤外線センサ用光学材料および光学素子を提供す
ることを目的とする。
性能な赤外線センサ用光学材料および光学素子を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために平均分子量を大巾に増大させた（平均分
子量１００万〜１０００万）ポリエチレンを赤外線セン
サ用の光学素子素材として用いることにより赤外線セン
サ用光学素子のコスト低減と高性能化を計るものであ
る。
解決するために平均分子量を大巾に増大させた（平均分
子量１００万〜１０００万）ポリエチレンを赤外線セン
サ用の光学素子素材として用いることにより赤外線セン
サ用光学素子のコスト低減と高性能化を計るものであ
る。
【０００９】
【作用】本発明は、上記した平均分子量の大きい（平均
分子量１００万〜１０００万）ポリエチレンを使用する
ことにより、従来の分子量の少ない（平均分子量１０万
〜３０万）ポリエチレンでは得られなかった薄肉で強度
や熱的に安定な赤外線センサ用の光学素子が圧縮成形と
いう簡単な方法で得られるものである。
分子量１００万〜１０００万）ポリエチレンを使用する
ことにより、従来の分子量の少ない（平均分子量１０万
〜３０万）ポリエチレンでは得られなかった薄肉で強度
や熱的に安定な赤外線センサ用の光学素子が圧縮成形と
いう簡単な方法で得られるものである。
【００１０】すなわちポリエチレンの平均分子量を従来
よりも大巾に増大させることにより、ポリエチレンの軟
化温度と機械的強度を同時に向上させることができるた
め、肉厚の薄いレンズや窓材でもその機械的強度や熱的
安定度が向上し、したがって赤外線の透過率も向上する
こととなり、高精度で安価な赤外線センサ用光学素子が
得られる。
よりも大巾に増大させることにより、ポリエチレンの軟
化温度と機械的強度を同時に向上させることができるた
め、肉厚の薄いレンズや窓材でもその機械的強度や熱的
安定度が向上し、したがって赤外線の透過率も向上する
こととなり、高精度で安価な赤外線センサ用光学素子が
得られる。
【００１１】又超硬合金（ＷＣ）、ステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ）、ニッケル合金（Ｎｉ合金）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属や合金を母材とし、
その上に白金合金やイリジウム合金をコーティングした
金型を用いて高分子量のポリエチレンを成形した場合
は、従来の金型材料であるステンレス鋼や鉄合金の金型
でおこるポリエチレンと金形との反応がないため成形物
の表面荒れの少ない赤外線用の光学素子の作成が可能と
なる。
Ｓ）、ニッケル合金（Ｎｉ合金）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属や合金を母材とし、
その上に白金合金やイリジウム合金をコーティングした
金型を用いて高分子量のポリエチレンを成形した場合
は、従来の金型材料であるステンレス鋼や鉄合金の金型
でおこるポリエチレンと金形との反応がないため成形物
の表面荒れの少ない赤外線用の光学素子の作成が可能と
なる。
【００１２】これは従来のステンレス鋼金型や鉄金型で
は金型成分中の鉄とポリエチレンが反応して、レンズや
窓材の表面荒れをおこし赤外線の透過率が低下するのに
対して、Ｐｔ合金や、Ｉｒ合金で上記の金型をコーティ
ングすることにより、空気中でポリエチレンを成形して
もポリエチレンと型とが反応しないため表面荒れの少な
い赤外光学素子が得られるためである。
は金型成分中の鉄とポリエチレンが反応して、レンズや
窓材の表面荒れをおこし赤外線の透過率が低下するのに
対して、Ｐｔ合金や、Ｉｒ合金で上記の金型をコーティ
ングすることにより、空気中でポリエチレンを成形して
もポリエチレンと型とが反応しないため表面荒れの少な
い赤外光学素子が得られるためである。
【００１３】
【実施例】以下具体例について、図面を用いて詳細に述
べる。
べる。
【００１４】図１は、赤外線センサ用光学素子を成形す
る金型の断面図である。１１は上型、１２は下型、１３
は上型の成形面、１４は下型の成形面である。
る金型の断面図である。１１は上型、１２は下型、１３
は上型の成形面、１４は下型の成形面である。
【００１５】図２は、赤外線センサ用光学素子を成形す
るプレスマシンの概略断面図である。
るプレスマシンの概略断面図である。
【００１６】２２は上型のホルダー、２３は上型の加熱
ヒータ、２４は上型、３３は下型のホルダー、３４は下
型加熱ヒータ、３５は下型、３６は高分子量ポリエチレ
ンである。
ヒータ、２４は上型、３３は下型のホルダー、３４は下
型加熱ヒータ、３５は下型、３６は高分子量ポリエチレ
ンである。
【００１７】図３は、高分子量ポリエチレンを用いて作
成した赤外線センサ用光学窓の断面図を示す。
成した赤外線センサ用光学窓の断面図を示す。
【００１８】４１は平板状に成形された、赤外線センサ
用光学窓である。図４は、高分子量ポリエチレンを用い
て作成された赤外線センサ用フレネルレンズの断面図で
ある。５１は成形されたポリエチレン、５２はフレネル
レンズの輪帯である。
用光学窓である。図４は、高分子量ポリエチレンを用い
て作成された赤外線センサ用フレネルレンズの断面図で
ある。５１は成形されたポリエチレン、５２はフレネル
レンズの輪帯である。
【００１９】まず、直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱
状で、１５重量％のコバルト（Ｃｏ）を含有するタング
ステンカーバイト（ＷＣ）系の超硬合金の棒を２本ずつ
準備し、一対のプレス成形用型の形状に加工する。
状で、１５重量％のコバルト（Ｃｏ）を含有するタング
ステンカーバイト（ＷＣ）系の超硬合金の棒を２本ずつ
準備し、一対のプレス成形用型の形状に加工する。
【００２０】これらの各一対のブロックのプレス成形面
１３、１４を超微細なダイヤモンド砥粒を用いて鏡面研
摩して、表面の最大荒さ（Ｒmax）が０．０２μｍの精
度に鏡面加工を行い、次にこの上にスパッタリング法に
て約１μｍの白金合金（Ｐｔ−ロジウム）膜を形成して
金型を作成する。
１３、１４を超微細なダイヤモンド砥粒を用いて鏡面研
摩して、表面の最大荒さ（Ｒmax）が０．０２μｍの精
度に鏡面加工を行い、次にこの上にスパッタリング法に
て約１μｍの白金合金（Ｐｔ−ロジウム）膜を形成して
金型を作成する。
【００２１】この型２４、３５を図２に示す上型ホルダ
ー２２、上型加熱ヒータ２３、下型ホルダー３３、下型
加熱ヒータ３４からなるプレスマシンにセットし高分子
量ポリエチレンの塊３６（平均分子量１００万、比重
０．９８）を平板型２４と３５の間に入れ１００℃に加
熱しながら５０ｋｇ／ｃｍ2の圧力を印加して、円板状
の窓（厚さ０．５ｍｍ）を成形した。
ー２２、上型加熱ヒータ２３、下型ホルダー３３、下型
加熱ヒータ３４からなるプレスマシンにセットし高分子
量ポリエチレンの塊３６（平均分子量１００万、比重
０．９８）を平板型２４と３５の間に入れ１００℃に加
熱しながら５０ｋｇ／ｃｍ2の圧力を印加して、円板状
の窓（厚さ０．５ｍｍ）を成形した。
【００２２】上記高分子量ポリエチレン窓に対する成形
結果と耐環境試験結果（赤外線の波長が１０μｍの時の
透過率、光学素子の引張り強さ１５０℃で５００時間放
置後の表面荒さ等）を表１の資料Ｎｏ．１に示した。
結果と耐環境試験結果（赤外線の波長が１０μｍの時の
透過率、光学素子の引張り強さ１５０℃で５００時間放
置後の表面荒さ等）を表１の資料Ｎｏ．１に示した。
【００２３】又、以下同様の方法で、型材料、型へのコ
ーティング材料、ポリエチレンの平均分子量、成形温
度、成形圧力、素子の種類等を変化させた時の結果を表
１の資料Ｎｏ．２〜１９に示す。なお表１の資料Ｎｏ．
１０〜１９は、本発明以外の比較例である。
ーティング材料、ポリエチレンの平均分子量、成形温
度、成形圧力、素子の種類等を変化させた時の結果を表
１の資料Ｎｏ．２〜１９に示す。なお表１の資料Ｎｏ．
１０〜１９は、本発明以外の比較例である。
【００２４】
【表１】
【００２５】（表１）からわかるように本実施例資料か
ら得られる型材料および高分子量のポリエチレン材料な
らびに成形条件の組み合せにより、従来から使われてき
た低分子量（平均分子量１０万〜３０万）のポリエチレ
ンを用いた素子よりも優れた赤外線センサ用光学素子が
得られた。
ら得られる型材料および高分子量のポリエチレン材料な
らびに成形条件の組み合せにより、従来から使われてき
た低分子量（平均分子量１０万〜３０万）のポリエチレ
ンを用いた素子よりも優れた赤外線センサ用光学素子が
得られた。
【００２６】又、従来からポリエチレンの成形に使われ
てきた、ステンレス鋼や鉄系の型より、Ｐｔ合金、Ｉｒ
合金をコートした型は高分子量のポリエチレンの成形に
優れた型であることがわかる。
てきた、ステンレス鋼や鉄系の型より、Ｐｔ合金、Ｉｒ
合金をコートした型は高分子量のポリエチレンの成形に
優れた型であることがわかる。
【００２７】又、（表１）の比較例１４、１５から、ポ
リエチレンの平均分子量が１００万以下になると光学素
子の引張り強度が大巾に低下してしまい、窓材やフレネ
ルレンズの耐環境性が悪化するのがわかる。
リエチレンの平均分子量が１００万以下になると光学素
子の引張り強度が大巾に低下してしまい、窓材やフレネ
ルレンズの耐環境性が悪化するのがわかる。
【００２８】又、（表１）の比較例１６から、ポリエチ
レンの平均分子量が１０００万以上になると成形温度が
３５０℃以上となり、ポリエチレンの一部が熱分解し赤
外線の透過率が低下してしまう。
レンの平均分子量が１０００万以上になると成形温度が
３５０℃以上となり、ポリエチレンの一部が熱分解し赤
外線の透過率が低下してしまう。
【００２９】又、（表１）の比較例１０〜１３から型母
材にＰｔ合金や、Ｉｒ合金をコートしていないものは、
ポリエチレン成形時に型とポリエチレンが反応をおこ
し、赤外の透過率を低下させてしまう。
材にＰｔ合金や、Ｉｒ合金をコートしていないものは、
ポリエチレン成形時に型とポリエチレンが反応をおこ
し、赤外の透過率を低下させてしまう。
【００３０】又一方、（表１）の比較例１６、１７から
ポリエチレンの成形温度が３００℃以上になると、ポリ
エチレンの一部が分解して、赤外線の透過率が低下する
し、１００℃以下では（比較例１９より）成形温度が低
くて、ポリエチレンが流動しないため成形できなくなる
ことがわかる。
ポリエチレンの成形温度が３００℃以上になると、ポリ
エチレンの一部が分解して、赤外線の透過率が低下する
し、１００℃以下では（比較例１９より）成形温度が低
くて、ポリエチレンが流動しないため成形できなくなる
ことがわかる。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
分子量を大巾に増加させたポリエチレンを赤外センサ用
光学素子の素材として用いることにより従来用いられて
きた低分子量のポリエチレンやＳｉ、Ｇｅ、ＺｎＳｅ等
の結晶を用いた赤外線光学素子よりも安価で高性能であ
るといえる。
分子量を大巾に増加させたポリエチレンを赤外センサ用
光学素子の素材として用いることにより従来用いられて
きた低分子量のポリエチレンやＳｉ、Ｇｅ、ＺｎＳｅ等
の結晶を用いた赤外線光学素子よりも安価で高性能であ
るといえる。
【図１】本発明の実施例の赤外線センサ用光学素子を成
形する金形の断面図
形する金形の断面図
【図２】本発明の実施例の赤外線センサ用光学素子を成
形するプレスマシンの概略図
形するプレスマシンの概略図
【図３】本発明の実施例の高分子量ポリエチレンを用い
て作成された赤外線センサ用光学窓の断面図
て作成された赤外線センサ用光学窓の断面図
【図４】本発明の実施例の高分子量ポリエチレンを用い
て作成された赤外線センサ用フレネルレンズの断面図
て作成された赤外線センサ用フレネルレンズの断面図
１１ 上型 １２ 下型 １３ 上型の成形面 １４ 下型の成形面 ２２ 上型のホルダー ２３ 上型の加熱ヒータ ２４ 上型 ３３ 下型のホルダー ３４ 下型の加熱ヒータ ３５ 下型 ３６ 高分子量ポリエチレン ４１ 赤外線センサ用光学窓 ５１ 赤外線センサ用フレネルレンズ ５２ フレネルレンズの輪帯
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｇ０２Ｂ 1/04 Ｈ０１Ｌ 37/02 // Ｈ０１Ｌ 31/0232 Ｂ２９Ｌ 11:00 23:00 (72)発明者 上田 洋二 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 (4)
- 【請求項１】平均分子量が１００万〜１０００万から成
る赤外線センサ用ポリエチレン。 - 【請求項２】平均分子量が１００万〜１０００万から成
るポリエチレンを１００℃〜３００℃で加熱しながら加
圧して、所望の形状となした光学素子。 - 【請求項３】超硬合金（ＷＣ）、ステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ）、ニッケル合金（Ｎｉ合金）、モリブデン（Ｍｏ）
あるいはタングステン（Ｗ）のいずれか一種を母材と
し、これを成形すべき光学素子形状の押し型に加工した
一対の型を用い成形すべき平均分子量が１００万〜１０
００万で比重が０．９〜０．９８から成るポリエチレン
を１００℃〜３００℃に加熱しながら１５ｋｇ／ｃｍ2
〜５０ｋｇ／ｃｍ2の圧力で加圧成形して赤外線用光学
素子を得ることを特徴とする赤外線用光学素子の製造方
法。 - 【請求項４】超硬合金（ＷＣ）、ステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ）、ニッケル合金（Ｎｉ合金）、モリブデン（Ｍｏ）
あるいはタングステン（Ｗ）のいずれか一種を母材と
し、これを成形すべき光学素子形状の押し型に加工し、
さらにその上に均一な厚みで白金合金（Ｐｔ合金）ある
いはイリジウム合金（Ｉｒ合金）のいずれか一種をコー
ティングしたポリエチレン成形用型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7016864A JPH08210910A (ja) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | 赤外線センサ用光学材料および光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7016864A JPH08210910A (ja) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | 赤外線センサ用光学材料および光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08210910A true JPH08210910A (ja) | 1996-08-20 |
Family
ID=11928089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7016864A Pending JPH08210910A (ja) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | 赤外線センサ用光学材料および光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08210910A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11304591A (ja) * | 1998-04-22 | 1999-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | 分光画像取得装置 |
| JP2001290073A (ja) * | 2000-04-04 | 2001-10-19 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線カメラ用レンズ及びそれを用いた赤外線カメラ |
-
1995
- 1995-02-03 JP JP7016864A patent/JPH08210910A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11304591A (ja) * | 1998-04-22 | 1999-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | 分光画像取得装置 |
| JP2001290073A (ja) * | 2000-04-04 | 2001-10-19 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線カメラ用レンズ及びそれを用いた赤外線カメラ |
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